JP2012135817A - Welded joint and welded structure excellent in corrosion resistance - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a welded joint having excellent corrosion resistance and a welded structure including the welded joint. The welded structure of the present invention is suitably used for, for example, ships such as oil tankers, cargo ships, cargo passenger ships, passenger ships, warships, and oil tanks used as containers for storing and transporting oils.
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。 Generally, various types of ships such as petroleum tankers and petroleum tanks such as crude oil tankers (petroleum liquid fuel tanks) are welded structures that include welded joints in which the base materials (steel materials) are welded together with welding materials. It is composed of
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。 Welded structures used for these applications are mainly exposed to salt in seawater and high temperature and humidity (in the case of ships), or in environments containing sulfur derived from petroleum (oils) Therefore, it is required to have excellent corrosion resistance. So far, various methods have been adopted from the viewpoint of enhancing the corrosion resistance of steel materials used in ships and petroleum tanks.
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。 For example, it is known to paint or perform anticorrosion on steel materials used for main structures (for example, outer plates, ballast tanks, crude oil tanks, etc.) of various ships and petroleum tanks.
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。 Of these, when coatings represented by heavy coating are performed, there is a high possibility that a coating film defect is generated, and the coating film may be damaged due to a collision or the like in the manufacturing process, so the base steel material is often exposed. . In such a steel exposed portion, since local corrosion (local corrosion) proceeds intensively, for example, petroleum-based liquid fuel stored in a petroleum tank leaks early.
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。 On the other hand, although the anticorrosion method is very effective for a part completely immersed in seawater, an electrical circuit necessary for anticorrosion is not formed in a part that receives seawater splashes in the atmosphere. The anticorrosion effect may not be fully exhibited. In addition, if the anticorrosive galvanic anode is consumed or lost due to dropping off, severe corrosion may proceed immediately.
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。 In addition to the above, techniques for improving the corrosion resistance of the steel material itself have also been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2, etc.). Patent Document 1 describes a technique for corrosion-resistant steel for shipbuilding in which the contents of Mg and Cu are appropriately controlled and has excellent corrosion resistance even without coating. Further, Patent Document 2 relates to a technology for marine steel materials in which the contents of Ni and Cu are appropriately controlled, and exhibits excellent coating damage resistance even when applied to a ballast tank exposed to a severe corrosive environment. It is described to do.
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。 However, any of the above methods is inferior in the effect of improving the corrosion resistance under a more severe corrosive environment. In particular, the corrosion resistance against local corrosion is insufficient, and in particular, the deterioration of the corrosion resistance against crevice corrosion poses a serious problem. Crevice corrosion is corrosion that occurs at the `` crevice '' part such as the contact part between steel and foreign matter or the damaged part of the anticorrosion coating film, and because of the high corrosion rate, it is the main cause of shortening the life of ships etc. Yes.
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。 Such a local corrosion and crevice corrosion are remarkably observed in petroleum tanks such as the above-described petroleum-based liquid fuel tanks. In the case of petroleum tanks, local corrosion proceeds remarkably at the defective part of the oil coat formed on the steel plate surface. This defective part is thought to be repaired or newly formed by the movement of crude oil, deformation of the hull, etc. during operations of crude oil tankers, etc., so local corrosion does not concentrate in one place, Progresses to almost the entire surface of steel. In addition, since crevice corrosion also occurs remarkably in petroleum tanks, it is desired to improve steel materials having excellent local corrosion resistance and crevice corrosion resistance.
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。 Among these, as a technique for improving corrosion resistance against local corrosion, for example, Patent Document 3 to Patent Document 5 are cited. These all relate to a technique in which chemical components in steel are appropriately controlled. For example, Patent Document 3 discloses a crude oil in which the contents of Cu, Ni, Cr, Mo, Sb, and Sn are appropriately controlled. Corrosion resistant steel for heavy oil storage, Patent Document 4 discloses a steel material for a cargo oil tank in which the contents of Cu, Ni, Cr, and Al are appropriately controlled. Patent Document 5 discloses Cu, Ni, Mo, and Cr. Steel materials for crude oil tank bottom plates whose contents are appropriately controlled are described respectively. Although these techniques increase the corrosion resistance against general corrosion and local corrosion, further improvement is desired. In addition, none of the above-mentioned patent documents pays sufficient attention to the corrosion resistance against crevice corrosion. Therefore, improvement of crevice corrosion resistance is strongly desired.
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。 As described above, all of the above-mentioned patent documents are techniques for improving corrosion resistance against general corrosion and local corrosion, and no consideration is given to improving the corrosion resistance against crevice corrosion.
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。 In addition, including the above-mentioned patent documents, until now, mainly to improve the corrosion resistance by controlling the chemical components of the steel material, in order to increase the corrosion resistance of the welded structure, not only steel materials, It is also necessary to pay attention to the welded part (welded joint part).
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose thereof is sulfur derived from an environment exposed to salt or high temperature / humidity from seawater, petroleum, etc., without applying coating or cathodic protection. It is an object of the present invention to provide a welded joint and a welded structure having improved corrosion resistance in an environment including water, and in particular, improved corrosion resistance against local corrosion and crevice corrosion.
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。
The welded joint of the present invention is a welded joint in which base materials are welded to each other, and there is a gist in satisfying the following formula (5), the following formula (6), and the following formula (7).
0.30 ≦ [A Al ] / [B Al ] ≦ 3.0 (5)
0.30 ≦ [A Cu ] / [B Cu ] ≦ 3.0 (6)
0.30 ≦ [A Cr ] / [B Cr ] ≦ 3.0 (7)
Where
[A Al ] is the content (% by mass) of Al contained in the weld metal of the welded portion,
[B Al ] is the content (% by mass) of Al contained in the base material,
[A Cu ] is the content (% by mass) of Cu contained in the weld metal of the welded part,
[B Cu ] is the content (% by mass) of Cu contained in the base material,
[A Cr ] is the content (% by mass) of Cr contained in the weld metal of the welded part,
[B Cr ] is the content (% by mass) of Cr contained in the base material.
Respectively.
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。 In a preferred embodiment, the weld metal contains C: 0.01 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: 0.01 to 2.0%, Al: 0.05 to 0. .50%, Cu: 0.01 to 5.0%, Cr: 0.01 to 5.0%, P: 0.020% or less (including 0%), and S: 0.010 % Or less (including 0%), and the balance: Fe and inevitable impurities.
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。 In preferable embodiment, the component in steel of the said base material is C: 0.01-0.20%, Si: 0.01-0.50%, Mn: 0.01-2.0%, Al: 0 0.05 to 0.50%, Cu: 0.01 to 5.0%, Cr: 0.01 to 5.0%, P: 0.020% or less (including 0%) and S : 0.010% or less (including 0%), and the balance: Fe and inevitable impurities.
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。 In a preferred embodiment, the ratio ([Cr] / [Al]) of the Cr content [Cr] and the Al content [Al] is in the range of 1-50.
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。 In a preferred embodiment, the steel component of the base material further includes (i) Ni: 0.01 to 5.0%, Co: 0.01 to 5.0%, and Ti: 0.005 to 0.00. At least one selected from the group consisting of 20%, (ii) Ca: 0.0005-0.020% and / or Mg: 0.0005-0.020%, (iii) Se: 0.005-0.50 %, (Iv) Sb: 0.01 to 0.50% and / or Sn: 0.01 to 0.50%, (v) B: 0.0001 to 0.010%, V: 0.01 to 0 .50% and Nb: at least one selected from the group consisting of 0.003 to 0.50%.
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。 The welded structure of the present invention includes any one of the above-described welded joints.
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。 In a preferred embodiment, the welded structure is used for a ship or a crude oil tank.
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。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a welded joint and a welded structure with improved overall corrosion resistance, corrosion uniformity, crevice corrosion resistance, and paint corrosion resistance. It was.
