JP2007090678A

JP2007090678A - 耐衝撃性を有する重防食被覆鋼材

Info

Publication number: JP2007090678A
Application number: JP2005283612A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 貴行加藤; Masaji Murase; 正次村瀬
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材を提供する。
【解決手段】本発明の重防食被覆鋼材とは、鋼材の表面に、有機樹脂プライマー層を有し、該有機樹脂プライマー層の上層に、引張伸びが100％以上で、かつ、引張強さが9MPa以上のポリウレタン系樹脂防食層を順次積層被覆してなる。または、鋼材の表面に、有機樹脂プライマー層を有し、該有機樹脂プライマー層の上層に、ポリウレタン系樹脂防食層を有し、さらに、該ポリウレタン系樹脂防食層の上層に、引張伸びが100％以上で、かつ、引張強さが9MPa以上のポリウレタン系樹脂保護層を順次積層被覆してなる。最上層に積層被覆されるポリウレタン系樹脂としては、例えば、ウレタンエラストマー樹脂である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば漂流物や係留物が頻繁に衝突する海洋環境下においても優れた耐衝撃性を有する重防食被覆鋼材に関するものである。

例えば、厳しい腐食環境である海洋環境において主に使用される鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板等の鋼材は、厚さが数mmに及ぶポリエチレンやポリウレタン等の有機樹脂で被覆された重防食被覆鋼材として用いられることが多い。この重防食被覆鋼材は優れた防食性能を有し、また比較的安価で製造することが可能であるが、海洋における漂流物や係留物等との衝突により樹脂被覆層が損傷を受け易いという問題がある。

漂流物や係留物等の衝突により樹脂被覆層が損傷して鋼材表面に達する疵が発生すると、その衝突疵を起点に鋼材の腐食が発生し、重防食被覆層による防食性能の著しい低下を引き起こす。

これに対し、重防食被覆層の耐衝撃性を向上させるため、例えば、特許文献1では、防食被覆層としてガラス繊維を含有したポリエステル硬化樹脂（繊維強化樹脂）を被覆した重防食鋼材が、例えば、特許文献2では、ポリオレフィン樹脂層の上層にTi層を有する重防食鋼材が開示されている。
特開平11-58609号公報特開2001-47550号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなガラス繊維等を含有した繊維強化樹脂による保護層は耐衝撃性に優れるが、防食層と保護層の層間密着性が劣ることから長期の使用や連続した衝撃により層間剥離を引き起こし、長期の耐久性に問題がある。また、ガラス繊維等を含有した繊維強化樹脂は不燃物であるため、焼却処分ができずに廃棄が困難であるうえ、ガラス繊維の飛散等、近年高まる環境問題への懸念がある。

特許文献2に記載のようなチタン等の高強度かつ高耐食性金属による被覆層は、高い耐衝撃性を有し、海洋環境における鋼材の長期に渡る耐久性向上に大きな効果が認められるが、材料コストが高価なばかりでなく、加工性に劣るため鋼矢板や鋼管矢板への適合が難しく、被覆コストも高価となる。

また、鋼材に金属を被覆する方法も一般的に行われている。しかし、金属被覆の場合、金属被覆層と防食樹脂層の間に接着層を担う樹脂層を配置しなければならず、このような複合被覆構造を効率良く製造することは難しい。更に、長期の使用により接着劣化を引き起こすため長期の耐久性にも問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、被覆の最上層に、引張伸びが100％以上、かつ、引張伸び100％以上における引張強さが9MPa以上の機械的樹脂物性を有するポリウレタン系樹脂を用いること、具体的には、鋼材表面上の有機樹脂プライマー層を介して被覆されるポリウレタン系樹脂防食層に引張伸びと引張強さの大きいポリウレタン系樹脂を用いるか、あるいは、ポリウレタン系樹脂防食層の上層に積層被覆されるポリウレタン系樹脂保護層に引張伸びと引張強さの大きいポリウレタン系樹脂保護層を用いることで、被覆層の耐衝撃性を高め、海洋環境下でも長期に渡って安定した耐久性を維持し得ることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］鋼材の表面に、有機樹脂プライマー層を有し、該有機樹脂プライマー層の上層に、引張伸びが100％以上で、かつ、引張強さが9MPa以上のポリウレタン系樹脂防食層を順次積層被覆したことを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
［２］鋼材の表面に、有機樹脂プライマー層を有し、該有機樹脂プライマー層の上層に、ポリウレタン系樹脂防食層を有し、さらに、該ポリウレタン系樹脂防食層の上層に、引張伸びが100％以上で、かつ、引張強さが9MPa以上のポリウレタン系樹脂保護層を順次積層被覆したことを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
［３］前記［１］または［２］において、最上層に積層被覆されるポリウレタン系樹脂がウレタンエラストマー樹脂であることを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
［４］前記［１］〜［3］のいずれかに記載の鋼材がブラスト処理を施した鋼材であることを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
［５］前記［１］〜［4］のいずれかに記載の鋼材が表面処理を施した鋼材であることを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。

