(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０１〜０．２％（質量％の意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜２％、Ａｌ：０．０５〜０．５％、Ｃｕ：０．０１０〜１．５％、Ｃｒ：０．０１０〜１％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＳ：０．０１％以下（０％を含まない）に夫々抑制され、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃｒの含有量［Ｃｒ］とＡｌの含有量［Ａｌ］の比の値（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）が１〜１０であり、島状マルテンサイトの分率が１．１％以下で且つ残部がベイナイト組織であることを特徴とする耐食性と母材靭性に優れた船舶用高張力鋼材。
【請求項２】
更に、Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｏ：１％以下（０％を含まない）およびＴｉ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有する請求項１に記載の船舶用高張力鋼材。
【請求項３】
更に、Ｃａ：０．０２％以下（０％を含まない）および／またはＭｇ０．０２％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の船舶用高張力鋼材。
【請求項４】
更に、Ｓｅ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の船舶用高張力鋼材。
【請求項５】
更に、Ｓｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＳｎ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の船舶用高張力鋼材。
【請求項６】
更に、Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、およびＶ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の船舶用高張力鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性と母材靭性に優れた船舶用高張力鋼材に関するものであり、特に海水による塩分や高温多湿に曝される環境下における耐食性と母材靭性に優れた船舶用高張力鋼材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種船舶において主要な構造材（例えば、外板、バラストタンク、原油タンク等）として用いられている鋼材は、海水による塩分や恒温多湿に曝されることから腐食損傷を受けることが多い。こうした腐食は、浸水や沈没などの海難事故を招く恐れがあることから、鋼材には何らかの防食手段を施す必要がある。
【０００３】
これまでに行われている防食手段としては、塗装や電気防食等が一般的な手段として挙げられる。しかし重塗装に代表される上記塗装の場合、塗膜欠陥が存在する可能性が高く、製造工程での衝突等により塗膜に傷が付く場合もあるため、素地鋼材が露出することが多い。この様な鋼材露出部では局部的かつ集中的に鋼材が腐食するため、内容されている石油系液体燃料の早期漏洩に繋がる。
【０００４】
一方、電気防食は、海水中に完全に浸漬された部位に対して非常に有効であるが、大気中で海水飛沫を受ける部位等では防食に必要な電気回路が形成されず、防食効果が十分に発揮されないことがある。また、防食用の流電陽極が異常消耗や脱落により消失した場合には、直ちに激しい腐食が進行することがある。
【０００５】
上記技術の他、鋼材自体の耐食性を向上させたものとして、例えば特許文献１のような技術も提案されている。この技術では、鋼材の化学成分を適切に調整することによって、耐食性を優れたものとし、無塗装であっても使用できる造船用耐食鋼が開示されている。また特許文献２には、鋼材の化学成分組成を適切なものとすることにより、塗膜寿命性を向上させた船舶用鋼材について開示されている。これらの技術では、従来に比べてある程度の耐食性は確保できるようになったといえる。
【０００６】
しかし上記技術では、耐食性の改善については取り組まれているものの、船舶用高張力鋼材で要求されるＥグレード（−２０℃でのシャルピー衝撃試験値が５５Ｊ以上）に対応できる優れた母材靭性も併せて具備させることについては検討されておらず、耐食性と母材靭性の両特性に優れた船舶用鋼材の実現が切望されている。
【特許文献１】特開２０００−１７３８１号公報  特許請求の範囲等
