(57)【要約】【課題】大気環境で使用される鋼材の板厚変化量を精度よく予測できる鋼材の板厚変化量予測方法、および、最適な構造用鋼材の選定ができる鋼材の選定方法を提供する。【解決手段】大気環境における鋼材の板厚変化量を予測する鋼材の板厚変化量予測方法であって、板厚変化量予測式として、Ｙ＝ＡＸＢ（ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数）を用い、前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子をパラメータとする関数で表され、かつ、前記ＡおよびＢが、それぞれ、独立した関数であることを特徴とする。  また、前記板厚変化量予測方法を用いる鋼材の選定方法であって、鋼材の板厚変化量予測方法を用いて予測された鋼材の板厚変化量に基づいて、大気環境での鋼材の使用可否を判断することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気環境における鋼材の板厚変化量を予測する鋼材の板厚変化量予測方法であって、
板厚変化量予測式として、Ｙ＝ＡＸＢ（ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数）を用い、
前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子をパラメータとする関数で表され、かつ、前記ＡおよびＢが、それぞれ、独立した関数であることを特徴とする鋼材の板厚変化量予測方法。
【請求項２】
前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子をパラメータとする一次関数であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の板厚変化量予測方法。
【請求項３】
前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子として、年平均気温、年平均湿度、年平均風速、飛来塩分量、および、硫黄酸化物量を含むことを特徴とする請求項２に記載の鋼材の板厚変化量予測方法。
【請求項４】
大気環境における飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ未満であり、
前記Ａに含まれる年平均湿度の係数が正であり、
前記Ｂに含まれる年平均風速の係数、飛来塩分量の係数、および、硫黄酸化物量の係数が負であることを特徴とする請求項３に記載の鋼材の板厚変化量予測方法。
【請求項５】
大気環境における飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ以上０．５ｍｄｄ未満であり、
前記Ａに含まれる年平均湿度の係数が負であり、
前記Ｂに含まれる年平均風速の係数、飛来塩分量の係数、および、硫黄酸化物量の係数が正であることを特徴とする請求項３に記載の鋼材の板厚変化量予測方法。
【請求項６】
大気環境における飛来塩分量が０．５ｍｄｄ以上であり、
前記Ａに含まれる年平均湿度の係数が負であり、
前記Ｂに含まれる年平均風速の係数、および、硫黄酸化物量の係数が負であり、前記Ｂに含まれる飛来塩分量の係数が正であることを特徴とする請求項３に記載の鋼材の板厚変化量予測方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の鋼材の板厚変化量予測方法を用いて予測された鋼材の板厚変化量に基づいて、大気環境での鋼材の使用可否を判断することを特徴とする鋼材の選定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気環境における鋼材の板厚変化量を予測する鋼材の板厚変化量予測方法および当該大気環境における鋼材の使用可否を判断する鋼材の選定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等の大気環境で用いられる鋼構造物の設計においては、腐食による経年劣化を考慮して、最適な構造用鋼が選定される。鋼材としては、腐食環境としてマイルドな山間部等で使用する場合には、ＪＩＳのＳＭ規格に代表される通常の溶接構造用鋼が選定され、海洋に近く腐食性の厳しい環境で使用する場合には、合金元素添加により耐食性を向上させた耐食鋼材（耐候性鋼）が選定される。これらは、裸仕様に加えて、場合によっては、さび安定化処理や重防食塗装等の表面処理を施して用いられている。そして、鋼材の選定においては、初期コストのみでなく、構造物建設後の維持・管理費をも含めたライフサイクルコストを極小化するとの観点から、当該環境での腐食による鋼材の板厚減少量（板厚変化量）を高精度で予測する必要性が高まっている。
