JP2013166993A - Surface-treated steel material having excellent corrosion resistance and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-treated steel material which exhibits excellent corrosion resistance even in a concentrated chloride environment where the concentration of chloride ions is high, can extremely suppress the peeling of a coating even in an environment of the cooling/heating cycle, caused by solar irradiation and atmospheric temperature, and shows superior long-term durability, and to provide a method for producing the surface-treated steel material.SOLUTION: A surface-treated steel material is characterized in that a surface of a steel material is covered with a rust layer or an organic resin layer containing α-FeOOH together with Sn and/or Ce. An organic resin having a dry film thickness of ≥20 μm may be applied as a topcoat layer.

Description

本発明は、塩分の飛沫する海浜地域、また岩塩などの融雪塩(凍結防止剤)が撒かれる地域のような塩化物イオン(Cl)含有量の高い濃厚塩化物環境下で用いられる鋼材の腐食を抑制ないし防止することが可能で、かつ季節の寒暖や日照による温度変化などで冷却と加熱が繰り返される環境(以下、「冷熱サイクル環境」という。)においても、表面処理鋼材の塗装剥離を抑制ないし防止し、ミニマムメンテナンス化を実現する耐食性に優れた表面処理鋼材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a steel material used in a concentrated chloride environment having a high chloride ion (Cl ) content, such as a beach area where salt is splashed, or a snow melting salt (freezing agent) such as rock salt. Even in environments where corrosion can be suppressed or prevented, and where cooling and heating are repeated due to seasonal changes in temperature or due to temperature changes (hereinafter referred to as “cooling and cycling environment”), surface-treated steel materials can be peeled off. The present invention relates to a surface-treated steel material excellent in corrosion resistance that suppresses or prevents and realizes a minimum maintenance and a manufacturing method thereof.

鋼材は、海洋構造物、港湾施設、船舶、建築・土木構造物、自動車など多方面に広く用いられているが、自然環境に曝されると腐食するという問題がある。腐食を防止あるいは抑制する方法として、防錆・防食塗装が行われる場合と、鋼材に合金元素を添加して耐食性を向上させる場合がある。後者の例として、大気腐食環境で保護性錆(安定錆層)を生成させて、その後の腐食を抑制する低合金鋼、いわゆる耐候性鋼などが知られており、橋梁を代表とする多くの鋼構造物に使われている。例えば、下記特許文献1には、安定錆(α−FeOOH)により鋼材の防食性を高めた鋼材が記載されている。特許文献1に記載された発明では、鋼材を錆層にOHを供給してpH7を超える高pH環境下に置くことにより鋼材表面にα−FeOOHを得ている。 Steel materials are widely used in various fields such as marine structures, harbor facilities, ships, construction / civil engineering structures, automobiles, etc., but there is a problem that they corrode when exposed to the natural environment. As a method for preventing or suppressing corrosion, there are a case where anticorrosion / corrosion prevention coating is performed and a case where an alloying element is added to the steel material to improve corrosion resistance. Examples of the latter include low-alloy steels that generate protective rust (stable rust layer) in an atmospheric corrosive environment and suppress the subsequent corrosion, so-called weather-resistant steels, etc. Used in steel structures. For example, Patent Document 1 below describes a steel material in which the corrosion resistance of the steel material is enhanced by stable rust (α-FeOOH). In the invention described in Patent Document 1, α-FeOOH is obtained on the steel material surface by supplying OH to the rust layer and placing it in a high pH environment exceeding pH 7.

ところが、海浜地域や、内陸部でも融雪塩が散布される地域のように、塩化物イオン濃度の高い濃厚塩化物環境下では、耐候性鋼材の表面に保護性のある錆層が形成されず、腐食を抑制する効果が発揮されない。そのため、これまで海浜地域などでは、塗装なしで裸のままの耐候性鋼材を用いることができなかった。   However, a protective rust layer is not formed on the surface of the weathering steel material in a concentrated chloride environment with a high chloride ion concentration, such as a beach area or an inland area where snow melting salt is scattered. The effect of suppressing corrosion is not exhibited. For this reason, it has not been possible to use a weather-resistant steel material that has not been painted in the seaside area.

日本工業規格(JIS)で規格化された耐候性鋼(JIS G3114:溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材)においても、飛来塩分量がNaClとして0.05mg/dm/day(0.05mdd)以上の地域、すなわち海浜地域や融雪塩が撒かれる地域(以下、海浜地域等と総称することもある)では、ウロコ状錆や層状錆等の発生による腐食減量が大きいため、無塗装では使用できないことになっている(建設省土木研究所、(社)鋼材倶楽部、(社)日本橋梁建設協会:耐候性鋼の橋梁への適用に関する共同研究報告書(XX)−無塗耐候性橋梁の設計・施工要領(改訂版−1993.3)。 Even in weathering steel standardized by Japanese Industrial Standards (JIS) (JIS G3114: weathering hot rolled steel for welded structures), the amount of incoming salt is 0.05 mg / dm 2 / day (0.05 mdd) as NaCl. In the above areas, that is, beach areas and areas where snow melting salt is sown (hereinafter sometimes collectively referred to as beach areas, etc.), corrosion loss due to the occurrence of scale-like rust, layered rust, etc. is so large that it cannot be used without painting. (Ministry of Construction Public Works Research Institute, Steel Club, Japan Bridge Construction Association: Joint Research Report on the Application of Weatherproof Steel to Bridges (XX)-Design of Uncoated Weatherproof Bridges・ Construction Procedure (Revised Version-1993.3).

このため、海浜地域などの濃厚塩化物環境下では、普通鋼材に防食塗装を施して使用するのが一般的である。しかし、海浜地域でも特に湿度の高くなる河口付近では、厳しい腐食環境となり、橋梁等の鋼材構造物の腐食の進行が速い。また、内陸部でも山間部等の融雪塩を大量に撒く地域では融雪塩が走行中の車に巻き上げられて飛散し、橋梁等に付着し易いので、厳しい腐食環境となり、橋梁等の鋼材構造物の腐食の進行が速い。さらに、海岸から少し離れた地域でも、雨で付着塩分が流されることのない軒下等では、飛来塩分量が1mdd以上の厳しい塩害腐食環境になる。このような厳しい腐食環境下では、腐食による塗膜劣化のため、約10年毎の補修塗装(再塗装)が必要となる。この補修塗装には多大な工数と、維持管理に莫大な費用がかかることから、塗膜寿命の延長化への要望が高い。   For this reason, in a concentrated chloride environment such as a beach area, it is common to use ordinary steel with a corrosion-resistant coating. However, even in the coastal area, especially in the vicinity of the estuary where the humidity is high, the environment is severely corroded, and the corrosion of steel structures such as bridges is fast. Also, in inland areas where snowmelt salt is spilled in large quantities, such as mountainous areas, snowmelt salt is rolled up on the running car and scattered and easily adheres to bridges, creating a severely corrosive environment and steel structures such as bridges. The progress of corrosion is fast. Furthermore, even in areas a little away from the coast, under the eaves where no salt deposits are washed away due to rain, a severe salt damage / corrosion environment with an incoming salt content of 1 mdd or more is obtained. Under such a severe corrosive environment, repair coating (repainting) is required about every 10 years due to coating film deterioration due to corrosion. Since this repair coating requires a great amount of man-hours and enormous costs for maintenance, there is a high demand for extending the life of the coating film.

耐食性を改善するための塗装下地処理としてクロメート処理が行われる場合がある。しかし、クロメート処理は耐食性改善効果が高いが、処理に6価クロム化合物であるクロム酸を主成分とする水溶液を使用するため、処理により形成された皮膜(クロメート皮膜)も6価クロムを含み、環境保護の立場からその有害性が問題となっている。   A chromate treatment may be performed as a coating ground treatment for improving the corrosion resistance. However, although the chromate treatment has a high effect of improving corrosion resistance, the coating formed by the treatment (chromate coating) also contains hexavalent chromium because an aqueous solution mainly containing chromic acid, which is a hexavalent chromium compound, is used for the treatment. Its harmfulness is a problem from the standpoint of environmental protection.

鋼材の防錆・防食塗装の経時後の防食性、耐久性、密着性及び接着性は、鋼材表面の性状が大きく影響する。既設鋼構造物の塗り替え時には、鋼材表面に通常は錆が発生しており、そのような表面に塗料を塗り替え塗装しても塗膜にフクレや剥離が生じ、鋼材を長期間錆から保護できない。   The corrosion resistance, durability, adhesion and adhesion of the steel material after aging of the rust / corrosion protection coating are greatly influenced by the properties of the steel surface. When the existing steel structure is repainted, rust is usually generated on the surface of the steel material, and even if the paint is repainted on such a surface, the coating film is swelled or peeled off, and the steel material cannot be protected from rust for a long time.

そこで、従来は、塗装前に鋼材表面をブラスト処理やグラインダー等の動工具を用いて除錆した後、塗料を塗装する方法や、塗装前に鋼材表面の浮き錆等を除去した後、錆転換剤を塗布し、赤錆の主成分である脆いオキシ水酸化鉄を黒錆の主成分である硬いFeに変換し、塗料を塗装する方法等がとられていた。 Therefore, conventionally, after rusting the surface of steel using a moving tool such as blasting or grinder before painting, paint is applied, or floating rust on the surface of steel is removed before painting, and then rust conversion is performed. An agent was applied, brittle iron oxyhydroxide, the main component of red rust, was converted to hard Fe 3 O 4 , the main component of black rust, and a paint was applied.

しかし、前者の方法では、除錆の際多量の粉塵が生じ、作業環境が悪くなるだけでなく、作業効率も非常に悪いという問題点がある。後者の方法も、やはり手間がかかる上、錆転換剤の塗布後に時間をおかないと塗装を実施できないという問題点がある。   However, the former method has a problem that not only the working environment is deteriorated, but also the working efficiency is very bad when the rust is removed. The latter method is also time-consuming and has the problems that it cannot be applied unless a certain amount of time is spent after applying the rust conversion agent.

また、一般的な塗り替え塗装の場合、塗装前に1種ないし3種ケレンを鋼材表面に施して除錆しているが、鋼構造物のくぼみ部分や狭隘部分の錆は除去しにくく、それらの個所の錆層と鉄素地との界面にはClやSO 2−等の腐食性イオン物質が残存しやすく、また水分も存在しやすい。そのため、塗り替え塗装しても、それらの個所での防食性が大幅に低下する。錆落としが十分でないと、塗膜が密着不良となり、塗膜の剥離や錆が非常に早く生じる。従って、防錆・防食塗装の施工では、できるかぎり高度の錆落とし(10mg/m)が基準化されている。 In the case of general repainting, 1 to 3 types of kelen are applied to the surface of steel before coating to remove rust. However, it is difficult to remove rust at the indentations and narrow areas of steel structures. Corrosive ionic substances such as Cl and SO 4 2− are likely to remain at the interface between the rust layer and the iron base, and moisture is also likely to exist. Therefore, even if it is repainted, the anticorrosion properties at those locations are greatly reduced. If the rust removal is not sufficient, the coating film is poorly adhered, and the coating film is peeled off and rusted very quickly. Therefore, the highest possible rust removal (10 mg / m 2 ) is standardized in the construction of rust and anticorrosion coatings.

しかし、現実には、海洋構造物、港湾施設、船舶、建築・土木構造物、自動車、機械設備、鉄道車両、発電機、大型変圧器などの鋼構造物の環境や部位等の条件によっては高度の錆落とし作業そのものが困難であり、前処理の不備に起因する塗装のトラブルが非常に多い。また、近年錆落とし作業に従事する作業者の不足により、錆落としの作業の簡略化が強く求められるようになってきた。   However, in reality, depending on conditions such as the environment and parts of steel structures such as offshore structures, harbor facilities, ships, construction and civil engineering structures, automobiles, mechanical equipment, railway vehicles, generators, large transformers, etc. The rust removal work itself is difficult, and there are a lot of painting problems due to inadequate pretreatment. In recent years, due to the shortage of workers engaged in rust removal work, simplification of rust removal work has been strongly demanded.