【特許文献２】特開２００２−２６６０５２号公報  特許請求の範囲等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、塗装や電気防食を施さなくても実用化できる耐食性（特に、電気防食が作用しないバラストタンク内の上部や原油タンク上甲板等の湿潤の大気雰囲気下での、すきま腐食に対する耐久性）に優れていると共に、優れた母材靭性を示す船舶用高張力鋼材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成することのできた本発明の船舶用高張力鋼材とは、Ｃ：０．０１〜０．２％（質量％の意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜２％、Ａｌ：０．０５〜０．５％、Ｃｕ：０．０１０〜１．５％、Ｃｒ：０．０１０〜１％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＳ：０．０１％以下（０％を含まない）に夫々抑制され、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、島状マルテンサイトの分率が１．１％以下で且つ残部がベイナイト組織である点に要旨を有するものである。この船舶用鋼材においては、Ｃｒの含有量［Ｃｒ］とＡｌの含有量［Ａｌ］の比の値（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）を１〜１５の範囲に調整することが好ましい。
【０００９】
また本発明の船舶用高張力鋼材においては、必要により、（Ａ）Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｏ：１％以下（０％を含まない）およびＴｉ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（Ｂ）Ｃａ：０．０２％以下（０％を含まない）および／またはＭｇ０．０２％以下（０％を含まない）、（Ｃ）Ｓｅ：０．５％以下（０％を含まない）、（Ｄ）Ｓｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＳｎ：０．５％以下（０％を含まない）、（Ｅ）Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１％以下（０％を含まない）およびＮｂ：０．０５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、等を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて船舶用鋼材の特性が更に改善される。
【００１０】
尚、上記島状マルテンサイトの分率は、後述する実施例に示す方法で測定した値をいうものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の船舶用鋼材は、所定量のＡｌとＣｒを併用して含有させると共に、化学成分組成と製造方法を適切に調整することによって、塗装および電気防食を施さなくても実用化できる耐食性（特に、電気防食が作用しないバラストタンク内の上部や原油タンク上甲板等の湿潤の大気雰囲気における、すきま腐食に対する優れた耐久性）を発揮すると共に、高い母材靭性を示すことから、原油タンカー、貨物船、貨客船、客船、軍艦等の船舶における外板等の素材として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、所定量のＡｌとＣｒを併用して含有させると共に、化学成分組成および製造方法を適切に調整すれば、上記課題を解決することのできる船舶用高張力鋼材を実現できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明について詳述する。
【００１３】
本発明の鋼材においては、ＡｌとＣｒを併用して含有させることが重要であり、これらの成分のいずれを欠いても、本発明の目的を達成することができない。これらの成分における各作用効果は後述するが、これらを併用することにより耐食性が向上した理由は、次のように考えられる。
【００１４】
Ａｌは鋼表面に安定な酸化物防食皮膜を形成する効果がある。鋼中より腐食溶解したＡｌ３＋イオンが溶存酸素などと結びついてＡｌ酸化物となり、これが表面に堆積して防食皮膜を形成する。この皮膜による防食効果は、船舶における高塩化物環境においては十分とはいえない。一方、Ｃｒは上記Ａｌと同様に表面に安定な酸化物皮膜を形成して鋼材を防食する効果を発揮するが、Ｃｒ酸化物単独ではその防食効果が十分であるとはいえない。
【００１５】
