JP6645462B2 - 鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
C:0.040%以上0.200%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.10%以上2.00%以下、
P:0.035%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.003%以上0.100%以下、
W:0.010%以上0.500%以下、
Sb:0.010%以上0.300%以下、
Sn:0.010以上0.300%以下および
N:0.0010%以上0.0080%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼材であって、
前記Wにおける固溶W量が0.005%以上である鋼材。
質量%で、
Nb:0.001%以上0.020%以下、
Ti:0.001%以上0.030%以下、
Zr:0.001%以上0.030%以下および
V:0.002%以上0.200%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1に記載の鋼材。
質量%で、
Ca:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、上記1または2に記載の鋼材。
質量%で、
B:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、上記1から3のいずれかに記載の鋼材。
質量%で、
Cu:0.04%未満および
Ni:0.04%未満
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1から4のいずれかに記載の鋼材。
質量%で、
Co:0.010%以上0.500%以下、
Mo:0.010%以上0.500%以下および
Cr:0.010%以上0.200%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1から5のいずれかに記載の鋼材。
質量%で、
REM:0.0002%以上0.015%以下、
Y:0.0001%以上0.1%以下および
Mg:0.0002%以上0.015%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1から6のいずれかに記載の鋼材。
前記熱間圧延における仕上圧延後の冷却速度が10℃/s以上である鋼材の製造方法。
Cは、鋼の強度を上昇させるのに有効な元素であり、本発明では強度を確保するために0.040%以上含有させる。一方、Cを0.200%を超えて含有させると、溶接性および溶接熱影響部靭性を低下させる。よって、C量は0.040%以上0.200%以下の範囲とする。好ましくは0.050%以上0.180%以下の範囲であり、より好ましくは、0.060%以上0.160%以下の範囲である。
Siは、脱酸剤として添加され、また鋼の強度を高める元素であるので、本発明では0.01%以上含有させる。しかしながら、Siを0.50%を超えて含有させると、鋼の靱性を劣化させるので、Si量の上限は0.50%とする。好ましくは0.05%以上0.40%以下の範囲であり、より好ましくは0.10%以上0.35%以下の範囲である。
Mnは、鋼の強度を上げることができるため、0.10%以上含有させる。しかしながら、Mnを2.00%を超えて含有させると、鋼の靱性および溶接性を低下させるため、Mn量の上限は2.00%とする。好ましくは0.50%以上1.60%以下の範囲である。より好ましくは0.70%以上1.60%以下の範囲である。
Pは、鋼の母材靱性を低下させる有害な元素であるが、Pの低減は製造コストの上昇を招く。そこで、母材靭性および製造コストの観点から、P量は0.035%以下とする。好ましくは0.020%以下であり、より好ましくは0.010%以下である。なお、0.001%未満とするのは工業的規模の製造では難しいため、0.001%以上の含有は許容される。
Sは、鋼の靭性および溶接性を劣化させる有害な元素であるので、極力低減することが好ましいため、0.010%以下とする。好ましくは0.006%以下であり、より好ましくは0.003%以下である。なお、0.0005%未満とするのは工業的規模の製造では難しいため、0.0005%以上の含有は許容される。
Alは、脱酸剤として0.003%以上含有させるが、0.100%を超える含有は、溶接部靭性に悪影響を及ぼすので、Al量は0.100%以下とする。好ましくは0.010%以上0.050%以下であり、より好ましくは0.015%以上0.040%以下である。
Wは、WO4 2-イオンの生成により、石炭やコークスから滲出するSO4 2-イオンと海水に由来するCl-イオンの地鉄表面への拡散を抑制すると共に、腐食生成物を緻密にして、地鉄表面への水、酸素、SO4 2-イオン、Cl-イオンの拡散を抑制する。これにより、Wはホールド側とバラストタンク側の両環境において、耐食性を向上させることができる。この効果は、0.010%以上で発現するが、0.500%を超えて含有されると効果が飽和するだけでなく、コストも上昇する。そのため、W量は0.010%以上0.500%以下の範囲とする。好ましくは0.020%以上0.200%以下の範囲である。より好ましくは0.030%以上0.150%以下の範囲である。
Wは、上記したような耐食性向上作用を有するが、Wは鋼中で固溶W、あるいは、炭化物などの析出物として存在する。このうち、耐食性の向上に寄与しているのは固溶Wである。固溶Wは0.005%以上で耐食性が発現するため、固溶W量は0.005%以上とした。好ましくは0.010%以上0.50%以下である。より好ましくは0.020%以上である。ここで、固溶Wを0.005%以上とするには、鋼のW添加量を0.007%以上にするとともに、熱間仕上圧延後の冷却速度を10℃/s以上とすることが必要である。
