JPH08290519A - 地表及び土中包気帯用耐食性被覆鋼材及びその製造方法 - Google Patents

地表及び土中包気帯用耐食性被覆鋼材及びその製造方法

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JPH08290519A
JPH08290519A JP12039795A JP12039795A JPH08290519A JP H08290519 A JPH08290519 A JP H08290519A JP 12039795 A JP12039795 A JP 12039795A JP 12039795 A JP12039795 A JP 12039795A JP H08290519 A JPH08290519 A JP H08290519A
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steel material
corrosion
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soil
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JP12039795A
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Yoichi Ito
陽一 伊藤
Keita Suzumura
恵太 鈴村
Kiyoshi Nishida
清 西田
Shinichi Yamaguchi
伸一 山口
Kensho Yuasa
健正 湯浅
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 地表及び土中包気帯で土に接触させて使用す
る鋼材の腐食を防止する。 【構成】 鋼材よりも電位的に卑な金属を40〜500
μm厚みだけ鋼材に被膜させる。前記被膜中に、X線回
折によって測定される前記金属の酸化物の主成分ピーク
値(POx)と前記金属の主成分ピーク値(PMe)との比
100×POx/PMe(%)が0.1〜5で厚みが40μ
m以上の被膜制御層を有する。前記金属としては、亜
鉛、亜鉛−アルミニウム合金あるいはアルミニウムが有
効である。前記金属は、溶射して前記被膜を形成する。 【効果】 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
ができる。

