JP2001089866A

JP2001089866A - 耐候性に優れた表面処理鋼材

Info

Publication number: JP2001089866A
Application number: JP26692399A
Authority: JP
Inventors: Yukirou Tsuri; 之郎釣; Tsutomu Komori; 務小森; Chiaki Kato; 千昭加藤; Riyouichi Nomura; 繚一野村; Hidenori Matsuno; 英則松野
Original assignee: Dai Nippon Toryo KK; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Dai Nippon Toryo KK
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】流れ錆発生を抑制しつつ安定錆を早期に形
成する耐候性に優れた表面処理鋼材を提供する。【解決手段】鋼材表面がタングステン系化合物、バナ
ジウム系化合物のうちから選ばれた１種または２種を含
有するブチラール樹脂に覆われてなる表面処理鋼材。前
記ブチラール樹脂には必要に応じて、亜鉛系化合物、あ
るいはさらにニッケル系化合物、銅系化合物、リン酸系
化合物、硫酸系化合物のうち１種または２種以上が含有
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐候性に優れた表
面処理鋼材に関し、とくに、鋼材表面に大気腐食に対し
て安定な錆層を早期に形成し、しかもこの安定錆形成期
間中に流れ錆発生を抑制できる耐候性に優れた表面処理
鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼にCu，Ｐ，Cr等を少量添加して耐候性
を付与した耐候性鋼材を、飛来塩分粒子量の少ない屋外
環境において裸で使用すると、鋼材表面に大気腐食に対
して安定な錆層が形成され、長期にわたって鋼材の腐食
進行が抑制されることが知られている。この安定錆の本
質は必ずしも十分に明らかになってはいないものの、緻
密な安定錆を形成するうえで、少量のCu，Ｐ，Crの添加
が必要不可欠であることは間違いのないところであり、
これら耐候性鋼特有の性質は、橋梁や鉄塔などの長寿命
化に幅広く利用されてきた。

【０００３】しかしながら、従来の耐候性鋼では、上記
のような安定錆が形成されるまでに５〜10年かかり、そ
の間発生する流れ錆により鋼材表面およびその周囲の景
観が著しく損なわれる。そこで、耐候性鋼の表面に早期
に安定錆を形成し、かつ、この安定錆の形成期間中での
流れ錆発生を抑制できる技術が望まれてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この要望に応じて、特
公昭53−22530 号公報では、Fe₃O₄＋Fe₂O₃を５〜50
％、リン酸を0.01〜５％、Pb，Ni，Cu，Ｐ，Zn，Crの単
体もしくは化合物１種以上を0.01〜10％含有するブチラ
ール樹脂を耐候性鋼の表面に適用する技術が提案されて
いる。この技術によれば、工業地帯の暴露試験におい
て、初期の流れ錆量は1/10程度に低減され、10〜18ヶ月
程度で安定錆が鋼材表面に形成される。しかしながら、
この技術では、より腐食環境の厳しい飛来塩分粒子量の
多い海岸地帯では、流れ錆量低減の効果は不十分であ
り、また、安定錆層も形成されない。

【０００５】また、特許第2666673 号公報では、鋼材表
面に直にもしくは錆層を介して、硫酸クロムあるいは硫
酸銅の少なくともいずれかを１〜65重量％含有する樹脂
塗料を被覆する技術が提案されている。この技術によれ
ば、腐食環境の厳しい海岸地帯での１年間暴露試験にお
いて流れ錆の発生を防止可能であるが、安定錆率（錆全
量を100 とした錆中の安定錆の相対量）が50程度と必ず
しも十分ではない。また、塗料中に硫酸クロムを添加し
た場合には、降雨や結露によって吸水した樹脂からCr³⁺
が系外に溶出し、周囲の環境を汚染するという問題点も
ある。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、腐食環境の厳しい海岸地帯に曝されても、鋼材
表面に流れ錆発生を抑制しつつ安定錆を早期に形成する
耐候性に優れた表面処理鋼材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記問題
点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の化合物を
特定の樹脂に配合して得られた表面処理剤を鋼材表面に
適用することにより、腐食環境の厳しい海岸地帯におい
ても流れ錆の発生を防止しながら早期に安定錆を形成す
る表面処理鋼材が得られることを見いだし、以下に挙げ
る本発明を成すに至った。 (1) 鋼材表面がタングステン系化合物、バナジウム系化
合物のうちから選ばれた１種または２種を含有するブチ
ラール樹脂に覆われてなることを特徴とする耐候性に優
れた表面処理鋼材。 (2) 前記ブチラール樹脂がさらに亜鉛系化合物を含有す
ることを特徴とする(1)に記載の耐候性に優れた表面処
理鋼材。 (3) 前記ブチラール樹脂がさらにニッケル系化合物、銅
系化合物のうちから選ばれた１種または２種を含有する
ことを特徴とする(2) に記載の耐候性に優れた表面処理
鋼材。 (4) 前記ブチラール樹脂がさらにリン酸系化合物を含有
することを特徴とする(2) または(3) に記載の耐候性に
優れた表面処理鋼材。 (5) 前記ブチラール樹脂がさらに硫酸系化合物を含有す
ることを特徴とする(2)〜(4) のいずれかに記載の耐候
性に優れた表面処理鋼材。

