耐候性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法
【課題】 表面キズを防止した耐候性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、C：0.001〜0.15％、Si：2.5％以下、Mn：0.5〜2.5％、P：0.03％以下、S：0.005％以下、Cu：0.05〜1.0％、Ni：0.01〜0.5％以下、Cr：0.01〜3.0％、Al：0.003〜0.2％およびN：0.001〜0.1％、O（酸素）:0.005％以下、さらにSn：0.03〜0.20％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を1175〜1325℃に加熱した後、900℃以上の温度域で、全圧下量のうち70％以上の圧延を終了し、700℃以上で圧延を終了させたのち、必要により、30℃/s以下の平均冷却速度で500℃以下の温度まで冷却する。
【解決手段】質量％で、C：0.001〜0.15％、Si：2.5％以下、Mn：0.5〜2.5％、P：0.03％以下、S：0.005％以下、Cu：0.05〜1.0％、Ni：0.01〜0.5％以下、Cr：0.01〜3.0％、Al：0.003〜0.2％およびN：0.001〜0.1％、O（酸素）:0.005％以下、さらにSn：0.03〜0.20％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を1175〜1325℃に加熱した後、900℃以上の温度域で、全圧下量のうち70％以上の圧延を終了し、700℃以上で圧延を終了させたのち、必要により、30℃/s以下の平均冷却速度で500℃以下の温度まで冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海浜地域や融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い環境下でもミニマムメンテナンス材料として使用することができる耐候性に優れた鋼材および耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、耐候性鋼材を大気腐食環境中に暴露すると、その表面に保護性のあるさび層が形成され、それ以降の鋼材腐食が抑制される。そのため、耐候性鋼材は、塗装せずに裸のまま使用できるミニマムメンテナンス鋼材として橋梁等の構造物に用いられている。
【０００３】
ところが、海浜地域や、内陸部でも融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い地域では、鋼材表面に保護性のあるさび層が形成されず、腐食を抑制する効果はみられない。そのため、海浜部では、塗装なしで裸のままの耐候性鋼材を用いることができず、普通鋼に塗装を施して使用する普通鋼の塗装使用が一般的である。しかし、このような塗装使用の場合には、腐食による塗膜劣化のため約１０年毎に再塗装する必要があり、そのため維持管理に要する費用は莫大なものとなる。
【０００４】
近年、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化された耐候性鋼（ＪＩＳ Ｇ ３１１４ ：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は、飛来塩分量がＮａＣｌとして０．０５ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙ（０．０５ｍｄｄ）以上の地域、すなわち海浜地域では、ウロコ状錆や層状錆等の発生により腐食減量が大きいため、無塗装では使用できないことになっている（建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会：耐候性鋼の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＸ）−無塗耐候性橋梁の設計・施工要領（改訂版−１９９３．３））。
【０００５】
このため、海浜地域などの塩分の多い環境下では、通常普通鋼材に塗装を行って対処しているが、河口付近の海浜地域や融雪塩を撒く山間部等の道路に建設される橋梁は腐食が著しく、再塗装せざるを得ないのが現状である。これらの再塗装には多大な工数がかかることから、無塗装で使用できる鋼材への要望が強い。最近、Ｎｉを１−３％程度添加したＮｉ系高耐候性鋼が開発されたが、飛来塩分量が０．３〜０．４ ｍｄｄを越える地域では適用が難しいことが判明してきた。
【０００６】
鋼材の腐食は、飛来塩分量が多くなるにしたがって激しくなるため、耐食性と経済性の観点からは、飛来塩分量に応じた耐候性鋼材が必要になる。また、橋梁といっても、使用される場所や部位により鋼材の腐食環境は同じではない。例えば、桁外部では、降雨、結露水および日照に曝される。一方、桁内部では、結露水に曝されるが雨掛かりはない。一般に、飛来塩分量が多い環境では、桁外部より桁内部の方が腐食が激しいと言われている。
【０００７】
また、融雪塩を道路に撒く環境では、その塩が走行中の車に巻き上げられ、道路を支える橋梁に付着し、厳しい腐食環境となる。また海岸から少し離れた軒下等でも厳しい塩害環境に晒され、このような地域では飛来塩分量が１ｍｄｄ以上の厳しい腐食環境になる。
【０００８】
このような問題に対応するため、飛来塩分量が多い環境での腐食を防止する鋼材の開発が従来から進められており、特許文献１ではクロム（Ｃｒ）の含有量を増加させた耐候性鋼材、さらに特許文献２ではニッケル（Ｎｉ）含有量を増加させた耐候性鋼材等が提案されている。しかしながら、Ｃｒは、ある程度以下の飛来塩分量の領域においては耐候性を改善することができるものの、それを超える厳しい塩分環境においては逆に耐候性を劣化させる。
【０００９】
一方、Ｎｉ含有量を増加させた場合、耐候性はある程度改善されるが、鋼材自体のコストが高くなり、橋梁等の用途に使用される材料としては高価なものになる。これを避けるため、Ｎｉ含有量を少なくすると、耐候性はさほど改善されず、飛来塩分量が多い場合には、鋼材の表面に層状の剥離さびが生成し腐食が著しく、長期間の使用に耐えられないという問題が生じる。
【特許文献１】特開平９−１７６７９０号公報
【特許文献２】特開平５−５１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明者らは、Ｓｎを添加した場合、飛来塩分量が多い環境で耐候性が著しく改善されることを見いだした。しかし、この場合、Ｎｉを添加すると、飛来塩分量が多い環境で耐候性の改善が認められないどころか、逆に劣化させる場合があることが判明した、すなわちＮｉはＳｎとの複合添加の改善効果がないことが判明し、特願２００４−３０８４４６号に記載した鋼材を発明した。
【００１１】
この鋼材は、船舶分野・橋梁分野における耐塗装剥離性改善にも効果を発揮することが分かっている。例えばタンカーや貨物輸送船等の船舶は、空荷の時でも船体が安定性するようバラストタンクに海水を注入積載している。海水は、鋼に対し腐食作用を有しており、バラストタンクを構成する鋼材の腐食を促進させる。このバラストタンクを構成する鋼材の腐食は、バラストタンク内に注入積載された海水が直接接するタンク内壁部ではそれほどでなく、海水面上の空間部分（気相部）に接する部分で激しいことが知られている。これは、空間部のタンク内壁が、常に湿潤状態にあり腐食を起こす（促進する）酸素が空気中から十分に供給され続けられることによる。このバラストタンク内壁面の腐食抑制対策としては、従来、タールエポキシ塗料をバラストタンクの内壁面に２００μｍ程度と比較的厚い膜厚で被覆して防食することとしていた。しかし、この方法でも腐食環境が厳しく塗膜寿命も約１０年と短く、補修塗装が必要になるという欠点を有している。この鋼材は、塗装の寿命を延長化し、補修塗装間隔を大きく延ばすという意味においても効果があり、橋梁に適用した場合でも同様に大きな効果が得られる。なお、本明細書では、そのような環境下での耐食性についても耐候性の１種として考えて、本発明を説明する。
