JP2642835B2 - 耐海水鋼の溶接部の防食方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、河口堰の水門やタンカ
ーのバラストタンクなど、直接海水の影響をうける海水
環境で使用される鋼構造物の溶接部、すなわち溶接熱影
響部や溶接金属部における選択腐食を防止する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、いわゆるウォーターフロントの開
発に伴い、海水を使用する鋼構造物や設備の寿命の延長
を図るために、これら構造物の素材として、普通鋼のか
わりに、海水に対する耐食性（耐海水性）を高めた耐海
水鋼が使用される趨勢にある。

【０００３】普通鋼を海水環境で使用する場合は、耐海
水性が劣るため表面に塗装を施すなどの防食対策を必要
とするが、耐海水鋼はそのような対策を施さずともかな
りの耐海水性を有し、また、景観上塗装が必要とされる
場合でも、普通鋼に比べて塗装の塗り替え期間を大幅に
延長できるという利点がある。

【０００４】耐海水性を有する低合金鋼はかなり以前に
開発され、その海水中での腐食速度は普通鋼のそれに比
べて約 1/2〜1/3 に低下することが確認されている。こ
のような低合金鋼としては、Crを３重量％以下（以下、
合金元素の「％」は「重量％」を意味する）およびCuを
0.2〜1.0 ％含有し、その他、Al、Ni、MoあるいはＰ、
Si等を少量添加したものが知られている。

【０００５】しかしながら、このような低合金鋼を素材
として用いた溶接構造物の溶接部の耐海水性については
あまり詳しく調べられておらず、本発明者が、種々の溶
接材料を用いて溶接した耐海水鋼の溶接部の耐海水性に
ついて評価したところ、溶接金属部あるいは溶接熱影響
部の耐海水性が母材に比べて劣る場合のあることが判明
した。

【０００６】鋼材の溶接部における選択腐食、すなわ
ち、母材部に対して溶接部がより大きい溶出速度で腐食
するのを防止する方法として、例えば、氷海域用の船体
材料の場合、母材のCuおよびNiの含有量と溶接金属のCu
およびNiの含有量との差が次式を満足するように調整し
た溶接材料の使用が推奨されている（日本造船学会論文
集、第170 号 769〜777 頁）。

【０００７】 ΔEc＝3.8 ×ΔCu＋1.1 ×ΔNi＋0.3 ≦±1 ％ 但し、ΔCu＝Cu(%)(母材）−Cu(%)(溶接金属) ΔNi＝Ni(%)(母材）−Ni(%)(溶接金属) しかし、これはCrを含まない材料に関してのものであ
り、Crを含む耐海水鋼およびCr、Moの複合添加鋼に関し
ては未だ不明である。

【０００８】本発明者は、炭素鋼配管の円周溶接部にお
ける選択腐食を防止するには、CuおよびNiを複合添加し
た溶接材料の使用が有効であることを明らかにした
（「材料」第38巻 第 424号（平成元年１月）62〜68
頁）。

【０００９】また、海水中で使用される溶接構造物の溶
接部における選択腐食は、CuおよびNiを含む低合金鋼を
母材とし、これを３〜６％のNiを含む溶接材料を用いて
溶接することにより防止できるとされている（特開平１
−142024号公報) 。

【００１０】しかし、上記の対策はいずれも耐海水性を
有する母材を用いたケースではなく、耐海水鋼の溶接部
の挙動については不明である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、海水環境で
使用される耐海水性低合金鋼の溶接部、すなわち溶接熱
影響部や溶接金属部における選択的な腐食の防止方法を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために検討を重ねた結果、母材および溶接金
属部の化学成分、特に、Cu、NiおよびCrの含有量を調節
することにより溶接部の腐食速度を低下させ、溶接金属
部の選択的な腐食を防止できることを確認した。本発明
はこの知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下
記の防食方法にある。

