耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材及鋼結構物的制作方法

專利名稱：耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材及鋼結構物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及橋梁(bridge)等在戶外使用的鋼結構物(Steel Structures), 特別是適合用于在海岸附近(coastal environment)等空氣懸浮鹽分(air-borne salt) 多的環(huán)境下使用的、要求具有耐氣候性(atmospheric corrosion resistance)的構件的鋼材及鋼結構物。
背景技術：
一直以來，在橋梁等在戶外使用的鋼結構物中，使用耐候鋼(weathering steel)。 耐候鋼是這樣一種鋼材，在暴露于大氣的環(huán)境(atmospheric environment)下，耐候鋼通過在表面覆蓋有Cu、P、Cr、Ni等合金元素稠化形成的保護性高的銹層(rust layer)，腐蝕速度(corrosion rate)顯著降低。已知由于其優(yōu)異的耐氣候性，所以使用耐候鋼的橋梁常常在無涂裝(paintless)的狀態(tài)下耐用幾十年。然而，已知在海岸附近等空氣懸浮鹽分量(amount of air-borne salt)多的環(huán)境中，難以生成上述保護性高的銹層，難以獲得實用的耐氣候性。根據(jù)非專利文獻1，現(xiàn)有的耐候鋼(JIS G 3114:焊接結構用耐氣候性熱軋鋼材) 僅可以在空氣懸浮鹽分量為0. 05mg-NaCl/dm2/天(以下有時用mdd表示單位(mg .NaCl/ dm2/天))以下的區(qū)域無涂裝地使用。因此，在海岸附近等空氣懸浮鹽分量多的環(huán)境下，對普通鋼材(JIS G 3106:焊接結構用軋制鋼材)實施涂裝等防腐蝕措施來使用。需要說明的是，dm是指分米(decimeter)。對涂裝(coating)來說，隨時間的經(jīng)過涂膜(coating film)劣化，需要定期維修 (maintenance and repair)。此夕卜，人力成本(labor cost)高昂，再涂裝(recoating)困難。由于上述原因，目前需要可無涂裝使用的鋼材，對可無涂裝使用的鋼材的期望高。鑒于上述現(xiàn)狀，近年來，作為可在海岸附近等空氣懸浮鹽分多的環(huán)境下無涂裝使用的鋼材，開發(fā)了含有大量多種合金元素、尤其是M的鋼材。例如，在專利文獻1中，公開了添加有Cu和1重量％以上的Ni作為提高耐氣候性的元素的高耐候鋼材。此外，在專利文獻2中，公開了添加有l(wèi)mass1^以上的Ni和Mo的耐氣候性優(yōu)異的鋼材。此外，在專利文獻3中，公開了除了 Ni之外還添加有Cu、Ti的耐氣候性優(yōu)異的鋼材。此外，在專利文獻4中，公開了含有大量Ni、此外還含有Mo、Sn、Sb、P等的焊接結構用鋼材。另一方面，雖未言及在海岸附近等空氣懸浮鹽分多的環(huán)境中的耐氣候性，但作為在船舶的壓艙水箱(ballast tank)等直接經(jīng)受海水飛沫的嚴苛腐蝕環(huán)境(corrosion environment)下使用的耐腐蝕鋼材，專利文獻5中公開了含有W和Cr、此外還含有Sb、Sn、 Ni等的船舶用耐腐蝕鋼材。專利文獻1 日本專利第3785271號公報(日本特開平11-172370號公報) 專利文獻2 日本專利第3846218號公報(日本特開2002-309340號公報) 專利文獻3 日本專利第3568760號公報(日本特開平11-71632號公報) 專利文獻4 日本特開平10-251797號公報專利文獻5 日本特開2007-2M881號公報
非專利文獻1 關于耐候鋼材在橋梁上的應用的共同研究報告書(XX)，第88號，

發(fā)明內容
