JP2001040488A

JP2001040488A - 高意匠性鋼材の表面処理方法

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Publication number: JP2001040488A
Application number: JP21810799A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kishikawa; 浩史岸川; Hideaki Yuki; 英昭一幸; Kazuyuki Kajima; 和幸鹿島
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP3416874B2

Abstract

(57)【要約】【課題】早期にかつ外観を損なうことなく、鋼材表面に
耐候性安定錆を形成させ、且つ景観に優れた高意匠性鋼
材の表面処理方法を提供する。【解決手段】硫酸クロムを１〜１５質量％含む有機樹脂
塗料を鋼材に乾燥膜厚で５〜１５０μｍ塗布し乾燥させ
た後、水分含有量が５０％以上の液体を用いて１回以上
の洗浄処理をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高意匠性鋼材の表面
処理方法に関するものであり、とくに海岸地域等の塩分
の影響が大きい大気腐食環境においても保護作用を有す
る錆層（以下、「耐候性安定錆」という）を、表面の外
観を汚損することなく、早期に形成させることができる
高意匠性鋼材の表面処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼にＰ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ等の
元素を添加することにより、大気中における耐食性を向
上させることができる。

【０００３】これらの低合金鋼は耐候性鋼と呼ばれる
が、屋外において数年で腐食に対して保護性のある錆
（以下、「耐候性錆」という）を形成するため塗装等の
耐食処理作業を不要とするいわゆるメンテナンスフリー
鋼である。

【０００４】しかしながら、耐候性錆が形成されるまで
に数年かかるため、それまでの期間中に赤錆や黄錆等の
浮き錆や流れ錆を生じてしまい、外見的に好ましくない
ばかりでなく、周囲環境の汚染原因にもなるという問題
点を残している。特に海塩粒子が飛来する環境において
は、この傾向が著しいばかりでなく、耐候性錆が形成さ
れないことが問題であった。

【０００５】この問題については、例えば特開平１−１
４２０８８号公報では、リン酸塩被膜を形成させる表面
処理方法が提案されている。

【０００６】しかし、リン酸塩被膜を形成させる前に適
当な前処理を施す必要があるため処理の工程が複雑であ
り、また鋼材の溶接が必要な場合は溶接部に処理を施す
ことは作業性の上から難しく、建築構造物への適用はコ
スト的にも困難である。

【０００７】また、この方法により、塩分が飛来するよ
うな環境の厳しい大気腐食環境において、安定な耐候性
錆が形成されるとはいえない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、耐候
性鋼等の低合金鋼や普通鋼等のいわゆる錆を生成する鋼
材の表面あるいは錆層に塗布することにより、早期にか
つ外観を損なうことなく、鋼材表面に耐候性安定錆を形
成させる高意匠性鋼材の表面処理方法を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に２０年間以上の長期曝露試験により生成させた安定錆
を解析した結果、耐候性安定錆がα−（Ｆｅ、Ｃｒ）Ｏ
ＯＨ（以下「クロムゲーサイト」という）からなる微細
結晶の緻密な集合体により構成されていることを解明
し、耐候性安定錆を早期に生成して浮き錆や流れ錆の生
成を抑えるためには、緻密なクロムゲーサイト生成をい
かに促進させるかがポイントとなることがわかった。

【００１０】前記課題を解決する具体的手法として本発
明者等は、硫酸クロムとブチラ−ル樹脂からなる処理剤
を鋼材表面あるいは鋼材の錆層に被覆することにより、
流れ錆等の発生を伴わずに耐候性安定錆を早期に形成さ
せる手法を見いだし、ＷＯ−９８３２８９５号公報に開
示した。さらに初期段階での美観とＣｒイオンによる環
境汚染を防止するための処理方法を開発し本発明に至っ
た。

【００１１】本発明の要旨は以下の（１）および（２）
である。

【００１２】（１）硫酸クロムを１〜１５質量％含む有
機樹脂塗料を、鋼材に乾燥膜厚で５〜１５０μｍ塗布し
乾燥させた後、水分含有量が５０質量％以上の液体を用
いて１回以上の洗浄処理をすることを特徴とする高意匠
性鋼材の表面処理方法。

【００１３】（２）有機樹脂塗料が、ブチラール樹脂ま
たはブチラール樹脂とブチラール樹脂と相溶する樹脂の
混合物から成る有機樹脂を１０〜４０質量％含有するこ
とを特徴とする上記（１）に記載した高意匠性鋼材の表
面処理方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。