上記Ａｌ酸化皮膜は、ｐＨが５〜８．５程度のほぼ中性域では非常に安定性が高いが、ｐＨが８．５を超えるあたりから溶解性が高くなる。船舶用鋼材の曝される海水のｐＨは、清浄な場合８程度であるが、海藻などが繁殖している海域ではｐＨが９．５程度にまでアルカリ化することがある。また、腐食のカソード反応が起こっているサイトでは溶存酸素の還元で生成したＯＨ−イオンのためｐＨが上昇する傾向にある。こうしたことから、船舶環境でのＡｌ酸化物は必ずしも安定には存在せず、むしろ容易に溶解してＡｌ酸化皮膜による保護性が失われる場合の方が多い。これに対して、Ｃｒ酸化物はアルカリ領域での安定性が高いことに加え、微量に溶解したＣｒイオンの加水分解平衡によりｐＨを低下させる効果があるため、海水のｐＨ上昇によるＡｌ酸化物の溶解を抑止して、その保護性を確保する作用を発揮する。従って、Ｃｒ酸化物とＡｌ酸化物が適切な量で共存することによって、鋼材の防食効果は相乗的に高くなるものと考えられる。
【００１６】
こうした効果は、ＡｌおよびＣｒを後述する適切な量に制御することにより発揮されるが、より確実に耐食性を高めるには、これらの含有量の比の値（［Ｃｒ］／［Ａｌ］：質量比）も適切に制御することが好ましい。上記（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）が１未満であると、腐食均一性が不十分となりやすい。より好ましくは３以上である。一方、（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）が１５を超えると耐すきま腐食性が不十分となる。より好ましくは１０以下である。
【００１７】
本発明では、鋼材としての基本的特性を満足させるために、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｐ，Ｓ等の成分も適切に調整する必要がある。これらの成分の範囲限定理由について、上記Ａｌ，Ｃｒ各元素の作用効果と共に次に示す。
【００１８】
〈Ｃ：０．０１〜０．２％〉
Ｃは、材料の強度確保のために必要な元素である。船舶の構造部材としての最低強度、即ち概ね４００ＭＰａ程度（使用する鋼材の肉厚にもよるが）を得るには、０．０１％以上含有させる必要がある。しかし、０．２％を超えて過剰に含有させると靱性、溶接性が劣化する。こうしたことから、Ｃ含有量の範囲は０．０１〜０．２％とした。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０４％以上とするのが良い。また、Ｃ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、より好ましくは０．１７％以下とするのが良い。
【００１９】
〈Ｓｉ：０．０１〜０．５％〉
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために必要な元素であり、０．０１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、０．５％を超えて過剰に含有させると溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化する。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１％以上である。また、Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４％以下である。
【００２０】
〈Ｍｎ：０．０１〜２％〉
ＭｎもＳｉと同様に脱酸および強度確保のために必要な元素であり、０．０１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、２％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．３％以上とするのが良い。また、Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８％であり、より好ましくは１．６％以下とするのが良い。
【００２１】
〈Ａｌ：０．０５〜０．５％〉
上述したように、Ａｌには鋼表面に安定な酸化物防食皮膜を形成する効果がある。Ａｌ含有量が少ないと、腐食溶解したＡｌ３＋イオンが海水中に飛散して鋼材表面に堆積されず、防食皮膜が形成されない。Ｃｒ酸化物との共存下で十分な防食効果を発揮させるには、Ａｌを０．０５％以上含有させる必要がある。通常の鋼材であれば、Ａｌ含有量が０．１０％を超えると溶接部の靭性がやや低下するなど溶接性の点で問題があったが、本発明の鋼材のようにＣ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓを適正範囲とすることによって、Ａｌ含有量が０．１％超〜０．５％の範囲であっても従来鋼と同等の溶接性を確保することができる。しかしながら、Ａｌ含有量が０．５％を超えると、溶接性を害することになる。こうしたことから、Ａｌ含有量の範囲は０．０５〜０．５％とした。尚、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、より好ましくは０．０７％以上、更に好ましくは０．０８％以上とするのが良い。また、Ａｌ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４％以下、更に好ましくは０．３５％以下とするのが良い。
【００２２】
