JP6772942B2 - バラストタンク用耐食鋼材 - Google Patents
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Description
本発明は、特に海水による厳しい腐食環境下にあるバラストタンク等に用いられる耐食鋼材であって、表面にエポキシ系塗膜を有するバラストタンク用耐食鋼材に関するものである。
タンカー等の貨物船は、空荷であると航行中に船体が浮いて横風や横波に対して不安定になるため、積荷がない時には、喫水が下がらないように、バラストタンクに海水を積載している。バラストタンクは、貨物の積み下ろしに応じて海水の注入、排出が繰り返されるため、厳しい腐食環境に曝される。そのため、バラストタンクに使用される鋼材の表面には、エポキシ系塗料による防食が施される。
バラストタンクの最上部付近、特に上甲板の裏側は、海水の飛沫が付着した状態で、日中の温度上昇と夜間の温度低下が繰り返されるため、非常に厳しい腐食環境となる。また、バラストタンクに電気防食を施しても、貨物積載時には海水が注入されないため機能せず、残留付着塩分の作用によって激しい腐食を受ける。
バラストタンクは塗装が義務付けられているが、非常に厳しい腐食環境下での塗膜の寿命は１５年程度といわれている。一方、船舶の寿命は２５年であるため、塗装補修や鋼板の切替えが必要となる。バラストタンクの補修は、ドック時の修繕費用や期間を増加させるため、塗装の劣化後も１０年程度は孔空き腐食に至らないような、耐食性に優れた鋼材の開発が望まれている。
このような要求に対して、優れた塗装耐食性を発揮する耐食鋼材が提案されている（例えば、特許文献１〜４、参照）。これらは、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂなどを含有させた鋼材に、ジンクリッチプライマーやエポキシ樹脂などの塗膜を形成した耐食鋼材である。また、耐食性を向上させるため、Ｃｕ、Ｍｇを含有させた鋼材が提案されている（例えば、特許文献５、参照）。
更に、バラストタンクに塗装を施す場合、塗膜下腐食が問題になる場合がある。本発明者らの一部は、塗装下腐食の原因の一つと考えられる、鋼中のＭｎＳの生成を抑制したバラストタンク用耐食鋼材を提案している（例えば、特許文献６、７、参照）。特許文献６は、Ｍｎの含有量と、Ｓの含有量とを考慮したものであり、特許文献７は、Ｃａを利用してＭｎＳの生成を抑制したものである。
本発明者らは、バラストタンクに塗装を施した場合の塗膜欠陥部の耐食性を向上させる手段の検討を進め、Ｍｇが有効な元素であることを知見した。一方、塗装欠陥部の腐食を抑制するために、Ｃｕと、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方と、Ｍｇとを同時に含有させる場合、Ｍｇの含有量が過剰であると、大入熱の溶接によって熱影響部の靱性が低下することがわかった。
本発明は、このような実情に鑑み、バラストタンク内の腐食環境下における塗装耐食性に優れ、大入熱による溶接が行われた場合においても、優れた溶接熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）の靭性を有するバラストタンク用耐食鋼材を提供するものである。
本発明者らは、Ｃｕと、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方を同時に含有する耐食鋼材の塗装欠陥部の耐食性を向上させ、かつ、大入熱での溶接が行われた場合においても、優れた継手靭性（特にＨＡＺの靭性）を確保するための手段について検討を行った。
その結果、まず、塗装欠陥部の耐食性を劣化させる要因であった粗大なＭｎＳを微細な（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子として分散させるＭｇを含有させると、塗装欠陥部の耐食性の劣化を低減できることが判明した。
また、微細な（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子はＨＡＺの靭性の向上にも有効であるが、大入熱での溶接においても優れた継手靭性を得るためには、Ｍｇ含有量とＣｕ含有量とのバランスが重要であることを見出した。
その結果、まず、塗装欠陥部の耐食性を劣化させる要因であった粗大なＭｎＳを微細な（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子として分散させるＭｇを含有させると、塗装欠陥部の耐食性の劣化を低減できることが判明した。
また、微細な（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子はＨＡＺの靭性の向上にも有効であるが、大入熱での溶接においても優れた継手靭性を得るためには、Ｍｇ含有量とＣｕ含有量とのバランスが重要であることを見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０３〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｓ ：０．００１〜０．０２０％、
Ｃｕ：０．１０〜０．０６０％、
Ｎｉ：０．０３〜１．００％、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｍｇ：０．００１２〜０．００３０％、及び、
Ｏ ：０．０００７〜０．００２０％
を含有し、更に、
Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％、及び、
Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％
の少なくとも一方を含有し、
