JP2007245682A

JP2007245682A - 耐食性金属被覆鋼材

Info

Publication number: JP2007245682A
Application number: JP2006075852A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Harada; 佳幸原田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】本発明は、経済的な厚みで、簡易な方法により耐久性に優れた耐食性被覆鋼材を提供する。
【解決手段】ブラストにより表面清浄された最大高さ粗さＲｚを有する鋼材の表面に、Ｒｚよりも大きな粒径の骨材を含有する有機樹脂プライマー層、その上に熱溶融性接着剤層又は熱硬化型接着剤層によって電気的に絶縁されて耐食性金属層が被覆された耐食性金属被覆鋼材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、海洋や海岸等の激しい腐食環境に曝される場合においても長期の防食性を確保する防食被覆鋼材に関し、特に、簡易に製造可能な耐久性に優れた耐食性金属被覆鋼材に関する。

激しい腐食環境に使用される鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板等の海洋鋼構造物は、防食塗装が行われ、中でも厚みが数ｍｍに及ぶ重防食塗装が有効である。また、さらに数十年に及ぶ長期耐久性が必要とされる場合、安価な樹脂であるポリオレフィン、あるいはポリウレタンと言った樹脂を被覆材として使用した重防食被覆鋼材が実用化されている。例とば特開平３−２３４５２７号公報（特許文献１）に示されるような、特殊な鋼材の下地処理、プライマー処理に防食被覆を組み合わせることで、長期の接着耐久性を確保している。

有機樹脂を防食層に用いる場合には、酸素や水の浸入を皆無にはできないため、水や酸素を透過しない耐食性金属を被覆に用いる方法がある。例えば、特開平８−５３８５３号公報（特許文献２）のように、高耐食金属薄板を用いて、鋼材との間に硬化性充填材を注入する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法は、全て処理に時間がかかり、形状にも左右される。

また、特開２００１−２６０２７１号公報（特許文献３）のように、鋼材表面に有機樹脂プライマー層、ポリウレタン樹脂層、アクリル粘着層、Ｔｉ箔を積層した重防食被覆鋼材が開示されている。この場合には、従来防食被覆鋼材の上にＴｉ箔が積層されるため高価となる。

さらに、特開特開２００４−２０２６９３号公報（特許文献４）には、樹脂防食層、有機樹脂接着層、及び０．５ｍｍ厚以下のチタン箔を順次積層しているチタン箔被覆鋼材が開示されている。しかしながら、この場合、樹脂防食層の厚みが十分でない場合には、製造加熱時においてチタンと鋼材が導通する。特に被覆の端部では樹脂層が流動して薄くなるために、その可能性が高くなり、使用時に異種金属接触腐食が起こる可能性がある。

特開平３−２３４５２７号公報特開平８−５３８５３号公報特開２００１−２６０２７１号公報特開２００４−２０２６９３号公報

本発明は、上記問題を解決し、簡易な製造方法が可能である長期の耐久性に優れた耐食性金属被覆鋼材を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、耐食性金属を鋼材表面に貼り付ける方法を種々検討し、下記の方法により、接着耐久性に優れ、異種金属接触が起こらない耐食性金属被覆鋼材を提供できることを見出した。すなわち、本発明では、次の通りである。
（１）ブラストにより表面清浄された最大高さ粗さＲｚを有する鋼材の表面に、Ｒｚよりも大きな粒径の骨材を含有する有機樹脂プライマー層、その上に熱溶融性接着剤層又は熱硬化型接着剤層によって電気的に絶縁されて耐食性金属層が被覆されていることを特徴とする耐食性金属被覆鋼材。
（２）前記鋼材と有機樹脂プライマー層の間に無機表面処理層を有する前記（１）記載の耐食性金属被覆鋼材にある。

本発明は、鋼材の表面に有耐食性金属を被覆した鋼材において、鋼材表面の最大高さ粗さよりも大きな粒径の骨材を含む有機樹脂プライマー層を鋼材表面に設けることにより、鋼材と耐食性金属の絶縁のための被覆を厚くすることなく、簡易な方法で耐久性に優れた耐食性被覆鋼材を提供できる。

本発明においては、鋼材の表面をショットブラストやグリッドブラストにより表面清浄した後、有機樹脂プライマーを塗布して加熱硬化させた後に、さらにその上に熱溶融性接着剤層又は熱硬化型接着剤層を塗布し、耐食性金属を押付けて保持したまま加熱硬化させることで製造する。ショットブラスト又はグリットブラストにより得られる表面凹凸の最大高さＲｚは、３０〜１００μｍが好ましく、３０μｍ未満の場合には、有機樹脂プライマー密着性のためのアンカー効果が低下し、１００μｍを超える場合には、有機樹脂プライマーで表面凹凸を十分に被覆することができ難くなるため、被覆鋼材としての長期の防食性能が低下する傾向がある。

