WO2020091023A1 - 石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼、及び船倉 - Google Patents

石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼、及び船倉 Download PDF

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慎 長澤
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充 澤村
鹿島　和幸
伊藤　実
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Definitions

  • the present invention relates to a corrosion-resistant steel for a cargo hold of a dedicated coal carrier or a combined-charging coal carrier, and a cargo hold.
  • the cargo hold In recent years, corrosion in the cargo hold (hereinafter sometimes referred to as the cargo hold) of a dedicated coal carrier that transports coal or an iron ore and coal and coal carrier that transports coal has become a problem.
  • the cargo hold on which coal is loaded has been painted, but the paint is often peeled off due to mechanical damage caused by coal and flaws / wear from heavy machinery during unloading, and the flaws that have formed are corroded. It is exposed to the environment and does not have a sufficient anticorrosion effect.
  • the corrosive environment at the interface between steel and coal in the state where coal is loaded in the hold is a neutral chloride environment
  • the state where coal is unloaded from the hold is a low pH and high concentration chloride environment.
  • the fine coal powder remaining in the hold and a mixture of chlorides absorb moisture, forming a thin water film with concentrated chloride ions on the surface of the steel material, which promotes corrosion. It is presumed that the pH of the steel material is reduced and the surface of the steel material is in a low pH and high concentration chloride environment. Therefore, it is considered that the corrosive environment in the hold of a coal-only ship or a coal-bearing ship that uses coal as cargo is different from the mere seawater environment or when only iron ore that is hard and produces almost no fine powder is loaded. ..
  • a hold of a coal-only ship or a coal-bearing ship according to another aspect of the present invention is made of the corrosion-resistant steel for hold described in any of (1) to (4) above.
  • Mn manganese
  • Mn manganese
  • Mn is an element that improves the strength and toughness of steel. In order to obtain this effect, the Mn content is set to 0.10% or more. The Mn content is preferably 0.20% or more, more preferably 0.50% or more.
  • Mn is an element that forms MnS, which is the starting point of corrosion. In order to avoid deterioration of the corrosion resistance of steel materials, the Mn content is 2.00% or less. The Mn content is preferably 1.50% or less, more preferably 1.20% or less.
  • one or more kinds of Sb, Cu, Mo and W are contained. Good.
  • one or more of Ti, Zr, Ca, Mg and REM may be contained for the purpose of suppressing the formation of MnS that lowers the corrosion resistance and controlling the morphology.
  • one or more of Nb, V and B may be contained in addition to the above components. Since it is not necessary to contain any of these elements, the lower limit of the content is 0%.
  • Sb antimony
  • the Sb content is preferably 0.01% or more. More preferably, the Sb content is 0.05% or more.
  • the Sb content is set to 0.50% or less.
  • the Sb content is 0.35% or less.
  • Mo molybdenum
  • MoO 4 2 ⁇ oxygen acid ions
  • the Mo content is preferably 0.05% or more. More preferably, the Mo content is 0.10% or more.
  • the effect is saturated even if the Mo content exceeds 1.00%. Therefore, the Mo content is 1.00% or less even when it is contained.
  • the Mo content is 0.50% or less.
  • Si silicon
  • Si silicon
  • Si is an element that is useful as a deoxidizer and increases the strength of steel. Deoxidation can be performed with an element other than Si, and the Si content may be 0%. However, in order to obtain the effect of deoxidation, the Si content is preferably 0.01% or more. The Si content is more preferably 0.02% or more, still more preferably 0.05% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 1.00%, the toughness of the base material and the welded joint is impaired. Therefore, the Si content is 1.00% or less. The Si content is preferably 0.50% or less, more preferably 0.30% or less.
  • P 0.050% or less
  • P (phosphorus) is an element generally contained as an impurity, and is an element that deteriorates the mechanical properties and weldability of steel materials. Therefore, the P content is set to 0.050% or less. It is preferably 0.025% or less.
  • the P content may be 0%, but from the viewpoint of manufacturing cost, 0.0001% or more of P may be contained. Further, P is an element that improves the corrosion resistance of steel in a chloride environment, and for the purpose of obtaining this effect, the P content may be 0.001% or more.
  • Equation 2 0.30 ⁇ [Ni] ⁇ 5.00 Equation 3
  • [X] represents the content of the element X in mass%.
  • the Cr content may be in the range of the following formula 1 ′. 0.10 ⁇ [Cr] ⁇ 3.00 ... Equation 1 ′
  • a steel plate when manufacturing a steel pipe, a steel plate may be formed into a tubular shape and welded, and a UO steel pipe, an electric resistance welded steel pipe, a forged steel pipe, a spiral steel pipe, or the like may be used.
  • a seamless steel pipe manufactured by subjecting a steel slab to hot extrusion or piercing rolling is also included in the corrosion-resistant steel for hold of the present embodiment.

