JP5629279B2 - 耐食性に優れた溶接継手および溶接構造体 - Google Patents
耐食性に優れた溶接継手および溶接構造体 Download PDFInfo
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、耐食性に優れた溶接継手および該溶接継手を含む溶接構造体に関する。本発明の溶接構造体は、例えば、石油類タンカー、貨物船、貨客船、客船、軍艦などの船舶や、石油類の貯蔵や輸送などの容器として用いられる石油類タンクなどに好適に用いられる。
石油類タンカーなどの各種船舶や、原油タンカーのタンク（石油系液体燃料タンク）などの石油類タンクなどは、一般に、母材（鋼材）同士が溶接材によって溶接された溶接継手を含む溶接構造体から構成されている。
これらの用途に用いられる溶接構造体は、主に、海水中の塩分や高温多湿下に曝されたり（船舶の場合）、石油類などに由来する硫黄分含む環境下に曝される（石油類タンクの場合）ため、耐食性に優れていることが要求されている。これまでは、船舶や石油類タンクに用いられる鋼材の耐食性を高めるという観点から、種々の方法が採用されてきた。
例えば、各種船舶や石油類タンクの主要な構造体（例えば、外板、バラストタンク、原油タンク等）に用いられる鋼材に対し、塗装を施したり、電気防食を行うことが知られている。
このうち、重塗装に代表される塗装を行った場合、塗膜欠陥が生成する可能性が高く、製造工程における衝突等によって塗膜が損傷する恐れもあるため、素地鋼材が露出することが多い。このような鋼材露出部分では、局部的な腐食（局部腐食）が集中的に進むため、例えば、石油類タンクに貯蔵されている石油系液体燃料が早期に漏洩する。
一方、電気防食法は、海水中に完全に浸漬された部位に対しては非常に有効であるが、大気中で海水飛沫を受ける部位などには、防食に必要な電気回路が形成されないため、防食効果が十分に発揮されないことがある。また、防食用の流電陽極が消耗したり脱落するなどして消失すると、激しい腐食が直ちに進行する恐れがある。
上記の他、鋼材自体の耐食性を向上させる技術も提案されている（特許文献１、特許文献２など）。特許文献１は、ＭｇやＣｕの含有量が適切に制御された造船用耐食鋼の技術に関し、無塗装であっても優れた耐食性を有することが記載されている。また、特許文献２は、ＮｉおよびＣｕの含有量が適切に制御された船舶用鋼材の技術に関し、過酷な腐食環境下に曝されるバラストタンクに適用しても優れた耐塗装損傷性を発揮することが記載されている。
しかしながら、上記の方法は、いずれも、より厳しい腐食環境下での耐食性向上作用に劣っている。特に、局部腐食に対する耐食性は不充分であり、なかでも、すきま腐食に対する耐食性の低下は深刻な問題を招いている。すきま腐食は、鋼材と異物との接触部分や、防食塗膜の損傷部分などの「すきま」部分に生じる腐食であり、腐食速度が大きいため、船舶などの寿命を低下させる主な原因となっている。
前述した石油系液体燃料タンクなどの石油類タンクでは、このような局部腐食やすきま腐食が顕著に見られる。石油類タンクの場合、鋼板表面に形成されるオイルコートの欠陥部分で局部腐食が顕著に進行する。この欠陥部分は、原油タンカーなどの運航時に、原油が移動したり船体が変形するなどして修復されたり、新たに形成されると考えられるため、局部腐食は、１箇所に集中することなく、鋼材のほぼ全面に進展する。また、石油類タンクでは、すきま腐食も顕著に生じるため、耐局部腐食性や耐すきま腐食性に優れた鋼材の向上が切望されている。
このうち、局部腐食に対する耐食性向上技術として、例えば、特許文献３から特許文献５が挙げられる。これらは、いずれも、鋼材中の化学成分が適切に制御された技術に関し、例えば、特許文献３には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ，Ｍｏ、Ｓｂ、Ｓｎの含有量が適切に制御された原油および重油貯蔵庫用耐食鋼が、特許文献４には、Ｃｕ、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌの含有量が適切に制御されたカーゴオイルタンク用鋼材が、特許文献５には、Ｃｕ、Ｎｉ，Ｍｏ、Ｃｒの含有量が適切に制御された原油タンク底板用鋼材が、それぞれ、記載されている。これらの技術により、全面腐食や局部腐食に対する耐食性は高められるが、更なる向上が望まれている。また、上記の特許文献は、いずれも、すきま腐食に対する耐食性については充分留意されていないため、耐すきま腐食性の改善が強く望まれている。
前述したように、上記の特許文献は、いずれも、全面腐食や局部腐食に対する耐食性改善技術であって、すきま腐食に対する耐食性の改善は、何も考慮されていない。
また、上記の特許文献を含め、これまでは、主に、鋼材の化学成分を制御することによって耐食性の向上を図っているが、溶接構造体の耐食性を高めるためには、鋼材だけでなく、溶接部分（溶接継手部）にも留意する必要がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、塗装や電気防食を施さなくても、海水による塩分や高温多湿に曝される環境下や、石油類などに由来する硫黄分を含む環境下における耐食性が高められ、特に、局部腐食やすきま腐食に対する耐食性が高められた溶接継手および溶接構造体を提供することにある。
本発明の溶接継手は、母材同士が溶接された溶接継手であって、下式（５）、下式（６）、および下式（７）を満足することに要旨が存在する。
０．３０≦［ＡAl］／［ＢAl］≦３．０ ・・・ （５）
０．３０≦［ＡCu］／［ＢCu］≦３．０ ・・・ （６）
０．３０≦［ＡCr］／［ＢCr］≦３．０ ・・・ （７）
式中、
［ＡAl］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＢAl］は、母材に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＡCu］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＢCu］は、母材に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＡCr］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｒの含有量（質量％）、
［ＢCr］は、母材に含まれるＣｒの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する。
０．３０≦［ＡAl］／［ＢAl］≦３．０ ・・・ （５）
０．３０≦［ＡCu］／［ＢCu］≦３．０ ・・・ （６）
０．３０≦［ＡCr］／［ＢCr］≦３．０ ・・・ （７）
式中、
［ＡAl］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＢAl］は、母材に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＡCu］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＢCu］は、母材に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＡCr］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｒの含有量（質量％）、
［ＢCr］は、母材に含まれるＣｒの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する。
好ましい実施形態において、前記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）およびＳ：０．０１０％以下（０％を含む）に抑制し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物である。
好ましい実施形態において、前記母材の鋼中成分は、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）およびＳ：０．０１０％以下（０％を含む）に抑制し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物である。
好ましい実施形態において、前記Ｃｒの含有量［Ｃｒ］と前記Ａｌの含有量［Ａｌ］の比（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）は１〜５０の範囲内である。
好ましい実施形態において、前記母材の鋼中成分は、更に、（ｉ）Ｎｉ：０．０１〜５．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｉｉ）Ｃａ：０．０００５〜０．０２０％および／またはＭｇ：０．０００５〜０．０２０％、（ｉｉｉ）Ｓｅ：０．００５〜０．５０％、（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５０％および／またはＳｎ：０．０１〜０．５０％、（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する。
本発明の溶接構造体は、上記のいずれかに記載の溶接継手を含む。
好ましい実施形態において、上記溶接構造体は、船舶または原油タンクに用いられる。
本発明は、上記の構成を有しているため、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のいずれもが高められた溶接継手および溶接構造体を提供することができた。
本発明の溶接構造体は、海水による塩分や高温多湿に曝される環境下における耐食性に優れているため、例えば、石油類タンカー、貨物船、貨客船、客船、軍艦などの船舶に好適に用いられる。また、本発明の溶接構造体は、石油類などに由来する硫黄分を含む環境下における耐食性に優れているため、石油類の貯蔵や輸送などの容器として用いられる石油類タンクに好適に用いられる。
本発明者は、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供するため、溶接継手を構成する母材の成分組成だけでなく、溶接部分（溶接継手部）の溶接金属の成分組成に留意して検討を行った。ここで、溶接継手部の溶接金属に着目したのは、母材同士を通常の溶接条件下または溶接材料を介して溶接した場合、たとえ、母材の成分組成を制御したとしても、母材同士が溶接された溶接継手部の溶接金属の組成は変化し、溶接部における耐食性（特に、すきま腐食性）が低下する恐れがあるからである。
その結果、溶接部分の溶接金属に含まれる防食皮膜形成成分の含有量［Ａ］と、母材に含まれる防食皮膜形成成分の含有量［Ｂ］との比（［Ａ］／［Ｂ］）を所定範囲に制御すると所期の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
本明細書において、「防食皮膜形成成分」は、海水による塩分や高温多湿に曝される環境下や、石油類などに由来する硫黄分を含む環境下における耐食性を向上する成分を意味する。具体的には、（１）ＡｌおよびＣｒのような酸化物防食被膜形成元素、およびＣｕのような緻密な錆形成元素、（２）Ｓｅのような腐食部位のｐＨ低下抑制元素、並びに（３）Ｚｎのような硫化亜鉛被膜形成元素が挙げられる。以下、上記（１）から（３）の防食皮膜形成成分を含有する溶接継手または溶接構造体を、それぞれ、「本発明による第１から第３の溶接継手または溶接構造体」と呼ぶ。
以下、各溶接継手の構成を詳細に説明する。
（本発明による第１の溶接継手）
本発明による第１の溶接継手は、下式（５）、下式（６）、および下式（７）を満足する。これにより、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供することができる。
０．３０≦［ＡAl］／［ＢAl］≦３．０ ・・・ （５）
０．３０≦［ＡCu］／［ＢCu］≦３．０ ・・・ （６）
０．３０≦［ＡCr］／［ＢCr］≦３．０ ・・・ （７）
式中、
