JP2002180187A - 日陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 日陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼
を提供する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓ
ｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．
１〜１．５％、Ｎｉ：０．１〜９％、Ａｌ：０．００１
〜０．１％、Ｐ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．０
０１〜０．０１％、Ｓ：０．０１５％以下を含有し、残
部が鉄及び不可避不純物からなり、鋼板表裏面のそれぞ
れの面から板厚方向に板厚の１０〜５０％の範囲に、平
均フェライト粒径が３μｍ以下で、組織に占めるフェラ
イト以外の第二相の面積率が２５％以下の超細粒フェラ
イト組織を有することを特徴とする、日陰耐候性に優れ
た高強度・高靱性耐候性鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気環境での耐候
性が要求され、かつ、構造物としての安全性の確保の観
点からは、優れた強度、靭性、溶接性が要求される橋
梁、鉄塔などの鋼構造物に使用される鋼材に関するもの
である。特に、本発明は、従来、使用鋼材として、適切
な耐候性を発現する鋼材を見い出すことが困難な海浜地
区や、融雪塩を散布する高飛来塩粒子環境の日陰条件下
においても、優れた耐候性を発現する鋼材に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋼材自体が生成する、緻密な
保護性を有する“保護性さび”あるいは“安定さび”に
より、大気環境での腐食減量を抑制し、重塗装やめっき
をせずに、裸で、あるいは、“安定さび”の形成を補助
するための表面処理のみで使用できる鋼材として、耐候
性に有効なＣｕ、Ｎｉ等を微量含有する耐候性鋼（例え
ば、ＪＩＳＧ３１１４溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）
が、様々な鋼構造分野で使用されている。

【０００３】しかし、環境中に塩素イオンが存在する
と、保護性を有する緻密なさびの形成が妨げられるた
め、耐候性鋼といえども、高飛来塩分環境において十分
な耐候性を発揮することは困難であり、耐候性鋼の使用
は、飛来塩分量が０．０５ｍｇ／ｃｍ²／ｄａｙ（以下
ｍｄｄと略称）未満の環境に制限されているのが実状で
ある。

【０００４】最近、従来の耐候性鋼を使用することが困
難な高飛来塩分環境下でも、十分な保護性を有する"安
定さび"を形成して、優れた耐候性を発現する、いわゆ
る、海浜あるいは海岸耐候性鋼が開発されつつある。例
えば、特開平１１−１７２３７０号公報には、鋼に、Ｃ
ｕ及びＮｉを、特にＮｉを、従来の耐候性鋼の範囲から
は予想できないような範囲で多量に添加すると、海浜地
区においても優れた耐候性を発現することが開示されて
いる。

【０００５】しかし、上記公報に記載の海浜耐候性鋼に
おいては、Ｎｉを多量に含有するので、製造コストの上
昇を招くという問題がある。また、上記海浜耐候性鋼
は、付着塩分が降雨等によって洗い流される可能性が高
く、かつ、鋼材表面が乾燥する期間が長い日照条件下で
は、十分な耐候性を発現するが、一方、一旦付着した塩
分の減少が期待できず、かつ、乾燥期間も十分でない日
陰環境下では、必ずしも良好な耐候性を発現しないとい
う問題を抱えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の耐候
性鋼が抱える課題を解決するため、飛来塩分量が多く、
かつ、日陰環境であるような環境、即ち、耐候性の観点
からは最も過酷な環境においても、十分な保護性を有す
る“安定さび"を形成して耐候性を発現する、日陰高耐
候性に優れた高靱性・高強度鋼を、コスト増加と溶接性
の劣化を招くような極端な合金元素の多量添加に頼るこ
となく提供することを課題とするものである。

【０００７】そして、本発明によれば、大気環境での耐
候性が要求され、かつ、構造物としての安全性の確保の
観点からは、優れた強度、靭性、溶接性が要求される橋
梁、鉄塔などの鋼構造物に使用される鋼材、特に、従
来、使用鋼材として、適切な耐候性を発現する鋼材を見
い出すことが困難な海浜地区や、融雪塩を散布する高飛
来塩粒子環境の日陰条件下においても、優れた耐候性を
発現する鋼材を提供することが可能となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】日陰環境の下では、降雨
の影響を受け難いので、鋼材表面には、一旦付着した飛
来塩分が長期間留まり、鋼材表面での"安定さび"の形成
が妨げられる。また、日陰環境は、日照環境に比べて湿
潤期間が長いので、更に、"安定さび"の形成には不利に
作用する。そのため、耐候性鋼といえども、飛来塩分量
の多い日陰環境において、優れた耐候性を発現すること
は非常に困難である。