本発明によれば、従来の重防食被覆鋼材と比較して顕著な耐衝撃性の向上が認められ、樹脂被覆層における衝突疵からの腐食の進展を防止し長期に渡る安定した防食性能を有する被覆鋼材を与えることができる。これにより、海洋環境のような厳しい腐食環境下にあっても長期耐久性を要求される鋼構造物の構築が可能となる。

また防食層と保護層の複層構造とした場合、各層に用いられる樹脂はポリウレタン系の同属樹脂であるため、積層する場合に接着層を介することなく強固に接着することが可能なうえ、従来の塗布方式により積層塗布することができるため、従来設備の利用が可能で、製造コストの上昇を抑制する効果もある。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の基本構成は、図1に示すように、鋼材１の表面に、有機樹脂プライマー層2、ポリウレタン系樹脂防食層3を順次積層被覆した重防食被覆鋼材、もしくは図２に示すように、鋼材１の表面に、有機樹脂プライマー層2、ポリウレタン系樹脂防食層3、ポリウレタン系樹脂保護層4を順次積層被覆した重防食被覆鋼材である。

ここで、本発明に使用する鋼材とは、主に海洋環境において使用される鋼管、鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板、Ｈ形鋼、鋼板等であり、例えば、炭素鋼、各種の合金元素を添加した合金鋼などあらゆる種類の鉄鋼を用いて製造される。また、その表面に、合金メッキ等を施した鋼材も使用することができる。

また、上記鋼材については、表面の酸化スケールの除去、表面付着物の除去を目的として、表面の清浄化処理を行うことが好ましい。鋼材表面に残る酸化スケールは鋼材と有機樹脂との密着性を悪化させるため、完全に除去することが必要とされる。このような清浄化処理としては、鋼材表面の汚れや酸化スケールを効果的に除去することができ、また鋼材表面に適度な凹凸を与えて有機樹脂プライマー層とより高い密着性を得ることが可能なブラスト処理が好適である。ただし、清浄化処理としては、ブラスト処理に限定されず、鋼材表面の汚れや酸化スケールを除去して鋼材表面に適度な凹凸を付与する機能があればブラスト処理以外の方法でもよい。

さらに、清浄化処理後、鋼材の表面に、例えば、クロメート処理やカップリング処理等の表面処理を施すことが好ましい。鋼材に対し、腐食環境が厳しい場合や、長期間の耐用年数が要求される場合など、表面処理を施すことにより接着耐久性や耐食性が一層向上することになる。中でもクロメート処理は鋼材の耐食性を向上させる効果が著しく高いために好ましく、この場合の塗布量としては、効果とコストの点から100〜500mgCr／m²が好ましい。

本発明においては、一次防錆を目的として、上記鋼材の表面に有機樹脂プライマー層を積層被覆する。積層被覆方法としては、様々な形状の鋼材表面に被覆するため、スプレー塗布が好ましい。スプレー塗布の場合、エアスプレーやエアレススプレー等の方式に関わらず用いることができる。用いる有機樹脂としては、鋼材表面並びにプライマー層の上層に積層被覆されるポリウレタン系樹脂層と密着性が良いものが望ましく、ポリウレタン樹脂プライマー等、ウレタン系の有機樹脂プライマーを用いることが好ましい。例えば、ポリオールとイソシアネート化合物からなるポリウレタンプライマーが挙げられる。また、有機樹脂プライマー層の厚さは、通常はブラスト処理にて鋼材表面を清浄化するため、10μm以下では接着効果が弱く、一方100μmを超えると高価となり、また積層被覆層の残留応力が大きくなるため、10μm超え100μm以下程度が好ましい。

