(57)【要約】【課題】各種船舶の腐食が厳しい環境において用いても、良好な耐食性を発揮することができる耐食性に優れた船舶用溶接継手を提供する。【解決手段】所定の成分組成を有する厚鋼板を突き合わせ溶接してなり、溶接金属のＣｕおよびＣｒの含有量が、［Ｃｕ］ｂ×０．５と０．１０％のうち大きい方≦［Ｃｕ］ｗ≦［Ｃｕ］ｂ×１．５、［Ｃｒ］ｂ×０．５と０．０１％のうち大きい方≦［Ｃｒ］ｗ≦［Ｃｒ］ｂ×１．５という式を満足し、更に、溶接された厚鋼板の圧延面と平行な板厚の１／２位置の断面における溶接金属の最大幅Ｗｍａｘと最小幅Ｗｍｉｎの差が５ｍｍ以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０１０〜０．１０％、Ｃｕ：０．１０〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる厚鋼板を突き合わせ溶接してなる船舶用溶接継手であって、
溶接金属におけるＣｕおよびＣｒの含有量が下記式（１）および（２）を満足すると共に、前記溶接金属におけるＣｕ、Ｃｒ以外の化学成分含有量が、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０１０〜０．１０％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、
更に、溶接された厚鋼板の圧延面と平行な板厚の１／２位置の断面における前記溶接金属の最大幅Ｗｍａｘと最小幅Ｗｍｉｎの差が下記式（３）を満足することを特徴とする耐食性に優れた船舶用溶接継手。
［Ｃｕ］ｂ×０．５と０．１０％のうち大きい方≦［Ｃｕ］ｗ≦［Ｃｕ］ｂ×１．５・・・式（１）
［Ｃｒ］ｂ×０．５と０．０１％のうち大きい方≦［Ｃｒ］ｗ≦［Ｃｒ］ｂ×１．５・・・式（２）
Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎ≦５ｍｍ・・・式（３）
但し、式（１）において、［Ｃｕ］ｗは溶接金属におけるＣｕの含有量（質量％）、［Ｃｕ］ｂは母材におけるＣｕの含有量（質量％）であり、式（２）において、［Ｃｒ］ｗは溶接金属におけるＣｒの含有量（質量％）、［Ｃｒ］ｂは母材におけるＣｒの含有量（質量％）である。
【請求項２】
前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｃｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％の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た船舶用溶接継手。
【請求項３】
前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％の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た船舶用溶接継手。
【請求項４】
前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％の１種または２種を含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の耐食性に優れた船舶用溶接継手。
【請求項５】
前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｓｎ：０．００５〜０．２０％、Ｓｂ：０．００５〜０．２０％、Ｓｅ：０．００５〜０．２０％の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た船舶用溶接継手。
【請求項６】
前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１％の１種または２種を含有する請求項１乃至５のいずれかに記載の耐食性に優れた船舶用溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油タンカー、バラ積み船、自動車運搬船、コンテナ船、ＬＮＧ船、客船、軍艦等の各種船舶の構造部材として用いられる船舶用溶接継手に関するものであり、特にタンカー原油タンク内やバルカー船倉内など無塗装で使用される部位に用いることができる耐食性に優れた船舶用溶接継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油タンカー、バラ積み船、自動車運搬船、コンテナ船、ＬＮＧ船、客船、軍艦等の各種船舶の構造部材としては厚鋼板が用いられることが多く、これら船舶は厚鋼板を溶接することで建造されている。しかし、タンカー原油タンク内やバルカー船の船倉内など無塗装で使用される鋼材も多数あり、原油タンク底の強酸によるピット成長、原油タンク気相部の腐食性ガスによる全面腐食、石炭などを積んだ場合の硫酸によるバルカー船倉の一様腐食など、船舶構造部材の母材および溶接継手は厳しい環境に曝される。また、船舶の構造部材は海水に由来する塩分や昼夜の温度変化に伴う結露といった厳しい腐食性環境に曝されるため、何らかの防食を施す必要がある。
【０００３】
船舶の防食手段としては、塗装や電気防食を適用することが一般的であり、両者を併用する場合も多い。例えば、海水による塩分と高温多湿環境に曝されるバラストタンク内では、エポキシ樹脂系塗料による塗装が適用される場合が多く、塗装と併用して鋼よりも卑な金属である亜鉛を鋼材と短絡するように設置する電気防食（犠牲防食）が適用される場合が多い。
【０００４】
しかしながら、防食塗装は外的損傷や経年劣化等で塗膜が鋼材から剥離し、露出した厚鋼板の腐食衰耗が進行する場合がある。また、電気防食は海水などの電解質水溶液に浸漬された状態では有効であるが、積荷時のバラストタンク内などのように海水がない状況では、電気防食作用が得られないため、防食性が不十分になる場合があるという問題点がある。
【０００５】
厚鋼板は、腐食衰耗がある程度進行すると構造部材としての強度が不十分となることが懸念され、特に局部的に腐食が進行した場合には、穴あきなどによる漏洩事故につながる可能性も考えられる。このようなことから、船舶では定期的な腐食状態の検査や塗装の補修などに多大な時間と費用を費やしているのが実情である。
