(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０１〜１．００％、
Ｍｎ：０．０５〜３．００％、
Ｓｎ：０．０１〜０．５０％、
Ｏ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃｕ：０〜０．１０％未満、
Ｃｒ：０〜０．１０％未満、
Ｍｏ：０〜０．０５０％未満、
Ｗ：０〜０．０５０％未満、
Ｃｕ＋Ｃｒ：０〜０．１０％未満、
Ｍｏ＋Ｗ：０〜０．０５０％未満、
Ｓｂ：０〜０．０５％未満、
Ｎｉ：０〜０．０５％、
Ｎｂ：０〜０．０５０％、
Ｖ：０〜０．０５０％、
Ｔｉ：０〜０．０２０％、
Ａｌ：０〜０．１００％、
Ｃａ：０〜０．０１００％未満、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
ＲＥＭ：０〜０．０１００％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
残部：Ｆｅおよび不純物
であり；
フェライトである軟質組織と、パーライト、ベーナイト、およびマルテンサイトである硬質組織とを有し；
前記軟質組織中のＳｎ濃度に対する前記硬質組織中のＳｎ濃度の比であるＳｎ濃度比が１．２以上６．０未満である；
ことを特徴とする鋼材。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ＋Ｃｒ：０〜０．０５％未満
を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼材。
【請求項３】
前記化学組成が、質量％で、
Ｍｏ＋Ｗ：０．０００５〜０．０５０％未満
を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼材。
【請求項４】
前記化学組成が、質量％で、
Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０２０％、Ａｌ：０．０１〜０．１００％、Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％未満、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１００％、およびＲＥＭ：０．０００２〜０．０１００％、から選択される１種以上を含有する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼材。
【請求項５】
表面が、膜厚が２０μｍ以上の防食皮膜により被覆されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の鋼材を用いて形成されたバラストタンクまたは船倉。
【請求項７】
請求項６に記載のバラストタンクまたは船倉を備える船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水環境のような、塩化物を含む腐食環境下で用いられる、耐食性に優れた鋼材に関する。また、本発明は、耐食性に優れたこの鋼材を用いて形成された、船舶のバラストタンク及び船倉に関する。また、本発明は、これらのバラストタンク又は船倉を備えた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の腐食を加速する因子として、塩化物の影響が極めて大きいことが良く知られている。特に、船舶におけるバラストタンク、外板および上部構造、海岸地域にある橋梁等の構造物、港湾施設の矢板および管杭、海洋構造物、ならびに洋上風力発電設備などにおいて使用される鋼材は、直接海水の飛沫を受けるとともに、乾湿繰り返し環境にさらされるので、きわめて腐食されやすい。海水中に設置される鋼材も、乾湿繰り返し環境に設置される鋼材ほどではないが、腐食されやすい。海浜地域で使用される鋼材においては、海水の飛沫を受けることは無いものの、海塩粒子の飛来により腐食が促進される。また、内陸部においても、冬季には路面凍結を防ぐために塩化物を含む凍結防止剤の散布等がなされる場合があり、塩化物による鋼材の腐食が問題となっている。
さらには、石炭および鉄鉱石等を運搬する船舶の貨物を積載する区画である船倉内は、直接海水環境にはさらされないが、海水による洗浄等が行われるので塩化物による鋼材の腐食が問題となる。また、塩運搬船のタンクなどにおいても塩化物による鋼材の腐食が問題となる。また、タンカーの原油タンク内は、高濃度塩化物溶液であるドレン水が存在する厳しい腐食環境となっているので、鋼材の腐食が問題となる。その他、オイルサンドの掘削・輸送設備においても塩化物による鋼材の腐食が問題となる。このように、塩化物による鋼材の腐食は大きな問題となっている。【０００３】
上述したような、塩化物による腐食が問題となる環境では、通常、鋼材は塗装して用いられる。しかし、塗膜が劣化したり、鋼材のエッジなどの塗膜厚の薄い部分から腐食が発生・進行したりするので、構造物において鋼材を長期使用する際には再塗装などのメンテナンスが必須である。例えば再塗装を行う場合、構造物によっては足場を設置する必要があることなどからメンテナンス費が莫大なものとなること、および塗装により人体に有害とされているＶＯＣ（揮発性有機化合物）が大量に発生することなどが問題となる。このような事情から、塗装がされていなくても耐食性に優れた鋼材、または再塗装が必要になるまでの期間を長くできる鋼材の開発が従来から強く望まれてきた。【０００４】
このような塩化物環境下での耐食性を向上させた鋼材として、例えば特許文献１〜３には、Ｓｎをそれぞれ０．００５〜０．３質量％、０．０２〜０．４０質量％、０．０１〜０．５０質量％含有することで、塩化物イオン（Ｃｌ−イオン）を含む環境下における耐食性向上させた鋼材が開示されている。
また、特許文献４には、Ｗ：０．０１〜０．５質量％、Ｍｏ：０．０２〜０．５質量％のうち１種以上、及び、Ｓｎ：０．００１〜０．２質量％、Ｓｂ：０．０１〜０．２質量％のうち１種以上を含み、海水腐食環境下において補修塗装までの期間の延長が可能な鋼材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１０−０６４１１０号公報
【特許文献２】日本国特開２０１２−０５７２３６号公報
【特許文献３】日本国特開２０１２−２５５１８４号公報
【特許文献４】日本国特開２００９−０４６７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、Ｓｎを含む鋼材、または、Ｓｎ及びＳｂの１種以上及びＷ及びＭｏの１種以上を含む鋼材が、塩化物を含む腐食環境において、優れた耐食性を有することが開示されている。しかしながら、本発明者らは、Ｓｎ及び／又はＷを含む鋼材に対して腐食試験を行った結果、単にＳｎを含む鋼材、または、Ｓｎ及びＳｂの１種以上及びＷ及びＭｏの１種以上を含む鋼材を用いても、腐食環境によっては、十分な耐食性が確保できないことを確認した。【０００７】
具体的には、以下のような腐食試験を行った。
表１に示す化学成分を有する鋼板Ａ〜Ｃを準備し、これらの鋼板を用いて、バラストタンクの腐食環境を模擬した２種類の腐食試験、すなわち、ＳＡＥＪ２３３４試験及びウエーブタンク試験（以下「ＷＴ試験」とする）を行った。ＳＡＥＪ２３３４試験、ＷＴ試験のいずれにおいても鋼板の表面に防食皮膜を形成させた試験片を用いた。【０００８】
【表１】
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【０００９】
ＳＡＥＪ２３３４試験について説明する。
ＳＡＥＪ２３３４試験とは、乾湿繰り返し（湿潤→塩分付着→乾燥）の条件を１サイクル（合計２４時間）として行う加速劣化試験であり、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験である。ＳＡＥＪ２３３４試験は以下の条件を１サイクルとして行った。下記の条件下における腐食形態は、大気暴露試験の腐食形態と類似している。
