JP2009279824A - 溶接性に優れた防錆鋼材 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接性に優れた防錆鋼材を提供する。
【解決手段】アルキルシリケート由来の縮合物：１０〜３０質量％、アルミニウムが５〜２０質量％で残部が亜鉛の亜鉛合金粉末：１０〜３０質量％、導電性顔料及び体質顔料からなる顔料：１０〜６０質量％からなり、顔料のうちの導電性顔料の割合が５０質量％以上である皮膜で覆われていることを特徴とする溶接性に優れた防錆鋼材。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶接後の溶接ビード中の欠陥が非常に少ない溶接性に優れた防錆鋼材に関する。

一般に、船舶、橋梁、プラント等の鉄鋼構造物を製造する場合、加工、組み立て期間中の鋼材の発錆を防止するために防錆処理が行われる。ごく一般的な防錆処理としては、加工前の鋼材をブラスト処理などで表面清浄した後、一次防錆プライマーを塗装することなどが挙げられる。

こうした一次防錆プライマーに求められる機能としては、従来から、（１）得られた塗膜が少なくとも３か月程度の暴露防食性を有すること、（２）塗膜が鋼材と強固に密着し、さらに上塗り塗料との付着性にも優れること、などに加え、（３）鋼材溶接時に、ピット、ブローホール等の溶接欠陥を生じさせないことが挙げられる。

このような一次防錆プライマーとしては、従来より、防錆性に優れるジンクリッチプライマーが多く用いられてきた。一般のジンクリッチプライマーは、多量の亜鉛粉末を、有機系又は無機系の結合剤と混合して得られるものであり、塗膜中の亜鉛と鋼材面との間の電気化学作用による犠牲防食作用、亜鉛の酸化生成物被膜層による酸素、水等の遮断作用により、優れた防錆効果をもたらすものである。

しかしながら、このジンクリッチプライマーには、次のような欠点があった。すなわち、まず、皮膜中の亜鉛粉末含有量が３０〜９５質量％と多いため、溶接時に亜鉛ヒュームが多く発生し、このガスにより、ブローホール、ピット等の溶接欠陥が発生するということである。この溶接欠陥の抑制を目的とする検討は、これまでにも多くなされており、それらの技術についても開示されている。

特許文献１には、珪酸エステル初期縮合物、亜鉛粉末、及び、モリブデン含有顔料を含有し、防錆性と溶接性に優れたピット、ブローホールが非常に少ない無機ジンクショッププライマー塗膜が開示されているが、該塗膜においては、ピット、ブローホールの発生を完全には抑制できていない。

特許文献２には、塗膜の密着性、耐熱性に優れ、溶接時の高温にさらされても防錆性が低下しない耐熱性一次防錆プライマー組成物を得ることを目的し、アルキルシリケートの加水分解縮合物からなる結合剤、亜鉛粉末、フェロシリコンを配合してなる、耐熱性一次防錆プライマー組成物が開示されているが、該組成物は、耐熱防錆性を主たる目的としているため、溶接欠陥の抑制については、充分な効果を有していない。

特開平５−３３９５２１号公報 特開平５−１１７５５３号公報

従来のジンクリッチプライマーは、屋外での防錆性と溶接性を両立させることを目的としたものであるが、特に、防錆性が重視されており、溶接性に関しては、必ずしも充分な性能が得られていたわけではない。

一方、実際に使用される全ての用途でプライマーに優れた防性能が求められるわけではない。例えば、橋梁製作の多くがそうであるように、屋内で構造材の組み立が行われるような場合には、従来から用いられているジンクリッチプライマーの防性能は過剰である。

このような用途では、溶接性の向上に対する要求が強いことから、本発明は、溶接欠陥がほとんど出ることのない優れた溶接性に特化したプライマーを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）アルキルシリケート由来の縮合物：１０〜３０質量％と、亜鉛アルミ合金粉末の組成：１０〜３０質量％と、顔料：１０〜６０質量％と、からなるプライマー層を表面に有する防錆鋼材において、
前記亜鉛アルミ合金粉末が、５〜２０質量％のアルミニウムと残部亜鉛からなり、かつ、
前記顔料が、５０質量％以上の導電性顔料と残部体質顔料からなる
ことを特徴とする溶接性に優れた防錆鋼材。

（２）前記導電性顔料が、リン鉄とフェロシリコンのいずれか一方又は両方であることを特徴とする前記（１）に記載の溶接性に優れた鋼材。

（３）前記体質顔料が、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄のいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の溶接性に優れた防錆鋼材。

本発明による溶接性に優れた防錆鋼材は、屋内環境の組み立て作業に用いることができ、従来のジンクリッチプライマーを用いた鋼材に比べ溶接性に優れ、溶接欠陥が非常に少なく、また、手入れ補修作業機会が減るために、効率よく溶接作業を行なうことができる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明者は、溶接時の欠陥を発生させるガスの生成を抑制することが重要であると考え、ガス発生の原因となる亜鉛とバインダー樹脂に着目し、亜鉛粉末ではなく、亜鉛−アルミ合金粉末を用いることで亜鉛含有量を低減させ、また、水素や炭素元素含有量の少ないバインダー樹脂の選定、樹脂含有量の抑制、などについて検討するとともに、亜鉛量の低下による導電性低下と防食性の低下を補うための代替添加剤等についても鋭意検討し、本発明の構成を見出した。