〈Ｃｕ：０．０１０〜１．５％〉
Ｃｕは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆皮膜の形成に有効な元素である。また、Ｃｕを含有させることによって形成される緻密な錆皮膜と、Ａｌ酸化物とＣｒ酸化物が共存する安定な酸化物防食皮膜とが母材の保護性を相乗的に高めて、優れた耐食性が発揮される。こうした効果を発揮させるには、０．０１０％以上含有させることが必要である。しかしＣｕを過剰に含有させると、溶接性や熱間加工性が劣化することから１．５％以下とすることが好ましい。尚、Ｃｕを含有させるときの好ましい下限は０．０５％である。また、好ましい上限は１．３％であり、より好ましくは１％以下である。
【００２３】
〈Ｃｒ：０．０１０〜１％〉
Ｃｒは、Ａｌと同様に鋼表面に安定な酸化物皮膜を形成して鋼材を防食する効果を発揮する。本発明では上述のように、Ａｌ酸化物とＣｒ酸化物を共存させることによって、鋼材の耐食性が飛躍的に向上するが、こうした効果を発揮させるには、０．０１０％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると溶接性が劣化することから、１％以下とする必要がある。尚、Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１％以上である。また好ましい上限は０．９％であり、より好ましくは０．８％以下である。
【００２４】
〈Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）〉
Ｐは靭性や溶接性を劣化させる元素であり、可能な限り含有量を抑えることが好ましい。Ｐ含有量の許容される上限は０．０２％であり、これを超えると船舶用鋼材としての溶接性を確保できない。こうしたことから、Ｐ含有量は０．０２％以下とした。尚、Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％以下である。
【００２５】
〈Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）〉
ＳもＰと同様に靭性や溶接性を劣化させる元素であり、可能な限り含有量を抑えることが好ましい。Ｓ含有量の許容される上限は０．０１％であり、これを超えると船舶用鋼材としての溶接性を確保できない。こうしたことから、Ｓ含有量は０．０１％以下とした。尚、Ｓ含有量の好ましい上限は０．００８％である。
【００２６】
本発明の船舶用鋼材における基本成分は上記の通りであり、残部はＦｅおよび不可避的不純物（例えば、Ｏ等）であるが、これら以外に鋼材の特性を阻害しない程度の成分（例えば、Ｚｒ，Ｎ等）も許容できる。但し、これら許容成分は、その量が過剰になると靭性が劣化するので、０．１％程度以下に抑えるべきである。
【００２７】
また、本発明の船舶用鋼材には、上記成分の他、必要によって（Ａ）Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｏ：１％以下（０％を含まない）およびＴｉ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（Ｂ）Ｃａ：０．０２％以下（０％を含まない）および／またはＭｇ０．０２％以下（０％を含まない）、（Ｃ）Ｓｅ：０．５％以下（０％を含まない）、（Ｄ）Ｓｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＳｎ：０．５％以下（０％を含まない）、（Ｅ）Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１％以下（０％を含まない）およびＮｂ：０．０５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、等を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて船舶用鋼材の特性が更に改善される。
【００２８】
〈Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｏ：１％以下（０％を含まない）およびＴｉ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上〉
Ｎｉ，ＣｏおよびＴｉは、いずれも耐食性向上に有効な元素である。このうちＮｉおよびＣｏは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜の形成に有効な元素であり、こうした効果を発揮させるには、いずれの元素を含有させる場合にも０．０１％以上とすることが好ましい。しかし過剰に含有させると、溶接性や熱間加工性が劣化し、大幅なコストアップも招くことから、Ｎｉは２％以下、Ｃｏは１％以下とすることが好ましい。Ｎｉを含有させるときのより好ましい下限は０．０５％であり、更に好ましくは０．１％以上である。Ｃｏを含有させるときのより好ましい下限は０．０１５％であり、更に好ましくは０．０３％以上である。Ｎｉのより好ましい上限は１．５％であり、更に好ましくは１％以下である。また、Ｃｏのより好ましい上限は０．８％であり、更に好ましくは０．６％以下である。
