JP2003277943A

JP2003277943A - 耐候性および外観均一性に優れる表面処理鋼材

Info

Publication number: JP2003277943A
Application number: JP2002078982A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Komori; 務小森; Kazuaki Kyono; 一章京野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】長期にわたって保護性を有する安定さび（含
有）層で覆われてメインテナンスフリーとなり、該安定
さび（含有）層を早期に形成して腐食環境の厳しい海岸
地帯に曝露されても鋼材表面の流れさび発生を抑制でき
る耐候性および外観均一性に優れる表面処理鋼材を提供
する。【解決手段】鋼材の表面に、次の要件の[1] [2] 、ま
たは[1] [3] [4] を満たすFeさび、あるいはさらに、Zn
系の化合物（＝Zn化合物）を含有するブチラール樹脂被
膜を形成する。 [1] α-FeOOH、Ｘ線的非晶質さびの１
種を、または２種を合計で、50質量％以上含むこと、
[2] ミクロ孔（：円相当径１nm以下の空隙）の全容積が
20mL/g以上であること、[3] メソ孔（：円相当径１nm超
100nm 以下の空隙）の全容積が400mm³/g以下であるこ
と、[4] ＢＥＴ比表面積が50m²/g以上であること

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐候性および外観
均一性に優れる表面処理鋼材に関する。

【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。これらの低合金鋼は、耐候性鋼と呼ば
れ、屋外において数年で「腐食に対して保護性のあるさ
び（以下、安定さびと称する）」を形成し、該安定さび
の形成後には塗装などの耐食処理作業が不要になるいわ
ゆるメインテナンスフリー鋼である。

【０００３】しかしながら、安定さびが形成されるまで
に数年かかるため、それまでの期間中に赤さびや黄さび
等の浮きさびや流れさびを生じてしまい、外観的にも好
ましくなく周囲の環境汚染にもなるという問題をを残し
ている。この問題の解決手段として、例えば、特公昭53
−22530 号公報では、Fe₃O₄＋Fe₂O₃：５〜50％、リン
酸：0.01〜５％、Pb，Ni，Cu，Ｐ，Zn，Crの単体もしく
は化合物の１種以上：0.01〜10％を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、工業地帯の曝露環境において、
初期の流れさび量は1/10程度に低減され、10〜18ヶ月程
度で鋼材表面に安定さびが形成される。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量の多い
海岸地域では、流れさび量低減の効果は不十分であり、
また、安定さび層も形成されない。

【０００４】また、特許第2666673 号公報では、鋼材表
面に直接、もしくはさび層を介して、硫酸クロムまたは
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年間の曝露試験
において流れさびの発生を防止可能であるが、安定さび
率（さび全量を100 としたときのさび中の安定さびの相
対量）が50程度と必ずしも十分でない。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水
分吸収した樹脂からCr³⁺が系外に溶出し、周囲の環境を
汚染するという問題もある。

【０００５】また、特許第2827669 号公報には、鋼表面
全域が、大気腐食環境中で安定なα−FeOOH で構成され
るさび層で均一に覆われていることを特徴とするさび安
定化処理鋼材が開示されている。そのさび安定化処理方
法は、鋼表面にアルカリ水溶液塗布にてOH^-を供給して
ｐＨ７以上とした鋼材を屋外曝露または乾湿繰り返し環
境下に置くことによりさび層をα−FeOOH に変換すると
いうものである。

【０００６】これによれば、安定さび形成期間を大幅に
縮めうるが、腐食環境が厳しくなるとα−FeOOH さび層
を形成させるための塗布−乾燥の繰り返し回数を多くす
ることが必要となり、時間と手間がかかるばかりでな
く、鋼表面全域を覆っているさび層がOH^-の供給ムラに
より部分的にα−FeOOH に変換しない場合や他形態のFe
化合物との混合状態となる場合、耐食性が不十分となっ
て流れさびが発生し、また、日向・日陰などの腐食環境
の違いからさび生成状態に違いができて外観不均一とな
るなどの問題があった。

【０００７】また、特開平６−322549号公報には、自由
な彩色が可能でかつ長期の耐候性を有する鋼材として、
下層にα−FeOOH 皮膜、上層に有機樹脂皮膜が被覆され
た表面処理鋼材が開示され、下層のα−FeOOH 皮膜形成
方法の例として、（ａ）サンドブラスト⇒Cr，Cu処理⇒
アルカリ処理⇒水洗⇒乾燥、および（ｂ）工業地帯での
屋外曝露20年⇒ワイヤブラシケレン⇒水洗⇒温風乾燥、
が開示されている。

