(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部と内層部の組成が異なる鋼材であって、
質量％で、前記表層部および前記内層部が、
Ｃ：0. 001〜0.03％、              Si：0.6 ％以下、
Mn：0.1 〜3.0 ％、                Ｓ：0.01％以下、
Al：0.003 〜0.1 ％、              Ｂ：0.0003〜0.005 ％
を含み、さらに前記表層部が、
Ｐ：0.003 〜0.030 ％、            Ni：1.0 〜6.0 ％
を、一方、前記内層部が、
Ｐ：0.030 ％以下、                Ni：3.0 ％以下でかつ前記表層部のNi含有量未満を含有し、
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海岸耐候性に優れた鋼材。
【請求項２】
前記表層部、または前記表層部および前記内層部が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.1 〜1.5 ％および／またはMo：0.005 〜1.0 ％を含有する組成を有することを特徴とする請求項１に記載の海岸耐候性に優れた鋼材。
【請求項３】
前記内層部、または前記内層部および前記表層部が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cr：0.02〜0.5 ％、V ：0.005 〜0.2 ％、Nb：0.005 〜0.2 ％、Ti：0.005 〜0.2 ％、Ca：0.0001〜0.008 ％、REM ：0.0001〜0.02％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の海岸耐候性に優れた鋼材。
【請求項４】
前記表層部の厚みが鋼材表面から0.1mm 以上で、かつ前記内層部の体積比率が鋼材全体の70％以上であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の海岸耐候性に優れた鋼材。
【請求項５】
溶鋼を、浸漬ノズルを介し連鋳鋳型に注入し連続鋳造して鋳片としたのち、該鋳片を熱間圧延して鋼材となす鋼材の製造方法において、前記連鋳鋳型内の湯面レベルから鋳造方向に一定の距離下方の位置に、鋳造方向に垂直な成分を有する直流磁場を少なくとも鋳片全幅にわたり帯状に印加する直流磁場帯を設け、前記溶鋼を所定の内層部組成とし、浸漬ノズルを介し該直流磁場帯内または該直流磁場帯よりも上部の前記連鋳鋳型内に注入するとともに、前記直流磁場帯よりも上部の溶鋼プールにNi源、またはNi源に加えてＰ源、Cu源、Mo源、Ｂ源のうちの１種または２種以上を含む合金添加材を、添加しつつ連続鋳造して、表層部と内層部の組成が異なる鋳片とすることを特徴とする海岸耐候性に優れた鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁、建築などの鋼構造物の部材として好適な耐候性鋼材に係り、とくに海岸地帯など塩素イオンの多い腐食環境下で使用可能な、海岸における耐候性に優れた鋼材に関する。なお、本発明では、海岸における耐候性を海岸耐候性と称する。また、本発明の鋼材は、厚鋼板、薄鋼板、形鋼等を含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
普通鋼中に、Ｐ、Cu、Cr、Ni等の合金元素を微量添加し、大気中における耐食性を向上させた耐候性鋼は、比較的安価であるため、橋梁、建築などの鋼構造物の部材として広く利用されている。耐候性鋼は、大気暴露によって表面に、高い防食機能を有する安定錆と呼ばれるさび皮膜を形成し、その後の腐食を抑制している。このような耐候性鋼は、溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（JIS G 3114）および高耐候性圧延鋼材（ JIS G 3125 ）として、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されている。
【０００３】
しかし、これら耐候性鋼は、大気腐食環境においては優れた耐食性を示すが、海岸地帯など、とくに塩素イオンの多い腐食環境下では、普通鋼とほとんど変わらない耐食性しか示さないことが指摘されている。例えば、建設省から公表された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書（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）によれば、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 3114に規定される溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は無塗装で使用できないことになっている。
【０００４】
このため、海岸地帯などの塩分の多い環境下では、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。しかしながら、河口付近の海岸地帯に建設される橋梁は、腐食が著しく再塗装の要求が高い。しかし、長大橋が多く、しかも再塗装作業が困難な場合が多いため、依然として無塗装で使用できる鋼材への要望が高い。
