JP2006118011A

JP2006118011A - 海浜耐候性に優れた鋼材と構造物

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Publication number: JP2006118011A
Application number: JP2004308446A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kamimura; 隆之上村; Kazuyuki Kajima; 和幸鹿島; Hideaki Yuki; 英昭幸
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: JP4586489B2

Abstract

【課題】飛来塩分量が１ｍｄｄを越えるような厳しい腐食環境下でも、優れた耐候性を発揮することができる、海浜耐候性に優れた低コストの鋼材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：２.５％以下、Ｍｎ：０.５％超〜２.５％以下、Ｐ：０.０３％未満、Ｓ：０.００５％以下、Ｃｕ：０.０５〜１.０％、Ｎｉ：０.０１〜０.５％、Ｃｒ：０.０１〜３.０％、Ａｌ：０.００３〜２.５％、およびＮ：０.００１〜０.１％、Ｓｎおよび／またはＳｂ：０.０３〜０.５０％、場合によりさらにＴｉ：０.０１〜０.３％、Ｎｂ：０.０１〜０.１％、Ｍｏ：０.０１〜１.０％、Ｗ：０.０１〜１.０％、Ｖ：０.０１〜１.０％、Ｃａ：０.０００１〜０.１％、Ｍｇ：０.０００１〜０.１％、ＲＥＭ：０.０００１％〜０.０２％の１種もしくは２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｎｉ／Ｃｕ質量比が０.５以下である組成を有する鋼材。鋼材表面が防食皮膜により被覆されていてもよい。

Description

本発明は、海浜地域や融雪塩／凍結防止剤が散布される地域といった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という意味での耐候性（本発明では、この耐候性を「海浜耐候性」と称する）に優れた鋼材（すなわち海浜耐候性に優れた鋼材）と、この鋼材から作製された構造物に関する。

一般に、耐候性鋼材は、それを大気腐食環境中に暴露すると、保護性のあるさび層が表面に形成され、それ以降の鋼材腐食が抑制されることにより耐候性を発揮する。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。

ところが、海浜地域や、内陸部でも融雪塩／凍結防止剤が散布される地域のように飛来塩分量が多い環境下では、耐候性鋼材の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が発揮されない。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なかった。

日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化された耐候性鋼（ＪＩＳＧ３１１４：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）においても、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る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））。

このため、海浜地域などの塩分の多い環境下では、普通鋼材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、河口付近の海浜地域や融雪塩／凍結防止剤を撒く山間部等の道路に建設される橋梁では腐食が著しく、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る。これらの再塗装には多大な工数がかかり、維持管理に莫大な費用がかかることから、海浜地域においても無塗装で使用できる海浜耐候性に優れた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、実用化されているが、このようなＮｉ添加だけでは、飛来塩分量が０.３〜０.４ｍｄｄを越える地域では適用が難しいことが判明してきた。

鋼材の腐食は、飛来塩分量が多くなるにつれて激しくなるため、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、雨で洗われる桁外部より、雨懸かりのない桁内部の方が、腐食が激しいと言われている。

また、融雪塩／凍結防止剤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。さらに、海岸から少し離れた軒下等も厳しい塩害環境に曝され、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。

飛来塩分量が多い環境での腐食を防止する鋼材も従来から開発が進められている。
例えば、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、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、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。
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。

本発明者らは、先に特許文献３で、Ｃｕ、ＮｉおよびＣｒを複合して含有させた海浜耐候性を有する鋼材を提案している。しかし、これらの元素を数％程度含有させるだけでは、ＪＩＳ耐候性鋼に比べれば耐候性を改善することができるものの、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような非常に厳しい環境では十分な耐候性を発揮することができず、さらに改善が必要である。