（試験条件）
・湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、
・塩分付着：０.５質量％ＮａＣｌ、０.１質量％ＣａＣｌ２、０.０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬、０.２５時間、
・乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、１７.７５時間【００１０】
ＳＡＥＪ２３３４試験では、厚さが２０ｍｍの各鋼板（鋼板Ａ、Ｂ、Ｃ）から採取した、縦６０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ３ｍｍの試験片を用いた。各試験片の表面には、ショットブラスト処理を施し、ショットブラスト処理を施した後、変性エポキシ系塗料（中国塗料株式会社製「ノバ２０００」）を鋼板の表面にスプレー塗装することによって、３５０μｍの塗膜厚の防食皮膜を形成させた。防食皮膜を形成させた後、各試験片について、防食皮膜に十字の疵を形成させることによって、下地としての鋼板の一部を露出させた。【００１１】
ＳＡＥＪ２３３４試験での評価は、以下の（ａ）及び（ｂ）によって行った。
（ａ）防食皮膜の疵部が形成された位置において、下地としての鋼材の最大腐食深さ（鋼材表面からの腐食深さの最大値）を測定した。
（ｂ）防食皮膜のうち疵部から進展して剥離した部分の面積を評価するために、皮膜剥離面積率（％）を求めた。具体的には、防食皮膜が剥離した部分（疵部から進展して剥離した部分）をカッター等によって取り除き、上記取り除いた部分を皮膜剥離部とした。そして、画像処理ソフトの２値化処理を用いて、（皮膜剥離部面積）／（試験片面積）×１００の値を求めて皮膜剥離面積率（％）とした。試験片面積とは、試験片の６つの面うち疵部が形成された面の面積を意味する。【００１２】
ＳＡＥＪ２３３４試験では、最大腐食深さが０．４５ｍｍ以下でかつ、皮膜剥離面積率が６０％以下の場合を合格とした。【００１３】
次に、ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）について説明する。
ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）は、船舶のバラストタンク内の環境を模擬した試験である。ＷＴ試験は、船舶のバラストタンクの甲板の裏面側（図１の（２）の位置）を模擬した以下の条件で行った。
（試験条件）
・「５０℃、１２時間」と「２０℃、１２時間」を繰り返す温度サイクル（試験片の温度）のもとで、海水面から飛散した海水飛沫を試験片表面に付着させる。【００１４】
ＷＴ試験では、厚さが２０ｍｍの各鋼板（鋼板Ａ〜Ｃ）から採取した、縦１４０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍの試験片を用いた。採取した各試験片の表面には、変性エポキシ系塗料（中国塗料株式会社製「バンノー５００」）をスプレー塗装して、３５０μｍの塗膜厚の防食皮膜を形成した。そして、図２Ｂに示すように、試験片の中央部において、防食皮膜に、試験片の幅方向に延びる長さ１０ｍｍの直線状の疵を形成し、下地としての鋼材の一部を露出させた。【００１５】
ＷＴ試験での評価は、以下の（ｃ）及び（ｄ）によって行った。
（ｃ）防食皮膜の疵部が形成された位置において、下地としての鋼材の最大腐食深さ（鋼材表面からの腐食深さの最大値）を測定した。
（ｄ）防食皮膜の疵部から進展して剥離した部分の面積を評価するために、皮膜剥離面積率（％）を求めた。具体的には、防食皮膜が剥離した部分（疵部から進展して剥離した部分）をカッター等によって取り除き、上記取り除いた部分を皮膜剥離部とした。そして、画像処理ソフトの２値化処理を用いて、（皮膜剥離部面積）／（皮膜疵部を中心とした３０ｍｍ×１００ｍｍの面積）×１００の値を求めて皮膜剥離面積率（％）とした。ここで、３０ｍｍ×１００ｍｍの面積を分母として皮膜剥離面積率を標準化したのは、この面積以上の大きさで皮膜剥離が進むことは考えられないためである。
ＷＴ試験では、最大腐食深さが０．３ｍｍ以下で、かつ、皮膜剥離面積率３５％以下の場合を合格とした。【００１６】
上記試験の結果を表２に示す。
鋼板Ａ、Ｂ、Ｃのいずれについても、ＳＡＥＪ２３３４試験の結果は良好であった。しかしながら、鋼板Ａ及びＢは、ＷＴ試験において皮膜剥離面積率及び最大腐食深さにおいて、悪い結果となった。一方、鋼板ＣはＳＡＥＪ２３３４試験とＷＴ試験の両方の試験において、良好な結果を示した。
鋼板Ａ及びＢにおいて、ＳＡＥＪ２３３４試験では良好な結果を示したものの、ＷＴ試験では、悪い結果となった。その理由として、ＷＴ試験の条件では、濡れ時間が長く、塗膜下への水の浸透が大きくなるので、Ｆｅ２＋の溶解反応によるｐＨの上昇が起こり、ＳＡＥＪ２３３４試験の場合に比べて、塗膜剥離がより促進されるためであると考えられる。【００１７】
【表２】
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【００１８】
上述の事情を鑑み、本発明は、例えば船舶のバラストタンクの甲板の裏面側のような、塩化物を含む厳しい環境下でも、優れた耐食性を確保できる鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者らは、上記の試験結果を受け、鋼板Ａ〜Ｃの試験片の組織を光学顕微鏡観察によって調査した。その結果、ＷＴ試験のような厳しい条件でも優れた耐食性を確保するためには、鋼板の化学成分だけでなく、その組織を制御することが重要である可能性を新たに見出した。
本発明者らは、更に、上記知見に関し、詳細な調査を行った。具体的には、表１の鋼板Ａと同じ化学成分を有する鋼に対し、製造条件を表３に示すように変化させて、鋼板Ａ１〜Ａ４を作成した。また、これらの鋼板Ａ１〜Ａ４から採取した試験を用いてＷＴ試験を行った。試験条件は、上述した条件と同じ条件とした。【００２０】
【表３】
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【００２１】
鋼板Ａ１〜Ａ４に対して行ったＷＴ試験の結果を表４に示す。鋼板Ａ３において、皮膜剥離面積率、最大腐食深さともに、良好な結果が得られた。また、鋼板Ａ１〜Ａ４の組織を詳細に調査したところ、硬質組織におけるＳｎ濃度の軟質組織におけるＳｎ濃度に対する比（硬質組織中のＳｎ濃度／軟質組織中のＳｎ濃度、以下Ｓｎ濃度比とする）を所定の範囲に制御することで、ＷＴ試験のような厳しい条件下でも優れた耐食性を確保できることを知見した。【００２２】
【表４】
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【００２３】
製造条件によって、Ｓｎ濃度比が変化する理由は以下の通りであると考えられる。
（ｉ）鋼板Ａ１の製造条件の場合
圧延後の冷却は空冷であり、冷却速度が遅い。そのため、フェライトなどの軟質組織（軟質相）が成長しやすく、フェライトなどを中心とする軟質組織と層状（バンド状）の硬質組織（硬質相）とが形成される。また、冷却速度が遅いので、軟質組織から硬質組織へのＳｎの拡散が起こりやすく、Ｓｎ濃度比が高くなる。
（ｉｉ）鋼板Ａ２の製造条件の場合
Ｓｎは融点が他の元素に比べて低いため、５５０〜４００℃間でも拡散するものの、６５０℃〜４００℃まで強冷却（水冷）された場合には、Ｓｎが十分硬質組織に拡散できず、Ｓｎ濃度比が小さくなる。
（ｉｉｉ）鋼板Ａ３の製造条件の場合
圧延後、５５０℃以上までの温度域を強冷却されることにより、軟質組織と硬質組織が分散した組織となる。その後、５５０℃〜４００℃を緩冷却されることで、分散した硬質相に適度にＳｎが拡散する。
（ｉｖ）鋼板Ａ４の製造条件の場合
