【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
（産業上の利用分野）
本発明は鋼構造、コンクリート構造物の中で
も、とくに磁気浮上式高速鉄道、核融合施設、海
洋機器、構造物で非磁性が望まれる用途に利用さ
れる非磁性鋼材に関するものである。
すなわち、本発明は前述のような用途に適する
鋼材を提供することを目的とするもので、鋼材自
身の耐食性が良好なことから、海洋、海浜地帯に
設置される構造物の劣化防止にも役立つ非磁性鋼
材に係るものである。
（従来の技術）
最近、海洋、海浜地帯に設置された鋼構造建造
物、コンクリート建造物の劣化防止のために種々
の防止法が提案されたり、実施に移されている。
鋼構造物の劣化の最大の原因は海水自身による腐
食や、海塩粒子等による腐食によるものである
が、コンクリート劣化の最大の原因はコンクリー
ト壁を浸透してくる塩分によつてコンクリート中
に埋設された鉄筋が腐食し、その体積が鉄の約
2.2倍になるため、その膨脹力に耐え切れなくな
つて埋設鉄筋に沿つたコンクリートに亀裂が発生
する。その亀裂が0.2mm以上になると外部の腐食
因子たる酸素や塩分、空気中の炭酸ガスがこの亀
裂を通してより容易に内部の埋設鉄筋付近に浸透
し、さらに一層鉄の腐食を助長したり、コンクリ
ートの中性化を促進してコンクリートの劣化を早
めることになる。
さて、最近、前記のように非磁性化を目的とし
てMnを15％以上含有した鋼材の試作がおこなわ
れているが、いずれの鋼材においても僅少の塩分
存在で発錆が著しく現行の普通鋼よりむしろ錆発
生傾向が大きく、腐食速度が大きいのが難点の一
つになつている。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は従来の本発明者等の開発を軸にして、
最近、とくに問題となつてきた海浜地帯の非磁性
鋼材構造物の腐食と、非磁性鋼材を埋設したコン
クリート建造物の劣化を完全に停止することにあ
る。
現在、各方面で問題となつている20年以上経過
した鋼構造物表面の錆層中には濃厚な塩分が蓄積
しており、コンクリート建造物中の埋設鋼材近傍
のフリー塩分は砂中NaCl換算で約1.0％にも達し
て埋設鋼材の著しい腐食とそれに伴うコンクリー
トの亀裂発生、成長を惹き起している事例もあ
る。したがつてきわめて高濃度の塩分に曝らされ
ても鋼構造物の腐食、コンクリートの亀裂発生を
殆んど完全に停止できることが望ましい。
（問題点を解決するための手段）
本発明の前記の目的はＣ；1.0％以下、Si；0.25
％以下、Mn；2.0％以下、Al；20.0超〜37.3％、
Ｐ；0.015％以下、Ｓ；0.005％以下を含有し、残
部鉄および不可避的不純物からなることを特徴と
する耐海水性非磁性鋼材で建設した鋼構造物なら
びに本鋼材をコンクリート中に埋設したコンクリ
ート建造物によつて達成される。
本発明の最大の特徴は、鋼中のSi，Ｓ量を下げ
かつ非磁性化を安定にするためにAlを比較的多
量添加する点にあり、又非磁性化の安定のために
Mnを比較的多量に添加した点である。
この原因としてはSi量を下げることによつて錆
の生成、成長を抑えると同時に、Ｓ量の低下にと
もない錆発生点となるMnS量が著しく低下する
ことにより耐食性の劣化を小さくすると同時に
Al量を比較的多量とすることにより、Mn含有量
の比較的高い鋼材表面の不働態被膜を強固にして
濃度の高い塩分に曝らされても不働態被膜が破壊
されず錆発生に至らないためと推測される。
以下に本発明で各成分を限定した理由を説明す
る。
Ｃ量を1.0％以下に限定した理由はＣ量が1.0％
超では脆化を惹き起こすためである。
なお、Ｃは熱処理により磁性を帯びた（Fe，
Al）3C等の複合炭化物を生成し易いので、Ｃ量は
低い方が望ましい。好ましい範囲としてはＣ量
0.001〜0.1％である。
Si量を0.25％以下とした理由は、Si量を下げれ
ば下げるほど錆生成量を飛躍的に低下させるが強
度保証と介在物制御の目的でSiを添加させる必要
があるため、Si量を0.25％以下とした。より好ま
しい範囲はSi0.05％以下である。
Mn量を2.0％以下とした理由は2.0％超では熱
間圧延が困難になるためである。耐錆性の観点か
ら好ましい範囲は1.0％以下である。
Ｐを0.015％以下とした理由は、Ｐが0.015％を
超えるとコンクリートのようなアルカリ性雰囲気
で錆成長を抑制する効果がなく、むしろ助長する
傾向があるためである。
Alは本発明鋼の化学成分の中で最も重要な鍵
を握る金属元素である。Alを20.0超〜37.3％と限
定した理由は20.0％以下では非磁性化が不完全
で、37.3％超ではAlとFeとの金属間化合物が生
成しやすく、鋼の脆化を惹き起こし熱間圧延不能
になるためである。最も好ましい範囲は20.5〜
28.0％である。従つて上記成分範囲に限定した。
Ｓ量を0.005％以下とした理由は、錆の発生起
源であるMnS量を減らすことにあり、このＳ量
