KR101452573B1

KR101452573B1 - 표면 처리 강재

Info

Publication number: KR101452573B1
Application number: KR1020120056447A
Authority: KR
Inventors: 신지 사까시따; 사또시 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2014-10-22
Also published as: JP2012246557A; KR20120134041A; JP5735351B2

Abstract

본 발명은, 우수한 내식성을 갖는 표면 처리 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 소지 강재와, 최표면에 형성되는 방식 수지 도막을 구비하는 표면 처리 강재이며, 상기 소지 강재와 방식 수지 도막 사이에, 알루민산염 및 황산염을 함유하는 중간층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 소지 강재가, C : 0.01질량％ 이상 0.30질량％ 이하, Si : 0.05질량％ 이상 1.0질량％ 이하, Mn : 0.1질량％ 이상 2.0질량％ 이하, P : 0.05질량％ 이하, S : 0.02질량％ 이하, N : 0.008질량％ 이하, Al : 0.005질량％ 이상 0.10질량％ 이하, Cu : 0.1질량％ 이상 3.0질량％ 이하, Ni : 0.1질량％ 이상 5.0질량％ 이하 및 Ti : 0.005질량％ 이상 0.1질량％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

Description

표면 처리 강재 {SURFACE TREATED STEEL}

본 발명은, 교량, 해양 구조물, 토목·건축 구조물, 선박 등으로 대표되는 부식성 환경에 있어서의 강 구조물에 적절하게 사용되는 표면 처리 강재에 관한 것이다.

해양 구조물이나 선박 등, 부식성이 엄격한 환경에 있어서의 강 구조물에 있어서는, 방식 대책으로서 표면에 도장이 실시된 강재가 일반적으로 사용된다. 그러나, 방식 도장된 강재에 있어서는, 자외선에 의한 도막 열화 작용이나, 무언가의 기계적 작용 등에 의해 도막이 손상을 받는 것을 피할 수 없다. 또한, 도막 중을 침입해 오는 수분, 산소, 염소 이온 등의 부식성 물질에 의해 도막 하에서의 강재 부식이 진행됨으로써 브리스터가 발생되고, 이 브리스터(blister)가 파열되어 방식성이 경시적으로 저하된다. 따라서, 방식 도장은, 효과적인 방식 방법은 있지만, 영구적인 방식 방법은 없어, 부분 보수나 도장 교체 등의 정기적인 메인터넌스가 필요하다.

여기서, 상기 강 구조물이, 완전히 해수에 침지된 상태에서 사용되는 경우에는, 전기 방식(아연 등의 희생 방식)을 병용함으로써, 도막 흠집부로부터의 강재의 부식은 억제된다. 그러나, 비래 염분이 많은 교량이나, 선박 상부 구조물 등의 대기 환경에 노출되는 강 구조물에서는 전기 방식은 적용할 수 없다. 이로 인해, 도막 손상부로부터의 강재 부식에 의한 강 구조물의 내구성 열화에 관해서는 개선의 여지가 있어, 보다 효과적인 방식성의 향상 방법이 요구되고 있다. 또한, 대형 구조물에서는 도막의 메인터넌스를 위해 발판을 설치할 필요가 있는 경우가 많아, 막대한 메인터넌스 비용이 발생하므로, 도막 손상부에서의 강재의 부식 진전 억제에 의한 메인터넌스 간격의 장기화도 요망되고 있다.

이상과 같은 요구에 대응하는 방법으로서는, 도장의 방식성을 높이기 위해 도막의 후막화를 실시하거나, 도장전의 기초 처리를 실시하여 도막 밀착성을 향상시키는 것이 일반적이다. 또한, 성분의 조정 등에 의해 강재 자체의 도장 내식성을 향상시키는 기술도 제안되어 있다(일본 특허 출원 공개 제2000-169939호 공보 및 일본 특허 출원 공개 제2010-196079호 공보 참조). 그러나, 부식성이 매우 엄격한 환경에 있어서는, 이들 방식 기술로는 충분한 대응을 할 수 없는 경우가 있어, 가일층의 내식성의 향상이 요망되고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2000-169939호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-196079호 공보