【０００８】しかし、この鋼材では、地鉄とα−FeOOH
皮膜との密着性、およびα−FeOOH皮膜と有機樹脂皮膜
との密着性の少なくともいずれかが不安定であり、施工
時または施工後の曝露中に部分的な剥離や塗膜浮き上が
りが発生する場合があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、本発明は、長期にわたって保護性を有する安定
さび層またはさび含有層で覆われてメインテナンスフリ
ーになるとともに、かかる安定さび層またはさび含有層
を早期に形成して腐食環境の厳しい海岸地帯に曝露され
ても鋼材表面の流れさび発生を抑制できる耐候性および
外観均一性に優れる表面処理鋼材を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成すべく鋭意考究・実験を重ねた結果、α−FeOOH
＋非晶質さびを50質量％以上含み、かつ特定の形態を有
するFeさび、あるいはさらに特定の化合物、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
さびの発生を防止しながら、長期にわたって保護性を有
する安定さび層またはさび含有層を早期に形成する表面
処理鋼材が得られることを見いだし、以下に示す本発明
を成すに至った。

【００１１】（１）鋼材の表面が、下記要件[1] および
[2] を満たすFeさびを含有するブチラール樹脂からなる
第１の被膜で覆われてなることを特徴とする耐候性およ
び外観均一性に優れる表面処理鋼材。記 [1] α-FeOOH、Ｘ線的非晶質さびの１種を、または２種
以上を合計で、50質量％以上含むこと [2] ミクロ孔（：円相当径２nm以下の空隙）の全容積が
20mL/g以上であること（２）前記要件[2] に代えて下記
要件[3] および[4] としたことを特徴とする（１）記載
の耐候性および外観均一性に優れる表面処理鋼材。

【００１２】記 [3] メソ孔（：円相当径２nm超100nm 以下の空隙）の全
容積が400mm³/g以下であること [4] ＢＥＴ比表面積が50m²/g以上であること（３）前記ブチラール樹脂がさらにZn系化合物を含有す
ることを特徴とする（１）または（２）に記載の耐候性
および外観均一性に優れる表面処理鋼材。

【００１３】（４）前記ブチラール樹脂がさらに下記Ｉ
群、II群の少なくとも何れかに属する１種または２種以
上の化合物を含有することを特徴とする（１）〜（３）
のいずれかに記載の耐候性および外観均一性に優れる表
面処理鋼材。記Ｉ群：Mo系化合物，Ｗ系化合物，Ｖ系化合物 II群：Ｐ系化合物，Ni系化合物，Co系化合物，Al系化合
物（５）第１の被膜の表面が、Mo，Ｗ，Ｖ系の化合物から
選ばれた１種または２種以上を含有するブチラール樹脂
からなる第２の被膜で覆われてなることを特徴とする
（１）〜（４）のいずれかに記載の耐候性および外観均
一性に優れる表面処理鋼材。

【００１４】（６）第２の被膜をなすブチラール樹脂が
さらに下記Ａ群〜Ｄ群の少なくとも何れかに属する１種
または２種以上の化合物を含有することを特徴とする
（５）記載の耐候性および外観均一性に優れる表面処理
鋼材。記Ａ群：Ni系化合物，Cu系化合物Ｂ群：Ｐ系化合物Ｃ群：硫酸塩Ｄ群：Zn系化合物

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明では、鋼材の表面に、次の
要件の[1] と[2] とを満たすFeさび、または[1] と[3]
と[4] とを満たすFeさび、あるいはさらに、Zn系の化合
物（＝Zn化合物）を含有するブチラール樹脂からなる第
１の被膜を形成する。 [1] α-FeOOH、Ｘ線的非晶質さびの１種を、または２種
を合計で、50質量％以上含むこと [2] ミクロ孔（：円相当径２nm以下の空隙）の全容積が
20mL/g以上であること [3] メソ孔（：円相当径２nm超100nm 以下の空隙）の全
容積が400mm³/g以下であること [4] ＢＥＴ比表面積が50m²/g以上であること一般に、化成処理や塗装の対象とする鋼材表面は、下地
処理により油、汚れ、スケール等を除去して清浄な状態
に保つことが重要であり、本発明においてもその例に漏
れない。本発明では、下地処理方法は特に限定されず、
例えば、一般的なショットブラスト処理、サンドブラス
ト処理、グラインダ処理などのいずれも好ましく用いう
る。

