專(zhuān)利名稱(chēng)：涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括橋梁或鐵塔等進(jìn)行重涂涂飾的日常維持管理業(yè)務(wù)困難的用于鋼結(jié)構(gòu)物的鋼材，特別是涉及一種在臨近海岸或者為防凍在道路上灑布鹽化物的某寒冷地區(qū)的鹽腐蝕環(huán)境下所適用的涂飾用鋼材及其制造方法的技術(shù)領(lǐng)域。
在JIS中所規(guī)定的焊接結(jié)構(gòu)用耐氣候性熱鍛軋制鋼材(SMAJIS G 3114)和高耐氣候性軋制鋼材(SMAJIS G 3125)是二種作為在鋼中適量添加Cr、Cu、Ni、P等化學(xué)成分的耐氣候性鋼材。另外，在后述的專(zhuān)利公報(bào)中也公開(kāi)了耐氣候性鋼材。耐氣候性鋼是一種所謂通過(guò)在鋼材表面生成的致密的穩(wěn)定銹層遮擋不繼地進(jìn)行腐蝕的鋼材，在內(nèi)陸地區(qū)已有使用的實(shí)際成績(jī)。
但是，耐氣候鋼大約需要長(zhǎng)達(dá)約10年以上的時(shí)期才能生成穩(wěn)定的銹層，在實(shí)際應(yīng)用中存在初期腐蝕及隨之產(chǎn)生的紅銹的流出等問(wèn)題，在氣候溫暖濕潤(rùn)的日本這種傾向尤為強(qiáng)烈。在裸使用耐氣候鋼時(shí)，通常進(jìn)行以防止由于銹未穩(wěn)定化的銹水污染周?chē)Y(jié)構(gòu)為目的的銹穩(wěn)定化處理。但是，這種方法也與防止銹水的裸使用相同，具有所謂的在多鹽分襲擊環(huán)境中妨礙致密的銹層生成并得不到所期望的效果的問(wèn)題。
另一方面，以前曾提出過(guò)解決圍繞耐氣候鋼的上述問(wèn)題的方案。在特公昭53-22530號(hào)公報(bào)、特公昭56-33991號(hào)公報(bào)、特公昭58-39915號(hào)公報(bào)、特公昭58-17833號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平02-133480號(hào)公報(bào)、特公平06-21273號(hào)公報(bào)等提出通過(guò)在耐氣候鋼的表面涂飾樹(shù)脂防止由外部環(huán)境襲來(lái)的鹽分的侵入并促進(jìn)穩(wěn)定銹生成的方法。例如，在特開(kāi)平02-133480號(hào)公報(bào)中公開(kāi)有鱗片狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的Fe3O4、磷酸、丁縮醛樹(shù)脂及其余為溶劑的促進(jìn)生成穩(wěn)定銹的表面處理液；在特公平06-21273號(hào)公報(bào)中公開(kāi)有涂布P、Cu、Cr、Ni、Si及Mo的化合物一種以上、Fe2O3+Fe3O4、磷酸、雙酚系環(huán)氧樹(shù)脂及其余為溶劑和涂料助劑的涂飾液的銹穩(wěn)定化表面處理的方法。但是，這些方法中任何一個(gè)都沒(méi)有改善耐氣候性鋼材在促進(jìn)生成穩(wěn)定銹層上存在的問(wèn)題。即，樹(shù)脂涂飾通常存在有微小的缺陷，在其缺陷處得不到涂膜的效果。而且，在涂膜缺陷部進(jìn)行的腐蝕成為引起涂膜-基體表面的間隙腐蝕并招致在穩(wěn)定銹層生成以前涂膜自身的剝離和脫落。因此，在不能避免鹽分襲擊的環(huán)境中耐氣候性鋼的使用受到限制，成為大問(wèn)題。
另外，在橋梁領(lǐng)域中當(dāng)然需要縮減重涂的維持管理費(fèi)用，并且減輕建設(shè)費(fèi)用也成為重要課題。即，要少數(shù)主梁、合理化構(gòu)架、削減現(xiàn)場(chǎng)焊接加工工期、減輕維護(hù)管理等。為此，需要增加鋼材的壁厚、高強(qiáng)度化，能省略為防止焊接加工時(shí)的低溫裂紋必要的預(yù)熱，可大熱量輸入焊接的鋼材。
本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題而提出的，其目的是提供一種涂飾用鋼材及其制造方法，這種鋼材在不可避免鹽分襲擊的環(huán)境中具有兼顧使用的涂蝕用鋼材的涂膜的耐久性的良好的焊接性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材含有按質(zhì)量％為C0.12％以下、Si1.0％以下、Mn2.5％以下、P0.05％以下、S0.02％以下、Cr0.05％以下、Cu0.05-3.0％、Ni0.05-6.0％、Ti0.025-0.15％，并且Cu+Ni為0.50％以上、PCM為0.23％以下。
