(57)【要約】【課題】海水や飛来海塩粒子などの腐食作用の影響を受けて腐食することを抑制することができる耐食性に優れる塗装用鋼材を提供する。【解決手段】素地鋼材が、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０％超０．０４％以下、Ｓ：０％超０．０４％以下、Ａｌ：０．００５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎ：０．００１〜０．０１５％を含有すると共に、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％のいずれか１種または２種を含有し、表面層が、Ｚｎ：２０〜２００ｇ／ｍ２、Ｃｕ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２を含有すると共に、Ｃｒ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２、Ｎｉ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２のいずれか１種または２種を含有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
素地鋼材と、前記素地鋼材の表面上に形成される表面層を含む塗装用鋼材であって、
前記素地鋼材が、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０％超０．０４％以下、Ｓ：０％超０．０４％以下、Ａｌ：０．００５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎ：０．００１〜０．０１５％を含有すると共に、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％のいずれか１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材であり、
また、前記表面層が、Ｚｎ：２０〜２００ｇ／ｍ２、Ｃｕ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２を含有すると共に、Ｃｒ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２、Ｎｉ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２のいずれか１種または２種を含有することを特徴とする耐食性に優れる塗装用鋼材。
【請求項２】
前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｎｉ：０．０１〜６．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ｗ：０．０１〜２．０％のいずれか１種または２種以上を含有する請求項１に記載の耐食性に優れる塗装用鋼材。
【請求項３】
前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％のいずれか１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の耐食性に優れる塗装用鋼材。
【請求項４】
前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｓｎ：０．００１〜０．２％、Ｓｂ：０．００１〜０．２％、Ｓｅ：０．００１〜０．２％のいずれか１種または２種以上を含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の耐食性に優れる塗装用鋼材。
【請求項５】
前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｂ：０％超０．０１％以下、Ｖ：０％超０．１％以下、Ｚｒ：０％超０．１％以下、Ｚｎ：０％超０．１％以下のいずれか１種または２種以上を含有する請求項１乃至４のいずれかに記載の耐食性に優れる塗装用鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、海洋構造物、橋梁などの鋼構造物に用いられる塗装用鋼材に関するものであり、特に詳しくは、海水或いは飛来海塩粒子が主因となる腐食環境下で使用される耐食性に優れる塗装用鋼材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材は各種構造物の構造用部材として多用されているが、船舶、海洋構造物、橋梁などの海水の影響を受ける構造物の構造用部材として使用した場合、鋼材が海水などの腐食作用を受けることになり、板厚減少や穴あきなどによって構造物が強度低下することがあるという問題があった。
【０００３】
このような鋼材の海水による腐食は、鋼材を海水に完全に浸漬される部位だけに用いる場合、電気防食によって防止することが可能であるが、海面の近傍や海面付近などの海水に常時浸漬されない部位では電気防食が作用せず、海水の飛沫による激しい腐食環境に曝されることになり、電気防食では防止が困難である。
【０００４】
また、鋼材を船舶のバラストタンクの構造用部材として用いた場合、バラストタンクには積載荷重に応じて海水を注入、排出する必要があるため、その内表面は常時海水に浸された状態とはならず、電気防食作用を十分に得ることができない。
【０００５】
更には、海岸に近い鉄橋梁などの構造物も飛来海塩粒子による大気腐食環境に曝されるため、このような構造物の構造用部材として鋼材を用いた場合も、電気防食の適用は必ずしも有効でない場合が多い。