然而，如專利文獻1、2所述，當增加M的含量時，存在由合金成本上升導致鋼材價格上升的問題。此外，在專利文獻3中，雖然將Ni含量控制在較低水平，并且添加Cu、Ti，但本發(fā)明對其他添加元素進行了探索。此外，如專利文獻4所述，對增加Ni的含量、含有Cu、Mo、Sn、Sb、P等的鋼材來說， 由合金成本的增加導致鋼材價格升高，而且由于P的含量高，因而焊接性降低。此外，專利文獻5公開的鋼材由于用途不同，所以要求的耐腐蝕性能不同，對于在海岸附近等空氣懸浮鹽分多的環(huán)境下的耐氣候性并未說明。鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供低成本、耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材及鋼結構物。為了解決上述課題，本發(fā)明從空氣懸浮鹽分多的環(huán)境下的耐氣候性的觀點考慮， 對鋼材的成分組成進行了深入研究。結果發(fā)現(xiàn)，通過在含有Cu、M的鋼基中復合含有W、以及Sn和/或Nb，可提高在空氣懸浮鹽分多的環(huán)境下的鋼材的耐氣候性。圖1是對具有表1所示成分的鋼材實施干濕循環(huán)腐蝕試驗(wet and dry cyclic corrosion test)而得到的結果。干濕循環(huán)腐蝕試驗如下進行從上述鋼材上選取35mmX35mmX5mm的試驗片，接下來，對于選取的試驗片，用配制的人工海水溶液 (diluted solution of artificial seawater)在干燥工序(dry process)中涂布試驗片的表面，每周一次，使得表面附著的鹽分量為0. aiidd，溫度40°C、相對濕度(relative humidity)40% RH的干燥工序為11小時，溫度25°C、相對濕度95% RH的濕潤工序(wet process)為11小時，過渡時間為1小時，以M小時為1個循環(huán)(cycle)，進行12周(84 個循環(huán))，接下來，將試驗片浸漬于在鹽酸(hydrochloric acid)中加入有六亞甲基四胺 (hexamethylenetetramine)的水溶液中，進行除銹(derusting)，然后測定重量。圖1中的板厚減少量(單位為Pm)是試驗片單面的平均板厚減少量，如下得到求出上述得到的重量與初始重量的差，用該值除以試驗片的試驗對象部分的表面積。進而，對于一種鋼種進行 3次同樣的試驗，在圖1中用符號 表示所述3次測定的平均值，用誤差棒(error bar)表不最大值禾口最小值(minimum and maximum values)。需要說明的是，基于目前的認識可知，若將該腐蝕試驗中的附著的鹽分量o.andd 換算為空氣懸浮鹽分量，約為0. 5mdd，空氣懸浮鹽分量約為0. 5mdd時，相當于海岸附近等空氣懸浮鹽分量多的環(huán)境。此外，利用外推法由通過試驗得到的平均板厚減少量求出100年后的腐蝕量時，該腐蝕試驗期間得到的平均板厚減少量為14μπι以下時，100年后的平均板厚減少量為 0. 5mm以下，沒有層狀剝離銹的產(chǎn)生。通常，已知可否應用于無涂裝耐候鋼的橋梁的標準是100年后的板厚減少量為 0. 5mm以下，因此，對各種鋼材進行該腐蝕試驗，得到的平均板厚減少量如果為14 μ m以下， 就可應用于無涂裝的耐候鋼的橋梁。如上所述，在圖1中，對平均板厚減少量為14μπι以下的鋼材，判定為耐氣候性優(yōu)已升。由圖1的結果可知，在鋼基(鋼種R)中復合含有W和Nb的鋼(鋼種D)、或復合含有W和Sn的鋼(鋼種C)，平均板厚減少量小于14 μ m,與現(xiàn)有的耐候鋼(鋼種Q)、普通鋼 (鋼種S)、其他元素的組合(鋼種A、B、E P)相比，耐氣候性格外優(yōu)異。此外，對鋼種C、 D與M含量多的鋼種T進行比較時，鋼種C、D的耐氣候性優(yōu)于鋼種T的耐氣候性。如上所述，鋼種C、D盡管Ni含量少，但顯示優(yōu)異的耐氣候性，原因推定如下。鋼種C、D是Ni含量少、含有Cu、復合含有W、Nb和/或Sn的鋼。Cu、Ni使銹層致密化，防止作為腐蝕促進因子的氯化物離子透過銹層到達底層鐵板。W在陽極部、在銹層與底層鐵板的界面附近形成與狗的復合氧化物，抑制陽極反應。此外，以W酸離子的形式分布于銹層，從而呈現(xiàn)陽離子選擇透過性，防止作為腐蝕促進因子的氯化物離子透過銹層到達底層鐵板。