【００１２】
しかしながら、これらの鋼材はトランプエレメントと呼ばれるＣｕ、Ｓｎ等、精錬除去が困難な元素が鋼材中に含まれ、圧延時鋼材表面にキズが発生することが問題であった。そのようなキズが発生すると、そのキズの箇所から腐食が拡大したり、またそれにより塗膜の剥離が促進されたりする。
【００１３】
本発明は、従来の耐候性・耐塗装剥離性に優れた鋼材が内包する上述のような問題を解決すべく、延性など加工特性に優れ、表面キズを防止した耐候性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、Ｃｕ，Ｓｎを含有する鋼材の熱間圧延に際しての表面温度の影響について検討を行った。その結果、圧延後の表面キズは、表面温度と大きく関係があり、ある温度域で加熱し、圧延すると、表面キズなく且つ耐食性、耐塗装剥離性、機械的特性、溶接性に優れた鋼材が得られることが判明した。
【００１５】
すなわち、熱間圧延に際して表面温度範囲を１１７２〜１３２５℃に制御するとともに、９００℃以上の温度域で全圧下量の７０％以上を終了し、７００℃以上で圧延を終了させることで、表面キズが防止できることが判明した。
【００１６】
このメカニズムは不明であるが、Ｃｕ，Ｓｎの低融点物質生成と酸化による表面からのスケール生成・脱落との競争反応が生じ、結果的に表面キズが抑制されるものと推察される。
【００１７】
なお、前述の特許出願にかかる鋼材の製造に際しては、圧延に際しての加熱温度が、低く、仕上げ温度についても６５０℃とかなり低くかったため、圧延キズの発生がかなり多くみられ、圧延後の手入れにかなりの工数を要しており、製造コストの高い鋼材と考えられていた。
【００１８】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（４）の鋼材の製造方法を要旨としている。
（１）質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【００１９】
（２）質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、３０℃／ｓ以下の平均冷却速度で５００℃以下の温度まで冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【００２０】
（３）７００℃以上で圧延を終了させた後、５００℃以下の温度まで冷却してから、６５０℃以下で熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の製造方法。
（４）さらに、スラブが、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０以下、Ｗ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２以下、Ｂ：０．０１以下、Ｍｇ：０．１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の製造方法によれば、耐候性（耐食性）、耐塗装剥離性に優れ、且つ表面性状のよい鋼材を得ることが可能であり、圧延後の表面手入れもない経済的な鋼材が製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、耐食性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法に関する発明であり、製造後、裸の状態、あるいは塗装して使われる厚板、建材等に広く使われるものであり、形状を特に限定されない。
【００２３】
以下に、本発明を詳細に説明する。以下の説明において、合金元素の含有量「％」は、いずれも「質量％」を意味する。
本発明において採用するスラブ組成は次の通りである。
【００２４】
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。なお、望ましい範囲は、０．００５％〜０．１５％である。
【００２５】
Ｓｉ：２．５％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素であるとともに、耐候性を向上させる元素である。２．５％を超えて含有させると、鋼の靱性が損なわれる。同様に脱酸剤として働くＡｌが含有している場合には、特にスラブ中に含有していなくてもよい。したがって、その含有量は２．５％以下とする。
【００２６】
Ｍｎ：０．５〜２．５％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るが、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、ひいては耐候性を劣化させる。鋼中Ｓ量が低い場合には、一般に高飛来塩分環境における耐候性を向上させる作用を有する。しかしながら、その機構は不明であるが、Ｎｉと共存する場合には２．５％を超えると耐候性が劣化する。したがって、その含有量は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には０．５％以上含有させる。
【００２７】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、不純物として含有し、耐候性を著しく向上させる元素である。しかし、過度に含有させると溶接性を劣化させる。したがって、その含有量は０．０３％以下とする。下限は特に定めないが、耐候性向上効果を発揮させるために、０．００５％以上含有させるのが望ましい。
【００２８】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として含有し、Ｍｎと結合して非金属介在物のＭｎＳを形成して腐食の起点となり易く、耐候性を劣化させるので、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その上限は０．００５％とする。
【００２９】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、耐候性を向上させる基本元素であり、０．０５％以上含有させると耐候性が向上する。しかし、１．０％を超えて含有させても、その効果が飽和するだけでなく、脆化を起こす原因となる。したがって、その含有量は０．０５〜１．０％とする。
【００３０】
Ｎｉ：０．０１〜０．５％（Ｎｉ／Ｃｕ：０．５以下）
Ｎｉは、飛来塩分量の多い環境下での耐食性（海浜耐候性）を著しく向上させる元素として従来から注目され、Ｎｉ系耐候性鋼として開発・実用化されている。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無く、むしろＳｎによる耐候性改善効果を低下させるという悪影響が現れる。このＮｉの悪影響は、Ｎｉ含有量が０．５％を超えるか、Ｃｕ含有量の１／２を超えると顕著になる。しかし、Ｃｕ添加による熱間加工性の劣化、いわゆるＣｕ脆化を防止するため、０．０１％以上のＮｉの添加は必要である。そのため、本発明では、Ｎｉ含有量は０．０１〜０．５％のごく少ない量に制限し、かつＮｉ／Ｃｕ質量比が０．５以下となるようにＮｉを添加する。高価なＮｉ含有量が少なくてすむことは経済的にも有利である。好ましくは、Ｎｉ：０．０１％以上、０．４％未満である。
【００３１】
Ｃｒ：０．０１〜３．０％