【０００６】
船舶の安全性向上、長寿命化およびメンテナンスコストの削減などの観点で、更に効果的な防食手段が要求されているのが現状で、塗装や電気防食の防食性向上に加えて、鋼材自体の耐食性向上の要望が依然として高いのが現状である。鋼材自体の耐食性向上に関しては、鋼材の化学成分や組織などを調整して腐食を抑制する技術が、例えば、特許文献１として提案されている。
【０００７】
また、溶接継手部では、使用する厚鋼板と溶接材料の組み合わせによっては、両者の化学成分の違いから、塗装が剥離した場合に顕著な異種金属接触腐食が生じる可能性があり、厚鋼板の本体部分以上に腐食衰耗が促進される場合がある。また、溶接時の凝固偏析でＰやＳなどの腐食を促進する不可避的不純物元素の濃縮部が溶接金属に形成され、これらの濃縮部を起点とした局部腐食が発生することがあるため、継手自体の耐食性向上が要求される。船舶における溶接継手の耐食性向上については、例えば、特許文献２や特許文献３の技術が公知であるが、それでも継手自体の耐食性はまだ不十分であり、更に効果的な溶接継手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】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１４５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４３３４２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１１７１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、油タンカー、バラ積み船、自動車運搬船、コンテナ船、ＬＮＧ船、客船、軍艦等の各種船舶の構造部材としては勿論のこと、無塗装で使用されることが多い原油タンクやバルカー船倉などの腐食がより厳しい環境において用いても、良好な耐食性を発揮することができる耐食性に優れた船舶用溶接継手を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０１０〜０．１０％、Ｃｕ：０．１０〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる厚鋼板を突き合わせ溶接してなる船舶用溶接継手であって、溶接金属におけるＣｕおよびＣｒの含有量が下記式（１）および（２）を満足すると共に、前記溶接金属におけるＣｕ、Ｃｒ以外の化学成分含有量が、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０４％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０１０〜０．１０％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、更に、溶接された厚鋼板の圧延面と平行な板厚の１／２位置の断面における前記溶接金属の最大幅Ｗｍａｘと最小幅Ｗｍｉｎの差が下記式（３）を満足することを特徴とする耐食性に優れた船舶用溶接継手である。
［Ｃｕ］ｂ×０．５と０．１０％のうち大きい方≦［Ｃｕ］ｗ≦［Ｃｕ］ｂ×１．５・・・式（１）
［Ｃｒ］ｂ×０．５と０．０１％のうち大きい方≦［Ｃｒ］ｗ≦［Ｃｒ］ｂ×１．５・・・式（２）
Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎ≦５ｍｍ・・・式（３）
但し、式（１）において、［Ｃｕ］ｗは溶接金属におけるＣｕの含有量（質量％）、［Ｃｕ］ｂは母材におけるＣｕの含有量（質量％）であり、式（２）において、［Ｃｒ］ｗは溶接金属におけるＣｒの含有量（質量％）、［Ｃｒ］ｂは母材におけるＣｒの含有量（質量％）である。
【００１１】
前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｃｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％の１種または２種以上を含有することが好ましい。
【００１２】
また、前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％の１種または２種以上を含有することが好ましい。
【００１３】
また、前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％の１種または２種を含有することが好ましい。
【００１４】
また、前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｓｎ：０．００５〜０．２０％、Ｓｂ：０．００５〜０．２０％、Ｓｅ：０．００５〜０．２０％の１種または２種以上を含有することが好ましい。
【００１５】
また、前記厚鋼板が、更に、質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１％の１種または２種を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の耐食性に優れた船舶用溶接継手によると、油タンカー、バラ積み船、自動車運搬船、コンテナ船、ＬＮＧ船、客船、軍艦等の各種船舶の構造部材としては勿論のこと、無塗装で使用されることが多い原油タンクやバルカー船倉などの腐食がより厳しい環境において用いても、良好な耐食性を発揮することができる。
【００１７】
