(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．００１〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【請求項３】
さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．５％、Ｗ：０．０１〜０．５％の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【請求項４】
さらに、質量％で、Ｃｒ：０．１％以下を含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【請求項５】
さらに、質量％で、Ｓｂ：０．０１〜０．１０％を含有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【請求項６】
さらに、質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％を含有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【請求項７】
さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．１０％、Ｖ：０．００２〜０．２％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％およびＺｒ：０．００１〜０．０５０％の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉に用いられる耐食性に優れた鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ばら積み貨物船において、１９９０年代初頭に海難事故が相次ぎ国際問題となった。特に、石炭船や石炭・鉄鉱石兼用船で事故が多く報告されおり、その原因の大部分は船倉内の損傷であった。ばら積み貨物船では、積荷を直接船倉（以下「ホールド」とも言う）に積載するため、腐食性の積荷の影響を受け易く、船倉内の腐食、特に石炭船、石炭・鉄鉱石兼用船の船倉内の側壁部での孔食により、局所的に強度が減少することが問題と考えられている。
【０００３】
この孔食が著しく進行した事例や、船の強度を確保する肋骨部分の板厚が極端に減少している事例が報告されており、事故防止のために非特許文献１において、ホールド側壁部鋼材の切替基準を図面板厚の７０％以下の場合、ホールド肋骨部鋼材の切替基準を図面板厚の７５％以下の場合（但し、図面板厚−腐食代−腐食余裕厚より大きな値とする必要はない）と定めている。
【０００４】
前記孔食の発生するばら積み貨物船の側壁部は、シングルハルとなっていて、積荷と海水とは鋼材一枚隔てているだけである。そして、船倉内の温度は、石炭が有する自己発熱性により上昇するため、海水と船倉内の温度差により、船倉側壁部には結露水が生じやすい。
【０００５】
こうした、船倉側壁部に結露水が生じた場所に、石炭のＳＯ４２−が溶け出し、結露水と反応して硫酸を生成するので、船倉内は硫酸腐食が生じやすい低ｐＨ環境となっている。そこで、低ｐＨ環境に対しては「水素発生反応を抑制」すること、鉄の溶解のカウンターアニオンとなるＳＯ４２−の地鉄−錆界面への透過に対しては、「ＳＯ４２−の錆透過抑制」することの２つの防食メカニズムが必要となる。
【０００６】
このような船倉内の腐食対策として、船倉内には変性エポキシ系塗装が被覆厚さ約１５０〜２００μｍ施されている。しかし、石炭や鉄鉱石によるメカニカルダメージや積荷搬出の際の重機による傷・磨耗により、塗装が剥がれる場合が多いため、十分な防食効果が得られていない。
【０００７】
そこで、さらに腐食対策として定期的に再塗装や一部補修する方法が取られているが、このような方法は、非常に大きなコストがかかるため、船舶のメンテナンス費用を含め、ライフサイクルコストを低減させることが課題となっている。
【０００８】
ところで、船舶用の耐食鋼としては、カーゴオイルタンク用やバラストタンク用に開発された鋼が知られている。
【０００９】
カーゴオイルタンクの上甲板裏面は、防爆対策のためにタンク内に吹き込まれるイナートガス中に含まれるＯ２、ＣＯ２、ＳＯ２や原油から揮発するＨ２Ｓ等の腐食性ガス環境に曝される。底板は、原油由来の保護性フィルムがあるものの、フィルムが剥離した箇所でお椀型の局部腐食が生じる環境に曝される。例えば、特許文献１では、「ｐＨ低下抑制による耐食性向上」および「硫化物微細分散による耐局部腐食性向上」の防食メカニズムを利用することによる耐食鋼が提案されている。
【００１０】