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。 The welded structure of the present invention is excellent in corrosion resistance in an environment exposed to seawater salinity and high temperature and humidity, and therefore is suitably used for ships such as petroleum tankers, cargo ships, cargo passenger ships, passenger ships, warships, and the like. . In addition, the welded structure of the present invention is excellent in corrosion resistance under an environment containing a sulfur content derived from petroleum or the like, and therefore is suitably used for petroleum tanks used as containers for petroleum storage or transportation. .
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。 The present inventor provides a welded structure with improved overall corrosion resistance, corrosion uniformity, crevice corrosion resistance, and paint corrosion resistance. The investigation was conducted while paying attention to the composition of the weld metal in the welded part (welded joint part). Here, the focus is on the weld metal of the welded joint, when the base metals are welded under normal welding conditions or via welding materials, even if the composition of the base materials is controlled, This is because the composition of the weld metal in the welded joint portion where the metal is welded changes, and the corrosion resistance (particularly, crevice corrosion resistance) at the welded portion may be reduced.
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。 As a result, the ratio ([A] / [B]) of the content [A] of the anticorrosive film forming component contained in the weld metal of the welded portion and the content [B] of the anticorrosive film forming component contained in the base material. The inventors have found that the intended purpose can be achieved by controlling the value within a predetermined range, thereby completing the present invention.
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。 In the present specification, the “corrosion-preventing film-forming component” means a component that improves the corrosion resistance in an environment exposed to salt from seawater, high temperature and high humidity, or an environment containing sulfur derived from petroleum. Specifically, (1) an oxide anticorrosive film forming element such as Al and Cr, a dense rust forming element such as Cu, (2) an element for suppressing pH decrease at a corrosion site such as Se, and (3 ) Zinc sulfide film forming elements such as Zn. Hereinafter, the welded joints or welded structures containing the anticorrosive film forming components (1) to (3) above are referred to as “first to third welded joints or welded structures according to the present invention”, respectively.
以下、各溶接継手の構成を詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of each welded joint will be described in detail.
(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。
(First welded joint according to the present invention)
The first welded joint according to the present invention satisfies the following formula (5), the following formula (6), and the following formula (7). As a result, it is possible to provide a welded structure with improved overall corrosion resistance, corrosion uniformity, crevice corrosion resistance, and paint corrosion resistance.
0.30 ≦ [A Al ] / [B Al ] ≦ 3.0 (5)
0.30 ≦ [A Cu ] / [B Cu ] ≦ 3.0 (6)
0.30 ≦ [A Cr ] / [B Cr ] ≦ 3.0 (7)
Where
[A Al ] is the content (% by mass) of Al contained in the weld metal of the welded portion,
[B Al ] is the content (% by mass) of Al contained in the base material,
[A Cu ] is the content (% by mass) of Cu contained in the weld metal of the welded part,
[B Cu ] is the content (% by mass) of Cu contained in the base material,
[A Cr ] is the content (% by mass) of Cr contained in the weld metal of the welded part,
[B Cr ] is the content (% by mass) of Cr contained in the base material.
Respectively.
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。 In the above formulas (5), (6), and (7), [A Al ] / [B Al ] (hereinafter referred to as S value), [A Cu ] / [B Cu ] (hereinafter referred to as T value) ), [A Cr ] / [B Cr ] (hereinafter referred to as U value) is less than 0.30, respectively, as shown in the examples described later, corrosion protection of Al, Cu, and Cr Since the effect of improving the corrosion resistance by the film-forming component is not effectively exhibited, the above characteristics are deteriorated. On the other hand, the upper limit of the S value, the T value, and the U value is not particularly limited from the viewpoint of improving the corrosion resistance, but if it exceeds 3.0 (strictly 3.00), the toughness of the welded portion deteriorates. However, a predetermined mechanical strength cannot be ensured (see the examples described later). For example, as shown in Table 5 below. 12 had an S value of 3.07 and Table 5 No. 13 has a T value of 3.08 and Table 5 The U value of 14 is 3.07, both of which exceed the above range, so the HAZ toughness is reduced. Taking these into account, it is preferable to control the ranges of the S value, the T value, and the U value to be 0.5 or more and 2.0 or less, respectively.
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。 Here, [A Al ], [A Cu ], and [A Cr ] included in the weld metal of the welded portion are [B Al ], [B Cu ], and [B Cr ] included in the base material, respectively. And the welding material used.
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。 In order to control the above S value, the above T value, and the above U value within the range of the above formula (5) to the above formula (7), respectively, Each is preferably controlled as follows.
(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)。
(Components in steel of base material in first welded joint according to the present invention)
As shown below, the base material used in the present embodiment contains Al, Cu, and Cr as essential components in addition to the basic components of C, Si, and Mn, and contains harmful components of P and S. Suppressed. This base material is useful as a marine steel material having excellent corrosion resistance, and the present applicant has filed an application earlier (filed on July 29, 2004, Japanese Patent Application No. 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。 First, Al, Cu, and Cr that characterize this embodiment will be described.
まず、AlおよびCrの作用を説明する。 First, the action of Al and Cr will be described.
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。 Al is an element which forms a stable oxide anticorrosion film on the surface of the steel material and enhances the corrosion resistance. Specifically, Al 3+ ions dissolved by corrosion of the steel material are combined with dissolved oxygen or the like to become Al oxide, and are deposited on the surface of the steel material to form an anticorrosion film. However, the anticorrosion action by the above-mentioned film may not be exhibited effectively in a high salt environment such as a ship. In addition, the Al oxide film is very stable in a substantially neutral region having a pH of about 5 to 8.5. However, when the pH exceeds 8.5, the solubility becomes high. In particular, in the case of seawater to which a ship is exposed, the pH of clean seawater is about 8, but the pH of the sea area where seaweed is bred rises to about 9.5 and becomes alkaline. Further, at the site where the cathodic reaction of corrosion occurs, the pH tends to further increase due to OH − ions generated by the reduction of dissolved oxygen. For these reasons, Al oxides in a marine environment do not necessarily exist stably, but rather dissolve easily, and thus corrosion resistance due to Al oxides is often not fully exhibited.
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。 On the other hand, Cr, like Al, forms a stable oxide film on the surface of the steel material and exhibits an anticorrosive action. However, Cr oxide alone is not sufficient for the above action, and is remarkably exhibited in the presence of Al oxide. In addition, Cr oxide is excellent in stability in the alkaline region and lowers pH by hydrolysis of a very small amount of dissolved Cr ions. Therefore, dissolution of Al oxide due to seawater pH increase can be prevented. It becomes possible to secure the anti-corrosion action by things.
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。
Therefore, in this embodiment, Cr and Al are used in combination.
Hereinafter, the contents of Al and Cr will be described.
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: 0.05 to 0.50%
In order to effectively exhibit the above-described action by Al, 0.05% or more of Al is added. When the Al content is less than 0.05%, Al 3+ ions are not deposited on the surface of the steel material due to scattering in seawater, and a desired anticorrosion film is not formed. However, if Al is added in excess of 0.1%, the weldability may be adversely affected, for example, the toughness of the welded portion may be slightly lowered. By controlling P and S (described later) in an appropriate range in addition to C and Si in the base material, weldability can be secured even if Al is added in a range exceeding 0.1%. . However, when the Al content exceeds 0.50% and becomes excessive, the weldability decreases. The Al content is preferably 0.08% or more and 0.45% or less, and more preferably 0.10% or more and 0.40% or less.
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: 0.01-5.0%
In order to effectively exhibit the anticorrosive action due to Cr, 0.01% or more of Cr is added. However, if Cr is added excessively, weldability deteriorates, so the content is made 5.0% or less. The Cr content is 0.05% or more and 4.50% or less.