【０００３】
腐食による鋼材の板厚減少量の予測方法としては、構造物の建設地で曝露試験を行い、その時得られた腐食減肉量の経時変化を、Ｙ＝ＡＸＢ（ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数、Ａ，Ｂ：環境に依存する係数）なる関係式でフィッティングして、Ａ値およびＢ値を求め、任意の長期間に及ぶ板厚変化量を予測するという手法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、大気腐食環境における鋼材の腐食減肉量（板厚変化量）に及ぼす成分組成の影響を精緻に検討し、鋼材の成分組成から決定される耐候性合金指標およびＪＩＳ  ＳＭＡ材の腐食データを用いて任意の鋼材の腐食減肉量を予測する方法も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。この方法によれば、ＳＭＡ材の腐食量が既知の場所では、任意の鋼材の腐食減肉量を予測することができるが、ＳＭＡ材の腐食量が未明である場所では、腐食量の予測はできない。
【０００５】
このような問題に対して、Ａ値を飛来塩分量、平均気温、平均湿度等の環境因子を用いた関数として記述するとともに、Ｂ値をＡ値の関数として記述し、任意の場所における予測式Ｙ＝ＡＸＢを求めることが提案されており、腐食による板厚変化量の予測がこれらの環境因子の測定により可能となっている（特許文献１、２参照）。
【非特許文献１】建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会：耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（XII）、平成４年３月
【非特許文献２】三木ら：土木学会論文集Ｎｏ．７３８／Ｉ−６４、ｐｐ２７１−２８１、（２００３）
【特許文献１】特開２００５―１３４３２０号公報
【特許文献２】特開２００６―２０８３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の鋼材の板厚変化量予測方法および鋼材の選定方法では、以下に示す問題がある。
これらの文献では、Ｂ値がＡ値と相関すると仮定し、Ａ値とＢ値の分布図から、Ｂ値を求めるためのＡ値を変数とする近似関数を求めている。ここで、ＪＩＳ耐候性鋼（ＳＭＡ材）の暴露データより求めたＡ値とＢ値の分布図が特許文献２にも公開されているが、分布図から明らかなように、同じＡ値についてＢ値は分布幅をもち、近似式によるＢ値の導出や分布を考慮した導出では、Ｂ値の誤差は大きく、長期腐食量を推測する場合に腐食量誤差が大きくなってしまう。そのため、これらの方法は、ライフサイクルコストの観点から、最適な構造用鋼材の選定方法に用いる板厚変化量予測式としては不十分である。ここで、ＪＩＳ耐候性鋼のＡ値とＢ値の関係を示すグラフを図１に示す。図１は、Ａ値が同一であっても、Ｂ値は同一にならないことを示すためのものである。なお、プロットに用いているデータは、全国４１橋暴露試験のデータで、様々な環境の橋データをプロットしている。従来技術では、Ｂ値をＡ値の関数として求めているが、図１の示すように、実際のＡ値とＢ値からプロットすると、同じＡ値、あるいは、ほぼ同じＡ値であっても、Ｂ値にはばらつきがでることがわかる。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大気環境で使用される鋼材の板厚変化量を精度よく予測できる鋼材の板厚変化量予測方法、および、最適な構造用鋼材の選定ができる鋼材の選定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者らは、大気環境における鋼材の経年変化に基づく板厚変化量を予測する方法を詳細に検討した結果、板厚変化量予測式（腐食量予測式）：Ｙ＝ＡＸＢ（ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数）において、関数ＡおよびＢを、それぞれ環境因子をパラメータとする関数で表し、かつ、前記ＡおよびＢを、それぞれ独立した関数とすることにより、Ｂ値の誤差を低減でき、ひいては精度よく鋼材の板厚変化量を予測できることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明の請求項１に係る鋼材の板厚変化量予測方法は、大気環境における鋼材の板厚変化量を予測する鋼材の板厚変化量予測方法であって、板厚変化量予測式として、Ｙ＝ＡＸＢ（ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数）を用い、前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子をパラメータとする関数で表され、かつ、前記ＡおよびＢが、それぞれ、独立した関数であることを特徴とする。
