JP4579837B2 - 耐食性および脆性破壊発生特性に優れた船舶用鋼材 - Google Patents
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(1)フェライト面積率が75%以上。
(2)t/2位置におけるフェライト粒の平均円相当径が20.0μm以下。
(3)t/4位置におけるフェライト粒の平均アスペクト比が2.0以下。
Cは、材料の強度を確保するために必要な元素である。船舶の構造部材として要求される最低強度(使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね400MPa程度)を得るためには、0.01%以上含有する必要がある。C含有量の好ましい下限は0.02%であり、より好ましくは0.04%である。しかし0.2%を超えて過剰に含有すると靱性や溶接性が劣化する。こうしたことからC含有量の上限は0.2%とした。C含有量の好ましい上限は0.18%であり、より好ましくは0.17%である。
Siは、脱酸作用を有する他、強度を確保するためにも必要な元素であり、0.01%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。従ってSiは0.01%以上とする。Si含有量の好ましい下限は0.02%であり、より好ましくは0.05%、更に好ましくは0.10%である。しかし0.5%を超えて過剰に含有しても溶接性やHAZ靭性が劣化する。従ってSiは0.5%以下とする。Si含有量の好ましい上限は0.45%であり、より好ましくは0.4%である。
MnもSiと同様に脱酸作用を有する他、強度を確保するために必要な元素であり、0.01%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。従ってMnは0.01%以上とする。Mn含有量の好ましい下限は0.05%であり、より好ましくは0.10%、更に好ましくは0.3%である。しかし2%を超えて過剰に含有しても靱性が劣化する。従ってMnは2%以下とする。Mn含有量の好ましい上限は1.8%であり、より好ましくは1.6%である。
上述したように、Alには鋼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充分な防食効果を発揮させるには、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〜0.5%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Al含有量が0.5%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0.05〜0.5%とした。尚、Al含有量の好ましい下限は0.060%であり、より好ましくは0.070%、更に好ましくは0.080%である。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0.4%、更に好ましくは0.35%である。
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、0.010%以上含有させることが必要である。Cu含有量の好ましい下限は0.05%である。しかし過剰に含有すると溶接性や熱間加工性が劣化することから、1.5%以下とする。Cu含有量の好ましい上限は1.3%であり、より好ましくは1.0%である。
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。本発明では上述したように、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には、0.010%以上含有させる必要がある。Cr含有量の好ましい下限は0.05%、より好ましくは0.10%である。しかし過剰に含有すると溶接性が劣化することから1%以下とする必要がある。Cr含有量の好ましい上限は0.9%であり、より好ましくは0.8%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0.02%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。従ってP含有量は0.02%以下とした。尚、P含有量の好ましい上限は0.018%であり、より好ましくは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0.01%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。従ってS含有量は0.01%以下とした。尚、S含有量の好ましい上限は0.008%である。
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。
Caと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。しかしCaとMgは、0.02%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。Caを含有させるときのより好ましい上限は0.015%であり、更に好ましくは0.01%である。Mgを含有させるときのより好ましい上限は0.015%であり、更に好ましくは0.01%である。CaとMgはいずれも0.0005%以上含有させることが好ましい。Caを含有させるときのより好ましい下限は0.0010%であり、Mgを含有させるときのより好ましい下限は0.0010%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。しかしながら0.5%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。Se含有量のより好ましい上限は0.45%であり、更に好ましくは0.4%である。Seは0.005%以上とすることが好ましい。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0.01%である。
