WO2012115281A1 - 耐候性に優れた鋼材 - Google Patents

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勇 鹿毛
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Definitions

  • the present invention mainly relates to steel structures (Steel Structures) used outdoors such as bridges, and particularly requires high weather resistance in a high salinity environment such as coastal environments.
  • the present invention relates to a steel material suitable as a member.
  • weathering steel has been used.
  • Weatherproof steel is corrosion-induced by covering the surface with a highly protective rust layer enriched with alloy elements such as Cu, P, Cr, Ni, etc. in an atmosphere exposure environment (atmospheric environment). rate) is a steel material with a significant reduction. Due to its excellent weather resistance, it is known that bridges using weather resistant steel often withstand service for decades while still being paintless.
  • the amount of incoming salt is a value measured by the method of JIS Z2382.
  • Non-Patent Document 1 conventional weathering steel (JIS G3114: weathering hot rolled steel for welded structure) has an incoming salt content of 0.05 mg ⁇ NaCl / dm 2 / day (hereinafter, unit (mg ⁇ (In some cases, NaCl / dm 2 / day) may be expressed in mdd). Therefore, in an environment with a large amount of salinity such as the vicinity of the coast, ordinary steel (JIS G3106: rolled steel for welded structure) is used after being subjected to anticorrosion measures such as painting. Note that dm means a decimator.
  • Patent Document 1 discloses a high weather resistance steel material to which Cu and 1 wt% or more of Ni are added as a weather resistance improving element.
  • Patent Document 2 discloses a steel material excellent in weather resistance to which 1 mass% or more of Ni and Mo are added.
  • Patent Document 3 discloses a weather-resistant steel material in which Ti is added in addition to Cu and Ni.
  • Patent Document 4 discloses a steel material for welded structure containing a large amount of Ni and additionally containing Cu, Mo, Sn, Sb, P, and the like.
  • Japanese Patent No. 3785271 Japanese Patent No. 3846218 Japanese Patent No. 3466076 Japanese Patent Laid-Open No. 10-251797
  • Patent Documents 1, 2, and 3 when the Ni content is increased, there is a problem that the price of the steel material increases due to an increase in alloy cost.
  • an object of the present invention is to provide a steel material that is low in cost and excellent in weather resistance.
  • the component composition of steel materials has been intensively studied from the viewpoint of weather resistance in a high salt environment.
  • the weather resistance of a steel material in a high salinity environment is improved by compositely containing Mo and Nb in a base steel containing Cu and Ni.
  • the present invention has been made on the basis of the following knowledge, and the gist thereof is as follows.
  • 1st invention is mass%, C: more than 0.06% and less than 0.14%, Si: 0.05% or more and 2.00% or less, Mn: 0.20% or more and 2.00% or less, P : 0.005% to 0.030%, S: 0.0001% to 0.0200%, Al: 0.001% to 0.100%, Cu: 0.10% to 1.00% Ni: 0.10% or more and 0.65% or less, Mo: 0.001% or more and 1.000% or less, preferably Mo: 0.005% or more and 1.000% or less, Nb: 0.005% or more It is a steel material excellent in weather resistance characterized by containing 0.200% or less and the balance being iron and inevitable impurities.
  • the third invention further includes, in mass%, Ti: 0.005% to 0.200%, V: 0.005% to 0.200%, Zr: 0.005% to 0.200%.
  • B 0.0001% or more and 0.0050% or less; Mg: one or more selected from 0.0001% or more and 0.0100% or less; This steel material is excellent in weather resistance as described in the invention.
  • a structural steel material having a low cost and excellent weather resistance can be obtained.
  • the structural steel material of the present invention has a practical weldability at a low cost without containing a large amount of an expensive element such as Ni by containing a combination of elements effective for improving weather resistance, It can have excellent weather resistance in a high salinity environment such as the vicinity. In particular, it has a remarkable effect in a high flying salt environment where the flying salt amount exceeds 0.05 mdd.
  • C More than 0.06% and less than 0.14% C is an element that improves the strength of the structural steel material, and needs to be contained more than 0.06% in order to ensure a predetermined strength. On the other hand, if it is 0.14% or more, weldability and toughness deteriorate. Therefore, the C content is in the range of more than 0.06% and less than 0.14%. Preferably, it is 0.08% or more from the viewpoint of securing strength, more preferably less than 0.10% from the viewpoint of weldability and toughness.
