JP2008106371A - ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 ジンクリッチプライマーと鋼材の相互作用によって耐鉄錆発生性を向上した、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の1種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材を提供する。
【解決手段】 スケールを除去した鋼材の表面にジンクリッチプライマーを塗布してなるジンクリッチプライマー塗布鋼材において、前記鋼材の組成を、Ｃ：０．００１〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００４ 〜０．０８％、Ｎｉ：０．１％以上０．５０％未満、さらに、Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｃｒ：０．２〜０．５％、Ｍｏ：０．１ 〜０．５％のうちの１種または２種以上を含有する組成とする。あるいは、この組成において、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏを削除し、かつＮｉ量範囲を０．１％以上０．２３％未満に狭めた組成とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材に関し、詳しくは、厚鋼板等の鋼材の表面にジンクリッチプライマーを塗布してなるジンクリッチプライマー塗布鋼材のうち特にブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での優れた耐鉄錆発生性を有する、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材に関する。

鋼材、例えば厚鋼板は、強度が高く、かつ加工性に優れているばかりでなく、安価で入手しやすいという利点を有していることから、橋梁、鉄塔、タンクなどの鋼構造物、建物などの鋼建築物、船舶などの輸送産業物に広く使用されている。
これらの用途に供される鋼材は、一般に塗装を施して防食され、塗装前には鋼材に表面処理が施される。表面処理は一次表面処理と二次表面処理に分けられる。一次表面処理は、鋼材の加工ないし組立て工程の期間中に鉄錆発生を防止することを目的とし、製鉄所や造船所などにおいて鋼材の黒皮や鉄錆の除去を行い、その後プライマーが塗布される。二次表面処理とは、鋼材の加工ないし組立て期間にプライマーピンホールや損傷部分から発生した鉄錆などを除去し、再びプライマーを塗布する処理である。錆を除去する手段としては、サンドブラスト処理、パワーツール（グラインダ等）処理が主に行われている。プライマーとしては、ウォッシュプライマー、ジンクリッチプライマーがあるが、耐食性の観点から、ジンクリッチプライマーがよく使用されている。二次表面処理後に施される塗装には、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂系塗料が使用される。

塗装後の塗膜欠陥部における耐食性を向上した鋼材については、特許文献１、特許文献２に開示されている。
特開平１０−３３０８８１号公報 特開２０００−１６９９３９号公報

二次表面処理は、前述のとおり鋼材の加工ないし組立て期間中にプライマーピンホールや損傷部分から発生した鉄錆を除去するために行うもので、多大な負荷となっていた。この鉄錆の発生は、特許文献１〜２に開示されたところの塗装後の塗膜欠陥部における耐食性を向上した鋼材では抑制できなかった。つまり、二次表面処理の負荷を軽減するためにプライマーピンホールや損傷部分からの鉄錆の発生を軽減する鋼材が要望されていた。

本発明は、かかる要望に応えるために、ジンクリッチプライマーと鋼材の相互作用によって耐鉄錆発生性を向上した、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材を提供することを目的とする。

ジンクリッチプライマー塗布鋼材の防食機能は、１）ジンクリッチプライマー膜による鋼への環境からの水、酸素、塩化物などの腐食因子の透過抑制、２）鋼が腐食する環境下に置かれたときに、ジンクリッチプライマー中に含まれるＺｎが鋼を犠牲防食する効果、３）鋼およびＺｎの腐食生成物による鋼への環境からの水、酸素、塩化物などの腐食因子の透過抑制、によって発揮されると考えられる。そして、１）についてはジンクリッチプライマー膜のイオン透過抵抗が高いほど、２）についてはＺｎの犠牲防食能が高いほど、３）については腐食生成物層のイオン透過抵抗が高いほど、防食効果は高くなる。