【０００６】
このように、海水の影響を受ける船舶、海洋構造物、橋梁などの構造物では、電気防食の適用は必ずしも有効とはいえないため、従来から鋼材の表面に防食塗装により防食塗膜を形成して用いることが多かった。防食塗装に用いられる塗料としては、エポキシ樹脂系、塩化ゴム系、アクリル樹膜、ウレタン樹脂、およびフッ素樹脂系などの様々な防食塗料を挙げることができ、環境に応じて最適な塗装系が使用されており、これらを複層化して使用される場合もあった。
【０００７】
しかしながら、防食塗膜は、紫外線による経時劣化や、何らかの外的な機械的作用により損傷することがある。このような防食塗膜の疵部では鋼材腐食が進展するため、定期的なメンテナンスが必要である。しかし、船舶、海洋構造物、橋梁などの構造物においては、防食塗装の状態の検査やメンテナンスのため、足場を組む必要がある高所、海中、或いは構造的に入り組んだ箇所などがあり、防食塗装の状態の検査やメンテナンスが容易でない箇所も多い。このように、安全性の確保とメンテナンス負荷低減の観点から、防食塗膜の疵部を起点とした腐食の抑制が非常に重要な技術的課題となっている。
【０００８】
このような課題への対応策として、鋼材の化学成分の調整や製造方法の改良により、鋼材自体の耐食性を向上させ、防食塗膜の疵部の腐食抑制に寄与する技術が、特許文献１，２等により数多く提案されている。これらの技術を採用することにより塗装用鋼材の耐食性は確かに向上してはいるものの、更なる耐食性の向上が要求されていることが現状である。
【０００９】
特に、船舶のバラストタンクでは、塗膜が剥離した箇所では１年間の腐食摩耗量が１ｍｍにも及ぶこともあり、非常に腐食の厳しい環境となっており、防食塗膜の疵部の腐食抑制が強く望まれている。また、近年、船舶の耐用年数延長の要望が高まっており、船舶で塗装劣化が最も激しいバラストタンクにおける塗装寿命は現行の１５年を超える長寿命化のニーズが高揚している。
【００１０】
また特に、近年、地球環境の保全という観点から、温室効果ガスである二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーが注目されており、海洋上での風力発電、波浪発電、潮流・海流発電、温度差発電、太陽光発電などの発電技術開発が進められている。
【００１１】
これらの使用環境条件は、従来構造物の海浜・海水環境よりも更に厳しい腐食性を有する可能性も想定され、より厳しい環境条件に適用できる耐食・防食技術が必要となっている。また、これらの実現に際しては、鋼材の塗装状態の検査や再塗装等のメンテナンス作業が困難であるため、ライフサイクルコストの観点から、更なる防食寿命延長のニーズが高揚しており、従来以上の塗装用鋼材の耐食性向上技術が開発されることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２２９５２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−９２４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記従来の実情を鑑みてなされたもので、海水や飛来海塩粒子などの腐食作用の影響を受けて腐食することを抑制することができる耐食性に優れる塗装用鋼材を提供することを課題とする。
【００１４】
特に、板厚が３ｍｍ以上のスチールプレート、厚鋼板、形鋼において、海水腐食環境下、或いは飛来海塩粒子が主因となる腐食環境下における構造物の構造用部材として用いても、耐食性の問題が発生しない、耐食性に優れる塗装用鋼材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の耐食性に優れる塗装用鋼材は、素地鋼材と、前記素地鋼材の表面上に形成される表面層を含む塗装用鋼材であって、前記素地鋼材が、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０％超０．０４％以下、Ｓ：０％超０．０４％以下、Ａｌ：０．００５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎ：０．００１〜０．０１５％を含有すると共に、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％のいずれか１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材であり、また、前記表面層が、Ｚｎ：２０〜２００ｇ／ｍ２、Ｃｕ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２を含有すると共に、Ｃｒ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２、Ｎｉ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２のいずれか１種または２種を含有することを特徴とする。
【００１６】
また、前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｎｉ：０．０１〜６．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ｗ：０．０１〜２．０％のいずれか１種または２種以上を含有することが好ましい。
【００１７】
また、前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％のいずれか１種または２種以上を含有することが好ましい。