Nb在陽極部、于銹層與底層鐵板的界面附近稠化，抑制陽極反應、陰極反應。Sn 與Nb同樣地在陽極部、于銹層與底層鐵板的界面附近發(fā)生稠化，抑制陽極反應、陰極反應。 但是，上述效果在單獨含有時不充分，推定在復合含有Cu、Ni、W以及Nb和/或Sn時，產(chǎn)生協(xié)同效果，從而大幅提高Cu、Ni、W、Nb、Sn的腐蝕抑制效果。尤其是，將在復合含有Cu、Ni、W的鋼(鋼種U)中含有Nb或Sn的鋼(鋼種V、W) 與在上述鋼種U中含有Nb和Sn兩者的鋼(鋼種X)進行比較時，與鋼種V、W的耐氣候性相比，鋼種X的耐氣候性格外優(yōu)異。如鋼種C、D、V、及W那樣，只要含有Nb和Sn中的至少任一種，就可以起到本發(fā)明的效果。但是，如鋼種X所示可知如果含有Nb和Sn兩者，則具有更顯著地提高耐氣候性的效果。本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)完成的。本發(fā)明的要點如下。[1] 一種耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材，其特征在于，以質量％計，含有以下成分0. 020%<= C < 0. 140%、0. 05%<= S <= 2. 00%,0. 20%<= Mn <= 2. 00%,0. 005%<= P <= 0. 030%、0. 0001%<= S<= O. 0200%,0. 001%<= Al <= 0. 100%、0. 10%<= Cu <= 1. 00%,0. 10%<= Ni < 0. 65%,0. 05%<= W <= 1. 00%,還含有以下成分中的1種或2種0. 005Nb <= 0. 200%,
0. 005Sn ^ 0. 200%,余量為鐵和不可避免的雜質。[2]如上述[1]所述的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材，其特征在于，以質量％計，還含有以下成分0. 005 % 彡 Nb 彡 0. 200 %、和0.Sn < 0. 200%。[3]如上述[1]或[2]所述的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材，其特征在于，以質量％ 計,還含有0. 1%< Cr ^ 1. 0%o[4]如上述[1] [3]中任一項所述的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材，其特征在于， 以質量％計，還含有選自以下成分中的一種以上0. 01%^ Co ^ 1. 00%,0. 005%^ Mo ^ 1. 000%、0. 005Sb ^ 0. 200%,0. 0001% 彡 REM 彡 0. 1000%。[5]如上述[1] [4]中任一項所述的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材，其特征在于， 以質量％計，還含有選自以下成分中的一種以上0. 005Ti ^ 0. 200%,0. 005%^ V ^ 0. 200%、
0. 005Zr ^ 0. 200%,0. 0001%彡 B 彡 0. 0050%、0. 0001% 彡 Mg 彡 0. 0100%。[6]如上述[1] [5]中任一項所述的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材，其特征在于， 用下式(1)定義的焊接裂紋敏感性指標Pcm為0. 25質量％以下，Pcm = [C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5X[ B]......(1)其中，[C]、[S]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]表示各元素含量(質量％)。[7] 一種鋼結構物，是使用上述[1]、[6]中任一項所述的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材得到的。需要說明的是，本說明書中，表示鋼的成分的％均以質量％計。