また、バラストタンクは積荷がない時には、海水を注入して船舶の安定航行を可能にする役目を担うものであり、極めて厳しい腐食環境下におかれている。バラストタンクの上甲板の裏側は、海水に浸からず、海水の飛沫を浴びる状態におかれないため、電気防食が機能せず、さらに、この部位は、太陽光によって鋼材の温度が上昇するため、厳しい腐食環境となり、激しい腐食を受ける。また、バラストタンクの側壁面や底面は、海水に完全に浸漬されている部分で、腐食環境ではあるが、電気防食作用が機能する。
【００１１】
しかし、積荷が無く運行する場合には、バラストタンクに海水が注入されておらず、バラストタンク全体で、電気防食が全く働かないため、乾湿繰り返し環境と残留付着塩分の作用によって、激しい腐食を受ける。例えば、特許文献２では、錆を緻密化することにより、Ｃｌ−の透過を抑制することが、特許文献３では、ＷＯ４２−により、電気化学的にＣｌ−の透過を抑制する防食メカニズムを利用した耐食鋼が提案されている。
【００１２】
前述したように、石炭船および石炭・鉱石兼用船においては、乾湿繰り返しで硫酸の濃縮が起こる低ｐＨ環境の場合、水素発生反応の抑制およびＳＯ４２−の錆−地鉄界面への透過を抑制しなければならない。このように、石炭船および石炭・鉱石兼用船の船倉とバラストタンクおよびオイルタンクにおいては、腐食環境や防食メカニズムが異なるためバラストタンク用およびオイルタンク用の耐食鋼をそのまま転用することは出来ない。このため、石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用の鋼としては、独自の材料設計や特性評価が必要とされる。
【００１３】
また、石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用途に言及した従来技術としては、特許文献１、４および５がある。石炭船および石炭・鉱石兼用船のホールド使用環境下での造船用耐食鋼の化学成分組成として、特許文献１にはＣｕおよびＭｇを必須成分組成とした鋼材が、特許文献４にはＣｕ、ＮｉおよびＳｎを必須成分組成とした鋼材が、そして、特許文献５にはさらにコスト面の改善を目的としたＣｕおよびＳｎを必須成分組成とした鋼材が、それぞれ開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−１７３８１号公報
【特許文献２】特開２００８−１４４２０４号公報
【特許文献３】特開２００７−４６１４８号公報
【特許文献４】特開２００７−２６２５５５号公報
【特許文献５】特開２００８−１７４７６８号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】日本海事協会、ばら積み貨物船用共通構造規則（鋼船規則ＣＳＲ−Ｂ編）、ｐ．３８４〜３９４、（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に示された鋼材は、船舶外板、バラストタンク、カーゴオイルタンク、鉱石船カーゴホールド等の共通的な使用環境での優れた鋼材を対象としているため、鋼材の耐食性の評価方法として、カーゴオイルタンクとバラストタンクの腐食試験の結果が良好であることを挙げているが、石炭船および石炭・鉱石兼用船のホールド使用環境下を考慮した試験結果は示されていない。
【００１７】
また、特許文献４と５では、石炭船や石炭・鉱石兼用船の環境を模擬した塗膜下における耐食性を評価しているものの、ホールド使用環境下では不可避といえる石炭や鉄鉱石によるメカニカルダメージで剥離しやすい状況を想定した評価試験および鋼板の切替基準となる最大孔食深さの評価を行っていない。
【００１８】
以上、石炭船または石炭・鉱石兼用船ホールドに用いられる耐食性に優れた鋼材の開発には、石炭船または石炭・鉱石兼用船ホールド特有の腐食環境を考慮すると同時に、塗膜が剥離して塗膜がない状態での鋼材の腐食の評価が重要であるにもかかわらず、従来技術においては、この観点は考慮されていなかった。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、乾湿を繰返しかつ低ｐＨ環境下において、塗膜剥離後の腐食を抑制することができる石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一般に、船舶は、厚鋼板や薄鋼板、形鋼、棒鋼等の鋼材を溶接して建造されており、その鋼材の表面には防食塗膜が施されて使用される。しかし、石炭船、石炭・鉱石兼用船ホールド環境では、石炭・鉱石のメカニカルダメージで塗装は剥がれやすい状況にあり、鋼材が乾湿繰返しかつ低ｐＨ環境下に曝される。ここでは、鋼材の表面の防食塗膜の剥離後も耐食性の発揮できる鋼材の開発を行った。
【００２１】
そこで、本発明者らは、石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉内の環境を模擬した試験法を開発し、その試験法を用いて各合金元素の影響を検討した結果、Ｓｂの添加により、石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉内の塗膜剥離後の鋼材の耐食性が向上することを見出した。しかしながら、Ｓｂは環境負荷物質であり、今後Ｓｂ含有量が規制されていく可能性がある。そこで、錆層を緻密にすることで腐食因子の地鉄への到達を抑制するＳｎ、Ｔａの添加により、耐食性が向上することを知見した。