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Abstract

この石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１～０．２０％、Ｍｎ：０．１０～２．００％、Ｓｎ：０．０５～０．５０％、Ｃｒ：０～５．００％、Ａｌ：０～３．０００％、Ｎｉ：０～５．００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～０．５０％、Ｍｏ：０～１．００％、Ｗ：０～１．００％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．２００％、Ｃａ：０～０．０５００％、Ｍｇ：０～０．０５００％、ＲＥＭ：０～０．０５００％、Ｎｂ：０～０．１００％、Ｖ：０～０．１００％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎ：０．００８０％以下、Ｏ：０．０１００％以下、残部がＦｅおよび不純物であり、前記化学組成において、０．１０≦［Ｃｒ］≦５．００、０．１００＜［Ａｌ］≦３．０００、０．３０≦［Ｎｉ］≦５．００の少なくとも一つを満足する。

Description

石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼、及び船倉
　本発明は、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼、及び船倉に関する。本願は、２０１８年１０月３１日に日本に出願された、特願２０１８－２０４６９９号、特願２０１８－２０４７００号、特願２０１８－２０４７０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、石炭を運搬する石炭専用船又は鉄鉱石及び石炭を運搬する鉱炭兼用船の船倉内（以下、カーゴホールド内という場合がある。）の腐食が問題視されている。従来から、石炭が積載されるカーゴホールド内には塗装が施されていたが、石炭によるメカニカルダメージや、荷揚げ時の重機による疵・磨耗により、塗装が剥がれる場合が多く、生じた疵部が腐食環境に曝され、十分な防食効果が得られていない。
　塗膜形成による防食効果を維持するためには定期的な再塗装および補修が必要になるが、再塗装や補修を行うには非常にコストがかかる。そのため、塗装が剥がれた部分でも優れた耐食性（無塗装耐食性）を有する鋼板が求められている。このような要求に対して、例えば、特許文献１～３には、合金元素の微量添加により耐食性を向上させた耐食鋼が提案されている。
　これらの特許文献に記載の技術は、ＳｂやＣｕなどの酸による腐食を抑制する合金元素（耐酸元素）を含有させ、低ｐＨ環境での耐食性の向上を狙った耐食鋼である。
日本国特開２０１２－１７７１９０号公報 日本国特開２０１３－２２７６１０号公報 日本国特開２０１６－０２７１９８号公報
　従来、船倉内では、船倉の側壁部に生じた結露水中に、石炭に含まれる硫黄が溶け出し、温度の上昇によって硫酸が生成し、低ｐＨ環境となることで、腐食が進行するものと考えられていた。しかしながら、本発明者らが、船倉内にて腐食した鋼材を分析した結果、腐食生成物と地鉄との界面からは塩化物イオン（Ｃｌ－）が認められたものの、硫酸イオン（ＳＯ４ ２－）は認められなかった。したがって、船倉内の主要腐食因子は硫酸イオン（ＳＯ４ ２－）ではなく、塩化物イオン（Ｃｌ－）であると考えられる。
　従来、船倉内では硫酸によって鋼材の腐食が進行すると考えられていたので、船倉に使用される鋼材には耐酸元素が添加され、Ｃｒのような、酸による腐食を促進する合金元素の添加は避けられていた。しかしながら、本発明者らによる検討の結果、船倉内では塩化物イオン（Ｃｌ－）が腐食因子であり、乾湿繰り返しによって腐食が進行することが判明した。したがって、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼の成分設計には、従来とは異なるコンセプトが必要になる。
　即ち、本発明者らの研究により、硫酸イオンが影響する腐食形態ではなく、塩化物イオンが影響する腐食形態を考慮して船倉用耐食鋼の成分設計を行う必要があることがわかった。
　本発明は、ＳｂやＣｕなどの耐酸元素を含有させた従来技術に基づく耐食鋼の成分設計に比べて、船倉内（カーゴホールド内）の塩化物イオンが影響する腐食環境により適しており、更に腐食を抑制することができる石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼の提供を課題とする。
　本発明者らは、研究により、船倉内の鋼板表面に生成した錆層にはβ－ＦｅＯＯＨが含まれることを知見した。このことから、本発明者らは、船倉内では、従来考えられていた硫酸イオン（ＳＯ４ ２－）ではなく、塩化物イオン（Ｃｌ－）が腐食の原因となり、中性塩化物環境とｐＨが低下した高濃度の塩化物環境（低ｐＨ高濃度塩化物環境）とが繰り返される腐食環境になっていると考えた。具体的には、石炭が船倉に積載された状態（積荷状態という）の鋼材と石炭との界面の腐食環境は、中性塩化物環境であり、一方、石炭が船倉から揚荷された状態（空荷状態という）の鋼材の表面の腐食環境は、低ｐＨ高濃度塩化物環境であると考えられる。