【０００５】
このような要求に対し、特開昭63−255341号公報には、耐塩害性に優れた溶接構造用耐食性鋼板が提案されている。この鋼板は、Ｐ：0.04〜0.15％、Cu：0.1 〜0.5 ％、Cr：3 〜10％、Al：0.02〜1.0 ％含有し、海塩粒子が関与する腐食環境下でも無塗装使用に耐え得るとされている．しかし、この鋼板は、Ｐ含有量が高く勒性の低下、溶接性の低下が大きいという問題があった。
【０００６】
また、特開平3-158436号公報には、海浜耐候性構造用鋼が提案され、この鋼は、Ｐを多量添加することなく、Mn、Cu、Cr、Ni、Moの含有量を調整することにより海浜地帯で優れた耐候性を示し、鋼板への塗装を省略できるとされている。しかし、この鋼は、Crの含有量が高く、靱性、溶接性の低下という問題が残されていた。またこのような耐候性鋼では、高飛来塩分の使用環境に対応するためには、Ni、Moなどの高価な合金元素を高濃度で添加する必要があり、製造コストの上昇を招くという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題に鑑み、塗装、表面処理などを必要としない海岸地帯における耐候性（海岸耐候性）に優れた鋼材で、海岸地帯などの塩分が多く、雨掛かりがない環境下でも、飛来塩分量に応じ優れた海岸耐候性を保持する経済的に優れた耐候性鋼材を提供することを目的とする。また溶接構造用鋼材として要求の高い、靭性に優れた高耐候性鋼材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
耐候性鋼材の初期にできるさび層はγ-FeOOHやFe3O4 が主体である。数年の乾湿繰り返し腐食反応によって、さび層はγ-FeOOHやFe3O4 が減少し、Ｘ線的非晶質さびが主体となり安定錆を形成する。
海岸地帯で暴露された耐候性鋼に形成されるさび層中の非晶質さび比率は、非海岸地帯のそれより小さい。したがって、海岸耐候性に優れた鋼材を提供するためには、さび層中の非晶質さび比率を増加させることが必要である。
【０００９】
本発明者らは、海岸耐候性を改善するために、安定錆の形成に及ぼす主要因について鋭意考究した。その結果、鋼材組成のうちＣ量を低下することによって、安定錆の形成が促進され、海岸耐候性が顕著に改善されるという大きな効果が得られることを見い出した。
まず、本発明者らが行った基礎的実験結果について説明する。図１は、質量％で0.3 ％Si-1.0％Mn-2.7％Ni-0.4％Cu-0.0018 ％Ｂを基本成分とし、Ｃ量を変化させた鋼材について、後述の方法で測定し求めた、飛来塩分量0.8mg/dm2/day の環境下で１年間暴露した後の、さび層中の非晶質さびの存在比率（質量％）および板厚減少量（mm）に及ぼすＣ量の影響を示したものである。
【００１０】
図１から、Ｃ量が減少するにしたがい、非晶質さびの存在比率が増加することがわかる。そして、非晶質さびの存在比率が増加するにしたがい、板厚減少量も小さくなり、Ｃ量が 0.03 ％以下では板厚減少量0.06mm以下と、板厚減少量が大幅に低減していることがわかる。また、言うまでもなく、非晶質さびの存在比率が多いほど、暴露１年以降の板厚減少速度は小さくなる。なお、ここで非晶質さびの存在比率とは、形成されたさび層についてＸ線回折を用いて，結晶性さびの含有量（質量）を測定し、さびの全質量から結晶性さび質量を除いた残りの質量を非晶質さび質量とし、この値をさびの全質量で除した値を意味する。
【００１１】
また、このようなＣ量減少による非晶質さびの存在比率の増加に対しては、Ｐ、Ni、Cu、Mo、Ｂ等の含有量が影響する。これら非晶質さびの存在比率の増加に影響する元素のなかで、本発明者らは、とくに、Niの影響に注目した。
図２に、図１に比べてNi含有量を少なくし、Ｃ含有量を変化した鋼材について、飛来塩分量0.05mg/dm2/dayの環境下で１年間暴露した後の、さび層中の非晶質さびの存在比率（質量％）および板厚減少量（mm）に及ぼすＣ量の影響を示す。なお、使用した鋼材の基本成分は、質量％で、0.3 ％Si-1.0％Mn-0.5％Ni-0.4％Cu-0.0018 ％Ｂである。図２から、Ni含有量が0.5 ％と低くなると、Ｃ含有量の低減による非晶質さびの存在比率の増加は少なく、Ｃ含有量の低減による安定錆形成の効果が小さいことがわかる。
このような実験結果および別途行った実験と併せて、本発明者らは、Ｃ含有量の低減による安定錆形成の効果を顕著とするために、海岸地帯で使用する鋼材では、Ｃを0.03％以下に低減するとともに、Ni：1.0 ％以上の含有を必要とするという知見を得た。しかし、Niは非常に高価な合金元素であるため、Ni：1.0 ％以上を含有すると製造コストが大幅に上昇するという問題がある。本発明者らは、表面から1.0mm 以上の厚さの表層部をNi：1.0 ％以上を含む組成とすることにより、安定錆を形成でき海岸耐候性が良好となり、経済的にも有利であるという知見も得た。海岸耐候性の付与という観点からは、内層部には必ずしもNiの多量含有は必要ではなく、鋼材全体をNi：1.0 ％以上の組成とする必要はない。なお、そのような場合、鋼材の切断面や溶接部で、内層部の成分が露出するため耐候性の低下が懸念されるが、本発明者らの知見によれば、溶材中のNi濃度を高めたり部分的に安定錆を形成するための塗装を施したりすることで、最小限のコストアップで通常の鋼材表面と同等の耐候性を確保できる。