特許文献４には、Ｐ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＳｂおよびＳｎ等を含有する溶接構造用鋼、特許文献５にはＣｕ、ＮｉおよびＳｂを含有させた高耐候性鋼材が提案されている。前者の溶接構造用鋼については、飛来塩分量の多い環境における耐候性を得るためにＰの含有量を多くしているため、溶接性が十分でないという問題がある。後者の高耐候性鋼材は、飛来塩分量０.８ｍｄｄの環境において耐候性が良好であるとしているが、１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境においては耐候性が十分でないという問題がある。

特許文献６にはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＳｎおよびＳｂ等を含有することにより耐食性を向上させた耐酸露点腐食鋼が提案されており、煙突や熱交換器等における酸露点腐食に対し優れた耐食性を発揮している。しかし、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような大気腐食環境において、耐候性は十分でないという問題がある。

特開平９−１７６７９０号公報特開平５−５１６６８号公報特開２０００−２９７３４３号公報特開平１０−２５１７９７号公報特開２００２−５３９２９号公報特開平９−２５５３６号公報

本発明は、従来の耐候性鋼等が内包する問題の解消を目指したものであり、海浜地域や融雪塩／凍結防止剤が散布される地域等のように飛来塩分量が多い環境下（特に１ｍｄｄを越えるような厳しい腐食環境下）でも、優れた耐候性を発揮することができる、海浜耐候性に優れた低コストの鋼材と構造物を提供することを目的とする。

本発明者らの一人が既に報告しているように（「材料と環境」第４３巻（１９９４）第１号２６頁）、耐候性鋼材においてさび層が保護性を有するのは、Ｆｅの一部がＣｒで置換された微細なα−(Ｆｅ_１−ｘＣｒ_ｘ)ＯＯＨからなるさび層が生成することによる。しかし、前述したように、Ｃｒの添加は飛来塩分量が比較的少ない環境では耐候性の向上に有効であるが、飛来塩分量が多い環境では、逆に耐候性を劣化させる。一方、Ｎｉの添加は、飛来塩分量の多い地域での耐候性の向上に有効であるとされてきた。

本発明者らは、これらの知見を踏まえて、飛来塩分量の多い環境での腐食について検討した結果、このような環境下では、ＦｅＣｌ_３溶液の乾湿繰り返しが本質的な条件となり、Ｆｅ^３＋の加水分解によりｐＨが低下した状態で、かつＦｅ^３＋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が判明した。このときの腐食反応は次式で示される。

カソード反応：Ｆｅ^３＋＋ｅ⁻→Ｆｅ^２＋ (Ｆｅ^３＋の還元反応)
もちろん、この反応以外に
２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋２ｅ⁻→４ＯＨ⁻
２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２
のカソード反応も併発する。

一方、上記還元反応に対して
アノード反応：Ｆｅ→Ｆｅ^２＋＋２ｅ⁻ (Ｆｅの溶解反応)
も起こる。従って、腐食の総括反応は、
２Ｆｅ^３＋＋Ｆｅ→３Ｆｅ^２＋・・・反応１
となる。

上記反応１により生成したＦｅ^２＋は、空気酸化によってＦｅ^３＋に酸化され、生成したＦｅ^３＋は再び酸化剤として腐食を加速する。この際、Ｆｅ^２＋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、Ｆｅ^３＋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、飛来塩分量が非常に多い環境では、Ｆｅ^３＋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が判明した。

このように、飛来塩分量が非常に多い環境では、さび層による保護は期待できないため、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、飛来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、耐候性が劣化するのに対し、Ｎｉを含有する鋼は、アノード溶解反応を遅延させるので耐候性が向上すると予測される。

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候性への影響について検討した結果、下記の知見を得た。
（ａ）Ｓｎは、Ｓｎ^２＋として溶解し、２Ｆｅ^３＋＋Ｓｎ^２＋→２Ｆｅ^２＋＋Ｓｎ^４＋なる反応によりＦｅ^３＋の濃度を低下させることで、反応１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。

