JP4407261B2 - 海浜耐候性に優れた鋼材およびそれを用いた構造物 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
カソード反応:Fe3+ + e → Fe2+ (Fe3+の還元反応)
アノード反応:Fe → Fe2+ + 2e (Feの溶解反応)
となり、総括反応としては、
2Fe3+ + Fe → 3Fe2+ ・・・ 反応1
となる。
(a)Snは、Sn2+として溶解し、2Fe3++Sn2+→2Fe2++Sn4+なる反応によりFe3+の濃度を低下させることにより反応1を抑制する。さらに、Snにはアノード溶解を抑制する作用もある。
(b)Sbは、Ni等と同様、鋼のアノード溶解反応を抑制するのに有効である。
(c)Alを含有させると海浜耐候性が向上する。
(d)Nは、アンモニアとして溶解し、腐食界面のpHを上昇させる作用を有する。飛来塩分量の多い環境において、上記Fe3+の加水分解によりpHが低下するが、Nを含有させることにより腐食界面のpH低下を抑制し、海浜耐候性が向上する。
(e)上記(a)〜(d)の材料に、さらにTi、Nb、Mo、W、V、CaおよびMg
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有させても、海浜耐候性の改善に効果がある。
(f)上記(a)〜(e)の材料に、さらにREMを含有させると鋼材の溶接性が改善される。
(1)質量%で、C:0.001〜0.15%、Si:2.5%以下、Mn:2.0〜5.0%(ただし、2.0%を除く)、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.1〜9.0%、Al:0.003〜2.5%、N:0.001〜0.1%およびSn:0.03〜0.50%を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材である。
(2)上記(1)の海浜耐候性に優れた鋼材は、さらに、質量%で、Sb:0.03〜0.50%を含有させるのが望ましい。
(3)上記(1)または(2)の海浜耐候性に優れた鋼材は、さらに、質量%で、Ti:0.01〜0.3%、Nb:0.01〜0.1%、Mo:0.01〜1.0%、W:0.01〜1.0%、V:0.01〜1.0%、Ca:0.0001〜0.1%およびMg:0.0001〜0.1%よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有させるのが望ましい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかの海浜耐候性に優れた鋼材は、さらに、質量%で、REMを0.0001%〜0.02%含有させるのが望ましい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の鋼材の表面が防食皮膜で覆われるようにするのが望ましい。
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の鋼材を用いた構造物である。
Cは、鋼の強度を確保するために必要な合金元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性が劣化する。したがって、C含有量は0.15%を上限とする。また0.001%未満であると所定の強度が確保できないので、下限は0.001%とした。なお、望ましい範囲は、0.025%〜0.15%である。
Siは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素であるとともに、耐候性を向上させる元素でもある。2.5%を超えて含有させると鋼の靱性が損なわれる。したがって、その含有量は2.5%以下とする。下限は特に定めないが、含有量が少なすぎると脱酸が十分に行われないので、Alを含有しない場合には、0.1%以上含有させるのが望ましい。
Mnは、低コストで鋼の強度を高める作用効果を有する元素であるが、Sと結合してMnSを形成し、このMnSが腐食の起点となり、耐食性、ひいては耐候性を劣化させる。鋼中S量が低い場合には、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる作用を有するが、5.0%を超えると強度が高くなりすぎる。したがって、その含有量は5.0%以下とする。含有量が2.0%以上(ただし、2.0%を除く)になると、耐候性や耐食性が一層向上するので、Mn含有量を2.0〜5.0%(ただし、2.0%を除く)にする。
Pは、耐候性を著しく向上させる元素である。しかし、過度に含有させると溶接性を劣化させる。したがって、その含有量は0.03%以下とする。下限は特に定めないが、耐候性向上効果を発揮させるために、0.005%以上含有させるのが望ましい。
Sは、Mnと結合して非金属介在物のMnSを形成して腐食の起点となり易く、耐候性を劣化させるので、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その上限は0.005%とする。
Cuは、耐候性を向上させる基本元素であり、0.05%以上含有させると耐候性が向上する。しかし、1.0%を超えて含有させても、その効果が飽和するだけでなく、脆化を起こす原因となる。したがって、その含有量は0.05〜1.0%以下とする。
Niを含有するX線的非晶質さびまたはα−FeOOHは、微細で、さび層の緻密性を向上させることにより物質の透過を抑制する性質を有しているので、飛来塩分量の多い環境で使用される鋼材の合金元素として有効な元素である。また、Niを含有することにより鋼のアノード溶解が抑制され耐候性を向上させる効果もある。これらの効果は、0.1%以上含有させることにより得られるが、9.0%を超えると鋼材のコストが上昇する。したがって、その含有量は0.1〜9.0%とする。
Alは、0.003%以上含有させると耐候性が向上するが、含有量が2.5%を超えるとその効果は飽和する。したがって、Al含有量は0.003〜2.5%とする。なお、多量に添加すると鋼が脆化し易くなるので、含有量の上限は2.0%とするのが望ましい。
