專(zhuān)利名稱：耐蝕性優(yōu)異的船舶用鋼材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在油船、貨船、客船、軍艦等船舶中用作主要結(jié)構(gòu)材的船舶用耐蝕性鋼，具體涉及在暴露于海水形成的鹽分和恒溫多濕的環(huán)境下的耐蝕性優(yōu)異的船舶用鋼材。
背景技術(shù)：
在上述各船舶中，用作主要結(jié)構(gòu)材(例如，外板、壓載箱、油罐等)的鋼材，由于暴露于海水形成的鹽分和恒溫多濕的環(huán)境下，因此多遭受腐蝕損傷。如此的腐蝕，由于有導(dǎo)致浸水或沉沒(méi)等海難事故的顧慮，因此必須對(duì)鋼材實(shí)施一定的防腐手段。作為至今進(jìn)行的防腐手段，以往熟知的方法有，(a)涂漆或(b)電防蝕等。
其中，在以多次涂漆為代表的涂漆中，由于存在涂膜缺陷的可能性高，也有時(shí)因制造工序中的沖撞損傷涂膜，所以多露出基體鋼材。在如此的鋼材露出部，局部地或集中地腐蝕鋼材，導(dǎo)致內(nèi)存的石油系液體燃料的早期泄漏。
另外，在電防蝕中，對(duì)于完全浸漬在海水中的部位，非常有效，但在大氣中受到海水飛濺的部位等，有時(shí)不能形成防蝕所需的電路，不能充分發(fā)揮防蝕效果。此外，在防蝕用的犧牲陽(yáng)極異常消耗或脫落，在消失的情況下，有時(shí)立即開(kāi)始加速腐蝕。
除上述技術(shù)外，作為提高鋼材本身的耐蝕性的技術(shù)，還提出了例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1的技術(shù)。在該技術(shù)中，公開(kāi)了通過(guò)適當(dāng)調(diào)整鋼材的化學(xué)成分，提高耐蝕性，即使無(wú)涂漆也能夠使用的造船用耐蝕鋼。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)鋼材的化學(xué)成分組成，公開(kāi)了提高涂膜壽命的船舶用鋼材。在上述技術(shù)中，與以往相比，可以說(shuō)能夠確保某種程度的耐蝕性。
但是，對(duì)于在更嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下的耐蝕性，仍然還不能說(shuō)十分好，要求更加提高耐蝕性。特別是，在異物與鋼材的接觸部分、在因結(jié)構(gòu)上的原因或防蝕涂膜的損傷部分等處形成的“裂隙”部分上的腐蝕(即裂隙腐蝕)顯著，有時(shí)降低壽命，但是在以前提出的技術(shù)中，如此部分上的耐蝕性不足。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2001-17381號(hào)公報(bào)要求保護(hù)的范圍等專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2002-26605號(hào)公報(bào)要求保護(hù)的范圍等發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于以上的事實(shí)而提出的，其目的在于，提供一種即使不實(shí)施涂漆或電防蝕，也能夠?qū)嵱没哪臀g性優(yōu)異的造船用鋼，具體提供一種造船用鋼材，能夠謀求提高對(duì)裂隙腐蝕的耐久性，同時(shí)即使對(duì)于因起因于海水的鹽分附著和濕潤(rùn)環(huán)境造成的腐蝕，也發(fā)揮優(yōu)異的耐久性。
能夠達(dá)到上述目的的本發(fā)明的造船用鋼材，優(yōu)選，除分別含有C0.01～0.30％(表示質(zhì)量％，下同)、Si0.01～1.50％、Mn0.01～2.0％、Al0.005～0.10％外，含有Co0.01～5.00％及Mg0.0005～0.020％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在該造船用鋼材中，優(yōu)選將Co的含量[Co]與Mg的含量[Mg]的比值([Co]/[Mg])調(diào)整在2～350的范圍內(nèi)。
