JPH01201440A - 耐海水性非磁性鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋼構造、コンクリート構造物の中でも、とくに
磁気浮上式高速鉄道、核融合施設、海洋機器、構造物で
非磁性が望まれる用途に利用される非磁性鋼材に関する
ものである。

すなわち、本発明は前述のような用途に適する鋼材を提
供することを目的とするもので鋼材自身の耐食性が良好
なことから、海洋、海浜地帯に設置される構造物の劣化
防止にも役立つ非磁性鋼材に係るものである。

（従来の技術） 最近、海洋、海浜地帯に設置された鋼構造建造物、コン
クリート建造物の劣化防止のために種りの防止法が提案
されたり、実施に移されている。

鋼構造物の劣化の最大の原因は海水自身による腐食や、
海塩粒子等による腐食によるものであるが、コンクリー
ト劣化ｐ最大の原因はコンクリート壁を浸透して（る塩
分によってコンクリート中に埋設された鉄筋が腐食し、
その体積が鉄の約２．２倍になるため、その膨張力に耐
え切れなくなって埋設鉄筋に沿ったコンクリートに亀裂
が発生することである。その亀裂が０．２　ｍ以上にな
ると外部の腐食因子たる酸素や塩分、空気中の炭酸ガス
がこの亀裂を通してより容易に内部の埋設鉄筋付近に浸
透し、さらに−層鉄の腐食を助長したり、コンクリート
の中性化を促進してコンクリートの劣化を早めることに
なる。

本発明者らはこのようなコンクリートの劣化を防止する
ために鉄筋自体の化学組成を制御し、鉄筋自体の耐塩性
を向上する研究を実施し、その成果として耐塩性を著し
く向上したコンクリート用鉄筋（特開昭５７−４８０５
４号公報、特開昭５９−４４４５７号公報）を開発し、
これらの内容は既に他の各方面でも公表されている。（
“０ＦＦＳｌｔＯＲＥ　ＧＯＴＥＢＯＲＧ　’８１”Ｐ
ａｐｅｒ　Ｎａ４２　Ｇｏｔｅｂｏｒｇ　５ＷＥＤＥＮ
　１９８１年、＋１セメントコンクリート”　Ｎα４３
４（１９８３）　Ｐ、２３／３１　、　　“コロージッ
ン　オプ　ラインフォースメント　インコンクリート　
コンストラクション（Ｃｏｒｒｏｓ　ｔｏｎｏｆ　Ｒｅ
ｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃ
ｏｎ５ｔｒｕｃｔｉｏｎ）”Ｐ　４１９１９８３年、“
建築の技術施工”　１９８５年、Ｎα２２９号１月号Ｐ
　１５５／１６４．彰国社）。

又、鉄筋自体の耐塩性向上に寄与する鉄筋の鋼成分の初
期の段階で耐塩機構についても、これらの公表論文の中
に詳細に記載されている。しかしこれらはいずれも非磁
性化は達成できない。

さて、最近、前記のように非磁性化を目的としてＭｎを
１５％以上含有した鋼材の試作がおこなわれているが、
いずれの鋼材においても僅少の塩分存在で発錆が著しく
現行の普通鋼よりむしろ錆発生傾向が大きく、腐食速度
が大きいのが難点の一つになっている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来の本発明者等の開発を軸にして、最近、と
くに問題となってきた海浜地帯の非磁性鋼材構造物の腐
食と、非磁性鋼材を埋設したコンクリート構造物の劣化
を完全に防止することにある。

現在、各方面で問題となっている２０年以上経過した鋼
構造物表面の錆層中には濃厚な塩分が蓄積しており、コ
ンクリート構造物中の埋設鋼材近傍のフリー塩分は砂中
ＮａＣｊ２換算で約１．０％にも達して埋設鋼材の著し
い腐食とそれに伴うコンクリートの亀裂発生、成長をひ
き起こしている事例もある。したがってきわめて高濃度
の塩分に曝らされても鋼構造物の腐食、コンクリートの
亀裂発生を殆ど完全に停止できることが望ましい。

（問題点を解決するための手段） 本発明の前記の目的は下記のとおりの構成の非磁性鋼を
提供することによって達成される。

（１）Ｃ，１，０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｌ　；　２０．０超〜３７．３％、
Ｐ　、　０．０１５％以下、ｓ　；　０．００５％以下
、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％を含有し、残部鉄お
よび不可避的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。

（２）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ｉ’Ｊ　；　２０．０超〜３７．３％
、Ｐ　；　０．０１５％以下、ｓ　、　０．００５％以
下、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％およびＣｅ、　Ｌ
ａ、　Ｙ等の希土類元素を単独ないし複合して０．Ｏ１
〜０．５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からな
る耐海水性非磁性鋼材。

