重防食被覆鋼材
【課題】海洋飛沫部における耐食性および密着耐久性を向上してなる重防食被覆鋼材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有することを特徴とする。さらに、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭのうちの１種または２種以上を含んでもよい。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有することを特徴とする。さらに、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭのうちの１種または２種以上を含んでもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋飛沫部における耐食性および密着耐久性に優れた重防食被覆鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外で長期間使用する鋼材は、厳しい腐食環境に曝されることがある。例えば、鋼矢板や鋼管矢板などは、連続的に地中に打ち込み、防護柵を形成して、主に河川、海岸、港湾などの護岸に用いられている。また、海洋構造物は、海底に打ち込むことでその基礎などに使用される鋼管杭を含めて、海洋中および海洋上の海洋環境において用いられている。
【０００３】
したがって、これらの鋼材は、屋外の自然環境の中で、河川水、排水、雨水、海水などの水、大気、太陽光などに曝され、また土砂、泥、瓦礫などに直接強く接するので、著しく腐食が起こり易く、長期間の効果的な防食対策が望まれている。特に、海洋環境においては、非常に過酷な腐食環境であるため、鋼材が著しく腐食を増大させ鋼構造物の寿命を大きく低下させる。特に近年、さらなる長寿命化の要求が高い。
【０００４】
この対策として、従来より、ポリオレフィンやポリウレタン等の樹脂の１〜３ｍｍ厚を有する厚膜により鋼材を被覆することにより防食性を与えてなる重防食被覆鋼材（以下、単に「重防食鋼材」とも言う。）が使用されている。
【０００５】
しかしながら、たとえば、鋼矢板の場合には、爪部は互いに嵌合するため防食被覆を施すことが困難であり、防食被覆層の周縁は防食被覆がなされず、その結果、端面が露出する形となることが一般的である。そのため、重防食鋼矢板を用いる場合には、鋼材の防食用に防食被覆とともに電気防食（カソード防食）が併用されることが一般的である。
【０００６】
電気防食を併用することによって、防食被覆がなされない端面においても鋼材は防食される。したがって、防食電流が及ぶ海中部（没水部）はよいが、防食電流が及ばない飛沫部においては有効な防食手段がないという問題があった。また、主に干満部において、流木等で重防食被覆にキズが生じる場合があるが、干満部は常に防食電流が流れる状況であるというわけではないため、キズが生じた部位における重防食被覆の剥がれやその部位が腐食する場合があることが課題であった。
【０００７】
このような使用期間中の耐水密着性や耐陰極剥離性という、いわゆる二次密着性を向上させ、電気防食下の剥離現象を防止するために、種々の提案がなされてきた。
【０００８】
特許文献１には、Ｃｒ含有量が０．５質量％以上の低合金鋼に、絶縁抵抗が１０４Ωｍ２以上の被覆を施すことによって、耐水密着性および耐陰極剥離性（すなわち二次密着性）を向上した重防食鋼管矢板が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、濃度0.5ＭのNaCl溶液中で常温における腐食電位が０〜−550ｍＶ vs SCEの範囲内を満足する鋼材と、鋼材の表面に形成される有機被覆層とからなり、有機被覆層の耐端面剥離性と、鋼板と有機被覆層との二次密着性を改善してなる有機被覆鋼材が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開2000-355775号公報
【特許文献２】特開2003-301284号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１で開示された技術は、没水部における剥離はある程度抑制できるものの、海洋飛沫部のように乾湿繰り返しがあり、電気防食の効果が及ばない部位では、逆に腐食が促進されるという問題がある。
【００１２】
そして、特許文献２で開示された技術は、塩水噴霧試験では優れた効果を示しており、常時濡れた環境では防食効果がある。しかしながら、海洋飛沫部のような乾湿繰り返し環境では局部的に腐食が進行するという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような状況に鑑み、重防食被覆の剥離を抑制するとともに端面ならびにキズ部の腐食深さを抑制することによって、海洋飛沫部における耐食性および密着耐久性を向上してなる重防食被覆鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、重防食被覆鋼材の端面あるいは損傷部からの被覆層の剥がれと膨れ、そして、鋼材の腐食深さ、特に乾湿繰り返し環境となる海洋飛沫部における現象について、種々の実験と詳細な検討を重ねた。
【００１５】
その結果、海洋飛沫部のように塩分量に付着が多く、乾湿繰り返しの環境下では、ＦｅＣｌ３溶液の乾湿繰り返しが本質的な条件となり、Ｆｅ３＋の加水分解によりｐＨが低下した状態で、かつＦｅ３＋が酸化剤として作用することによって腐食が加速されることを見出した。
【００１６】
このときの腐食反応は、以下に示すとおりである。
【００１７】
カソード反応としては、主として、次の反応が起こる。
Ｆｅ３＋＋ｅ−→Ｆｅ２＋(Ｆｅ３＋の還元反応)
そして、この反応以外にも、次のカソード反応も併発する。
２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋２ｅ−→４ＯＨ−、
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２
一方、上記のＦｅ３＋の還元反応に対して、次のアノード反応が起こる。
アノード反応：Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−(Ｆｅの溶解反応)
従って、腐食の総括反応は、次の(1)式のとおりである。
２Ｆｅ３＋＋Ｆｅ→３Ｆｅ２＋ ・・・・・・(1)式
【００１８】
上記(1)式の反応により生成したＦｅ２＋は、空気酸化によってＦｅ３＋に酸化され、
生成したＦｅ３＋は再び酸化剤として作用し、腐食を加速する。この際、Ｆｅ２＋の空気酸化の反応速度は低ｐＨ環境では一般に遅いが、濃厚塩化物溶液中では加速され、Ｆｅ３＋が生成され易くなる。このようなサイクリックな反応のため、塩分量が非常に多い環境では、Ｆｅ３＋が常に供給され続け、鋼の腐食が加速され、耐食性が著しく劣化することになることが判明した。
【００１９】
このように、塩分量が非常に多い環境では、鋼自身のアノード溶解反応を遅くするのが有効である。すなわち、塩分量が非常に多い環境では、Ｃｒを含有する鋼はアノード溶解反応が促進されるために、耐食性が劣化するものと想定される。
【００２０】
上述の塩分環境における腐食のメカニズムを基に、種々の合金元素の耐食性ならびに耐剥離性への影響について検討した結果、下記の（ａ）〜（ｈ）に示す知見を得た。
【００２１】
（ａ）Ｓｎは、Ｓｎ２＋として溶解し、２Ｆｅ３＋＋Ｓｎ２＋→２Ｆｅ２＋＋Ｓｎ４＋なる反応によりＦｅ３＋の濃度を低下させることで、(1)式の反応を抑制する。Ｓｎには、さらにアノード溶解を抑制するという作用もある。このＳｎの添加による耐食性向上により、重防食被覆の端部ならびにキズ部の剥離が抑制されることが判明した。