船舶分野でも腐食と再塗装は大きな問題となっている。タンカーや貨物輸送船等の船舶は、空荷の時でも船体が安定になるようにバラストタンクに海水を注入積載している。しかし、海水は、鋼に対し腐食作用を有しており、バラストタンクを構成する鋼材の腐食を促進させる。このバラストタンクを構成する鋼材の腐食は、バラストタンク内に注入積載された海水が直接接するタンク内壁部ではそれほどでなく、海水面上の空間部分(気相部)に接する部分で激しいことが知られている。これは、空間部のタンク内壁が、常に湿潤状態にあり、腐食を起こす(促進する)酸素が空気中から十分に供給され続けられることによる。このバラストタンク内壁面の腐食抑制対策としては、従来、タールエポキシ塗料をバラストタンクの内壁面に200μm程度と比較的厚い膜厚で被覆して防食することとしていた。しかし、この方法でも腐食環境が厳しく、塗膜寿命も約10年と短く、補修塗装が必要であった。   Corrosion and repainting are also a major problem in the ship field. Ships such as tankers and freighters are loaded with seawater in a ballast tank so that the hull is stable even when empty. However, seawater has a corrosive action on steel, and promotes corrosion of the steel material constituting the ballast tank. It is known that the corrosion of the steel constituting the ballast tank is not so much at the inner wall of the tank where the seawater injected and loaded into the ballast tank is in direct contact, but at the part in contact with the space (gas phase) on the seawater surface. It has been. This is because the tank inner wall of the space portion is always in a wet state, and oxygen causing corrosion (promoting) is continuously supplied from the air. In order to prevent corrosion of the inner wall surface of the ballast tank, conventionally, tar epoxy paint is coated on the inner wall surface of the ballast tank with a relatively thick film thickness of about 200 μm to prevent corrosion. However, even in this method, the corrosive environment is severe, the life of the coating film is as short as about 10 years, and repair coating is necessary.

また、上記のように沿岸・海洋構造物や橋梁、船舶の構造部材は塗装が施されるが、季節による寒暖の差に加え、日照による鋼材温度の変化により塗膜と鋼材界面が凝集破壊を起こし、塗装が剥離する。その剥離部を起点として腐食が進行することが知られている。この冷熱サイクルによる塗装剥離は、鋼材と塗膜樹脂との熱膨張係数の違いにより発生する。そのため鋼材表面の塗膜厚が大きいほど、鋼材と塗膜の熱膨張と収縮の差が大きくなり、剥離が進展し易い。耐食性のみを考慮して厚い塗膜を設計し、鋼材表面を被覆すると、冷熱サイクルにより塗装剥離が進展し、むしろ腐食が進行する結果となる。この耐食性と冷熱サイクルによる塗装剥離への対応として、下地処理による耐食性と耐冷熱サイクル性が求められるようになってきた。   In addition, coastal and offshore structures, bridges, and ship structural members are painted as described above, but in addition to seasonal differences in temperature, the coating film and steel material interface are subject to cohesive failure due to changes in steel temperature due to sunshine. Wake up and paint peels off. It is known that corrosion proceeds from the peeled portion. The coating peeling due to this cooling and heating cycle occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the steel material and the coating film resin. Therefore, the larger the coating film thickness on the steel material surface, the greater the difference between the thermal expansion and contraction of the steel material and the coating film, and the easier the peeling progresses. When a thick coating film is designed in consideration of only corrosion resistance and the steel surface is coated, the peeling of the coating progresses due to the thermal cycle, and rather the corrosion progresses. In order to cope with this corrosion resistance and paint peeling due to the thermal cycle, the corrosion resistance and the thermal cycle resistance due to the ground treatment have been required.

下記特許文献2には、表面粗さRzjisが30〜100μmの構造用鋼材の表面または鋼材上に生成している錆層の上に、Sn2+イオンを含有するpH3以下の酸性水溶液を塗布して金属Sn換算付着量が15〜400mg/mのSn含有層を形成し、その上に乾燥膜厚が20μm以上の防食用の樹脂被覆を施すことで塩化物イオン濃度の高い濃厚塩化物環境下においても優れた長期耐久性を示し、再塗装まで塗装寿命を大幅に延長できる樹脂被覆鋼材とその製造法に係る発明が開示されている。Sn含有層の膜厚が大きくなる程耐食性は向上するが、冷熱サイクル環境においては、このSn含有層が塗膜と鋼材界面における凝集破壊の起点となり、塗装剥離が大きくなる可能性がある。 In the following Patent Document 2, an acidic aqueous solution containing Sn 2+ ions and having a pH of 3 or less is applied on the surface of a structural steel material having a surface roughness Rzjis of 30 to 100 μm or on a rust layer formed on the steel material. In a concentrated chloride environment with a high chloride ion concentration by forming a Sn-containing layer with a metal Sn equivalent adhesion amount of 15 to 400 mg / m 2 and applying a resin coating for corrosion protection with a dry film thickness of 20 μm or more on it. Also discloses a resin-coated steel material that exhibits excellent long-term durability and can significantly extend the coating life until repainting, and an invention relating to its manufacturing method. As the film thickness of the Sn-containing layer increases, the corrosion resistance improves. However, in a cold cycle environment, this Sn-containing layer becomes a starting point of cohesive failure at the interface between the coating film and the steel material, and there is a possibility that coating peeling will increase.

特開平5-247663号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-247663 特開2007-230088号公報JP 2007-230088

本発明は、海洋構造物、港湾施設、船舶、建築・土木構造物、自動車などにおいて構造材料として広く用いられている鋼材にとって避けられない、鋼材の腐食についての改善を目指したものである。より具体的には、海浜地域や融雪塩が散布される地域等、さらには船舶のタンクのように海水が飛散または接触する塩化物イオン濃度の高い濃厚塩化物環境下においても優れた耐食性を示し、さらに日照や気温による冷熱サイクルの環境においても優れた耐久性を示すことができる、長期耐久性に優れた表面処理鋼材およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention aims to improve steel material corrosion that is unavoidable for steel materials widely used as structural materials in offshore structures, harbor facilities, ships, construction / civil engineering structures, automobiles, and the like. More specifically, it exhibits excellent corrosion resistance even in coastal areas, areas where snowmelt salt is sprayed, and even in concentrated chloride environments with high chloride ion concentration where seawater scatters or contacts, such as ship tanks. Another object of the present invention is to provide a surface-treated steel material excellent in long-term durability and a method for producing the same, which can exhibit excellent durability even in an environment of a cooling / heating cycle depending on sunlight and temperature.

本発明者らの一人が既に報告しているように(「材料と環境」第43巻(1994)第1号26頁)、耐候性鋼材において錆層が保護性を有するのは、Feの一部がCrで置換された微細なα−(Fe1−xCr)OOHからなる錆層が生成することによる。しかし、この錆層の形成を促進するための鋼へのCrの添加は、飛来塩分量が比較的少ない環境では耐候性の向上に有効であるが、飛来塩分量が1mdd以上と多い環境では、このような安定な錆層が形成されず逆に耐候性を劣化させることが判明した。 As already reported by one of the present inventors ("Materials and Environment", Vol. 43 (1994), No. 1, p. 26), in rust-resistant steel materials, the rust layer has a protective property of Fe. This is because a rust layer made of fine α- (Fe 1-x Cr x ) OOH in which part is replaced with Cr is generated. However, the addition of Cr to the steel to promote the formation of this rust layer is effective in improving the weather resistance in an environment where the amount of incoming salt is relatively small, but in an environment where the amount of incoming salt is as high as 1 mdd or more, It has been found that such a stable rust layer is not formed and the weather resistance is deteriorated.

塩分が飛来する海浜や海岸地帯、あるいは岩塩等が融雪剤、凍結防止剤等として散布される山間部や寒冷地といった、塩化物環境においては、塩化物によって上記の保護性錆層の生成が阻害され、鋼材が著しく腐食する。すなわち、塩化物環境では、塩化物イオンを取り込むことで結晶構造が安定になるβ−FeOOH(鉱物名:アカガネアイト)が生成し易い。そのため、α−FeOOHを主体とする保護性錆層が生成する代わりに、層状剥離錆に代表される、β−FeOOHを多く含む保護性の乏しい錆が形成される結果、腐食が進行することになる。電気化学的に不活性なα−FeOOHとは異なり、β−FeOOHは電気化学的に活性であるため、β−FeOOHの生成は、Feの溶出反応(酸化反応)の対反応としてカソード反応(還元反応)を担う可能性があり、これが腐食を促進すると考えられている。とくに鋼材表面への塩分付着量が1年間で1mdd以上となる濃厚塩化物環境において、鋼材は激しく腐食し、鋼材表面に形成される錆層中にはβ−FeOOHが多く生成する。   In chloride environments, such as beaches and coastal areas where salt comes in, or mountains or cold areas where rock salt is sprayed as a snow melting agent, anti-freezing agent, etc., the formation of the protective rust layer is inhibited by chlorides. The steel material is significantly corroded. That is, in a chloride environment, β-FeOOH (mineral name: akaganeite) that has a stable crystal structure is easily generated by taking in chloride ions. Therefore, instead of generating a protective rust layer mainly composed of α-FeOOH, corrosion is progressed as a result of formation of rust with poor protection containing a large amount of β-FeOOH, represented by layered peeling rust. Become. Unlike α-FeOOH, which is electrochemically inactive, β-FeOOH is electrochemically active. Therefore, β-FeOOH is produced by cathodic reaction (reduction) as a counter reaction of Fe elution reaction (oxidation reaction). Reaction), which is believed to promote corrosion. In particular, in a concentrated chloride environment in which the amount of salt attached to the steel material surface is 1 mdd or more per year, the steel material is severely corroded, and a large amount of β-FeOOH is generated in the rust layer formed on the steel material surface.

本発明者らは、この知見を踏まえて濃厚塩化物環境での腐食について検討した結果、このような環境下ではFeCl溶液の乾湿繰り返しが腐食の本質的な条件となり、Fe3+の加水分解によりpHが低下した酸性環境で、かつFe3+が酸化剤として作用することによって腐食が加速されることが判明した。このときの腐食反応は次式で示される。 Based on this knowledge, the present inventors examined corrosion in a concentrated chloride environment. As a result, in such an environment, repeated drying and wetting of the FeCl 3 solution became an essential condition for corrosion, and due to the hydrolysis of Fe 3+ It has been found that corrosion is accelerated by an acidic environment with a reduced pH and by Fe 3+ acting as an oxidant. The corrosion reaction at this time is expressed by the following equation.

カソード反応:Fe3++e→Fe2+(Fe3+の還元反応)
もちろん、この反応以外に、
2HO+O+2e→4OH
2H+2e→H
のカソード反応も併発する。
Cathode reaction: Fe 3+ + e → Fe 2+ (reduction reaction of Fe 3+ )
Of course, besides this reaction,
2H 2 O + O 2 + 2e → 4OH ,
2H + + 2e → H 2
The cathodic reaction also occurs.

一方、上記還元反応に対して
Fe→Fe2++2e(アノード反応:Feの溶解反応)
も起こる。このFe溶解反応は、より詳しくは、
Fe→FeCladまたはFeOHad→Fe2+
で示されるように、塩化物または水酸化物形態の吸着中間体FeCladまたはFeOHad(adは吸着)を経由して起こる。
On the other hand, Fe → Fe 2+ + 2e (anode reaction: Fe dissolution reaction)
Also happens. More specifically, this Fe dissolution reaction is
Fe → FeCl ad or FeOH ad → Fe 2+
As shown by the adsorption intermediate FeCl ad or FeOH ad (ad is adsorption) in the chloride or hydroxide form.

従って、腐食の総括反応は、
2Fe3++Fe→3Fe2+・・・[反応1]
となる。
Therefore, the overall reaction of corrosion is
2Fe 3+ + Fe → 3Fe 2+ [Reaction 1]
It becomes.

