JP2000345366A

JP2000345366A - 耐候性に優れた鋼材の製造方法

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Publication number: JP2000345366A
Application number: JP15080299A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Nishimura; 公宏西村; Kazuhiko Shiotani; 和彦塩谷; Yasuyoshi Yamane; 康義山根; Fumimaru Kawabata; 文丸川端; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】流れさびや浮きさびの発生を防止し、海岸地
帯での使用も可能な、耐候性に優れた鋼材の製造方法を
提案する。【解決手段】耐候性鋼材の表面に、平均粒径が１〜10
0 μm の鉄粉を塗布したのち、該耐候性鋼材に、500 〜
1000℃の温度範囲に加熱し冷却する熱処理を施し、さら
にさび促進処理を施す。10〜100 μm の厚さの鉄粉層を
形成するように、鉄粉を塗布するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐候性鋼材に係
り、とくに鋼材表面に耐候性安定さびを早期に形成させ
た耐候性に優れた鋼材の製造方法に関する。なお、耐候
性鋼材は、JIS G 3114に規定される鋼材をいう。本発明
における鋼材は、厚鋼板、薄鋼板、棒鋼、形鋼を含むも
のとする。

【０００２】

【従来の技術】鋼中にＰ、Cu、Cr、Ni等の合金元素を添
加し大気中における耐食性を向上させた耐候性鋼は、屋
外において腐食の原因である酸素、水を通しにくい安定
さびと呼ばれるさびを数年で形成する。この安定さび
は、普通鋼におけるさびに比べ暗褐色であり、景観に調
和すること、およびこの安定さびがその後の腐食を抑制
する作用を有するため、防錆塗料の塗布が不要であり、
耐候性鋼は、いわゆる裸使用が可能な安価な高耐食性材
料として広く使用されている。

【０００３】しかしながら、耐候性鋼の安定さびが形成
されるまでに数年とかかるため、田園地帯で使用される
場合にはその間、さび汁と呼ばれる流れさびを発生さ
せ、景観上の問題があった。一方、海岸地帯で使用され
る場合には、飛来する海塩粒子の作用により安定さびが
形成されにくく、腐食の抑制が認められないうえ、さら
に、浮きさびと呼ばれる剥離性のさびも少なからず発生
するという問題が残されていた。

【０００４】このような問題に対し、鋼材表面に塗料を
塗布し、塗膜により腐食環境から鋼材を遮断する方法が
広く行われている。しかしながら、耐候性鋼材の表面に
塗料を塗布し、塗膜を形成する方法では、塗膜の耐食性
が高く、安定さび層が形成されるまでに数十年の長期間
を要し、その間、塗膜の劣化による剥離が生じ、外観上
見苦しいという問題や、環境によりとくに塗膜の劣化が
著しい場合には、再塗装を施す必要が生じるという問
題、さらに、塗膜下の腐食進行度合いの違いにより、色
むらが生じるという問題もあった。

【０００５】これらの問題点を解決すべく安定さびを早
期に形成させる方法がいくつか提案されている。例え
ば、特公平7-37672 号公報には、特殊な組成からなる錆
付け処理液で処理した錆付け耐候性鋼板が開示されてい
る。また、特開平1-142088号公報には、鉄イオンを含む
酸性溶液で鋼板表面を処理したのち、リン酸塩被膜を形
成させる耐候性鋼の表面処理方法が開示されている。

【０００６】しかし、これらの方法はいずれも耐候性鋼
板から直接安定さびを形成させる方法であり、充分な厚
みを有する安定さびを速く生成させるには限界があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した問
題を有利に解決し、流れさびの発生を防止し、海岸地帯
での使用においても耐候性を向上させる安定さびを短時
間で厚く形成できる耐候性に優れた鋼材の製造方法を提
案することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するために、耐候性鋼材に安定さびを速くし
かも厚く形成させる方法について鋭意研究を行った。そ
の結果、本発明者らは、腐食は表面で進行するものであ
り、さび層を速く厚く形成するには、鋼材表面を立体的
にして増加することが有効であること、しかもこの立体
化部分が鋼材表面に連結していることが重要であるとの
考えに至った。この考えに基づき、本発明者らは鉄粉に
着目し、鋼材表面に微細な鉄粉を塗布し、熱処理により
鋼材表面に焼結させたのち、さび促進処理を施せば、同
一さび促進処理を施しても腐食の進行が速くなり、鋼材
表面に密着した安定さびが速く形成できることを見いだ
した。また、焼結した鉄粉の厚さを適度に増加すること
により、安定さびを厚く形成することができることを知
見した。