【００１６】第１の被膜形成に用いるベース樹脂はブチ
ラール樹脂が良い。ブチラール樹脂は親水性に優れ、吸
水率が数十％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、安定さび
の早期形成を図る本発明の目的にかなう樹脂だからであ
る。これに対して、鋼面に適用するベース樹脂として一
般的に用いられているエポキシ系樹脂やアクリル系樹
脂、ウレタン樹脂は、吸水率が数％程度と低いため、水
が短期間で鋼面に届かず安定さびの早期形成が困難であ
る。

【００１７】また、湿度が極めて高い腐食環境の厳しい
状況で用いる場合には、ブチラール樹脂をイソシアネー
ト系の硬化剤で架橋・反応させたものや、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。前記ブチラール樹脂に含有させ
るFeさびは、α-FeOOH、Ｘ線的非晶質さび（以下、単に
「非晶質さび」ともいう。）の１種を、または２種を合
計で、50質量％以上含むものに限られる（要件[1] ）。
α-FeOOHは化学的に安定で実際の曝露試験でも形態変化
を起こしにくい性質をもつ。また、非晶質さびはα-FeO
OHよりも曝露環境により形態変化を起こしやすいが、緻
密なものであれば非晶質さび状態で安定化するか、また
は非晶質さびからα-FeOOHへと形態変化（相変態）する
性質をもつ。これらの性質を有利に顕現させて、第１の
被膜中の非晶質さびまたはα- FeOOH をさび成分として
安定化させるために、本発明に係るFeさびは、α-FeOO
H、非晶質さびの１種または２種を（２種の場合はこれ
らの合計で）50質量％以上含むFeさびとする必要があ
る。

【００１８】ここで、Feさび中のα-FeOOHの量は、Ｘ線
回折内部標準法で同定されるｄ＝0.418 nmのピークから
定量するものとし、また、非晶質さびの含有量は、同Ｘ
線回折内部標準法によるα-FeOOH（ｄ＝0.418 nm）、β
-FeOOH（ｄ＝0.746nm ）、γ-FeOOH（ｄ＝0.626nm ）、
Fe₃O₄（ｄ＝0.2967nm）の各定量値をFeさび全量から差
し引いて算出するものとする。

【００１９】ところで、微細なFeさびが存在する環境で
は、新たに生成するFeさびも微細となるため、第１の被
膜中のFeさびは微細であることが好ましいのであるが、
それよりもさらに重要なのは緻密であることである。緻
密ということは、さび粒子が微細なだけでなく、さび自
体が隙間を作り難い性質をもつことである。さび粒子に
よる隙間が十分に大きいと、腐食因子が容易に透過して
腐食速度が大きくなり、活性なさびが形成されてしま
う。

【００２０】この活性なさびの形成を防止するために、
本発明で用いるFeさびは、ミクロ孔（：円相当直径２nm
以下の空隙）の全容積が20mL/g以上（要件[2] ）のも
の、あるいは、メソ孔（：円相当直径２nm超100nm 以下
の空隙）の全容積が400mm³/g以下（要件[3] ）でかつＢ
ＥＴ比表面積（：ガス吸着法（ＢＥＴ法）による比表面
積）が50m²/g以上（要件[4] ）のものである必要があ
る。ミクロ孔の全容積が20mL/gに満たないさび、あるい
は、メソ孔の全容積が400mm³/gを超えるさびでは、これ
を樹脂に添加して鋼材表面に適用した場合、緻密さが十
分でなく、暴露中に活性なさびが形成され、保護性さび
が得られ難い。また、メソ孔の全容積が400mm³/g以下で
あってもＢＥＴ比表面積が50m²/gに満たないさびでは、
同様に、保護性さびが得られ難い。