Ｃｒは、飛来塩分量がそれほど多くない環境において保護性さびによる耐食性の向上が期待できるが、飛来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やＳｂを含有する場合には、飛来塩分量が多い環境においてもＣｒ含有による耐候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。なお、含有量の望ましい範囲は０．５〜３．０％である。
【００３２】
Ａｌ：０．００３〜０．２％
Ａｌは脱酸剤として添加される元素であり、その効果を確実に得るためには０．００３％以上が必要である。一方、０．２％を超えると溶接性が低下する。このため、Ａｌ含有量は０．００３〜０．２％とした。
【００３３】
Ｎ：０．００１〜０.１％
Ｎは不純物として存在する。Ｎは本発明では重要な元素であり、Ｃと同様に、Ｃｒと結合してＣｒＮなどの窒化物として析出し、耐食性に有効な固溶Ｃｒ濃度を低下させて耐海水性を劣化させるだけでなく、靱性をも劣化させる。このため、Ｎ含有量は少なければ少ないほどよいが、０．００１％未満とするには経済的コストが大きく、また、０．１％以下であればその有害性が小さく、許容できる。このため、Ｎ含有量は、０．００１〜０．１％に制限する。好ましい上限は０．００６％、より好ましい上限は０．００４％である。
【００３４】
Ｏ（酸素）：０．００５％以下
Ｏは不純物として存在する。Ｏは上記のＮと同様に本発明では重要な元素であり、Ｃｒ含有鋼においては孔食の起点となりやすいＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物系非金属介在物を形成して耐食性を劣化させる。また、過剰なＯは靱性・溶接性をも劣化させる。しかし、その含有量が０．００５％までであれば影響が小さいので、０．００５％以下とした。好ましいのは０．００４％以下、より好ましいのは０．００３％以下である。
【００３５】
Ｓｎ：０．０３〜０．２０％
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＋濃度を低減することにより、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。
【００３６】
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もある。さらに、Ｓｎを含有することにより、飛来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。これらの作用は０．０３％以上の含有で顕著になり、０．２％を超えると機械的特性・溶接性の低下を招く原因となる。したがって、その含有量は０．０３％〜０．２％とする。なお、含有量の望ましい範囲は０．０３〜０．１５％である。
【００３７】
本発明の鋼材は、上記の合金元素の他に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｏ，Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｂ，ＭｇおよびＲＥＭ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。これらの元素の含有量を前記のように限定した理由は、次の通りである。
【００３８】
Ｔｉ：０．３％以下
Ｔｉは、ＴｉＣを形成してＣを固定し、クロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させるとともに、ＴｉＳの形成により腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。しかし、０．３％を超えると、そのような効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０．３％以下、好ましくは０．０１〜０．３％以下とする。
【００３９】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂには、Ｔｉと同様、ＮｂＣを形成してクロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させる効果がある。０．１％を超えると飽和する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。このため、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０１〜０．１％以下とする。
【００４０】
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元素である。鋼中における含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。０．０１％以上になるとこの効果が得られる。したがって、Ｍｏを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４１】
Ｃｏ：１．０％以下
Ｃｏは、溶解してさび中に存在し、さびを緻密化することにより保護性を高め耐食性を向上させる。またと塗膜剥離時にもその保護性により剥離進展を抑制する効果がある。１．０％を超えると飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｃｏを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４２】
Ｗ：１．０％以下
Ｗは、Ｍｏと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、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。１．０％を超えると飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｗを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４３】
Ｖ：１．０％以下
Ｖは、ＭｏやＷと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、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。１．０％を超えると飽和する。この効果は０．０１％以上含有させると現れる。したがって、Ｖを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４４】
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作用を有している。０．１％を超えると飽和する。この効果は０．０００１％以上含有させることにより得られる。したがって、Ｃａを含有させる場合、その含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０００１〜０．１％以下とする。
【００４５】
Ｚｒ：０．２％以下
Ｚｒは、Ｔｉと同様に、鋼中のＳと結合することによりＺｒＳを形成して、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑制する、いわゆる形態調整の役割を担う。含有量が０．２％を超えると、効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果はＺｒの含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｚｒを含有させる場合、その含有量は０．２％以下、好ましくは０．０１〜０．２％とする。
