JP5510358B2 - 防食被覆鋼材の防食性判定方法および防食被覆鋼材の製造方法 - Google Patents
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このような要望に対して、例えば非特許文献1には、ポリエチレン被覆鋼材の被覆端面剥離寿命予測法が提案されている。非特許文献1に記載された技術では、同一の下地処理では、同一の剥離の活性化エネルギーΔHを有し、剥離面積Aは、次式
A={(寿命予測期間)/(T2での試験期間)}×(T2での剥離面積)×exp{(−ΔH/R)×(T2−T1)/(T2×T1)}
で表せるとしている。予め試験温度:T2で試験を行い、剥離面積を求めておけば、上記式を用いて、環境温度T1での寿命予測期間経過後の剥離面積Aが算出できるとしている。しかし、非特許文献1に記載された技術においても、予め長期間の試験を実施して、上記した式における係数を確定しておくことが必要となるという問題がある。
防食被覆層の劣化は、防食被覆層の端部あるいは鋼材のエッジ部分など防食被覆層の付着が不十分な部位や、外力を受けて防食被覆層に傷がついた部分から始まる。防食被覆層の付着が不十分な部位や防食被覆層に傷がついた部分で鋼材が露出すると、露出した部位から鋼材の腐食がはじまり、その腐食反応の影響が順次、その周囲の、防食被覆層(有機被覆層)の健全な部分にまで及ぶようになる。
すなわち、防食被覆層の劣化には、上記したカソード反応が主体で起きるため、防食被覆層を形成する基材である鋼材の腐食電位や電気防食電位が影響することになり、更に、環境中の、溶存酸素量や、1価の陽イオン濃度の影響を受ける。
Y=|E|C0.15DC/L
で定義されるY値と、相関関係があることを見出した。このY値が、大きくなるとともに、使用環境下で使用後の被覆層の剥離距離が大きくなる。すなわち、このY値の大小により、防食被覆層の耐久性を短時間で、相対的に、判定できる。このY値が所定値以下であれば、使用環境下で所定の長期間の耐久性を有することになる。
炭素鋼材(SS400鋼板)から試験材を採取し、該試験材の表面に、スチールボールを投射し、表面の酸化層、汚染層を除去し、さらに研磨を施す表面清浄化処理を行った。ついで、さらに試験材の一面に、ポリエチレン樹脂ライニング、ポリウレタン樹脂塗装等の各種防食被覆を施し、膜厚Lを種々変化させた防食被覆層を形成して、腐食試験片とした。なお、防食被覆層が形成された面以外の、腐食試験片面は、エポキシ系塗料を塗布し、その上からシリコン系シール材で被覆した。
これら腐食試験片を、Naイオン(1価の陽イオン)濃度C、相対的溶存酸素濃度DC、炭素鋼材の防食電位Eを種々変化させた水溶液中で30日間保持する試験を実施した。試験後、人工欠陥部(端部)からの被覆層の膜剥離距離を測定した。得られた結果を図1に示す。
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)基材である鋼材表面に有機被覆を施して防食被覆層を形成してなる防食被覆鋼材の電気防食下および非電気防食下における防食性の判定方法であって、基材である鋼材の腐食電位Eまたは電気防食電位Eと、鋼材が使用される環境中に含まれる、1価の陽イオンの濃度C、相対的溶存酸素濃度DCおよび有機被覆層の厚さLの関係式として、次(1)式
Y=|E|C0.15DC/L ‥‥(1)
(ここで、E:基材である鋼材の腐食電位(V vs SCE)、なお、電気防食を施す場合には、電気防食電位(V vs SCE)、C:鋼材が使用される環境中の1価の陽イオン濃度(mol/l)、DC:飽和溶存酸素濃度に対する、鋼材が使用される環境中の相対的溶存酸素濃度の割合、L:防食被覆層の厚さ(mm))
で定義されるY値を用いて、防食被覆鋼材の防食性を判定することを特徴とする防食被覆鋼材における防食性の判定方法。
(2)電気防食下および非電気防食下で使用される防食被覆鋼材の製造方法であって、基材である鋼材表面に有機被覆を施して防食被覆層を形成してなる防食被覆鋼材を製造するにあたり、(1)に記載の防食性の判定方法を用いて、前記防食被覆鋼材が使用される環境に応じて、次(1)式
Y=|E|C0.15DC/L ‥‥(1)