　積荷や運搬中、石炭は互いにこすれ合い、石炭の微粉末が生成する。本環境において特に腐食に影響するのは、石炭の大きな塊ではなく、この微粉末であると想定される。微粉末はカーゴホールド底部の鋼材を覆い、水分を保持する役割をもつ。
　そのため、積荷状態では、港湾で保管されていた石炭に含まれている塩化物イオン、海水由来の塩化ナトリウム、塩化カルシウム、及び、塩化マグネシウムなどの海塩、並びに、雨や冷却水などの水分によって、石炭と鋼材の表面との間に塩化物イオンを含む中性の溶液が常に存在する中性塩化物環境になっていると推定される。
　一方、空荷状態では、船倉内に残留した石炭の微粉末と塩化物の混合物とが吸湿することなどによって、鋼材の表面に塩化物イオンが濃化した薄い水膜が形成され、腐食の進行に伴ってｐＨが低下し、鋼材の表面が低ｐＨ高濃度塩化物環境になっていると推定される。
　したがって、石炭を積荷とする石炭専用船または鉱炭兼用船の船倉内の腐食環境は、単なる海水環境や、硬くてほとんど微粉末が生成しない鉄鉱石のみを積荷とした場合とは異なると考えられる。
　本発明者らは、石炭を積荷とする船倉内が、上述のような中性塩化物環境と低ｐＨ高濃度塩化物環境とが繰り返される腐食環境になっているという推定に基づいて、鋼材の腐食を抑制する合金元素の検討を行った。そして、本発明者らは、中性塩化物環境での腐食を抑制するＣｒやＡｌ、または中性塩化物環境、低ｐＨ高濃度塩化物環境のいずれの環境においても鋼の腐食を抑制するＮｉと、低ｐＨ高濃度塩化物環境での腐食を抑制するＳｎと、を同時に含有させることによって、腐食を顕著に抑制できることを知見した。
　本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の一態様に係る石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１～０．２０％、Ｍｎ：０．１０～２．００％、Ｓｎ：０．０５～０．５０％、Ｃｒ：０～５．００％、Ａｌ：０～３．０００％、Ｎｉ：０～５．００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～０．５０％、Ｍｏ：０～１．００％、Ｗ：０～１．００％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．２００％、Ｃａ：０～０．０５００％、Ｍｇ：０～０．０５００％、ＲＥＭ：０～０．０５００％、Ｎｂ：０～０．１００％、Ｖ：０～０．１００％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎ：０．００８０％以下、Ｏ：０．０１００％以下、残部がＦｅおよび不純物であり、前記化学組成において、下記式１～式３の少なくとも一つを満足する。
０．１０≦［Ｃｒ］≦５．００・・・式１
０．１００＜［Ａｌ］≦３．０００・・・式２
０．３０≦［Ｎｉ］≦５．００・・・式３
　前記式１～式３において、［Ｘ］は元素Ｘの質量％での含有量を示す。
（２）上記（１）に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼は、質量％で、Ｓｂ：０．０１～０．５０％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｍｏ：０．０５～１．００％、及び、Ｗ：０．０５～１．００％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼は、質量％で、Ｔｉ：０．００５～０．１００％、Ｚｒ：０．００５～０．２００％、Ｃａ：０．００１０～０．０５００％、Ｍｇ：０．００１０～０．０５００％、及び、ＲＥＭ：０．００１０～０．０５００％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれかに記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼は、質量％で、Ｎｂ：０．００５～０．１００％、Ｖ：０．００５～０．１００％、及び、Ｂ：０．０００３～０．０１００％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
（５）本発明の別の態様に係る、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉は、上記（１）～（４）のいずれかに記載の船倉用耐食鋼からなる。
　本発明の上記態様によれば、石炭を積荷とする船倉内の腐食環境において、耐食性に優れる、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼、及び船倉を提供することができる。そして、このような石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼を用いて製造された船倉によれば、船倉内の腐食による部材切り替えや再塗装によるメンテナンスコストを大幅に低減することができる。したがって、本発明は産業上の貢献が極めて顕著である。
