JP2000017453A - 錆安定化処理鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 早期に緻密な安定錆を生成し、しかも流れ錆
の問題が生じることのない鋼材を提供すること。 【解決手段】 鋼材上に、被膜量が０．５〜５０ｇ／ｍ
² のケイ酸アルカリ金属塩の被膜を形成した錆安定化処
理鋼材を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁や建造物等の
建築材料として屋外で使用される鋼材において、腐食を
抑制した鋼材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼は、強度や靱性、加工性等に優れ、し
かも安価であるため、橋梁や建造物等に広く使用されて
いる。しかしながら、鋼は腐食しやすいという本質的欠
点を有しているため、屋外建造物等に用いる場合には、
めっき、塗装等で鋼材表面を覆う防錆処理が施される。
しかし、これらの防錆処理は一般にコストが高く、また
塗装による防錆処理では、定期的に塗装を塗り直す補修
作業が必要となる。かかる補修は費用が高い上、今後の
作業員の高年齢化により当該補修そのものが困難になっ
てくることが予想される。

【０００３】そこで、塗装やめっき等の防錆処理をする
ことなくそのまま使用できる鋼材が種々検討された結
果、耐候性鋼が開発された。この耐候性鋼は、銅、リ
ン、クロム等の金属を鋼中に含有させることにより、表
面に緻密で安定した鉄錆を生成させ、かかる鉄錆の保護
作用により鋼材の腐食を抑制するものである。

【０００４】しかし、耐候性鋼の表面に安定錆が生成す
るには通常数年の期間が必要とされ、安定錆が生成する
までの期間、鋼材表面から錆汁が流れ出し、周囲を汚染
し美観的にも評判が悪いといった問題があった。また、
海塩粒子の飛散が多い海岸近郊や雨水か溜まって蒸発し
ない場所等では安定錆が生成しないといった問題があっ
た。このため、耐候性鋼表面に安定錆を早期に生成させ
る処理として従来から種々の技術か提案されてきた。例
えば、特公昭５３−２２５３０号公報には、特定量の酸
化第一鉄と酸化第二鉄の混合物と特定量のリン酸、Ｐ
ｂ，Ｎｉ，Ｃｕ等の単体若しくは化合物、ブチラール樹
脂単独あるいはブチラール樹脂及びブチラール樹脂と相
溶性を有する樹脂、溶剤とからなる混合処理液を耐候性
鋼に塗布することによって、初期の浮錆を防止し安定錆
に至る時間を短縮し、かつ安定錆の緻密化を図る技術が
提案されている。しかし、前記混合処理液は一種の塗料
であり、その下の鋼材表面に錆が生成し安定化するまで
には十年以上の長期間が必要である。また、実際には、
前記混合処理液の上にさらに上塗り塗装を施して使用さ
れている場合が殆どであり、前記技術は一種の下塗り塗
装と見なせる。

【０００５】一方、無機系材料を用いた錆安定化処理も
いくつか開発されている。例えば、ウェザーコート法と
して、酸洗あるいはブラスト処理により黒皮を除去した
耐候性鋼材にりん酸塩系の処理を行う技術が古くから存
在する。しかし、この処理を行った耐候性鋼を実環境下
で使用すると、やはり流れ錆の問題が生じるため実際に
使用する場合には、前記処理を行った上にさらに錆色の
塗装を施している。