【００２１】なお、ミクロ孔の全容積は、好ましくは20
mL/g以上、さらに好ましくは50mL/g以上である。また、
メソ孔の全容積は、好ましくは400 mm³/g 以下、さらに
好ましくは300 mm³/g 以下である。また、ＢＥＴ比表面
積は、好ましくは50m²/g以上、さらに好ましくは100 m²
/g以上である。本発明において、ミクロ孔、メソ孔の全
容積は、定容量式ガス吸着法で測定するものであり、い
ずれも、予備処理として、測定対象物を真空中で120 ℃
×６時間熱処理した後、吸着ガスをN₂ガス、吸着温度を
77ＫとしてＢＥＴ多点法で測定した吸着データを用い
る。ミクロ孔についてはＶ- ｔプロット法により評価す
る。このＶ- ｔプロット法とは、図１に示すように
ｔ（：吸着層の平均厚さ；細孔を円筒形と仮定して算
出）, Ｖ（：窒素吸着量）を夫々Ｘ, Ｙ軸にプロット
し、ｔ≧１nmの範囲でｔと窒素吸着量Ｖ(mL/g)との最尤
直線関係を求め、この直線のＹ切片（ｔ＝０nmにおける
Ｖ値）をミクロ孔の全容積とする解析法である。また、
メソ孔についてはＤＨ法により評価する。このＤＨ法と
は、Dollimore-Heal法の略で、細孔を円筒形と仮定して
吸着ガスの相対圧と吸着量の増分から細孔直径の体積頻
度分布を求める解析法である。

【００２２】α−FeOOH とＸ線的非晶質さびとを合計で
50質量％以上含有するFeさびは、適宜の製法で調整した
２価の鉄塩水溶液、例えば、塩化鉄（II）、硫酸鉄（I
I）、硝酸鉄（II）、酢酸鉄（II）、フマル酸鉄（I
I）、燐酸鉄（II）等を、過酸化水素で酸化処理してな
る反応液を濾過し、乾燥した後、ボールミルで粉砕する
ことにより製造できるのであるが、このとき酸化処理温
度が95℃を超えると、α−Fe ₂O₃(ヘマタイト）およびFe
₃O₄(マグネタイト）が生成しその合計量が50質量％を超
えやすく、Ｘ線的非晶質さびとα−FeOOH とを合計で50
質量％以上含有するさびが得難くなる。好ましくは、こ
の酸化処理温度を70〜95℃とするのがよい。

【００２３】また、メソ孔の容積を400mm³／ｇ以下とす
るには、この酸化処理前の液温を５〜60℃とすることが
好ましく、ミクロ孔の容積を20mL／ｇ以上とするには、
酸化処理前の液温をさらに低温側の５〜40℃とすること
が好ましい。また、BET 比表面積については、酸化処理
前の液温を低く設定するとよく、60℃以下の範囲とする
ことにより50m²／ｇ以上とすることができる。

【００２４】前記ブチラール樹脂に添加する化合物とし
ては、長期使用により形成される安定さびとの色合わせ
のために、Fe₂O₃およびFe₃O₄などのFe化合物や着色顔
料、さらには処理剤の安定化のために添加する紫外線防
止剤や沈殿防止剤などの添加剤を添加することができる
が、これら不純物の含有量が多くなると耐候性能が劣化
するので、耐候性の観点から、これら不純物の総量は、
Feさび添加重量100 に対する重量比で50以下が好まし
い。より好ましくは30以下である。

【００２５】本発明では、前記ブチラール樹脂に、α−
FeOOH または非晶質さびの安定化に寄与する成分を添加
することが好ましく、この添加成分としては、Zn化合物
が最も好ましい。また、本発明では、前記ブチラール樹
脂に、さらに、Zn化合物によるさび安定化効果の増大に
寄与するMo，Ｗ，Ｖ，Ｐ，Ni，Co，Al系の化合物の１種
または２種以上を添加することが好ましい。

【００２６】Zn化合物の添加は、第１の被膜と地鉄との
界面のｐＨを中性付近で安定化させる効果を有し、これ
によりα−FeOOH または非晶質さびの変化を抑制し、さ
び安定化に寄与する。一方、Mo，Ｗ，Ｖは、Feさびにカ
チオン選択性を付与しうることが知られており、これら
元素の化合物の添加は、さび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。また、Ｐ，
Ni，Co，Alの化合物の添加は、非晶質さびやα−FeOOH
の形態を安定化する効果やさびを緻密化する効果がある
と考えられる。さびの安定化機構や緻密化の機構は不明
であるが、Ｐ，Ni，Co，Alは、非晶質さびやα−FeOOH
のさび中に一部取り込まれてさび成分の構造をより安定
化していることなどが考えられる。

