(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.001 〜0.025 ％、
Si：0.60％以下、
Mn：0.10〜3.0 ％、
Ｐ：0.030 ％以下、
Ｓ：0.01％以下、
Al：0.10％以下、
Ni：0.1 〜4.0 ％および
Cu：0.1 ％以下
を含み、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを特徴とする塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材。
【請求項２】
請求項１において、鋼材が、さらに質量％で、
Mo：0.05〜0.5 ％、
Co：0.05〜0.5 ％、
Ｗ：0.05〜0.5 ％および
Sb：0.05〜0.5 ％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になる塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材。
【請求項３】
請求項１または２において、鋼材が、さらに質量％で、
Nb：0.005 〜0.20％、
Ｖ：0.005 〜0.20％、
Ti：0.005 〜0.20％、
REM：0.02％以下、
Ca：0.005 ％以下および
Ｂ：0.0003〜0.0050％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になる塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材に関し、特に高温多湿等の厳しい環境下で使用されるバラストタンク等の船舶用鋼材について、腐食防止の観点から、その塗膜寿命の有利な延長を可能ならしめようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
バラストタンクは、高温多湿という特に過酷な環境下で使用されることから、その防食に関しては、従来から種々の対策が講じられている。
通常、バラストタンクの防食は、タールエポキシ樹脂塗料と電気防食とを併用しているが、バラストタンク内には海水が出入りすることから、厳しい腐食環境下にある。すなわち、バラストタンク内に海水が充満している場合は、海水に漬かっている部分は電気防食の効果によってほとんど腐食を受けないが、海水に漬かっていないバラストタンクの最上部やアッパーデッキの裏側は、高温に加え、飛沫帯という厳しい腐食環境下にある。一方、バラストタンク内に海水がない場合は、高温多湿環境となり、この場合は電気防食の効果が期待できず、タールエポキシ樹脂塗料のみの防食となる。
また、バラストタンク内に海水を充満させる際、海水中に含まれている小石や砂塵等もバラストタンク内に侵入し、塗膜にスクラッチ（傷）が生じてしまうため、スクラッチ部から腐食が進行する。
【０００３】
このようなバラストタンクの塗膜寿命は、約10年といわれており、船の寿命（20年）の半分である。従って、残りの10年は、補修塗装で安全性を維持しなければならない。
バラストタンクでは、このような厳しい腐食環境と悪条件下での塗装作業が必要という、重大な問題があるため、鋼材面からの改善すなわち塗膜寿命の延長が可能な船舶用鋼材の開発が望まれている。
【０００４】
ところで、海洋環境下での使用を目的とした耐海水鋼は、耐食性向上のためにCrやNi，Mo，Cu等が添加され、飛沫帯用、海水用あるいはこれら両用といった使用環境に合わせた種々の溶接構造用耐海水鋼が開発されている。そして、これらは、水門や鋼矢板、ブイ、桟橋などに使用されている。
かような耐海水鋼としては、特開昭51−25420 号公報に開示の鋼材が知られているが、この鋼材の用途は上記したような海洋構造物や港湾施設であり、その使用環境は大気温度程度の海水である。また、特開昭63−255341号公報には、大気環境での塩害性を向上させた溶接構造用耐食性鋼板が提案されている。
【０００５】
上述したとおり、従来の耐海水鋼材問題としている環境は、この発明で問題とする環境、すなわち海水が出入りし、高温多湿となるバラストタンク内環境とは、腐食環境が大きく異なる。
すなわち、バラストタンクの腐食環境は、上述したように海水の出入りがある高温多湿環境であり、特にタンカーを想定した場合の腐食環境は次のとおりである。
中近東から日本に原油を輸送する場合、日本から中近東までの往路は、貨油タンクは空であるので、船のバランスを保ち、航行の安全を図るためにバラストタンク内は海水をほぼ満水にする。この時の腐食環境は、バラストタンクの中部〜下部は海水中であり、バラストタンク上部では飛沫帯に近い状況である。一方、貨油タンクに原油を満載し、中近東から日本に向かう復路は、バラストタンク内は海水は抜いて空とする。この時のバラストタンク内は、船底に残留した海水と甲板からの熱で高温多湿環境となる。なお、バラストタンクがこれらの腐食環境に曝される１サイクルは約80日間である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
現在、船舶に使用されている鋼材は、強度や靱性、溶接性を考慮した成分設計およびプロセス設計により製造されているが、耐食性や防食性に関しての対策はほとんど講じられていないのが現状である。
この発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、合金元素の添加によって、厳しい腐食環境、特に高温多湿環境下においても塗膜寿命を効果的に延長することができる、塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材を提案することを目的とする。
