JP5909891B2 - 高耐食黒皮鋼材 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼材料、特に、熱間圧延ままで表面が酸化物層（以下「表面スケール」と呼ぶ）によって覆われている鉄鋼材料（以下「黒皮鋼材」と呼ぶ）であって、耐食性を向上するための耐食性向上処理がなされた高耐食黒皮鋼材に関する。なお、本発明における黒皮鋼材とは、形鋼、棒鋼、鋼管、鋼板等を含むものである。

従来、建築、土木用途などに用いられる黒皮鋼材は、１次保管時、倉庫など屋根のある場所で一部は保管されるものの、屋外で野積みされることが多い。特に、屋外で保管される黒皮鋼材は赤錆や黄錆が発生し、著しく外観を損なう上、無塗装でコンクリート中に埋めて使用する場合には、コンクリートとの密着性が低下したりする。このような赤錆や黄錆発生による外観劣化は、屋内で長期保管される場合にも生じる。

一方、塗装して使用する場合には、塗装密着性ならびに塗装後耐食性を向上させる目的で塗装前処理としてショットブラスト等でケレンして黒皮除去処理を行う。黒皮鋼材保管時の腐食環境がマイルドな場合や保管期間が短い場合には赤錆や黄錆の発生は少なく、ショットブラストなどの黒皮除去処理で簡単に赤錆や黄錆も落とすことができるので、外観劣化が問題になることは少ない。

しかし、黒皮鋼材保管時の腐食環境や保管期間などの影響で、著しく赤錆や黄錆が発生した黒皮鋼材では、錆落し工程に時間がかかるとともに、赤錆や黄錆発生による部分的な板厚減少により、塗装後の外観不良となることがある。さらに、板厚の減少が著しく大きくなると、所定の板厚より薄くなる部分が発生する場合もある。

上記した問題を改善する方法として特許文献１では、黒皮鋼材の表面をリン酸塩を含む水溶液で処理して、表面の酸化物層における亀裂部にリン酸塩皮膜を形成させることにより、耐食性と電着塗装やコンクリ−トとの密着性に優れた鋼材が開示されている。

特開２００５−２９０４４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、リン酸塩皮膜が部分的に厚くなって、鋼材の表面が白くなったり、粉末となって剥がれ落ちたりする場合がある。

本発明は、上記した問題を解決するため、黒皮鋼材における赤錆や黄錆発生による密着不良や外観不良を防止し、スケール除去工程や塗装工程でのトラブルをなくすため、所望の耐食性を奏する高耐食黒皮鋼材を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、次の通りである。

第一の発明は、表面が鉄を主成分とする酸化物層で覆われた鋼材において、その鉄系酸化物層が樹脂を含有する物質で被覆されていることを特徴とする高耐食黒皮鋼材である。

第二の発明は、前記樹脂が、熱硬化性樹脂および／またはガラス転移点１０℃以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする第一の発明に記載の高耐食黒皮鋼材である。

第三の発明は、前記樹脂を含有する物質の平均付着量が０．０１〜２０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする第一または第二の発明に記載の高耐食黒皮鋼材である。

第四の発明は、前記表面が鉄を主成分とする酸化物層で覆われた鋼材において、その鉄系酸化物層を樹脂を含有する塗布物で被覆し、乾燥させることを特徴とする第一乃至第三の発明の何れかの発明に記載の高耐食黒皮鋼材の製造方法である。

第五の発明は、前記樹脂を含有する塗布物の粘度を１０００ｃＰ未満とすることを特徴とする第四の発明に記載の高耐食黒皮鋼材の製造方法。

本発明の高耐食黒皮鋼材は、黒皮鋼材の表面が樹脂を含有する物質で覆われているので、表面スケールに生じる亀裂部や剥離部が被覆され、亀裂部や剥離部からの鋼素地への腐食因子の侵入が抑制され、黒皮鋼材の耐食性が向上する。また、ワックスや粘性のある防錆油などによる防錆処理ではない為、黒皮鋼材表面のべとつきなどの作業性劣化がなく、実際の施工においては、屋外長期保管しても赤錆の発生が飛躍的に抑えられ、錆発生によるコンクリートとの密着性低下が抑制されるため、前処理なし、または軽いケレンなどでの対応が可能となり、前処理工数の増加や塗装外観不良などの問題がなくなる。

本発明の実施形態に係る高耐食黒皮鋼材は、熱間圧延または熱間圧延後に冷間矯正された黒皮鋼材を用いる。黒皮鋼材の表面スケールは、種々の酸化物（酸化性や導電性を具備または不備のもの等）から成り、それぞれ温度に対する線膨張係数が異なっている。このため、熱間圧延後の冷却過程や冷間矯正などの工程において、黒皮鋼材の表面スケールには亀裂や剥離が発生する。本発明は、このような黒皮鋼材の表面を、樹脂を含有する物質で被覆処理して製造される。