(ここで、E:基材である鋼材の腐食電位(V vs SCE)、なお、電気防食を施す場合には、電気防食電位(V vs SCE)、C:鋼材が使用される環境中の1価の陽イオン濃度(mol/l)、DC:相対溶存酸素濃度(飽和溶存酸素濃度に対する、鋼材が使用される環境中の溶存酸素濃度の割合)、L:防食被覆層の厚さ(mm))
で定義されるY値が1.0以下となるように、鋼材の腐食電位Eまたは電気防食電位E、防食被覆層の厚さLを調整して、防食被覆層を形成することを特徴とする防食被覆鋼材の製造方法。
Y=|E|C0.15DC/L ‥‥(1)
で定義されるY値を利用する。
また、Cは、鋼材の使用環境中に含まれる1価の陽イオン濃度(mol/l)である。防食被覆層の劣化を考える場合には、Naイオン、Kイオン等の一価の陽イオン濃度のみを考えればよく、Caイオン等の2価イオンを考慮する必要はない。というのは、防食被覆鋼材の防食被覆層の劣化の原因となる、カソード反応は、防食被覆層下で生じる反応であり、その反応場所へのイオンの侵入は、イオン水和半径に依存し、2価以上のイオンではほとんど侵入できない。このため、防食被覆層の劣化への2価イオンの影響は小さいと考えた。なお、1価のイオン濃度は、環境、すなわち、汽水域、海水域、淡水域などの腐食環境から採取した溶液、あるいは環境が土壌中であれば採取した土壌を、分析することにより測定できる。分析方法としては、イオンクロマトグラフィー、湿式の溶液分析、原子吸光分析等が例示できる。
本発明では、対象とする防食被覆鋼材について、基材である鋼材の腐食電位Eあるいは電気防食電位E、および防食被覆層の厚さL、さらに、当該鋼材が使用を予定している環境中の、1価の陽イオン濃度Cを測定し、さらに溶存酸素濃度を測定し、相対的溶存酸素濃度DCを求める。そして、それらの値を利用して、上記した(1)式で定義されるY値を算出する。算出された、当該防食被覆鋼材についてのY値が、例えば使用実績のある防食被覆鋼材について使用環境を含めて算出したY値と比較し、大きければ、使用実績のある防食被覆鋼材より耐久性が優れることになる。
また、本発明の防食性の判定方法を利用して、使用環境下で、(1)式で定義されるY値が所定値以下となるように、基材である鋼材、電気防食の使用の有無を含めて防食被覆層の構成、防食被覆層厚さ等、防食被覆方法を選択、設計することにより、所望の長期間の耐久性を有する防食被覆鋼材を製造することが可能となる。
上記した防食性の判定方法を利用して、防食被覆鋼材が使用される環境に応じて、鋼材を選定し該鋼材表面に防食被覆層を形成する。具体的には、使用環境を考慮して(1)式で定義されるY値を算出し、該算出されたY値が、予め定めた所定値(1.0)以下となるように、基材となる鋼材の腐食電位を電気防食処理を含めて選定し、さらに該鋼材表面に、所望の厚さLの防食被覆層を形成する。なお、図1に示すように、設計指針となるY値が概ね1.0では、防食被覆層の剥離距離は5.0mm前後の値となる。なお、この試験は、温度を上げた促進試験であり、実環境に対する促進倍率は、概ね10〜12倍程度であることがわかっている。そのため、図1に示された剥離距離は実環境では、年間(300〜360日)の剥離距離に概ね等しい値と考えられる。端部を有する防食被覆層の場合、防食被覆層の劣化を、例えば鋼矢板などではフランジ部分の半分(約50mm)で判断する場合がある。このような場合では、Y=1.0を満足する防食被覆仕様であれば、実環境では10年程度以上の寿命を有すると推測できる。この耐久年限を基準として、Y=1.0を防食設計の基準値(指標)とした。なお、所定値(1.0)は、使用実績、使用鋼材、部材、形状、促進試験の結果を参酌して、使用環境下で防食被覆層の劣化を最小限に抑制できるとして、決定した値とすることがより好ましい。また、明らかにY値が小さいほど、剥離距離が低減でき、より長期の耐久性が期待できる。このため、Y値がより小さな値となるよう防食設計することが好ましい。
清浄化処理は、鋼材表面に0.5mmφのスチールボールを投射し、表面の酸化層、汚染層を除去し、さらにエメリー研磨紙(#500、#800、#1200)により、表面を研磨する処理とした。