鋼材を表面清浄した後に、密着性を向上させるためにリン酸塩化成処理やクロメート処理等の無機表面処理層を付与すると耐食性や密着性を向上させることができる。また、コロイダルシリカ等の無機骨材を含有していても良い。無機表面処理層の厚みは１μｍから２０μｍ好ましく、１μｍ未満では効果が十分では無く、２０μｍを超えると無機表面処理層が脆くなり、密着性が低下する恐れがある。

上記有機樹脂プライマーには、非導電性の骨材が含有される。非導電性の骨材としては、鉱物の粉砕物等を用いることができるが、粒径がほぼ均一で、さまざまな大きさのものが入手し易いガラスビーズが好適である。
従来の耐食性金属被覆鋼材を製造する方法においては、加熱によって有機樹脂プライマーは軟化するため、押付けられた耐食性金属と鋼材が導通する可能性がある。特に、ブラストされた鋼材の凸部では、有機樹脂プライマーの厚みも薄くなり、より導通し易くなる。そこで、本発明では、ブラストの上記の最大高さ粗さＲｚよりも大きな粒径を有する非導電性の骨材を含有させられる。

骨材は、有機樹脂プライマーとのなじみ易さを改善するために、その表面にγ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルエトキシシラン等のシランカップリング処理されていても良い。

骨材の有機樹脂プライマーへの混入量は、有機樹脂プライマー体積の１０〜５０％がよい。１０％未満では、十分な導通防止ができず、５０％を超えると有機樹脂プライマーの強度が弱くなる。また、有機樹脂プライマーに添加される骨材の大きさはＲｚ超、Ｒｚ＋１００μｍ以下を用いれば良い。Ｒｚ未満では、骨材が十分に機能せず、Ｒｚ＋１００μｍを超えると樹脂使用量が増えて経済的でなくなるか、骨材が露出し過ぎて上層の密着に不利となる。

有機樹脂プライマーの塗布、硬化後の断面においては、骨材がプライマー層から飛び出していても、埋もれていても構わない。有機プライマー樹脂又は骨材がＲｚよりも大きくなっていることが必須である。骨材以外のプライマーのみの最小厚みは、２０μｍ以上２００μｍ以下であれば良く、２００μｍを超える場合にはプライマーの使用量が増えて経済的でなく、皮膜自身も脆くなる。２０μｍ未満では、鋼材表面を覆いきれない欠陥部分が多くなるために、防食性が低下する。

有機樹脂プライマーとしては、特に限定されないが、予め骨材の配合が容易な液状のものが使い易いが、粉体のものも可能で有る。また、目的に応じた物性の選定及び入手のし易さからエポキシ樹脂系が良い。さらに、２０μｍ以下の二酸化チタン、タルク、沈降性硫酸バリウム、カオリンクレー、炭酸カルシウム、アルミナ、シリカ粉、石膏粉等の各種体質顔料、カーボンブラック、その他の各種着色顔料、さらに安定した防食性を期待して、リン酸マグネシウム、亜リン酸亜鉛、リンモリブデン酸アルミ、亜リン酸亜鉛カルシウム、リン酸亜鉛カルシウムメタシリケート、ポリリン酸亜鉛等の防錆顔料等、顔料の合計体積がエポキシ樹脂の体積当り４０％以下で含まれているのが良い。４０％を超える場合には、エポキシ樹脂が脆くなり、好ましくない。これらの塗布には、エアスプレー塗布、刷毛塗り等の可能な方法で行えば良く、有機樹脂プライマー塗布した後に、骨材のみを吹き付けて塗布することも可能である。

有機樹脂プライマー層の上に積層される接着層は、熱溶融性接着剤又は熱硬化型接着剤が用いられ、有機樹脂プライマー層と耐食性金属と両方の接着性が良好なものを選択すればよい。酸変性したポリオレフィンホットメルト接着剤、イソシアネート基やアミン基をブロックしたエポキシ系、ウレタン系の接着剤を用いることが可能である。
接着剤を使うことなく、有機樹脂プライマー層により耐食性金属を接着することも可能であるが、有機樹脂プライマー層が硬化する時に骨材の大きさよりも収縮して薄い厚みになった場合には、耐食性金属との間に空隙ができて接着面積が減少する可能性がある。
そのため、有機樹脂プライマー層の上に適用する熱溶融性接着剤又は熱硬化型接着剤の塗布量は、製造時の押付けによって有機樹脂プライマーから突出した骨材の頂部を上面とする前述の空隙が埋まるように塗布することが重要であり、そうすることによって、耐食性金属との接着力を十分に保つことが可能となる。

