JPH07316849A - 地表及び土中包気帯で土に接触させて使用される耐食性鋼材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地下燃料タンク，地上タンク底板，鉄塔類脚
部，鋼構造物土中基礎等の地表及び土中包気帯で土に接
触させて使用される鋼材の腐食を防止する簡易な耐食性
鋼材およびその製造方法を提供すること。 【構成】 鋼材５よりも電位的に卑な金属を４０μｍ〜
５００μｍ被覆させた耐食性鋼材で、前記被膜中に前記
金属の粒径が鋼材面に対する平行成分ｄ_H ３として４０
μｍ以上、かつ平行成分と垂直成分ｄ_V ２の比ｄ_H ／ｄ
_V が１〜１０からなる、膜厚が４０μｍ以上の被膜制御
層を有することを特徴とする。鋼材５よりも電位的に卑
な金属としては、亜鉛、亜鉛−アルミ合金あるいはアル
ミ等が有効であり、これらの金属溶射によって被膜を形
成することが適している。地表及び土中包気帯で土に接
触させて使用する鋼材の耐用年数を大幅に向上させるこ
とができる。従来の方法に比べ簡易に、低コストで長期
の耐久性を得ることができ、トータルしての経済効果は
非常に大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下燃料タンク，地上
タンク底板，鉄塔類脚部，鋼構造物土中基礎等の地表及
び土中包気帯で土に接触させて使用される鋼材の簡易な
防食方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】経済の発達と共に、安価で信頼性高く構
造を支える材料としての鋼材の使用量は大きく伸びてき
た。その使われ方には多種類のものがあるが、その中で
例えば、地下燃料タンク，地上タンク底板，鉄塔類脚
部，鋼構造物土中基礎等の地表及び土中包気帯で土に接
触させて使用されるケースが多数存在する。鋼材は、特
殊な環境を除くと腐食することが欠点の一つであり、土
と接触する環境の場合にも土壌腐食という問題がある。
従来、例えば、鋼杭に関する調査研究等の結果による
と、地下水位より上になる包気帯での腐食は比較的小さ
いとされていた。しかし、地上タンクの底板などの例で
は、必ずしも常に腐食は小さいとは限らないことが知ら
れている。また、その他の場合でも、より長期間メンテ
ナンスフリーな状態を求めて多くの技術開発が重ねられ
ている。従来、この腐食を防ぐために広く使用されてい
るのは、電気防食法である。すなわち、外部電源方式
や、犠牲陽極方式によって鋼材をカソードにする事で防
食しようとするものである。しかし、包気帯ではその下
の飽和水帯に比較すると土中の水分濃度が必ずしも高く
ないために、鋼材面全面にわたって均一な電流分布が得
られず、全面的な防食には必ずしも万全ではないこと、
またカソード反応によって水素が発生し、鋼板の水素脆
性等の問題が懸念されることなどいくつかの問題点を有
している。この他、塗覆装による方法もあるが、パイプ
ラインの例にみられるように欠陥部に対する懸念から電
気防食と併用する必要があるなど必ずしも簡易な防食方
法であるとはいい難い。近年、例えば特開昭５７−１７
１６５８号公報、特開平０５−３３９６９号公報、等に
は、アルミや亜鉛＋アルミ亜鉛被覆等を溶射によって施
す方法が公開されている。これらは、被覆をすれば例え
ば電気防食などが必須ではなく簡易な方法と考えられる
が、より長期のメンテフリーの観点からはさらに寿命を
のばす方法が必要とされる。溶射被膜を使用する方法と
しては、この他に特開平０６−３３２７６号公報に、亜
鉛溶射をし、土中の水分濃度（含水比）を制御する方法
も公開されている。しかしながら、この方法も接触する
土が周囲から切り放されていない環境では使用できな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、地表
及び土中包気帯で土に接触させて使用される鋼材を防食
する従来の方法では、簡易であることと長期間信頼性を
保つ点で不完全なのが現状である。本発明の目的は、上
述の既存防食法の欠点を解決し、地表及び土中包気帯で
使用される鋼材に対し、従来法のコスト以下でより長期
間信頼性を保ちメンテフリー期間を鉛直する簡易な防食
方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の要旨は、地表及び土中包気帯で土に接
触させて使用される、鋼材よりも電位的に卑な金属を４
０μｍ〜５００μｍ被膜させた耐食性鋼材であって、前
記被膜中に前記金属の粒径が鋼材面に対する平行成分ｄ
_H として４０μｍ以上、かつ平行成分ｄ_H と垂直成分ｄ
_V の比ｄ_H ／ｄ_V が１〜１０からなる膜厚が４０μｍ以
上の被膜制御層を有することを特徴とする耐食性鋼材で
ある。そして、上記の鋼材よりも電位的に卑な金属は溶
射によって被膜形成する方法が好適である。