  • Si 0.05% or more and 2.00% or less Si should be contained in an amount of 0.05% or more as a deoxidizer during steelmaking and as an element for improving the strength of the structural steel material and ensuring a predetermined strength. is there. On the other hand, if it exceeds 2.00% and it contains excessively, toughness and weldability will deteriorate remarkably. Therefore, the Si amount is set in the range of 0.05% or more and 2.00% or less. Preferably, it is 0.10% or more and 0.80% or less.
  • Mn 0.20% or more and 2.00% or less
  • Mn is an element that improves the strength of the structural steel material, and it is necessary to contain 0.20% or more in order to ensure a predetermined strength.
  • the Mn content is in the range of 0.20% or more and 2.00% or less.
  • it is 0.20% or more and 1.50% or less.
  • P 0.005% or more and 0.030% or less
  • P is an element that improves the weather resistance of the structural steel. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.005% or more. On the other hand, if it exceeds 0.030%, weldability deteriorates. Therefore, the P content is in the range of 0.005% to 0.030%. Preferably, it is 0.005% or more and 0.025% or less.
  • S 0.0001% or more and 0.0200% or less If S exceeds 0.0200%, weldability and toughness deteriorate. On the other hand, when the content is reduced to less than 0.0001%, the production cost increases. Therefore, the S content is in the range of 0.0001% to 0.0200%. Preferably, it is 0.0003% or more and 0.0050% or less.
  • Al 0.001% or more and 0.100% or less
  • Al is an element necessary for deoxidation during steelmaking. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.001% or more as Al content. On the other hand, if it exceeds 0.100%, the weldability is adversely affected. Therefore, the Al content is in the range of 0.001% to 0.100%. Preferably, it is 0.010% or more and 0.050% or less. In addition, Al content measured acid-soluble Al.
  • Cu 0.10% or more and 1.00% or less Cu has an effect of forming a dense rust layer by refining rust grains and improving the weather resistance of the structural steel material. Such an effect is obtained when the content is 0.10% or more. On the other hand, when it exceeds 1.00%, the cost rises with an increase in Cu consumption. Therefore, the amount of Cu is made 0.10% or more and 1.00% or less. Preferably, it is 0.20% or more and 0.50% or less.
  • Ni 0.10% or more and 0.65% or less Ni has the effect of forming a dense rust layer by refining rust grains and improving the weather resistance of the structural steel material. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.10% or more. On the other hand, if it exceeds 0.65%, the cost will increase due to an increase in the consumption of Ni. Therefore, the Ni content is in the range of 0.10% to 0.65%. Preferably, it is 0.15% or more and 0.50 or less.
  • Mo 0.001% or more and 1.000% or less Mo is an important requirement in the present invention, and coexisting with Nb has an effect of remarkably improving the weather resistance of the steel material in a high salinity environment. Moreover, the formation of molybdate ions in the rust layer prevents chloride ions, which are corrosion-promoting factors, from passing through the rust layer and reaching the base iron. Further, MoO 4 2 ⁇ is eluted with the anode reaction of the steel material, and the compound containing Mo is precipitated on the steel material surface, thereby suppressing the anode reaction of the steel material. In order to obtain these effects sufficiently, it is necessary to contain 0.001% or more.
  • the Mo amount is set to a range of 0.001% to 1.000%. Preferably, they are 0.005% or more and 1.000% or less, More preferably, they are 0.10% or more and 0.70% or less.
  • Nb 0.005% or more and 0.200% or less
  • Nb is an important requirement in the present invention.
  • Nb has an effect of remarkably improving the weather resistance of a steel material in a high salinity environment.
  • Nb has the effect of concentrating in the rust layer near the steel surface and suppressing the anode reaction of the steel. In order to obtain these effects sufficiently, it is necessary to contain 0.005% or more.
  • the Nb content is in the range of 0.005% to 0.200%. Preferably, it is 0.010% or more and 0.030% or less.
  • one or more of Cr, Co, REM, and Sn can be included as a selective element.
