JPH0565596A

JPH0565596A - 海岸高耐候性クラツド鋼

Info

Publication number: JPH0565596A
Application number: JP25025491A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanabe; 康児田辺; Hisashi Inoue; 尚志井上; Akira Usami; 明宇佐見
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】橋梁、建築等鋼構造物の海岸地帯での耐食性
に優れた海岸高耐食性クラッド鋼を提供する。【構成】内部が重量％で、Ｃ：０．２０％以下、Ｓ
ｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：１．８％以下、Ａ
ｌ：０．００５〜０．０７％を含み残部Ｆｅの鋼を母材
とし、表層部がＣ：０．１％以下、Ｓｉ：０．０３〜
０．３５％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０５〜０．
１５％、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．２５〜２．０
％、Ｎｉ：０．１〜７．０％、Ｍｏ：０．００５〜２．
０％、Ａｌ：０．００５〜０．０７％、Ｔｉ：０．０３
％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、Ｃａ：０．０
００１〜０．１０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から
なり、かつ、平均粒径１μｍ以下の酸化物粒子と平均粒
径２００μｍ以下の鉄粉を混練したものを溶鋼に添加
し、該酸化物の粒径５μｍ以下のものを均一分散させた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、橋梁、建築等の鋼構造
物において、特に海岸地帯など塩素イオンの多い腐食環
境下での耐食性の要求される部材に使用される海岸高耐
候性クラッド鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐候性鋼などに代表されるＣｕ，
Ｃｒ，Ｐなどを微量含む低合金鋼の場合、大気暴露によ
って鋼表面に形成される錆被膜が高い防食機能を有する
安定錆となることが知られている。しかし、海岸地帯な
ど塩分の多い環境では上述の安定錆が形成され難い。こ
れは、塩分の多い環境中では、鋼の腐食に伴って錆被膜
下のｐＨが低下しやすいことに起因している。つまり、
鋼の腐食が始まると通常鋼表面のｐＨは低下する傾向が
あるが、錆被膜中あるいは錆と界面のｐＨが一旦低下す
ると錆被膜中の塩素イオンの輪率が増大し、塩素イオン
の濃縮が鋼と錆の界面近傍に生じ、その結果そこに塩酸
雰囲気が形成され腐食を促進し始めるのである。また、
それと同時にｐＨの低下によって鉄イオンの溶解度が大
きくなり、耐候性鋼など耐食低合金鋼の防食機構の源で
ある安定錆の形成が阻止される状態を作り出すのであ
る。

【０００３】このように、錆被膜中におけるｐＨの低下
は鉄の溶解速度を速めると同時に安定錆の形成を阻むと
いう鋼材にとって好ましからざる状況を作り出すわけで
あるが、これを阻止するためには、鋼表面をアルカリ化
する金属酸化物を予め鋼材中に分散させておき、腐食反
応と同時にその金属酸化物を作用させ、上述の腐食加速
状況の形成を阻止する方法が有効と考えられる。このよ
うな発想にたって発明された鋼の例として特公昭５８−
２５４５８号公報がある。この先行技術によると鋼表面
のアルカリ化作用を狙わせる鋼中添加金属酸化物として
は、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの酸化物を挙げてい
る。これらの酸化物を添加することにより、酸化物が地
鉄と共にわずかでも溶解すると、錆下でも地鉄界面は高
いｐＨに保たれ、これにより腐食が抑制されるというも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術において代表される耐候性鋼は、大気腐食環境に
おいて優れた耐食性を示すが、海岸地帯など、特に塩素
イオンの多い腐食環境下では、著しい層状の剥離錆を生
じ、普通鋼と耐食性は殆ど変わらないことが指摘されて
いる。このため、例えば橋梁等の様に大規模な鋼構造物
では腐食防止のための塗装費用が膨大となる。一方、ス
テンレス鋼は普通１１％以上のＣｒを含有するために耐
食性鋼に比べ、はるかに耐食性に優れているが価格が高
価である。更に、塩素イオンの多い腐食環境下では耐候
性鋼のような全面腐食が起らず、「孔食」として良く知
られている局部的な腐食が起きやすい。この腐食形態
は、一見軽度の腐食のように観察されるが腐食の発生し
た部分の腐食速度は全面腐食の起きる耐候性鋼よりも、
むしろ速く比較的短時間で貫通孔を生じることすらあ
る。これらのため、耐候性鋼と同様の用途には供し得な
いものであった。