（ｂ）Ｓｎと同様に、Ｓｂも、鋼のアノード溶解反応を抑制するのに有効である。
（ｃ）Ｃｕは、飛来塩分量が多い環境でも、耐候性改善に効果があり、その効果はＳｎやＳｂの共存下でも発揮される。

（ｄ）一方、Ｎｉは、ＳｎやＳｂと複合添加した場合には、飛来塩分の多い環境における耐食性改善効果が無く、多量に添加すると、逆に耐候性を劣化させる。このＮｉの挙動は、Ｎｉ添加量が増すほど耐候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。しかし、Ｃｕによる熱間加工性の劣化、いわゆるＣｕ脆化を防止するには、少量のＮｉを、Ｃｕ添加量の１／２以下に制限して添加することが有効である。

（ｅ）Ｃｒは、単独添加した場合には、飛来塩分量の多い環境において耐候性を劣化させるが、ＳｎやＳｂと複合添加した場合には、飛来塩分量の多い環境での耐候性を向上させる効果を発揮する。

（ｆ）Ａｌを含有させると海浜耐候性が向上する。
（ｇ）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。飛来塩分量の多い環境では、上記Ｆｅ^３＋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、海浜耐候性が向上する。

（ｈ）以上の（ａ）〜（ｇ）の成分を含有させた材料に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、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、海浜耐候性の改善に効果がある。

（ｉ）さらに、ＲＥＭを含有させると、鋼材の溶接性が改善される。
本発明は以上の知見に基づいて完成したものである。
ここに、本発明は、質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：２.５％以下、Ｍｎ：０.５超〜２.５％、Ｐ：０.０３％未満、Ｓ：０.００５％以下、Ｃｕ：０.０５〜１.０％、Ｎｉ：０.０１〜０.５％、Ｃｒ：０.０１〜３.０％、Ａｌ：０.００３〜２.５％およびＮ：０.００１〜０.１％、さらにＳｎおよび／またはＳｂ：０.０３〜０.５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｎｉ／Ｃｕが０.５以下である組成を有することを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材、である。

上記鋼組成は、質量％で、Ｔｉ：０.０１〜０.３％、Ｎｂ：０.０１〜０.１％、Ｍｏ：０.０１〜１.０％、Ｗ：０.０１〜１.０％、Ｖ：０.０１〜１.０％、Ｃａ：０.０００１〜０.１％およびＭｇ：０.０００１〜０.１％よりなる群から選ばれた１種または２種以上、ならびに／またはＲＥＭ：０.０００１％〜０.０２％、をさらに含有していてもよい。

本発明に係る海浜耐候性に優れた鋼材は、表面を防食皮膜で被覆してもよい。
本発明はさらに、上記鋼材から作製された構造物にも関する。

本発明の鋼材は、飛来塩分量が多い環境下において十分な耐候性を有しており、海浜耐候性に優れた材料として最適であり、これにより、海浜地域や融雪塩／凍結防止剤が散布される地域における橋梁等の構造物に使用するミニマムメンテナンス材料として土木および建築分野等において広く適用することができる。

以下に、本発明の鋼材に含まれる合金元素の作用効果を、その含有量を上記のように限定した理由とあわせて説明する。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。

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。

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。したがって、その含有量は２.５％以下とする。下限は特に定めないが、含有量が少なすぎると脱酸が十分に行われないので、Ａｌを含有しない場合には、０.１％以上含有させるのが望ましい。

Ｍｎ：0.５％超〜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、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％以上含有させるのが望ましい。

Ｐ：０.０３％未満
Ｐは、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％未満とする。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。

Ｓ：０.００５％以下
Ｓは、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。

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、Ｃｕ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。

Ｎｉ：０.０１〜０.５％
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、Ｓｂ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、Ｓｂ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。

Ｃｒ：０.０１〜３.０％
Ｃｒは、飛来塩分量がそれほど多くない環境では保護性さびの形成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、後述するように、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。