【００２２】
（ｂ）Ｎｉは、従来から耐食性を向上させる合金元素として知られているが、Ｓｎと複合添加した場合には、塩分の多い環境における耐食性の改善効果が無く、多量に添加すると、逆に耐食性を劣化させることが判明した。このＮｉの挙動は、Ｎｉ添加量が増すほど耐食性が向上するという従来の知見とは相反するものである。
【００２３】
（ｃ）これに対して、Ｃｒは単独添加した場合には、塩分量の多い環境において耐食性を劣化させるが、Ｓｎと複合添加した場合には、塩分量の多い環境での耐食性を向上させる効果を発揮することが判明した。
【００２４】
（ｄ）Ａｌを含有させると、海洋飛沫環境では耐食性が向上する。
【００２５】
（ｅ）Ｎはアンモニアとして溶解し、腐食界面のｐＨを上昇させる作用を有する。塩分量の多い環境では、上記Ｆｅ３＋の加水分解によりｐＨが低下するが、Ｎを含有させることにより、腐食界面のｐＨ低下が抑制され、耐食性および塗膜剥離性が向上する。
【００２６】
（ｆ）以上の（ａ）〜（ｅ）の成分を含有させた材料に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、ＣａおよびＭｇから選んだ１種または２種以上を含有させても、耐食性の改善に効果がある。
【００２７】
（ｇ）さらに、ＲＥＭを含有させると、鋼材の溶接性が改善される。
【００２８】
（ｈ）これらの鋼材は、表面に防食被覆を施した場合、端面ならびにキズ部の腐食深さを抑制するとともに、重防食被覆の剥離を抑制する効果がある。
【００２９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、次の(1)〜(6)の重防食鋼材にある。以下、総称して、本発明ということがある。
【００３０】
(1) 質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有することを特徴とする重防食被覆鋼材。
【００３１】
(2) さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)の重防食被覆鋼材。
【００３２】
(3) さらに、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)の重防食被覆鋼材。
【００３３】
(4) さらに、質量％で、Ｃａ：０．１％以下およびＭｇ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかの重防食被覆鋼材。
【００３４】
(5) さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０２％以下含有することを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかの重防食被覆鋼材。
【００３５】
(6) 重防食被覆が、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる膜によりなされていることを特徴とする、上記(1)〜(5)のいずれかの重防食被覆鋼材。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の重防食鋼材は、塩分量が多い環境下においても十分な耐食性を有している。また重防食被覆の剥離抑制、被覆端部、キズ部の耐食性・耐剥離性に優れるため、海洋鋼構造物、鋼管杭、鋼矢板および鋼管矢板に使用した場合、欠陥部等からの腐食を著しく抑制するため、メンテナンスミニマム化に寄与する材料として広く適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明の重防食被覆鋼材に含まれる合金元素の作用効果を、その含有量の限定理由とともに、説明する。なお、合金元素の含有量「％」は、いずれも「質量％」を意味する。
【００３８】
Ｃ：０．００１〜０．１５％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な合金元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．１５％を上限とする。また、０．００１％未満になると所定の強度が確保できないので、下限は０．００１％とする。望ましい範囲は、０．００５％〜０．１５％である。
【００３９】
Ｓｉ：２．５％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素である。同じく脱酸剤としての働きをするＡｌを含有する場合には、特に添加をしなくてもよいが、Ａｌ含有量が０．００５％未満の場合には、０．４％以上含有させるのが望ましい。一方、Ｓｉを２．５％を超えて含有させると、鋼の靱性が損なわれる。したがって、Ｓｉの含有量は２．５％以下とする。また、Ｓｉには耐食性を向上させる効果もある。この効果を確実に得たい場合には、０．１％以上添加するのが好ましい。
【００４０】
Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下
Ｍｎは、低コストで鋼の強度を高める作用効果を有する元素であり、鋼中のＳの含有量が低い場合には、一般に塩分環境における耐食性を向上させる作用を有する。しかしながら、鋼中のＳと結合してＭｎＳを形成し、このＭｎＳが腐食の起点となり、耐食性を劣化させる。また、機構は不明であるが、Ｎｉと共存する場合にはＭｎの含有量が２．５％を超えると耐食性が劣化する。したがって、Ｍｎの含有量は２．５％以下とする。望ましくは１．５％以下とする。なお、構造用鋼としての強度を維持するためには、Ｍｎを０．５％を超えて含有させる必要がある。
【００４１】
Ｐ：０．０３％未満
Ｐは、不純物として含有されるが、濃厚塩化物環境での過度のＰの含有は耐食性を劣化させるため、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その含有量は０．０３％未満とする。
【００４２】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として含有されるが、Ｍｎと結合すると非金属介在物のＭｎＳを形成して腐食の起点となり易く、耐食性を劣化させる。したがって、Ｓの含有はできるだけ少なくする必要があるので、その上限は０．００５％とする。
【００４３】
Ｃｕ：０．２％未満
Ｃｕは、一般的に耐食性を向上させる基本元素とされ、ほぼ全ての耐食鋼に添加されているが、高塩分の比較的ドライな環境においては、むしろ耐食性を低下させる場合がある。したがって、Ｃｕの含有はできるだけ少なくする必要があり、不純物として含有されるとしても、Ｃｕ含有量は０．２％未満とする必要がある。
【００４４】
Ｎｉ：０．２％未満
Ｎｉは、一般的に塩分量の多い環境下での耐食性を著しく向上させる元素として従来から鋼中に添加され、Ｎｉ系耐候性鋼として開発・実用化されてきている。しかし、理由は定かではないが、Ｓｎと複合添加した場合には、耐食性の改善効果がないばかりか、Ｓｎによる耐食性改善効果を低下させるという悪影響が現れる。したがって、Ｎｉの含有はできるだけ少なくする必要があり、不純物として含有されるとしても、Ｎｉ含有量は０．２％未満とする必要がある。
【００４５】
Ｃｒ：０．０１〜３．０％
Ｃｒは、塩分量がそれほど多くない環境では耐食性の向上が期待できるが、塩分量が多い環境において鋼のアノード溶解反応を促進し耐候性を劣化させる。ところが、Ｓｎを含有する場合には、塩分量が多い環境においても、Ｃｒ含有による耐食性の向上効果が発揮される。この効果は含有量０．０１％以上で発揮されるが、３．０％を超えると局部腐食感受性が高まるとともに、溶接性が劣化する。したがって、Ｃｒ含有量は０．０１〜３．０％とする必要がある。なお、Ｃｒの含有量の望ましい範囲は０．０５〜１．０％である。