本発明では、２）および３）を高めることによってジンクリッチプライマー塗布鋼材の防食効果すなわち耐鉄錆発生性を向上させる。ここでいう耐鉄錆発生性とは、鋼の腐食生成物である赤錆を防止する能力を指す。
まず、３）に関して、ＦｅおよびＺｎの腐食生成物層のイオン透過抵抗を高めることを検討した。一般的に、腐食生成物層のイオン透過抵抗は、腐食生成物粒子の大きさと関係があり、腐食生成物粒子が微細であるほど、イオン透過抵抗は高くなる。したがって、ＦｅおよびＺｎの腐食生成物粒子を微細にできる元素の検討を行った。ここでいうＦｅの腐食生成物は酸化鉄、オキシ水酸化鉄などであり、Ｚｎの腐食生成物は塩基性炭酸亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、塩基性塩化亜鉛などである。Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏなどの合金元素を添加した鋼を溶製し凝固させた鋼片を熱間圧延して鋼板となし、スケール除去後ジンクリッチプライマーを塗布して小型暴露試験片を作製した。この試験片を海岸環境に６ヶ月間暴露した。その後、形成されたＦｅおよびＺｎの腐食生成物粒子の大きさを、Ｘ線回折による半価幅および電子顕微鏡観察により評価した。その結果、いずれの合金元素についても、腐食生成物粒子を微細にする効果が認められたが、Ｎｉの効果が最も大きかった。

次に、２）に関して、Ｚｎの犠牲防食能を高くできるメカニズムを考える。犠牲防食では、Ｆｅが防食される代わりに、Ｚｎが腐食する。そのためＺｎは次第に消耗していき、Ｆｅを防食できなくなる。したがって、Ｚｎの消耗速度を低減する必要がある。Ｚｎの消耗速度を低減するには、犠牲防食電流を小さくする必要がある。そのためには、ＺｎとＦｅ間の腐食生成物のイオン透過抵抗を高める必要がある。したがって、上記検討に帰着し、Ｎｉが最も効果的であると考えられる。そこで、このことを検証すべく実験を行った。この実験では、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏなどの合金元素を添加した鋼を溶製し凝固させた鋼片を熱間圧延して鋼板となし、スケール除去して、ジンクリッチプライマーを塗布しない裸試験片とし、これを海岸環境に６ヶ月間暴露し、Ｆｅ錆層で覆われたサンプルを作製した。このサンプルとＺｎ板を人工海水中でカップリングし、サンプル‐Ｚｎ板間の電流値を測定した。その結果、Ｎｉを添加した鋼での電流値は顕著に低減していた。これによって、確かにＮｉ添加腐食生成物層が、犠牲防食電流低減に効果的であることが確認できた。

以上の検討により、鋼へのＮｉ添加が、腐食生成物層のイオン透過抵抗を上昇し、同時に、この腐食生成物がＺｎの消耗速度を低減することがわかった。このことにより、ジンクリッチプライマー寿命を延長し、耐鉄錆発生性を向上しうることが確認できた。
本発明は、かかる知見に基いてなされたものである。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
（１）スケールを除去した鋼材の表面にジンクリッチプライマーを塗布してなるジンクリッチプライマー塗布鋼材において、前記鋼材の組成が、質量％で、Ｃ：０．００１ 〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．１ 〜２．０ ％、Ｐ：０．０３０ ％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００４ 〜０．０８％、Ｎｉ：０．１％以上０．２３％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材。
（２）スケールを除去した鋼材の表面にジンクリッチプライマーを塗布してなるジンクリッチプライマー塗布鋼材において、前記鋼材の組成が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００４〜０．０８％、Ｎｉ：０．１％以上０．５０％未満を含有し、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．２〜０．５ ％、Ｃｒ：０．２〜０．５％、Ｍｏ：０．１〜０．５ ％のうちの１ 種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材。

本発明によれば、鋼材の加工ないし組立て期間中におけるプライマー塗布鋼材の耐鉄錆発生性が向上するので、二次表面処理の負荷を軽減できるという効果を奏する。

まず、本発明で用いる鋼材の組成の限定理由を説明する。
Ｃ：０．００１〜０．２０％
Ｃは鋼材の強度を確保するために必要な元素である。Ｃ含有量が０．００１％未満では、鋼建築物、鋼構造物、あるいは産業機械等として使用するのに十分な強度が得られない。一方、０．２０％を超えると、鋼材の靭性及び溶接性が劣化する。したがって、Ｃは０．００１〜０．２０％の範囲内とする必要がある。なお、好ましくは０．００１〜０．１６％である。

