(57)【要約】【課題】塗膜の寿命を延長するとともに塗膜剥離後の腐食抑制を図ることのできる、石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手を提供する。【解決手段】溶接金属が、質量％で、C：0.01〜0.2％、Si：0.01〜1％、Mn：0.05〜3.0％、P：0.05％以下、S：0.03％以下およびSn：0.005〜0.3％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手である。上記の溶接継手において、溶接金属が、さらに、Mo：0.5％以下、W：0.5％以下、Cu：1％以下、Ni：1％以下、Co：1％以下、Sb：0.3％以下、Ti：0.1％以下、Zr：0.2％以下、Ca：0.01％以下、Mg：0.01％以下、Y：0.1％以下、Ce：0.1％以下、Nd：0.5％以下、Nb：0.1％以下、V：0.2％以下、およびB：0.01％以下のうちの１種以上を含有してもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下およびＳｎ：０．００５〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項２】
溶接金属が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｏ：１％以下およびＳｂ：０．３％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項３】
溶接金属が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｙ：０．１％以下、Ｃｅ：０．１％以下およびＮｄ：０．５％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項４】
溶接金属が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．２％以下およびＢ：０．０１％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項５】
母材が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下およびＳｎ：０．００５〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項６】
母材が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｍｏ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｏ：２％以下およびＳｂ：０．３％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項７】
母材が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｙ：０．１％以下、Ｃｅ：０．１％以下およびＮｄ：０．５％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項４または５に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項８】
母材が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．２％以下およびＢ：０．０１％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【請求項９】
表面が塗膜によって被覆されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭・鉱石運搬船のホールドに用いる耐食性に優れた溶接継手に関し、さらに詳しくは、ホールド内の腐食環境およびその裏側（外側）に位置するバラストタンク内の腐食環境においても、塗膜の寿命延長および塗膜の剥離後の腐食抑制を図ることのできるホールド用溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石炭およびまたは鉱石を運搬する「石炭・鉱石運搬船」のホールド（船倉）内の腐食が問題となっている。石炭およびまたは鉄鉱石が積載されるホールド内は、高湿度環境に加えて、さらにはタンク内の洗浄の際に付着する塩分の影響もあり、厳しい腐食環境にある。
【０００３】