上記反応1により生成したFe2+は空気酸化によってFe3+に酸化され、生成したFe3+は再び酸化剤として腐食を加速する。この際、Fe2+の空気酸化の反応速度は、低pH環境では一般に遅いが、濃厚塩化物環境下では加速され、Fe3+が生成され易くなる。このようなサイクリックな反応のため、塩化物イオン濃度が高い環境では、Fe3+が常に供給され続け、鋼の腐食が加速され、耐食性が著しく劣化することが判明した。 Fe 2+ generated by the reaction 1 is oxidized to Fe 3+ by air oxidation, and the generated Fe 3+ accelerates corrosion as an oxidizing agent again. At this time, the reaction rate of air oxidation of Fe 2+ is generally slow in a low pH environment, but is accelerated in a concentrated chloride environment, and Fe 3+ is easily generated. It was found that due to such a cyclic reaction, in an environment where the chloride ion concentration is high, Fe 3+ is always supplied, corrosion of the steel is accelerated, and corrosion resistance is significantly deteriorated.

このように塩化物イオン濃度の高い、濃厚塩化物環境では安定なα−FeOOHからなる錆層の形成による保護は期待できない。しかし、濃厚塩化物環境で保護性錆層を適切に形成することが可能ならば、鋼材に高い耐食性を付与できるとも考えられる。そこで発明者らは、Snの塩化物水溶液を用いてオキシ水酸化鉄(錆)の無機合成を基にした基礎実験を実施し、濃厚塩化物環境でも保護性錆であるα−FeOOHを形成できることを知得した。   Thus, protection by formation of a rust layer made of α-FeOOH that is stable in a concentrated chloride environment with a high chloride ion concentration cannot be expected. However, if it is possible to appropriately form a protective rust layer in a concentrated chloride environment, it is considered that high corrosion resistance can be imparted to the steel material. Therefore, the inventors conducted a basic experiment based on inorganic synthesis of iron oxyhydroxide (rust) using an aqueous chloride solution of Sn, and can form α-FeOOH which is protective rust even in a concentrated chloride environment. I knew.

表1に当該実験条件と結果を示す。0.05〜0.1mol/Lの塩化鉄(III)に対し、モル比で表1に示すSn、Cuなどの塩化物、タングステン酸ナトリウム、またはモリブデン酸ナトリウムを添加した溶液のpHを調整した後に、80℃で約2日間加熱をして、錆を加速生成させた。生成した錆はX線回折法にて定性分析を行った。表1に示すように、Snの塩化物およびCeの塩化物の場合には、保護性錆であるα−FeOOHが生成した。特に、2価のSnの塩化物については、α−FeOOHのみが生成されることが明らかになった。   Table 1 shows the experimental conditions and results. The pH of a solution in which a chloride, such as Sn or Cu, sodium tungstate, or sodium molybdate shown in Table 1 was added to 0.05 to 0.1 mol / L of iron (III) chloride in a molar ratio was adjusted. Later, heating was performed at 80 ° C. for about 2 days to accelerate generation of rust. The generated rust was qualitatively analyzed by X-ray diffraction. As shown in Table 1, in the case of Sn chloride and Ce chloride, α-FeOOH, which is protective rust, was produced. In particular, it was revealed that only α-FeOOH was produced for divalent Sn chloride.

さらに、Snについて詳細に調査したところ、Sn自体が鋼材の腐食の抑制に有効であることを見出した。濃厚塩化物環境、すなわち、pHが著しく低下した環境における鋼材の腐食に対するSnの抑制効果は、次の(a)〜(g)に示すメカニズムによるものであると考えられる。   Furthermore, when Sn was investigated in detail, it discovered that Sn itself was effective in suppression of corrosion of steel materials. The inhibitory effect of Sn on the corrosion of steel in a concentrated chloride environment, that is, an environment in which the pH is significantly lowered, is considered to be due to the mechanism shown in the following (a) to (g).

(a) 鋼材表面のSnは、濃厚塩化物環境においてSn2+イオンとして溶解し、
Fe→FeCladまたはFeOHad→Fe2+
で示される前記アノード反応(Fe溶解反応)を抑制するので、鉄の溶出を防止することができる。これは、図1の左図に示すように、Sn2+イオンが鋼材表面の吸着活性点に優先的に結合し、塩化物または水酸化物形態の吸着中間体またはFeOHad(adは吸着)の生成を妨害するからである。すなわち、Sn2+イオンによる活性点(FeClad、FeOHad)の減少がアノード反応を抑制する。
(a) Sn on the surface of the steel material dissolves as Sn 2+ ions in a concentrated chloride environment,
Fe → FeCl ad or FeOH ad → Fe 2+
The anodic reaction (Fe dissolution reaction) indicated by is suppressed, so that elution of iron can be prevented. This is because, as shown in the left diagram of FIG. 1, Sn 2+ ions preferentially bind to the adsorption active sites on the steel surface, and the adsorption intermediate or FeOH ad (ad is adsorbed) in the form of chloride or hydroxide. This is because the generation is disturbed. That is, the decrease in active sites (FeCl ad , FeOH ad ) due to Sn 2+ ions suppresses the anode reaction.

(b) また、SnはSn2+イオンとして溶解した後、低pH溶液では鋼面の電極電位により還元されて鋼材表面にSnとして析出する。 (b) In addition, after Sn is dissolved as Sn 2+ ions, in a low pH solution, it is reduced by the electrode potential on the steel surface and precipitates as Sn on the steel surface.

(c) 鋼材表面に析出したSnは、図1の右図に示すように、酸性環境でのFeの溶解反応(アノード反応)の対反応である、
2H+2e→H
で示される水素イオンのカソード反応(還元反応)を著しく抑制する。すなわち、鋼材表面に析出したSn上ではHイオンが吸着されないので、水素発生反応が抑制されず、カソード反応が抑制されることとなる。これは、高水素過電圧によるものと考えられる。
(c) Sn deposited on the surface of the steel material is a counter reaction of the dissolution reaction (anodic reaction) of Fe in an acidic environment, as shown in the right diagram of FIG.
2H + + 2e → H 2
The cathode reaction (reduction reaction) of hydrogen ions represented by That is, since H + ions are not adsorbed on Sn deposited on the steel surface, the hydrogen generation reaction is not suppressed, and the cathode reaction is suppressed. This is thought to be due to high hydrogen overvoltage.

(d) Snの析出は鋼の溶出部に集中するため、溶解したSn2+は効率的に腐食している部分のみにSnとして析出する。 (d) Since precipitation of Sn concentrates on the elution part of steel, dissolved Sn2 + precipitates as Sn only in the part which is corroding efficiently.

(e) 一度析出したSnは、腐食が進行するとSn2+として再溶出して,腐食抑制効果を発揮し、腐食している部分に再びSnとして析出する。 (e) Once deposited, Sn re-elutes as Sn 2+ when corrosion progresses, exerts a corrosion-inhibiting effect, and precipitates again as Sn on the corroded portion.

(f) 溶存酸素濃度が高い環境では、Sn2+→Sn4+への空気酸化速度が速いことが知られている。空気酸化物であるSn4+はFeのアノード反応により供給された電子によって再びSn2+に還元され、さらにSnとして析出する。このFeのアノード反応を電子供給源としたSnのサイクリックな反応が腐食を抑制する。 (f) In an environment where the dissolved oxygen concentration is high, it is known that the rate of air oxidation from Sn 2+ to Sn 4+ is fast. Sn 4+ which is an air oxide is reduced again to Sn 2+ by electrons supplied by the anode reaction of Fe, and further precipitated as Sn. The cyclic reaction of Sn using the Fe anode reaction as an electron source suppresses corrosion.

(g) したがって、鋼材表面にSnまたはSn2+もしくはSn4+イオンが存在すると、枯渇することなく繰り返し腐食を抑制できる、すなわち、半永久的は腐食抑制効果を得ることができる。なお、鋼材表面にSnまたはSn2+もしくはSn4+イオンを存在させるには、鋼材の表面にSn2+イオンおよびSn4+イオンの一方または両方を含有するpH3.0以下の酸性水溶液を塗布するか、あるいは、SnまたはSn2+もしくはSn4+イオンを含有してなる有機樹脂膜で鋼材の表面を被覆すればよい。 (g) Therefore, when Sn or Sn 2+ or Sn 4+ ions are present on the surface of the steel material, repeated corrosion can be suppressed without depletion, that is, a semi-permanent corrosion suppressing effect can be obtained. In order to make Sn or Sn 2+ or Sn 4+ ions exist on the surface of the steel material, an acidic aqueous solution having a pH of 3.0 or less containing one or both of Sn 2+ ions and Sn 4+ ions is applied to the surface of the steel material, or The surface of the steel material may be covered with an organic resin film containing Sn, Sn 2+ or Sn 4+ ions.

このように、鋼材表面にSnまたはSn2+もしくはSn4+イオンが存在する場合、α−FeOOHによる保護性錆層の防食効果だけでなく、Sn自体の腐食抑制作用も期待できる。したがって、濃厚塩化物環境でもα−FeOOHの形成を促進でき、保護性錆による耐食性により鋼材の腐食を抑制可能である。 Thus, when Sn or Sn <2+> or Sn <4+> ion exists on the steel material surface, not only the anticorrosion effect of the protective rust layer by (alpha) -FeOOH but the corrosion inhibitory effect of Sn itself can be anticipated. Therefore, formation of α-FeOOH can be promoted even in a concentrated chloride environment, and corrosion of the steel material can be suppressed by corrosion resistance due to protective rust.

本発明は、このような知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、下記の(1)〜(7)に示す耐食性に優れた表面処理鋼材およびその製造方法にある。   The present invention has been completed based on such knowledge, and the gist thereof is a surface-treated steel material having excellent corrosion resistance and a method for producing the same as shown in the following (1) to (7).

(1) 鋼材の表面が、Snおよび/またはCeとともにα−FeOOHを含有する錆層で覆われていることを特徴とする表面処理鋼材。   (1) A surface-treated steel material characterized in that the surface of the steel material is covered with a rust layer containing α-FeOOH together with Sn and / or Ce.

(2) 鋼材の表面が、Snおよび/またはCeとともにα−FeOOHを含有する有機樹脂層で覆われていることを特徴とする表面処理鋼材。   (2) A surface-treated steel material characterized in that the surface of the steel material is covered with an organic resin layer containing α-FeOOH together with Sn and / or Ce.

(3) さらに、上塗り層として乾燥膜厚20μm以上の有機樹脂が被覆されていることを特徴とする、上記(1)または(2)の表面処理鋼材。   (3) The surface-treated steel material as described in (1) or (2) above, wherein an organic resin having a dry film thickness of 20 μm or more is coated as an overcoat layer.

(4) 鋼材の表面に、Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液を塗布することを特徴とする、上記(1)の表面処理鋼材の製造方法。 (4) An acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions, and Ce 4+ ions is applied to the surface of the steel material (1) Method for producing surface-treated steel.

(5) Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液と塩化鉄水溶液を混合し、加熱して得られる錆を有機樹脂と混合し、鋼材の表面に塗布することを特徴とする、上記(2)の表面処理鋼材の製造方法。 (5) Rust obtained by mixing an acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions and an aqueous iron chloride solution with organic resin The method for producing a surface-treated steel material according to the above (2), characterized by mixing and applying to the surface of the steel material.

(6) 鋼材の表面にSn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液を塗布することによって錆層を形成した後、有機樹脂を被覆することを特徴とする、上記(3)の表面処理鋼材の製造方法。 (6) After forming a rust layer by applying an acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions to the surface of the steel material, an organic resin (3) The method for producing a surface-treated steel material according to (3) above.

(7) Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液と塩化鉄水溶液を混合し、加熱して得られる錆を有機樹脂と混合し、鋼材の表面に塗布した後、有機樹脂を被覆することを特徴とする、上記(3)の表面処理鋼材の製造方法。 (7) Rust obtained by mixing an acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions and an aqueous iron chloride solution with organic resin The method for producing a surface-treated steel material according to (3) above, wherein the organic resin is coated after mixing and applying to the surface of the steel material.

