(57)【要約】【課題】石炭専用船及び鉱炭兼用船の船倉に好適な、耐食性及び耐摩耗性に優れた鋼板を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜２．００％、Ｃｒ：０．０５％超、３．００％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｂ：０．０００３〜０．００２０％を含有し、下記式（１）によって求められる炭素当量Ｃｅｑ（％）が０．２０％以上であり、表層部のラス状組織の面積率が９０％以上であり、前記ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比が２．００以上である金属組織を有し、表層部硬度が２００ＨＶ５以上である、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。Ｃｅｑ（％）＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／４  ・・・  （１）。ここで、［Ｘ］は、元素Ｘの質量％での含有量であり、含有しない元素Ｘの項には０を代入する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１％以上、０．１５％以下、
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上、２．００％以下、
Ｐ：０％超、０．０２０％以下、
Ｓ：０％超、０．０１０％以下、
Ｃｒ：０．０５％超、３．００％以下、
Ａｌ：０．０１％以上、０．１０％以下、
Ｂ：０．０００３％以上、０．００２０％以下、
Ｎ：０．００２０％以上、０．０１００％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、
下記式（１）によって求められる炭素当量Ｃｅｑ（％）が０．２０％以上であり、
表面から板厚方向に１ｍｍ〜３ｍｍの表層部において、ラス状組織の面積率が９０％以上であり、前記ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比の平均値が２．００以上である金属組織を有し、
前記表層部のビッカース硬さが２００ＨＶ５以上である、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
Ｃｅｑ（％）＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／４  ・・・  （１）
ここで、［Ｘ］は、元素Ｘの質量％での含有量であり、含有しない元素Ｘの項には０を代入する。
【請求項２】
さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｗ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｓｎ：０．２０％以下、
Ｓｂ：０．２０％以下
の１種又は２種以上を含有する、請求項１に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
【請求項３】
さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０２５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下
の１種又は２種以上を含有する、請求項１又は請求項２に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
【請求項４】
さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０５％以下、
ＲＥＭ：０．１％以下
の１種又は２種以上を含有する、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭専用船及び鉱炭兼用船の船倉（カーゴホールド）は、石炭を積載している際に、自然発火を防止するために散水が行われ、湿潤状態になり、腐食が進行する。また、船倉は、特に石炭を搬出する際に、重機のバケットなどにより摩耗を受ける。したがって、石炭専用船及び鉱炭兼用船の船倉に使用される鋼材として、耐食性と耐摩耗性とを両立する耐食耐摩耗鋼が提案されている（例えば、特許文献１、２、参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１００８７２号公報
【特許文献２】特開２０１７−１２８７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、石炭専用船及び鉱炭兼用船の船倉内（カーゴホールド内）では、船倉の側壁部に生じた結露水中に、石炭に含まれる硫黄が溶け出し、温度の上昇によって硫酸が生成し、低ｐＨ環境となるため腐食が進行するものと考えられていた。しかし、本発明者らが、カーゴホールド内にて腐食した鋼材を分析した結果、地鉄界面からは塩化物イオン（Ｃｌ−）が認められたものの、硫酸イオン（ＳＯ４２−）は認められなかった。したがって、カーゴホールド内の主要腐食因子は硫酸イオン（ＳＯ４２−）ではなく、塩化物イオン（Ｃｌ−）であると考えられる。
