CN102575327A - 耐气候性优异的结构用钢材及钢结构物 - Google Patents

耐气候性优异的结构用钢材及钢结构物 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供低成本、耐气候性优异的结构用钢材和钢结构物。具体而言，该结构用钢材以质量％计含有以下成分：0.020％≤C ＜0.140％、0.05％≤S≤2.00％、0.20％≤Mn≤2.00％、0.005％≤P≤0.030％、0.0001％≤S≤0.0200％、0.001％≤Al≤0.100％、0.10％≤Cu≤1.00％、0.10％≤Ni＜0.65％、0.05％≤W≤1.00％，还含有以下成分中的1种或2种：0.005％≤Nb≤0.200％、0.005％≤Sn≤0.200％，余量为铁和不可避免的杂质。

Description

耐气候性优异的结构用钢材及钢结构物
技术领域
本发明主要涉及桥梁(bridge)等在户外使用的钢结构物(SteelStructures)，特别是适合用于在海岸附近(coastal environment)等空气悬浮盐分(air-borne salt)多的环境下使用的、要求具有耐气候性(atmospheric corrosion resistance)的构件的钢材及钢结构物。
背景技术
一直以来，在桥梁等在户外使用的钢结构物中，使用耐候钢(weathering steel)。耐候钢是这样一种钢材，在暴露于大气的环境(atmospheric environment)下，耐候钢通过在表面覆盖有Cu、P、Cr、Ni等合金元素稠化形成的保护性高的锈层(rust layer)，腐蚀速度(corrosion rate)显著降低。已知由于其优异的耐气候性，所以使用耐候钢的桥梁常常在无涂装(paintless)的状态下耐用几十年。
然而，已知在海岸附近等空气悬浮盐分量(amount of air-bornesalt)多的环境中，难以生成上述保护性高的锈层，难以获得实用的耐气候性。
根据非专利文献1，现有的耐候钢(JIS G 3114：焊接结构用耐气候性热轧钢材)仅可以在空气悬浮盐分量为0.05mg·NaCl/dm2/天(以下有时用mdd表示单位(mg·NaCl/dm2/天))以下的区域无涂装地使用。因此，在海岸附近等空气悬浮盐分量多的环境下，对普通钢材(JIS G 3106：焊接结构用轧制钢材)实施涂装等防腐蚀措施来使用。需要说明的是，dm是指分米(decimeter)。
对涂装(coating)来说，随时间的经过涂膜(coating film)劣化，需要定期维修(maintenance and repair)。此外，人力成本(labor cost)高昂，再涂装(recoating)困难。由于上述原因，目前需要可无涂装使用的钢材，对可无涂装使用的钢材的期望高。
鉴于上述现状，近年来，作为可在海岸附近等空气悬浮盐分多的环境下无涂装使用的钢材，开发了含有大量多种合金元素、尤其是Ni的钢材。
例如，在专利文献1中，公开了添加有Cu和1重量％以上的Ni作为提高耐气候性的元素的高耐候钢材。
此外，在专利文献2中，公开了添加有1mass％以上的Ni和Mo的耐气候性优异的钢材。
此外，在专利文献3中，公开了除了Ni之外还添加有Cu、Ti的耐气候性优异的钢材。
此外，在专利文献4中，公开了含有大量Ni、此外还含有Mo、Sn、Sb、P等的焊接结构用钢材。
另一方面，虽未言及在海岸附近等空气悬浮盐分多的环境中的耐气候性，但作为在船舶的压舱水箱(ballast tank)等直接经受海水飞沫的严苛腐蚀环境(corrosion environment)下使用的耐腐蚀钢材，专利文献5中公开了含有W和Cr、此外还含有Sb、Sn、Ni等的船舶用耐腐蚀钢材。
专利文献1：日本专利第3785271号公报(日本特开平11-172370号公报)
专利文献2：日本专利第3846218号公报(日本特开2002-309340号公报)
专利文献3：日本专利第3568760号公报(日本特开平11-71632号公报)
专利文献4：日本特开平10-251797号公报
专利文献5：日本特开2007-254881号公报
非专利文献1：关于耐候钢材在桥梁上的应用的共同研究报告书(XX)，第88号，1993年3月，建设省土木研究所，(社)钢材俱乐部，(社)日本桥梁建设协会