【００２９】
Ｔｉは、上記耐食性向上に大きく寄与する表面錆被膜を緻密化して環境遮断性を向上させると共に、すきま内部における腐食を抑制して、耐すきま腐食性も向上させる元素である。上記効果を十分に発揮させるには、０．００５％以上含有させることが好ましいが、０．１％を超えて過剰に含有させると、加工性および溶接性が劣化するので好ましくない。尚、Ｔｉを含有させる場合のより好ましい下限は０．００８％である。また、より好ましい上限は０．０９０％であり、更に好ましくは０．０５％以下である。
【００３０】
〈Ｃａ：０．０２％以下（０％を含まない）および／またはＭｇ０．０２％以下（０％を含まない）〉
ＣａおよびＭｇは、溶解することによってｐＨ上昇作用を示し、鉄の溶解が起こっている局部アノードにおいて、加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑制し、耐食性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果は、いずれの元素を含有させる場合にも０．０００５％以上とすることによって有効に発揮される。しかし過剰に含有させると、加工性および溶接性が劣化するため、Ｃａ、Ｍｇそれぞれの上限は０．０２％とすることが好ましい。これらの元素を含有させるときのより好ましい下限は０．００１％であり、より好ましい上限は０．０１５％であり、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００３１】
〈Ｓｅ：０．５％以下（０％を含まない）〉
Ｓｅは、腐食の溶解反応が起こっているサイトのｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑制し、耐食性を向上させる作用を発揮する元素である。こうした作用により局部的なｐＨ変化が起こりにくくなるため、腐食均一性が向上する。特に、物質移動が制限され、局所的なｐＨ低下の生じやすい「すきま部」において、上記効果（局部腐食抑制効果）が有効に発揮される。こうした環境で要求される耐食性を確保するには、Ｓｅの含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、０．５％を超えて過剰に含有させると加工性と溶接性が劣化する。尚、Ｓｅ含有量のより好ましい下限は０．００８％であり、更に好ましくは０．０１０％以上とするのが良い。また、Ｓｅ含有量のより好ましい上限は０．４５％であり、更に好ましくは０．４０％以下とするのが良い。
【００３２】
〈Ｓｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＳｎ：０．５％以下（０％を含まない）〉
ＳｂおよびＳｎは、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ等による生成錆緻密化作用や、Ｓｅ，Ｃａ，Ｍｇ等によるｐＨ低下作用を助長して耐食性を向上させる元素である。こうした作用を発揮させるには、いずれの元素を含有させる場合にも０．０１％以上とすることが好ましい。しかし、過剰に含有させると加工性と溶接性が劣化することから、Ｓｂ、Ｓｎのいずれを含有させる場合にも０．５％以下とすることが好ましい。これらの元素を含有させるときのより好ましい下限はいずれも０．０２％であり、より好ましい上限は０．４％である。
【００３３】
〈Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１％以下（０％を含まない）およびＮｂ：０．０５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上〉
船舶への適用部位によっては更なる高強度化の必要な場合があるが、これらの元素は強度をより向上させるのに有効な元素である。このうちＢは、焼入性を向上させて強度を高めるのに有効な元素であり、該効果を発揮させるには、０．０００１％以上含有させることが好ましい。しかし０．０１％を超える過剰のＢを含有させると、母材靭性が劣化するため好ましくない。Ｖにより強度向上を図るには、０．００３％以上含有させることが好ましいが、０．１％を超えて過剰に含有させると鋼材の靭性劣化を招くため好ましくない。またＮｂにより強度を高めるには０．００３％以上含有させることが有効であるが、０．０５％を超えて過剰に含有させると鋼材の靭性劣化を招くため好ましくない。尚、これらの元素のより好ましい下限は、Ｂについては０．０００３％、Ｖについては０．００５％、Ｎｂについては０．００５％である。またより好ましい上限は、Ｂについては０．００９％、Ｖについては０．０７％、Ｎｂについては０．０４５％である。
【００３４】