본 발명은, 상술한 바와 같은 사정에 기초하여 이루어진 것이며, 우수한 내식성을 갖는 표면 처리 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 표면 처리 강재의 도장 내식성에 대해 연구한 결과, 도막 하에서의 강재 부식에 기인하는 브리스터 및 도막 흠집부의 부식 진전과 이것을 억제하는 방법으로서 이하의 지식을 얻었다. 즉, 도장이 실시된 표면 처리 강재에 있어서는, 상술한 바와 같이, 도막 중을 침입해 오는 수분, 산소, 염소 이온 등의 부식성 물질에 의해 브리스터가 발생하고, 이 브리스터가 파열되어 소지 강재가 노출되어, 방식성이 경시적으로 저하된다. 이러한 도막 열화에 대해, 알루민산염 및 황산염을 함유하는 중간층을 도막과 소지 강재 사이에 형성시킴으로써 브리스터의 진전을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 발견하였다. 이것은, 알루민산염과 황산염의 반응 생성물이, 외부 환경으로부터 침입해 오는 염소 이온 등의 부식성 물질을 트랩하여 무해화하기 때문이라고 생각된다. 또한, 도막 흠집부에 있어서는, 노출된 소지(素地) 강재의 부식이 발생하는 것에 더하여, 흠집부로부터 부식성 물질이 도막과 소지 강재 사이로 침입하여, 강재 부식을 진전시켜, 부식부를 확대시킨다. 이 경우, 상기 중간층은 흠집부로부터 도막과 소지 강재 계면으로 침입해 가는 부식성 물질을 트랩하여 무해화하는 작용도 있으므로, 도막 흠집부의 부식 진전의 억제에 대해서도 유효하다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 발명은,

소지 강재와, 최표면에 형성되는 방식 수지 도막을 구비하는 표면 처리 강재이며,

상기 소지 강재와 방식 수지 도막 사이에, 알루민산염 및 황산염을 함유하는 중간층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

당해 표면 처리 강재에 따르면, 소지 강재와 방식 수지 도막 사이에, 알루민산염 및 황산염을 함유하는 중간층을 설치하고 있으므로, 상술한 바와 같이 브리스터 및 도막 흠집부의 부식 진전을 억제하여, 우수한 내식성을 발휘할 수 있다.

상기 중간층이 철보다도 활성인 금속의 분말을 더 함유하는 것이 바람직하다. 당해 표면 처리 강재에 따르면, 이러한 금속 분말의 소지 강재에 대한 희생 방식 작용에 의해, 내식성을 더욱 높일 수 있다.

상기 소지 강재가,

C : 0.01질량％ 이상 0.30질량％ 이하,

Si : 0.05질량％ 이상 1.0질량％ 이하,

Mn : 0.1질량％ 이상 2.0질량％ 이하,

P : 0.05질량％ 이하,

S : 0.02질량％ 이하,

N : 0.008질량％ 이하,

Al : 0.005질량％ 이상 0.10질량％ 이하,

Cu : 0.1질량％ 이상 3.0질량％ 이하,

Ni : 0.1질량％ 이상 5.0질량％ 이하 및

Ti : 0.005질량％ 이상 0.1질량％ 이하

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 소지 강재의 각 성분을 상기 범위로 함으로써, 내식성 등을 더욱 높일 수 있다.

상기 소지 강재가,

Cr : 0.01질량％ 이상 1.0질량％ 이하,

Mo : 0.01질량％ 이상 1.0질량％ 이하 및

W : 0.01질량％ 이상 1.0질량％ 이하

로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것이 바람직하다.

상기 소지 강재가,

Mg : 0.0003질량％ 이상 0.005질량％ 이하 및

Ca : 0.0003질량％ 이상 0.005질량％ 이하

상기 소지 강재가,

Nb : 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하,

Zr : 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하,

V : 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하 및

B : 0.0001질량％ 이상 0.005질량％ 이하

상기 소지 강재에 이들 각 성분을 상기 범위 함유시킴으로써, 강 구조물의 재료로서 요망되는 내식성 등의 성능을 더욱 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 표면 처리 강재는 우수한 내식성을 갖는다. 따라서, 당해 표면 처리 강재는, 교량, 해양 구조물, 토목·건축 구조물, 선박 등으로 대표되는 부식성 환경에 있어서의 강 구조물에 적절하게 사용되어, 이들 메인터넌스 비용의 저감이나, 메인터넌스 간격의 장기화를 도모할 수도 있다.

도 1은 실시예에서 사용한 각 공시재를 도시하는 모식적인 평면도.
도 2는 실시예의 평가에 있어서의 브리스터 폭을 도시하는 모식적인 평면도.

이하, 본 발명의 표면 처리 강재의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

본 발명의 표면 처리 강재는, 소지 강재와, 이 소지 강재의 표면에 적층되는 중간층과, 이 중간층의 표면, 즉 최표면에 형성되는 방식 수지 도막을 구비한다.

(방식 수지 도막)

상기 방식 수지 도막은 방식에 사용되는 공지의 도료의 도장에 의해 형성되는 도막이다. 상기 도료로서는 특별히 한정되지 않고, 에폭시 수지계 도료, 염화 고무계 도료, 아크릴 수지 도료, 우레탄 수지 도료, 프탈산 수지계 도료, 페놀 수지계 도료, 실리콘 수지계 도료, 불소 수지계 도료 등을 들 수 있다. 이들 도료 중에서도, 중간층과의 밀착성 등의 점으로부터, 에폭시 수지계 도료가 바람직하다.