【００２７】前記Zn化合物としては、ZnO, Zn(OH)₂, Zn
CO₃，Zn粉末等のいずれも好ましく用いうる。Zn化合物
の添加量は、樹脂の重量100 に対する重量比で１〜50が
好ましい。これが１未満では、さび安定化効果が不十分
で、屋外曝露試験でγ−FeOOH やFe₃O₄などのさびが生
成するとともに流れさびが発生する場合があり、一方、
50を超えると、曝露試験中にZnを主成分とする白さびが
流れ出して外観不良となる場合がある。なお、より好ま
しくは30以下である。

【００２８】また、前記Mo，Ｗ，Ｖ，Ｐ，Ni，Co，Al系
の化合物としては、リンモリブデン酸，ケイモリブデン
酸，モリブデン酸アルミニウム，モリブデン酸亜鉛，モ
リブデン酸，リンタングストモリブデン酸，リンタング
ステン酸，ケイタングステン酸，リンバナジドモリブデ
ン酸，硫酸バナジル，バナジン酸ナトリウム，リン酸亜
鉛，リン酸，リン酸ニッケル，硫酸ニッケル，炭酸ニッ
ケル，酸化ニッケル，硫酸コバルト，酸化コバルト，酸
化アルミニウム，硫酸アルミニウム等のいずれも好まし
く用いうる。これら化合物の添加量は、樹脂の重量100
に対する重量比で１〜50が好ましい。これが１未満で
は、さび安定化効果が不十分で、腐食環境の厳しい海岸
地帯での曝露試験中に流れさびが発生する場合があり、
一方、50超では、効果が飽和するため経済的に不利であ
る。

【００２９】本発明では、さらに、非常に腐食環境が厳
しい場所での使用にとくに適したものとして、第１の被
膜の表面を、Mo，Ｖ，Ｗ系の化合物の１種または２種以
上を含有する樹脂被膜（第２の被膜）で覆ったものが好
ましい。これにより、第１の被膜を塩素イオンなどの腐
食因子から遮蔽する効果と、第１の被膜にさび安定化成
分をより効率よく供給する効果とが得られる。これらの
効果を阻害しない範囲であれば、第２の被膜にさらに、
Mo，Ｖ，Ｗ系以外の無機化合物や添加剤を添加してもよ
く、また、酸化鉄やカーボンブラック，チタンホワイト
などの着色顔料を添加して鋼材の外観色調を周囲の景観
に応じて自由に調整してもよい。なお、添加剤として
は、紫外線吸収剤や沈殿防止剤が好ましく用いうる。

【００３０】第２の被膜をなす樹脂としては、第１の被
膜の場合と同様、ブチラール樹脂が良い。その理由は、
第１の被膜で述べた通りである。また、第２の被膜でも
第１の被膜と同様に、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用いて系全
体の吸水率を調整してかまわない。

【００３１】第２の被膜をなすブチラール樹脂には、M
o，Ｖ，Ｗ系の化合物の１種または２種以上が含有され
る。かかる化合物を含有する樹脂被膜が降雨や結露によ
り濡れると樹脂被膜中でMo⁶⁺，MoO₄ ^2-やＶ⁶⁺， VO₃ ^-や
WO₄ ^2-などのイオンが生成する。これらのイオンは酸化
剤として鋼材の溶解により生じたFe²⁺をFe³⁺に変え、α
−FeOOH の生成を助長する。また、Mo，Ｖ，Ｗ系イオン
はさびにカチオン選択性を付与しうることが知られてお
り、本発明では、鋼面に生成したさびと第１の被膜中に
含有させたFeさびとにカチオン選択性を付与して、さび
安定化に有害な塩素イオンに対するバリア性をいっそう
高めると考えられる。Mo，Ｖ，Ｗ系の化合物としては、
リンモリブデン酸，モリブデン酸，モリブデン酸ナトリ
ウム，酸化バナジウム(V) ，バナジウム酸カリウム，ピ
ロバナジウム酸カリウム，メタバナジウム酸カリウム，
バナジウム酸ナトリウム，メタバナジウム酸ナトリウ
ム，リンタングステン酸，タングステン酸カリウム，タ
ングステン酸ナトリウム，タングステン酸銅，タングス
テン酸カルシウム，タングステン酸ニッケルなどのいず
れも好ましく用いうる。