【００１８】
また、前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｓｎ：０．００１〜０．２％、Ｓｂ：０．００１〜０．２％、Ｓｅ：０．００１〜０．２％のいずれか１種または２種以上を含有することが好ましい。
【００１９】
また、前記素地鋼材が、更に、質量％で、Ｂ：０％超０．０１％以下、Ｖ：０％超０．１％以下、Ｚｒ：０％超０．１％以下、Ｚｎ：０％超０．１％以下のいずれか１種または２種以上を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の耐食性に優れる塗装用鋼材によると、海水や飛来海塩粒子などの腐食作用の影響を受けて腐食する可能性が高い船舶、海洋構造物、橋梁などの腐食が厳しい環境の鋼構造物に用いても、良好な耐食性を発揮することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
表面に塗装を施した鋼材においては、その表面に形成される塗膜が健全であれば鋼材の腐食抑制効果が大きく、更に、適切な塗装系を選定することにより高い防食効果が得られることが知られている。しかしながら、塗膜に何らかの欠陥が発生した場合や塗膜に素地鋼材が露出する疵が発生した場合には、その塗膜疵部を起点として素地鋼材の腐食が発生することとなり、更には進展してしまう。
【００２２】
本発明者は、このような塗膜疵部を起点とした素地鋼材の腐食の発生、更には進展を抑制する方法について研究を行った。その結果、塗膜疵部においては、素地鋼材の露出部で腐食反応が発生することに加えて、前記疵部から塗膜と素地鋼材との界面に水や塩化物イオンなどの腐食因子が侵入することで塗膜の内部で塗膜下腐食が発生することを確認し、これらが塗膜疵部における素地鋼材の腐食進展および拡大に大きく関与していることを知見した。
【００２３】
また、表面に塗装を施した鋼材においては、塗膜と素地鋼材との界面にＺｎを含有する層を形成させることにより、Ｚｎの犠牲防食効果によって塗膜疵部の腐食進展および塗膜劣化が抑制され、塗装耐食性が向上することは公知である。このような見地から、塗装用鋼材では無機ジンクプライマの塗布などによりＺｎを含有する表面層を素地鋼材に形成させて耐食性向上を図ることがある。
【００２４】
本発明者は、素地鋼材と塗膜との界面に形成する層の効果として、犠牲防食効果による腐食進展抑制および塗膜劣化抑制があるが、腐食生成物の保護性を更に制御することを検討した。その結果、ＣｕおよびＣｒに加えて、ＴｉかＮｂのいずれか１種または２種を適量添加した素地鋼材において、その表面にＺｎに加えて更に適量のＣｕを含有させ、更にＣｒとＮｉのいずれか１種または２種を含有する表面層を形成することで、塗膜疵部におけるＺｎの犠牲防食効果に加えて、腐食生成物の保護性向上効果が相乗的に得られるため、塗膜疵部からの腐食進展を顕著に抑制することができ、塗装用鋼材の耐食性を大きく向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２５】
尚、素地鋼材にＣｕやＣｒなどを添加することにより腐食生成物である鉄錆の保護性が向上して耐食性が向上することは既知であるが、本発明では、上述の素地鋼材の化学成分の適正化に加えて、更に塗膜と素地鋼材との界面に設ける層、すなわち、素地鋼材の表面に形成される表面層の適正化を行うことにより、塗膜疵部の腐食生成物の保護性が顕著に向上して、耐食効果を得ることができる。
【００２６】
以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。尚、本発明の塗装用鋼材を構成する素地鋼材、表面層のほか、更にはその表面の塗装についても順を追って説明する。
【００２７】
＜素地鋼材の成分組成＞
素地鋼材は、優れた耐食性に加えて、構造用部材として必要な機械的特性、そして溶接性を満足する必要がある。これらの観点から、前記したＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂに加えて、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓの含有量も適切に調整することが必要である。以下、これら各種添加元素の成分範囲の限定理由について説明する。尚、単位は全て％と記載するが、質量％のことを示す。
【００２８】
・Ｃ：０．０４〜０．３０％
Ｃは、素地鋼材の強度確保のために必要な基本的添加元素である。素地鋼材として通常要求される強度特性を得るためには、少なくとも０．０４％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃを過剰に含有させると、酸溶液中でのカソードサイトとして作用するセメンタイトの生成量が多くなって、腐食反応を促進して耐食性が劣化する。また、靭性も併せて劣化する。このようなＣの過剰添加による悪影響を発生させないためには、Ｃの含有量は多くても０．３０％に抑える必要がある。よって、Ｃの含有量の範囲は０．０４〜０．３０％とした。尚、Ｃの含有量の好ましい下限は０．０４５％であり、より好ましくは０．０５％以上とするのが良い。また、Ｃの含有量の好ましい上限は０．２９％であり、より好ましくは０．２８％以下とするのが良い。
【００２９】
・Ｓｉ：０．０５〜１．０％