通常、ホールドの内表面には塗装を行って塗膜を形成するが、石炭およびまたは鉱石を運搬する場合、とりわけ、鉄鉱石を運搬する場合には、塗膜が部分的に傷つけられやすく、生じた傷部が腐食環境にさらされることになる。その場合には、傷部を中心として塗膜がこぶ状に膨れ上がり、その塗膜の下にさびが詰まるような腐食形態(以下、「さびこぶ」とも称する)となる。特に、傷部の直下は減肉が大きく、その進行速度は年間０．２ｍｍを超える場合がある。
【０００４】
また、運搬されてきた石炭およびまたは鉄鉱石を荷揚げする際に、ホールドの下部においては塗膜が機械的に剥離しやすく、一度塗膜が剥離すると、その場所は再塗装されることなく使用されるのが通常である。そのため、建造時に形成されていた塗膜が使用途中で剥離した箇所は、塗膜が無い状態で長期間腐食環境下に曝されることとなる。さらに、ホールドの裏側（外側）がバラストタンクとなっている場合には、海水による腐食が進行し、特に、気相と接する部分における腐食の著しいことが問題となっている。
【０００５】
現在、腐食対策としては塗装が行われているだけであり、上記の「さびこぶ」が生じた場合には、定期的に腐食生成物を除去し、再塗装する方法が採用されている。また、特に腐食が著しい場合は、鋼材を部分的に取り替えるなどの処置が行われている。また、バラストタンク側についても、定期的に再塗装を行うことが必須となっている。
【０００６】
しかしながら、このように、再塗装や部材取替えを行う方法では、著しいコストの増加を招くため、メンテナンス費用の低減が大きな課題となっている。
【０００７】
ここで、船舶用鋼材としては、特許文献１に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、ＡｌおよびＭｇを必須成分とする耐食性に優れた鋼材が開示されているが、溶接金属部の耐食性については配慮されていない。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１７３８１号公報（特許請求の範囲、段落［００１４］〜［００１６］など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１には、同文献で開示された鋼材が、船舶外板、バラストタンク、カーゴオイルタンク、鉱炭船カーゴホールドなどの船用一般鋼材として使用できることが記載されている。しかし、同文献においては、溶接継手の耐食性については言及されていない。通常の溶接継手における溶接金属部には、溶接の際に、ある程度母材から耐食性を向上させるのに有効な元素が溶け込むが、その量は少ない。したがって、母材の耐食性が良好であっても、溶接金属部の耐食性は十分とはいえない。
【００１０】
本発明は、上記の従来技術における問題を解決するためになされたものであり、その目的は、石炭・鉱石運搬船のホールド内の腐食環境において、塗膜の寿命延長および塗膜の剥離後の腐食抑制を図ることのできる石炭・鉱石運搬船のホールド用溶接継手を提供することにある。なお、本発明のホールド用溶接継手は、石炭・鉱石運搬船のホールド内の腐食環境、およびその裏側（外側）に位置するバラストタンク内の腐食環境において、塗膜の寿命延長および塗膜の剥離後の腐食抑制を図ることのできる、いわゆるダブルハル型（二重船殻構造）の石炭・鉱石運搬船のホールド用溶接継手としても有効に使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の状況の下に、実船のホールド内の腐食を再現可能な後述する試験法を開発し、その方法を用いて、石炭・鉱石運搬船ホールド用の耐食性鋼材を対象として、種々の合金元素の影響について検討と実験を繰り返し、下記の（ａ）〜（ｈ）に示す知見を得て本発明を完成させた。
【００１２】
（ａ） 石炭・鉱石運搬船ホールド内の腐食環境において、塗装傷部の耐食性を向上させるためには、濃厚塩化物環境におけるｐＨ低下時の耐食性を向上させることが重要であり、そのためには、Ｃｌ-イオンを含む酸環境下における耐食性を向上させる必要がある。
【００１３】
（ｂ）上記濃厚塩化物に加えて、さらに、ＳＯ42-イオンを含有する環境下における耐食性の向上とともに、湿潤あるいは乾湿繰り返し環境下における耐食性の向上が必要となる。
【００１４】
（ｃ）溶接金属または母材にＳｎが含有されると、塗装部の耐食性が著しく向上するだけでなく、塗膜が剥離した後の耐食性も著しく向上する。これは下記の理由による。すなわち、石炭・鉱石運搬船ホールド内のｐＨが低下した環境において、Ｓｎが溶解し、鋼材上に析出する。Ｓｎは水素過電圧の大きい元素であることから、Ｓｎが析出した部分では、ｐＨの低い環境におけるカソード反応である水素発生反応が著しく抑制され、その結果、耐食性が向上するからである。また、Ｓｎはイオンとして存在する場合においても、鋼材の溶解反応であるアノード反応を抑制する効果がある。これは、Ｓｎイオンの作用により鉄の溶解経路となる鉄表面へのＯＨ-およびまたはＣｌ-イオンの吸着を抑制し、鉄の溶解自体を抑えるからである。