また、何らかの要因で防食塗装が剥離して溶接継手部が腐食環境に露出した場合であっても、腐食による板厚衰耗を抑制することができ、溶接継手を含む構造部材の切り替えまでの期間、すなわち構造物としての寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例において、溶接継手からテストピースを採取する位置およびテストピースの形状を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者は、無塗装で使用されることが多い原油タンクやバルカー船倉などの腐食が厳しい環境において用いても、良好な耐食性を発揮することができる厚鋼板の溶接継手を得るために、鋭意、実験、研究を重ねた。その結果、突き合わせ溶接される厚鋼板の化学成分含有量を適切に調整することに加えて、溶接金属の化学成分のうち特定の元素の含有量を、母材の同じ特定元素の含有量に応じて調整し、更に、溶接金属の幅を規定した条件を満足する幅とすることで、目的とする耐食性に優れた船舶用溶接継手を得ることができることを見出した。
【００２０】
以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。
【００２１】
＜厚鋼板＞
本発明の溶接継手の作製に用いる厚鋼板は、船舶の構造部材として用いられることから耐食性に優れることに加えて、構造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、各種添加元素の含有量を適切に調整する必要がある。以下に、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。
【００２２】
（化学成分組成）
・Ｃ：０．０４〜０．３０％
Ｃは、厚鋼板の強度確保のために必要な基本的添加元素である。厚鋼板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、耐食性が劣化することに加えて、靱性も劣化する。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。こうしたことから、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。
【００２３】
・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構造部材としての最低強度を確保できない。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。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。
【００２４】
・Ｍｎ：０．１〜２．０％
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、０．１％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、２．０％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。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１．９％であり、より好ましくは１．８％以下とするのが良い。
【００２５】
・Ｐ：０．０４％以下（０％を含まない）
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、工業的に厚鋼板中のＰを０％にすることは困難である。
【００２６】
・Ｓ：０．０４％以下（０％を含まない）
ＳもＰと同様に、含有量が多くなると靭性や溶接性を劣化させることに加えて、腐食を促進する元素である。Ｓの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、工業的に厚鋼板中のＳを０％にすることは困難である。
【００２７】
・Ａｌ：０．０１０〜０．１０％
Ａｌは、酸化物皮膜を表面に形成して耐食性を向上させることに加えて、前記したＳｉ、Ｍｎと同様に脱酸および強度確保という作用も発揮する元素である。こうした作用を有効に発揮させるためには、０．０１０％以上含有させることが必要である。しかし、０．１０％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０．０１０〜０．１０％とした。尚、Ａｌの含有量の好ましい下限は０．０１１％であり、より好ましくは０．０１２％以上とするのが良い。また、Ａｌの含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、より好ましくは０．０９０％以下とするのが良い。
【００２８】
・Ｃｕ：０．１０〜１．０％
Ｃｕは、腐食が激しい環境において、厚鋼板の表面に緻密な錆皮膜を形成して、腐食反応を低減させる作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、少なくとも０．１０％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。Ｃｕの含有量の好ましい下限は０．１１％であり、より好ましい下限は０．１２％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。
【００２９】
・Ｃｒ：０．０１〜０．５％
Ｃｒは、Ｃｕと同様に腐食が激しい環境において、厚鋼板の表面に緻密な錆皮膜を形成して、腐食反応を低減させる作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような作用を有効に発揮させるためには、少なくとも０．０１％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腐食先端のｐＨ低下を招いて却って耐食性を劣化させると共に、加えて溶接性や熱間加工性をも劣化させるので、Ｃｒの含有量は０．５％以下とする必要がある。Ｃｒの含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましい下限は０．０３％である。また、Ｃｒの含有量の好ましい上限は０．４８％であり、より好ましい上限は０．４６％である。
【００３０】
・Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）