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために必要な元素でもあり、少なくとも０．０５％以上含有させないとこれらの作用は得られない。しかし、１．０％を超えて過剰に含有させると溶接性が劣化する。よって、Ｓｉの含有量の範囲は０．０５〜１．０％とした。尚、Ｓｉの含有量の好ましい下限は０．０８％であり、より好ましくは０．１０％以上とするのが良い。また、Ｓｉの含有量の好ましい上限は０．９５％であり、より好ましくは０．９０％以下とするのが良い。
【００３０】
・Ｍｎ：０．１〜２．５％
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、その含有量が０．１％に満たないと構造用部材として用いる鋼材しての最低強度を確保できない。しかし、２．５％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。よって、Ｍｎの含有量の範囲は０．１〜２．５％とした。尚、Ｍｎの含有量の好ましい下限は０．１５％であり、より好ましくは０．２％以上とするのが良い。また、Ｍｎの含有量の好ましい上限は２．４％であり、より好ましくは２．３％以下とするのが良い。
【００３１】
・Ｐ：０％超０．０４％以下
Ｐは、過剰に含有させると靭性や溶接性を劣化させる元素であり、Ｐの許容される含有量の上限は０．０４％である。Ｐの含有量はできる限り少ない方が好ましく、Ｐの含有量のより好ましい上限は０．０３８％であり、更に好ましくは０．０３５％以下とするのが良い。しかし、工業的に素地鋼材中のＰを０％にすることは困難である。
【００３２】
・Ｓ：０％超０．０４％以下
Ｓも含有量が多くなると靭性や溶接性を劣化させる元素であり、許容される含有量の上限は０．０４％である。Ｓの含有量のより好ましい上限は０．０３８％であり、更に好ましくは０．０３５％以下とするのが良い。しかし、工業的に素地鋼材中のＳを０％にすることは困難である。
【００３３】
・Ａｌ：０．００５〜０．２０％
Ａｌも前記したＳｉ、Ｍｎと同様に脱酸および強度確保のために必要な元素である。こうした作用を有効に発揮させるためには、０．００５％以上含有させることが必要である。しかし、０．２０％を超えて含有させると溶接性を害するため、Ａｌの含有量の範囲は０．００５〜０．２０％とした。尚、Ａｌの含有量の好ましい下限は０．００８％であり、より好ましくは０．０１０％以上とするのが良い。また、Ａｌの含有量の好ましい上限は０．１９％であり、より好ましくは０．１８％以下とするのが良い。
【００３４】
・Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、フェライトに固溶して、塗膜疵部における素地鋼材露出部のアノードの活性度を低下させることに加えて、素地鋼材表面に緻密な錆皮膜を形成する作用も有しており、塗膜疵部の耐食性向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためには、少なくとも０．０５％以上含有させることが必要である。しかし、過剰に含有させると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、Ｃｕの含有量は１．０％以下とする必要がある。よって、Ｃｕの含有量の範囲は０．０５〜１．０％とした。尚、Ｃｕの含有量の好ましい下限は０．０６％であり、より好ましい下限は０．０７％である。また、Ｃｕの含有量の好ましい上限は０．９５％であり、より好ましい上限は０．９０％である。
【００３５】
・Ｃｒ：０．０５〜１．０％
Ｃｒは、Ｃｕと同様にフェライトに固溶して、塗膜疵部における素地鋼材露出部のアノードの活性度を低下させることに加えて、素地鋼材表面に緻密な錆皮膜を形成する作用も有しており、塗膜疵部の耐食性向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためには、少なくとも０．０５％以上含有させることが必要である。しかし、過剰に含有させると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、Ｃｒの含有量は１．０％以下とする必要がある。よって、Ｃｒの含有量の範囲は０．０５〜１．０％とした。尚、Ｃｒの含有量の好ましい下限は０．０６％であり、より好ましい下限は０．０７％である。また、Ｃｒの含有量の好ましい上限は０．９５％であり、より好ましい上限は０．９０％である。
【００３６】
・Ｎ：０．００１〜０．０１５％
Ｎは鋼中において窒化物の微細分散粒子を形成して、素地鋼材の耐食性向上および強度確保に有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｎの含有量は０．００１％以上とすること必要である。しかし、含有量が過剰であると、素地鋼材の靭性に悪影響を及ぼすことに加えて、溶接性も害するため、Ｎの含有量の上限を０．０１５％とする。よって、Ｎの含有量の範囲は０．００１〜０．０１５％とした。尚、Ｎの含有量の好ましい下限は０．００１５％であり、０．００２％以上がより好ましい。また、Ｎの含有量の好ましい上限は０．０１４％であり、０．０１３％以下がより好ましい。
【００３７】
・Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％のいずれか１種または２種
ＴｉおよびＮｂは、ＣｕおよびＣｒとの共存下において、素地鋼材表面に緻密な錆皮膜を形成する作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるには、少なくとも夫々０．００５％以上含有させることが必要である。しかし、過剰に含有させると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、ＴｉおよびＮｂの含有量は、夫々０．１％以下とする必要がある。ＴｉおよびＮｂの含有量の好ましい下限は夫々０．００６％であり、より好ましい下限は０．００７％である。また、ＴｉおよびＮｂの含有量の好ましい上限は夫々０．０９５％であり、より好ましい上限は０．０９％である。