【０００８】

【発明の実施の形態】一般に、鋼材表面に化成処理や塗
装を行う場合には、油、汚れ、スケール等を除去し、鋼
材表面を清浄に保つことが重要である。そのための下地
処理としては、特に限定されないが、例えばスチールブ
ラスト処理やスチールグリット処理が挙げられる。な
お、この下地処理は、接着面積を増加させるために十点
平均粗さRz：20〜80μm を付与するように施すのがよ
い。Rz：20μm 未満では接着面積が不十分となり、一
方、Rz：80μm 超では表面処理剤を均一に被覆するのが
困難になるため、それぞれ好ましくない。なお、より好
ましい範囲はRz：20〜50μm である。

【０００９】本発明で用いる表面処理剤のベース樹脂
は、ブチラール樹脂でなければならない。なぜなら、ブ
チラール樹脂は、親水性が高く、吸水率が数10％と高い
ため、塗膜下の鋼面に腐食反応に必要な水を短期間で透
過・供給することができ、安定錆の早期形成を図る本発
明の目的に叶う樹脂だからである。これに対し、鋼材に
適用する塗料のベース樹脂として一般に用いられている
エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂は吸
水率が数％と低いため、水が短期間で鋼面に届かず安定
錆の早期形成が困難である。

【００１０】また、湿度が極めて高く腐食環境の厳しい
状況で用いる場合には、ブチラール樹脂をイソシアネー
ト系の硬化剤で反応・架橋させたものや、フェノール系
樹脂と混合して水酸基濃度を低下させたものをベース樹
脂として適用することにより、系全体の吸水率を適当な
値に低減させてもよい。なお、ブチラール樹脂は、屋外
で長期間使用すると光劣化によって徐々に膜厚が減少す
るが、この樹脂層の目的は、被覆層下に安定錆が形成さ
れる期間に供給される水・酸素量を調整し、その間に発
生する流れ錆の流出を防ぎ、錆の安定化に必要な有効成
分（後述）を保持し継続的に鋼面に供給することであ
り、したがって、被覆層下に安定錆が形成されるまで
（１年弱）の間にブチラール樹脂が存在すればよく、ブ
チラール樹脂の光劣化は問題にならない。

【００１１】表面処理剤のベース樹脂としたブチラール
樹脂にはタングステン系化合物、バナジウム系化合物の
うちから選ばれた１種または２種の添加が必須である。
タングステン系化合物を添加したブチラール樹脂で覆わ
れた表面処理鋼材は、その表面が降雨や結露によって濡
れるとブチラール樹脂が吸水し、樹脂中のタングステン
系化合物が電離してWO₄ ^2-等のイオンが生成する。

【００１２】また、バナジウム系化合物を添加したブチ
ラール樹脂で覆われた表面処理鋼材でも上記と同様にバ
ナジウム化合物が電離してV⁶⁺や VO₃ ^-等のイオンが生
成する。これらのイオンは鋼材と表面処理層との接着界
面に到達し、界面における腐食反応で生成したFe²⁺をFe
³⁺に酸化する。Fe³⁺は、鋼材の耐候性・耐食性の向上に
有効な安定錆であるα-FeOOHの形成に必要である。した
がって、鋼材の表面に安定錆を早期に形成して優れた耐
候性を付与するためには、腐食反応によって生成したFe
²⁺を速やかにFe³⁺に酸化することが重要であり、それに
は、タングステン系化合物、バナジウム系化合物のうち
から選ばれた１種または２種の添加が有効である。ま
た、タングステン系、バナジウム系のイオンは、生成し
た錆層にカチオン選択性を付与できることが知られてお
り、これは錆の安定化に有害な塩素イオンに対するバリ
ア性を高めるのに有効である。