　以下、本発明の一実施形態に係る石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼（以下、本実施形態に係る船倉用耐食鋼と呼ぶ場合がある）について詳しく説明する。
　まず、本実施形態に係る船倉用耐食鋼の化学組成について述べる。化学組成における各元素の含有量を示す「％」は、質量％を意味する。また、化学組成における数値範囲において、「～」を用いて表される数値範囲は、特に指定しない限り、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。よって、例えば、０．０１～０．２０％は０．０１％以上０．２０％以下の範囲を意味する。一方で、超または未満については、その値を含まないことを意味する。
（Ｃ：０．０１～０．２０％）
　Ｃ（炭素）は、鋼の強度を増加させる元素である。この効果を十分に得るために、Ｃ含有量を０．０１％以上とする。好ましくはＣ含有量を０．０３％以上とする。
　一方、Ｃ含有量が過剰になると、セメンタイトの生成によって耐食性が低下する。そのため、Ｃ含有量を０．２０％以下とする。好ましくは、Ｃ含有量を０．１５％以下とする。
（Ｍｎ：０．１０～２.００％）
　Ｍｎ（マンガン）は、鋼の強度と靱性とを向上させる元素である。この効果を得るため、Ｍｎ含有量を０．１０％以上とする。好ましくはＭｎ含有量を０．２０％以上、より好ましくは０．５０％以上とする。
　一方、Ｍｎは、腐食の起点となるＭｎＳを形成する元素である。鋼材の耐食性の劣化を避けるため、Ｍｎ含有量を２．００％以下とする。好ましくはＭｎ含有量を１．５０％以下、より好ましくは１．２０％以下とする。
（Ｓｎ：０．０５～０．５０％）
　Ｓｎ（錫）は、低ｐＨ高濃度塩化物環境で鋼のアノード溶解速度を低減し、また、カソード反応を抑制する重要な元素である。空荷状態の船倉内の耐食性を向上させるために、Ｓｎ含有量を０．０５％以上とする。好ましくはＳｎ含有量を０．０７％以上、より好ましくは０．１０％以上とする。
　一方、Ｓｎを過剰に含有させると、製造性が損なわれる。そのため、Ｓｎ含有量を０．５０％以下とする。好ましくはＳｎ含有量を０．３５％以下とする。
（Ｃｒ：０～５．００％）
　Ｃｒ（クロム）は、中性塩化物環境で鋼のアノード溶解速度を大きく低減する重要な元素である。Ｃｒによって、積荷状態の船倉内の耐食性を向上させる場合には、Ｃｒ含有量を０．１０％以上とする。好ましくはＣｒ含有量を０．２０％以上、より好ましくは０．３０％以上とする。Ａｌ及び／またはＮｉによって積荷状態の船倉内の耐食性を向上させる場合には、Ｃｒ含有量は０％でもよいが、ＣｒはＡｌ、Ｎｉよりも耐食性向上効果が大きいのでＣｒを含有させることが好ましい。
　一方、Ｃｒを過剰に含有させると溶接性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量を５．００％以下とする。好ましくはＣｒ含有量を３．００％以下、より好ましくは２．５０％以下、さらに好ましくは２．００％以下、または、０．８０％以下、０．６０％以下、０．５０％以下とする。
　Ｃｒは低ｐＨ高濃度塩化物環境での耐食性を低下させると言われているが、所定量のＳｎと同時に含有させることで、そのような悪影響はなくなる。
（Ａｌ：０～３．０００％）
　Ａｌ（アルミニウム）は、中性塩化物環境で鋼のアノード溶解速度を低減する重要な元素である。Ａｌによって、積荷状態の船倉内の耐食性を向上させる場合には、Ａｌの含有量を０．１００％超とする。ただし、Ｃｒ及び／またはＮｉによって積荷状態の船倉内の耐食性を向上させる場合には、Ａｌ含有量は０．１００％以下であってもよく、０％でもよい。
　一方、Ａｌを過剰に含有させると溶接性が低下する。そのため、Ａｌ含有量を３．０００％以下とする。好ましくはＡｌ含有量を２．５００％以下、より好ましくは２．０００％以下とする。
　また、Ａｌは、鋼の脱酸に有効な元素でもある。脱酸はＡｌ以外の元素でも可能であり、Ａｌ含有量は０％でもよいが、Ａｌによる脱酸効果を得るためには、Ａｌ含有量を０．００１％以上とすることが好ましく、Ａｌ含有量を０．００５％以上とすることがより好ましく、Ａｌ含有量を０．０１０％以上とすることがさらに好ましい。
（Ｎｉ：０～５．００％）
　Ｎｉは、積荷状態および空荷状態の船倉内の耐食性を向上させる元素である。Ｎｉによって、積荷状態の船倉内の耐食性を向上させる場合には、Ｎｉ含有量を０．０１％以上とする。より好ましくはＮｉ含有量を０．０５％以上とする。Ｎｉは、Ｃｕを含有させた鋼を熱間圧延した際に生じる表面疵の抑制にも有効である。Ｃｒ及び／またはＡｌによって船倉内の耐食性を向上させる場合には、Ｎｉ含有量は０％でもよい。
　一方、Ｎｉ含有量の上限は、コストの観点から５．００％以下とする。好ましくはＮｉ含有量を０．３０％未満、より好ましくはＮｉ含有量を０．２０％以下とする。
　一方、船倉内の腐食環境において、特に空荷状態での鋼材の耐食性を更に高めるために、上述の成分に加え、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗのうち、１種又は２種以上を含有させてもよい。