［ＡAl］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＢAl］は、母材に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＡCu］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＢCu］は、母材に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＡCr］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｒの含有量（質量％）、
［ＢCr］は、母材に含まれるＣｒの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する。
本発明による第１の溶接継手は、下式（５）、下式（６）、および下式（７）を満足する。これにより、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供することができる。
０．３０≦［ＡAl］／［ＢAl］≦３．０ ・・・ （５）
０．３０≦［ＡCu］／［ＢCu］≦３．０ ・・・ （６）
０．３０≦［ＡCr］／［ＢCr］≦３．０ ・・・ （７）
式中、
［ＡAl］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＢAl］は、母材に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＡCu］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＢCu］は、母材に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＡCr］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｒの含有量（質量％）、
［ＢCr］は、母材に含まれるＣｒの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する。
上式（５）、（６）、および（７）において、［ＡＡｌ］／［ＢＡｌ］（以下、Ｓ値と呼ぶ。）、［ＡＣｕ］／［ＢＣｕ］（以下、Ｔ値と呼ぶ。）、［ＡＣｒ］／［ＢＣｒ］（以下、Ｕ値と呼ぶ。）が、それぞれ、０．３０未満の場合、後記する実施例に示すように、Ａｌ、Ｃｕ、およびＣｒの防食皮膜形成成分による耐食性向上作用が有効に発揮されないため、上記特性が低下する。一方、上記Ｓ値、上記Ｔ値、および上記Ｕ値の上限は、耐食性向上の観点からは特に限定されないが、３．０（厳密には３．００）を超えると、溶接部の靭性が劣化し、所定の機械的強度を確保することができない（後記する実施例を参照）。例えば、後記する表５のＮｏ．１２のＳ値は３．０７、表５のＮｏ．１３のＴ値は３．０８、表５のＮｏ．１４のＵ値は３．０７であり、いずれも、上記範囲を超えているため、ＨＡＺ靭性が低下している。これらを総合的に勘案すると、上記Ｓ値、上記Ｔ値、および上記Ｕ値の範囲は、それぞれ、０．５以上２．０以下に制御することが好ましい。
ここで、溶接部分の溶接金属に含まれる［ＡＡｌ］、［ＡＣｕ］、および［ＡＣｒ］は、それぞれ、母材に含まれる［ＢＡｌ］、［ＢＣｕ］、および［ＢＣｒ］と、使用する溶接材料とによって決定され得る。
上記Ｓ値、上記Ｔ値、および上記Ｕ値を、それぞれ、上式（５）から上式（７）の範囲内に制御するためには、母材の鋼中成分および溶接金属の組成を、それぞれ、以下のように制御することが好ましい。
（本発明による第１の溶接継手における、母材の鋼中成分）
本実施形態に用いられる母材は、以下に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの基本成分のほか、Ａｌ、Ｃｕ、およびＣｒを必須成分として含んでおり、且つ、ＰおよびＳの有害成分を抑制している。この母材は、耐食性に優れた船舶用鋼材などとして有用であり、本願出願人は、先に出願を行っている（平成１６年７月２９日出願、特願２００４−２２２３７２）。
本実施形態に用いられる母材は、以下に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの基本成分のほか、Ａｌ、Ｃｕ、およびＣｒを必須成分として含んでおり、且つ、ＰおよびＳの有害成分を抑制している。この母材は、耐食性に優れた船舶用鋼材などとして有用であり、本願出願人は、先に出願を行っている（平成１６年７月２９日出願、特願２００４−２２２３７２）。
まず、本実施形態を特徴付けるＡｌ、Ｃｕ、およびＣｒを説明する。
まず、ＡｌおよびＣｒの作用を説明する。
Ａｌは、鋼材の表面に安定な酸化物の防食皮膜を形成し、耐食性を高める元素である。詳細には、鋼材の腐食によって溶解したＡｌ3+イオンは、溶存酸素などと結合してＡｌ酸化物となり、鋼材の表面に堆積して防食皮膜を形成する。しかしながら、上記皮膜による防食作用は、船舶などの高塩環境下では有効に発揮されない場合がある。また、Ａｌ酸化物の皮膜は、ｐＨが約５〜８．５程度のほぼ中性域で非常に安定であるが、ｐＨが８．５を超えると溶解性が高くなる。特に、船舶が曝される海水の場合、清浄な海水のｐＨは８程度であるが、海藻などが繁殖している海域のｐＨは９．５程度に上昇し、アルカリ性になる。また、腐食のカソード反応が起こっている部位では、溶存酸素の還元で生成したＯＨ−イオンのため、ｐＨが更に上昇する傾向にある。こうしたことから、船舶環境下でのＡｌ酸化物は、必ずしも安定に存在せず、むしろ、容易に溶解するため、Ａｌ酸化物による耐食性が充分発揮されない場合が多い。
一方、Ｃｒは、Ａｌと同様、鋼材の表面に安定な酸化物の皮膜を形成し、防食作用を発揮する。しかし、Ｃｒ酸化物単独では、上記作用は不十分であり、Ａｌ酸化物との共存下で顕著に発揮される。また、Ｃｒ酸化物は、アルカリ領域での安定性に優れるとともに、微量に溶解したＣｒイオンの加水分解によってｐＨを低下させるため、海水のｐＨ上昇によるＡｌ酸化物の溶解を防止し得、Ａｌ酸化物による防食作用を確保できるようになる。
従って、本実施形態では、ＣｒとＡｌとを併用することにした。
以下、ＡｌおよびＣｒの含有量を説明する。
以下、ＡｌおよびＣｒの含有量を説明する。
Ａｌ：０．０５〜０．５０％
Ａｌによる上記作用を有効に発揮させるため、Ａｌを０．０５％以上添加する。Ａｌの含有量が０．０５％未満の場合、Ａｌ3+イオンが海水中に飛散するなどして鋼材の表面に堆積されず、所望の防食皮膜が形成されない。ただし、Ａｌを０．１％を超えて過剰に添加すると、溶接部の靭性がやや低下するなど、溶接性に悪影響を及ぼす恐れがある。母材中のＣおよびＳｉのほか、ＰやＳ（後記する）を適切な範囲に制御することにより、Ａｌを０．１％超の範囲で添加しても、溶接性を確保することができる。しかしながら、Ａｌの含有量が０．５０％を超えて過剰になると、溶接性が低下する。Ａｌの含有量は、０．０８％以上０．４５％以下であることが好ましく、０．１０％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
Ａｌによる上記作用を有効に発揮させるため、Ａｌを０．０５％以上添加する。Ａｌの含有量が０．０５％未満の場合、Ａｌ3+イオンが海水中に飛散するなどして鋼材の表面に堆積されず、所望の防食皮膜が形成されない。ただし、Ａｌを０．１％を超えて過剰に添加すると、溶接部の靭性がやや低下するなど、溶接性に悪影響を及ぼす恐れがある。母材中のＣおよびＳｉのほか、ＰやＳ（後記する）を適切な範囲に制御することにより、Ａｌを０．１％超の範囲で添加しても、溶接性を確保することができる。しかしながら、Ａｌの含有量が０．５０％を超えて過剰になると、溶接性が低下する。Ａｌの含有量は、０．０８％以上０．４５％以下であることが好ましく、０．１０％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
Ｃｒ：０．０１〜５．０％
Ｃｒによる防食作用を有効に発揮させるため、Ｃｒを０．０１％以上添加する。しかしながら、Ｃｒを過剰に添加すると、溶接性が劣化するため、５．０％以下とする。Ｃｒの含有量は、０．０５％以上４．５０％以下である。
Ｃｒによる防食作用を有効に発揮させるため、Ｃｒを０．０１％以上添加する。しかしながら、Ｃｒを過剰に添加すると、溶接性が劣化するため、５．０％以下とする。Ｃｒの含有量は、０．０５％以上４．５０％以下である。
ＣｒおよびＡｌの上記作用は、鋼材に含まれるＣｒの量とＡｌの量との比（［Ｃｒ］／［Ａｌ］、質量比）を、１以上５０以下に制御することによって有効に発揮される。上記の比が１未満の場合、腐食均一性が不十分であり、一方、５０を超えると耐すきま腐食性が低下する。上記の比は、１０以上３５以下とすることが更に好ましい。
更に、本実施形態では、上記のＡｌおよびＣｒに加え、Ｃｕを下記の範囲で含有する。
Ｃｕ：０．０１〜５．０％
Ｃｕは、表面に緻密な錆の皮膜を形成し、耐食性の向上に大きく寄与する。また、この錆皮膜と、前述したＡｌの酸化物および後記するＣｒ酸化物とが共存すると、母材の保護が相乗的に高まり、一層優れた耐食性が発揮される。このような作用を有効に発揮させるため、Ｃｕを０．０１％以上添加する。ただし、Ｃｕを過剰に添加すると、溶接性や熱間加工性が劣化するため、５．０％以下とすることが好ましい。Ｃｕの含有量は、０．０５％以上４．００％以下である。
Ｃｕは、表面に緻密な錆の皮膜を形成し、耐食性の向上に大きく寄与する。また、この錆皮膜と、前述したＡｌの酸化物および後記するＣｒ酸化物とが共存すると、母材の保護が相乗的に高まり、一層優れた耐食性が発揮される。このような作用を有効に発揮させるため、Ｃｕを０．０１％以上添加する。ただし、Ｃｕを過剰に添加すると、溶接性や熱間加工性が劣化するため、５．０％以下とすることが好ましい。Ｃｕの含有量は、０．０５％以上４．００％以下である。
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは、強度確保のために添加される。船舶の構造部材に要求される最低レベルの強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね、４００ＭＰａ程度）を確保するため、０．０１％以上添加する。しかし、Ｃを０．２０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｃの含有量は、０．０４％以上０．１８％以下であることが好ましく、０．０８％以上０．１６％以下であることがより好ましい。
Ｃは、強度確保のために添加される。船舶の構造部材に要求される最低レベルの強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね、４００ＭＰａ程度）を確保するため、０．０１％以上添加する。しかし、Ｃを０．２０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｃの含有量は、０．０４％以上０．１８％以下であることが好ましく、０．０８％以上０．１６％以下であることがより好ましい。
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために添加される。Ｓｉの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｓｉを０．５０％を超えて過剰に添加すると、溶接性が劣化する。Ｓｉの含有量は、０．０５％以上０．４０％以下であることが好ましく、０．１０％以上０．３０％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために添加される。Ｓｉの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｓｉを０．５０％を超えて過剰に添加すると、溶接性が劣化する。Ｓｉの含有量は、０．０５％以上０．４０％以下であることが好ましく、０．１０％以上０．３０％以下であることがより好ましい。