此外，本發(fā)明中， “耐氣候性優(yōu)異的”是指，在實用上滿足可在0. 5mdd以下的空氣懸浮鹽分多的環(huán)境中應用的高耐氣候性的結構用鋼材。根據(jù)本發(fā)明，可得到低成本、耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材及鋼結構物。本發(fā)明的結構用鋼材通過復合含有對于提高耐氣候性有效的元素，可在不大量含有M等高價的元素從而成本低的情況下，具有實用的焊接性，且在海岸附近等空氣懸浮鹽分量多的環(huán)境下具有優(yōu)異的耐氣候性。尤其是，在空氣懸浮鹽分量超過0. 05mdd的空氣懸浮鹽分多的環(huán)境下， 具有顯著的效果。但是，期望空氣懸浮鹽分量的上限為0. 5mdd以下或附著的鹽分量的上限為0. 2mdd以下。


6
[圖1]為表示表1所示的鋼種(鋼種No.A X)與平均板厚減少量的關系的圖。[圖2]為表示腐蝕試驗的條件及循環(huán)的模式圖。
具體實施例方式以下詳細地說明本發(fā)明。0. 020%^ C < 0. 140%，C是提高結構用鋼材強度的元素，為了確保規(guī)定的強度，有必要含有0. 020%以上。另一方面，在0. 140%以上時，焊接性及韌性劣化。因此，使C含量為0.020 C <0.140%。優(yōu)選在0. 060 0. 100%的范圍內。0. 05%^ Si ^ 2. 00%Si作為制鋼時的脫氧劑，而且，作為提高結構用鋼材強度、確保規(guī)定的強度的元素，有必要含有0. 05%以上。另一方面，當超過2. 00%地過量含有時，韌性及焊接性顯著劣化。因此，使Si含量為0. 05%彡Si彡2. 00%。優(yōu)選在0. 10 0. 80%的范圍內。0. 20%^ Mn ^ 2. 00%Mn為提高結構用鋼材的強度的元素，為了確保規(guī)定的強度，有必要含有0.20%以上。另一方面，當超過2. 00%地過量含有時，韌性及焊接性劣化。因此，使Mn含量為0. 20% 彡Mn彡2. 00%。優(yōu)選在0. 20 1. 50%的范圍內。0. 005%^ P ^ 0. 030%P為提高結構用鋼材的耐氣候性的元素。為了得到上述效果，有必要含有 0.005%以上。另一方面，超過0.030%含有時，焊接性劣化。因此，使P含量為0.005% 彡P彡0. 030%。優(yōu)選在0. 005 0. 025%的范圍內。0. 0001%^ S^O. 0200%當含有S超過0. 0200%時，焊接性及韌性劣化。另一方面，當使S含量降低至小于 0. 0001 %時，生產(chǎn)成本增大。因此，使S含量為0. 0001%^ S ^ 0. 0200%。優(yōu)選在0. 0003 0. 0050%的范圍內。0. 001%^ Al ^ 0. 100%Al為在制鋼時脫氧所需要的元素。為了得到上述效果，以Al含量計有必要含有 0. 001%以上。另一方面，超過0. 100%時，對焊接性有不良影響。因此，使Al含量為0. 001 % SAl <0.100%。優(yōu)選在0.010 0.050%的范圍內。需要說明的是，對于Al含量來說， 測定酸可溶Al。0. 10%^ Cu ^ 1. 00%Cu通過使銹粒微細化而形成致密的銹層，具有提高結構用鋼材的耐氣候性的效果。含量在0.10%以上時可得到上述效果。另一方面，超過1.00%時，隨著Cu消耗量增加而導致成本上升。因此，使Cu含量為0. 10% < Cu < 1.00%。優(yōu)選在0.20 0.50%的范圍內。需要說明的是，專利文獻5與船舶用耐腐蝕鋼材有關。船舶壓艙水箱的防腐蝕涂膜壽命(通常為10年)為船舶壽命(20年)的一半，剩余的10年通過進行維修涂裝來維持耐腐蝕性，由于現(xiàn)狀如上所述，所以專利文獻5中記載的船舶用耐腐蝕鋼材的目的在于，在船舶的壓艙水箱等、直接經(jīng)受海水或其飛沫的嚴苛腐蝕環(huán)境下，在不影響鋼材的表面狀態(tài)的情況下，發(fā)揮優(yōu)異的耐腐蝕性，可延長至維修涂裝的期間，進而減少維修涂裝的操作。與此相對，本發(fā)明的結構用鋼材適用于橋梁等在戶外使用的鋼結構物，其目的在于，在海岸附近等空氣懸浮鹽分多的環(huán)境下，100年后的板厚減少量為0. 