(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.001 ％以上0.03％未満、    Si：0.15〜0.60％、
Mn：0.1 〜3.0 ％、              Ｐ：0.005 〜0.030 ％、
Ｓ：0.01％以下、                Al：0.10％以下、
Cu：0.1 〜1.5 ％、              Ni：1.52〜6.0 ％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする、融雪塩として塩化カルシウムが散布される融雪塩散布環境下における耐候性に優れた鋼材。
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Mo：0.005 〜0.5 ％、Ｖ：0.005 〜0.2 ％のうちから選ばれた１種または２種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】
前記組成に加えてさらに、質量％で、REM ：0.02％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐候性鋼材に係り、とくに、冬季に融雪塩として塩化カルシウムが散布される環境下で使用可能な鋼材に関する。なお、本発明における鋼材には、厚鋼板、薄鋼板、棒鋼、形鋼を含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
鋼中にＰ、Cu、Cr、Ni等の合金元素を添加し大気中における耐食性を向上させた耐候性鋼は、船舶、タンク等の鋼構造物や橋梁等の鋼建築物に広く使用されている。耐候性鋼は、屋外において、腐食の原因である酸素、水を通しにくい安定錆と呼ばれる錆を数年で形成し、その後の腐食を抑制している。このため、耐候性鋼材は、防錆塗料の塗布が不要であり、いわゆる裸使用が可能な安価な高耐食性材料である。また、この耐候性鋼の安定錆は普通鋼に比べて暗褐色で景観にも調和するため、耐候性鋼材の使用が最近増えてきている。
【０００３】
一方、近年、建設省から耐候性鋼の適用指針（「耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告（ＸＸ）、１９９３．３、建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会発行」）が公表され、飛来塩分量が0.05mg/dm2/day以上の地域、すなわち海岸地帯では、従来の耐候性鋼（JIS G 3144に規定される溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材) は無塗装では使用できないことになっている。
【０００４】
また、海からの飛来塩分が少ない山間部でも、路面に凍結防止のための融雪塩を散布する場合があり、このような環境下では、従来の耐候性鋼材は著しい腐食を生じ、安定さびが形成されない場合もあり問題となっていた。
従来の耐候性鋼が前述した環境下で使用できないのは、融雪塩として散布される各種の塩が鋼板表面に付着した状態で結露し、極めて厳しい腐食環境となるためと考えられている。さらに、橋梁の場合は、桁の外側では降雨に晒されて、付着塩が洗い流されるが、内桁ではその効果が少ないため、腐食が激しいという問題がある。
【０００５】
このような問題に対して、一般には、普通鋼材にフタル酸樹脂、塩化ゴム、タールエポキシ樹脂等の塗装を行って対処している。しかし、塗装の場合には、塗膜が傷んだ時点で再塗装が必要となり、メンテナンス費用が多大となるという問題がある。特に山間部に建設される橋梁では、再塗装作業も困難であり、無塗装で使用できる鋼材が求められている。
【０００６】
この要求に対し、特開平11-172370 号公報には、海浜地区や融雪塩を散布する地区など、飛来海塩粒子環境下で優れた耐候性を示す耐候性鋼が提案されている。特開平11-172370 号公報に記載された耐候性鋼は、Cu：0.30〜1.00％、Ni：1.0 〜5.5 ％を複合含有し、Ｃ：0.03〜0.15％、Si：0.05〜0.55％、Mn：0.3 〜2.0 ％、Al：0.010 〜0.090 ％、Ｎ：0.0010〜0.0070％に調整したうえで、Cr、Ｐ、Ｓを低減した組成を有し、高飛来海塩粒子環境下でも安定さびが形成されるとしている。
【０００７】
また別の手段として、特開2000-34703号公報には、融雪塩を含む路面水の飛沫のかかる部分を耐塩性に優れた所定の成分組成の耐候性鋼材を使用した耐候性鋼橋梁、および付着した融雪塩を含む路面水の飛沫のかかる部分を洗浄する洗浄手段を設けた耐候性鋼橋梁、また特開2000-34707号公報には融雪塩を含有する路面水が道路面より漏水して橋桁にかかることを防止する遮蔽手段、付着する塩類の洗浄手段を設けた耐候性鋼橋梁など、橋梁の構造により腐食を防止する手段が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開2000-34703号公報、特開2000-34707公報に記載された橋梁では、製作費が通常の橋梁より余分にかかるという問題があった。また、特開2000-34703号公報および特開平11-172370 公報に記載された鋼材では、海塩、あるいは塩化ナトリウムが飛来または散布される環境下では確かに優れた耐候性を示すが、塩化カルシウムが散布される環境下では必ずしも有効ではないという問題があった。