【００１３】このように、タングステン系化合物、バナ
ジウム系化合物のうちから選ばれた１種または２種を添
加したブチラール樹脂を鋼材の表面に適用することによ
り、被覆層下で早期に安定錆を形成させることができる
ので、初期の流れ錆量が著しく低減し、初期段階からの
腐食進行の抑制（腐食速度の低減化）、すなわち、鋼材
の長寿命化が可能となる。

【００１４】また、錆を安定化するうえで、タングステ
ン系化合物、バナジウム系化合物との相乗効果を現すい
くつかの有効成分をブチラール樹脂に１種単独であるい
は２種以上複合して添加することが好適である。これら
有効成分としては、具体的には亜鉛系化合物、ニッケル
系化合物、銅系化合物、リン酸系化合物、硫酸系化合物
が挙げられる。ただし、ニッケル系化合物、銅系化合
物、リン酸系化合物、硫酸系化合物は、タングステン系
化合物、バナジウム系化合物のうちから選ばれた１種ま
たは２種と亜鉛系化合物とが共存する状態で添加されな
いとその効果に乏しい。

【００１５】これら有効成分の作用効果は以下の通りで
ある。亜鉛系化合物は、タングステン系、バナジウム系
のイオンが錆層に付与するカチオン選択性を強化する作
用があり、その添加によって塩素イオンに対する耐性が
著しく向上するため、飛来塩分粒子量が多く腐食環境の
厳しい海岸地帯でも、より優れた耐候性・耐食性を示す
ようになる。

【００１６】ニッケル系および銅系化合物は、生成する
錆を緻密化し錆層のバリア性を高める作用を有するの
で、鋼材の耐候性・耐食性を高めるのに有効である。特
に、ニッケル系化合物は、飛来塩分粒子量の多い海岸地
帯で緻密な錆を形成するのに有効である。リン酸系化合
物は、樹脂の吸水によって電離したリン酸イオンとZ
n²⁺，Cu²⁺，Fe²⁺などの金属イオンとが、複雑で化学的
に安定なリン酸塩皮膜を形成するため、生成した安定錆
層を保護するのに有効であると考えられる。

【００１７】硫酸系化合物は、樹脂の吸水によって電離
した硫酸イオンが、鋼材と被覆層の接着界面における鉄
の腐食反応を加速するため、安定錆の形成をさらに促進
するのに有効である。本発明の骨子は、ブチラール樹脂
と、タングステン系化合物、バナジウム系化合物のうち
から選ばれた１種または２種とを組み合わせて錆安定化
と流れ錆防止を達成する点にあるので、この点を逸脱し
ない限り、いかなる無機化合物や添加剤を組み合わせて
もよい。例えば、着色顔料として酸化鉄やカーボンブラ
ックを加えてもよく、また、添加剤として紫外線吸収剤
や沈降防止剤などを加えてもよい。

【００１８】本発明では、ブチラール樹脂に添加される
タングステン系化合物、バナジウム系化合物のうちから
選ばれた１種または２種をはじめとする無機化合物の配
合量は、特に限定されないが、その総量は樹脂固形分に
対して１〜150 重量％が好ましい。この総量が１重量％
未満では安定錆の早期形成効果がなく、一方、150 重量
％超では前記無機化合物同士が直接接触するようになる
ため、被覆層の表面から鋼面に至る貫通孔が形成され、
流れ錆抑制が困難となる。

【００１９】また、本発明では、鋼材の表面を被覆する
表面処理剤の膜厚は、特に限定されないが、例えば、乾
燥膜厚で10〜50μm が好ましい。10μm 未満では流れ錆
の抑制が不十分であり、50μm 超では水や酸素の透過量
が過少となって安定錆の形成がむしろ遅くなる。また、
本発明では、表面処理剤を適用される鋼材の鋼種は特に
限定されるものではない。すなわち、通常の耐候性鋼は
もとより普通鋼にも、本発明の表面処理剤を適用するこ
とにより、早期に安定錆が形成され、流れ錆が防止でき
る。これは、本発明の表面処理剤に含有される無機化合
物が、被覆層下に生じた普通鋼の錆層に作用して安定錆
を形成するためである。しかしながら、飛来塩分粒子量
が多く腐食環境の厳しい海岸地帯では、鋼種が普通鋼で
あると安定錆が形成されるまでの期間が長くなるので、
耐候性鋼やニッケル添加鋼などを用いる方がより好まし
い。

【００２０】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。表１に示す化学組成（成分濃度単位は重量％）を
有する鋼材（表面処理前の裸鋼材）から採取した150 ×
70×６(mm)の矩形状試験片に表面処理剤を適用した。な
お、表面処理剤の適用前に、該試験片両面のスケールを
スチールブラスト処理により除去して表面をおよそRz：
50μm の粗さに調整した。