低下のために脱硫剤として使用されるCa，希土
類元素によりMnSが（Mn，Ca）Ｓ等に変化する
ことによる耐食性向上効果も期待できる。また鋼
中のＳ量を低下するために上記のような操業を行
なうことは常識となつているので、若干のCa，
Ce等が混入してくることがあるが、これらの元
素は耐食性などに悪影響を及ぼすものではないの
でCa，Ce等の少量の存在は差支えない。
本発明に従い前記の化学成分で構成された鋼は
転炉、電気炉等で溶製され、次いで造塊、分塊の
工程を経るか、あるいは連続鋳造後、圧延された
後に、必要に応じて焼き入れ、焼き戻し、或いは
焼準等の熱処理が施されたり、パテンテイング等
の熱処理が施され、線引きされて使用に供され
る。最終製品としては鋼管、Ｈ形鋼、鋼矢板、鉄
筋棒鋼、ワイヤー、鋼板等の形状で供給され、必
要に応じて亜鉛メツキ、有機被覆を施すこともで
きる。
（実施例）
実施例 １
表１に記載した成分の鋼を真空溶解炉で溶製
し、造塊、分塊後、熱間圧延した鋼と従来鋼から
なる鋼との成分および腐食試験結果を示した。
準備した鋼板の中央部より幅25mm×長さ60mm×
厚さ２mmの試片を採取し、機械研削して表面を研
磨した。
他方、海浜地帯、海水中での鋼の腐食を実験室
で促進ないし再現する環境として人工海水を準備
した。
しかる後、前記のように表面研削し、側面と裏
面をシリコンレンジで被覆した試片を脱脂後、乾
燥し、直ちに上記の人工海水中に浸漬した。この
人工海水液は７日毎に変えて50日間連続浸漬し、
錆の発生状況を観察した。
つぎに又、コンクリート中の埋設鉄筋の塩分に
よる腐食を促進ないし再現するために、コンクリ
ートの主成分であるCaOを3.6％NaCl水溶液中に
溶解させてPH12のCa（OH）2＋NaCl水溶液を準備
した。
しかる後、前記のように表面研削し、側面と裏
面をシリコンレジンで被覆した試片を脱脂後、乾
燥し、直ちに上記のCa（OH）2＋3.6％NaCl水溶液
中に浸漬した。なお試験中は液の表面を流動パラ
フインでシールし、３日毎に液を置換して20日間
連続浸漬し、錆の発生状況を観察した。これらの
結果を表１に示す。
実施例 ２
表１の成分からなる熱延鋼板の表面を研削後、
海浜地帯に１年間曝露し、発錆状況を調べた。
又、NaClを1.0％含んだ砂、ポルトランドセメ
ント、水、砂利からなるコンクリートモルタルに
表１の成分からなる熱延鉄筋（９mmφ）を埋め込
み、28日間常温養生した後、海浜地帯に１年間曝
露した。
なお、コンクリートの水セメント比は0.60、カ
ブリ厚さは２cmとした。
１年間曝露後コンクリートを破砕して鉄筋の発
錆状況を調べた。これらの調査結果を表１に示
す。
表１の結果から本発明は鋼は海水中でも錆発生
が皆無で、コンクリート中の塩分が砂中NACl換
算で1.0％の高濃度、水中で3.6％NaClの高濃度で
も錆発生が皆無であることが明瞭に認められ、錆
発生、錆成長に伴なうコンクリートの劣化を完全
に停止できることがわかつた。したがつて極めて
厳しい海洋環境においても鋼構造物、コンクリー
ト構造物いずれもその劣化を完全に抑止すること
が推定される。
(Industrial Application Field) The present invention relates to non-magnetic steel materials used in steel structures and concrete structures, particularly in magnetic levitation high-speed railways, nuclear fusion facilities, marine equipment, and structures where non-magnetism is desired. It is something. That is, the present invention aims to provide a steel material suitable for the above-mentioned uses, and since the steel material itself has good corrosion resistance, it is also useful for preventing deterioration of structures installed in oceans and coastal areas. This relates to non-magnetic steel materials. (Prior Art) Recently, various prevention methods have been proposed or put into practice to prevent deterioration of steel structures and concrete structures installed in oceans and coastal areas.