在上述的涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的成分中還含有按質(zhì)量％為B0.005-0.0030％、Al0.05-0.50％、Ca0.0001-0.05％、Ce0.0001-0.05％、La0.0001-0.05％、Nb0.002-0.05％、V0.01-0.10％、Zr0.002-0.05％、Mo0.05-0.5％中至少一種以上。
本發(fā)明的一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的制造方法是將含有上述成分的涂飾用鋼材中Ti/C超過(guò)4的鋼，加熱到溫度(T)為850-1200℃，在950℃以下的軋制結(jié)束溫度進(jìn)行軋制，空氣冷卻或以1℃/秒以上的冷卻速度水冷，或者軋制后由Ar3-950℃的溫度直接淬火，或者由Ac3-950℃的溫度進(jìn)行再加熱淬火、回火處理。
另一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的制造方法是將含有上述成分的涂飾用鋼材內(nèi)Ti/C為4以下的鋼，加熱到溫度(T)為850≤T≤(1200-50×Ti/C)℃，在(Ar3+50×Ti/C-100×[Ni]2)(式中[Ni]為Ni的含量，以下同)℃以下的軋制結(jié)束溫度進(jìn)行軋制，空氣冷卻或者以1℃/秒以同上的冷卻速度水冷，或者軋制后由(Ar3+50×Ti/C+100×[Ni]2)℃以下的溫度直接淬火，或者由(Ac3+50×Ti/C+100×[Ni]2)℃以下的溫度進(jìn)行再加熱淬火及回火處理。式中，PCM、Ar3、Ac3用下式表示。
PCM＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5BAr3＝910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo+0.35(t-8)，式中t為板厚。
Ac3＝908-223.7C+438.5P+30.49Si+37.92V-34.43Mn-23Ni+2(100C-54+6Ni)，但是，只是在2(100C-54+6Ni)為正值時(shí)適用。
人們知道，當(dāng)鋼表面生成致密的穩(wěn)定銹層時(shí)，則由于通過(guò)物理的或電化學(xué)的作用所謂的在環(huán)境中存在的水、氧或氯離子和促進(jìn)腐蝕物變得難于達(dá)到基體鋼，因此延遲鋼的腐蝕反應(yīng)，并且在不進(jìn)行特別的防腐處理下能將腐蝕速度減少到可忽略不計(jì)的程度。耐氣候性鋼是能積極地利用由致密銹本身防腐蝕作用的鋼。
具體地說(shuō)，通過(guò)微量添加能促進(jìn)生成銹致密化的所謂的Cr、Cu、Ni、P元素能得到耐氣候性鋼。即，所謂耐氣候性鋼是由于在裸材中使用能發(fā)現(xiàn)其作用效果的鋼材品種。但是，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是具有耐氣候性的穩(wěn)定銹生成的促進(jìn)作用在不能不考慮鹽分襲擊的鹽腐蝕環(huán)境下不能充分發(fā)揮其效果的問(wèn)題。因此，在未生成穩(wěn)定銹的時(shí)期，以避免襲擊的鹽分到達(dá)鋼表面為目的提出了各種所謂在鋼表面涂布薄樹(shù)脂涂膜的措施，但是由于都存在著如前所述的涂膜缺欠問(wèn)題，實(shí)際上還沒(méi)有有效的方法，這就是現(xiàn)狀。
本發(fā)明者們對(duì)涂膜缺陷部的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了銳意的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)作為鋼成分中所含的Cr是影響腐蝕的因素。即發(fā)現(xiàn)了，在涂膜缺陷中鋼一開(kāi)始腐蝕反應(yīng)，則隨著鐵原子微量溶解的Cr離子再加上Cl離子的作用造成缺陷內(nèi)pH值降低的原因，由于促進(jìn)了在缺陷內(nèi)的凝聚水的酸性化，造成了引發(fā)在涂膜-基材界面的間隙腐蝕作用。
因此，通過(guò)從上述的腐蝕機(jī)理推斷，在考慮為提高鹽腐蝕區(qū)域的樹(shù)脂涂飾耐氣候性鋼的耐久性而進(jìn)行成分設(shè)計(jì)時(shí)，可以認(rèn)為下述三點(diǎn)是重要的。
