JP2003183855A

JP2003183855A - 淡水用配管および配管部材

Info

Publication number: JP2003183855A
Application number: JP2002058527A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Yamanaka; 晋太郎山中; Masahiro Yamamoto; 正弘山本; Hidekazu Endo; 英一遠藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】淡水環境において、長期耐食性に優れるＺｎ
合金を被覆した淡水用配管や配管部材を提供する。【解決手段】鋼材の表面に、質量％で、Ｍｇ：０．１
〜２０％および／またはＡｌ：０．１〜６０％のを含
み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ合金
を有する鋼材からなる淡水用配管および配管部材。ま
た、Ｚｎ合金中に、質量％でさらに、Ｓｉ：０．０１〜
４％を含有する淡水用配管および配管部材。さらに、Ｚ
ｎ合金中のＭｇとＡｌが次式、Ｍｇ（質量％）＋Ａｌ
（質量％）≦６０（質量％）を満たす上記淡水用配管お
よび配管部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管の内面または
外面または内面と外面の両面にＺｎ合金を被覆した配管
に関するものや配管部材の内面または外面または内面と
外面の両面にＺｎ合金を被覆した配管部材に関するもの
であり、さらに詳しくは、配管としては水道用配管、給
水用配管、給湯用配管、消火用配管、排水用配管、空調
用配管、工業用水用配管、下水用配管、冷却水用配管、
またはガス配管などの淡水環境で使用されるＺｎ合金を
被覆した配管の全て、また配管部材としては、ねじ込み
式管継ぎ手や溶接式管継ぎ手などの各種継ぎ手、溶接式
フランジや閉止フランジなどの各種フランジ、各種バル
ブ、各種コック、各種チューブ、各種ジョイント、各種
ソケット、各種ノズル、各種蛇口、各種容器、各種タン
クなどの、淡水環境で使用されるＺｎ合金を被覆した配
管部材全てに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、Ｚｎを被覆した配管や配管部
材は、水道用配管、給水用配管、給湯用配管、消火用配
管、排水用配管、空調用配管、工業用水用配管、下水用
配管、冷却水用配管、またはガス配管、継ぎ手、フラン
ジ、コック、バルブなどとして広く用いられている。こ
の理由は、鋼よりも電位が卑であるＺｎを被覆すること
で、Ｚｎの鋼に対する犠牲防食作用によって腐食を抑制
し、配管や配管部材の寿命を延ばすためである。また、
その防食性だけでなく、施工性、汎用性、コストといっ
たメリットも、Ｚｎを被覆した配管や配管部材が広く用
いられている理由である。

【０００３】ＪＩＳにも、ＪＩＳＧ３４４２、ある
いは、ＪＩＳＧ３４５２等で水道用亜鉛めっき鋼
管、配管用炭素鋼鋼管（白）として、配管にＺｎを被覆
することが定められている。配管部材については、ＪＩ
ＳＢ２３０２、あるいはＪＩＳＢ２３０３、Ｊ
ＩＳＢ２３１１等で、ねじ込み式鋼管製管継ぎ手、
ねじ込み式排水管継ぎ手、一般配管用鋼製突合せ溶接式
管継ぎ手として継ぎ手に亜鉛めっきを施すことが定めら
れている。また、ＪＩＳＢ２２２０等では鋼製溶接
式管フランジとしてフランジに亜鉛めっきを施すことが
定められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記に述べたように、
Ｚｎを被覆した配管は、水道用配管、給水用配管、給湯
用配管、消火用配管、排水用配管、空調用配管、工業用
水用配管、下水用配管、冷却水用配管、またはガス管な
どとして広く用いられているが、まれに、Ｚｎが配管の
全面に残っているにも関わらず、配管にボルト状の孔食
が発生することがある。また、配管部材についても、Ｚ
ｎが残っているにも関わらず、ボルト状の孔食が発生す
ることがある。この孔食は、特に高温環境において発生
する場合が多い。