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２２】
[１] 成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｔａ：０．００１〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【００２３】
[２] さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする上記[１]に記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【００２４】
[３] さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．５％、Ｗ：０．０１〜０．５％の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする上記[１]または[２]に記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【００２５】
[４] さらに、質量％で、Ｃｒ：０．１％以下を含有することを特徴とする上記[１]乃至[３]の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【００２６】
[５] さらに、質量％で、Ｓｂ：０．０１〜０．１０％を含有することを特徴とする上記[１]乃至上記[４]の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【００２７】
[６] さらに、質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％を含有することを特徴とする上記[１]乃至[５]の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【００２８】
[７] さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．１０％、Ｖ：０．００２〜０．２％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％およびＺｒ：０．００１〜０．０５０％の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする上記[１]乃至[６]の何れかに記載の石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、石炭船、石炭・鉱石兼用船ホールド内の乾湿繰返しかつ低ｐＨ環境下において、塗膜剥離後の腐食を抑制することができる石炭船または石炭・鉱石兼用船の船倉用耐食鋼を得ることができるので、船舶のメンテナンス費用を抑え、船舶のライフサイクルコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】石炭腐食試験の温湿度サイクルの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
【００３２】
１．成分組成について
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
【００３３】
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは、鋼の強度を上昇させるのに有効な元素であり、本発明では所望の強度を得るために０．０１％以上の含有とする。一方、０．２０％を超える含有は、溶接性および溶接熱影響部の靭性を低下させる。よって、Ｃ量は０．０１〜０．２０％の範囲とする。好ましくは、０．０５〜０．１５％の範囲である。
【００３４】
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％
Ｓｉは脱酸剤として添加され、また鋼の強度を高める元素であるので、０．０１％以上を含有させる。しかしながら、０．５０％を超える含有は、鋼の靱性を劣化させるので、Ｓｉ量は０．０１〜０．５０％の範囲とする。加えてＳｉは酸性環境下で、防食皮膜を形成して耐食性を向上させる。この効果を得るには、好ましくは０．２０〜０．４０％の範囲である。
【００３５】
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは低コストで鋼の強度を上げることができ、さらに熱間脆性を防止できる元素であるので、０．１％以上含有させる。しかしながら、２．０％を超える含有は、鋼の靱性および溶接性を低下させるため、Ｍｎ量は０．１〜２．０％の範囲とする。なお、強度の確保と介在物抑制の観点から、好ましくは０．８〜１．４％の範囲である。