The biggest cause of deterioration in steel structures is corrosion caused by seawater itself and corrosion by sea salt particles, but the biggest cause of concrete deterioration is corrosion caused by salt penetrating through concrete walls. The reinforced steel corrodes, and its volume is approximately the same as that of steel.
Since the expansion force increases by 2.2 times, the concrete along the buried reinforcing bars can no longer withstand the expansion force and cracks occur. If the crack is 0.2 mm or more, external corrosion factors such as oxygen, salt, and carbon dioxide in the air will more easily penetrate through the crack to the area around the buried reinforcing steel, further promoting corrosion of the steel or damaging the concrete. This will promote carbonation and accelerate the deterioration of concrete. Recently, as mentioned above, steel materials containing 15% or more of Mn have been prototyped for the purpose of making them non-magnetic, but all of these materials are more prone to rust than current ordinary steels even in the presence of a small amount of salt. Rather, one of the drawbacks is that it has a strong tendency to rust and has a high corrosion rate. (Problems to be solved by the invention) The present invention is based on the conventional development by the inventors,
The goal is to completely stop the corrosion of non-magnetic steel structures in coastal areas and the deterioration of concrete structures in which non-magnetic steel is buried, which have recently become a particular problem. Currently, thick salt accumulates in the rust layer on the surface of steel structures that are more than 20 years old, which is a problem in various fields, and free salt near buried steel in concrete structures is equivalent to NaCl in sand. In some cases, it has reached approximately 1.0%, causing significant corrosion of buried steel materials and associated cracking and growth in concrete. Therefore, it is desirable to be able to almost completely stop corrosion of steel structures and cracking of concrete even when exposed to extremely high concentrations of salt. (Means for Solving the Problems) The above-mentioned object of the present invention is that C: 1.0% or less, Si: 0.25
% or less, Mn; 2.0% or less, Al; more than 20.0 to 37.3%,
Steel structures constructed with seawater-resistant non-magnetic steel containing P: 0.015% or less, S: 0.005% or less, with the remainder consisting of iron and unavoidable impurities, and concrete in which this steel material is embedded in concrete. This is accomplished through buildings. The greatest feature of the present invention is that a relatively large amount of Al is added to reduce the amount of Si and S in the steel and to stabilize non-magnetization.
The point is that a relatively large amount of Mn was added. The reason for this is that by lowering the amount of Si, the generation and growth of rust is suppressed, and at the same time, as the amount of S decreases, the amount of MnS, which is the point where rust occurs, decreases significantly, thereby minimizing the deterioration of corrosion resistance.
By setting a relatively large amount of Al, the passive film on the surface of the steel material with a relatively high Mn content is strengthened, and even when exposed to high concentrations of salt, the passive film is not destroyed and rust does not occur. It is presumed that this is because of this. The reason why each component is limited in the present invention will be explained below. The reason for limiting the C content to 1.0% or less is that the C content is 1.0%.
This is because excessively high temperatures cause embrittlement. Note that C becomes magnetic due to heat treatment (Fe,
Since composite carbides such as Al) 3 C are likely to be generated, it is desirable that the amount of C be low. The preferred range is the amount of C.