【０００５】一方、上述した特公昭５８−２５４５８号
公報のような普通鋼にＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの
酸化物の１種以上を含有させ鋼表面をアルカリ化するこ
とによって腐食反応と同時に、その金属酸化物を作用さ
せることが有効であることはわかるが、例えばＣａ添加
の場合などは通常の方法では浮上し、鋼中に所定の含有
量が歩留ず目的の特性改善を達成することが出来ない。
従って現在の製鋼技術では純粋な酸化物を鋼中に均一分
散させることが難しく、そのために工業的には実用化さ
れていないのが実状である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点を解決すべく、表層は金属マトリックス中に鋼表面
をアルカリ化する金属酸化物を均一分散させるために、
平均粒径１μｍ以下の酸化物粒子と平均粒径２００μｍ
以下の鉄粉を混合、混練した予備処理粉末を用いて、鋼
中に均一分散させ、これによって、特に耐塩性等の海
水、海岸大気にさらされるような環境下での、耐食性に
優れた金属酸化物含有耐候性鋼にある。一方、内層は溶
接構造用鋼として必要な諸特性を確保する。このよう
に、両者の特性を生かすことによって、本発明はステン
レス鋼に比べ遥かに安価であり、且つ容易に製鋼プロセ
スで鋼中に酸化物粒子を均一分散させることが出来る耐
食性を有する高耐候性クラッド鋼を提供することを目的
とする。

【０００７】その発明の要旨とするところは、内部が重
量％で、Ｃ：０．２０％以下Ｓｉ：０．０３〜０．３５％Ｍｎ：１．８％以下Ａｌ：０．００５〜０．０７％を含み残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を母材とし、表
層部が重量％でＣ：０．１％以下Ｓｉ：０．０３〜０．３５％Ｍｎ：１．５％以下Ｐ：０．０５〜０．１５％Ｓ：０．０１％以下Ｃｕ：０．２５〜２．０％Ｎｉ：０．１〜７．０％Ｍｏ：０．００５〜２．０％Ａｌ：０．００５〜０．０７％Ｔｉ：０．０３％以下Ｎｂ：０．００５〜０．１０％Ｃａ：０．０００１〜０．１０％残部Ｆｅ及び不可避的不純物ならなり、かつ、平均粒径
１μｍ以下の酸化物粒子と平均粒径２００μｍ以下の鉄
粉を混練した予備処理粉末を溶鋼に添加し、該酸化物の
粒径５μｍ以下のものを均一分散させてなる合わせ材で
被覆することを特徴とする海岸高耐候性クラッド鋼にあ
る。

【０００８】以下本発明について詳細に説明する。本発
明においては、酸化物粒子と金属粉末を混合、混練した
予備処理粉末を溶鋼に添加することが最大の特徴であ
る。そのために、先ず酸化物粒子の比重を大きくして溶
鋼への添加を容易にし、かつ、溶鋼中への均一分散を図
るために、鉄粉を利用して鉄粉の周りに酸化物粒子を付
着させて全体の比重を大きくしようとするものである。
すなわち、鉄粉の周りに付着した形の酸化物粒子を機械
合金化法、いわゆる鉄粉と酸化物粒子を、高エネルギ−
ミル（アトライタ−）中で混合し、機械的圧縮、破壊、
接合を繰返しマトリックス中に酸化物粒子が均一に分散
した粉末が生成する。そのために、金属粉末である鉄粉
の粒径を２００μｍ以下と規制し、この鉄粉の表面に機
械的に付着させる前処理が必要である。鉄粉の粒径を規
制した理由は酸化物粒子との関係から鉄粉の平均粒径の
上限については、寸法が大きくなり過ぎると酸化物粒子
と鉄粉とが不均一混合となり易いので２００μｍ以下と
定めた。また、酸化物粒子を１μｍ以下とした。この理
由は鉄粉との混合、混練した予備処理粉末を溶鋼に添加
した結果、一部の酸化物粒子が凝集しても溶鋼中に５μ
ｍ以下の酸化物を均一分散させるために１μｍ以下とし
た。