此外，在本發(fā)明的船舶用鋼材中，根據(jù)需要，含有(1)從由Cu0.01～5.0％、Cr0.01～5.0％、Ni0.01～5.0％及Ti0.005～0.20％構(gòu)成的組中選擇的一種以上，(2)Ca0.0005～0.020％，(3)Mo0.01～5.0％和/或W0.01～2.0％，(4)從由B0.0001～0.010％、V0.01～0.50％及Nb0.003～0.50％構(gòu)成的組中選擇的一種以上，(5)Zn0.001～0.10％，也是有效的，根據(jù)所含成分的種類(lèi)，能夠進(jìn)一步改進(jìn)造船用鋼材的特性。
在本發(fā)明的造船用鋼材中，通過(guò)含有規(guī)定量的Co和Mg，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分組成，即使不實(shí)施涂漆或電防蝕，也能夠?qū)崿F(xiàn)可實(shí)用化的耐蝕性優(yōu)異的造船用鋼，具體能夠?qū)崿F(xiàn)一種造船用鋼材，能夠提高對(duì)裂隙腐蝕的耐久性，同時(shí)即使對(duì)于因起因于海水的鹽分附著和濕潤(rùn)環(huán)境造成的腐蝕，也發(fā)揮優(yōu)異的耐久性。如此的船舶用鋼材，不僅用作油船、貨船、客船、軍艦等船舶中的外板，而且還可用作壓載箱、油罐等的基材。


圖1是表示耐蝕性試驗(yàn)所用試驗(yàn)片A的外觀形狀的說(shuō)明圖。
圖2是表示耐蝕性試驗(yàn)所用試驗(yàn)片B的外觀形狀的說(shuō)明圖。
圖3是表示耐蝕性試驗(yàn)所用試驗(yàn)片C的外觀形狀的說(shuō)明圖。
圖4是表示耐蝕性試驗(yàn)所用試驗(yàn)片D的外觀形狀的說(shuō)明圖。
圖5是表示耐蝕性試驗(yàn)所用試驗(yàn)片E的外觀形狀的說(shuō)明圖。
圖6是表示耐蝕性試驗(yàn)所用試驗(yàn)片F(xiàn)的外觀形狀的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者們，為解決所述問(wèn)題，進(jìn)行了深入研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要通過(guò)含有規(guī)定量的Co和Mg，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分組成，就能夠?qū)崿F(xiàn)可解決上述問(wèn)題的造船用鋼材，從而完成本發(fā)明。
在本發(fā)明的鋼材中，重要的是并用地含有Co和Mg，缺少上述成分中的任何一種，也不能達(dá)到本發(fā)明的目的。這些成分中的各種作用效果后述，但通過(guò)并用它們，提高耐蝕性的理由可認(rèn)為如下。
Mg，是具有抑制腐蝕部分上的pH降低，抑制腐蝕反應(yīng)，提高耐蝕性的作用的元素。如此的作用，在通常的鋼材(例如，Si-Mn鋼材)的成分系中，由于生成的銹是多孔的，所以溶解的Mg不停留在鋼板表面附近，立即向外部(例如，在海水中)擴(kuò)散。因此，如果單獨(dú)含有Mg，耐蝕性的提高效果小。但是，通過(guò)與Mg一同含有Co，能夠形成微細(xì)的表面銹被膜，能夠抑制Mg向外部的擴(kuò)散。此外，認(rèn)為，通過(guò)與溶解的Co的水解平衡反應(yīng)的協(xié)同效果，能夠大幅度提高耐蝕性。
如此的效果，通過(guò)控制為后述的適當(dāng)量可得到發(fā)揮，但也優(yōu)選適當(dāng)控制它們的含量的比值([Co]/[Mg]質(zhì)量比)。即，如果該值([Co]/[Mg])小于2，局部腐蝕的抑制容易不充分，如果超過(guò)350，全面腐蝕的抑制就會(huì)不足。該[Co]/[Mg]的值，優(yōu)選規(guī)定在10～350的范圍，更優(yōu)選規(guī)定在20～60的范圍。
在本發(fā)明的鋼材中，為了滿足作為該鋼材的基本特性，還需要適當(dāng)調(diào)整C、Si、Mn、Al等基本成分。關(guān)于這些成分的范圍限定理由，下面，與上述Co、Mg各元素的作用效果一同說(shuō)明。
C0.01～0.30％
C，是確保材料強(qiáng)度所需的元素。要得到作為船舶的結(jié)構(gòu)件的最低強(qiáng)度，即一般400MPa左右(但也根據(jù)使用的鋼材的厚度而定)，需要含有0.01％以上。但是，如果超過(guò)0.30％地過(guò)剩含有，韌性會(huì)劣化。因此，C含量的范圍規(guī)定在0.01～0.30％。另外，C含量的優(yōu)選的下限為0.02％，更優(yōu)選規(guī)定在0.04％以上。此外，C含量的優(yōu)選的上限為0.28％，更優(yōu)選規(guī)定在0.26％以下。