【００１０】
このような板厚変化量予測方法によれば、板厚変化量予測式として前記の式を使用し、前記ＡおよびＢを、それぞれ、環境因子をパラメータとする関数で表し、かつ、それぞれ独立した関数とすることで、Ｂ値の誤差が低減されて、大気環境で使用される鋼材の板厚変化量の予測の精度が向上する。
【００１１】
本発明の請求項２に係る鋼材の板厚変化量予測方法は、前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子をパラメータとする一次関数であることを特徴とする。
このような板厚変化量予測方法によれば、前記ＡおよびＢを、それぞれ、環境因子をパラメータとする一次関数とすることで、演算処理の負担が軽減される。
【００１２】
本発明の請求項３に係る鋼材の板厚変化量予測方法は、前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子として、年平均気温、年平均湿度、年平均風速、飛来塩分量、および、硫黄酸化物量を含むことを特徴とする。
【００１３】
このような板厚変化量予測方法によれば、前記ＡおよびＢが、環境因子として、前記データを含むことで、腐食環境における鋼材の板厚変化量の予測が行いやすくなる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る鋼材の板厚変化量予測方法は、大気環境における飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ未満であり、前記Ａに含まれる年平均湿度の係数が正であり、前記Ｂに含まれる年平均風速の係数、飛来塩分量の係数、および、硫黄酸化物量の係数が負であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５に係る鋼材の板厚変化量予測方法は、大気環境における飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ以上０．５ｍｄｄ未満であり、前記Ａに含まれる年平均湿度の係数が負であり、前記Ｂに含まれる年平均風速の係数、飛来塩分量の係数、および、硫黄酸化物量の係数が正であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項６に係る鋼材の板厚変化量予測方法は、大気環境における飛来塩分量が０．５ｍｄｄ以上であり、前記Ａに含まれる年平均湿度の係数が負であり、前記Ｂに含まれる年平均風速の係数、および、硫黄酸化物量の係数が負であり、前記Ｂに含まれる飛来塩分量の係数が正であることを特徴とする。
【００１７】
これらのような板厚変化量予測方法によれば、飛来塩分量に基づく、環境がマイルドな低腐食環境、環境がやや厳しい中腐食環境、環境が厳しい高腐食環境に応じて、これらの大気環境で使用される鋼材の板厚変化量の予測の精度が向上する。
【００１８】
本発明の請求項７に係る鋼材の選定方法は、前記記載の鋼材の板厚変化量予測方法を用いて予測された鋼材の板厚変化量に基づいて、大気環境での鋼材の使用可否を判断することを特徴とする。
このような鋼材の選定方法によれば、前記の板厚変化量予測方法を用いることで、種々の鋼材から、種々の大気環境での最適な鋼材（鋼種）を選定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る鋼材の板厚変化量予測方法によれば、大気環境で使用される鋼材の経年変化による板厚変化量を、精度よく予測することができる。また、請求項２に係る鋼材の板厚変化量予測方法によれば、演算処理の負担を軽減することができ、請求項３に係る鋼材の板厚変化量予測方法によれば、腐食環境における鋼材の板厚変化量の予測が行いやすくなる。そのため、当該予測をより簡便に行うことができる。さらに、請求項４〜６に係る鋼材の板厚変化量予測方法によれば、飛来塩分量に基づいて分類した、低腐食環境、中腐食環境、高腐食環境に応じて、これらの大気環境で使用される鋼材の板厚変化量を、精度よく予測することができる。
【００２０】
請求項７に係る鋼材の選定方法によれば、種々の鋼材から、種々の大気環境での最適な鋼材（鋼種）を、初期コストのみでなく、構造物建設後の維持・管理費をも含めたライフサイクルコストを考慮して選定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明に係る鋼材の板厚変化量予測方法および鋼材の選定方法ついて詳細に説明する。