(1)Cr添加量盡可能的少，以減少涂膜缺陷部的腐蝕促進(jìn)因素。
(2)探求添加代替添加Cr的促進(jìn)穩(wěn)定銹生成的元素。
在有樹(shù)脂涂膜時(shí)，在涂膜的完好部由于涂膜的遮蔽效果使鹽分難于到達(dá)鋼表面，并且，即使在涂膜缺陷部的缺陷(傷)幅度十分小時(shí)，涂膜的厚度成為物理屏障，襲來(lái)的鹽分難于到達(dá)基體。因此，抑制涂膜缺陷內(nèi)部的pH值顯著地降低，若能控制元素成分，可以認(rèn)為即使在鹽腐蝕環(huán)境下也能提供壽命長(zhǎng)的涂飾鋼材。
(3)探求添加具有緩沖在涂膜缺陷內(nèi)的pH值降低作用的元素。即，通過(guò)微量溶解，添加具有提高pH向堿方向作用的元素。
若滿足這樣的條件，在涂膜缺陷的下面鋼就能形成穩(wěn)定銹，對(duì)于覆蓋表面的覆蓋材料，可從經(jīng)濟(jì)性、加工性、簡(jiǎn)便程度等推薦以最普通的有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行涂飾加工的方法。若有聚酯系、環(huán)氧系、聚氨酯系等能覆蓋鋼表面的物質(zhì)，則所有樹(shù)脂都可能涂飾，但按發(fā)明者們的經(jīng)驗(yàn)，具有撓性(柔軟性)、沖擊強(qiáng)度大、與金屬的粘接性?xún)?yōu)異的丁醛樹(shù)脂是最優(yōu)異的樹(shù)脂。
通過(guò)壁厚和高強(qiáng)度化，兼有焊接性和低溫韌性的涂飾用鋼材能根據(jù)少數(shù)的主梁、合理化架設(shè)減少橋梁建設(shè)費(fèi)用。因此，為了確保鋼材的焊接性，規(guī)定C含量和焊縫裂紋敏感性指數(shù)PCM，為了確?；捻g性控制TiC的析出，即規(guī)定根據(jù)Ti/C的加熱、軋制、熱處理?xiàng)l件，為了壁厚和高強(qiáng)度化，添加B、Nb、V、Zr、Mo，并且為了可能確保焊接熱影響部的韌性和大熱量輸入焊接，規(guī)定C和Ti含量的上限并有效地運(yùn)用B。
本發(fā)明是從上述的觀點(diǎn)出發(fā)而得出的，下面對(duì)每種添加成分說(shuō)明其作用效果及添加范圍的限定理由。
首先，說(shuō)明在耐氣候性鋼中必須有的元素Cu、Ni、Ti。
Cu在電化學(xué)方面是比鐵好的元素，是具有促進(jìn)生成銹的致密化并生成穩(wěn)定銹作用的必要元素。這些作用在添加到0.05％以上能發(fā)揮作用，但即使添加超過(guò)3.0％，也得不到更好的效果，并且還可能引起熱鍛軋制時(shí)的基材脆化。因此，Cu含有量的范圍為0.05-3.0％。
Ni是具有與Cu同樣的提高耐腐蝕性作用的元素，為了得到其效果，需要添加0.05％以上。并且，Ni還具有抑制在添加Cu時(shí)所危及熱鍛脆性的效果。但是，即使添加超過(guò)60％的Ni，其提高耐腐蝕性作用也達(dá)到飽和。因此，Ni含量的范圍為0.05-6.0％。
另外，在本發(fā)明中規(guī)定Cu+Ni的合計(jì)量為0.50％以上。本發(fā)明者們研究的Cu+Ni添加量與耐氣候性的關(guān)系示于圖8。供試材料按本發(fā)明的第一種材料，實(shí)驗(yàn)方法為如圖7所示的復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)。用在涂膜缺陷部的膨脹寬度進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖中的耐氣候性指數(shù)用1-平均膨脹寬度(mm)表示，并且指數(shù)越大耐氣候性就越優(yōu)異。從圖中可知，在Cu+Ni的合計(jì)量增加的同時(shí)，耐氣候性提高，并在Cu+Ni的合計(jì)量為0.50％以上，其效果高。
從上述(2)的考慮出發(fā)，Ti是本發(fā)明成為代替Cr所選擇的必須添加的元素，與Cr、Cu、Ni同樣，具有致密化生成銹并促進(jìn)穩(wěn)定銹層生成的有益作用，同時(shí)也具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性。另外，同時(shí)也具有所謂鋼的清潔凈化的優(yōu)點(diǎn)。這樣的效果在0.025％以上顯著地升高。但是即使添加超過(guò)0.15％，其效果達(dá)到飽和，使焊接熱影響部分的韌性惡化。因此，Ti含量的范圍為0.025-0.15％。
