JPS609588B2

JPS609588B2 - 耐孔食性低合金鋼

Info

Publication number: JPS609588B2
Application number: JP4117380A
Authority: JP
Inventors: 常安渡辺; 一広増田; 誠佐藤; 理市轟; 進関口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-04-01
Filing date: 1980-04-01
Publication date: 1985-03-11
Also published as: JPS56139655A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は海水、淡水が関与した給排水管、タンクの底お
よび側板など孔食が問題となる箇所に通した耐孔食性低
合金鋼に関するものである。

海水および淡水環境では鋼横造物は種々の腐食を受ける
が、環境条件、構造物の形状によって腐食の形態、激し
さは様々に変化する。従来より鋼の腐食形態は全面腐食
と孔食（または局部腐食）に大きくわけることができる
が、特に孔食は全面腐食より数倍も早い速度で進行する
ので非常に大きな問題となる。孔食の発生する原因は複
雑であるが、基本的には鋼の成分や鋼の表面状態、使用
環境に関係する。例えば鋼にＡＩのみ数％添加すると海
水中では腐食量そのものは減少するが、表面に孔食を発
生しやすくなるといわれている。またミルスケールがあ
る鋼表面や塗装した鋼表面に存在する欠かん部は海水や
淡水中で腐食が集中し深い孔食となる。海岸埋立地に鋼
構造物を埋設する場合、鋼に接する±砂の分布が不均一
であると、空気中酸素の濃淡を生じそのため酸素濃淡電
池を生じ激しい孔食となる。このような孔食を防止する
ために従来より電気防食をするとか、より完全な塗装を
行う、あるいは塗装と電気防食を併用する、または定期
的に補修をするなどの手段がとられているが、電気防食
は寿命が限られており取替に時間を要し、また取替え不
可能な構造物の場合は電気防食は使えない。

また塗装は欠かんを減らすため厚塗しても運搬や使用中
に発生するキズを完全に押えることは極めて困難で、そ
のキズの部分に孔食が集中する。このような実例として
は水道管、海水や淡水給排水管、タンク底板、海洋構造
物の基礎杭などがあるが給排水管やタンク底板は孔食に
より鋼板が貫通すると重大な漏洩事故につながる。また
従来より耐食性低合金鋼として耐候性鋼、耐海水性鋼、
耐硫酸鋼などの市販材料があり、耐食性におよぼす鋼の
成分効果はよく知られているが、耐孔食性については触
れていない。

例えば耐候性鋼は大気中の耐食性を向上させる添加元素
Ｃ↓Ｃｒ，Ｓｉ，Ｐ，Ｎｉ，Ｍｏなどを適宜組合わせた
成分系である。耐海水鋼は特公昭４６−４２６９叫号公
報ではＳｉ−Ｎ系、樽公開４９−５２１１７号公報では
Ｃｒ−ＡＩ系、特公昭４９−２５５２７号公報ではＣｒ
−Ａｈ−Ｃｕ−Ｎｉ系が基本成分となっており、市販さ
れている耐海水性鋼もＣｒ，Ｎ，Ｓｉ，Ｃｕなどが主要
元素として適宜添加されている。耐硫酸性鋼ではＣｕ添
加をベースにＣｒ？Ｓｂ，Ｎｊが併用されており、Ｐは
有害であるのでできるだけ減らされている。以上述べた
低合金耐食鋼は何れも腐食量（全面均一腐食性）を対象
にしたものであり、孔食については考えられていない。

しかし先に述べた如くタンク底板裏面や海水、淡水中の
鋼構造物「塗装構造物では孔食が起り易くＣｒ，ＡＩな
どの耐海水性向上元素を安易に銅に添加すると却って孔
食を促進するとも云われている。先に述べたように孔食
を防ぐ方法として電気防食や塗装などがあるが欠点も多
いのでそれを補うためどうしても孔食の発生が少ない安
価な低合金鋼の開発が必要となってきた。

このような情勢にかんがみ本発明者らは、耐孔食性の優
れた鋼について長年検討した結果、耐候性鋼、耐海水性
鋼において耐食性向上に貢献する鋼中ＳｉとＣｒが共存
すると却って孔食を促進するので含有量を制限する必要
があること、またＣｕ−ＰをベースとしＳｂ，Ｓｎ，Ａ
ｓを徴量添加すると耐孔食性向上に著しく有効であるこ
とが明らかとなつた。

本発明は、かかる知見に基いてなされたものであって、
その要旨とする所は鋼中のＳｉとＣｒの和を０．２０％
以下に制限し、ＣＯ．００５〜０．２５％，Ｍｎ２％以
下、ＰＯ．０１〜０．１５％，Ｃｕｏ．０５〜０．４０
％およびＳｂ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｅの１種以上夫々０．０
０５〜０．１５％を含むか、さらにＮｉ，Ｍｏ，Ｔｉ．
Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａの１種以上を、Ｎｉ，Ｍｏについ
ては夫々０．０５〜１．０％，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｔａについては夫々０．００３〜０．１％を含み、残部
鉄および不可避的不純物よりなる耐孔食性低合金鋼にあ
る。