【００１５】（１）硫酸クロムの効果錆の構造が緻密であれば物理的に大気腐食環境を遮断し
やすいため、浮き錆や流れ錆の根本的な原因である鉄イ
オンの溶出を軽減し安定錆を形成する。しかしながら、
錆中に割れや細孔があると水や酸素の供給経路となり、
錆の安定性が低下する。このため緻密で連続した安定錆
層を形成させる必要がある。

【００１６】硫酸クロムは、塗膜中に水分が浸透してき
たときに、クロムイオンと硫酸イオンになり塗膜／鋼
界面に到達する。硫酸イオン及び水分は鋼を腐食させ鉄
イオンを生成する。クロムイオンは、この鉄イオンを耐
候性安定錆の主成分であるクロムで置換されたゲーサイ
トに変換する効果を有する。また、硫酸イオンも初期の
鉄イオンの生成を加速させるのみならず、安定錆層であ
るゲ−サイトの生成、微細化、緻密化に寄与していると
考えられる。

【００１７】塩分が飛来するような厳しい大気腐食環境
中でもこの効果を得るには、有機樹脂塗料中の固形分に
対して１〜１５質量％の硫酸クロムを添加する必要があ
る。１質量％以上の添加により、塗布、乾燥後の鋼材が
大気腐食環境におかれたとき、耐候性安定錆を早期に生
成させることができる。また、上限を１５質量％に限定
したのは、塗料中の可溶分が増加するため、塗膜の崩壊
が早まり、十分な耐候性安定錆を形成する前に腐食因子
に曝されることにより、厳しい腐食環境において耐候性
が保証できないからである。ここでいう固形分に対する
硫酸クロムの質量割合とは、溶剤等の揮発分を除いた塗
料固形分に対する割合を意味する。

【００１８】（２）樹脂の効果塗料中にバインダーとして用いられる樹脂は、ブチラー
ル樹脂単独、またはブチラ−ル樹脂とブチラ−ル樹脂と
相溶する樹脂（例えばメラミン樹脂やフェノール樹脂
等）の混合物を例示することができる。処理剤中の樹脂
量が１０質量％未満では、均一な塗膜が得られにくく、
また形成された塗膜も強度や付着力が低下するため、１
０質量％以上が好ましい。一方樹脂量が４０質量％を超
えると塗膜に浸透する水分量が少なくなり、耐候性安定
錆の形成が著しく遅延するため、４０質量％以下が好ま
しい。また、ブチラ−ル樹脂は非常に柔軟性に富み錆層
形成に伴う鋼表面の変化に無理なく追従するため、本処
理剤には最適な成分である。

【００１９】なお、有機樹脂塗料は液状化して塗布する
が、その他必要な有機溶剤を含むことができる。

【００２０】また、本発明における塗料中には、硫酸ク
ロムの他に、酸化鉄、二酸化チタン、カーボンブラッ
ク、フタロシアニンブルー等の着色顔料、タルク、シリ
カ、マイカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の体質顔
料、酸化クロム、クロム酸亜鉛、クロム酸鉛、塩基性硫
酸塩等の防錆顔料、その他増粘剤、分散剤、反応促進剤
等の添加剤を含むことができる。

【００２１】本発明の塗料は、使用時には塗布作業に適
した粘度に有機溶剤で調整され、溶剤は塗布後自然乾燥
により蒸散していく。

【００２２】さらには、燐酸、モリブデン酸等の酸素酸
あるいはその水溶液を添加してもよい。むしろ酸素酸の
添加は、生成するクロム置換ゲ−サイト層に吸着され、
安定さび層のイオン透過性を、塩化物イオン（Ｃｌ^-）
等の腐食性アニオンの透過を抑制し、カチオンを選択的
に透過させることにより、安定さび層の耐塩化物腐食性
を向上させる効果を有するため好適である。なお、ここ
で述べた塗料が乾燥固化した後に、５〜１５０μｍの膜
厚であれば、耐候性安定錆の生成段階でクロムイオンと
鉄イオンの供給バランスが最適となる。

【００２３】以上述べてきた塗料は、通常の塗布方法と
同じく、エアスプレー、エアレススプレーあるいは刷毛
塗り等の方法で塗布することができるため、場所を選ば
ず施工が可能である。

【００２４】また、１回の塗布作業でも効果が得られる
ため、経済性にも優れている。さらには、現地塗装が可
能なため、現地での鋼材の切断、溶接等の加工後や、表
面に錆の発生している鋼材の補修にも対応できる。

【００２５】耐候性安定錆が生成した後には、鋼材の腐
食速度が極めて低くなるため、さらに上層に着色塗料を
塗装することも可能で、ブラスト等の表面を有する裸仕
様鋼材に着色塗膜を塗装する場合に比べて、その着色塗
膜の寿命延長効果も期待できる。