【０００７】
なお、塗膜寿命とは、補修塗装あるいは全面再塗装を施すまでの寿命を意味する。補修塗装あるいは全面再塗装の実施時期について、その判断指標は明確ではないが、一般に腐食により塗膜が損傷し、さび面積がある程度まで広がった場合に、再塗装が必要と判断する。
従って、さびによる塗膜損傷が軽減されれば、塗膜寿命は延長される、すなわち塗膜寿命性は向上することになる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、種々の合金元素を種々の割合で含有させた暴露試験片を多数作製し、これらの試験片を実際のバラストタンク内で２年間の暴露試験に供した。
その結果、主にCuレスでかつNiを添加した試験片で、塗膜スクラッチからのさびによる塗膜ふくれが、著しく軽減されることの知見を得た。例えば、Niを１mass％添加し、かつCuを0.02mass％まで低減した鋼材は、従来の鋼材に比べ、その膨れ面積は１／10にまで低減した。また、MoやCo，Sb，Ｗを添加した試験片についても、さびによる塗膜膨れが抑制されることが判明した。すなわち、これら合金元素は、スクラッチ部からの腐食の進行を抑制し、塗膜損傷を軽減する効果があることが見出された。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００９】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ：0.001 〜0.025 ％、
Si：0.60％以下、
Mn：0.10〜3.0 ％、
Ｐ：0.030 ％以下、
Ｓ：0.01％以下、
Al：0.10％以下、
Ni：0.1 〜4.0 ％および
Cu：0.1 ％以下
を含み、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを特徴とする塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材。
【００１０】
２．上記１において、鋼材が、さらに質量％で、
Mo：0.05〜0.5 ％、
Co：0.05〜0.5 ％、
Ｗ：0.05〜0.5 ％および
Sb：0.05〜0.5 ％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になる塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材。
【００１１】
３．上記１または２において、鋼材が、さらに質量％で、
Nb：0.005 〜0.20％、
Ｖ：0.005 〜0.20％、
Ti：0.005 〜0.20％、
REM：0.02％以下、
Ca：0.005 ％以下および
Ｂ：0.0003〜0.0050％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になる塗膜寿命性に優れた船舶用鋼材。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体的に説明する。
まず、この発明において、鋼材の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、以下に示す成分組成の％表示は「質量％」である。
Ｃ：0.001 〜0.025 ％
Ｃは、強度の向上に有効な元素であるが、含有量が 0.001％に満たないとその添加効果に乏しく、一方 0.025％を超えると母材靱性および溶接部靱性の劣化を招くので、Ｃは 0.001〜0.025 ％の範囲に限定した。
【００１３】
Si：0.60％以下
Siは、脱酸剤として有用なだけでなく、鋼の強度を向上させる点でも有用な元素であるが、あまりに多量に含有させると母材靱性および溶接部靱性が劣化するので、Siは0.60％以下に限定した。好ましくは0.15〜0.50％の範囲である。
【００１４】
Mn：0.10〜3.0 ％
Mnは、鋼の強度のみならず、母材靱性および溶接部靱性に大きな影響を与える元素であり、この発明では所望の強度を確保するために0.10％以上含有させるものとした。しかしながら、3.0 ％を超えて含有させると母材靱性および溶接部靱性に悪影響を及ぼすため、Mnは0.10〜3.0 ％の範囲に限定した。好ましくは0.10〜2.0 ％の範囲である。
【００１５】
Ｐ：0.030 ％以下
Ｐは、母材靱性および溶接部靱性を劣化させるので、0.03％以下に限定した。
【００１６】
Ｓ：0.01％以下
Ｓも、Ｐと同様、母材靱性および溶接部靱性を劣化させるので、0.01％以下に限定した。
【００１７】
Al：0.10％以下
Alは、脱酸剤として添加するが、含有量が0.10％を超えると溶接部靱性に悪影響を及ぼすため、0.10％以下で含有させるものとした。
【００１８】
Ni：0.1 〜4.0 ％
Niは、塗膜膨れを顕著に抑制する元素として、この発明において最も重要な元素である。その効果は、さび粒子を緻密化し、地鉄への水、酸素、Cl等の腐食因子の透過を阻止することによって発揮される。このように、ある程度のさびが形成されたのち、このさび層が腐食因子の透過を阻止することによって、その後の地鉄の腐食が抑制される。腐食が抑制されれば、さび発生も少なく、さびによる塗膜膨れも抑制されるのである。この効果は、Ni含有量が 0.1％未満では小さく、一方 4.0％を超えると効果は飽和し、むしろ経済的に不利となるので、Ni量は 0.1〜4.0 ％の範囲に限定した。
【００１９】
Cu：0.1 ％以下
Cuは、一般的に耐食性向上元素であり、橋梁など大気環境で使用される耐候性鋼に添加されている。しかしながら、この発明で対象とするバラストタンクの内部環境は高温多湿であって、ほとんど濡れている状態にあるが、かような環境ではCuは有効に働くどころか、逆に不利に働く。