Ｍｎ：０．０１〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸および強度確保のために添加される。Ｍｎの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｍｎを２．０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｍｎの含有量は、０．０５％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．１０％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸および強度確保のために添加される。Ｍｎの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｍｎを２．０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｍｎの含有量は、０．０５％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．１０％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）
Ｐは、靭性や溶接性を劣化させるため、含有量をできるだけ抑えることが好ましい。Ｐの含有量が０．０２０％を超えると、船舶などに要求される溶接性を確保することができない。Ｐの含有量は、０．０１５％以下であることが好ましい。
Ｐは、靭性や溶接性を劣化させるため、含有量をできるだけ抑えることが好ましい。Ｐの含有量が０．０２０％を超えると、船舶などに要求される溶接性を確保することができない。Ｐの含有量は、０．０１５％以下であることが好ましい。
Ｓ：０．０１０％以下（０％を含む）
Ｓは、Ｐと同様、靭性や溶接性を劣化させるため、含有量をできるだけ抑えることが好ましい。Ｓの含有量が０．０１０％を超えると、船舶などに要求される溶接性を確保することができない。Ｓの含有量は、０．００８％以下であることが好ましい。
Ｓは、Ｐと同様、靭性や溶接性を劣化させるため、含有量をできるだけ抑えることが好ましい。Ｓの含有量が０．０１０％を超えると、船舶などに要求される溶接性を確保することができない。Ｓの含有量は、０．００８％以下であることが好ましい。
本発明による第１の溶接継手に用いられる母材の基本成分は上記の通りであり、残部は鉄および不可避不純物（例えば、Ｏ等）である。なお、本発明の作用を阻害しない程度に、他の許容成分（例えば、Ｚｒ，Ｎ等）を更に添加してもよい。これらの許容成分は、その含有量が過剰になると靭性が劣化するため、合計で、０．１％程度以下に抑えることが好ましい。
さらに、上記母材には、必要に応じて、（ｉ）Ｎｉ：０．０１〜５．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｉｉ）Ｃａ：０．０００５〜０．０２０％および／またはＭｇ：０．０００５〜０．０２０％、（ｉｉｉ）Ｓｅ：０．０１〜０．５０％、（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５０％および／またはＳｎ：０．０１〜０．５０％、（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種等を更に添加しても良く、添加成分の種類に応じて、溶接継手の特性が更に改善される。
（ｉ）Ｎｉ：０．０１〜５．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、いずれも、表面に緻密な錆の被膜を形成し、耐食性を高める。更に、Ｔｉは、すきま内部における腐食を抑制し、耐すきま腐食性も向上させる。ただし、これらの元素を過剰に添加すると溶接性や熱間加工性が劣化する。これらを勘案して、上記元素の含有量を、それぞれ、上記範囲に定めた。ＮｉおよびＣｏの含有量は、それぞれ、０．０５％以上４．５０％以下であることがより好ましい。また、Ｔｉの含有量は、０．００８％以上０．１５％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、いずれも、表面に緻密な錆の被膜を形成し、耐食性を高める。更に、Ｔｉは、すきま内部における腐食を抑制し、耐すきま腐食性も向上させる。ただし、これらの元素を過剰に添加すると溶接性や熱間加工性が劣化する。これらを勘案して、上記元素の含有量を、それぞれ、上記範囲に定めた。ＮｉおよびＣｏの含有量は、それぞれ、０．０５％以上４．５０％以下であることがより好ましい。また、Ｔｉの含有量は、０．００８％以上０．１５％以下であることがより好ましい。
（ｉｉ）Ｃａ：０．０００５〜０．０２０％および／またはＭｇ：０．０００５〜０．０２０％
ＣａおよびＭｇは、溶解によってｐＨ上昇作用を示し、鉄の溶解が生じている局部アノードの加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑え、耐食性を向上させる。このような作用は、上記元素を、それぞれ、０．０００５％以上添加することによって有効に発揮される。ただし、上記元素を０．０２０％を超えて過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下する。上記元素の含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．０１５％以下であることがより好ましい。
ＣａおよびＭｇは、溶解によってｐＨ上昇作用を示し、鉄の溶解が生じている局部アノードの加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑え、耐食性を向上させる。このような作用は、上記元素を、それぞれ、０．０００５％以上添加することによって有効に発揮される。ただし、上記元素を０．０２０％を超えて過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下する。上記元素の含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．０１５％以下であることがより好ましい。
（ｉｉｉ）Ｓｅ：０．００５〜０．５０％
Ｓｅは、腐食の溶解反応が起こっている部位のｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑え、腐食均一性を向上させる。Ｓｅによる上記作用は、特に、溶接継手に形成される「すきま部」の局部腐食を抑制するのに有効に発揮される。すきま部は、物質の移動が制限されているため、ｐＨの低下が局所的に生じやすいからである。このような作用を有効に発揮するため、Ｓｅを０．００５％以上添加する。しかしながら、Ｓｅを０．５０％を超えて過剰に添加すると、加工性および溶接性が劣化する。Ｓｅの含有量は、０．００８％以上０．４５％であることが好ましく、０．０１０％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
Ｓｅは、腐食の溶解反応が起こっている部位のｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑え、腐食均一性を向上させる。Ｓｅによる上記作用は、特に、溶接継手に形成される「すきま部」の局部腐食を抑制するのに有効に発揮される。すきま部は、物質の移動が制限されているため、ｐＨの低下が局所的に生じやすいからである。このような作用を有効に発揮するため、Ｓｅを０．００５％以上添加する。しかしながら、Ｓｅを０．５０％を超えて過剰に添加すると、加工性および溶接性が劣化する。Ｓｅの含有量は、０．００８％以上０．４５％であることが好ましく、０．０１０％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５０％および／またはＳｎ：０．０１〜０．５０％
ＳｂおよびＳｎは、本実施形態の必須成分であるＣｕによる錆の緻密化作用、上記（ｉ）の元素（Ｎｉ，Ｔｉ等）による錆の緻密化作用、並びに上記（ｉｉｉ）のＳｅおよび上記（ｉｉ）の元素（Ｃａ，Ｍｇ）によるｐＨ低下抑制作用を促進し、耐食性を向上させる。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素を、いずれも、０．０１％以上添加することが好ましい。ただし、上記元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が劣化するため、それぞれ、０．５０％以下とすることが好ましい。上記元素の含有量は、それぞれ、０．０２％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
ＳｂおよびＳｎは、本実施形態の必須成分であるＣｕによる錆の緻密化作用、上記（ｉ）の元素（Ｎｉ，Ｔｉ等）による錆の緻密化作用、並びに上記（ｉｉｉ）のＳｅおよび上記（ｉｉ）の元素（Ｃａ，Ｍｇ）によるｐＨ低下抑制作用を促進し、耐食性を向上させる。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素を、いずれも、０．０１％以上添加することが好ましい。ただし、上記元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が劣化するため、それぞれ、０．５０％以下とすることが好ましい。上記元素の含有量は、それぞれ、０．０２％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、強度の向上に有用である。ただし、これらの元素を過剰に添加すると、母材の靭性が劣化する。これらの点を勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｂの含有量は、０．０００３％以上０．００９０％以下であることがより好ましい。Ｖの含有量は、０．０２％以上０．４５％以下であることがより好ましい。Ｎｂの含有量は、０．００５％以上０．４５％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、強度の向上に有用である。ただし、これらの元素を過剰に添加すると、母材の靭性が劣化する。これらの点を勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｂの含有量は、０．０００３％以上０．００９０％以下であることがより好ましい。Ｖの含有量は、０．０２％以上０．４５％以下であることがより好ましい。Ｎｂの含有量は、０．００５％以上０．４５％以下であることがより好ましい。
本実施形態の鋼材は、必要に応じて、更に塗装が施されていてもよい。例えば、後記する実施例に示すように、タールエポキシ樹脂塗料を用いて塗膜を形成しても良い。あるいは、上記塗料以外の代表的な重防食塗装法、例えば、ジンクリッチペイントやショッププライマーによる塗装を行ってもよい。更に、電気防食などの防食方法を併用することも可能である。これらの方法により、塗装耐食性は更に高められる（後記する実施例を参照）。
（本発明による第１の溶接継手における、溶接金属の組成）
上記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）およびＳ：０．０１０％（０％を含む）に抑制し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。すなわち、溶接金属の組成は、母材と実質的に同じであることが好ましい。
上記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）およびＳ：０．０１０％（０％を含む）に抑制し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。すなわち、溶接金属の組成は、母材と実質的に同じであることが好ましい。
次に、本発明による第１の溶接継手を作製するための好ましい方法を説明する。
本発明による第１の溶接継手は、例えば、母材および溶接材料の組成を適切に制御することによって得られる。母材の好ましい鋼中成分は、前述したとおりである。