≪鋼材の板厚変化量予測方法≫
鋼材の板厚変化量予測方法は、大気環境における鋼材の板厚変化量（腐食量）を予測するものであり、板厚変化量予測式（腐食量予測式）として、Ｙ＝ＡＸＢ（ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数）を用いる。そして、前記ＡおよびＢが、それぞれ、環境因子をパラメータとする関数で表され、かつ、前記ＡおよびＢが、それぞれ、独立した関数であることを特徴とするものである。
なお、ここでの独立した関数とは、Ａが、変数としてＢを含まない関数、Ｂが、変数としてＡを含まない関数のことである。
【００２２】
板厚変化量予測方法の対象となる鋼材としては、ＪＩＳのＳＭ規格に代表される通常の溶接構造用鋼、ＪＩＳ耐候性鋼等の耐候性鋼（耐食鋼材）、Ｎｉ系耐候性鋼、これらに、さび安定化処理や重防食塗装等の表面処理を施したもの等が挙げられる。
【００２３】
ここで、関数Ａ，Ｂは、演算処理の負担軽減の観点から、それぞれ、環境因子をパラメータとする一次関数で記載されることが好ましい。
【００２４】
また、関数Ａ，Ｂのパラメータとなる環境因子としては、例えば、年平均気温（℃）、年平均湿度（％ＲＨ）、年平均風速（ｍ／ｓｅｃ．）、飛来塩分量（ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙ＝ｍｄｄ）、硫黄酸化物量（ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙ＝ｍｄｄ）等を用いることができる。なお、これらの環境因子のうちの一部のみ（一種以上）を用いてもよいが、全て用いることが好ましい。これらの環境因子を用いることで、鋼材の板厚変化量の予測が行いやすくなる。
【００２５】
以上により、板厚変化量予測式は以下のように表すことができる。
Ｙ＝ＡＸＢ                                        ・・・・（１）
Ａ=ａ０ ＋ ａ１・Ｔ ＋ ａ２・Ｈ ＋ ａ３・Ｗ ＋ ａ４・Ｃ ＋ ａ５・Ｓ・・・（２）
Ｂ=ｂ０ ＋ ｂ１・Ｔ ＋ ｂ２・Ｈ ＋ ｂ３・Ｗ ＋ ｂ４・Ｃ ＋ ｂ５・Ｓ・・・（３）
【００２６】
ただし、Ｙ：鋼材の板厚変化量、Ｘ：経過年数、Ｔ：年平均気温（℃）、Ｈ：年平均湿度（％ＲＨ）、Ｗ：年平均風速（ｍ／ｓｅｃ．）、Ｃ：飛来塩分量（ｍｄｄ）、Ｓ：硫黄酸化物量（ｍｄｄ）、ａ０〜ａ５およびｂ０〜ｂ５：鋼材の成分および環境に応じて適宜設定される係数である。
ここで、係数ａ０〜ａ５およびｂ０〜ｂ５は、腐食量を予測したい鋼材を、環境条件の分かっている複数の環境下に暴露して板厚変化を測定した結果に基づき、上記の式をフィッティングすることによって求められる。
【００２７】
なお、フィッティングの際には、後記するように、腐食環境の厳しさに応じて、関数Ａ、Ｂに含まれる環境因子の係数の符号（正または負）を予め固定しておくことが好ましい。これにより、誤差を含む実測値に基づいてフィッティングを行っても、Ｂ値を精緻に予測し、長期間の腐食量予測が可能な予測式を求めることができる。
また、式（１）は、鋼材の腐食の観測により、実際に示す腐食の挙動から導き出されたものである。
【００２８】
次に、用いる環境因子および環境因子の係数について、具体的に説明する。
＜用いる環境因子＞
年平均気温（℃）、年平均湿度（％ＲＨ）、年平均風速（ｍ／ｓｅｃ．）の求め方としては、実際の予測する環境において実測してもよく、気象庁の最寄りの気象観測地点のデータを用いてもよい。
【００２９】
飛来塩分量（年飛来塩分量）は、例えばＪＩＳ  Ｚ２３８１（屋外曝露試験方法通則）の参考３に規定されている方法で求めることができる。この方法では、まず、純水で、よく塩分を浸出させた後、よく乾燥させたガーゼを二つ折りして、内寸が１００ｍｍ×１００ｍｍの木枠にはめ込む。これを、直接雨が当たらない通風の良いところに１ヶ月垂直に曝露し、曝露後、取り外してＣｌ量を化学分析することにより行う。
【００３０】
硫黄酸化物量（年硫黄酸化物量）は、例えばＪＩＳ  Ｚ２３８１（屋外曝露試験方法通則）の参考２に規定されている方法で求めることができる。この方法では、二酸化鉛ペーストを塗布したガーゼを貼り付けたプラスチック製等の円筒を、専用のシェルター内に１ヶ月垂直に曝露し、曝露後、取り外してＳ量を化学分析することにより行う。
なお、これら環境因子のデータは、前記した方法で得たものでもよいが、文献等に記載されたデータを用いてもよい。