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。 The above-described action of Cr and Al is effectively exhibited by controlling the ratio between the amount of Cr contained in the steel material and the amount of Al ([Cr] / [Al], mass ratio) to 1 or more and 50 or less. . When the above ratio is less than 1, the corrosion uniformity is insufficient. On the other hand, when it exceeds 50, the crevice corrosion resistance decreases. The ratio is more preferably 10 or more and 35 or less.
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。 Furthermore, in this embodiment, in addition to said Al and Cr, Cu is contained in the following range.
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: 0.01 to 5.0%
Cu forms a dense rust film on the surface and greatly contributes to the improvement of corrosion resistance. Further, when the rust film is coexisted with the above-mentioned Al oxide and Cr oxide described later, the protection of the base material is increased synergistically, and further excellent corrosion resistance is exhibited. In order to exhibit such an action effectively, Cu is added by 0.01% or more. However, if Cu is added excessively, weldability and hot workability deteriorate, so 5.0% or less is preferable. The Cu content is 0.05% or more and 4.00% or less.
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: 0.01 to 0.20%
C is added to ensure strength. In order to ensure the minimum level of strength required for the structural members of the ship (approximately 400 MPa, depending on the thickness of the steel used), 0.01% or more is added. However, when C is added excessively exceeding 0.20%, toughness deteriorates. The content of C is preferably 0.04% or more and 0.18% or less, and more preferably 0.08% or more and 0.16% or less.
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: 0.01 to 0.50%
Si is added for deoxidation and ensuring strength. When the Si content is less than 0.01%, the minimum strength required for the structural member cannot be ensured. However, when Si is added excessively exceeding 0.50%, weldability deteriorates. The Si content is preferably 0.05% or more and 0.40% or less, and more preferably 0.10% or more and 0.30% or less.
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: 0.01 to 2.0%
Mn, like Si, is added for deoxidation and ensuring strength. If the Mn content is less than 0.01%, the minimum level of strength required for the structural member cannot be ensured. However, when Mn is added excessively exceeding 2.0%, toughness deteriorates. The Mn content is preferably 0.05% or more and 1.80% or less, and more preferably 0.10% or more and 1.60% or less.
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: 0.020% or less (including 0%)
Since P deteriorates toughness and weldability, it is preferable to suppress the content as much as possible. If the P content exceeds 0.020%, the weldability required for ships and the like cannot be ensured. The P content is preferably 0.015% or less.
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: 0.010% or less (including 0%)
S, like P, degrades toughness and weldability, so it is preferable to suppress the content as much as possible. If the S content exceeds 0.010%, the weldability required for ships and the like cannot be ensured. The S content is preferably 0.008% or less.
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。 The basic components of the base material used in the first welded joint according to the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities (for example, O). In addition, other permissible components (for example, Zr, N, etc.) may be further added to such an extent that the action of the present invention is not inhibited. Since these tolerable components are deteriorated in toughness when the content thereof is excessive, it is preferable to suppress them to about 0.1% or less in total.
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。 Further, the above-mentioned base material may include (i) Ni: 0.01 to 5.0%, Co: 0.01 to 5.0%, and Ti: 0.005 to 0.20% as necessary. (Ii) Ca: 0.0005 to 0.020% and / or Mg: 0.0005 to 0.020%, (iii) Se: 0.01 to 0.50%, (ii) iv) Sb: 0.01 to 0.50% and / or Sn: 0.01 to 0.50%, (v) B: 0.0001 to 0.010%, V: 0.01 to 0.50% Nb: At least one selected from the group consisting of 0.003 to 0.50% may be further added, and the characteristics of the welded joint are further improved according to the type of the added component.
(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。
(I) At least one selected from the group consisting of Ni: 0.01 to 5.0%, Co: 0.01 to 5.0%, and Ti: 0.005 to 0.20%. However, a dense rust film is formed on the surface to improve corrosion resistance. Furthermore, Ti suppresses corrosion inside the crevice and improves crevice corrosion resistance. However, when these elements are added excessively, weldability and hot workability deteriorate. Taking these into consideration, the contents of the above elements are set in the above ranges, respectively. The contents of Ni and Co are more preferably 0.05% or more and 4.50% or less, respectively. Further, the Ti content is more preferably 0.008% or more and 0.15% or less.
(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。
(Ii) Ca: 0.0005 to 0.020% and / or Mg: 0.0005 to 0.020%
Ca and Mg exhibit a pH increasing action by dissolution, suppress a pH decrease due to a hydrolysis reaction of a local anode where iron is dissolved, suppress a corrosion reaction, and improve corrosion resistance. Such an effect is effectively exhibited by adding 0.0005% or more of each of the above elements. However, if the above element is added in excess of 0.020%, workability and weldability deteriorate. The content of the elements is more preferably 0.0010% or more and 0.015% or less.
(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。
(Iii) Se: 0.005 to 0.50%
Se suppresses the pH reduction at the site where the corrosion dissolution reaction occurs to suppress the corrosion reaction and improve the corrosion uniformity. The above-described action by Se is particularly effective in suppressing local corrosion of the “clearance” formed in the welded joint. This is because, in the gap portion, since the movement of the substance is restricted, the pH is likely to decrease locally. In order to effectively exhibit such an action, 0.005% or more of Se is added. However, when Se is added excessively exceeding 0.50%, workability and weldability deteriorate. The Se content is preferably 0.008% or more and 0.45%, and more preferably 0.010% or more and 0.40% or less.
(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。
(Iv) Sb: 0.01 to 0.50% and / or Sn: 0.01 to 0.50%
Sb and Sn are rust densification by Cu, which is an essential component of this embodiment, rust densification by (i) elements (Ni, Ti, etc.), and (iii) Se and ( ii) Promotes the effect of inhibiting pH reduction by the elements (Ca, Mg) and improves the corrosion resistance. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable to add 0.01% or more of any of the above elements. However, if the above elements are added excessively, the workability and weldability deteriorate, so each content is preferably 0.50% or less. The content of the elements is more preferably 0.02% or more and 0.40% or less, respectively.
(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。
(V) at least one selected from the group consisting of B: 0.0001 to 0.010%, V: 0.01 to 0.50%, and Nb: 0.003 to 0.50%. It is useful for improvement. However, when these elements are added excessively, the toughness of the base material deteriorates. Considering these points, the preferable content of the above elements is set in the above range. The content of B is more preferably 0.0003% or more and 0.0090% or less. The content of V is more preferably 0.02% or more and 0.45% or less. The Nb content is more preferably 0.005% or more and 0.45% or less.
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)。 The steel material of this embodiment may be further coated as needed. For example, as shown in the examples described later, a coating film may be formed using a tar epoxy resin paint. Or you may perform the typical heavy-duty anticorrosion coating methods other than the said coating, for example, the coating by a zinc rich paint and a shop primer. Furthermore, it is possible to use an anticorrosion method such as cathodic protection in combination. By these methods, the corrosion resistance of coating is further improved (see Examples described later).
(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。
(Composition of weld metal in the first weld joint according to the present invention)
The weld metal is C: 0.01 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: 0.01 to 2.0%, Al: 0.05 to 0.50%, Cu : 0.01-5.0%, Cr: 0.01-5.0%, P: 0.020% or less (including 0%) and S: 0.010% (0%) And the remainder is preferably Fe and inevitable impurities. That is, the composition of the weld metal is preferably substantially the same as that of the base material.
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。 Next, a preferred method for producing the first welded joint according to the present invention will be described.
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。 The first welded joint according to the present invention can be obtained, for example, by appropriately controlling the composition of the base material and the welding material. The preferable steel components of the base material are as described above.