【０００５】次に本発明の作用について説明する。本発
明者らは、包気帯で土と接触させた場合の鋼材５の腐食
を土中の土との接触状態に着目して研究した。その結
果、腐食は土の粒と鋼材５が接触する部分での局部腐食
であることを見いだした。すなわち土中に含まれる水分
が、毛管現象をおこし易い小さな隙間である土と鋼材５
の接触部で水膜を形成し、鋼材表面の水膜部分と土との
接触部分の間にミクロな通気差腐食セルを生じ腐食が進
展するものと考えられる。この機構からすると鋼材５に
対し、電位的に卑な金属をミクロなセル以内の位置で電
気的に接触することで犠牲防食作用により鋼材５が腐食
から守られることになる。しかし、例えば単純に電位的
な卑な金属を被覆しただけでは、その金属がこの環境中
で腐食される期間のみしか鋼材に対する防食効果は期待
できないことになる。

【０００６】そこで、本発明者らは、鋼材５に対し電位
的に卑な金属を用い、特に被膜を構成する粒の大きさと
形状に着目し、さらに種々研究を重ねた。その結果、こ
のような環境においては、一般的に被膜は緻密であるほ
どよい耐食性を与えるという従来の知見とは全く異な
り、金属粒１の大きさがある適当なサイズで、かつ粒と
粒との間にあるサイズの気孔が存在すると、非常に優れ
た耐食性を示すという非常に新規な事実を発見した。こ
れは、従来知られていた気孔率と言うパラメーターのみ
では整理できず、金属粒のサイズと形状によって規定さ
れる気孔４を保有するような被膜の場合に特性が十分に
発揮されるということである。本発明においては、この
金属粒１のサイズを制御した被膜層を被膜制御層と称
し、被膜内の金属の粒径を鋼材面に対する平行成分ｄ_H
３と垂直成分ｄ_V ２に区分し、その平行成分ｄ_H ３およ
び平行成分と垂直成分比ｄ_H ／ｄ_V を規定する。金属粒
１のサイズおよび気孔４の作用メカニズムについては明
確にはわからない。しかし、有効な気孔４の大きさと腐
食セルの大きさとがほぼ同じオーダーであると考えられ
ることから、ミクロな腐食セルの生成が表面形状の違い
に影響されて腐食速度が大きく低下するものと思われ
る。耐食性を得るためには金属粒径の平行成分ｄ_H ３は
４０μｍ以上とする。これを下回ると急激に耐食性は低
下する。金属粒径の平行成分ｄ_H ３と垂直成分ｄ_V ２の
比ｄ_H ／ｄ_V は１〜１０とする。粒の偏平度が小さいほ
ど耐食性がよくなるのでｄ_H ／ｄ_V の下限は１とする。
しかし１０を越えると効果は低下するので上限は１０と
する。偏平度ｄ_H ／ｄ_Vは１〜５の範囲が好ましい。

【０００７】本発明においては、上述のように金属粒径
のサイズを特定して被膜を形成させるがそのように制御
された層の被膜全体に占める比率について実験した結果
では、必ずしも全ての被膜がこのように制御されなくと
も効果がある。そこで本発明では粒径を制御した層の被
膜厚みは４０μｍ以上とする。制御されない被膜部分は
通常の腐食速度を示しても、制御された被膜層に到達し
た瞬間から耐食性効果が働く。この制御された被膜層の
被膜全体に対する位置としては上層にあるほど好適であ
る。

【０００８】次に全体の被膜厚みは４０〜５００μｍと
する。被膜厚みは大きいほど効果が期待できるが、実験
からは膜厚が４０μｍ以上になると効果が顕著であるの
で４０μｍを下限とする。これも腐食セルのサイズと関
連しているものと思われる。一方、膜厚があまり厚くな
ると、必要な密着力が得られなくなるために上限は５０
０μｍとする。