【００１３】重量％で、Ｃ： 0.005〜0.15％、Si： 0.1
〜0.5 ％、Mn： 0.4〜0.9 ％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：
0.010％以下、Cu：0.05〜0.50％、Ni：0.05〜0.70％、C
r：0.50〜5.0 ％、必要に応じさらにMo：0.05〜0.6 ％
を含有し、残部が実質的にFeである耐海水鋼を、溶接部
の溶接金属の化学組成が、CuおよびNiについては耐海水
鋼母材のCuおよびNi含有量よりもそれぞれ0.05％以上高
く、かつ、 Cu(%)＋Ni(%) が耐海水鋼母材の Cu(%)＋Ni
(%) よりも0.10〜0.80％の範囲で高く、Crについては耐
海水鋼母材のCr含有量に対して−0.2 ％ないし＋0.3 ％
の範囲となり、さらに、Moについては耐海水鋼母材のMo
含有量に対して０〜＋0.2 ％の範囲となり、その他の成
分については、実質的に耐海水鋼母材と同じ範囲となる
ように溶接することを特徴とする耐海水鋼の溶接部の防
食方法。

【００１４】前記の「溶接金属のCuおよびNi含有量が耐
海水鋼母材のCuおよびNi含有量よりもそれぞれ0.05％以
上高く、かつ、 Cu(%)＋Ni(%) が耐海水鋼母材の Cu(%)
＋Ni(%) よりも0.10〜0.80％の範囲で高く、」というこ
とは、式で示すと下記の通りである。すなわち、母材の
CuおよびNiの含有量（％）をそれぞれＣ_B (Cu)およびＣ
_B (Ni)、溶接金属のCuおよびNiの含有量（％）をそれぞ
れＣ_WM(Cu)およびＣ_WM(Ni)とすると、溶接金属について
は、 Ｃ_WM(Cu)−Ｃ_B (Cu)≧0.05％ Ｃ_WM(Ni)−Ｃ_B (Ni)≧0.05％ で、かつ、 〔Ｃ_WM(Cu)＋Ｃ_WM(Ni)〕−〔Ｃ_B (Cu)＋Ｃ_B (Ni)〕＝0.
10〜0.80％ 「溶接金属のCr含有量が耐海水鋼のCr含有量に対して−
0.2 ％ないし＋0.3 ％の範囲」ということは、母材のCr
含有量（％）をＣ_B (Cr)、溶接金属のCr含有量（％）を
Ｃ_WM(Cr)とすると、溶接金属については、 Ｃ_WM(Cr)：〔Ｃ_B (Cr)−0.2 ％〕〜〔Ｃ_B (Cr)＋0.3
％〕 また、Mo添加鋼について、「溶接金属のMo含有量が耐海
水鋼のMo含有量に対して０〜＋0.2 ％の範囲」というこ
とは、母材のMo含有量（％）をＣ_B (Mo)、溶接金属のMo
含有量（％）をＣ_WM(Mo)とすると、同じく Ｃ_WM(Mo)：〔Ｃ_B (Mo)−０％〕〜〔Ｃ_B (Mo)＋0.2 ％〕 ということを意味する。

【００１５】

【作用】以下に、本発明の構成用件およびその作用効果
について説明する。

【００１６】まず、本発明が対象とする耐海水鋼の化学
組成を上記のように限定した理由について説明する。

【００１７】Ｃは鋼の強度を高める効果があるが、本発
明で対象とする耐海水鋼では同じく強度を向上させるCr
が添加されているので、多量に添加する必要はない。し
かし、その含有量が 0.005％未満では 40kgf/mm²以上の
強度の確保が困難であり、一方、0.15％を超えると溶接
性が損なわれるので、Ｃの含有量は 0.005〜0.15％とす
る。

【００１８】Siは脱炭元素として必要で、 0.1％以上含
有させる必要があるが、 0.5％を超えて多量に加えると
溶接部の靱性および熱間加工性が低下するので、その含
有量は 0.1〜0.5 ％とする。