상기 에폭시 수지계 도료로서는, 비히클로서 에폭시 수지를 포함하는 것이면 되고, 예를 들어 에폭시 수지 도료, 변성 에폭시 수지 도료, 타르 에폭시 수지 도료 등을 들 수 있다. 상기 염화 고무계 도료로서는, 염화 고무나 염소화 폴리올레핀 등의 염소화 수지를 주원료로 하여 이루어지는 도료를 들 수 있다. 상기 아크릴 수지 도료로서는, 공지의 아크릴 수지 도료, 아크릴 에멀전 수지 도료, 아크릴 우레탄계 에멀전 도료, 아크릴 실리콘계 에멀전 도료, 아크릴 락카 등을 들 수 있다. 상기 우레탄 수지 도료로서는, 예를 들어 폴리우레탄 수지 도료, 폴리에스테르 우레탄 수지 도료, 습기 경화 폴리우레탄 수지 도료, 에폭시 우레탄 도료, 변성 에폭시 우레탄 수지 도료 등을 들 수 있다.

상기 방식 수지 도막의 막 두께는, 도료의 종류와 사용 환경에도 의하지만, 건조 막 두께로, 예를 들어 20㎛ 이상 400㎛ 이하의 평균 두께로 할 수 있다. 또한, 부식성이 매우 엄격한 환경에서 사용하는 경우에는, 1000㎛를 초과하는 막 두께로 할 수도 있다.

(중간층)

상기 중간층은, 상기 소지 강재와 방식 수지 도막 사이에 형성되어 있고, 알루민산염 및 황산염을 함유한다. 이 중간층은, 외부 환경으로부터 침입해 오는 염소 이온 등의 부식성 물질을 트랩한다고 생각되며, 높은 내식 효과를 발현한다.

상기 알루민산염으로서는, LiAlO₂, NaAlO₂, KAlO₂, MgAl₂O₄, CaAl₂O₄、 SrAl₂O₄, BaAl₂O4, FeAl₂O₄, CoAl₂O₄, NiAl₂O₄ 등을 들 수 있고, 또한 이들의 수화물로도 적용 가능하다.

이들 알루민산염 중에서도, 보다 우수한 내식능을 발휘할 수 있는 점에서, 알칼리 토류 금속염이 바람직하다. 나아가서는, CaAl₂O₄나 BaAl₂O₄는, 물에의 용해도가 작아, 효과의 지속성이 우수하므로 보다 바람직하다. 이들 알루민산염은 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 알루민산염의 중간층 구성 물질(후술하는 바인더를 제외하는 성분이며, 알루민산염, 황산염 및 후술하는 금속의 분말로 이루어진다. 이하 동일) 중의 함유량의 하한으로서는 10질량％가 바람직하고, 20질량％가 더욱 바람직하다. 한편, 이 함유량의 상한으로서는 90질량％가 바람직하고, 80질량％가 더욱 바람직하다. 알루민산염의 함유량을 상기 범위로 함으로써, 보다 효과적으로 방식성을 발휘할 수 있다.

상기 황산염으로서는, Na₂SO₄, K₂SO₄, MgSO₄, CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄, FeSO₄, CoSO₄ 및 NiSO₄ 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 물에의 용해도가 작아, 효과의 지속성이 우수한 점으로부터, 알칼리 토류 금속염이 바람직하고, CaSO₄, SrSO₄ 및 BaSO₄가 특히 바람직하다. 이들 황산염은 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 황산염의 중간층 구성 물질 중의 함유량의 하한으로서는 10질량％가 바람직하고, 20질량％가 더욱 바람직하다. 한편, 이 함유량의 상한으로서는 90질량％가 바람직하고, 80질량％가 더욱 바람직하다. 황산염의 함유량을 상기 범위로 함으로써, 보다 효과적으로 방식성을 발휘할 수 있다.

상기 알루민산염과 황산염의 질량비로서는, 1:9 이상 9:1 이하가 바람직하고, 1:4 이상 4:1 이하가 더욱 바람직하다. 알루민산염과 황산염의 질량비를 상기 범위로 함으로써, 알루민산염과 황산염의 반응 생성물이 효율적으로 생성된다고 생각되며, 부식성 물질의 트랩 기능이 보다 효과적으로 발현된다.

상기 알루민산염 및 황산염의 함유 형태로서는, 특별히 한정되지 않지만, 분말상으로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이들 성분을 분말상으로 함유시킴으로써, 중간층 표면에 미세한 요철을 형성할 수 있어, 방식 수지 도막의 밀착성을 높일 수 있다.

또한, 상기 중간층은, 철보다도 활성인 금속의 분말(이하, 단순히 「금속 분말」이라고도 함)을 더 함유하는 것이 바람직하다. 당해 표면 처리 강재에 따르면, 이와 같이 중간층에 철보다도 활성인 금속의 분말을 더 함유시킴으로써, 소지 강재에 대한 이 금속의 희생 방식 작용에 의해, 상술한 부식성 물질의 무해화가 더욱 효과적으로 작용하여, 보다 우수한 도장 내식성이 얻어진다.

