JPS63161190A

JPS63161190A - 硫化水素環境下での防食性に優れた防食鋼材

Info

Publication number: JPS63161190A
Application number: JP30730586A
Authority: JP
Inventors: Tomio Wakamatsu; 富夫若松; Fuminori Mukohara; 向原　文典; Takao Kurisu; 栗栖　孝雄
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野）本発明は、油井、ガス井、地熱井および温泉地等の硫化
水素を含むきわめて腐食しやすい環境下での防食性に優
れた防食鋼材に関するものである。

〈従来技術およびその問題点〉一般に鋼材は硫化水素または二酸化炭素の存在する環境
下で応力腐食割れを起こすことがある。

この原因は、硫化水素と鋼材との反応により生じた水素
が、一部原子状で鋼材中に拡散侵入して水素脆性を起こ
すためと信じられている。

従来、この水素脆性を防止するためには、塗装“および
ライニング等の方法により、硫化水素等の腐食性因子を
遮断することが一般的である。典型的なものとして、塗
料組成物中にガラスフレーク、雲母、グラファイト等の
硫化水素非反応性の鱗片状顔料を添加する方法がある。

一方、塗料組成物中に硫化水素と反応する金属粉、金属
酸化物、イオン交換樹脂を添加する方法が、例えば特公
昭５７−３０１５２号公報、特開昭５６−９１８７３号
公報により公知である。

前者は、鱗片状顔料にて硫化水素等の腐食性物質の鋼面
への到達時間を遅延させることにより、防食期間を延長
させるものであり、後者は、金属粉、イオン交換樹脂等
にて硫化水素を反応もしくはトラップすることにより、
腐食性物質の鋼面への到達を阻止するものである。

しかしながら、前者における効果は、塗覆装鋼材のブリ
スター発生時期を、同じ膜厚の添加剤を含まない塗覆装
系（クリアー系）に比べ、たかだか数倍延長させる程度
である。また、後者については、その効果は低硫化水素
濃度の環境でのみ有効であり、硫化水素濃度が高くなる
につれ、その効果は激減し、硫化水素を３０００　ｐｐ
ｍ含む酢酸０．５％、Ｎａ（ｊ！５％水溶液下では、ク
リアー系より効果が劣る場合もしばしばあるという欠点
があった。

〈発明の目的〉本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、鋼材の腐食
時期を高濃度の硫化水素環境下においても飛躍的に延長
させることのできる硫化水素環境下での防食性に優れた
防食鋼材を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉本発明によれば、鋼表面上に、鋼表面側から順にＣｕめ
っき層を５〜３０μ■、その上にＮｉめっき層を５〜５
０μｌ、さらにその上に耐薬品性の高い合成樹脂層を１
０〜１０００μＩ設けてなることを特徴とする硫化水素
環境下での防食性に優れた防食鋼材が提供される。

以下、本発明を第１．２図に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明の防食鋼材の構成を示す模式図で、鋼
材１上に第１層としてＣｕめっき層２が５〜３０μＩ、
その上に第２層としてＮｉめ）き層３が５〜５０μｍ、
さらにその上に第３層として耐薬品性の高い合成樹脂層
４が１０〜１０００μｍ形成されている。

本発明に用いる鋼材１としては、耐食性の劣る安価な鋼
材や、水素脆性に対して感受性の高い高張力鋼等が挙げ
られる。

本発明において用いる各被覆層、すなわちＣｕめっき層
（第１層）２、Ｎｉめっき層（第２層）３および耐薬品
性の高い合成樹脂層（第３層）４は、鋼表面での腐食量
を極端に抑え、腐食反応により生成した原子状水素の鋼
中への侵入を大幅に減少させる。

すなわち、本発明における各被覆層の作用は、以下の通
りである。

まず、鋼材１上にＣｕめっき層２、Ｎｉめっき層３を形
成した理由については、第１に、硫化水素環境下におけ
る１ｍ２Ｓを含む腐食性物質の大部分が、Ｎｉめっき層
３の存在により、Ｃｕめっき層２に到達するのが妨げら
れることがあげられる。

次に、Ｎｉめっき層３にピンホールが生じた場合でも、
このピンホールを通りＣｕめっき層２に到達したＨ２Ｓ
が、Ｃｕと結合して安定なＣｕＳをつくるため、鋼材１
の表面への腐食性物質の到達がほとんど阻止されてしま
うため、防食効果があると考えられるからである。

そして、このＮｉめっき層３上にさらに耐薬品性の高い
合成樹脂層４を塗布することにより、Ｎｉめっき層３、
Ｃｕめっき層２上への腐食性物質の到達量の減少や、め
っきの流出を抑えることができるため、耐食性がさらに
向上する。

鋼材１上にＣｕめっき層２のみを形成した場合は、硫化
水素環境下でのＨ２ＳとＣｕとの腐食反応によりＣｕＳ
が著しく急速に生成するため、安定なＣｕＳとならず、
ピンホール等の発生が起こりやすくなり、十分な耐食性
は望めない。

また鋼材１上にＮｉめっき層３のみを形成した場合は、
Ｎｉめっき層３にピンホールが生成しやすいため、Ｎｉ
がカソード、Ｆｅがアノードとなり、Ｆｅの腐食を促進
する結果となり、耐食性の向上は望めない。

また鋼材１上に合成樹脂層４を塗布したのみでは、腐食
反応により鋼表面にＦｅＳが生成し、鋼−合成樹脂層界
面の接着力が低下するため、早期にブリスターの発生が
起こり、耐食性が劣化する。