  • Cr 0.2% or more and 1.0% or less Cr is effective for forming a dense rust layer by refining rust grains and improving weather resistance. When the effect is exhibited and the content exceeds 1.0%, the weldability is deteriorated. Therefore, when it contains Cr, it is preferable to make the quantity into the range of 0.2% or more and 1.0% or less. More preferably, it is 0.2% or more and 0.7% or less.
  • Co 0.01% or more and 1.00% or less Co is distributed over the entire rust layer, and is effective in improving the weather resistance of structural steel by forming a fine rust layer by refining rust grains. If it is contained in an amount of 0.01% or more, the effect is exhibited, and if it is contained in excess of 1.00%, the cost is increased due to an increase in Co consumption. Therefore, when it contains Co, it is preferable to make the quantity into the range of 0.01% or more and 1.00% or less. More preferably, it is 0.10% or more and 0.50% or less.
  • REM 0.0001% or more and 0.1000% or less REM is distributed over the entire rust layer and is effective in improving the weather resistance of structural steel by forming a dense rust layer by refining rust grains. Yes, when the content is 0.0001% or more, the effect is exhibited, and when the content exceeds 0.1000%, the effect is saturated. Therefore, when it contains REM, it is preferable to make the quantity into the range of 0.0001% or more and 0.1000% or less. More preferably, it is 0.0010% or more and 0.0100% or less.
  • Sn 0.005% or more and 0.200% or less Sn concentrates in the rust lower layer and is effective in suppressing the anode reaction of the steel material, and when 0.005% or more is contained, the effect is exhibited, 0.200% Exceeding this causes deterioration of toughness. Therefore, when it contains Sn, it is preferable to make the quantity into 0.005% or more and 0.200% or less of range. More preferably, it is 0.010% or more and 0.100% or less.
  • one or more of Ti, V, Zr, B, and Mg can be included as a selective element.
  • Ti 0.005% or more and 0.200% or less
  • Ti is an effective element for increasing the strength of the steel material, and when 0.005% or more is contained, the effect is exhibited. It causes deterioration. Therefore, when Ti is contained, the amount is preferably in the range of 0.005% or more and 0.200% or less. More preferably, it is 0.010% or more and 0.100% or less.
  • V 0.005% or more and 0.200% or less
  • V is an effective element for increasing the strength, and when 0.005% or more is contained, the effect is exhibited, and when it exceeds 0.200%, the effect is saturated. . Therefore, when V is contained, the amount is preferably in the range of 0.005% to 0.200%. More preferably, it is 0.010% or more and 0.100% or less.
  • Zr 0.005% or more and 0.200% or less
  • Zr is an effective element for increasing the strength, and when 0.005% or more is contained, the effect is exhibited, and when it exceeds 0.200%, the effect is saturated. . Therefore, when Zr is contained, the amount is preferably in the range of 0.005% to 0.200%. More preferably, it is 0.010% or more and 0.100% or less.
  • B 0.0001% or more and 0.0050% or less B is an element necessary for increasing the strength, but if the amount is less than 0.0001%, the effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if it exceeds 0.0050%, the toughness is deteriorated. Therefore, when it contains B, it is preferable to make the quantity into 0.0001 to 0.0050% of range. More preferably, it is 0.0005% or more and 0.0040% or less.
  • Mg 0.0001% or more and 0.0100% or less Mg is an element effective for fixing the S in the steel and improving the toughness of the weld heat affected zone, and exhibits the effect of containing 0.0001 or more. If it exceeds 0.0100%, the amount of inclusions in the steel increases, but the toughness deteriorates. Therefore, when it contains Mg, it is preferable to make the quantity into 0.0001% or more and 0.0100% or less of range. More preferably, it is 0.0005% or more and 0.0030% or less.
  • the balance other than the above components is composed of Fe and inevitable impurities.
  • N 0.010% or less and 0: 0.010% or less are acceptable as inevitable impurities.
  • Ca contained as an unavoidable impurity is present in a large amount in steel, the toughness of the weld heat affected zone is deteriorated, so 0.0010% or less is preferable.
  • the steel material having excellent weather resistance according to the present invention is a hot rolling of a slab obtained by ordinary continuous casting or a lump method with a steel having the above composition. Accordingly, steel plates such as a steel plate, a shaped steel, a steel sheet, and a bar steel are manufactured.
  • the heating and rolling conditions may be appropriately determined according to the required material, and a combination of heat treatment such as controlled rolling, accelerated cooling, or reheating is also possible. .