本発明に係る表面処理鋼材は、塩化物イオン濃度の高い濃厚塩化物環境下においても優れた耐食性を示し、さらに日照や気温による冷熱サイクルの環境においても塗装剥離を著しく抑制することができる優れた長期耐久性を示す。したがって、本発明を橋梁や造船、海洋構造物に使用される鋼材に適用すると、塗装の塗り替え間隔が延長可能となり、メンテナンスコストを大幅に削減できる。   The surface-treated steel material according to the present invention exhibits excellent corrosion resistance even in a concentrated chloride environment with a high chloride ion concentration, and is excellent in being able to remarkably suppress paint peeling even in an environment of a cold cycle caused by sunlight or temperature. Shows long-term durability. Therefore, when the present invention is applied to steel materials used for bridges, shipbuilding, and offshore structures, the paint repainting interval can be extended, and maintenance costs can be greatly reduced.

SnまたはSn化合物の作用効果を模式的に説明する説明図である。左図はアノード反応(Fe溶解反応)の抑制を、そして、右図はその対反応であるカソード反応の抑制を示す。It is explanatory drawing which illustrates typically the effect of Sn or a Sn compound. The left figure shows the suppression of the anode reaction (Fe dissolution reaction), and the right figure shows the suppression of the cathode reaction which is the counter reaction.

本発明が適用される鋼材は特に制限されていないが、好ましくは構造用鋼材、特に海洋構造物や港湾施設、船舶、建築・土木構造物、自動車、鉄道などにおいての構造材料として用いられる鋼材である。鋼材の材質は、特に鋼種を限定されるものではなく、炭素鋼や低合金鋼等の合金鋼でよい。耐候性鋼やNi、Al、Sn等を含有する低合金鋼であると、長期の耐久性の観点からは有利である。   The steel material to which the present invention is applied is not particularly limited, but is preferably a structural steel material, particularly a steel material used as a structural material in marine structures, port facilities, ships, construction / civil engineering structures, automobiles, railways, and the like. is there. The material of the steel material is not particularly limited, and may be alloy steel such as carbon steel or low alloy steel. A weather resistant steel or a low alloy steel containing Ni, Al, Sn, etc. is advantageous from the viewpoint of long-term durability.

鋼材の形態も特に制限されず、板や棒、形鋼、管、鋳造品などを含む任意の形態でよく、ラインパイプや配管等で使用する鋼管の他、鋼管杭、鋼矢板、鉄筋などの種々の形状の鋼材にも適用できる。また、橋梁、陸上タンク、バラストタンクを含む各種既設の鋼材にも本発明を適用可能である。   The form of the steel material is not particularly limited, and may be any form including a plate, a rod, a shape steel, a pipe, a cast product, etc. In addition to a steel pipe used for a line pipe or a pipe, a steel pipe pile, a steel sheet pile, a reinforcing bar, etc. It can also be applied to steel materials of various shapes. The present invention can also be applied to various existing steel materials including bridges, land tanks, and ballast tanks.

本発明に従って処理される鋼材は、その外表面を予め公知のショットブラスト、グリッドブラスト、サンドブラストなどの物理的手段や、酸洗、アルカリ脱脂などの化学的手段、またはそれらの適切な組み合わせにより、表面の錆を実質的に完全に除去した、清浄な表面を有するものでもよい。この場合には、鋼材表面が処理される。新規な鋼材の場合も、処理前に予め表面を清浄化することが好ましい。   The steel material to be treated according to the present invention has an outer surface whose surface is obtained by a known physical means such as shot blasting, grid blasting or sand blasting, chemical means such as pickling or alkaline degreasing, or an appropriate combination thereof. It may have a clean surface from which rust is removed substantially completely. In this case, the steel material surface is processed. Even in the case of a new steel material, it is preferable to clean the surface in advance before the treatment.

濃厚塩化物環境では鋼材表面の一部で腐食反応とともに錆層が生成するが、錆が形成される際にSn2+、Sn4+、Ce3+、Ce4+が存在するとα−FeOOHが優先的に形成される。従来、1mdd以上の濃厚塩化物環境下ではα−FeOOHが形成されることがなかったが、Sn、Ceが存在すると、1mdd未満の塩化物環境下に限らず、1mdd以上の濃厚塩化物環境下でもα−FeOOHで構成される錆の形成が促進される。 In a concentrated chloride environment, a rust layer is formed along with a corrosion reaction on a part of the steel surface, but when Sn 2+ , Sn 4+ , Ce 3+ , and Ce 4+ are present when rust is formed, α-FeOOH is preferentially formed. Is done. Conventionally, α-FeOOH was not formed in a concentrated chloride environment of 1 mdd or more. However, when Sn and Ce are present, not only in a chloride environment of less than 1 mdd but also in a concentrated chloride environment of 1 mdd or more. However, the formation of rust composed of α-FeOOH is promoted.

具体的には、Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンの1種または2種以上を含有する酸性水溶液を鋼材表面に塗布することにより、鋼材表面の全面に上述のα−FeOOHを含む錆層を全面に形成することができる。酸性水溶液のpHの上限は、3.0が好ましく、2.5がより好ましい。酸性水溶液のpHの下限は、0が好ましく、0.5がより好ましい。環境にもよるが、これらの水溶液を鋼材表面に塗布し1日以上放置すれば、α−FeOOHが全面に形成される。α−FeOOHの形成を一層促進したい場合には、45℃以上80℃以下に加熱などすればよい。ただし、80℃を超えて長時間加熱されると結晶構造が変態し、Feが混入する場合がある。
特に、Sn2+イオンを含有する酸性水溶液を用いた場合には、表1に示したようにβ−FeOOHが形成されず、α−FeOOHを豊富に含む錆層を全面に形成することができる。よって、Sn2+イオンを含有する酸性水溶液を用いることが好ましい。
Specifically, by applying an acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions to the surface of the steel material, the above α− A rust layer containing FeOOH can be formed on the entire surface. The upper limit of the pH of the acidic aqueous solution is preferably 3.0, and more preferably 2.5. The lower limit of the pH of the acidic aqueous solution is preferably 0, and more preferably 0.5. Although depending on the environment, α-FeOOH is formed on the entire surface when these aqueous solutions are applied to the surface of the steel material and allowed to stand for 1 day or longer. In order to further promote the formation of α-FeOOH, heating to 45 ° C. or higher and 80 ° C. or lower may be performed. However, when heated above 80 ° C. for a long time, the crystal structure may be transformed and Fe 2 O 3 may be mixed.
In particular, when an acidic aqueous solution containing Sn 2+ ions is used, β-FeOOH is not formed as shown in Table 1, and a rust layer rich in α-FeOOH can be formed on the entire surface. Therefore, it is preferable to use an acidic aqueous solution containing Sn 2+ ions.

Sn2+を含む水溶液を塗布する場合、鋼材表面に供給したSnイオンは水の蒸発により2価のSn化合物のまま鋼材表面に付着すると考えられるが、一部は、酸性水溶液が引き起こす腐食(Feの溶出)に伴ってSnに還元され金属Snとして存在しうる。また、Sn4+を含む水溶液を塗布する場合、Sn2+に還元され、さらに金属Snに還元されるので、Snは4価のSn化合物、2価のSn化合物または金属Snとして存在しうる。 When an aqueous solution containing Sn 2+ is applied, it is considered that Sn ions supplied to the steel material surface adhere to the steel material surface as a divalent Sn compound by evaporation of water, but some of the corrosion (Fe Elution) and reduced to Sn, and may exist as metal Sn. When an aqueous solution containing Sn 4+ is applied, it is reduced to Sn 2+ and further reduced to metal Sn, so that Sn can exist as a tetravalent Sn compound, a divalent Sn compound, or metal Sn.

その錆層にSn、2価のSn化合物または4価のSn化合物が存在すると、水分が鋼表面に到達した時に、イオン化するか、または水に溶解することによって、Sn2+イオンまたはSn4+イオンが生成する。この場合、生成したSn2+とその空気酸化物であるSn4+は鋼材の腐食している部分表面に優先的にSnとして析出し、析出したSn上における水素イオンの還元反応(カソード反応)が著しく抑制され、腐食が抑制される。 When Sn, a divalent Sn compound or a tetravalent Sn compound is present in the rust layer, when water reaches the steel surface, it is ionized or dissolved in water, so that Sn 2+ ions or Sn 4+ ions are formed. Generate. In this case, the produced Sn 2+ and its air oxide Sn 4+ are preferentially deposited as Sn on the corroded surface of the steel material, and the reduction reaction (cathode reaction) of hydrogen ions on the deposited Sn is remarkable. It is suppressed and corrosion is suppressed.

このようにSnイオンがFe表面の吸着反応中間体の生成を抑制して、Feの溶解を抑制するとともに、SnとSnイオンは溶解と析出を繰り返して腐食抑制効果を半永久的に発揮する。   In this way, Sn ions suppress the formation of adsorption reaction intermediates on the Fe surface, thereby suppressing the dissolution of Fe, and Sn and Sn ions repeatedly dissolve and precipitate to exert a corrosion inhibiting effect semipermanently.

以上に説明したとおり、Snイオンを用いると、腐食抑制作用を有効に機能させることができ、一方で酸により鋼材表面をエッチングさせ保護性錆層を形成することができる。pH3以下というような低pH環境で溶出したFe2+が直ちに空気酸化されてFe3+となり、加水分解反応の進行に伴ってSnイオンを含有するα−FeOOHが生成する。Sn2+およびSn4+は、錆層を強酸で溶解して誘導分光プラズマ法で調べたところ、錆層に取り込まれていることが判明した。どのような状態で取り込まれているかは不明であるが、α−FeOOHがSn等を吸着している状態、あるいはα−FeOOHのFeがSnに置換された状態で、錆層に含有されていると推測される。
一方、Ce3+イオンについては詳細な調査は行っていないが、Ceの塩化物を用いた場合もSnと同様にα−FeOOHが生成したことからSn2+イオンと同様な作用があると推測される。
As described above, when Sn ions are used, the corrosion-inhibiting action can be effectively functioned, and on the other hand, the steel surface can be etched with an acid to form a protective rust layer. Fe 2+ eluted in a low pH environment such as pH 3 or less is immediately oxidized into air to form Fe 3+ , and α-FeOOH containing Sn ions is generated as the hydrolysis reaction proceeds. It was found that Sn 2+ and Sn 4+ were incorporated into the rust layer when the rust layer was dissolved with a strong acid and examined by an induction spectroscopic plasma method. Although it is unclear in what state it is taken in, it is contained in the rust layer in a state where α-FeOOH adsorbs Sn or the like, or in a state where Fe of α-FeOOH is replaced with Sn It is guessed.
On the other hand, Ce 3+ ions have not been investigated in detail, but when Ce chloride is used, α-FeOOH is produced in the same manner as Sn, and it is assumed that the same effects as Sn 2+ ions are obtained. .

鋼材表面の凹部ではSnイオンが堆積しやすく、上述のSnイオンによる腐食抑制作用と保護性錆層の形成促進作用に大きく寄与する。一方、鋼材表面の凸部ではSnイオンの堆積は少ないことに加え、有機樹脂被覆をした場合、凸部での有機樹脂被覆の膜厚は薄くなるので、凸部を起点とした腐食が進行しやすい。   Sn ions are likely to be deposited in the recesses on the surface of the steel material, which greatly contributes to the above-described corrosion-inhibiting action by Sn ions and the promoting action of forming a protective rust layer. On the other hand, in the convex part on the surface of the steel material, the deposition of Sn ions is small, and when the organic resin coating is applied, the film thickness of the organic resin coating on the convex part becomes thin, so that corrosion starts from the convex part. Cheap.

また、有機樹脂を被覆した場合の鋼材表面と樹脂膜の密着性は、冷熱サイクル環境における樹脂鋼板の耐久性に強く関連する。例えば、冷熱サイクル環境における塗装剥離は、急激な温度変化による鋼材と樹脂との熱膨張係数の違いにより鋼材表面と樹脂との界面において凝集破壊が発生することが原因である。一般に鋼材表面の粗度が高くなれば、鋼材表面の凹凸により有機樹脂のアンカー作用が発揮される。   In addition, the adhesion between the steel material surface and the resin film when the organic resin is coated is strongly related to the durability of the resin steel sheet in a cold cycle environment. For example, paint peeling in a cold cycle environment is caused by cohesive failure occurring at the interface between the steel surface and the resin due to a difference in thermal expansion coefficient between the steel material and the resin due to a rapid temperature change. In general, when the roughness of the steel material surface becomes high, the anchoring action of the organic resin is exhibited by the unevenness of the steel material surface.