　また、耐食性を低下させるＭｎＳの生成の抑制や形態の制御を目的として、上述の成分に加え、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのうち、１種または２種以上を含有させてもよい。
　また、鋼材の強度を高めるために、上述の成分に加え、Ｎｂ、Ｖ、Ｂのうち、１種又は２種以上を含有させてもよい。
　これらの元素はいずれも必ずしも含有される必要がないので、含有量の下限は０％である。
（Ｓｂ：０～０．５０％）
　Ｓｂ（アンチモン）は、Ｓｎと同様、空荷状態での耐食性を向上させる元素である。この効果を得る場合、Ｓｂ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。より好ましくはＳｂ含有量を０．０５％以上とする。
　一方、Ｓｂを過剰に含有させると、製造性が損なわれる。そのため、含有させる場合でも、Ｓｂ含有量を０．５０％以下とする。好ましくはＳｂ含有量を０．３５％以下とする。
（Ｃｕ：０～０．５０％）
　Ｃｕ（銅）は、Ｓｎ、Ｓｂと同様、空荷状態での耐食性を向上させる元素である。この効果を得る場合、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。より好ましくはＣｕ含有量を０．０５％以上とする。また、ＣｕとＳｎとを共存させると、船倉内での耐食性が著しく向上するので、共存させるのが好ましい。
　一方、Ｃｕを過剰に含有させると、製造性が損なわれる。そのため、含有させる場合でも、Ｃｕ含有量を０．５０％以下とする。好ましくはＣｕ含有量を０．３５％以下とする。
（Ｍｏ：０～１．００％）
　Ｍｏ（モリブデン）は、酸素酸イオンＭｏＯ４ ２－を形成し、酸性溶液中にてインヒビターとして作用し、鋼のアノード溶解を抑制する元素である。空荷状態での耐食性を向上させるためには、Ｍｏ含有量を０．０５％以上にすることが好ましい。より好ましくはＭｏ含有量を０．１０％以上とする。一方、Ｍｏ含有量は、１．００％を超えても効果が飽和する。そのため、含有させる場合でもＭｏ含有量を１．００％以下とする。好ましくは、Ｍｏ含有量を０．５０％以下とする。
（Ｗ：０～１．００％）
　Ｗ（タングステン）は、Ｍｏと同様、酸素酸イオンＷＯ４－を形成し、酸性溶液中にてインヒビターとして作用し、鋼のアノード溶解を抑制する元素である。空荷状態での耐食性を向上させるためには、Ｗ含有量を０．０５％以上にすることが好ましい。より好ましくはＷ含有量を０．１０％以上とする。
　一方、Ｗ含有量は、１．００％を超えても効果が飽和する。そのため、含有させる場合でも、Ｗ含有量を１．００％以下とする。好ましくは、Ｗ含有量を０．５０％以下とする。
（Ｔｉ：０～０．１００％）
　Ｔｉ（チタン）は、Ｓと結合して硫化物や炭硫化物を形成する元素であり、腐食の起点となり耐食性を劣化させるＭｎＳの生成を抑制する効果を有する元素である。この効果を得る場合、Ｔｉ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。より好ましくはＴｉ含有量を０．０１０％以上とする。
　一方、Ｔｉを過剰に含有させると靭性が劣化することがある。そのため、含有させる場合でも、Ｔｉ含有量は０．１００％以下とする。好ましくはＴｉ含有量を０．０５０％以下とする。
（Ｚｒ：０～０．２００％）
　Ｚｒ（ジルコニウム）は、Ｓと結合して硫化物を形成する元素であり、腐食の起点となり耐食性を劣化させるＭｎＳの生成を抑制する効果を有する元素である。この効果を得る場合、Ｚｒ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。より好ましくはＺｒ含有量を０．０１０％以上とする。
　一方、Ｚｒを過剰に含有させると靭性が劣化することがある。そのため、含有させる場合でも、Ｚｒ含有量は０．２００％以下とする。好ましくはＺｒ含有量を０．１００％以下、より好ましくは０．０５０％以下とする。
（Ｃａ：０～０．０５００％）
（Ｍｇ：０～０．０５００％）
（ＲＥＭ：０～０．０５００％）
　Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、Ｓと結合して硫化物や炭硫化物を形成する元素であり、腐食の起点となり耐食性を劣化させるＭｎＳの生成を抑制する効果を有する元素である。そのため、本実施形態に係る船倉用耐食鋼において、これらから選択される１種又は２種以上を含有させてもよい。腐食の起点となり耐食性を劣化させるＭｎＳの生成を抑制する場合、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれかの元素含有量を０．００１０％以上とすることが好ましい。また、これらの硫化物は腐食反応時に水に溶けてアルカリとなり、鋼材界面のｐＨ低下を抑制する作用がある。そのため、より好ましくはいずれかの元素含有量を０．００３０％以上、さらに好ましくは０．００５０％以上とする。
　一方、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは過剰に含有させても効果が飽和する。そのため、含有させる場合でも、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ含有量はそれぞれ０．０５００％以下とする。好ましくは０．０３００％以下、より好ましくは０．０１００％以下とする。