【００４６】
Ａｌ：０．００３〜０．１％
Ａｌは、０．００３％以上含有させると耐食性が向上するが、含有量が０．１％を超えると鋼が脆化し易くなる。したがって、Ａｌの含有量は０．００３〜０．１％とする。
【００４７】
Ｎ：０．００１〜０．１％
Ｎは、アンモニアとなって溶解し、塩分量の多い環境におけるＦｅ３＋の加水分解によるｐＨ低下を抑制することで、塩分環境における耐食性を向上させる効果を有する。この効果はＮを０．００１％以上含有させることにより得られ、０．１％を超えると飽和する。したがって、Ｎの含有量は０．００１〜０．１％とする。含有量の望ましい範囲は０．００２〜０．０８％である。
【００４８】
Ｓｎ：０．０３〜０．５０％
Ｓｎは、Ｓｎ２＋となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Ｆｅ３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ３＋濃度を低減する作用を有することにより、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制するので、高塩分環境における耐食性を向上させる。また、Ｓｎには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用がある。さらに、Ｓｎを含有することにより、塩分が多い環境においてもＣｒの耐候性を向上させる効果が発揮される。
【００４９】
これらの作用は、Ｓｎを０．０３％以上含有させることにより得られ、０．５０％を超えると飽和する。したがって、Ｓｎの含有量は０．０３〜０．５０％とする。Ｓｎの含有量の望ましい範囲は０．０３〜０．２０％である。
【００５０】
Ｃｕ／Ｓｎ比：１以下
本願発明のようにＳｎを含有する鋼の場合には、Ｃｕの含有による耐食性の低下が著しい。また、鋼材を製造する際、Ｃｕの含有による圧延割れの原因ともなる。このため、Ｃｕ／Ｓｎ比、すなわち、Ｓｉ含有量に対するＣｕ含有量の比を１以下とする必要がある。
【００５１】
本発明の重防食被覆鋼材は、上記の合金元素の他に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、ＣａおよびＭｇよりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有してもよいし、また、ＲＥＭを含有してもよい。これらの元素の含有させてもよい理由とそのときの含有量は、次の通りである。
【００５２】
Ｔｉ：０．３％以下
Ｔｉは、ＴｉＣを形成してＣを固定することによって、クロム炭化物の形成を抑制して耐食性を向上させる。また、ＴｉＳの形成によりＳを固定することによって、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。しかしながら、Ｔｉの含有量が０．３％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．３％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｔｉを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５３】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂには、Ｔｉと同様、ＮｂＣを形成することによって、クロム炭化物の形成を抑制して耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｎｂの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｎｂを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５４】
Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ４２−の形でさびに吸着し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｍｏの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｍｏを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５５】
Ｖ：１．０％以下
Ｖは、Ｍｏと同様、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ４２−の形でさびに吸着し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｖの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｖを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５６】
Ｃａ：０．１％以下
Ｃａは、鋼中に酸化物の形で存在し、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制して、腐食の促進を抑える効果がある。しかしながら、Ｃａの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｃａを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。
【００５７】
Ｍｇ：０．１％以下
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制し、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｍｇを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。
【００５８】
ＲＥＭ：０．０２％以下
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させることができる。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．０２％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．０２％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、ＲＥＭを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。なお、ＲＥＭとは、ランタニドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称であり、これらの元素のうち１種または２種以上を含有させることができる。なお、ＲＥＭの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
【００５９】
本発明の重防食被覆鋼材は、上記の必須元素あるいはさらに上記の任意元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼材である。なお、鋼中にオキサイド等の介在物が微細分散されている鋼も本発明の重防食被覆鋼材に含まれる。
【００６０】