【０００９】本発明者は、まず、耐候性に有効と思われ
る合金元素、特に、特開平１１−１７２３７０号公報に
開示されているＮｉ及びＣｕを中心に検討した。その結
果、Ｎｉ及びＣｕを上記公報記載の含有量の上限を超え
て添加すると、高飛来塩分環境下での日陰耐候性は確か
に向上するが、その効果は、必ずしも十分ではないこと
が判明した。

【００１０】また、多量のＮｉ及びＣｕの添加は、鋼片
の割れの増加や溶接性の低下など、他の特性の劣化を招
いてしまうので、単に、従来技術の延長上で合金元素を
多量に添加しただけでは、構造材料として用いることが
可能な日陰耐候性鋼を製造することは困難であるとの結
論に至った。そこで、本発明者は、全く新しい観点から
耐候性の向上に取り組んだ。すなわち、本発明は、"安
定さび"のに有効なＮｉ及びＣｕの添加を基本とし、そ
の上で、鋼組織を適正化することにより、耐候性の向上
を図るという試みに取り組んだ。具体的には、鋼組織
を、フェライト以外の第二相の面積率を制限した超細粒
フェライト組織とすることによって、従来は達成できな
かった高飛来塩分環境下での日陰耐候性を、飛躍的に向
上できることを知見し、本発明をなすに至った。そし
て、本発明が要旨とするところは、以下のとおりであ
る。

【００１１】（１） 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２
％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ：
０．００１〜０．０５％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎ
ｉ：０．１〜９％、Ｃｕ：０．１〜１．５％、Ａｌ：
０．００１〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．０１％、
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、鋼板表
裏面のそれぞれの面から板厚方向に板厚の１０〜５０％
の範囲に、平均フェライト粒径が３μｍ以下で、組織に
占めるフェライト以外の第二相の面積率が２５％以下の
超細粒フェライト組織を有することを特徴とする日陰耐
候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。

【００１２】（２） 質量％で、更に、Ｃｒ：０．０１
〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜３％、Ｔｉ：０．００３
〜１％、Ｖ：０．００５〜０．５％、Ｎｂ：０．００３
〜０．２５％、Ｚｒ：０．００３〜０．１％、Ｔａ：
０．００５〜０．２％、Ｗ：０．０１〜３％、Ｂ：０．
０００３〜０．００２％の１種又は２種以上、を含有す
ることを特徴とする前記（１）に記載の日陰耐候性に優
れた高強度・高靱性耐候性鋼。

【００１３】（３） 質量％で、更に、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、
ＲＥＭ：０．００５〜０．１％の１種又は２種以上、を
含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載
の日陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。 （４） 質量％で、更に、Ｓｂ：０．０１〜０．１５
％、Ｓｎ：０．０１〜０．１５％、Ｐｂ：０．０１〜
０．１５％、Ｃｏ：０．０１〜１．５％の１種又は２種
以上、を含有することを特徴とする前記（１）乃至
（３）のいずれかに記載の日陰耐候性に優れた高強度・
高靱性耐候性鋼。 （５） 前記鋼板表裏面の少なくとも一つの面に、有機
樹脂、金属又は無機物の防食被覆を有することを特徴と
する前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の日陰耐候
性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて詳細に述べる。本発明は、化学組成を適正化した上
で、鋼組織を超細粒化することによって、優れた日陰耐
候性と、構造用材料として必要な基本特性を達成するも
のである。そこでまず、化学組成の限定理由とその作用
を説明し、次いで、鋼組織の限定理由を説明する。な
お、以下、「％」はすべて「質量％」のことである。

【００１５】Ｃは、鋼の強度を向上させる有効な成分と
して含有するが、０．０１％未満の含有では、構造用鋼
に必要な強度の確保が困難であり、一方、０．２％を超
える過剰の含有は、母材及び溶接部の靭性や耐溶接割れ
性を低下させるので、その含有量は、０．０１〜０．２
％の範囲とする。超微細フェライト組織を安定的に得る
ためには、０．１％を上限とすることが好ましい。ま
た、大入熱溶接の溶接部靱性が求められる場合には、
０．０６％を上限とするのが好ましい。