【００２６】なお、本塗料を塗布する鋼材は、特に鋼種
を限定されるものではなく、普通鋼であっても、耐候性
等の低合金鋼であっても、いわゆる錆を生成するもので
あれば構わない。

【００２７】こうして生成された保護性の錆層に何らか
の外力が作用して亀裂の生成や剥離を生じても、健全部
の塗膜中に硫酸クロムが残存していれば、その損傷部に
おいて健全部から硫酸クロムの供給があり、再度耐候性
安定錆を生成する自己修復性能が期待できる。

【００２８】（３）洗浄処理の効果上記の硫酸クロムを含む樹脂層の形成により耐候性は得
られるが、クロムゲーサイトが十分生成するまでの初期
において、２つの問題が考えられる。その１つは、硫
酸クロム中の３価のＣｒイオンが溶出することであり、
もう１つは、クロムゲーサイトが生成するまでの美観上
の問題、すなわち、硫酸クロムと下地の鉄との反応によ
り、緑色ないし白色の反応副生成物（主に硫酸鉄）が生
成し、これが塗膜表面に析出して美観を損なうという問
題である。これらの問題を解決するために次の処理方法
を開発した。

【００２９】上記の塗料を塗布し乾燥させた後、さらに
水の含有量が５０％以上の液体で１回以上洗浄処理を行
うことである。この処理により、次の効果がえられ
る。

【００３０】（１）液体中の水分により、硫酸クロムと
地鉄との反応が促進され、早期にクロムゲーサイトが生
成する。

【００３１】（２）過剰の硫酸イオン及びＣｒイオンが
洗い流され、反応副生成物（硫酸鉄）の生成抑制と環境
中へのＣｒイオンの流出が防止できる。

【００３２】この処理にあたっては、上記塗装鋼材に直
接液体をかける方法とモップなどにしみこませて、表面
を物理的にこする方法がある。洗浄は、塗布、乾燥後出
来るだけ早期にするのが望ましい。好ましくは乾燥後１
年以内、さらに好ましくは１日以内が良い。水の含有量
については、１００％でも良いが、５０％以上で十分そ
の効果があり、５０％未満になると、液体の経済性に問
題が生じるので５０％以上に限定した。

【００３３】液体は水道水でもよく、また脱脂の目的も
兼ねて水とメタノールとの混合液体等でもよい。この洗
浄処理は、１回でもよく２回以上繰り返してもよい。

【００３４】なお、鋼材に硫酸クロムを１〜１５質量％
含む有機樹脂塗料を乾燥膜厚で５〜５０μｍ塗装した
後、水の含有量が５０％以上の液体で洗浄処理を１回以
上おこなう一連の工程を複数回繰り返してもかまわな
い。

【００３５】

【実施例】本発明の処理法と効果を実施例により説明す
る。用いた試験鋼の化学組成を表１に、また鋼材の塗装
前の処理方法を表２に示す。試験片の寸法は１５０×７
０×３.２mmとした。表３に試験に用いた塗装処理剤の
組成、サンプルの作製条件及び試験結果を示す。表４に
塗装処理後の洗浄条件（洗浄液、洗浄方法）を、表５に
その試験結果を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】表３に示す樹脂、顔料、添加剤の配合組成
に適当量の溶剤を加えて粘度（Ｂ型粘度計測定）を２０
０〜１０００ＣＰＳとした塗料を作製し、エアースプレ
ーにより塗布した。塗布、乾燥後、種々の条件で洗浄処
理をおこなった。このサンプル試験片を、海岸より１０
０ｍの位置にある新潟県直江津市の海岸地帯に水平に設
置し、人工海水の原粉末を１ｍｇ／ｄｍ²となるよう毎
日試験片の上面に散布し１年間暴露した。

【００４２】残存塗膜および錆を除去後、質量を測定
し、予め測定していた塗布前の鋼材質量から減ずること
により、腐食減量を測定した。鋼材の密度から換算した
腐食減量厚さ（μｍ）を求めた。表３の試験結果には、
測定した腐食減量の半分である片面の平均腐食減量を示
した。試験番号４に示す前処理（Ｙ）のサンプルにつ
いては、塗布しないサンプルの平均腐食減量を求めて、
初期暴露による錆生成量の平均値を計算し、これをブラ
ンク値として差し引いた。