发明内容
然而，如专利文献1、2所述，当增加Ni的含量时，存在由合金成本上升导致钢材价格上升的问题。
此外，在专利文献3中，虽然将Ni含量控制在较低水平，并且添加Cu、Ti，但本发明对其他添加元素进行了探索。
此外，如专利文献4所述，对增加Ni的含量、含有Cu、Mo、Sn、Sb、P等的钢材来说，由合金成本的增加导致钢材价格升高，而且由于P的含量高，因而焊接性降低。
此外，专利文献5公开的钢材由于用途不同，所以要求的耐腐蚀性能不同，对于在海岸附近等空气悬浮盐分多的环境下的耐气候性并未说明。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供低成本、耐气候性优异的结构用钢材及钢结构物。
为了解决上述课题，本发明从空气悬浮盐分多的环境下的耐气候性的观点考虑，对钢材的成分组成进行了深入研究。结果发现，通过在含有Cu、Ni的钢基中复合含有W、以及Sn和/或Nb，可提高在空气悬浮盐分多的环境下的钢材的耐气候性。
图1是对具有表1所示成分的钢材实施干湿循环腐蚀试验(wetand dry cyclic corrosion test)而得到的结果。干湿循环腐蚀试验如下进行：从上述钢材上选取35mm×35mm×5mm的试验片，接下来，对于选取的试验片，用配制的人工海水溶液(diluted solution of artificialseawater)在干燥工序(dry process)中涂布试验片的表面，每周一次，使得表面附着的盐分量为0.2mdd，温度40℃、相对湿度(relativehumidity)40％RH的干燥工序为11小时，温度25℃、相对湿度95％RH的湿润工序(wet process)为11小时，过渡时间为1小时，以24小时为1个循环(cycle)，进行12周(84个循环)，接下来，将试验片浸渍于在盐酸(hydrochloric acid)中加入有六亚甲基四胺(hexamethylenetetramine)的水溶液中，进行除锈(derusting)，然后测定重量。图1中的板厚减少量(单位为μm)是试验片单面的平均板厚减少量，如下得到：求出上述得到的重量与初始重量的差，用该值除以试验片的试验对象部分的表面积。进而，对于一种钢种进行3次同样的试验，在图1中用符号●表示所述3次测定的平均值，用误差棒(error bar)表示最大值和最小值(minimum and maximumvalues)。
需要说明的是，基于目前的认识可知，若将该腐蚀试验中的附着的盐分量0.2mdd换算为空气悬浮盐分量，约为0.5mdd，空气悬浮盐分量约为0.5mdd时，相当于海岸附近等空气悬浮盐分量多的环境。
此外，利用外推法由通过试验得到的平均板厚减少量求出100年后的腐蚀量时，该腐蚀试验期间得到的平均板厚减少量为14μm以下时，100年后的平均板厚减少量为0.5mm以下，没有层状剥离锈的产生。
通常，已知可否应用于无涂装耐候钢的桥梁的标准是100年后的板厚减少量为0.5mm以下，因此，对各种钢材进行该腐蚀试验，得到的平均板厚减少量如果为14μm以下，就可应用于无涂装的耐候钢的桥梁。
如上所述，在图1中，对平均板厚减少量为14μm以下的钢材，判定为耐气候性优异。
由图1的结果可知，在钢基(钢种R)中复合含有W和Nb的钢(钢种D)、或复合含有W和Sn的钢(钢种C)，平均板厚减少量小于14μm，与现有的耐候钢(钢种Q)、普通钢(钢种S)、其他元素的组合(钢种A、B、E～P)相比，耐气候性格外优异。此外，对钢种C、D与Ni含量多的钢种T进行比较时，钢种C、D的耐气候性优于钢种T的耐气候性。
如上所述，钢种C、D尽管Ni含量少，但显示优异的耐气候性，原因推定如下。
钢种C、D是Ni含量少、含有Cu、复合含有W、Nb和/或Sn的钢。Cu、Ni使锈层致密化，防止作为腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达底层铁板。W在阳极部、在锈层与底层铁板的界面附近形成与Fe的复合氧化物，抑制阳极反应。此外，以W酸离子的形式分布于锈层，从而呈现阳离子选择透过性，防止作为腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达底层铁板。Nb在阳极部、于锈层与底层铁板的界面附近稠化，抑制阳极反应、阴极反应。Sn与Nb同样地在阳极部、于锈层与底层铁板的界面附近发生稠化，抑制阳极反应、阴极反应。但是，上述效果在单独含有时不充分，推定在复合含有Cu、Ni、W以及Nb和/或Sn时，产生协同效果，从而大幅提高Cu、Ni、W、Nb、Sn的腐蚀抑制效果。