【０００５】
このように、従来、カーゴホールド内では硫酸によって鋼材の腐食が進行すると考えられていたが、塩化物イオン（Ｃｌ−）が腐食の主な原因であることが判明した。したがって、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼の成分設計には、従来とは異なるコンセプトが必要になる。さらに、カーゴホールド内、特に底板は、積荷である石炭や鉱石による摩耗損傷、重機のバケットなどによる摩耗損傷が生じる。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑み、塩化物イオンによる腐食、積荷である石炭や鉱石、重機のバケットなどによる摩耗による損傷に対する耐性を有する、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉内が、耐酸性ではなく、塩化物イオンに対する耐食性が要求されること、耐摩耗性を高めるためには硬さが要求されることから、鋼の焼入れ性を高めて硬さ向上に寄与する合金元素であるＣｒに着目した。そして、鋼材の耐食性と耐摩耗性とを両立するため、金属組織についても検討を重ねた。その結果、Ｃｒ含有量を０．０５％超とし、熱間圧延後の冷却速度を１５℃／ｓ超にして、金属組織を、ラス状組織の面積率が９０％以上であり、ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比が２．００以上であるものとし、表層部のビッカース硬さを２００ＨＶ５以上にすることによって、耐食性と耐摩耗性との両立が可能であることを見出した。ここで、「２００ＨＶ５」はＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に準拠した表示であり、５ｋｇｆ（４９．０３Ｎ）の試験力で測定したビッカース硬さが２００以上であることを意味する。
【０００８】
本発明はこのような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。
【０００９】
［１］質量％で、
Ｃ：０．０１％以上、０．１５％以下、
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上、２．００％以下、
Ｐ：０％超、０．０２０％以下、
Ｓ：０％超、０．０１０％以下、
Ｃｒ：０．０５％超、３．００％以下、
Ａｌ：０．０１％以上、０．１０％以下、
Ｂ：０．０００３％以上、０．００２０％以下、
Ｎ：０．００２０％以上、０．０１００％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、
下記式（１）によって求められる炭素当量Ｃｅｑ（％）が０．２０％以上であり、
表面から板厚方向に１ｍｍ〜３ｍｍの表層部において、ラス状組織の面積率が９０％以上であり、前記ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比の平均値が２．００以上である金属組織を有し、
前記表層部のビッカース硬さが２００ＨＶ５以上である、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
Ｃｅｑ（％）＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／４  ・・・  （１）
ここで、［Ｘ］は、元素Ｘの質量％での含有量であり、含有しない元素Ｘの項には０を代入する。
【００１０】
［２］さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｗ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｓｎ：０．２０％以下、
Ｓｂ：０．２０％以下
の１種又は２種以上を含有する、上記［１］に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
【００１１】
［３］さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０２５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下
の１種又は２種以上を含有する、上記［１］又は［２］に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
【００１２】
［４］さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０５％以下、
ＲＥＭ：０．１％以下