Si0.01～1.50％Si，是脫氧和確保強(qiáng)度所需的元素，如果低于0.01％，不能確保作為結(jié)構(gòu)件的最低強(qiáng)度。但是，如果超過(guò)1.50％地過(guò)剩含有，焊接性劣化。另外，Si含量的優(yōu)選的下限為0.02％，更優(yōu)選規(guī)定在0.15％以上。此外，Si含量的優(yōu)選的上限為1.25％，更優(yōu)選規(guī)定在1.00％以下。
Mn0.01～2.0％Mn，也與Si同樣，是脫氧和確保強(qiáng)度所需的元素，如果低于0.01％，不能確保作為結(jié)構(gòu)件的最低強(qiáng)度。但是，如果超過(guò)2.0％地過(guò)剩含有，韌性劣化。另外，Mn含量的優(yōu)選的下限為0.05％，更優(yōu)選規(guī)定在0.10％以上。此外，Mn含量的優(yōu)選的上限為1.80％，更優(yōu)選規(guī)定在1.60％以下。
Al0.005～0.10％Al，也與Si、Mn一樣，是脫氧和確保強(qiáng)度所需的元素，如果低于0.005％，脫氧無(wú)效果。但是，如果超過(guò)0.10％地添加，由于損害焊接性，所以Al添加量的范圍規(guī)定在0.005～0.10％。另外，Al含量的優(yōu)選的下限為0.010％，更優(yōu)選規(guī)定在0.015％以上。此外，Al含量的優(yōu)選的上限為0.040％，更優(yōu)選規(guī)定在0.050％以下。
Co0.01～5.0％Co，是在高鹽分環(huán)境下，形成很有助于鋼材耐蝕性提高的致密的表面銹被膜所需的不可缺的元素。為發(fā)揮如此的效果，Co含量需要規(guī)定在0.01％以上。但是，如果超過(guò)5.0％地過(guò)剩含有，焊接性劣化。因此，Co含量規(guī)定在0.01～5.0％。另外，Co含量的優(yōu)選的下限為0.015％，更優(yōu)選規(guī)定在0.020％以上。此外，Co含量的優(yōu)選的上限為4.5％，更優(yōu)選規(guī)定在4.0％以下。
Mg0.0005～0.020％
Mg，由于顯示通過(guò)溶解提高pH的作用，因此具有抑制鐵溶解引起的局部陽(yáng)極上的水解反應(yīng)造成的pH降低，抑制腐蝕反應(yīng)，提高耐蝕性的作用。為發(fā)揮如此的效果，Mg需要含有0.0005％以上，但是，如果超過(guò)0.020％地過(guò)剩含有，加工性和焊接性劣化。因此，Mg含量在0.0005～0.020％的范圍是適當(dāng)?shù)摹g含量的優(yōu)選的下限為0.0007％，更優(yōu)選含有0.0010％以上。此外，Mg含量的優(yōu)選的上限為0.018％，更優(yōu)選規(guī)定在0.015％以下。
本發(fā)明的船舶用鋼材中的基本成分如上述，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)(例如，P、S、O等)構(gòu)成，但除這些以外，也容許不阻礙鋼材特性程度的成分(例如，Zr、N等)。但是，這些容許成分，如果其含量過(guò)多，由于劣化韌性，所以程度應(yīng)控制在0.1％以下。
此外，在本發(fā)明的船舶用鋼材中，除上述成分外，根據(jù)需要，含有(1)從由Cu、Ni、Ti及Cr構(gòu)成的組中選擇的一種以上，(2)Ca，(3)Mo和/或W，(4)從由B、V及Nb構(gòu)成的組中選擇的一種以上，(5)Zn等，也是有效的，根據(jù)所含成分的種類(lèi)，能夠進(jìn)一步改進(jìn)造船用鋼材的特性。
從由Cu0.01～5.0％、Cr0.01～5.0％、Ni0.01～5.0％及Ti0.005～0.20％構(gòu)成的組中選擇的一種以上Cu、Cr、Ni及Ti，都是提高耐蝕性的有效元素。其中，Cu及Cr，與Co相同，對(duì)于形成很有助于耐蝕性提高的致密的表面銹覆膜，是有效的元素。為發(fā)揮如此的效果，所有都優(yōu)選含有0.01％以上，但由于如果過(guò)剩含有，焊接性或熱加工性劣化，所以優(yōu)選規(guī)定在5.00％以下。含有Cu及Cr時(shí)的更優(yōu)選的下限為0.05％，更優(yōu)選的上限為4.50％。