SbとSnはいずれも、鋼材に合金元素として0.010%以上を含有させると、低pH環境において地鉄近傍に濃縮する。SbとSnは大きな水素過電圧を持つため、SbとSnが析出した部分では水素発生反応が抑制され、耐食性が向上する。ホールド側では、石炭やコークスから滲出するSO4 2-イオンによって低pH環境になり、バラストタンク側では塗膜欠陥部でのアノード部で低pH環境となる。よって、SbとSnの耐食効果は、両環境で発現する。この効果は0.010%以上で発現するが、0.30%を超えて含有させると靭性を低下するので、SbとSnのいずれも0.010%以上0.300%以下の範囲とする。好ましくは0.020%以上0.250%以下の範囲である。より好ましくは0.030%以上0.120%以下の範囲である。
Nは、靱性を低下させる元素であるので、極力低減することが望ましい。しかしながら、工業的には0.0010%未満に低減するのは難しい。一方、0.0080%を超えて含有させると靱性の著しい劣化を招く。よって本発明では、N量は0.0010%以上0.0080%以下の範囲とする。好ましくは0.0015%以上0.0060%以下であり、より好ましくは0.0020%以上0.0050%以下である。
Nb、Ti、ZrおよびVはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果を得るためには、Nb、TiおよびZrは0.001%以上、Vは0.002%以上含有させる必要がある。しかしながら、Nbは0.020%を超えて、TiおよびZrはいずれも0.030%を超えて、またVは0.200%を超えて含有させると靱性が低下するため、Ti、ZrおよびVを含有させる場合には、それぞれ、上記の範囲で含有させることとする。
Caは、介在物形態制御の効果があり、鋼の延性および靱性を高めることができる。この効果はCa量が0.0002%以上で発現する。一方、Caは0.0050%を超えて含有させると、粗大な介在物を形成し、母材の靱性を劣化させる。そこで、Ca量は0.0002%以上0.0050%以下の範囲とする。好ましくは0.0005%以上0.0040%以下の範囲である。より好ましくは0.0010%以上0.0030%以下の範囲である。
Bは鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果は、0.0002%以上で発現する。しかしながら、0.0050%を超えて含有させると靱性が低下するため、B量は0.0002%以上0.0050%以下とする。好ましくは0.0003%以上0.0025%以下であり、より好ましくは0.0005%以上0.0015%以下である。
Cu、Niは、石炭やコークスを積荷とするホールド側においては、Fe3O4のような腐食生成物を緻密にし、耐食性を向上させる効果がある。この緻密化した腐食生成物層が保護膜として作用し、H2O、O2、SO4 2-といった腐食因子の地鉄表面への透過が抑制され、鋼の耐食性が向上する。さらに、CuはSbと複合的に含有されることで、金属間化合物であるCu2Sbを形成し、耐食性が向上する。しかしながら、CuとNiはいずれも、ジンクプライマーが存在しない状態で塗装耐食性を劣化させるため、塗装耐食性の観点からは、これらの含有量をできるだけ低減するのが好ましい。しかしながら、スクラップ等を使用した場合の不可避的不純物としての混入が避けられない元素である。そこで、発明者らは、これらの元素の許容範囲について検討したところ、Cu、Niはいずれも0.04%未満であれば、塗装耐食性に対する影響がほとんどなく、許容できることが判明した。より好ましくは、いずれも0.02%未満、さらに好ましくは0.01%未満である。
Co、Mo、Crはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要に応じて選択して含有させることができる。このような効果は、Co、Mo、Cr共に0.010%以上で発現するが、Co、Moでは0.500%を超えて、また、Crでは0.200%を超えて含有させるとそれぞれ靱性が低下するため、Co、Mo、Crは上記の範囲で含有させることとする。
REM(希土類元素)、Y、Mgはいずれも溶接熱影響部の靭性向上に効果のある元素であり、必要に応じて選択して添加することができる。この効果は、REM:0.0002%以上、Y:0.0001%以上、Mg:0.0002%以上で得られる。しかし、REM:0.015%、Y:0.1%、Mg:0.015%を超えて含有させると、却って靭性の低下を招くので、REM、Y、Mgは、それぞれ上記値を上限として添加するのが好ましい。
上記した成分組成の溶鋼を転炉、電気炉等の通常公知の方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法等の通常公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とするのが好ましい。なお、溶鋼に、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を付加しても良いことは言うまでもない。
評価試験1:石炭やコークスを積載するばら積み貨物船のホールド内の腐食環境模擬試験
前記鋼板から、5mmt×50mmW×75mmLの試験片を採取し、その表面をショットブラストして、表面のスケールや油分を除去した。この面を試験面として、塗膜剥離後の鋼材の耐食性を評価した。裏面と端面をシリコン系シールでコーティングした後、アクリル製の治具に嵌め込み、その上に石炭5gを敷き詰め、恒温恒湿器により、雰囲気A(温度60℃、相対湿度95%、20時間)⇔雰囲気B(温度30℃、相対湿度95%、3時間)、遷移時間0.5時間の温度湿度サイクルを84日間与えた。ここで、記号「⇔」は繰り返しを意味している。