【００１６】Ｓｉは、脱酸元素として、また、母材の強
度確保に有効な元素であるが、０．０１％未満の含有で
は脱酸が不十分となり、また、強度確保に不利である。
逆に、１％を超える過剰の含有は、粗大な酸化物を形成
せしめ、延性や靭性の劣化を招く。そこで、Ｓｉの含有
量範囲は０．０１〜１％とする。Ｍｎは、母材の強度、
靭性の確保に必要な元素であり、最低限０．１％含有す
る必要があるが、過剰に含有すると、硬質相の生成や粒
界脆化等により、母材靱性や溶接部の靭性、さらに、溶
接割れ性などが劣化するので、材質上許容できる範囲
で、含有量の上限を２％とする。

【００１７】Ｃｕは、さび層の形成時にＦｅとともに溶
出し、さび粒子の粗大化を抑制し、さび層の緻密さを保
つことで耐候性を向上させるために必要な元素である。
さび層を緻密化する効果を発揮するためには、０．１％
以上の添加が必要である。一方、Ｃｕ量は多いほど耐候
性の向上に有効であるが、１．５％を超えて添加して
も、その効果は飽和し、また、熱間加工時の割れの問題
が生じることから、Ｃｕ量の上限は１．５％とする。

【００１８】Ｎｉは、Ｃｕ以上にさび層の緻密化に有効
な元素であり、Ｃｕとともに必須の元素である。Ｎｉ
は、さび層中に含まれると、鋼中のＦｅとともに溶出
し、さび層中にほぼ均一に含まれることにより、さび層
の表面に付着した飛来塩分に由来するＣｌイオンのさび
層／地鉄界面への浸透を抑制し、さび層内部を低Ｃｌイ
オン環境とする。このように、Ｎｉは、高飛来塩分環境
下において、さび粒子の緻密化を促進する。

【００１９】また、Ｎｉは、それ自体、Ｃｌイオンを含
む水溶液中における乾湿繰り返し腐食環境での腐食速度
を低減する効果を有し、この効果も、耐候性の向上に有
効に寄与する。Ｎｉの効果だけによって高飛来塩分環境
下での耐候性を発現するためには、日照環境下でも１％
以上必要であるが、後述するように、鋼組織を超細粒化
した場合には、Ｎｉ量の下限を下げることが可能とな
る。そして、本発明者の詳細な実験によれば、０．１％
以上の添加で、上記効果が生じることが判明したので、
Ｎｉ量の下限を０．１％とする。

【００２０】ただし、飛来塩分量あるいは日陰環境の具
体的な条件にもよるが、塩分環境が過酷なほど、Ｎｉ量
を高める必要がある。例えば、飛来塩分量が０．２ｍｄ
ｄ（ｍｇ／ｃｍ²／ｄａｙ）以上０．５ｍｄｄ未満の日
陰環境では、Ｎｉ量は１％以上が好ましく、飛来塩分量
が０．５ｍｄｄ以上の日陰環境の場合は、２．５％を下
限とすることが好ましい。Ｎｉ量は高いほど耐候性の向
上に有効であり、Ｎｉ量の上限は、耐候性よりも他の特
性からの要求で決定される。すなわち、溶接性、鋼材表
面性状の確保の観点から、Ｎｉ量の上限は９％とする。
超微細フェライト組織を安定的に得るには、５％を上限
とすることが好ましく、さらに好ましくは、３．５％を
上限とする。

【００２１】Ａｌは、脱酸、オーステナイト粒径の細粒
化等に有効な元素であるが、該効果を得るためには、
０．００１％以上含有する必要がある。一方、０．１％
を超えて過剰に含有すると、粗大な酸化物を形成して延
性を極端に劣化させるので、Ａｌ含有量は、０．００１
〜０．１％の範囲に限定する必要がある。Ｐは、耐候性
向上に有効な元素であり、その効果を明確に発揮するた
めには、０．００１％以上の添加が必要である。ただ
し、多量の添加は、靭性や溶接性を劣化させるので、構
造用鋼においては好ましくない。本発明においては、靭
性、溶接性の劣化が許容できる範囲として、上限を０．
０５％に限定する。

【００２２】Ｎは、ＡｌやＴｉと結びついてオーステナ
イト粒の微細化に有効に作用し、その微量の含有が、機
械的特性の向上に有効に寄与する。また、工業的に鋼中
のＮを完全に除去することは不可能であり、必要以上に
低減することは、製造工程に過大な負荷をかけることに
なるので、好ましくない。そのため、工業的に制御が可
能で、製造工程への負荷が許容できる範囲として、Ｎ量
の下限を０．００１％とする。一方、過剰に含有する
と、固溶Ｎが増加し、延性や靭性に悪影響を及ぼす可能
性があるので、許容できる範囲として、上限を０．０１
％とする。