【００３６】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは粒界に偏析することで、鋼の母材靱性のみならず、溶接性および溶接部靱性を劣化させる有害な元素であるので、できるだけ低減することが望ましい。特に、Ｐの含有量が０．０２５％を超えると、母材靱性および溶接部靱性の低下が大きくなる。よって、Ｐ量は０．０２５％以下とする。好ましくは、０．０１５％以下である。
【００３７】
Ｓ：０．０３５％以下
ＳはＣｕと金属間化合物Ｃｕ２Ｓを生成し、耐硫酸性を向上させる。しかしながら、Ｍｎと局部腐食の起点となるＭｎＳを形成し、耐局部腐食性を低下させる。さらに、鋼の靱性および溶接性を劣化させる有害な元素であるので、極力低減することが望ましく、本発明では０．０３５％以下とする。好ましくは０．０２５％以下であり、さらに好ましくは０．０１５％以下である。
【００３８】
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは脱酸剤として添加される。このためには０．００５％以上の含有を必要とするが、０．１０％を超える含有は、溶接した場合に、溶接金属部の靱性を低下させる。よって、Ａｌ量は０．００５〜０．１０％の範囲とする。好ましくは、０．０１０〜０．０５０％の範囲である。
【００３９】
Ｓｎ：０．０１〜０．５％
Ｓｎは大きな水素過電圧を持つため、Ｓｎが析出した部分では水素発生反応が抑制され、耐食性が向上する。また、腐食生成物を緻密にし、地鉄へのＨ２Ｏ、Ｏ２、ＳＯ４２−、Ｃｌの拡散を抑制する。この効果を得るには０．０１％以上の含有が必要であるが、０．５％を超える含有は、鋼材の靭性を著しく低下させ、さらにＳｎ添加効果も飽和するため、Ｓｎ量は０．０１〜０．５％の範囲とする。好ましくは、０．０２〜０．２％の範囲である。
【００４０】
Ｔａ：０．００１〜０．１％
Ｔａは無定形およびガラス状の酸化皮膜を生成することで、アノード活性点を減少させる。また、Ｔａは水素過電圧が大きいため耐酸性を向上させるだけでなく、鋼の強度を高める元素であり、この効果を得るには０．００１％以上の含有が必要であるが、０．１％を超えて含有すると靭性が低下するため、Ｔａ量は０．００１〜０．１％の範囲とする。
【００４１】
以上が本発明の基本化学成分であり、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるが、更に耐食性の観点からＣｕ、Ｎｉの一種以上、Ｍｏ、Ｗの一種以上、Ｓｂを選択元素として含有してもよい。また、Ｃｒの含有量を制限してもよい。更に、強度、靭性の観点からＣａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖの一種以上を選択元素として含有してもよい。
【００４２】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％の中から選ばれる1種以上
Ｃｕは腐食生成物を緻密にし、地鉄へのＨ２Ｏ、Ｏ２、ＳＯ４２−、Ｃｌ−の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果を得るには、０．０５％以上の含有が必要であるが、１．０％超えでは、溶接性や母材の靭性が低下する。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ量は０．０５〜１．０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは０．０５〜０．５０％の範囲である。いっそう好ましくは０．０５〜０．３５％の範囲である。また、ＣｕとＳｂの金属間化合物であるＣｕ２Ｓｂを形成することで、耐食性が向上する効果もある。
【００４３】
ＮｉはＣｕと同様に腐食生成物を緻密にし、地鉄へのＨ２Ｏ、Ｏ２、ＳＯ４２−、Ｃｌ−の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果は、０．０５％以上で得られるが、１．０％を超えると効果が飽和すると共にコストも上昇するため、Ｎｉを含有する場合は、Ｎｉ量は０．０５〜１．０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは０．０１０〜０．５０％の範囲である。
【００４４】
Ｍｏ：０．０１〜０．５％、Ｗ：０．０１〜０．５％の中から選ばれる1種以上