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。 In particular, Al, Cu, and the welding material are used so that the S value, the T value, and the U value satisfy the ranges of the above formula (5), the above formula (6), and the above formula (7), respectively. It is preferable to appropriately control the Cr content. Specifically, although the composition of the welding material varies depending on the welding conditions and the like, the Al amount of the welding material is generally in the range of more than 0.3 times and less than 3.1 times compared to the Al amount of the base material. Strictly, it is more preferable to control within the range of more than 0.30 times and less than 3.10 times (see the examples described later). Further, it is preferable to control the amount of Cu of the welding material within a range of more than 0.1 times and less than 2.7 times compared to the amount of Cu of the base material. It is more preferable to control within a range of less than 70 times (see Examples described later). Further, it is preferable to control the Cr amount of the welding material within a range of more than 0.2 times and less than 3.0 times compared to the Cr amount of the base material. It is more preferable to control within a range of less than 00 times (see Examples described later). For example, as shown in Table 5 below. Since 1 is less than the above-mentioned preferable range, that is, the amount of Cu in the welding material / the amount of Cu in the base material≈0.096, the coating corrosion resistance is reduced. In Table 5, No. 3 is less than the above-mentioned preferable range, ie, Cr amount in the welding material / Cr amount in the base material≈0.186, and therefore, the coating corrosion resistance is lowered. In Table 5, No. No. 8 is excellent in corrosion resistance because the amount of Cr in the welding material / the amount of Cr in the base metal≈2.966, which is within the above preferred range. No. 14 exceeds the above preferable range, ie, the amount of Cr in the welding material / the amount of Cr in the base metal≈3.051, so the HAZ toughness is reduced. The other components of the welding material are not particularly limited as long as the first welded joint according to the present invention is obtained. For example, C: 0.01 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: Control within the range of 0.01 to 2.0%, and suppress P to 0.020% or less (including 0%) and S to 0.010% or less (including 0%) It is recommended.
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。 The type of welding conditions is not particularly limited, and generally used welding methods can be appropriately selected and used so as to improve the mechanical properties (such as strength and toughness) of the welded joint. Typical examples include arc welding. For example, submerged arc welding (automatic welding) described in the examples described later, semi-automatic arc welding such as solid wire or flux-cored wire, covered arc welding, TIG welding (TIG), etc. Including manual arc welding. In addition, gas welding may be performed.
(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。
(Second welded joint according to the present invention)
The second welded joint according to the present invention satisfies the following expression (4). As a result, it is possible to provide a welded structure with improved overall corrosion resistance, corrosion uniformity, crevice corrosion resistance, and paint corrosion resistance.
0.30 ≦ [A Se ] / [B Se ] ≦ 3.0 (4)
Where
[A Se ] is the Se content (% by mass) contained in the weld metal of the welded part,
[B Se ] is the Se content (% by mass) contained in the base material.
Respectively.
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。 In the above formula (4), when [A Se ] / [B Se ] (hereinafter referred to as R value) is less than 0.30, as shown in the examples described later, an anticorrosive film of Se Since the effect of improving the corrosion resistance by the forming component is not effectively exhibited, these characteristics are deteriorated. On the other hand, the upper limit of the R value is not particularly limited from the viewpoint of improving the corrosion resistance. However, if it exceeds 3.0 (strictly 3.00), the toughness of the welded portion deteriorates and a predetermined mechanical strength is ensured. Can not do it. Considering these comprehensively, the R value is preferably 0.5 or more and 2.0 or less.
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。 Here, [A Se ] included in the weld metal of the welded part can be determined mainly by [B Se ] included in the base material and the welding material to be used.
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。 In order to control the R value within the range of the above formula (4), it is preferable to control the components of the base metal in the steel and the composition of the weld metal as follows.
(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)。
(Components in steel of base material in second welded joint according to the present invention)
As shown below, the base material used in the present embodiment contains Se as an essential component in addition to the basic components of C, Si, and Mn. This base material is useful as a marine steel material having excellent corrosion resistance, and the applicant of the present application has already filed an application (filed on June 29, 2004, Japanese Patent Application No. 2004-191759).
まず、本実施形態を特徴付けるSeについて説明する。 First, Se that characterizes the present embodiment will be described.
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: 0.005-0.50%
Se has the action of suppressing the corrosion reaction by suppressing the pH drop at the site where the corrosion dissolution reaction occurs, and improving the corrosion resistance. As a result, local changes in pH are less likely to occur, and corrosion uniformity is improved.
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。 This point will be explained in a little more detail. For example, when an element that densifies or stabilizes rust such as Cu, Ni, Ti (described later) is added, the overall corrosion resistance is improved as shown in the examples described later. The pH tends to decrease at the starting point, and local corrosion tends to increase. Se has a tendency to concentrate in a defective portion of rust that is likely to be a starting point of local corrosion, and is therefore considered to exert a pH lowering suppressing action against a local pH decrease. In particular, since the movement of the substance is restricted in the gap portion, a pH drop occurs locally and local corrosion occurs. However, the addition of Se can effectively suppress such local corrosion. Such an effect of improving the corrosion uniformity and local corrosion resistance by Se is drastically improved when used in combination with Cu, Ni, Ti or the like.
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。 In order to effectively exhibit the above action, 0.005% or more of Se is added. However, when Se is added excessively exceeding 0.50%, workability and weldability deteriorate. The Se content is preferably 0.006% or more and 0.45% or less, and more preferably 0.008% or more and 0.40% or less.
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: 0.01 to 0.30%
C is necessary for securing the strength of the material. C is added in an amount of 0.01% or more in order to ensure the minimum level of strength required for the structural members of the ship (approximately 400 MPa depending on the thickness of the steel used). However, when C is added excessively exceeding 0.30%, toughness deteriorates. The C content is preferably 0.02% or more and 0.28% or less, and more preferably 0.04% or more and 0.26% or less.
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: 0.01 to 2.0%
Si is added for deoxidation and ensuring strength. If the Si content is less than 0.01%, the minimum strength required for the structural member cannot be ensured. However, when Si is added excessively exceeding 2.0%, weldability deteriorates. The Si content is preferably 0.02% or more and 1.80% or less, and more preferably 0.05% or more and 1.60% or less.
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: 0.01 to 2.0%
Mn is added for deoxidation and securing of strength, similar to Si. If the Mn content is less than 0.01%, the minimum level of strength required for the structural member cannot be ensured. However, when Mn is added excessively exceeding 2.0%, toughness deteriorates. The Mn content is preferably 0.05% or more and 1.80%, and more preferably 0.10% or more and 1.60% or less.
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: 0.005-0.10%
Al, like Si and Mn, is added for deoxidation and securing of strength. When the Al content is less than 0.005%, the deoxidation action is not effectively exhibited. However, if Al is added in excess of 0.10%, the weldability decreases. The Al content is preferably 0.010% or more and 0.050% or less, and more preferably 0.015% or more and 0.040% or less.
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。 The basic components of the base material used in the second welded joint according to the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities (for example, P, S, O, etc.). In addition, other permissible components (for example, Zr, N, etc.) may be further added to such an extent that the action of the present invention is not inhibited. Since the toughness deteriorates when the content of these permissible components is excessive, it is preferable to keep the total to about 0.1% or less.
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。 Furthermore, the above-mentioned base material includes (i) Cu: 0.01 to 5.0%, Cr: 0.01 to 5.0%, Co: 0.01 to 5.0%, Ni as necessary. : At least one selected from the group consisting of 0.01 to 5.0% and Ti: 0.005 to 0.20%, (ii) La: 0.0005 to 0.15%, Ce: 0.0005 One or more selected from the group consisting of 0.15%, Ca: 0.0005 to 0.015%, and Mg: 0.0005 to 0.015%, (iii) Mo: from 0.01 to 5.0% At least one selected from the group consisting of: (iv) Sb: 0.01 to 0.5%, As: 0.01 to 0.5%, Sn: 0.01 to 0.5%, Bi: 0.01 to 0.5% and Te: at least one selected from the group consisting of 0.01 to 0.5%, (v) B: 0.000 At least one selected from the group consisting of -0.010%, V: 0.01-0.50%, and Nb: 0.003-0.50%, (vi) Zn: 0.001-0.10% May be further added, and the characteristics of the welded joint are further improved depending on the kind of the added component.