本発明の重防食被覆鋼材は、板材、管材、棒材、Ｈ型鋼などの異形鋼材を含む多様な形状とすることができる。鋼材の厚みは一般に３ｍｍ以上とすることが好ましい。耐食性鋼材は一般に熱間圧延材であるが、本発明の重防食被覆鋼材を製造する際の熱間圧延条件は特に制限されず、通常と同様でよい。
【００６１】
本発明に係る重防食被覆鋼材の「重防食被覆」とは、樹脂を厚膜被覆することにより優れた防食性を与えたものをいう。この厚膜に用いる各樹脂は公知のものでよい。より具体的には、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる樹脂を用いることが好ましい。また、樹脂の厚みは０．３〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００６２】
被覆される鋼材は、予めショットブラスト、グリッドブラストまたはサンドブラスト等の物理的手段により、あるいは酸洗またはアルカリ脱脂などの化学的手段により表面が清浄化されていることが好ましい。
【００６３】
また、公知のクロメ−ト処理やリン酸塩処理を施すことが可能も可能である。さらに、ジンクリッチプライマーあるいはジンクリッチペイントを樹脂被膜下に予め形成することもできる。特に、汎用のエポキシ樹脂や変性エポキシ樹脂被覆の場合には効果が大きい。
【００６４】
ポリウレタン被覆も公知のプライマーを施した後に被覆することができる。また、ポリオレフィン樹脂被覆は、公知のエポキシプライマーや変性ポリオレフィン樹脂を介して被覆することができる。
【００６５】
本発明の重防食被覆鋼材は、海洋構造物、鋼管杭、鋼矢板または鋼管矢板として使用することが好ましい。
【実施例】
【００６６】
表１に示した化学組成を有するＮｏ．１〜Ｎｏ．２１の鋼について、１５０Ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットに鍛造した後、１１００℃に加熱後、圧延を行って、厚さ４ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ１０００ｍｍの寸法の鋼材を作製した。次いで、この鋼材の表裏面を機械研削し、厚さ３．２ｍｍ×幅７０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの試験片を切り出した。なお、本実施例で作製した鋼材の酸素含有量は０．０００１〜０．００５％の範囲であった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
得られた鋼材をブラスト処理（Ｒｚ＝５０μｍ）した後、ウレタン用プライマー（日本ペイント（株）製の防食コーティングス製Ｒプライマー(N)）を30ミクロンバーコーターにより塗布し、２時間室温にて乾燥後、ウレタン被覆（日本ペイント（株）製の防食コーティングス製ミゼロンS-100/A-1000）を厚み１．５ｍｍになるように鋼材上に形成し、鋼面にキズがつくまで塩化ビニルカッターによりクロスにカットを入れて、クロスカット試験評価を行った。なお、実施例ではウレタン被覆を例示するが、上述の他の樹脂被覆でも同様の改善効果が観察された。また、通常、ウレタン被覆は２〜５mm程度の厚みで重防食被覆を形成するが、本実施例では厚膜となると長期の試験が必要となるために、その厚みを１．５ｍｍとした。
【００６９】
得られた試験片をＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）Ｊ ２３３４試験を改良した改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験により評価した。
【００７０】
改良前のＳＡＥ Ｊ２３３４試験は、次の条件で行う加速試験である。
湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、
塩分付着：０．５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬、０．２５時間、
乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、
１７．７５時間を１サイクル（合計２４時間）とした。
【００７１】
これに対して、本発明の評価に用いた改良ＳＡＥ
Ｊ２３３４試験は、海洋飛沫暴露試験を模擬するためのものであって、上記塩分付着時の水溶液を５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬に変更した。この改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験における被覆の剥離と腐食形態が海洋飛沫暴露試験に類似しており、また普通鋼（JIS SM材）を無塗装材（裸材）で２０サイクル試験すると、約０．４ｍｍの平均板厚の減少となり、非常に厳しい試験と言える。
【００７２】
上述の改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験片のクロスカット試験の１２０サイクル終了後、ポイントマイクロメーターを用いて、キズ部の最大腐食深さと被覆の剥離面積を、試験後の剥離部の被膜を剥がして、写真撮影したのち画像処理にて測定し、試験片の表面積で割ることにより、剥離面積率を計算により得た。試験結果を表１に示す。
【００７３】
表１の結果から明らかなように、本発明例の鋼Ｎｏ．１〜１９に係る鋼材では、いずれも本発明で規定する化学組成の含有量を満足しているので、改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験の結果、優れた耐食性ならびに耐剥離性に優れている。
【００７４】
これに対して、比較例の鋼Ｎｏ．２０及び２１の鋼材においてはＳｎの量が不足するために、改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験で、最大腐食深さと剥離面積率が増大する傾向が明瞭に観察された。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の重防食被覆鋼材は、塩分量が多い環境下においても十分な耐食性を有している。また、重防食被覆の耐剥離性に優れ、そして、被覆端部およびキズ部の耐食性と耐剥離性に優れるため、メンテナンスミニマム化に寄与する材料として広く適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋飛沫部における耐食性および密着耐久性に優れた重防食被覆鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外で長期間使用する鋼材は、厳しい腐食環境に曝されることがある。例えば、鋼矢板や鋼管矢板などは、連続的に地中に打ち込み、防護柵を形成して、主に河川、海岸、港湾などの護岸に用いられている。また、海洋構造物は、海底に打ち込むことでその基礎などに使用される鋼管杭を含めて、海洋中および海洋上の海洋環境において用いられている。
【０００３】
したがって、これらの鋼材は、屋外の自然環境の中で、河川水、排水、雨水、海水などの水、大気、太陽光などに曝され、また土砂、泥、瓦礫などに直接強く接するので、著しく腐食が起こり易く、長期間の効果的な防食対策が望まれている。特に、海洋環境においては、非常に過酷な腐食環境であるため、鋼材が著しく腐食を増大させ鋼構造物の寿命を大きく低下させる。特に近年、さらなる長寿命化の要求が高い。
【０００４】
この対策として、従来より、ポリオレフィンやポリウレタン等の樹脂の１〜３ｍｍ厚を有する厚膜により鋼材を被覆することにより防食性を与えてなる重防食被覆鋼材（以下、単に「重防食鋼材」とも言う。）が使用されている。