Ｐ ：０．０２５％以下
Ｎ ：０．００８０％以下
に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
前記Ｃｕの含有量と前記Ｍｇの含有量とが、
７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０
を満足し、
表面にエポキシ系塗膜を有することを特徴とするバラストタンク用耐食鋼材。
（２）更に、質量％で、
Ｃｒ：１．００％以下、
Ｍｏ：０．９０％以下、及び、
Ｗ ：１．００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（３）更に、質量％で、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、及び、
Ｖ ：０．２０％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（４）更に、質量％で、
Ｂ ：０．００３０％以下
を含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（５）更に、質量％で、
Ｃａ：０．００５０％以下、
ＲＥＭ：０．００５％以下、及び
Ｙ ：０．１００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（６）前記エポキシ系塗膜の下地にジンクプライマー塗膜を有することを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載のバラストタンク用耐食。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０３〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｓ ：０．００１〜０．０２０％、
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Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％、及び、
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の少なくとも一方を含有し、
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に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
前記Ｃｕの含有量と前記Ｍｇの含有量とが、
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を満足し、
表面にエポキシ系塗膜を有することを特徴とするバラストタンク用耐食鋼材。
（２）更に、質量％で、
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Ｍｏ：０．９０％以下、及び、
Ｗ ：１．００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
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Ｚｒ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、及び、
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（４）更に、質量％で、
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を含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（５）更に、質量％で、
Ｃａ：０．００５０％以下、
ＲＥＭ：０．００５％以下、及び
Ｙ ：０．１００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（６）前記エポキシ系塗膜の下地にジンクプライマー塗膜を有することを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載のバラストタンク用耐食。
本発明のバラストタンク用耐食鋼材は、バラストタンク内の腐食環境下で優れた塗装耐食性を示し、大入熱による溶接が行われた場合においても優れた溶接継手部靭性を有する。したがって、本発明は、過酷な腐食環境に曝されるバラストタンクヘ適用した場合、初期コスト及び補修再塗装等の保守費用を大幅に削減することができるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。
本発明者らは、エポキシ系塗料を塗布した種々の耐食鋼材を用いて、エポキシ系塗膜の欠陥部の腐食について、以下の検討を行った。
種々の合金元素を含有させた鋼を溶製し、熱間圧延して板厚が５ｍｍの鋼板を作製し、長さ１５０ｍｍ、幅７０ｍｍの試験片を採取した。試験片の表面のスケールをショットブラスによって除去し、塗膜厚が３００〜４００μｍになるようにエポキシ系塗料を２回塗布した。その後、塗膜の欠陥部の耐食性を評価するため、試験片の中央に、幅２ｍｍのエンドミルで地鉄表面まで達する５０ｍｍ長さの疵を一文字状に付与した。
耐食性は、複合サイクル試験によって評価した。バラストタンクの環境に合わせるために、腐食液には、５％ＮａＣｌ水溶液ではなく、人工海水を用いた。サイクル条件は、腐食液噴霧（温度３５℃）１時間、乾燥（６０℃、湿度２０〜３０％）２時間、湿潤（５０℃、湿度９５％以上）１時間とした。このサイクルを３００サイクル行った後、付与した疵部の塗装膨れの最大長さを測定した。