の１種又は２種以上を含有する、上記［１］〜［３］の何れか１項に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塩化物イオンによる腐食、積荷である石炭や鉱石、重機のバケットなどによる摩耗による損傷に対する耐性を有する、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼の提供が可能になり、産業上の効果が顕著である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態に係る石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食耐摩耗鋼（以下、船倉用耐食耐摩耗鋼ということがある。）について詳細に説明する。まず、本実施形態の船倉用耐食耐摩耗鋼の化学組成について説明する。なお、化学組成における各元素の含有量を示す「％」は、質量％を意味する。また、化学組成における数値範囲において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に指定しない限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。よって、例えば、０．０１〜０．１５％は，０．０１％以上０．１５％以下の範囲を意味する。
【００１５】
＜Ｃ：０．０１％以上、０．１５％以下＞
Ｃは、硬度を確保するために有効な元素であり、Ｃ含有量を０．０１％以上とする。好ましくはＣ含有量を０．０２％以上、より好ましくは０．０３％以上とする。一方、Ｃ含有量が過剰になると、靱性が低下し、また、製造条件によっては、ラス状組織に存在するセメンタイトが成長し、長軸／短軸比が２．００未満となり、耐食性が低下することがあるため、Ｃの含有量を０．１５％以下とする。好ましくは、Ｃ含有量を０．１３％以下とする。
【００１６】
＜Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下＞
Ｓｉは脱酸剤であり、また硬度の向上にも有効な元素であり、Ｓｉ含有量を０．０５％以上とする。好ましくはＳｉ含有量を０．１０％以上とする。一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、靱性が低下するため、１．００％以下とする。好ましくはＳｉ含有量を０．８０％以下、より好ましくは０．５０％以下とする。
【００１７】
＜Ｍｎ：０．１０％以上、２．００％以下＞
Ｍｎは、焼入れ性を高め、硬度を向上させる元素であり、０．１０％以上を含有させることが必要である。好ましくはＭｎ含有量を０．２０％以上、より好ましくは０．５０％以上とする。一方、Ｍｎを過剰に含有させると、靭性が低下し、また、セメンタイトの形成を促進し、結果的に耐食性低下を生じやすくなるため、Ｍｎ含有量を２．００％以下とする。好ましくはＭｎ含有量を１．８０％以下、より好ましくは１．６０％以下とする。
【００１８】
＜Ｐ：０％超、０．０２０％以下＞
Ｐは不純物であり、靱性や加工性を低下させるため、Ｐ含有量を０．０２０％以下に制限する。好ましくはＰ含有量を０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下とする。Ｐ含有量の下限は０％が好ましいが、製造コストの観点から０％超とする。Ｐ含有量は０．０００１％以上であってもよい。
【００１９】
＜Ｓ：０％超、０．０１０％以下＞
Ｓも不純物であり、靱性を低下させることから、Ｓ含有量を０．０１０％以下に制限する。好ましくはＳ含有量を０．００７％以下、より好ましくは０．００５％以下、より一層好ましくは０．００３％以下とする。Ｓ含有量の下限は０％が好ましいが、製造コストの観点から０％超とする。Ｓ含有量の下限は０．０００１％であってもよい。
【００２０】
＜Ｃｒ：０．０５％超、３．００％以下＞
Ｃｒは、塩化物イオンによる腐食を抑制し、また、焼入れ性を高め、硬度を上昇させる重要な元素である。カーゴホールド内で鋼材の腐食が進行する主な原因は塩化物イオンであり、耐食性を向上させるために、Ｃｒ含有量を０．０５％超とする。好ましくはＣｒ含有量を０．１０％以上とし、焼入れ性を高めるために、より好ましくは０．２０％以上とする。一方、Ｃｒを過剰に含有させると、靱性が低下するため、Ｃｒ含有量を３．００％以下とする。好ましくはＣｒ含有量を２．００％以下、より好ましくは１．７０％以下、さらに好ましくは１．５０％以下とする。
【００２１】
＜Ａｌ：０．０１％以上、０．１０％以下＞
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素である。また、Ａｌは、ＮとＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化させて、靱性を向上させるため、Ａｌ含有量を０．０１％以上とする。好ましくはＡｌ含有量を０．０２％以上、より好ましくは０．０３％以上とする。一方、Ａｌを過剰に含有させると靭性が低下するため、Ａｌ含有量を０．１０％以下とする。好ましくはＡｌ含有量を０．０８％以下、より好ましくは０．０７％以下とする。
【００２２】
＜Ｂ：０．０００３％以上、０．００２０％以下＞