【００３８】
以上が、本発明の塗装用鋼材を構成する素地鋼材の必須添加元素の成分範囲の限定理由であり、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｏ、Ｈ等を挙げることができ、これらの元素は素地鋼材の諸特性を害さない程度で含有していても構わない。但し、これら不可避的不純物の合計含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０９％以下に抑えることによって、本発明による耐食性発現効果を極大化することができる。
【００３９】
また、本発明の塗装用鋼材を構成する素地鋼材に、以下に示す元素を含有すれば更に有効である。これら元素を含有させる場合の成分範囲の限定理由について次に説明する。
【００４０】
・Ｎｉ：０．０１〜６．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ｗ：０．０１〜２．０％のいずれか１種または２種以上
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗは、フェライトに固溶して、溶解反応の活性度を低下させる作用を有しており、耐食性の向上に有効な元素である。また、適量のＮｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗは、素地鋼材の強度特性を向上させるにも有効であり、必要に応じて添加させる元素である。こうした効果を発揮させるためには、夫々０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、これら元素の含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、含有させる場合は、Ｎｉで６．０％以下、Ｃｏで５．０％以下、ＭｏとＷで２．０％以下とする。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗを含有させるときのより好ましい下限は夫々０．０２％であり、０．０３％以上とすることが更に好ましい。また、Ｎｉを含有させるときのより好ましい上限は５．９％であり、５．８％以下とすることが更に好ましい。Ｃｏを含有させるときのより好ましい上限は４．９％であり、４．８％以下とすることが更に好ましい。ＭｏとＷを含有させるときのより好ましい上限は夫々１．９％であり、１．８％以下とすることが更に好ましい。
【００４１】
・Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１％のいずれか１種または２種以上
Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭは、使用環境において、鋼材の表面近傍のｐＨ低下を抑制する作用を有しており、耐食性を更に向上させるのに有効な元素である。この作用はこれら元素が腐食溶解して水素イオンと反応することで発揮される。こうした作用を有効に発揮させるためには、夫々０．０００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、これら元素の含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、これら元素を含有させる場合は、いずれも０．０００５〜０．０１％とする。Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭを含有させるときのより好ましい下限は夫々０．０００６％であり、更に好ましい下限は夫々０．０００７％である。一方、Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭを含有させるときのより好ましい上限は夫々０．００９５％であり、更に好ましい上限は夫々０．００９％である。
【００４２】
・Ｓｎ：０．００１〜０．２％、Ｓｂ：０．００１〜０．２％、Ｓｅ：０．００１〜０．２％のいずれか１種または２種以上
Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅは、耐食性の向上に有効な添加元素である。耐食性向上作用は、これらの元素を夫々０．００１％以上含有させることによって有効に発揮される。しかしながら、これら元素の含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性を劣化させるので、これら元素を含有させる場合は、いずれも０．００１〜０．２％とする。Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅを含有させるときのより好ましい下限は夫々０．００２％であり、更に好ましい下限は夫々０．００３％である。一方、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅを含有させるときのより好ましい上限は夫々０．１９％であり、更に好ましい上限は夫々０．１８％である。
【００４３】
・Ｂ：０％超０．０１％以下、Ｖ：０％超０．１％以下、Ｚｒ：０％超０．１％以下、Ｚｎ：０％超０．１％以下のいずれか１種または２種以上