圧延後に４５０℃まで強冷却されるため、組織が硬質相中心となり、また、Ｓｎが硬質相に十分拡散しないため、Ｓｎ濃度比が低くなる。【００２４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであって、その要旨は以下の通りである。【００２５】
（１）本発明の一態様に係る鋼材は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓｎ：０．０１〜０．５０％、Ｏ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃｕ：０〜０．１０％未満、Ｃｒ：０〜０．１０％未満、Ｍｏ：０〜０．０５０％未満、Ｗ：０〜０．０５０％未満、Ｃｕ＋Ｃｒ：０〜０．１０％未満、Ｍｏ＋Ｗ：０〜０．０５０％未満、Ｓｂ：０〜０．０５％未満、Ｎｉ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｖ：０〜０．０５０％、Ｔｉ：０〜０．０２０％、Ａｌ：０〜０．１００％、Ｃａ：０〜０．０１００％未満、Ｍｇ：０〜０．０１００％、ＲＥＭ：０〜０．０１００％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、残部：Ｆｅおよび不純物であり；フェライトである軟質組織と、パーライト、ベーナイト、およびマルテンサイトである硬質組織とを有し；前記軟質組織中のＳｎ濃度に対する前記硬質組織中のＳｎ濃度の比であるＳｎ濃度比が１．２以上６．０未満である。
（２）上記（１）に記載の鋼材では、前記化学組成が、質量％で、Ｃｕ＋Ｃｒ：０〜０．０５％未満を含有してもよい。  
（３）上記（１）または（２）に記載の鋼材では、前記化学組成が、質量％で、Ｍｏ＋Ｗ：０．０００５〜０．０５０％未満を含有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の鋼材では、前記化学組成が、質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０２０％、Ａｌ：０．０１〜０．１００％、Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％未満、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１００％、およびＲＥＭ：０．０００２〜０．０１００％、から選択される１種以上を含有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の鋼材では、表面が、膜厚が２０μｍ以上の防食皮膜により被覆されていてもよい。
（６）本発明の別の態様に係るバラストタンクまたは船倉は、上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の鋼材を用いて形成される。
（７）本発明の別の態様に係る船舶は、上記（６）に記載のバラストタンクまたは船倉を備える。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の上記態様によれば、塩化物を含む腐食環境下においても優れた耐食性を有する鋼材を提供することができる。また、本発明によれば、耐食性に優れたこの鋼材を用いて形成された、船舶のバラストタンク及び船倉、並びに、これらのバラストタンク及び船倉を備えた船舶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）に用いる試験槽の模式図である。
【図２Ａ】ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）に用いる試験片の例である。
【図２Ｂ】ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）に用いる試験片の例である。
【図３】本実施形態に係る鋼材を適用するバラストタンク、船倉、船舶を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の一実施形態に係る鋼材（以下、本実施形態に係る鋼材と言う場合がある）について詳しく説明する。各元素の含有量の「％」は「質量％」を示している。
【００２９】
化学組成（化学成分）について
本実施形態に係る鋼材において、その化学組成を規定する理由は次のとおりである。
【００３０】
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素である。この効果を得るため、Ｃ含有量の下限を０．０１％とする。好ましいＣ含有量の下限は、０．０２％であり、より好ましいＣ含有量の下限は０．０３％である。Ｃ含有量の下限を、０．０５％、０．０７％又は０．０９％としてもよい。一方、Ｃ含有量が０．２０％を超えると溶接性が著しく低下する。また、Ｃ含有量の増大とともに、ｐＨが低い環境で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し、鋼材の耐食性が低下する。このため、Ｃ含有量の上限を０．２０％とする。好ましいＣ含有量の上限は、０．１８％であり、より好ましいＣ含有量の上限は０．１６％である。Ｃ含有量の上限を、０．１５％又は０．１３％としてもよい。
【００３１】
Ｓｉ：０．０１〜１．００％
Ｓｉは脱酸に必要な元素である。十分な脱酸効果を得るため、０．０１％以上含有させる必要がある。好ましいＳｉ含有量の下限は、０．０３％であり、より好ましいＳｉ含有量の下限は０．０５％である。Ｓｉ含有量の下限を、０．１０％、０．１５％又は０．２０％としてもよい。一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、母材および溶接継手部の靱性が損なわれる。このため、Ｓｉ含有量の上限を１．００％とする。好ましいＳｉ含有量の上限は、０．８０％であり、より好ましいＳｉ含有量の上限は０．６０％である。Ｓｉ含有量の上限を、０．５０％、０．４０％又は０．３０％としてもよい。
【００３２】
Ｍｎ：０．０５〜３．００％
Ｍｎは低コストで鋼材の強度を高める作用を有する元素である。この効果を得るため、Ｍｎ含有量の下限を０．０５％とする。好ましいＭｎ含有量の下限は、０．２０％であり、より好ましいＭｎ含有量の下限は０．４０％である。Ｍｎ含有量の下限を、０．６０％、０．８０％又は０．９０％としてもよい。一方、Ｍｎ含有量が３．００％を超えると、溶接性及び継手靭性が劣化する。このため、Ｍｎ含有量の上限を３．００％とする。好ましいＭｎ含有量の上限は、２．５０％であり、より好ましいＭｎ含有量の上限は２．００％である。Ｍｎ含有量の上限を、１．８０％、１．６０％又は１．５０％としてもよい。
【００３３】
Ｓｎ：０．０１〜０．５０％
Ｓｎは本実施形態に係る鋼材において重要な元素である。ＳｎはＳｎ２＋として溶解し、２Ｆｅ３＋＋Ｓｎ２＋→２Ｆｅ２＋＋Ｓｎ４＋なる反応によりＦｅ３＋の濃度を低下させることで、腐食反応を抑制する。また、Ｓｎは、低ｐＨ塩化物環境において鋼材のアノード溶解反応を著しく抑制するので、塩化物腐食環境における鋼材の耐食性を大幅に向上させる。これらの効果を得るため、Ｓｎ含有量の下限を０．０１％とする必要がある。好ましいＳｎ含有量の下限は、０．０３％であり、より好ましいＳｎ含有量の下限は０．０５％である。Ｓｎ含有量の下限を、０．０８％、０．１２％、０．１６％又は０．１９％としてもよい。一方、Ｓｎ含有量が０．５０％を超えると、上記の効果が飽和するだけでなく、母材および大入熱溶接継手の靭性が劣化する。したがって、Ｓｎ含有量の上限は０．５０％とする。好ましいＳｎ含有量の上限は、０．４５％であり、より好ましいＳｎ含有量の上限は０．４０％である。Ｓｎ含有量の上限を、０．３５％又は０．３０％としてもよい。
【００３４】
Ｏ：０．０００１〜０．０１００％