ＮもＰやＳと同様に、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る。Ｎの許容される含有量の上限は０．０１％である。Ｎの含有量のより好ましい上限は０．００９％であり、更に好ましくは０．００８％以下とするのが良い。しかし、工業的に厚鋼板中のＮを０％にすることは困難である。
【００３１】
以上が、本発明の溶接継手の作製に用いる厚鋼板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、これらの元素は厚鋼板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。
【００３２】
また、本発明の溶接継手の作製に用いる厚鋼板に、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。
【００３３】
・Ｃｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％の１種または２種以上
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗは、いずれも厚鋼板表面に生成する錆の保護性を向上させて、耐食性を向上させる作用を有する元素である。こうした作用は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗの何れかを０．０１％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、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗは何れもが１．０％を超えて含有させると溶接性や熱間加工性を劣化させる。こうしたことから、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗを含有させる場合は、何れも０．０１〜１．０％の範囲とした。Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗを含有させる場合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。一方、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗを含有させる場合のより好ましい上限は夫々０．９５％であり、０．９％以下とすることが更に好ましい。
【００３４】
・Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％の１種または２種以上
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂは、厚鋼板の表面に生成する錆を微細化して、耐食性を向上させる作用を有している。このような作用を発揮させるためには、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂの何れかを０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂは何れもが０．０５％を超えて含有させると溶接性や熱間加工性を劣化させる。こうしたことから、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂを含有させる場合は、何れも０．００１〜０．０５％の範囲とした。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂを含有させる場合のより好ましい下限は夫々０．００３％であり、０．００５％以上とすることが更に好ましい。一方、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂを含有させる場合のより好ましい上限は夫々０．０４５％であり、０．０４％以下とすることが更に好ましい。
【００３５】
・Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％の１種または２種
Ｍｇ、Ｃａは、厚鋼板の表面のｐＨを上昇させる作用を有しており、カソード反応を抑制して耐食性を向上させるのに有効な元素である。このような作用を発揮させるためには、Ｍｇ、Ｃａの何れかを０．０００３％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｇ、Ｃａは何れもが０．００５％を超えて含有させると加工性と溶接性を劣化させる。こうしたことから、Ｍｇ、Ｃａを含有させる場合は、何れも０．０００３〜０．００５％の範囲とした。Ｍｇ、Ｃａを含有させる場合のより好ましい下限は夫々０．０００４％であり、０．０００５％以上とすることが更に好ましい。一方、Ｍｇ、Ｃａを含有させる場合のより好ましい上限は夫々０．００４５％であり、０．００４％以下とすることが更に好ましい。
【００３６】
・Ｓｎ：０．００５〜０．２０％、Ｓｂ：０．００５〜０．２０％、Ｓｅ：０．００５〜０．２０％の１種または２種以上
Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅは、厚鋼板の表面の局所的にｐＨが低下した部位における腐食反応を抑制して、耐食性を向上させる作用を有している。このような作用を発揮させるためには、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅの何れかを０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅは何れもが０．２０％を超えて含有させると溶接性や靱性が劣化する。こうしたことから、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅを含有させる場合は、何れも０．００５〜０．２０％の範囲とした。Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅを含有させる場合のより好ましい下限は夫々０．００６％であり、０．００７％以上とすることが更に好ましい。一方、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅを含有させる場合のより好ましい上限は夫々０．１９％であり、０．１８％以下とすることが更に好ましい。