【０００５】
しかしながら、たとえば、鋼矢板の場合には、爪部は互いに嵌合するため防食被覆を施すことが困難であり、防食被覆層の周縁は防食被覆がなされず、その結果、端面が露出する形となることが一般的である。そのため、重防食鋼矢板を用いる場合には、鋼材の防食用に防食被覆とともに電気防食（カソード防食）が併用されることが一般的である。
【０００６】
電気防食を併用することによって、防食被覆がなされない端面においても鋼材は防食される。したがって、防食電流が及ぶ海中部（没水部）はよいが、防食電流が及ばない飛沫部においては有効な防食手段がないという問題があった。また、主に干満部において、流木等で重防食被覆にキズが生じる場合があるが、干満部は常に防食電流が流れる状況であるというわけではないため、キズが生じた部位における重防食被覆の剥がれやその部位が腐食する場合があることが課題であった。
【０００７】
このような使用期間中の耐水密着性や耐陰極剥離性という、いわゆる二次密着性を向上させ、電気防食下の剥離現象を防止するために、種々の提案がなされてきた。
【０００８】
特許文献１には、Ｃｒ含有量が０．５質量％以上の低合金鋼に、絶縁抵抗が１０４Ωｍ２以上の被覆を施すことによって、耐水密着性および耐陰極剥離性（すなわち二次密着性）を向上した重防食鋼管矢板が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、濃度0.5ＭのNaCl溶液中で常温における腐食電位が０〜−550ｍＶ vs SCEの範囲内を満足する鋼材と、鋼材の表面に形成される有機被覆層とからなり、有機被覆層の耐端面剥離性と、鋼板と有機被覆層との二次密着性を改善してなる有機被覆鋼材が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開2000-355775号公報
【特許文献２】特開2003-301284号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１で開示された技術は、没水部における剥離はある程度抑制できるものの、海洋飛沫部のように乾湿繰り返しがあり、電気防食の効果が及ばない部位では、逆に腐食が促進されるという問題がある。
【００１２】
そして、特許文献２で開示された技術は、塩水噴霧試験では優れた効果を示しており、常時濡れた環境では防食効果がある。しかしながら、海洋飛沫部のような乾湿繰り返し環境では局部的に腐食が進行するという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような状況に鑑み、重防食被覆の剥離を抑制するとともに端面ならびにキズ部の腐食深さを抑制することによって、海洋飛沫部における耐食性および密着耐久性を向上してなる重防食被覆鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、重防食被覆鋼材の端面あるいは損傷部からの被覆層の剥がれと膨れ、そして、鋼材の腐食深さ、特に乾湿繰り返し環境となる海洋飛沫部における現象について、種々の実験と詳細な検討を重ねた。
【００１５】
その結果、海洋飛沫部のように塩分量に付着が多く、乾湿繰り返しの環境下では、ＦｅＣｌ３溶液の乾湿繰り返しが本質的な条件となり、Ｆｅ３＋の加水分解によりｐＨが低下した状態で、かつＦｅ３＋が酸化剤として作用することによって腐食が加速されることを見出した。
【００１６】
このときの腐食反応は、以下に示すとおりである。
【００１７】
カソード反応としては、主として、次の反応が起こる。
Ｆｅ３＋＋ｅ−→Ｆｅ２＋(Ｆｅ３＋の還元反応)
そして、この反応以外にも、次のカソード反応も併発する。
２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋２ｅ−→４ＯＨ−、
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２
一方、上記のＦｅ３＋の還元反応に対して、次のアノード反応が起こる。
アノード反応：Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−(Ｆｅの溶解反応)
従って、腐食の総括反応は、次の(1)式のとおりである。
２Ｆｅ３＋＋Ｆｅ→３Ｆｅ２＋ ・・・・・・(1)式
【００１８】
上記(1)式の反応により生成したＦｅ２＋は、空気酸化によってＦｅ３＋に酸化され、
生成したＦｅ３＋は再び酸化剤として作用し、腐食を加速する。この際、Ｆｅ２＋の空気酸化の反応速度は低ｐＨ環境では一般に遅いが、濃厚塩化物溶液中では加速され、Ｆｅ３＋が生成され易くなる。このようなサイクリックな反応のため、塩分量が非常に多い環境では、Ｆｅ３＋が常に供給され続け、鋼の腐食が加速され、耐食性が著しく劣化することになることが判明した。
【００１９】
このように、塩分量が非常に多い環境では、鋼自身のアノード溶解反応を遅くするのが有効である。すなわち、塩分量が非常に多い環境では、Ｃｒを含有する鋼はアノード溶解反応が促進されるために、耐食性が劣化するものと想定される。
【００２０】
上述の塩分環境における腐食のメカニズムを基に、種々の合金元素の耐食性ならびに耐剥離性への影響について検討した結果、下記の（ａ）〜（ｈ）に示す知見を得た。
【００２１】
（ａ）Ｓｎは、Ｓｎ２＋として溶解し、２Ｆｅ３＋＋Ｓｎ２＋→２Ｆｅ２＋＋Ｓｎ４＋なる反応によりＦｅ３＋の濃度を低下させることで、(1)式の反応を抑制する。Ｓｎには、さらにアノード溶解を抑制するという作用もある。このＳｎの添加による耐食性向上により、重防食被覆の端部ならびにキズ部の剥離が抑制されることが判明した。
【００２２】
（ｂ）Ｎｉは、従来から耐食性を向上させる合金元素として知られているが、Ｓｎと複合添加した場合には、塩分の多い環境における耐食性の改善効果が無く、多量に添加すると、逆に耐食性を劣化させることが判明した。このＮｉの挙動は、Ｎｉ添加量が増すほど耐食性が向上するという従来の知見とは相反するものである。
【００２３】
（ｃ）これに対して、Ｃｒは単独添加した場合には、塩分量の多い環境において耐食性を劣化させるが、Ｓｎと複合添加した場合には、塩分量の多い環境での耐食性を向上させる効果を発揮することが判明した。
【００２４】
（ｄ）Ａｌを含有させると、海洋飛沫環境では耐食性が向上する。
【００２５】
（ｅ）Ｎはアンモニアとして溶解し、腐食界面のｐＨを上昇させる作用を有する。塩分量の多い環境では、上記Ｆｅ３＋の加水分解によりｐＨが低下するが、Ｎを含有させることにより、腐食界面のｐＨ低下が抑制され、耐食性および塗膜剥離性が向上する。
【００２６】
（ｆ）以上の（ａ）〜（ｅ）の成分を含有させた材料に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、ＣａおよびＭｇから選んだ１種または２種以上を含有させても、耐食性の改善に効果がある。
【００２７】
（ｇ）さらに、ＲＥＭを含有させると、鋼材の溶接性が改善される。
【００２８】
（ｈ）これらの鋼材は、表面に防食被覆を施した場合、端面ならびにキズ部の腐食深さを抑制するとともに、重防食被覆の剥離を抑制する効果がある。
【００２９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、次の(1)〜(6)の重防食鋼材にある。以下、総称して、本発明ということがある。
【００３０】
(1) 質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有することを特徴とする重防食被覆鋼材。
【００３１】