Ａｌ：０.００３〜２.５％
Ａｌは、０.００３％以上含有させると耐候性が向上するが、含有量が２.５％を超えるとその効果は飽和する。したがって、Ａｌ含有量は０.００３〜２.５％とする。なお、多量に添加すると鋼が脆化し易くなるので、含有量の上限は２.０％とするのが望ましい。

Ｎ：０.００１〜０.１％
Ｎは、アンモニアとなって溶解し、飛来塩分量の多い環境におけるＦｅ^３＋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候性を向上させる効果を有する。この効果は０.００１％以上含有す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。

Ｓｎおよび／またはＳｂ：０.０３〜０.５０％
Ｓｎは、Ｓｎ^２＋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、Ｆｅ^３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ^３＋濃度を低減することにより、Ｆｅ^３＋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。

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。

Ｓｎを単独添加する場合には、これらの作用は０.０３％以上の含有で顕著になるが、０.５％を超えると脆化を起こす原因となる。したがって、その含有量は０.０３％〜０.５％とする。なお、含有量の望ましい範囲は０.０３〜０.２％である。

一方、Ｓｂは、鋼のアノード溶解反応を抑制するとともに、水素ガス発生反応やＦｅ^3＋の還元反応を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。さらに、Ｓｂ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。

Ｓｂを単独添加する場合には、これらの作用は０.０３％以上の含有で顕著になり、０.５％を超えると靭性が著しく劣化する。したがって、その含有量は０.０３〜０.５％とする。望ましい含有量は０.０３〜０.３％である。

ＳｎおよびＳｎを複合添加する場合には、その合計値が０.０３％未満の場合には、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる作用が顕著には現れず、また、０.５０％を超えると鋼の靭性が劣化する。このため、ＳｎおよびＳｎの含有量の合計値は０.０３〜０.５％とする。望ましい合計含有量は０.０３〜０.３％である。

本発明の鋼材は、上記の合金元素の他に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、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、ならびに／またはＲＥＭ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。

Ｔｉ：０.０１〜０.３％
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。この効果は含有量が０.０１％以上で現れ、０.３％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。したがって、Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０.０１〜０.３％とする。

Ｎｂ：０.０１〜０.１％
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。この効果は含有量が０.０１％以上で現れ、０.１％を超えると飽和する。このため、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は、０.０１〜０.１％とする。

Ｍｏ：０.０１〜１.０％
Ｍｏは、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ_４ ^２−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０.０１％以上になるとこの効果が得られるが、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。したがって、Ｍｏを含有させる場合、その含有量は０.０１〜１.０％とする。

Ｗ：０.０１〜１.０％
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。この効果は含有量が０.０１％以上で現れ、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。したがって、Ｗを含有させる場合、その含有量は０.０１〜１.０％とする。

Ｖ：０.０１〜１.０％
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。この効果は０.０１％以上含有させると現れ、１.０％を超えると飽和する。したがって、Ｖを含有させる場合、その含有量は０.０１〜１.０％とする。

Ｃａ：０.０００１〜０.１％
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。この効果は０.０００１％以上含有させることにより得られるが、０.１％を超えると飽和する。したがって、Ｃａを含有させる場合、その含有量は０.０００１〜０.１％する。

Ｍｇ：０.０００１〜０.１％
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。この効果は０.０００１％以上含有させることにより得られるが、０.１％を超えると飽和する。したがって、Ｍｇを含有させる場合、その含有量は０.０００１〜０.１％とする。

ＲＥＭ：０.０００１〜０.０２％
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させる。含有量が０.０００１％以上でその効果を発揮し、０.０２％を超えると効果が飽和する。このため、ＲＥＭを含有させる場合には、その含有量は０.０００１〜０.０２％とする。

本発明の鋼材は、上記の必須元素および任意元素を含有し、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鋼材に含まれる。

本発明の鋼材は、板材、管材、棒材、Ｈ型鋼などの異形材を含む多様な形状とすることができる。厚みは一般に３ｍｍ以上とすることが好ましい。耐候性鋼材は一般に熱間圧延材であるが、本発明の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。