Ｂ、Ｖ、ＺｒおよびＺｎなどの強度向上に有効な元素も必要に応じて含有させることができる。これら添加元素は極僅かにでも含有すれば強度向上効果を発現するが、例えば、Ｂは０．０００１％以上、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎは０．００１％以上含有させることにより強度向上効果がより確実に発現される。しかし、これら元素を過剰に含有させると母材靭性や溶接性が劣化するため、これら元素を含有させる場合の含有量には制限がある。Ｂを含有させるときは０．０１％以下、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎを含有させるときは夫々０．１％以下とする。またＢを含有させるときのより好ましい上限は０．００９５％であり、更に好ましい上限は０．００９％である。また、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎを含有させるときのより好ましい上限は０．０９５％であり、更に好ましい上限は０．０９％である。
【００４４】
＜素地鋼材の組織＞
本発明の塗装用鋼材を構成する素地鋼材の組織については特に限定する必要がないが、十分な機械特性を得るために、フェライトとパーライトからなる組織、或いは、フェライトとベーナイトからなる組織とすることが推奨される。
【００４５】
＜素地鋼材の製造方法＞
本発明の塗装用鋼材を構成する素地鋼材を確実に製造するには、例えば、以下に説明する方法により製造することが好ましい。まず、転炉または電気炉から取鍋に出鋼した溶鋼に対して、ＲＨ真空脱ガス装置を用いて、本発明で規定する成分組成に調整すると共に、温度調整をすることで二次精錬を行う。その後、連続鋳造法、造塊法等の通常の鋳造方法で鋼塊とすれば良い。尚、構造用部材として鋼材に必要な機械的特性や溶接性などの基本特性を確保するために、脱酸形式としてはキルド鋼を用いることが好ましく、より好ましくはＡｌキルド鋼を用いることが推奨される。
【００４６】
＜表面層＞
本発明の塗装用鋼材は、素地鋼材の表面に、Ｚｎ：２０〜２００ｇ／ｍ２、Ｃｕ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２を含有すると共に、更にＣｒ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２、Ｎｉ：０．３〜２０．０ｇ／ｍ２のいずれか１種または２種を含有する表面層を施したものである。
【００４７】
表面層のＺｎは、犠牲防食効果により素地鋼材の腐食進行を抑制させる作用があり、このような効果は表面層のＺｎ付着量が２０ｇ／ｍ２以上で発揮される。Ｚｎ付着量のより好ましい下限は２５ｇ／ｍ２であり、３０ｇ／ｍ２以上が更に好ましい。また、Ｚｎ付着量はある程度多くなると犠牲防食効果は飽和するばかりでなく、素地鋼材から剥離しやすくなるため、犠牲防食作用が有効な期間が短くなる場合がある。このような観点からＺｎ付着量は２００ｇ／ｍ２以下とすることが推奨される。Ｚｎ付着量のより好ましい上限は１９０ｇ／ｍ２であり、１８０ｇ／ｍ２以下が更に好ましい。
【００４８】
また、前記した含有量の範囲の化学成分を含有する表面層中の、ＣｕとＣｒ、ＣｕとＮｉ、ＣｕとＮｉとＣｒを共存させた場合に、塗膜疵部における鋼の腐食生成物である錆をより一層緻密化・微細化させて、水や塩化物イオンなどの腐食因子の錆層への侵入を抑制する効果を発揮するため、素地鋼材の腐食反応が抑制され、耐食性向上に大きく寄与する。
【００４９】
このような効果は表面層のＣｕの付着量を０．３ｇ／ｍ２以上とし、更にＣｒとＮｉのいずれか１種または２種を０．３ｇ／ｍ２以上含有させることで発現される。表面層のＣｕ、ＣｒおよびＮｉのより好ましい付着量は夫々０．４ｇ／ｍ２以上であり、０．５ｇ／ｍ２以上が更に好ましい。しかしながら、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉの付着量が多くなりすぎると表面層と素地鋼材との付着力が低下し、表面層が素地鋼材から剥離しやすくなる。このような悪影響を避けるため、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉの付着量はそれぞれ２０．０ｇ／ｍ２以下とすることが推奨される。Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉの付着量のより好ましい上限はそれぞれ１９．５ｇ／ｍ２以下であり、１９．０ｇ／ｍ２以下が更に好ましい。
【００５０】
この表面層を形成する方法としては、Ｚｎ粉末、Ｃｕ粉末、Ｃｒ粉末およびＮｉ粉末を、アルキルシリケートなどの適当な溶剤と混合し、スプレー塗布やはけ塗りすることが例示できる。また、適切な組成のＺｎ−Ｃｕ−Ｃｒ合金、Ｚｎ−Ｃｕ−Ｎｉ合金或いはＺｎ−Ｃｕ−Ｃｒ−Ｎｉ合金などの粉末を作製して、この合金粉末を通常のプライマー塗布工程に用いても良い。このとき、必要に応じて適切な顔料を加えても良い。或いは溶線式フレーム溶射やアーク溶射などの溶射法を用いて、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉを所望の付着量として表面層を形成することも可能である。尚、表面層を形成する前処理として、素地鋼材表面はショットブラストなどでスケールなどを除去しておくことが好ましい。
【００５１】
また、表面層と素地鋼材との付着強度を確保するため素地鋼材表面の粗さを、ある程度の粗さ以上とすることが好ましいが、表面粗さが粗過ぎると、凹部に気泡が入って表面層と素地鋼材とが密着しない部分が生じてしまい、逆に付着強度が低下することが懸念される。このような観点から、素地鋼材の表面は適度な表面粗さにしておくことが推奨される。