Ni，對(duì)于使很有助于耐蝕性提高的致密的表面銹覆膜穩(wěn)定化，是有效的元素。為發(fā)揮如此的效果，優(yōu)選含有0.01％以上。但是，如果Ni含量過(guò)剩，由于焊接性或熱加工性劣化，所以優(yōu)選規(guī)定在5.0％。含有Ni時(shí)的更優(yōu)選的下限為0.05％，更優(yōu)選的上限為4.50％。
Ti，是使很有助于耐蝕性提高的表面銹覆膜致密化、提高其環(huán)境遮斷性、同時(shí)抑制裂隙內(nèi)部的腐蝕、也提高耐裂隙腐蝕性的元素。為確保在如此環(huán)境下所要求的耐蝕性，優(yōu)選含有0.005％以上，但如果超過(guò)0.20％地含有，熱加工性和焊接性劣化。所以含有Ti時(shí)的更優(yōu)選的下限為0.008％，更優(yōu)選的上限為0.15％。
Ca0.0005～0.020％Ca，與Mg同樣，是顯示通過(guò)溶解提高pH的作用，抑制鐵溶解引起的局部陽(yáng)極上的水解反應(yīng)造成的pH降低，抑制腐蝕反應(yīng)，提高耐蝕性的有效元素。通過(guò)含有0.0005％以上的Ca，可有效發(fā)揮Ca形成的如此效果，但如果超過(guò)0.020％地過(guò)剩含有，加工性和焊接性劣化。含有Ca時(shí)的更優(yōu)選的下限為0.0010％，更優(yōu)選的上限為0.015％。
Mo0.01～5.0％及/或W0.01～2.0％Mo及W，具有提高腐蝕的均勻性，抑制局部腐蝕形成的穿孔的作用。特別是通過(guò)與Co同時(shí)含有，能發(fā)揮顯著提高均勻腐蝕性的作用。為發(fā)揮如此的效果，都優(yōu)選含有0.01％以上，但如果過(guò)剩含有，由于焊接性劣化，所以Mo優(yōu)選規(guī)定在5.0％以下，W優(yōu)選規(guī)定在2.0％以下。含有Mo時(shí)的更優(yōu)選的下限為0.02％，更優(yōu)選的上限是4.50％。此外，含有W時(shí)的更優(yōu)選的下限為0.02％，更優(yōu)選的上限是1.8％。
從由B0.0001～0.010％、V0.01～0.50％及Nb0.003～0.50％構(gòu)成的組中選擇的一種以上在船舶用鋼材中，根據(jù)應(yīng)用的部位，有時(shí)更要求高強(qiáng)度化，而這些元素是提高強(qiáng)度所必需的元素。其中B，通過(guò)含有0.0001％以上，提高淬火性，對(duì)提高強(qiáng)度是有效的，但如果超過(guò)0.010％地過(guò)剩含有，由于母材的韌性劣化，所以不優(yōu)選。V，通過(guò)含有0.01％以上，對(duì)提高強(qiáng)度是有效的，但如果超過(guò)0.50％地過(guò)剩含有，由于導(dǎo)致鋼材的韌性劣化，所以不優(yōu)選。Nb，通過(guò)含有0.003％以上，對(duì)提高強(qiáng)度是有效的，但如果超過(guò)0.50％地過(guò)剩含有，導(dǎo)致鋼材的韌性劣化。另外，這些元素的更優(yōu)選的下限，B為0.0003％、V為0.02％、Nb為0.005％。此外，更優(yōu)選的上限，B為0.0090％、V為0.45％、Nb為0.45％。
Zn0.001～0.10％Zn，具有與鹽分或硫反應(yīng)，在鋼材表面形成氯化鋅或硫化鋅的沉淀覆膜，將鋼基體與環(huán)境的水分隔斷，抑制腐蝕的效果。在限制物質(zhì)移動(dòng)的涂膜內(nèi)或裂隙部分，由于氯化鋅或硫化鋅在海上容易不飛濺地沉積在鋼材表面，所以尤其對(duì)涂膜下或裂隙部的腐蝕抑制效果好。
為起到如此的效果，確保所要求的耐蝕性，Zn含量需要規(guī)定在0.001％以上。但是，如果超過(guò)0.10％地過(guò)剩含有，加工性和焊接性會(huì)劣化。因此，Zn含量規(guī)定在0.001～0.10％。另外，Zn含量的更優(yōu)選的下限為0.003％，更優(yōu)選規(guī)定在0.005％以上。此外，Zn含量的優(yōu)選的上限為0.09％，更優(yōu)選規(guī)定在0.08％以下。