5mm以下，與專利文獻5中記載的鋼材在使用鋼材的環(huán)境和目的方面有很大不同。因此，專利文獻5所記載的鋼材中不需要含有Cu，在本發(fā)明中需要含有Cu，形成致密的銹層，提高鋼材的耐氣候性。因此，如上所述，本發(fā)明中含有0. 10%以上的Cu。0. 10%^ Ni < 0. 65%M通過使銹粒微細化而形成致密的銹層，具有提高結構用鋼材的耐氣候性的效果。為了充分地得到該效果，需要含有0. 10%以上。另一方面，為0.65%以上時，隨著Ni 消耗量增加而導致成本上升。因此，使Ni含量為0. 10% SNi <0.65%。優(yōu)選在0.15 0. 50%的范圍內。0. 05%^ W 彡 1. 00%,0. 005%^ Nb 彡 0. 200%、和 / 或 0. 005%^ Sn 彡 0. 200%W是本發(fā)明中重要的要件，通過與Nb和/或Sn共存，具有顯著提高在空氣懸浮鹽分多的環(huán)境中的鋼材的耐氣候性的效果。此外，伴隨著鋼材的陽極反應，WO42-溶出，在銹層中以WO42-形式分布，從而，靜電防止腐蝕促進因子的氯化物離子透過銹層到達底層鐵板。 此外，通過含有W的化合物沉淀于鋼材表面，抑制鋼材的陽極反應。為了充分地得到上述效果，需要含有0. 05%以上。另一方面，超過1. 00%時，隨著W消耗量增加而導致成本上升。 因此，使W含量為0.05%彡W彡1.00%。優(yōu)選在0. 10 0. 70%的范圍內。Nb是本發(fā)明中重要的要件，通過與W共存，具有顯著提高在空氣懸浮鹽分多的環(huán)境中的鋼材的耐氣候性的效果。此外，在陽極部、在銹層與底層鐵板的界面附近發(fā)生稠化， 抑制陽極反應、陰極反應。為了充分地得到上述效果，需要含有0. 005%以上。另一方面，超過0. 200%時，導致韌性降低。因此，使Nb含量為0. 005% ^ Nb ( 0. 200%。優(yōu)選在0. 010 0. 030%的范圍內。Sn為本發(fā)明中重要的要件，通過與W共存，具有顯著提高在空氣懸浮鹽分多的環(huán)境中的鋼材的耐氣候性的效果。此外，通過在鋼材表面形成含有Sn的氧化膜，抑制鋼材的陽極反應、陰極反應，從而提高結構用鋼材的耐氣候性。為了充分地獲得上述效果，需要含有0.005%以上。另一方面，超過0.200%時，導致鋼的延展性和韌性劣化。因此，使Sn含量為0. 005%^ Sn彡0. 200%。優(yōu)選在0. 010 0. 050%的范圍內。此外，只要含有Nb和Sn中至少任一種，即可實現(xiàn)本發(fā)明的效果。但是，如果含有 Nb和Sn兩者，則可具有更顯著地提高耐氣候性的效果。對于含有Nb和Sn兩者的效果的理由，雖不明確，但認為是因為以下原因產(chǎn)生的在重復干燥工序和濕潤工序的環(huán)境下，Nb和 Sn顯著發(fā)揮效果的條件(例如氣溫、相對濕度或銹中的鹽分濃度等環(huán)境)不同，因此，Nb和 Sn對彼此的效果有互補作用，從而更顯著地提高耐氣候性。此外，除確保鋼材的機械性質、焊接性等之外，還具有下述優(yōu)點，即在不使耐氣候性劣化的情況下，可分別降低Nb、Sn的添加量?；谏鲜隼碛?，含有Nb和Sn兩者是本發(fā)明的優(yōu)選方案。余量為!^e和不可避免的雜質。此處，作為不可避免的雜質，可允許N :0. 010%以下、0:0. 010%以下、Ca:
0.0010%以下。另外，作為不可避免的雜質含有的Ca在鋼中大量存在時，使焊接熱影響部的韌性劣化，因此優(yōu)選為0. 0010%以下。除了上述成分元素之外，可根據(jù)需要添加以下的合金元素。0. 1%< Cr ^ 1. 0%Cr是通過使銹粒微細化而形成致密的銹層、提高耐氣候性的元素，為了充分地得到上述效果，有必要以超過0. 的量含有Cr。另一方面，超過1.0%時，導致焊接性降低。 因此，當含有Cr時，使Cr含量為0. 1%< Cr彡1.0%。優(yōu)選在0. 2 0. 7%的范圍內。此外，本發(fā)明中，基于如下理由，可含有選自Co、Mo、Sb及REM中的1種以上。0. 01%^ Co ^ 1. 