【００３１】
＜環境因子の係数＞
ＪＩＳ  Ｇ  ３１１４で規定されるＪＩＳ耐候性鋼の腐食量を予測する際に用いる関数Ａ，Ｂの各環境因子の係数について、建設省土木研究所、社団法人鋼材倶楽部、社団法人日本橋梁建設協会の三者により行われた耐候性鋼の全国４１橋暴露試験結果を用いて検討した結果、腐食環境の厳しさにより、影響の寄与方向が変わることに着目し、Ａ値、Ｂ値を求めるための関数Ａ，Ｂを構築した。そして、腐食環境の厳しさとして、環境がマイルドな低腐食環境、環境がやや厳しい中腐食環境、環境が厳しい高腐食環境の３つに分けて、環境因子の係数を構築した。なお、これらの環境の分類は、大気環境における年平均気温、年平均湿度、年平均風速、飛来塩分量、硫黄酸化物量等に基づいて行うことができる。
【００３２】
［環境がマイルドな低腐食環境］
（年平均気温）
年平均気温は、温度増大による腐食反応性の増大により、腐食速度増大に寄与、つまり、経過年数が１年のときの腐食量であるＡ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均気温の係数ａ１は、正にすることが好ましい。また、腐食速度の経年変化率をあらわすＢ値については、マイルドな低腐食環境においては錆厚の増大に伴い、酸素や水分等の腐食因子の遮断性が向上し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均気温の係数ｂ１は、負にすることが好ましい。
【００３３】
（年平均湿度）
年平均湿度は、湿度増大による鋼材表面の水膜形成時間の増大により、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均湿度の係数ａ２は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、湿度増大により錆中への水分供給が十分となり、腐食速度の増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均湿度の係数ｂ２は、正にすることが好ましい。
【００３４】
（年平均風速）
年平均風速は、増大による腐食因子である酸素の水膜中への拡散が十分になり、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均風速の係数ａ３は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、風速の増大により、マイルドな低腐食環境においては錆厚の増大に伴い、酸素や水分等の腐食因子の遮断性が向上し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均風速の係数ｂ３は、負にすることが好ましい。
【００３５】
（飛来塩分量）
飛来塩分量は、付着水膜の導電性向上により腐食速度の増大および吸湿性による水の濡れ時間増大により、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる飛来塩分量の係数ａ４は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、マイルドな低腐食環境においては錆厚の増大に伴い、酸素や水分等の腐食因子の遮断性が向上し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる飛来塩分量の係数ｂ４は、負にすることが好ましい。
【００３６】
（硫黄酸化物量）
硫黄酸化物量は、腐食反応初期には鋼材表面への吸着によるインヒビター効果により、腐食速度の抑制側へ寄与し、Ａ値において減少側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる硫黄酸化物量の係数ａ５は、負にすることが好ましい。また、Ｂ値については、錆中に取り込まれることにより、電荷の同じ腐食速度増大に寄与するＣｌイオンを遮断して、腐食速度の低減に寄与し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる硫黄酸化物量の係数ｂ５は、負にすることが好ましい。
【００３７】
＜環境がやや厳しい中腐食環境＞
（年平均気温）
年平均気温は、温度増大による腐食反応性の増大により、腐食速度増大に寄与、つまり、経過年数が１年のときの腐食量であるＡ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均気温の係数ａ１は、正にすることが好ましい。また、腐食速度の経年変化率をあらわすＢ値については、やや厳しい中腐食環境においては錆厚の増大に伴い、酸素や水分等の腐食因子の遮断性が向上し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均気温の係数ｂ１は、負にすることが好ましい。