在通過(guò)焊接本發(fā)明的鋼材形成焊接結(jié)構(gòu)物的情況下，如果實(shí)施采用通常的焊接條件或焊接材料，由于上述有效元素的濃度在焊接接頭處變化，所以有時(shí)在焊接部未發(fā)現(xiàn)耐蝕性。尤其是，在Mg及Co含量與熔敷金屬和母材的比(熔敷金屬的含量/母材的含量)小于0.3的情況下，未發(fā)現(xiàn)添加這些元素的形成的耐蝕性提高的協(xié)同效果，熔敷金屬部分的耐蝕性不足。此外，如果該比大于3.0，由于引起焊接部的韌性劣化，所以從機(jī)械強(qiáng)度方面考慮不優(yōu)選。因此，推薦在0.3～3.0的范圍內(nèi)調(diào)整該比，更優(yōu)選在0.5～2.0的范圍內(nèi)調(diào)整。
此外，關(guān)于Mg、Co以外的提高耐蝕性的有效元素，即Cu、Cr、Ni、Ti、Ca、Mo、W、Zn，在也添加這些元素的情況下，推薦在0.3～3.0的范圍內(nèi)調(diào)整熔敷金屬和母材的含量比(熔敷金屬的含量/母材的含量)，更優(yōu)選在0.5～2.0的范圍內(nèi)調(diào)整。
本發(fā)明的造船用鋼材，基本上即使不實(shí)施涂漆，也能發(fā)揮鋼材本體的優(yōu)異的耐蝕性，但是也可以根據(jù)需要，與后述實(shí)施例所示的焦油環(huán)氧樹(shù)脂涂料、或其以外的有代表性的多重防蝕涂漆、富鋅涂料、工廠底涂料(shopprime)、電防蝕等其它防蝕方法并用。在實(shí)施如此的防蝕涂漆的情況下，如后述的實(shí)施例所示，涂漆膜本身的耐蝕性(涂漆耐蝕性)也良好。
以下，舉例實(shí)施例，更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受以下的實(shí)施例的限制，當(dāng)然可以在符合前后的宗旨的范圍內(nèi)，增加變更地實(shí)施，這些都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1用轉(zhuǎn)爐熔煉下表1～3所示的化學(xué)成分組成的鋼材，通過(guò)連續(xù)鑄造及熱軋制作各種鋼板。切斷得到的鋼板，進(jìn)行表面研磨，最終制成100×100×25(mm)的尺寸的試驗(yàn)片(試驗(yàn)片A)。圖1示出試驗(yàn)片A的外觀形狀。
此外，如圖2所示，使4個(gè)20×20×5(mm)的小試驗(yàn)片，與100×100×25(mm)的大試驗(yàn)片(與上述試驗(yàn)片A相同)接觸，制作形成裂隙部的試驗(yàn)片B。裂隙形成用的小試驗(yàn)片和大試驗(yàn)片為相同化學(xué)成分組成的鋼材，表面精加工也與上述試驗(yàn)片A相同，規(guī)定為表面研磨。并且，在小試驗(yàn)片的中心開(kāi)Φ5mm的孔，在基材側(cè)(大試驗(yàn)片側(cè))開(kāi)螺孔，用M4塑料制螺栓固定。
另外，也采用全面實(shí)施平均厚度25μm的焦油環(huán)氧樹(shù)脂涂料(底涂料富鋅涂料)的試驗(yàn)片C(圖3)。并且，為了研究因損壞防蝕涂膜露出基體鋼材時(shí)的腐蝕進(jìn)展程度，在試驗(yàn)片C的單面，用切割刀片形成到達(dá)基體的切傷(長(zhǎng)度100mm、寬大約0.5mm)。
對(duì)所述表1～3所示的各化學(xué)成分組成的試樣，分別采用各5個(gè)試驗(yàn)片A、試驗(yàn)片B及試驗(yàn)片C，供于腐蝕試驗(yàn)。此時(shí)的腐蝕試驗(yàn)方法如下。
首先，模擬海洋環(huán)境，進(jìn)行海水噴霧試驗(yàn)和重復(fù)恒溫恒濕形成的復(fù)合循環(huán)腐蝕試驗(yàn)。在海水噴霧試驗(yàn)中，水平60°傾斜地在試驗(yàn)槽內(nèi)設(shè)置試樣(各試驗(yàn)片A～C)，霧狀噴霧35℃的人工海水(鹽水)。鹽水的噴霧平時(shí)連續(xù)進(jìn)行。此時(shí)在試驗(yàn)槽內(nèi)，在水平設(shè)置的面積80cm2的圓形皿中，每1小時(shí)在任意的位置采取1.5±0.3mL的人工海水，如此預(yù)先調(diào)整噴霧量。恒溫恒濕試驗(yàn)，在調(diào)整到溫度60℃、濕度95％的試驗(yàn)槽內(nèi)，水平60°傾斜設(shè)置試樣地進(jìn)行。海水噴霧試驗(yàn)以4小時(shí)作為1個(gè)循環(huán)，恒溫恒濕試驗(yàn)以4小時(shí)作為1個(gè)循環(huán)，交替進(jìn)行上述試驗(yàn)，促使試樣腐蝕?？偟脑囼?yàn)時(shí)間定為6個(gè)月。