00%Co分布于整個銹層，通過使銹粒微細化而形成致密的銹層，具有提高結構用鋼材的耐氣候性的效果。為了充分地得到上述效果，有必要含有0.01%以上。另一方面，超過 1. 00%時，隨著Co消耗量增加而導致成本上升。因此，當含有Co時，使Co含量為0. 01 % 彡Co彡1.00%。優(yōu)選在0. 10 0. 50%的范圍內。0. 005%^ Mo ^ 1. 000%對于Mo來說，伴隨著鋼材的陽極反應Mo042_溶出，MoO42-分布于銹層中，從而防止腐蝕促進因子的氯化物離子透過銹層到達底層鐵板。另外，通過含有Mo的化合物沉淀于鋼材表面，而抑制鋼材的陽極反應。為了充分獲得上述效果，需要含有0.005%以上的Mo。另一方面，超過1. 000%時，隨著Mo消耗量增加而導致成本上升。因此，當含有Mo時，使Mo含量為0. 005%彡Mo彡1. 000%。優(yōu)選在0. 100 0. 500%的范圍內。0. 005 Sb ^ 0. 200 %Sb是通過抑制鋼材的陽極反應、同時抑制作為陰極反應的析氫反應而提高結構用鋼材的耐氣候性的元素。為了充分獲得上述效果，需要含有0.005%以上的Sb。另一方面， 超過0. 200%時，導致韌性劣化。因此，當含有Sb時，使Sb含量為0. 005200% 0 優(yōu)選在0.010 0. 050%的范圍內。0. 0001%^ REM ^ 0. 1000%REM分布于整個銹層，通過使銹粒微細化而形成致密的銹層，具有提高結構用鋼材的耐氣候性的效果。為了充分獲得上述效果，需要含有0.0001%以上的REM。另一方面，超過0. 1000%時，上述效果飽和。因此，當含有REM時，使REM含量為0.0001 % 彡REM彡0. 1000%。優(yōu)選在0. 0010 0. 0100%的范圍內。此外，本發(fā)明中，基于如下理由，可含有選自Ti、V、&、B及Mg中的1種以上。0. 005%^ Ti ^ 0. 200%Ti是為了提高強度所需要的元素。為了充分獲得上述效果，需要含有0.005% 以上的Ti。另一方面，超過0.200%時，導致韌性劣化。因此，當含有Ti時，使Ti含量為 0. 005%^ Ti 彡 0. 200%。優(yōu)選在 0. 010 0. 100%的范圍內。0. 005%^ V^O. 200%V是為了提高強度所需要的元素。為了充分獲得上述效果，需要含有0.005%以上的V。另一方面，超過0.200%時，效果飽和。因此，當含有V時，使V含量為0.005% 彡V彡0. 200%。優(yōu)選在0. 010 0. 100%的范圍內。0. 005%^ Zr ^ 0. 200%^ 是為了提高強度所需要的元素。為了充分獲得上述效果，需要含有0. 005 %以上的&。另一方面，超過0.200%時，效果飽和。因此，當含有^ 時，使^ 含量為0.005% ^ Zr ^ 0. 200%。優(yōu)選在0. 010 0. 100%的范圍內。0. 0001%^ B^O. 0050%B是為了提高強度所需要的元素。為了充分獲得上述效果，需要含有0. 0001 %以上的B。另一方面，超過0. 0050%時，導致韌性劣化。因此，當含有B時，使B含量為0. 0001% 彡B彡0. 0050%。優(yōu)選在0. 0005 0. 0020%的范圍內。0. 0001%^ Mg ^ 0. 0100%Mg是對固定鋼中的S、提高焊接熱影響部的韌性有效的元素。為了充分獲得上述效果，需要含有0. 0001 %以上的Mg。另一當面，超過0. 0100%時，鋼中夾雜物的量增加反而導致韌性劣化。因此，當含有Mg時，使Mg含量為0.0001%彡Mg彡0.0100%。優(yōu)選在 0. 0005 0. 0020%的范圍內。Pcm :0. 25 質量％ 以下此外，防止焊接時的低溫裂化，而使焊接施工時的預熱溫度為50°C以下時，為了達到實際操作上沒有問題的水平，優(yōu)選下式定義的焊接裂紋敏感性指標PcmSO. 25質量％以下。優(yōu)選為0.20質量％以下的范圍。Pcm = [C] + [Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5X[ B]需要說明的是，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]表示各元素的