철보다도 활성인 금속이라 함은, 철보다도 이온화 경향이 높은 금속을 말하며, 예를 들어 아연, 알루미늄, 마그네슘 등을 들 수 있지만, 이들 중에서도, 희생 방식 작용을 효과적으로 발휘할 수 있는 점으로부터 아연이 바람직하다. 또한, 이 아연으로서는, 순(純) 아연이나, Al, Mg, Cu, Ti 등을 소량 함유하는 아연 합금도 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 분말에 있어서는, 철보다도 활성인 금속 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. 이 기타 성분의 함유량으로서는, 금속 분말 중, 10질량％ 이하가 바람직하고, 5질량％ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 이들 금속 분말은 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 금속 분말의 중간층 구성 물질 중의 함유량의 하한으로서는 20질량％가 바람직하고, 이 함유량의 상한으로서는 80질량％가 바람직하다. 금속 분말의 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 이 금속 분말을 함유시키는 효과를 충분히 발휘시킬 수 없는 경우가 있다. 반대로, 금속 분말의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 상대적으로 알루민산염 및 황산염의 함유량이 감소하게 되므로, 우수한 내식성을 발휘할 수 없는 경우가 있다.

또한, 이러한 금속을 분말로 하여 중간층에 함유시킴으로써, 희생 방식 작용이 더욱 높아지고, 또한 중간층 표면에 미세한 요철이 형성됨으로써 방식 수지 도막의 밀착성을 높일 수 있다.

상기 중간층의 막 두께(평균 두께)의 하한으로서는 5㎛가 바람직하고, 10㎛가 더욱 바람직하다. 한편, 이 막 두께(평균 두께)의 상한으로서는 30㎛가 바람직하고, 25㎛가 더욱 바람직하다. 상기 중간층의 막 두께가 상기 하한 미만인 경우에는, 부식성 물질의 트랩 기능이 조기에 포화되므로, 충분한 효과가 얻어지기 어려운 경우가 있다. 또한, 중간층의 막 두께가 상기 상한을 초과하면 방식 수지 도막의 밀착성에 악영향을 미치는 경우가 있다.

상기 중간층의 형성 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루민산염, 황산염 및 필요에 따라서 상기 금속의 분말을 혼합하고, 바인더와 혼합하여, 스프레이 도포나 브러시 도포 등을 행함으로써 소지 강재 표면에 형성할 수 있다. 또한, 중간층의 형성 전에는, 소지 강재 표면을 적절하게, 공지의 방법에 의해 세정 등의 전처리를 실시하는 것이 바람직하다.

상기 바인더로서는 한정되지 않고, 에폭시 수지 등의 유기계 재료여도 되고, 알킬실리케이트(예를 들어, 에틸실리케이트 등) 등의 무기계 재료여도 된다. 이들 중에서도, 피막성이나 밀착성이 우수하고, 또한 다공질 형상을 형성할 수 있는 알킬실리케이트를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 바인더의 배합량으로서는 특별히 한정되지 않지만, 중간층 구성 물질과 바인더의 질량비로서, 5:5 이상 9:1 이하가 바람직하다. 바인더의 배합량이 상기 비 미만인 경우는, 중간층의 밀착성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 바인더의 배합량이 상기 비를 초과하는 경우는, 충분한 내식성이 발휘되지 않을 우려가 있다.

(소지 강재)

상기 소지 강재로서는, 특별히 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있다. 여기서, 당해 표면 처리 강재에 있어서는, 또한 상기 소지 강재에 있어서의 Cu, Ni, Ti 등의 화학 성분을 조정함으로써 도장 내식성은 상승적으로 높아진다. 이하에 본 발명에 사용되는 소지 강재의 성분 범위의 바람직한 한정 이유 등에 대해 설명한다. 또한, 구조 재료로서는, 내식성 이외에도 기계 특성이나 용접성을 만족시킬 필요가 있어, C, Si, Mn, P, S, N 및 Al 등의 화학 성분량을 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.

(C : 0.01 내지 0.30질량％)

C(탄소)는 시멘타이트의 생성에 의해 재료의 기계 특성을 향상시키는 효과가 있어, 강도 확보를 위해 바람직한 원소이다. C 함유량의 하한으로서는 0.01질량％가 바람직하고, 0.02질량％가 보다 바람직하고, 0.03질량％가 더욱 바람직하다. 한편, C 함유량의 상한으로서는 0.30질량％가 바람직하고, 0.29질량％가 보다 바람직하고, 0.28질량％가 보다 바람직하고, 0.24질량％가 더욱 바람직하고, 0.20질량％가 특히 바람직하다. C 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상술한 기계 특성의 향상이 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, C 함유량이 상기 상한을 초과하면, 캐소드 사이트로서 작용하는 시멘타이트의 생성량이 많아져, 내식성이 열화되는 경우가 있다.