耐食性金属としては、使用する環境を考慮して選択できるが、箔あるいは薄板として入手し易いステンレスやチタン等が良好で有る。その厚みは、耐食性金属を被覆するときの取り扱い易さ、使用時の衝撃強度を考慮して選択すればよく、５０μｍ〜１０００μｍが好ましい。さらに、有機樹脂プライマー層の上に接着層が積層されるに当たって、予め耐食性金属に接着層を塗布しておき、その面を有機樹脂プライマー層に押し当てて、加熱硬化することも可能である。

以下に、実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１に示す構成において、耐食性金属としてチタン又はステンレス板（ＳＵＳ−３１６Ｌ）を用いた。有機樹脂プライマーとして、アミン硬化型のエポキシ樹脂を用いた。
有機樹脂プライマーに含有させる骨材として、ガラスビーズ（ユニチカ製、ブラスト用ユニビーズＵＢ−１３Ｌ（粒径３８〜５３μｍ）、ＵＢ−３６Ｌ（粒径５３〜９０μｍ）、ＵＢ−４７Ｌ（粒径６３−１０６μｍ）、比重２．５）を種々膜厚を変えて用いた。接着剤には無水マレイン酸変性の粉体化ポリエチレンを用いた。有機樹脂プライマーに含有させる骨材の量及び粒径を変化させて、耐食性金属被覆鋼材の作製に供した。

鋼材は、６ｍｍ厚、３００×３００ｍｍの鋼材にグリッドブラスト処理とサンドブラスト処理の２種類の方法で、スケール等を除去した。触診式の粗さ計により粗さ測定を行った結果、グリッドブラストでＲａ＝７２μｍ、Ｒｚ＝８３μｍ、サンドブラストでＲａ＝４４μｍ、Ｒｚ＝５１μｍであった。

ガラスビーズ含有のエポキシ樹脂をブラストした鋼材に塗布して、１８０℃で５分加熱した。塗布厚みは、鋼材中央付近の狙い厚みとした。その後、粉体の変性ポリエチレン接着剤を密着性に必要な最小膜厚に近い３００μｍ狙いで塗布して５分間溶融させた。そこに、耐食性金属をローラーで圧着して２分間保持した後に水冷し、表１に示す実施例として本発明例および比較例の試料を作製した。その一部では、ブラストした鋼材面にリン酸化成処理（日本パーカライジング（株）社製、パルボンドＷＬ３５）も行った。

比較例として、有機樹脂プライマーに、Ｒｚよりも小さいガラスビーズ（ユニチカ製、ブラスト用ユニビーズＵＢ−１３Ｌ（粒径３８〜５３μｍ）を混和させたもの、ガラスビーズを混和させないものを用い、その他の製造条件は上記本発明例と同じにした。

（評価方法）
評価方法としては、耐食性金属面と鋼材の被覆されていない面をテスターにより抵抗測定を行い、導通の有無を確認した。また、耐食性金属被覆鋼材を５０℃の３％ＮａＣｌ中に１ヶ月間浸漬し、腐食の形態を観察した。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜１６は本発明例であり、Ｎｏ．１７〜２２は比較例である。本発明例Ｎｏ．１〜１６に示すように、Ｒｚよりも大きな骨材を含有させることによって、耐食性金属と鋼材との絶縁が良好で有るのが分かる。一方、Ｒｚよりも大きな粒径が無い骨材を含有させた場合には、耐食性金属を圧着するときに、耐食性金属シート端部付近の有機樹脂プライマーやポリエチレン接着剤が流動して、耐食性金属と鋼材が導通するものと考えられる。さらに、Ｒｚよりも大きな粒径が無い骨材をある程度の量に増やしても、又は、有機樹脂プライマーの膜厚を増やしても導通してしまい、腐食試験によって異種金属接触による異常腐食が起こることが確認できた。

本発明によれば、絶縁のための被覆を厚くすることなく、簡易な方法で耐久性に優れた耐食性被覆鋼材を提供することができる。特に、物理的な衝撃が少ない内港や海岸の柱、欄干等の構造物に適用できる。

本発明の構造体の構成を示す模式図である。

符号の説明

1 鋼材
2 有機樹脂プライマー層
3 骨材
4 接着剤層
5 耐食性金属

特許出願人新日本製鐵株式会社
代理人弁理士椎名彊他１

Claims

ブラストにより表面清浄された最大高さ粗さＲｚを有する鋼材の表面に、Ｒｚよりも大きな粒径の骨材を含有する有機樹脂プライマー層、その上に熱溶融性接着剤層又は熱硬化型接着剤層によって電気的に絶縁されて耐食性金属層が被覆されていることを特徴とする耐食性金属被覆鋼材。
前記鋼材と有機樹脂プライマー層の間に無機表面処理層を有する請求項１記載の耐食性金属被覆鋼材。