(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。
(I) Cu: 0.01-5.0%, Cr: 0.01-5.0%, Co: 0.01-5.0%, Ni: 0.01-5.0%, and Ti: One or more elements selected from the group consisting of 0.005 to 0.20% These elements greatly contribute to improving corrosion resistance by forming a dense rust film on the surface. Furthermore, Co is useful for inhibiting corrosion in a high salinity environment. In addition to the above effects, Ti suppresses corrosion inside the crevice and improves crevice corrosion resistance. However, when these elements are added excessively, weldability and hot workability deteriorate. Considering these points, the preferable content of the above elements is set in the above range. The contents of Cu, Cr, Co, and Ni are more preferably 0.05% or more and 4.50% or less, respectively. The Ti content is more preferably 0.008% or more and 0.15% or less.
(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。
(Ii) A group consisting of La: 0.0005 to 0.15%, Ce: 0.0005 to 0.15%, Ca: 0.0005 to 0.015%, and Mg: 0.0005 to 0.015% One or more selected from these elements, in addition to suppressing the pH drop due to hydrolysis of Fe ions dissolved by corrosion, promotes the rust densification action of the element (i) (Cu, etc.) added as necessary. , Se has the effect of further enhancing the effect of suppressing pH reduction by Se. However, when these elements are added excessively, workability and weldability are lowered. Taking these into consideration, the preferable content of the above elements is set in the above range. The contents of La and Ce are more preferably 0.0010% or more and 0.10% or less, respectively. The Ca and Mg contents are more preferably 0.0010% or more and 0.010% or less, respectively.
(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。
(Iii) Mo: 0.01-5.0%
Mo improves corrosion uniformity and suppresses perforation due to local corrosion. In particular, by using Mo together with the element (i) (Cu, Cr, Co, etc.), the corrosion uniformity is further improved. However, when Mo is added excessively, weldability deteriorates. Taking these into consideration, the preferable content of Mo is set to the above range. The Mo content is more preferably 0.02% or more and 4.50%.
(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。
(Iv) Sb: 0.01-0.5%, As: 0.01-0.5%, Sn: 0.01-0.5%, Bi: 0.01-0.5%, and Te: At least one selected from the group consisting of 0.01 to 0.5% These elements include rust densification by the element (i) (Cu, etc.) and pH by the element (ii) (La, etc.). Promotes lowering action and improves corrosion resistance. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable to add 0.01% or more of any of the above elements. However, if these elements are added excessively, the workability and weldability are deteriorated. Therefore, it is preferable that both elements be 0.5% or less. The content of the elements is more preferably 0.02% or more and 0.40% or less, respectively.
(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。
(V) at least one selected from the group consisting of B: 0.0001 to 0.010%, V: 0.01 to 0.50%, and Nb: 0.003 to 0.50%. Contributes to improvement. However, when added excessively, the toughness of the base material decreases, so the content of the above elements was set within the above range. The content of B is more preferably 0.0003% or more and 0.0090% or less. The content of V is more preferably 0.02% or more and 0.45% or less. The Nb content is more preferably 0.005% or more and 0.45% or less.
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)。 The steel material of this embodiment may be further coated as needed. For example, as shown in the examples described later, a coating film may be formed using a tar epoxy resin paint. Or you may perform the typical heavy-duty anticorrosion coating methods other than the said coating, for example, the coating by a zinc rich paint and a shop primer. Furthermore, it is possible to use an anticorrosion method such as cathodic protection in combination. By these methods, the corrosion resistance of coating is further improved (see Examples described later).
(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。
(Composition of weld metal in the second welded joint according to the present invention)
The weld metal contains C: 0.01 to 0.30%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.01 to 2.0%, Al: 0.005 to 0.10%, respectively. In addition to containing, it is preferable that Se: 0.005 to 0.50% is contained, and the balance is Fe and inevitable impurities. That is, the composition of the weld metal is preferably substantially the same as that of the base material.
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。 Next, a preferred method for producing the second welded joint according to the present invention will be described.
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。 The second welded joint according to the present invention can be obtained, for example, by appropriately controlling the composition of the base material and the welding material. The preferable steel components of the base material are as described above.
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。 In particular, it is preferable to appropriately control the Se content of the welding material so that the R value satisfies the range of the above formula (4). Specifically, although the composition of the welding material varies depending on the welding conditions and the like, the Se amount of the welding material is generally more than 0.35 times and less than 4.0 times compared to the Se amount of the base material (strictly Is preferably controlled within a range of less than 4.00 times. Other components of the welding material are not particularly limited as long as the second welded joint according to the present invention is obtained. For example, C: 0.01 to 0.30%, Si: 0.01 to 2.0%, It is recommended to control within the range of Mn: 0.01 to 2.0% and Al: 0.005 to 0.10%.
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。 The type of welding conditions is not particularly limited, and generally used welding methods can be appropriately selected and used so as to improve the mechanical properties (such as strength and toughness) of the welded joint. Typical examples include arc welding. For example, submerged arc welding (automatic welding) described in the examples described later, semi-automatic arc welding such as solid wire or flux-cored wire, covered arc welding, TIG welding (TIG), etc. Including manual arc welding. In addition, gas welding may be performed.
(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、
(Third welded joint according to the present invention)
The third welded joint according to the present invention satisfies the following expression (8). As a result, it is possible to provide a welded structure with improved overall corrosion resistance, corrosion uniformity, crevice corrosion resistance, and paint corrosion resistance.
0.30 ≦ [A Zn ] / [B Zn ] ≦ 3.0 (8)
Where
[A Zn ] is the Zn content (mass%) contained in the weld metal of the welded part,
[B Zn ] is the content (mass%) of Zn contained in the base material,
Mean,
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。 In the above formula (8), when [A Zn ] / [B Zn ] (hereinafter referred to as V value) is less than 0.30, the corrosion resistance due to the anticorrosive film forming component of Zn as shown in the examples described later. Since the improving action is not effectively exhibited, the above characteristics are deteriorated. On the other hand, the V value is not particularly limited from the viewpoint of improving the corrosion resistance, but if it exceeds 3.0 (strictly 3.00), the toughness of the welded portion deteriorates and a predetermined mechanical strength is ensured. I can't. Taking these into account, it is preferable to control the V value to be 0.5 or more and 2.0 or less.
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。 Here, [ AZn ] contained in the weld metal of the welded portion can be determined mainly by [ BZn ] contained in the base material and the welding material to be used.
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。 In order to control the V value within the range of the above formula (8), it is preferable to control the components of the base metal in the steel and the composition of the weld metal as follows.
(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)。
(Components in steel of base material in third welded joint according to the present invention)
As shown below, the base material used in the present embodiment contains Zn as an essential component in addition to the basic components of C, Si, and Mn. This base material is useful as a steel material for petroleum tanks having excellent corrosion resistance, and the present applicant has filed an application earlier (filed on October 21, 2004, Japanese Patent Application No. 2004-307130).
まず、本実施形態を特徴付けるZnを説明する。 First, Zn that characterizes this embodiment will be described.