その結果、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方を含有させた場合、塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食が抑制されている試験片と、抑制されていない試験片が見られることがわかった。これらを詳細に調査した結果、塗装欠陥部の膨れが抑制されていないものには、ＭｎＳが多く生成していることが判明した。
次に、表面を鏡面研磨し、観察されたＭｎＳの周囲にビッカース硬度計でマーキングを施して、その位置に疵を入れた試験片を用いて耐食性評価を行った。その結果、塗膜膨れは抑制されず、ＭｎＳが塗装欠陥部の耐食性に悪影響を及ぼしていることが明らかになった。ＳｎやＳｂを含む耐食鋼材であっても、ＭｎＳが多く生成している場合、塗膜欠陥部の腐食が抑制されない理由は、ＭｎＳの加水分解によって硫酸が生じ、ｐＨが大きく低下したためではないかと推定している。
一方、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方を含有させた耐食鋼材のうち、Ｍｇを含有させたものの一部は、塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食が著しく抑制されていることが判明した。Ｍｇを含有させた鋼材では（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子が微細に分散しており、（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓが加水分解した場合でもｐＨの低下が抑制されるだけでなく，溶け出したＭｇによってＭｇ化合物が形成され、いわゆるエレクトロコーティングによって腐食の進展が著しく抑制されたのではないかと推定している。
次に、本発明者らは、鋼材に板厚２０ｍｍから３０ｍｍの板を１パスで溶接する、入熱の非常に高い溶接での溶接継手部の靭性を向上させる手段の検討を行った。高い入熱での溶接を行った場合、熱影響を受ける部分の靭性が大幅に低下する。その理由は、この溶接熱影響部の金属組織が溶接の際に高温に曝される時間が長くなるためで、高温時に現れるγ粒が粗大化することによって冷却後の金属組織が粗大化するためである。
そこで、（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子の微細分散によるピン止め効果によってγ粒の粗大化抑制を検討した。その結果、微細な（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子は、溶接熱影響部の靭性向上に有効であることがわかった。しかし、Ｍｇを過剰に含有させると粗大な介在物が形成され、熱影響部の靱性を低下させるため、Ｍｇ含有量を０．００３０％以下にする必要がある。 また、ＣｕとＭｇとを同時に含有させる場合、Ｃｕの含有量に対してＭｇの含有量が適正でないと、大入熱溶接によって熱影響部の靱性が低下することが判明した。
Ｃｕの含有量に対してＭｇの含有量が過剰である場合、（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子を形成しない過剰なＭｇが粗大な介在物を形成し、ＨＡＺの靱性を低下させると考えられる。一方、Ｃｕの含有量に対してＭｇの含有量が不足する場合、鋼中にＣｕＳが形成されて、（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子の生成が不十分になり、ＨＡＺの靱性が向上しないと考えられる。本発明者らの検討の結果、大入熱溶接を行う場合、ＨＡＺの靱性の低下を抑制するためには、Ｃｕ含有量との関係が７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０を満足する必要があることがわかった。
このような検討結果に基づいて、本発明のバラストタンク用耐食鋼材（以下、「本発明の耐食鋼材」という）では、Ｃｕ及びＮｉを含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方を含有し、Ｍｇの上限を０．００３０％として含有させ、さらにＣｕ量との関係が７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０とすることとした。また、必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗの１種又は２種以上を含有させると、さらに優れた耐食性が得られる。
次以下に、本発明の耐食鋼材の成分組成について具体的に説明する。なお、特に断りのない限り、「％」は、「質量％」を示す。
（Ｃ：０．０３〜０．２５％）
Ｃは、鋼材強度を上昇させるのに有効な元素であり、所望の強度を得るために０．０３％以上の含有を必要とする。好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０８％以上とする。一方、０．２５％を超えてＣを含有させると、溶接熱影響部の靭性を低下させるため、Ｃの含有量を０．２５％以下とする。好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１７％以下とする。
Ｃは、鋼材強度を上昇させるのに有効な元素であり、所望の強度を得るために０．０３％以上の含有を必要とする。好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０８％以上とする。一方、０．２５％を超えてＣを含有させると、溶接熱影響部の靭性を低下させるため、Ｃの含有量を０．２５％以下とする。好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１７％以下とする。