このように、表面処理をする前の鋼材の表面粗さRzjisは表面処理鋼材の特性に大きく影響する。鋼材の表面粗さRzjisを30〜100μmとするのが好ましい。表面粗さRzjisは前述のショットブラストなどにより調整すればよい。   Thus, the surface roughness Rzjis of the steel material before the surface treatment greatly affects the characteristics of the surface-treated steel material. The surface roughness Rzjis of the steel material is preferably 30 to 100 μm. The surface roughness Rzjis may be adjusted by the above-described shot blasting.

水溶液塗布処理を行い形成したα−FeOOHを含有する錆層の上にはさらに有機樹脂被覆を施してもよい。錆層の上にさらに有機樹脂が被覆されていれば、物理的に鋼材を外部腐食環境から遮断し、耐食性を向上させる効果も期待できる。この場合、樹脂被覆下にSnまたはCeが存在することになる。これらがSn化合物またはCe化合物で存在すれば、鋼材表面と樹脂膜との間で強固なアンカー作用を発揮する。一方、有機樹脂が損傷して水分が樹脂被覆を含浸して鋼表面に到達すると、錆層にSnがイオンとして溶出しSn2+またはSn4+が生成する。鋼材表面と樹脂界面での腐食反応は、上述のSnイオンによる作用によって抑制される。 An organic resin coating may be further applied on the rust layer containing α-FeOOH formed by the aqueous solution coating treatment. If an organic resin is further coated on the rust layer, the effect of improving the corrosion resistance by physically shielding the steel material from the external corrosion environment can be expected. In this case, Sn or Ce is present under the resin coating. If these are Sn compounds or Ce compounds, a strong anchoring action is exhibited between the steel material surface and the resin film. On the other hand, when the organic resin is damaged and moisture impregnates the resin coating and reaches the steel surface, Sn elutes as ions in the rust layer and Sn 2+ or Sn 4+ is generated. The corrosion reaction at the steel material surface and the resin interface is suppressed by the action of the Sn ions described above.

有機樹脂は乾燥膜厚で20μm以上あれば、鋼材表面を完全に覆うことができるので、外部腐食環境から十分な遮断効果を発揮する。この樹脂被覆は、一般的には塗装で形成されるが、予め形成された有機樹脂フィルム(例えば、ポリエチレンもしくはポリウレタンフィルム)を貼付する樹脂被覆ライニングにより行うこともできる。樹脂被覆の乾燥膜厚の上限は特に無いが、経済性の観点から、一般塗料の場合には2000μm以下、樹脂被覆ライニングの場合には5000μm以下とすることが好ましい。樹脂被覆の厚みは、鋼材の周囲環境の腐食性の強さに応じて選択すればよい。本発明は、腐食性があまり強くない場所に設置されている鋼材にも適用できるが、その場合は、樹脂被覆の厚みは20〜50μmで十分である。一方、海上または海浜地域や大量の融雪塩が撒かれる地域のように腐食性の強い環境に対しては、樹脂被覆の厚みを100μm以上とすることが、防食の観点からは好ましい。   If the organic resin has a dry film thickness of 20 μm or more, the steel material surface can be completely covered, so that a sufficient shielding effect from the external corrosive environment is exhibited. This resin coating is generally formed by painting, but can also be performed by resin coating lining to which a pre-formed organic resin film (for example, polyethylene or polyurethane film) is attached. The upper limit of the dry film thickness of the resin coating is not particularly limited, but from the viewpoint of economy, it is preferably 2000 μm or less in the case of a general paint and 5000 μm or less in the case of a resin coating lining. The thickness of the resin coating may be selected according to the corrosive strength of the surrounding environment of the steel material. The present invention can be applied to a steel material installed in a place where the corrosiveness is not so strong. In that case, a thickness of 20 to 50 μm is sufficient for the resin coating. On the other hand, from the viewpoint of corrosion protection, it is preferable that the thickness of the resin coating is 100 μm or more for an environment having a strong corrosive property such as a sea or beach area or a region where a large amount of snow melting salt is poured.

被覆する樹脂種は特に制限されず、防食用樹脂被覆に適したものを使用すればよい。例えば、塗料の場合、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、フタル酸樹脂、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が使用できる。塗料には、ベンガラ、二酸化チタン、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、α−FeOOH、酸化鉄等の着色顔料;ならびにタルク、シリカ、マイカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の体質顔料をそれぞれ1種または2種以上添加することができる。防錆顔料として、酸化クロム、クロム酸亜鉛、クロム酸鉛、塩基性硫酸鉛等を含有させることを排除するものではない。ただし、環境の負荷を考えれば、その添加量は、塗料中の全固形分に基づいて好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下とする。その他、チキソ剤、分散剤、酸化防止剤等、慣用されている添加剤を塗料に加えてもよい。   The resin species to be coated is not particularly limited, and a resin suitable for the anticorrosion resin coating may be used. For example, in the case of paint, epoxy resin, urethane resin, vinyl resin, polyester resin, acrylic resin, alkyd resin, phthalic acid resin, butyral resin, melamine resin, phenol resin and the like can be used. For paint, color pigments such as bengara, titanium dioxide, carbon black, phthalocyanine blue, α-FeOOH, iron oxide, etc .; and one or more extender pigments such as talc, silica, mica, barium sulfate, calcium carbonate, etc. Can be added. It does not exclude inclusion of chromium oxide, zinc chromate, lead chromate, basic lead sulfate or the like as the anticorrosive pigment. However, considering the environmental load, the amount added is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, based on the total solid content in the paint. In addition, conventional additives such as thixotropic agents, dispersants, antioxidants, etc. may be added to the paint.

塗料による樹脂被覆は、必要であれば使用時に塗装作業に適した粘度になるように有機溶剤で希釈して濃度を調整した塗料を用いて、常法に従って、エアスプレー、エアレススプレー、刷毛塗り等の方法で行うことができる。工場で塗装する場合には、ロールコート、浸漬等の他の方法により実施してもよい。塗装後、必要に応じて加熱して塗膜を乾燥させるか、場合によって焼付けを行う。塗装は、2回以上行うことができる。   For resin coating with paint, if necessary, use a paint whose concentration is adjusted by diluting with an organic solvent so that it has a viscosity suitable for the painting work. If necessary, air spray, airless spray, brush painting, etc. It can be done by the method. When painting in a factory, it may be carried out by other methods such as roll coating and dipping. After coating, the coated film is dried by heating as necessary, or baked in some cases. Painting can be performed more than once.

樹脂被覆ライニングの場合も、公知の方法により行うことができる。樹脂被覆ライニングは、錆層のない鋼材表面に適用することが好ましく、また、既設構造物の場合であっても、工場内で実施することが好ましい。したがって、既設の橋梁などには塗装の方が適している。   Also in the case of resin-coated lining, it can be performed by a known method. The resin-coated lining is preferably applied to the surface of a steel material without a rust layer, and is preferably implemented in a factory even in the case of an existing structure. Therefore, painting is more suitable for existing bridges.

以上は、Snイオンを含む酸性水溶液を塗布してα−FeOOHを形成した表面処理鋼材について述べたが、有機樹脂にSnおよび/またはCeとともにα−FeOOHを含有させて有機樹脂層を形成してもよい。有機樹脂層により鋼材が外部腐食環境から遮断されるとともに、有機樹脂層に含有されるα−FeOOHは大気腐食環境中で安定であるので、腐食が進行することはない。また、有機樹脂層を含浸してくる水分により、有機樹脂層に含有されるSn、Ceの作用により鋼材表面に保護性錆α−FeOOHが形成されれば、より高い耐食性を有する表面処理鋼材を得ることができる。この場合、有機樹脂が存在するために水溶液塗布処理によりα−FeOOHを形成するのに時間がかかるが、水溶液塗布処理に比べて簡便に耐食性の高い表面処理鋼材を形成できるので、施工上利点がある。この場合も、形態は不明であるが、鋼材表面上でSn2+、Sn4+、Ce3+イオンまたはCe4+イオンが錆層に取り込まれると考えられる。これにより、有機樹脂膜と鋼材界面にはSn、Ceを含有したα−FeOOHで構成される錆層が形成され、その上にSn、Ceを含有する有機樹脂被が被覆された表面処理鋼材となる。 The above has described the surface-treated steel material formed by applying an acidic aqueous solution containing Sn ions to form α-FeOOH. However, an organic resin layer is formed by adding α-FeOOH together with Sn and / or Ce to an organic resin. Also good. The steel material is shielded from the external corrosive environment by the organic resin layer, and α-FeOOH contained in the organic resin layer is stable in the atmospheric corrosive environment, so that the corrosion does not proceed. Moreover, if protective rust α-FeOOH is formed on the surface of the steel material by the action of Sn and Ce contained in the organic resin layer due to moisture impregnating the organic resin layer, a surface-treated steel material having higher corrosion resistance can be obtained. Can be obtained. In this case, it takes time to form α-FeOOH by the aqueous solution coating treatment due to the presence of the organic resin, but it is easy to form a surface-treated steel material with high corrosion resistance compared to the aqueous solution coating treatment, so there is an advantage in construction. is there. In this case as well, although the form is unknown, it is considered that Sn 2+ , Sn 4+ , Ce 3+ ions or Ce 4+ ions are taken into the rust layer on the steel material surface. As a result, a rust layer composed of α-FeOOH containing Sn and Ce is formed at the interface between the organic resin film and the steel material, and the surface-treated steel material coated with the organic resin coating containing Sn and Ce Become.

SnまたはCeを含有する有機樹脂層の上に、さらに上塗りとして有機樹脂が被覆されていてもよい。上塗りの被覆が施されることで、物理的に水や塩化物等の腐食因子を遮断できる。被覆膜厚が大きくなるにつれて、SnまたはCeを含有する有機樹脂層と鋼材の界面における保護性錆層の形成速度が遅くなると予想される。しかし、溶出Snイオン、Ceイオンを含有するとその有機樹脂層の酸性度が僅かであるが高くなり、鋼材表面をエッチングするため保護性錆形成の起点を付与し、水分がSnまたはCeを含有する有機樹脂層を含浸してきた際に直ちに保護性錆を形成する。仮に、SnまたはCeを含有する有機樹脂層に劣化やキズが生じた場合でも、SnまたはCeが存在するので、その劣化部やキズ部へSnイオンまたはCeイオンが供給されて、SnまたはCeによって腐食抑制と保護性錆形成がなされるので、SnまたはCeを含有する有機樹脂層下での腐食の進展を抑制できる。   An organic resin may be further coated as an overcoat on the organic resin layer containing Sn or Ce. By applying the top coating, it is possible to physically block corrosion factors such as water and chloride. As the coating thickness increases, the formation rate of the protective rust layer at the interface between the organic resin layer containing Sn or Ce and the steel material is expected to decrease. However, when the eluted Sn ions and Ce ions are contained, the acidity of the organic resin layer is slightly increased, but the steel material surface is etched to provide a starting point for forming protective rust, and the moisture contains Sn or Ce. When the organic resin layer has been impregnated, protective rust is immediately formed. Even if the organic resin layer containing Sn or Ce is deteriorated or scratched, Sn or Ce is present, so Sn ions or Ce ions are supplied to the deteriorated portion or scratched portion, and Sn or Ce Since corrosion inhibition and protective rust formation are performed, the progress of corrosion under the organic resin layer containing Sn or Ce can be suppressed.

