[发明专利]耐疲劳龟裂扩展特性和耐腐蚀性优良的钢材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于船体、土木建筑物、建设机械、水压铁管、海洋构造物、管线等要求耐疲劳龟裂扩展特性和耐腐蚀性的焊接构造物等的钢材及其制造方法。

背景技术

近年来，焊接构造物大型化的倾向日益显著，期望高强度化及轻量化。但是，由于在使用高强度钢时设计应力上升，因此，易于自焊接部产生疲劳破坏，易于自焊接部产生疲劳破坏的改善成为重要的问题。在构造用钢材等厚钢板中，通常实施焊接施工，因此，有可能自焊接部产生疲劳龟裂。因而，只要能够使自焊接部产生、扩展的疲劳龟裂滞留在钢材中，就有助于延长构造物的疲劳寿命。因此，提出了各种具有疲劳龟裂扩展抑制效果的钢材。

例如在专利文献1中提出了一种这样的技术：通过充分利用若是相同的温度则强度低于奥氏体相的铁素体相，降低高温强度来缓和焊接接头内的焊接残余应力。即，由于焊接部在焊接之后被骤冷，因此，奥氏体单相的温度范围较广，随着焊接金属的热收缩产生较高级别的残余应力。因此，在专利文献1所述的发明中，作为铁素体生成元素在钢中含有0.5％～2.0％的Al，在800℃～600℃的温度范围内生成铁素体，使低强度的铁素体塑性变形，从而缓和残余应力。

在专利文献2中还提出了这样的技术：使抗拉强度490MPa～780MPa的高张力钢板的焊接热影响部（HAZ）的组织以贝氏体为主体，抑制自奥氏体晶界生成的晶界铁素体，从而提高疲劳强度。在该技术中，为了抑制晶界铁素体的生成，添加0.0005％～0.01％的B，并且，为了强化含有贝氏体和马氏体的整个组织，设置碳当量（Ceq）的限定。

另一方面，焊接钢构造物大多在海滨地区、散布有融雪盐的地区等飘来盐量较多的环境下，并且在造船领域中，在海水飞沫环境下使用。

通常，将耐气候性钢材暴露在大气腐蚀环境中时，在其表面形成有具有保护性的锈层，抑制之后的钢材腐蚀。因此，耐气候性钢材作为不涂装而能够裸露地使用的最低维护钢材用于桥梁等构造物。

但是，不仅在海滨地区，而且像即使是在内陆部也散布有融雪盐、防冻剂的地区那样飘来盐量较多的地区中，难以在耐气候性钢材的表面形成有具有保护性的锈层，难以发挥抑制腐蚀的效果。因此，在这些地区中，无法使用裸露的耐气候性钢材，对普通钢实施涂装来使用的普通钢的涂装使用是通常情况。但是，在涂装使用该普通钢的情况下，由腐蚀导致涂膜劣化，需要约每10年再进行涂装，因此，维持管理所需的费用非常大。

近年来，在飘来盐量作为NaCl有0.05mg／dm²／day（0.05mdd）以上的地区、例如海滨地区中，利用日本工业标准（JIS）标准化的耐气候性钢（JIS G 3114：焊接构造用耐气候性热轧钢材）因产生鳞状锈、层状锈等而被腐蚀量较大，因此，无法在无涂装的情况下使用（参照建设省土木研究所、（公司）钢材俱乐部、（公司）日本桥梁建设协会：与耐气候性钢应用于桥梁相关的共同研究报告书（XX）－无涂耐气候性桥梁的设计·施工要领（改订版－1993.3））。

这样，在海滨地区等盐份较多的环境下，通常对普通钢材进行涂装来处理。但是，现状是：建设在河口附近的海滨地区、撒有融雪盐的山间部等的道路中的桥梁腐蚀显著，不得不再涂装。为了这些再涂装要花费极大的作业量，因此，强烈要求能够无涂装地使用的钢材。

最近，开发了一种添加1％～3％左右的Ni而成的Ni系高耐气候性钢。但是，可明确在飘来盐量大于0.3mdd～0.4mdd的地区中，在仅添加该Ni的情况下，难以应用于能够无涂装地使用的钢材。

由于钢材的腐蚀随着飘来盐量增多而变剧烈，因此，从耐腐蚀性和经济性的方面考虑，需要基于飘来盐量而成的耐气候性钢材。另外，即使是桥梁，根据使用的场所、部位的不同，钢材的腐蚀环境也不同。例如，在横梁外部暴露在降雨、结露水和日照中。另一方面，在横梁内部虽暴露在结露水中，但不会被雨淋。通常，在飘来盐量较多的环境中，可以说横梁内部的腐蚀比横梁外部剧烈。

另外，在道路上撒有融雪盐、防冻剂的环境中，该盐被行驶中的车卷起，附着在支承道路的桥梁上，因此，成为严酷的腐蚀环境。并且，稍稍远离海岸的屋檐下等也暴露在严酷的盐害环境下，在该地区中，成为飘来盐量为1mdd以上的严酷的腐蚀环境。

为了应对该问题，以往开发了一种防止飘来盐量较多的环境下的腐蚀的钢材。

例如，在专利文献3中提出了一种增加铬（Cr）含有量而成的耐气候性钢材，而且，在专利文献4中提出了一种增加镍（Ni）含有量而成的耐气候性钢材。

专利文献1：日本特开2004－211150号公报