【０００５】この原因は、塩分濃度が非常に小さく、か
つ、炭酸水素イオン、または硝酸イオンが存在する淡水
中で、Ｚｎと鋼の電位が逆転し、Ｚｎの鋼に対する犠牲
防食作用が失われ、Ｚｎよりも優先的に鋼が腐食するた
めと推定されている。本発明では、Ｚｎを被覆した淡水
用配管や配管部材におけるＺｎの鋼に対する電位の逆転
を防止し、配管や配管部材の腐食を抑制し、配管や配管
部材の寿命を一層向上させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
の解決手段を、種々の観点から検討してきた。その結
果、上記のような淡水中では、Ｚｎに特定の元素を添加
しＺｎ合金とすることが、Ｚｎの鋼に対する電位の逆転
の防止に有効であることを見出した。その詳細は下記の
通りである。（１）鋼材の表面に、質量％で、Ｍｇ：０．１〜２０
％、および／または、Ａｌ：０．１〜６０％を含み、残
部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ合金を有す
る鋼材からなる淡水用配管。

【０００７】（２）Ｚｎ合金中に、質量％でさらに、Ｓ
ｉ：０．０１〜４％を含有する前記（１）に記載の淡水
用配管。（３）Ｚｎ合金中のＭｇとＡｌが次式、Ｍｇ（質量％）
＋Ａｌ（質量％）≦６０（質量％）を満たすことを特徴
とする前記（１）または（２）に記載の淡水用配管。（４）鋼材の表面に、質量％で、Ｍｇ：０．１〜２０
％、および／または、Ａｌ：０．１〜６０％を含み、残
部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ合金を有す
る鋼材からなる淡水用配管部材。

【０００８】（５）Ｚｎ合金中に、質量％でさらに、Ｓ
ｉ：０．０１〜４％を含有する前記（４）に記載の淡水
用配管部材。（６）Ｚｎ合金中のＭｇとＡｌが次式、Ｍｇ（質量％）
＋Ａｌ（質量％）≦６０（質量％）を満たすことを特徴
とする前記（４）または（５）に記載の淡水用配管部材
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に記載する。本発明の鋼材の表面にＺｎ合金を有する淡
水用配管や配管部材とは、水道用配管、給水用配管、給
湯用配管、消火用配管、排水用配管、空調用配管、工業
用水用配管、下水用配管、冷却水用配管、またはガス
管、さらに継ぎ手、フランジ、コック、バルブなどどい
った淡水環境で使用される水道または建築用配管や配管
部材、また、これらの配管と配管部材が組み合わさり一
体となった配管類のことであり、淡水環境中で使用され
るもの全てを意味する。ここでいう淡水とは、塩素イオ
ン濃度が極めて低い水溶液のことを指し、塩素イオン濃
度が１０００ｐｐｍ以下の水溶液と規定する。

【００１０】また、さらに、炭酸水素イオン、または硝
酸イオンを含む水溶液も淡水に含む。この淡水の温度は
通常は常温であるが、特に規定するものではなく、本発
明の鋼材の表面にＺｎ合金を有する淡水用配管や配管部
材は高温環境においても十分に使用できる。また、ここ
で言う鋼材の表面とは、鋼材の片面または両面のことを
指し、配管や配管部材の形状としたときに、Ｚｎ合金
を、配管や配管部材の内面または外面、あるいは内面と
外面の両面に有していればよく、それぞれの場合で全面
に有していることが望ましいが、一部Ｚｎ合金を有して
いない部分があっても良い。また、一部Ｚｎ合金を有し
ていない部分の面積の全体に対する割合等については、
特に規定するものではなく、使用する条件によって適宜
設定すれば良い。

【００１１】次に、Ｚｎ合金の成分の限定理由について
説明する。Ｍｇ；Ｍｇは、Ｚｎ合金の耐食性を向上さ
せ、さらに淡水中でのＺｎの電位貴化を抑制し電位の逆
転を防止させる効果があるため、本発明において重要な
元素である。この効果は、Ｍｇの含有量が、０．１質量
％から現れ、多くなるに従って効果は増大する。Ｍｇの
含有量が多いほど耐食性、またＺｎの電位貴化抑制効果
は向上するが、２０質量％を超えると、製造コストを増
加させるだけでなく、Ｚｎ合金の硬度が増し脆くなって
加工の際に割れやすくなる。また、溶融めっき、どぶ付
けめっき等の方法で本発明の淡水用配管を製造する場
合、Ｍｇの酸化が著しく、不めっきの原因となる。この
ため、本発明におけるＭｇの含有量を０．１〜２０質量
％の範囲に規定する。不めっき防止および加工性の観点
からの好適範囲は、０．２〜１０質量％であり、より好
ましくは、０．４〜５質量％である。