【００１５】
（ｄ）合金元素として、Ｓｎに加えて、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｏまたはＳｂを含有させてもよい。Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｏまたはＳｂは、酸性環境において耐食性を向上させる作用を有する元素であり、溶接金属部における耐食性、およびさびの保護性による鋼材の防食性の両方の効果により、腐食を抑制する。
【００１６】
（ｅ）さらに、合金元素として、Ｓｎに加えて、ＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を含有させてもよい。いずれの元素も、硫化物形成能が高く、腐食の起点となる鋼中ＭｎＳの生成を抑制することにより、溶接金属部および母材部における腐食の開始を遅らせる作用を有する。
【００１７】
（ｆ）合金元素として、Ｓｎに加えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、ＣｅおよびＮｄのうちの１種または２種以上を含有させてもよい。いずれの元素も、鋼の耐酸性を向上させることにより、溶接金属部および母材部における腐食を抑制する作用を有する。
【００１８】
（ｇ）合金元素として、Ｓｎに加えて、Ｎｂ、ＶおよびＢのうちの１種または２種以上を含有させてもよい。いずれの元素も、溶接金属部および母材部の強度を高める作用を有する。
【００１９】
（ｈ）鋼材の塗装は通常の方法で行えばよく、塗料としてはエポキシ系樹脂のほか、ビニルブチラール系、ウレタン系、フタル酸系などを用いることができる。また、塗装前に一次防錆の目的で鋼材表面にプライマー処理を施してもよい。
【００２０】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（９）に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手にある。以下、それぞれを第１発明〜第９発明とも記し、第１発明〜第９発明を総称して、本発明ということもある。
【００２１】
（１）溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下およびＳｎ：０．００５〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２２】
（２）溶接金属が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｏ：１％以下およびＳｂ：０．３％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２３】
（３）溶接金属が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｙ：０．１％以下、Ｃｅ：０．１％以下およびＮｄ：０．５％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２４】
（４）溶接金属が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．２％以下、およびＢ：０．０１％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２５】
（５）母材が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下およびＳｎ：０．００５〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２６】
（６）母材が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｍｏ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｕ：２％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｏ：２％以下およびＳｂ：０．３％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（５）に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２７】