尤其是，将在复合含有Cu、Ni、W的钢(钢种U)中含有Nb或Sn的钢(钢种V、W)与在上述钢种U中含有Nb和Sn两者的钢(钢种X)进行比较时，与钢种V、W的耐气候性相比，钢种X的耐气候性格外优异。
如钢种C、D、V、及W那样，只要含有Nb和Sn中的至少任一种，就可以起到本发明的效果。但是，如钢种X所示可知如果含有Nb和Sn两者，则具有更显著地提高耐气候性的效果。
本发明是基于上述发现完成的。本发明的要点如下。
[1]一种耐气候性优异的结构用钢材，其特征在于，以质量％计，含有以下成分：
0.020％≤C＜0.140％、
0.05％≤S≤2.00％、
0.20％≤Mn≤2.00％、
0.005％≤P≤0.030％、
0.0001％≤S≤0.0200％、
0.001％≤Al≤0.100％、
0.10％≤Cu≤1.00％、
0.10％≤Ni＜0.65％、
0.05％≤W≤1.00％，
还含有以下成分中的1种或2种：
0.005％≤Nb≤0.200％、
0.005％≤Sn≤0.200％，
余量为铁和不可避免的杂质。
[2]如上述[1]所述的耐气候性优异的结构用钢材，其特征在于，以质量％计，还含有以下成分：
0.005％≤Nb≤0.200％、和
0.005％≤Sn≤0.200％。
[3]如上述[1]或[2]所述的耐气候性优异的结构用钢材，其特征在于，以质量％计，还含有：0.1％＜Cr≤1.0％。
[4]如上述[1]～[3]中任一项所述的耐气候性优异的结构用钢材，其特征在于，以质量％计，还含有选自以下成分中的一种以上：
0.01％≤Co≤1.00％、
0.005％≤Mo≤1.000％、
0.005％≤Sb≤0.200％、
0.0001％≤REM≤0.1000％。
[5]如上述[1]～[4]中任一项所述的耐气候性优异的结构用钢材，其特征在于，以质量％计，还含有选自以下成分中的一种以上：
0.005％≤Ti≤0.200％、
0.005％≤V≤0.200％、
0.005％≤Zr≤0.200％、
0.0001％≤B≤0.0050％、
0.0001％≤Mg≤0.0100％。
[6]如上述[1]～[5]中任一项所述的耐气候性优异的结构用钢材，其特征在于，用下式(1)定义的焊接裂纹敏感性指标Pcm为0.25质量％以下，
Pcm＝[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]......(1)
其中，[C]、[S]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]表示各元素含量(质量％)。
[7]一种钢结构物，是使用上述[1]、[6]中任一项所述的耐气候性优异的结构用钢材得到的。
需要说明的是，本说明书中，表示钢的成分的％均以质量％计。此外，本发明中，“耐气候性优异的”是指，在实用上满足可在0.5mdd以下的空气悬浮盐分多的环境中应用的高耐气候性的结构用钢材。
根据本发明，可得到低成本、耐气候性优异的结构用钢材及钢结构物。本发明的结构用钢材通过复合含有对于提高耐气候性有效的元素，可在不大量含有Ni等高价的元素从而成本低的情况下，具有实用的焊接性，且在海岸附近等空气悬浮盐分量多的环境下具有优异的耐气候性。尤其是，在空气悬浮盐分量超过0.05mdd的空气悬浮盐分多的环境下，具有显著的效果。但是，期望空气悬浮盐分量的上限为0.5mdd以下或附着的盐分量的上限为0.2mdd以下。
附图说明
[图1]为表示表1所示的钢种(钢种No.A～X)与平均板厚减少量的关系的图。
[图2]为表示腐蚀试验的条件及循环的模式图。
具体实施方式
以下详细地说明本发明。
0.020％≤C＜0.140％，
C是提高结构用钢材强度的元素，为了确保规定的强度，有必要含有0.020％以上。另一方面，在0.140％以上时，焊接性及韧性劣化。因此，使C含量为0.020％≤C＜0.140％。优选在0.060～0.100％的范围内。
0.05％≤Si≤2.00％