【００２３】Ｓは、不純物元素で、延性・靭性を劣化さ
せる元素であり、極力低減することが好ましいが、材質
劣化が大きくなく、許容できる量として、上限を０．０
１５％とする。以上が本発明の鋼材の基本成分の限定理
由であるが、本発明においては、強度・靭性の調整のた
めに、必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚ
ｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｂの１種または２種以上を含有すること
ができる。

【００２４】Ｃｒは、強度向上に有効な元素であり、該
効果を発揮せしめるためには、０．０１％以上必要であ
るが、ＣｒはＦｅよりも卑な金属であり、塩分の多い環
境での耐候性を阻害するので、耐候性に悪影響を及ぼさ
ない範囲として、添加量の上限は０．５％とする。Ｍｏ
は、強度向上に関してはＣｒと同等の効果を有するが、
該効果が明確となるためには、０．０１％以上必要であ
る。一方、耐候性に関しては、ＭｏとＣｒとは正反対の
作用をなすもので、Ｍｏは耐候性向上に有効な元素であ
る。

【００２５】Ｍｏは鋼中に含まれると、さびを形成する
に際してモリブデン酸を生成し、さび粒子表面に吸着し
て凝集したさび粒子間で生じた空隙を負電荷過剰として
Ｃｌイオンや硫酸イオンなどの陰イオンの地鉄界面への
浸透を抑制することをとおして、安定さびが形成可能な
限界飛来塩分量をさらに高めることを可能にする作用が
ある。その効果は３％で飽和するとともに、３％を超え
ると、機械的性質、特に、靭性と溶接性を阻害するよう
になるので、本発明においては、Ｍｏの含有量を０．０
１〜３％の範囲に限定する。

【００２６】Ｔｉは、析出強化により母材強度向上に寄
与するとともに、ＴｉＮの形成により加熱オーステナイ
ト粒径微細化にも有効な元素であり、また、靭性向上に
も有効な元素であるが、これらの効果を発揮せしめるた
めには、０．００３％以上の含有が必要である。一方、
１％を超えると、粗大な析出物や介在物を形成して、靭
性や延性を劣化させるので、Ｔｉ量の上限を１％とす
る。

【００２７】Ｖも、Ｖ（Ｃ、Ｎ）を形成して強度向上に
有効な元素であるが、過剰の含有では、析出脆化により
靭性が劣化する。従って、靭性の大きな劣化を招かず
に、効果を発揮せしめる範囲として、Ｖの含有量を０．
００５〜０．５％の範囲に限定する。Ｎｂは、Ｎｂ
（Ｃ、Ｎ）を形成することで強度・靭性の向上に有効な
元素であるが、過剰の含有では、析出脆化により靭性が
劣化する。従って、靭性の劣化を招かずに、該効果を得
る範囲として、Ｎｂの含有量を０．００３〜０．２５％
の範囲に限定する。

【００２８】Ｚｒも、窒化物を形成する元素であり、Ｔ
ｉと同様の効果を有するが、その効果を発揮せしめるた
めには、０．００３％以上の含有が必要である。一方、
０．１％を超えると、Ｔｉと同様に粗大な析出物や介在
物を形成して靭性や延性を劣化させるので、Ｚｒの含有
量を０．００３〜０．１％の範囲に限定する。Ｔａも、
強度・靭性の向上に有効な元素であるが、効果を発揮せ
しめるためには、０．００５％以上の含有が必要であ
る。一方、０．２％を超えると、析出脆化や粗大な析出
物や介在物による靭性劣化を生じるので、Ｔａ量の上限
を０．２％とする。

【００２９】Ｗは、強度向上、耐候性向上に関してＭｏ
とほぼ同等の効果を有する。該効果を発揮せしめるため
には、最低限０．０１％含有させる必要があるが、３％
超で他の特性への悪影響が顕在化するので、本発明で
は、Ｗの含有量を０．０１〜３％に限定する。Ｂは、微
量で確実にＮと結びつくので、固溶Ｎの固定による靭性
向上に有効であり、また、焼入性向上による強度・靭性
の向上に有効な元素である。上記効果を発揮せしめるた
めには、０．０００３％以上の添加が必要である。一
方、０．００２％を超えて過剰に含有すると、ＢＮが粗
大となり、延性や靭性に悪影響を及ぼし、また、溶接性
も劣化させるので、Ｂ量の上限を０．００２％とする。