【００１９】Mnは鋼の機械的性質を確保する上で有効な
元素である。しかし、含有量が 0.4％未満ではその効果
が小さく、一方、 0.9％を超えると耐食性に有害な非金
属介在物であるMnＳの生成量が増大するので、その含有
量は 0.4〜0.9 ％とする。

【００２０】Ｐは溶接性を悪化させる元素であり、含有
量が0.03％を超えるとその悪影響が顕著になるのででき
るだけ少ない方がよい。従って、その含有量は0.03％以
下とする。

【００２１】Ｓは耐食性に悪影響を及ぼす元素であり、
腐食の起点となるMnＳを生成するので少なければ少ない
ほどよい、従って、その含有量は0.010 ％以下とする。

【００２２】Cuは鋼の耐食性を高め、特に孔食等の局部
腐食に対する耐食性を確保するために必要である。しか
し、含有量が0.05％未満ではその効果は不十分であり、
一方、0.50％を超えると熱間加工性が劣化する。また、
Cuは鋼の溶接部（特に熱影響部) の耐食性の向上にも有
効であるが、そのためには0.05％以上含有させることが
必要である。従って、Cu含有量は0.05〜0.50％とする。

【００２３】NiはCuと同様の効果を発揮する元素であ
り、特に局部アノードのようなpHの少し低下したところ
での耐食性を高め、局部腐食の進行を抑制する。Cuと共
存させると一層有効である。しかし、含有量が0.05％未
満ではその効果は不十分であり、一方、0.70％を超える
と熱間加工性が劣化する。従って、Ni含有量は0.05〜0.
70％とする。

【００２４】Crは鋼の耐海水性を向上させる最も重要な
元素である。しかし、含有量が0.50％未満ではその効果
は十分ではなく、一方、 5.0％を超えて含有させると鋼
の孔食の発生に対する感受性が高くなる。従って、Cr含
有量は 0.5〜5.0 ％とする。

【００２５】MoはCrと同様に耐海水性を向上させる元素
である。MoはMoO₄ ^2-イオンとして溶解し、局部アノード
でのインヒビターとして作用する。しかし、含有量が0.
05％以下ではその効果は十分ではなく、また、 0.6％を
超えて含有させても上記の作用は飽和してしまい経済性
を損なう。従って、Moを添加する場合、その含有量は0.
05〜0.6 ％とする。

【００２６】本発明が対象とする耐海水鋼は、上記の化
学成分の他、残部が実質的にFeからなる鋼である。

【００２７】次に、溶接部の溶接金属の化学組成を上記
のように限定した理由を説明する。

【００２８】Crを含有する耐海水性低合金鋼は、共金系
の溶接材料で溶接した場合急熱急冷されるので、海水中
での溶接部（溶接金属部や溶接熱影響部）の腐食電位が
母材部の腐食電位よりも若干卑となっている。このため
溶接金属部や熱影響部は、母材よりも溶解しやすい傾向
にある。

【００２９】しかし、溶接熱影響部については、本発明
方法が対象とする耐海水鋼のように、母材にCuおよびNi
が0.05％以上含まれていると、熱影響部の海水中での腐
食電位が卑とならないので、溶接熱影響部の選択的な腐
食はほぼ防止できる。

【００３０】一方、溶接金属部については、CuおよびNi
を含む共金系の溶接材料で溶接しても溶接金属の腐食電
位は母材の腐食電位よりも卑となり、この部分で腐食が
選択的に進行する。

【００３１】この場合、溶接金属部の腐食電位を貴方向
に移行させ、母材の腐食電位と同程度にするためには、
溶接金属部のCuおよびNiの含有量を母材のCuおよびNiの
含有量（Cu：0.05〜0.50％、Ni：0.05〜0.70％）より
も、Niについて0.05％以上、Cuについても0.05％以上高
くし、NiとCuを合わせた Cu(%)＋Ni(%) を母材のそれよ
り0.10％以上多くなるようにすることが必要である。一
方、CuおよびNiの含有量の合計が母材のそれより0.80％
を超える程多くなると、溶接金属部の腐食電位が母材の
それに比べて著しく貴となり、溶接金属部に隣接するボ
ンド部が選択的に腐食されやすくなる。