(1)關(guān)于試驗(yàn)片A，將試驗(yàn)前后的重量變化換算成平均板厚減少量D-ave(mm)，算出5個(gè)試驗(yàn)片的平均值，評(píng)價(jià)各試樣的全面腐蝕性。此外，采用觸針式3維形狀測(cè)定裝置，求出試驗(yàn)片A的最大侵蝕深度D-max(mm)，按平均板厚減少量[D-ave(mm)]標(biāo)準(zhǔn)化(即算出D-max/D-ave)，評(píng)價(jià)腐蝕均勻性。另外，試驗(yàn)后的重量測(cè)定及板厚測(cè)定，在利用檸檬酸氫二銨水溶液中的陰極電解法[JIS K8284]除去鐵銹等腐蝕生成物后進(jìn)行。
(2)關(guān)于試驗(yàn)片B，進(jìn)行裂隙部(接觸面)的目視觀察，調(diào)查有無(wú)裂隙腐蝕發(fā)生，在發(fā)現(xiàn)裂隙腐蝕的情況下，利用上述陰極電解法，除去腐蝕生成物，采用觸針式3維形狀測(cè)定裝置，測(cè)定最大裂隙腐蝕深度D-crev(mm)。
(3)關(guān)于實(shí)施涂漆處理的試驗(yàn)片C(帶切傷)，測(cè)定在試驗(yàn)后形成切傷的面上的涂膜鼓出面積的比率(鼓出面積率)。用格子點(diǎn)法(格子間隔1mm)求出鼓出面積率。即，將用總格子點(diǎn)數(shù)除以確認(rèn)鼓出的格子點(diǎn)的數(shù)得出的值，定義為鼓出面積率，求出5個(gè)試驗(yàn)片的平均值，此外，用卡尺測(cè)定與切傷垂直方向的涂膜鼓出寬度，將5個(gè)試驗(yàn)片的最大值定義為最大鼓出幅度。
在所述耐全面腐蝕性(D-ave)、腐蝕均勻性(D-max/D-ave)、耐裂隙腐蝕性(D-crev)、涂漆耐蝕性(鼓出面積及最大鼓出幅度)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)如下表4所示。下表5～7示出腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。
能夠根據(jù)上述結(jié)果，考察如下。不含Co或Mg中任何一種的No.2、3的試樣，Co或Mg的含量小于本發(fā)明規(guī)定的下限值的No.4、5試樣，通過(guò)Co或Mg的添加效果，與以往鋼(No.1)相比，耐全面腐蝕性稍有提高，但是，在不含Co的No.2試樣及Co量不足的No.4試樣中，在腐蝕均勻性和鼓出面積率方面未發(fā)現(xiàn)改進(jìn)效果。此外，在不含Mg的No.3試樣及Mg量不足的No.5試樣中，在耐裂隙腐蝕性和最大鼓出幅度方面未發(fā)現(xiàn)改進(jìn)效果。作為船舶用鋼材的耐蝕性不足。
對(duì)此，得知，在并用地適量含有Co及Mg的試樣(No.6～50)中，通過(guò)利用添加Co及Mg的協(xié)同效果，所有的耐蝕性都優(yōu)于以往鋼(No.1)，優(yōu)選用作造船用耐蝕鋼。尤其，除并用Co及Mg外，通過(guò)另外再含有Cu、Cr、Ni、Ti、Ca、Mo、W及Zn等的耐蝕性提高元素，進(jìn)一步提高鋼材的耐蝕性。
其中，在添加Cu、Cr、Ni或Ti的試樣中，發(fā)現(xiàn)尤其降低涂漆試樣的最大鼓出幅度的效果(No.13～15等)，判斷是這些元素的銹致密化作被用于切部的銹穩(wěn)定化，抑制腐蝕進(jìn)展的結(jié)果。另外，確認(rèn)Ca提高裂隙腐蝕性的效果(No.16、20、22等)，認(rèn)為Ca更加強(qiáng)化裂隙內(nèi)的pH的降低抑制效果，降低腐蝕。另外，得知，添加Mo或W，對(duì)提高腐蝕均勻性或涂漆鼓出性非常有效果(No.31～33等)。此外，No.30、33、34、35等的結(jié)果表明，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整([Co]/[Mg])的值，具有各種耐蝕性大幅度提高的效果。此外，在添加Zn的試樣(No.40、41、42等)中，還具有提高涂漆耐蝕性或耐裂隙腐蝕性的效果。例如，除Mg及Co的并用外，適量添加Zn的試樣No.41，與只并用Mg及Co的No.6相比，結(jié)果降低試驗(yàn)片C的鼓出面積率。以上通過(guò)添加Zn形成的耐蝕性提高，推斷是通過(guò)在鋼材表面上形成氯化鋅或硫化鋅的沉積覆膜，發(fā)揮使鋼基體與環(huán)境中的水分隔斷，抑制腐蝕的效果的結(jié)果。