(2) さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)の重防食被覆鋼材。
【００３２】
(3) さらに、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)の重防食被覆鋼材。
【００３３】
(4) さらに、質量％で、Ｃａ：０．１％以下およびＭｇ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかの重防食被覆鋼材。
【００３４】
(5) さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０２％以下含有することを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかの重防食被覆鋼材。
【００３５】
(6) 重防食被覆が、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる膜によりなされていることを特徴とする、上記(1)〜(5)のいずれかの重防食被覆鋼材。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の重防食鋼材は、塩分量が多い環境下においても十分な耐食性を有している。また重防食被覆の剥離抑制、被覆端部、キズ部の耐食性・耐剥離性に優れるため、海洋鋼構造物、鋼管杭、鋼矢板および鋼管矢板に使用した場合、欠陥部等からの腐食を著しく抑制するため、メンテナンスミニマム化に寄与する材料として広く適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明の重防食被覆鋼材に含まれる合金元素の作用効果を、その含有量の限定理由とともに、説明する。なお、合金元素の含有量「％」は、いずれも「質量％」を意味する。
【００３８】
Ｃ：０．００１〜０．１５％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な合金元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．１５％を上限とする。また、０．００１％未満になると所定の強度が確保できないので、下限は０．００１％とする。望ましい範囲は、０．００５％〜０．１５％である。
【００３９】
Ｓｉ：２．５％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素である。同じく脱酸剤としての働きをするＡｌを含有する場合には、特に添加をしなくてもよいが、Ａｌ含有量が０．００５％未満の場合には、０．４％以上含有させるのが望ましい。一方、Ｓｉを２．５％を超えて含有させると、鋼の靱性が損なわれる。したがって、Ｓｉの含有量は２．５％以下とする。また、Ｓｉには耐食性を向上させる効果もある。この効果を確実に得たい場合には、０．１％以上添加するのが好ましい。
【００４０】
Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下
Ｍｎは、低コストで鋼の強度を高める作用効果を有する元素であり、鋼中のＳの含有量が低い場合には、一般に塩分環境における耐食性を向上させる作用を有する。しかしながら、鋼中のＳと結合してＭｎＳを形成し、このＭｎＳが腐食の起点となり、耐食性を劣化させる。また、機構は不明であるが、Ｎｉと共存する場合にはＭｎの含有量が２．５％を超えると耐食性が劣化する。したがって、Ｍｎの含有量は２．５％以下とする。望ましくは１．５％以下とする。なお、構造用鋼としての強度を維持するためには、Ｍｎを０．５％を超えて含有させる必要がある。
【００４１】
Ｐ：０．０３％未満
Ｐは、不純物として含有されるが、濃厚塩化物環境での過度のＰの含有は耐食性を劣化させるため、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その含有量は０．０３％未満とする。
【００４２】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として含有されるが、Ｍｎと結合すると非金属介在物のＭｎＳを形成して腐食の起点となり易く、耐食性を劣化させる。したがって、Ｓの含有はできるだけ少なくする必要があるので、その上限は０．００５％とする。
【００４３】
Ｃｕ：０．２％未満
Ｃｕは、一般的に耐食性を向上させる基本元素とされ、ほぼ全ての耐食鋼に添加されているが、高塩分の比較的ドライな環境においては、むしろ耐食性を低下させる場合がある。したがって、Ｃｕの含有はできるだけ少なくする必要があり、不純物として含有されるとしても、Ｃｕ含有量は０．２％未満とする必要がある。
【００４４】
Ｎｉ：０．２％未満
Ｎｉは、一般的に塩分量の多い環境下での耐食性を著しく向上させる元素として従来から鋼中に添加され、Ｎｉ系耐候性鋼として開発・実用化されてきている。しかし、理由は定かではないが、Ｓｎと複合添加した場合には、耐食性の改善効果がないばかりか、Ｓｎによる耐食性改善効果を低下させるという悪影響が現れる。したがって、Ｎｉの含有はできるだけ少なくする必要があり、不純物として含有されるとしても、Ｎｉ含有量は０．２％未満とする必要がある。
【００４５】
Ｃｒ：０．０１〜３．０％
Ｃｒは、塩分量がそれほど多くない環境では耐食性の向上が期待できるが、塩分量が多い環境において鋼のアノード溶解反応を促進し耐候性を劣化させる。ところが、Ｓｎを含有する場合には、塩分量が多い環境においても、Ｃｒ含有による耐食性の向上効果が発揮される。この効果は含有量０．０１％以上で発揮されるが、３．０％を超えると局部腐食感受性が高まるとともに、溶接性が劣化する。したがって、Ｃｒ含有量は０．０１〜３．０％とする必要がある。なお、Ｃｒの含有量の望ましい範囲は０．０５〜１．０％である。
【００４６】
Ａｌ：０．００３〜０．１％
Ａｌは、０．００３％以上含有させると耐食性が向上するが、含有量が０．１％を超えると鋼が脆化し易くなる。したがって、Ａｌの含有量は０．００３〜０．１％とする。
【００４７】
Ｎ：０．００１〜０．１％
Ｎは、アンモニアとなって溶解し、塩分量の多い環境におけるＦｅ３＋の加水分解によるｐＨ低下を抑制することで、塩分環境における耐食性を向上させる効果を有する。この効果はＮを０．００１％以上含有させることにより得られ、０．１％を超えると飽和する。したがって、Ｎの含有量は０．００１〜０．１％とする。含有量の望ましい範囲は０．００２〜０．０８％である。
【００４８】
Ｓｎ：０．０３〜０．５０％
Ｓｎは、Ｓｎ２＋となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Ｆｅ３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ３＋濃度を低減する作用を有することにより、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制するので、高塩分環境における耐食性を向上させる。また、Ｓｎには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用がある。さらに、Ｓｎを含有することにより、塩分が多い環境においてもＣｒの耐候性を向上させる効果が発揮される。
【００４９】
これらの作用は、Ｓｎを０．０３％以上含有させることにより得られ、０．５０％を超えると飽和する。したがって、Ｓｎの含有量は０．０３〜０．５０％とする。Ｓｎの含有量の望ましい範囲は０．０３〜０．２０％である。
【００５０】
Ｃｕ／Ｓｎ比：１以下