（７）母材が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｙ：０．１％以下、Ｃｅ：０．１％以下およびＮｄ：０．５％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（４）または（５）に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２８】
（８）母材が、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．２％以下およびＢ：０．０１％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（４）〜（６）のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００２９】
（９）表面が塗膜によって被覆されていることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
【００３０】
本発明において、「石炭・鉱石運搬船」とは、石炭およびまたは鉱石を運搬する船舶を意味する。
【００３１】
なお、以下の説明において、化学組成についての「％」の表記は「質量％」を意味する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の溶接継手によれば、塗膜が機械的に損傷しやすく且つＳＯ42-およびＣｌ-の両イオンの影響を受けやすい腐食環境にある石炭・鉱石運搬船のホールド内での使用に際して、溶接継手の溶接金属部および母材部の両方の塗膜寿命を延長するとともに塗膜剥離後の腐食抑制を図ることができるので、ホールド内の部材の取り替えや再塗装によるメンテナンスコストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
前記のとおり、本発明は、溶接金属が、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下およびＳｎ：０．００５〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手である。また、母材が、上記と同様の成分組成を有する石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手である。以下に、本発明を前記のように規定した理由および好ましい態様についてさらに詳細に説明する。
【００３４】
本発明の溶接継手の成分組成に関しては、溶接金属および母材の双方の組成範囲についてまとめて説明し、両者の組成範囲が異なる元素についてはその旨を記し、個別に説明する。
【００３５】
１．鋼の成分組成
Ｃ：
Ｃは、材料の強度を確保するために必要な元素であり、０．０１％以上を含有させる。しかし、０．２％を超えて含有させると、ｐＨの低い腐食環境においてカソードとなって腐食を促進するセメンタイトの生成量が増大するとともに溶接性が低下する。このため、Ｃ含有量の適正範囲は０．０１〜０．２％とした。好ましくは、０．０３〜０．１８％である。
【００３６】
Ｓｉ：
Ｓｉは、脱酸に必要な元素であり、十分な脱酸効果を得るためには、０．０１％以上を含有させる必要がある。しかし、１％を超えて含有させると、母材および溶接継手部の靱性が損なわれる。このため、Ｓｉ含有量の適正範囲は０．０１〜１％とした。含有量の好ましい範囲は、０．０５〜０．８％である。
【００３７】
Ｍｎ：
Ｍｎは、低コストで鋼の強度を高める作用を有する元素であり、この効果を得るには０．０５％以上を含有させる必要がある。しかし、３．０％を超えて含有させると、溶接性が劣化するとともに継手靭性も劣化する。このため、Ｍｎ含有量の適正範囲は０．０５〜３．０％とした。含有量の好ましい範囲は、０．１〜３．０％である。
【００３８】
Ｐ：
Ｐは、鋼中に含まれる不純物元素であり、耐酸性および溶接性を低下させる。特に、その含有量が０．０５％を超えると、溶接性の低下が著しくなる。このため、Ｐの含有量は０．０５％以下に制限した。
【００３９】
Ｓ：
Ｓは、鋼中に含まれる不純物元素であり、その含有量は少なければ少ないほどよい。Ｓの含有量が０．０３％を超えると、腐食の起点となるＭｎＳが鋼中に多量に生成し、鋼の耐食性を低下させる。このため、Ｓの含有量は０．０３％以下に制限した。
【００４０】
Ｓｎ：