【００１２】
また、このようなＣ量減少による非晶質さびの存在比率の増加に対しては、Ｂの影響も大きく、Ｂは0.0003質量％以上の含有で耐候性向上に大きな効果が認められることを知見した。Ｂの耐候性向上の詳細な機構は明確でないが、次のように考えられる。錆層中に付着した塩分は、降雨、結露水（あるいは潮解）によってイオン化し、Clイオンとなり錆層中のpHを低下させる。このpHの低下は、鉄のアノード溶解を促進し、耐候性を劣化させる。Ｂはこの塩素によるpH低下を防ぐ作用を有していると考えられる。
【００１３】
本発明は、上記した知見に基づいて、構成されたものである。
すなわち、本発明は、表層部と内層部の組成が異なる鋼材であって、質量％で、前記表層部が、Ｃ：0. 001〜0.03％、Si：0.6 ％以下、Mn：0.1 〜3.0 ％、Ｓ：0.01％以下、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.0003〜0.005 ％を含み、さらにＰ：0.003 〜0.030 ％、Ni：1.0 〜6.0 ％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ、前記内層部が、Ｃ：0. 001〜0.03％、Si：0.6 ％以下、Mn：0.1 〜3.0 ％、Ｓ：0.01％以下、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.0003〜0.005 ％を含み、さらにＰ：0.030 ％以下、Ni：3.0 ％以下でかつ前記表層部のNi含有量未満を含有し、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海岸耐候性に優れた鋼材である。また、本発明では、前記表層部、または前記表層部および前記内層部が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.1 〜1.5 ％および／またはMo：0.005 〜1.0 ％を含有する組成を有することが好ましく、また、本発明では、前記内層部、または前記内層部および前記表層部が、前記各組成に加えてさらに、質量％で、Cr：0.02〜0.5 ％、V ：0.005 〜0.2 ％、Nb：0.005 〜0.2 ％、Ti：0.005 〜0.2 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成を有することが好ましい。また、本発明では、前記内層部、または前記内層部および前記表層部が、前記各組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.0001〜0.008 ％および／またはREM ：0.0001〜0.02％のうちから選ばれた１種または２種を含有する組成を有することが好ましい。また、本発明では、前記表層部の厚みが鋼材表面から0.1mm 以上で、かつ前記内層部の体積比率が鋼材全体の70％以上であることが好ましい。
【００１４】
また、第２の本発明は、溶鋼を、浸漬ノズルを介し連鋳鋳型に注入し連続鋳造して鋳片としたのち、該鋳片を熱間圧延して鋼材となす鋼材の製造方法において、前記連鋳鋳型内の湯面レベルから鋳造方向に一定の距離下方の位置に、鋳造方向に垂直な成分を有する直流磁場を少なくとも鋳片全幅にわたり帯状に印加する直流磁場帯を設け、前記溶鋼を所定の内層部組成とし、浸漬ノズルを介し該直流磁場帯内または該直流磁場帯よりも上部の前記連鋳鋳型内に注入するとともに、前記直流磁場帯よりも上部の溶鋼プールにNi源、またはNi源に加えてＰ源、Cu源、Mo源、Ｂ源のうちの１種または２種以上を含む合金添加材を添加しつつ連続鋳造して、表層部と内層部の組成が異なる鋳片とすることを特徴とする海岸耐候性に優れた鋼材の製造方法である。第２の本発明では、前記鋳片における所定の表層部組成を有する表層部の厚さは鋳片厚さの10％以下とするのが好ましい。なお、好ましくは、上記の如く鋳造することによって、鋳片の表層部組成を、質量％で、Ｃ：0. 001〜0.03％、Si：0.6 ％以下、Mn：0.1 〜3.0 ％、Ｐ：0.003 〜0.030 ％、Ｓ：0.01％以下、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.0003〜0.005 ％を含み、さらにNi：1.0 〜6.0 ％を、あるいはさらにCu：0.1 〜1.5 ％および／またはMo：0.005 〜1.0 ％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、鋳片の内層部組成を、質量％で、Ｃ：0. 001〜0.03％、Si：0.6 ％以下、Mn：0.1 〜3.0 ％、Ｐ：0.030 ％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.0003〜0.005 ％を含み、さらにNi：3.0 ％以下を、あるいはさらにCu：0.1 〜1.5 ％および／またはMo：0.005 〜1.0 ％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とするのが好ましい。