本発明のプライマーには、バインダー樹脂として、アルキルシリケート由来の縮合物を用いる。アルキルシリケート由来の縮合物を用いることで、他の有機物、高分子組成物を用いる場合と比べ、プライマー塗膜中の水素と炭素の含有量を低くすることができ、溶接時におけるガス発生量を抑制し、溶接時の欠陥を防止することができる。

本発明に使用されるアルキルシリケート由来の縮合物としては、テトラアルコキシシリケート、例えば、テトラメトキシシリケート、テトラエトキシシリケート、テトラプロポキシシリケート、テトライソプロポキシシリケート、テトラブトキシシリケートなどに由来の縮合物が使用可能である。

これらアルキルシリケートの単量体又は部分縮合体を、水、及び、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等の触媒のもとで縮合反応させた反応物を使用することができる。その中でも、テトラエトキシシリケート、テトラプロポキシシリケートを由来とする縮合物が、特に、安定性に優れ、さらに、水素量、炭素量が少ないため好適である。

アルキルシリケート由来の縮合物の使用量は、形成される塗膜中において、１０〜３０質量％、好ましくは１５〜３０質量％である。１０質量％未満では、十分な塗装容易性、塗膜形成性が得られず、また、３０質量％を超えると、耐熱性、防錆性が低下し、溶接時のガス発生によるブローホールなどの欠陥が多くなり、好ましくない。

安定した溶接性を確保するためには、塗膜中の亜鉛は少ない方が有利であるが、防錆性確保のための最低量は確保する必要がある。本発明における亜鉛アルミ合金粉末の塗膜中の含有量は、１０〜３０質量％である。１０質量％未満では、十分な防錆性が得られず、また、３０質量％を超えると、溶接時に、亜鉛蒸発による溶接欠陥が多くなるので、好ましくない。

本発明に使用する亜鉛アルミ合金粉末の組成は、アルミニウムが５〜２０質量％で残部が亜鉛である。安定的に塗布可能な塗膜厚１０〜２０μｍにおいて、アルミニウムが５質量％未満では、前記塗膜中の亜鉛アルミ合金粉末の含有量でも、亜鉛の蒸発による溶接欠陥の抑制効果が十分ではなく、一方、アルミニウムが２０質量％を超えると、亜鉛による犠牲防食性が低下し、溶接後の強度低下の可能性がある。

すなわち、作業性の良い塗膜厚みと防食性及び溶接性を適確に満足するためには、塗膜中の亜鉛合金粉末の含有量と、亜鉛アルミ合金中のアルミニウム含有量を、適正な上記範囲内に調整する必要がある。

亜鉛アルミ合金粉末の大きさは、平均粒径で２〜２０μｍが望ましい。２μｍ未満では、亜鉛合金粉末の体積に対する表面積割合が大きくなるため、表面酸化し易くなり、防食性が劣化する。２０μｍを超えると、塗装厚みが増し、ガス発生量が増え、溶接欠陥が増大する。

亜鉛アルミ合金粉末の製造方法は、アトマイズ法でも粉砕法でもよいが、アトマイズ法では、形状が球状、又は、楕円球状の粉末を容易に製造することができ、粉砕法では、形状が不ぞろいとなり易いので、アトマイズ法が適当である。

本発明では、顔料として、導電性顔料と体質顔料を用いる。導電性顔料は、本発明の亜鉛アルミ合金粉末だけでは不十分な溶接に必要な導電性を確保するために必要である。導電性顔料は、体質顔料とともに添加され、その粒径は、いずれも、平均粒径で１〜２０μｍが望ましい。１μｍ未満では、顔料同士が凝集し易く、２０μｍを超えると、塗膜強度が低下するので、好ましくない。

導電性顔料及び体質顔料の使用量は、１０〜６０質量％であり、顔料のうちの導電性顔料の割合が５０質量％以上である必要がある。顔料中の導電性顔料割合が５０質量％未満では、前記の亜鉛アルミ合金量での塗膜の導電性が低下して、溶接時のスパッタや欠陥が多くなる原因となる。

体質顔料は、塗膜中の亜鉛アルミ合金と導電性顔料の含有割合を調整するとともに、骨材として用いられる。

導電性顔料としては、分解温度が高く溶接欠陥が出難いものを用いることが好ましく、特に、フェロシリコン、リン鉄が好適である。

体質顔料としては、溶接欠陥の出難い熱的に安定な顔料が望ましく、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、モリブデン酸亜鉛などを用いることができる。