（Ｓｉ：０．０５〜０．５０％）
Ｓｉは、脱酸剤として、また、鋼材の強度を高めるために有効な元素であり、０．０５％以上を含有させる。好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．１５％以上のＳｉを含有させる。しかし、０．５０％を超えて含有させると、鋼の靭性を劣化させるので、０．５０％以下とする。好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
Ｓｉは、脱酸剤として、また、鋼材の強度を高めるために有効な元素であり、０．０５％以上を含有させる。好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．１５％以上のＳｉを含有させる。しかし、０．５０％を超えて含有させると、鋼の靭性を劣化させるので、０．５０％以下とする。好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
（Ｍｎ：０．１０〜２．５０％）
Ｍｎは、鋼材の強度を高める元素であり、０．１０％以上のＭｎを含有させる。好ましくは０．６０％以上、より好ましくは１．００％以上とする。しかし、２．５０％を超えてＭｎを含有させると、ＭｎＳを増加させて塗膜欠陥部の耐食性を低下させるため、２．５０％以下とする。好ましくは２．００％以下、より好ましくは１．６０％以下とする。
Ｍｎは、鋼材の強度を高める元素であり、０．１０％以上のＭｎを含有させる。好ましくは０．６０％以上、より好ましくは１．００％以上とする。しかし、２．５０％を超えてＭｎを含有させると、ＭｎＳを増加させて塗膜欠陥部の耐食性を低下させるため、２．５０％以下とする。好ましくは２．００％以下、より好ましくは１．６０％以下とする。
（Ｓ：０．００１〜０．０２０％）
Ｓは、ＭｎＳを生成させて塗膜欠陥部の耐食性を低下させるため、Ｓの含有量を０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下含有させる。Ｓの含有量は、耐食性の観点からは低減することが好ましいが、０．００１％未満にするに製鋼上の負荷が大きくコストが高くなるため、下限を０．００１％とする。より好ましくはＳの含有量を０．００３％以上とする。
Ｓは、ＭｎＳを生成させて塗膜欠陥部の耐食性を低下させるため、Ｓの含有量を０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下含有させる。Ｓの含有量は、耐食性の観点からは低減することが好ましいが、０．００１％未満にするに製鋼上の負荷が大きくコストが高くなるため、下限を０．００１％とする。より好ましくはＳの含有量を０．００３％以上とする。
（Ｃｕ：０．１０〜０．６０％）
Ｃｕは、Ｎｉとともに含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方を含有し、Ｍｇを含有させて耐食性を向上させるために必要であるため、０．１０％以上を含有させる。好ましくは０．１５％以上を含有させる。一方、０．６０％以上のＣｕを含有させると溶接熱影響部の脆化を生じることからＣｕ量を０．５０％以下とする。好ましくは、０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
Ｃｕは、Ｎｉとともに含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方を含有し、Ｍｇを含有させて耐食性を向上させるために必要であるため、０．１０％以上を含有させる。好ましくは０．１５％以上を含有させる。一方、０．６０％以上のＣｕを含有させると溶接熱影響部の脆化を生じることからＣｕ量を０．５０％以下とする。好ましくは、０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
（Ｎｉ：０．０３〜１．００％）
Ｎｉは、Ｃｕともに含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方を含有し、Ｍｇを含有させて耐食性を向上させるために必要であるため、０．０３％以上を含有させる。ＣｕとＮｉとを同時に含有させると鋼材の表面性状の劣化を抑制することもできる。一方、Ｎｉは高価な元素であり、１．００％を超えて含有させるとはコストが高くになることからＮｉ量を１．００％以下とする。好ましくは、０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
Ｎｉは、Ｃｕともに含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方を含有し、Ｍｇを含有させて耐食性を向上させるために必要であるため、０．０３％以上を含有させる。ＣｕとＮｉとを同時に含有させると鋼材の表面性状の劣化を抑制することもできる。一方、Ｎｉは高価な元素であり、１．００％を超えて含有させるとはコストが高くになることからＮｉ量を１．００％以下とする。好ましくは、０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
（Ａｌ：０．００１〜０．１００％）
Ａｌは、脱酸剤であり、０．００１％以上のＡｌを含有させる。好ましくはＡｌの含有量を０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上とする。しかし、０．１００％を超えてＡｌを含有させると、靭性が低下するため、０．１００％以下とする。好ましくは０．０８０％以下、より好ましくは０．０６０％以下とする。