【００３８】
（年平均湿度）
年平均湿度は、湿度増大による鋼材表面の水膜形成時間の増大に加えて、水膜の厚膜化により、鋼材表面への腐食因子である酸素の拡散が妨げられ、腐食速度の減少に寄与し、Ａ値において減少側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均湿度の係数ａ２は、負にすることが好ましい。また、Ｂ値については、湿度増大により錆中への水分供給が十分となり、腐食速度の増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均湿度の係数ｂ２は、正にすることが好ましい。
【００３９】
（年平均風速）
年平均風速は、増大による腐食因子である酸素の水膜中への拡散が十分になり、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均風速の係数ａ３は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、やや厳しい中腐食環境により、錆が変質し、環境遮断性が低下し、錆の厚さ増大による腐食速度の経時的な低下効果が小さい。そのため、厚い錆の形成下においても、酸素の供給が十分に行われ、Ｂ値に対しては、増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均風速の係数ｂ３は、正にすることが好ましい。
【００４０】
（飛来塩分量）
飛来塩分量は、付着水膜の導電性向上により腐食速度の増大および吸湿性による水の濡れ時間増大により、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる飛来塩分量の係数ａ４は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、やや厳しい中腐食環境においては、飛来塩分量の増大に伴い、錆厚は増大するが、その速度が大きい場合は、錆の環境遮断性が低下するとともに、錆中に取り込まれた飛来塩分によって、水の電気伝導度が向上し、腐食の電池形成が生じやすくなる。そのため、腐食が促進する傾向にあり、腐食速度の低減効果が見られず、Ｂ値に対しては、増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる飛来塩分量の係数ｂ４は、正にすることが好ましい。
【００４１】
（硫黄酸化物量）
硫黄酸化物量は、腐食反応初期には鋼材表面への吸着によるインヒビター効果により、腐食速度の抑制側へ寄与し、Ａ値において減少側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる硫黄酸化物量の係数ａ５は、負にすることが好ましい。また、Ｂ値については、やや厳しい中腐食環境においては、環境遮断性が低下した錆中に取り込まれると、錆中水分の水の電気伝導度上昇への寄与が大きくなる。そのため、腐食速度の増大に寄与し、Ｂ値に対しては、増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる硫黄酸化物量の係数ｂ５は、正にすることが好ましい。
【００４２】
＜環境が厳しい高腐食環境＞
（年平均気温）
年平均気温は、温度増大による腐食反応性の増大により、腐食速度増大に寄与、つまり、経過年数が１年のときの腐食量であるＡ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均気温の係数ａ１は、正にすることが好ましい。また、腐食速度の経年変化率をあらわすＢ値については、さらに厳しい高腐食環境においては錆厚の増大に伴い、酸素や水分等の腐食因子の遮断性が向上し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均気温の係数ｂ１は、負にすることが好ましい。
【００４３】
（年平均湿度）
年平均湿度は、湿度増大による鋼材表面の水膜形成時間の増大に加えて、水膜の厚膜化により、鋼材表面への腐食因子である酸素の拡散が妨げられ、腐食速度の減少に寄与し、Ａ値において減少側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均湿度の係数ａ２は、負にすることが好ましい。また、Ｂ値については、湿度増大により錆中への水分供給が十分となり、腐食速度の増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均湿度の係数ｂ２は、正にすることが好ましい。