溶接材料は、Ｓ値、Ｔ値、およびＵ値が、それぞれ、上式（５）、上式（６）、および上式（７）の範囲を満足するように、特に、Ａｌ、Ｃｕ，およびＣｒの含有量を適切に制御することが好ましい。具体的には、溶接材料の組成は、溶接条件などによっても相違するが、溶接材料のＡｌ量は、母材のＡｌ量に比べて、おおむね、０．３倍超３．１倍未満の範囲に制御することが好ましく、厳密には、０．３０倍超３．１０倍未満の範囲に制御することがより好ましい（後記する実施例を参照）。また、溶接材料のＣｕ量は、母材のＣｕ量に比べて、おおむね、０．１倍超２．７倍未満の範囲に制御することが好ましく、厳密には、０．１０倍超２．７０倍未満の範囲に制御することがより好ましい（後記する実施例を参照）。また、溶接材料のＣｒ量は、母材のＣｒ量に比べて、おおむね、０．２倍超３．０倍未満の範囲に制御することが好ましく、厳密には、０．２０倍超３．００倍未満の範囲に制御することがより好ましい（後記する実施例を参照）。例えば、後記する表５のＮｏ．１は、溶接材料中のＣｕ量／母材中のＣｕ量≒０．０９６と、上記の好ましい範囲を下回っているため、塗装耐食性などが低下している。また、表５のＮｏ．３は、溶接材料中のＣｒ量／母材中のＣｒ量≒０．１８６と、上記の好ましい範囲を下回っているため、塗装耐食性などが低下している。また、表５のＮｏ．８は、溶接材料中のＣｒ量／母材中のＣｒ量≒２．９６６と、上記の好ましい範囲内であるため、耐食性に優れているが、表５のＮｏ．１４は、溶接材料中のＣｒ量／母材中のＣｒ量≒３．０５１と、上記の好ましい範囲を超えているため、ＨＡＺ靭性が低下している。溶接材料の他の成分は、本発明による第１の溶接継手が得られる限り、特に限定されないが、例えば、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％の範囲内に制御し、且つ、Ｐを０．０２０％以下（０％を含む）、およびＳを０．０１０％以下（０％を含む）に抑制することが推奨される。
溶接条件の種類は特に限定されず、溶接継手の機械特性（強度や靭性など）を高められるよう、通常、汎用される溶接方法を適宜選択して用いることができる。代表的には、アーク溶接が挙げられ、例えば、後記する実施例に記載のサブマージアーク溶接（自動溶接）、ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤなどの半自動アーク溶接、被覆アーク溶接やティグ溶接（ＴＩＧ）などの手アーク溶接が含まれる。そのほか、ガス溶接を行っても良い。
（本発明による第２の溶接継手）
本発明による第２の溶接継手は、下式（４）を満足する。これにより、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供することができる。
０．３０≦［ＡＳｅ］／［ＢＳｅ］≦３．０・・・ （４）
式中、
［ＡＳｅ］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＳｅの含有量（質量％）、
［ＢＳｅ］は、母材に含まれるＳｅの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する。
本発明による第２の溶接継手は、下式（４）を満足する。これにより、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供することができる。
０．３０≦［ＡＳｅ］／［ＢＳｅ］≦３．０・・・ （４）
式中、
［ＡＳｅ］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＳｅの含有量（質量％）、
［ＢＳｅ］は、母材に含まれるＳｅの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する。
上式（４）において、［ＡＳｅ］／［ＢＳｅ］（以下、Ｒ値と呼ぶ。）が、いずれも、０．３０未満の場合、後記する実施例に示すように、Ｓｅの防食皮膜形成成分による耐食性向上作用が有効に発揮されないため、これらの特性が低下する。一方、上記Ｒ値の上限は、耐食性向上の観点からは特に限定されないが、３．０（厳密には３．００）を超えると、溶接部の靭性が劣化し、所定の機械的強度を確保することができない。これらを総合的に勘案すると、上記Ｒ値は、０．５以上２．０以下であることが好ましい。
ここで、溶接部分の溶接金属に含まれる［ＡＳｅ］は、主に、母材に含まれる［ＢＳｅ］と、使用する溶接材料とによって決定され得る。
上記Ｒ値を、それぞれ、上式（４）の範囲内に制御するためには、母材の鋼中成分および溶接金属の組成を、それぞれ、以下のように制御することが好ましい。
（本発明による第２の溶接継手における、母材の鋼中成分）
本実施形態に用いられる母材は、以下に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの基本成分のほか、Ｓｅを必須成分として含んでいる。この母材は、耐食性に優れた船舶用鋼材などとして有用であり、本願出願人は、先に出願を行っている（平成１６年６月２９日出願、特願２００４−１９１７５９）。
本実施形態に用いられる母材は、以下に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの基本成分のほか、Ｓｅを必須成分として含んでいる。この母材は、耐食性に優れた船舶用鋼材などとして有用であり、本願出願人は、先に出願を行っている（平成１６年６月２９日出願、特願２００４−１９１７５９）。
まず、本実施形態を特徴付けるＳｅについて説明する。
Ｓｅ：０．００５〜０．５０％
Ｓｅは、腐食の溶解反応が生じている部位のｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑え、耐食性を向上させる作用を有する。これにより、ｐＨの局部的な変化が起こり難くなり、腐食均一性が向上する。
Ｓｅは、腐食の溶解反応が生じている部位のｐＨ低下を抑制して腐食反応を抑え、耐食性を向上させる作用を有する。これにより、ｐＨの局部的な変化が起こり難くなり、腐食均一性が向上する。
この点について、もう少し詳しく説明する。例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどの錆を緻密化または安定化させる元素（後記する）を添加した場合、後記する実施例に示すように、耐全面腐食性は向上するが、その一方で、腐食起点部でｐＨが低下し、局部腐食が増加する傾向にある。Ｓｅは、局部腐食の起点となりやすい錆の欠陥部分に濃縮する傾向があるため、局部的なｐＨの低下に対し、ｐＨ低下抑制作用を発揮すると考えられる。特に、すきま部は、物質の移動が制限されているため、ｐＨの低下が局所的に発生して局部腐食が生じるが、Ｓｅの添加により、このような局部腐食を有効に抑えられる。このようなＳｅによる腐食均一性および耐局部腐食性の向上作用は、前述したＣｕ，Ｎｉ，Ｔｉなどと併用することにより、飛躍的に向上する。
上記作用を有効に発揮させるため、Ｓｅを０．００５％以上添加する。しかしながら、Ｓｅを０．５０％を超えて過剰に添加すると、加工性および溶接性が劣化する。Ｓｅの含有量は、０．００６％以上０．４５％以下であることが好ましく、０．００８％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
Ｃ：０．０１〜０．３０％
Ｃは、材料の強度確保のために必要である。船舶の構造部材に要求される最低レベルの強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね、４００ＭＰａ程度）を確保するため、Ｃを０．０１％以上添加する。しかし、Ｃを０．３０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｃの含有量は、０．０２％以上０．２８％以下であることが好ましく、０．０４％以上０．２６％以下であることがより好ましい。
Ｃは、材料の強度確保のために必要である。船舶の構造部材に要求される最低レベルの強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね、４００ＭＰａ程度）を確保するため、Ｃを０．０１％以上添加する。しかし、Ｃを０．３０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｃの含有量は、０．０２％以上０．２８％以下であることが好ましく、０．０４％以上０．２６％以下であることがより好ましい。
Ｓｉ：０．０１〜２．０％
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために添加される。Ｓｉの含有量が０．０１％未満では、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｓｉを２．０％を超えて過剰に添加すると、溶接性が劣化する。Ｓｉの含有量は、０．０２％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．０５％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために添加される。Ｓｉの含有量が０．０１％未満では、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｓｉを２．０％を超えて過剰に添加すると、溶接性が劣化する。Ｓｉの含有量は、０．０２％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．０５％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｍｎ：０．０１〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸と強度確保のために添加される。Ｍｎの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｍｎを２．０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｍｎの含有量は、０．０５％以上１．８０％であることが好ましく、０．１０％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸と強度確保のために添加される。Ｍｎの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｍｎを２．０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｍｎの含有量は、０．０５％以上１．８０％であることが好ましく、０．１０％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは、ＳｉおよびＭｎと同様、脱酸と強度確保のために添加される。Ａｌの含有量が０．００５％未満の場合、脱酸作用が有効に発揮されない。しかし、Ａｌを０．１０％を超えて添加すると、溶接性が低下する。Ａｌの含有量は、０．０１０％以上０．０５０％以下であることが好ましく、０．０１５％以上０．０４０％以下であることがより好ましい。
Ａｌは、ＳｉおよびＭｎと同様、脱酸と強度確保のために添加される。Ａｌの含有量が０．００５％未満の場合、脱酸作用が有効に発揮されない。しかし、Ａｌを０．１０％を超えて添加すると、溶接性が低下する。Ａｌの含有量は、０．０１０％以上０．０５０％以下であることが好ましく、０．０１５％以上０．０４０％以下であることがより好ましい。
本発明による第２の溶接継手に用いられる母材の基本成分は上記の通りであり、残部は鉄および不可避不純物（例えば、Ｐ，Ｓ，Ｏ等）である。なお、本発明の作用を阻害しない程度に、他の許容成分（例えば、Ｚｒ，Ｎ等）を更に添加しても良い。これらの許容成分は、その含有量が過剰になると、靭性が劣化するため、合計で、０．１％程度以下に抑えることが好ましい。
さらに、上記母材には、必要に応じて、（ｉ）Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、Ｎｉ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｉｉ）Ｌａ：０．０００５〜０．１５％、Ｃｅ：０．０００５〜０．１５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１５％、およびＭｇ：０．０００５〜０．０１５％よりなる群から選ばれる一種以上、（ｉｉｉ）Ｍｏ：０．０１〜５．０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５％、Ａｓ：０．０１〜０．５％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、およびＴｅ：０．０１〜０．５％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｖｉ）Ｚｎ：０．００１〜０．１０％を更に添加しても良く、添加成分の種類に応じて、溶接継手の特性が更に改善される。