Ａｌは、脱酸剤であり、０．００１％以上のＡｌを含有させる。好ましくはＡｌの含有量を０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上とする。しかし、０．１００％を超えてＡｌを含有させると、靭性が低下するため、０．１００％以下とする。好ましくは０．０８０％以下、より好ましくは０．０６０％以下とする。
（Ｍｇ：０．００１２〜０．００３０％）
Ｍｇは、本発明の耐食鋼材の塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食を抑制するため、また、大入熱溶接での溶接熱影響部の靭性劣化を抑制するために必要な元素であり、０．００１２％以上を含有させる。好ましくは０．００１５％以上、より好ましくは０．００２０％以上とする。しかし、耐食性を向上させるためにＣｕを含有させた場合、Ｍｇの含有量が０．００３０％を超えると溶接熱影響部の靭性が低下するため、Ｍｇの含有量を０．００３０％以下とする。好ましくは０．００２５％以下とする。
Ｍｇは、本発明の耐食鋼材の塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食を抑制するため、また、大入熱溶接での溶接熱影響部の靭性劣化を抑制するために必要な元素であり、０．００１２％以上を含有させる。好ましくは０．００１５％以上、より好ましくは０．００２０％以上とする。しかし、耐食性を向上させるためにＣｕを含有させた場合、Ｍｇの含有量が０．００３０％を超えると溶接熱影響部の靭性が低下するため、Ｍｇの含有量を０．００３０％以下とする。好ましくは０．００２５％以下とする。
（Ｏ：０．０００７〜０．００２０％）
Ｏは、溶接熱影響部の靭性低下や母材の機械特性の低下を引き起こす粗大な酸化物の形成を抑制するため制限することが好ましいが、コストの観点から、Ｏ量の下限値を０．０００７％とする。特にＯ量が０．００２０％を超えると、粗大な酸化物の形成にするため、０．００２０％以下とする。好ましくは０．００１８％以下、より好ましくは０．００１５％以下とする。
Ｏは、溶接熱影響部の靭性低下や母材の機械特性の低下を引き起こす粗大な酸化物の形成を抑制するため制限することが好ましいが、コストの観点から、Ｏ量の下限値を０．０００７％とする。特にＯ量が０．００２０％を超えると、粗大な酸化物の形成にするため、０．００２０％以下とする。好ましくは０．００１８％以下、より好ましくは０．００１５％以下とする。
（Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％）
（Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％）
Ｓｎ、Ｓｂは、塗膜欠陥部の耐食性を向上させる効果があり、一方又は両方を含有させる。効果を得るには、Ｓｎ、Ｓｂとも０．０１０％以上の含有が必要であり、好ましくは０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上を含有させる。一方、Ｓｎ、Ｓｂとも含有量が０．３００％を超えると、母材及びＨＡＺの靭性を劣化させる。したがって、Ｓｎ及びＳｂの含有量を、０．３００％以下とし、好ましくは０．２００％以下、より好ましくは０．１５０％以下とする。
（Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％）
Ｓｎ、Ｓｂは、塗膜欠陥部の耐食性を向上させる効果があり、一方又は両方を含有させる。効果を得るには、Ｓｎ、Ｓｂとも０．０１０％以上の含有が必要であり、好ましくは０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上を含有させる。一方、Ｓｎ、Ｓｂとも含有量が０．３００％を超えると、母材及びＨＡＺの靭性を劣化させる。したがって、Ｓｎ及びＳｂの含有量を、０．３００％以下とし、好ましくは０．２００％以下、より好ましくは０．１５０％以下とする。
（Ｐ：０．０２５％以下）
Ｐは、不純物であり、鋼の母材靭性や溶接性、溶接部靭性を劣化させるため、できるだけ低減するのが好ましい。特に、Ｐの含有量が０．０２５％を超えると、母材靭性及び溶接部靭性の低下が大きくなるので、０．０２５％以下に制限する。好ましくはＰの含有量を０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下とする。
Ｐは、不純物であり、鋼の母材靭性や溶接性、溶接部靭性を劣化させるため、できるだけ低減するのが好ましい。特に、Ｐの含有量が０．０２５％を超えると、母材靭性及び溶接部靭性の低下が大きくなるので、０．０２５％以下に制限する。好ましくはＰの含有量を０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下とする。
（Ｎ：０．００８０％以下）
Ｎは、不純物であり、鋼の母材靭性や溶接性、溶接部靭性を劣化させるため、できるだけ低減するのが好ましい。特に、Ｎの含有量が０．００８０％を超えると、母材靭性及び溶接部靭性の低下が大きくなるので、０．００８０％以下に制限する。好ましくはＮの含有量を０．００５０％以下、より好ましくは０．００４０％以下、より一層好ましくは０．００３５％以下とする。
Ｎは、不純物であり、鋼の母材靭性や溶接性、溶接部靭性を劣化させるため、できるだけ低減するのが好ましい。特に、Ｎの含有量が０．００８０％を超えると、母材靭性及び溶接部靭性の低下が大きくなるので、０．００８０％以下に制限する。好ましくはＮの含有量を０．００５０％以下、より好ましくは０．００４０％以下、より一層好ましくは０．００３５％以下とする。
本発明の耐食鋼材は、上述された基本成分（必須元素）に加え、更に、塗装欠陥部の耐食性を高めるために、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗの１種又は２種以上を選択元素として含有させてもよい。