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: 0.001 to 0.10%
Zn is useful for enhancing the corrosion resistance in an environment where sulfur (such as elemental sulfur and hydrogen sulfide gas) derived from petroleum exists. In general, the reaction in which steel dissolves in water and corrodes is relatively slow, and the corrosion rate is very slow and is not a problem. However, in an environment where sulfur exists to some extent, sulfur promotes the dissolution reaction. Corrosion is thought to progress significantly. Since Zn in steel has a lower potential than Fe and other alloy elements, it tends to selectively dissolve when placed in the environment. The dissolved Zn reacts with sulfur to produce zinc sulfide (ZnS), which precipitates on the surface of the steel material to form a zinc sulfide coating. Since zinc sulfide is low in water solubility, the formation of the coating film protects the base steel material from the moisture environment and suppresses the progress of corrosion. In particular, in the crevice portion where the movement of the substance is restricted, zinc sulfide does not scatter offshore but easily settles on the surface of the steel material. Therefore, the addition of Zn further enhances crevice corrosion resistance. The above-mentioned action by Zn is drastically improved by using in combination with elements such as Cu, Ni, Cr, Ti, etc. that exert a densifying action or stabilizing action of rust added as necessary.
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。 In order to exhibit such an action effectively, 0.001% or more of Zn is added. However, when Zn is added excessively exceeding 0.10%, workability and weldability are deteriorated. The Zn content is preferably 0.003% or more and 0.09% or less, and more preferably 0.005% or more and 0.08% or less.
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: 0.01 to 0.30%
C is added to ensure the strength of the material. When the welded joint of the present embodiment is applied as a structural member such as a petroleum tank, for example, in order to ensure the lowest level of strength (depending on the thickness of the steel material used, approximately 400 MPa), C is used. Add 0.01% or more. However, when C is added excessively exceeding 0.30%, toughness deteriorates. The C content is preferably 0.02% or more and 0.28% or less, and more preferably 0.04% or more and 0.26% or less.
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: 0.01 to 2.0%
Si is added for deoxidation and ensuring strength. When the Si content is less than 0.01%, the minimum strength required for the structural member cannot be ensured. However, when Si is added excessively exceeding 2.0%, weldability deteriorates. The Si content is preferably 0.02% or more and 1.80% or less, and more preferably 0.05% or more and 1.60% or less.
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: 0.01 to 2.0%
Mn, like Si, is added for deoxidation and ensuring strength. If the Mn content is less than 0.01%, the minimum level of strength required for the structural member cannot be ensured. However, if Mn is added excessively exceeding 2.0%, the toughness deteriorates. The Mn content is preferably 0.05% or more and 1.80% or less, and more preferably 0.10% or more and 1.60% or less.
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: 0.005-0.10%
Al, like Si and Mn, is added for deoxidation and securing of strength. If the Al content is less than 0.005%, the desired deoxidizing action cannot be obtained. However, when Al is added in excess of 0.10%, the weldability is lowered. The Al content is preferably 0.010% or more and 0.050% or less, and more preferably 0.015% or more and 0.040% or less.
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。 The basic components of the base material used for the third welded joint according to the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities (for example, P, S, O, etc.). In addition, other permissible components (for example, Zr, N, etc.) may be further added to such an extent that the action of the present invention is not inhibited. Since these tolerable components are deteriorated in toughness when the content thereof is excessive, it is preferable to keep the total to about 0.1% or less.
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。 Further, the base material may include (i) Cu: 0.01 to 5.0%, Ni: 0.01 to 5.0%, Cr: 0.01 to 5.0%, and At least one selected from the group consisting of Ti: 0.005 to 0.20%, (ii) Ca: 0.0005 to 0.015%, Mg: 0.0005 to 0.015%, and Se: 0.005 At least one selected from the group consisting of ˜0.50%, (iii) Mo: 0.01-5.0%, (iv) Sb: 0.01-0.5%, (v) B: 0.0001 -0.010%, V: 0.01-0.50%, and Nb: At least one selected from the group consisting of 0.003-0.50% may be further added. Accordingly, the properties of the welded joint are further improved.
(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。
(I) The group consisting of Cu: 0.01 to 5.0%, Ni: 0.01 to 5.0%, Cr: 0.01 to 5.0%, and Ti: 0.005 to 0.20% At least one of these elements selected from the above forms a dense rust film on the surface of the steel material and contributes to an improvement in corrosion resistance. As described above, in this embodiment, a zinc sulfide film is formed on the surface of the steel material by the addition of Zn. However, since this film does not have good adhesion to the base steel material, it is a fluid component such as petroleum. There is a risk of peeling. Since the rust film formed by the element (i) is formed so as to incorporate the zinc sulfide film, it acts as a protective film against fluid components such as petroleum and can prevent a decrease in corrosion resistance. Further, Ti suppresses corrosion inside the crevice and improves crevice corrosion resistance in addition to the above-described effects. The content of Cu, Ni, and Cr is more preferably 0.05% or more and 4.50% or less. The Ti content is more preferably 0.008% or more and 0.15% or less.
(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。
(Ii) At least one selected from the group consisting of Ca: 0.0005 to 0.015%, Mg: 0.0005 to 0.015%, and Se: 0.005 to 0.50%. Has the effect of suppressing pH reduction due to hydrolysis of Fe ions dissolved by the above, and has the effect of suppressing corrosion promotion due to pH reduction. As a result, local changes in pH are less likely to occur, and corrosion uniformity is improved. As described above, in this embodiment, a zinc sulfide film is formed on the surface of the steel material by the addition of Zn. However, since zinc sulfide has a relatively high solubility in an acidic solution, a decrease in pH locally occurs. In this case, the zinc sulfide film dissolves and the desired protective action is not exhibited. On the other hand, when the above elements are added, local acidification is prevented by the pH lowering suppressing action, so that the dissolution of zinc sulfide is suppressed, and as a result, the corrosion resistance is further enhanced. However, when the above elements are added excessively, workability and weldability are reduced. Considering these points, the preferable content of the above elements is set in the above range. The Ca and Mg contents are more preferably 0.0010% or more and 0.010% or less, respectively. The Se content is more preferably 0.008% or more and 0.40% or less.
(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。
(Iii) Mo: 0.01-5.0%
Mo has an effect of increasing corrosion uniformity and suppressing perforation due to local corrosion. In particular, by using Mo together with the element (i) (Cu, Cr, etc.), the effect of improving the corrosion uniformity is further enhanced. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable to add Mo by 0.01% or more. However, since the weldability deteriorates when Mo is added excessively, the Mo content is preferably 5.0% or less. The Mo content is more preferably 0.02% or more and 4.50% or less.
(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。
(Iv) Sb: 0.01 to 0.5%
Sb is an element that further enhances the corrosion resistance by promoting the rust densification action by the element (i) (Cu etc.) and the pH lowering suppression action by the element (Ca) (ii). In order to exert such effects, it is preferable to add 0.01% or more of Sb. However, if Sb is added excessively, the workability and weldability deteriorate, so the Sb content is preferably 0.5% or less. The Sb content is preferably 0.02% or more and 0.40% or less.
(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。
(V) at least one selected from the group consisting of B: 0.0001 to 0.010%, V: 0.01 to 0.50%, and Nb: 0.003 to 0.50%. It is effective for improvement. However, when added excessively, the toughness of the base material is lowered. Taking these into consideration, the preferable content of the above elements is set in the above range. The content of B is more preferably 0.0003% or more and 0.0090% or less. The content of V is more preferably 0.02% or more and 0.45% or less. The Nb content is more preferably 0.005% or more and 0.45% or less.
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)。 The steel material of this embodiment may be further coated as needed. For example, as shown in the examples described later, a coating film may be formed using a tar epoxy resin paint. Or you may perform the typical heavy-duty anticorrosion coating methods other than the said coating, for example, the coating by a zinc rich paint and a shop primer. Furthermore, it is possible to use an anticorrosion method such as cathodic protection in combination. By these methods, the corrosion resistance of coating is further improved (see Examples described later).
(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。
(Composition of weld metal in the third weld joint according to the present invention)
The weld metal contains C: 0.01 to 0.30%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.01 to 2.0%, Al: 0.005 to 0.10%, respectively. In addition to Zn, 0.001 to 0.10% is contained, and the balance is preferably Fe and inevitable impurities. That is, the composition of the weld metal is preferably substantially the same as that of the base material.