【００４６】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは、鋼材の強度を上昇させる目的で含有させる元素である。その含有量が０．０１％を越えると、鋼材の靭性が劣化する。しかし、Ｂの含有量が０．０００３％未満では、鋼材の強度上昇効果が十分に認められない。したがって、Ｂを含有させる場合、その含有量は０．０１％以下、好ましくは、０．０００３％〜０．０１％とする。
【００４７】
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。０．１％を超えると飽和する。この効果は０．０００１％以上含有させることにより得られる。したがって、Ｍｇを含有させる場合、その含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０００１〜０．１％とする。
【００４８】
ＲＥＭ：０．０２％
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させる。０．０２％を超えると効果が飽和する。含有量が０．０００１％以上でその効果を発揮する。このため、ＲＥＭを含有させる場合には、その含有量は、０．０２％以下、好ましくは０．０００１〜０．０２％とする。
【００４９】
上記のような組成を含有するスラブは、慣用の方法で溶製され、例えば連続鋳造方法によりスラブが製造される。
熱間圧延を行うに当たり、スラブの表面温度は鋼表面でＣｕ−Ｓｎ低融点成分とスケールの生成・脱落をバランスさせるために、１１７５℃以上とする。一方、スラブの表面温度が１３２５℃を超えるとスケール脱落による表面の形状が保てなくなり、且つスケールロスが大きくなるため経済的でない。したがって、スラブの表面温度は１１７５〜１３２５℃とする。
【００５０】
表面温度は、放射温度計等一般の機器で測定することも可能である。スラブ加熱時の時間（在炉時間＝予熱帯、加熱帯、均熱帯）と時間によって予め、計算により表面温度を予想制御することも可能であるが、炉で加熱する際の在炉時間は、通常の範囲の２０分〜４時間で実施できる。
【００５１】
スラブの加熱後は熱間圧延を行う。圧延は、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了させるように行う。９００℃以上での圧下量が７０％未満の場合は、圧延に際して表面キズが発生し耐食性、耐塗装剥離性が劣化する。このとき、１パスあたりの圧下量は１０％以下とすることが望ましい。さらに、圧延は７００℃以上で圧延を終了させる。すなわち、圧延仕上温度を７００℃以上とする。圧延仕上温度が７００℃未満の場合は、表面キズが発生し耐食性、耐塗装剥離性が劣化する傾向がある。望ましくは７５０℃以上で圧延を終了させる。
【００５２】
この後、圧延により得られた鋼材は冷却されるが、このとき冷却方法は空冷、水冷など特に問わない。しかし、鋼材は３０℃／ｓ以下の平均冷却速度で５００℃以下の温度まで冷却することが好ましい。５００℃を超える温度で３０℃／ｓ超の冷却速度で冷却を行うと、ＴｉやＮｂの炭化物の析出が不十分となり、耐食性が劣化する傾向があるためである。
【００５３】
以上の工程により得られた鋼材は、５００℃以下の温度まで冷却後、６５０℃以下で熱処理することが好ましい。熱処理することにより鋼材に負荷された残留応力を除去することができる。
【００５４】
さらにブラスト処理、一次防錆処理、塗装など、用途に応じて公知の処理が実施することが可能である。
本発明により製造される鋼材は、さらに耐候性を高める場合には、その表面を防食皮膜で覆うのが望ましい。ここで規定する防食皮膜とは、さび安定化処理膜、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｚｎ−Ａｌめっき等のめっき、Ｚｎ溶射、Ａｌ溶射等の金属溶射皮膜、ビニルブチラール系、エポキシ系、ウレタン系、フタル酸系などの一般の防食塗装等、鋼材の防食目的で施される皮膜を意味する。いずれの防食皮膜を施した場合であっても、優れた耐候性を有し高い防食性能を発揮することができる。
【００５５】
上述の通り、本発明の鋼材は、飛来塩分量が多い環境下において優れた海浜耐候性を発揮するので、海浜地域や融雪塩が散布される地域における橋梁等の構造物に、塗装を必要としないミニマムメンテナンス材料として使用することができる。
【実施例】
【００５６】
１５０ｋｇ真空溶解炉で表１のスラブ符号ａ〜ｏに示す化学組成を有するスラブを作製した。スラブは放射温度計によりその表面温度を測定しながら加熱し、所定の表面温度になった後、圧延を開始して長さ約１０００ｍｍ×幅約１５０ｍｍ×厚さ約４ｍｍの寸法の鋼板を形成した。鋼板は放冷、空冷または水冷により冷却し、その後、いくつかの鋼板については熱処理を施した。このときの鋼板の製造条件を表２に示す。
【００５７】
鋼板から幅方向の中央部、長手方向２箇所の計３箇所から１５ｍｍ×６０ｍｍのサンプルを切り出し、そのサンプルを光学顕微鏡により割れを評価した。具体的には、各サンプルの研磨後断面を１８０ｍｍ（＝６０ｍｍ×３）に渡り光学顕微鏡にて観察した。このとき、各サンプル１０ｍｍ長を１つの試料とみなし、１８個の試料のうち、割れ深さの大きい３個の試料の割れ深さの平均値を最大割れ深さとして評価した。また、同サンプルについて、エアースプレーにより変性エポキシ塗料（バンノー２００：中国塗料製）を乾燥膜厚で１５０μｍになるように塗装した。鋼材素地に達する深さでクロスカットを入れてから、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験により評価した。なお、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験は、湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間；塩分付着：０.５％ＮａＣｌ、０.１％ＣａＣｌ２、０.０７５％ＮａＨＣＯ３の水溶液中に浸漬、０.２５時間；乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、１７.７５時間、を１サイクル（２４時間）とした加速腐食試験である。（長野博夫、山下正人、内田仁著：環境材料学、共立出版（２００４）、ｐ.７４）。この結果を合わせて表２に示す。
【００５８】
本発明の製造方法により製造した鋼板（試験番号１〜１５）は最大割れ深さはいずれも１０μｍ程度であり、目視観察でもキズは認識されなかった。一方、スラブの表面温度が低いまま圧延を開始したもの（試験番号１６〜１８）は最大割れ深さが極めて大きくなり、目視観察でも明らかな割れが確認できた。また、９００℃以上で７０％以上の圧下を行わなかったもの（試験番号１９）および圧延終了温度を７００℃未満としたもの（試験番号２０）は、試験番号１６〜１８の試料ほどではないものの、最大割れ深さが大きくなった。さらに、圧延終了後の冷却速度を大きくしたもの（試験番号２１）は、最大割れ深さは小さかったが、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験の結果、塗膜剥離が大きく耐塗装剥離性に難があった。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海浜地域や融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い環境下でもミニマムメンテナンス材料として使用することができる耐候性に優れた鋼材および耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、耐候性鋼材を大気腐食環境中に暴露すると、その表面に保護性のあるさび層が形成され、それ以降の鋼材腐食が抑制される。そのため、耐候性鋼材は、塗装せずに裸のまま使用できるミニマムメンテナンス鋼材として橋梁等の構造物に用いられている。
【０００３】