【０００６】この他にも、特開平５−２４７６６３号公
報には、鋼表面に形成された錆層にＯＨ^- を供給し、ｐ
Ｈ７を超える環境とすることにより、前記錆層をα−Ｆ
ｅＯＯＨに変換させる技術が開示されている。しかし、
この技術は鋼表面に一度錆を発生させてから、錆層に水
酸化ナトリウム溶液、アンモニア溶液等を散布してＯＨ
^- を供給するので、製造工場で短期間に施工できない。
また施工現場でアルカリ溶液を塗布する場合には、雨や
結露等の影響で塗布液が流出するため何度も塗布する必
要があり、橋梁のような屋外構造物に対する塗布は事実
上不可能に近かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたものであって、早期に緻密な
安定錆を生成し、しかも流れ錆の問題が生じることのな
い鋼材を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、鋼材上
に、被膜量が０．５〜５０ｇ／ｍ² のケイ酸アルカリ金
属塩の被膜を形成したことを特徴とする錆安定化処理鋼
材が提供される。ここで該被膜中のアルカリ金属とケイ
素との原子比は０．２〜１．０の範囲にあるのが好まし
い。また該被膜がケイ酸アルカリ金属塩１００重量部に
対し０．５〜１０重量部の樹脂を含有するものであるの
が好ましい。該鋼材がケイ素を０．５重量％以上含有す
るのが望ましい。さらにケイ酸アルカリ金属塩がケイ酸
リチウム塩を主体とするものであるのが好ましい。

【０００９】本発明の錆安定化処理鋼材は、鋼材上にケ
イ酸アルカリ金属塩の被膜が形成されていることが大き
な特徴の一つである。ケイ酸アルカリ金属塩は水に可溶
であるので、ケイ酸アルカリ金属塩を水に溶解して水溶
液とし、該水溶液を鋼材上に塗布し、乾燥させると鋼材
上にケイ酸アルカリ金属塩の被膜が形成する。該被膜は
水に濡れると部分的に再溶解して、ケイ酸アルカリ金属
塩はケイ酸イオンとアルカリ金属イオンに解離する。ア
ルカリ金属イオンは、水をアルカリ性として、鋼材の溶
解速度を低下させるとともに、錆層をエネルギー的に最
も安定なα−ＦｅＯＯＨに変換する。これにより錆安定
化作用が発揮される。一方、ケイ酸イオンも二酸化ケイ
素（シリカ）となって、鋼材の錆層に入り込み錆の安定
化作用に寄与する。

【００１０】以上のようにケイ酸アルカリ金属塩は、ケ
イ酸イオン及びアルカリ金属イオンともに鋼材の錆安定
化に作用するので、これまでの鋼材の錆安定化処理剤に
比べて格段に優れた錆安定化作用を発揮するのである。

【００１１】ここでケイ酸アルカリ金属塩の被膜量は
０．５〜５０ｇ／ｍ² の範囲であるあること必要があ
る。被膜量が０．５ｇ／ｍ² 未満では十分な錆安定化作
用が得られない。他方、被膜量が５０ｇ／ｍ² を超える
と一度の塗布作業で所望の被膜量を形成することが困難
となり、複数回の重ね塗りが必要となり作業量が増加す
る。また水溶液中に存在するアルカリ金属量が多くなり
すぎて、周囲の環境を汚染する可能性がある。さらに、
ケイ酸イオンが二酸化ケイ素となる一方、アルカリ金属
イオンも空気中の二酸化炭素と反応してアルカリ金属炭
酸塩を生成し、これら二酸化ケイ素とアルカリ金属炭酸
塩が鋼材表面に表面に析出すると、外観上白く目立つの
で好ましくない。より好ましい被膜量の範囲としては、
５〜２０ｇ／ｍ² の範囲である。

【００１２】ケイ酸アルカリ金属塩としては、ケイ酸リ
チウム塩、ケイ酸ナトリウム塩、ケイ酸カリウム塩、ケ
イ酸ルビジウム塩、ケイ酸セシウム塩を挙げることがで
き、これらの１種又は２種以上を使用することができ
る。これらケイ酸アルカリ金属塩のいずれを使用しても
錆安定化効果は得られるが、経済性の観点からはケイ酸
リチウム塩、ケイ酸ナトリウム塩、ケイ酸カリウム塩が
好ましい。また、後述する被膜溶解速度を効果的に減少
させ、長期間にわたって錆の安定化を図るには、ケイ酸
リチウム塩が特に好ましい。ケイ酸リチウム塩は、ケイ
酸ナトリウム塩やケイ酸カリウム塩に比べて耐水性が良
好であるためである。ケイ酸リチウム塩と他のケイ酸ア
ルカリ金属塩との混合物を使用する場合には、ケイ酸ア
ルカリ金属塩中のケイ酸リチウム塩の重量比率を９０％
以上とすれば、ケイ酸リチウム塩単独の場合と同等の耐
水性が得られる。例えばケイ酸リチウム塩にも、オルト
ケイ酸リチウム、メタケイ酸リチウム及びその水和物、
オルト二ケイ酸六リチウム等の形態が存在する。