【００４４】
（年平均風速）
年平均風速は、増大による腐食因子である酸素の水膜中への拡散が十分になり、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる年平均風速の係数ａ３は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、さらに厳しい高腐食環境においては、錆中水分の低減効果があらわれ、腐食速度の低減側、つまり、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる年平均風速の係数ｂ３は、負にすることが好ましい。
【００４５】
（飛来塩分量）
飛来塩分量は、付着水膜の導電性向上により腐食速度の増大および吸湿性による水の濡れ時間増大により、腐食速度増大に寄与し、Ａ値において増加側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる飛来塩分量の係数ａ４は、正にすることが好ましい。また、Ｂ値については、さらに厳しい高腐食環境においては、飛来塩分量の増大に伴い、錆厚は増大するが、その速度が大きい場合は、錆の環境遮断性が低下する。また、錆中に取り込まれた飛来塩分によって、水の電気伝導度が向上し、腐食の電池形成が生じやすくなる。そのため、腐食が促進する傾向にあり、腐食速度の低減効果が見られず、Ｂ値に対しては、増加側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる飛来塩分量の係数ｂ４は、正にすることが好ましい。
【００４６】
（硫黄酸化物量）
硫黄酸化物量は、腐食反応初期には鋼材表面への吸着によるインヒビター効果により、腐食速度の抑制側へ寄与し、Ａ値において減少側に寄与する。したがって、関数Ａに含まれる硫黄酸化物量の係数ａ５は、負にすることが好ましい。また、Ｂ値については、さらに厳しい高腐食環境においては、錆中に取り込まれた硫黄酸化物由来の硫酸イオンがイオン選択性を示し、飛来塩分量の多い環境においても、塩化物イオンの遮断効果が働く。そのため、腐食速度の減少に寄与し、Ｂ値に対しては、減少側へ寄与する。したがって、関数Ｂに含まれる硫黄酸化物量の係数ｂ５は、負にすることが好ましい。
【００４７】
＜板厚変化の予測＞
次に、ＪＩＳ  Ｇ  ３１１４で規定されるＪＩＳ耐候性鋼の各地の暴露データと環境因子（全国４１橋暴露試験結果と気象庁の最寄りの気象観測地点のデータ）を用いて、前記の関数をフィッティングさせることにより構築した関数Ａ、Ｂの例を以下に示す。
【００４８】
[低腐食環境]
Ａ＝−１．２×１０−２＋１．８×１０−４×［年平均気温（℃）］＋２．２×１０−４×［年平均湿度（％ＲＨ）］＋３．３×１０−４×［年平均風速（ｍ・ｓｅｃ−１）］＋２．２×１０−１×［飛来塩分量（ｍｄｄ）］−３．７×１０−３×［硫黄酸化物量（ｍｄｄ）］
【００４９】
Ｂ＝５．６×１０−１−２．５×１０−４×［年平均気温（℃）］＋４．５×１０−３×[年平均湿度（％ＲＨ）]−２．９×１０−２×［年平均風速（ｍ・ｓｅｃ−１）］−１．８×［飛来塩分量（ｍｄｄ）］−３．７×１０−２×［硫黄酸化物量（ｍｄｄ）］
【００５０】
[中腐食環境]
Ａ＝−９．１×１０−３＋４．０×１０−４×［年平均気温（℃）］−１．１×１０−４×［年平均湿度（％ＲＨ）］＋４．３×１０−３×［年平均風速（ｍ・ｓｅｃ−１）］＋２．６×１０−１×［飛来塩分量（ｍｄｄ）］−２．９×１０−２×［硫黄酸化物量（ｍｄｄ）］
【００５１】
Ｂ＝−３．７×１０−２−２．６×１０−３×［年平均気温（℃）］＋７．０×１０−３×［年平均湿度（％ＲＨ）］＋２．２×１０−２×［年平均風速（ｍ・ｓｅｃ−１）］＋１．３×［飛来塩分量（ｍｄｄ）］＋７．４×１０−１×［硫黄酸化物量（ｍｄｄ）］
【００５２】
[高腐食環境]
Ａ＝７．９×１０−１＋６．６×１０−３×［年平均気温（℃）］−８．８×１０−３×［年平均湿度（％ＲＨ）］＋１．７×１０−３×［年平均風速（ｍ・ｓｅｃ−１）］＋１．４×１０−１×［飛来塩分量（ｍｄｄ）］−７．７×［硫黄酸化物量（ｍｄｄ）］
【００５３】
Ｂ＝−５．５−２．３×１０−２×［年平均気温（℃）］＋９．２×１０−２×［年平均湿度（％ＲＨ）］−２．０×１０−３×［年平均風速（ｍ・ｓｅｃ−１）］＋１．７×１０−１×［飛来塩分量（ｍｄｄ）］−２．５×１０−１×［硫黄酸化物量（ｍｄｄ）］
【００５４】
これらの関数Ａ，Ｂを、Ｙ＝ＡＸＢ（Ｙ：鋼材の板厚変化量（ｍｍ）、Ｘ：経過年数）に適用することで、ＪＩＳ耐候性鋼の腐食量の予測を行うことができる。