It is 0.001-0.1%. The reason why the amount of Si was set to 0.25% or less is that the lower the amount of Si, the more the amount of rust formation will be dramatically reduced, but it is necessary to add Si for the purpose of guaranteeing strength and controlling inclusions. % or less. A more preferable range is 0.05% or less of Si. The reason why the Mn content is set to 2.0% or less is that if it exceeds 2.0%, hot rolling becomes difficult. From the viewpoint of rust resistance, the preferable range is 1.0% or less. The reason why P is set to be 0.015% or less is that if P exceeds 0.015%, it will not be effective in suppressing rust growth in an alkaline atmosphere such as concrete, but rather tends to accelerate it. Al is the most important metallic element among the chemical components of the steel of the present invention. The reason for limiting Al to more than 20.0% to 37.3% is that if it is less than 20.0%, demagnetization is incomplete, and if it is more than 37.3%, intermetallic compounds between Al and Fe are likely to form, causing embrittlement of the steel and This is because rolling becomes impossible. The most preferred range is 20.5~
It is 28.0%. Therefore, the ingredients were limited to the above range. The reason why the amount of S is set to 0.005% or less is to reduce the amount of MnS, which is the source of rust. The effect of improving corrosion resistance by changing to S or the like can also be expected. In addition, it is common knowledge to carry out the operations described above to reduce the amount of S in steel, so some Ca,
Although Ce, etc. may be mixed in, these elements do not have a negative effect on corrosion resistance, so the presence of small amounts of Ca, Ce, etc. is acceptable. According to the present invention, the steel composed of the above chemical components is melted in a converter, electric furnace, etc., and then undergoes the steps of ingot making and blooming, or after continuous casting and rolling, as necessary. It is subjected to heat treatment such as quenching, tempering, or normalizing, or heat treatment such as patenting, and is then drawn into wire and used. The final products are supplied in the form of steel pipes, H-beams, steel sheet piles, reinforcing steel bars, wires, steel plates, etc., and can be galvanized or coated with organic coatings as required. (Example) Example 1 Steel with the components listed in Table 1 was melted in a vacuum melting furnace, and after ingot formation and blooming, the composition and corrosion test results of steel made of hot rolled steel and conventional steel were compared. Indicated. Width 25mm x length 60mm x from the center of the prepared steel plate
A specimen with a thickness of 2 mm was taken, and the surface was polished by mechanical grinding. On the other hand, artificial seawater was prepared as an environment to promote or reproduce the corrosion of steel in seashore areas and seawater in the laboratory. Thereafter, the surface of the specimen was ground as described above, the sides and back were coated with a silicone oven, the specimen was degreased, dried, and immediately immersed in the artificial seawater described above. This artificial seawater solution was continuously immersed for 50 days, changing every 7 days.
The state of rust occurrence was observed. Next, in order to promote or reproduce the salt-induced corrosion of buried reinforcing bars in concrete, CaO, the main component of concrete, was dissolved in a 3.6% NaCl aqueous solution to prepare a Ca(OH) 2 +NaCl aqueous solution with a pH of 12. . Thereafter, the surface of the specimen was ground as described above, and the side and back surfaces were coated with silicone resin. The specimen was degreased, dried, and immediately immersed in the above Ca(OH) 2 +3.6% NaCl aqueous solution. During the test, the surface of the liquid was sealed with liquid paraffin, the liquid was replaced every 3 days, and the samples were immersed continuously for 20 days to observe the occurrence of rust. These results are shown in Table 1. Example 2 After grinding the surface of a hot rolled steel plate consisting of the ingredients shown in Table 1,
It was exposed to the seashore for one year and the rusting status was investigated. In addition, hot-rolled reinforcing bars (9 mmφ) made of the ingredients shown in Table 1 were embedded in a concrete mortar made of sand containing 1.0% NaCl, Portland cement, water, and gravel, and after curing at room temperature for 28 days, they were exposed to a seashore area for 1 year. . The water-cement ratio of the concrete was 0.60, and the fog thickness was 2 cm. After one year of exposure, the concrete was crushed and the rusting status of the reinforcing bars was investigated. The results of these investigations are shown in Table 1. From the results in Table 1, the steel of the present invention shows that there is no rusting even in seawater, and there is no rusting even when the salt concentration in concrete is as high as 1.0% in terms of NACl in sand, and as high as 3.6% NaCl in water. was clearly observed, and it was found that rust generation and deterioration of concrete caused by rust growth could be completely stopped. Therefore, it is presumed that the deterioration of both steel structures and concrete structures can be completely suppressed even in extremely harsh marine environments.
【表】
（発明の効果）
本発明は塩害に曝らされる非磁性鋼材、ならび
に非磁性鋼材埋設のコンクリート建造物の耐久性
を維持するのに飛躍的に有効な鋼材、コンクリー
ト用鋼材として役立つものであり、海浜地帯等塩
害に曝らされる磁気浮上鉄道等の非磁性を必要と
する広範囲の用途に使用できる。[Table] (Effects of the invention) The present invention is useful as a steel material and concrete steel material that is extremely effective in maintaining the durability of non-magnetic steel materials exposed to salt damage, as well as concrete buildings in which non-magnetic steel materials are buried. It can be used in a wide range of applications that require non-magnetic properties, such as magnetic levitation railways that are exposed to salt damage such as in coastal areas.