（ｉ）Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％、Ｃｏ：０．０１〜５．０％、Ｎｉ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる一種以上
これらの元素は、表面に緻密な錆の被膜を形成することによって耐食性向上に大きく寄与する。更に、Ｃｏは、高塩分環境下の腐食抑制に有用である。また、Ｔｉは、上記作用のほか、すきま内部の腐食を抑制し、耐すきま腐食性も向上させる。ただし、これらの元素を過剰に添加すると、溶接性や熱間加工性が劣化する。これらの点を勘案し、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉの含有量は、それぞれ、０．０５％以上４．５０％以下であることがより好ましい。Ｔｉの含有量は、０．００８％以上０．１５％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、表面に緻密な錆の被膜を形成することによって耐食性向上に大きく寄与する。更に、Ｃｏは、高塩分環境下の腐食抑制に有用である。また、Ｔｉは、上記作用のほか、すきま内部の腐食を抑制し、耐すきま腐食性も向上させる。ただし、これらの元素を過剰に添加すると、溶接性や熱間加工性が劣化する。これらの点を勘案し、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉの含有量は、それぞれ、０．０５％以上４．５０％以下であることがより好ましい。Ｔｉの含有量は、０．００８％以上０．１５％以下であることがより好ましい。
（ｉｉ）Ｌａ：０．０００５〜０．１５％、Ｃｅ：０．０００５〜０．１５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１５％、およびＭｇ：０．０００５〜０．０１５％よりなる群から選ばれる一種以上
これらの元素は、腐食によって溶解したＦｅイオンの加水分解によるｐＨ低下を抑制するほか、必要によって添加される上記（ｉ）の元素（Ｃｕ等）による錆緻密化作用を促進し、ＳｅによるｐＨ低下抑制作用を更に高める作用がある。しかしながら、これらの元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下する。これらを勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。ＬａおよびＣｅの含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．１０％以下であることがより好ましい。また、ＣａおよびＭｇの含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．０１０％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、腐食によって溶解したＦｅイオンの加水分解によるｐＨ低下を抑制するほか、必要によって添加される上記（ｉ）の元素（Ｃｕ等）による錆緻密化作用を促進し、ＳｅによるｐＨ低下抑制作用を更に高める作用がある。しかしながら、これらの元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下する。これらを勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。ＬａおよびＣｅの含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．１０％以下であることがより好ましい。また、ＣａおよびＭｇの含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．０１０％以下であることがより好ましい。
（ｉｉｉ）Ｍｏ：０．０１〜５．０％
Ｍｏは、腐食均一性を高め、局部腐食による穴あきを抑制する。特に、Ｍｏと上記（ｉ）の元素（Ｃｕ、Ｃｒ，Ｃｏ等）とを併用することにより、腐食均一性が一層向上する。しかし、Ｍｏを過剰に添加すると、溶接性が劣化する。これらを勘案して、Ｍｏの好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｍｏの含有量は、０．０２％以上４．５０％であることがより好ましい。
Ｍｏは、腐食均一性を高め、局部腐食による穴あきを抑制する。特に、Ｍｏと上記（ｉ）の元素（Ｃｕ、Ｃｒ，Ｃｏ等）とを併用することにより、腐食均一性が一層向上する。しかし、Ｍｏを過剰に添加すると、溶接性が劣化する。これらを勘案して、Ｍｏの好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｍｏの含有量は、０．０２％以上４．５０％であることがより好ましい。
（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５％、Ａｓ：０．０１〜０．５％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、およびＴｅ：０．０１〜０．５％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、上記（ｉ）の元素（Ｃｕ等）による錆緻密化作用や、上記（ｉｉ）の元素（Ｌａ等）によるｐＨ低下作用を促進し、耐食性を向上させる。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素は、いずれも、０．０１％以上添加することが好ましい。ただし、これらの元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下するため、いずれの元素も、０．５％以下とすることが好ましい。上記元素の含有量は、それぞれ、０．０２％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、上記（ｉ）の元素（Ｃｕ等）による錆緻密化作用や、上記（ｉｉ）の元素（Ｌａ等）によるｐＨ低下作用を促進し、耐食性を向上させる。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素は、いずれも、０．０１％以上添加することが好ましい。ただし、これらの元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下するため、いずれの元素も、０．５％以下とすることが好ましい。上記元素の含有量は、それぞれ、０．０２％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、強度向上に寄与する。ただし、過剰に添加すると、母材の靭性が低下するため、上記元素の含有量を、それぞれ、上記範囲に定めた。Ｂの含有量は、０．０００３％以上０．００９０％以下であることがより好ましい。Ｖの含有量は、０．０２％以上０．４５％以下であることがより好ましい。Ｎｂの含有量は、０．００５％以上０．４５％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、強度向上に寄与する。ただし、過剰に添加すると、母材の靭性が低下するため、上記元素の含有量を、それぞれ、上記範囲に定めた。Ｂの含有量は、０．０００３％以上０．００９０％以下であることがより好ましい。Ｖの含有量は、０．０２％以上０．４５％以下であることがより好ましい。Ｎｂの含有量は、０．００５％以上０．４５％以下であることがより好ましい。
本実施形態の鋼材は、必要に応じて、更に塗装が施されていてもよい。例えば、後記する実施例に示すように、タールエポキシ樹脂塗料を用いて塗膜を形成しても良い。あるいは、上記塗料以外の代表的な重防食塗装法、例えば、ジンクリッチペイントやショッププライマーによる塗装を行ってもよい。更に、電気防食などの防食方法を併用することも可能である。これらの方法により、塗装耐食性は更に高められる（後記する実施例を参照）。
（本発明による第２の溶接継手における、溶接金属の組成）
上記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％を夫々含有する他、Ｓｅ：０．００５〜０．５０％を含有し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。すなわち、溶接金属の組成は、母材と実質的に同じであることが好ましい。
上記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％を夫々含有する他、Ｓｅ：０．００５〜０．５０％を含有し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。すなわち、溶接金属の組成は、母材と実質的に同じであることが好ましい。
次に、本発明による第２の溶接継手を作製するための好ましい方法を説明する。
本発明による第２の溶接継手は、例えば、母材および溶接材料の組成を適切に制御することによって得られる。母材の好ましい鋼中成分は、前述したとおりである。
溶接材料は、Ｒ値が上式（４）の範囲を満足するように、特に、Ｓｅの含有量を適切に制御することが好ましい。具体的には、溶接材料の組成は、溶接条件などによっても相違するが、溶接材料のＳｅ量は、母材のＳｅ量に比べて、おおむね、０．３５倍超４．０倍未満（厳密には、４．００倍未満）の範囲に制御することが好ましい。溶接材料の他の成分は、本発明による第２の溶接継手が得られる限り、特に限定されないが、例えば、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％の範囲内に制御することが推奨される。
溶接条件の種類は特に限定されず、溶接継手の機械特性（強度や靭性など）を高められるよう、通常、汎用される溶接方法を適宜選択して用いることができる。代表的には、アーク溶接が挙げられ、例えば、後記する実施例に記載のサブマージアーク溶接（自動溶接）、ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤなどの半自動アーク溶接、被覆アーク溶接やティグ溶接（ＴＩＧ）などの手アーク溶接が含まれる。そのほか、ガス溶接を行っても良い。
（本発明による第３の溶接継手）
本発明による第３の溶接継手は、下式（８）を満足する。これにより、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供することができる。
０．３０≦［ＡＺｎ］／［ＢＺｎ］≦３．０ ・・・ （８）
式中、
［ＡＺｎ］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＺｎの含有量（質量％）、
［ＢＺｎ］は、母材に含まれるＺｎの含有量（質量％）、
をそれぞれ、意味する、
本発明による第３の溶接継手は、下式（８）を満足する。これにより、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた溶接構造体を提供することができる。
０．３０≦［ＡＺｎ］／［ＢＺｎ］≦３．０ ・・・ （８）
式中、
［ＡＺｎ］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＺｎの含有量（質量％）、
［ＢＺｎ］は、母材に含まれるＺｎの含有量（質量％）、
をそれぞれ、意味する、
上式（８）において、［ＡＺｎ］／［ＢＺｎ］（以下、Ｖ値と呼ぶ。）が０．３０未満の場合、後記する実施例に示すように、Ｚｎの防食皮膜形成成分による耐食性向上作用が有効に発揮されないため、上記特性が低下する。一方、上記Ｖ値は、耐食性向上の観点からは特に限定されないが、３．０（厳密には３．００）を超えると、溶接部の靭性が劣化し、所定の機械的強度を確保することができない。これらを総合的に勘案すると、上記Ｖ値は、０．５以上２．０以下に制御することが好ましい。
ここで、溶接部分の溶接金属に含まれる［ＡＺｎ］は、主に、母材に含まれる［ＢＺｎ］と、使用する溶接材料とによって決定され得る。
上記Ｖ値を、それぞれ、上式（８）の範囲内に制御するためには、母材の鋼中成分および溶接金属の組成を、それぞれ、以下のように制御することが好ましい。
（本発明による第３の溶接継手における、母材の鋼中成分）