高強度と優れた母材靭性を兼備させるには、金属組織を、全組織に占める島状マルテンサイトの分率が１．１％以下で且つ残部がベイナイト組織のものとする必要がある。ベイナイト組織を主体とする高強度鋼では、硬質相である島状マルテンサイト（Martensite-Austenite constituent，以下「ＭＡ」ということがある）が生成し易く、これが破壊の起点となり、母材靭性に悪影響を及ぼすからである。図１は、島状マルテンサイトの分率（ＭＡ分率）とｖＴｒｓ（破面遷移温度）の関係を示すグラフであり、後述する実施例の実験結果を整理したものであるが、この図１より、ｖＴｒｓ：−４０℃以下と優れた母材靭性を示す鋼材を得るには、ＭＡ分率を１．１％以下に抑える必要があることがわかる。より好ましくは、上記ＭＡ分率を０．８％以下とするのがよい。
【００３５】
尚、本発明でいう「残部がベイナイト組織」とは、全組織に占めるベイナイト組織が９０％以上であって、ベイナイト組織以外に、製造工程で不可避的に形成され得るその他の組織（フェライト、パーライト、ＭＡ）を合計で１０％以下含む意図である。
【００３６】
上記組織を得るには、上記成分組成を満たす鋼材を用い、製造過程における熱間圧延終了後、仕上圧延終了温度から、ベイナイト変態終了温度（Ｂｆ）以下でマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）以上の温度域までを、６℃／ｓ以上で冷却することが推奨される。この様に、冷却速度の制御をＢｆ以下まで行うことによって、組織をベイナイト主体とすることができ、一方、冷却速度の制御をＭｓ以上までとすることで、未変態オーステナイトが硬質相であるＭＡになることを十分抑制できる。尚、上記仕上圧延終了温度とは、後述する実施例に示す要領で求める仕上圧延終了時のｔ（板厚）／４部位の温度をいうものとする。
【００３７】
前記速度での冷却を行う方法としては、直接焼入れ、加速冷却等の方法が挙げられるが、理論的限界冷却速度を実現できる直接焼入れ法を採用することが推奨される。
【００３８】
また、熱間圧延に際して行う加熱の温度は９５０〜１２００℃とすればよく、熱間圧延時の仕上圧延終了温度（後述する実施例に示す要領で求めるｔ／４部位の温度）は、８００〜９００℃の範囲に制御すれば、高強度と高靭性を両立できるので好ましい。
【００３９】
本発明の船舶用高張力鋼材は、基本的には塗装を施さなくても鋼材自体が優れた耐食性を発揮するものであるが、必要によって、後記実施例に示すタールエポキシ樹脂塗料、或はそれ以外の代表される重防食塗装、ジンクリッチペイント、ショッププライマーなどの他の防食方法と併用することも可能である。こうした防食塗装を施した場合には、後記実施例に示すように塗装膜自体の耐食性（塗装耐食性）も良好なものとなる。
【００４０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記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勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含されるものである。
【実施例】
【００４１】
下記表１に示す化学成分組成の鋼材を転炉で溶製し、連続鋳造スラブ（スラブ厚は表２に示す通り）に熱間圧延を施して、表２に示す板厚の鋼板を製作した。
【００４２】
表１に示すＢｆ（ベイナイト変態終了温度）およびＭｓ（マルテンサイト変態開始温度）は、加工フォーマスター試験によりＣＣＴ曲線を作成してそれぞれ求めたものである。具体的には、加工フォーマスター試験片を１１００℃に加熱して１０秒間保持後、１０００℃で累積圧下率２５％の加工、更に８００℃で累積圧下率２５％の加工を施し、その後、７００℃からの冷却速度を１〜１００℃／ｓの間で７段階変化させ、冷却中の体積変化が生じる温度を測定して変態温度を求めた。更に、冷却後の組織を観察すると共にビッカース硬さを測定して最終組織を同定した。これらの結果から、ＣＣＴ曲線を作成し、Ｂｆ、Ｍｓを求めた。
【００４３】
熱間圧延に際して行う加熱の温度、仕上圧延終了温度（仕上圧延終了時のｔ／４部位の温度）、仕上圧延終了後の冷却速度、該冷却速度での冷却終了温度を表２に示す。尚、表２には、仕上圧延終了時の表面温度（実測値）も参考までに示す。上記仕上圧延終了時のｔ／４部位の温度は、下記（１）〜（６）の要領で求めたものである。
（１）プロセスコンピュータにおいて、加熱開始から加熱終了までの雰囲気温度、在炉時間に基づき、鋼片の表面から裏面までの板厚方向の任意の位置の加熱温度を算出する。
（２）上記算出した加熱温度を用い、圧延中の圧延パススケジュールやパス間の冷却方法（水冷あるいは空冷）のデータに基づいて、板厚方向の任意の位置の圧延温度を差分法など計算に適した方法を用いて算出しつつ、圧延を実施する。
（３）鋼板表面温度は、圧延ライン上に設置された放射型温度計を用いて実測する（ただし、プロセスコンピュータ上においても計算を実施する）。