Ｓｉ：０．６０％以下
Ｓｉは脱酸作用を有するとともに、固溶強化によって鋼材の強度を向上させる元素である。Ｓｉ量が０．６０％を超えると、鋼材の靭性および溶接性が劣化する。したがって、Ｓｉは０．６０％以下に限定した。なお、好ましくは０．１０〜０．５０％である。
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、鋼材の強度を確保するために必要である。Ｍｎ量が０．１ ％未満では、鋼建築物、鋼構造物、あるいは産業機械等として使用するのに十分な強度が得られない。一方、２．０％を超えると、鋼材の靭性及び溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎは０．１〜２．０％の範囲内とする必要がある。

Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、不純物として鋼中に含有される元素であり、鋼の靭性を劣化させるためできるだけ低減することが好ましい。とくに、０．０３０％を超える含有では、ＨＡＺの靭性劣化が著しくなる。このため、Ｐは０．０３０％以下に限定した。なお、過度のＰ低減は精錬コストを高騰させ経済的に不利となるため、０．００５％以上とすることが好ましい。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、靭性および溶接性を劣化する有害な元素であるから、可能な限り低減する必要がある。したがって、０．０１％以下に限定した。
Ａｌ：０．００４〜０．０８％
Ａｌは鋼の脱酸上０．００４ ％以上は必要であり、０．０８％を超えて添加すると母材の靭性を低下させると同時に溶接金属部への希釈によって溶接金属部の靭性を劣化させる。そのため、０．００４〜０．０８％の範囲に限定した。

Ｎｉ：０．１％以上０．５０％未満（Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏのいずれをも含有しない場合は、０．１％以上０．２３％未満）
Ｎｉは、前述のようにＦｅ腐食生成物、Ｚｎ腐食生成物を緻密にし、腐食因子の鋼への透過抵抗を高めるとともに、ジンクリッチプライマー中のＺｎと鋼の犠牲防食電流を低下させ、Ｚｎの消耗速度を低減する働きがある。この効果は、０．１ ％以上で発現する。１．０ ％を超えてもこの効果は認められるが、経済的に不利となるため、０．１〜１．０％の範囲に限定した。ただし、本発明では、Ｎｉは、０．１％以上０．５０％未満（Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏのいずれをも含有しない場合は０．１％以上０．２３％未満）とした。

Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｃｒ：０．２〜０．５％
ＣｕおよびＣｒは、Ｎｉと同様な作用を有するが、その効果はＮｉほど大きくない。ただし、Ｎｉのように高価な金属でないことに鑑みて、補助的に添加することができる。また、鋼材の強度を上昇させるためにも使用できる。０．２％未満では、耐食性および強度上も、効果は小さい。また、０．５％以上では耐食性の効果が飽和する。したがって、０．２〜０．５％の範囲とした。

Ｍｏ：０．１〜０．５％
Ｍｏは、Ｎｉと同様な作用を有し、さらに鋼への塩化物イオンの透過抑制作用があり、鋼の防食に効果がある。その効果は、０．１％で発現し、０．５％以上で飽和する。また、強度上昇元素であり、その目的で使用することもできる。０．５％を超えると靭性および溶接性に悪影響を与える。これらのことから、０．１〜０．５％の範囲とした。

上に説明した成分以外は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｎ：０．０１０％以下、Ｏ：０．０１０％以下が許容できる。
次に、本発明のジンクリッチプライマー塗布鋼材を製造する方法について説明する。
上記の組成を有する鋼を溶製し、得られた溶鋼を連続鋳造法や造塊法などの慣用技術により凝固させ、鋼片を製造する。鋼を溶製する方法は特に限定されない。転炉、電気炉や真空脱ガス、取鍋精錬等の慣用技術を単独で、あるいは種々組み合わせて用いて、上記の組成を有する鋼を溶製すればよい。

このように製造した鋼片に熱間圧延を施して、厚鋼板、薄鋼板、形鋼などの鋼材を製造する。熱間圧延に先立って、鋼片を加熱炉に装入して熱間圧延が可能な温度に加熱する。本発明では、加熱炉による鋼片の加熱温度は特に限定されない。ただし、鋼片の加熱温度が１０００℃未満では、鋼片の変形抵抗が大きいので、熱間圧延の負荷が増大する。一方、１２５０℃を超えると、鋼材の結晶粒が粗大化して、機械的性質が劣化する。したがって、鋼片の加熱温度は１０００〜１２５０℃の範囲とするのが好ましい。なお、連続鋳造法や造塊法などにより溶鋼を凝固させた鋼片が熱間圧延設備に送給されたときに熱間圧延可能な温度を有している場合は、加熱炉に装入せずそのまま熱間圧延を施してもよい。