以下に本発明について詳細に説明する。

第１図は土壌中の鋼の耐孔食性に影響するＳｊとＣｒ量
を検討するための促進再現試験の結果である。

試験の方法としては４０ｑ０に保った垣温槽に土砂を深
さ１０仇入れ、土砂の中間に水平に中５０、長さ１００
、板厚３帆の試験片を並べ１週間に１回海水を散水する
方法である。試験片としては純鉄にＳｉ＋Ｃｒを夫々添
加した鋼を溶解し、圧延して上記寸法に加工して製作し
た。１ケ月後の試験終了後「引上げて錆のみ除去して孔
食をマイクロ〆−夕一で深い方から１０点測定し平均し
孔食深さとした。

孔食深さとは純鉄の孔食深さを１００として比較した値
である。この図より明らかな如くＳｉ＋Ｃｒ量が０．２
０％を超える．ようになると孔食深さは急激に大きくな
る。通常鋼中にはＳｉは鋼製造の際の脱酸剤としてある
し、は材質強度向上のために添加されているが孔食防止
上は出来るだけ少なくするのがよいことがわかった。特
にＳｉとＣｒが共存する場合激しいようである。Ｃｒは
通常鋼中に徴量不純物として含まれているが耐孔食性を
上げるためには極力減らすべきである。Ｃｒは溶存酸素
や空気が充分に存在する海水、淡水中し大気中では鋼の
耐食性を顕著に向上するため先に述べた如く耐食鋼の添
加元素として用いられているが、酸素が不充分なタンク
底板の裏面の士砂中では鋼の耐孔食性を甚だしく劣化さ
せる。孔食の発生機構は、ＳｉやＣｒを含む鋼は熔存酸
素が充分に存在する環境中ではＳｉやＣｒが濃縮した錆
層が鋼表面に均一に生成するのに対し、溶存酸素が少な
い環境では欠かんが多い錆層が生成し欠かん部がアノ−
ドとなり錆層（カソード）との間に腐食電池を生成し欠
かん部に腐食が集中し孔食となる。以上、ＳｉやＣｒは
耐孔食性を上げるためには含有量を制限する必要がある
が、その作用が両者ともほとんど同じであるからその合
計量をもって親制した。

その量は第１図でも示したように０．２０％を超えると
耐孔食性が著しく悪くなるのでこれを制限値としたがＳ
ｉおよびＣｒ量は夫々０．１％を超えないことが望まし
い。次にその他の成分元素について限定理由をのべる。

まずＣは鋼の材質を左右する重要な元素であるが、耐孔
食性に対しても影響する。

Ｃは低い方が耐孔食性は良いが０．００５％未満は実用
鋼としては製造がむずかしく、０．２５％超では鋼の材
質ト溶接上に問題があるのでＣは０．００５〜０．２５
％の範囲とした。Ｍｎは耐孔食性にはほとんど影響しな
いので製鋼上の脱酸元素および材質強度上の理由より決
めたが、２％を超えると材質強度が上がるが級性が劣下
するのでこれ以下に定めた。

鋼中Ｐは最も耐孔食性を上げる元素である。

Ｐの耐孔食性機構は孔食が進行する際、孔食内部にＰが
濃縮しィンヒビター（腐食抑制剤）として作用する結果
孔食の進行を阻止するが０．０１％未満ではその効果が
少なく、０．１５％を超えると鋼の轍性や熔接性が顕著
に劣化するのでＰの範囲は０．０１〜０．１５％に定め
た。また先に述べたように孔食発生箇所がアノードとな
り孔食内部が弱酸性となって鉄の自己溶解が促進される
が、Ｃｕはそれを阻止する役目をする。

Ｃｕの適正添加範囲は０．０５〜０．４０％であって、
０．０５％未満では耐孔食性に効果がなく０．４０％超
では圧延時に鋼の表面にキズが発生しやすくなり耐孔食
性も良くならない。Ｓｂ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｅは１種以上
添加することによってＣｕと共存して金属間化合物をつ
くり耐孔食性を上げるが夫々０．００５〜０．１５％が
最適範囲で夫々０．００５％未満では耐孔食性に効果が
なく夫々０．１５％を超えても両＃し食性の向上は望め
ない。また２種以上添加される場合は鞠性や溶接性の観
点より合計０．２０％を超えないことが望ましい。Ｎｉ
，Ｍｏも１種または２種添加することにより耐孔食性を
上げる元素であるが夫々０．０５〜１．０％の範囲で充
分であり、２種以上添加する場合は合計２．０％以下が
望ましく、それ以上超えてもコストアップの割には性能
は向上しない。Ｔｊ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔｓは１種以上
添加することによってＣを固定し耐孔食性を上げる作用
があるがその量は夫々０．００３〜０．１％で充分で、
２種以上添加する場合は０．１５％を超えない方が材質
上好ましい。