【００３７】
・Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１％の１種または２種
Ｂ、Ｖは、厚鋼板の強度向上に有効な元素である。このような作用を発揮させるためには、Ｂは０．０００１％以上、Ｖは０．００１％以上含有させる必要がある。しかし、過剰に含有させると母材靱性が劣化する。こうしたことから、Ｂを含有させる場合は０．００５％以下、Ｖを含有させる場合は０．１％以下とする必要がある。尚、Ｂを含有させる場合のより好ましい下限は０．０００２％であり、０．０００３％以上とすることが更に好ましい。また、Ｂを含有させる場合のより好ましい上限は０．００４５％であり、０．００４％以下とすることが更に好ましい。一方、Ｖを含有させる場合のより好ましい下限は０．００２％であり、０．００３％以上とすることが更に好ましい。また、Ｖを含有させる場合のより好ましい上限は夫々０．０９５％であり、０．０９％以下とすることが更に好ましい。
【００３８】
（製造方法）
本発明の溶接継手の作製に用いる厚鋼板を製造する方法は特に限定しないが、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。
【００３９】
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、本発明で規定する厚鋼板の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、脱酸形式としては、機械的特性や溶接性の観点で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。次いで、得られた鋼塊を１０００〜１３００℃の温度域に加熱した後、熱間圧延を行って、所望の寸法形状にする。このとき熱間圧延終了温度を６５０〜８５０℃に制御し、熱間圧延終了後から５００℃までの冷却速度を０．１〜１５℃／秒の範囲に制御することによって、所定の強度特性が得られる。
【００４０】
＜溶接金属＞
本発明は、前記厚鋼板を突き合わせ溶接してなる船舶用溶接継手に関する発明であり、溶接継手部では使用する厚鋼板と溶接材料の組み合わせによっては、両者の化学成分の違いから、塗装が剥離した場合に顕著な異種金属接触腐食が生じる場合がある。異種金属接触腐食は溶接金属と母材（厚鋼板）との電位差によって生じるものであり、異種金属接触腐食を生じない程度の電位差とするためには、電位への影響の大きいＣｕおよびＣｒの溶接金属中の含有量を式（１）および（２）を満足するように調整する必要がある。また、溶接継手の機械的特性を満足させるため、溶接金属中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎについても、適切な成分範囲とする必要がある。以下に、溶接金属中のＣｕおよびＣｒの含有量を含め、各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。
【００４１】
（化学成分組成）
・［Ｃｕ］ｂ×０．５と０．１０％のうち大きい方≦［Ｃｕ］ｗ≦［Ｃｕ］ｂ×１．５・・・式（１）
（但し、［Ｃｕ］ｗは溶接金属におけるＣｕの含有量、［Ｃｕ］ｂは母材におけるＣｕの含有量）
溶接金属中に含有されるＣｕは、母材中での作用と同様に、腐食環境において、溶接金属表面に緻密な錆皮膜を形成して、腐食反応を低減させる作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような作用を発揮させるためには、溶接金属中にＣｕを０．１０％以上含有させることが必要である。但し、溶接金属のＣｕ含有量が母材のＣｕ含有量の１／２未満になると、溶接金属が母材よりも卑となって、異種金属接触腐食により溶接金属の腐食が促進される。よって、溶接金属のＣｕ含有量の下限は、母材のＣｕ含有量の１／２か、或いは０．１０％のうち、大きい方の値以上とする必要がある。また、溶接金属のＣｕ含有量が母材のＣｕ含有量の１．５倍を超えると、溶接金属が母材よりも貴となって、異種金属接触腐食により母材の腐食が促進される。よって、溶接金属のＣｕ含有量の上限は、母材のＣｕ含有量の１．５倍以下とする必要がある。
【００４２】
尚、溶接金属のＣｕ含有量のより好ましい下限は、［Ｃｕ］ｂ×０．５５と０．１１％のうち何れか大きい方であり、更に好ましい下限は、［Ｃｕ］ｂ×０．６と０．１２％のうち何れか大きい方である。また、溶接金属のＣｕ含有量の好ましい上限は、［Ｃｕ］ｂ×１．４５であり、更に好ましい上限は、［Ｃｕ］ｂ×１．４である。
【００４３】
・［Ｃｒ］ｂ×０．５と０．０１％のうち大きい方≦［Ｃｒ］ｗ≦［Ｃｒ］ｂ×１．５・・・式（２）
（但し、式（２）において、［Ｃｒ］ｗは溶接金属におけるＣｒの含有量、［Ｃｒ］ｂは母材におけるＣｒの含有量）
溶接金属中に含有されるＣｒは、母材中での作用と同様に、腐食環境において、溶接金属表面に緻密な錆皮膜を形成して、腐食反応を低減させる作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような作用を発揮させるためには、溶接金属中に０．０１％以上含有させることが必要である。但し、溶接金属のＣｒ含有量が［Ｃｒ］ｂ×０．５未満になると、溶接金属が母材よりも卑となって、異種金属接触腐食により溶接金属の腐食が促進される。よって、溶接金属のＣｒ含有量の下限は、母材のＣｒ含有量の１／２か、或いは０．０１％のうち、大きい方の値以上とする必要がある。また、溶接金属のＣｒ含有量が［Ｃｒ］ｂ×１．５％を超えると、溶接金属が母材よりも貴となって、異種金属接触腐食により母材の腐食が促進される。よって、溶接金属のＣｒ含有量の上限は、母材のＣｒ含有量の１．５倍以下とする必要がある。
【００４４】