Nは、アンモニアとなって溶解し、飛来塩分量の多い環境におけるFe3+の加水分解によるpH低下を抑制するので、塩分環境における耐候性を向上させる効果を有する。この効果は0.001%以上含有することにより得られ、0.1%を超えると飽和する。したがって、N含有量は0.001〜0.1%とする。
Snは、Sn2+となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Fe3+を速やかに還元させ、酸化剤としてのFe3+濃度を低減することにより、Fe3+の腐食促進作用を抑制するので、飛来塩分量が多い環境下での耐候性を向上させる。また、Snには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用もある。
Tiは、TiCを形成してCを固定し、クロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させるとともに、TiSの形成により腐食の起点となるMnSの形成を抑える。この効果は含有量が0.01%以上で現れ、0.3%を超えると、効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、Tiを含有させる場合、その含有量は0.01〜0.3%とする。
Nbには、Tiと同様、NbCを形成してクロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させる効果がある。この効果は含有量が0.01%以上で現れ、0.1%を超えると飽和する。このため、Nbを含有させる場合、その含有量は、0.01〜0.1%とする。
Moは、溶解して酸素酸イオンMoO4 2-の形でさびに吸着し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる元素である。鋼中における含有量が0.01%以上になるとこの効果が得られるが、1.0%を超えると効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、Moを含有させる場合、その含有量は0.01〜1.0%とする。
Wは、Moと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる。この効果は含有量が0.01%以上で現れ、1.0%を超えると飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、Wを含有させる場合、その含有量は0.01〜1.0%とする。
Vは、MoやWと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる。この効果は0.01%以上含有させると現れ、1.0%を超えると飽和する。したがって、Vを含有させる場合、その含有量は0.01〜1.0%とする。
Caは、鋼中に酸化物の形で存在し、腐食反応部における界面のpHの低下を抑制して、腐食の促進を抑える作用を有している。この効果は0.0001%以上含有させることにより得られるが、0.1%を超えると飽和する。したがって、Caを含有させる場合、その含有量は0.0001〜0.1%以下とする。
Mgは、Caと同様、腐食反応部における界面のpHの低下を抑制し、耐食性を向上させる。この効果は0.0001%以上含有させることにより得られるが、0.1%を超えると飽和する。したがって、Mgを含有させる場合、その含有量は0.0001〜0.1%とする。
REMは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させる。含有量が0.0001%以上でその効果を発揮し、0.02%を超えると効果が飽和する。このため、REMを含有させる場合には、その含有量は0.0001〜0.02%とする。
表1に示した化学組成を有するNo.1〜No.20の鋼について、150Kg真空溶解炉で溶製し、インゴットを鍛造した後、加熱、圧延を行い、厚さ4mm×幅150mm×長さ1000mmの寸法に加工し、次いで表裏面を機械研削し、厚さ3mm×幅60mm×長さ100mmの試験片を切り出した。なお、本実施例では、酸素の含有量は0.0001〜0.005%の範囲であった。
(実施例2)
次に、本発明例No.1と比較例No.19とについて、上記実施例1と同様の方法で採取した試験片の表面にタールエポキシを約200μm塗装し、カッターナイフを用いて試験片の中央を中心としたクロスカットを入れて、腐食試験片とした。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.001〜0.15%、Si:2.5%以下、Mn:2.0〜5.0%(ただし、2.0%を除く)、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.1〜9.0%、Al:0.003〜2.5%、N:0.001〜0.1%およびSn:0.03〜0.50%を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材。
- さらに、質量%で、Sb:0.03〜0.50%を含有し、SnおよびSbの含有量の合計値を0.03〜0.50%とすることを特徴とする請求項1に記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
- さらに、質量%で、Ti:0.01〜0.3%、Nb:0.01〜0.1%、Mo:0.01〜1.0%、W:0.01〜1.0%、V:0.01〜1.0%、Ca:0.0001〜0.1%およびMg:0.0001〜0.1%よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
- さらに、質量%で、REMを0.0001%〜0.02%含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の鋼材の表面が防食皮膜で覆われていることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の鋼材を用いた構造物。
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