【０００９】これら、酸化物粒子を溶鋼に直接添加する
理由は、合金鋼の焼結体と異なり、高耐候性厚板製品を
連続的に大量生産することにある。また、酸化物粒子を
単独添加しないで、混合粉として添加する理由は、酸化
物粒子は凝集して粉体を形成し、体積が増加している上
に比重が溶鋼よりも小さいために単独で添加すると浮上
して溶鋼中に歩留らないためである。凝集している酸化
物粉体を分離して体積を小さくするために鉄粉と混合さ
せた。また、鉄粉を選定した理由は、溶鋼中に添加した
際、分離浮上しないためである。更に、酸化物粒子とし
てはＣａＯ，及びＭｇＯが使用される。ＣａＯ，及びＭ
ｇＯとした理由は上述のように、鋼表面をアルカリ化す
る金属酸化物を予め鋼材中に分散させておき、腐食反応
と同時にその金属酸化物を作用させ、腐食加速の形成を
阻止するものである。従ってこの２種に限定するもので
はなく、同一効果を達成するものであれば良い。

【００１０】

【作用】次に、母材の合金元素含有量についても以下に
述べるように、適正範囲に限定する必要がある。Ｃ：０．２０％以下Ｃは強度を向上するために有効な成分であるが、０．２
０％を越えると靭性及び溶接性が劣化することから上限
を０．２０％とした。Ｓｉ：０．０３〜０．３５％Ｓｉは強度確保と脱酸のために０．０３％以上を必要と
するが、０．３５％を越えると靭性が劣化することか
ら、上限を０．３５％とした。Ｍｎ：１．８％以下Ｍｎは強度確保のために添加するが、１．８％を越える
と溶接性が劣化するので、これを上限とした。Ａｌ：０．００５〜０．０７％Ａｌは通常脱酸剤として用いられている０．００５〜
０．０７％の範囲とした。

【００１１】更に、合わせ材の成分を前記範囲に限定し
た理由を述べる。Ｃ：０．１％以下Ｃは母材と同様、強度を向上するために有効な成分であ
るが、０．１０％を越えると耐食性が劣化することから
上限を０．１０％とした。Ｓｉ：０．０３〜０．３５％Ｓｉは脱酸のために０．０３％以上を必要とするが、多
量に用いると鋼の靭性が劣化すると共に、０．３５％を
越えると耐食性が劣化することから上限を０．３５％と
した。Ｍｎ：１．５％以下Ｍｎは脱酸、脱硫剤として、また、強度、熱間加工性を
改善した適正な組織を得るために有用な元素であるが、
１．５％を越えると、強度が上がるものの曲げ等の加工
性や靭性の劣化を招き、特に溶接性が劣化するため１．
５％を上限とした。Ｐ：０．０５〜０．１５％Ｐは錆被膜中への有害な塩素イオンの浸入を阻止し、安
定錆を形成させる上での必須元素であって、最低でも
０．０５％は必要であるが、しかし０．１５％を越える
と溶接性が悪化することから上限を０．１５％以下とし
た。Ｓ：０．０１％以下Ｓは耐食性を劣化させる元素であることから、許容でき
る上限は０．０１％である。

【００１２】Ｃｕ：０．２５〜２．０％ＣｕはＮｉと共存することにより耐食性を向上させる元
素である。その効果は０．２５％より現われる。余り多
く添加するとＣｕの微細析出が鋼中に生じ鋼表面におい
てミクロな電池を形成するため、鉄の腐食を促進する。
この腐食促進が顕著になるのは２．０％を越える場合で
あり、ここではこの値を上限とした。Ｎｉ：０．１〜７．０％Ｎｉは耐食性を向上させる上で有効な元素であり、Ｃｕ
の添加効果を助長する効果のある元素である。添加量が
０．１％未満では効果がない。７．０％を越えるとその
効果が飽和するとともにコトアップの原因となるので
７．０％を上限とした。Ｍｏ：０．００５〜２．０％Ｍｏは耐局部腐食性を向上させる上で有効な元素である
が、その効果は０．００５％より出始め２．０％で飽和
する。Ａｌ：０．００５〜０．０７％Ａｌは通常脱酸剤として用いられている０．００５〜
０．０７％の範囲とした。Ｔｉ：０．０３％以下Ｔｉは溶鋼の脱酸素及び強度を高めるために必要な元素
であるが、０．０３％以上の添加はかえって鋼の脆化が
起ることから上限を０．０３％以下とした。Ｎｂ：０．００５〜０．１０％Ｎｂは強度の向上と耐食性の改善に効果野或る元素であ
るが、その効果を発揮させるには少なくとも０．００５
％の含有が必要であり、一方、０．１０％を越える含有
は効果が飽和に達するので、０．００５〜０．１０％の
範囲とする。