Si作为制钢时的脱氧剂，而且，作为提高结构用钢材强度、确保规定的强度的元素，有必要含有0.05％以上。另一方面，当超过2.00％地过量含有时，韧性及焊接性显著劣化。因此，使Si含量为0.05％≤Si≤2.00％。优选在0.10～0.80％的范围内。
0.20％≤Mn≤2.00％
Mn为提高结构用钢材的强度的元素，为了确保规定的强度，有必要含有0.20％以上。另一方面，当超过2.00％地过量含有时，韧性及焊接性劣化。因此，使Mn含量为0.20％≤Mn≤2.00％。优选在0.20～1.50％的范围内。
0.005％≤P≤0.030％
P为提高结构用钢材的耐气候性的元素。为了得到上述效果，有必要含有0.005％以上。另一方面，超过0.030％含有时，焊接性劣化。因此，使P含量为0.005％≤P≤0.030％。优选在0.005～0.025％的范围内。
0.0001％≤S≤0.0200％
当含有S超过0.0200％时，焊接性及韧性劣化。另一方面，当使S含量降低至小于0.0001％时，生产成本增大。因此，使S含量为0.0001％≤S≤0.0200％。优选在0.0003～0.0050％的范围内。
0.001％≤Al≤0.100％
Al为在制钢时脱氧所需要的元素。为了得到上述效果，以Al含量计有必要含有0.001％以上。另一方面，超过0.100％时，对焊接性有不良影响。因此，使Al含量为0.001％≤Al≤0.100％。优选在0.010～0.050％的范围内。需要说明的是，对于Al含量来说，测定酸可溶Al。
0.10％≤Cu≤1.00％
Cu通过使锈粒微细化而形成致密的锈层，具有提高结构用钢材的耐气候性的效果。含量在0.10％以上时可得到上述效果。另一方面，超过1.00％时，随着Cu消耗量增加而导致成本上升。因此，使Cu含量为0.10％≤Cu≤1.00％。优选在0.20～0.50％的范围内。
需要说明的是，专利文献5与船舶用耐腐蚀钢材有关。船舶压舱水箱的防腐蚀涂膜寿命(通常为10年)为船舶寿命(20年)的一半，剩余的10年通过进行维修涂装来维持耐腐蚀性，由于现状如上所述，所以专利文献5中记载的船舶用耐腐蚀钢材的目的在于，在船舶的压舱水箱等、直接经受海水或其飞沫的严苛腐蚀环境下，在不影响钢材的表面状态的情况下，发挥优异的耐腐蚀性，可延长至维修涂装的期间，进而减少维修涂装的操作。与此相对，本发明的结构用钢材适用于桥梁等在户外使用的钢结构物，其目的在于，在海岸附近等空气悬浮盐分多的环境下，100年后的板厚减少量为0.5mm以下，与专利文献5中记载的钢材在使用钢材的环境和目的方面有很大不同。因此，专利文献5所记载的钢材中不需要含有Cu，在本发明中需要含有Cu，形成致密的锈层，提高钢材的耐气候性。因此，如上所述，本发明中含有0.10％以上的Cu。
0.10％≤Ni＜0.65％
Ni通过使锈粒微细化而形成致密的锈层，具有提高结构用钢材的耐气候性的效果。为了充分地得到该效果，需要含有0.10％以上。另一方面，为0.65％以上时，随着Ni消耗量增加而导致成本上升。因此，使Ni含量为0.10％≤Ni＜0.65％。优选在0.15～0.50％的范围内。
0.05％≤W≤1.00％、0.005％≤Nb≤0.200％、和/或0.005％≤Sn≤0.200％
W是本发明中重要的要件，通过与Nb和/或Sn共存，具有显著提高在空气悬浮盐分多的环境中的钢材的耐气候性的效果。此外，伴随着钢材的阳极反应，WO4 2-溶出，在锈层中以WO4 2-形式分布，从而，静电防止腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达底层铁板。此外，通过含有W的化合物沉淀于钢材表面，抑制钢材的阳极反应。为了充分地得到上述效果，需要含有0.05％以上。另一方面，超过1.00％时，随着W消耗量增加而导致成本上升。因此，使W含量为0.05％≤W≤1.00％。优选在0.10～0.70％的范围内。
Nb是本发明中重要的要件，通过与W共存，具有显著提高在空气悬浮盐分多的环境中的钢材的耐气候性的效果。此外，在阳极部、在锈层与底层铁板的界面附近发生稠化，抑制阳极反应、阴极反应。为了充分地得到上述效果，需要含有0.005％以上。另一方面，超过0.200％时，导致韧性降低。因此，使Nb含量为0.005％≤Nb≤0.200％。优选在0.010～0.030％的范围内。