【００４３】また暴露後のサンプルについて、生成した
錆の断面をラマン分光法で構造解析をするとともに錆中
元素分析を行うことにより、クロムゲーサイト層の生成
有無を確認した。クロムゲーサイト層の生成状況に合わ
せて、全面を覆うように連続的に生成していれば
「○」、不連続的な生成は「△」、生成なしは「×」と
評価した。

【００４４】また碁盤目付着性はＪＩＳＫ５４００−
８．５．１（すきま間隔２mm）で評価し、〔１０（良
い）〜０（悪い）〕のように表示した。

【００４５】その結果、表３の発明例１〜６は、流れ錆
の発生は認められず、腐食減量が小さく、且つ下地の鋼
表面部分に耐候性安定錆（クロムゲーサイト）が生成し
ているのが認められた。特に発明例３のようにバインダ
ー樹脂がブチラール樹脂（Ａ）と、ブチラール樹脂と相
溶するフェノール樹脂（Ｂ）との混合物の場合、発明例
４のように下地に錆が発生している鋼材（表２に示す下
地処理Ｙ）を用いた場合、または発明例５のように普通
鋼に塗装した場合でもその効果を発揮することが認めら
れた。

【００４６】一方、比較例７は、硫酸クロムを含まない
ため耐候性安定錆の生成が不十分であり、腐食減量が大
きく、また比較例８は、硫酸クロムが過多のため、塗膜
の付着性が低く外観状態が良くない等高意匠性表面処理
鋼材としての適性に欠ける。

【００４７】また、発明例９に示すように、バインダー
樹脂がブチラ−ル樹脂またはブチラール樹脂とブチラー
ル樹脂と相溶する樹脂との混合物以外のものは、腐食減
量がやや大きいが、塗料としては適正であった。発明例
１０に示すように、バインダー樹脂量がやや少ない場合
は、腐食減量がやや多く、発明例１１に示すように、バ
インダー樹脂量がやや多い場合は、クロムゲートサイト
層の生成が不連続になるが、いずれも塗料としては適正
であった。

【００４８】塗布後の洗浄処理条件を変化させた場合の
影響（表５に示す）は、水の含有量が５０％以上の液体
で、放水（水量：１００リットル／ｍ²）またはモップ掛け
（水量：１リットル／ｍ²）を１回以上行った発明例の
（２）〜（７）では、比較例の（１）に比べて反応副生
成物が少なく、美観も良好で、雨水中のＣｒ濃度も低か
った。

【００４９】なお、Ｃｒイオンの溶出量は、サンプルの
下にパンを置き、雨天時にサンプルをつたって流れ落ち
る雨水を捕集し、その雨水中のＣｒ濃度を測定した。

【００５０】

【発明の効果】本発明の表面処理方法によれば、初期の
美観を損なうことなく、また厳しい大気腐食環境中でも
赤錆や黄錆等の浮き錆や流れ錆を生じることなく、鋼材
表面に耐候性安定錆層を早期に形成させることができ
る。特に厳しい腐食環境である海岸近傍の海塩粒子が飛
来する環境でもその効果を発揮するため、非常に有用な
処理方法と言える。また、過剰のクロムイオンを回収
し、かつ硫酸イオン等による副生成物を減少させ、意匠
性をさらに向上させることができる。

【００５１】土木または建築構造物用鋼材に本発明の方
法を適用した場合、赤錆や黄錆等の浮き錆や流れ錆を生
じることなく、早期に耐候性安定錆を形成させることが
できるため、鋼材の防食に関するメンテナンスが不要に
なり、産業上大きく寄与することが期待される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 22/07 Ｃ２３Ｃ 22/07 Ｃ２３Ｆ 11/00 Ｃ２３Ｆ 11/00 Ｚ (72)発明者鹿島和幸大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 4D075 AE03 BB74X CA33 DA06 DB02 DC05 EA06 EB19 EB56 4K026 AA02 BA01 BA08 BB01 BB08 CA02 CA33 CA39 DA02 DA11 DA12 DA15 DA16 EA04 EB01 4K062 AA01 BA08 BC08 CA05 EA08 FA12 FA16 GA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硫酸クロムを１〜１５質量％含む有機樹脂
塗料を、鋼材に乾燥膜厚で５〜１５０μｍ塗布し乾燥さ
せた後、水分含有量が５０質量％以上の液体を用いて１
回以上の洗浄処理をすることを特徴とする高意匠性鋼材
の表面処理方法。
【請求項２】有機樹脂塗料が、ブチラール樹脂またはブ
チラール樹脂とブチラール樹脂と相溶する樹脂の混合物
から成る有機樹脂を１０〜４０質量％含むことを特徴と
する請求項１記載の高意匠性鋼材の表面処理方法。