（３）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｊ　；　２０．０超〜３７．３％、
Ｐ　、　０．０１５％以下、ｓ　、　０．００５％以下
、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％を含有し、Ｔｉ、　
Ｖ、　Ｎｂ、　Ｗ、　Ｃｏ、　Ｍｏ、　Ｂの１種又は２
種以上を、Ｂ以外の元素では合計で０．０１〜０．５％
、Ｂは０．０００１〜０．００５％含有し、残部鉄およ
び不可避的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。

（４）Ｃ；１０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ；
２．０％以下、／Ｖ　；　２０．０超〜３７．３％、Ｐ
　；　０．０１５％以下、Ｓ　；　０．００５％以下、
Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％、Ｃｅ、　Ｌａ、　Ｙ
等の希土類元素を単独ないし複合して０．０１〜０．５
％含有し、さらにＴｉ、　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｗ、　Ｃｏ
。

Ｍｏ、　Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合
計で０．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００
５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる耐海
水性非磁性鋼材。

（５）Ｃ；１．０％以・下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍ
ｎ；２．０％以下、／ｕ　；　２０．０超〜３７．３％
、Ｐ　、　０．０１５％以下、ｓ　、　０．００５％以
下、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％を含有し、Ｃｕ、
　Ｎｉの１種又は２種を０．１〜５．５％含有し、残部
鉄および不可避的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。

（６）Ｃ；１．０％以下、５ｉｉ０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ｉ’Ｊ　；　２０．０超〜３７．３％
、Ｐ　、　０．０１５％以下、ｓ　；　０．００５％以
下、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％を含有し、Ｃｕ、
　Ｎｉの１種又は２種を０．１〜５．５％含有し、さら
にＣｅ、　Ｌａ、　Ｙ等の希土類元素を単独ないし複合
して０．０１〜０．５％含有し、残部鉄および不可避的
不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。

（７）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、ｊ’Ｊ　；　２０．０超〜３７．３％
、Ｐ　、　０．０１５％以下、Ｓ　；　０．００５％以
下、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％を含有し、Ｔｉ、
　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｗ、　Ｃｏ、　Ｍｏ、　　Ｂの１種
又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合計で０．０１〜０
．５％、Ｂは０．０００１〜０．００５％含有し、さら
にＣｕ。

Ｎｉの１種又は２種をＯ，１〜５．５％含有し、残部鉄
および不可避的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。

（８）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｌ　；　２０．０超〜３７．３％、
Ｐ　；　０．０１５％以下、Ｓ　、　０．００５％以下
、Ｃｒ　；　５．５超〜１５．０％を含有し、Ｔｉ、　
Ｖ、　Ｎｂ、　Ｗ、　Ｃｏ、　Ｍｏ、　Ｂの１種又は２
種以上を、Ｂ以外の元素では合計でｏ、ｏｉ〜０．５％
、Ｂは０．０００１〜０．００５％含有し、さらにＣｕ
。

Ｎｉの１種又は２種を０．１〜５．５％含有し、さらに
またＣｅ、　Ｌａ、　Ｙ等の希土類元素を単独ないし複
合して０．０１〜０．５％含有し、残部鉄および不可避
的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。

以下、本発明を詳述する。

本発明の最大の特徴は、鋼中のＳｉ、　　Ｓｌを下げか
つ非磁性化を安定にするためにＭとＣｒを比較的多量添
加する点にあり、又熱間加工性向上のためにＣｅ　＋　
Ｌ　ａ　＋　Ｙ等の希土類元素を若干量添加した点であ
る。これは、Ｓｉｌを下げることによって、錆の生成、
成長を抑え、ｓｌの低下に伴い錆発生点となるＭｎＳ　
ｉｌを著しく低下させることにより耐食性の劣化を小さ
くすると同時に、八！■を比較的多量とすることにより
、鋼材表面の不働態被膜を強固にして濃度の高い塩分に
曝らされても不働態被膜が破壊されず錆発生に至らない
ようにするためである。

以下に本発明で各成分を限定した理由を説明する。

Ｃｆ、を１．０％以下に限定した理由は（Ｊｌが１．０
％超では脆化を惹き起こすためである。

なお、Ｃは熱処理等により磁性を帯びた（Ｆｅ、　ｊＶ
）３Ｃ等の複合炭化物を生成し易いので、ＣＩは低い方
が望ましい。好ましい範囲としてはＣ〒０．２％以下、
より好ましくは０．００１〜０．１％である。