【００３２】従って、溶接金属部の選択腐食を防止する
ためには、溶接金属のCuおよびNi含有量が母材のCuおよ
びNi含有量に比べてそれぞれ0.05％以上高く、かつ、Cu
(%)＋Ni(%) が母材のCu(%) ＋Ni(%) よりも0.10〜0.80
％の範囲で高くなるような溶接材料を用いて溶接するこ
とが必要である。

【００３３】また、Crについては、母材金属の含有量に
対して−0.2 ％未満では溶接金属部の腐食電位が母材の
腐食電位より卑となり、耐海水性が母材より劣るため、
溶接金属部がいわゆる異種金属腐食を受けやすくなる。
一方、溶接金属のCr含有量が母材金属の含有量に対して
＋0.3 ％を超えると、溶接金属部の耐食性が母材よりよ
くなりすぎて腐食速度に差が生じ、母材部から溶接金属
部にかけて凹凸が生じる。従って、溶接金属のCr含有量
が母材金属のCr含有量に対して−0.2 〜＋0.3％の範囲
内になるような溶接材料を用いる。

【００３４】Moについても、Crの場合と同様の理由で、
溶接金属のMo含有量が母材金属のMo含有量に対して０〜
＋0.2 ％の範囲内になるような溶接材料を用いる。

【００３５】上記のCu、Ni、CrおよびMo以外の成分につ
いては、母材の化学成分と同じ範囲となるようにすれば
よい。すなわち、Ｃについては 0.005〜0.15％、Siにつ
いては 0.1〜0.5 ％、Mnについては 0.4〜0.9 ％、Ｐに
ついては 0.03 ％以下、Ｓについては 0.010％以下とな
り、残部は実質的にFeとなるような溶接材料を用いて溶
接する。

【００３６】溶接方法については特に限定されることは
なく、被覆アーク溶接法、炭酸ガスアーク溶接法、サブ
マージアーク溶接法など、鋼構造物の溶接接合に通常用
いられ、溶接金属の化学組成を調整できるような溶接方
法であればいずれも適用できる。

【００３７】

【実施例】表１に示す化学組成を有する各種の低合金鋼
20kgを大気中で高周波炉により溶解した後、鍛伸し、熱
間圧延した後、大気中で焼鈍し、25mm厚の板を製作し
た。

【００３８】次いで、ミルスケールを除去した後、図１
に示す断面形状の開先加工を行い、溶接入熱 18000〜26
000J/cm で、被覆アーク溶接(SMAW)法、フラックス入り
ワイアを用いた炭酸ガスアーク溶接(FCAW)法またはサブ
マージアーク溶接(SAW) 法により種々の溶接金属組成を
有する溶接試験材を製作した。これらの溶接試験材の母
材部と、溶接部を中心部に含む部分から、図２に示すよ
うに、それぞれ20W ×50L ×5t(mm)の寸法の腐食試験片
（イおよびロ）を採取し、表面を 600番の研磨紙で研磨
した後、脱脂し、腐食試験に供した。

【００３９】腐食試験では、１m³の海水を容れ、300cc/
min の割合で新しい海水と交換しながら常時35℃に保っ
た試験槽内に前記の腐食試験片を６ヶ月間浸漬し、脱ス
ケールした後、腐食減量および母材部と溶接部における
減肉比を測定し、耐食性を評価した。

【００４０】母材の耐食性の評価結果を表２に示す。本
発明の対象母材(No.１〜９）はCr含有量の低い比較材(N
o.10、13）と比べて腐食速度は 1/2以下となっている。
またCr含有量が５％をこえる No.14では孔食が発生し
た。また、 No.11、12、15〜17はCuおよびNiの含有量が
本発明が対象とする母材のそれよりも低い材料である
が、Cr含有量は本発明で定める範囲内にあるので母材の
耐食性は良好であった。