【００３０】さらに、本発明においては、延性の向上、
継手靭性の向上のために、必要に応じて、Ｍｇ、Ｃａ、
ＲＥＭの１種または２種以上を含有することができる。
Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭは、いずれも硫化物の熱間圧延中の
展伸を抑制して、延性特性の向上に有効である。また、
酸化物を微細化させて、継手靭性の向上にも有効であ
る。その効果を発揮せしめるための含有量の下限は、Ｍ
ｇ及びＣａは０．０００５％、ＲＥＭは０．００５％で
ある。一方、過剰に含有すると硫量物や酸化物の粗大化
を生じ、延性や靭性の劣化を招くので、Ｍｇ量及びＣａ
量の上限は０．０１％とし、ＲＥＭ量の上限は０．１％
とする。さらに、本発明においては、さらなる耐食性の
向上のために、必要に応じて、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｏ
の１種または２種以上を含有することができる。Ｓｂ、
Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｏは、いずれも母材の溶解そのものを抑
制して、耐食性の向上に有効である。その効果を発揮す
るための含有量の下限は、それぞれ０．０１％である。
一方、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｏを過剰に含有すると延性
や靭性の劣化を招くので、含有量の上限は、Ｓｂ、Ｓ
ｎ、Ｐｂについては０．１５％、Ｃｏについては１．５
％とする。

【００３１】次に、本発明における組織要件について説
明する。すなわち、上記化学組成を有する鋼において、
「鋼板表裏面のそれぞれの面から板厚方向に板厚の１０
〜５０％の範囲に、平均フェライト粒径が３μｍ以下
で、組織に占めるフェライト以外の第二相の面積率が２
５％以下の超細粒フェライト組織を有する」ことによ
り、飛来塩分量の高い日陰環境下において保護性の優れ
た安定さびを形成して、良好な耐候性を発揮することが
可能となる。

【００３２】耐候性に対しては、通常範囲の細粒化では
ほとんど効果がないが、平均粒径が３μｍ以下の超細粒
組織とすることにより、安定さびの形成が均一化され
て、耐候性が飛躍的に向上する。特に、本発明の超細粒
組織から形成される安定さびは、Ｃｌイオンの侵入抑制
に効果があるので上記超細粒組織は、Ｃｌイオンにより
安定さびの形成が大きく阻害される、飛来塩分量の多い
日陰環境における耐候性を、通常粒径の場合に比べて、
著しく向上させる。

【００３３】安定さびの均一形成に関しては、フェライ
ト以外の第二相の存在も悪影響を及ぼす。安定さびの均
一形成に悪影響を及ぼす第二相としては、パーライト、
ベイナイト、マルテンサイト相があり、該第二相を抑制
する必要がある。本発明者の詳細な実験に基づけば、第
二相の面積率が２５％以下であれば悪影響はほとんど無
視できる。それ故、本発明においては、パーライト、ベ
イナイト、マルテンサイト相からなる第二相の面積率を
２５％以下に限定する。

【００３４】なお、上記の第二相以外の金属相であるセ
メンタイトや炭窒化物などの微細析出物に関しては、そ
のサイズが、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト
相からなる第二相に比べて非常に微細であるので、耐候
性に対してほとんど悪影響を及ぼさない。酸化物や硫化
物などの介在物についてもサイズが小さければ問題ない
が、長さが５μｍを超えるような粗大介在物は、極力低
減することが好ましい。

【００３５】鋼板において、このような、平均フェライ
ト粒径が３μｍ以下で、組織に占めるフェライト以外の
第二相の面積率が２５％以下の超細粒フェライト組織を
有すべき範囲は、鋼板表裏面のそれぞれの面から板厚方
向に、板厚の１０〜５０％の範囲とする。ただし、これ
は安全代も考慮した範囲である。大気腐食による安定さ
びの形成は鋼板表面から進行するから、上記組織の厚さ
は、構造材料として強度を確保できる板厚減少分以上あ
ればよい。

【００３６】本発明においては、上記組織要件が満足さ
れていれば、その達成手段は問わないが、平均フェライ
ト粒径が３μｍ以下で、フェライト以外の第二相の面積
率が２５％以下とするために好ましい方法として、フェ
ライト単相域〜フェライト／オーステナイト二相域で熱
間加工を行ってフェライトに加工歪を導入し、フェライ
トの再結晶を利用する方法が挙げられる。