  • a corrosion test was performed that simulates the environment inside a girder without rain, which is considered to be the most severe environment in structures such as actual bridges.
  • the corrosion test was performed by repeating the temperature and humidity cycle in a state where salt was attached to the surface of the test piece.
  • the temperature and humidity cycle has a drying process at a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 40% RH for 11 hours, and then a transition time of 1 hour, followed by a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 95% RH.
  • the wetting process was taken as 11 hours, then a transition time of 1 hour was taken, and a total of 24 hours was taken as one cycle, simulating the actual temperature and humidity cycle.
  • the average thickness reduction amount obtained in the period of this corrosion test is 22 ⁇ m or less, 100 years The subsequent reduction in the average thickness is expected to be 0.5 mm or less with no occurrence of delamination rust.
  • the standard of applicability of unpainted weathering steel to bridges is known to have a thickness reduction of 0.5 mm or less after 100 years. If the average thickness reduction amount obtained is 22 ⁇ m or less, application to a bridge made of unpainted weathering steel becomes possible. From the above, in Table 1-1 and Table 1-2, it was determined that the weather resistance was excellent with respect to steel materials having an average thickness reduction of 22 ⁇ m or less.
  • steel type No. which is an invention example In 1 to 17 and 32 to 37, the reduction in plate thickness was 19.7 to 22.0 ⁇ m, both being 22 ⁇ m or less, and excellent weather resistance.
  • steel type No. which is a comparative example In 18 to 31, the steel type No. Since 18 to 24 do not contain any one or more of the essential components Cu, Ni, Mo, and Nb, steel type No. No. 25 has Cu less than the lower limit. Nos. 26 and 29 have a Mo of less than the lower limit. 27, Nb is less than the lower limit. In No. 28, Ni is less than the lower limit. No. 30 has a Sn of less than the lower limit. Since Nb is less than the lower limit of No. 31, the thickness reduction amount is 24.3 to 30.7 ⁇ m, which exceeds 22 ⁇ m, indicating that the weather resistance is greatly inferior to that of the inventive examples.

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Abstract

耐候性に優れた鋼材を提供する。具体的には、質量%で、Ｃ：０．０６％超え０．１４％未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下、Ｐ：０．００５％以上０．０３０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下、Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％以下、Ｍｏ：０．０００１％以上１．０００％以下、好ましくは、Ｍｏ：０．００５％以上１．０００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする耐候性に優れた鋼材。

Description

耐候性に優れた鋼材
　本発明は、主に橋梁（ｂｒｉｄｇｅ）などの屋外で用いられる鋼構造物（Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）に関し、特に海岸近傍（ｃｏａｓｔａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）などの高塩分の環境下で耐候性（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が要求される部材として好適な鋼材に関する。