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。 Next, a preferred method for producing the third welded joint according to the present invention will be described.
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。 The third welded joint according to the present invention can be obtained, for example, by appropriately controlling the composition of the base material and the welding material. The preferable steel components of the base material are as described above.
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。 In particular, it is preferable to appropriately control the Zn content so that the welding material satisfies the range of the above formula (8). Specifically, although the composition of the welding material varies depending on the welding conditions and the like, the Zn amount of the welding material is generally in the range of more than 0.4 times and less than 3.5 times the Zn amount of the base material. (Strictly speaking, it is preferable to control to 0.40 times and less than 3.50 times). The other components of the welding material are not particularly limited as long as the third welded joint according to the present invention is obtained. For example, C: 0.01 to 0.30%, Si: 0.01 to 2.0%, It is recommended to control within the range of Mn: 0.01 to 2.0% and Al: 0.005 to 0.10%.
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。 The type of welding conditions is not particularly limited, and generally used welding methods can be appropriately selected and used so as to improve the mechanical properties (such as strength and toughness) of the welded joint. Typical examples include arc welding. For example, submerged arc welding (automatic welding) described in the examples described later, semi-automatic arc welding such as solid wire or flux-cored wire, covered arc welding, TIG welding (TIG), etc. Including manual arc welding. In addition, gas welding may be performed.
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。 In this embodiment, in order to control the above-described V value within the range of the above formula (8) and to control the preferred composition of the weld metal within the above range, it is preferable to appropriately control the welding conditions. . Details of the welding conditions are as described in the first weld joint described above.
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。 The welded structure of the present invention exhibits excellent corrosion resistance against the adhesion of salt caused by seawater and the like and corrosion due to a wet environment, but is not limited thereto, and is applied to, for example, a petroleum liquid fuel tank. However, excellent corrosion resistance can be exhibited in the corrosive environment.
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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the gist of the preceding and following description of the present specification. Included in the technical scope.
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。
Example 1 (Examination of the first welded joint according to the present invention)
In this example, in the first welded joint according to the present invention, the S value ([A Al ] / [B Al ]), the T value ([A Cu ] / [B Cu ]), and the U value ([A Cr ]). / [B Cr ]) and the corrosion resistance were investigated. In addition, in the present Example and the Example described later, the following corrosion tests were performed and evaluated using the test pieces D prepared from the test pieces B as follows.
(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。
(Preparation of joint specimen B)
The joint test piece B shown in FIG. 1 was produced as follows.
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。 First, steel materials (base materials) M1 to M8 having various component compositions shown in Table 1 (remainder: Fe and inevitable impurities) are melted in a converter, and various steel plates (size: about 300 mm) are obtained by continuous casting and hot rolling. X about 300 mm x about 25 mm). The obtained steel sheet was cut into two and the surface was ground to produce two test pieces A (size: about 300 mm × about 150 mm × about 25 mm) shown in FIG.
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。 The two test pieces A thus obtained were subjected to submerged arc welding using welding materials W1 to W14 having various component compositions (remainder: Fe and inevitable impurities) shown in Table 2, and joint tests were performed. Piece B was obtained. The wire diameters of the welding materials W1 to W14 were all about 4.8 mm, and the groove shape was V-shaped. The amount of heat input was appropriately adjusted within the range of 1 kJ / mm to 10 kJ / mm. Table 3 shows the composition of the weld metal in the welded portion thus obtained. No. shown in Table 3 The details of the base materials 1 to 14 and the welded joint material are as shown in Table 5 to be described later.
(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。
(Preparation of test piece C for crevice corrosion resistance measurement)
The test piece C shown in FIG. 2 was produced as follows.
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。 First, two gap forming test pieces of about 60 mm × about 60 mm × about 5 mm are brought into contact with the welded portion of the test piece B obtained as described above to form a gap portion as shown in FIG. A test specimen was prepared. Next, as shown in FIG. 2, a hole of about 10 mmφ is provided at the center of the test piece C, and a screw hole (not shown) is opened on the base material side (large test piece side) and an M8 plastic screw is used. By fixing, a test piece C for crevice corrosion resistance measurement was obtained.
(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。
(Preparation of test specimen D for coating corrosion resistance measurement)
In order to examine the coating corrosion resistance when the steel material to which the anticorrosion coating film was applied was damaged and the base steel material was exposed, a test piece D shown in FIG. 3 was prepared as follows.
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。 First, undercoating of zinc rich primer (average thickness of about 15 μm) and tar epoxy resin (average thickness) were applied to the entire surface of a steel plate (size of about 300 mm × about 300 mm × about 25 mm) prepared in the same manner as the above-mentioned test piece B. About 250 μm) was applied in order. Next, using a cutter knife on one side of this test piece, as shown in FIG. 3, cut scratches (length: about 200 mm, width: about 0.5 mm) reaching the substrate are perpendicular and horizontal to the weld line. The test piece D for coating corrosion resistance measurement was obtained.
(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。
(Measurement method for corrosion test)
The following corrosion tests were performed on the thus obtained joint specimen B, crevice corrosion resistance test specimen C, and paint corrosion resistance measurement specimen D. This corrosion test is set on the assumption that a ship composed of a welded structure including a welded joint is corroded.
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。 First, five test pieces are attached to the bottom plate on the inner surface of the tank of a VLCC (Very Large Crude Carrier) crude oil tanker, and after normal operation for five years, the degree of corrosion of each test piece is as follows. I investigated.
(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。
(Corrosiveness of specimen B)
The corrosivity (overall corrosivity and corrosion uniformity) of the test piece B was evaluated as follows.
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。 First, in order to remove corrosion products such as iron rust formed on the test piece B, cathodic electrolysis was performed in a diammonium hydrogen citrate aqueous solution based on JIS K8284.
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。 Next, the weight of the test piece B before and after the corrosion test was measured and converted into an average reduction amount D-ave (mm) of the plate thickness. The average reduction amount D-ave of five test pieces was calculated in the same manner, and the overall corrosivity was evaluated.
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。 Moreover, the maximum erosion depth D-max (mm) of the test piece B was calculated | required using the stylus type three-dimensional shape measuring apparatus. The maximum erosion depth D-max (D-max / D-ave) with respect to the average reduction amount D-ave of the plate thickness calculated as described above was calculated, and the corrosion uniformity was evaluated.
(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。
(Crevice corrosion resistance of specimen C)
The crevice corrosion resistance was evaluated by measuring the maximum crevice corrosion depth D-crev (mm) as follows.
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。 First, after removing the gap forming test piece attached to the test piece C, the corrosion products such as iron rust were removed in the same manner as the test piece B.
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。 Next, the maximum crevice corrosion depth D-crev (mm) on the large test piece side was measured using the stylus type three-dimensional shape measuring apparatus used for the evaluation of corrosivity.
(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。
(Coating corrosion resistance of test piece D)
The coating corrosion resistance was evaluated by measuring the maximum swollen width as follows.
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。 First, about 5 test pieces D, the coating film swollen width (mm) in the direction perpendicular to the cut wound was measured with a caliper. The maximum measured value was defined as the maximum swollen width.
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。 Table 4 shows the evaluation criteria for the corrosion resistance (total corrosion resistance and corrosion uniformity) of the test piece B, the crevice corrosion resistance of the test piece C, and the coating corrosion resistance of the test piece D. In Table 4, when all the evaluation items were “◯” or “◎”, the evaluation was accepted, and the overall judgment was “△” or “x” was rejected. The results of evaluation according to the evaluation criteria shown in Table 4 are shown in Table 5.