（４）粗圧延開始時、粗圧延終了時および仕上圧延開始時にそれぞれ実測した鋼板表面温度を、プロセスコンピュータ上の計算温度と照合する。
（５）粗圧延開始時、粗圧延終了時および仕上圧延開始時の計算温度と上記実測温度の差が±３０℃以上の場合は、実測表面温度と計算表面温度が一致する様に再計算し、プロセスコンピュータ上の計算温度とする。
（６）上記計算温度の補正を行って、ｔ／４部位の仕上圧延終了温度を求める。
【００４４】
上記の様にして得られた鋼板を用いて、金属組織の観察、機械的性質（引張特性、衝撃特性）および耐食性の評価を行った。
【００４５】
〈金属組織の観察〉
島状マルテンサイトの分率は下記の様にして測定した。即ち、圧延方向に平行で且つ鋼板表面に対して垂直な、鋼板表裏面を含む板厚断面を観察できるよう上記鋼板からサンプルを採取し、観察面を鏡面研磨した後、レペラー腐食液で腐食した。そして、ｔ（板厚）／４部位を、光学顕微鏡にて１０００倍の倍率で撮影し（１視野サイズ：６０μｍ×８０μｍ）、主体の組織がベイナイト（Ｂ）、またはフェライト（Ｆ）＋パーライト（Ｐ）であるかを判断した上で、主体の組織がベイナイトの場合には、上記撮影した写真を画像解析装置に取り込み、白黒に画像処理してから白い部分（ＭＡ）の面積率を求めた。
上記測定を任意の３視野について行い、その平均値をＭＡ分率とした。
【００４６】
〈機械的性質の評価〉
［引張特性の評価］
各鋼板のｔ／４部位から、圧延方向に対して直角の方向にＪＩＳ Ｚ ２２０１の４号試験片を採取して、ＪＩＳＺ ２２４１の要領で引張試験を行ない、引張強度（ＴＳ）を測定した。そして、ＹＰが３９０ＭＰａ以上でかつＴＳが５１０ＭＰａ以上のもの（ＹＰ：３９０ＭＰａ級鋼材の船級規格値）を、高張力であり、船舶用鋼材としての引張特性を具備していると評価した。
【００４７】
［母材靭性の評価］
各鋼板のｔ／４部位からＪＩＳ Ｚ ２２０２のＶノッチ試験片を採取して、ＪＩＳＺ ２２４２の要領でシャルピー衝撃試験を行い、破面遷移温度（ｖＴｒｓ）を測定した。そして、ｖＴｒｓが−４０℃以下のものを、母材靭性に優れる［船級Ｅグレード鋼材規格値（−２０℃で５５Ｊ以上）を安定して確保できる］と評価した。
【００４８】
これらの結果を表２に併記する。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
【表２】
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【００５１】
〈耐食性の評価〉
［試料の調製］
上記鋼板を切断し、表面研削を行って、最終的に１００×１００×２５（ｍｍ）の大きさの試験片を作製した（試験片Ａ）。試験片Ａの外観形状を図３に示す。
【００５２】
また、図４に示すように２０×２０×５（ｍｍ）の小試験片４個を、１００×１００×２５（ｍｍ）の大試験片（前記試験片Ａと同じもの）に接触させて、すきま部を形成した試験片Ｂを作製した。すきま形成用の小試験片と大試験片とは同じ化学成分組成の鋼材として、表面仕上げも前記試験片Ａと同じ表面研削とした。そして小試験片の中心に５ｍｍφの孔を、基材側（大試験片側）にねじ孔を開けて、Ｍ４プラスチック製ねじで固定した。
【００５３】
更に、平均厚さ２５０μｍのタールエポキシ樹脂塗装（下塗り：ジンクリッチプライマー）を全面に施した試験片Ｃ（図５）を用意した。図５に示す様に、防食のための塗膜に傷が付き素地の鋼材が露出した場合の腐食進展度合いを調べるため、樹脂塗装鋼板の片面に素地まで達するカット傷（長さ：１００ｍｍ、幅：約０．５ｍｍ）をカッターナイフで形成した。
【００５４】
下記腐食試験Ａ、腐食試験Ｂのそれぞれについて、前記表２に示した実験Ｎｏ．ごとに試験片Ａ、試験片Ｂまたは試験片Ｃを夫々５個ずつ用い、下記の方法で腐食試験を行った。
【００５５】
［腐食試験方法］
電気防食が作用しないバラストタンク内の上部などの湿潤の大気雰囲気を模擬して、海塩粒子を付着させて湿潤状態に保持する腐食試験を行った（腐食試験Ａ）。具体的には、兵庫県加古川市にて採取した実海水７．５ｍＬをほぼ均一に試験面に滴下して、乾燥させた試験片を温度：５０℃、湿度：９５％ＲＨの恒温恒湿試験槽内に水平に設置して腐食させた。試験時間は６ヶ月間であり、１ヶ月毎に実海水５．０ｍＬを追加で試験面に滴下した。この試験では、前記試験片Ａを用いて耐全面腐食性、腐食均一性を評価し、前記試験片Ｂを用いて耐すきま腐食性を評価した。
【００５６】
また原油タンク内の上甲板の腐食環境を模擬して、温度を５０℃に保持した試験槽内に試験片を水平に設置し、組成：5vol%O2-10vol%CO2-0.01vol%SO2-0.3vol%H2Sの腐食性ガスを１Ｌ／ｍｉｎ通気させて試験片を腐食させた（腐食試験Ｂ）。このとき、試験槽内は常時水蒸気飽和状態となるように湿度は９８％ＲＨ以上に制御して、湿潤状態を保持した。試験時間は６ヶ月間とした。また１ヶ月毎に実海水５．０ｍＬを追加で試験面に滴下した。この試験では、前記試験片Ａを用いて耐全面腐食性、腐食均一性を評価し、前記試験片Ｃを用いて塗装腐食性を評価した。