また、前記内層部、または前記内層部および前記表層部が、前記各組成に加えてさらに、質量％で、Cr：0.02〜0.5 ％、Ｖ：0.005 〜0.2 ％、Nb：0.005 〜0.2 ％、Ti：0.005 〜0.2 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成としてもよい、また、前記内層部、または前記内層部および前記表層部が、前記各組成に加えてさらに、Ca：0.0001〜0.008 ％および／またはREM ：0.0001〜0.02％を含有してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明鋼材は、表層部と内層部の組成の異なる傾斜組成の、海岸耐候性に優れた鋼材である。
傾斜組成鋼材としては、従来から、クラッド鋼が知られている。このクラッド鋼の製造方法としては、圧延法、爆者法、鋳込み法、拡散法及び溶射法などの製造法がある。例えば、圧延法においては、スラブ組立時に、母材と合わせ材との密着性を確保するために接着面の表面研磨、更には加熱・圧延時における酸化を防止するための溶接ならびに真空引きなどにおいて細かな配慮が必要となり、作業コストの大幅な上昇を招く。このため、耐候性鋼程度の低合金鋼では、傾斜組成鋼材としてクラッド鋼を適用することは経済的に得策ではない。
【００１６】
本発明では、海岸耐候性に優れた傾斜組成鋼材を、適当な溶鋼流動制御と連鋳鋳型内溶鋼への耐候性向上合金元素の添加を組み合わせた、連続鋳造法を適用して製造するのが好ましい。
本発明の海岸耐候性に優れた鋼材の製造方法について、まず説明する。
本発明の鋼材は、所定組成の溶鋼を、浸漬ノズルを介し連鋳鋳型に注入し連続鋳造して鋳片としたのち、該鋳片を熱間圧延して、所定の形状寸法とする。
【００１７】
本発明では、鋳片の製造方法に一つの特徴がある。そこで、まず、鋳片の製造方法について、図３に示す、スラブ連鋳機を利用する場合を例に説明する。
連鋳鋳型１内の湯面レベルから鋳造方向に一定の距離下方の位置に、連鋳鋳型１の全幅（長辺側）にわたり磁極３を設置し、主として長辺面（図２では紙面）に垂直な成分の直流磁場を少なくとも鋳片全幅にわたり帯状に印加する直流磁場帯を設ける。そして、この直流磁場帯内または直流磁場帯よりも上部に、単一の浸漬ノズル２を用いて溶鋼を注入する。この直流磁場帯の磁束密度を調節することにより、直流磁場帯を上下に横切る溶鋼流動を均一化して、該直流磁場帯上下の溶鋼の混合を抑制する。
【００１８】
図３は、浸漬ノズルとして、下向きの主吐出孔４と共に水平吐出孔５を設けたノズルを使用した場合の例である。注入された溶鋼は、連鋳鋳型１内で、主吐出孔４からの主噴流６と、水平吐出孔５からの噴流８となる。この例の場合は、主として水平吐出孔５からの噴流８により、直流磁場帯よりも上部の溶鋼プールに循環流９を形成する。本発明では、この例の場合に限定されず、浸漬ノズルからの水平吐出流の他、直流磁場帯での誘導電流による流動７あるいは吹き込みガスによる上昇流などを利用して、循環流９を形成してもよい。なお、本発明では、浸漬ノズル２から注入する溶鋼は、予め内層部に適した組成に調整された溶鋼とする。
【００１９】
ついで、循環流９域への溶鋼流入速度を、水平吐出孔５の断面積や磁場強度などにより調節して、循環流９域の直流磁場帯より上部の溶鋼プールから、直流磁場帯より下部の溶鋼プールへの溶鋼の流出を抑制するとともに、直流磁場帯より上部の溶鋼プールに、Ni等の耐候性向上元素を含む合金添加材10（図３ではワイヤ）を添加する。これにより、直流磁場帯より上部の溶鋼プール内の溶鋼に、Ni等の耐候性向上元素量を増加することができる。この際、循環流９域への溶鋼流入速度の調整により、直流磁場帯より下部の溶鋼プール内溶鋼のNi等の耐候性向上元素量の増加を抑制する。直流磁場帯より下部の溶鋼プール内溶鋼、すなわち、内層部の、Ni含有量を表層部のそれの１／２以下とすることにより、また内層部の体積比率を鋳片（スラブ）全体の70％以上とすることにより、添加する合金コストを低減でき、経済的に有利に鋳片を製造できる。
【００２０】
耐候性向上元素としては、Niに加えて、Mo、Cu、Ｂ、Ｐ等がある。合金添加材は、これら耐候性向上元素をそれぞれ単独あるいは混合して含むものとすることができる。すなわち、合金添加材は、Ni源、またはNi源およびCu源、Mo源、Ｂ源、Ｐ源のうちの１種または２種以上を含むことが好ましい。合金添加材は、これら耐候性向上元素が溶鋼中に溶解可能な形態を有していればよく、材料の形状、材質は限定されない。合金添加材の形状としては、ワイヤ、粒状物等、とくに限定されない。
【００２１】
このようにして、先に凝固し、鋳片の表層部を構成する、直流磁場帯より上部の溶鋼プールがNi等の耐候性向上元素に富む組成とすることができ、その後凝固する直流磁場帯より下部の溶鋼プールを、高価なNiを低く抑え、Ｐ等の靱性、溶接性を阻害する元素の含有量を低く抑えた組成とすることができる。これにより、Ni等の耐候性元素が富化した組成の表層部と、高価なNiや、Ｐ等の靱性、溶接性阻害元素を低く調整した内層部を有する鋳片を鋳造できる。また、直流磁場帯上部の溶鋼プールにおいて凝固する鋳片表層部の厚さは、鋳造速度や直流磁場帯上部の溶鋼プールへの溶鋼流入量などを調節して、鋳片（スラブ）厚さの10％以下とするのが、靭性および溶接性の良好な鋼材とするために好ましい。