次いで、有機樹脂プライマー層の上に、ポリウレタン系樹脂防食層を積層被覆する。積層被覆方法としては、様々な形状の鋼材表面に被覆するため、スプレー塗布が好ましい。スプレーはエアスプレーやエアレススプレー等の方式に関わらず用いることができる。このポリウレタン系防食樹脂層に用いる樹脂としては、ポリウレタン樹脂の他に、ウレタンエラストマー等の防食性を有するポリウレタン系の樹脂であれば用いることができる。例えば、ポリオールとイソシアネート化合物からなるポリウレタン系樹脂が挙げられる。しかし、いずれの樹脂を用いる場合でも、その機械的樹脂物性として、引張伸びは100％以上、かつ、引張強さは9MPa以上とする。ポリウレタン系樹脂防食層の変形によって吸収できる衝撃エネルギー量が大きい程、すなわちポリウレタン系樹脂防食層の引張伸びと引張強さがいずれも大きい程、ポリウレタン系樹脂防食層の耐衝撃性は良好となる。従って、ポリウレタン系樹脂防食層への衝撃に対する変形に相当する引張伸びが100％以上であれば耐衝撃性の効果の点で好ましい。また引張伸びが100％以上の充分な変形範囲にある時、引張強さは極力大きい程、破断応力が高くなり、より大きな衝撃エネルギーであっても破断し難くなることから耐衝撃性の更なる向上の点で好ましく、9MPa以上であればその効果は充分である。また、ポリウレタン系樹脂防食層の厚さは、防食性及び耐衝撃性の効果と経済性の点から、1mm以上5mm以下が好ましい。さらに好ましくは2mm以上3mm以下の範囲である。

ポリウレタン系樹脂の複層被覆の場合は、上記ポリウレタン系樹脂防食層の上層に、さらに保護層としての2層目のポリウレタン系樹脂保護層を積層被覆する。積層被覆方法としては、例えば、スプレー塗布により形成することができる。スプレーはエアスプレーやエアレススプレー等の方式に関わらず用いることができる。このポリウレタン系樹脂保護層に用いる樹脂としては、ポリウレタン樹脂の他に、常温でゴム弾性を示すポリウレタン系の樹脂を用いることができる。例えばウレタンエラストマーなどが挙げられる。しかし、いずれの樹脂を用いる場合でも、その機械的樹脂物性として、引張伸びは100％以上、かつ、引張強さは9MPa以上とする。上記ポリウレタン系樹脂保護層の変形によって吸収できる衝撃エネルギー量が大きい程、すなわちポリウレタン系樹脂保護層の引張伸びと引張強さがいずれも大きい程、ポリウレタン系樹脂保護層の耐衝撃性は良好となる。従って、ポリウレタン系樹脂保護層への衝撃に対する変形に相当する引張伸びが100％以上であれば耐衝撃性の効果の点で好ましい。また引張伸びが100％以上の充分な変形範囲にある時、引張強さは極力大きい程、破断応力が高くなり、より大きな衝撃エネルギーであっても破断し難くなることから耐衝撃性の更なる向上の点で好ましく、9MPa以上であればその効果は充分である。また、ポリウレタン系樹脂保護層の厚さは、防食性及び耐衝撃性の効果と経済性の点から、1mm以上5mm以下が好ましい。さらに好ましくは2mm以上3mm以下の範囲である。