(Si : 0.05 내지 1.0질량％)

Si(규소)는 탈산과 강도 확보를 위해 바람직한 원소이다. Si 함유량의 하한으로서는 0.05질량％가 바람직하고, 0.08질량％가 보다 바람직하고, 0.10질량％가 더욱 바람직하다. 한편, Si 함유량의 상한으로서는 1.0질량％가 바람직하고, 0.95질량％가 보다 바람직하고, 0.9질량％가 보다 바람직하고, 0.8질량％가 더욱 바람직하고, 0.5질량％가 특히 바람직하다. Si 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 구조 부재로서의 최저 강도가 확보되지 않을 우려가 있다. 반대로, Si 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 용접성이 열화될 우려가 있다.

(Mn : 0.1 내지 2.0질량％)

Mn(망간)도 Si와 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 바람직한 원소이다. Mn 함유량의 하한으로서는 0.1질량％가 바람직하고, 0.15질량％가 보다 바람직하고, 0.2질량％가 더욱 바람직하다. 한편, Mn 함유량의 상한으로서는 2.0질량％가 바람직하고, 1.9질량％가 보다 바람직하고, 1.8질량％가 더욱 바람직하다. Mn 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 구조 부재로서의 최저 강도가 확보되지 않을 우려가 있다. 반대로, Mn 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 인성이 열화될 우려가 있다.

(P : 0.05질량％ 이하)

P(인)는 인성이나 용접성을 열화시키는 원소로, 이 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. P 함유량의 상한으로서는 0.05질량％가 바람직하고, 0.048질량％가 보다 바람직하고, 0.045질량％가 더욱 바람직하다. 한편, P 함유량의 하한으로서는 예를 들어 0.001질량％이다.

(S : 0.02질량％ 이하)

S(유황)도 P와 마찬가지로 인성이나 용접성을 열화시키는 원소로, 이 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. S 함유량의 상한으로서는 0.02질량％가 바람직하고, 0.019질량％가 보다 바람직하고, 0.018질량％가 더욱 바람직하다. 한편, S 함유량의 하한으로서는 예를 들어 0.0001질량％이다.

(N : 0.008질량％ 이하)

N(질소)은 인성 및 방식성을 열화시키는 원소로, 이 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. N 함유량의 상한으로서는 0.008질량％가 바람직하고, 0.0075질량％가 보다 바람직하고, 0.007질량％가 더욱 바람직하다. 한편, N 함유량의 하한으로서는 예를 들어 0.0001질량％이다.

(Al : 0.005 내지 0.10질량％)

Al(알루미늄)도 Si 및 Mn과 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 바람직한 원소이다. Al 함유량의 하한으로서는 0.005질량％가 바람직하고, 0.01질량％가 보다 바람직하다. 한편, Al 함유량의 상한으로서는 0.10질량％가 바람직하고, 0.09질량％가 보다 바람직하고, 0.08질량％가 더욱 바람직하다. Al 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, Al 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 용접성이 저하될 우려가 있다.

(Cu : 0.1 내지 3.0질량％)

Cu(구리)는 소지 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하는 작용을 가져, 도장 내식성의 향상에 바람직한 원소이다. 즉, 상기 소지 강재가 Cu를 함유함으로써, 도막 흠집부에 있어서 녹에 대한 보호성이 향상되어, 도막부 부식의 진전이 억제된다. Cu 함유량의 하한으로서는 0.1질량％가 바람직하고, 0.15질량％가 보다 바람직하고, 0.2질량％가 더욱 바람직하다. 한편, Cu 함유량의 상한으로서는 3.0질량％가 바람직하고, 2.8질량％가 보다 바람직하고, 2.6질량％가 보다 바람직하고, 2.0질량％가 더욱 바람직하고, 1.0질량％가 특히 바람직하다. Cu 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, Cu 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 용접성이나 열간 가공성이 열화되는 경우가 있다.

(Ni : 0.1 내지 5.0질량％)

Ni(니켈)는 Cu와 마찬가지로 소지 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하는 작용을 갖고 있어, 도장 내식성의 향상에 바람직한 원소이다. 또한, Ni는 모재 인성을 향상시키는 데도 유효하고, 또한 Cu에 의한 적열 취성을 방지하는 데도 바람직한 원소이다. Ni 함유량의 하한으로서는 0.1질량％가 바람직하고, 0.15질량％가 보다 바람직하고, 0.2질량％가 더욱 바람직하다. 한편, Ni 함유량의 상한으로서는 5.0질량％가 바람직하고, 4.8질량％가 보다 바람직하고, 4.6질량％가 더욱 바람직하다. Ni 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, Ni 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 용접성이나 열간 가공성이 열화될 우려가 있다.