【００２２】
また、表層部のNi等の含有量を内層部の含有量よりも高くすることにより、添加する合金コストを低減して経済的に有利に鋼材とすることもできる。
なお、連鋳鋳型１内の溶鋼は熱容量が小さいため、これらの合金添加材を大量に添加する場合には、加熱あるいは溶解の手段が必要となる。図３では、連鋳鋳型１直上に給電接点11を設けて合金添加材（ワイヤ）10に給電し、モールドフラックス層14内でアーク溶解しつつ、合金添加材（ワイヤ）10を送給する手段を用いている。なお、本発明では、この例に限定されるものではなく、誘導加熱やプラズマ加熱、通電加熱、フラックスのジュール発熱なども利用でき、あるいは別に小型の溶解炉を設けてもよい。
【００２３】
上記したように製造された鋳片は、ついで、所定の表層部組成を有する表層部の厚さが鋼材表面から0.1mm 以上となるように、常法に従い、熱間圧延した後冷却して、所定の寸法形状の鋼材とされる。
なお、スラブの連鋳鋳造の場合を例にして説明したが、本発明の鋼材は、必ずしも連続鋳造製に限定されるものではなく、連続鋳造法以外の鋳造法により製造された鋳片を使用してもよいのはいうまでもない。
【００２４】
本発明の鋼材は、上記したように表層部と内層部の組成が異なる傾斜組成鋼材である。表層部は耐候性に富む層であり、耐候性向上元素であるNiが内層にくらべ富化されている。また、表層部の厚さは、鋼材表面から0.1mm 以上とするのが好ましい。厚さが0.1mm 未満では、耐候性に富む層が薄すぎて、所定の耐候性を維持できなくなる。なお、溶接性、靱性の観点からは、表層部の厚さは、鋼材厚さの10％以下とするのが好ましい。表層部の厚さが鋼材厚さの10％を超えると、表層部影響により鋼材全体の靱性、溶接性が劣化する。ここでいう、鋼材厚さとは、鋼板における板厚、形鋼におけるウェブ高さあるいはフランジ高さなどが含まれる。
【００２５】
また、内層部は、経済性を考慮し高価なNiを低減し、さらに靱性、溶接性を考慮しＰ含有量を低減した組成とする。内層部は、経済性や材質向上の観点から体積比率で鋼材全体の70％以上とするのが好ましい。
ついで、鋳片は、加熱炉等で加熱され、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される。
【００２６】
つぎに、本発明鋼材の組成限定理由について説明する。
まず、表層部の組成限定理由について説明する。
（１）表層部
Ｃ：0.001 〜0.03％（質量％）
上記したように、Ｃ含有量が0.03％以下に減少すると、さび層中の非晶質さび比率が増加し、耐候性向上に有利となる。また、Ｃ含有量が0.03％を超えると、靱性、溶接性が劣化する。一方、0.001 ％未満では、所望の強度を確保できない。このようなことから、Ｃは0.001 〜0.03％に限定した。なお、強度確保上からは、0.01〜0.025 ％とするのが好ましい。
【００２７】
Si：0.6 ％以下
Siは、脱酸剤として作用し、さらに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、Siは0.6 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.15〜0.50％である。
Mn：0.10〜3.0 ％
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、寒冷地等で高靱性が要求される場合には、0.10〜1.0 ％の低Mn量とするのが効果的である。
【００２８】
Ｐ：0.003 〜 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、Ｐ：0.003 ％以上の含有でその高価が認められる。一方、 0.030％を超える含有は溶接性および低温靭性が劣化する。このため、Ｐは0.003 〜 0.030％の範囲に限定した。
Ｓ：0.01％以下
Ｓは、耐候性を劣化させ、さらに溶接性、靱性を劣化させる。このため本発明では、Ｓは0.01％以下に限定した。
【００２９】
A1：0.003 〜0.1 ％
A1は、脱酸剤として添加するが、0.1 ％を超えて含有すると溶接性に悪影響を及ぼすため、0.003 〜0.1 ％とした。
Ｂ：0.0003〜0.005 ％
Ｂは、焼入性を増加させ、さらに、非晶質さびの形成に大きく影響し耐候性を向上させる元素であり、本発明では重要な元素の一つである。このような効果は0.0003％以上の含有で認められるが、0.005 ％を超えて含有しても含有量に見合う効果を期待できない。このため、Ｂは0.0003〜0.005 ％の範囲に限定した。好ましくは、0.0010〜0.005 ％の範囲である。
【００３０】
Ni：1.0 〜6.0 ％