　ＲＥＭは希土類金属元素、即ち、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕの総称である。ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
（Ｎｂ：０～０．１００％）
（Ｖ：０～０．１００％）
　Ｎｂ、Ｖは、炭化物や窒化物を形成し、鋼の強度を高める元素である。この効果を得る場合、少なくともいずれかの元素を０．００５％以上含有させることが好ましい。より好ましくは、Ｎｂ、Ｖのいずれかの元素の含有量を０．０１０％以上とする。
　一方、Ｎｂ、Ｖを過剰に含有させると、鋼材の靭性が低下する。そのため、含有させる場合でも、Ｎｂ、Ｖの含有量はそれぞれ０．１００％以下とする。好ましくは、０．０５０％以下とする。
（Ｂ：０～０．０１００％）
　Ｂは、鋼の焼入れ性を高めて、強度を向上させる元素である。この効果を得る場合、Ｂ含有量を０．０００３％以上とすることが好ましい。より好ましくはＢ含有量を０．０００５％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上とする。
　一方、Ｂを過剰に含有させると、鋼材の機械特性が損なわれる場合がある。そのため、含有させる場合でも、Ｂ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくはＢ含有量を０．００５０％以下、より好ましくは０．００３０％以下とする。
（Ｓｉ：１．００％以下）
　Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として有用であるとともに鋼の強度を増加させる元素である。脱酸はＳｉ以外の元素でも可能であり、Ｓｉ含有量は０％でもよいが、脱酸の効果を得る場合には、Ｓｉ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。より好ましくはＳｉ含有量を０．０２％以上、さらに好ましくは０．０５％以上とする。
　一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると母材および溶接継手部の靱性が損なわれる。そのため、Ｓｉ含有量を１．００％以下とする。好ましくは、Ｓｉ含有量を０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
（Ｐ：０．０５０％以下）
　Ｐ（リン）は、一般的には不純物として含有される元素であり、鋼材の機械特性や溶接性を劣化させる元素である。そのため、Ｐ含有量を０．０５０％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。Ｐ含有量は０％でもよいが、製造コストの観点から、０．０００１％以上のＰを含有させてもよい。また、Ｐは、塩化物環境での鋼の耐食性を向上させる元素であり、この効果を得ることを目的として、Ｐ含有量を０．００１％以上としてもよい。
（Ｓ：０．０３００％以下）
　Ｓ（硫黄）は、不純物であり、腐食を促進するＭｎＳを形成する元素である。そのため、Ｓ含有量を０．０３００％以下に制限する。Ｓ含有量は０．００５０％以下が好ましく、０．００３０％以下がより好ましい。Ｓ含有量は０％でもよいが、製造コストの観点から、Ｓ含有量を０．０００１％以上としてもよい。
（Ｎ：０．００８０％以下）
　Ｎ（窒素）は、不純物であり、鋼材の靭性を低下させる粗大な窒化物を形成する元素である。粗大な窒化物の形成を抑制するため、Ｎ含有量を０．００８０％以下とする。好ましくはＮ含有量を０．００６０％以下とする。Ｎ含有量の下限は０％であってもよいが、製造コストの観点から、０．００１０％以上であってもよい。
（Ｏ：０．０１００％以下）
　Ｏ（酸素）は、不純物であり、鋼材の靭性を低下させる粗大な酸化物を形成する元素である。粗大な酸化物の形成を抑制するため、Ｏ含有量を０．０１００％以下とする。好ましくはＯ含有量を０．００６０％以下、より好ましくは０．００４０％以下とする。Ｏ含有量の下限は０％であってもよいが、製造コストの観点から、０．０００１％以上であってもよい。
　本実施形態に係る船倉用耐食鋼の上記各成分以外の成分は、基本的にはＦｅ及び不純物である。ここで、不純物とは、鋼板を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る船倉用耐食鋼の特性に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
（０．１０≦［Ｃｒ］≦５．００・・・式１、０．１００＜［Ａｌ］≦３．０００・・・式２、０．３０≦［Ｎｉ］≦５．００・・・式３、の少なくとも一つを満足する）
　上述したように、石炭を積荷とする船倉内において、中性塩化物環境での耐食性を向上させるためには、０．１０％以上のＣｒ、０．１００％超のＡｌ、０．３０％以上のＮｉの少なくとも１つ以上を含有させる必要がある。すなわち、本実施形態に係る船倉用耐食鋼では、各元素の含有量を上述の通りとした上で、以下の式１～式３の少なくとも１つを満足する必要がある。