(Ti : 0.005 내지 0.1질량％)

Ti(티탄)는 녹 입자를 미세화하여, 녹에 대한 보호성을 향상시키는 작용을 가지므로, 도장 내식성의 향상에 바람직한 원소이다. 즉, 상기 소지 강재가 Ti를 함유함으로써, 도막 흠집부에 있어서 녹에 대한 보호성이 향상되어, 도막부 부식의 진전이 억제된다. Ti 함유량의 하한으로서는 0.005질량％가 바람직하고, 0.007질량％가 보다 바람직하고, 0.01질량％가 더욱 바람직하다. 한편, Ti 함유량의 상한으로서는 0.1질량％가 바람직하고, 0.09질량％가 보다 바람직하고, 0.08질량％가 더욱 바람직하다. Ti 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, Ti 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 용접성이나 열간 가공성이 열화될 우려가 있다.

(Cr : 0.01 내지 1.0질량％

Mo : 0.01 내지 1.0질량％

W : 0.01 내지 1.0질량％)

상기 소지 강재는, Cr(크롬), Mo(몰리브덴) 및 W(텅스텐)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것이 바람직하다. Cr, Mo 및 W는, 녹에 대한 보호성을 높이는 작용이나, 부식 용해시에 인히비터로 되는 화합물을 생성하는 작용을 갖고 있어, 내식성 향상에 유효한 원소이다. 상기 각 원소의 함유량의 하한으로서는 0.01질량％가 바람직하고, 0.015질량％가 보다 바람직하고, 0.02질량％가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 각 원소의 함유량의 상한으로서는 1.0질량％가 바람직하고, 0.95질량％가 보다 바람직하고, 0.90질량％가 더욱 바람직하다. 상기 각 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, 이들 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 용접성이나 열간 가공성이 열화될 우려가 있다.

(Mg : 0.0003 내지 0.005질량％

Ca : 0.0003 내지 0.005질량％)

Mg(마그네슘) 및 Ca(칼슘)는 부식 용해시에 pH를 상승시켜, 국소적인 부식성을 저하시키는 작용을 갖고 있어, 도장 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 상기 각 원소의 함유량의 하한으로서는 0.0003질량％가 바람직하고, 0.0004질량％가 보다 바람직하고, 0.0005질량％가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 각 원소의 함유량의 상한으로서는 0.005질량％가 바람직하고, 0.0045질량％가 보다 바람직하고, 0.004질량％가 더욱 바람직하다. 상기 각 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다. 반대로, 이들 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 가공성과 용접성이 열화될 우려가 있다.

(Nb : 0.001 내지 0.1질량％

Zr : 0.001 내지 0.1질량％

V : 0.001 내지 0.1질량％

B : 0.0001 내지 0.005질량％)

Nb(니오브), Zr(지르코늄), V(바나듐) 및 B(붕소)는, 강도 및 내식성 향상에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. Nb, Zr 및 V의 함유량의 하한으로서는 0.001질량％가 바람직하고, 0.002질량％가 보다 바람직하고, 0.003질량％가 더욱 바람직하다. 한편, 이들 원소의 함유량의 상한으로서는 0.1질량％가 바람직하고, 0.095질량％가 보다 바람직하고, 0.09질량％가 더욱 바람직하다. 또한, B 함유량의 하한으로서는 0.0001질량％가 바람직하고, 0.0002질량％가 보다 바람직하고, 0.0003질량％가 더욱 바람직하다. B 함유량의 상한으로서는 0.005질량％가 바람직하고, 0.0045질량％가 보다 바람직하고, 0.004질량％가 더욱 바람직하다. Nb, Zr, V 및 B의 함유량이 상기 하한 미만인 경우는, 상기 효과를 충분히 발휘할 수 없는 경우가 있다. 반대로, 이들 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우는, 소지 강재의 인성이 열화되는 경우가 있다.

상기 소지 강재의 바람직한 화학 성분은 상기한 바와 같으며, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이다. 상기 불가피 불순물은 소지 강재의 여러 특성을 저해시키지 않을 정도로 첨가할 수 있고, 합계로 0.1질량％ 이하, 바람직하게는 0.09질량％ 이하로 억제함으로써, 본 발명의 표면 처리 강재의 내식성 발현 효과를 높일 수 있다.