前記成分のうち、バインダーを含む液状成分と、それ以外の粉末成分を混ぜて保存すると、粉末が凝集したままで分散し難くなるため、別容器に保存しておくことが好ましい。

本発明の鋼材は、使用直前に両者塗料成分を混合したものを、エアレススプレー、エアースプレー、刷毛等の通常の塗装手段で鋼材に塗付することで得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に説明する。

テトラエトキシシリケート〔「エチルシリケート４０」（日本コルコート社製商品名）〕３６質量％とイソプロピルアルコール６４質量％を４０℃で攪拌混合した混合攪拌物を作製し、次いで、この混合攪拌物９６質量％に対し、１Ｎ−塩酸２５質量％と水７５質量％からなる混合物４質量％を９０分かけて滴下し、滴下後、４０℃で、さらに４時間攪拌して、テトラエトキシシリケート加水分解縮合物溶液を得た。

これと、アルミニウムの含有量を変化させて作製した亜鉛アルミ合金をアトマイズ（噴霧）法で粉末した平均粒径８μｍのもの、市販のフェロシリコン、リン鉄、シリカ、酸化亜鉛、酸化鉄の粉末をイソプロピルアルコール、キシレン添加して充分分散させえて粘度調整したもの、とを混ぜて塗布溶液とした。

この塗布溶液を、乾燥膜厚で１５μｍになるように、鋼材にスプレー塗布して、試験に供した。

次に、このようにして得られた各試料について、下記の試験を行ない、結果を表１に示した。

（１）防錆性試験
試験材として、７０×１５０×４ｍｍのサンドブラスト厚鋼板（ＪＩＳ ＳＭ４９０相当）を用い、各試料を、エアースプレーによって、乾燥膜厚１５μｍになるように塗装し、ＪＩＳ Ｋ ５６００−７−１の耐中性塩水噴霧噴霧性に従って試験を行ない、耐食性はそれほど重視しないという観点から、７２時間後の白錆発生率（％）を評価した。

（３）溶接性試験
試験材として、１００×５００×１２ｍｍのショットブラスト厚鋼板を用い、各試料を、エアースプレーによって乾燥膜厚１５μｍになるように塗装し、２０℃で１週間乾燥させた。次いで、このようにして得られた２枚の試験板を一組とし、下記の溶接条件で水平隅肉溶接を行なった。

溶接は、第１ビードを溶接後放冷して第２ビードを溶接する方法で行ない、第２溶接ビードについて、ピットの発生数を数えた後、Ｘ線透過撮影を行って、溶接ビード内のブローホール発生率を調べ、ピット発生率（個／ｍ）とブローホール発生率（溶接部破断面における全気泡断面の最大幅の合計長さ／溶接長さ×１００％）を評価した。

（溶接条件）
溶接ワイヤー：ＳＦ−１ φ１．４ｍｍ，フラックス入（日鐵住金溶接工業（株）商品名）
溶接方法 ：炭酸ガスシールドアーク溶接
溶接速度 ：１０００ｍｍ／ｍｉｎ
電 流 ：３５０Ａ
電 圧 ：３５Ｖ

表１より，亜鉛アルミ合金粉末とシリケート、導電性顔料 、顔料の適当な組み合わせにより、良好な耐食性と溶接性が達成できることがわかる。

平均粒径の異なる亜鉛合金粉末、乾燥膜厚を種々に変化させて鋼板にスプレー塗布して試験に供した結果を、表２に示す。

実施例２５〜実施例２９に示すように、皮膜が厚み薄いと防食性が低下し、被覆厚みが高いと溶接欠陥が増大する傾向がある。また、実施例３０〜３１に示すように、亜鉛合金粉末の大きさが大きくなると、溶接時のピットが発生しやすくなる傾向がある。しかしながら、従来技術の比較例１０〜１１と比較すると、同程度の皮膜厚みにおいて、耐食性（７２時間の短期の耐食性試験）及び溶接性に優れているのがわかる。

本発明による溶接性に優れた鋼材においては、溶接性に優れるために溶接欠陥が非常に少なく、手入れ補修作業機会が減るので、屋内環境の組み立てで多くの溶接を必要とする鋼構造物用鋼材として用いることができる。よって、本発明は、鋼構造物製造産業において利用可能性が高いものである。

Claims (3)

1. アルキルシリケート由来の縮合物：１０〜３０質量％と、亜鉛アルミ合金粉末：１０〜３０質量％と、顔料：１０〜６０質量％と、からなるプライマー層を表面に有する防錆鋼材において、
   前記亜鉛アルミ合金粉末が、５〜２０質量％のアルミニウムと残部亜鉛からなり、かつ、
   前記顔料が、５０質量％以上の導電性顔料と残部体質顔料からなる
   ことを特徴とする溶接性に優れた防錆鋼材。
2. 前記導電性顔料が、リン鉄とフェロシリコンのいずれか一方又は両方であることを特徴とする請求項１に記載の溶接性に優れた防錆鋼材。
3. 前記体質顔料が、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄のいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接性に優れた防錆鋼材。