　従来から、橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物においては、耐候性鋼（ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ）が用いられている。耐候性鋼は、大気暴露環境（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）において、Ｃｕ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉなどの合金元素が濃化した保護性の高いさび層（ｒｕｓｔ　ｌａｙｅｒ）に表面が覆われることにより腐食速度（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ）が著しく低減する鋼材である。その優れた耐候性により、耐候性鋼を使用した橋梁は、しばしば無塗装（ｐａｉｎｔｌｅｓｓ）のまま数十年間の供用に耐えることが知られている。
　しかしながら、海岸近傍などの飛来塩分量（ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ａｉｒ−ｂｏｒｎｅ　ｓａｌｔ）が多い環境では、上記保護性の高いさび層は生成しにくく、実用的な耐候性が得難いことが知られている（以降、飛来塩分量はＪＩＳ　Ｚ２３８２の方法で測定した値とする）。
　非特許文献１によれば、従来の耐候性鋼（ＪＩＳ　Ｇ３１１４：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は、飛来塩分量が０．０５ｍｇ・ＮａＣｌ／ｄｍ２／ｄａｙ（以降、単位（ｍｇ・ＮａＣｌ／ｄｍ２／ｄａｙ）をｍｄｄにて表記する場合がある）以下の地域でのみ、無塗装使用可能となっている。従って、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境では、普通鋼材（ＪＩＳ　Ｇ３１０６：溶接構造用圧延鋼材）に塗装等の防食措置を施して使用されている。なお、ｄｍは、デシメータ（ｄｅｃｉｍｅｔｅｒ）の意味である。
　塗装（ｃｏａｔｉｎｇ）は、時間の経過とともに塗膜（ｃｏａｔｉｎｇ　ｆｉｌｍ）が劣化し、定期的な補修（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｐａｉｒ）が必要となる。加えて、人件費（ｌａｂｏｒ　ｃｏｓｔ）の高騰や、再塗装（ｒｅｃｏａｔｉｎｇ）の困難さが加わる。このような理由から、現在、無塗装で使用可能な鋼材が求められ、無塗装で使用可能な鋼材の要望が高い。
　このような現状に対して、近年、海岸近傍などの高飛来塩分環境において無塗装で使用可能な鋼材として、種々の合金元素、特にＮｉを多量に含有させた鋼材が開発されている。
　例えば、特許文献１では、耐候性向上元素として、Ｃｕと１重量％以上のＮｉを添加した高耐候性鋼材が開示されている。特許文献２では、１ｍａｓｓ％以上のＮｉとＭｏを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
　また、特許文献３では、Ｃｕ、Ｎｉに加え、Ｔｉを添加した耐候性鋼材が開示されている。さらに、特許文献４では、Ｎｉを多量に含有し、加えてＣｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐ等を含有した溶接構造用鋼材が開示されている。
特許第３７８５２７１号公報 特許第３８４６２１８号公報 特許第３４６６０７６号公報 特開平１０−２５１７９７号公報
耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＸ）、１９９３．３、建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会
　しかしながら、特許文献１、２および３のように、Ｎｉの含有量を増加させた場合、合金コストの上昇により鋼材の価格が上昇してしまうという問題点がある。
　また、特許文献４のように、ＮｉおよびＰの含有量を増加させ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ等を含有した鋼材では、合金コストの上昇により鋼材の価格が上昇し、さらに、Ｐの含有量が高いために溶接性が低下する。
　本発明は、かかる事情に鑑み、低コストで、耐候性に優れた鋼材を提供することを目的とする。
　本発明は、前記課題を解決するために、高塩分環境における耐候性の観点から鋼材の成分組成について鋭意検討した。その結果、Ｃｕ、Ｎｉを含有するベース鋼にＭｏとＮｂを複合含有することにより、高塩分環境における鋼材の耐候性が向上することを見出した。
　本発明は、以記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
　第一の発明は、質量％で、Ｃ：０．０６％超え０．１４％未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下、Ｐ：０．００５％以上０．０３０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下、Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％以下、Ｍｏ：０．００１％以上１．０００％以下、好ましくは、Ｍｏ：０．００５％以上１．０００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする耐候性に優れた鋼材である。
　第二の発明は、さらに、質量％で、Ｃｒ：０．２％以上１．０％以下、Ｃｏ：０．０１％以上１．００％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．１０００％以下、Ｓｎ：０．００５％以上０．２００％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする第一の発明に記載の耐候性に優れた鋼材である。
　第三の発明は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｖ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｚｒ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．０１００％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする第一または第二の発明に記載の耐候性に優れた鋼材である。
　本発明によれば、低コストで、耐候性に優れた構造用鋼材が得られる。
本発明の構造用鋼材は、耐候性向上に有効な元素を複合含有させることで、Ｎｉなどの高価な元素を多量に含有することなく低コストで、実用的な溶接性を有し、かつ海岸近傍などの高塩分環境おいて優れた耐候性を有することができる。特に、飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ超えの高飛来塩分環境で顕著な効果を有する。