Sn为本发明中重要的要件，通过与W共存，具有显著提高在空气悬浮盐分多的环境中的钢材的耐气候性的效果。此外，通过在钢材表面形成含有Sn的氧化膜，抑制钢材的阳极反应、阴极反应，从而提高结构用钢材的耐气候性。为了充分地获得上述效果，需要含有0.005％以上。另一方面，超过0.200％时，导致钢的延展性和韧性劣化。因此，使Sn含量为0.005％≤Sn≤0.200％。优选在0.010～0.050％的范围内。
此外，只要含有Nb和Sn中至少任一种，即可实现本发明的效果。但是，如果含有Nb和Sn两者，则可具有更显著地提高耐气候性的效果。对于含有Nb和Sn两者的效果的理由，虽不明确，但认为是因为以下原因产生的：在重复干燥工序和湿润工序的环境下，Nb和Sn显著发挥效果的条件(例如气温、相对湿度或锈中的盐分浓度等环境)不同，因此，Nb和Sn对彼此的效果有互补作用，从而更显著地提高耐气候性。
此外，除确保钢材的机械性质、焊接性等之外，还具有下述优点，即在不使耐气候性劣化的情况下，可分别降低Nb、Sn的添加量。基于上述理由，含有Nb和Sn两者是本发明的优选方案。
余量为Fe和不可避免的杂质。
此处，作为不可避免的杂质，可允许N：0.010％以下、O：0.010％以下、Ca：0.0010％以下。另外，作为不可避免的杂质含有的Ca在钢中大量存在时，使焊接热影响部的韧性劣化，因此优选为0.0010％以下。
除了上述成分元素之外，可根据需要添加以下的合金元素。
0.1％＜Cr≤1.0％
Cr是通过使锈粒微细化而形成致密的锈层、提高耐气候性的元素，为了充分地得到上述效果，有必要以超过0.1％的量含有Cr。另一方面，超过1.0％时，导致焊接性降低。因此，当含有Cr时，使Cr含量为0.1％＜Cr≤1.0％。优选在0.2～0.7％的范围内。
此外，本发明中，基于如下理由，可含有选自Co、Mo、Sb及REM中的1种以上。
0.01％≤Co≤1.00％
Co分布于整个锈层，通过使锈粒微细化而形成致密的锈层，具有提高结构用钢材的耐气候性的效果。为了充分地得到上述效果，有必要含有0.01％以上。另一方面，超过1.00％时，随着Co消耗量增加而导致成本上升。因此，当含有Co时，使Co含量为0.01％≤Co≤1.00％。优选在0.10～0.50％的范围内。
0.005％≤Mo≤1.000％
对于Mo来说，伴随着钢材的阳极反应MoO4 2-溶出，MoO4 2-分布于锈层中，从而防止腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达底层铁板。另外，通过含有Mo的化合物沉淀于钢材表面，而抑制钢材的阳极反应。为了充分获得上述效果，需要含有0.005％以上的Mo。另一方面，超过1.000％时，随着Mo消耗量增加而导致成本上升。因此，当含有Mo时，使Mo含量为0.005％≤Mo≤1.000％。优选在0.100～0.500％的范围内。
0.005％≤Sb≤0.200％
Sb是通过抑制钢材的阳极反应、同时抑制作为阴极反应的析氢反应而提高结构用钢材的耐气候性的元素。为了充分获得上述效果，需要含有0.005％以上的Sb。另一方面，超过0.200％时，导致韧性劣化。因此，当含有Sb时，使Sb含量为0.005％≤Sb≤0.200％。优选在0.010～0.050％的范围内。
0.0001％≤REM≤0.1000％
REM分布于整个锈层，通过使锈粒微细化而形成致密的锈层，具有提高结构用钢材的耐气候性的效果。为了充分获得上述效果，需要含有0.0001％以上的REM。另一方面，超过0.1000％时，上述效果饱和。因此，当含有REM时，使REM含量为0.0001％≤REM≤0.1000％。优选在0.0010～0.0100％的范围内。
此外，本发明中，基于如下理由，可含有选自Ti、V、Zr、B及Mg中的1种以上。
0.005％≤Ti≤0.200％
Ti是为了提高强度所需要的元素。为了充分获得上述效果，需要含有0.005％以上的Ti。另一方面，超过0.200％时，导致韧性劣化。因此，当含有Ti时，使Ti含量为0.005％≤Ti≤0.200％。优选在0.010～0.100％的范围内。
0.005％≤V≤0.200％
V是为了提高强度所需要的元素。为了充分获得上述效果，需要含有0.005％以上的V。另一方面，超过0.200％时，效果饱和。因此，当含有V时，使V含量为0.005％≤V≤0.200％。优选在0.010～0.100％的范围内。