Ｂは、鋼の焼入れ性を顕著に高める元素であり、硬度を確保するために、Ｂ含有量を０．０００３％以上とする。好ましくはＢ含有量を０．０００５％以上、より好ましくは０．０００７％以上とする。より一層好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｂを過剰に含有すると硼化物を形成して焼入れ性が低下し、硬度を確保できなくなるため、Ｂ含有量を０．００２０％以下とする。好ましくはＢ含有量を０．００１８％以下、より好ましくは０．００１６％以下とする。
【００２３】
＜Ｎ：０．００２０％以上、０．０１００％以下＞
Ｎは、ＡｌやＴｉと窒化物を形成し、結晶粒を微細化させて、靱性を向上させる元素であるため、Ｎ含有量の下限を０．００２０％とする。好ましくはＮ含有量を０．００３０％以上、より好ましくは０．００４０％以上とする。一方、Ｎを過剰に含有する場合は、粗大な窒化物が生成し、靭性を低下させるため、Ｎ含有量を０．０１００％以下とする。好ましくはＮ含有量を０．００８０％以下、より好ましくは０．００６０％以下とする。
【００２４】
本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここで、不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の特性に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。ただし、本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼においては、不純物のうち、Ｐ及びＳについては、上述のように、上限を規定する必要がある。
【００２５】
さらに、耐食性を向上させるために、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｂの１種又は２種以上を含有させることができる。
【００２６】
＜Ｍｏ：１．００％以下＞
Ｍｏは、耐食性を向上させ、焼入れ性を高める元素である。Ｍｏ含有量は、０％であってもよいが、ラス状組織の生成を促進し、硬度を高めるために、０．０５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｏ含有量を０．１０％以上とする。一方、Ｍｏを過剰に含有させると硬度が高くなり過ぎて靭性が低下するため、Ｍｏ含有量を１．００％以下とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．６０％以下とする。
【００２７】
＜Ｗ：１．００％以下＞
Ｗは、Ｍｏと同様、耐食性を向上させ、焼入れ性を高める元素である。Ｗの含有量は、０％であってもよいが、ラス状組織の生成を促進し、硬度を高めるために、０．０５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｗ含有量を０．１０％以上とする。一方、Ｗを過剰に含有させると硬度が高くなり過ぎて靭性が低下するため、Ｗ含有量を１．００％以下とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．６０％以下とする。
【００２８】
＜Ｎｉ：１．００％以下＞
Ｎｉは、鋼の焼入れ性を高めて、硬度の向上に寄与し、耐食性を向上させる元素である。Ｎｉの含有量は０％であってもよいが、０．０３％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｎｉ含有量を０．１０％以上、さらに好ましくは０．２０％以上とする。一方、Ｎｉは高価な合金元素であるため、コストの観点から、Ｎｉ含有量を１．００％以下とする。好ましくはＮｉ含有量を０．９５％以下、より好ましくは０．９０％以下とする。
【００２９】
＜Ｃｕ：１．００％以下＞
Ｃｕは、鋼の焼入れ性を高め、耐食性を向上させる元素である。Ｃｕの含有量は０％であってもよいが、０．０３％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｕ含有量を０．１０％以上、さらに好ましくは０．２０％以上とする。一方、Ｃｕは熱間加工性や溶接性を低下させるため、Ｃｕ含有量を１．００％以下とする。好ましくはＣｕ含有量を０．９５％以下、より好ましくは０．９０％以下とする。
【００３０】
＜Ｓｎ：０．２０％以下＞
Ｓｎは、カーゴホールド内が空荷になり、塩化物イオンが濃化して、ｐＨが低下した際に耐食性を高める元素である。Ｓｎの含有量は０％であってもよいが、０．０１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｓｎ含有量を０．０５％以上とする。一方、Ｓｎを過剰に含有させると製造性や靱性が低下するため、Ｓｎ含有量を０．２０％以下とする。好ましくはＳｎ含有量を０．１５％以下とする。
【００３１】
＜Ｓｂ：０．２０％以下＞