ところが、海浜地域や、内陸部でも融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い地域では、鋼材表面に保護性のあるさび層が形成されず、腐食を抑制する効果はみられない。そのため、海浜部では、塗装なしで裸のままの耐候性鋼材を用いることができず、普通鋼に塗装を施して使用する普通鋼の塗装使用が一般的である。しかし、このような塗装使用の場合には、腐食による塗膜劣化のため約１０年毎に再塗装する必要があり、そのため維持管理に要する費用は莫大なものとなる。
【０００４】
近年、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化された耐候性鋼（ＪＩＳ Ｇ ３１１４ ：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は、飛来塩分量がＮａＣｌとして０．０５ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙ（０．０５ｍｄｄ）以上の地域、すなわち海浜地域では、ウロコ状錆や層状錆等の発生により腐食減量が大きいため、無塗装では使用できないことになっている（建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会：耐候性鋼の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＸ）−無塗耐候性橋梁の設計・施工要領（改訂版−１９９３．３））。
【０００５】
このため、海浜地域などの塩分の多い環境下では、通常普通鋼材に塗装を行って対処しているが、河口付近の海浜地域や融雪塩を撒く山間部等の道路に建設される橋梁は腐食が著しく、再塗装せざるを得ないのが現状である。これらの再塗装には多大な工数がかかることから、無塗装で使用できる鋼材への要望が強い。最近、Ｎｉを１−３％程度添加したＮｉ系高耐候性鋼が開発されたが、飛来塩分量が０．３〜０．４ ｍｄｄを越える地域では適用が難しいことが判明してきた。
【０００６】
鋼材の腐食は、飛来塩分量が多くなるにしたがって激しくなるため、耐食性と経済性の観点からは、飛来塩分量に応じた耐候性鋼材が必要になる。また、橋梁といっても、使用される場所や部位により鋼材の腐食環境は同じではない。例えば、桁外部では、降雨、結露水および日照に曝される。一方、桁内部では、結露水に曝されるが雨掛かりはない。一般に、飛来塩分量が多い環境では、桁外部より桁内部の方が腐食が激しいと言われている。
【０００７】
また、融雪塩を道路に撒く環境では、その塩が走行中の車に巻き上げられ、道路を支える橋梁に付着し、厳しい腐食環境となる。また海岸から少し離れた軒下等でも厳しい塩害環境に晒され、このような地域では飛来塩分量が１ｍｄｄ以上の厳しい腐食環境になる。
【０００８】
このような問題に対応するため、飛来塩分量が多い環境での腐食を防止する鋼材の開発が従来から進められており、特許文献１ではクロム（Ｃｒ）の含有量を増加させた耐候性鋼材、さらに特許文献２ではニッケル（Ｎｉ）含有量を増加させた耐候性鋼材等が提案されている。しかしながら、Ｃｒは、ある程度以下の飛来塩分量の領域においては耐候性を改善することができるものの、それを超える厳しい塩分環境においては逆に耐候性を劣化させる。
【０００９】
一方、Ｎｉ含有量を増加させた場合、耐候性はある程度改善されるが、鋼材自体のコストが高くなり、橋梁等の用途に使用される材料としては高価なものになる。これを避けるため、Ｎｉ含有量を少なくすると、耐候性はさほど改善されず、飛来塩分量が多い場合には、鋼材の表面に層状の剥離さびが生成し腐食が著しく、長期間の使用に耐えられないという問題が生じる。
【特許文献１】特開平９−１７６７９０号公報
【特許文献２】特開平５−５１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明者らは、Ｓｎを添加した場合、飛来塩分量が多い環境で耐候性が著しく改善されることを見いだした。しかし、この場合、Ｎｉを添加すると、飛来塩分量が多い環境で耐候性の改善が認められないどころか、逆に劣化させる場合があることが判明した、すなわちＮｉはＳｎとの複合添加の改善効果がないことが判明し、特願２００４−３０８４４６号に記載した鋼材を発明した。
【００１１】
この鋼材は、船舶分野・橋梁分野における耐塗装剥離性改善にも効果を発揮することが分かっている。例えばタンカーや貨物輸送船等の船舶は、空荷の時でも船体が安定性するようバラストタンクに海水を注入積載している。海水は、鋼に対し腐食作用を有しており、バラストタンクを構成する鋼材の腐食を促進させる。このバラストタンクを構成する鋼材の腐食は、バラストタンク内に注入積載された海水が直接接するタンク内壁部ではそれほどでなく、海水面上の空間部分（気相部）に接する部分で激しいことが知られている。これは、空間部のタンク内壁が、常に湿潤状態にあり腐食を起こす（促進する）酸素が空気中から十分に供給され続けられることによる。このバラストタンク内壁面の腐食抑制対策としては、従来、タールエポキシ塗料をバラストタンクの内壁面に２００μｍ程度と比較的厚い膜厚で被覆して防食することとしていた。しかし、この方法でも腐食環境が厳しく塗膜寿命も約１０年と短く、補修塗装が必要になるという欠点を有している。この鋼材は、塗装の寿命を延長化し、補修塗装間隔を大きく延ばすという意味においても効果があり、橋梁に適用した場合でも同様に大きな効果が得られる。なお、本明細書では、そのような環境下での耐食性についても耐候性の１種として考えて、本発明を説明する。
【００１２】
しかしながら、これらの鋼材はトランプエレメントと呼ばれるＣｕ、Ｓｎ等、精錬除去が困難な元素が鋼材中に含まれ、圧延時鋼材表面にキズが発生することが問題であった。そのようなキズが発生すると、そのキズの箇所から腐食が拡大したり、またそれにより塗膜の剥離が促進されたりする。
【００１３】
本発明は、従来の耐候性・耐塗装剥離性に優れた鋼材が内包する上述のような問題を解決すべく、延性など加工特性に優れ、表面キズを防止した耐候性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、Ｃｕ，Ｓｎを含有する鋼材の熱間圧延に際しての表面温度の影響について検討を行った。その結果、圧延後の表面キズは、表面温度と大きく関係があり、ある温度域で加熱し、圧延すると、表面キズなく且つ耐食性、耐塗装剥離性、機械的特性、溶接性に優れた鋼材が得られることが判明した。
【００１５】
すなわち、熱間圧延に際して表面温度範囲を１１７２〜１３２５℃に制御するとともに、９００℃以上の温度域で全圧下量の７０％以上を終了し、７００℃以上で圧延を終了させることで、表面キズが防止できることが判明した。
【００１６】
このメカニズムは不明であるが、Ｃｕ，Ｓｎの低融点物質生成と酸化による表面からのスケール生成・脱落との競争反応が生じ、結果的に表面キズが抑制されるものと推察される。
【００１７】
なお、前述の特許出願にかかる鋼材の製造に際しては、圧延に際しての加熱温度が、低く、仕上げ温度についても６５０℃とかなり低くかったため、圧延キズの発生がかなり多くみられ、圧延後の手入れにかなりの工数を要しており、製造コストの高い鋼材と考えられていた。
【００１８】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（４）の鋼材の製造方法を要旨としている。
（１）質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【００１９】
（２）質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、３０℃／ｓ以下の平均冷却速度で５００℃以下の温度まで冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【００２０】