本発明の鋼材は、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。本発明において用いる防食皮膜とは、鋼材の防食目的で施される皮膜を意味する。具体的には、耐候性鋼材において周知の各種のさび安定化処理皮膜（化成処理系と塗装系とを含む）；Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｚｎ−Ａｌめっき等の防食めっき皮膜；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皮膜等を包含する。いずれの防食皮膜を施した場合であっても、優れた耐候性と高い防食性能を発揮することができる。これらの防食皮膜の膜厚または付着量は特に制限されず、通常の範囲内でよい。

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／凍結防止剤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。この種の構造物は、一般に切断、曲げ加工等の成形加工、および溶接により作製されるが、本発明の鋼材は加工性および溶接性にも優れている。

表１に示した化学組成を有するＮｏ.１〜Ｎｏ.２０の鋼について、１５０Ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットを鍛造した後、加熱、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３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１００ｍｍの試験片を切り出した。なお、本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。

得られた試験片をＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）J２３３４試験により評価した。ＳＡＥ J２３３４試験は、湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、塩分付着：０.５％ＮａＣｌ、０.１％ＣａＣｌ_２、０.０７５％ＮａＨＣＯ_３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）とした加速試験であり、腐食形態が大気暴露試験に類似しているとされている（長野博夫、山下正人、内田仁著：環境材料学、共立出版（２００４）、ｐ.７４）。本試験は、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験である。

ＳＡＥＪ２３３４試験１２０サイクル終了後、各試験片の表面のさび層を除去し、板厚減少量を測定した。試験結果を表１に示す。同表における「腐食減量」は、試験片の平均の板厚減少量であり、試験前後の重量減少と試験片の表面積を用いて算出したものである。

表１の結果から明らかなように、比較例（Ｎｏ．２４）はＭｎ含有量が多いため、比較例（Ｎｏ．２６）はＮｉとＳｎ、Ｓｂが共存し、さらにＮｉ/Ｃｕが０.５を越えるため、さらに、比較例（Ｎｏ．２７、Ｎｏ．２８）はＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ並びにＳｎおよびＳｂの含有量が少ないため、腐食量が大きくなった。また、比較例（Ｎｏ．２９）はＣｒ、ＣｕおよびＮｉの含有量が少ないため、さらに、比較例（Ｎｏ．３０）は、ＣｒおよびＣｕの含有量が少ないため、腐食量が大きくなった。なお、比較例Ｎｏ．２５は、圧延時にはクラックが多く発生したため、試験を中止した。

本発明例では、いずれも本発明で規定する成分含有量を満足しているので、腐食減量は０.２０ｍｍ以下と小さくなっている。

Claims

質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：２.５％以下、Ｍｎ：０.５％超、２.５％以下、Ｐ：０.０３％未満、Ｓ：０.００５％以下、Ｃｕ：０.０５〜１.０％、Ｎｉ：０.０１〜０.５％、Ｃｒ：０.０１〜３.０％、Ａｌ：０.００３〜２.５％、およびＮ：０.００１〜０.１％、さらにＳｎおよび／またはＳｂ：０.０３〜０.５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｎｉ／Ｃｕ質量比が０.５以下である組成を有することを特徴とする、海浜耐候性に優れた鋼材。
さらに、質量％で、Ｔｉ：０.０１〜０.３％、Ｎｂ：０.０１〜０.１％、Ｍｏ：０.０１〜１.０％、Ｗ：０.０１〜１.０％、Ｖ：０.０１〜１.０％、Ｃａ：０.０００１〜０.１％およびＭｇ：０.０００１〜０.１％よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１に記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
さらに、質量％で、ＲＥＭを０.０００１％〜０.０２％含有する、請求項１または２に記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
表面が防食皮膜により被覆されている請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材。
請求項１〜４のいずれかに記載の鋼材から作製された構造物。