Ｍｏ、Ｗはいずれも母材から溶出した際に酸素酸を形成し、これらがアニオンを電気的に反発させ、アニオンが地鉄表面まで侵入することを防ぎ、耐食性を向上させる．さらにはＭｏ、ＷはＦｅＭｏＯ４やＦｅＷＯ４といった難溶性の腐食性物質を形成することで耐食性を向上させる．これらの効果を得るためには、いずれも０．０１％以上を含有させることが好ましい。しかし、０．５％を超えて含有しても効果が飽和するだけでなく、コストが嵩むため、Ｍｏ、Ｗを含有する場合は、Ｍｏ、Ｗとも０．０１〜０．５％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、０．０１〜０．３％の範囲である。
【００４５】
Ｃｒ：０．１％以下
Ｃｒは、低ｐＨ環境で加水分解を起こすため、耐食性を低下させる元素であるので無添加でよい。強度調整のため添加することができるが、特にその含有量が０．１％を超えると耐食性の低下が著しくなるため、Ｃｒを含有する場合は、０．１％以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、０．０３％以下である。
【００４６】
Ｓｂ：０．０１〜０．１０％
Ｓｂは鋼材に合金元素として０．０１％以上含有すると、低ｐＨ環境において地鉄近傍に濃縮する。Ｓｂは大きな水素過電圧を持つため、Ｓｂが析出した部分では水素発生反応が抑制され、耐食性が向上する。さらに、腐食生成物を緻密にし、地鉄へのＨ２Ｏ、Ｏ２、ＳＯ４２−、Ｃｌ−の拡散を抑制する。一方、０．１０％を超えて含有すると靭性が低下する。よって、Ｓｂを含有する場合は０．０１〜０．１０％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０３〜０．１０％の範囲である。
【００４７】
Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％
Ｃａは数ｐｐｍから１００ｐｐｍ程度の添加で腐食界面のｐＨを上昇させる効果があるため、石炭腐食環境のような硫酸環境では、腐食抑制効果が認められる。また、Ｃａは介在物の形態を制御して鋼の延性および靱性を高める元素である。このような効果を発揮させるためには、少なくとも０．０００５％含有することが好ましい。しかし、０．０１０％を超えて含有させると、粗大な介在物を形成し、母材の靱性を劣化させるので、Ｃａを含有する場合は０．０００５〜０．０１０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、０．００１０〜０．００３０％の範囲である。
【００４８】
Ｎｂ：０．００１〜０．１０％、Ｖ：０．００２〜０．２％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％およびＺｒ：０．００１〜０．０５０％の中から選ばれる１種以上
Ｎｂ、Ｖ、ＴｉおよびＺｒはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果を得るためには、Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒは、いずれも０．００１％以上、Ｖは０．００２％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｎｂは０．１０％を超えて、Ｖは０．２％を超えて、Ｔｉは０．０３０％を超えて、およびＺｒは０．０５０％を超えて含有すると靱性が低下するため、それぞれ、Ｎｂを含有する場合は０．００１〜０．１０％の範囲と、Ｖを含有する場合は０．００２〜０．２％の範囲と、Ｔｉを含有する場合は０．００１〜０．０３０％の範囲と、およびＺｒを含有する場合は０．００１〜０．０５０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｎｂは０．００５０〜０．０２０％の範囲であり、Ｖは０．００５〜０．１０％の範囲であり、Ｔｉは０．００５〜０．０２０％の範囲であり、およびＺｒは０．００５〜０．０２０％の範囲である。
【００４９】
２．製造方法について
上述した成分組成を有する鋼を転炉、電気炉等の溶製手段で常法により溶製し、連続鋳造法または造塊〜分塊法等で常法によりスラブ等の鋼素材とし、そのまま、あるいは冷却後再加熱して熱間圧延を行う。耐食性を発揮させる為の熱処理条件は問わないが、機械的特性の観点からは適切な圧下比を確保することが好ましい。熱間圧延の仕上温度が７５０℃未満となると変形抵抗が大きくなり、形状不良が起きるため、仕上温度は、７５０℃以上とすることが好ましい。
【００５０】
例えば、仕上温度を７５０℃以上、その後１５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で６００℃以下まで冷却することで、引張強さ４９０ＭＰａ級以上の鋼材を製造することができる。
冷却速度１５０℃／ｍｉｎ未満では引張強さ４９０ＭＰａ級以上の鋼材を得られない。
【実施例１】
【００５１】