０．１０≦［Ｃｒ］≦５．００・・・式１、
０．１００＜［Ａｌ］≦３．０００・・・式２、
０．３０≦［Ｎｉ］≦５．００・・・式３
　前記式１～式３において、［Ｘ］は元素Ｘの質量％での含有量を示す。
　Ｃｒ含有量は、以下の式１’の範囲としてもよい。
　０．１０≦［Ｃｒ］≦３．００・・・式１’
　本実施形態において船倉用耐食鋼の形状は特に限定されず、鋼板、鋼帯、形鋼、鋼管、棒鋼、鋼線等であればよい。鋼板、鋼帯、形鋼、鋼管等の鋼材の厚さは特に限定されないが、通常３～５０ｍｍである。好ましい下限は６ｍｍ、より好ましい下限は１０ｍｍである。また厚さの、好ましい上限は４０ｍｍ、より好ましい上限は３０ｍｍである。
　また、本実施形態に係る船倉用耐食鋼において、金属組織については限定されない。金属組織は、要求される強度等の機械特性に応じて、フェライト・パーライト、ベイナイト、またはマルテンサイト等、適宜選択すればよい。
　次に、本発明の一実施形態に係る石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉（本実施形態に係る船倉）について説明する。
　本実施形態に係る船倉は、上述した本実施形態に係る船倉用耐食鋼を材料として、これらを必要に応じて加工し、溶接等で組み合わせることによって製造される。本実施形態に係る船倉用耐食鋼が有する化学組成については、鋼板が船倉となる過程で変化しない。したがって、本実施形態に係る船倉の、化学組成の範囲及び限定理由については、上述した本実施形態に係る船倉用耐食鋼と実質的に同じである。
　すなわち、本実施形態に係る船倉は、本実施形態に係る船倉用耐食鋼を備えていると言える。
　次に、本実施形態に係る船倉用耐食鋼及び本実施形態に係る船倉の製造方法について説明する。本実施形態に係る船倉用耐食鋼には、熱間圧延を施し、更に必要に応じて冷間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管などが含まれる。
　本実施形態に係る船倉用耐食鋼は、常法で鋼を溶製し、成分を上述した範囲に調整後、鋳造して得られた鋼片を熱間圧延し、更に必要に応じて冷間圧延を施して製造される。熱間圧延後は、そのまま水冷するか、又は空冷した後、再加熱して焼入れや焼戻しを行ってもよい。熱間圧延後は、コイル状に巻き取ってもよい。熱間圧延後、冷間圧延して、更に熱処理を施してもよい。
　本実施形態において、鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接してもよく、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管などにすることができる。
　鋼片に熱間押出や穿孔圧延を施して製造されるシームレス鋼管も本実施形態の船倉用耐食鋼に含まれる。
　本実施形態に係る船倉は、このようにして得られた本実施形態に係る船倉用耐食鋼を材料として、公知の方法で製造すればよい。
　以下に、本発明の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼について実施例を示す。但し、以下に記載の実施例は具体的な例に沿って説明を行うものであり、本発明に係る請求項の内容を限定するものではない。
　後記する表１、表２に示す化学組成（残部はＦｅ及び不純物）の鋼片から、長さ１００ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み５ｍｍの試験片を作製（採取）した。試験片の表面には、粗さがＳａ２．５（ＩＳＯ　８５０１－１）以上になるようにブラスト処理を施した。これらの試験片を用いて石炭が積荷となる船倉内の環境を模擬した腐食試験を行った。
　腐食試験は、温度を４０℃、相対湿度を９８％に保持した試験槽内で行った。人工海水を含有させた粉状の石炭を試験片上に積載させた状態で試験槽内に１週間保持して積荷状態を再現し、次に、試験片の表面に付着した石炭をスクレーパーで軽く除去した状態で試験槽内に１週間保持して空荷状態を再現する工程を１サイクルとした。このサイクルを６サイクル行った後、スクレーパーにて試験片表面のさびを除去し、クエン酸アンモニウム溶液にてさびを除去した。
　その後、試験片の重量を測定し、試験前の試験片の重量から減じて腐食減量を求め、６サイクル（１２週間）の腐食減量から腐食速度［ｍｍ／ｙ］を算出した。ｙは年を意味する。
　後記する表１、表２に示す鋼Ｎｏ．１０１、はＳｎを含有せず、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉの含有量が式１～式３のいずれをも満たさない従来鋼である。鋼Ｎｏ．１０１の腐食速度は、実際の船倉内に曝露した鋼材の腐食速度と同等であり、上記の腐食試験によって船倉内の環境を模擬できていることがわかった。そのため、各鋼の耐食性は、表１、表２の鋼Ｎｏ．１０１の腐食速度に対する各鋼の腐食速度の比である腐食速度比（％）で評価した。
　化学組成と前記した試験の結果とを表１、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１、表２に示したように、鋼Ｎｏ．１～１１、２１～３６、４１～５１は、鋼Ｎｏ．１０１に対し腐食速度が７０．０％以下まで抑制されており、耐食性が良好であった。