しかし、本発明では、鋼材１上にＣｕめっき層２、Ｎｉ
めっき層３、さらにその上に合成樹脂層４を順次形成し
たので、以上の欠点がすべて補われ、耐食性は著しく向
上する。すなわち、（１）　Ｎｉめっき層３、合成樹脂
層４により、Ｃｕめっき層２に到達するＨ、Ｓの量が抑
えられるため、緻密なＣｕＳが生成される。

（２）　Ｎｉめフき層３と鋼材１との間にＣｕめっき層
２があるため、Ｎｉめっき層３がカソード、鋼材１がア
ノードとなる腐食反応が抑えられる。

（３）合成樹脂層４の接着面が腐食性の小さいＮｉめっ
き層３であるため、接着面でのさび生成量が非常に少な
く、接着強度の低下が少ない。

等である。

次に、本発明の防食鋼材における各被覆層の膜厚の限定
理由について説明する。

本発明のＣｕめっき層（第１層）２のＣｕめっき法とし
ては、硫酸銅めっき浴、ピロリン酸めっき浴、シアン化
銅めっき浴等を用いる方法があるが、好ましくは、シア
ン化銅めっき浴が望ましい。その理由は密着性、耐食性
の点でシアン化銅めっき浴が優れているためである。ま
たＣｕめっき層２のめフき厚としては、５〜３０μＩが
望ましく、好ましくは１０〜２０μｍが望ましい。Ｃｕ
めっき層厚が５μｍ未満の場合は、防食効果がほとんど
得られず、また３０μ■超の場合は、防食効果が減少す
るからである。

本発明のＮｉめっき層（第２層）３のＮｉめっき法とし
ては、ワット浴、硫酸塩−塩化物浴、ホウフッ化ニッケ
ル浴、スルファミン酸ニッケル浴等を用いるのが望まし
い。硬質浴等を用いる場合は、防食効果が減少する。ま
たＮｉめっき層３のめフき厚としては５〜５０μＩが望
ましく、好ましくは１０〜３０μｌが望ましい。Ｎｉめ
っき層厚が５μｍ未満の場合は、ピンホールの発生が著
しく、はとんど防食効果が得られず、また３０μ■超の
場合は防食効果が減少するからである。

本発明の耐薬品性の高い合成樹脂層（第３層）４は、エ
ポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂が一般的である
が、その他にも必要に応じてフェノール樹脂、ポリエス
テル樹脂等も使用できる。

合成樹脂層４は、１０〜１０００μｍの膜厚で被覆する
のが望ましい。膜厚が１０μｍ未満の場合はピンホール
が発生しやすく、防食効果が減少する場合が多い。また
、膜厚１０００μｍ以下で十分な防食性が得られるので
、これを超える膜厚の塗布は、いたずらにコスト高を招
くのみである。

また、この合成樹脂層４中に、腐食因子透過抑制効果の
ある鱗片状顔料であるガラスフレーク、雲母、体質顔料
であるタルク、着色顔料であるチタン白等の添加剤を添
加してもよい。

〈実施例〉次に、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。

［実施例および比較例］ＪＩＳ規格ＳＳ４１鋼板（厚さ４ｍｍ）を表１に示す条
件で（：ｕ、　Ｎｉめつきを順次行ない、合成樹脂を塗
布し、試験片とした。

比較のためにＣｕめっきのないもの、Ｃｕめつきを２μ
ｍ、５０μｍ行なったもの、またＮｉめつきのないもの
およびＮｉめっきを２μｌ、７０μｍめっきしたもの、
さらに合成樹脂層のないもの、合成樹脂層を５μ■塗装
したものについても、表１に示す各条件で試験片を作製
し、試験を行なった。

腐食環境としては、最も厳しい環境の一つであるいわゆ
るＮＡＣＥ液（ＮａＣｆ　５％、酢酸０．５％、硫化水
素飽和水溶液）で行なフた。

上記めっき塗装鋼板の防食性を評価するため、鋼中侵入
水素を鋼車面でＨ４Ｈ”＋ｅ−の型でイオン化させ、そ
の際のイオン化電流値により侵入水素量を求める電気化
学的水素透過法により判断した。

評価方法を以下に説明する。

侵入水素量が顕著に増加しはじめる時期が、めっき面の
耐食性の劣化時期と一致し、その後、侵入水素量が増加
し、めっき層および合成樹脂層の防食効果がなくなるこ
とが判明している。このことは、侵入水素量が顕著に増
加しはじめる時期が遅いほど防食効果が高いことを示し
ている。

そこで、第２図に示すように、被覆鋼材の鋼中侵入水素
量の経時変化を調べ、侵入水素量が顕著に増加しはじめ
る時′ｕ４（言い換えればブリスター発生時期）、すな
わち図中Ａ点を水素侵入発生時期として、各種被覆鋼材
の防食期間の評価を行なった。

評価方法は、同一環境下における、めっきを行なってい
ないエポキシ樹脂１００μｍを塗装した塗装鋼材の防食
期間を１とし、これに対するそれぞれの期間を表１に示
した。

〈発明の効果〉以上詳述したように本発明によれば、鋼表面にＣｕめっ
き、Ｎｉめっき１合成樹脂被覆を行なうことにより、そ
れぞれ単独で用いた場合より、はるかにすぐれた防食性
を示し、相乗効果が顕著にあられれており、高濃度の硫
化水素環境下でもきわめて高い防食効果を発揮するとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の防食鋼材の構成を示す断面図である
。第２図は、本発明の評価法として用いた鋼中水素侵入速
度の経時変化を示すグラフである。符号の説明

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼表面上に、鋼表面側から順にＣｕめっき層を５
〜３０μｍ、その上にＮｉめっき層を５〜５０μｍ、さ
らにその上に耐薬品性の高い合成樹脂層を１０〜１００
０μｍ設けてなることを特徴とする硫化水素環境下での
防食性に優れた防食鋼材。