JP4119941B2 - 湿潤の大気雰囲気での耐すきま腐食性に優れた船舶用鋼材 - Google Patents
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Cは、材料の強度確保のために必要な元素である。船舶の構造部材としての最低強度、即ち概ね400MPa程度(使用する鋼材の肉厚にもよるが)を得るためには、0.04%以上含有させる必要がある。しかし、0.18%を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。こうしたことから、C含有量の範囲は0.04〜0.18%とした。尚、C含有量の好ましい下限は0.08%である。また、C含有量の好ましい上限は0.16%である。
Siは脱酸と強度確保のための必要な元素であり、0.10%に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、0.50%を超えて過剰に含有させると溶接性が劣化する。尚、Si含有量の好ましい上限は0.40%であり、より好ましくは0.30%以下とするのが良い。
MnもSiと同様に脱酸および強度確保のために必要であり、0.10%に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、1.80%を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。尚、Mn含有量の好ましい上限は1.60%である。
上述したように、Alは表面に安定な酸化物防食皮膜を形成する効果がある。Al含有量が少なくなると、腐食溶解したAl3+イオンは海水中に飛散して鋼材表面に堆積されず、防食皮膜が形成されないことになる。Cr酸化物との共存下で十分な防食効果を発揮させるためには、Alは0.05%以上含有させる必要がある。通常の鋼材であれば、Al含有量が0.10%を超えると溶接部の靭性がやや低下するなど溶接性の点で問題があったが、本発明の鋼材のようにC,Si,P,Sを適正範囲とすることによって、Al含有量が0.1%超〜0.50%までの範囲であっても従来鋼と同等の溶接性を確保することができる。しかしながら、Al含有量が0.50%を超えて過剰になると、溶接性を害することになる。こうしたことから、Al含有量の範囲は0.05〜0.50%とした。尚、Al含有量の好ましい下限は0.08%であり、より好ましくは0.10%以上とするのが良い。また、Al含有量の好ましい上限は0.45%であり、より好ましくは0.40%以下とするのが良い。
Cuは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆皮膜を形成するのに有効な元素である。また、Cuを含有させることによって形成される緻密な錆皮膜とAl酸化物とCr酸化物とが共存する安定な酸化物防食皮膜とが母材の保護性を相乗的に高めて、優れた耐食性が発揮されることになる。こうした効果を発揮させるためには、0.05%以上含有させることが必要であるが、過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、4.00%以下とする必要がある。
Crは、Alと同様に表面に安定な酸化物皮膜を形成して鋼材を防食する効果を発揮する。本発明では上述のように、Al酸化物とCr酸化物を共存させることによって、鋼材の耐食性が飛躍的に向上することになるのであるが、こうした効果を発揮させるためには、0.05%以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると溶接性が劣化することから、4.50%以下とする必要がある。
Ni,CoおよびTiは、いずれも耐食性向上に有効な元素である。このうちNiおよびCoは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆皮膜を形成するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Niで0.05%以上、Coで0.01%以上含有させる必要があるが、過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、5.0%以下とする必要がある。Coを含有させるときの好ましい下限は0.05%であり、NiおよびCoの好ましい上限は4.50%である。
CaおよびMgは、溶解することによってpH上昇作用を示し、鉄の溶解が起こっている局部アノードにおける加水分解反応によるpH低下を抑制して腐食反応を抑制し、耐食性向上に有効な元素である。こうした効果は、Caで0.0010%以上、Mgで0.0005%以上含有させることによって有効に発揮されるが、Caで0.015%を超えて、Mgで0.020%を超えて過剰に含有させると、加工性と溶接性とを劣化させることになる。Mgの好ましい下限は0.0010%であり、より好ましい上限は0.015%である。
Pは靭性や溶接性を劣化させる元素であり、可能な限り含有量を抑えることが好ましい。P含有量の許容される上限は0.020%までであり、これを超えると船舶用鋼材としての溶接性を確保できない。こうしたことから、P含有量は0.020%以下とした。尚、P含有量の好ましい上限は0.015%である。