【００１２】Ａｌ；Ａｌは、Ｚｎ合金の耐食性の向上お
よび淡水中でのＺｎの電位貴化の抑制、さらにＺｎ合金
をめっき法で製造する際のめっき浴のドロス発生を抑制
する効果がある。この効果は、Ａｌの含有量が０．１質
量％から現れ、多くなるに従って効果は増大する。しか
し、Ａｌの含有量が６０質量％を超えると、Ｚｎ合金の
鋼に対する犠牲防食作用の低下、また製造コストの増大
などといった好ましくない結果を生じる。このため、本
発明におけるＡｌの含有量を０．１〜６０質量％の範囲
に規定する。耐食性の観点からの好適範囲は、０．２〜
４０質量％である。これらのＭｇおよびＡｌは、それぞ
れ単独でＺｎに含有させても、複合添加してもよい。

【００１３】Ｚｎ；Ｚｎは、犠牲防食効果によって鋼の
寿命を延ばす効果がある。さらにＳｉを含有した場合を
説明する。Ｓｉ；Ｓｉは、Ｍｇおよび／またはＡｌを含
有するＺｎ合金における電位の貴化抑制効果を一層向上
させる効果およびＺｎ合金の耐食性を向上させる効果が
ある。この効果は、Ｓｉの含有量が０．０１質量％から
現れ、多くなるに従って効果は増大する。しかし、Ｓｉ
の含有量が４質量％を超えると、もはやその電位貴化抑
制効果は飽和しており、またそれ以上に増加させても加
工性を劣化させるだけである。このため、本発明におけ
るＳｉの含有量を０．０１〜４質量％の範囲に規定す
る。

【００１４】次に、ＭｇとＡｌの含有量について説明す
る。Ｚｎは、上述の様に鋼の寿命を延ばす効果がある。
ＭｇとＡｌの含有量を次式、Ｍｇ（質量％）＋Ａｌ（質
量％）≦６０（質量％）に限定した理由は、Ｍｇ＋Ａｌ
が６０質量％を超えると、Ｚｎの含有量が小さくなるた
め、Ｚｎ合金の鋼に対する犠牲防食作用が弱くなって、
配管の寿命が短くなる恐れがあるからである。ＭｇとＡ
ｌの合計含有量を６０％以下とすることで、その犠牲防
食作用を安定に維持できる。

【００１５】また、このＺｎ合金中には、上記に示した
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉの他に、耐食性やＺｎ合金と鋼材の密
着性を向上する目的で、さらにＣａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、希土類元素の１種または２種以
上を含有することができる。なお、ここで言う希土類元
素とは、元素周期率表３族に属するＳｃおよびＹおよび
原子番号５７〜７１のランタノイドのことである。

【００１６】本発明におけるＺｎ合金の厚さについて
は、特に規定しないが、０．１μｍ以上２００μｍ以下
が望ましい。その理由は、０．１μｍ以下ではＺｎ合金
が早期に消耗してしまい、配管の長期耐食性を維持でき
なく、２００μｍを超えるとＺｎ合金が割れやすくな
り、結果として長期耐食性を維持できなくなるからであ
る。本発明の配管や配管部材に使用される鋼材は、一般
に使用されている冷間圧延鋼材、焼鈍、調質を行った冷
間圧延鋼材、熱間圧延鋼材、鋳造材、鍛鋼材など、鋼材
であれば何でも良く、普通鋼、低合金鋼、ステンレス鋼
など、その成分も問わない。なおここでいう鋼材とは、
一般的に知られている炭素量２％以下の鋼に限らず、鉄
を主体とするものであれば何でも良い。

【００１７】次に製造条件について説明する。本発明
の、鋼材表面にＺｎ合金を有する淡水用配管や配管部材
を製造するには、まず、鋼材を管や配管部材の形状に加
工し、溶接した後に、表面にＺｎ合金を形成すれば良
い。あるいは、鋼材表面にＺｎ合金を形成させ、その後
プレス等の方法で加工して溶接し、管や配管部材の形状
にしても良い。管や配管部材の形状にする方法は、プレ
ス、押し出し、引き抜き、鋳造、鍛接など、管や配管部
材の形状にできる方法であれば何でもよく、その方法を
規定しない。