在圖9表示本發(fā)明者們所試驗(yàn)的Ti的添加量與耐氣候的關(guān)系。供試材料用上述本發(fā)明的材料，實(shí)驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)與上述內(nèi)容相同。由圖中可以看到，隨著Ti添加量增加的同時(shí)，耐氣候性提高，若添加為0.05％以上則效果特別高。
其次說(shuō)明P、Cr、C、Si、Mn。P和Cr是在至今裸使用中主要的耐氣候鋼的有效的元素，但是由于是使焊接性極大惡化的元素，因此在現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼材情況多、特別是作橋梁等的結(jié)構(gòu)用的本發(fā)明的鋼中P及Cr的含量上限為0.05％。另外，Cr如上所述，在涂膜缺陷部成為降低pH的原因，通過(guò)促進(jìn)在缺陷內(nèi)的凝集水分的酸化性引起引發(fā)在涂膜-基體界面的間隙腐蝕的作用，所以Cr的添加超過(guò)0.05％是不理想的。
C是為確保鋼強(qiáng)度的不可少元素，但含量一增加，就使焊接性及耐腐蝕性變差。因此，C含量為0.12％以下。并且，為了確保充分的焊接性及耐腐蝕性，C含量在0.10％以下是理想的。而且，由于重視焊接性，在本發(fā)明將PCM限定在0.23％以下。
Si為強(qiáng)化固熔性元素，同時(shí)能促進(jìn)穩(wěn)定銹的生成并具有提高耐腐蝕性的效果。但是，大量添加造成降低焊接性的原因。因此，Si含量為1.0％以下。
Mn作為代替C確保強(qiáng)度的元素是有效的。但是在鋼中存在量多、則可能招致降低加工性或韌性以及由于促進(jìn)生成MnS而造成耐腐蝕性變差。因此，Mn含量為2.5％以下。
S與Mn或Fe反應(yīng)并形成MnS或FeS，這些造成腐蝕的起點(diǎn)，因此S含量為0.02％以下。
從上述(2)的考慮，Al與Ti同樣為本發(fā)明中所選擇的可成為代替添加Cr的添加元素，與Cr、Cu、Ni同樣，具有致密化生成銹并促進(jìn)穩(wěn)定銹層生成的有益的作用。這種效果在添加0.05％以上可得到，通過(guò)與Ti共同添加，能增加其效果。但是，即使添加超過(guò)0.50％的過(guò)剩量，不但其效果具有飽和傾向，而且使基材韌性惡化。因此，Al含量的范圍為0.05-0.5％。
從上述(3)的考慮出發(fā)，Ca、Ce、La是本發(fā)明所選擇的具有緩沖涂膜缺陷內(nèi)的pH值降低作用的元素。在涂膜下進(jìn)行腐蝕過(guò)程中這些元素是呈現(xiàn)隨著鐵的腐蝕反應(yīng)微量溶解的堿性(陽(yáng)極溶解前部的溶液pH值緩沖效果)的元素，具有控制涂膜缺陷部的間隙腐蝕的作用。這些元素在添加0.0001％以上就能發(fā)生上述效果，但即便添加量過(guò)份地增加，其效果也達(dá)到飽和。因此各自的含量的范圍為0.0001-0.05％。
其次說(shuō)明B的限定理由，B在提高鋼的淬火性及提高鋼的強(qiáng)度方面是有效的，同時(shí)由于使焊接接頭熱影響部的組織微細(xì)鐵氧體化并且有補(bǔ)充TiC析出脆化的作用，因此在提高本發(fā)明鋼的大量熱輸入焊接熱影響部的韌性方面是極其有益的元素。為了得到這種效果，添加0.0005％以上是必要的，但是即使添加超過(guò)0.0030％，也得不到更好的效果，反到使焊接性降低。因此，B含量的范圍為0.0005-0.0030％。
接著說(shuō)明Mo、Nb、Zr、V的限定理由。這些元素添加到板厚50mm以上壁厚材料及強(qiáng)度水平為590N/mm2的高強(qiáng)度鋼中幾乎不影響耐腐蝕性。
Mo與B同樣是對(duì)提高鋼的強(qiáng)度有效的元素，為了得到其效果，添加0.05％以上是必要的。但是，即便添加超過(guò)0.5％，也不能得到更好的效果，反到降低焊接性。因此，Mo含量的范圍為0.05-0.5％。
Nb、Zr是生成其碳氮化合物并使強(qiáng)度提高的元素。這種作用在添加0.002％以上時(shí)能夠發(fā)揮，但是即使添加超過(guò)0.05％，也得不到更好的效果，反到降低韌性。因此，Nb、Zr的含量范圍分別為0.002-0.05％。
V與Nb、Zr同樣是對(duì)提高鋼強(qiáng)度有效的元素，為了得到其效果，添加0.01％以上是必要的。但是即使添加超過(guò)0.1％，也得不到更好的效果，反到使韌性降低。因此，V含有量的范圍為0.01-0.10％。