本実施例では、上記の条件で試験を行うことにより、石炭運搬船およびコークス運搬船のホールド内の腐食に大きな影響を及ぼす温湿度環境、結露状況を模擬している。試験後、錆剥離液を用い、各試験片の錆を剥離し、鋼材の重量減少量を測定し腐食量とした。また、生じた最大孔食深さをデプスメーターを用いて測定した。固溶Wが全く含まれない比較例であるB1の腐食減少量および最大孔食深さを100とし、これとの相対比率で示した。この相対比率で示す腐食減少量および最大孔食深さが70%以下であれば、耐食性に優れるといえる。
前記鋼板から、3mmt×70mmW×150mmLの試験片の試験片を採取し、その試験片の表面をショットブラストして、表面のスケールや油分を除去した。その後、ジンクリッチプライマーを約15μmのみ塗装した試験片、さらにその上に、変性エポキシ樹脂塗料(約320μm)の塗膜を塗装した試験片、変性エポキシ樹脂塗料(約320μm)のみを塗装した試験片、の3種類の試験片をそれぞれ作製した。
試験片の作製および評価に関しては、評価試験2と同様である。
評価試験3の腐食試験では、塩水噴霧(35℃、5%NaCl溶液噴霧、2時間)→乾燥(60℃、相対湿度25%、4時間)→湿潤(50℃、相対湿度95%、2時間)を1サイクルとする試験を252サイクル行った。上記の条件で試験を行うことにより、バラストタンク内の比較的没水時間が短い箇所、つまり、バラストタンク側の上甲板近傍部位での、塩水噴霧環境と乾湿繰り返し環境が組み合わさった環境を模擬している。
表2に機械的特性調査結果を示し、表3に耐食性試験結果を示す。
表2に示されるように、発明例、比較例ともに良好な母材機械的特性および溶接部衝撃特性を示した。母材機械的特性を評価する引張特性については、降伏応力YSが315MPa以上、引張強さTSが440MPa以上、伸びElが19%以上を良好とし、衝撃特性については、シャルピー衝撃試験による−20℃での吸収エネルギーvE-20が31J以上を良好とした。溶接部衝撃特性については、シャルピー衝撃試験による0℃での吸収エネルギーvE0が34J以上を良好とした。
Claims (11)
- 質量%で、
C:0.040%以上0.200%以下、
Si:0.01%以上0.50%以下、
Mn:0.10%以上2.00%以下、
P:0.035%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.003%以上0.100%以下、
W:0.010%以上0.500%以下、
Sb:0.010%以上0.300%以下、
Sn:0.010以上0.300%以下および
N:0.0010%以上0.0080%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼材であって、
前記Wにおける固溶W量が0.005%以上である鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Nb:0.001%以上0.020%以下、
Ti:0.001%以上0.030%以下、
Zr:0.001%以上0.030%以下および
V:0.002%以上0.200%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Ca:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、請求項1または2に記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
B:0.0002%以上0.0050%以下
を含有する、請求項1から3のいずれかに記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Cu:0.04%未満および
Ni:0.04%未満
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1から4のいずれかに記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
Co:0.010%以上0.500%以下、
Mo:0.010%以上0.500%以下および
Cr:0.010%以上0.200%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1から5のいずれかに記載の鋼材。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
REM:0.0002%以上0.015%以下、
Y:0.0001%以上0.1%以下および
Mg:0.0002%以上0.015%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1から6のいずれかに記載の鋼材。 - 表面にジンクプライマー塗膜を有する、請求項1から7のいずれかに記載の鋼材。
- 表面にエポキシ系塗膜を有する、請求項1から7のいずれかに記載の鋼材。
- 表面にジンクプライマー塗膜およびエポキシ系塗膜を有する、請求項1から7のいずれかに記載の鋼材。
- 請求項1から7のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を熱間圧延する鋼材の製造方法であって、
前記熱間圧延における仕上圧延後の冷却速度を10℃/s以上として固溶W量を0.005%以上とする鋼材の製造方法。
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