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する耐食性被覆鋼材
及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】文明、経済の発達と共に、安価で信頼性
高く各種社会資本材の構造を支える材料としての鋼材の
使用量は大きく延びてきた。その使い方には多種類のも
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することが多い。
【0003】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、これを克服し、できるだけ長期間
に渡って必要な構造保持能力を保たせることが防食技術
の大きな目的である。土と接触する環境の場合にも、鋼
材は腐食を免れることはできず、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。
【0004】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ことで
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。
【0005】近年、例えば特開昭57−171658号
公報、特開平5−33969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ことが記載さ
れている。これらの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ことが必
要とされる。溶射被膜を使用するものとしては、この他
に特開平6−33276号公報に、亜鉛溶射し、土中の
水分濃度(含水比)を制御することも記載されている。
しかしながら、これ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。
【0006】
【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する鋼材を防食す
る従来の手段は簡易であることと長期間信頼性を保つ点
で不完全である。
【0007】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する鋼材であっ
て、従来よりも低コストで、より長期間信頼性を保ちメ
ンテナンスフリー期間を延長可能な耐食性被覆鋼材、及
びその製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の耐食性被覆鋼材
は、地表及び土中包気帯で土に接触させて使用する耐食
性被覆鋼材において、被覆として鋼材よりも電位的に卑
な金属からなる40〜500μm厚みの被膜を有し、か
つ前記被膜中に、X線回折における前記金属の酸化物の
主成分ピーク値(POx)と前記金属の主成分ピーク値
(PMe)との比100×POx/PMe(%)が0.1〜5
で厚みが40μm以上の被膜制御層を有することを特徴
とする地表及び土中包気帯用耐食性被覆鋼材である。前
記金属は亜鉛、アルミニウムあるいは亜鉛−アルミニウ
ム合金のいずれかとすることが好ましい。前記被膜制御
層は、前記被膜表面に位置すること、又は前記被膜全体
を占めることが好ましい。また、本発明の耐食性被覆鋼
材の製造方法は、前記金属を溶射して前記被膜を形成す
ることを特徴とする前記地表及び土中包気帯用耐食性被
覆鋼材の製造方法である。
【0009】
【作用】以下、本発明につき詳細に説明する。
【0010】包気帯で土と接触させた場合の鋼材の腐食
は、土の粒と鋼材が接触する部分での局部腐食である。
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させることで、鋼材
が露出した場合でも犠牲防食作用により鋼材が腐食から
守られることになる。しかし、例えば単純に電位的に卑
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。
【0011】そこで、鋼材に対し電位的に卑な金属を用
い、特に被膜を構成する金属とその酸化物の量に着目
し、被膜自身の腐食速度を中心に研究した結果、このよ
うな環境では、一般的に被膜は酸化物を含まないほど鋼
との密着性がよく、よい耐食性を与えるという従来の知
見とは全く異なり、金属とその酸化物の比率がある適当
な値であると非常に優れた耐食性を示すことが分かっ
た。これは、従来知られていた密着性というパラメータ
ーのみでは整理できず、密着性を低下させると考えられ
ていた金属酸化物を金属中に一定比率含有する被膜の場
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、この金属と金属酸化物の比率を制御した被
膜層を被膜制御層と称し、被膜制御層においては、X線
回折によって測定される被膜内の金属酸化物の主成分ピ
ーク値(POx)と金属の主成分ピーク値(PMe)との比
100×POx/PMe(%)を0.1〜5とする。金属酸
化物の比率が大きいほど耐食性がよくなるので、100
×POx/PMe(%)の下限は0.1とする。しかし、5
を越えると効果は低下するので、上限は5とする。
【0012】本発明においては、上述のように100×
Ox/PMe(%)を特定した被膜制御層を形成させる
が、被膜制御層の被膜全体に占める比率については、必
ずしも全ての被膜が被膜制御層でなくとも効果がある。
つまり、被膜制御層の厚みは40μm以上とすれば良
い。被膜制御層でない被膜部分は通常の腐食速度を示し
ても、被膜制御層に到達した瞬間から耐食性効果が働
く。被膜制御層の被膜全体に対する位置は上層にあるほ
ど好適である。
【0013】被膜制御層を含む全体の被膜厚みは40〜
500μmとする。被膜厚みは大きいほど効果がある
が、厚みが40μm以上になると効果が顕著であるので
40μmを下限とする。一方、厚みがあまり厚くなると
最低限必要な密着力が得られなくなるため、上限は50
0μmとする。
【0014】被膜にする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−アルミニウム合金等が好適
である。また、アルミニウムを用いても効果がある。
【0015】明確ではないが、金属酸化物は必ず金属の
表面に存在し、腐食環境である土と金属の間に常に存在
するため、金属酸化物が被膜中の金属に対して有効な保
護作用を示し、被覆された金属自身の腐食速度が大きく
低下するものと思われる。
【0016】上記被膜の形成は、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、上記被膜を形成するのに非常に好都合な方法で
ある。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、通常酸化物量の少ない被膜を作製
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
である。
【0017】なお、本発明による防食と電気防食との併
用は特に問題はない。また、金属酸化物のサイズ的な変
化は本発明の効果に影響を与えない。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【0019】100×POx/PMe(%)、及び被膜制御
層の被膜中における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に示す条件で金属を
溶射し、被膜を形成した。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12%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、その結果も表1に示す。なお、ここでZnの
場合には、金属の主成分ピークは面間隔d=2.09
で、金属酸化物ZnOの主成分ピークは面間隔d=2.
60で測定した。また、Alの場合には、金属の主成分
ピークは面間隔d=2.34で、金属酸化物Al2 3
の主成分ピークは面間隔d=1.40で測定した。
【0020】
【表1】
【0021】比較例No.6〜8はそれぞれ被膜厚、被
膜制御層厚が規定値以下であり、耐食性が劣った。ま
た、比較例No.9、19、20、24は100×POx
/PMe(%)が規定範囲をはずれており、本発明例に比
較すると耐食性が劣っていた。これに対し、全体を被膜
制御層としたNo.1〜5は非常に効果があり、ほとん
ど腐食が認められなかった。また、被膜表面から40μ
m以上を被膜制御層としたNo.10〜14、17、1
8、21〜23、25〜28は、一部極軽微な腐食が認
められるだけであった。被膜制御層が被膜中の中部又は
下部にあるNo.15、16は、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た。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、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、経済効果は非常に大き
い。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年5月31日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 伸一 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 湯浅 健正 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (5)

    【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
    用する耐食性被覆鋼材において、被覆として鋼材よりも
    電位的に卑な金属からなる40〜500μm厚みの被膜
    を有し、かつ前記被膜中に、X線回折における前記金属
    の酸化物の主成分ピーク値(POx)と前記金属の主成分
    ピーク値(PMe)との比100×POx/PMe(%)が
    0.1〜5で厚みが40μm以上の被膜制御層を有する
    ことを特徴とする地表及び土中包気帯用耐食性被覆鋼
    材。
  2. 【請求項2】 前記金属が亜鉛、アルミニウムあるいは
    亜鉛−アルミニウム合金のいずれかであることを特徴と
    する請求項1記載の地表及び土中包気帯用耐食性被覆鋼
    材。
  3. 【請求項3】 前記被膜制御層が前記被膜表面に位置す
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の地表及び土中
    包気帯用耐食性被覆鋼材。
  4. 【請求項4】 前記被膜制御層が前記被膜全体を占める
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の地表及び土中包
    気帯用耐食性被覆鋼材。
  5. 【請求項5】 前記金属を溶射して前記被膜を形成する
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか記載の地表及
    び土中包気帯用耐食性被覆鋼材の製造方法。
JP12039795A 1995-04-24 1995-04-24 地表及び土中包気帯用耐食性被覆鋼材及びその製造方法 Withdrawn JPH08290519A (ja)

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Effective date: 20020702