【０００９】なお、鋼板表面に鉄粉を焼結せず、単に鋼
板表面に鉄粉を存在させてさび促進処理を行った場合に
は、さびは形成されるが、大部分のさびが浮きさびとな
り、その後の洗浄により脱落するものが多く錆むらが発
生した。この理由は現在のところ明確となっていない
が、単に鋼材表面に鉄粉を存在させただけで鋼材表面に
強固に付着していない場合には、鉄粉と地鉄との接触面
で腐食が進行し、地鉄と鉄粉との密着性が確保できない
ものと考えられる。

【００１０】本発明は、上記した知見に基づき、さらに
検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明
は、耐候性鋼材の表面に、平均粒径が１〜100 μm の鉄
粉を塗布したのち、該耐候性鋼材に、500 〜1000℃の温
度範囲に加熱し冷却する熱処理を施し、さらにさび促進
処理を施すことを特徴とする耐候性に優れた鋼材の製造
方法であり、また、本発明では、前記耐候性鋼材の表面
に10〜100 μm の厚さの鉄粉層を形成するように、鉄粉
を塗布するのが好ましい。

【００１１】また、本発明におけるさび促進処理は、耐
候性鋼材を、露点温度が一定に保持された雰囲気内に保
持し、該雰囲気内で該耐候性鋼材の温度を、（露点温度
＋５℃）以上の温度域と（露点温度−５℃）以下の温度
域との間で繰返し変動させる処理とするのが好ましく、
また、本発明におけるさび促進処理では、前記雰囲気
を、酸素ガス濃度を15〜50容積％とするのが好ましく、
また、前記耐候性鋼材の温度を、昇温速度が0.1 〜２℃
／min 、降温速度が0.01〜２℃／min として変動させて
もよい。

【００１２】また、本発明におけるさび促進処理は、露
点温度が一定に保持され酸素ガス濃度が15〜50容積％で
ある雰囲気内で、耐候性鋼材の温度を（露点温度＋５
℃）以上の温度域と（露点温度−５℃）以下の温度域と
の間で、昇温速度を0.1 〜２℃／min 、降温速度を0.01
〜２℃／min として周期的に変動させてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、耐候性鋼材の表面
に、平均粒径が１〜100 μm の鉄粉を塗布する。使用す
る鉄粉は、還元鉄粉、水アトマイズ鉄粉、ガスアトマイ
ズ鉄粉、カルボニル鉄粉等の純鉄粉が好適である。ま
た、純鉄粉の以外に、早期に安定さびが形成できるもの
であれば、若干の合金元素を含む低合金鋼粉でもよい。

【００１４】鉄粉の平均粒径が100 μm を超えると、表
面積の増大効果が減少し、また、形成されるさび層が均
一とならない。また、鉄粉の平均粒径が１μm 未満の場
合には、さび層形成の促進作用が飽和し、また粉末が高
価となり経済的に不利となる。このため、鉄粉の平均粒
径は1 〜100 μm とする。耐候性鋼材表面に鉄粉を塗布
する方法としては、上記した平均粒径の鉄粉を、液体、
好ましくは水中に添加して、攪拌し、均一に分散させた
のち、鋼材表面に例えば、ドクターブレード法などで塗
布する方法が簡便であり、塗布量を調整するだけで、生
成するさび層の厚さを所望の厚さに任意に調整すること
ができ、好適である。鉄粉を添加し、分散させる液体と
しては、水以外に、アルコール、アセトンが例示され
る。塗布後、乾燥するのが好ましい。

【００１５】表面に鉄粉を塗布された耐候性鋼材は、つ
いで、鉄粉を鋼材表面に焼結させるため、500 〜1000℃
の温度範囲に加熱し冷却する熱処理を施される。加熱温
度が500 ℃未満では、鉄粉と鋼材表面、および鉄粉同志
の焼結が進行せず、鉄粉と鋼材表面との密着性が不足
し、いわゆる浮きさびの発生が多くなる。一方、1000℃
を超えると、鉄粉同志の焼結が進行しすぎ、表面積の増
大効果が失われる。このため、熱処理の加熱温度は500
〜1000℃の範囲とする。なお、好ましくは、600〜800
℃である。