腐食試験の条件およびサイクルを示す模式図である。
　以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
　１．成分組成について
　はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
　Ｃ：０．０６％超え０．１４％未満
　Ｃは構造用鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するため０．０６％を超えて含有する必要がある。一方、０．１４％以上では溶接性および靭性が劣化する。したがって、Ｃ量は０．０６％超え０．１４％未満の範囲とする。好ましくは強度確保の点から０．０８％以上、さらに好ましくは溶接性および靱性の点から０．１０％未満である。
　Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下
　Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として、また、構造用鋼材の強度を向上させ所定の強度を確保する元素として、０．０５％以上含有する必要がある。一方、２．００％を超えて過剰に含有すると靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Ｓｉ量は０．０５％以上２．００％以下の範囲とする。好ましくは、０．１０％以上０．８０％以下である。
　Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下
　Ｍｎは構造用鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するために０．２０％以上含有する必要がある。一方、２．００％を超えて過剰に含有すると靭性および溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎ量は０．２０％以上２．００％以下の範囲とする。
好ましくは、０．２０％以上１．５０％以下である。
　Ｐ：０．００５％以上０．０３０％以下
　Ｐは構造用鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を得るためには０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．０３０％を超えて含有すると溶接性が劣化する。したがって、Ｐ量は０．００５％以上０．０３０％以下の範囲とする。好ましくは、０．００５％以上０．０２５％以下である。
　Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下
　Ｓは０．０２００％を超えて含有すると溶接性および靭性が劣化する。一方、含有量を０．０００１％未満まで低下させると、生産コストが増大する。したがって、Ｓ量は０．０００１％以上０．０２００％以下の範囲とする。好ましくは、０．０００３％以上０．００５０％以下である。
　Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下
　Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Ａｌ含有量として０．００１％以上含有する必要がある。一方、０．１００％を超えると溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Ａｌ量は０．００１％以上０．１００％以下の範囲とする。好ましくは、０．０１０％以上０．０５０％以下である。なお、Ａｌ含有量は酸可溶Ａｌを測定した。
　Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下
　Ｃｕは錆粒を微細化することで緻密な錆層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果は含有量が０．１０％以上で得られる。一方、１．００％を超えるとＣｕ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｃｕ量は０．１０％以上１．００％以下の範囲とする。好ましくは、０．２０％以上０．５０％以下である。
　Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％以下
　Ｎｉは錆粒を微細化することで緻密な錆層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を充分に得るためには０．１０％以上含有する必要がある。一方、０．６５％を超えるとＮｉの消費量増加によるコストの増大を招く。したがって、Ｎｉ量は０．１０％以上０．６５％以下の範囲とする。好ましくは、０．１５％以上０．５０以下である。
　Ｍｏ：０．００１％以上１．０００％以下
　Ｍｏは、本発明において重要な要件であり、Ｎｂと共存することにより、高塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。また、錆層中でモリブデン酸イオンを形成することによって、腐食促進因子の塩化物イオンが錆層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材のアノード反応に伴ってＭｏＯ４ ２−が溶出し、鋼材表面にＭｏを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を充分に得るためには、０．００１％以上含有する必要がある。一方、１．０００％を超えるとＭｏ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ量は０．００１％以上１．０００％以下の範囲とする。好ましくは、０．００５％以上１．０００％以下、さらに好ましくは、０．１０％以上０．７０％以下である。
　Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下
　Ｎｂは、本発明において重要な要件であり、Ｍｏと共存することにより、高塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。Ｎｂは、鋼材表面近傍の錆層中に濃化し、鋼材のアノード反応を抑制する効果を有する。これらの効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると鋼の靱性の劣化を招く。したがって、Ｎｂ量は０．００５％以上０．２００％以下の範囲とする。好ましくは、０．０１０％以上０．０３０％以下である。
　本発明の基本成分組成は以上であるが、更に所望の特性を向上させる場合は、Ｃｒ、Ｃｏ、ＲＥＭ、Ｓｎの１種または２種以上を選択元素として含むことができる。