（ａ）試験片Ａについては、試験前後の重量変化を平均板厚減少量D-ave（ｍｍ）に換算し、試験片５個の平均値を算出して、各供試材の全面腐食性を評価した。また、触針式三次元形状測定装置を用いて試験片Ａの最大侵食深さD-max（ｍｍ）を求め、平均板厚減少量［D-ave（ｍｍ）］で規格化して（即ち、D-max／D-aveを算出して）、腐食均一性を評価した。尚、試験後の重量測定および板厚測定は、クエン酸水素二アンモニウム水溶液中での陰極電解法［ＪＩＳ  Ｋ８２８４］により鉄錆等の腐食生成物を除去してから行った。
（ｂ）試験片Ｂについては、すきま部（接触面）の目視観察を行ってすきま腐食発生の有無を調べ、すきま腐食が認められる場合には、上記陰極電解法により腐食生成物を除去し、触針式三次元形状測定装置を用いて最大すきま腐食深さD-crev（ｍｍ）を測定し、耐すきま腐食性を評価した。
（ｃ）塗装処理を施した試験片Ｃ（カット傷付き）については、カット傷に垂直方向の塗膜膨れ幅をノギスで測定し、試験片５個の最大値を最大膨れ幅と定義し、この最大膨れ幅で塗装腐食性を評価した。
【００５７】
上記耐全面腐食性（D-ave）、腐食均一性（D-max／D-ave）、耐すきま腐食性（D-crev）、塗装耐食性（最大膨れ幅）の評価基準は下記表３に示す通りである。腐食試験結果を下記表４に示す。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
【表４】
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【００６０】
表１〜４から次のように考察できる（尚、下記Ｎｏ．は、表２，４の実験Ｎｏ．を示す）。
【００６１】
まず、Ａｌ，ＣｕおよびＣｒの含有量が本発明で規定する範囲を満たさない場合（Ｎｏ．２〜６）、従来鋼（Ｎｏ．１）に比べて耐全面腐食性はやや改善しているが、腐食均一性、耐すきま腐食性、塗装耐食性については改善効果がみられない。
【００６２】
更に、Ｎｏ．１２、１３は、推奨される冷却速度での冷却を、Ｍｓを下回る温度域まで行なったため、ＭＡ分率が大きくなり優れた母材靭性を確保できていない。また、Ｎｏ．１４は、推奨される冷却速度を下回る速度での冷却を、Ｂｆよりも高い温度で終了したため、フェライトが生成し、所望の強度が得られていない。Ｎｏ．１６は、推奨される冷却速度を下回る速度で冷却したためフェライトが生成し、強度が不足している。
【００６３】
これに対し、本発明で規定する要件を満たす鋼材は、優れた母材靭性を具備すると共に耐食性に優れている。即ち、Ａｌ、ＣｕおよびＣｒを適量含有させたものは、これらの元素の相乗効果により、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性および塗装耐食性の全てが向上していることが分かる。こうした耐食性向上には、Ａｌ酸化物とＣｒ酸化物とが共存する安定な酸化物防食皮膜と、Ｃｕ含有により形成される緻密な錆皮膜の保護作用が相乗的に寄与しているものと考えられる。
【００６４】
このうちＡｌ、ＣｕおよびＣｒの併用に加えて、更にＮｉ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｍｇ等の耐食性向上元素を含有させることにより（Ｎｏ．１０、１１、１９〜２３等）、鋼材の耐全面腐食性が大幅に向上していることが分かる。特に、ＣａやＭｇを含有させることによって、腐食均一性や耐すきま腐食性の向上が認められており（Ｎｏ．２０、２３等）、これらの元素による局部ｐＨ低下の抑制作用によって、局所的な腐食が抑制されたものと推察される。
【００６５】
またＮｉ，Ｃｏ或いはＴｉを含有することによって、塗装耐食性の向上効果が認められ（Ｎｏ．１９、２２等）、これらの元素の錆緻密化作用の相乗効果により塗膜傷部における腐食進行が阻止されたものと推察される。
【００６６】
更に、Ｓｅを含有させることによって、耐食性は大幅に向上することが明らかであり（Ｎｏ．２９，３０等）、Ｓｅによる局所的なｐＨ変化の抑制効果がすきま腐食等の局部腐食に対する耐食性の向上に寄与しているものと考えられる。また（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）の値を適切に調整することによって、各種耐食性が大幅に優れる結果となっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】島状マルテンサイトの分率（ＭＡ分率）とｖＴｒｓ（破面遷移温度）の関係を示すグラフである。
【図２】耐食性試験に用いた試験片Ａの外観形状を示す説明図である。
【図３】耐食性試験に用いた試験片Ｂの外観形状を示す説明図である。
【図４】耐食性試験に用いた試験片Ｃの外観形状を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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