【０００９】次に、鋼材よりも電位的に卑な金属として
は、亜鉛あるいは亜鉛−アルミ合金等が好適である。ま
た、鋼材よりも電位的に卑な金属としてアルミを用いて
も効果がある。被膜の形成は、溶射法で行うのが好適で
ある。溶射法は、溶滴を飛ばして被膜を形成する方法で
あり、本被膜を作製するために非常に好都合な方法であ
る。方式としては、通常のアーク溶射（線材、粉体）、
フレーム溶射、プラズマ溶射等いずれの方法によっても
よい。被膜の制御方法としては、各方法の通常のパラメ
ーターを制御することにより容易に実施できる。例えば
フレーム溶射では、材料サイズと熱源パワーにより溶滴
サイズを整え、熱源からの距離を変化させることで最適
条件を設定できる。その設定のポイントは、通常緻密な
気孔率の低い被膜を作製する場合とはおおよそ逆方向へ
パラメーターを探すことにある。なお、本発明による防
食法と電気防食との併用はとくには問題ない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。図１は本発明例の被膜の断面図である。１は金
属粒、２は粒の垂直成分（ｄ_V）、３は平行成分ｄ_H 、
４は気孔、５は鋼材である。図１は被膜構成において、
被膜の組成、総膜厚および制御層の膜厚、平行成分ｄ_H
３と垂直成分ｄ_V ２の比ｄ_H ／ｄ_V 、制御層の位置を変
化させた種々の試験材を作製した。試験材の母材は、普
通鋼でサイズ１００×５０×３ｍｍを用いた。この母材
に表１に示すような条件で金属を溶射し被膜を形成させ
た。その後、試験材を土中に埋設して耐食性を調査し
た。土中への埋設条件は、土の含水比を１６％と一定に
し、その土中５０ｍｍのところに試験材を埋設し、５０
℃の環境で１年間経過させた。その後試験材を取り出
し、目視で耐食性を評価した。耐食性は ☆：腐食ほとんど認められず ◎：一部極軽微な腐食あり ○：一部軽微な腐食あり △：腐食あり ×：一部鉄の溶出あり で評価し、その結果を表１，表２に示す。

【表１】

【表２】

【００１１】比較例Ｎo.６〜８はそれぞれ総膜厚、制御
層厚が本発明の値以下であり耐食性は劣る。また比較例
Ｎo.１７では、粒の偏平度を示すｄ_H ／ｄ_V が大きく本
発明例に比較すると偏平な度合いが大きく耐食性も劣っ
ている。これに対し、全体を制御層としたＮo.１〜５で
は非常に効果があり、ほとんど腐食が認められない結果
であった。また、被膜全体の中で上から４０μｍ以上を
制御したＮo.９，１０，１３〜１５，２０〜２３及び２
４，２５，２６では、一部極軽微な腐食が認められるだ
けであった。被膜全体の中で４０μｍを制御した部分
が、被膜全体に対して中部および下部にあるＮo.１１，
１２はは一部軽微な腐食が認められるだけであった。被
膜の制御部でのｄ_H ／ｄ_V ＝１０であるＮo.１６でも、
一部軽微な腐食が認められるだけであった。これらは、
比較例に比べて非常に優れた防食効果を示していた。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、通常の溶射方法のパラ
メーターを通常の範囲で制御することにより、鋼材５の
土に接触する面を鋼材５よりも電位的に卑な金属を用
い、被膜の４０μｍ以上の部分の金属の粒径の鋼材面に
対する平行成分（ｄ_H ）３と垂直成分ｄ_V ２の比ｄ_H ／
ｄ_V が１〜１０であり、かつｄ_H が４０μｍ以上である
被膜を４０〜５００μｍ溶射法によって被覆すること
で、地表及び土中包気帯で土に接触させて使用する鋼材
５の耐用年数を大幅に向上させることができる。従来の
方法に比べて簡易に、低コストで長期の耐久性を得るこ
とができ、トータルしての経済効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の防食法を施した鋼材の断面図である。

【符号の説明】 １ 金属粒 ２ 粒の垂直成分（ｄ_V ） ３ 粒の平行成分（ｄ_H ） ４ 気孔 ５ 鋼材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 健正 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地表及び土中包気帯で土に接触させて使
   用される、鋼材よりも電位的に卑な金属を４０μｍ〜５
   ００μｍ被膜させた耐食性鋼材であって、前記被膜中に
   前記金属の粒径が鋼材面に対する平行成分ｄ_H として４
   ０μｍ以上、かつ平行成分ｄ_H と垂直成分ｄ_V の比ｄ_H
   ／ｄ_V が１〜１０からなる、膜厚が４０μｍ以上の被膜
   制御層を有することを特徴とする耐食性鋼材。
2. 【請求項２】 鋼材よりも電位的に卑な金属が亜鉛ある
   いは亜鉛−アルミ合金であることを特徴とする請求項１
   の耐食性鋼材。
3. 【請求項３】 鋼材よりも電位的に卑な金属がアルミで
   あることを特徴とする請求項１の耐食性鋼材。
4. 【請求項４】 金属粒径の鋼材面に対する平行成分（ｄ
   _H ）と垂直成分（ｄ_V ）の比ｄ_H ／ｄ_V が１〜５である
   請求項１、２、３のいずれかの耐食性鋼材。
5. 【請求項５】 被膜制御層が耐食性鋼材の被膜表面に位
   置することを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれ
   かの耐食性鋼材。
6. 【請求項６】 被膜制御層が耐食性鋼材の被膜全体を占
   めることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれか
   の耐食性鋼材。
7. 【請求項７】 鋼材よりも電位的に卑な金属を溶射して
   被膜を形成することを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、６のいずれかの耐食性鋼材を製造する方法。