Ｓｂは、Ｓｎと同様、カーゴホールド内が空荷になり、塩化物イオンが濃化して、ｐＨが低下した際に耐食性を高める元素である。Ｓｂの含有量は０％であってもよいが、０．０１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｓｂ含有量を０．０５％以上とする。一方、Ｓｂを過剰に含有させると製造性や靱性が低下するため、Ｓｂ含有量を０．２０％以下とする。好ましくはＳｂ含有量を０．１５％以下とする。
【００３２】
さらに、靱性などの機械的性質を向上させるために、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの１種又は２種以上を含有させることができる。
【００３３】
＜Ｔｉ：０．０２５％以下＞
Ｔｉは、ＴｉＮを形成し、結晶粒を微細化させて、靱性を向上させる元素である。Ｔｉの含有量は０％であってもよいが、０．００５％以上を含有させることが好ましい。より好ましくは、Ｔｉ含有量を０．００７％以上、さらに好ましくは０．０１０％以上とする。一方、Ｔｉを過剰に含有させると靭性を低下させることがあるため、Ｔｉ含有量を０．０２５％以下とする。好ましくは０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下とする。
【００３４】
＜Ｖ：０．２０％以下＞
Ｖは、焼入れ性を高めて硬度の向上に寄与し、靭性を向上させる元素である。Ｖの含有量は０％であってもよいが、０．０１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ含有量を０．０２％以上、さらに好ましくは０．０５％以上とする。一方、Ｖを過剰に含有させると、靭性を低下させることがあるため、Ｖ含有量を０．２０％以下とする。好ましくはＶ含有量を０．１８％以下、より好ましくは０．１５％以下とする。
【００３５】
＜Ｎｂ：０．０５％以下＞
Ｎｂは、窒化物の形成や再結晶の抑制によって結晶粒の細粒化に寄与する元素である。Ｎｂの含有量は０％であってもよいが、靱性を向上させるために、０．００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｎｂ含有量を０．００７％以上、さらに好ましくは０．０１％以上とする。一方、Ｎｂを過剰に含有させると靭性を低下させることがあるため、Ｎｂ含有量を０．０５％以下とする。好ましくはＮｂ含有量を０．０３％以下、より好ましくは０．０２％以下とする。
【００３６】
さらに、介在物の形態等を制御するために、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種又は２種以上を含有させることができる。
【００３７】
＜Ｃａ：０．０５％以下＞
Ｃａは、酸化物、硫化物を形成する元素である。Ｃａの含有量は０％であってもよいが、熱間圧延によって延伸しにくい介在物を形成させるために、Ｃａ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃａ含有量を０．０００７％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｃａを過剰に含有させると、粗大な酸化物を形成して靭性を低下させることがあるため、Ｃａ含有量を０．０５％以下とする。好ましくはＣａ含有量を０．０２％以下、より好ましくは０．０１％以下とする。
【００３８】
＜Ｍｇ：０．０５％以下＞
Ｍｇは、酸化物、硫化物を形成する元素である。Ｍｇの含有量は０％であってもよいが、微細な酸化物を形成させて、主に靱性を向上させるために、Ｍｇ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｇ含有量を０．０００７％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｍｇを過剰に含有させると、粗大な酸化物を形成して靭性を低下させることがあるため、Ｍｇ含有量を０．０５％以下とする。好ましくはＭｇ含有量を０．０２％以下、より好ましくは０．０１％以下とする。
【００３９】
＜ＲＥＭ：０．１％以下＞
ＲＥＭは、酸化物、硫化物を形成する元素である。ＲＥＭの含有量は０％であってもよいが、熱間圧延によって延伸しにくい介在物を形成させ、また、微細な酸化物を形成させて、主に靱性を向上させるために、ＲＥＭ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくはＲＥＭ含有量を０．００１％以上、さらに好ましくは０．００２％以上とする。一方、ＲＥＭを過剰に含有させると、粗大な酸化物を形成して靭性を低下させることがあるため、ＲＥＭ含有量を０．１％以下とする。より好ましくは、ＲＥＭ含有量を０．０２％以下、さらに好ましくは０．０１％以下とする。ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、前記ＲＥＭの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、例えばＦｅ−Ｓｉ−ＲＥＭ合金を使用して溶鋼に添加され、この合金には、例えば、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒが含まれる。