本願発明のようにＳｎを含有する鋼の場合には、Ｃｕの含有による耐食性の低下が著しい。また、鋼材を製造する際、Ｃｕの含有による圧延割れの原因ともなる。このため、Ｃｕ／Ｓｎ比、すなわち、Ｓｉ含有量に対するＣｕ含有量の比を１以下とする必要がある。
【００５１】
本発明の重防食被覆鋼材は、上記の合金元素の他に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、ＣａおよびＭｇよりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有してもよいし、また、ＲＥＭを含有してもよい。これらの元素の含有させてもよい理由とそのときの含有量は、次の通りである。
【００５２】
Ｔｉ：０．３％以下
Ｔｉは、ＴｉＣを形成してＣを固定することによって、クロム炭化物の形成を抑制して耐食性を向上させる。また、ＴｉＳの形成によりＳを固定することによって、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。しかしながら、Ｔｉの含有量が０．３％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．３％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｔｉを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５３】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂには、Ｔｉと同様、ＮｂＣを形成することによって、クロム炭化物の形成を抑制して耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｎｂの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｎｂを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５４】
Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ４２−の形でさびに吸着し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｍｏの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｍｏを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５５】
Ｖ：１．０％以下
Ｖは、Ｍｏと同様、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ４２−の形でさびに吸着し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｖの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｖを０．０１％以上含有させるのが好ましい。
【００５６】
Ｃａ：０．１％以下
Ｃａは、鋼中に酸化物の形で存在し、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制して、腐食の促進を抑える効果がある。しかしながら、Ｃａの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｃａを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。
【００５７】
Ｍｇ：０．１％以下
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制し、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｍｇを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。
【００５８】
ＲＥＭ：０．０２％以下
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させることができる。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．０２％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．０２％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、ＲＥＭを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。なお、ＲＥＭとは、ランタニドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称であり、これらの元素のうち１種または２種以上を含有させることができる。なお、ＲＥＭの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
【００５９】
本発明の重防食被覆鋼材は、上記の必須元素あるいはさらに上記の任意元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼材である。なお、鋼中にオキサイド等の介在物が微細分散されている鋼も本発明の重防食被覆鋼材に含まれる。
【００６０】
本発明の重防食被覆鋼材は、板材、管材、棒材、Ｈ型鋼などの異形鋼材を含む多様な形状とすることができる。鋼材の厚みは一般に３ｍｍ以上とすることが好ましい。耐食性鋼材は一般に熱間圧延材であるが、本発明の重防食被覆鋼材を製造する際の熱間圧延条件は特に制限されず、通常と同様でよい。
【００６１】
本発明に係る重防食被覆鋼材の「重防食被覆」とは、樹脂を厚膜被覆することにより優れた防食性を与えたものをいう。この厚膜に用いる各樹脂は公知のものでよい。より具体的には、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる樹脂を用いることが好ましい。また、樹脂の厚みは０．３〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００６２】
被覆される鋼材は、予めショットブラスト、グリッドブラストまたはサンドブラスト等の物理的手段により、あるいは酸洗またはアルカリ脱脂などの化学的手段により表面が清浄化されていることが好ましい。
【００６３】
また、公知のクロメ−ト処理やリン酸塩処理を施すことが可能も可能である。さらに、ジンクリッチプライマーあるいはジンクリッチペイントを樹脂被膜下に予め形成することもできる。特に、汎用のエポキシ樹脂や変性エポキシ樹脂被覆の場合には効果が大きい。
【００６４】
ポリウレタン被覆も公知のプライマーを施した後に被覆することができる。また、ポリオレフィン樹脂被覆は、公知のエポキシプライマーや変性ポリオレフィン樹脂を介して被覆することができる。
【００６５】
本発明の重防食被覆鋼材は、海洋構造物、鋼管杭、鋼矢板または鋼管矢板として使用することが好ましい。
【実施例】
【００６６】
表１に示した化学組成を有するＮｏ．１〜Ｎｏ．２１の鋼について、１５０Ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットに鍛造した後、１１００℃に加熱後、圧延を行って、厚さ４ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ１０００ｍｍの寸法の鋼材を作製した。次いで、この鋼材の表裏面を機械研削し、厚さ３．２ｍｍ×幅７０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの試験片を切り出した。なお、本実施例で作製した鋼材の酸素含有量は０．０００１〜０．００５％の範囲であった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