本発明者らは、石炭船および石炭・鉱石兼用船の船倉（以下ホールドと呼ぶ）内の腐食でもっとも船舶の破壊に影響を与える孔食発生のメカニズムを調査した結果、以下のようであった。ばら積み貨物船の側壁部は、シングルハルとなっていて、積荷と海水とは鋼材１枚隔てているだけである。そのため、海水と船倉内の温度差により、船倉側壁部には結露水が生じ、鋼材及び石炭表面が濡れ、石炭表面に吸着しているＨ２ＳＯ４由来の物質が水膜に滲出する。メニスカスを形成する石炭下で孔食が進展し、メニスカス部分では、鋼材の腐食にＨ＋が消費されていくため、Ｈ＋濃度が減少していく。一方、石炭表面にはＨ＋が多く存在するため、石炭表面とメニスカス部分でＨ＋濃度の差が生まれる。その化学ポテンシャルの差を駆動力とし、メニスカス部分に石炭表面からＨ＋が供給されると考えられる。そして、乾燥過程で未反応のＨ＋は再び石炭表面に固着し、次の結露過程で腐食反応に使用され、この過程が長期的なサイクルで起こり、メニスカス部分で腐食がより進行し、孔食が形成されていく。本メカニズムを基に、石炭船および石炭・鉱石兼用船のホールド内の孔食を実験室的に模擬すべく以下の試験をおこなった。
【００５２】
表１に示す成分の鋼を、真空溶解炉で溶製または転炉溶製後、連続鋳造によりスラブとした。ついで、スラブを加熱炉に装入して１２００℃に加熱し、仕上圧延終了温度８００℃とする熱間圧延により２５ｍｍ厚の鋼板とした。
【００５３】
【表１】
0005862464.tif 000002
【００５４】
前記鋼板から、５ｍｍｔ×５０ｍｍＷ×７５ｍｍＬの試験片を採取し、その試験片の表面をショットブラストして、表面のスケールや油分を除去した。この面を試験面とすることにより、塗膜剥離後の鋼材の耐食性を評価した。裏面と端面をシリコン系シールでコーティングした後、アクリル製の治具に嵌め込み、その上に石炭５０ｇを敷き詰め、低温恒温恒湿器により、図１に示す雰囲気Ａ（温度６０℃、湿度９５％、２０時間）  ⇔  雰囲気Ｂ（温度３０℃、湿度９５％、３時間）  、遷移時間０．５時間の温湿度サイクルを８４日間与えた。ここで、記号「  ⇔  」は繰り返しという意味で使用している。
【００５５】
なお、石炭は、５ｇを秤量し、常温で１００ｍｌの蒸留水に２時間浸漬したのち、ろ過を行ない２００ｍｌに希釈した石炭浸出液のｐＨが３．０になるものを用いた。
【００５６】
本実施例は、上記した条件で試験を行うことにより、石炭船および石炭・鉱石兼用船のホールド内の腐食に大きな影響を及ぼす温湿度環境、結露状況を模擬している。試験後、錆剥離液を用い、各試験片の錆を剥離し、鋼材の重量減少量を測定し腐食量とした。また、生じた最大孔食深さをデプスメーターを用いて測定した。
【００５７】
ここで、最大孔食深さの値は対象とする面積が大きいほど、増加し、それに伴い最大孔食深さも深くなる。そこで、実船での各期間の最大孔食深さを予測するために、極値統計を用い本試験片面積での測定値から実船ホールド相当面積の最大孔食深さを算出した。
【００５８】
ここで、本開発鋼の適用部位であるホールド肋骨部は両面からの腐食のため、各期間の最大孔食深さを２倍し、それらの値をy=axbで外挿することで船舶寿命である２５年後の最大板厚減を推定した。その結果を表２に示す。
【００５９】
適用部位の板厚は１５〜２０ｍｍであり、腐食代は３．５〜４．０ｍｍ、腐食余裕厚は０．５ｍｍであることを前提条件とし、鋼船規則ＣＳＲ−Ｂ編の鋼板切替基準から、２５年後の最大板厚減のクライテリアを４．０ｍｍとした。なお、ここで、最大板厚減とは船舶における図面板厚から局所的な腐食によりもっとも減肉した鋼板の厚さを言う。
【００６０】
【表２】
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【００６１】
表２から、本発明例の２５年後の最大板厚減推定値は、鋼船規則ＣＳＲ−Ｂ編の切替基準から算出された２５年後の最大板厚減のクライテリアである４．０ｍｍを下回っていることが分かる。Ｔａを除く全ての耐食元素を添加した比較例Ｎｏ．３１の最大板厚減推定値がクライテリアを上回る４．４７ｍｍであることからＴａの効果が大きいことが分かる。
【００６２】
以上、本発明の効果が確認された。本実施例では、石炭船または石炭・鉱石兼用船ホールド内の環境を模擬した試験法として図１に示した方法に拠ったが、実際にホールド内に設置して評価した場合と極めて整合性がある結果が得られている。また、雰囲気Ａ、Ｂの条件、遷移時間、サイクル、石炭の調整方法、石炭浸出液のｐＨの値等の条件は上述の例に限られるものではなく、鋼材のホールド内での使用環境に応じて、適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る鋼材は、石炭や鉱石のメカニカルダメージにより塗膜が剥離し易く、さらに乾湿繰返しかつ低ｐＨ環境下に曝される、石炭船または石炭・鉱石兼用船ホールドの構成部材として使用することができる。
【図１】
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