Ｓｉ量を０．２５％以下とした理由は、Ｓｉ量を下げれ
ば下げるほど錆生成量を飛躍的に低下させるが、強度保
証と介在物制御の目的でＳｉを添加させる必要があるた
め、Ｓｉｌを０．２５％以下とした。より好ましい範囲
はＳｉ０．０５％以下である。

Ｍｎ量を２．０％以下とした理由は２．０％超では熱間
圧延が困難になるためである。耐錆性の観点から好まし
い範囲は１．０％以下である。

Ｐを０．　Ｏ１５％以下とした理由は、Ｐが０．０１５
％を超えるとコンクリートのようなアルカリ性雰囲気で
錆成長を抑制する効果がなく、むしろ助長する傾向があ
るためである。

／Ｖは本発明鋼の化学成分の中で最も重要な鍵を握る金
属元素である。ＡＩを２０．０超〜３７．３％と限定し
た理由は２０．０％以下では非磁性化が不完全で、３７
．３％超ではＭとＦｅとの金属間化合物が生成しやすく
、鋼の脆化を惹き起こし熱間圧延不能になるためである
。最も好ましい範囲は２０．５〜２８．０％である。

’Ｊを０．００５％以下とした理由は、錆の発生起源で
あるＭｎＳ量を減らすことにあり、このＳｉ低下のため
に脱硫剤として使用されるＣａ、希土類元素によりＭｎ
Ｓが（ＭｎＣａ）Ｓ等に変化することによる耐食性向上
効果も期待できる。また鋼中の’Ｊを低下するために上
記のような操業を行うことは常識となっているので、若
干のＣａ、　Ｃｅ等が混入してくることがあるが、°こ
れらの元素は耐食性などに悪影響を及ぼすものではない
ので、Ｃａ、　Ｃｅ等の少量の存在は差支えない。

ＣｒＮを５．５％超とした理由は、７Ｖ量が２０．０％
超の場合、熱間圧延性能が向上するためであるが、１５
．０％を超えると逆に脆化する場合が認められたのでＣ
ｒ１ｉを５．５超〜１５．０％とした。最も好ましい範
囲は７．０〜１０．０％の範囲である。

Ｃｅ、　Ｌａ、　Ｙ等希土類元素は酸素との結合力が大
きく加熱時の鋼材表面の酸化物の特性を変え熱延の際に
加工特性を著しく改善し表面特性が著しく良好になる。

この効果は０．０１％未満では認められず０．５％超で
はその効果に変化が認められない。

したがってこれらの添加量は単独ないし複合して０、Ｏ
１〜０．５％とした。

又、本発明においては必要に応じてＴｉ、　　Ｖ、　Ｎ
ｂ。

Ｗ、　Ｃｏ、　Ｍｏ、　　Ｂなどを添加するが鉄筋の強
度、靭性向上のための公知の元素として添加するもので
、１種又は２種以上を選択して添加し、Ｂ以外の元素で
は０．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００５
％の添加量とするが、上記の目的としてはすでに一般に
よく知られているものである。之等の選択元素は類似し
た添加効果を示すことが多いので、通常２種を合わせて
添加することで目的を達成することができる。

又、必要に応じてコンクリートに埋設されるまでの耐候
性向上のためにＣｕ、　Ｎｉの１種または２種を０．１
〜５．５％添加する。

なお必要に応じて例えばネジ付き鉄筋などで快削性が要
求される場合には、ｐｂを０．０１〜０．５％添加する
こともできる。

本発明に従い前記の化学成分で構成された鋼は転炉、電
気炉等で溶製され、次いで造塊、分塊の工程を経るか、
あるいは連続鋳造後、圧延された後に、必要に応じて焼
き入れ、焼き戻し、あるいは規準等の熱処理が施された
り、パテンティング等の熱処理が施され、線引きされて
使用に供される。最終製品としては鋼管、Ｈ形鋼、鋼矢
板、鉄筋棒鋼、ワイヤー、鋼板等の形状で供給され、必
要に応じて亜鉛メツキ、有機被覆を施すこともできる。

（実施例） 実施例１ 表１に記載した成分の鋼を真空溶解炉で溶製し、造塊１
分塊後、熱間圧延した鋼と従来鋼からなる鋼との成分お
よび腐食試験結果を示した。

準備した鋼板の中央部より幅２５Ｍ×長さ６０ｍｍＸ厚
さ２ＩＩＩ１１の試片を採取し、機械研削して表面を研
磨した。

他方、海浜地帯、海水中での鋼の腐食を実験室で促進な
いし再現する環境として人工海水を準備した。

しかる後、前記のように表面研削し、側面と裏面をシリ
コンレジンで被覆した試片を脱脂後、乾燥し、直ちに上
記の人工海水中に浸漬した。この人工海水液は７日毎に
変えて５０日間連続浸漬し、錆の発生状況を観察した。