Ｓｎは、耐酸性に優れた元素であり、Ｓｎを含有させると、塗装部の耐食性が著しく向上するだけでなく、塗膜が剥離して裸鋼となった後の耐食性も著しく向上する。この理由は下記のとおりである。すなわち、石炭・鉱石運搬船ホールド内のｐＨが低下した環境において、Ｓｎが溶解し、鋼材上に析出する。Ｓｎは水素過電圧の大きい元素であるから、Ｓｎが析出した部分では、ｐＨの低い環境におけるカソード反応である水素発生反応が著しく抑制され、その結果、耐食性が向上するからである。また、Ｓｎはイオンとして存在する場合においても、鋼材の溶解反応であるアノード反応を抑制する効果がある。これは、Ｓｎイオンの作用により鉄の溶解経路となる鉄表面へのＯＨ-およびまたはＣｌ-イオンの吸着を抑制し、鉄の溶解自体を抑えるからである。
【００４１】
上記の効果を得るには、Ｓｎ含有量を０．００５％以上とする必要があるが、０．３％を超えてＳｎを多く含有させても、その効果が飽和するばかりでなく、靭性の著しい劣化を招く。上記の理由から、Ｓｎ含有量の適正範囲は０．００５〜０．３％とした。Ｓｎ含有量の好ましい範囲は、０．０１〜０．２５％である。
【００４２】
本発明においては、鋼の耐食性をさらに高めるために、下記に示す含有量の範囲内で、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、ＣｅおよびＮｄのうち、１種以上を含有させることができる。
【００４３】
Ｍｏ：
Ｍｏは、耐酸性、および湿潤または乾湿繰り返し環境での耐食性を向上させる作用を有する元素であり、溶接金属部および母材部において、塗装部の耐食性および裸鋼の耐食性を向上させる効果を有する。そして、上記の効果は、Ｍｏを０．０１％以上含有させることにより得られる。また、Ｍｏは、溶接金属部の強度を高める作用も有する。しかし、溶接金属の場合においては０．５％を超えて、母材の場合においては１％を超えて含有させても、上記の効果が飽和するばかりでなく合金コストが上昇する。上記の理由から、Ｍｏの含有量の好ましい範囲は、溶接金属においては０．０１〜０．５％とし、母材においては０．０１〜１％とした。含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属においては０．０１〜０．４％であり、母材においては０．０１〜０．５％である。
【００４４】
Ｗ：
Ｗも、Ｍｏと同様に、耐酸性を高めるとともに、湿潤または乾湿繰り返し環境における耐食性を向上させる作用を有する元素であり、溶接金属部および母材部において、塗装部および裸鋼の耐食性を向上させる効果を有する。上記の効果は、Ｗを０．０１％以上含有させることにより得られる。しかし、溶接金属の場合には０．５％を超えて、また、母材の場合には１％を超えて多く含有させても、前記の効果は飽和し、合金コストが上昇する。上記の理由から、Ｗ含有量の好ましい範囲は、溶接金属においては０．０１〜０．５％とし、母材においては０．０１〜１％とした。Ｗ含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属においては０．０１〜０．４％であり、母材においては０．０１〜０．５％である。
【００４５】
Ｃｕ：
Ｃｕは、濃厚塩化物環境において、溶接金属部および母材部における塗装部の耐食性および裸鋼となった後の耐食性を向上させる作用を有し、０．０１％以上を含有させることによりその効果が得られる。しかし、溶接金属の場合には１％を超えて多く含有させても、また、母材の場合には２％を超えて多く含有させても、上記の効果は飽和する。そこで、Ｃｕ含有量の好ましい範囲は、溶接金属の場合には０．０１〜１％とし、母材の場合には０．０１〜２％とした。Ｃｕ含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属の場合には０．０１〜０．５％であり、母材の場合には０．０１〜１％である。
【００４６】
Ｎｉ：
Ｎｉは、湿潤または乾湿繰り返し環境における耐食性、低ｐＨ環境における耐食性、およびＣｌ-イオン含有時の酸性環境における耐食性を向上させる作用を有する元素であり、０．０１％以上を含有させることにより、その効果が得られる。Ｎｉを含有させると、溶接金属部および母材部において、耐食性とさびの保護性による鋼材の防食性の両方の効果により腐食を抑制する。しかし、溶接金属の場合には１％を超えて、また、母材の場合には２％を超えて多く含有させても、合金コストの上昇に見合う耐食性が得られないばかりか、Ｓｎの析出を抑制することから、Ｓｎによる耐食性の改善効果を低下させる。上記の理由から、Ｎｉ含有量の好ましい範囲は、溶接金属においては０．０１〜１％とし、母材においては０．０１〜２％とした。含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属においては０．０１〜０．５％であり、母材においては０．０１〜１％である。