　一方、Ｃｒを含み、Ａｌ含有量が少なく、Ｎｉ及びＳｎを含まない鋼Ｎｏ．１０２や、Ｓｎ含有量が不足している鋼Ｎｏ．１０３は、耐食性の改善効果が不十分であった。
　また、Ｃｒ含有量、Ａｌ含有量、Ｎｉ含有量、Ｓｎ含有量の全てが不足している鋼Ｎｏ．１０４は、鋼Ｎｏ．１０１よりも腐食減量が多くなった。これは、十分な耐食性向上効果が得られない上、酸性環境中で微量に含有されたＣｒがむしろ悪影響となったためであると考えられる。
　Ｓｎを十分に含有しても、Ｃｒ含有量、Ａｌ含有量、Ｎｉ含有量が不足している鋼Ｎｏ．１０５は、中性塩化物環境中での腐食抑制効果が小さくなり、十分な耐食性向上は認められなかった。
　Ａｌを０．１００％超含んでいても、Ｓｎを含まない鋼Ｎｏ．２０２は、耐食性の改善効果が不十分である。ＡｌやＣｒを十分に含有しても、Ｓｎ含有量が不足しているＮｏ．２０４、鋼Ｎｏ．２０５は、低ｐＨ高濃度塩化物環境中での腐食抑制効果が小さくなり、十分な耐食性向上効果は認められなかった。
　Ｎｉを０．３０％以上含み、Ｓｎを含まない鋼Ｎｏ．４０２や、ＮｉとＳｎを含んでいてもしていてもＳｎ含有量が不足している鋼Ｎｏ．４０３は、耐食性の改善効果が不十分であった。
　また、Ｓｎを十分に含有していても、Ｃｒ含有量、Ａｌ含有量、Ｎｉ含有量がいずれも式１～式３を満たさない鋼Ｎｏ．４０４は、中性塩化物環境中での腐食抑制効果が小さくなり、十分な耐食性向上は認められなかった。
　Ｃｒ含有量、Ａｌ含有量、Ｎｉ含有量がいずれも式１～式３を満たさず、Ｓｎ含有量も不足している鋼Ｎｏ．４０５は、酸性環境・酸性塩化物環境どちらにおいても腐食抑制効果が小さく、耐食性が向上しなかった。
　本発明によれば、船倉内の腐食による部材切り替えや再塗装によるメンテナンスコストを大幅に低減することができるので、産業上の貢献が極めて大きい。

Claims (5)

  1. 　化学組成が、質量％で、
    Ｃ：０．０１～０．２０％、
    Ｍｎ：０．１０～２．００％、
    Ｓｎ：０．０５～０．５０％、
    Ｃｒ：０～５．００％、
    Ａｌ：０～３．０００％、
    Ｎｉ：０～５．００％、
    Ｓｂ：０～０．５０％、
    Ｃｕ：０～０．５０％、
    Ｍｏ：０～１．００％、
    Ｗ：０～１．００％、
    Ｔｉ：０～０．１００％、
    Ｚｒ：０～０．２００％、
    Ｃａ：０～０．０５００％、
    Ｍｇ：０～０．０５００％、
    ＲＥＭ：０～０．０５００％、
    Ｎｂ：０～０．１００％、
    Ｖ：０～０．１００％、
    Ｂ：０～０．０１００％、
    Ｓｉ：１．００％以下、
    Ｐ：０．０５０％以下、
    Ｓ：０．０３００％以下、
    Ｎ：０．００８０％以下、
    Ｏ：０．０１００％以下、
    残部がＦｅおよび不純物であり、
    　前記化学組成において、下記式１～式３の少なくとも一つを満足する
    石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。
    ０．１０≦［Ｃｒ］≦５．００・・・式１
    ０．１００＜［Ａｌ］≦３．０００・・・式２
    ０．３０≦［Ｎｉ］≦５．００・・・式３
    　前記式１～式３において、［Ｘ］は元素Ｘの質量％での含有量を示す。
  2. 　質量％で、
    Ｓｂ：０．０１～０．５０％、
    Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
    Ｍｏ：０．０５～１．００％、及び、
    Ｗ：０．０５～１．００％
    からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、請求項１に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。
  3. 　質量％で、
    Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
    Ｚｒ：０．００５～０．２００％、
    Ｃａ：０．００１０～０．０５００％、
    Ｍｇ：０．００１０～０．０５００％、及び、
    ＲＥＭ：０．００１０～０．０５００％
    からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、請求項１または請求項２に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。
  4. 　質量％で、
    Ｎｂ：０．００５～０．１００％、
    Ｖ：０．００５～０．１００％、及び、
    Ｂ：０．０００３～０．０１００％
    からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の船倉用耐食鋼からなる、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉。
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