【００４１】表３に溶接部の耐食性の評価結果を示す。
表３において、選択腐食係数とは、溶接部を中心部に含
む試験片（図２のロ）の母材部における腐食深さ（Ｂ）
に対する溶接金属部における腐食深さ（Ｗ）の比（Ｗ／
Ｂ）、あるいは、同じく母材部における腐食深さ（Ｂ）
に対する溶接熱影響部における腐食深さ（Ｈ）の比（Ｈ
／Ｂ）をいう。

【００４２】表３の結果から明らかなように、本発明で
定める母材組成および溶接金属組成を有する場合(No.Ａ
〜 No.Ｌ）は、溶接金属部および熱影響部の母材部に対
する腐食深さ（腐食減肉量）の比、Ｗ／ＢおよびＨ／Ｂ
は1.05以下で、選択腐食が認められないのに対し、比較
例ではＷ／ＢおよびＨ／Ｂの少なくとも一方が1.20以上
となっており、溶接部の耐食性が母材部に比べてかなり
劣っていることを示している。なお、比較例の No.Ｑ、
Ｒ、Ｗ、ＸおよびＹでは、溶接金属部の耐食性は良好で
あったが（Ｗ／Ｂが1.05以下）、母材中のCuおよび／ま
たはNiの含有量が本発明で定める範囲より低いため、熱
影響部の耐食性が劣っている。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３（１）】

【００４６】

【表３（２）】

【００４７】

【発明の効果】本発明方法を適用することにより、海水
環境で使用される耐海水鋼からなる構造物の溶接部、す
なわち溶接熱影響部や溶接金属部における選択腐食を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた溶接部を含む腐食試験片を作製
する際の開先加工の説明図である。

【図２】実施例で用いた腐食試験片の採取方法の説明図
である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ： 0.005〜0.15％、Si： 0.1
   〜0.5 ％、Mn： 0.4〜0.9 ％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：
   0.010％以下、Cu：0.05〜0.50％、Ni：0.05〜0.70％お
   よびCr：0.50〜5.0 ％を含有し、残部が実質的にFeであ
   る耐海水鋼を、溶接部の溶接金属の化学組成が、Cu及び
   Niについては耐海水鋼母材のCuおよびNi含有量よりもそ
   れぞれ0.05％以上高く、かつ、 Cu(%)＋Ni(%) が耐海水
   鋼母材の Cu(%)＋Ni(%)よりも0.10〜0.80％の範囲で高
   く、Crについては耐海水鋼母材のCr含有量に対して−0.
   2 ％ないし＋0.3 ％の範囲となり、その他の成分につい
   ては、実質的に耐海水鋼母材と同じ範囲となるように溶
   接することを特徴とする耐海水鋼の溶接部の防食方法。
2. 【請求項２】重量％で、Ｃ： 0.005〜0.15％、Si： 0.1
   〜0.5 ％、Mn： 0.4〜0.9 ％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：
   0.010％以下、Cu：0.05〜0.50％、Ni：0.05〜0.70％、C
   r：0.50〜5.0 ％およびMo：0.05〜0.6 ％を含有し、残
   部が実質的にFeである耐海水鋼を、溶接部の溶接金属の
   化学組成が、Cu及びNiについては耐海水鋼母材のCuおよ
   びNi含有量よりもそれぞれ0.05％以上高く、かつ、 Cu
   (%)＋Ni(%) が耐海水鋼母材の Cu(%)＋Ni(%) よりも0.1
   0〜0.80％の範囲で高く、Crについては耐海水鋼母材のC
   r含有量に対して−0.2 ％ないし＋0.3 ％の範囲とな
   り、また、Moについては耐海水鋼母材のMo含有量に対し
   て０〜＋0.2 ％の範囲となり、その他の成分について
   は、実質的に耐海水鋼母材と同じ範囲となるように溶接
   することを特徴とする耐海水鋼の溶接部の防食方法。