すなわち、海塩の場合、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムが主体であるが、融雪塩の場合、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムが主体であるため、特に融雪塩として、塩化カルシウムを使用する環境下では、従来の耐候性鋼材では、安定さびが生成されにくいという問題が明らかとなった。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、融雪塩として塩化カルシウムが散布され、鋼材表面に塩化カルシウムが付着して、自然環境において結露するような環境下においても、安定さびを形成し、優れた耐候性を示し、塗装、表面処理などを必要としない耐候性鋼材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、鋼板表面上に塩化カルシウムを付着させた状態で、特に橋梁の内桁を模擬した大気暴露試験を実施し、耐候性に及ぼす鋼材成分の影響を鋭意検討した。その結果、このような塩化カルシウムが存在する大気腐食環境下では、鋼材の腐食速度に対して、特にＣ、Cu、Niの含有量の影響が大きいことを見いだした。
【００１１】
本発明は、上記した知見に基づき、構成されたものである。
すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：0.001 ％以上0.03％未満、Si：0.15〜0.60％、Mn：0.1 〜3.0 ％、Ｐ：0.005 〜0.030 ％、Ｓ：0.01％以下、Al：0.10％以下、Cu：0.1 〜1.5 ％、Ni：1.52〜6.0 ％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする、融雪塩として塩化カルシウムが散布される融雪塩散布環境下における耐候性に優れた鋼材であり、また、本発明では、前記組成に加えてさらに、質量％で、Mo：0.005 〜0.5 ％、Ｖ：0.005 〜0.2 ％のうちから選ばれた１種または２種を含有することが好ましく、また、本発明では、前記各組成に加えてさらに、質量％で、REM ：0.02％以下を含有することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明鋼材の組成限定の理由について説明する。なお、以下、組成における質量％は単に％と記す。
Ｃ：0.001 ％以上0.03％未満
Ｃは、鋼材の強度を増加させる元素であり、強度確保のため、本発明では、0.001 ％以上の含有を必要とする。一方、0.03％以上含有すると、現在のところその理由は明確となっていないが、塩化カルシウムが存在する環境での耐食性が劣化する。このため本発明では、Ｃは0.03％未満に限定した。好ましくは0.025 ％未満、より好ましくは0.02％未満である。
【００１３】
Si：0.15〜0.60％
Siは、脱酸剤として作用し、さらに固溶強化によって鋼の強度を増加させる元素であるが、多量に含有すると靱性、および溶接性を劣化させる。このため、本発明では、Siは0.60％以下に限定した。なお、好ましくは0.15〜0.50％である。
Mn：0.1 〜3.0 ％
Mnは、鋼の強度および靱性の増加に大きく寄与する元素であり、所望の強度を確保するために本発明では0.10％以上の含有を必要とする。一方、3.0 ％を超えて多量に含有すると靱性、溶接性に悪影響を及ぼす。このため、Mnは0.10〜3.0 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2 〜1.6 ％である。
【００１４】
Ｐ：0.005 〜0.030 ％
Ｐは、錆粒子を緻密化し耐候性を向上させる元素であり、0.005 ％以上の含有で、これらの効果が顕著となる。一方、0.030 ％を超える含有は、溶接性を劣化させる。このため、Ｐは0.005 〜0.030 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.007 〜0.02％である。
【００１５】
Ｓ：0.01％以下
Ｓは、耐候性を劣化させ、さらに靱性、溶接性を劣化させるため、本発明ではできるだけ低減することが好ましいが、0.01％までは許容できるため、Ｓは0.01％以下とした。なお、好ましくは0.005 ％以下である。
Al：0.10％以下
Alは、脱酸剤として作用するが、0.10％を超えて含有すると、溶接性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.10％以下に限定した。なお、好ましくは0.05％以下である。
【００１６】
Cu：0.1 〜1.5 ％
Cuは、従来から知られているように錆粒子を緻密化し耐候性を向上させる作用を有し、本発明では、0.1 ％以上の含有を必要とする。一方、1.5 ％を超える含有は、熱間加工性を阻害するとともに、耐候性向上効果も飽和し、含有量に見合う効果を期待できず、経済的に不利となる。このため、Cuは0.1 〜1.5 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2 〜1.0 ％である。
【００１７】
Ni：1.52〜6.0 ％
Niは、錆粒子を緻密化し、塩化カルシウムが存在する腐食環境での耐候性を著しく向上させる。このような効果は、1.0 ％以上の含有で認められる。一方、6.0 ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果を期待できず、経済的に不利となる。このため、Niは1.0 〜6.0 ％の範囲に限定した。塩化カルシウム散布量が多い場合には、Niが多い方が好ましいが、経済性をも考慮すると、1.4 〜3.5 ％の範囲が好ましく、さらに好ましくは2.5 〜3.0 ％である。
【００１８】