Niも、Ｂと同様、非晶質さびの形成に影響し、耐候性向上に有効に作用する元素であり、1.0 ％以上の含有により錆粒子を綴密化し耐候性を向上させる。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が認められず、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。なお、飛来塩分量が多い場合には、Niは多い方が好ましいが、経済性を考慮すると、2.0 〜3.5 ％の範囲とするのが好ましい。さらには2.5 〜3.0 ％の範囲が好ましい。
【００３１】
Cu：0.1 〜1.5 ％
Cuは、錆粒子を綴密化し耐候性を向上させるとともに強度を増加させる元素であり、耐候性および強度の観点から、必要に応じて含有してもよい。しかし、Cu含有量が0.1 ％未満ではその効果が少なく、一方、1.5 ％を超えると熱間加工性を阻害し、さらに耐候性向上効果も飽和するため、含有量に見合う効果が期待でず、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。好ましくは、0.2 〜1.0 ％の範囲である。
【００３２】
Mo：0.005 〜1.0 ％
Moは、耐候性を向上させ、さらに強度を増加させる元素であり、耐候性および強度の観点から、必要に応じて含有してもよい。0.005 ％未満の含有ではその効果が少ないが、1.0 ％を超えて含有しても効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、Moは0.005 〜1.0 ％の範囲とした。なお、靱性の観点から、0.005 〜0.5 ％の範囲が好ましい。
【００３３】
Cr：0.02〜0.5 ％、Nb：0.005 〜0.2 ％、Ti：0.005 〜0.2 ％、Ｖ：0.005 〜0.2 ％のうちから選ばれた１種または２種以上
Cr、Nb、Ti、Ｖは、鋼材の強度上昇または靭性向上に有効な元素であり、必要に応じて表層部、内層部にも含有できる。これらの元素を表層部にも含有させることにより、内層部のみに含有する場合に比べてさらに強度を向上できる。このような効果は、Cr：0.02％以上、Nb、Ti、Ｖは0.005 ％以上の含有で認められる。一方、Cr：0.5 ％、Nb：0.2 ％、Ti：0.2 ％、Ｖ：0.2 ％をそれぞれ超えて含有すると、溶接性が劣化する。
【００３４】
Ca：0.0001〜0.008 ％
Caは、靭性向上に有効に作用するほか、鋼材表面の溶解に伴うpH低下を抑制し、鉄の溶解速度を抑制することにより耐食性向上に有効であり必要に応じ含有できる。このような効果は0.0001％以上の含有で認められるが、0.008 ％を超えて含有しても効果が飽和する。このため、Caは0.0001〜0.008 ％の範囲とするのが好ましい。
【００３５】
REM ：0.0001〜0.02％
REM は、溶接性を向上させる作用を有し、必要に応じて含有できる。この効果は0.0001％以上の添加で認められるが、多量の添加は、鋼材の清浄度を劣化させる。このため、REM は0.0001〜0.02％の範囲とするのが好ましい。
本発明鋼材の表層部では、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。不可避的不純物としては、Ｎ：0.010 ％以下、Ｏ：0.010 ％以下などが許容できる。
（２）内層部
Ｃ：0.001 〜0.03％
内層材のＣは、必要な鋼材強度を確保するために0.001 ％以上の含有を必要とするが、0.03％を超えると、靱性、溶接性が劣化する。このため、Ｃは0.001 〜0.03％の範囲に限定した。なお、強度確保の観点から、好ましくは0.01〜0.025 ％である。なお、Ｃが0.03％以下では、炭化物の析出が抑制されて、さらにＢを含有することにより、冷却速度によらず一様なベイナイト組織が得られ、バラツキの少ない高強度および高靭性の鋼材となる。
【００３６】
Si：0.6 ％以下
Siは、脱酸剤として作用し、さらに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、0.6 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.15〜0.50％である。
Mn：0.10〜3.0 ％
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、寒冷地等で高靱性が要求される場合には、0.10〜1.0 と低いMn含有量とするのが効果的である．
Ｐ： 0.030％以下
Ｐは、強度を増加させる元素であるが、靱性、溶接性を劣化させるため、できるだけ低減するのが好ましい。このため、Ｐは 0.030％以下に限定した。
【００３７】
Ｓ：0.01％以下
Ｓは、溶接性、靱性を劣化させるため、0.01％以下に限定した。
A1：0.003 〜0.1 ％
A1は、脱酸剤として作用し、0.003 ％以上の含有を必要とするが、0.1 ％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0.003 〜0.1 ％とした。
【００３８】
Ｂ：0.0003〜 0.005％