實(shí)施例2用轉(zhuǎn)爐熔煉下表8所示的化學(xué)成分組成的鋼材，通過(guò)連續(xù)鑄造及熱軋制作各種鋼板。切斷得到的鋼板，進(jìn)行表面研磨，最終制成300×150×25(mm)的尺寸的試驗(yàn)片D′。采用表9所示的化學(xué)成分的焊接材料，進(jìn)行隱弧焊，利用2個(gè)D′制作圖示的接頭試驗(yàn)片D(圖4)。另外，所有焊接材料的絲徑為4.8mm、坡口形狀為V型。入熱量在1～10kJ/mm的范圍內(nèi)適宜調(diào)整。
此外，使2個(gè)60×60×5(mm)的小試驗(yàn)片，與試驗(yàn)片D的焊接部接觸，制作形成裂隙部的試驗(yàn)片E(圖5)。裂隙形成用的小試驗(yàn)片的化學(xué)成分組成與試驗(yàn)片D的母材相同，表面精加工也與上述試驗(yàn)片D相同，規(guī)定為表面研磨。并且，在小試驗(yàn)片的中心開(kāi)Φ10mm的孔，在基材側(cè)(大試驗(yàn)片側(cè))開(kāi)螺孔，用M8塑料制螺栓固定。
另外，也采用全面實(shí)施平均厚度250μm的焦油環(huán)氧樹(shù)脂涂料(底涂料富鋅涂料)的試驗(yàn)片F(xiàn)(圖6)。并且，為了了解因防蝕涂膜損傷而露出基體鋼材時(shí)的腐蝕進(jìn)展程度，在試驗(yàn)片F(xiàn)的單面，用切割刀片，在與焊接線的垂直及水平方向，形成到達(dá)基體的切傷(長(zhǎng)度200mm、寬大約0.5mm)。
對(duì)采用所述表8、9所示的母材及焊接材料制作的接頭試驗(yàn)片，分別采用各5個(gè)試驗(yàn)片D、試驗(yàn)片E及試驗(yàn)片F(xiàn)，進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。此時(shí)的腐蝕試驗(yàn)方法(實(shí)船暴露試驗(yàn))如下。
在VLCC原油罐的內(nèi)面的罐體內(nèi)面的底板上，安裝制作的試樣、各試驗(yàn)片D～F各5個(gè)，在5年間的通常航運(yùn)后，調(diào)查各試樣的腐蝕狀況。在5年間的暴露后，對(duì)試驗(yàn)片D，利用檸檬酸氫二銨水溶液中的陰極電解法[JIS K8284]，除去鐵銹等腐蝕生成物。此外，對(duì)試驗(yàn)片E，取下裂隙形成用的小試驗(yàn)片，用相同的方法除去腐蝕生成物。
(1)關(guān)于試驗(yàn)片D，將試驗(yàn)前后的重量變化換算成平均板厚減少量D-ave(mm)，算出5個(gè)試驗(yàn)片的平均值，評(píng)價(jià)各試樣的全面腐蝕性。此外，采用觸針式3維形狀測(cè)定裝置，求出試驗(yàn)片D的最大侵蝕深度D-max(mm)，按平均板厚減少量[D-ave(mm)]標(biāo)準(zhǔn)化(即算出D-max/D-ave)，評(píng)價(jià)腐蝕均勻性。
(2)關(guān)于試驗(yàn)片E，采用觸針式3維形狀測(cè)定裝置，測(cè)定大試驗(yàn)片側(cè)的最大裂隙腐蝕深度D-crev(mm)。
(3)關(guān)于實(shí)施涂漆處理的試驗(yàn)片F(xiàn)(帶切傷)，用卡尺測(cè)定與切傷垂直方向的涂膜鼓出幅度(mm)，將5個(gè)試驗(yàn)片的最大值定義為最大鼓出幅度。
在所述耐全面腐蝕性(平均板減少量D-ave)、腐蝕均勻性(D-max/D-ave)、耐裂隙腐蝕性(D-crev)、涂漆耐蝕性(最大鼓出幅度)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，如下表10所示。下表11示出腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。但是，在表11中，I(Co)表示熔敷金屬的Co含量/母材的Co含量，I(Mg)表示熔敷金屬的Mg含量/母材的Mg含量。
焊接部上的Mg及Co含量未滿足關(guān)系式(1)或(2)的No.51及52，雖然耐全面腐蝕性優(yōu)異，但在耐裂隙腐蝕性等其它方面，不能滿足。這是腐蝕在焊接金屬的部分上擴(kuò)展的結(jié)果。對(duì)此，在該比滿足關(guān)系式(1)及(2)的No.53～58的耐蝕鋼(No.2～4)中，在所有腐蝕特性方面，發(fā)現(xiàn)都提高耐蝕性，結(jié)果，顯示出優(yōu)選作為焊接結(jié)構(gòu)體的耐蝕性。