【００３７】すなわち、この方法に従えば、フェライト
単相域での加工であるために第二相を含まないか、もし
くは、二相域加工であってもオーステナイトが大歪加工
されるために、オーステナイトからパーライト、ベイナ
イト、及び／又は、マルテンサイトの相が形成されない
で、フェライト相と微細なセメンタイト相が容易に形成
される。具体的には、例えば、特開平７−１２６７９８
号公報や特開平７−１２６７９７号公報などに開示され
ているように、表層あるいは全厚超細粒鋼の製造方法を
用いることによって、本発明の組織要件を得ることが可
能である。

【００３８】なお、特開平７−１２６７９８号公報や特
開平７−１２６７９７号公報に開示されているようなフ
ェライトの加工・再結晶によって超細粒組織を有する鋼
を製造するにあたって、パーライト、ベイナイト、及び
／又は、マルテンサイトの相からなる第二相の抑制を確
実にするためには、熱間加工後の冷却を、冷却速度が放
冷の冷却速度以下である徐冷とするか、加速冷却をする
場合には、加速冷却の停止温度を５００℃以上とする
か、６００℃以上の焼戻し処理を施すことが好ましい。
このようにすることによって、パーライト、ベイナイ
ト、及び／又は、マルテンサイトの相からなる第二相が
形成され難くなり、また、生成された第二相もフェライ
トと微細炭化物に分解されるので、本発明の組織要件を
満足することが容易となる。

【００３９】以上が、本発明に関する要件の説明である
が、本発明においては、必要に応じて、鋼材の表面に、
有機樹脂による塗装や金属または無機物の防食被覆を施
すことも可能である。すなわち、本発明は、鋼材表面に
黒皮が存在したままでの使用、あるいは、ショットブラ
スト等により黒皮を除去しただけの裸使用で、飛来塩分
量の多い日陰環境下で十分優れた耐候性を示すが、さら
に安定した耐候性を保証する場合、あるいは、初期のさ
び汁等の流出による景観の悪化を嫌う場合には、さら
に、表面に有機樹脂による塗装や金属または無機物の防
色被覆を施す。

【００４０】有機樹脂としては、エポキシ脂系、フタル
酸系、ウレタン樹脂系、ビニルブチラール樹脂系及びそ
の他の樹脂系であってよく、いずれも、塗装耐久性・耐
候性が向上する。金属被覆では、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ、又
は、Ａｌめっき、あるいは、溶射などにより、耐候性の
向上が期待できる。いずれの場合も、本発明鋼と上記被
覆との組み合わせにより、めっき、あるいは、溶射によ
る被覆相に、微視的あるいは巨視的な欠陥が存在してい
て、該欠陥から地鉄の腐食が進行しても、その際に、Ｎ
ｉ、Ｃｒなどを含有した緻密な"安定さび"が形成される
ので、本発明鋼と上記被覆の組み合せは、本発明鋼のよ
うに極めて優れた耐候性を有しない鋼に上記被覆を施し
た場合に比べて、鋼材表面に対する保護性を格段に向上
せしめる。

【００４１】また、特開昭５５−９７４７７号公報及び
特開昭５５−９７４７８号公報等に開示されている耐候
性鋼に係る、初期さび汁流出防止技術としてのさび安定
化処理皮膜を本発明鋼に塗布することも、景観や安定さ
びの均一形成させる上で有効である。

【００４２】

【実施例】以上が本発明の要件についての説明である
が、さらに、実施例に基づいて本発明の効果を説明す
る。表１及び表２（表１の続き）に示す化学組成を有す
る鋼片を用いて、表３及び表４に示す製造条件ａ、ｂ、
又はｃ、及び、表５及び表６に示す製造条件ｄ、ｅ又は
ｆに従って、超細粒鋼を製造した。なお、表１及び表２
中には、化学組成、鋼組織の一方あるいは両方が本発明
の要件を満足していない比較例も併せて示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】