尚、溶接金属のＣｒ含有量のより好ましい下限は、［Ｃｒ］ｂ×０．５５と０．０２％の何れか大きい方であり、更に好ましい下限は［Ｃｒ］ｂ×０．６と０．０３％の何れか大きい方である。また、溶接金属のＣｒ含有量の好ましい上限は、［Ｃｒ］ｂ×１．４５であり、更に好ましい上限は［Ｃｒ］ｂ×１．４％である。
【００４５】
・Ｃ：０．０４〜０．３０％
Ｃは、溶接金属部の強度確保のために必要な基本的添加元素である。必要な強度特性を得るためには、少なくとも０．０４％以上は含有させる必要がある。しかし、Ｃを過剰に含有させると、耐食性が劣化することに加えて、割れ感受性が増大し、靱性も劣化する。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。こうしたことから、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。
【００４６】
・Ｓｉ：０．０５〜１．０％
Ｓｉは、溶接金属部の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構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、１．０％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。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。
【００４７】
・Ｍｎ：０．１〜２．０％
ＭｎもＳｉと同様に、溶接金属部の強度向上のために必要な元素であり、０．１％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、２．０％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。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１．９％であり、より好ましくは１．８％以下とするのが良い。
【００４８】
・Ｐ：０．０４％以下（０％を含まない）
Ｐは、溶接金属部の靭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、溶接金属部のＰの含有量を０％にすることは困難である。
【００４９】
・Ｓ：０．０４％以下（０％を含まない）
ＳもＰと同様に、含有量が多くなると溶接金属部の靭性を劣化させることに加えて、腐食を促進する元素である。Ｓの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、溶接金属部のＳの含有量を０％にすることは困難である。
【００５０】
・Ａｌ：０．０１０〜０．１０％
Ａｌは、酸化物皮膜を表面に形成して耐食性を向上させることに加えて、前記したＳｉ、Ｍｎと同様に溶接金属部の強度向上作用も発揮する元素である。こうした作用を有効に発揮させるためには、０．０１０％以上含有させることが必要である。しかし、０．１０％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０．０１０〜０．１０％とした。尚、Ａｌの含有量の好ましい下限は０．０１１％であり、より好ましくは０．０１２％以上とするのが良い。また、Ａｌの含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、より好ましくは０．０９０％以下とするのが良い。
【００５１】
・Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）
ＮもＰやＳと同様に、含有量が多くなると溶接金属部の靭性を劣化させる元素である。Ｎの許容される含有量の上限は０．０１％である。Ｎの含有量のより好ましい上限は０．００９％であり、更に好ましくは０．００８％以下とするのが良い。しかし、溶接金属部のＮの含有量を０％にすることは困難である。
【００５２】
溶接金属の前記以外の化学成分はＦｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物は耐食性や機械的特性を害さない程度の含有量に止める必要があり、具体的な含有量は、概ね合計で１％以下とする必要がある。
【００５３】
また、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎの各元素の溶接金属中の含有量［Ｘ］ｗは、母材（厚鋼板）の前記各元素の含有量［Ｘ］ｂ、採用する溶接方法および溶接条件によって決まる希釈率ａ、溶接材料の前記各元素の含有量［Ｘ］ｒを用いて、下記式（４）から求めることができる。言い換えれば、厚鋼板の溶接に用いる溶接材料の前記各元素の含有量［Ｘ］ｒは、母材（厚鋼板）の前記各元素の含有量［Ｘ］ｂ、採用する溶接方法および溶接条件によって決まる希釈率ａ、そして溶解金属中の目標とする前記各元素の含有量を用いて計算することで求めることができる。
［Ｘ］ｗ＝［Ｘ］ｂ×ａ＋［Ｘ］ｒ×（１−ａ）・・・式（４）
【００５４】
尚、希釈率ａは溶接方法・溶接条件によって変化するが、種々の溶接方法・溶接条件において希釈率ａがどの程度になるかについては過去から多く検討されており、例えば、（社）溶接学会編：溶接便覧（改訂３版）、丸善（株）、ｐ．４９４や、神鋼溶接総合カタログ（２０１３年度版）、ｐ．２５７などにも紹介されている。参考であるが、下記の実施例で採用しているサブマージアーク溶接法で溶接条件が溶接速度７０ｃｍ／ｍｉｎ、溶接入熱１１０ｋＪ／ｃｍであれば、希釈率は５０％となる。
【００５５】
尚、Ｎは溶接時に大気からもある程度、溶接金属中へ混入することがあるが、その場合には、前記（４）式を用いて計算した［Ｎ］ｒ値から更に０．０２％以上を減量した溶接材料を用いて溶接継手を作製すれば良い。
【００５６】
（溶接金属の幅）
・Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎ≦５ｍｍ・・・式（３）