(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。
(Toughness evaluation of welds)
A Charpy impact test piece (JIS Z3111-4) was taken so that the 1/4 part of the plate thickness was the center line, and the Charpy impact test was conducted at 0 ° C to absorb the absorbed energy (Charpy impact) Value, vE 0 ) was calculated. Three Charpy impact test specimens were collected, and the average value thereof was taken as the Charpy impact value (vE 0 ). In this example, those having a vE 0 of 100 J or more were evaluated as “excellent in HAZ toughness”. These results are also shown in Table 5.
表5より、以下のように考察される。 From Table 5, it is considered as follows.
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。 First, the S value, the T value, and the U value satisfy the ranges of the above formula (5), the above formula (6), and the above formula (7), respectively. 4 to No. No. 11 shows excellent corrosion resistance in any of the evaluation items, has excellent HAZ toughness, and has good characteristics as a welded structure.
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。 On the other hand, since the amount of Cu in the welding material is smaller than the amount of Cu in the base material, the S value falls below the range of the above formula (5). 1. Since the Al amount in the welding material is smaller than the Al amount in the base material, the T value is less than the range of the above formula (6). 2, and the amount of Cr in the welding material is smaller than the amount of Cr in the base metal, so the U value falls below the range of the above formula (7). Although all 3 were excellent in overall corrosion resistance, any of corrosion uniformity, coating corrosion resistance, and crevice corrosion resistance was slightly lowered or lowered.
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。 On the other hand, since the amount of Al in the welding material is larger than the amount of Al in the base metal, the S value exceeds the range of the above formula (5). No. 12, since the amount of Cu in the welding material is larger than the amount of Cu in the base metal, the T value exceeds the range of the above formula (6). No. 14, because the amount of Cr in the welding material is larger than the amount of Cr in the base metal, the U value exceeds the range of the above equation (7). No. 15 had a HAZ toughness of less than 100 J, and the toughness of the welded portion decreased.
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。 In addition, in the present Example, although the joint test piece B was produced by the submerged arc welding method, the welding method is not limited to this. For example, it has been confirmed by experiments that the same effect can be obtained even if the joint specimen B is produced by a welding method usually used for producing a welded structure such as a coated arc welding method or an electroslag welding method. ing. Moreover, the welding material to be used is not limited to the composition of Table 2, and various welding materials can be used as long as the S value, the T value, and the U value satisfy the scope of the present invention.
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。
Example 2 (Examination of second welded joint according to the present invention)
In this example, the relationship between the R value ([A Se ] / [B Se ]) and the corrosion resistance was examined in the second welded joint according to the present invention.
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。 Specifically, steel materials (base materials) M1 to M8 having various component compositions (remainder: Fe and inevitable impurities) shown in Table 6 and various component compositions (remainder: Fe and inevitable impurities) shown in Table 7 are included. A joint test piece B was obtained in the same manner as in Example 1 using the welding materials W1 to W9. Table 8 shows the composition of the weld metal in the welded portion thus obtained. No. shown in Table 8 The details of the base materials 1 to 9 and the welded joint material are as shown in Table 9 to be described later.
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。 Next, in the same manner as in Example 1, a test piece C for crevice corrosion resistance measurement and a test piece D for paint corrosion resistance measurement were prepared and subjected to a corrosion resistance test. evaluated.
これらの結果を表9に示す。 These results are shown in Table 9.
表9より、以下のように考察される。 From Table 9, it is considered as follows.
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。 First, the R value satisfies the range of the above formula (4). 2 to No. No. 9 shows excellent corrosion resistance in any of the evaluation items, and it is understood that the welded structure has good characteristics.
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。 On the other hand, since the Se amount in the welding material is smaller than the Se amount in the base material, the R value is less than the range of the above equation (4). In No. 1, the overall corrosion resistance, the corrosion uniformity, and the coating corrosion resistance were slightly lowered, and the crevice corrosion resistance was lowered.
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。 In addition, in the present Example, although the joint test piece B was produced by the submerged arc welding method, the welding method is not limited to this. For example, it has been confirmed by experiments that the same effect can be obtained even if the joint specimen B is produced by a welding method usually used for producing a welded structure such as a coated arc welding method or an electroslag welding method. ing. Further, the welding material to be used is not limited to the composition shown in Table 7, and various welding materials can be used as long as the R value satisfies the range of the above formula (4).
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。
Example 3 (Examination of third welded joint according to the present invention)
In this example, the relationship between the V value ([A Zn ] / [B Zn ]) and the corrosion resistance was examined in the third welded joint according to the present invention.
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。 Specifically, steel materials (base materials) M1 to M8 having various component compositions (remainder: Fe and inevitable impurities) shown in Table 10 and various component compositions (remainder: Fe and inevitable impurities) shown in Table 11 are included. A joint test piece B was obtained in the same manner as in Example 1 using the welding materials W1 to W9. Table 12 shows the composition of the weld metal in the welded portion thus obtained. No. shown in Table 12 Details of the base metals 1 to 9 and the welded joint material are as shown in Table 13 to be described later.
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。 Next, in the same manner as in Example 1, a test piece C for crevice corrosion resistance measurement and a test piece D for paint corrosion resistance measurement were prepared and subjected to a corrosion resistance test. evaluated.
これらの結果を表13に示す。 These results are shown in Table 13.
表13より、以下のように考察される。 From Table 13, it is considered as follows.
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。 First, No. 1 in which the V value satisfies the range of the above equation (8). 2 to No. No. 9 shows excellent corrosion resistance in any of the evaluation items, and it is understood that the welded structure has good characteristics.
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。 On the other hand, since the amount of Zn in the welding material is smaller than the amount of Zn in the base metal, the V value falls below the range of the above formula (8). No. 1 was excellent in overall corrosion resistance, but the corrosion uniformity and coating corrosion resistance were slightly lowered, and crevice corrosion resistance was lowered.
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。 In addition, in the present Example, although the joint test piece B was produced by the submerged arc welding method, the welding method is not limited to this. For example, it has been confirmed by experiments that the same effect can be obtained even if the joint specimen B is produced by a welding method usually used for producing a welded structure such as a coated arc welding method or an electroslag welding method. ing. Further, the welding material to be used is not limited to the composition shown in Table 11, and various welding materials can be used as long as the V value satisfies the range of the above formula (8).
Claims (12)
下式(5)、下式(6)、および下式(7)を満足することを特徴とする耐食性に優れた溶接継手。
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。 It is a welded joint where the base materials are welded together,
A welded joint excellent in corrosion resistance, characterized by satisfying the following formula (5), the following formula (6), and the following formula (7).
0.30 ≦ [A Al ] / [B Al ] ≦ 3.0 (5)
0.30 ≦ [A Cu ] / [B Cu ] ≦ 3.0 (6)
0.30 ≦ [A Cr ] / [B Cr ] ≦ 3.0 (7)
Where
[A Al ] is the content (% by mass) of Al contained in the weld metal of the welded portion,
[B Al ] is the content (% by mass) of Al contained in the base material,
[A Cu ] is the content (% by mass) of Cu contained in the weld metal of the welded part,
[B Cu ] is the content (% by mass) of Cu contained in the base material,
[A Cr ] is the content (% by mass) of Cr contained in the weld metal of the welded part,
[B Cr ] is the content (% by mass) of Cr contained in the base material.
Respectively.
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:0.01〜2.0%、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請求項1または2に記載の溶接継手。 The steel component of the base metal is
C: 0.01 to 0.20% (meaning mass%, hereinafter the same for the components in steel), Si: 0.01 to 0.50%, Mn: 0.01 to 2.0%, Al: 0 0.05 to 0.50%, Cu: 0.01 to 5.0%, Cr: 0.01 to 5.0%, P: 0.020% or less (including 0%) and S The weld joint according to claim 1, wherein the weld joint is suppressed to 0.010% or less (including 0%) and the balance is Fe and inevitable impurities.
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