【００１３】上記のように鋼材上に早期に安定錆層を形
成させるためには、鋼材を被膜するケイ酸アルカリ金属
塩を水に溶解させ、ケイ酸イオンとアルカリ金属イオン
とに解離させることが必要であるが、その溶解速度が大
きすぎるとアルカリ金属イオンの供給が早期に終了する
結果、十分な錆安定化効果が得られない。このため適度
な溶解速度とるするのが望ましい。

【００１４】適度な溶解速度を得るには、ケイ酸アルカ
リ金属塩の被膜中のアルカリ金属（Ｍ）とケイ素（Ｓ
ｉ）との原子比（Ｍ／Ｓｉ）を０．２〜１．０とするこ
とが望ましい。Ｍ／Ｓｉが０．２未満ではアルカリ金属
が少なすぎて、錆安定化効果が不十分となることがあ
り、また鋼材に塗布するケイ酸アルカリ金属塩水溶液が
不安定となり、該水溶液の保管中にケイ酸が遊離してゲ
ル化したり、ケイ酸分の沈殿を生成することがある。一
方、Ｍ／Ｓｉが１．０を超えるとアルカリ金属が多くな
りすぎて被膜を形成しにくくなり、また被膜を形成でき
たとしても水に濡れると被膜は短時間に溶解してしま
い、錆安定化効果が小さくなるおそれがある。

【００１５】またケイ酸アルカリ金属塩の溶解速度を適
切な範囲とするには、ケイ酸アルカリ金属塩の被膜中に
樹脂を含有させるのがよい。ケイ酸アルカリ金属塩の被
膜中に含有させる樹脂量は、ケイ酸アルカリ金属塩１０
０重量部に対して０．５〜１０重量部の範囲である必要
がある。樹脂の含有量が０．５重量部未満では被膜の耐
水性、すなわち水に対する被膜の溶解性が変わらないた
め、ケイ酸アルカリ金属塩の溶解速度は変わらず、他方
含有率が１０重量部を超えると被膜の溶解性が小さくな
りすぎて、鋼材表面へのアルカリ金属イオンの供給が少
なくなり錆安定性が悪くなる。しかもアルカリ金属イオ
ンが解離した後の被膜が連続被膜となって剥離する現象
が起こるため外観が悪くなる。

【００１６】本発明で使用できる樹脂としては、ケイ酸
アルカリ金属塩の水溶液に混合することができる水溶性
樹脂や水分散性樹脂であれば特に限定はなく、例えばア
クリル樹脂、アクリル−スチレン共重合樹脂、ウレタン
変性アクリル樹脂、ウレタン変性アクリル−スチレン共
重合樹脂等の樹脂を挙げることができ、この中でもアク
リル樹脂が好ましい。

【００１７】また、錆が生成する前後の鋼材の色調差を
小さくするため、処理液中に予め茶褐色、黒褐色等の錆
色の着色剤を混合しておくことが好ましい。かかる着色
剤としては酸化鉄、カーボンブラック等を挙げることが
できる。さらに、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸カルシ
ウム、硫酸バリウム、二酸化チタン等の体質顔料を添加
してもよい。