其次，說(shuō)明條件限制的理由，本發(fā)明為了確保涂飾耐腐蝕性，其特征是充分地利用Ti。但是，由于Ti作為T(mén)iC析出，大幅度地使基材韌性變差。因此，在制造鋼材中如何控制因TiC的韌性變差成為關(guān)鍵。為此，考慮2個(gè)重要問(wèn)題①在軋制加熱時(shí)使Ti在淬火加熱時(shí)不固熔，②使固焙了的Ti無(wú)害化，并將Ti/C區(qū)分為4以上和不到4進(jìn)行有關(guān)制造條件的各種討論。
另外，這里沒(méi)有必要討論在軋制時(shí)的加熱前及淬火時(shí)的加熱前所析出的TiC造成的韌性惡化，這是由于在這種情況的TiC大對(duì)韌性沒(méi)有影響。即，在軋制時(shí)的加熱前所存在的TiC是在鑄造后空氣冷卻中所生成，并且在淬火時(shí)的加熱前所存在的TiC是在軋制后空氣冷卻時(shí)所生成的。在鑄造后的空氣冷卻中，由于板坯厚度大，冷卻速度非常慢，析出的TiC成長(zhǎng)變大。另外，由于淬火材料的軋制在軋制中沒(méi)有進(jìn)入材質(zhì)，在高溫軋制結(jié)束因空氣冷卻而TiC的成長(zhǎng)變大。這樣所成長(zhǎng)的TiC即使對(duì)韌性也無(wú)影響可以不考慮。
1.Ti/C為4以下不進(jìn)行淬火回火處理的情況首先，就加熱溫度的影響，考察由于不使Ti固熔化的加熱溫度的條件。供試鋼的化學(xué)成分以0.05％C 0.55％Cu 0.50％Ni 0.05％Ti為基礎(chǔ)使Ti/C進(jìn)行各種變化，從使已固熔的Ti盡可能無(wú)害化的觀點(diǎn)(通過(guò)直到γ的低溫區(qū)域進(jìn)行軋制，由在高溫度區(qū)域的軋制所發(fā)生的變形而析出TiC，并在其后軋制中粗大化，由于損害與基體的相容性，變得能控制韌性變差)來(lái)看，軋制條件為將軋制結(jié)束溫度(FRT)為Ar3附近的760℃的控制軋制，使加熱溫度進(jìn)行各種變化，制造板厚25mm的鋼板并考察其韌性。這里，軋制后的冷卻為空氣冷卻。其結(jié)果列于

圖1。
圖1是表示涉及韌性的加熱溫度與Ti/C的關(guān)系圖，如圖所表明的那樣，若加熱溫度(T)為1200-50×Ti/C以下(圖中斜線以下)，則可以判斷滿足作為目標(biāo)的vE0≥100J。另外，由于加熱溫度一變低，變形阻力就變大并不容易軋制。因此，考慮到軋制時(shí)的生產(chǎn)效率加熱溫度的下限為850℃。
其次，就軋制結(jié)束的溫度考察對(duì)于使固熔的Ti無(wú)害化的軋制結(jié)束的條件。供試鋼的化學(xué)成分以0.05％C 0.55％Cu 0.05％Ti為基礎(chǔ)使Ti/C進(jìn)行各種變化。并且由于Ni是提高韌性的元素，本發(fā)明的涂飾用鋼材為了提高涂飾耐腐蝕性積極地利用Ni。因此，需要考慮到涉及韌性的Ni量的影響，討論了Ni量為0.5％和1.0％。根據(jù)上述的考察結(jié)果，加熱溫度盡可低是理想的，通常用于連續(xù)式加熱爐的場(chǎng)合下限溫度為1050℃。這樣，使軋制結(jié)束溫度進(jìn)行各種變化，制造板厚25mm的鋼板并考察其韌性。這里，軋制后的冷卻為空氣冷卻。其結(jié)果示于圖2、圖3。
圖2和圖3是表示Ni量為1.0％和0.5％時(shí)的涉及韌性的軋制結(jié)束溫度(FRT)和Ar3的差與Ti/C的關(guān)系圖。由圖可知，若FRT為Ar3+50×Ti/C+100[Ni]2以下(圖中的斜線以下)，則可判斷滿足作為目標(biāo)的vE0≥100J。特別是為了得到高韌性，F(xiàn)RT為700-800℃是理想的。
2.在Ti/C為4以下進(jìn)行淬火回火處理的情況對(duì)于淬火回火溫度的影響考察了為不使Ti固熔的淬火溫度的條件。供試鋼的化學(xué)成分以在0.05％C 0.55％Cu 0.50％Ni 0.05％Ti中添加B為10ppm的鋼為基礎(chǔ)使Ti/C進(jìn)行各種變化。并且，與上述同樣以Ni量為0.5％和1.0％進(jìn)行討論。軋制時(shí)的加熱溫度為適于普通的焊接結(jié)構(gòu)用鋼材的1100℃，軋制結(jié)束溫度(FRT)為850℃，制造板厚25mm的鋼板。這里，軋制后的冷卻為空氣冷卻。
對(duì)于這樣所制造的鋼板進(jìn)行使淬火溫度發(fā)生各種變化的淬火回火處理并考察其韌性?；鼗饻囟葹檫m用于普通焊接結(jié)構(gòu)用570N/mm2級(jí)鋼材的640℃。淬火時(shí)的冷卻速度為20℃/秒。其結(jié)果示于圖4、圖5。
圖4、圖5為表示Ni量1.0％和0.5％時(shí)的涉及韌性的淬火溫度和Ac3的差與Ti/C的關(guān)系圖。由圖中可看出，若淬火溫度為Ac3+50×Ti/C+100+[Ni]2以下(圖中的斜線以下)，則可判斷滿足作為目標(biāo)的vE0≥100J。特別是為了得到高韌性，淬火溫度為850-880℃是理想的。