【００１３】Ｃａ：０．０００１〜０．１％Ｃａは耐食性を向上させる有効な元素であり、その向上
効果は鋼重量に対して０．０００１％以上含まれれば有
効に働くが、しかし、０．１％を越えると加工性及び溶
接性が劣化するため、Ｃａ量は０．０００１〜０．１％
とした。また、ＣａＯは鋼表面をアルカリ化する役目を
するもので、このＣａＯを予め鋼中に分散させておき、
腐食反応と同時にＣａＯが作用し鋼表面を高いｐＨによ
り生成した不動態膜を緻密にして、より強い耐食性を付
与するものである。このアルカリ化のため錆中へ溶解す
るには酸化物の平均粒径は５μｍ以下が必要で、これを
越えると不溶解または不均一溶解となり、その効果は減
少する。更にＭｇＯについてもＣａＯと同様の挙動を示
す。

【００１４】次に、本発明に係るクラッド鋼は、その使
用目的に応じて片面または両面クラッドのいずれにも適
用可能であり、また、その製造方法については、表層及
び内層を電子ビ−ム溶接で点溶接した後、圧延によって
製造する圧延クラッドがある。この場合、耐食性に影響
を与える表層の厚みは板厚の約５〜２０％とした。その
他製造方法としては、爆着、肉盛り、鋳ぐるみ、連続鋳
造等の方法によって製造され、この製造方法には特に制
限されるものではない。

【００１５】

【実施例】以下実施例によって本発明の効果を具体的に
示す。先ず、表層部を構成する鋼板の製造方法として、
混合粉は鉄粉とＣａＯ粉体を炭化タングステンボ−ルと
共に容器に入れて、アトライタ−で混合することにより
製造した。そのときの鉄粉の平均粒径１００〜１５０μ
ｍ，ＣａＯ粉体の平均粒径０．１〜０．５μｍを鉄粉と
ＣａＯ粒との体積比を５として混合し、予備処理粉末を
得る。一方、容量３００ｋｇの高周波溶解炉で合金成分
を調整した溶鋼をＡｌ脱酸した後に、鋳込み途中の溶鋼
流に予備処理粉末をアルゴンガスにより噴射後鋳型に出
鋼する。そのときの本発明鋼及び母材鋼の組成並びに試
験結果を表１に示す。この表１に示す試験結果について
の耐食性は海岸地帯などの特に塩素イオンの多い腐食環
境を再現するため、５％塩水を１日１回散布する促進耐
候性試験（塩水散布暴露試験）を１年間実施、また、腐
食減量及び孔食係数（最大孔食深さ／板厚減少量）で評
価した。その結果、表１からわかるように、本発明鋼で
ある（１）〜（１０）の腐食減量（ｇｒ）及び孔食係数
は極めて小さい値を示しているのに対して、従来鋼であ
る（１１）〜（１５）のいずれも、腐食減量及び孔食係
数ともに大きな値を示し腐食の度合の大きいことを示し
ている。

【００１６】

【表１Ａ】

【００１７】

【表１Ｂ】

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は表層を錆剥
離性、耐腐食性及び耐孔食性に優れた酸化物分散による
海岸高耐候性鋼、内層を各種強度、靭性、溶接性に応じ
た溶接構造用鋼とすることによって、塩素イオンの多い
腐食環境下で耐食性の要求される橋梁、建築等の構造物
材へ、ステンレス鋼やステンレス・クラッド鋼に比べ安
価で、且つ通常の耐候性鋼より優れた耐食性を有する高
耐候性クラッド鋼を提供でき、工業上極めて大きな効果
を奏するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が重量％で、Ｃ：０．２０％以下Ｓｉ：０．０３〜０．３５％Ｍｎ：１．８％以下Ａｌ：０．００５〜０．０７％を含み残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を母材とし、表
層部が重量％でＣ：０．１％以下Ｓｉ：０．０３〜０．３５％Ｍｎ：１．５％以下Ｐ：０．０５〜０．１５％Ｓ：０．０１％以下Ｃｕ：０．２５〜２．０％Ｎｉ：０．１〜７．０％Ｍｏ：０．００５〜２．０％Ａｌ：０．００５〜０．０７％Ｔｉ：０．０３％以下Ｎｂ：０．００５〜０．１０％Ｃａ：０．０００１〜０．１０％残部Ｆｅ及び不可避的不純物ならなり、かつ、平均粒径
１μｍ以下の酸化物粒子と平均粒径２００μｍ以下の鉄
粉を混練した予備処理粉末を溶鋼に添加し、該酸化物の
粒径５μｍ以下のものを均一分散させてなる合わせ材で
被覆することを特徴とする海岸高耐候性クラッド鋼。