【００１８】また、溶接方法は、電縫溶接、ＭＩＧ溶
接、ＴＩＧ溶接等何でもよく、その方法を規定しない。
本発明におけるＺｎ合金を鋼材の表面に形成させる方法
としては、Ｚｎ合金を鋼材に十分に密着させることがで
きる方法であれば何でも良く、どぶ付けめっき、溶融め
っき、電気めっき、溶融塩電解めっき、溶射、真空蒸
着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法
を挙げることができる。例えば、どぶ付けめっきでは、
脱脂、酸洗、フラックス処理などの前処理をした配管や
配管部材を、４００〜５００℃程度の溶融したＺｎ合金
浴（Ｍｇを０．１〜２０％、および／または、Ａｌを
０．１〜６０％含む。必要に応じてさらにＳｉを０．０
１〜４％含んでもよい）に所定の時間（１〜２０分程
度）浸漬した後、浴から引き上げ水冷して、本発明のＺ
ｎ合金を有する淡水用配管や配管部材を製造する。

【００１９】以上、本発明のＺｎ合金を有する淡水用配
管や配管部材は、水道用配管、給水用配管、給湯用配
管、消化用配管、排水用配管、空調用配管、工業用水用
配管、下水用配管、冷却水用配管、またはガス配管、継
ぎ手、フランジ、コック、バルブなどの水道および淡水
環境で使用される建築用配管、配管部材に使用できる。

【００２０】

【実施例】本発明のポイントは、淡水用配管や配管部材
に用いたＺｎ合金の淡水中における電位が鋼の電位と逆
転せず、卑の値をとることである。実施例では、本発明
に用いるＺｎ合金と鋼の淡水中での電位をそれぞれ測定
し、逆転しないことを示すこととした。本手法は、大
学、研究機関等で従来から用いられている方法であり、
電位が逆転しないことで、長期的に腐食を防止できるこ
とを十分に評価できるものである。

【００２１】以下にその詳細を説明する。表１に示す成
分の鋼を溶解し、鋳造、熱延等の通常の鋼板製造工程
で、厚さ４ｍｍの熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板か
ら３０ｍｍ×３０ｍｍ×板厚４ｍｍの試験片を切り出
し、表面を＃８００のエメリー紙で研磨した後、端部に
リード線を取り付けた。その後、３０ｍｍ×３０ｍｍの
面のうち片面に２５ｍｍ×２５ｍｍの試験面を残して、
リード線取り付け部を含む他の部分を全て、エポキシ系
塗料で被覆し、図１に示すような電極を作製した。すな
わち、図１は、本発明に係る電極の正面図である。な
お、符号１は試験面であり、２はリード線を示す。ま
た、上記の手順で作製した熱延鋼板から１００ｍｍ×５
０ｍｍ×４ｍｍの試験片を切り出し、脱脂、酸洗して表
面を清浄にし、フラックス処理をした後、種々のＺｎ、
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ組成からなるＺｎ合金めっき浴に浸漬
し、表２に示すＺｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ組成のＺｎ合金
めっき鋼板を作製した。めっき厚みはいずれもほぼ８０
μｍであることを確認した。

【００２２】なお、Ｎｏ．１７の試験片は、Ｚｎ単独浴
でめっきしたＺｎめっき鋼板である。これらのめっき鋼
板を３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切り出し、先述の試
験片と同様に、端部にリード線を取り付けた後、３０ｍ
ｍ×３０ｍｍの面のうち片面に２５ｍｍ×２５ｍｍの試
験面を残して、リード線取り付け部を含む他の部分を全
てエポキシ系塗料で被覆し、電極とした。上記の手順で
作製した試験片を、それぞれ塩化物イオン濃度５０ｐｐ
ｍおよび炭酸水素イオン濃度１０００ｐｐｍの淡水に浸
漬し、７２時間後の電位を測定した。なお、試験溶液量
は５００ｍＬ、液温は２５℃であり、電位を測定する際
の参照電極には、東亜電波製の飽和銀塩化銀電極ＨＳ−
２０５Ｃを用いた。また、高温環境での耐食性を評価す
るために、６０℃の場合についても電位を測定した。

【００２３】液温が２５℃の場合、７２時間後の鋼の電
位は−６００ｍＶであったことから、評価は７２時間後
のＺｎ合金の電位によって下記のように分類して行っ
た。 −６００ｍＶ以上（電位逆転）； × −６５０ｍＶ以上−６００ｍＶ未満； △ −７００ｍＶ以上−６５０ｍＶ未満； ○ −７００ｍＶ未満； ◎