（３）７００℃以上で圧延を終了させた後、５００℃以下の温度まで冷却してから、６５０℃以下で熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の製造方法。
（４）さらに、スラブが、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０以下、Ｗ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２以下、Ｂ：０．０１以下、Ｍｇ：０．１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の製造方法によれば、耐候性（耐食性）、耐塗装剥離性に優れ、且つ表面性状のよい鋼材を得ることが可能であり、圧延後の表面手入れもない経済的な鋼材が製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、耐食性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法に関する発明であり、製造後、裸の状態、あるいは塗装して使われる厚板、建材等に広く使われるものであり、形状を特に限定されない。
【００２３】
以下に、本発明を詳細に説明する。以下の説明において、合金元素の含有量「％」は、いずれも「質量％」を意味する。
本発明において採用するスラブ組成は次の通りである。
【００２４】
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。なお、望ましい範囲は、０．００５％〜０．１５％である。
【００２５】
Ｓｉ：２．５％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素であるとともに、耐候性を向上させる元素である。２．５％を超えて含有させると、鋼の靱性が損なわれる。同様に脱酸剤として働くＡｌが含有している場合には、特にスラブ中に含有していなくてもよい。したがって、その含有量は２．５％以下とする。
【００２６】
Ｍｎ：０．５〜２．５％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るが、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、ひいては耐候性を劣化させる。鋼中Ｓ量が低い場合には、一般に高飛来塩分環境における耐候性を向上させる作用を有する。しかしながら、その機構は不明であるが、Ｎｉと共存する場合には２．５％を超えると耐候性が劣化する。したがって、その含有量は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には０．５％以上含有させる。
【００２７】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、不純物として含有し、耐候性を著しく向上させる元素である。しかし、過度に含有させると溶接性を劣化させる。したがって、その含有量は０．０３％以下とする。下限は特に定めないが、耐候性向上効果を発揮させるために、０．００５％以上含有させるのが望ましい。
【００２８】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として含有し、Ｍｎと結合して非金属介在物のＭｎＳを形成して腐食の起点となり易く、耐候性を劣化させるので、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その上限は０．００５％とする。
【００２９】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、耐候性を向上させる基本元素であり、０．０５％以上含有させると耐候性が向上する。しかし、１．０％を超えて含有させても、その効果が飽和するだけでなく、脆化を起こす原因となる。したがって、その含有量は０．０５〜１．０％とする。
【００３０】
Ｎｉ：０．０１〜０．５％（Ｎｉ／Ｃｕ：０．５以下）
Ｎｉは、飛来塩分量の多い環境下での耐食性（海浜耐候性）を著しく向上させる元素として従来から注目され、Ｎｉ系耐候性鋼として開発・実用化されている。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無く、むしろＳｎによる耐候性改善効果を低下させるという悪影響が現れる。このＮｉの悪影響は、Ｎｉ含有量が０．５％を超えるか、Ｃｕ含有量の１／２を超えると顕著になる。しかし、Ｃｕ添加による熱間加工性の劣化、いわゆるＣｕ脆化を防止するため、０．０１％以上のＮｉの添加は必要である。そのため、本発明では、Ｎｉ含有量は０．０１〜０．５％のごく少ない量に制限し、かつＮｉ／Ｃｕ質量比が０．５以下となるようにＮｉを添加する。高価なＮｉ含有量が少なくてすむことは経済的にも有利である。好ましくは、Ｎｉ：０．０１％以上、０．４％未満である。
【００３１】
Ｃｒ：０．０１〜３．０％
Ｃｒは、飛来塩分量がそれほど多くない環境において保護性さびによる耐食性の向上が期待できるが、飛来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やＳｂを含有する場合には、飛来塩分量が多い環境においてもＣｒ含有による耐候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。なお、含有量の望ましい範囲は０．５〜３．０％である。
【００３２】
Ａｌ：０．００３〜０．２％
Ａｌは脱酸剤として添加される元素であり、その効果を確実に得るためには０．００３％以上が必要である。一方、０．２％を超えると溶接性が低下する。このため、Ａｌ含有量は０．００３〜０．２％とした。
【００３３】
Ｎ：０．００１〜０.１％
Ｎは不純物として存在する。Ｎは本発明では重要な元素であり、Ｃと同様に、Ｃｒと結合してＣｒＮなどの窒化物として析出し、耐食性に有効な固溶Ｃｒ濃度を低下させて耐海水性を劣化させるだけでなく、靱性をも劣化させる。このため、Ｎ含有量は少なければ少ないほどよいが、０．００１％未満とするには経済的コストが大きく、また、０．１％以下であればその有害性が小さく、許容できる。このため、Ｎ含有量は、０．００１〜０．１％に制限する。好ましい上限は０．００６％、より好ましい上限は０．００４％である。
【００３４】
Ｏ（酸素）：０．００５％以下
Ｏは不純物として存在する。Ｏは上記のＮと同様に本発明では重要な元素であり、Ｃｒ含有鋼においては孔食の起点となりやすいＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物系非金属介在物を形成して耐食性を劣化させる。また、過剰なＯは靱性・溶接性をも劣化させる。しかし、その含有量が０．００５％までであれば影響が小さいので、０．００５％以下とした。好ましいのは０．００４％以下、より好ましいのは０．００３％以下である。
【００３５】
Ｓｎ：０．０３〜０．２０％
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＋濃度を低減することにより、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。
【００３６】
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もある。さらに、Ｓｎを含有することにより、飛来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。これらの作用は０．０３％以上の含有で顕著になり、０．２％を超えると機械的特性・溶接性の低下を招く原因となる。したがって、その含有量は０．０３％〜０．２％とする。なお、含有量の望ましい範囲は０．０３〜０．１５％である。