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。しかし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、Snは0.5%以下とすることが好ましい。Snを含有させるときのより好ましい上限は0.4%である。Snは0.01%以上含有させることが好ましい。Snを含有させるときのより好ましい下限は0.02%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、Vはこうした強度向上に必要な元素である。
累積圧下率(%)=[(t0−t1)/t0]×100 …(a)
Ar3変態点(℃)=868−369×[C]+24.6×[Si]−68.1×[Mn]−36.1×[Ni]−20.7×[Cu]−24.8×[Cr]+190×[V]…(b)
但し、[ ]は、各元素の含有量(質量%)を示している。
真ひずみ=ln(t2/t3) …(c)
1.プロセスコンピュータを用い、加熱開始から加熱終了までの雰囲気温度や在炉時間に基づいて鋼片の表面から裏面までの任意の位置(例えば、t/4位置やt/2位置)の加熱温度を算出する。
2.算出した加熱温度を用い、圧延中の圧延パススケジュールやパス間の冷却方法(水冷あるいは空冷)のデータに基づいて、板厚方向の任意の位置における圧延温度を計算しつつ圧延を実施する。
3.鋼板の表面温度は圧延ライン上に設置された放射型温度計を用いて実測する。但し、プロセスコンピュータでも理論値を計算しておく。
4.粗圧延開始時、粗圧延終了時、仕上げ圧延開始時にそれぞれ実測した鋼板の表面温度を、プロセスコンピュータから算出される計算温度と照合する。
5.計算温度と実測温度の差が±30℃以上の場合は、計算表面温度が実測温度と一致するように再計算してプロセスコンピュータ上の計算温度とし、±30℃未満の場合は、プロセスコンピュータから算出された計算温度をそのまま用いる。
6.次に、この温度を用い、制御対象としている領域の圧延温度を管理する。
鋼板のおもて面と裏面を含むと共に、圧延方向に平行で且つ鋼材表面(鋼材のおもて面)に対して垂直な面が露出するようにサンプルを切り出し、この露出面を研磨して鏡面仕上げした。露出面の研磨には#150〜#1000までの湿式エメリー研磨紙を用いて研磨した後、研磨剤としてダイヤモンドスラリー用いて鏡面仕上げした。
得られた鋼板を切断および表面研削を行って、最終的に100×100×25(mm)の大きさの試験片を作製した(試験片A)。試験片Aの外観形状を図4に示す。
(腐食試験A)
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。具体的には、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。
原油タンク内の上甲板の腐食環境を模擬して、温度を50℃に保持した試験槽内に試験片を水平に設置して、組成:5体積%O2−10体積%CO2−0.01体積%SO2−0.3体積%H2Sの腐食性ガスを1L/min通気させて試験片を腐食させた。このとき、試験槽内は常時水蒸気飽和状態となるように湿度は98%RH以上に制御して、湿潤状態を保持した。試験時間は6ヶ月間である。この試験には、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Cを用いて、耐全面腐食性、腐食均一性および塗装腐食性を評価した。
(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。
脆性破壊発生特性は、社団法人日本溶接協会(WES)発行のWES1108(1995年2月1日制定)で規定される亀裂先端開口変位試験(CTOD試験)の結果に基づいて評価した。試験片としては、WES1109(1995年制定)のP.6の図6に示されている「標準三点曲げ試験片」を用いた。試験温度は−40℃とし、δc−40℃(mm)を測定した。本発明では、δc−40℃が0.20mm以上の場合を合格とする。CTOD試験の結果を下記表6−1と表6−2に示す。
Claims (5)
- C :0.01〜0.2%(質量%の意味、以下同じ)、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:0.01〜2%、
Al:0.05〜0.5%、
Cu:0.010〜1.5%、
Cr:0.010〜1%を夫々含有する他、
P :0.02%以下(0%を含まない)および
S :0.01%以下(0%を含まない)に夫々抑制し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼材であり、
前記Crの含有量[Cr]と前記Alの含有量[Al]の比の値([Cr]/[Al])が1〜15で、
該鋼材の圧延方向に平行で且つ鋼材表面に対して垂直な面の金属組織を観察したときに、下記(1)〜(3)を満足することを特徴とする耐食性および脆性破壊発生特性に優れた船舶用鋼材。
(1)フェライト面積率が75%以上。
(2)t/2位置におけるフェライト粒の平均円相当径が20.0μm以下。
(3)t/4位置におけるフェライト粒の平均アスペクト比が2.0以下。
但し、tは鋼材の厚み(mm)を意味する。 - 更に他の元素として、
Ni:2%以下(0%を含まない)、
Co:1%以下(0%を含まない)、および
Ti:0.1%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上を含有する請求項1に記載の船舶用鋼材。 - 更に他の元素として、
Ca:0.02%以下(0%を含まない)および/または
Mg:0.02%以下(0%を含まない)を含有する請求項1または2に記載の船舶用鋼材。 - 更に他の元素として、
Se:0.5%以下(0%を含まない)および
Sn:0.5%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の船舶用鋼材。 - 更に他の元素として、
V :0.1%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の船舶用鋼材。
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