（Ｃｒ：１．００％以下）
（Ｍｏ：０．９０％以下）
（Ｗ ：１．００％以下）
Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗは、１種又は２種以上を、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇを含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方と同時に含有させると、塗装欠陥部の耐食性を更に高める効果が発現する。塗装欠陥部の耐食性を向上させる効果を得るには、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗとも、０．０１％以上の添加が好ましい。ただし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを過剰に含有させると、ＨＡＺ靭性が劣化する場合がある。Ｃｒは１．００％以下、Ｍｏは０．９０％以下、Ｗは１．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの含有量を０．５０％以下、より一層好ましくはＣｒ、Ｍｏ、Ｗの含有量を０．３０％以下とする。
（Ｍｏ：０．９０％以下）
（Ｗ ：１．００％以下）
Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗは、１種又は２種以上を、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇを含有させた上で、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方と同時に含有させると、塗装欠陥部の耐食性を更に高める効果が発現する。塗装欠陥部の耐食性を向上させる効果を得るには、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗとも、０．０１％以上の添加が好ましい。ただし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを過剰に含有させると、ＨＡＺ靭性が劣化する場合がある。Ｃｒは１．００％以下、Ｍｏは０．９０％以下、Ｗは１．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの含有量を０．５０％以下、より一層好ましくはＣｒ、Ｍｏ、Ｗの含有量を０．３０％以下とする。
本発明の耐食鋼材は、上述された必須元素に加え、更に、母材の機械特性を向上させるために、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ、及び、Ｙの１種又は２種以上を含有させてもよい。
（Ｔｉ：０．１００％以下）
（Ｚｒ：０．１０％以下）
（Ｔａ：０．１００％以下）
（Ｎｂ：０．２００％以下）
（Ｖ ：０．２０％以下）
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖは、いずれも、析出物を生じて鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖは、０．００１％以上を含有させることが好ましい。一方、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖを過剰に含有させると靭性が低下することがあるため、Ｔｉは０．１００％以下、Ｚｒは０．１０％以下、Ｔａは０．１００％以下、Ｎｂは０．２００％以下、Ｖは０．２０％以下として含有させるのが好ましい。より好ましくは、Ｔｉは０．０２０％以下、Ｚｒは０．０２％以下、Ｔａは０．０１０％以下、Ｎｂは０．０３０％以下、Ｖは０．１０％以下とする。
（Ｚｒ：０．１０％以下）
（Ｔａ：０．１００％以下）
（Ｎｂ：０．２００％以下）
（Ｖ ：０．２０％以下）
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖは、いずれも、析出物を生じて鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖは、０．００１％以上を含有させることが好ましい。一方、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖを過剰に含有させると靭性が低下することがあるため、Ｔｉは０．１００％以下、Ｚｒは０．１０％以下、Ｔａは０．１００％以下、Ｎｂは０．２００％以下、Ｖは０．２０％以下として含有させるのが好ましい。より好ましくは、Ｔｉは０．０２０％以下、Ｚｒは０．０２％以下、Ｔａは０．０１０％以下、Ｎｂは０．０３０％以下、Ｖは０．１０％以下とする。
（Ｂ：０．００３０％以下）
Ｂは、微量の添加で鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて含有させることができる。Ｂ量は０．０００３％以上が好ましい。より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、０．００３０％を超えて含有させると、靭性が劣化することがあるため、Ｂの含有量は０．００３０％以下が好ましい。より好ましくは０．００２０％以下とする。
Ｂは、微量の添加で鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて含有させることができる。Ｂ量は０．０００３％以上が好ましい。より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、０．００３０％を超えて含有させると、靭性が劣化することがあるため、Ｂの含有量は０．００３０％以下が好ましい。より好ましくは０．００２０％以下とする。