つぎに又、コンクリート中の埋設鉄筋の塩分による腐食
を促進ないし再現するために、コンクリートの主成分で
あるＣａＯを３．６％ＮａＣ１２水溶液中に溶解させて
ｐＨ１２のＣａ　（Ｏｆ＋）　２　＋　ＮａＣＪ水溶液
を準備した。

しかる後、前記のように表面研削し、側面と裏面をシリ
コンレジンで被覆した試片を脱脂後、乾燥し、直ちに上
記のＣａ　（ＯＨ）　！　＋　３．６％ＮａＣｊ水溶液
中に浸漬した。なお試験中は液の表面を流動パラフィン
でシールし、３日毎に液を置換して２０日間連続浸漬し
、錆の発生状況を観察した。これらの結果を表１に示す
。

実施例２ 表１の成分からなる熱延鋼板の表面を研削後、海浜地帯
に１年間曝露し、発錆状況を調べた。

又、ＮａＣ１を１．０％含んだ砂、ポルトランドセメン
ト、水、砂利からなるコンクリートモルタルに表１の成
分からなる熱延鉄筋（９ｍｍφ）を埋め込み、２８日間
常温養生した後、海浜地帯に１年間曝露した。

なお、コンクリートの水セメント比は０．６０、カブリ
厚さは２ｃｍとした。

１年間曝露後コンクリートを破砕して鉄筋の発錆状況を
調べた。これらの調査結果を表１に示す。

表１の結果から本発明の鋼は海水中でも請発生が皆無で
、コンクリート中の塩分が砂中Ｎａ（ｊ換算で１．０％
の高濃度、水中で３．６％ＮａＣＩｔの高濃度でも錆発
生が皆無であることが明瞭に認められ、錆発生、錆成長
に伴なうコンクリートの劣化を完全に停止できることが
わかった。したがって極めて厳しい海洋環境においても
鋼構造物、コンクリート構造物いずれもその劣化を完全
に抑止することが推定される。

（発明の効果） 本発明は塩害に曝される非磁性鋼材、ならびに非磁性鋼
材埋設のコンクリート構造物の耐久性を維持するのに飛
躍的に有効な鋼材、コンクリート用鋼材として役立つも
のであり、海浜地帯等塩害に曝らされる磁気浮上鉄道等
の非磁性を必要とする広範囲の用途に使用できる。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％を含有し、残部鉄および不可避的不純
   物からなる耐海水性非磁性鋼材。
2. （２）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％およびＣｅ、Ｌａ、Ｙ等の希土類元素
   を単独ないし複合して０．０１〜０．５％含有し、残部
   鉄および不可避的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。
3. （３）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｏ
   、Ｍｏ、Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合
   計で０．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００
   ５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる耐海
   水性非磁性鋼材。
4. （４）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ等の希土類元素を単
   独ないし複合して０．０１〜０．５％含有し、さらにＴ
   ｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｂの１種又は２種以上
   を、Ｂ以外の元素では合計で０．０１〜０．５％、Ｂは
   ０．０００１〜０．００５％含有し、残部鉄および不可
   避的不純物からなる耐海水性非磁性鋼材。
5. （５）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％を含有し、Ｃｕ、Ｎｉの１種又は２種
   を０．１〜５．５％含有し、残部鉄および不可避的不純
   物からなる耐海水性非磁性鋼材。
6. （６）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％を含有し、Ｃｕ、Ｎｉの１種又は２種
   を０．１〜５．５％含有し、さらにＣｅ、Ｌａ、Ｙ等の
   希土類元素を単独ないし複合して０．０１〜０．５％含
   有し、残部鉄および不可避的不純物からなる耐海水性非
   磁性鋼材。
7. （７）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｏ
   、Ｍｏ、Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合
   計で０．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００
   ５％含有し、さらにＣｕ、Ｎｉの１種又は２種を０．１
   〜５．５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からな
   る耐海水性非磁性鋼材。
8. （８）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
   ；２．０％以下、Ａｌ；２０．０超〜３７．３％、Ｐ；
   ０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．
   ５超〜１５．０％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｏ
   、Ｍｏ、Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合
   計で０．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００
   ５％含有し、さらにＣｕ、Ｎｉの１種又は２種を０．１
   〜５．５％含有し、さらにまたＣｅ、Ｌａ、Ｙ等の希土
   類元素を単独ないし複合して０．０１〜０．５％含有し
   、残部鉄および不可避的不純物からなる耐海水性非磁性
   鋼材。