鋼材として鋼矢板を用い、鋼矢板の表面にブラスト処理を施し、汚れや酸化スケールを除去した後、エアレススプレーにて厚さ0.05mmになるようにウレタン系プライマーを塗布して、有機樹脂プライマー層を形成した。次いで、有機樹脂プライマー層が硬化した後、引張特性（引張伸び、引張強さ）の異なる種々のウレタンエラストマー（第一工業製薬（株）製）を表1に示す所定の厚さになるように、同じくエアレススプレーにて有機樹脂プライマー層の上層に塗布し、ポリウレタン系樹脂防食層を形成し、重防食被覆鋼材を製造した（本発明例・試験No.1〜3：単層型供試材）。

また、上記にて塗布されたポリウレタン系樹脂防食層が完全に硬化する前に、さらに、引張特性（引張伸び、引張強さ）の異なる種々の2層目用のウレタンエラストマー（第一工業製薬（株）製）を表1に示す所定の厚さになるように、同じくエアレススプレーにてポリウレタン系樹脂防食層の上層に塗布し、保護を目的とするポリウレタン系樹脂保護層を形成し、重防食被覆鋼材を製造した（本発明例・試験No.4〜6：複層型供試材）。

一方、比較例として、ポリウレタン系樹脂防食層として、引張伸びが41％、引張強さが18.7MPaと引張特性が本発明範囲外にある、重防食被覆として従来使用されていたポリウレタン樹脂（第一工業製薬（株）製）を用いた以外は上記単層型供試材と同様の方法にて製造した重防食被覆鋼材も製造した（比較例・試験No.7）。

以上により得られた重防食被覆鋼材を耐衝撃性試験に供した。
被覆層の耐衝撃性は、ガードナー落重衝撃試験（ASTM G-14準拠）により評価した。環境温度20℃下において、先端径5／8inchD、重量5〜10kgの鋼製錘を、高さを変えながら鋼矢板の被覆面に落下させて、被覆の破損状況を調査し、その結果から耐衝撃エネルギーを算出した。なお、錘の落下衝撃により、被覆に鋼面に至る損傷が発生しない最大高さにより与えられる衝撃エネルギーを耐衝撃エネルギーと定義した。

以上より得られた結果を表１に示す。また、耐衝撃エネルギーと本発明例及び比較例において被覆層に用いたポリウレタン系樹脂の引張特性（引張伸び、引張強さ）との関係を図3及び図4に示す。

表１、図3及び図4より、本発明例では、積層被覆の最上層に引張伸び100％以上かつ引張強さ9MPa以上の機械的樹脂物性を有するポリウレタン系樹脂を用いているため、比較例と比べて、約1.5〜2倍の耐衝撃性向上が認められた。

本発明の重防食被覆鋼材は従来の重防食被覆鋼材と比較して顕著な耐衝撃性の向上が認められ、長期に渡る安定した防食性能を有することから、海洋環境のような厳しい腐食環境下にあっても長期耐久性を要求される鋼構造物として最適である。

本発明の重防食被覆鋼材の一部断面を示す図である。本発明の重防食被覆鋼材の一部断面を示す図である。本発明例及び比較例において被覆最上層に用いたポリウレタン系樹脂の引張伸びと、耐衝撃エネルギーとの関係を示す図である。（実施例1）本発明例において被覆最上層に用いたポリウレタン系樹脂の引張強さと、耐衝撃エネルギーとの関係を示す図である。（実施例1）

Claims

鋼材の表面に、有機樹脂プライマー層を有し、該有機樹脂プライマー層の上層に、引張伸びが100％以上で、かつ、引張強さが9MPa以上のポリウレタン系樹脂防食層を順次積層被覆したことを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
鋼材の表面に、有機樹脂プライマー層を有し、該有機樹脂プライマー層の上層に、ポリウレタン系樹脂防食層を有し、さらに、該ポリウレタン系樹脂防食層の上層に、引張伸びが100％以上で、かつ、引張強さが9MPa以上のポリウレタン系樹脂保護層を順次積層被覆したことを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
最上層に積層被覆されるポリウレタン系樹脂がウレタンエラストマー樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
請求項１〜3のいずれかに記載の鋼材がブラスト処理を施した鋼材であることを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。
請求項１〜4のいずれかに記載の鋼材が表面処理を施した鋼材であることを特徴とする耐衝撃性に優れた重防食被覆鋼材。