【００４７】
Ｃｏ：
Ｃｏは、Ｎｉと同様に、湿潤または乾湿繰り返し環境での耐食性、低ｐＨ環境における耐食性、Ｃｌ-含有時の酸性環境における耐食性を向上させる元素であり、０．０１％以上を含有させることにより、その効果が得られる。母材の耐食性とさびの保護性による鋼材の防食性の両方の効果により腐食を抑制する作用を有する。しかし、溶接金属の場合は１％を超えて、母材の場合は２％を超えて多く含有させても、合金コストの上昇に見合う耐食性が得られないばかりか、Ｓｎの析出を抑制してＳｎによる耐食性改善効果を低下させる。これらの理由から、Ｃｏ含有量の好ましい範囲は、溶接金属の場合には０．０１〜１％とし、母材の場合には０．０１〜２％とした。Ｃｏ含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属の場合には０．０１〜０．５％であり、母材の場合には０．０１〜１％である。
【００４８】
Ｓｂ：
Ｓｂは、耐酸性を向上させる元素であり、裸鋼および塗装部の耐食性を向上させる作用を有する。上記の効果は、Ｓｂを０．００５％以上含有させることにより得られる。しかし、０．３％を超えて含有させても、その効果が飽和するだけでなく、靭性の著しい劣化を招く。そこで、Ｓｂ含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．３％とした。含有量のさらに好ましい範囲は、０．０１〜０．２％である。
【００４９】
Ｔｉ：
Ｔｉは、ＴｉＳを形成することによって、腐食の起点となるＭｎＳの生成を抑制し、耐食性を高める作用を有する元素であり、その効果は、Ｔｉを０．００５％以上含有させることにより得られる。さらに、Ｓｎを含有する場合に、母材および溶接熱影響部の靱性を著しく向上させる作用も有する。しかし、０．１％を超えて多く含有させても、上記の効果は飽和し、合金コストが嵩むばかりである。そこで、Ｔｉ含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．１％とした。Ｔｉ含有量のさらに好ましい範囲は、０．００５〜０．０５％である。
【００５０】
Ｚｒ：
Ｚｒは、Ｔｉと同様に、硫化物を優先的に形成し、腐食の起点となるＭｎＳの生成を抑制する作用を有する。また、Ｚｒは、Ｔｉに比較して窒化物を形成しにくい元素であり、より効率よく硫化物を形成するという特徴も有する。上記の効果は、Ｚｒを０．００５％以上含有させることにより得られる。しかし、０．２％を超えてＺｒを多く含有させても、靱性の低下を招くので、含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．２％とした。Ｚｒ含有量のさらに好ましい範囲は、０．００５〜０．１％である。
【００５１】
Ｃａ：
Ｃａは、腐食反応時に水に溶解してアルカリとなり、鋼材界面におけるｐＨの低下を抑制する作用を有する。このため、裸鋼および塗装部の耐食性を向上させる。上記の効果は、Ｃａ含有量が０．０００１％以上において得られる。しかし、０．０１％を超えて多く含有させても、上記の効果が飽和することから、Ｃａ含有量の好ましい範囲は０．０００１〜０．０１％とした。さらに好ましくは、０．０００３〜０．０１％である。
【００５２】
Ｍｇ：
Ｍｇも、Ｃａと同様に、腐食反応時の鋼材界面におけるｐＨの低下を抑制することにより耐食性を向上させる作用を有する元素であり、その効果は、０．０００１％以上の含有量において得られる。しかし、その含有量が０．０１％を超えて多くなると、上記の効果が飽和することから、Ｍｇ含有量の好ましい範囲は０．０００１〜０．０１％とした。さらに好ましくは、０．０００３〜０．０１％である。
【００５３】
Ｙ：
Ｙは、ｐＨの低い環境においてアノード反応を抑制する作用を有する元素であり、その効果は、０．００１％以上の含有量において得られる。しかし、その含有量が０．１％を超えて多くなると、アノード反応の抑制効果が飽和するばかりでなく、鋼材の靭性が劣化するため、Ｙ含有量の好ましい範囲は０．００１〜０．１％とした。さらに好ましい範囲は、０．００３〜０．１％である。
【００５４】
Ｃｅ：
Ｃｅは、Ｙと同様にｐＨの低い環境においてアノード反応を抑制する作用を有する元素であり、その効果は、０．００１％以上の含有量において得られる。しかし、その含有量が０．１％を超えて多くなると、上記の抑制効果が飽和するばかりでなく、靭性が劣化する。したがって、Ｃｅ含有量の好ましい範囲は０．００１〜０．１％である。含有量のさらに好ましい範囲は、０．００３〜０．１％である