まず、試験材(鋼材)表面に、下地層として、エポキシ樹脂をバーコーターで塗布したのち、焼付け(140℃×8.5 min)して、厚さ:50μmのエポキシ樹脂層を形成した。ついで、エポキシ樹脂層の上層として、接着性ポリエチレン(0.5mm厚)と低密度ポリエチレンシートをホットプレス(圧力:0.1MPa)で、180℃にて10分間圧着し、ポリエチレン樹脂層(膜厚:1.0〜3.0mm)を形成した。
試験材(鋼材)表面に、スプレーで、ポリウレタンプライマー(第一工業製薬製パーマガードプライマー331)を塗布し、24時間乾燥させて、プライマー層(厚さ:40μm)を形成した。その上層として、ポリウレタン樹脂塗料(第一工業製薬製パーマガード137)を塗装し、7日間養生し、ポリウレタン樹脂層(厚さ:1〜4mm)を形成した。
試験材(鋼材)表面に、ガラス棒を利用して、超厚膜形塗料(関西ペイント製ナプコバリア)を塗布し、7日間養生し、超厚膜形エポキシ樹脂層(厚さ:1〜4mm)を形成した。
得られた試験材を腐食試験片として、該腐食試験片の中央部に直径5mmφの円形の人工傷をボール盤で、防食被覆層を貫通し鋼材面に到達するように、導入した。
これら腐食試験片を用いて、所定のNaCl濃度および溶存酸素濃度になるように調整した水溶液中で、決められた電位にポテンシオスタットにより電位を付加し、30日間保持する試験を実施した。使用した水溶液は濃度:0.005〜0.5 mol/lの NaCl溶液(液温:60℃)とした。なお、試験片と白金電極(対極)の間にポテンシオスタットにより、照合(参照)電極として飽和甘こう電極(SCE)を用いて、表1に示すような−0.6〜−1.5Vの電位を付与し、基材となる鋼材の電位とした。
所定の試験期間(30日間)後、試験片を回収し、人工欠陥部まわりの防食被覆層を強制的に剥離し、人工欠陥部(端部)からの防食被覆層の剥離距離を測定した。
また例えば、Y値が1.0未満となる腐食試験片(試験片No.2〜9、No.12〜19、No.21〜26)であれば、上記したような環境下(塩水噴霧条件下)での被覆層の剥離距離は6mm以下となり、Y値=1.0以上の腐食試験片(試験片No.1、No.10〜11、No.20)の剥離距離が8.0〜10.6mmであるのに比べて、剥離距離が低減している。すなわち、Y値が所定値(ここでは1.0)より低くなるような防食処理を施すことにより、防食被覆層の劣化リスクが低減した防食被覆鋼材となる。
Claims (2)
- 基材である鋼材表面に有機被覆を施し防食被覆層を形成してなる防食被覆鋼材の電気防食下および非電気防食下における防食性の判定方法であって、基材である鋼材の腐食電位Eあるいは電気防食電位Eと、鋼材が使用される環境中に含まれる、1価の陽イオンの濃度C、相対的溶存酸素濃度DCおよび防食被覆層の厚さLの関係式として、下記(1)式で定義されるY値を用いて、防食被覆鋼材の防食性を判定することを特徴とする防食被覆鋼材における防食性の判定方法。
記
Y=|E|C0.15DC/L ‥‥(1)
ここで、E:基材である鋼材の腐食電位(V vs SCE)、なお、電気防食を施す 場合には、電気防食電位(V vs SCE)
C:鋼材が使用される環境中の1価の陽イオン濃度(mol/l)、
DC:飽和溶存酸素濃度に対する、鋼材が使用される環境中の相対的溶存酸素 濃度の割合、
L:防食被覆層の厚さ(mm) - 電気防食下および非電気防食下で使用される防食被覆鋼材の製造方法であって、 基材である鋼材表面に有機被覆を施して防食被覆層を形成してなる防食被覆鋼材を製造するにあたり、請求項1に記載の防食性の判定方法を用いて、
前記防食被覆鋼材が使用される環境に応じて、下記(1)式で定義されるY値が1.0以下となるように、鋼材の腐食電位Eまたは電気防食電位E、防食被覆層の厚さLを調整して、防食被覆層を形成することを特徴とする防食被覆鋼材の製造方法。
記
Y=|E|C0.15DC/L ‥‥(1)
ここで、E:基材である鋼材の腐食電位(V vs SCE)、なお、電気防食を施す場合 には、電気防食電位(V vs SCE)
C:鋼材が使用される環境中の1価の陽イオン濃度(mol/l)、
DC:飽和溶存酸素濃度に対する、鋼材が使用される環境中の相対的溶存酸素 濃度の割合、
L:防食被覆層の厚さ(mm)
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