【００５２】
素地鋼材の具体的な表面粗さとしては、例えば、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に規定される十点平均粗さＲｚｊｉｓが、１０μｍから８０μｍとなるようにすることが推奨される。尚、素地鋼材の表面粗さの調整は、例えば、通常のショットブラスト処理やグリッドブラスト処理などを採用すれば実施することができる。
【００５３】
＜塗装＞
本発明の塗装用鋼材は、前記表面層の上に更に塗装を施して実用するものである。塗装に用いる塗料としては、エポキシ樹脂系、塩化ゴム系、アクリル樹脂系、フッ素樹脂系およびウレタン樹脂系などの塗料が適用することが可能であり、これら複数の塗料を用いて塗膜を多層化することも可能である。
【００５４】
例えば、エポキシ樹脂系塗膜を形成するための塗料としては、防食塗料として用いられる塗料であって、ビヒクルとしてエポキシ樹脂を含むものであればどのような塗料を用いても良く、特に限定されない。具体的な塗料としては、エポキシ樹脂塗料、変性エポキシ樹脂塗料、タールエポキシ樹脂塗料などを例示することができる。
【００５５】
また、塩化ゴム系塗膜を形成するための塗料としては、塩素化樹脂を主原料としてなる塗料であればどのような塗料を用いても良く、特に限定されない。具体的な塗料としては、塩化ゴムや塩素化ポロオレフィンなどの塩素化樹脂を主原料としてなる塗料を例示することができる。
【００５６】
また、アクリル樹脂塗膜を形成するための塗料としては、通常のアクリル樹脂塗料、アクリルエマルジョン樹脂塗料、アクリルウレタン系エマルジョン塗料、アクリルシリコン系エマルジョン塗料、アクリルラッカーなどの塗料を例示することができる。
【００５７】
また、フッ素樹脂塗膜を形成するための塗料としては、テトラフルオロエチレン樹脂塗料、パールフオロアルコキシ樹脂塗料、フッ化エチレンプロピレン樹脂塗料などの塗料を例示することができる。
【００５８】
また、ウレタン樹脂塗膜を形成するための塗料としては、ポリウレタン樹脂塗料、ポリエステルウレタン樹脂塗料、湿気硬化ポリウレタン樹脂塗料、エポキシウレタン塗料、変性エポキシウレタン樹脂塗料などの塗料を例示することができる。
【００５９】
これらの塗膜の膜厚は、薄過ぎる場合は防食効果が不十分となるが、逆に厚過ぎると塗膜剥離を生じやすくなるため、実用に応じて最適な厚さとすることが推奨される。このような観点から、塗装の膜厚は、乾燥膜厚で、例えば１００〜１０００μｍの厚さとすることが推奨される。
【００６０】
また、塗膜を形成するための塗装工程は特に制約されるものではなく、スプレー塗布やはけ塗りなど通常の塗装方法を適用することが可能である。但し、塗装前には被塗装材となる素地鋼材表面を適度に洗浄する必要があり、例えば、洗浄することで鋼材表面の付着塩分濃度を、ＮａＣｌ換算で５０ｍｇ／ｍ２以下、好ましくは１０ｍｇ／ｍ２以下とすることが推奨される。
【００６１】
本発明の塗装用鋼材の形態としては、例えば、鋼板、鋼管、棒鋼、線材、形鋼等のものが挙げられる。また、用途としては、例えば、タンカー、コンテナ船、バルカーなどの貨物船、貨客船、客船、軍艦等の船舶におけるバラストタンクの構造部材として用いることが挙げられ、その他、上甲板、船橋、ハッチカバー、クレーン、各種配管、階段、手摺りなど様々な船舶用の鋼構造物に用いることも挙げられる。
【００６２】
また、海洋構造物であれば、海洋上で石油や天然ガスを掘削する構造物、海洋で石油・ガスの生産・貯蔵・積出などを行う浮体式設備などを初めとして、海洋での風力発電、波浪発電、潮流・海流発電、温度差発電、太陽光発電などの発電関連設備が挙げられる。また、橋梁分野では、飛来塩分量が概ね０．１ｍｄｄ：ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙを超える高飛来塩分環境における橋梁用鋼材が例示できる。
【実施例】
【００６３】
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、それらは何れも本発明の技術的範囲に包含されるものである。
【００６４】
［供試材の作製］
表１に示す種々の成分組成の鋼材を真空溶解炉により溶製し、５０ｋｇの鋼塊とした。得られた鋼塊を１１５０℃に加熱した後、熱間圧延を行って、板厚１０ｍｍの鋼素材とした。鋼素材より大きさ１５０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍのテストピースを切り出した。切り出した全てのテストピースの試験面となる１５０ｍｍ×７０ｍｍの広さの片面には、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に規定される十点平均粗さＲｚｊｉｓが３０±１０μｍとなるようにショットブラスト処理を施し、水洗およびアセトン洗浄をしてから塗装を行った。
【００６５】
前記のショットブラスト処理を施したテストピースの１５０ｍｍ×７０ｍｍの広さの片面に、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉを適宜含有する表面層を形成させた。その表面層は、アルキルシリケートを溶媒として金属Ｚｎ、金属Ｃｕ、金属Ｃｒおよび金属Ｎｉの粉末を適宜混合したものを塗布液として、その試験液をスプレー塗布することにより形成した。尚、表面層のＺｎ、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉの付着量は、塗布液へのＺｎ、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉの添加量と塗布量とを適宜調整して変化させた。