【００５５】
Ｎｄ：
Ｎｄは、鋼中のＰと結合して介在物を形成し、Ｐによる溶接性への悪影響を抑制する作用を有する元素であり、０．００１％以上の含有量において、その効果が得られる。また、ＮｄとＰとが結合しても、Ｐによる耐食性の向上作用は阻害されないという特徴もある。しかし、Ｎｄ含有量が０．５％を超えて多くなると、上記の効果が飽和する。したがって、Ｎｄ含有量の好ましい範囲は、０．００１〜０．５％である。
【００５６】
また、本発明においては、鋼の強度をさらに高めるために、下記に示す含有量の範囲内で、Ｎｂ、ＶおよびＢのうちの１種以上を含有させることができる。
【００５７】
Ｎｂ：
Ｎｂは、鋼の強度を高める作用を有する元素であり、０．００５％以上を含有させることにより、その効果が得られる。しかし、その含有量が０．１％を超えて多くなると、靱性が劣化するため、Ｎｂ含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．１％とした。含有量のさらに好ましい範囲は、０．００５〜０．０５％である。
【００５８】
Ｖ：
Ｖは、鋼の強度を高める作用を有する元素であり、０．００５％以上を含有させることにより、その効果を得ることができる。しかし、その含有量が０．２％を超えて多くなると、靱性および溶接性が劣化するため、Ｖ含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．２％とした。含有量のさらに好ましい範囲は、０．００５〜０．１％である。
【００５９】
Ｂ：
Ｂは、鋼の強度を高める作用を有する元素であり、０．０００１％以上の含有により、その効果が得られる。しかし、その含有量が０．０１％を超えて多くなると、靱性が劣化する。したがって、Ｂ含有量の好ましい範囲は０．０００１〜０．０１％とした。含有量のさらに好ましい範囲は、０．０００３〜０．０１％である。
【００６０】
２．母材形状および塗装方法
本発明の溶接継手を構成する母材形状の代表例は、板材であるが、母材形状は、これに限定されるものではなく、棒形状または管形状であってもよい。
【００６１】
また、本発明の溶接継手は、裸使用時の耐食性のみならず、塗装使用時の耐食性も良好であることを特徴としている。塗装は通常の方法により行えばよく、塗装仕様としては、特に造船分野における塗料として一般に用いられるエポキシ系樹脂による塗装のほか、ビニルブチラール系、ウレタン系、フタル酸系などによる塗装を適用することができる。また、ここでいう塗装には、塗装前に一次防錆を目的として鋼材に施されるプライマー処理も含まれる。
【００６２】
本発明の鋼材により塗装部耐食性が向上する理由は、下地の腐食が著しく抑制される結果、塗膜欠陥部における下地鋼材の腐食に起因する塗膜のふくれや剥離が抑制されることによると考えられる。
【実施例】
【００６３】
本発明の効果を確認するため、種々の成分組成を有する鋼板について溶接条件を変更して溶接継手を作製し、溶接継手から採取した試験片を用いて腐食試験を行い、その結果を評価した。
【００６４】
１．試験方法
表１に示す化学成分を有する２６種類の鋼を真空溶解炉を用いて溶製し、５０ｋｇの鋼塊とした後、通常の方法により熱間鍛造を行って厚さが１５０ｍｍのブロックを作製した。
【００６５】
【表１】
2010064110.tif 000002
【００６６】
次いで、上記のブロックを１１２０℃において５時間加熱後、熱間圧延を行って７５０℃において厚さ２０ｍｍの鋼板に仕上げ、その後、大気中にて放冷した。
【００６７】
このようにして製造した厚さが２０ｍｍの鋼板について、表２に示すＡ、ＢおよびＣの３種類の溶接条件により溶接を行ない、溶接継手を作製した。
【００６８】
【表２】
2010064110.tif 000003
【００６９】
表２において、溶接条件Ａは、３電極ＦＣＢ法によるサブマージドアーク溶接において溶接入熱を１０５ｋＪ／ｃｍとした条件であり、溶接条件Ｂは、通常のサブマージドアーク溶接において溶接入熱を５０ｋＪ／ｃｍとした条件であり、そして、溶接条件Ｃは、ＣＯ2ガスシールドアーク溶接において溶接入熱を１５ｋＪ／ｃｍとした条件である。
【００７０】
各溶接継手の溶接条件、溶接金属の化学組成などを表３に示した。
【００７１】
【表３】
2010064110.tif 000004
【００７２】
（サイクル腐食試験）