【００２１】表面処理剤は、イソプロピルアルコールを
主体とする溶剤にブチラール樹脂（積水化学製：BM-1）
を、固形分量が15％になるように溶解し、種々の無機化
合物をバッチ式サンドミルで分散させて作製した。無機
化合物の平均二次粒子径は20〜100 μm の範囲であっ
た。なお、比較のため、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂（油化シェル製：エピコート828 ）に無機化合物を３
本ロールで分散させた表面処理剤も作製した。このエポ
キシ系の表面処理剤は、アミン系の硬化剤を当量添加し
たうえで試験片に適用した。

【００２２】作製した表面処理剤は、スプレーを用いて
乾燥膜厚が30μm になるように試験片面に塗装した。塗
装後の試験片を１昼夜乾燥させた後、飛来塩分粒子量0.
5mg/dm²/day の海岸地帯の海岸線から10ｍほど離れた場
所で、地面との傾斜角30°の状態に保持して暴露試験を
行った。この暴露試験は１年間行い、流れ錆の有無を経
過観察した。また、１ヵ月おきに試験片を回収し、その
断面を偏光顕微鏡で観察し、全錆中に占める安定錆（消
光層として観察される）の割合（占積率：前記安定錆率
に相当）が70％を超えるまでに要した暴露期間（「安定
錆形成期間」と称す：単位はヶ月）を求めた。

【００２３】適用した表面処理剤の組成（樹脂種と無機
化合物の組み合わせ）と暴露試験の結果を表２〜３に示
す。なお、表２〜３では樹脂と無機化合物との配合比
を、樹脂固形分を100 とした重量％で示した。同表に示
されるように、ブチラール樹脂にタングステン系化合物
を添加した系（実施例Ｅ１，Ｅ２）、バナジウム系化合
物を添加した系（実施例Ｅ８，Ｅ９）、タングステン系
化合物およびバナジウム系化合物を添加した系（実施例
Ｅ15，Ｅ16）、さらに亜鉛系化合物を添加した系（実施
例Ｅ３，Ｅ10，Ｅ17）、さらにニッケル系化合物、銅系
化合物、リン酸系化合物、硫酸系化合物を添加した系
（実施例Ｅ４〜Ｅ７，Ｅ10〜Ｅ14，Ｅ18〜Ｅ21）では、
流れ錆が発生せず早期に安定錆が形成した。一方、タン
グステン系化合物、バナジウム系化合物の双方を欠く系
（比較例Ｃ１〜Ｃ５）、ブチラール樹脂を欠く系（比較
例Ｃ６〜Ｃ８）ではいずれも流れ錆が発生し、安定錆の
形成に至らなかった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【発明の効果】かくして本発明によれば、特に腐食環境
の厳しい海岸地帯でも流れ錆を発生させず早期に安定錆
を形成し、景観を損なわず環境汚染も惹起しない、耐候
性構造材料としてまことに有用な表面処理鋼材を供給で
きるようになるという優れた効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── 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 22/40 Ｃ２３Ｃ 22/40 Ｃ２３Ｆ 15/00 Ｃ２３Ｆ 15/00 (72)発明者小森務岡山県倉敷市川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者加藤千昭岡山県倉敷市川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者野村繚一栃木県大田原市下石上1382−12 大日本塗料株式会社那須工場内 (72)発明者松野英則栃木県大田原市下石上1382−12 大日本塗料株式会社那須工場内Ｆターム(参考） 4D075 CA32 CA33 DA06 DB02 DC05 EB19 EC10 4F100 AA01B AA04B AA07B AA08 AA17 AA17B AA23 AA24 AA25 AB03A AK23B BA02 EH46 GB90 JB02 JL09 4K026 AA02 BA01 BA08 BB01 BB08 CA02 CA18 CA23 CA26 CA30 CA31 CA33 CA39 4K062 AA01 BA05 BA08 BA10 BA14 BC08 FA12 FA16 GA01 GA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材表面がタングステン系化合物、バナ
ジウム系化合物のうちから選ばれた１種または２種を含
有するブチラール樹脂に覆われてなることを特徴とする
耐候性に優れた表面処理鋼材。
【請求項２】前記ブチラール樹脂がさらに亜鉛系化合
物を含有することを特徴とする請求項１記載の耐候性に
優れた表面処理鋼材。
【請求項３】前記ブチラール樹脂がさらにニッケル系
化合物、銅系化合物、リン酸系化合物、硫酸系化合物の
うちから選ばれた１種または２種以上を含有することを
特徴とする請求項２記載の耐候性に優れた表面処理鋼
材。