本実施形態に用いられる母材は、以下に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの基本成分のほか、Ｚｎを必須成分として含んでいる。この母材は、耐食性に優れた石油類タンク用鋼材などとして有用であり、本願出願人は、先に出願を行っている（平成１６年１０月２１日出願、特願２００４−３０７１３０）。
本実施形態に用いられる母材は、以下に示すように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの基本成分のほか、Ｚｎを必須成分として含んでいる。この母材は、耐食性に優れた石油類タンク用鋼材などとして有用であり、本願出願人は、先に出願を行っている（平成１６年１０月２１日出願、特願２００４−３０７１３０）。
まず、本実施形態を特徴付けるＺｎを説明する。
Ｚｎ：０．００１〜０．１０％
Ｚｎは、石油類に由来する硫黄分（元素状硫黄や硫化水素ガスなど）が存在する環境下での耐食性を高めるのに有用である。一般に、鋼が水に溶解して腐食する反応は比較的緩慢であり、その腐食速度は、非常に遅くて問題にならないが、硫黄がある程度存在する環境下では、硫黄によって溶解反応が促進するため、腐食が顕著に進むと考えられている。鋼中のＺｎは、Ｆｅや他の合金元素に比べて電位が卑であるため、当該環境に置かれた場合には選択的に溶解しやすい。溶解したＺｎは、硫黄と反応して硫化亜鉛（ＺｎＳ）を生成し、鋼材の表面に沈殿して硫化亜鉛の被膜が形成される。硫化亜鉛は水溶性が低いため、上記被膜の形成により、素地鋼材は、水分環境下から保護され、腐食の進行が抑えられる。特に、物質の移動が制限されているすきま部分では、硫化亜鉛は、沖合に飛散せず鋼材の表面に沈殿しやすいことから、Ｚｎの添加により、耐すきま腐食性は一層高められる。Ｚｎによる上記作用は、必要によって添加される錆の緻密化作用または安定化作用を発揮するＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉなどの元素と併用することにより、飛躍的に向上する。
Ｚｎは、石油類に由来する硫黄分（元素状硫黄や硫化水素ガスなど）が存在する環境下での耐食性を高めるのに有用である。一般に、鋼が水に溶解して腐食する反応は比較的緩慢であり、その腐食速度は、非常に遅くて問題にならないが、硫黄がある程度存在する環境下では、硫黄によって溶解反応が促進するため、腐食が顕著に進むと考えられている。鋼中のＺｎは、Ｆｅや他の合金元素に比べて電位が卑であるため、当該環境に置かれた場合には選択的に溶解しやすい。溶解したＺｎは、硫黄と反応して硫化亜鉛（ＺｎＳ）を生成し、鋼材の表面に沈殿して硫化亜鉛の被膜が形成される。硫化亜鉛は水溶性が低いため、上記被膜の形成により、素地鋼材は、水分環境下から保護され、腐食の進行が抑えられる。特に、物質の移動が制限されているすきま部分では、硫化亜鉛は、沖合に飛散せず鋼材の表面に沈殿しやすいことから、Ｚｎの添加により、耐すきま腐食性は一層高められる。Ｚｎによる上記作用は、必要によって添加される錆の緻密化作用または安定化作用を発揮するＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉなどの元素と併用することにより、飛躍的に向上する。
このような作用を有効に発揮させるため、Ｚｎを０．００１％以上添加する。しかしながら、Ｚｎを、０．１０％を超えて過剰に添加すると加工性および溶接性が低下する。Ｚｎの含有量は、０．００３％以上０．０９％以下であることが好ましく、０．００５％以上０．０８％以下であることがより好ましい。
Ｃ：０．０１〜０．３０％
Ｃは、材料の強度確保のために添加される。本実施形態の溶接継手を、例えば、石油類タンクなどの構造部材として適用する場合、最低レベルの強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね、４００ＭＰａ程度）を確保するため、Ｃを０．０１％以上添加する。しかし、Ｃを０．３０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｃの含有量は、０．０２％以上０．２８％以下であることが好ましく、０．０４％以上０．２６％以下であることがより好ましい。
Ｃは、材料の強度確保のために添加される。本実施形態の溶接継手を、例えば、石油類タンクなどの構造部材として適用する場合、最低レベルの強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね、４００ＭＰａ程度）を確保するため、Ｃを０．０１％以上添加する。しかし、Ｃを０．３０％を超えて過剰に添加すると、靱性が劣化する。Ｃの含有量は、０．０２％以上０．２８％以下であることが好ましく、０．０４％以上０．２６％以下であることがより好ましい。
Ｓｉ：０．０１〜２．０％
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために添加される。Ｓｉの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｓｉを２．０％を超えて過剰に添加すると、溶接性が劣化する。Ｓｉの含有量は、０．０２％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．０５％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために添加される。Ｓｉの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｓｉを２．０％を超えて過剰に添加すると、溶接性が劣化する。Ｓｉの含有量は、０．０２％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．０５％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｍｎ：０．０１〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸および強度確保のために添加される。Ｍｎの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｍｎを、２．０％を超えて過剰に添加すると靱性が劣化する。Ｍｎ含有量の含有量は、０．０５％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．１０％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸および強度確保のために添加される。Ｍｎの含有量が０．０１％未満の場合、構造部材に要求される最低レベルの強度を確保することができない。しかし、Ｍｎを、２．０％を超えて過剰に添加すると靱性が劣化する。Ｍｎ含有量の含有量は、０．０５％以上１．８０％以下であることが好ましく、０．１０％以上１．６０％以下であることがより好ましい。
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは、ＳｉおよびＭｎと同様、脱酸および強度確保のために添加される。Ａｌの含有量が０．００５％未満の場合、所望の脱酸作用が得られない。しかし、Ａｌを、０．１０％を超えて添加すると溶接性が低下する。Ａｌの含有量は、０．０１０％以上０．０５０％以下であることが好ましく、０．０１５％以上０．０４０％以下であることがより好ましい。
Ａｌは、ＳｉおよびＭｎと同様、脱酸および強度確保のために添加される。Ａｌの含有量が０．００５％未満の場合、所望の脱酸作用が得られない。しかし、Ａｌを、０．１０％を超えて添加すると溶接性が低下する。Ａｌの含有量は、０．０１０％以上０．０５０％以下であることが好ましく、０．０１５％以上０．０４０％以下であることがより好ましい。
本発明による第３の溶接継手に用いられる母材の基本成分は上記の通りであり、残部は鉄および不可避不純物（例えば、Ｐ，Ｓ，Ｏ等）である。なお、本発明の作用を阻害しない程度に、他の許容成分（例えば、Ｚｒ，Ｎ等）を更に添加してもよい。これらの許容成分は、その含有量が過剰になると靭性が劣化するため、合計で、約０．１％程度以下に抑えることが好ましい。
さらに、上記母材には、必要に応じて、（ｉ）Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｎｉ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｉｉ）Ｃａ：０．０００５〜０．０１５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１５％、およびＳｅ：０．００５〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種、（ｉｉｉ）Ｍｏ：０．０１〜５．０％、（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５％、（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種等を更に添加しても良く、添加成分の種類に応じて、溶接継手の特性が更に改善される。
（ｉ）Ｃｕ：０．０１〜５．０％、Ｎｉ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．０１〜５．０％、およびＴｉ：０．００５〜０．２０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、いずれも、鋼材の表面に緻密な錆の被膜を形成し、耐食性向上に寄与する。前述したように、本実施形態では、Ｚｎの添加によって鋼材の表面に硫化亜鉛の被膜が形成されるが、この被膜は、素地鋼材との密着性があまり良好でないため、石油類などの流動成分によって剥離する恐れがある。上記（ｉ）の元素によって形成される錆の被膜は、上記硫化亜鉛の被膜を取り込むように形成されるため、石油類などの流動成分に対する保護膜として作用し、耐食性の低下を防止できる。更に、Ｔｉは、上記作用のほか、すきま内部における腐食を抑制し、耐すきま腐食性も向上させる。Ｃｕ、Ｎｉ，およびＣｒの含有量は、０．０５％以上４．５０％以下であることがより好ましい。Ｔｉの含有量は、０．００８％以上０．１５％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、いずれも、鋼材の表面に緻密な錆の被膜を形成し、耐食性向上に寄与する。前述したように、本実施形態では、Ｚｎの添加によって鋼材の表面に硫化亜鉛の被膜が形成されるが、この被膜は、素地鋼材との密着性があまり良好でないため、石油類などの流動成分によって剥離する恐れがある。上記（ｉ）の元素によって形成される錆の被膜は、上記硫化亜鉛の被膜を取り込むように形成されるため、石油類などの流動成分に対する保護膜として作用し、耐食性の低下を防止できる。更に、Ｔｉは、上記作用のほか、すきま内部における腐食を抑制し、耐すきま腐食性も向上させる。Ｃｕ、Ｎｉ，およびＣｒの含有量は、０．０５％以上４．５０％以下であることがより好ましい。Ｔｉの含有量は、０．００８％以上０．１５％以下であることがより好ましい。