SもPと同様に靭性や溶接性を劣化させる元素であり、可能な限り含有量を抑えることが好ましい。S含有量の許容される上限は0.010%までであり、これを超えると船舶用鋼材としての溶接性を確保できない。こうしたことから、S含有量は0.010%以下とした。尚、S含有量の好ましい上限は0.008%である。
Seは腐食の溶解反応が起こっているサイトのpH低下を抑制して腐食反応を抑制し、耐食性を向上させる作用を発揮する元素である。こうしたSeを含有させることによって、局部的なpH変化が起こりにくくなるため、腐食均一性が向上する作用がある。また、物質移動が制限されている局所的はpH低下が起こりやすい「すきま部」においては、上記した理由によってその効果(局部腐食抑制効果)が有効に発揮される。こうした環境で要求される耐食性を確保するためには、Seの含有量は0.005%以上とすることが好ましい。しかしながら、0.50%を超えて過剰に含有させると加工性と溶接性が劣化する。こうしたことからSe含有量は、0.005〜0.50%とした。尚、Se含有量のより好ましい下限は0.008%であり、更に好ましくは0.010%以上とするのが良い。また、Se含有量より好ましい上限は0.45%であり、更に好ましくは0.40%以下とするのが良い。
SbおよびSnは、Cu,Ni,Ti等による生成錆緻密化作用や、Se,Ca,Mg等によるpH低下作用を助長して耐食性を向上させる元素である。こうした作用を発揮させるためには、いずれも0.01%以上含有させることが好ましいが、過剰に含有させると加工性と溶接性が劣化することから、0.50%以下とすることが好ましい。これらの元素を含有させるときのより好ましい下限はいずれも0.02%であり、より好ましい上限は0.40%である。
船舶用鋼材では、適用する部位によってはより高強度化が必要な場合があるが、これらの元素は強度向上に必要な元素である。このうちBは、0.0001%以上含有させることによって焼入性が向上して強度向上に有効であるが、0.010%を超えて過剰に含有させると母材靭性が劣化するため好ましくない。Vは、0.01%以上含有させることによって強度向上に有効であるが、0.50%を超えて過剰に含有させると鋼材の靭性劣化を招くことになるので好ましくない。Nbは、0.003%以上含有させることによって強度向上に有効であるが、0.50%を超えて過剰に含有させると鋼材の靭性劣化を招くことになる。尚、これらの元素のより好ましい下限は、Bについては0.0003%、Vについては0.02%、Nbについては0.005%である。またより好ましい上限はBについては0.0090%、Vについては0.45%、Nbについては0.45%である。
電気防食が作用しないバラストタンク内の上部などの湿潤の大気雰囲気を模擬して、海塩粒子を付着させて湿潤状態に保持する腐食試験を行った(腐食試験A)。また、兵庫県加古川市にて採取した実海水7.5mLをほぼ均一に試験面に滴下して、乾燥させた試験片を温度:50℃、湿度:95%RHの恒温恒湿試験槽内に水平に設置して腐食させた。試験時間は6ヶ月間であり、1ヶ月毎に実海水5.0mLを追加で試験面に滴下した。この試験には、前記試験片Aおよび試験片Bを用いて、耐全面腐食性、腐食均一性および耐すきま腐食性を評価した。
(2)試験片Bについては、すきま部(接触面)の目視観察を行ってすきま腐食発生の有無を調べ、すきま腐食が認められる場合には、上記陰極電解法により腐食生成物を除去し、触針式三次元形状測定装置を用いて最大すきま腐食深さD-crev(mm)を測定した。
(3)塗装処理を施した試験片C(カット傷付き)については、カット傷に垂直方向の塗膜膨れ幅をノギスで測定し、試験片5個の最大値を最大膨れ幅と定義した。
Claims (4)
- C:0.04〜0.18%(質量%の意味、以下同じ)、Si:0.10〜0.50%、Mn:0.10〜1.80%、Al:0.05〜0.50%、Cu:0.05〜4.00%、Cr:0.05〜4.50%を夫々含有する他、Ni:0.05〜5.0%、Co:0.01〜5.0%およびTi:0.008〜0.20%よりなる群から選ばれる2種以上を含有し、更にCa:0.0010〜0.015%および/またはMg:0.0005〜0.020%を含有し、P:0.020%以下(0%を含む)およびS:0.010%以下(0%を含む)に夫々抑制し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、且つCrの含有量[Cr]とAlの含有量[Al]の比の値([Cr]/[Al])が1〜50であることを特徴とする湿潤の大気雰囲気での耐すきま腐食性に優れた船舶用鋼材。
- 更に、Se:0.005〜0.50%を含有する請求項1に記載の船舶用鋼材。
- 更に、Sb:0.01〜0.50%および/またはSn:0.01〜0.50%を含有する請求項1または2に記載の船舶用鋼材。
- 更に、B:0.0001〜0.010%、V:0.01〜0.50%およびNb:0.003〜0.50%よりなる群から選ばれる1種以上を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の船舶用鋼材。
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