【００３７】
本発明の鋼材は、上記の合金元素の他に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｏ，Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｂ，ＭｇおよびＲＥＭ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。これらの元素の含有量を前記のように限定した理由は、次の通りである。
【００３８】
Ｔｉ：０．３％以下
Ｔｉは、ＴｉＣを形成してＣを固定し、クロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させるとともに、ＴｉＳの形成により腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。しかし、０．３％を超えると、そのような効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０．３％以下、好ましくは０．０１〜０．３％以下とする。
【００３９】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂには、Ｔｉと同様、ＮｂＣを形成してクロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させる効果がある。０．１％を超えると飽和する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。このため、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０１〜０．１％以下とする。
【００４０】
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元素である。鋼中における含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。０．０１％以上になるとこの効果が得られる。したがって、Ｍｏを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４１】
Ｃｏ：１．０％以下
Ｃｏは、溶解してさび中に存在し、さびを緻密化することにより保護性を高め耐食性を向上させる。またと塗膜剥離時にもその保護性により剥離進展を抑制する効果がある。１．０％を超えると飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｃｏを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４２】
Ｗ：１．０％以下
Ｗは、Ｍｏと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、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。１．０％を超えると飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｗを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４３】
Ｖ：１．０％以下
Ｖは、ＭｏやＷと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、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。１．０％を超えると飽和する。この効果は０．０１％以上含有させると現れる。したがって、Ｖを含有させる場合、その含有量は１．０％以下、好ましくは０．０１〜１．０％とする。
【００４４】
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作用を有している。０．１％を超えると飽和する。この効果は０．０００１％以上含有させることにより得られる。したがって、Ｃａを含有させる場合、その含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０００１〜０．１％以下とする。
【００４５】
Ｚｒ：０．２％以下
Ｚｒは、Ｔｉと同様に、鋼中のＳと結合することによりＺｒＳを形成して、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑制する、いわゆる形態調整の役割を担う。含有量が０．２％を超えると、効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果はＺｒの含有量が０．０１％以上で現れる。したがって、Ｚｒを含有させる場合、その含有量は０．２％以下、好ましくは０．０１〜０．２％とする。
【００４６】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは、鋼材の強度を上昇させる目的で含有させる元素である。その含有量が０．０１％を越えると、鋼材の靭性が劣化する。しかし、Ｂの含有量が０．０００３％未満では、鋼材の強度上昇効果が十分に認められない。したがって、Ｂを含有させる場合、その含有量は０．０１％以下、好ましくは、０．０００３％〜０．０１％とする。
【００４７】
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。０．１％を超えると飽和する。この効果は０．０００１％以上含有させることにより得られる。したがって、Ｍｇを含有させる場合、その含有量は、０．１％以下、好ましくは０．０００１〜０．１％とする。
【００４８】
ＲＥＭ：０．０２％
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させる。０．０２％を超えると効果が飽和する。含有量が０．０００１％以上でその効果を発揮する。このため、ＲＥＭを含有させる場合には、その含有量は、０．０２％以下、好ましくは０．０００１〜０．０２％とする。
【００４９】
上記のような組成を含有するスラブは、慣用の方法で溶製され、例えば連続鋳造方法によりスラブが製造される。
熱間圧延を行うに当たり、スラブの表面温度は鋼表面でＣｕ−Ｓｎ低融点成分とスケールの生成・脱落をバランスさせるために、１１７５℃以上とする。一方、スラブの表面温度が１３２５℃を超えるとスケール脱落による表面の形状が保てなくなり、且つスケールロスが大きくなるため経済的でない。したがって、スラブの表面温度は１１７５〜１３２５℃とする。
【００５０】
表面温度は、放射温度計等一般の機器で測定することも可能である。スラブ加熱時の時間（在炉時間＝予熱帯、加熱帯、均熱帯）と時間によって予め、計算により表面温度を予想制御することも可能であるが、炉で加熱する際の在炉時間は、通常の範囲の２０分〜４時間で実施できる。
【００５１】
スラブの加熱後は熱間圧延を行う。圧延は、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了させるように行う。９００℃以上での圧下量が７０％未満の場合は、圧延に際して表面キズが発生し耐食性、耐塗装剥離性が劣化する。このとき、１パスあたりの圧下量は１０％以下とすることが望ましい。さらに、圧延は７００℃以上で圧延を終了させる。すなわち、圧延仕上温度を７００℃以上とする。圧延仕上温度が７００℃未満の場合は、表面キズが発生し耐食性、耐塗装剥離性が劣化する傾向がある。望ましくは７５０℃以上で圧延を終了させる。
【００５２】
この後、圧延により得られた鋼材は冷却されるが、このとき冷却方法は空冷、水冷など特に問わない。しかし、鋼材は３０℃／ｓ以下の平均冷却速度で５００℃以下の温度まで冷却することが好ましい。５００℃を超える温度で３０℃／ｓ超の冷却速度で冷却を行うと、ＴｉやＮｂの炭化物の析出が不十分となり、耐食性が劣化する傾向があるためである。