被覆処理の方法は特に限定するものではなく、各種の塗装方法（浸漬、スプレーコーター、ロールコーター、フローコーター、バーコーター、刷毛塗り、電着塗装、粉体塗装等）が適用可能であるが、微細な亀裂部や剥離部にも塗装を施す観点からは、樹脂を含有する物質を溶液としてから塗装することが好ましい。溶液とすることにより、微細な亀裂部や剥離部に前記溶液が侵入し、乾燥する事により処理液中の樹脂成分などが亀裂部や剥離部を均一に覆うことが可能となる。

なお、ここで使用する樹脂の種類は、特に限定するものではなく、種々の成分が適用可能である。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ブタジエン樹脂、また、２種以上の樹脂を共重合した樹脂等があげられる。

熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でも適用可能であるが、熱可塑性樹脂の場合は、ガラス転移点は１０℃以上が好ましい。ガラス転移点の低すぎる樹脂の場合、作業雰囲気温度によってはべとついて作業性が劣化する場合があるからである。このような観点から、ガラス転移点が低い樹脂を使用する場合は、硬化剤を用いたり、他の樹脂と共重合してガラス転移点をあげることが好ましい。

また、樹脂の形態も特に限定するものではなく、水系でも有機溶剤系でも粉状でも適用可能であるが、作業環境の観点からは、エマルション、ディスパージョン、水溶性等の水系樹脂が好ましい。ただし、水系樹脂の場合は、水と接することによる赤錆の発生を抑えるため、迅速に乾燥させることが好ましい。また、被覆する樹脂を含有する物質は、樹脂以外の成分を含有してもよいが、被膜に亀裂が出ないようにするために、樹脂の含有比率は多い方が好ましく、５０重量％以上が好ましい。樹脂以外の成分として、無機成分等を造膜を阻害しない範囲で添加してもよい。

この様にして、黒皮鋼材の表面に樹脂を含有する物質が被覆されることになる。すなわち、表面スケールの亀裂部や剥離部の地鉄表面および亀裂部内部が樹脂を含有する物質で被覆されることにより、地鉄の露出が大幅に減少するので、地鉄への腐食因子の侵入が効果的に防止され、黒皮鋼材の耐食性が格段に向上する。また、亀裂部や剥離部以外の黒皮皮膜部に樹脂を含有する物質が形成されることにより黒皮の耐食性よりも優れた耐食性が確保できる。

樹脂を含有する物質の平均付着量は、０．０１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下とする。
０．０１ｇ／ｍ^２未満では亀裂部や剥離部が多い場合に耐食性向上効果が不十分であり、２０ｇ／ｍ^２超えでは鋼材表面への付着が多くなり塗装時に簡単なケレンなどで充分に落とすことが難しくなり、塗膜の密着性不良を起こす場合があるからである。より好適な付着量は、０．１ｇ／ｍ^２以上１．５ｇ／ｍ^２以下である。

また、樹脂塗布時の塗布物の粘度は、１０００ｃＰ未満とする。黒皮には、上述したように、クラックや欠陥部が多く、この中へ十分な樹脂が供給されることで耐食性が向上する。１０００ｃＰ以上では、細かい黒皮部のクラックや欠陥部に樹脂が供給されないまま被覆されるので、相対的に耐食性が劣る。更により好適な粘度範囲は、より樹脂の付きまわり性の向上する１００ｃＰ以下が良い。

上述した黒皮鋼材の耐食性の格段の向上によって、赤錆や黄錆の発生が抑えられるので、黒皮鋼材を黒皮ままで使用した場合であってもコンクリートとの密着性が低下することがない。

本発明の実施形態に係る黒皮鋼材における耐食性向上効果を確認するために、熱間圧延した１１ｍｍ厚の黒皮鋼材から３０ｍｍ×２００ｍｍサイズのサンプルを採取し、３点曲げによって黒皮鋼材に最大で３％の歪を与え、黒皮に亀裂を形成した。その後、表１に示す処理液、処理条件により黒皮鋼材表面を処理した後、耐食性評価試験、作業性評価試験、塗装性評価試験を実施した。

塗布物の粘度は、溶剤、水などの溶媒に溶解したものは、Ｂ型粘度計で測定し、粉体塗装に供するものは、メルトフローメーター（溶融粘度計）で、対象とする温度における粘度を測定した。