【００１８】さらに、該樹脂とケイ酸アルカリ金属塩と
の結合力、さらには樹脂と錆層との密着力を向上させる
ために、シランカップリング剤を樹脂に添加してもよ
い。

【００１９】本発明で使用できる鋼材としては、クロム
を１２％以上含有するステンレス鋼を除く、いわゆる普
通鋼であればいずれであってもよく、中でもケイ素を
０．５重量％以上含有するものを使用すると、ケイ酸ア
ルカリ金属塩から生じるケイ酸イオンと鋼材の腐食によ
り生成するケイ酸イオンとの相乗効果により、錆安定化
効果が一層促進されるので好ましい。また鋼、リン、ク
ロム等を含有する所謂耐候性鋼も、母材成分との複合効
果で錆の安定化が一層促進されるので好ましい。

【００２０】

【実施例】サンプル鋼材の作成 表１に示す成分を含有する鋼材を製造し、厚さ４ｍｍ、
幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの形に切断し、表面を研削
加工しサンプル鋼材を作成した。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例１ ケイ酸ナトリウム塩の水溶液を鋼材Ｂの表面に塗布し、
５０℃で１時間乾燥させて、鋼材上にケイ酸ナトリウム
塩の被膜を形成した。

【００２３】表面に被膜を形成した該鋼材を、兵庫県加
古川市にて屋外で６ヶ月間の暴露試験を行い、鋼材の裸
使用状態での耐腐食性を調査した。この間、腐食を促進
させるために、０．１％の食塩水を鋼材に週１回継続し
て噴霧した。６ヶ月後の鋼材の流れ錆、剥離錆、色調を
目視により評価した。評価基準は下記の通りである。評
価結果をまとめて表２に示す。

【００２４】（流れ錆評価基準）サンプル鋼材端部のシ
ール材下部に流れ錆が付着しているかどうかを目視によ
り評価した。 ◎：流れ錆なし ○：流れ錆極僅か △：流れ錆あり ×：流れ錆多量

【００２５】（剥離錆の評価基準）６ヶ月間の暴露試験
後のサンプル鋼材表面を布で軽くこすって錆の剥離を判
断した。 ○：剥離錆なし ×：錆層、被膜の剥離あり

【００２６】実施例２〜１８、比較例１〜３ 表２に示すケイ酸アルカリ金属塩及び樹脂の被膜をサン
プル鋼材上に形成し、実施例１と同様にして暴露試験を
行い、各評価を行った。評価結果をまとめて表２に示
す。

【００２７】

【表２】

【００２８】実施例１〜１８では、暴露試験後の流れ
錆、剥離錆は発生せず、錆は安定化していた。これに対
して、被膜量が少ない比較例１では、流れ錆及び剥離錆
のいずれもが発生した。また被膜量が多い比較例２で
は、流れ錆や剥離錆の発生は見られなかったものの、二
酸化ケイ素とアルカリ金属炭酸塩の生成によってサンプ
ル鋼材表面が白色化した。さらにケイ酸アルカリ金属塩
の被膜を鋼材上に形成していない比較例３では、流れ錆
及び剥離錆が発生した。

【００２９】

【発明の効果】上記の如く本発明の錆安定化処理鋼材
は、鋼材上に特定量のケイ酸アルカリ金属塩の被膜が形
成されているので、早期に緻密な安定錆を生成し、流れ
錆の問題も生じることがなく、橋梁等の構造物その他へ
広く使用することができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材上に、被膜量が０．５〜５０ｇ／ｍ
   ² のケイ酸アルカリ金属塩の被膜を形成したことを特徴
   とする錆安定化処理鋼材。
2. 【請求項２】 該被膜中のケイ素とアルカリ金属との原
   子比が０．２〜１．０である請求項１記載の錆安定化処
   理鋼材。
3. 【請求項３】 該被膜が、ケイ酸アルカリ金属塩１００
   重量部に対して０．５〜１０重量部の樹脂を含有するも
   のである請求項１又は２記載の錆安定化処理鋼材。
4. 【請求項４】 該鋼材がケイ素を０．５重量％以上含有
   する請求項１乃至３のいずれかに記載の錆安定化処理鋼
   材。
5. 【請求項５】 ケイ酸アルカリ金属塩がケイ酸リチウム
   塩を主体とするものである請求項１乃至４のいずれかに
   記載の錆安定化処理鋼材。