【００３２】また、本発明では、第２の被膜をなすブチ
ラール樹脂にさらに、Ni，Cu，Ｐ，SO₄, Zn系の化合物
のうちから選ばれた１種または２種以上を適宜添加して
もよく、添加した場合、以下のような作用効果が期待で
きる。Ni，Cu系の化合物は、生成するさびを緻密化しさ
び層のバリア性を高める作用を有するので、表面処理鋼
材の耐候性・耐食性を高めるのに有効である。特に、Ni
系化合物は、飛来塩分粒子量の多い海岸地帯で緻密なさ
びを形成するのに有効である。

【００３３】Ｐ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Zn²⁺，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被膜を形成するため、
生成した安定さび層を保護するのに有効であると考えら
れる。SO₄系（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（第１の被膜）と
の接着界面における鉄の腐食反応を加速するため、安定
さび層の形成をさらに促進するのに有効である。

【００３４】Zn系化合物は、Mo，Ｖ，Ｗ系イオンがさび
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向上するた
め、飛来塩分粒子が多く腐食環境が厳しい海岸地帯で
も、より優れた耐候性・耐食性を示すようになる。本発
明において、第１の被膜、第２の被膜の形成には樹脂と
無機化合物を溶質とする溶液を処理液として使用する
が、溶質の配合量は特に限定されない。しかしながら、
無機化合物の総量が、樹脂固形分100 に対する重量比で
１に満たないとさび安定化効果が小さく、一方、150 を
超えると無機化合物同士が直接接触する部分が多くな
り、被膜の最表面から鋼表面に至る貫通孔が形成されて
流れさびの防止が難しくなるので、無機化合物の総量
は、樹脂固形分重量100 に対する重量比で１〜150 とす
ることが望ましい。

【００３５】第１、第２の被膜は、前記処理液を処理対
象面に塗布することにより形成されるが、塗布方法とし
ては、刷毛塗り、スプレー、コーターなどのいずれも好
ましく用いうる。第１の被膜（さび含有層）の平均膜厚
（乾燥膜厚で表す。以下同じ）は、1.0μｍ未満では部
分的に覆い残しが生じる可能性が高くなり、場所によっ
て耐候性に格差が生じることが懸念されるため、1.0 μ
ｍ以上が望ましい。なお、表面凹凸による不均一を勘案
すれば、さらに好ましいのは５μｍ以上である。一方、
第１の被膜の平均膜厚は、厚ければ厚いほど流れさび防
止効果が大きいのであるが、コストとの兼ね合いから、
50μｍ以下、より好ましくは20μｍ以下とするのがよ
い。

【００３６】第２の被膜を設ける場合、その平均膜厚
は、色彩効果を得る観点から３μｍ以上が好ましい。一
方、樹脂被膜は、さび含有層への水等腐食因子の浸透防
止の観点からは一般に厚いほど好ましいが、本発明で
は、早期に安定さびまたは保護性層を形成する目的か
ら、適度に薄いものが好ましく、その平均膜厚の適正値
は使用する樹脂の種類により異なるが、ブチラール樹脂
を使用した場合には、50μｍ以下、より好ましくは20μ
ｍ以下とするのがよい。

【００３７】本発明が適用される鋼材の種類について
は、特に限定されない。すなわち、通常の耐候性鋼はも
とより普通鋼にも本発明を適用することにより、第１の
被膜あるいはさらに第２の被膜が、鋼表面で生じたさび
または第１の被膜に添加したFeさび成分に作用して保護
性を有する安定さび層または保護性を有するさび含有層
を早期に形成するため、流れさびの防止や外観の均一性
を確保できる。しかしながら、飛来塩分粒子量が非常に
多い厳しい腐食環境では、上記保護性を有する安定さび
層が形成されにくくなる。この場合は、耐候性鋼やNi添
加鋼を用いると、母鋼材自体の保護性さび形成能力が被
膜のそれと合わさって、保護性さびの早期形成を達成し
うるので好ましい。