含量(質量％ )。本發(fā)明的耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材可以如下得到用轉爐(steel converter)、 電爐(electric furnace)等熔煉設備利用常規(guī)方法對具有上述成分組成的鋼進行熔煉，將利用通常的連續(xù)鑄造(continuous casting)或開坯法而得到的板坯(slab)進行熱軋(hot rolling)來制造厚鋼板(steel plate)或型鋼(shaped steel)、薄鋼板(steel sheet)、棒鋼(bar steel)等鋼材。加熱、軋制條件可根據(jù)所要求的材質適當確定，也可進行控制軋制 (controlled rolling)、力口速冷去(accelerated cooling)、或再力口熱(reheating)的熱處理等的組合。此外，通過使用如上所述得到的結構用鋼材作為鋼結構物的結構構件，可形成在海岸附近等的空氣懸浮鹽分量多的環(huán)境下具有優(yōu)異的耐氣候性的鋼結構物。實施例對表2所示的化學組成的鋼進行熔煉，在加熱至1150°C后，進行熱軋(hot rolling)，空氣冷卻(air cooling)至室溫(room temperature)，試制成厚6mm的鋼板。接下來，從得到的鋼板選取35mmX 35mmX 5mm的試驗片(test specimen)。對試驗片表面進行磨肖丨J力口工(grinding processing)使得表面粗糙度(surface roughness)Ra 為 1·6μπι 以下，用膠帶(tape)密封(seal)端面(edge face)、背面(back side)，表面也用膠帶進行密封使得表面露出部(exposed area)的面積為25mmX25mm。對于如上所述得到的試驗片，進行耐氣候性試驗(wet and dry cyclic corrosion test)，評價耐氣候性。作為耐氣候性評價試驗，進行模擬被認為是實際的橋梁等結構物中最嚴苛的環(huán)境的、未受雨淋的梁(girder)內部的環(huán)境的腐蝕試驗。腐蝕試驗的條件如下所述。進行溫度40°C、相對濕度40% RH的干燥工序11小時，然后，經(jīng)過過渡時間1小時，然后，進行溫度 25°C、相對濕度95% RH的濕潤工序11小時，然后，經(jīng)過1小時過渡時間，總計M小時為1 個循環(huán)，模擬實際環(huán)境的溫濕度循環(huán)。此外，在干燥工序中將配制的人工海水溶液涂布于試驗片表面，每周涂布一次，使附著在試驗片表面上的鹽分量為0. 2mdd。在上述條件下，經(jīng)12 周進行84個循環(huán)的試驗。上述腐蝕試驗的條件及循環(huán)示意性地示于圖2。此外，腐蝕試驗結束后，將試驗片浸漬于在鹽酸中加入六亞甲基四胺而形成的水溶液，進行除銹，然后測定重量，求出得到的重量與初始重量的差，求出單面的平均板厚減少量。若上述平均板厚減少量為14 μ m以下，則評價為耐氣候性優(yōu)異。此外，對于上述試驗片，評價焊接性(weldability)。作為評價方法，實施研究焊接部的冷裂紋敏感性(cold cracking susc印tibility)的y形焊接裂紋試驗(y-siit weld cracking test)，求出防止輝接裂紋(prevention of weld cracking)的預熱溫度 (preheating temperature)。上述防止焊接裂紋的預熱溫度高時，評價為焊接性差。按照上述方法得到的腐蝕試驗的結果及焊接性的評價結果與成分組成一同示于表2。本發(fā)明例(鋼種No. 1 25)中，板厚減少量為11. 8 13. 8 μ m，具有優(yōu)異的耐氣候性。其中，No. 25具有優(yōu)異的耐氣候性，但由于Pcm超過0.25質量％，所以防止焊接裂紋的預熱溫度高達100°C，焊接性差。尤其是，含有Nb和Sn兩者的鋼種No. 7，與Cu、Ni、W及、Nb或Sn的添加量大致相等、含有Nb或Sn中的一種的鋼種No. 