JP6565623B2 - 表面処理鋼材の寿命判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面処理鋼材の寿命判定方法に係り、特に、高い意匠性が要求される表面処理鋼材の寿命判定方法に関する。

表面処理鋼板の中には、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系など、Ａｌを含んだ表面処理皮膜が形成されているものが存在する。これら表面処理鋼板が使用環境で腐食されることによって、表面処理皮膜は消費され、やがて消失する。

従来、これら表面処理鋼板の寿命は、あらかじめ所定の環境下にさらされた後に計測された腐食量と、構造物が設置される環境の腐食強度の計測結果とを比較することによって予測されてきた。そして、その予測結果に基づき、耐用年数を設定されることが一般に行われている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

特開昭６１−２２２３４号公報 特開２００２−３１８２２７号公報 特開２０１３−２９３３５号公報

しかしながら、従来の寿命予測方法では、鋼材の腐食度合いを示す指標として用いられるのは腐食量のみである。予測精度の向上のためには、材料内部の構成物を指標とする方法の開発が求められる。

本発明は、表面処理鋼材の寿命予測の新たな指標を提案するとともに、それを用いた寿命判定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明らは、まず腐食試験を実施した後の種々の表面処理鋼材から腐食生成物を採取し、その精密解析を行った。その結果、以下の知見を得るに至った。

腐食生成物の組成は、表面処理皮膜中の成分組成に依存する。しかしながら、表面処理皮膜から腐食生成物への成分の移動は一定ではなく、腐食の進行度合いに応じて、生成する腐食生成物の組成が変化することを見出した。

すなわち、腐食生成物の組成を調査することによって、表面処理鋼材自体に破損を生じさせることなく、表面処理皮膜中の有効成分の残留状況を知ることができ、表面処理鋼材が寿命に達しているか否かの判定を行うことが可能になる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の表面処理鋼材の寿命判定方法を要旨とする。

（１）ＺｎおよびＡｌを含む皮膜を有する表面処理鋼材の寿命を判定する方法であって、
前記鋼材の表面に形成した腐食生成物中の層状複水酸化物の量を指標として、前記鋼材が寿命に達しているか否かの判定を行う、表面処理鋼材の寿命判定方法。

（２）Ｘ線回折法により測定した前記層状複水酸化物の量が、質量％で、１．０％未満になった場合に、前記鋼材が寿命に達しているとの判定を行う、上記（１）に記載の表面処理鋼材の寿命判定方法。

本発明によれば、鋼材表面に形成した腐食生成物の成分組成を測定することによって、赤錆発生の時期が近付いているか否かの判断を行うことが可能になる。したがって、本発明に係る寿命判定方法を用いることによって、家電、建築物の内面および高級自動車等に用いられる鋼板の寿命判定を高精度で行うことが可能になる。

腐食の進行度合いに応じたＬＤＨ量の経時変化を示した図である。

本発明に係る寿命判定方法は、ＺｎおよびＡｌを含む皮膜が設けられた表面処理鋼材を対象にするものである。ＺｎおよびＡｌを含む皮膜には、具体的に、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系のめっきが含まれる。これらの皮膜には、通常、質量％で、５．０％以上のＡｌが含有されている。

上記の表面処理皮膜は消費され、腐食生成物が鋼材表面に形成される。本発明においては、当該腐食生成物中に含まれる層状複水酸化物の量を指標として、鋼材が寿命に達しているか否かの判定を行う。

なお、高い意匠性が要求される表面処理鋼材においては、表面に赤錆の発生が認められるような状態であると意匠性が著しく劣る。そのため、本発明における「表面処理鋼材の寿命に達している」とは、皮膜の品質が保証されるための所定の期間を考慮した上で、表面に赤錆が発生する時期が十分に近づいた状態を意味する。

ここで、層状複水酸化物（ＬＤＨ）とは、［Ｍ^２＋ _１−ｘＭ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］［Ａ^ｎ−］_ｘ／ｎ・ｚＨ_２Ｏで表される化合物である。前記Ｍ^２＋としては、Ｚｎ^２＋、Ｍｇ^２＋およびＦｅ^２＋から選択される１種以上が含まれ、前記Ｍ^３＋としては、Ｆｅ^３＋およびＡｌ^３＋から選択される１種以上が含まれ、前記Ａ^ｎ−としては、ＯＨ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻およびＳＯ_４ ^２−から選択される１種以上が含まれる。