【００４０】
（炭素当量Ｃｅｑ：０．２０％以上）
炭素当量Ｃｅｑは、鋼の硬さに影響を及ぼす焼入れ性の指標であり、耐摩耗性を向上させるために０．２０％以上とする。好ましくは０．３０％以上、より好ましくは０．３５％以上とする。炭素当量Ｃｅｑは、加工性や靭性を確保するため、好ましくは０．６０％以下とする。より好ましくは０．５５％以下、より好ましくは０．５０％以下とする。炭素当量Ｃｅｑは、合金元素の含有量によって下記（１）式で計算される。
【００４１】
Ｃｅｑ（％）＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／４  ・・・  （１）
ここで、［Ｘ］は、元素Ｘの質量％での含有量であり、含有しない元素Ｘの項には０を代入する。
【００４２】
（金属組織）
次に、本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の金属組織について説明する。
【００４３】
本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼は、硬さを確保するため、板厚方向で表面から１ｍｍ〜３ｍｍの表層部の金属組織が重要であり、ラス状組織の面積率を９０％以上とする。ラス状組織は、炭素当量Ｃｅｑを０．２０％以上とし、熱間圧延後の冷却速度、又は、焼入れ処理の冷却速度を１５℃／ｓ超とした場合に生成する硬質の組織である。ラス状組織は、例えば、自己焼戻しマルテンサイト、下部ベイナイトの一方若しくは両方か、又は、焼戻しマルテンサイトである。ラス状組織の残部は、一般には、ポリゴナルフェライト、パーライト、上部ベイナイトの１種又は２種以上である。自己焼戻しマルテンサイトは、熱間圧延又は焼入れ処理の加熱後の冷却時にセメンタイトが生成したマルテンサイトである。表層部以外の金属組織は、ラス状組織の面積率が５０％以上であればよいが、表層部と同様に、９０％以上であることが好ましい。
【００４４】
ラス状組織の面積率は、板厚断面を観察面とする試料を鏡面研磨し、ナイタールでエッチングして光学顕微鏡で４００倍に拡大して金属組織の観察を行い、撮影した写真を用いて測定する。表層部のラス状組織の面積率の測定は、表面から板厚方向に２ｍｍの位置の近傍で行うことが推奨される。表層部以外のラス状組織の面積率の測定は、表面から板厚方向に板厚の１／２の位置の近傍で行うことが推奨される。
【００４５】
冷却速度が遅い場合や、焼戻し処理を、高温で長時間保持して行った場合などは、ラス状組織に析出したセメンタイトが成長する。このとき、セメンタイトの成長が過剰に進むと、長軸／短軸比が小さくなる（１に近づく）。そして、セメンタイトの長軸／短軸比が２．００未満になると、カソードサイトとして機能し、鋼の溶解を加速させて耐食性が低下する。したがって、耐食性を確保するためには、ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比は、２．００以上であることが必要である。すなわち、セメンタイトの長軸／短軸比は、セメンタイトの成長の度合いを示す指標であり、セメンタイトの成長が進むと１に近づくことから、大きい方が好ましいが、５．００以下であってもよい。
【００４６】
ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、ＳＥＭ）を用いて測定することができる。例えば、船倉用耐食耐摩耗鋼が鋼板である場合、鋼板の板厚断面を観察面とし、鏡面研磨、電解研磨を行い、表面から板厚方向に１ｍｍ〜３ｍｍの範囲をＳＥＭで１００００倍に拡大して撮像する。長軸が３０〜３００ｎｍである１００個のセメンタイトの長軸／短軸比を測定し、算術平均をセメンタイトの長軸／短軸比とする。ＳＥＭによって撮像された粒子がセメンタイトであるか否かは、ＳＥＭに付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy、ＥＤＳ)で確認することができる。セメンタイトの長軸／短軸比の測定は、表面から板厚方向に２ｍｍの位置の近傍で行うことが推奨される。
【００４７】
本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の表層部のビッカース硬さ（以下「表層部硬度」ともいう。）は、耐摩耗性を確保するため、２００ＨＶ５以上とする。好ましくは２５０ＨＶ５以上とする。船倉用耐食耐摩耗鋼の表層部硬度は、加工性を考慮すると４５０ＨＶ５以下が好ましい。船倉用耐食耐摩耗鋼の表層部硬度は、鋼板の板厚断面を測定面とし、板厚方向で表面から２ｍｍの位置で、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に準拠して測定する。具体的には、室温で、試験力を４９．０３Ｎ（５ｋｇｆ）として、鋼板の板厚方向で表面から２ｍｍの位置において、板厚方向と垂直の方向に１ｍｍ毎に５点、合計２５点におけるビッカース硬さを測定し、これらの平均値（算術平均）として求める。