【００１６】上記温度範囲に加熱したのち、室温まで冷
却される。冷却条件は、とくに限定されない。なお、鋼
材の表面酸化を防止することから、熱処理は非酸化性雰
囲気で行うのが好ましい。非酸化性雰囲気としては、窒
素ガス、不活性ガス、あるいは水素ガス雰囲気とするの
が好ましい。この熱処理により、鉄粉と鋼材表面、およ
び鉄粉同志が軽く焼結し、鉄粉が鋼材表面に層状に固着
され、鋼材表面に鉄粉層が形成される。鋼材表面に形成
される鉄粉層の厚さは、10〜100 μm の範囲とするのが
好ましい。鉄粉層の厚さは焼結のための加熱処理によっ
て若干減少するため、この厚さとなるように、鋼材表面
に塗布する鉄粉の厚さを調整するのが好ましい。なお、
焼結後の鉄粉層の厚さは、先端部が平面の（例えば３mm
φ）の接触子を有するマイクロメータで、鉄粉塗布前お
よび鉄粉塗布後でかつ焼結後の鋼材の厚みをそれぞれ少
なくとも５点測定し、後者の平均値と前者の平均値との
差で求める。鉄粉層の厚さが10μm 未満では、生成する
さび層の厚さが薄く耐候性を十分発揮することができ
ず、一方、100 μm を超えると、さび促進処理時に酸素
が地鉄まで拡散しにくく、地鉄の腐食が進行せず、さび
層と地鉄との密着性が低下する。

【００１７】ついで、表面に鉄粉層を形成された耐候性
鋼材は、さび促進処理を施される。さび促進処理は、露
点温度が一定に保持された雰囲気内に保持し、該雰囲気
内で該耐候性鋼材の温度を、（露点温度＋５℃）以上の
温度域と（露点温度−５℃）以下の温度域との間で繰返
し変動させる処理とするのが好ましい。一定に保持する
露点の値は、鋼材に結露できる範囲であればとくに限定
する必要はない。露点の調整は、雰囲気ガス中に水を噴
霧して行うのが好適である。なお、所定の安定さびを得
るためには噴霧する水は純水を用いるのが好ましい。

【００１８】また、鋼材を保持する雰囲気は、露点を一
定に保持し、さらに酸素ガス濃度を15〜50容積％に維持
するのが好ましい。酸素ガス濃度が15容積％未満では、
腐食の進行速度が遅く安定さびの形成に長時間を要し生
産能率が低下する。また、酸素ガス濃度が50容積％を超
えると、腐食が進まない。このようなことから、雰囲気
中の酸素ガス濃度は15〜50容積％とするのが好ましい。
なお、窒素ガス中に酸素ガスを混合し、酸素ガス分圧を
調整するのが好ましく、混合する酸素ガスは所定の安定
さびを得るためにできるだけ純度の高いものを用いる。

【００１９】鋼材を上記した雰囲気内に保持し、鋼材温
度を（露点温度＋５℃）以上の温度域と（露点温度−５
℃）以下の温度域との間で、繰返し変動させる。（露点
温度＋５℃）以上の温度域と（露点温度−５℃）以下の
温度域とを往復させることにより、鋼材表面が結露と乾
燥を繰返し腐食の進行が速く、安定さびが短期に形成で
きる。上記した各温度域での保持は、とくに必要としな
いが、１〜60min 間保持しても、一定時間内の繰り返し
回数が少なくなるだけでなんら問題はない。

【００２０】鋼材温度が（露点温度＋５℃）未満、（露
点温度−５℃）超の範囲では、鋼材表面における結露、
乾燥が不安定であるため、腐食が進行せず安定さび層の
形成が困難となる。また、（露点温度＋５℃）以上の温
度域と（露点温度−５℃）以下の温度域との間の鋼材温
度の昇温、降温は、昇温速度を0.1 〜２℃／min 、降温
速度を0.01〜２℃／min とするのが好ましい。昇温速度
が0.1 ℃／min 未満では、昇温に時間がかかりすぎ能率
的でなく、一方、２℃／min を超えると鋼材表面にさび
層が形成されにくくなる。また、降温速度が0.01℃／mi
n 未満では、降温に時間がかかりすぎ能率的でなく、一
方、２℃／min を超えると結露しにくくなり鋼材表面に
さび層が形成されにくくなる。

【００２１】上記したように、表面に鉄粉層を形成した
耐候性鋼材に、さび促進処理を施すことにより、地鉄と
鉄粉の表面で腐食が進行する。腐食の進行状況を図１に
模式的に示す。図１（ａ）〜（ｃ）は鉄粉を塗布した場
合であり、図１（ｄ）〜（ｆ）は比較としての鉄粉を塗
布しない場合である。本発明では、平均粒径が１〜100
μm の微細な鉄粉を使用しているため、腐食反応の面積
が増大し、同一さび促進処理を施した場合でも腐食の進
行が速くなるという利点がある。そして、鉄の腐食は、
鉄イオンの溶出と酸化による沈殿反応であるから、図１
（ｂ）に示すように形成されたさびは鉄粉間の空隙を埋
め、緻密なさび層を形成することができるという効果も
ある。また、鉄粉同志が軽く焼結し、鉄粉が鋼材表面に
層状に固着されていることにより、形成されたさび層は
鋼材との密着性が良いものとなる。さらに、焼結した鉄
粉の厚みを増加しているので図１（ｃ）に示すように、
鉄粉を塗布しない場合（図１（ｆ））に比べ、さび層も
厚くできる。