【００３８】

【実施例】表１に示す化学組成になる各種鋼材から150
mm×70mm×６mmの試験片を採取し、試験片表面をショッ
トブラストで清浄化し、残存油分をアルコールで除去
後、試験片表面に表２に示す各種条件で第１の被膜を形
成し、あるいはさらに表３に示す各種条件で第２の被膜
を形成したサンプルについて、海岸地帯（飛来塩分粒子
量0.5mg/dm²/day ）にて、地面との傾斜角度30度の状態
を保持した大気曝露試験を１年間行った。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】曝露試験期間中、曝露サンプルの表面（日
光が当たり乾燥しやすい面）と裏面（日光が当たらず乾
燥しにくい面）について、１ヶ月おきに以下の調査を行
った。流れさびの有無：サンプルを設置したコンクリート板
の流れさびによる汚れ状態を目視観察して判定表裏面のさび進行状況の差：目視観察して判定さび形成期間：回収したサンプルを塩化メチレン溶液
に浸漬し、超音波洗浄を行って被膜を除去した後、鋼表
面に形成されたさびの面積率を目視で算定し、さび被覆
面積率が80％以上となるまでの曝露期間で評価生成したさびの形態：と同じ方法で被膜を除去した
後、鋼表面に形成されたさびの形態をＸ線回折装置やラ
マン分光分析装置を用いて同定上記〜の結果を表３に示す。なお、、、は曝
露１年後の結果のみ示した。

【００４３】表３の結果より、本発明要件を充足する実
施例では、流れさび発生が少なく、被膜下で腐食が早期
にかつ均一に進行し、表裏面の外観の差が小さい。ま
た、生成したさびの形態は、長期曝露により得られる保
護さび層と同様のα−FeOOH 主体または非晶質さび主体
のさびである。これに対し、本発明要件のどれか１つで
も欠く比較例では、流れさび防止能、外観均一性、保護
性さびの早期形成能の１または２以上の面で実施例に遠
く及ばない。

【００４４】

【発明の効果】かくして本発明によれば、大気腐食環境
中で極めて長期にわたり十分な耐候性を持続しうる表面
処理鋼材が実現し、この表面処理鋼材を建築構造物に適
用することで、メインテナンス省略あるいはメインテナ
ンス回数削減が図れるばかりか、この表面処理鋼材は塗
膜密着性に優れるため、施工中の塗装作業で発生しがち
なタッチアップによる塗膜剥離が少なくなり、その良好
な耐候性を表面全域で均一に確保できるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｖ- ｔプロット法の概要を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材の表面が、下記要件[1] および[2]
を満たすFeさびを含有するブチラール樹脂からなる第１
の被膜で覆われてなることを特徴とする耐候性および外
観均一性に優れる表面処理鋼材。記 [1] α-FeOOH、Ｘ線的非晶質さびの１種を、または２種
以上を合計で、50質量％以上含むこと [2] ミクロ孔（：円相当径２nm以下の空隙）の全容積が
20mL/g以上であること
【請求項２】前記要件[2] に代えて下記要件[3] およ
び[4] としたことを特徴とする請求項１記載の耐候性お
よび外観均一性に優れる表面処理鋼材。記 [3] メソ孔（：円相当径２nm超100nm 以下の空隙）の全
容積が400mm³/g以下であること [4] ＢＥＴ比表面積が50m²/g以上であること
【請求項３】前記ブチラール樹脂がさらにZn系化合物
を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の
耐候性および外観均一性に優れる表面処理鋼材。
【請求項４】前記ブチラール樹脂がさらに下記Ｉ群、
II群の少なくとも何れかに属する１種または２種以上の
化合物を含有することを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の耐候性および外観均一性に優れる表面処理
鋼材。記Ｉ群：Mo系化合物，Ｗ系化合物，Ｖ系化合物 II群：Ｐ系化合物，Ni系化合物，Co系化合物，Al系化合
物
【請求項５】第１の被膜の表面が、Mo，Ｗ，Ｖ系の化
合物から選ばれた１種または２種以上を含有するブチラ
ール樹脂からなる第２の被膜で覆われてなることを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐候性および外
観均一性に優れる表面処理鋼材。
【請求項６】第２の被膜をなすブチラール樹脂がさら
に下記Ａ群〜Ｄ群の少なくとも何れかに属する１種また
は２種以上の化合物を含有することを特徴とする請求項
５記載の耐候性および外観均一性に優れる表面処理鋼
材。記Ａ群：Ni系化合物，Cu系化合物Ｂ群：Ｐ系化合物Ｃ群：硫酸塩