上述對(duì)于淬火溫度的說(shuō)明雖然是以再加熱淬火時(shí)的溫度，但是，若滿足Ti/C為4以上時(shí)的加熱溫度、軋制結(jié)果的溫度(FRT)，則可以直淬火，并且韌性當(dāng)然滿足vE0≥100J。軋制后考慮到板厚并調(diào)整由水冷的冷卻速度使能確保必要的強(qiáng)度。特別是為了得到高韌性，使軋制結(jié)束溫度(FRT)為700-800℃，其后直接進(jìn)行淬火是理想的。
3.Ti/C超過(guò)4的情況當(dāng)Ti/C超過(guò)4，TiC在奧氏體中非相容析出(韌性不變差)，向鐵氧體中的相容析出(韌性變差)幾乎不生成，因此對(duì)于加熱溫度，軋制結(jié)束溫度(FRT)、淬火溫度基本上無(wú)規(guī)定。但是，考慮到實(shí)際作業(yè)從成本及生產(chǎn)效率方面看規(guī)定如下?？紤]到燃料使用量加熱溫度上限為1200℃，考慮到軋制生產(chǎn)性下限為850℃。從提高溫度需要結(jié)晶粒的微細(xì)化出發(fā)，為了確保強(qiáng)度軋制結(jié)束溫度的上限為950℃。特別是為了得到高韌性軋制結(jié)束溫度為700-800℃是理想的。并且，軋制結(jié)束后，可以直接淬火?？紤]到燃料使用量淬火溫度上限為950℃，為了確保強(qiáng)度下限為Ac3。但是，為了實(shí)現(xiàn)低屈服比在需要于二相區(qū)域淬火時(shí)，該情況不受上述限制。
實(shí)施例1下面通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。制作由表1所示化學(xué)成分的鋼板和與表2所示樹(shù)脂組合的供試材料，按圖6所示，在供試材料的表面用割刀刻入劃格式的人工涂膜缺陷，通過(guò)加速試驗(yàn)及大氣暴露試驗(yàn)評(píng)價(jià)供試材料的長(zhǎng)期耐久性。鋼板上的涂飾處理在任何一涂料的情況，對(duì)基體進(jìn)行噴砂處理后，用噴射涂飾成厚度10μm。表中所示的涂料B為丁醛樹(shù)脂、P為聚酯樹(shù)脂、E為環(huán)氧樹(shù)脂、U為聚氨酯樹(shù)脂、F為氟樹(shù)脂。
加速試驗(yàn)按圖7所示復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)[碳精電弧燈照射→鹽水浸漬(0.1％、0.5％和3.0％三種→恒溫度恒濕)]進(jìn)行，進(jìn)行60次循環(huán)后評(píng)價(jià)外觀及從橫切的涂膜下腐蝕的擴(kuò)大幅度。大氣暴露試驗(yàn)是將供試材料朝南以對(duì)水平成30°的傾斜暴露一年時(shí)間(每周一次用0.1％的鹽水噴灑)。大氣暴露實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)與加速試驗(yàn)相同，用外觀及從橫切的涂膜下腐蝕的擴(kuò)大幅度進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，從模切的涂膜下腐蝕的擴(kuò)大幅度的評(píng)價(jià)共測(cè)八處擴(kuò)大幅度，取其平均值進(jìn)行評(píng)價(jià)。還有，外觀評(píng)價(jià)的等級(jí)號(hào)(RN)觀察外觀并將最好的情況定為10，按照損傷的大小順序數(shù)值下降，將損傷最大的情況(全面腐蝕)定為1。并用◎、○、△、×等相對(duì)地分別表示其綜合評(píng)價(jià)。其結(jié)果列于表2。
由表2可知，由本發(fā)明的涂飾鋼材與比較鋼材的優(yōu)劣的差別是十分顯然的。若分別對(duì)比較例進(jìn)行說(shuō)明，則No.1為普通鋼、No.2所謂耐氣候性鋼，但由于含有Cr，降低pH值涂膜下腐蝕的擴(kuò)大幅度大。No.3由于不含有代替添加Cr的促進(jìn)穩(wěn)定銹生成的元素以及緩沖pH值降低的元素，因此，各各耐腐蝕性不充分得到表2的結(jié)果。并且，表2的結(jié)果證明了本發(fā)明具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
表1
<p>表2