　Ｃｒ：０．２％以上１．０％以下
　Ｃｒは、錆粒を微細化することで緻密な錆層を形成し、耐侯性を向上させるのに有効であり、０．２％以上含有するとその効果を発揮し、１．０％を超えると、溶接性の低下を招く。したがって、Ｃｒを含有する場合は、その量は０．２％以上１．０％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．２％以上０．７％以下である。
　Ｃｏ：０．０１％以上１．００％以下
　Ｃｏは錆層全体に分布し、錆粒を微細化することで緻密な錆層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させるのに有効であり、０．０１％以上含有するとその効果を発揮し、１．００％を超えて含有するとＣｏ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｃｏを含有する場合は、その量は０．０１％以上１．００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．１０％以上０．５０％以下である。
　ＲＥＭ：０．０００１％以上０．１０００％以下
　ＲＥＭは錆層全体に分布し、錆粒を微細化することで緻密な錆層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させるのに有効であり、０．０００１％以上含有するとその効果を発揮し、０．１０００％を超えるとその効果は飽和する。したがって、ＲＥＭを含有する場合、その量は０．０００１％以上０．１０００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．００１０％以上０．０１００％以下である。
　Ｓｎ：０．００５％以上０．２００％以下
　Ｓｎは錆下層に濃化し、鋼材のアノード反応を抑制するのに有効であり、０．００５％以上含有するとその効果を発揮し、０．２００％を超えると、靱性の劣化を招く。したがって、Ｓｎを含有する場合、その量は０．００５％以上０．２００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
　更に、本発明では、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、Ｍｇの１種または２種以上を選択元素として含むことができる。
　Ｔｉ：０．００５％以上０．２００％以下
　Ｔｉは、鋼材の強度を高めるために有効な元素であり、０．００５％以上含有するとその効果を発揮し、０．２００％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Ｔｉを含有する場合、その量は０．００５％以上０．２００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
　Ｖ：０．００５％以上０．２００％以下
　Ｖは、強度を高めるために有効な元素であり、０．００５％以上含有するとその効果を発揮し、０．２００％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｖを含有する場合、その量は０．００５％以上０．２００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
　Ｚｒ：０．００５％以上０．２００％以下
　Ｚｒは、強度を高めるために有効な元素であり、０．００５％以上含有するとその効果を発揮し、０．２００％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合は、その量は０．００５％以上０．２００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
　Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下
　Ｂは、強度を高めるために必要な元素であるが、その量が０．０００１％未満であると、その効果は十分に得られない。一方、０．００５０％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Ｂを含有する場合は、その量は０．０００１以上０．００５０％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０００５％以上０．００４０％以下である。
　Ｍｇ：０．０００１％以上０．０１００％以下
　Ｍｇは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性向上に有効な元素であり、０．０００１以上含有するその効果を発揮し、０．０１００％を超えると鋼中の介在物の量が増加しかえって靭性の劣化を招く。したがって、Ｍｇを含有する場合は、その量は０．０００１％以上０．０１００％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０００５％以上０．００３０％以下である。
　なお、上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。ここで不可避的不純物として、Ｎ：０．０１０％以下、０：０．０１０％以下が許容できる。また、
不可避的不純物として含有するＣａは、鋼中に多量に存在すると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため０．００１０％以下が好ましい。
　２．製造条件について
　本発明の耐候性に優れた鋼材は、上記成分組成を有する鋼を通常の連続鋳造（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ）や分塊法により得られたスラブ（ｓｌａｂ）を熱間圧延（ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ）することにより厚板（ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅ）や形鋼（ｓｈａｐｅｄ　ｓｔｅｅｌ）、薄鋼板（ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ）、棒鋼（ｂａｒ　ｓｔｅｅｌ）等の鋼材に製造される。なお、加熱、圧延条件は、要求される材質に応じて適宜決定すればよく、制御圧延（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ）、加速冷却（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ）、あるいは再加熱（ｒｅｈｅａｔｉｎｇ）の熱処理等の組合せも可能である。