（Ｃａ：０．００５０％以下）
（ＲＥＭ：０．００５％以下）
（Ｙ ：０．１００％以下）
Ｃａ、ＲＥＭ、及び、Ｙは、いずれも、母材の機械特性の向上に効果のある元素であり、必要に応じて選択して含有することができる。Ｃａ、ＲＥＭ、及び、Ｙは、それぞれ、０．０００１％以上を含有させることが好ましい。より好ましくは、Ｍｇ、ＲＥＭ、及び、Ｙの含有量を、それぞれ、０．０００５％以上とする。一方、これらを過剰に含有させると母材靭性を低下させることがあるため、Ｃａ及びＲＥＭは０．００５％以下、Ｙは０．１００％以下が好ましい。より好ましくは、Ｍｇ、ＲＥＭ、及び、Ｙの含有量を、それぞれ、０．００３０％以下、０．００５％以下、及び、０．０５％以下とする。
（ＲＥＭ：０．００５％以下）
（Ｙ ：０．１００％以下）
Ｃａ、ＲＥＭ、及び、Ｙは、いずれも、母材の機械特性の向上に効果のある元素であり、必要に応じて選択して含有することができる。Ｃａ、ＲＥＭ、及び、Ｙは、それぞれ、０．０００１％以上を含有させることが好ましい。より好ましくは、Ｍｇ、ＲＥＭ、及び、Ｙの含有量を、それぞれ、０．０００５％以上とする。一方、これらを過剰に含有させると母材靭性を低下させることがあるため、Ｃａ及びＲＥＭは０．００５％以下、Ｙは０．１００％以下が好ましい。より好ましくは、Ｍｇ、ＲＥＭ、及び、Ｙの含有量を、それぞれ、０．００３０％以下、０．００５％以下、及び、０．０５％以下とする。
本発明の耐食鋼材において、上記以外の成分は、Ｆｅ及び不可避的不純物であるが、本発明の効果を害しない範囲内であれば、上記以外の成分の含有は許容される。
（７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０）
ＣｕとＭｇとを同時に含有させる場合、Ｃｕ含有量とＭｇ含有量とが、７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０を満足することが必要である。Ｍｇ含有量がＣｕ含有量に対して過剰であると、粗大な介在物が形成されてＨＡＺ靭性が低下するため、Ｃｕ／Ｍｇを２２０未満とする。好ましくは１８０以下、より好ましくは１５０以下とする。一方、Ｍｇ含有量がＣｕ含有量に対して不足すると、ＣｕＳの形成により（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子の形成が不十分になり、ＨＡＺ靭性が低下するため、Ｃｕ／Ｍｇを７０超とする。好ましくは７５以上、より好ましくは８０以上とする。
ＣｕとＭｇとを同時に含有させる場合、Ｃｕ含有量とＭｇ含有量とが、７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０を満足することが必要である。Ｍｇ含有量がＣｕ含有量に対して過剰であると、粗大な介在物が形成されてＨＡＺ靭性が低下するため、Ｃｕ／Ｍｇを２２０未満とする。好ましくは１８０以下、より好ましくは１５０以下とする。一方、Ｍｇ含有量がＣｕ含有量に対して不足すると、ＣｕＳの形成により（Ｍｇ、Ｍｎ）Ｓ粒子の形成が不十分になり、ＨＡＺ靭性が低下するため、Ｃｕ／Ｍｇを７０超とする。好ましくは７５以上、より好ましくは８０以上とする。
本発明の耐食鋼材は、上記組成からなる下地鋼材の表面に、表面にエポキシ系塗膜を有する。エポキシ系塗膜は、国際海事機関（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ、ＩＭＯ）が定めた塗装性能基準を満たすものであれば、特に制限されるものではなく、エポキシ系塗料を塗布し、乾燥させて形成すればよい。
また、上記組成からなる下地鋼材の表面に、ジンクリッチプライマー塗膜を形成してから、エポキシ系塗膜を設けることができる。ジンクリッチプライマー塗膜は、特に制限されるものではなく、ジンクリッチプライマーを塗布し、乾燥させて形成すればよい。
本発明の耐食鋼材は、常法で製造することができる。
例えば、溶鋼を転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とし、熱間圧延に供する。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よい。
例えば、溶鋼を転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とし、熱間圧延に供する。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よい。
そして、鋼素材を、好ましくは１０５０〜１２５０℃の温度に加熱し、所望の寸法形状に熱間圧延する。鋳造や造塊後の鋼材をそのまま熱間圧延してもよい。なお、熱間圧延では、強度を確保するために、熱間仕上圧延終了温度及び熱間仕上圧延終了後の冷却速度を適正化することが好ましく、熱間仕上圧延終了温度は、７００℃以上、熱間仕上圧延終了後の冷却は、空冷又は冷却速度１００℃／ｓ以下の加速冷却を行うことが好ましい。また、冷却後、再加熱処理を施してもよい。
そして、鋼材の表面にエポキシ系塗料を塗布し、乾燥させてエポキシ系塗膜を形成させる。エポキシ系塗料を塗布する前にジンクリッチプライマー塗膜を形成してもよい。また、エポキシ系塗料やジンクリッチプライマーを塗布する前に、ショットブラストを施してもよく、酸洗を行ってもよい。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表１に示した成分組成を有する鋼を真空溶解炉又は転炉で溶製して、鋳塊又は鋼スラブとし、これらを加熱炉で１１５０℃に加熱し、熱間圧延して２５ｍｍ厚の厚鋼板とした。得られた厚鋼板に大入熱溶接での熱影響部を想定した熱履歴を付与し、シャルピー試験を行った。熱履歴は、昇温速度１００℃／秒で１４００℃まで加熱後１５秒保持し、その後１℃／秒で室温まで冷却した。シャルピー衝撃試験はＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠して−２０℃で行い、６本の平均値で評価した。