涂料B丁醛樹(shù)脂、P聚酯樹(shù)脂、E環(huán)氧樹(shù)脂、U聚氨酯樹(shù)脂、F氟樹(shù)脂實(shí)施例2將表1所示化學(xué)成分的鋼片按表3所示的制造條件制造板厚25-80mm的鋼板。對(duì)這些鋼板考察拉伸強(qiáng)度、低溫韌性、按JIS Z 3158的防止焊接裂紋的預(yù)熱溫度、焊接熱影響部的韌性。其結(jié)果一并記入表3。焊接熱影響部的韌性是通過(guò)輸入熱120KJ/cm的電焊接接頭進(jìn)行考察，韌性值采用熔合部(焊接金屬與基材的界線)、從熔合部向基材側(cè)入1mm及3mm的三個(gè)位置的最低值。
比較例的No.5由于PCM高，防止焊接裂紋的預(yù)熱溫度高到100℃，并且焊接熱影響部的韌性也低到20J。
由于比較例的No.7-6加熱溫度比本發(fā)明的規(guī)定高，No.7-7軋制結(jié)束溫度比本發(fā)明的規(guī)定溫度高，因此，基材的韌性為60J和80J，不能滿足100J以上。比較例的No.8-1、No.8-2雖然是Ti/C超過(guò)4的例子，但是由于No.8-1的加熱溫度比本發(fā)明的規(guī)定高，No.8-2的軋制結(jié)束溫度比本發(fā)明的規(guī)定高，因此，基材的韌性為85J和76J，不能滿足100J以上。
比較例的No.15-1的Ti/C為4以下的例子，但由于淬火溫度比本發(fā)明的規(guī)定溫度高，基材的韌性低為80J。本發(fā)明例如表2所示，在Ti/C超過(guò)4時(shí)，或即使為4以下時(shí)，也能得到優(yōu)異的基材特性、防止焊接裂紋的預(yù)熱溫度、焊接熱影響部的韌性。另外，本發(fā)明的No.15-2及No.19為進(jìn)行軋制后直接淬火的實(shí)例，能得到與其他再加熱進(jìn)行淬火的本發(fā)明例的同等的值。
表3
<p>由以上所述可知，本發(fā)明的涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾鋼材即使在不能忽視鹽分襲擊的影響的鹽腐蝕環(huán)境下也具有優(yōu)異的長(zhǎng)期耐久性，作為能使結(jié)構(gòu)物維護(hù)管理業(yè)務(wù)可小量化的鋼材，具有能在包括在道路上灑布鹽化物的塞冷地區(qū)的從內(nèi)陸到臨近海岸的泛圍廣擴(kuò)的區(qū)域?qū)嵱玫膬?yōu)異的特性。另一方面，在制造方法中，添加B的同時(shí)，利用Ti/C的比由于規(guī)定了加熱溫度、軋制結(jié)束溫度、淬火溫度，本發(fā)明的涂飾用鋼材即使在壁厚、高強(qiáng)度鋼中也兼具良好的焊接性及低溫度韌性。
下面對(duì)附圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
圖1為表示涉及韌性的中熱溫度與Ti/C的關(guān)系圖。
圖2為表示涉及Ni量為1.0％時(shí)韌性的FRT和Ar3的差與Ti/C的關(guān)系圖。
圖3為表示涉及Ni量為0.5％時(shí)韌性的FRT和Ar3的差與Ti/C的關(guān)系圖。
圖4為表示涉及Ni量為1.0％時(shí)韌性的淬火溫度和Ac3的差與Ti/C的關(guān)系圖。
圖5為表示涉及Ni量為0.5％時(shí)韌性的淬火溫度和Ac3的差與Ti/C的關(guān)系圖。
圖6為表示加速試驗(yàn)及大氣暴露試驗(yàn)的供試材料的形狀圖。
圖7為說(shuō)明加速試驗(yàn)的復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)條件的說(shuō)明圖。
圖8為表示Cu+Ni總添加量與耐氣候性的關(guān)系圖。
圖9為表示Ti添加量與耐氣候性的關(guān)系圖。
權(quán)利要求
1.一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材，其特征在于含有按質(zhì)量％為C0.12％以下(不含0％)、Si1.0％以下(不含0％)、Mn2.5％以下(不含0％)、P0.05％以下(不含0％)、S0.02％以下(不含0％)、Cr0.05％以下(不含0％)、Cu0.05-3.0％、Ni0.05-6.0％、Ti0.025-0.15％，并且Cu+Ni為0.50％以上、PCM為0.23％以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為Al0.05-0.50％、Ca0.0001-0.05％、Ce0.0001-0.05％、La0.0001-0.05％中任何一種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