　表１−１および表１−２に示す化学組成の鋼を溶製し、１１５０℃に加熱した後、熱間圧延（ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ）を行い、室温（ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで空冷（ａｉｒ　ｃｏｏｌｉｎｇ）して厚さ６ｍｍの鋼板を試作した。次いで、得られた鋼板から３５ｍｍ×３５ｍｍ×４ｍｍの試験片（ｔｅｓｔ　ｓｐｅｃｉｍｅｎ）を採取した。試験片は、表面を表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）Ｒａが１．６μｍ以下となるように研削加工（ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）し、（ｅｄｇｅ　ｆａｃｅ）、裏面（ｂａｃｋ　ｓｉｄｅ）をテープ（ｔａｐｅ）でシール（ｓｅａｌ）し、表面露出部（ｅｘｐｏｓｅｄ　ａｒｅａ）の面積が２５ｍｍ×２５ｍｍとなるように表面もテープシールした。
　以上により得られた試験片について、耐候性評価試験を行い、耐候性を評価した。
　耐候性評価試験としては、実際の橋梁などの構造物において最も厳しい環境と考えられる、雨掛かりの無い桁内部の環境を模擬した腐食試験を行った。腐食試験は上記の試験片の表面に塩分を付着させた状態で温湿度サイクルを繰り返して行なった。
　温湿度サイクルは、図１に示すように、温度４０℃、相対湿度４０％ＲＨの乾燥工程を１１時間、その後、移行時間を１時間とった後、温度を２５℃、相対湿度を９５％ＲＨの湿潤工程を１１時間として、その後１時間移行時間をとり、合計２４時間で１サイクルとし、実環境の温湿度サイクルを模擬した。
　温湿度サイクル開始前、および７サイクルごとに、試験片表面に付着する塩分が１．４ｍｇ／ｄｍ２となるように、乾燥工程前に試験片の表面に人工海水を滴下した。
　この条件にて、２６週間で温湿度サイクル１８２サイクルの試験を行った。
　また、腐食試験終了後、３７％塩酸（ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ　ａｃｉｄ）５００ｍＬ、ヘキサメチレンテトラミン（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｔｅｔｒａｍｉｎｅ）３．５ｇ、ヒビロン（アイコーケミカル社製インヒビター（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ））３ｍＬに蒸留水（ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ　ｗａｔｅｒ）を加えて１Ｌ（リットル）とした除錆溶液に、試験片を浸漬して脱錆してから重量を測定した。なお、重量の測定は、第１４５回腐食防食シンポジウム資料「腐食減耗評価方法の高精度化」に記載の方法に準拠した。さらに、得られた重量と初期重量との差を求めて、それを試験片の試験対象面の面積で除することで、試験片片面の平均板厚減少量を算出した。
　なお、飛来塩分量約０．５ｍｄｄは、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境に相当するが、これまでの知見から、本腐食試験における鋼板厚減少量（１８２日間）は、飛来塩分量が約０．５ｍｄｄの実際の環境に１８２日間暴露した場合の腐食による鋼板厚減少量と同等になることがわかっている。
　また、試験により得られた平均板厚減少量から外挿により１００年後の腐食量を求めた場合、本腐食試験の期間にて得られる平均板厚減少量が２２μｍ以下であれば、１００年後の平均板厚減少量は層状剥離錆の発生が無い０．５ｍｍ以下と予想される。
　一般に、無塗装耐候性鋼の橋梁への適用可否の目安は、１００年後の板厚減少量が０．５ｍｍ以下であることが知られているので、各種鋼材に対して本腐食試験を行い、得られる平均板厚減少量が２２μｍ以下であれば無塗装耐候性鋼の橋梁への適用が可となる。
　以上より、表１−１および表１−２において、平均板厚減少量が２２μｍ以下の鋼材に対して耐侯性が優れていると判定した。
　以上により得られた腐食試験結果を成分組成と併せて表１−１および表１−２に示す。
　表１−１および表１−２より、発明例である鋼種Ｎｏ．１~１７および３２~３７では、板厚減少量は１９．７~２２．０μｍといずれも２２μｍ以下であり、優れた耐候性を有している。
　一方、比較例である鋼種Ｎｏ．１８~３１では、鋼種Ｎｏ．１８~２４は必須成分であるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂのうち、いずれか１種以上を含有していないため、鋼種Ｎｏ．２５はＣｕが下限未満で、鋼種Ｎｏ．２６、２９は、Ｍｏが下限未満で、鋼種Ｎｏ．２７はＮｂが下限未満で、鋼種Ｎｏ．２８はＮｉが下限未満で、鋼種Ｎｏ．３０はＳｎが下限未満で、鋼種Ｎｏ．３１はＮｂが下限未満であるため、板厚減少量が２４．３~３０．７μｍと２２μｍを上回っており、発明例に比べ大きく耐候性が劣っていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

Claims (4)

  1. 　質量％で、Ｃ：０．０６％超え０．１４％未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下、Ｐ：０．００５％以上０．０３０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下、Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％以下、Ｍｏ：０．００１％以上１．０００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼材。
  2. 　さらに、質量％で、Ｍｏ：０．００５％以上１．０００％以下を含有する請求項１に記載の鋼材。
  3. 　さらに、質量％で、Ｃｒ：０．２％以上１．０％以下、Ｃｏ：０．０１％以上１．００％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．１０００％以下、Ｓｎ：０．００５％以上０．２００％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の鋼材。
  4. 　さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｖ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｚｒ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．０１００％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１~３に記載の鋼材。
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