このように製造した鋼材の表面にジンクリッチプライマー膜を形成するにあたっては、該膜の形成に先立って、鋼材の製造工程で発生した鋼材表面のスケールを除去する。これによりジンクリッチプライマー膜と鋼材との密着性が向上する。スケールを除去する手段は特に限定されず、ショットブラスト、サンドブラスト、ブラシケレンなどの慣用技術のいずれも用いうる。スケール除去後の鋼材表面に、Ｚｎを含有するジンクリッチプライマーを塗布して塗膜を形成する。形成されたジンクリッチプライマー膜中には、顔料成分として、Ｚｎが７０％以上含有される必要がある。その限りにおいて、塗布の方法は、特に限定されず、スプレー、刷毛塗り、ロールコーター等の慣用技術のいずれを用いてもよい。

転炉を用いて表１に示す組成になる鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとなし、このスラブを加熱炉に装入して１１５０℃に加熱した後、熱間圧延し、厚鋼板（厚さ１０ｍｍ、幅３０００ｍｍ）からなる鋼材を得た。かくして得られた鋼材から試験片（厚さ１０ｍｍ、幅１００ｍｍ 、長さ３００ｍｍ ）を切り出し、その表面にショットブラスト処理を施してスケールを除去し、該スケール除去後の表面に、有機ジンクリッチプライマーを塗布した。塗膜厚は１５μｍ である。次いで、塗膜形成後の試験片の表面に長さ５０ｍｍのスクラッチを入れることで塗膜に部分的損傷を与え、暴露試験に供した。スクラッチは地鉄に達するものとし、暴露地は東京湾岸の海岸から２０ｍの地点（飛来塩分量：０．３５ｍｇ／ｄｍ^２／ｄａｙ）とした。なお、飛来塩分量は、ＪＩＳ Ｚ２３８１のガーゼ法で測定した値である。６ヶ月後に試験片を回収して、スクラッチから発生した赤錆の面積を測定した。各測定値をベース（比較例Ｈ）に対する比で表し、これを赤錆発生面積率（ベース比）として表１に示す。

発明例Ａ，Ｂ、参考例Ｃ，Ｄは、Ｎｉ添加の鋼材を用いたもので、いずれも、赤錆発生面積率（ベース比）は５０％以下と良好な値を示した。また、Ｎｉ量が増加するに従い、その効果（赤錆防止効果）は顕著となることがわかる。また、比較的少量のＮｉを添加した０．３５％Ｎｉ鋼（発明例Ｂで用いたもの）にさらにＣｒ、Ｍｏ、Ｃｕをそれぞれ添加した鋼材を用いた発明例Ｅ、Ｆ、Ｇも、効果が向上することがわかる。一方、Ｎｉを添加せず、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕのみをそれぞれ添加した鋼材を用いた比較例Ｉ、Ｊ、Ｋでは、赤錆発生面積率（ベース比）は低下するものの約８０％にとどまり、効果は小さい。Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏを添加しない比較例Ｈでは赤錆発生面積率（ベース比）は１００ ％と最も悪い。

Claims (2)

1. スケールを除去した鋼材の表面にジンクリッチプライマーを塗布してなるジンクリッチプライマー塗布鋼材において、前記鋼材の組成が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０ ％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００４〜０．０８％、Ｎｉ：０．１％以上０．２３％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材。
2. スケールを除去した鋼材の表面にジンクリッチプライマーを塗布してなるジンクリッチプライマー塗布鋼材において、前記鋼材の組成が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００４〜０．０８％、Ｎｉ：０．１％以上０．５０％未満を含有し、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．２〜０．５ ％、Ｃｒ：０．２〜０．５ ％、Ｍｏ：０．１〜０．５ ％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の１種以上からなる樹脂系塗料を塗装しない状態での耐鉄錆発生性に優れたジンクリッチプライマー塗布鋼材。