0.005％≤Zr≤0.200％
Zr是为了提高强度所需要的元素。为了充分获得上述效果，需要含有0.005％以上的Zr。另一方面，超过0.200％时，效果饱和。因此，当含有Zr时，使Zr含量为0.005％≤Zr≤0.200％。优选在0.010～0.100％的范围内。
0.0001％≤B≤0.0050％
B是为了提高强度所需要的元素。为了充分获得上述效果，需要含有0.0001％以上的B。另一方面，超过0.0050％时，导致韧性劣化。因此，当含有B时，使B含量为0.0001％≤B≤0.0050％。优选在0.0005～0.0020％的范围内。
0.0001％≤Mg≤0.0100％
Mg是对固定钢中的S、提高焊接热影响部的韧性有效的元素。为了充分获得上述效果，需要含有0.0001％以上的Mg。另一当面，超过0.0100％时，钢中夹杂物的量增加反而导致韧性劣化。因此，当含有Mg时，使Mg含量为0.0001％≤Mg≤0.0100％。优选在0.0005～0.0020％的范围内。
Pcm：0.25质量％以下
此外，防止焊接时的低温裂化，而使焊接施工时的预热温度为50℃以下时，为了达到实际操作上没有问题的水平，优选下式定义的焊接裂纹敏感性指标Pcm为0.25质量％以下。优选为0.20质量％以下的范围。
Pcm＝[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]
需要说明的是，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]表示各元素的含量(质量％)。
本发明的耐气候性优异的结构用钢材可以如下得到：用转炉(steel converter)、电炉(electric furnace)等熔炼设备利用常规方法对具有上述成分组成的钢进行熔炼，将利用通常的连续铸造(continuous casting)或开坯法而得到的板坯(slab)进行热轧(hotrolling)来制造厚钢板(steel plate)或型钢(shaped steel)、薄钢板(steel sheet)、棒钢(bar steel)等钢材。加热、轧制条件可根据所要求的材质适当确定，也可进行控制轧制(controlled rolling)、加速冷却(accelerated cooling)、或再加热(reheating)的热处理等的组合。
此外，通过使用如上所述得到的结构用钢材作为钢结构物的结构构件，可形成在海岸附近等的空气悬浮盐分量多的环境下具有优异的耐气候性的钢结构物。
实施例
对表2所示的化学组成的钢进行熔炼，在加热至1150℃后，进行热轧(hot rolling)，空气冷却(air cooling)至室温(roomtemperature)，试制成厚6mm的钢板。接下来，从得到的钢板选取35mm×35mm×5mm的试验片(test specimen)。对试验片表面进行磨削加工(grinding processing)使得表面粗糙度(surface roughness)Ra为1.6μm以下，用胶带(tape)密封(seal)端面(edge face)、背面(back side)，表面也用胶带进行密封使得表面露出部(exposedarea)的面积为25mm×25mm。
对于如上所述得到的试验片，进行耐气候性试验(wet and drycyclic corrosion test)，评价耐气候性。
作为耐气候性评价试验，进行模拟被认为是实际的桥梁等结构物中最严苛的环境的、未受雨淋的梁(girder)内部的环境的腐蚀试验。腐蚀试验的条件如下所述。进行温度40℃、相对湿度40％RH的干燥工序11小时，然后，经过过渡时间1小时，然后，进行温度25℃、相对湿度95％RH的湿润工序11小时，然后，经过1小时过渡时间，总计24小时为1个循环，模拟实际环境的温湿度循环。此外，在干燥工序中将配制的人工海水溶液涂布于试验片表面，每周涂布一次，使附着在试验片表面上的盐分量为0.2mdd。在上述条件下，经12周进行84个循环的试验。上述腐蚀试验的条件及循环示意性地示于图2。此外，腐蚀试验结束后，将试验片浸渍于在盐酸中加入六亚甲基四胺而形成的水溶液，进行除锈，然后测定重量，求出得到的重量与初始重量的差，求出单面的平均板厚减少量。若上述平均板厚减少量为14μm以下，则评价为耐气候性优异。