得られた鋼材をブラスト処理（Ｒｚ＝５０μｍ）した後、ウレタン用プライマー（日本ペイント（株）製の防食コーティングス製Ｒプライマー(N)）を30ミクロンバーコーターにより塗布し、２時間室温にて乾燥後、ウレタン被覆（日本ペイント（株）製の防食コーティングス製ミゼロンS-100/A-1000）を厚み１．５ｍｍになるように鋼材上に形成し、鋼面にキズがつくまで塩化ビニルカッターによりクロスにカットを入れて、クロスカット試験評価を行った。なお、実施例ではウレタン被覆を例示するが、上述の他の樹脂被覆でも同様の改善効果が観察された。また、通常、ウレタン被覆は２〜５mm程度の厚みで重防食被覆を形成するが、本実施例では厚膜となると長期の試験が必要となるために、その厚みを１．５ｍｍとした。
【００６９】
得られた試験片をＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）Ｊ ２３３４試験を改良した改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験により評価した。
【００７０】
改良前のＳＡＥ Ｊ２３３４試験は、次の条件で行う加速試験である。
湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、
塩分付着：０．５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬、０．２５時間、
乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、
１７．７５時間を１サイクル（合計２４時間）とした。
【００７１】
これに対して、本発明の評価に用いた改良ＳＡＥ
Ｊ２３３４試験は、海洋飛沫暴露試験を模擬するためのものであって、上記塩分付着時の水溶液を５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬に変更した。この改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験における被覆の剥離と腐食形態が海洋飛沫暴露試験に類似しており、また普通鋼（JIS SM材）を無塗装材（裸材）で２０サイクル試験すると、約０．４ｍｍの平均板厚の減少となり、非常に厳しい試験と言える。
【００７２】
上述の改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験片のクロスカット試験の１２０サイクル終了後、ポイントマイクロメーターを用いて、キズ部の最大腐食深さと被覆の剥離面積を、試験後の剥離部の被膜を剥がして、写真撮影したのち画像処理にて測定し、試験片の表面積で割ることにより、剥離面積率を計算により得た。試験結果を表１に示す。
【００７３】
表１の結果から明らかなように、本発明例の鋼Ｎｏ．１〜１９に係る鋼材では、いずれも本発明で規定する化学組成の含有量を満足しているので、改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験の結果、優れた耐食性ならびに耐剥離性に優れている。
【００７４】
これに対して、比較例の鋼Ｎｏ．２０及び２１の鋼材においてはＳｎの量が不足するために、改良ＳＡＥ Ｊ２３３４試験で、最大腐食深さと剥離面積率が増大する傾向が明瞭に観察された。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の重防食被覆鋼材は、塩分量が多い環境下においても十分な耐食性を有している。また、重防食被覆の耐剥離性に優れ、そして、被覆端部およびキズ部の耐食性と耐剥離性に優れるため、メンテナンスミニマム化に寄与する材料として広く適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有することを特徴とする重防食被覆鋼材。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１に記載の重防食被覆鋼材。
【請求項３】
さらに、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の重防食被覆鋼材。
【請求項４】
さらに、質量％で、Ｃａ：０．１％以下およびＭｇ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の重防食被覆鋼材。
【請求項５】
さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０２％以下含有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の重防食被覆鋼材。
【請求項６】
重防食被覆が、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる膜によりなされていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載の重防食被覆鋼材。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有することを特徴とする重防食被覆鋼材。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１に記載の重防食被覆鋼材。
【請求項３】
さらに、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の重防食被覆鋼材。
【請求項４】
さらに、質量％で、Ｃａ：０．１％以下およびＭｇ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の重防食被覆鋼材。
【請求項５】
さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０２％以下含有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の重防食被覆鋼材。
【請求項６】
重防食被覆が、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる膜によりなされていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載の重防食被覆鋼材。
【公開番号】特開２０１２−２１４９０７（Ｐ２０１２−２１４９０７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６１０６３（Ｐ２０１２−１６１０６３）
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【分割の表示】特願２００８−１６５３９２（Ｐ２００８−１６５３９２）の分割
【原出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【分割の表示】特願２００８−１６５３９２（Ｐ２００８−１６５３９２）の分割
【原出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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