2、5相比，耐氣候性進一步顯著地提高。同樣地，含有 Nb和Sn兩者的鋼種No. 8，與鋼種1、4相比，耐氣候性進一步顯著地提高。同樣地，含有Nb 和Sn兩者的鋼種No. 11和12，與鋼種10相比，耐氣候性提高。另一方面，對于超出本發(fā)明中規(guī)定的范圍的比較例(鋼種No.沈 42)來說，可知板厚減少量為14. 3 17. 7μπι，與本發(fā)明例相比，耐氣候性差很多。此外，對于比較例(鋼種No. 41及No. 42)來說，板厚減少量為14. 0 μ m、12. 5 μ m，耐氣候性優(yōu)異，但由于含有大量 Ni，所以合金成本上升，鋼材的價格高。此外，對于比較例鋼種No. 42來說，由于Pcm超過 0. 25質量％，所以防止焊接裂紋的預熱溫度高達100°C，焊接性差。[表1]
1權利要求
1.一種結構用鋼材，以質量％計，含有以下成分 0. 020%^ C < 0. 140%,0. 05%≤ S ≤ 2. 00%, 0. 20%≤ Mn ≤ 2. 00%, 0. 005≤ P≤ 0. 030%, 0. 0001% ≤ S≤ 0. 0200%, 0. 001%≤ Al ≤ 0. 100%, 0. 10%≤ Cu ≤ 1. 00%, 0. 10%≤ Ni < 0. 65%, 0. 05%≤ W≤l. 00%, 還含有以下成分中的1種或2種 0. 005%≤ Nb ≤ 0. 200%, 0. 005%≤ Sn ≤ 0. 200%, 余量為鐵和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的結構用鋼材，其中，以質量％計，還含有以下成分 0. 005% ≤ Nb ≤ 0. 200%、和0. 005%≤ Sn ≤ 0. 200%。
3.如權利要求1或2所述的結構用鋼材，其中，以質量％計，還含有0.1 % < Cr ≤ 1. 0%。
4.如權利要求1 3中任一項所述的結構用鋼材，其中，以質量％計，還含有選自以下成分中的一種以上0. 01%≤ Co ≤ 1. 00%, 0. 005%≤ Mo ≤ 1. 000%, 0. 005%≤ Sb ≤ 0. 200%, 0. 0001% ≤ REM ≤ 0. 1000%。
5.如權利要求1 4中任一項所述的結構用鋼材，其中，以質量％計，還含有選自以下成分中的一種以上0. 005%≤ Ti ≤ 0. 200%, 0. 005%≤ V ≤ 0. 200%, 0. 005% ≤Zr ≤ 0. 200%, 0. 0001% ≤ B ≤ 0. 0050%, 0. 0001%≤ Mg ≤ 0. 0100%。
6.如權利要求1 5中任一項所述的結構用鋼材，用下式(1)定義的焊接裂紋敏感性指標PcmSO. 25質量％以下，Pcm = [C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5X [ B]......(1)其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]表示各元素以質量％計的含量。
7.一種鋼結構物，是使用權利要求1 6中任一項所述的結構用鋼材得到的。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供低成本、耐氣候性優(yōu)異的結構用鋼材和鋼結構物。具體而言，該結構用鋼材以質量％計含有以下成分0.020％≤C ＜0.140％、0.05％≤S≤2.00％、0.20％≤Mn≤2.00％、0.005％≤P≤0.030％、0.0001％≤S≤0.0200％、0.001％≤Al≤0.100％、0.10％≤Cu≤1.00％、0.10％≤Ni＜0.65％、0.05％≤W≤1.00％，還含有以下成分中的1種或2種0.005％≤Nb≤0.200％、0.005％≤Sn≤0.200％，余量為鐵和不可避免的雜質。
文檔編號C22C38/00GK102575327SQ20108004410
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者三浦進一, 星野俊幸, 村瀨正次, 鹿毛勇 申請人:杰富意鋼鐵株式會社