溶接金属は、溶接時の凝固偏析によりＰやＳなどの腐食を促進する不可避的不純物元素の濃縮が生じて、局部腐食が促進される場合がある。本発明者は、このような凝固偏析は、溶接時の入熱変動が大きい場合に特に顕著となることを知見し、その抑制策を検討することとした。検討の結果、溶接時には溶接の入熱に応じて母材溶融が起こるため、溶接金属の幅が変動するが、その溶接金属の幅の変動をある規定値内に制御することで、優れた耐食性を発現する溶接継手が得られることを見出した。
【００５７】
溶接された厚鋼板の圧延面と平行な板厚の１／２位置の断面における溶接金属の最大幅Ｗｍａｘおよび最小幅Ｗｍｉｎの差（Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎ）が５ｍｍを超えると、溶接時の凝固偏析でＰやＳの濃縮部が顕著に形成され、溶接金属の局部腐食が促進される。よって、Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎを５ｍｍ以下に抑制しなければならない。Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎのより好ましい上限は４ｍｍであり、３ｍｍ以下が更に好ましい。
【００５８】
Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎを前記規定値内に抑える方法については特に制約はないが、その方法として、例えば、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｅ、溶接速度Ｖを常時モニタリングして、入熱量に関係するＥ×Ｉ／Ｖを常時一定となるように制御することを挙げることができる。また、溶接金属の幅には溶接ワイヤ送給速度も影響するため、高い精度で溶接ワイヤ送給速度を制御することにより、Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎを低下させることができる。また、溶接に用いる交流電源を用いる場合には、高い周波数の交流電源を用いることにより溶接時のアーク安定性が向上して、Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎを低下させることができる。交流電源の波形としては、通常のｓｉｎ波よりも矩形波の方が好ましい。
【００５９】
尚、従来から行われている通常の溶接方法によっても、溶接が安定している場合には結果的にＷｍａｘ−Ｗｍｉｎが５ｍｍ以下となることはある。しかし、単にＷｍａｘ−Ｗｍｉｎを５ｍｍ以下としても、目標とする耐食性に優れた溶接継手を得ることはできない。更に、厚鋼板および溶接金属の化学成分組成を前記したように適正化することで、初めて目標とする耐食性に優れた溶接継手を得ることができる。
【００６０】
Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎについては、事前に前記した溶接方法にて溶接線の長さが２００〜３００ｍｍ程度の試験片を作製して、規定範囲を満足することを確認することが可能である。
【００６１】
（溶接方法）
本発明の溶接継手を得るための溶接方法としては、被覆アーク溶接法、マグ溶接法、ティグ溶接法、セルフシールド溶接法、サブマージアーク溶接法、エレクトロスラグ溶接法、エレクトロガスアーク溶接法など各種の溶接法を用いることができる。
【実施例】
【００６２】
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。
【００６３】
［供試材の作製］
表１，２に示す種々の化学成分組成の鋼材を真空溶解炉により溶製し、１００ｋｇ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２０ｍｍの厚鋼板とし、更に、５００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの大きさの厚鋼板でなる鋼素材を切り出した。
【００６４】
表３，４に示す化学成分組成の溶接材料を用い、切り出した５００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの鋼素材２枚の５００ｍｍの辺同士をサブマージアーク溶接法により突き合わせ溶接して、表５，６の溶接継手を作製した。全ての溶接継手の溶接時の開先形状は、開先角度５０°のＶ形とし、溶接速度は７０ｃｍ／ｍｉｎ、溶接入熱は１１０ｋＪ／ｃｍとした。尚、Ｎｏ．６の溶接継手以外では、溶接金属の幅を安定化させるために、溶接に用いる交流電源を、周波数１００Ｈｚの矩形波として、溶接時の電流、電圧、溶接ワイヤ送給速度、溶接速度を常時モニタリングし、常時一定となるようにこれらの溶接金属の幅に影響するパラメータを制御した。また、Ｎｏ．６の溶接では、周波数５０Ｈｚのｓｉｎ波交流電源を用いた従来からの溶接方法を採用した。
【００６５】
図１に示すように、得られた溶接継手から、６０ｍｍ×２５ｍｍ×５ｍｍの大きさのテストピース用素材を各々１０枚切り出した。尚、これらテストピース用素材の片面が、必ず溶接された厚鋼板（鋼素材）の圧延面と平行な板厚の１／２位置の断面になるようにして切り出した。更に、切り出したテストピース用素材の表面全面をエメリー紙で＃６００まで湿式研磨してテストピース（ＴＰ）とした。
【００６６】
［溶接金属の幅の測定］
前記したように厚鋼板から切り出したＴＰの表面を、塩化銅アンモニウム水溶液にてエッチングし、板厚の１／２位置の断面に相当する面の溶接金属の幅を、デジタルノギスで計測した。各々の溶接継手から採取した１０枚のＴＰについて溶接金属の最大幅および最小幅をそれぞれ求め、得られた１０点の最大幅の中で最大値をＷｍａｘ、最小幅の中での最小値をＷｍｉｎとして、各々の溶接継手のＷｍａｘ−Ｗｍｉｎを求めた。
【００６７】
［腐食試験］