【００５３】
以上の工程により得られた鋼材は、５００℃以下の温度まで冷却後、６５０℃以下で熱処理することが好ましい。熱処理することにより鋼材に負荷された残留応力を除去することができる。
【００５４】
さらにブラスト処理、一次防錆処理、塗装など、用途に応じて公知の処理が実施することが可能である。
本発明により製造される鋼材は、さらに耐候性を高める場合には、その表面を防食皮膜で覆うのが望ましい。ここで規定する防食皮膜とは、さび安定化処理膜、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｚｎ−Ａｌめっき等のめっき、Ｚｎ溶射、Ａｌ溶射等の金属溶射皮膜、ビニルブチラール系、エポキシ系、ウレタン系、フタル酸系などの一般の防食塗装等、鋼材の防食目的で施される皮膜を意味する。いずれの防食皮膜を施した場合であっても、優れた耐候性を有し高い防食性能を発揮することができる。
【００５５】
上述の通り、本発明の鋼材は、飛来塩分量が多い環境下において優れた海浜耐候性を発揮するので、海浜地域や融雪塩が散布される地域における橋梁等の構造物に、塗装を必要としないミニマムメンテナンス材料として使用することができる。
【実施例】
【００５６】
１５０ｋｇ真空溶解炉で表１のスラブ符号ａ〜ｏに示す化学組成を有するスラブを作製した。スラブは放射温度計によりその表面温度を測定しながら加熱し、所定の表面温度になった後、圧延を開始して長さ約１０００ｍｍ×幅約１５０ｍｍ×厚さ約４ｍｍの寸法の鋼板を形成した。鋼板は放冷、空冷または水冷により冷却し、その後、いくつかの鋼板については熱処理を施した。このときの鋼板の製造条件を表２に示す。
【００５７】
鋼板から幅方向の中央部、長手方向２箇所の計３箇所から１５ｍｍ×６０ｍｍのサンプルを切り出し、そのサンプルを光学顕微鏡により割れを評価した。具体的には、各サンプルの研磨後断面を１８０ｍｍ（＝６０ｍｍ×３）に渡り光学顕微鏡にて観察した。このとき、各サンプル１０ｍｍ長を１つの試料とみなし、１８個の試料のうち、割れ深さの大きい３個の試料の割れ深さの平均値を最大割れ深さとして評価した。また、同サンプルについて、エアースプレーにより変性エポキシ塗料（バンノー２００：中国塗料製）を乾燥膜厚で１５０μｍになるように塗装した。鋼材素地に達する深さでクロスカットを入れてから、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験により評価した。なお、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験は、湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間；塩分付着：０.５％ＮａＣｌ、０.１％ＣａＣｌ２、０.０７５％ＮａＨＣＯ３の水溶液中に浸漬、０.２５時間；乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、１７.７５時間、を１サイクル（２４時間）とした加速腐食試験である。（長野博夫、山下正人、内田仁著：環境材料学、共立出版（２００４）、ｐ.７４）。この結果を合わせて表２に示す。
【００５８】
本発明の製造方法により製造した鋼板（試験番号１〜１５）は最大割れ深さはいずれも１０μｍ程度であり、目視観察でもキズは認識されなかった。一方、スラブの表面温度が低いまま圧延を開始したもの（試験番号１６〜１８）は最大割れ深さが極めて大きくなり、目視観察でも明らかな割れが確認できた。また、９００℃以上で７０％以上の圧下を行わなかったもの（試験番号１９）および圧延終了温度を７００℃未満としたもの（試験番号２０）は、試験番号１６〜１８の試料ほどではないものの、最大割れ深さが大きくなった。さらに、圧延終了後の冷却速度を大きくしたもの（試験番号２１）は、最大割れ深さは小さかったが、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験の結果、塗膜剥離が大きく耐塗装剥離性に難があった。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【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：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、３０℃／ｓ以下の平均冷却速度で５００℃以下の温度まで冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項３】
７００℃以上で圧延を終了させた後、５００℃以下の温度まで冷却してから、６５０℃以下で熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の製造方法。
【請求項４】
さらに、スラブが、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０以下、Ｗ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２以下、Ｂ：０．０１以下、Ｍｇ：０．１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．２％およびＮ：０．００１〜０．１％、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、さらにＳｎ：０．０３〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるスラブであって、Ｎｉ／Ｃｕが０．５以下であるスラブの表面温度を１１７５〜１３２５℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で、全圧下量のうち７０％以上の圧延を終了し、７００℃以上で圧延を終了させたのち、３０℃／ｓ以下の平均冷却速度で５００℃以下の温度まで冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項３】
７００℃以上で圧延を終了させた後、５００℃以下の温度まで冷却してから、６５０℃以下で熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の製造方法。
【請求項４】
さらに、スラブが、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０以下、Ｗ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２以下、Ｂ：０．０１以下、Ｍｇ：０．１％以下およびＲＥＭ：０．０２％以下よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
【公開番号】特開２００７−２７０１９８（Ｐ２００７−２７０１９８Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９５０６８（Ｐ２００６−９５０６８）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【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１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【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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