また、SnまたはCeを含有する有機樹脂層中の溶出Snイオン、Ceイオンが鋼材表面をエッチングするため、その有機樹脂層と鋼材界面にSnまたはCeの化合物が形成され、より強固なアンカー作用を発揮することで、冷熱サイクル環境においても有機樹脂層の剥離現象を抑制することができる。   In addition, since the eluted Sn ions and Ce ions in the organic resin layer containing Sn or Ce etch the steel material surface, a Sn or Ce compound is formed at the interface between the organic resin layer and the steel material, thereby providing a stronger anchoring action. By exhibiting, the peeling phenomenon of the organic resin layer can be suppressed even in a cold cycle environment.

本発明の鋼材表面に塗付するために使用する、Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオン、およびCe4+イオンの1種または2種以上を含有する酸性水溶液は、以下のように調製することができる。 An acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions, and Ce 4+ ions, which is used for applying to the steel material surface of the present invention, is prepared as follows. be able to.

Sn2+は、硫酸スズ(II)もしくは塩化スズ(II)を水に溶解させるか、または酸化スズ(II)を酸水溶液に溶解させることにより調製することができる。Sn2+を含有する酸性水溶液は、空気酸化されてSn4+を含有する場合があり、Sn4+に空気酸化されると、水酸化スズ[Sn(OH)]の白色沈殿が生じる場合がある。この場合、溶液中に金属Snを共存させると、この沈殿生成を抑制することができる。 Sn 2+ can be prepared by dissolving tin (II) sulfate or tin (II) chloride in water or by dissolving tin (II) oxide in an aqueous acid solution. An acidic aqueous solution containing Sn 2+ may be oxidized by air to contain Sn 4+, and when oxidized to Sn 4+ , white precipitation of tin hydroxide [Sn (OH) 4 ] may occur. In this case, when the metal Sn is allowed to coexist in the solution, this precipitation can be suppressed.

Sn4+は、塩化スズ(IV)を水に溶解させるか、酸化スズ(IV)を酸水溶液に溶解させることにより調整することができる。Sn4+のみを含有する水溶液は、pHが低いほど安定であり、水酸化スズの沈殿が生じる場合は、塩酸の酸で水溶液のpHを下げることで沈殿を溶解することが出来る。 Sn 4+ can be adjusted by dissolving tin (IV) chloride in water or by dissolving tin (IV) oxide in an aqueous acid solution. The aqueous solution containing only Sn 4+ is more stable as the pH is lower, and when precipitation of tin hydroxide occurs, the precipitation can be dissolved by lowering the pH of the aqueous solution with hydrochloric acid.

Sn2+とSn4+を混合した酸性水溶液の場合、Sn4+をSn2+の等量以下にすると、Sn2+⇔Sn4+の平衡が保たれ、Sn2+の空気酸化による水酸化スズの沈殿生成を抑制して均一な水溶液となり、効果を発揮する。 In the case of an acidic aqueous solution in which Sn 2+ and Sn 4+ are mixed, if Sn 4+ is made equal to or less than Sn 2+ , the equilibrium of Sn 2+ ⇔Sn 4+ is maintained, and precipitation of tin hydroxide is caused by air oxidation of Sn 2+. Suppresses and becomes a uniform aqueous solution, which is effective.

Ce3+は、塩化セリウム(III)、酸化セリウム(III)、弗化セリウム(III)、硫酸セリウム(III)、硝酸セリウム(III)、硝酸セリウム(III)アンモニウム、炭酸セリウム(III)、臭化セリウム(III)、シュウ酸セリウム(III)および酢酸セリウム(III)を水に溶解させることにより調整することができる。Ce3+を含有する酸性水溶液は、空気酸化されてCe4+を含有する場合があるが、溶液中に金属CeもしくはFe、Alを共存させることでCe4+の生成を抑制できる。 Ce 3+ is cerium (III) chloride, cerium (III) oxide, cerium fluoride (III), cerium (III) sulfate, cerium (III) nitrate, cerium (III) ammonium nitrate, cerium (III) carbonate, bromide It can be adjusted by dissolving cerium (III), cerium (III) oxalate and cerium (III) acetate in water. An acidic aqueous solution containing Ce 3+ may be oxidized in air and contain Ce 4+ , but the formation of Ce 4+ can be suppressed by allowing the metal Ce, Fe, or Al to coexist in the solution.

Ce4+は、酸化セリウム(IV)、硫酸セリウム(IV)、硝酸セリウム(IV)、硝酸セリウム(IV)アンモニウム、炭酸セリウム(IV)および水酸化セリウム(IV)を水に溶解させることにより調整することができる。 Ce 4+ is prepared by dissolving cerium (IV) oxide, cerium (IV) sulfate, cerium (IV) nitrate, cerium (IV) ammonium nitrate, cerium (IV) carbonate and cerium (IV) hydroxide in water. be able to.

酸性水溶液のpHは3.0以下で調整することが好ましい。pHが3.0を超えるとSnイオンは沈澱し、有効に機能しにくくなる。pHは必要に応じて、酸または塩基の添加により調整できる。pHの下限は0が好ましく、0.5がより好ましい。   The pH of the acidic aqueous solution is preferably adjusted to 3.0 or less. If the pH exceeds 3.0, Sn ions will precipitate, making it difficult to function effectively. The pH can be adjusted by adding an acid or a base as necessary. The lower limit of the pH is preferably 0, more preferably 0.5.

この酸性水溶液は、バインダーとして機能するような多量の有機樹脂を含有することはできないが、水溶液をエマルジョン状態にするための少量の有機樹脂(例、液中の全固形分の10%以下)の含有は許容される。但し、実質的に有機樹脂を含有していない(有機樹脂の含有量が液中の全固形分の1質量%以下である)ことが好ましい。塗布する水溶液は、顔料または染料を添加して着色することもできる。この場合、該水溶液の塗布部分を見わけやすくなり、特に既設構造物に塗布する場合に便利である。また、塗布後の乾燥を促進するため、Sn2+の安定性を阻害しないアルコール等の揮発性有機溶剤を溶媒の一部として添加することもできる。その他、本発明の作用効果に実質的な悪影響を及ぼさない限り、塗布する水溶液中に他の添加成分を含有させることができる。 This acidic aqueous solution cannot contain a large amount of organic resin that functions as a binder, but a small amount of organic resin (eg, 10% or less of the total solid content in the liquid) for making the aqueous solution into an emulsion state. Inclusion is allowed. However, it is preferable that the organic resin is not substantially contained (the content of the organic resin is 1% by mass or less of the total solid content in the liquid). The aqueous solution to be applied can be colored by adding a pigment or a dye. In this case, it becomes easy to distinguish the application portion of the aqueous solution, which is particularly convenient when applying to an existing structure. Moreover, in order to accelerate | stimulate the drying after application | coating, volatile organic solvents, such as alcohol which does not inhibit stability of Sn2 + , can also be added as a part of solvent. In addition, other additive components can be contained in the aqueous solution to be applied as long as the effects of the present invention are not substantially adversely affected.

上記酸性水溶液の塗布方法は、必要な付着量が得られる限り、特に制限されることはない。例えば、はけ塗り、しごき塗り、エアによる吹き付けなどが可能である。塗布水溶液が通常の塗料より低粘度であるため、塗布する鋼材表面または錆面は、表面粗さRzjisが30〜100μmと比較的粗面にしておくことが好ましい。   The application method of the acidic aqueous solution is not particularly limited as long as a necessary adhesion amount is obtained. For example, brushing, ironing, and air spraying are possible. Since the coating aqueous solution has a viscosity lower than that of a normal paint, it is preferable that the surface of the steel material or the rust surface to be applied has a relatively rough surface with a surface roughness Rzjis of 30 to 100 μm.

表面粗さRzjisが30〜100μmであると、凹凸のトップ/ボトム部での付着量差は大きくなく、適切な塗布均一性が保持でき、かつ塗布する水溶液の液ダレを容易に防止することができるので、樹脂被覆鋼材の製造効率を増すことができる点からも有利である。したがって、特に錆層が形成されていない場合、鋼材表面を上記の表面粗さRzjisとすることが好ましい。表面粗さRzjisは40〜90μmであることがより好ましい。鋼材の表面粗さRzjisは、例えば、ショットブラストにおいて使用する鋼球の粒径を変化させることにより調整することができる。錆層が生成しても、表面粗さRzjisは元の粗さが基本的には反映される。   When the surface roughness Rzjis is 30 to 100 μm, the difference in the amount of adhesion between the top / bottom portions of the unevenness is not large, appropriate coating uniformity can be maintained, and dripping of the applied aqueous solution can be easily prevented. This is advantageous because the production efficiency of the resin-coated steel material can be increased. Therefore, when the rust layer is not particularly formed, it is preferable that the steel material surface has the surface roughness Rzjis. The surface roughness Rzjis is more preferably 40 to 90 μm. The surface roughness Rzjis of the steel material can be adjusted, for example, by changing the particle diameter of a steel ball used in shot blasting. Even if a rust layer is generated, the original roughness is basically reflected in the surface roughness Rzjis.

また、本発明を実施するために使用する、Snおよび/またはCeとともにα−FeOOHを含有する有機樹脂層は以下のように調整することができる。Sn2+は硫酸スズ(II)、塩化スズ(II)または酸化スズ(II)から調達することができる。一般に塩化スズは反応性が高く、また含有させる有機樹脂成分と反応する可能性が考慮されるため、このましくは硫酸スズ(II)から調達するのがよい。Sn4+は塩化スズ(IV)または酸化スズ(IV)から調達することができる。Ce3+は塩化セリウム(III)から調達することができる。またCe4+イオンは硝酸セリウム(IV)もしくは硫酸セリウム(IV)から調達することができる。 Moreover, the organic resin layer containing (alpha) -FeOOH with Sn and / or Ce used in order to implement this invention can be adjusted as follows. Sn 2+ can be procured from tin (II) sulfate, tin (II) chloride or tin (II) oxide. In general, tin chloride is highly reactive and the possibility of reacting with the organic resin component to be contained is considered. Sn 4+ can be procured from tin (IV) chloride or tin (IV) oxide. Ce 3+ can be procured from cerium (III) chloride. Ce 4+ ions can be procured from cerium (IV) nitrate or cerium (IV) sulfate.

これらの水溶液に塩化鉄水溶液を混合し、加水分解反応を加熱により促進すると、α−FeOOHからなる錆が形成される。この錆には、Snおよび/またはCeが含有されており、錆は水溶液中から濾過することにより取り出すことができる。取り出した錆は有機樹脂と混合し、塗料とする。   When these aqueous solutions are mixed with an aqueous iron chloride solution and the hydrolysis reaction is accelerated by heating, rust composed of α-FeOOH is formed. The rust contains Sn and / or Ce, and the rust can be taken out by filtering from the aqueous solution. The removed rust is mixed with an organic resin to form a paint.

塗料中の錆は有機樹脂の全重量に対して0.05〜10.0質量%分散させるのが好ましい。塗料中の錆量が10.0質量%を超える場合でも優れた効果を示すと考えられるが、有機樹脂を塗付する際の塗料中に均一に分散することが難しく、またスプレー塗装を実施する際にスプレーの先端に詰まる可能性がある。一方、塗料中の錆量が0.05%以下の場合、十分な効果が得られない。   The rust in the paint is preferably dispersed in an amount of 0.05 to 10.0% by mass with respect to the total weight of the organic resin. Even if the amount of rust in the paint exceeds 10.0% by mass, it is considered that the effect is excellent, but it is difficult to uniformly disperse in the paint when the organic resin is applied, and spray coating is performed. In some cases, the tip of the spray may become clogged. On the other hand, when the amount of rust in the paint is 0.05% or less, a sufficient effect cannot be obtained.

錆を混合する樹脂種は特に制限されず、防食用樹脂被覆として適したものでよい。たとえば、塗料の場合、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、フタル酸樹脂、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が使用できる。   The type of resin mixed with rust is not particularly limited, and may be suitable as a resin coating for anticorrosion. For example, in the case of paint, epoxy resin, urethane resin, vinyl resin, polyester resin, acrylic resin, alkyd resin, phthalic acid resin, butyral resin, melamine resin, phenol resin and the like can be used.