Ｂは、オーステナイト粒の粒界エネルギーを低下させる元素であり、オーステナイト域から低い冷却速度で冷却される場合においても、フェライトの析出を抑制して、ベイナイト単相組織とする。これにより、バラツキの少ない高強度および高靭性の鋼材が得られる。このような効果は、0.0003％以上の含有で認められるが、 0.005％を超えるとBNが析出して溶接性を劣化する。このため、Ｂは0.0003〜 0.005％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.0010〜0.0030％の範囲である。
【００３９】
Ni：3.0 ％以下
Niは、強度および靭性を向上するのに有効であるが、3.0 ％を超えて添加しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できない。このため、Niは3.0 ％以下の範囲とする。また、内層部へのNi添加は切断面や溶接部の耐候性を向上するためにも有効であるが、高価な元素であるため、経済的な観点から最低限の添加に留め、3.0 ％以下でかつ表層部のNi含有量よりも低くする。
【００４０】
Cu：0.1 〜1.5 ％
Cuは、析出強化あるいは固溶強化により鋼材の強度を増加させる効果を有しており、必要に応じて含有できる。Cu含有量が0.1 ％未満ではその効果が少なく、一方、1.5 ％を超えると熱間加工性を阻害するうえ、靭性が急激に劣化する。このため、Cuは0.1 〜1.5 ％の範囲に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.2 〜1.0 ％の範囲である。
【００４１】
Mo：0.005 〜1.0 ％
Moは、常温および高温での強度を上昇する効果があり、必要に応じて含有できる。Mo含有量が0.005 ％未満ではその効果が少なく、一方、1.0 ％を超えると溶接性が劣化する。このため、Moは0.005 〜1.0 ％の範囲とするのが好ましい。なお、靱性の観点から、Moは0.005 〜0.5 ％の範囲とするのがより好ましい。
【００４２】
Cr：0.02〜0.5 ％、Nb：0.005 〜0.2 ％、Ti：0.005 〜0.2 ％、Ｖ：0.005 〜0.2 ％のうちから選ばれた1 種または2 種以上
Cr、Nb、Ti、Ｖは、鋼材の強度上昇または靭性向上に有効な元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果は、Cr：0.02％以上、Nb、Ti、Ｖはそれぞれ0.005 ％以上の含有で認められる。一方、それぞれCr：0.5 ％、Nb：0.2 ％、Ti：0.2 ％、Ｖ：0.2 ％をそれぞれ超えて含有すると、溶接性が劣化する。
【００４３】
Ca：0.0001〜0.008 ％
Caは、靭性向上に有効であり、必要に応じて含有できる。この効果は0.0001％以上の含有で認められるが、0.008 ％を超えて含有すると効果が飽和する。このため、Caは0.0001〜0.008 ％の範囲とするのが好ましい。
REM ：0.0001〜0.02％
REM は、溶接性を向上させる作用を有し、必要に応じて含有できる。この効果は0.0001％以上の含有で認められるが、多量の含有は鋼材の清浄度を劣化させる。このため、REM は0.0001〜0.02％の範囲とするのが好ましい。
【００４４】
本発明鋼材の内層部では、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。不可避的不純物としては、Ｎ：0.010 ％以下、Ｏ：0.010 ％以下などが許容できる。
【００４５】
【実施例】
表１に示す溶鋼を転炉およびＲＨで溶製したのち、図３に示す構造のスラブ連鋳機で、約260mm 厚のスラブ（鋳片）に鋳造した。ついで、これらスラブを、熱間圧延により25mm厚の厚鋼板とした。
なお、スラブの鋳造に当たっては、磁極３による直流磁場帯により、連鋳鋳型１の長辺面に垂直な成分の直流磁場（磁場強さ：0.3T）を鋳型全幅にわたり帯状に印加しつつ、主吐出孔と水平吐出孔を有する単一の浸漬ノズル２を用いて直流磁場帯よりも上部の連鋳鋳型内に溶鋼を注入した。これにより、直流磁場帯よりも上部で溶鋼の循環流９が形成された。ついで、直流磁場帯よりも上部の溶鋼プールに、表１に示す表層部組成となるように、合金添加材を添加した。なお、合金添加材としては、Ni：99.5％を含むNiワイヤおよび、一部の例では、フェロホスホル粉（FeP ）を鉄箔で被覆したワイヤ（FeP ワイヤ）、Cuワイヤ、Moワイヤを使用した。
【００４６】
また、鋳込速度、あるいは湯面レベルを調整して、スラブの表層部の厚さが、スラブ厚さの４〜６％となるようにした。この結果、熱間圧延後の厚鋼板における表層部の厚さは1.0 〜1.5mm となった。
なお、連鋳鋳型内に合金添加材を添加しない場合も比較例として行った。
得られた厚鋼板について、表層部および内層部の組成を分析した。その結果を、表２に示す。なお、比較例の内、鋳型内合金添加を行わなかったものは厚鋼板表面から１mmの深さの分析値のみを表層部の値として示した。Ｎ、Ｏは、表層を含む５mm立方のブロック試料を切り出して、表面を電解研磨した後分析した。その結果、いずれの厚鋼板も、Ｎ：0.0015〜0.0040％、Ｏ：0.0010〜0.0030％の範囲内であった。
【００４７】
ついで、得られた厚鋼板について、表層部厚さおよび内層部体積率（鋼材全体に対する体積率）の測定、引張特性、衝撃特性、溶接性および耐食性（耐候性）を調査した。