【００２２】

【実施例】表１に示す組成の耐候性鋼板から切り出した
試験片（５mmt ×50mmw ×100mml）に、ショットブラス
ト加工を施し、表２に示す平均粒径を有する純鉄粉を水
中に添加し攪拌して均一分散させたのち、ドクターブレ
ード法により、鋼板表面へ塗布した。塗布後、乾燥した
のち、Ar雰囲気中で800 ℃で加熱し、放冷する熱処理を
施し、鉄粉を鋼板表面に固着するとともに、鉄粉同志を
焼結させ、鋼板表面に鉄粉層を形成した。

【００２３】ついで、各試験片に、さび促進処理を施し
た。さび促進処理は、露点温度を一定に保持された雰囲
気中（温度：30℃、湿度：90％、露点温度：25℃、25％
Ｏ₂−残部Ｎ₂ガス雰囲気）で、試験片温度を（露点温
度−５℃）と（露点温度＋10℃）との間を繰返し変動さ
せ、試験片にさびを形成した。なお、露点下温度域と露
点上温度域間の昇温速度を１℃/s、降温速度を0.1 ℃/s
とした。なお、所定の温度域での保持は10min とした。
１サイクルは４hrとし、処理期間は20日間とした。

【００２４】

【表１】

【００２５】なお、比較例として、鋼板表面に鉄粉を塗
布したのち、加熱せずにさび促進処理を施したもの（鋼
板No.12 ）、鋼板表面に鉄粉を塗布せずに、さび促進処
理のみを施したもの（鋼板No.13 ）も用意した。このよ
うな処理を施した試験片のさび層の厚さを測定するとと
もに、さらに田園地帯および海岸地帯で３か月間暴露
し、流れさびや浮きさびの発生状況を調査した。それら
の結果を表２に示す。なお、流れさびの発生状況は、試
験片下部に設置したコンクリートの汚染状況を目視によ
り観察した。また、試験片表面の浮きさびの発生状況に
ついては目視で観察した。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２から本発明の範囲の条件下で処理した
試験片では、厚いさび層が形成されており、田園地帯、
海岸地帯のいずれにおいても流れさびの発生は認められ
なかった。また、浮きさびの発生もなかった。鉄粉層の
厚さが本発明の好適範囲を外れる鋼板No. ９では、浮き
さびの発生が若干見られた。これに対し、使用した鉄粉
の平均粒径が本発明の範囲を外れる鋼板No.10 、No.11
では、さび層の形成が不均一となり、流れさび、浮きさ
びの発生が認められた。また、鉄粉を塗布したのみで熱
処理を施さない鋼板No.12 では、均一にさび層が形成さ
れず、浮きさび、流れさびが発生している。鉄粉塗布を
行わず、さび促進処理のみを施した鋼板No.13 では、さ
び層の厚さが薄く、浮きさび、流れさびの発生が認めら
れた。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、流れさびや浮きさびの
発生を防止でき、さらに、海岸地帯での使用においても
耐候性を向上させる厚い耐候性安定さびが速く形成で
き、海岸地帯での使用に耐えられる耐候性鋼材を、安価
に製造することが可能となり、産業上格段の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼材におけるさび層の形成状況
（（ａ）〜（ｃ））、および従来の鋼材におけるさび層
の形成状況（（ｄ）〜（ｆ））を模式的に示す説明図で
ある。

フロントページの続き (72)発明者山根康義岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者川端文丸岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者天野虔一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4K044 AA02 AB02 BA06 BB11 BC02 BC09 CA53 CA62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐候性鋼材の表面に、平均粒径が１〜10
0 μm の鉄粉を塗布したのち、該耐候性鋼材に、500 〜
1000℃の温度範囲に加熱し冷却する熱処理を施し、さら
にさび促進処理を施すことを特徴とする耐候性に優れた
鋼材の製造方法。
【請求項２】前記耐候性鋼材の表面に、10〜100 μm
の厚さの鉄粉層を形成するように、鉄粉を塗布すること
を特徴とする請求項１に記載の耐候性に優れた鋼材の製
造方法。