これは、Cuが、さびの緻密化促進と鋼の溶解活性化という２つの作用を有しているためである。すなわち、大気環境では濡れている時間が比較的短く、そのため鋼の溶解時間が短い。従って、この場合には、Cuのさびの緻密化促進作用により形成された保護性さび層が、Cuの溶解活性化による鋼の腐食反応を抑制する。一方、常に濡れている状態では、Cuの溶解活性化による鋼の腐食反応が、Cuのさびの緻密化促進作用によるさび層の保護作用より大きくなるため、鋼の腐食が進行する。鋼の腐食が進行すれば、塗膜膨れも進行する。
ここに、Cu量が 0.1％を超えると鋼の腐食ひいては塗膜膨れが進行するようになるので、Cu量は 0.1％以下に制限した。
【００２０】
以上、必須成分について説明したが、この発明では上記した必須成分の他に、以下の成分を適宜含有させることができる。
Mo，Co，Ｗ，Sb：0.05〜0.5 ％
Mo，Co，ＷおよびSbはいずれも、塗膜膨れを抑制する効果があるが、含有量が0.05％未満ではその効果が小さく、一方 0.5％を超えると効果が飽和し、むしろ経済的に不利となるので、これらの元素は単独添加または複合添加いずれの場合においても、それぞれ0.05〜0.5 ％の範囲で含有させるものとした。
【００２１】
Nb，Ti，Ｖ：0.005 〜0.20％
Nb，TiおよびＶはいずれも、鋼材の強度を増加させる元素であるが、含有量が0.005 ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.20％を超えると効果が飽和するため、これらの元素は単独添加または複合添加いずれの場合においても、それぞれ 0.005〜0.20％の範囲で含有させるものとした。
【００２２】
REM ：0.02％以下
REM は、溶接部靱性の向上に有効に寄与するが、含有量が0.02％を超えると鋼材の清浄度が劣化するので、0.02％以下で含有させるものとした。
【００２３】
Ca：0.005 ％以下
Caも、REM と同様、溶接部靱性の向上に有効に寄与するが、含有量が 0.005％を超えるとやはり鋼材の清浄度が劣化するので、0.005 ％以下で含有させるものとした。
【００２４】
Ｂ：0.0003〜0.0050％
Ｂは、強度の向上に有利な元素であるが、含有量が0.0003％に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.0050％を超えると母材靱性および溶接部靱性を劣化させるので、Ｂは0.0003〜0.0050％の範囲で含有させるものとした。
【００２５】
次に、この発明鋼材の製造方法について説明する。
この発明鋼材の製造方法については特に限定されることはなく、従来公知の方法で製造すれば良い。
すなわち、転炉、電気炉等通常の方法で溶製したのち、連続鋳造法あるいは造塊法により素材とする。また、溶製に際しては、真空脱がス精錬等を実施しても良い。
ついで、これら素材を、加熱炉等で加熱したのち、あるいは加熱なしで直接、熱間圧延により所望の形状に圧延する。
【００２６】
【実施例】
表１に示す成分組成になる鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法でスラブとした。ついで、これらスラブを加熱したのち、熱間圧延により板厚：25mm、板幅：2500mmの鋼板とした。
これらの鋼板の引張特性および衝撃特性を調査した。
また、溶接部靱性として、入熱：50 kJ/cm、溶接熱影響部：１mm相当の再現熱サイクルを付与し、シャルピー衝撃試験により０℃における吸収エネルギーvE0を測定した。
【００２７】
さらに、これら鋼板から５mm×100mm ×200 mmの暴露試験片を採取し、これらの試験片に、ショットブラスト後、ジンクリッチプライマー (約15μm)、ついでタールエポキシ樹脂塗料 (約200 μm)を塗布した。その後、カッターナイフで、試験片の地鉄表面まで達する80mm長さのスクラッチを付加した。そして、これらの試験片を、実船のバラストタンク内に装着し、暴露試験に供した。暴露期間は２年間である。このバラストタンク内の環境は、バラストタンク内に海水が入っている期間：約40日、バラストタンク内に海水が入っていない期間：約40日を１サイクルとした乾湿繰り返し環境であった。暴露試験後、スクラッチ周囲のさびに起因した塗膜膨れ面積を測定した。
上記の調査結果を表２に示す。
【００２８】
【表１】
0004483107.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004483107.tif 000003
【００３０】
表２に示したとおり、発明例（鋼No.1〜10）の塗膜膨れ面積は68〜527 mm2 であり、比較例に比べて格段に小さく、優れた耐塗膜損傷性を有していることが分かる。。
一方、比較例のうち、No.11, 14 はCu量が、No.12 はNi量が、No.15 はＣ量とCu量とNi量が、それぞれこの発明の適正範囲を逸脱しているため、塗膜膨れ面積は極めて大きかった。また、No.13 は、Ｐ量がこの発明の上限を超えているため、塗膜膨れ面積は発明例と同程度であるが、母材靱性および溶接部靱性が劣化している。
なお、No.1〜４の結果から、Ni量を増加させることが塗膜膨れ面積の減少には極めて有効であることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明の船舶用鋼材は、優れた耐塗膜損傷性を有し、苛酷な腐食環境であるバラストタンクへ適用した場合に、補修塗装や再塗装といった保守費用を大幅に削減することができ、産業上その貢献度は極めて大である。