【表４】

【００４７】

【表５】

【００４８】

【表６】

【００４９】表１及び表２において、鋼片番号１〜２５
は、その化学組成が本発明で規定する化学組成を満足し
ている例（発明例）であり、鋼片番号２６〜３０は、そ
の化学組成が本発明で規定する化学組成を満足していな
い例（比較例）である。表７及び表８（表７の続き）
に、製造された鋼板における超細粒層の割合、超細粒層
のフェライト粒径、第二相の面積率、及び、鋼板の材質
（強度、靭性）を示す。超細粒層の割合は、鋼板の任意
の１０カ所における断面方向の光学顕微鏡組織観察によ
り求めた平均値であり、粒径と第二相面積率は、表裏面
の各々について超細粒層のほぼ中央（全厚が超細粒組織
となっている場合は板厚の１／４ｔ部と３／４ｔ部）
を、倍率５０００倍の走査型電子顕微鏡で５〜１０視野
観察して、各々、切断法、点算法により求めた値であ
る。

【００５０】引張特性、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃
特性は、圧延方向に直角な方向（Ｃ方向）の板厚中心部
ついて測定した値である。表７及び表８から、本発明の
化学組成を有し、平均フェライト粒径が３μｍ以下の超
細粒組織を、鋼板表裏面のそれぞれの面から板厚方向に
板厚の１０〜５０％まで有する鋼板は、極めて良好な材
質特性を有していることが解る。特に、靭性が優れてい
ることが解る。

【００５１】

【表７】

【００５２】

【表８】

【００５３】

【表９】

【００５４】

【表１０】

【００５５】表９及び表１０（表９の続き）に、製造さ
れた鋼板の耐候性を評価した結果を示す。いずれも、黒
皮を削除した後の鋼板の表面直下から、６×５０×１５
０ｍｍのサイズの試験片を採取し、そのまま（裸材）
か、安定化処理皮膜を施した後（表面処理材）に、千葉
県富津市臨海部において、離岸距離によって飛来塩分量
を変化させた３箇所で暴露試験を、日照及び日陰環境で
１、３及び７年実施した。離岸距離は、５０ｍ、８００
ｍ及び２０００ｍの３種類としたが、各々の位置におけ
る飛来塩分量は、年間平均で、それぞれ、０．８ｍｄ
ｄ、０．２ｍｄｄ及び０．１ｍｄｄである。

【００５６】日照環境下の大気曝露試験は、試験片を南
向き、水平に対し３０°の傾斜で設置して行った。日陰
環境下の大気曝露試験は、図１に模式的に示す日陰大気
曝露試験法で、試験片１を水平に設置し、試験片が雨に
濡れないようアルミニウム板で覆い、水分は結露のみに
より供給され、且つ、海風は試験片の面を通るようにし
て、試験を行った。

【００５７】耐候性の評価は、さび層の目視外観評価と
腐食減量によって行った。さび層の目視外観評価は、暴
露期間が最も長い７年のものについて実施し、均一に安
定さびが形成されて最も状態が良好と判断される場合を
評点４とし、層状剥離さびや鱗状さび等の不均一な腐食
形態が増加するにともなって評点を下げていき、全面に
層状剥離さびが認められて、さびの安定化と腐食の進展
防止が全く望めない状態を評点１とした。

【００５８】腐食減量は、各暴露期間での平均板厚減少
量を測定し、平均板厚減少量と暴露期間との両対数プロ
ットから外挿して５０年後の推定板厚減少量を求めて評
価した。表９及び表１０から、本発明である鋼板番号Ａ
１〜Ａ３０は、超細粒層を表裏各面で１０〜５０％有す
るので、構造材料ととして重要な強度・靭性が良好であ
るとともに、同じＮｉ量で比較した場合に、本発明で規
定する範囲を満足していない比較例の鋼板よりも、格段
に耐候性が優れていることが解る。

【００５９】特に、従来の海浜耐候性でも安定さびの形
成が期待できなかった高飛来塩分かつ日陰環境において
も、日照環境と同等の耐候性が達成されている。一方、
比較例である鋼板番号Ｂ１〜Ｂ１０は、本発明の化学組
成、組織要件のいずれか、あるいは、両方とも本発明で
規定するそれら範囲を満足していないために、本発明と
比較して耐候性が劣っており、特に、高飛来塩分環境で
の日陰耐候性については格段に劣っている。

【００６０】すなわち、鋼板番号Ｂ１は、耐候性に必須
のＮｉが過小であるため超細粒組織を有しているもの
の、耐候性が日照、日陰とも本発明に比べて劣ってい
る。鋼板番号Ｂ２は、耐候性に必須のＮｉ及びＣｕがと
もに過小であるため超細粒組織を有しているものの、耐
候性が日照、日陰とも本発明に比べて劣っている。鋼板
番号Ｂ３は、Ｃ量が過大なため靭性が本発明に比べて劣
っているとともに、組織に占める第二相の面積率も多い
ために、日陰耐候性が劣っている。