（ｉｉ）Ｃａ：０．０００５〜０．０１５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１５％、およびＳｅ：０．００５〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、腐食によって溶解したＦｅイオンの加水分解によるｐＨ低下を抑制する作用を有し、ｐＨ低下による腐食促進を抑える作用を有する。その結果、ｐＨの局部的な変化が起こり難くなり、腐食均一性が向上する。前述したように、本実施形態では、Ｚｎの添加によって鋼材の表面に硫化亜鉛の被膜が形成されるが、硫化亜鉛は、酸性溶液に対する溶解度が比較的高いため、ｐＨの低下が局所的に生じた部分では、硫化亜鉛の被膜は溶解し、所望とする保護作用が発揮されない。これに対し、上記元素を添加すると、ｐＨ低下抑制作用によって局所的な酸性化が防止されるため、硫化亜鉛の溶解は抑止され、結果的に、耐食性は一層高められる。しかしながら、上記元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下する。これらの点を勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。ＣａおよびＭｇの含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．０１０％以下であることがより好ましい。Ｓｅの含有量は、０．００８％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、腐食によって溶解したＦｅイオンの加水分解によるｐＨ低下を抑制する作用を有し、ｐＨ低下による腐食促進を抑える作用を有する。その結果、ｐＨの局部的な変化が起こり難くなり、腐食均一性が向上する。前述したように、本実施形態では、Ｚｎの添加によって鋼材の表面に硫化亜鉛の被膜が形成されるが、硫化亜鉛は、酸性溶液に対する溶解度が比較的高いため、ｐＨの低下が局所的に生じた部分では、硫化亜鉛の被膜は溶解し、所望とする保護作用が発揮されない。これに対し、上記元素を添加すると、ｐＨ低下抑制作用によって局所的な酸性化が防止されるため、硫化亜鉛の溶解は抑止され、結果的に、耐食性は一層高められる。しかしながら、上記元素を過剰に添加すると、加工性および溶接性が低下する。これらの点を勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。ＣａおよびＭｇの含有量は、それぞれ、０．００１０％以上０．０１０％以下であることがより好ましい。Ｓｅの含有量は、０．００８％以上０．４０％以下であることがより好ましい。
（ｉｉｉ）Ｍｏ：０．０１〜５．０％
Ｍｏは、腐食均一性を高め、局部腐食による穴あきを抑制する作用を有する。特に、Ｍｏを上記（ｉ）の元素（Ｃｕ、Ｃｒ等）と併用することによって、腐食均一性向上作用が一層高められる。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｍｏを０．０１％以上添加することが好ましい。しかし、Ｍｏを過剰に添加すると溶接性が劣化するため、Ｍｏの含有量を５．０％以下とすることが好ましい。Ｍｏの含有量は、０．０２％以上４．５０％以下であることがより好ましい。
Ｍｏは、腐食均一性を高め、局部腐食による穴あきを抑制する作用を有する。特に、Ｍｏを上記（ｉ）の元素（Ｃｕ、Ｃｒ等）と併用することによって、腐食均一性向上作用が一層高められる。このような作用を有効に発揮させるためには、Ｍｏを０．０１％以上添加することが好ましい。しかし、Ｍｏを過剰に添加すると溶接性が劣化するため、Ｍｏの含有量を５．０％以下とすることが好ましい。Ｍｏの含有量は、０．０２％以上４．５０％以下であることがより好ましい。
（ｉｖ）Ｓｂ：０．０１〜０．５％
Ｓｂは、上記（ｉ）の元素（Ｃｕ等）による錆緻密化作用や、上記（ｉｉ）の元素（Ｃａ等）によるｐＨ低下抑制作用を促進し、耐食性を一層高める元素である。このような作用効果を発揮させるため、Ｓｂを０．０１％以上添加することが好ましい。ただし、Ｓｂを過剰に添加すると加工性および溶接性が劣化するため、Ｓｂの含有量を０．５％以下とすることが好ましい。Ｓｂの含有量は、０．０２％以上０．４０％以下であることが好ましい。
Ｓｂは、上記（ｉ）の元素（Ｃｕ等）による錆緻密化作用や、上記（ｉｉ）の元素（Ｃａ等）によるｐＨ低下抑制作用を促進し、耐食性を一層高める元素である。このような作用効果を発揮させるため、Ｓｂを０．０１％以上添加することが好ましい。ただし、Ｓｂを過剰に添加すると加工性および溶接性が劣化するため、Ｓｂの含有量を０．５％以下とすることが好ましい。Ｓｂの含有量は、０．０２％以上０．４０％以下であることが好ましい。
（ｖ）Ｂ：０．０００１〜０．０１０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、およびＮｂ：０．００３〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも一種
これらの元素は、強度向上に有効である。ただし、過剰に添加すると母材の靭性が低下する。これらを勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｂの含有量は、０．０００３％以上０．００９０％以下であることがより好ましい。Ｖの含有量は、０．０２％以上０．４５％以下であることがより好ましい。Ｎｂの含有量は、０．００５％以上０．４５％以下であることがより好ましい。
これらの元素は、強度向上に有効である。ただし、過剰に添加すると母材の靭性が低下する。これらを勘案して、上記元素の好ましい含有量を上記範囲に定めた。Ｂの含有量は、０．０００３％以上０．００９０％以下であることがより好ましい。Ｖの含有量は、０．０２％以上０．４５％以下であることがより好ましい。Ｎｂの含有量は、０．００５％以上０．４５％以下であることがより好ましい。
本実施形態の鋼材は、必要に応じて、更に塗装が施されていてもよい。例えば、後記する実施例に示すように、タールエポキシ樹脂塗料を用いて塗膜を形成しても良い。あるいは、上記塗料以外の代表的な重防食塗装法、例えば、ジンクリッチペイントやショッププライマーによる塗装を行ってもよい。更に、電気防食などの防食方法を併用することも可能である。これらの方法により、塗装耐食性は更に高められる（後記する実施例を参照）。
（本発明による第３の溶接継手における、溶接金属の組成）
上記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％を夫々含有する他、Ｚｎ：０．００１〜０．１０％を含有し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。すなわち、溶接金属の組成は、母材と実質的に同じであることが好ましい。
上記溶接金属は、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％を夫々含有する他、Ｚｎ：０．００１〜０．１０％を含有し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。すなわち、溶接金属の組成は、母材と実質的に同じであることが好ましい。
次に、本発明による第３の溶接継手を作製するための好ましい方法を説明する。
本発明による第３の溶接継手は、例えば、母材および溶接材料の組成を適切に制御することによって得られる。母材の好ましい鋼中成分は、前述したとおりである。
溶接材料は、Ｖ値が上式（８）の範囲を満足するように、特に、Ｚｎの含有量を適切に制御することが好ましい。具体的には、溶接材料の組成は、溶接条件などによっても相違するが、溶接材料のＺｎ量は、母材のＺｎ量に比べて、おおむね、０．４倍超３．５倍未満の範囲（厳密には、０．４０倍３．５０倍未満）に制御することが好ましい。溶接材料の他の成分は、本発明による第３の溶接継手が得られる限り、特に限定されないが、例えば、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％の範囲内に制御することが推奨される。
溶接条件の種類は特に限定されず、溶接継手の機械特性（強度や靭性など）を高められるよう、通常、汎用される溶接方法を適宜選択して用いることができる。代表的には、アーク溶接が挙げられ、例えば、後記する実施例に記載のサブマージアーク溶接（自動溶接）、ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤなどの半自動アーク溶接、被覆アーク溶接やティグ溶接（ＴＩＧ）などの手アーク溶接が含まれる。そのほか、ガス溶接を行っても良い。
本実施形態において、前述したＶ値を上式（８）の範囲内に制御し、且つ、溶接金属の好ましい組成を上記範囲内に制御するためには、溶接条件を適切に制御することが好ましい。溶接条件の詳細は、前述した第１の溶接継手のなかで記載したとおりである。
本発明の溶接構造体は、海水などに起因する塩分の付着と湿潤環境下による腐食に対し、優れた耐食性を発揮するが、これに限定されず、例えば、石油系液体燃料タンクなどに適用しても、その腐食環境下において優れた耐食性を発揮することができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は、下記記実施例によって制限されず、本明細書の前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施しても良く、それらは、いずれも本発明の技術的範囲に包含される。
実施例１（本発明による第１の溶接継手の検討）
本実施例では、本発明による第１の溶接継手において、Ｓ値（［ＡＡｌ］／［ＢＡｌ］）、Ｔ値（［ＡＣｕ］／［ＢＣｕ］）、Ｕ値（［ＡＣｒ］／［ＢＣｒ］）と、耐食性との関係を調べた。なお、本実施例および後記する実施例では、いずれも、以下のようにして作製された試験片Ｂから試験片Ｄを用い、下記の腐食試験を行って評価した。
本実施例では、本発明による第１の溶接継手において、Ｓ値（［ＡＡｌ］／［ＢＡｌ］）、Ｔ値（［ＡＣｕ］／［ＢＣｕ］）、Ｕ値（［ＡＣｒ］／［ＢＣｒ］）と、耐食性との関係を調べた。なお、本実施例および後記する実施例では、いずれも、以下のようにして作製された試験片Ｂから試験片Ｄを用い、下記の腐食試験を行って評価した。
（継手試験片Ｂの作製）
図１に示す継手試験片Ｂは、以下のようにして作製した。
図１に示す継手試験片Ｂは、以下のようにして作製した。
まず、表１に示す種々の成分組成（残部：Ｆｅおよび不可避不純物）を有する鋼材（母材）Ｍ１からＭ８を転炉で溶製し、連造鋳造および熱間圧延によって各種鋼板（サイズ約３００ｍｍ×約３００ｍｍ×約２５ｍｍ）を作製した。得られた鋼板を２つに切断し、表面を研削することによって、図１に示す試験片Ａ（サイズ約３００ｍｍ×約１５０ｍｍ×約２５ｍｍ）を２個作製した。
このようにして得られた２個の試験片Ａに対し、表２に示す種々の成分組成（残部：Ｆｅおよび不可避不純物）を有する溶接材料Ｗ１からＷ１４を用いてサブマージアーク溶接を行い、継手試験片Ｂを得た。溶接材料Ｗ１からＷ１４のワイヤ径は、すべて約４．８ｍｍであり、開先形状はＶ型とした。入熱量は１ｋＪ／ｍｍから１０ｋＪ／ｍｍの範囲内で適宜調整した。このようにして得られた溶接部分の溶接金属の組成を表３に示す。表３に示すＮｏ．１〜１４の母材および溶接継手材料の詳細は、後記する表５に示すとおりである。
（耐すきま腐食性測定用試験片Ｃの作製）
図２に示す試験片Ｃは、以下のようにして作製した。
図２に示す試験片Ｃは、以下のようにして作製した。
まず、上記のようにして得られた試験片Ｂの溶接部に、約６０ｍｍ×約６０ｍｍ×約５ｍｍのすきま形成用試験片２個を図２に示すように接触させることにより、すきま部が形成された試験片を作製した。次に、この試験片Ｃの中心に、図２に示すように約１０ｍｍφの孔を設けるとともに、基材側（大試験片側）にねじ孔（不図示）を開けてＭ８プラスチック製ねじを用いて固定することにより、耐すきま腐食性測定用の試験片Ｃを得た。
（塗装耐食性測定用試験片Ｄの作製）
防食塗膜が施された鋼材に傷が付いて素地鋼材が露出したときの塗装耐食性を調べるため、以下のようにして、図３に示す試験片Ｄを作製した。
防食塗膜が施された鋼材に傷が付いて素地鋼材が露出したときの塗装耐食性を調べるため、以下のようにして、図３に示す試験片Ｄを作製した。
まず、前述した試験片Ｂと同様にして作製した鋼板（サイズ約３００ｍｍ×約３００ｍｍ×約２５ｍｍ）の全面に、ジンクリッチプライマーの下塗り塗装（平均厚さ約１５μｍ）およびタールエポキシ樹脂（平均厚さ約２５０μｍ）を順次塗装した。次に、この試験片の片面に、カッターナイフを用い、図３に示すように、素地まで達するカット傷（長さ約２００ｍｍ、幅約０．５ｍｍ）を溶接線に対して垂直方向および水平方向に形成し、塗装耐食性測定用の試験片Ｄを得た。
（腐食試験の測定方法）
このようにして得られた継手試験片Ｂ、耐すきま腐食性測定用試験片Ｃ、および塗装耐食性測定用試験片Ｄに対し、以下に示す腐食試験を施した。この腐食試験は、溶接継手を含む溶接構造体から構成された船舶が腐食される条件を想定して設定されたものである。
このようにして得られた継手試験片Ｂ、耐すきま腐食性測定用試験片Ｃ、および塗装耐食性測定用試験片Ｄに対し、以下に示す腐食試験を施した。この腐食試験は、溶接継手を含む溶接構造体から構成された船舶が腐食される条件を想定して設定されたものである。
まず、ＶＬＣＣ（Very Large Crude Carrier）原油タンカーのタンク内面の底板に上記の各試験片を５個ずつ取り付け、通常通りの運航を５年間行った後、各試験片の腐食の程度を以下のようにして調べた。