당해 표면 처리 강재는 상술한 바와 같이 우수한 내식성을 가지므로, 교량, 해양 구조물, 토목·건축 구조물, 선박 등에 대표되는 부식성 환경에 있어서의 강 구조물의 재료로서 적절하게 사용할 수 있다. 당해 표면 처리 강재를 사용한 강 구조물은, 내식성이 우수하므로, 메인터넌스 간격의 장기화나, 메인터넌스 비용의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 방식 수지 도막과 중간층 사이, 또는 소지 강재와 중간층 사이에 다른 층, 예를 들어 표면 처리층 등이 적층되어도, 본 발명의 표면 처리 강재가 갖는 중간층의 트랩 효과가 발휘된다. 또한, 중간층 및 방식 수지 도막의 밀착성 등을 고려하면, 소지 강재, 중간층 및 방식 수지 도막의 3층 구조로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[공시재의 제작]

표 1에 나타내는 다양한 화학 성분 조성의 강재를 진공 용해로에 의해 용제하여, 50㎏의 강괴로 하였다. 얻어진 강괴를 1150℃로 가열한 후, 열간 압연을 행하여 판 두께 10㎜의 강 소재(소지 강재)로 하였다. 상기 강 소재로부터, 크기 100×30×5(mm)의 테스트피스를 잘라내어, 소지 강재 M1 내지 M26으로 하였다. 모든 테스트피스는, 전체면을 숏블라스트하여 아세톤 세정을 하고 나서, 시험면(100×30mm의 편면)에 이하의 표면 처리를 실시하였다.

우선, 표 2(S1 내지 S9)에서 각각 나타내는 조성 및 배합의 알루민산염, 황산염 및 금속의 분말상 시약을 혼합하여 혼합물로 하였다. 이 혼합물과 알킬실리케이트를 질량비로 7:3의 비율로 혼합하여, 상기 강 소재 표면에 스프레이 도포하여, 중간층을 형성하였다. 소지 강재(M1 내지 M26)와 중간층(S1 내지 S9)의 조합은, 표 3과 같이 하였다. 중간층의 막 두께는 모두 건조 막 두께로 15㎛로 하였다. 중간층의 표면에, 각각 변성 에폭시 수지계 도료를 건조 막 두께로 100㎛로 되도록 도장하여, 방식 수지 도막을 형성하고, 비교예(No.1 내지 No.4) 및 실시예(No.5 내지 No.35)의 표면 처리 강재를 얻었다.

[부식 시험 방법]

도장 후, 시험면 이외의 면은 테프론(등록 상표) 테이프에 의해 피복하였다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 공시재 1에 있어서의 시험면의 도막(방식 수지 도막;2)에는, 소지 강재 소지까지 도달하는 길이 50㎜, 폭 2㎜의 컷트 흠집(흠집부;3)을 형성하였다.

부식 시험으로서, 염수 분무 과정(30℃의 5％ NaC1 수용액을 0.5시간 분무), 습윤 과정(30℃, 95％ RH, 1.5시간) 및 건조 과정(온도 50℃, 습도 50％RH, 4시간)을 반복하는 복합 사이클 시험을 실시하였다. 시험 기간은 3개월간으로 하였다.

3개월간의 시험이 종료된 후, 흠집부의 브리스터 폭의 최대값 및 흠집부의 소지 강재의 최대 부식 깊이를 측정하여, 도장 내식성을 평가하였다. 부식 시험에는, 표 3에 나타내는 각 공시재(No.1 내지 No.35)를 각각 3매씩 제공하였다. 브리스터 폭 측정에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 컷트 흠집(3)의 단부면으로부터 브리스터 발생 부분(4)까지의 최대 거리 X를 브리스터 폭으로 하였다. 또한, 브리스터 폭의 최대값 및 흠집부의 소지 강재의 최대 부식 깊이는 제공한 시험편 3매의 최대값으로 하였다.

[시험 결과]

표 3에 시험 결과를 나타낸다. 브리스터 폭의 최대값 및 흠집부의 소지 강재의 최대 부식 깊이는, No.1의 통상의 표면 처리 강재를 100으로 하였을 때의 상대값으로 나타내고 있다. 표 3에 있어서의 내식성의 평가는, 하기 기준에 따른 것이다.

× : 브리스터 폭의 최대값과 최대 부식 깊이가 모두 90 이상을 만족시킨다.

○ : 브리스터 폭의 최대값과 최대 부식 깊이가 모두 70 이하를 만족시킨다.

(단, 어느 쪽도 50 이하인 것을 제외함)

○∼◎ : ○에 있어서 브리스터 폭의 최대값과 최대 부식 깊이 중 어느 하나가 50 이하를 만족시킨다.

◎ : 브리스터 폭의 최대값과 최대 부식 깊이가 모두 50 이하를 만족시킨다.

◎∼◎◎ : ◎에 있어서 브리스터 폭의 최대값과 최대 부식 깊이 중 어느 하나가 30 이하를 만족시킨다.

[평가]

알루민산염 또는 황산염만의 중간층을 형성시킨 No.2 및 No.3의 표면 처리 강재는 브리스터 폭 및 최대 부식 깊이가 97 내지 99이며, 변성 에폭시 수지계 도막을 단독 도포한 표면 처리 강재(No.1)에 대해 도장 내식성의 향상은 거의 확인되지 않았다. 이들 결과는, 알루민산염 또는 황산염만으로는, 부식성 물질인 염소 이온 등의 무해화 효과는 얻어지지 않는 것을 시사하고 있다. 또한, 중간층이 Zn만의 No.4의 표면 처리 강재(징크리치 프라이머에 상당하는 것)도, 도장 내식성의 향상은 충분하지 않았다.