【００６６】
前記したＺｎ、Ｃｕなどを含有する表面層を形成させた１５０ｍｍ×７０ｍｍの広さの面に、変性エポキシ樹脂系塗料をスプレー塗布して塗装を施した。その塗装の膜厚は乾燥膜厚で２００±２０μｍである。更に、変性エポキシ樹脂系塗料の塗布面を乾燥させた後、その塗装面には長さ８０ｍｍ、幅３ｍｍの鋼材素地まで達する塗膜疵を形成した。
【００６７】
全てのテストピースは疵を形成した前記塗装面を試験面として、試験面以外の面はシリコンシーラントで被覆して下記の腐食試験に供試した。
【００６８】
［腐食試験方法］
海水による腐食環境下を模擬する腐食試験として、人工海水を用いた複合サイクル試験：ＣＣＴを実施した。サイクル条件は、１）３５℃の人工海水噴霧、１．５時間、２）温度６０℃、相対湿度２０％ＲＨ、２．５時間、３）温度５０℃、相対湿度９５％ＲＨ、２．５時間、の繰り返しとした。
【００６９】
尚、各過程間の温度および湿度を変化させて安定するまでの移行時間は０．５時間である。試験期間は３ヶ月間とした。サンプルは表２に示したＮｏ．１からＮｏ．４９を各３枚ずつ供試した。
【００７０】
塗膜疵部からの塗膜劣化および腐食の進展度合いの評価として、ＣＣＴ終了後にテストピースの塗膜疵部からの腐食面積および腐食深さを求めた。腐食面積については、塗膜疵部から塗膜下腐食により塗膜が膨れている部分の面積および塗膜疵部の面積の合計の面積とし、各３枚のテストピースの平均値とした。
【００７１】
腐食深さについては、塗膜疵部およびその周辺の腐食深さを測定し、各３枚のテストピースの最大値を求めた。尚、腐食深さの測定は、ＣＣＴ終了後にテストピースの塗膜を剥がして、１０％クエン酸水素二アンモニウム水溶液中での陰極電解による脱錆処理を行った後、デプスゲージにて測定を実施した。
【００７２】
［複合サイクル試験結果］
複合サイクル試験：ＣＣＴの後に求めた腐食面積および腐食深さは、表２に示す通りである。尚、各サンプルの腐食面積および腐食深さは、通常の鋼材に通常のＺｎプライマーを形成させたＮｏ．１のサンプルの腐食面積および腐食深さを夫々１００としたときの相対値で示している。
【００７３】
腐食面積および腐食深さの評価基準は、夫々以下の通りである。腐食面積、腐食深さ共に、相対値が相対値が８０以上９０未満のものをＡ、相対値が７０以上８０未満のものをＡＡ、相対値が７０未満のものをＡＡＡで示し、腐食面積、腐食深さ共に、Ａ〜ＡＡＡのものを総合評価で合格とし、耐食性に優れる塗装用鋼材であると評価した。
【００７４】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２は、腐食面積および腐食深さの相対値が９０から１００であり、塗膜疵部の耐食性が十分ではない。Ｎｏ．２、Ｎｏ．６およびＮｏ．７は、本発明規定のＺｎ、Ｃｕ、Ｃｒを表面層に含有するものであるが、いずれも鋼材のＣｕ含有量が少なすぎるため、塗膜疵部の耐食性向上が十分に得られない。
【００７５】
Ｎｏ．３およびＮｏ．８は、本発明規定のＺｎ、Ｃｕ、Ｃｒを表面層に含有するものであるが、いずれも素地鋼材のＣｒ含有量が少なすぎるため、塗膜疵部の耐食性向上が十分に得られない。
【００７６】
Ｎｏ．４およびＮｏ．５は、本発明規定のＺｎ、Ｃｕ、Ｃｒを表面層に含有するものであるが、素地鋼材のＴｉ含有量或いはＮｂ含有量が少なすぎるため、塗膜疵部の耐食性向上が十分に得られない。
【００７７】
また、Ｎｏ．９およびＮｏ．１０はいずれも素地鋼材の成分組成は本発明の規定を満たすが、表面層のＺｎ或いはＣｕが少なすぎるため、塗膜疵部の耐食性向上が十分に得られない。
【００７８】
Ｎｏ．１１およびＮｏ．１２はいずれも素地鋼材の成分組成および表面層のＺｎおよびＣｕは本発明の規定を満たすが、両者とも表面層のＣｒ或いはＮｉが少なすぎるため塗膜疵部の耐食性向上が十分に得られない。
【００７９】
これらの比較例に対して、本発明の規定を全て満足するＮｏ．１３〜Ｎｏ．４９のサンプルは、いずれも腐食面積および腐食深さの相対値の双方が９０未満に抑制されており、優れた塗膜疵部の耐食性を発揮する。
【００８０】
特に、Ｎｉ、Ｃｏ、ＭｏおよびＷのいずれか１種または２種以上を適量含有させたＳ１２〜Ｓ１８の素地鋼材に、本発明規定の表面層を形成させたＮｏ．１８〜Ｎｏ．２７のサンプルは、腐食面積の抑制効果が顕著である。
【００８１】
これらに、更にＳｎ、ＳｂおよびＳｅのいずれか１種または２種以上を適量含有させたＳ２８，Ｓ２９の素地鋼材に、本発明規定の表面層を付与したＮｏ．４０〜Ｎｏ．４２のサンプルは、腐食面積の抑制効果が更に顕著である。
【００８２】
また、Ｍｇ、ＣａおよびＲＥＭのいずれか１種または２種以上を適量含有させたＳ１９〜Ｓ２１の素地鋼材に、本発明規定の表面層を付与したＮｏ．２８〜Ｎｏ．３１のサンプルは、腐食深さの抑制効果が顕著である。
【００８３】
これらに、更にＳｎ、ＳｂおよびＳｅのいずれか１種または２種以上を適量含有させたＳ３０〜Ｓ３２の素地鋼材に、本発明規定の表面層を付与したＮｏ．４３〜Ｎｏ．４６のサンプルは、腐食深さの抑制効果が更に顕著である。
【００８４】
以上のように、本発明の塗装用鋼材は、いずれも海水環境下において優れた塗膜疵部の耐食性を発揮するものであり、海水や飛来海塩粒子に曝される構造部材として好適である。
【００８５】
【表１】
2016199777.tif 000002
【００８６】
【表２】
2016199777.tif 000003