タンカー原油タンク底板のピット内や、石炭や鉄鉱石を運搬するバラ積み船の船倉内では厳しい酸による腐食が促進されると推定することができる。そこで、船舶用の構造部材に用いる各溶接継手の耐食性を評価するための腐食試験として、ｐＨ１に調整したＨＣｌ水溶液中での浸漬腐食試験を実施し、腐食減量、局部腐食状況、異種金属接触腐食状況より耐食性を評価することとした。溶液温度はウォーターバスを用いて３０℃一定に制御し、浸漬時間は７２時間とした。用いたＴＰは前記した溶接金属幅の測定に用いたＴＰであり、それぞれの溶接継手について１０枚ずつを腐食試験に供した。ＴＰは何れも溶接金属の幅測定の後に、再度、エメリー紙で＃６００まで湿式研磨し、水洗およびアセトン洗浄し、乾燥させてから腐食試験に用いた。
【００６８】
ＴＰを試験溶液に７２時間浸漬した後、試験溶液から取り出して水洗し、アセトン中での超音波洗浄を行い、乾燥後にＴＰの質量測定を実施し、それぞれのＴＰにつき試験前後の質量変化から腐食した減量値を求め、１０枚の平均値を腐食減量とした。
【００６９】
また、前記質量測定後のＴＰについて、ルーペを用いた外観観察を行い、孔食などの局部腐食の有無を調査した。その後、ＴＰ断面の樹脂埋め込みを行い、母材と溶接金属との異種金属接触腐食の有無を調査した。尚、異種金属接触腐食については、断面から見たときの母材と溶接金属との段差が３０μｍ以下の場合を異種金属接触腐食なし、段差が３０μｍを超える場合を異種金属接触腐食ありと判断した。
【００７０】
以上の腐食減量、局部腐食の有無、異種金属接触腐食の有無より、溶接継手の耐食性を総合評価した。その評価基準は以下の通りであり、◎◎、◎、○〜◎、○を合格、×を不合格と評価した。
◎◎  ：腐食減量が２０未満、且つ局部腐食なし、且つ溶接金属と母材との間の接触腐食なし
◎    ：腐食減量が４０未満、且つ局部腐食なし、且つ溶接金属と母材との間の接触腐食なし
○〜◎：腐食減量が６０未満、且つ局部腐食なし、且つ溶接金属と母材との間の接触腐食なし
○    ：腐食減量が８０未満、且つ局部腐食なし、且つ溶接金属と母材との間の接触腐食なし
×    ：腐食減量が８０以上、または局部腐食あり、または溶接金属と母材との間の接触腐食あり
【００７１】
［試験結果］
ｐＨ１のＨＣｌ水溶液中での浸漬腐食試験による腐食減量、局部腐食状況、異種金属接触腐食状況の結果、および溶接継手の耐食性を総合評価結果は表５，６に示すとおりである。「腐食減量」は、Ｎｏ．１の溶接継手ＴＰの腐食減量（１０枚のＴＰの平均値）を１００としたときの相対値で示している。また、「局部腐食」は、１０枚のＴＰの全てで局部腐食が認められなかったものを○で示し、何れか１枚でも局部腐食が認められたものは×とした。尚、×（ｂ）は母材側に局部腐食が発生したことを示し、×（ｗ）は溶接金属側に局部腐食が発生したことを示す。また、「接触腐食」は、１０枚のＴＰの全てで異種金属接触腐食が認められなかったものを○で示し、何れか１枚でも異種金属接触腐食が認められたものは×とした。尚、×（ｂ）は母材側の腐食が溶接金属より加速されたことを示し、×（ｗ）は溶接金属側が母材よりも加速されたことを示す。
【００７２】
表５，６によると、本発明の規定の何れかを満足しないＮｏ．１〜８の比較例は、腐食減量が相対的に大きく、局部腐食と異種金属接触腐食のうち少なくとも一方の腐食が発生し、その結果、溶接継手の耐食性は不十分であった。Ｎｏ．１，２，３は、母材のＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒの何れかが規定した成分範囲を満足しない比較例である。これらは、何れも異種金属接触腐食は認められないが、母材側に局部腐食が発生し、溶接継手全体の腐食減量も比較的大きい。Ｎｏ．４，５は、溶接金属のＣｕまたはＣｒが母材に対して少なすぎるため、異種金属接触腐食により溶接金属の腐食が促進され、また、局部腐食も発生した。Ｎｏ．７，８は、溶接金属のＣｕまたはＣｒが母材に対して多すぎるため、異種金属接触腐食により母材の腐食が促進された。従来からの通常の溶接方法によるＮｏ．６は、溶接金属の幅が比較的不安定であり、その結果、Ｗｍａｘ−Ｗｍｉｎが規定を上回ったものであるが、溶接時の凝固偏析でＰやＳなどの腐食を促進する不可避的不純物元素の濃縮部が溶接金属に形成され、これらの濃縮部を起点とした局部腐食が発生した。
【００７３】
これらに対して、本発明の規定を何れも満足するＮｏ．９〜６２の溶接継手は、何れも腐食減量が８０未満であり、且つ局部腐食や異種金属接触腐食は認められず、耐食性に優れる結果となった。これらの耐食性は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒなどを適量添加して得られる緻密な錆皮膜、母材と溶接金属とのＣｕおよびＣｒ量の適正化による異種金属接触腐食の抑止、およびＰやＳなど濃縮抑制による局部腐食の抑止によって得られたものである。以上のように、本発明の溶接継手は何れも厳しい酸条件における耐食性が優れており、無塗装のまま使用されることが多いタンカーの原油タンクやバルカー船倉などの溶接継手として好適である。
【００７４】
尚、塗装仕様で厚鋼板が使用されるバラストタンクなどの腐食環境においても、何らかの要因で防食塗装が剥離し、溶接継手部が腐食環境に露出して、腐食が進行してしまう場合も多い。よって、本発明の溶接継手は、表面に塗装を施して使用した場合でも、塗装が剥離した場合の腐食抑制に効果を有するため、塗装の有無に関わらず船舶用溶接継手として有効に用いることができる。
【００７５】
【表１】
2016084489.tif 000002
【００７６】
【表２】
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【００７７】
【表３】
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【００７８】
【表４】
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【００７９】
【表５】
2016084489.tif 000006
【００８０】
【表６】
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【図１】
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