另外，在本實(shí)施例中，將利用隱弧焊接法的焊接部作為評(píng)價(jià)對(duì)象，但用涂藥電焊法或電渣焊接法等其它焊接方法，也能得到相同的效果。此外，所用的焊接材料也不局限于表9。
表1

表2

表3試樣的化學(xué)成分(mass％)

表4

表5

表6

表7腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

表8接頭試驗(yàn)片母材的化學(xué)成分(mass％)

表9接頭試驗(yàn)片制作用的焊接材料的化學(xué)成分(mass％)

表10腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)

表11腐蝕試驗(yàn)結(jié)果(實(shí)船曝露試驗(yàn))

權(quán)利要求
1.一種耐蝕性優(yōu)異的船舶用鋼材，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.01～0.30％、Si0.01～1.50％、Mn0.01～2.0％、Al0.005～0.10％，另外還含有Co0.01～5.00％及Mg0.0005～0.020％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶用鋼材，Co含量[Co]和Mg含量[Mg]的比值[Co]/[Mg]為2～350。
3.如權(quán)利要求1或2所述的船舶用鋼材，還含有從由Cu0.01～5.0％、Cr0.01～5.0％、Ni0.01～5.0％及Ti0.005～0.20％構(gòu)成的組中選擇的一種以上。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的船舶用鋼材，還含有Ca0.0005～0.020％。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的船舶用鋼材，還含有Mo0.01～5.0％和/或W0.01～2.0％。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的船舶用鋼材，還含有從由B0.0001～0.010％、V0.01～0.50％及Nb0.003～0.50％構(gòu)成的組中選擇的一種以上。
7.如權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的船舶用鋼材，還含有Zn0.001～0.10質(zhì)量％。
8.一種耐蝕性優(yōu)異的船舶用焊接結(jié)構(gòu)體，其特征在于通過(guò)焊接權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的船舶用鋼材而形成，熔敷金屬和母材鋼材中所含的Co及Mg的關(guān)系，滿足下式(1)及(2)，0.30≤熔敷金屬的Co含量/母材的Co含量≤3.0…… (1)0.30≤熔敷金屬的Mg含量/母材的Mg含量≤3.0…… (2)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不實(shí)施涂漆或電防蝕，也能夠?qū)嵱没哪臀g性優(yōu)異的造船用鋼，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.01～0.30％、Si0.01～1.50％、Mn0.01～2.0％、Al0.005～0.10％，另外還含有Co0.01～5.00％及Mg0.0005～0.020％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的方法得到的鋼材，能夠提高對(duì)裂隙腐蝕的耐久性，同時(shí)即使對(duì)于因起因于海水的鹽分附著和濕潤(rùn)環(huán)境造成的腐蝕，也發(fā)揮優(yōu)異的耐久性。
文檔編號(hào)C22C38/12GK1715433SQ200510081490
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者阪下真司, 湯瀨文雄, 久本淳, 大垣誠(chéng)一, 岡野重雄, 小林洋一郎, 安永龍?jiān)?申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所