このように本発明鋼はＳｉやＣｒの有害元素を制限する
と同時にＣリＰ，Ｓｂ，Ｓｎ，ＡＳ，Ｓｅまたはさらに
Ｎｉ，Ｍｏなどの耐孔食向上元素を複合添加し或はさら
にＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，ＴａなどでＣを固定して総合
的に耐孔食性を向上させるものである。

なお、本発明鋼は通常の製鋼設備で常法により製造可能
であり、Ｓｂ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｅ等揮発性の成分を含有
する鋼を製造する場合についても之等の合金元素を単味
であるいは合金の状態で取鍋添加法などの常法により、
極めて歩蟹りよく添加することができるので、特別の設
備を必要としない。

次に本発明の効果を実施例をもってさらに具体的に説明
する。第１表は従来鋼、比較鋼および本発明鋼の成分系
と耐孔食性試験結果を示す表である。

耐孔食試験としては先に述べた第１図の試験と同じ土砂
腐食試験と塗膜キズ部の孔食試験の二種類を採用した。
後者は試験片（板厚３．仇肋、長さｌｏｗ蚊、中５０柵
）の表面を研削した後タールヱポキシ塗装を行ない、塗
膜厚を２００Ａに揃え試験片の中央に中１肋の人工キズ
をつくり、人工海水中に常温で３ケ月間浸潰して孔食を
発生させ、試験終了は試験片を取り出し、表面に残った
塗膜や錆を除去しキズ部の下に生成した孔食の深さを測
定した。測定法として土砂腐食試験では肉眼でみて孔食
の深い方のＩＱ点をマイクロメーターで、塗膜孔食試験
では最大孔食深さを断面切断写真により測った。第１表
の耐孔食試験の値はＮｏ．１鋼の孔食深さを１００とし
たときの値であって、大きい値ほど耐孔食性が劣ること
を示している。第１表のなかでＮｏ．１は従来の市販さ
れている普通炭素鋼、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４は比較鋼であ
って何れもＳｉ＋Ｃｒが０．１５％超になっておりＰも
低くしたがって耐孔食性も劣っている。Ｎｏ．５〜舷．
２１が本発明鋼であるが、船．１〜Ｍ．４に比べて耐孔
食性が著しく優れている。このなかで最も良好な材料は
Ｎｏ．１８の低Ｃ−低Ｓｉ−Ｃｕ一Ｐ系であって従来鋼
の約１／３の孔食深さとなる。上記表から明らかなごと
く、従来鋼（普通炭素鋼）に比較して何れも耐孔食性が
優れていることから、本発明鋼は鋼構造物、とりわけ空
気や溶存酸素が不足し、而も海水、淡水を含む環境、例
としては大型貯油タンクの底板、給排水パイプ、海洋構
造物の基礎に使用することが出来る。

Ｓ船船Ｓ ■ 船金欄船

【図面の簡単な説明】

第１図は土壌腐食試験における鋼中のＳｉ＋Ｃｒ量と耐
孔食性との関係を示す図である。多ノ図

Claims

【特許請求の範囲】１ＳｉとＣｒ量の和を０．２０％以下に制限し、Ｃ０
．００５〜０．２５％，Ｍｎ２％以下、Ｐ０．０１〜０
．１５％，Ｃｕ０．０５〜０．４０％およびＳｂ，Ｓｎ
，Ａｓ，Ｓｅの１種以上夫々０．００５〜０．１５％を
含み、残部鉄および不可避的不純物よりなる耐孔食性低
合金鋼。２ＳｉとＣｒ量の和を０．２０％以下に制限し、Ｃ０
．００５〜０．２５％，Ｍｎ２％以下、Ｐ０．０１〜０
．１５％，Ｃｕ０．０５〜０．４０％およびＳｂ，Ｓｎ
，Ａｓ，Ｓｅの１種以上夫々０．００５〜０．１５％、
さらにＮｉ，Ｍｏの１種または２種夫々０．０５〜１．
０％を含み、残部鉄および不可避的不純物よりなる耐孔
食性低合金鋼。３ＳｉとＣｒ量の和を０．２０％以下に制限し、Ｃ０
．００５〜０．２５％，Ｍｎ２％以下、Ｐ０．０１〜０
．１５％，Ｃｕ０．０５〜０．４０％およびＳｂ，Ｓｎ
，Ａｓ，Ｓｅの１種以上夫々０．００５〜０．１５％、
さらにＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａの１種以上夫々０．
００３〜０．１％を含み、残部鉄および不可避的不純物
よりなる耐孔食性低合金鋼。４ＳｉとＣｒ量の和を０．２０％以下に制限し、Ｃ０
．００５〜０．２５％，Ｍｎ２％以下、Ｐ０．０１〜０
．１５％，Ｃｕ０．０５〜０．４０％およびＳｂ，Ｓｎ
，Ａｓ，Ｓｅの１種以上夫々０．００５〜０．１５％、
さらにＮｉ，Ｍｏの１種または２種夫々０．０５〜１．
０％，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａの１種以上夫々０．
００３〜０．１％を含み残部鉄および不可避的不純物よ
りなる耐孔食性低合金鋼。