さらに、本発明鋼材は、Mo：0.005 〜0.5 ％、Nb：0.005 〜0.20％、Ｖ：0.005 〜0.20％、Ti：0.005 〜0.20％、Ｂ：0.0001〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上、および／またはREM ：0.02％以下を含有することができる。
Mo：0.005 〜0.5 ％、Nb：0.005 〜0.20％、Ｖ：0.005 〜0.20％、Ti：0.005 〜0.20％、Ｂ：0.0001〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上
Mo、Nb、Ｖ、Ti、Ｂは、いずれも鋼材の強度を増加させる元素であり、必要に応じて選択して含有できる。このような効果は、Mo：0.005 ％以上、Nb：0.005 ％以上、Ｖ：0.005 ％以上、Ti：0.005 ％以上、Ｂ：0.0001％以上の含有で認められる。一方、Mo：0.5 ％、Nb：0.2 ％、Ｖ：0.2 ％、Ti：0.2 ％を超えて含有しても効果が飽和し、また、Ｂ：0.0050％を超えて含有すると、靱性の劣化を招く。このため、Moは0.005 〜0.5 ％、Nbは0.005 〜0.20％、Ｖは0.005 〜0.20％、Tiは0.005 〜0.20％、Ｂは0.0001〜0.0050％の範囲に限定するのが好ましい。
【００１９】
REM ：0.02％以下
REM は、介在物の形態制御により延性を向上させるとともに、溶接性を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果は、0.001 ％以上の含有で顕著に認められ、0.001 ％以上含有するのが好ましい。一方、0.02％を超える多量の含有は鋼材の清浄度を低下させる。このため、REM は0.02％以下に限定するのが好ましい。
【００２０】
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物として、Cr：0.05％以下、Ｎ：0. 010％以下、Ｏ：0. 010％以下が許容できる。Crは、耐候性を向上させる元素であると言われている。しかし、塩化カルシウムが存在する環境下での耐候性には逆に有害であり、本発明ではあえて添加しないが、0.05％までは許容できる。
【００２１】
つぎに、本発明鋼材の製造方法について説明する。
上記した組成の溶鋼を、転炉、電気炉等通常公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊法等の鋳造方法により鋼素材とする。ついで、これら鋼素材を、加熱炉等で加熱し、あるいは加熱なしで直接、熱間圧延により所望の形状・寸法の鋼材とし、製品とされる。本発明鋼材の製造においては、所望の形状・寸法の製品に圧延できればよく、熱間圧延条件はとくに限定する必要はない。なお、本発明の鋼材は、厚鋼板、薄鋼板、形鋼、棒鋼等を含むことはいうまでもない。
【００２２】
【実施例】
表１に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法によって鋼素材（スラブ）とし、これらスラブを加熱した後、熱間圧延を施して、15mm厚×幅2500mmの厚鋼板とした。これら厚鋼板から、５mm×50mm×100mm の試験片を採取し、大気暴露試験に供し、耐候性を調査した。大気暴露試験は、これら試験片にショットブラスト処理を施した後、塩化カルシウムを付着させ大気中に暴露する、塩化カルシウム付着暴露試験とした。
【００２３】
つぎに、塩化カルシウム付着暴露試験の要領を説明する。
暴露地は、瀬戸内海部の海岸から内陸側に10km入った地点で、飛来塩分量は0.02mdd （JIS Z 2381  ガーゼ法により測定）であった。なお、試験片は、裏面と端面をタールエポキシ樹脂により塗装し、防食した。
これら試験片を、雨がかりのない状態で、試験面を上にして水平に設置した。
試験片上には１週間に１回  0.1 ％塩化カルシウム溶液を0.01ml/cm2滴下した。１年間、この塩化カルシウム付着暴露試験を行った後、裏面と端面のタールエポキシ樹脂と地鉄表面のさびを除去し、試験片重量を測定した。試験前後の試験片の重量変化（減少）から板厚減少量に換算し、耐候性を評価した。
【００２４】
その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0004639482.tif 000002
【００２６】
本発明例（鋼板No.1〜No.10 、No.18 〜No.20 ）は、いずれも塩化カルシウム付着暴露試験における板厚減少量が少なく、塩化カルシウムを散布する腐食環境下でも優れた耐候性を有することがわかる。
本発明例の板厚減少量は、25〜61μm と少なく、従来の耐候性鋼（鋼板No.16 ）の158 μm に比べ、著しく減少している。一方、Ni量が本発明の範囲を外れる比較例（鋼板No.11 、12）、Cu量が本発明の範囲を外れる比較例（鋼板No.13 、No.14 ）、Ｓ量が本発明の範囲を外れる比較例（鋼板No.15 ）、Ｃ量が本発明の範囲を外れる比較例（鋼板No.17 ）では、板厚減少量が本発明例に比較して大きく、耐候性が劣化している。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、融雪塩として塩化カルシウムが散布される環境下においても優れた耐候性を有する鋼材が提供できる。本発明鋼材を橋梁等の構造物へ適用することにより、融雪塩として塩化カルシウムが散布される厳しい腐食環境下でも、塗装、表面処理等の省略が可能となり、初期費用のみならず保守費用の削減という経済的効果も期待でき、産業上格段の効果を奏する。