次に、それぞれの厚鋼板から、長さ１５０ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ５ｍｍの試験片を採取し、試験片の表面のスケールをショットブラスによって除去した後、エポキシ塗料を２回塗布して塗膜厚が３００〜４００μｍとなる試験片を作製した。また、いくつかの鋼板についてはエポキシ塗料による塗布の前にジンクプライマーを１０μｍ塗布したものも用意した。
これらの試験片の中央を幅２ｍｍのエンドミルで、地鉄表面まで達する５０ｍｍ長さの疵を横方向に一文字状に付与し、人工海水を用いて複合サイクル試験を行った。サイクル条件は、腐食液噴霧（温度３５℃）１時間、乾燥（６０℃、湿度２０〜３０％）２時間、湿潤（５０℃、湿度９５％以上）１時間とした。このサイクルを３００サイクル行った後、付与した疵部の塗装膨れの最大長さを測定した。耐食性は、耐食性向上元素を特に含まないＮｏ．２７の鋼をベース鋼（１００）として塗装膨れの最大長さの比率を算出し、評価した。
表２に腐食試験及びＨＡＺ靭性の指標となる衝撃試験の結果を示す。本発明の成分組成を満たす発明例のＮｏ．１〜２６の鋼は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率が５０％以下であり、良好な耐食性を有していることがわかる。また、発明例にジンクプライマーを塗布した鋼材は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率が２５％以下であり、良好な耐食性を有していることがわかる。
これに対して、本発明の成分組成の条件を満たさないＮｏ．２８〜３３の鋼は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率がいずれも５０％を超えている。Ｎｏ．３４〜３６の鋼は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率が５０％以下であるが、Ｎｏ．３４鋼はＯが過剰に含まれるため、Ｎｏ．３５〜３６鋼は、Ｃｕ／Ｍｇの値が本発明の条件を満たさないため、それぞれＨＡＺ靭性が低くなっている。
本発明は、表面にエポキシ系塗膜を有するバラストタンク用耐食鋼材であって、厚鋼板、薄鋼板、形鋼や棒鋼を含むものである。本発明のバラストタンク用耐食鋼材は、例えば 、石炭船や鉱石船、鉱炭兼用船、原油タンカー、ＬＰＧ船、ＬＮＧ船、ケミカルタンカー、コンテナ船、ばら積み船、木材専用船、チップ専用船、冷凍運搬船、自動車専用船、重量物船、ＲＯＲＯ船、石灰石専用船、セメント専用船等のバラストタンク等の素材として、好適に使用することができる。なお、本発明の耐食鋼材は、海水による腐食環境下で優れた塗装耐食性を示すので、船舶のバラストタンクだけでなく、他の類似の海水による腐食環境で使用される用途にも用いることができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。
Claims (6)
- 質量％で、
Ｃ ：０．０３〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、
Ｓ ：０．００１〜０．０２０％、
Ｃｕ：０．１０〜０．６０％、
Ｎｉ：０．０３〜１．００％、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｍｇ：０．００１２〜０．００３０％、及び、
Ｏ ：０．０００７〜０．００２０％
を含有し、更に、
Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％、及び、
Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％
の少なくとも一方を含有し、
Ｐ ：０．０２５％以下
Ｎ ：０．００８０％以下
に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
前記Ｃｕの含有量と前記Ｍｇの含有量とが、
７０＜Ｃｕ／Ｍｇ＜２２０
を満足し、
表面にエポキシ系塗膜を有することを特徴とするバラストタンク用耐食鋼材。 - 更に、質量％で、
Ｃｒ：１．００％以下、
Ｍｏ：０．９０％以下、及び、
Ｗ ：１．００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のバラストタンク用耐食鋼材。 - 更に、質量％で、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、及び、
Ｖ ：０．２０％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバラストタンク用耐食鋼材。 - 更に、質量％で、
Ｂ ：０．００３０％以下
を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のバラストタンク用耐食鋼材。 - 更に、質量％で、
Ｃａ：０．００５０％以下、
ＲＥＭ：０．００５％以下、及び
Ｙ ：０．１００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のバラストタンク用耐食鋼材。 - 前記エポキシ系塗膜の下地にジンクプライマー塗膜を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
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