耐食性評価試験は、６０日間の屋外暴露（岡山県倉敷市にて、海岸線より約５００ｍ離れた場所）後の表面状況を観察して判断した。

◎：赤錆および黄錆の発生がほとんどなくて試験前の状態が残っているもの
○：赤錆および黄錆発生面積１０％以下
△：赤錆および黄錆発生面積率１０％超え３０％以下
×：赤錆および黄錆発生面積が３０％超え
作業性評価試験は、鋼材表面に貼るシ−ルの粘着性で評価した。

シール：５０ｍｍ×５０ｍｍの上質紙にスプレー接着剤を１０ｃｍ離れた位置から２秒間スプレー（スプレー接着剤：住友スリーエム製 ニューダクトスプレー１．５）
粘着性評価方法：前記シールを鋼板表面に貼り付け、常温にて１日後にシールの粘着状況を調査した。

◎：１日後にシ−ルが全く剥離せず
○：１日後にシ−ルの２０％以下が剥離
△：１日後にシールの２０％超え５０％以下が剥離
×：１日後にシ−ルの５０％超えが剥離
塗装性評価試験は、鋼材表面をかるくブラシでケレンしたのち、スプレ−にてエポキシ塗装を施し、常温にて１日経過後に、ＮＴカッターでエポキシ塗装の表面に、２ｍｍ間隔で１１本の地鉄に達する直線傷を入れ、さらにこれらと直交する方向に同様の直線傷を入れて、１００マスの格子パターンとした後、ニチバン（株）のセロテ−プ（登録商標）を格子の部分に接着した後、セロテープ（登録商標）を一気に引きはがし、１００マスの格子部分でのエポキシ塗膜残存面積率で評価した。

◎：塗装膜剥離がないもの、または塗装膜残存面積率が９０％以上
○：塗装膜残存面積率が７５％以上９０％未満
△：塗装膜残存面積率が５０％以上７５％未満
×：塗装膜残存面積率が５０％未満
試験結果を表１に示す。

発明例である樹脂を含む処理剤で処理したＮｏ．１〜Ｎｏ．２８は、耐食性向上効果が認められ、さらに作業性や塗装性にも優れていた。

このうち、Ｎｏ．２は、付着させる物質の付着量が多いため、塗装性が若干劣り、Ｎｏ．５は、付着させる物質の付着量が少ないために、耐食性が若干劣る傾向であり、ガラス転移点が−１０℃と低い樹脂を用いたＮｏ．７は、常温では被膜が若干べたついているため、作業性及び塗装性が劣化傾向であり、Ｎｏ．２６、２７、２８は、いずれも黒皮面への塗布時の粘度が高いため、耐食性が相対的に低下していたが、いずれも無処理のＮｏ．３３より優れた耐食性を示した。

比較例であるＮｏ．２９は、ワックスで処理したが、耐食性は向上したものの、ワックスを除去しない状態では作業性及び塗装性が実用に耐えないレベルであった。同じく、比較例であるＮｏ．３０は、さび止め油で処理したが、耐食性の向上は無く、止め油を除去しない状態では作業性及び塗装性が実用に耐えないレベルであった。

比較例であるＮｏ．３１、Ｎｏ．３２は、防錆剤を付着させたが、屋外暴露で降雨により防錆剤が洗い流されたためと思われ、耐食性の向上効果が認められなかった。

本発明の黒皮鋼材は表面スケールに生じている亀裂部剥離部が樹脂を含有する物質で被覆されているので、優れた防錆効果を有し、形鋼、棒鋼、鋼管、鋼板等の各種形態の高耐食黒皮鋼材として広く利用することができる。

Claims (3)

1. 表面が鉄を主成分とする酸化物層で覆われた鋼材において、その鉄系酸化物層が樹脂を含有する物質で被覆されており、
   前記樹脂を含有する物質は、熱硬化性樹脂および／またはガラス転移点１０℃以上の熱可塑性樹脂を５０重量％以上含み、かつ、平均付着量が０．０１〜２０ｇ／ｍ^２であり、
   前記熱硬化性樹脂および／またはガラス転移点１０℃以上の熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ブタジエン樹脂、および、これらの樹脂の内２種以上の樹脂を共重合した樹脂の内から選ばれることを特徴とする高耐食黒皮鋼材。
2. 請求項１に記載の高耐食黒皮鋼材の製造方法であって、
   表面が鉄を主成分とする酸化物層で覆われた鋼材の前記鉄系酸化物層を、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ブタジエン樹脂、および、これらの樹脂の内２種以上の樹脂を共重合した樹脂の内から選ばれた樹脂を固形分中５０重量％以上含有する塗布物で被覆し、乾燥させることを特徴とする高耐食黒皮鋼材の製造方法。
3. 前記塗布物の粘度を１０００ｃＰ未満とすることを特徴とする請求項２に記載の高耐食黒皮鋼材の製造方法。