이들에 대해, 알루민산염 및 황산염의 양자를 함유하는 중간층을 형성시킨 실시예(No.5 내지 No.35)의 표면 처리 강재는, 모두 브리스터 폭 및 최대 부식 깊이가 어느 쪽도 70 이하로까지 억제되어 있어, 도장 내식성의 향상이 확인되었다. 이들 결과는, 알루민산염 및 황산염의 공존에 의해, 부식성 물질을 무해화하여 도막 흠집부로부터의 부식 진전을 억제하였기 때문이라고 생각된다.

또한, 알루민산염 및 황산염에 더하여, 금속 분말을 더 함유하는 중간층을 형성시킨 No.8 내지 No.10 등의 표면 처리 강재는 브리스터 폭의 저감에 유효하여, 가일층의 도장 내식성 향상이 확인된다.

또한, N 및 Ti가 규정 범위로부터 벗어나는 소지 강재(M2 및 M3)를 사용한 No.11 및 No.12의 표면 처리 강재는, 본 발명의 중간층 S4에 의한 브리스터 폭 및 최대 부식 깊이의 억제 효과는 통상의 소지 강재(M1)를 사용한 No.5의 표면 처리 강재와 동일 레벨이었다. 이에 대해, 화학 성분을 조정함으로써, 동일 중간층의 실시예로 비교하면 브리스터 폭 및 최대 부식 깊이는 억제되어 있다. 예를 들어, 중간층 S4의 예로 비교하면, No.5(평가 ○)에 대해, No.13 및 No.14는 ○∼◎, No.16이나 No.19 등은 ◎, No.26이나 No.33 등은 ◎∼◎◎로 향상되어 있어, 도장 내식성 향상 효과는 더욱 높아지는 결과로 되었다.

※표 1 중, 단위는 질량％이다.

※표 1 중, 「―」는 실질적으로 함유하고 있지 않은(검출되지 않은) 것을 나타낸다.

※표 2 중, 「＋」는 각각의 성분을 동일 질량 사용한 것을 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 표면 처리 강재는, 교량, 해양 구조물, 토목·건축 구조물, 선박 등에 대표되는 부식성 환경에 있어서의 강 구조물에 적절하게 사용된다.

1 : 공시재
2 : 도막
3 : 컷트 흠집
4 : 브리스터 발생 부분

Claims

소지 강재와, 최표면에 형성되는 방식 수지 도막을 구비하는 표면 처리 강재이며,
상기 소지 강재와 방식 수지 도막 사이에, 알루민산염 및 황산염을 함유하는 중간층을 더 구비하고,
상기 방식 수지 도막의 막 두께는, 건조 막 두께로, 20㎛ 이상 400㎛ 이하의 평균 두께이고,
상기 중간층의 구성 물질의 바인더를 제외한 성분 중의 알루민산염의 함유량이, 10질량％ 이상, 90질량％ 이하이고,
상기 중간층의 구성 물질의 바인더를 제외한 성분 중의 황산염의 함유량이, 10질량％ 이상, 90질량％ 이하이고,
상기 중간층에 있어서의 알루민산염과 황산염의 질량비가, 1:9 이상 9:1 이하이고,
상기 중간층의 막 두께가, 5㎛ 이상, 30㎛ 이하의 평균 두께인 것을 특징으로 하는, 표면 처리 강재.
제1항에 있어서, 상기 중간층이 철보다도 활성인 금속의 분말을 더 함유하는, 표면 처리 강재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소지 강재가,
C : 0.01질량％ 이상 0.30질량％ 이하,
Si : 0.05질량％ 이상 1.0질량％ 이하,
Mn : 0.1질량％ 이상 2.0질량％ 이하,
P : 0.001질량％ 이상 0.05질량％ 이하,
S : 0.0001질량％ 이상 0.02질량％ 이하,
N : 0.0001질량％ 이상 0.008질량％ 이하,
Al : 0.005질량％ 이상 0.10질량％ 이하,
Cu : 0.1질량％ 이상 3.0질량％ 이하,
Ni : 0.1질량％ 이상 5.0질량％ 이하 및
Ti : 0.005질량％ 이상 0.1질량％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는, 표면 처리 강재.
제3항에 있어서, 상기 소지 강재가,
Cr : 0.01질량％ 이상 1.0질량％ 이하,
Mo : 0.01질량％ 이상 1.0질량％ 이하,
W : 0.01질량％ 이상 1.0질량％ 이하,
Mg : 0.0003질량％ 이상 0.005질량％ 이하,
Ca : 0.0003질량％ 이상 0.005질량％ 이하,
Nb : 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하,
Zr : 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하,
V : 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하 및
B : 0.0001질량％ 이상 0.005질량％ 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 표면 처리 강재.