【００４８】
本実施形態において船倉用耐食耐摩耗鋼の形状は特に限定されず、鋼板、鋼帯、形鋼、鋼管、棒鋼、鋼線等であればよい。鋼板、鋼帯、形鋼、鋼管等の鋼材の厚さは、７〜５０ｍｍである。摩耗による表層部の消失を考慮すると、好ましくは１０ｍｍ以上である。上限は特に規定しないが、４０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｍｍ以下である。
【００４９】
（製造方法）
次に、本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の好ましい製造方法について説明する。本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼には、熱間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管などが含まれる。
【００５０】
本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼は、常法で鋼を溶製し、成分の調整後、鋳造して得られた鋼片を熱間圧延し、そのまま加速冷却を施すか、又は空冷した後、再加熱して焼入れ処理を施して製造される。さらに、焼戻し処理を施してもよい。鋼片は転炉・電気炉等の通常の精錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法あるいは造塊-分塊法等の公知の方法で製造することができ、特に制限はない。熱間圧延後は、コイル状に巻き取ってもよい。
【００５１】
本実施形態において、鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接してもよく、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管などにすることができる。鋼片に熱間押出や穿孔圧延を施して製造されるシームレス鋼管も本実施形態の船倉用耐食耐摩耗鋼に含まれる。
【００５２】
熱間圧延後の水冷及び焼入れ処理の冷却は、冷却速度を１５℃／ｓ超にすることが必要である。これは、本実施形態に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の金属組織を、面積率で９０％以上のラス状組織とするためである。冷却速度は速いほど好ましいが、板厚や冷却設備の能力によって、適宜、決定されるものであり、５０℃／ｓ以下であってもよい。熱間圧延後の加速冷却及び焼入れ処理の冷却の停止温度は、炭化物の析出を抑制するために４００℃以下にすることが好ましい。
【００５３】
さらに、船倉用耐食耐摩耗鋼に加工性や靭性が要求される場合には、４００℃以上に加熱する焼戻し処理を施してもよい。焼戻し処理の温度は、セメンタイトの成長を抑制するために、６００℃以下とすることが好ましい。焼戻し処理の保持時間は１０分間以上、３００分間以下であってもよい。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明に係る船倉用耐食耐摩耗鋼の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００５５】
表１Ａ、表１Ｂの鋼Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１２、Ｂ１〜Ｂ１１に示す化学組成を有する鋼を溶製した。ここで、表１Ｂは表１Ａの右側に連続する表であり、各鋼についての化学成分のＣからＮまでを表１Ａに記載し、各鋼についての化学成分のＭｏからＲＥＭまで、および各鋼の炭素当量Ｃｅｑを表1Ｂに記載している。表１Ａおよび表１Ｂに示す各鋼の化学成分の残部はＦｅおよび不純物である。各鋼を溶製後、鋳造して得られた鋼片を加熱して熱間圧延を行い、１５℃／ｓ超の冷却速度で水冷し、板厚１０ｍｍの鋼板を製造した（表２のＮｏ．１〜Ｎｏ１２、Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ１１１、Ｎｏ．２０１）。ここで、比較としてＮｏ．１１０は熱間圧延後、放冷した。さらに、Ｎｏ．１２及びＮｏ．１１１は水冷後、それぞれ１５０℃及び６１０℃で１５分間保持する焼戻し処理を施した。
【００５６】
ラス状組織の面積率及びラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比の測定は、板厚断面を試験面として、鋼板の板厚方向で表面から１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で行った。金属組織の観察は、試料を鏡面研磨し、ナイタールでエッチングして光学顕微鏡で４００倍に拡大して行い、撮影した写真を用いてラス状組織の面積率を測定した。表層部のラス状組織の面積率が９０％以上であった試料については、板厚の中心部の金属組織の観察も行い、ラス状組織の面積率を測定した。ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比の測定は、試料に鏡面研磨、電解研磨を施し、ＳＥＭ及びＥＤＳを用いて、１００００倍で撮像して測定した。長軸が３０〜３００ｎｍのセメンタイトの長軸／短軸比を測定し、１００個の測定値の算術平均を求めた。ラス状組織の面積率が９０％未満であった場合は、セメンタイトの長軸／短軸比の測定を行っていない。