作製した鋼板および溶接継手の表面から、幅が６０ｍｍ、長さが１００ｍｍ、厚さが３ｍｍの試験片を採取し、全面にショットブラスト加工を施した後、一部の試験片については、変性エポキシ系塗料を乾燥膜厚さで２００μｍ被覆した。そして、被覆面のうちの片面に、試験片中央にカッターナイフにより幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍにわたる傷（×印）を付けて鋼材面を露出させ、石炭・鉱石運搬船における塗膜欠陥を模擬した腐食試験片とした。
【００７３】
図１に、石炭・鉱石運搬船における溶接継手部の模擬腐食試験用試験片の概略図を示し、図２には、石炭・鉱石運搬船における母材部の模擬腐食試験用試験片の概略図を示す。
【００７４】
これらの裸材および塗装材の試験片について、下記に示すサイクル腐食試験を実施し、石炭・鉱石運搬船ホールド内の腐食を模擬した。図３に、本発明者らが開発した石炭・鉱石運搬船における腐食再現試験方法を示す。図３において、ＲＨとは相対湿度を意味する。
【００７５】
上記のサイクル腐食試験を４０サイクル（４０日間）実施し、試験後の各試験片から塗膜および腐食生成物を除去した後、裸鋼については、試験後の質量減少量から腐食量（板厚減少量）を算出した。また、塗装材については、腐食部における最大腐食深さを測定した。
【００７６】
さらに、石炭や鉄鉱石が積載された場合の衝撃に耐久性を有するか調査するために、ＪＩＳ  Ｚ−２２４２に規定された方法に準拠してシャルピー衝撃試験を行い、溶接金属部の靭性を測定した。シャルピー衝撃試験片は継手の板厚中央部から採取した。シャルピー衝撃試験においては、試験温度を０℃とした。
【００７７】
（海水飛沫環境での腐食試験）
バラストタンク内の環境下での使用を考慮し、海水の飛沫を受ける環境での腐食試験を行った。溶接継手から幅が６０ｍｍ、長さが１００ｍｍ、厚さが３ｍｍの試験片を採取し、全面にショットブラスト加工を施した後、変性エポキシ系塗料を乾燥膜厚さで２００μｍ被覆した。被覆面のうちの片面に、カッターナイフにより幅１ｍｍ、長さ１００ｍｍにわたる傷（×印）を付けて鋼材面を露出させ、バラストタンク環境での塗膜傷部や鋼板エッジ部を模擬した腐食試験片とした。図４に、石炭・鉱石運搬船における溶接継手部の海水飛沫環境での腐食試験用試験片の概略図を示す。
【００７８】
これらの試験片を用いて、沖縄県宮古島にて１年間の暴露試験を行った。試験後の試験片から塗膜や腐食生成物を除去し、腐食部における最大腐食深さを測定した。
【００７９】
２．試験結果
表４に、上記の試験結果をまとめて示した。
【００８０】
【表４】
2010064110.tif 000005
【００８１】
試験番号１〜２８は、第１発明で規定する条件を満足する本発明例についての試験であり、試験番号２９および３０は、第１発明で規定する条件を満たさない比較例についての試験である。
【００８２】
同表の結果に見られるとおり、試験番号１〜２８の本発明例では、裸鋼材および塗装鋼材のいずれにおいても、また、溶接条件Ａ、ＢおよびＣのいずれの溶接条件においても、溶接金属部の耐食性は良好であり、かつ、靭性も高く、さらに海水飛沫環境においても十分な耐食性を有することが確認された。
【００８３】
これらに対して、耐食性改善に有効な合金元素を含有しない比較例の試験番号２９では腐食量が大きく、耐食性の劣った結果となった。また、比較例の試験番号３０では、耐食性は良好であるものの、Ｓｎの含有量が多過ぎることから、造船用鋼板としての靭性が確保できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の溶接継手によれば、塗膜が機械的に損傷しやすく且つＳＯ42-およびＣｌ-の両イオンの影響を受けやすい腐食環境にある石炭・鉱石運搬船のホールド内での使用に際して、溶接継手の溶接金属部および母材部の両方の塗膜寿命を延長するとともに塗膜剥離後の腐食抑制を図ることができるので、ホールド内の部材の取り替えや再塗装によるメンテナンスコストを大幅に低減することができる。したがって、本発明の溶接継手は、石炭・鉱石運搬船ホールド用継手の維持費用の大幅削減を可能とする耐食性に優れた溶接継手として広範に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】石炭・鉱石運搬船における溶接継手部の模擬腐食試験用試験片の概略図である。
【図２】石炭・鉱石運搬船における母材部の模擬腐食試験用試験片の概略図である。
【図３】石炭・鉱石運搬船におけるサイクル腐食再現試験方法を示す。
【図４】石炭・鉱石運搬船における溶接継手部の海水飛沫環境での腐食試験用試験片の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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