為B0.0005-0.0030％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為B0.0005-0.0030％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為Nb0.002-0.05％、V0.01-0.10％、Zr0.002-0.05％、Mo0.05-0.5％中的任何一種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為Nb0.002-0.05％、V0.01-0.10％、Zr0.002-0.05％、Mo0.05-0.5％中的任何一種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為Nb0.002-0.05％、V0.01-0.10％、Zr0.002-0.05％、Mo0.05-0.5％中的任何一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的涂飾用鋼材，在上述成分中還含有按質(zhì)量％為Nb0.002-0.05％、V0.01-0.10％、Zr0.002-0.05％、Mo0.05-0.5％中的任何一種以上。
9.一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的制造方法，其特征在于為含有權(quán)利要求1-8項(xiàng)中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述成分的鋼材，并且將Ti與C含量比Ti/C超過(guò)4的鋼材加熱到850-1200℃，在軋制結(jié)束溫度為950℃以下進(jìn)行軋制，其后以空氣冷卻或以1℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行水冷。
10.一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的制造方法，其特征在于為含有權(quán)利要求1-8項(xiàng)中任何一權(quán)利要求所述成分的鋼材，并且將Ti與C的含量比Ti/C超過(guò)4的鋼材加熱到850-1200℃，在軋制結(jié)束溫度為950℃以下進(jìn)行軋制，其后從Ar3-950℃的溫度直接進(jìn)行淬滅或者從Ar3-950℃的溫度再加熱淬火，其后進(jìn)行回火處理。
11.一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的制造方法，其特征在于為含有權(quán)利要求1-8項(xiàng)中任何一權(quán)利要求所述成分的鋼材，并且將Ti與C的含量比Ti/C超過(guò)4以下的鋼材加熱到850-(1200-50×Ti/C)℃，在軋制結(jié)束的溫度(Ar3+50×Ti/C+100×[Ni]2)℃以下進(jìn)行軋制(式中[Ni]為Ni的含量)，其后以空氣冷卻或者以冷卻速度為1℃/秒以上進(jìn)行水冷。
12.一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材的制造方法，其特征在于為含有權(quán)利要求1-8項(xiàng)中任何一權(quán)利要求所述成分的鋼材，并且將Ti與C的含量比Ti/C超過(guò)4以下的鋼材加熱到850-(1200-50×Ti/C)℃，在軋制結(jié)束的溫度(Ar3+50×Ti/C+100×[Ni]2)℃以下進(jìn)行軋制(式中[Ni]為Ni的含量)，其后從(Ar3+50×Ti/C+100×[Ni]2)℃以下的溫度直接進(jìn)行淬火或者從(Ac3+50×Ti/C+100×[Ni]2)℃的溫度再加熱淬火，其后進(jìn)行回火處理。
全文摘要
一種涂膜耐久性?xún)?yōu)異的涂飾用鋼材,含有按質(zhì)量%為C:0.12以下、Cu:0.05—3.0、Ni:0.05—6.0、Ti:0.025—0.15,并且Cu+Ni:0.50以上、P
文檔編號(hào)C22C38/08GK1250819SQ9911907
公開(kāi)日2000年4月19日 申請(qǐng)日期1999年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月30日
發(fā)明者菅俊明, 岡野重雄, 竹下智, 堺雅彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所