表層部厚さ、および内層部の体積率は、ＥＰＭＡで測定したNi濃度分布より、内層部とのNi濃度差が最大値の１／２となる位置を、表層と内層の境界とし、決定した。
【００４８】
引張特性は、厚鋼板からJIS ４号試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠して、降伏強さYS、引張強さTS、伸びElを測定した。また、衝撃特性は、厚鋼板からJIS ４号試験片を採取し、JIS Z 2242に準拠して、−５℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーvE-5を求めた。
また、これら厚鋼板から試験片を採取して、入熱100kJ/cm溶接熱影響部１mm相当の再現熱サイクルを付与し、−５℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーvE-5を求めた。
【００４９】
また、これら厚鋼板から、５mm×50 mm ×100mm の腐食試験片を採取し耐候性を評価した。これら試験片は、ショットブラスト後、大気暴露試験に供した。大気暴露試験は、飛来塩分量0.8 mg/dm2/day（JIS Z 2381ガーゼ法により測定）の海岸地帯を選定し、雨掛かりのない条件で、それぞれ試験片の地鉄面を水平上向きに設置し１年間暴露した。暴露試験後、地鉄表面に形成されたさび層を除去し、試験片の質量減少量を測定し、板厚減少量に換算した。
【００５０】
これらの結果を表３に示す。
【００５１】
【表１】
0004232304.tif 000002
【００５２】
【表２】
0004232304.tif 000003
【００５３】
【表３】
0004232304.tif 000004
【００５４】
【表４】
0004232304.tif 000005
【００５５】
【表５】
0004232304.tif 000006
【００５６】
本発明例（鋼板No.1〜No.10 、No.18 ）の板厚減少量は18〜55μm と少なく、従来の耐候性鋼板の例（鋼板No.17 ）の143 μm にくらべ著しく減少しており、本発明の鋼材は優れた耐侯性を有していることがわかる。また、本発明例は、靱性、溶接性ともに優れた鋼材となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例（鋼板No.11 〜No.15 ）の板厚減少量は、71〜91μm と大きく、本発明例に比べ耐候性が劣化している。
【００５７】
鋼板No.11 〜No.13 は表層のＣ量が、鋼板No.14 、No.15 はそれぞれ表層部のＢ、Ni含有量が本発明範囲を外れており、板厚減少量が大きく耐候性が劣化している。
鋼板 No.1 、No.3、No.8、No.10 の結果を比較すると、表層部のNi量を増加させると板厚減少量は少なくなっており、耐候性に対するNi添加の効果が大きいことが分かる。本発明例では、比較例にくらべて大幅に低いNi原単位で、良好な耐候性が得られており、表層にNiを濃化させることも経済的に有利であることが分かる。ここでいうNi原単位とは、溶鋼１ton あたりのNi添加量をいう。
【００５８】
また、鋼板No.16 は、耐候性は良好であるが、内層部のＰ含有量が本発明の範囲を超えるため、靱性、溶接性が劣化している。
一方、内層のＣ含有量が本発明範囲の上限を外れる比較例（鋼板No.11 〜No.13 、No.17 ）、内層のＰ含有量が本発明範囲の上限を外れる比較例（鋼板No.16 ）では、靱性、溶接性が劣化している。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、海岸地帯などの塩分の多く、かつ雨掛かりのない環境下でも、海岸耐候性を保持し、かつ靱性、溶接性に優れた耐候性鋼材を低コストで提供できる。これら鋼材を橋梁などの構造物へ使用すると、塗装、表面処理等の省略が可能となり、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】表層が0.3 ％Si-1.0％Mn-2.7％Ni-0.4％Cu-0.0018 ％Ｂの成分系における、飛来塩分量0.8mg/dm2/day の環境に１年暴露した場合のＣ量と非晶質さび比率および板厚減少量の関係を示すグラフである。
【図２】表層が0.3 ％Si-1.0％Mn-0.5％Ni-0.4％Cu-0.0018 ％Ｂの成分系における、飛来塩分量0.05mg/dm2/dayの環境に１年暴露した場合のＣ量と非晶質さび比率および板厚減少量の関係を示すグラフである。
【図３】本発明における溶鋼の注入要領の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１    連鋳鋳型
２    浸漬ノズル
３    磁極
４    主吐出孔
５    水平吐出孔
６    主噴流
７    磁場帯での誘導電流による流動
８    水平吐出孔からの噴流
９    上部プールでの循環流
10    合金添加材（ワイヤー）
11    給電接点
12    合金添加材の溶解位置
13    凝固殻
14    モールドフラックス層
【図１】
0004232304.tif 000007
【図２】
0004232304.tif 000008
【図３】
0004232304.tif 000009