Ｏ（酸素）はＳｎと同様に本実施形態に係る鋼材において重要な元素である。Ｏは微量の含有により溶接継手の靭性を向上させる。この効果を得るには、Ｏ含有量の下限を０．０００１％とする必要がある。好ましいＯ含有量の下限は、０．０００２％以上であり、より好ましいＯ含有量の下限は、０．０００３％である。Ｏ含有量の下限を、０．０００５％、０．００１０％、０．００１５％又は０．００１９％としてもよい。一方、ＯはＳｎＯおよびＳｎＯ２等の酸化物を形成する。そのため、Ｏ含有量が０．０１００％を超えると、硬質組織中におけるＳｎ濃度を十分に確保できない。また、上記酸化物は腐食の起点となるので、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｏ含有量の上限は０．０１００％とする。好ましいＯ含有量の上限は、０．００９０％であり、より好ましいＯ含有量の下限は、０．００８０％である。Ｏ含有量の上限を、０．００６０％、０．００４０％又は０．００３０％としてもよい。
【００３５】
Ｃｒ：０〜０．１０％未満
Ｃｒは一般に、鋼材の耐食性を向上させる元素であると考えられている。しかしながら、本発明者らは、本実施形態で想定されるような塩化物を含む腐食環境下では、Ｃｒを含有すると鋼材の耐食性が悪化することを見出した。Ｃｒ含有量は、少ない方が好ましく、含有量の下限を０％とする。一方、不純物として混入する場合を考慮し、Ｃｒ含有量の上限を０．１０％未満とする。Ｃｒ含有量は、０．０７％以下又は０．０５％未満に制限することが好ましく、０．０３％以下又は０．０２％以下に制限することがより好ましい。Ｃｒ含有量を０．０１％以下に制限することがより一層好ましい。
【００３６】
Ｃｕ：０〜０．１０％未満
Ｃｕは一般に、鋼材の耐食性を向上させる元素であると考えられている。しかしながら、本発明者らは、本実施形態で想定されるような塩化物を含む腐食環境下では、Ｃｕを含有すると鋼材の耐食性が低下することを見出した。Ｃｕ含有量は、少ない方が好ましく、Ｃｕ含有量の下限を０％とする。一方、不純物として混入する場合を考慮し、Ｃｕ含有量の上限を０．１０％未満とする。耐食性の向上のためには、Ｃｕ含有量を０．０７％以下又は０．０５％以下に制限することが好ましく、０．０３％以下又は０．０２％以下に制限することがより好ましい。Ｃｕ含有量を０．０１％以下に制限することがより一層好ましい。
鋼材がＣｕを含有する場合にはＣｕとＳｎが共存することになる。この場合、製造方法によっては圧延割れが生じることがある。圧延割れを抑制するためには、Ｓｎ含有量に対するＣｕ含有量の比（Ｃｕ／Ｓｎ）を小さくすることが重要となる。Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕ／Ｓｎを１．０以下とすることが好ましい。Ｃｕ／Ｓｎを０．５以下又は０．３以下とすることがより好ましい。
【００３７】
Ｃｕ＋Ｃｒ：０〜０．１０％未満
上述したように、Ｃｒ及びＣｕは塩化物を含む腐食環境下において、鋼材の耐食性を低下させる元素である。そのため、これらの元素を同時に含有する場合、個々の元素の含有量だけでなく、合計含有量を制限する必要がある。すなわち、Ｃｕ及びＣｒの合計含有量を０．１０％未満に制限する必要がある。好ましくは、０．０７％未満、より好ましくは０．０５％未満、さらに好ましくは０．０４％未満、より一層好ましくは０．０３％未満である。
【００３８】
Ｍｏ：０〜０．０５０％未満
Ｍｏ含有量が０．０５０％以上であると、耐食性が低下する場合があることに加え、鋼材のコストが大幅に上昇する。したがって、Ｍｏ含有量は少ない方が好ましく、Ｍｏ含有量は０．０５０％未満とする。好ましくは、Ｍｏ含有量は、０．０４０％以下である。Ｍｏ含有量の上限を０．０３０％、０．０２０％、０．０１０％又は０．００５％としてもよい。耐食性の改善のためにはＭｏ含有量は少ない方が好ましく、Ｍｏ含有量の下限は０％である。しかし、強度又は靭性などの特性向上のため、Ｍｏ含有量の下限を０．０１０％又は０．０２０％としてもよい。
【００３９】
Ｗ：０〜０．０５０％未満
Ｗ含有量が０．０５０％以上であると、耐食性が低下する場合もあることに加え、鋼材のコストが大幅に上昇する。したがって、Ｍｏ含有量は少ない方が好ましく、Ｗ含有量は０．０５０％未満とする。より好ましくは、Ｗ含有量は、０．０４０％である。Ｗ含有量の上限を０．０３０％、０．０２０％、０．０１０％又は０．００５％としてもよい。耐食性の改善のためにはＷ含有量は少ない方が好ましく、Ｗ含有量の下限は０％である。しかし、強度又は靭性などの特性向上のため、Ｍｏ下限を０．０１０％又は０．０２０％としても差し支えない。
【００４０】
Ｍｏ＋Ｗ：０〜０．０５０％未満
耐食性の向上のため、Ｍｏ及びＷについては個々の元素の含有量だけでなく、合計含有量を制限する必要がある。すなわち、Ｍｏ及びＷの合計含有量を０．０５０％未満に制限する。この合計含有量の上限を０．０３０％、０．０２０％、０．０１０％又は０．００５％としてもよい。耐食性の改善のためにはこの合計含有量は少ない方が好ましいが、強度又は靭性などの特性向上のため、合計含有量の下限を０．００５％、０．０１０％又は０．０２０％としても差し支えない。
【００４１】
本実施形態に係る鋼材は、上記の成分を有し、残部がＦｅ及び不純物であることを基本とするが、上記の成分のほか、必要に応じて、下記に示す元素のうちから選択される１種以上の成分を含有させてもよい。
また、本実施形態において、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、その他の要因により混入する成分を意味する。
【００４２】
Ｓｂ：０〜０．０５％
Ｓｂは、耐酸性を向上させる元素である。しかし、Ｓｂを０．０５％超含有させても、その効果が飽和するだけでなく、鋼材の靭性等の劣化を招く。そこで、Ｓｂの含有量は０．０５％以下とする。Ｓｂ含有量の上限を、０．０４％又は０．０３％としてもよい。Ｓｂの含有は必須でなく、Ｓｂ含有量の下限は０％である。しかし、耐酸性を向上させるために、Ｓｂ含有量の下限を０．００５％、０．０１０％又は０．０１５％としてもよい。
【００４３】
Ｎｉ：０〜０．０５％
Ｎｉは一般に、Ｃｕと同様に、鋼材の耐食性を向上させると考えられている。しかしながら、本発明者らは、本実施形態で想定されるような塩化物を含む腐食環境下では、Ｎｉを含有すると鋼材の耐食性が低下することを見出した。Ｎｉ含有量は、少ない方が好ましく、Ｎｉ含有量の下限は０％である。不純物として混入する場合を考慮し、Ｎｉ含有量の上限を０．０５％とする。耐食性の向上のため、Ｎｉ含有量を０．０３％以下又は０．０２％以下に制限することが好ましく、０．０１％以下に制限することがより好ましい。
【００４４】
Ｎｂ：０〜０．０５０％
Ｎｂは鋼材の強度を上昇させる元素である。しかし、Ｎｂ含有量が０．０５０％を超えると上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＮｂ含有量は０．０５０％以下とする。必要に応じて、Ｎｂ含有量を、０．０３０％以下又０．０２０％以下としてもよい。Ｎｂは必ずしも含有させる必要がないのでＮｂ含有量の下限は０％であるが、強度向上の効果を得るために、Ｎｂを０．００１％以上含有させてもよく、０．００３％以上又は０．００５％以上含有させてもよい。
【００４５】
Ｖ：０〜０．０５０％
Ｖは、Ｎｂと同様に鋼材の強度を上昇させる元素である。また、Ｖは、ＭｏおよびＷと同様に、腐食環境中（水溶液中）に溶解して酸素酸イオンの形で存在し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制する。しかし、Ｖ含有量が０．０５０％を超えると、上記の効果が飽和するだけでなく、コストが著しく上昇する。したがって、含有させる場合のＶ含有量は０．０５０％以下とする。Ｖ含有量を、０．０４０％以下又は０．０３０％以下としてもよい。Ｖは必ずしも含有させる必要がないのでＶ含有量の下限は０％であるが、上記の効果を得るために、Ｖを０．００５％以上又は０．０１０％以上含有させてもよい。
【００４６】
Ｔｉ：０〜０．０２０％