上述のように、腐食生成物の組成は、腐食の進行度合いに応じて変化する。具体的には、腐食の進行度合いに応じて、腐食生成物中のＬＤＨ量が低下する。本発明においては、Ｘ線回折法により測定したＬＤＨ量が、質量％で、１．０％未満になった場合に、鋼材が寿命に達しているとの判定を行うことが好ましい。ＬＤＨ量の閾値を１．０％とした根拠を以下に示す。

皮膜の組成がＺｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｉ、目付量が４５ｇ／ｍ^２／片面である表面処理鋼材から、７０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズの試験片を採取し、ＪＡＳＯ Ｍ ６０９で規定されるサイクル腐食試験に供した。なお、サイクル腐食試験中に含まれる塩水噴霧試験（ＳＳＴ）においては、ＪＩＳ Ｋ ５６００−７−１（１９９９）で規定される、塩化ナトリウムの濃度を５０ｇ／Ｌに調製した試験溶液を用いた。

また、皮膜中のＬＤＨ量はＸＲＤを用いて測定した。測定に際しては、いくつかの酸化物の存在を仮定するとともに、上記のＬＤＨの構造式におけるＭ^２＋をＭｇ^２＋、Ｍ^３＋をＡｌ^３＋、Ａ^ｎ−をＣＯ_３ ^２−とし、ｘを０．３３として、Ｒｉｅｔｖｅｌｔ解析を実施した。存在を仮定した酸化物は、塩基性塩化亜鉛（Ｓｉｍｏｎｋｏｌｌｅｉｔｅ：ＺｎＣｌ_２［Ｚｎ（ＯＨ）_２］_４Ｈ_２Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、水亜鉛土（Ｈｙｄｒｏｚｉｎｃｉｔｅ：Ｚｎ_５（ＯＨ）_６（ＣＯ_３）_２）、ハイドロタルク石（Ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ：［Ｍｇ^２＋ _０．６７Ａｌ^３＋ _０．３３（ＯＨ）_２］［ＣＯ_３ ^２−］_{０．１６５}・ｚＨ_２Ｏ）の４種である。

図１は、腐食の進行度合いに応じたＬＤＨ量の経時変化を示した図である。表１から、サイクル腐食試験でのサイクル数の増加に伴い、ＬＤＨ量が減少していることが分かる。そして、ＬＤＨ量が０．９％を下回った時点で赤錆の発生が確認された。このことから、品質の安定確保も考慮して、皮膜中のＬＤＨ量が１．０％未満となった場合に、皮膜の品質が劣化してきており、表面処理鋼材が寿命に達していると判断することができる。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

試験Ｎｏ．１〜９の皮膜処理鋼材を用いて腐食試験を行い、その後に寿命の判定を行った。なお、腐食試験は、上記の同じサイクル腐食試験を行い、腐食生成物の測定はＸＲＤを用い、組成物の定量は上記と同じ仮定に基づくＬａ Ｂａｉｌ解析により行った。その結果を表１に示す。

表１から分かるように、判定の結果、寿命に達していないと判断された試験Ｎｏ．１〜５については赤錆の発生が認められなかった。一方、寿命に達していると判断された試験Ｎｏ．６〜９のうち、試験Ｎｏ．６、８および９については、赤錆が認められた。また、試験Ｎｏ．７については赤錆の存在は認められなかったものの、そのまま使用を継続すれば、赤錆が間もなく発生するものと推測される。

本発明によれば、鋼材表面に形成した腐食生成物の成分組成を測定することによって、赤錆発生の時期が近付いているか否かの判断を行うことが可能になる。したがって、本発明に係る寿命判定方法を用いることによって、家電、建築物の内面および高級自動車等に用いられる鋼板の寿命判定を高精度で行うことが可能になる。

Claims (2)

1. ＺｎおよびＡｌを含む皮膜を有する表面処理鋼材の寿命を判定する方法であって、
   前記鋼材の表面に形成した腐食生成物中の層状複水酸化物の量を指標として、前記鋼材が寿命に達しているか否かの判定を行う、表面処理鋼材の寿命判定方法。
2. Ｘ線回折法により測定した前記層状複水酸化物の量が、質量％で、１．０％未満になった場合に、前記鋼材が寿命に達しているとの判定を行う、請求項１に記載の表面処理鋼材の寿命判定方法。

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