此外，对于上述试验片，评价焊接性(weldability)。作为评价方法，实施研究焊接部的冷裂纹敏感性(cold cracking susceptibility)的y形焊接裂纹试验(y-siit weld cracking test)，求出防止焊接裂纹(prevention of weld cracking)的预热温度(preheating temperature)。上述防止焊接裂纹的预热温度高时，评价为焊接性差。
按照上述方法得到的腐蚀试验的结果及焊接性的评价结果与成分组成一同示于表2。
本发明例(钢种No.1～25)中，板厚减少量为11.8～13.8μm，具有优异的耐气候性。其中，No.25具有优异的耐气候性，但由于Pcm超过0.25质量％，所以防止焊接裂纹的预热温度高达100℃，焊接性差。
尤其是，含有Nb和Sn两者的钢种No.7，与Cu、Ni、W及、Nb或Sn的添加量大致相等、含有Nb或Sn中的一种的钢种No.2、5相比，耐气候性进一步显著地提高。同样地，含有Nb和Sn两者的钢种No.8，与钢种1、4相比，耐气候性进一步显著地提高。同样地，含有Nb和Sn两者的钢种No.11和12，与钢种10相比，耐气候性提高。
另一方面，对于超出本发明中规定的范围的比较例(钢种No.26～42)来说，可知板厚减少量为14.3～17.7μm，与本发明例相比，耐气候性差很多。此外，对于比较例(钢种No.41及No.42)来说，板厚减少量为14.0μm、12.5μm，耐气候性优异，但由于含有大量Ni，所以合金成本上升，钢材的价格高。此外，对于比较例钢种No.42来说，由于Pcm超过0.25质量％，所以防止焊接裂纹的预热温度高达100℃，焊接性差。
[表1]
Figure BPA00001530851300161
[表2-1]
Figure BPA00001530851300171
[表2-2]
Figure BPA00001530851300181
[表2-3]
Figure BPA00001530851300191

Claims (7)

1.一种结构用钢材，以质量％计，含有以下成分：
0.020％≤C＜0.140％、
0.05％≤S≤2.00％、
0.20％≤Mn≤2.00％、
0.005％≤P≤0.030％、
0.0001％≤S≤0.0200％、
0.001％≤Al≤0.100％、
0.10％≤Cu≤1.00％、
0.10％≤Ni＜0.65％、
0.05％≤W≤1.00％，
还含有以下成分中的1种或2种：
0.005％≤Nb≤0.200％、
0.005％≤Sn≤0.200％，
余量为铁和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的结构用钢材，其中，以质量％计，还含有以下成分：
0.005％≤Nb≤0.200％、和
0.005％≤Sn≤0.200％。
3.如权利要求1或2所述的结构用钢材，其中，以质量％计，还含有：0.1％＜Cr≤1.0％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的结构用钢材，其中，以质量％计，还含有选自以下成分中的一种以上：
0.01％≤Co≤1.00％、
0.005％≤Mo≤1.000％、
0.005％≤Sb≤0.200％、
0.0001％≤REM≤0.1000％。
5.如权利要求1～4中任一项所述的结构用钢材，其中，以质量％计，还含有选自以下成分中的一种以上：
0.005％≤Ti≤0.200％、
0.005％≤V≤0.200％、
0.005％≤Zr≤0.200％、
0.0001％≤B≤0.0050％、
0.0001％≤Mg≤0.0100％。
6.如权利要求1～5中任一项所述的结构用钢材，用下式(1)定义的焊接裂纹敏感性指标Pcm为0.25质量％以下，
Pcm＝[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]......(1)
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]表示各元素以质量％计的含量。
7.一种钢结构物，是使用权利要求1～6中任一项所述的结构用钢材得到的。
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