Ｔｉは、鋼材の脱酸に有効であり、かつ鋼材の腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。しかし、Ｔｉ含有量が０．０２０％を超えると、上記の効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、含有させる場合のＴｉ含有量は０．０２０％以下とする。Ｔｉ含有量は、０．０１５％以下とすることが好ましい。Ｔｉは必ずしも含有させる必要がないのでＴｉ含有量の下限は０％であるが、上記の効果を得るために、Ｔｉを０．００５％以上又は０．００８％以上含有させてもよい。
【００４７】
Ａｌ：０〜０．１００％
Ａｌは、鋼材の脱酸に有効な元素である。本実施形態では鋼材中にＳｉを含有させるので、Ｓｉによって脱酸が行われる。よって、Ａｌで脱酸処理することは必ずしも必要でなく、Ａｌ含有量の下限は０％とする。しかし、Ｓｉに加えて、さらにＡｌによる脱酸を行ってもよい。Ａｌによる脱酸効果を得るためには、Ａｌ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましく、０．０２０％以上とすることがより好ましく、０．０３０％以上とすることがさらに好ましい。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると、低ｐＨ環境における鋼材の耐食性が低下することによって塩化物腐食環境における鋼材の耐食性が低下する。また、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると窒化物が粗大化することによって鋼材の靱性の低下を引き起こす。したがって、含有させる場合のＡｌ含有量は、０．１００％以下とする。好ましいＡｌ含有量の上限は、０．０６０％であり、より好ましいＡｌ含有量の上限は０．０４５％である。
【００４８】
Ｃａ：０〜０．０１００％未満
Ｃａは鋼材中に酸化物の形で存在し、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制して、腐食を抑える。上記の効果を得る場合、Ｃａを０．０００２％以上含有させることが好ましく、０．０００５％以上含有させることがより好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．０１００％以上であると、上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＣａ含有量は、０．０１００％未満とする。Ｃａ含有量を０．００５０％以下又は０．００３０％以下としてもよい。必ずしもＣａを含有させる必要はないので、Ｃａの含有量の下限は０％である。
【００４９】
Ｍｇ：０〜０．０１００％
Ｍｇは、Ｃａと同様に、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制して、鋼材の腐食を抑える。上記の効果を得る場合、Ｍｇ含有量を０．０００２％以上含有させることが好ましく、０．０００５％以上含有させることがより好ましい。一方、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えると、上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＭｇ含有量は０．０１００％以下とする。Ｍｇ含有量は、０．００５０％以下又は０．００３０％以下としてもよい。必ずしもＭｇを含有させる必要はないので、Ｍｇの含有量の下限は０％である。
【００５０】
ＲＥＭ：０〜０．０１００％
ＲＥＭ（希土類元素）は鋼材の溶接性を向上させる元素である。この効果を得る場合、ＲＥＭ含有量を０．０００２％以上とすることが好ましく、０．０００５％以上とすることがより好ましい。一方、ＲＥＭ含有量が０．０１００％を超えると上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＲＥＭ含有量は０．０１００％以下とする。ＲＥＭ含有量の上限を、０．００５０％又は０．００３０％としてもよい。必ずしもＲＥＭを含有させる必要はなく、ＲＥＭの含有量の下限は０％である。本実施形態において、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称である。本実施形態に係る鋼材は、これらの１７元素のうちの１種以上を鋼材に含有することができ、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。
【００５１】
不純物のうち、下記の元素については、その含有量を厳密に制限する必要がある。
【００５２】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは鋼材中に不純物として存在する元素である。Ｐは鋼材の耐酸性を低下させる元素であり、腐食界面のｐＨが低下する塩化物腐食環境においては鋼材の耐食性を低下させる。また、Ｐは鋼材の溶接性および溶接熱影響部の靭性を低下させる。そのため、Ｐ含有量を０．０５０％以下に制限する。Ｐ含有量は、０．０４０％以下に制限することが好ましく、０．０３０％未満に制限することがより好ましい。溶接熱影響部の靭性の向上のため、Ｐ含有量の上限を０．０２０％、０．０１５％又は０．０１０％としてもよい。Ｐを完全に取り除くことは容易ではないが、これを排除する必要はなく、Ｐ含有量の下限は０％である。
【００５３】
Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは鋼材中に不純物として存在する元素である。Ｓは鋼材中に腐食の起点となるＭｎＳを形成する。Ｓ含有量が０．０１０％を超えると、鋼材の耐食性の低下が顕著になる。このため、Ｓ含有量は０．０１０％以下に制限する。Ｓ含有量は、０．００８％以下に制限することが好ましく、０．００６％以下に制限することがより好ましく、０．００４％以下に制限することがさらに好ましい。Ｓを完全に取り除くことは容易ではないが、これを排除する必要はなく、Ｓ含有量の下限は０％である。
【００５４】
本実施形態に係る鋼材のミクロ組織について説明する。
本実施形態に係る鋼材は、硬質組織と軟質組織とを有する。本実施形態において、硬質組織とはパーライト、ベーナイト、およびマルテンサイトであり、軟質組織とはフェライトである。硬質組織と軟質組織との割合は、鋼材の強度設計に合わせて決定すればよく、特に限定する必要はないが、船体構造用鋼として必要な強度および靭性を確保するためには、本実施形態に係る鋼材のミクロ組織は、パーライトおよびフェライトを含む複合組織であることが好ましく、面積％（面積率）で、フェライト組織が全組織の８０％以下であることが好ましい。
また、本実施形態に係る鋼材は、硬質組織と軟質組織とが積層および／または分散した組織構造を有する。後述するＳｎ濃度比を所定の範囲内に制御する場合、硬質組織と軟質組織とが分散した組織が好ましい。また、後述する平均粒径を小さくする場合も、硬質組織と軟質組織とが分散した組織が好ましい。硬質組織と軟質組織とが分散した組織とは、鋼材中において、硬質組織および軟質組織がそれぞれ分散して存在している組織構造のことをいう。
【００５５】
鋼材の結晶粒が粗大化すると、鋼材の機械特性が低下する上、粒内腐食が起こりやすくなる。粒内腐食した結晶粒は腐食の起点となる恐れがある。そのため、軟質組織の平均粒径および硬質組織の平均粒径はそれぞれ、１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。なお、「平均粒径」は、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ：電子線後方散乱パターン）により評価した場合の方位差１５°以上の組織境界を結晶粒界とし、その結晶粒界で囲まれる部分を結晶粒とみなして算出できる。具体的には、例えば、ＥＢＳＰ法を用いて、倍率２０００倍で５視野以上の観察を行い、１５°以上の方位差を有する組織境界を結晶粒界とみなし、各結晶粒の面積を求める。そして、求めた各面積から円相当径を算出し、算出した値を各結晶粒の結晶粒径とみなし、それらの平均値を平均粒径とする。ＥＢＳＰ法による評価では、例えば、鋼材から切り出した試験片の断面を観察する。より具体的には、例えば、鋼材の圧延方向および板厚方向に平行な断面を、当該断面に垂直な方向から観察する。観察する領域は、例えば、鋼材の表面から板厚の１／４の位置とする。