【００２４】液温が６０℃の場合、７２時間後の鋼の電
位は−５８０ｍＶであったことから、評価は７２時間後
のＺｎ合金の電位によって下記のように分類して行っ
た。 −５８０ｍＶ以上（電位逆転）； × −６３０ｍＶ以上−５８０ｍＶ未満； △ −６８０ｍＶ以上−６３０ｍＶ未満； ○ −６８０ｍＶ未満； ◎

【００２５】また、Ｚｎ合金の加工性は、上記のように
作製したＺｎ合金を３０×３０×３ｍｍの大きさに加工
した後、１２０度Ｖ曲げ試験を行い、曲げ部の外観で評
価した。評価は下記の分類に従って行った。クラック多； × クラック少； △ クラック微少； ○ クラックなし； ◎

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】結果を表２に示す。本発明の淡水用配管や
配管部材に施されるＺｎ合金（Ｎｏ．１〜３０）は、鋼
の電位よりも貴とならず、淡水中で鋼に対する電位の逆
転挙動を示さない。これに対して、本発明を逸脱する場
合（Ｎｏ．３１〜３４）は、淡水中で鋼よりも電位が貴
となるか、あるいは加工性が劣化した。さらに詳しく見
ると、Ｍｇのみを含有するＺｎ合金の場合（Ｍｇ含有量
０．１〜２０％；本発明例Ｎｏ．１〜６）、Ｍｇの量が
大きいほど電位は卑であり、電位の逆転が生じにくいこ
とが分かる。電位および加工性の点から、Ｍｇ含有量が
０．２〜１０％であればより良好で、０．４〜５％であ
ればさらに良好な結果であった。

【００２９】Ａｌのみを含有するＺｎ合金の場合（Ａｌ
含有量０．１〜６０％；本発明例Ｎｏ．７〜１０）も良
好であったが、Ａｌ含有を０．２〜４０％とすると、一
層良好な結果となった。また、ＭｇとＡｌは、複合添加
しても、その結果は良好であった（本発明例Ｎｏ．１１
〜１６）。Ｍｇおよび／またはＡｌを含有するＺｎ合金
にさらにＳｉを加えた場合（本発明例Ｎｏ．１７〜２
７）は、７２時間後の電位が一層卑となり、鋼との電位
の逆転が生じにくくなることが分かる。また高温環境の
場合（本発明例Ｎｏ．２８〜３０）においても、鋼との
電位の逆転は生じていない。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に述べたように、本発明の淡
水用配管や配管部材は、淡水環境においてＺｎ合金が鋼
に対して電位の逆転現象を示さない。このため、水道用
配管、給水用配管、給湯用配管、消火用配管、排水用配
管、空調用配管、工業用水用配管、下水用配管、冷却水
用配管、またはガス管、継ぎ手、フランジ、コック、バ
ルブなどどいった淡水が存在する環境で使用することが
でき、産業上の価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電極の正面図である。

【符号の説明】１試験面２リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤英一千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 3H024 EA01 EA02 EB07 EC11 ED08 EE02 4K044 AA02 AB03 BA10 BB01 BC02 CA11 CA13 CA18 4K060 BA13 BA33 BA39 EA11 EA12 EA13 EB01 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材の表面に、質量％で、Ｍｇ：０．１
〜２０％、および／または、Ａｌ：０．１〜６０％を含
み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ合金
を有する鋼材からなる淡水用配管。
【請求項２】Ｚｎ合金中に、質量％でさらに、Ｓｉ：
０．０１〜４％を含有する請求項１に記載の淡水用配
管。
【請求項３】Ｚｎ合金中のＭｇとＡｌが次式、Ｍｇ
（質量％）＋Ａｌ（質量％）≦６０（質量％）を満たす
ことを特徴とする請求項１または２に記載の淡水用配
管。
【請求項４】鋼材の表面に、質量％で、Ｍｇ：０．１
〜２０％、および／または、Ａｌ：０．１〜６０％を含
み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ合金
を有する鋼材からなる淡水用配管部材。
【請求項５】Ｚｎ合金中に、質量％でさらに、Ｓｉ：
０．０１〜４％を含有する請求項４に記載の淡水用配管
部材。
【請求項６】Ｚｎ合金中のＭｇとＡｌが次式、Ｍｇ
（質量％）＋Ａｌ（質量％）≦６０（質量％）を満たす
ことを特徴とする請求項４または５に記載の淡水用配管
部材。