上記の樹脂の塗付方法は、特に制限されず、必要であれば使用時に塗装作業に適した粘度になるように有機溶剤で希釈して濃度を調整した樹脂を用いて、常法に従って、エアスプレー、エアレススプレー、刷毛塗り等の方法で行うことができる。工場で塗付する場合には、ロールコート、浸漬等の他の方法により実施してもよい。塗付後、必要に応じて加熱して塗膜を乾燥させるか、場合によって焼付けを行う。塗付は、2回以上行うことができる。   The method for applying the resin is not particularly limited. If necessary, the resin is diluted with an organic solvent so that the viscosity is suitable for the coating operation at the time of use. It can be performed by spraying, airless spraying, brushing, or the like. When applying at a factory, you may implement by other methods, such as roll coating and immersion. After coating, the coated film is dried by heating, if necessary, or baked as necessary. The application can be performed twice or more.

表2に示す3種類の化学組成を有する試験鋼材(いずれも100×60×3mm厚の板材)を使用した。ここで、試験鋼材(1)は普通鋼、試験鋼材(2)はCr−Sn複合添加耐食鋼、そして、試験鋼材(3)はSn添加耐食鋼である。これらの鋼材をショットブラストする時には、使用する鋼球の大きさを変えることによって、鋼材の表面粗さRzjisを変化させた。 Test steel materials having three types of chemical compositions shown in Table 2 (all 100 × 60 × 3 mm thick plate materials) were used. Here, the test steel (1) is plain steel, the test steel (2) is Cr-Sn composite added corrosion resistant steel, and the test steel (3) is Sn added corrosion resistant steel. When shot blasting these steel materials, the surface roughness Rzjis of the steel materials was changed by changing the size of the steel balls used.

1.表面が錆層で覆われている表面処理鋼材
表面粗さRzjisを変化させた表2に示す鋼材表面に、表面処理として、表3に示す各種のSnまたはCe含有水溶液(試験番号6を除く)を、pH2.12に調整して、SnまたはCeの含有量が金属換算で表3に示す値になるようにしごき塗りした。SnまたはCeの含有量は、水溶液濃度を変化させることによって変化させた。目安として、硫酸第一スズをSnイオン供給源として用いた場合、0.1%濃度の水溶液で6〜7mg/m程度の含有量となる。塗付後は、自然乾燥により乾燥させて、Sn含有の錆層を形成した。ここで、Snイオンの供給源として、Sn2+はSnSOもしくはSnClを用い、そして、Sn4+はSnClを用いた。Ceイオンの供給源として、CeClとCe(SOを用いた。試験番号3においては、Sn2+とSn4+の両方のSnイオンを含有させた。
1. Surface-treated steel material whose surface is covered with a rust layer Various Sn- or Ce-containing aqueous solutions shown in Table 3 (except for test number 6) are applied to the steel material surface shown in Table 2 with the surface roughness Rzjis changed. Was adjusted to pH 2.12 and ironed so that the Sn or Ce content would be the value shown in Table 3 in terms of metal. The content of Sn or Ce was changed by changing the concentration of the aqueous solution. As a guide, when stannous sulfate is used as the Sn ion source, the content is about 6 to 7 mg / m 2 in a 0.1% strength aqueous solution. After the application, it was dried by natural drying to form a Sn-containing rust layer. Here, SnSO 4 or SnCl 2 was used as Sn 2+ and SnCl 4 was used as Sn 4+ as a Sn ion supply source. CeCl 3 and Ce (SO 4 ) 2 were used as a source of Ce ions. In test number 3, both Sn 2+ and Sn 4+ Sn ions were included.

こうしてSn、Ceの無機塩を塗布した後、錆層を形成した試験鋼材を、塩化物・乾湿繰り返し試験により評価した。塩化物・乾湿繰り返し試験は、塩分付着:0.01mol/LのNaClを鋼材表面に500μmの液膜厚が形成されるように滴下し、乾燥(40℃、40%RH、4時間)と湿潤(40℃、100%RH、4時間)を1サイクルとして、1日3サイクル行い、1週間おきに塩分付着を行う試験である。試験期間3か月間の鋼材表面に付着する塩分は、2.2mddである。   After applying the inorganic salt of Sn and Ce in this manner, the test steel material on which the rust layer was formed was evaluated by a chloride / dry moisture repeated test. Chloride / wet repeat test: salt adhesion: 0.01 mol / L NaCl was dropped to form a 500 μm liquid film on the steel surface, dried (40 ° C., 40% RH, 4 hours) and wet (40 ° C., 100% RH, 4 hours) This is a test in which 3 cycles per day are carried out, and salt is deposited every other week. The salinity adhering to the steel material surface for a test period of 3 months is 2.2 mdd.

塩化物・乾湿繰り返し試験を試験期間3か月間行った後に、試験片表面に形成された錆層を除去し、次式(1)から板厚減少量として腐食量を測定した。
腐食量=(錆層除去後の試験片質量−試験前の試験片質量)/試験片表面積/鉄の密度・・・式(1)
After conducting a chloride / wet repeat test for 3 months, the rust layer formed on the surface of the test piece was removed, and the amount of corrosion was measured by the following equation (1) as the thickness reduction.
Corrosion amount = (test piece mass after rust layer removal-test piece mass before test) / test piece surface area / iron density ... Equation (1)

また、塩化物乾湿繰り返し試験後に各供試材に生成した錆層をカッターナイフにより採取した。採取した錆試料をデシケーター内で1週間以上乾燥した後、ZnO粉末(和光純薬製、粒径約5μm)を内部標準物質として、粉末X線回折法により、錆構成化合物の定量分析を行った。粉末X線回折用試料は予め採取した錆重量に対して一定重量比(本実施例では30%とした。)のZnOを混ぜ、めのう乳鉢により錆とZnOが均一に分散するように混合した。X線回折測定は理学電気(株)製RU200型を用い、Coターゲット、電圧−電流は30kV−100mAとして、走査速度2°/minで測定を行った。予め標準試薬であるα−FeOOH、γ−FeOOH(レアメタリック社製)、Fe3-δ(高純度化学製)、およびFeCl水溶液を100℃で加水分解して合成したβ−FeOOHを用いて作製した検量線を用い、得られたX線回折パターンの強度より、定量分析を行った。こうして定量された錆中のβ−FeOOHとα−FeOOHの量(質量%)を比較した。 Moreover, the rust layer produced | generated on each test material after the chloride wet and dry repetition test was extract | collected with the cutter knife. The collected rust sample was dried in a desiccator for more than one week, and then quantitative analysis of rust constituent compounds was performed by powder X-ray diffraction method using ZnO powder (made by Wako Pure Chemical, particle size of about 5 μm) as an internal standard substance. . The sample for powder X-ray diffraction was mixed with ZnO at a constant weight ratio (30% in this example) with respect to the rust weight collected in advance, and mixed with an agate mortar so that rust and ZnO were uniformly dispersed. X-ray diffraction measurement was performed using a RU200 model manufactured by Rigaku Corporation, with a Co target and a voltage-current of 30 kV-100 mA, and a scanning speed of 2 ° / min. Α-FeOOH, γ-FeOOH (manufactured by Rare Metallic), Fe 3 -δ O 4 (manufactured by High-Purity Chemical), and β-FeOOH synthesized by hydrolyzing an aqueous FeCl 3 solution at 100 ° C. A quantitative analysis was performed from the intensity of the obtained X-ray diffraction pattern using the calibration curve prepared. The amounts (mass%) of β-FeOOH and α-FeOOH in the rust thus determined were compared.

表3に、鋼材表面に水溶液処理をした供試材の結果を併せて示した。   In Table 3, the result of the test material which carried out the aqueous solution process on the steel material surface was shown collectively.

表3に示すように、本発明に従った試験番号1〜5では、Snイオン、Ceイオンの表面処理により、腐食量は少なく、すべて0.30mm以下であった。   As shown in Table 3, in test numbers 1 to 5 according to the present invention, the corrosion amount was small due to the surface treatment of Sn ions and Ce ions, and all were 0.30 mm or less.

合わせて表3に示すように、表面処理がない試験番号6においては、腐食量が0.54mmとなり、腐食が進行した。   In addition, as shown in Table 3, in test number 6 without surface treatment, the corrosion amount was 0.54 mm, and the corrosion proceeded.

また、表3に示すように、塩化物・乾湿繰り返し試験で試験材に生成した錆を上記のX線回折測定方法により定量分析し、生成したα−FeOOHとβ−FeOOHの比(以下、「α/β比」という。)を求めた。   Further, as shown in Table 3, the rust produced on the test material in the chloride / wet repeat test was quantitatively analyzed by the above X-ray diffraction measurement method, and the ratio of the produced α-FeOOH and β-FeOOH (hereinafter, “ α / β ratio ”).

試験番号1〜5では、α/β比が0.55〜1.30と比較的高く、β−FeOOHの生成が抑制され、α−FeOOHが生成されていた。   In test numbers 1 to 5, the α / β ratio was relatively high at 0.55 to 1.30, the production of β-FeOOH was suppressed, and α-FeOOH was produced.

表面処理のない試験番号6では、α/β比がそれぞれ0.35と低く、β−FeOOHが多く生成されていた。   In test number 6 without surface treatment, the α / β ratio was as low as 0.35, and a large amount of β-FeOOH was produced.

以上からSnまたはCeとともにα−FeOOHを含有する錆層で覆われた表面処理鋼材は耐食性に優れることが分かる。   From the above, it can be seen that the surface-treated steel covered with a rust layer containing α-FeOOH together with Sn or Ce is excellent in corrosion resistance.

さらに錆層が形成された上記試験番号1〜7の供試材に樹脂を塗布し、鋼材素地に達する深さで長さ1cmのキズを1本入れてから冷熱サイクル試験により評価した。冷熱サイクル試験は、高温(50℃、湿度95%RH、8時間)、低温(−30℃、8時間)を1サイクルとする試験である。なお、使用した樹脂および樹脂の乾燥膜厚は表3に示すとおりである。冷熱サイクル試験を20サイクル実施した後は、塗膜剥離腐食部分を剥離し、デジタルカメラで撮影した後、写真を二値化処理して剥離面積率を算出した。試験後の試験結果を表3に合わせて示す。   Furthermore, resin was apply | coated to the said test material of the said test numbers 1-7 in which the rust layer was formed, and it evaluated by the cooling-heat cycle test after putting 1 flaw of length 1cm by the depth which reaches a steel material base | substrate. The cold cycle test is a test in which one cycle is a high temperature (50 ° C., humidity 95% RH, 8 hours) and a low temperature (−30 ° C., 8 hours). The resin used and the dry film thickness of the resin are as shown in Table 3. After 20 cycles of the thermal cycle test, the coating peeling corrosion portion was peeled off and photographed with a digital camera, and then the photograph was binarized to calculate the peeling area ratio. Table 3 shows the test results after the test.

表3に示すように、本発明に従った試験番号1〜6の供試材では、キズ部からの剥離が抑制され、剥離面積率として18〜24%という値となった。一方、鋼材表面にイオンを塗布しなかった試験番号7の供試材では、剥離面積率が85%となり著しく剥離が進行した。   As shown in Table 3, in the test materials of test numbers 1 to 6 according to the present invention, peeling from the scratched part was suppressed, and the peel area ratio was 18 to 24%. On the other hand, in the test material of test number 7 in which ions were not applied to the steel material surface, the peel area ratio was 85%, and the peel progressed remarkably.

2.有機樹脂層を有する表面処理鋼材
表面粗さRzjisを変化させた上記の試験鋼材に、表面処理として、表4に示す各種のイオン供給源を含有する水溶液と塩化鉄水溶液を混合しイオン供給源とFeの含有量比を変化させるとともに、pHを調整して加熱することにより、人工的に錆を生成させた。生成した錆に対しては、上述の粉末X線回折法により、錆構成化合物の定量分析を行った。表4に合わせて生成した錆の種類を示す。表4に示すように試験番号18以外はいずれも安定錆であるα−FeOOHが形成された。特に塩化スズ(II)を用いて錆を生成させた場合にはβ−FeOOHの生成は見られず、α−FeOOHの生成のみが見られた。
2. Surface-treated steel material having organic resin layer The above-mentioned test steel material with varying surface roughness Rzjis was mixed with an aqueous solution containing various ion sources shown in Table 4 and an aqueous iron chloride solution as a surface treatment. While changing the content ratio of Fe and adjusting the pH and heating, rust was artificially generated. The generated rust was quantitatively analyzed for the rust constituent compounds by the above-mentioned powder X-ray diffraction method. The kind of rust produced | generated according to Table 4 is shown. As shown in Table 4, α-FeOOH, which is stable rust, was formed except for test number 18. In particular, when rust was generated using tin (II) chloride, β-FeOOH was not generated, and only α-FeOOH was generated.