【００５６】
一般に、中性塩化物水溶液中では、軟質組織の耐食性が優れ、硬質組織の耐食性が低いとされる。ここで、塩化物を含みかつ乾湿が繰り返される厳しい腐食環境では、鋼材表面に付着する薄い水膜は、酸性塩化物水溶液に変化する。このため、上記のような腐食環境で使用される鋼材では、中性塩化物水溶液中で先んじて腐食した硬質組織が起点となり、腐食が進行し、軟質組織を含めた全面的な腐食に発展することがある。
【００５７】
上述の通り、硬質組織は軟質組織よりも耐食性が低く、硬質組織が腐食の起点となる。しかしながら、硬質組織中のＳｎが多ければ、腐食の進行を回避でき、軟質組織を含めた鋼の全面的な腐食の進行を抑制することができる。
本実施形態に係る鋼材では、このような腐食を防止するために、各組織中のＳｎ濃度を制御し、硬質組織中のＳｎ濃度を軟質組織中のＳｎ濃度の１．２倍以上とする。先に述べたように、腐食により溶解したＳｎイオンは、鋼材の耐食性を向上させる。したがって、先行して腐食する硬質組織中にＳｎが高濃度で存在させれば、硬質組織での初期腐食を回避でき、鋼材全体への腐食進行を防止することができる。しかしながら、硬質組織中のＳｎ濃度が軟質組織中のＳｎ濃度の６倍以上になると、硬質組織と軟質組織との間で電位差が生じ、耐食性に優れる軟質組織が硬質組織に優先して腐食されるので、むしろ耐食性が低下する。したがって、Ｓｎによる耐食効果をより発揮するためには、硬質組織中のＳｎ濃度が軟質組織中のＳｎ濃度の１．２倍以上６．０倍未満であることが必要である。好ましくは、硬質組織中のＳｎ濃度は、軟質組織中のＳｎ濃度の１．３倍以上、より好ましくは１．５倍以上、さらに好ましくは１．７倍以上、より一層好ましくは２．０倍以上である。好ましくは、硬質組織中のＳｎ濃度は、軟質組織中のＳｎ濃度の５．０倍以下、より好ましくは４．０倍以下、さらに好ましくは３．５倍以下である。
【００５８】
本実施形態に係る鋼材は、上述の化学成分及び組織を有することで、そのまま使用しても優れた耐食性を有する。しかし、塗装等によって鋼材の表面に防食皮膜を形成することによって、鋼材の耐食性をさらに向上させることができる。具体的には、例えば、有機樹脂からなる防食被膜によって、鋼材の表面を被覆することができる。
【００５９】
ここで、有機樹脂からなる防食被膜としては、ビニルブチラール系、エポキシ系、ウレタン系、またはフタル酸系等の樹脂被膜を挙げることができる。これらのうちの一または複数の樹脂を積層させて防食皮膜としてもよい。防食皮膜の膜厚（乾燥時の膜厚）は２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。膜厚の下限を１００μｍ又は１５０μｍとしてもよい。防食皮膜の膜厚（乾燥時の膜厚）が５００μｍを超える場合、樹脂と鋼材との熱膨張係数の違いにより、熱サイクルにより防食皮膜の剥離が進展する可能性がある。そのため、防食皮膜の膜厚は、５００μｍ以下とすることが好ましい。膜厚の上限を４００μｍ又は３００μｍとしてもよい。
【００６０】
また、本実施形態に係る鋼材では、従来の鋼材に比べて防食皮膜の耐久性が向上する。その結果、鋼材の耐食性がさらに向上する。防食皮膜の耐久性が向上する理由としては、以下のことが考えられる。すなわち、上述のように、本実施形態に係る鋼材では、防食皮膜の有無に関係無く、腐食を著しく抑制できる。このため、防食被膜が欠陥部を有している場合でも、下地としての鋼材が上記欠陥部から腐食されることを抑制できる。これにより、鋼材の腐食に起因する防食皮膜の膨れおよび剥離を抑制できる。この結果、防食皮膜の耐久性が向上すると考えられる。
【００６１】
本実施形態に係る鋼材は、塩化物を含む腐食環境下においても優れた耐食性を有する。そのため、本実施形態に係る鋼材は、船舶のバラストタンクや、石炭運搬船、鉱石運搬船などのばら積み船の船倉の材料として好適に用いられる。
本実施形態に係る鋼材を用いて形成された、船舶のバラストタンクまたは船倉では、腐食が抑制されるため、再塗装などのメンテナンスの頻度を低下させることができる。また、これらのバラストタンクや船倉を備えた船舶では、メンテナンス頻度の低下による運航コストの削減や、腐食により板厚が薄くなった鋼材の所要の板厚の鋼材への取り換え（補修）を防止できることによる安全性の向上や補修コスト低減などの効果が得られる。
【００６２】
以下、本実施形態に係る鋼材の好ましい製造方法を説明する。本実施形態に係る鋼材は、化学成分、組織等が満足していれば、製造方法を限定するものではないが、以下の製造方法であれば容易に製造できるため好ましい。
【００６３】
本実施形態に係る鋼材の製造に際しては、硬質組織中のＳｎ濃度を高めるため、例えば、Ｓｎと化合物を形成しやすいＳおよびＯ（酸素）の含有量を低く抑えたスラブを用いることが好ましい。その理由は、ＳｎはＯ（酸素）またはＳと化合物を形成し、酸化スズ（ＳｎＯ、ＳｎＯ２など）または硫化スズ（ＳｎＳ、ＳｎＳ２）を形成し、これらの化合物が鋼材中に形成されると、鋼材中のＳｎは減少するからである。ＳおよびＯの含有量を低く抑えたスラブを溶製する場合、以下に示すように、脱酸および／または脱硫の管理することが望ましい。
【００６４】
すなわち、脱酸については、溶製初期段階で予めＳｉとＭｎとを添加して予備脱酸を行い、溶鋼中の溶存酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とした後、Ａｌを添加して改めて脱酸を行うことが望ましい。このとき、必要に応じて、Ａｌと共に、脱酸効果を有するＴｉを添加してもよい。一方、脱硫は、溶製により形成されたスラグにスラグ改質剤とともに生石灰を投入することにより行うことが望ましい。Ｓｎの添加は、脱酸で溶鋼中の溶存酸素濃度を３０ｐｐｍ以下、および／または脱硫で溶鋼中の溶存硫黄濃度を１００ｐｐｍ以下にした後に行うことが望ましい。なお、脱酸の場合、Ａｌを添加して予備脱酸を行い、溶鋼中の溶存酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とした後、ＳｉとＭｎとを添加して改めて脱酸を行ってもよい。なお、Ｓ、Ｏ以外の化学成分は、上述した好ましい範囲に、公知の方法で調整すればよい。
【００６５】
上記のようにしてＳｎと化合物を形成しやすいＳおよびＯの含有量を低く抑えスラブを、鋼材の組成に応じて、例えば、１０００〜１１５０℃程度で加熱後、圧延１パスあたりの圧下率が３．０％以上、圧延仕上温度が７００〜９００℃程度の条件で熱間圧延すればよい。
熱間圧延後の鋼材は、例えば、圧延終了後〜６５０℃までの温度域を１．０〜３．０℃／ｓの平均冷却速度で水冷（弱水冷）した後、続けて６５０℃〜５５０℃の温度域を平均冷却速度３．０〜２５℃／ｓで水冷（強水冷）し、５５０℃〜４００℃の温度域を平均冷却速度０．０１〜１．０℃／ｓで冷却（緩冷却）し、その後、室温まで空冷すればよい。ここで言う温度とは、鋼材表面の温度である。
Ｓｎは硬質組織において濃化しやすい性質を有する。６５０℃以上の温度域での冷却速度が、１．０℃／ｓ未満（例えば０．８℃／ｓ）のように遅い場合には、軟質組織および硬質組織に、巨視的なバンド組織が形成されるとともに、Ｓｎが硬質組織に濃化し、硬質組織と軟質組織とのＳｎ濃度比（硬質組織中のＳｎ濃度／軟質組織中のＳｎ濃度、以下Ｓｎ濃度比とする）が６．０以上になるおそれがある。この場合、硬質組織を起点とする鋼材の靭性低下の可能性があるとともに、鋼材が腐食される際に軟質組織が優先的に溶解されることによって、局部的に腐食が進む。
また、圧延後〜４００℃の温度域において一様に強冷却を行うと、組織が硬質相中心となり、Ｓｎ濃度比が低くなる可能性がある。
また、５５０℃〜４００℃の冷却速度が１．０℃超となった場合、Ｓｎが十分硬質組織に拡散されず、Ｓｎ濃度比が小さくなる。