【００６１】鋼板番号Ｂ４は、Ｍｎ量が過大なため靭性
が本発明に比べて劣っている。鋼板番号Ｂ５は、Ｃｒが
過剰に添加されているため孔食状の腐食を呈して安定さ
びの均一形成が妨げられており、耐候性が日照、日陰環
境とも劣っている。鋼板番号Ｂ６、Ｂ８、及び、Ｂ９
は、化学組成は本発明を満足しているものの通常の熱間
圧延ままで超細粒組織となっていないため、日陰耐候性
の改善が認められない。

【００６２】鋼板番号Ｂ７、及び、Ｂ１０も、化学組成
は本発明で規定する範囲を満足しているが、焼きならし
処理により製造されているため超細粒組織となっておら
ず、やはり、日陰耐候性の改善が認められない。以上の
実施例からも、本発明によれば、構造材料として十分な
強度、靭性を有し、かつ、高飛来塩分環境での耐候性
が、日照、日陰ともに極めて優れていることが明らかで
ある。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、構造材料として極めて良好な
強度、靭性を有するとともに、飛来塩分量が多く、か
つ、日陰湿潤環境下であるような、耐候性の観点からは
最も過酷な環境においても、十分な保護性を有する安定
さびを形成して耐候性を発現する鋼を、コスト増加と溶
接性の劣化を招くような極端な合金元素の多量添加に頼
ることなく提供することを可能とした。

【００６４】本発明によれば、大気環境での耐候性が要
求され、かつ、構造物としての安全性の確保の観点から
は、優れた強度、靭性、溶接性が要求される橋梁、鉄塔
などの鋼構造物に使用される鋼材、特に、従来、使用鋼
材として、優れた耐候性を発現する鋼材を見い出すこと
が困難な海浜地区や、融雪塩を散布する高飛来塩粒子環
境の日陰湿潤条件下においても、優れた耐候性を有する
鋼材を提供することができる。それ故、本発明の産業上
の効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における日陰環境下の大気曝露試験法を
模式的に示す図である。

【符号の説明】

１…試験片 ２…アルミニウム板

フロントページの続き (72)発明者 紀平 寛 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 宇佐見 明 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 田辺 康児 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．２％、 Ｓｉ：０．０１〜１％、 Ｍｎ：０．１〜２％、 Ｐ ：０．００１〜０．０５％、 Ｓ ：０．０１５％以下、 Ｎｉ：０．１〜９％、 Ｃｕ：０．１〜１．５％、 Ａｌ：０．００１〜０．１％、 Ｎ ：０．００１〜０．０１％、 を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、 鋼板表裏面のそれぞれの面から板厚方向に板厚の１０〜
   ５０％の範囲に、平均フェライト粒径が３μｍ以下で、
   組織に占めるフェライト以外の第二相の面積率が２５％
   以下の超細粒フェライト組織を有することを特徴とする
   日陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。
2. 【請求項２】 質量％で、更に、 Ｃｒ：０．０１〜０．５％、 Ｍｏ：０．０１〜３％、 Ｔｉ：０．００３〜１％、 Ｖ ：０．００５〜０．５％、 Ｎｂ：０．００３〜０．２５％、 Ｚｒ：０．００３〜０．１％、 Ｔａ：０．００５〜０．２％、 Ｗ ：０．０１〜３％、 Ｂ ：０．０００３〜０．００２％の１種又は２種以
   上、 を含有することを特徴とする請求項１に記載の日陰耐候
   性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。
3. 【請求項３】 質量％で、更に、 Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、 Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、 ＲＥＭ：０．００５〜０．１％の１種又は２種以上、 を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の日
   陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。
4. 【請求項４】 質量％で、更に、 Ｓｂ：０．０１〜０．１５％、 Ｓｎ：０．０１〜０．１５％、 Ｐｂ：０．０１〜０．１５％、 Ｃｏ：０．０１〜１．５％の１種又は２種以上、 を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   １項に記載の日陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性
   鋼。
5. 【請求項５】 前記鋼板表裏面の少なくとも一つの面
   に、有機樹脂、金属又は無機物の防食被覆を有すること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の日
   陰耐候性に優れた高強度・高靱性耐候性鋼。