生成錆はブチラール樹脂と混合し塗料を作製し、表5に示すとおり、種々の乾燥膜厚になるようにエアースプレーにて鋼材表面に全面塗付し、溶媒を蒸散させて樹脂を乾燥させて、SnまたはCeとともにα−FeOOHを含有する有機樹脂層を形成した。なお、供試材の作製にあたってはすべて試験鋼材(1)を用い、ショットブラストにおいて使用する鋼球の粒径を変化させることにより調整することにより各鋼材の表面粗さを表5に示すように変化させた。   The generated rust is mixed with butyral resin to prepare a paint, and as shown in Table 5, the entire surface of the steel material is applied by air spray so as to have various dry film thicknesses, and the solvent is evaporated to dry the resin. An organic resin layer containing α-FeOOH together with Sn or Ce was formed. As shown in Table 5, the surface roughness of each steel material is adjusted by changing the particle size of the steel ball used in shot blasting, using the test steel material (1) for the preparation of the test materials. Changed.

こうして作製した錆が混合した有機樹脂層で被覆された供試材を、鋼材素地に達する深さでクロスカットを入れてから、塩化物・乾湿繰り返し試験により評価した。塩化物・乾湿繰り返し試験は、塩分付着:0.01mol/LのNaClを鋼材表面に500μmの液膜厚が形成されるように滴下し、乾燥(40℃、40%RH、4時間)と湿潤(40℃、100%RH、4時間)を1サイクルとして、1日3サイクル行い、1週間おきに塩分付着を行う試験である。試験期間3か月間の鋼材表面に付着する塩分は、2.2mddである。   The test material coated with the organic resin layer mixed with rust thus prepared was cross-cut at a depth reaching the steel substrate, and then evaluated by a chloride / wet repeated test. Chloride / wet repeat test: salt adhesion: 0.01 mol / L NaCl was dropped to form a 500 μm liquid film on the steel surface, dried (40 ° C., 40% RH, 4 hours) and wet (40 ° C., 100% RH, 4 hours) This is a test in which 3 cycles per day are carried out, and salt is deposited every other week. The salinity adhering to the steel material surface for a test period of 3 months is 2.2 mdd.

塩化物・乾湿繰り返し試験を3か月間実施した後、試験後の塗膜剥離腐食部分を剥離し、上述したのと同様にデジタルカメラで撮影した後、写真を二値化処理して剥離面積率を算出した。試験結果を表5に合わせて示す。   After three months of repeated tests on chloride / wet and moisture, peel off the coating peeling corrosion part after the test, and after taking a picture with a digital camera in the same manner as described above, binarize the photo and peel area ratio Was calculated. The test results are shown in Table 5.

また、上記の方法で作製した樹脂被覆の供試材を、上述の冷熱サイクル試験により評価した。冷熱サイクル試験を20サイクル実施した後、塩化物・乾湿繰り返し試験と同様の剥離面積率算出法を用いた。   In addition, the resin-coated specimens produced by the above-described method were evaluated by the above-described cooling cycle test. After carrying out 20 cycles of the cooling and heating cycle test, the same method for calculating the peeled area ratio was used as in the chloride / dry cycle test.

塩化物乾湿繰り返し試験後に各供試材に生成した錆層をカッターナイフにより採取した。採取した錆試料をデシケーター内で1週間以上乾燥した後、ZnO粉末(和光純薬製、粒径約5μm)を内部標準物質として、粉末X線回折法により、錆構成化合物の定量分析を行った。粉末X線回折用試料は予め採取した錆重量に対して一定重量比(本実施例では30%とした。)のZnOを混ぜ、めのう乳鉢により錆とZnOが均一に分散するように混合した。X線回折測定は理学電気(株)製RU200型を用い、Coターゲット、電圧−電流は30kV−100mAとして、走査速度2°/minで測定を行った。予め標準試薬であるα−FeOOH、γ−FeOOH(レアメタリック社製)、Fe3-δ(高純度化学製)、およびFeCl水溶液を100℃で加水分解して合成したβ−FeOOHを用いて作製した検量線を用い、得られたX線回折パターンの強度より、定量分析を行った。こうして定量された錆中のβ−FeOOHとα−FeOOHの量(質量%)を比較した。 The rust layer produced | generated on each test material after the chloride wet and dry repetition test was extract | collected with the cutter knife. The collected rust sample was dried in a desiccator for more than one week, and then quantitative analysis of rust constituent compounds was performed by powder X-ray diffraction method using ZnO powder (made by Wako Pure Chemical, particle size of about 5 μm) as an internal standard substance. . The sample for powder X-ray diffraction was mixed with ZnO at a constant weight ratio (30% in this example) with respect to the rust weight collected in advance, and mixed with an agate mortar so that rust and ZnO were uniformly dispersed. X-ray diffraction measurement was performed using a RU200 model manufactured by Rigaku Corporation, with a Co target and a voltage-current of 30 kV-100 mA, and a scanning speed of 2 ° / min. Α-FeOOH, γ-FeOOH (manufactured by Rare Metallic), Fe 3 -δ O 4 (manufactured by High-Purity Chemical), and β-FeOOH synthesized by hydrolyzing an aqueous FeCl 3 solution at 100 ° C. A quantitative analysis was performed from the intensity of the obtained X-ray diffraction pattern using the calibration curve prepared. The amounts (mass%) of β-FeOOH and α-FeOOH in the rust thus determined were compared.

表5に示すように、本発明に従った試験番号8〜17の供試材では、塩化物・乾湿繰り返し試験ではキズ部(クロスカット部)からの剥離が抑制され、剥離面積率として25〜40%という値となり、冷熱サイクル試験ではキズ部からの剥離が抑制され、剥離面積率として15〜30%という値となった。一方、試験番号18のような塩化アンチモン(V)をイオン供給源として用いた場合には、塩化物・乾湿繰り返し試験と冷熱サイクル試験ともに著しく剥離が進行した。   As shown in Table 5, in the test materials of test numbers 8 to 17 according to the present invention, peeling from the scratched part (cross cut part) was suppressed in the chloride / wet-and-moisture repeated test, and the peeled area ratio was 25 to 25. The value was 40%, and in the thermal cycle test, peeling from the flaw portion was suppressed, and the peel area ratio was 15 to 30%. On the other hand, when antimony chloride (V) as in test number 18 was used as an ion supply source, peeling progressed remarkably in both the chloride / wet cycle test and the thermal cycle test.

また、表5に示すように、塩化物・乾湿繰り返し試験で試験材の樹脂膜キズ部に生成した錆を上記のX線回折測定方法により定量分析し、生成したα−FeOOHとβ−FeOOHの比(以下、「α/β比」という)を求めた。   Further, as shown in Table 5, the rust generated in the resin film scratch portion of the test material in the chloride / wet repeat test was quantitatively analyzed by the above X-ray diffraction measurement method, and the generated α-FeOOH and β-FeOOH The ratio (hereinafter referred to as “α / β ratio”) was determined.

試験番号11〜19ではα/β比が0.70〜0.81と比較的高く、β−FeOOHの生成が抑制され、α−FeOOHが生成されていた。塩化アンチモン(V)をイオン供給源として用いた試験番号18では、α/β比が0.25と低く、β−FeOOHが多く生成されていた。これら試験番号8〜18の供試鋼の結果を考えると、イオン供給源としてSn、Ceを使用するとα/β比が大きくなる傾向がみられ、安定錆であるα−FeOOHの生成はイオン供給源に大きく依存することがわかる。   In test numbers 11 to 19, the α / β ratio was relatively high as 0.70 to 0.81, and the production of β-FeOOH was suppressed, and α-FeOOH was produced. In test number 18 using antimony chloride (V) as an ion source, the α / β ratio was as low as 0.25, and a large amount of β-FeOOH was produced. Considering the results of the test steels of these test numbers 8 to 18, when Sn and Ce are used as the ion supply source, the α / β ratio tends to increase, and the formation of α-FeOOH which is stable rust is the ion supply. It turns out that it depends greatly on the source.

本発明に係る表面処理鋼材は、塩化物イオン濃度の高い濃厚塩化物環境下においても優れた耐食性を示し、さらに日照や気温による冷熱サイクルの環境においても塗装剥離を著しく抑制することができる優れた長期耐久性を示す。したがって、本発明を橋梁や造船、海洋構造物に使用される鋼材に適用すると、塗装の塗り替え間隔が延長可能となり、メンテナンスコストを大幅に削減できる。   The surface-treated steel material according to the present invention exhibits excellent corrosion resistance even in a concentrated chloride environment with a high chloride ion concentration, and is excellent in being able to remarkably suppress paint peeling even in an environment of a cold cycle caused by sunlight or temperature. Shows long-term durability. Therefore, when the present invention is applied to steel materials used for bridges, shipbuilding, and offshore structures, the paint repainting interval can be extended, and maintenance costs can be greatly reduced.

Claims (7)

鋼材の表面が、Snおよび/またはCeとともにα−FeOOHを含有する錆層で覆われていることを特徴とする表面処理鋼材。   A surface-treated steel material characterized in that the surface of the steel material is covered with a rust layer containing α-FeOOH together with Sn and / or Ce. 鋼材の表面が、Snおよび/またはCeとともにα−FeOOHを含有する有機樹脂層で覆われていることを特徴とする表面処理鋼材。   A surface-treated steel material in which the surface of the steel material is covered with an organic resin layer containing α-FeOOH together with Sn and / or Ce. さらに、上塗り層として乾燥膜厚20μm以上の有機樹脂が被覆されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の表面処理鋼材。   Furthermore, the surface treatment steel materials of Claim 1 or 2 by which organic resin with a dry film thickness of 20 micrometers or more is coat | covered as an overcoat layer. 鋼材の表面に、Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液を塗布することを特徴とする、請求項1に記載の表面処理鋼材の製造方法。 2. The surface according to claim 1, wherein an acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions is applied to the surface of the steel material. Manufacturing method of treated steel. Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液と塩化鉄水溶液を混合し、加熱して得られる錆を有機樹脂と混合し、鋼材の表面に塗布することを特徴とする、請求項2に記載の表面処理鋼材の製造方法。 An acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions is mixed with an aqueous iron chloride solution, and rust obtained by heating is mixed with an organic resin, The method for producing a surface-treated steel material according to claim 2, wherein the surface-treated steel material is applied to a surface of the steel material. 鋼材の表面にSn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液を塗布することによって錆層を形成した後、有機樹脂を被覆することを特徴とする、請求項3に記載の表面処理鋼材の製造方法。 After forming a rust layer by applying an acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions to the surface of the steel material, the organic resin is coated. The manufacturing method of the surface treatment steel materials of Claim 3 characterized by the above-mentioned. Sn2+イオン、Sn4+イオン、Ce3+イオンおよびCe4+イオンのうちの1種または2種以上を含有する酸性水溶液と塩化鉄水溶液を混合し、加熱して得られる錆を有機樹脂と混合し、鋼材の表面に塗布した後、有機樹脂を被覆することを特徴とする、請求項3に記載の表面処理鋼材の製造方法。 An acidic aqueous solution containing one or more of Sn 2+ ions, Sn 4+ ions, Ce 3+ ions and Ce 4+ ions is mixed with an aqueous iron chloride solution, and rust obtained by heating is mixed with an organic resin, The method for producing a surface-treated steel material according to claim 3, wherein an organic resin is coated after coating the surface of the steel material.
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