【００６６】
上記のような方法で鋼材を製造することにより、軟質組織および硬質組織が共に細粒化し、硬質組織中のＳｎ濃度が軟質組織中のＳｎ濃度の１．２倍以上６．０倍未満（すなわち、Ｓｎ濃度比が１．２以上６．０未満）となり、さらに硬質組織が鋼材中に微細に分散する。これにより、鋼材が腐食される際に、より均一な腐食形態となる。硬質組織が粗大であることによって、硬質組織および軟質組織のＳｎ濃度比（硬質組織中のＳｎ濃度／軟質組織中のＳｎ濃度）が６．０以上となる場合には、鋼材が腐食される際に軟質組織が優先的に溶解されるので、局部的な腐食形態となる。
本実施形態に係る鋼材は、鋼板であってもよい。鋼板の板厚を特に限定する必要はないが、板厚の下限を６ｍｍ又は１０ｍｍとしてよく、板厚の上限を５０ｍｍ又は４０ｍｍとしてもよい。
本実施形態に係る鋼材の強度（引張強さ）は、特に限定する必要はない。しかしながら、実構造体への適用を考慮して、４００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下としてもよい。
【００６７】
本実施形態に係る鋼材の表面に防食皮膜を形成する場合、防食皮膜は、公知の通常の方法によって形成することができる。なお、鋼材の全面が防食皮膜によって被覆されていてもよく、鋼材の表面の一部のみが防食皮膜によって被覆されていてもよい。具体的には、防食皮膜は、腐食環境にさらされる部分（たとえば、鋼材の片面）のみに形成してもよい。鋼材を鋼管として用いる場合には、鋼管の外面または内面のみに防食皮膜を形成してもよい。防食皮膜を形成する前に、鋼材の表面に化成処理を施してもよい。化成処理には、ジンク、チタン、ジルコニウム、クロム、およびシラン化合物等から調製された処理剤を用いることができる。
【００６８】
本実施形態に係る鋼材を用いて、バラストタンクや船倉を形成する場合、公知の方法で行えばよい。また、これらの本実施形態に係る鋼材を用いたバラストタンクや船倉を備える船舶の建造する場合も、公知の方法で行えばよい。図３は、本実施形態に係る鋼材を用いて形成された、バラストタンクや船倉、及びこれらのバラストタンクや船倉を備える船舶の構成の一例を示す模式図である。
【００６９】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７０】
真空溶解炉を用いて２７種類の鋼を溶製し、５０ｋｇ鋼塊とした後、通常の方法で熱間鍛造して厚さが６０ｍｍのブロック（鋼Ｎｏ.１〜２７）を作製した。表５に、作製したブロックの化学組成を示す。【００７１】
【表５】
0005839151.tif 000006
【００７２】
次いで、上記ブロックのそれぞれを、表６に示すように１１００℃〜１１２０℃で１時間以上加熱してから仕上圧延温度が７５０〜９００℃となるように熱間圧延し、厚さ２０ｍｍの鋼板を得た。その後この鋼板を種々の冷却条件で室温まで冷却し、試験Ｎｏ．１〜３０の鋼板とした。なお、表６における冷却開始温度は、圧延後に水冷を開始する温度を示し、冷却速度１は、圧延終了〜６５０℃における平均冷却速度、冷却速度２は、６５０℃〜５５０℃における平均冷却速度、冷却速度３は、５５０〜４００℃における平均冷却速度である。【００７３】
【表６】
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【００７４】
上記の鋼板（試験Ｎｏ．１〜３０）から、縦２０ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ２０ｍｍの鋼材を切り出し、ミクロ試料を作製した。各ミクロ試料を、鏡面研磨した後、ナイタール腐食液を用いて腐食させた。その後、各ミクロ試料を、顕微鏡およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によって観察した。ＳＥＭ観察と同時に、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光装置：日本電子株式会社製ＪＥＤ２３００、観察倍率：３５００倍、視野幅：４６μｍ×３３μｍ）にて、硬質組織のＳｎ濃度（Ａ）および軟質組織のＳｎ濃度（Ｂ）を定量分析した。そして、硬質組織と軟質組織とのＳｎ濃度比（＝（Ａ）／（Ｂ））を求めた。【００７５】
その結果、表７に示すように、本発明例に係る試験Ｎｏ.１〜２４では、硬質組織と軟質組織とのＳｎ濃度比が１．２以上６．０未満であった。なお、表７には示していないが、本発明例のいずれのも鋼板も、軟質層と硬質相とを含み、軟質層であるフェライト組織の面積率は全組織の８０％以下であった。【００７６】
一方、比較例に係る試験Ｎｏ.２５〜２７、２９は、Ｓｎ濃度比が本発明の範囲を外れていた。比較例に係る試験Ｎｏ.２８は、Ｓｎが含有されていない。比較例に係る試験Ｎｏ.３０は、Ｓｎ濃度比は本発明の規定範囲外内であるが、Ｃｕ＋Ｃｒの合計含有量が本発明の範囲外であった。【００７７】
【表７】
0005839151.tif 000008
【００７８】
上記の観察とは別に、下記の腐食試験を実施した。腐食試験としては、バラストタンクの腐食環境を模擬した、ＳＡＥＪ２３３４試験およびウエーブタンク試験（ＷＴ試験）を実施した。ＷＴ試験としては、後述するＷＴ試験（１）およびＷＴ試験（２）の２種類の試験を実施した。ＳＡＥＪ２３３４試験では、防食皮膜を有しない試験片および防食皮膜を有する試験片の２種類の試験片を用いた。ＷＴ試験（１）およびＷＴ試験（２）では、防食皮膜を有する試験片を用いた。【００７９】
まず、ＳＡＥＪ２３３４試験について説明する。ＳＡＥＪ２３３４試験とは、下記の乾湿繰り返し（湿潤→塩分付着→乾燥）の条件を１サイクル（合計２４時間）として行う加速劣化試験であり、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験である。
・湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、
・塩分付着：０.５質量％ＮａＣｌ、０.１質量％ＣａＣｌ２、０.０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬、０.２５時間、
・乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、１７.７５時間【００８０】
ＳＡＥＪ２３３４試験では、厚さが２０ｍｍの各鋼板（試験Ｎｏ.１〜３０）から採取した、縦６０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ３ｍｍの試験片を用いた。各試験片の表面には、ショットブラスト処理を施し、防食皮膜を有する試験片については、上記ショットブラスト処理を施した後、２種類の変性エポキシ系塗料（Ａ：中国塗料株式会社製「ノバ２０００」、Ｂ：中国塗料株式会社製「バンノー５００」）のうちのいずれか一方を鋼材表面にスプレー塗装することによって、防食皮膜を形成した。防食皮膜を有する各試験片については、防食皮膜に十字の疵を形成して、下地としての鋼材の一部を露出させた。【００８１】
次に、ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）について説明する。ＷＴ試験とは、図１に示すような、船舶のバラストタンクの腐食環境を模擬した試験槽で行う試験である。試験サイクルは、バラストタンク内の環境を模擬するために、試験槽内に人工海水（塩水）を貯留した状態での２週間と、試験槽内を空の状態にした１週間とからなる。人工海水の温度は３５℃を維持し、試験槽を揺動させることによって人工海水の飛沫を試験片に付着させた。【００８２】
ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）のうち、ＷＴ試験（１）は、図１に示すように、バラストタンクの側面の環境を模擬した試験である。ＷＴ試験（１）では、海水面から飛散した海水飛沫が試験片表面に付着する。ＷＴ試験（１）では、厚さが２０ｍｍの各鋼板（試験Ｎｏ.１〜３０）から採取した、縦２９０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍの試験片を用いた。採取した各試験片の表面には、上記の２種類の変性エポキシ系塗料（Ａ：中国塗料株式会社製「ノバ２０００」、Ｂ：中国塗料株式会社製「バンノー５００」）のうちのいずれか一方をスプレー塗装して、防食皮膜を形成した。そして、図２Ａに示すように、試験片の下部（没水ゾーン）を人工海水に浸漬させた。試験片の上部すなわち人工海水に浸漬させていない領域（スプラッシュゾーン）において、防食皮膜に、試験片の幅方向に延びる一対の直線状の疵（長さ１０ｍｍ）を形成し、下地としての鋼材の一部を露出させた。より具体的には、海水面より２０ｍｍ上方の位置および海水面より１１０ｍｍ上方の位置にそれぞれ、上記直線状の疵を形成した。なお、図２Ａ、図２Ｂ中の数字は寸法（単位：ｍｍ）を表す。【００８３】
ウエーブタンク試験（ＷＴ試験）のうち、ＷＴ試験（２）は、図１に示すように、甲板の裏面側の環境を模擬した試験である。ＷＴ試験（２）では、「５０℃、１２時間」と「２０℃、１２時間」を繰り返す温度サイクル（試験片の温度）のもとで、海水面から飛散した海水飛沫を試験片表面に付着させる。ＷＴ試験（２）では、厚さが２０ｍｍの各鋼板（試験Ｎｏ.１〜３０）から採取した、縦１４０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍの試験片を用いた。採取した各試験片の表面には、上記の２種類の変性エポキシ系塗料（Ａ：中国塗料株式会社製「ノバ２０００」、Ｂ：中国塗料株式会社製「バンノー５００」）のうちのいずれか一方をスプレー塗装して、防食皮膜を形成した。そして、図２Ｂに示すように、試験片の中央部において、防食皮膜に、試験片の幅方向に延びる直線状の疵（長さ１０ｍｍ）を形成し、下地としての鋼材の一部を露出させた。【００８４】
ＳＡＥＪ２３３４試験での評価は、以下のように実施した。防食皮膜を形成しなかった各試験片には、試験後にその表面全域に均一なさび層が形成された。これらの各試験片については、腐食量を求めた。「腐食量」は、表面のさび層を除去した場合における試験片の平均の板厚減少量として求めた。具体的には、試験の前後における試験片の重量減少量と、試験片の表面積とを用いて板厚減少量を算出し、腐食量とした。【００８５】
防食被膜を形成した各試験片については、防食皮膜の疵部が形成された位置において、下地としての鋼材の最大腐食深さ（鋼材表面からの腐食深さの最大値）を測定した。また、防食皮膜のうち疵部から進展して剥離した部分の面積を評価するために、皮膜剥離面積率（％）を求めた。具体的には、防食皮膜が剥離した部分（疵部から進展して剥離した部分）をカッター等によって取り除き、上記取り除いた部分を皮膜剥離部とした。そして、画像処理ソフトの２値化処理を用いて、（皮膜剥離部面積）／（試験片面積）×１００の値を求めて皮膜剥離面積率（％）とした。なお、試験片面積とは、試験片の６つの面うち疵部が形成された面の面積を意味する。【００８６】
なお、ＳＡＥＪ２３３４試験における合否判断基準は、腐食量については０．６０ｍｍ以下を合格とした。また、防食皮膜の疵部における上記最大腐食深さについては、０．４５ｍｍ以下を合格とした。さらに、皮膜剥離面積率は６０％以下を合格とした。【００８７】
ＷＴ試験での評価は、以下のように実施した。まず、防食皮膜のうち疵部から進展して剥離した部分の面積を評価するために、皮膜剥離面積率（％）を求めた。具体的には、防食皮膜が剥離した部分（疵部から進展して剥離した部分）をカッター等によって取り除き、上記取り除いた部分を皮膜剥離部とした。そして、画像処理ソフトの２値化処理を用いて、（皮膜剥離部面積）／（皮膜疵部を中心とした３０ｍｍ×１００ｍｍの面積）×１００の値を求めて皮膜剥離面積率（％）とした。ここで、３０ｍｍ×１００ｍｍの面積を分母として皮膜剥離面積率を標準化したのは、この面積以上の大きさで皮膜剥離が進むことは考えられないためである。なお、ＷＴ試験における合否判断基準は、ＷＴ試験（１）、ＷＴ試験（２）ともに、皮膜剥離面積率３５％以下を合格とした。最大腐食深さについては、０．３ｍｍ以下を合格とした。【００８８】
試験結果を上記表７に示す。なお、表７において、「ＷＴ（１）上」は海水面の１１０ｍｍ上方の位置の疵部（図２Ａ参照）における評価結果を、「ＷＴ（１）下」は海水面の２０ｍｍ上方の位置の疵部（図２Ａ参照）における評価結果を示す。【００８９】
表７に示すように、本発明例に係る試験Ｎｏ.１〜２４では、ＳＡＥＪ２３３４試験において、皮膜無しの試験片の腐食量は０．６０ｍｍ以下と小さく、皮膜有りの試験片についても、最大腐食深さが０．４５ｍｍ以下と小さく、皮膜剥離面積率も６０％以下と低い。また、ＷＴ試験（１）、ＷＴ試験（２）ともに、皮膜剥離面積率が３５％以下と低い。さらに、鋼材Ｎｏ.１〜２４では、Ｓｎ含有量を０．５％以下に抑制することによって十分な靱性が得られた。【００９０】
一方、比較例に係る試験Ｎｏ.２５はＳｎ濃度比が６．０以上であり、ＷＴ試験におけるＷＴ（１）上皮膜剥離面積率、ＷＴ（１）下皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）最大腐食深さが目標値を満足しなかった。【００９１】
比較例に係る試験Ｎｏ.２６、２７は、Ｓｎ濃度比が１．２を下回っており、ＷＴ試験におけるＷＴ（１）上皮膜剥離面積率、ＷＴ（１）下皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）最大腐食深さが目標値を満足しなかった。また、比較例に係る試験Ｎｏ.２９は、Ｏ含有量が０．０１００％を超えるとともに、Ｓｎ濃度比が１．２を下回っており、ＳＡＥＪ２３３４試験における無塗装耐食性、皮膜剥離面積率及び最大腐食深さ、並びに、ＷＴ試験におけるＷＴ（１）上皮膜剥離面積率、ＷＴ（１）下皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）最大腐食深さが目標値を満足しなかった。【００９２】
比較例に係る試験Ｎｏ．２８は、Ｓｎを含有しておらず、ＳＡＥＪ２３３４試験における腐食量、皮膜剥離面積率及び最大腐食深さ、並びに、ＷＴ試験におけるＷＴ（１）上皮膜剥離面積率、ＷＴ（１）下皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）最大腐食深さが目標値を満足しなかった。【００９３】
比較例に係る試験Ｎｏ．３０は、Ｓｎ含有量、Ｓｎ濃度比が本発明の範囲内であるものの、Ｃｕ＋Ｃｒの合計含有量が０．１０％以上であり、ＳＡＥＪ２３３４試験における皮膜剥離面積率及び最大腐食深さ、並びに、ＷＴ試験におけるＷＴ（１）上皮膜剥離面積率、ＷＴ（１）下皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）皮膜剥離面積率、ＷＴ（２）最大腐食深さが目標値を満足しなかった。【００９４】
以上の試験結果からも、本発明に係る鋼材によれば、靱性の低下を防止しつつ優れた耐食性が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、塩化物を含む腐食環境下においても優れた耐食性を有する鋼材を提供することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１    船舶
２    バラストタンク
３    船倉
【要約】
この鋼材は、所定の化学成分を有し、軟質組織と硬質組織とを有し、前記軟質組織中のＳｎ濃度に対する前記硬質組織中のＳｎ濃度の比であるＳｎ濃度比が１．２以上６．０未満である。【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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