（試験片Ｂの腐食性）
試験片Ｂの腐食性（全面腐食性および腐食均一性）は、以下のようにして評価した。
試験片Ｂの腐食性（全面腐食性および腐食均一性）は、以下のようにして評価した。
まず、試験片Ｂに形成された鉄錆等の腐食生成物を除去するため、ＪＩＳ Ｋ８２８４に基づき、クエン酸水素二アンモニウム水溶液中で陰極電解を行った。
次に、腐食試験前後の試験片Ｂの重量を夫々測定し、板厚の平均減少量Ｄ−ａｖｅ（ｍｍ）に換算した。試験片５個の平均減少量Ｄ−ａｖｅを同様にして算出し、全面腐食性を評価した。
また、触針式三次元形状測定装置を用いて試験片Ｂの最大侵食深さＤ−ｍａｘ（ｍｍ）を求めた。上記のようにして算出された板厚の平均減少量Ｄ−ａｖｅに対する最大侵食深さＤ−ｍａｘ（Ｄ−ｍａｘ／Ｄ−ａｖｅ）を算出し、腐食均一性を評価した。
（試験片Ｃの耐すきま腐食性）
耐すきま腐食性は、以下のようにして最大すきま腐食深さＤ−ｃｒｅｖ（ｍｍ）を測定することによって評価した。
耐すきま腐食性は、以下のようにして最大すきま腐食深さＤ−ｃｒｅｖ（ｍｍ）を測定することによって評価した。
まず、試験片Ｃに装着されたすきま形成用試験片を取り外した後、試験片Ｂと同様にして鉄錆等の腐食生成物を除去した。
次に、腐食性の評価に用いた触針式三次元形状測定装置を用いて大試験片側の最大すきま腐食深さＤ−ｃｒｅｖ（ｍｍ）を測定した。
（試験片Ｄの塗装耐食性）
塗装耐食性は、以下のようにして最大膨れ幅を測定することによって評価した。
塗装耐食性は、以下のようにして最大膨れ幅を測定することによって評価した。
まず、試験片Ｄ５個について、カット傷に垂直方向の塗膜膨れ幅（ｍｍ）をノギスで測定した。測定値の最大値を最大膨れ幅と定義した。
表４に、試験片Ｂの腐食性（全面腐食性および腐食均一性）、試験片Ｃの耐すきま腐食性、および試験片Ｄの塗装耐食性の評価基準を示す。表４において、各評価項目がすべて「○」または「◎」のものを合格とし、総合判定を、「△」または「×」を不合格とした。表４に示す評価基準に従って評価した結果を表５に示す。
（溶接部の靭性評価）
板厚の１／４部位が中心線となるようにシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ ４号）を採取し、０℃でシャルピー衝撃試験を行って溶接溶融線（ボンド部）の吸収エネルギー（シャルピー衝撃値、ｖＥ０）を算出した。シャルピー衝撃試験片は３本ずつ採取し、これらの平均値をシャルピー衝撃値（ｖＥ０）とした。本実施例では、ｖＥ０が１００Ｊ以上のものを「ＨＡＺ靭性に優れる」と評価した。これらの結果を表５に併記する。
板厚の１／４部位が中心線となるようにシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ ４号）を採取し、０℃でシャルピー衝撃試験を行って溶接溶融線（ボンド部）の吸収エネルギー（シャルピー衝撃値、ｖＥ０）を算出した。シャルピー衝撃試験片は３本ずつ採取し、これらの平均値をシャルピー衝撃値（ｖＥ０）とした。本実施例では、ｖＥ０が１００Ｊ以上のものを「ＨＡＺ靭性に優れる」と評価した。これらの結果を表５に併記する。
表５より、以下のように考察される。
まず、Ｓ値、Ｔ値、およびＵ値が、それぞれ、上式（５）、上式（６）、および上式（７）の範囲を満足するＮｏ．４からＮｏ．１１は、いずれの評価項目においても優れた耐食性が認められ、且つ、ＨＡＺ靭性にも優れており、溶接構造体として良好な特性を備えていることが分かる。
これに対し、溶接材料中のＣｕ量が母材中のＣｕ量に比べて少ないためにＳ値が上式（５）の範囲を下回るＮｏ．１、溶接材料中のＡｌ量が母材中のＡｌ量に比べて少ないためにＴ値が上式（６）の範囲を下回るＮｏ．２、および溶接材料中のＣｒ量が母材中のＣｒ量に比べて少ないためにＵ値が上式（７）の範囲を下回るＮｏ．３は、いずれも、耐全面腐食性に優れているが、腐食均一性、塗装耐食性、耐すきま腐食性のいずれかが若干低下または低下した。
一方、溶接材料中のＡｌ量が母材中のＡｌ量に比べて多いためにＳ値が上式（５）の範囲を超えるＮｏ．１２、溶接材料中のＣｕ量が母材中のＣｕ量に比べて多いためにＴ値が上式（６）の範囲を超えるＮｏ．１４、溶接材料中のＣｒ量が母材中のＣｒ量に比べて多いためにＵ値が上式（７）の範囲を超えるＮｏ．１５は、いずれも、ＨＡＺ靭性が１００Ｊを下回り、溶接部の靭性が低下した。
なお、本実施例では、サブマージアーク溶接法によって継手試験片Ｂを作製したが、溶接方法は、これに限定されない。例えば、被覆アーク溶接法やエレクトロスラグ溶接法など、溶接構造体を作製するのに通常使用される溶接方法によって継手試験片Ｂを作製しても、同様の効果が得られることを実験によって確認している。また、使用する溶接材料も表２の組成に限定されず、Ｓ値、Ｔ値、およびＵ値が本発明の範囲を満足する限り、種々の溶接材料を用いることができる。
実施例２（本発明による第２の溶接継手の検討）
本実施例では、本発明による第２の溶接継手において、Ｒ値（［ＡＳｅ］／［ＢＳｅ］）と耐食性との関係を調べた。
本実施例では、本発明による第２の溶接継手において、Ｒ値（［ＡＳｅ］／［ＢＳｅ］）と耐食性との関係を調べた。
具体的には、表６に示す種々の成分組成（残部：Ｆｅおよび不可避不純物）を有する鋼材（母材）Ｍ１からＭ８と、表７に示す種々の成分組成（残部：Ｆｅおよび不可避不純物）を有する溶接材料Ｗ１からＷ９とを用い、実施例１と同様にして継手試験片Ｂを得た。このようにして得られた溶接部分の溶接金属の組成を表８に示す。表８に示すＮｏ．１〜９の母材および溶接継手材料の詳細は、後記する表９に示すとおりである。
次いで、実施例１と同様にして、耐すきま腐食性測定用の試験片Ｃおよび塗装耐食性測定用の試験片Ｄを作製して耐食性試験を実施し、前述した表４に示す評価基準に従って耐食性を評価した。
これらの結果を表９に示す。
表９より、以下のように考察される。
まず、Ｒ値が上式（４）の範囲を満足するＮｏ．２からＮｏ．９は、いずれの評価項目においても優れた耐食性が認められ、溶接構造体として良好な特性を備えていることが分かる。
これに対し、溶接材料中のＳｅ量が母材中のＳｅ量に比べて少ないためにＲ値が上式（４）範囲を下回るＮｏ．１は、耐全面腐食性、腐食均一性、および塗装耐食性が若干低下し、耐すきま腐食性が低下した。
なお、本実施例では、サブマージアーク溶接法によって継手試験片Ｂを作製したが、溶接方法は、これに限定されない。例えば、被覆アーク溶接法やエレクトロスラグ溶接法など、溶接構造体を作製するのに通常使用される溶接方法によって継手試験片Ｂを作製しても、同様の効果が得られることを実験によって確認している。また、使用する溶接材料も表７の組成に限定されず、Ｒ値が上式（４）の範囲を満足する限り、種々の溶接材料を用いることができる。
実施例３（本発明による第３の溶接継手の検討）
本実施例では、本発明による第３の溶接継手において、Ｖ値（［ＡＺｎ］／［ＢＺｎ］）と耐食性との関係を調べた。
本実施例では、本発明による第３の溶接継手において、Ｖ値（［ＡＺｎ］／［ＢＺｎ］）と耐食性との関係を調べた。
具体的には、表１０に示す種々の成分組成（残部：Ｆｅおよび不可避不純物）を有する鋼材（母材）Ｍ１からＭ８と、表１１に示す種々の成分組成（残部：Ｆｅおよび不可避不純物）を有する溶接材料Ｗ１からＷ９とを用い、実施例１と同様にして継手試験片Ｂを得た。このようにして得られた溶接部分の溶接金属の組成を表１２に示す。表１２に示すＮｏ．１〜９の母材および溶接継手材料の詳細は、後記する表１３に示すとおりである。
次いで、実施例１と同様にして、耐すきま腐食性測定用の試験片Ｃおよび塗装耐食性測定用の試験片Ｄを作製して耐食性試験を実施し、前述した表４に示す評価基準に従って耐食性を評価した。
これらの結果を表１３に示す。
表１３より、以下のように考察される。
まず、Ｖ値が上式（８）の範囲を満足するＮｏ．２からＮｏ．９は、いずれの評価項目においても優れた耐食性が認められ、溶接構造体として良好な特性を備えていることが分かる。
これに対し、溶接材料中のＺｎ量が母材中のＺｎ量に比べて少ないためにＶ値が上式（８）の範囲を下回るＮｏ．１は、耐全面腐食性に優れているが、腐食均一性および塗装耐食性が若干低下し、耐すきま腐食性が低下した。
なお、本実施例では、サブマージアーク溶接法によって継手試験片Ｂを作製したが、溶接方法は、これに限定されない。例えば、被覆アーク溶接法やエレクトロスラグ溶接法など、溶接構造体を作製するのに通常使用される溶接方法によって継手試験片Ｂを作製しても、同様の効果が得られることを実験によって確認している。また、使用する溶接材料も表１１の組成に限定されず、Ｖ値が上式（８）の範囲を満足する限り、種々の溶接材料を用いることができる。
Claims (7)
- 母材同士が溶接された溶接継手であって、
（ア）溶接金属は、
（ア−１）下式（５）、下式（６）、および下式（７）を満足すると共に、
０．３０≦［ＡAl］／［ＢAl］≦３．０・・・ （５）
０．３０≦［ＡCu］／［ＢCu］≦３．０・・・ （６）
０．３０≦［ＡCr］／［ＢCr］≦３．０・・・ （７）
式中、
［ＡAl］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＢAl］は、母材に含まれるＡｌの含有量（質量％）、
［ＡCu］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＢCu］は、母材に含まれるＣｕの含有量（質量％）、
［ＡCr］は、溶接部分の溶接金属に含まれるＣｒの含有量（質量％）、
［ＢCr］は、母材に含まれるＣｒの含有量（質量％）
をそれぞれ、意味する、
（ア−２）Ｃ：０．０１〜０．２０％（質量％の意味、以下、溶接金属について同じ）、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：１．０２〜１．２９％、Ａｌ：０．０５〜０．３６８％、Ｃｕ：０．０９０〜３．３５７％、Ｃｒ：０．１１４〜５．０％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）およびＳ：０．０１０％以下（０％を含む）に抑制し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、
（イ）前記母材の鋼中成分は、Ｃ：０．０１〜０．２０％（質量％の意味、以下、鋼中成分について同じ）、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．９９〜１．２５％、Ａｌ：０．０５〜０．１２％、Ｃｕ：０．１９〜１．０９％、Ｃｒ：０．１２〜２．０３％を夫々含有する他、Ｐ：０．０２０％以下（０％を含む）およびＳ：０．０１０％以下（０％を含む）に抑制し、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であり、且つ、前記Ｃｒの含有量［Ｃｒ］と前記Ａｌの含有量［Ａｌ］の比（［Ｃｒ］／［Ａｌ］）は１．５０〜３３．８の範囲内であることを特徴とする耐食性に優れた溶接継手。 - 前記母材の鋼中成分は、更に、Ｃｏ：０．０２％以下、およびＴｉ：０．０１３％以下よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有し、
前記溶接金属が、更に、Ｃｏ：０．０１％以下、およびＴｉ：０．００９％以下よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する請求項１に記載の溶接継手。 - 前記母材の鋼中成分は、更に、Ｓｅ：０．００６％以下を含有し、
前記溶接金属が、更に、Ｓｅ：０．００４％以下を含有する請求項１または２に記載の溶接継手。 - 前記母材の鋼中成分は、更に、Ｂ：０．０００８％以下を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の溶接継手。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の溶接継手を含む溶接構造体。
- 船舶に用いられるものである請求項５に記載の溶接構造体。
- 原油タンクに用いられるものである請求項５に記載の溶接構造体。
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