【００５７】
また、得られた鋼板から試験片を採取し、板厚断面を試験面として、鋼板の表面から板厚方向に２ｍｍの位置で、ビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さの測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に準拠し、試験力を４９．０３Ｎとして室温で行い、板厚方向と垂直な方向に１ｍｍ毎に５点、合計２５点の測定値の平均値（算術平均）を求めた。さらに、鋼板からフルサイズのＶノッチシャルピー試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２：２０１８に準拠して−２０℃のシャルピー吸収エネルギー（ＫＶ２）を測定した。
【００５８】
さらに、長さ１００ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み５ｍｍの試験片の表面にＳａ２．５（ＩＳＯ  ８５０１−１）以上になるようにブラスト処理を施して耐食性の評価に用いた。耐食性は、人工海水を含有させた石炭粉を試験片上に積載させた状態で、温度４０℃、相対湿度９８％の試験槽内に１週間保持し、試験槽から取り出して、試験片表面に付着した石炭をスクレイパーで軽く除去し、再び、試験槽内で１週間保持し、これを１サイクルとする腐食試験を６サイクル実施して評価した。６サイクルの腐食試験を行った後、さびをスクレイパーで除去し、クエン酸アンモニウムで除さびした。その後、試験前と後とでの重量変化を腐食量とした。それぞれの腐食量は表２のＮｏ．２０１の普通鋼を１００として相対量で評価した。
【００５９】
各評価項目の判断基準は次のとおりである。表層部硬度は、耐摩耗性の観点から２００ＨＶ５以上、切断加工性の観点から４５０ＨＶ５以下を良好と判断した。またシャルピー吸収エネルギーは４０Ｊ以上を、耐食性は普通鋼（Ｎｏ．２０１）を１００とした腐食量の相対量で８５以下を良好と判断した。
【００６０】
評価結果を表２に示す。Ｎｏ．１〜１２は、化学組成、炭素当量Ｃｅｑ、表層部硬度、ラス状組織の面積率、セメンタイトの長軸／短軸比が本発明の範囲内である。これらの鋼は、何れもシャルピー吸収エネルギー、耐食性に優れた鋼板である。一方、Ｎｏ．１０１〜１１１及び２０１は比較例であり、化学組成、表層部硬度、Ｃｅｑ、ラス状組織の面積率、セメンタイトの長軸／短軸比の何れか１以上が本発明の範囲外である。なお、表２には示していないが、Ｎｏ．１〜Ｎｏ１２、Ｎｏ．１０２〜Ｎｏ．１０６、Ｎｏ．１１１は、板厚の中心部のラス状組織の面積率が５０％以上であることが確認されている。
【００６１】
Ｎｏ．１０１はＣ含有量が不足し、表層部硬度、ラス状組織の面積率が低下した例である。Ｎｏ．１０５はＣｒ含有量が不足し、耐食性が低下した例である。Ｎｏ．１０２、Ｎｏ．１０３、Ｎｏ．１０４及びＮｏ．１０６は、それぞれ、Ｃ含有量、Ｓｉ含有量、Ｍｎ含有量、Ｃｒ含有量が過剰であり、靭性が低下した例である。Ｎｏ．１０７はＢ含有量が不足し、Ｎｏ．１０８はＢ含有量が過剰であり、焼入れ性が不十分であるため、表層部硬度、ラス状組織の面積率、靭性、耐食性が低下した例である。
【００６２】
Ｎｏ．１０９は炭素当量Ｃｅｑが小さく、表層部硬度、ラス状組織の面積率、耐食性が低下した例である。Ｎｏ．１１０は、熱間圧延後の冷却速度が遅く、ラス状組織の面積率が低下し、耐食性が低下した例である。Ｎｏ．１１１は、焼戻し処理の温度が高く、ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比が小さくなり、耐食性が低下した例である。なおＮｏ．２０１は、前述のように耐食性の評価基準とした普通鋼であり、Ｎｏ．２０１よりもＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の耐食性が格段に優れていることが明らかである。
【００６３】
このように、化学組成、表層部硬度、Ｃｅｑ、ラス状組織の面積率、セメンタイトの長軸／短軸比の何れか１以上が、本発明の範囲外である比較例は表層部硬度、靱性、耐食性の少なくとも一つが、良好と判断される評価基準に達しなかった。
【００６４】
【表１Ａ】
2020132994.tif 000002
【００６５】
【表１Ｂ】
2020132994.tif 000003
【００６６】
【表２】
2020132994.tif 000004
【００６７】
以上、本発明の好ましい実施形態および実験例について説明したが、これらの実施形態、実験例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能である。