また、他の耐候性鋼の鋼種についても、同様に各地に暴露したデータを用いて、式を構築することができる。
【００５５】
さらに、他のＮｉ系耐候性鋼については、当該環境におけるＪＩＳ耐候性鋼のＡ値およびＪＩＳ耐候性鋼のＢ値を精緻に求めることが出来れば、非特許文献２に記載されている鋼材の成分組成から決定される耐候性合金指標Ｖ値を用いることで、Ｎｉ系耐候性鋼のＡ値、Ｂ値とＪＩＳ耐候性鋼のＡ値、Ｂ値との比が求められ、Ｎｉ系耐候性鋼に対応したＡ値、Ｂ値を求めることが可能である。そして、算出したＮｉ系耐候性鋼のＡ値、Ｂ値を、式「Ｙ＝ＡＸＢ」に適用すれば、腐食量を求めることが可能である。
【００５６】
＜飛来塩分量に基づく腐食環境の分類方法＞
このように、腐食環境を、その厳しさで分類することにより、広範囲の腐食環境において、腐食量を精緻に予測することができる式を構築することができる。
ここで、腐食環境の分類方法としては、大気環境における飛来塩分量で分類する方法を用いることが好ましい。腐食環境を厳密に判定するためには、全ての環境因子を考慮することが望ましいが、全ての環境因子を考慮しようとすると、腐食環境の判定が煩雑になってしまう。ここで、腐食の進行速度に最も影響が大きいのは、飛来塩分量であるため、飛来塩分量を考慮すれば、ある程度の精度は担保できる。したがって、腐食環境を、飛来塩分量で分類することで、簡便性と精度とを両立することができる。
具体的には、飛来塩分量が、０．０５ｍｄｄ未満を低腐食環境、０．０５ｍｄｄ以上０．５ｍｄｄ未満を中腐食環境、０．５ｍｄｄ以上を高腐食環境とする。
【００５７】
ここで、大気環境における飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ未満の低腐食環境の場合は、関数Ａに含まれる年平均湿度の係数が正であり、関数Ｂに含まれる年平均風速の係数、飛来塩分量の係数、および、硫黄酸化物量の係数が負である。
大気環境における飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ以上０．５ｍｄｄ未満の中腐食環境の場合は、関数Ａに含まれる年平均湿度の係数が負であり、関数Ｂに含まれる年平均風速の係数、飛来塩分量の係数、および、硫黄酸化物量の係数が正である。
大気環境における飛来塩分量が０．５ｍｄｄ以上の高腐食環境の場合は、関数Ａに含まれる年平均湿度の係数が負であり、関数Ｂに含まれる年平均風速の係数、および、硫黄酸化物量の係数が負であり、前記Ｂに含まれる飛来塩分量の係数が正である。
【００５８】
なお、ここで規定したもの以外の環境因子の係数は、正でも負でもよいが、前記「環境因子の係数」で説明したとおりに設定するのが好ましい。
前記環境因子の係数の構築に基づき、腐食環境と環境因子の係数の関係をこのようにすることで、大気環境で使用される鋼材の経年変化による板厚変化量（腐食量）を、広範囲の腐食環境において、精度よく予測することができる。
【００５９】
≪鋼材の選定方法≫
鋼材の選定方法は、前記説明した本発明に係る鋼材の板厚変化量予測方法を用いて予測された鋼材板厚変化量に基づいて、前記大気環境での鋼材の使用可否を判断して、鋼材を選定する方法である。
【００６０】
前記したように、鋼材としては、腐食環境としてマイルドな山間部等で使用する場合では、ＪＩＳのＳＭ規格に代表される通常の溶接構造用鋼が選定され、海洋に近く腐食性の厳しい環境で使用する場合では、合金元素添加により耐食性を向上させた耐食鋼材（耐候性鋼）が選定される。また、裸仕様に加えて、場合によっては、さび安定化処理や重防食塗装等の表面処理を施して用いられる。
【００６１】
そして、前記鋼材の板厚変化量予測方法を用いて予測された鋼材の板厚変化量に基づいて、初期コストのみでなく、構造物建設後の維持・管理費をも含めたライフサイクルコストの観点から、大気環境、例えば、環境がマイルドな低腐食環境、環境がやや厳しい中腐食環境、環境が厳しい高腐食環境でのこれらの鋼材の使用可否を判断する。この判断に基づき、種々の鋼材から、種々の大気環境での最適な鋼材（鋼種）を選定する。
【００６２】
例えば、マイルドな環境（飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ未満）では、ＳＭＡ（ＪＩＳ耐候性鋼）を無塗装で使用することができる。また、厳しい環境での無塗装使用の可否判断は、例えば、「ある設置環境において、環境パラメータからＳＭＡのＡ値、Ｂ値を予測（実測）し、合金成分から求められる耐候性鋼金指標（非特許文献２に記載）の換算パラメータを用いて、適用鋼種のＡ値、Ｂ値を求めて、それらから計算される１００年後の板厚減少量が構造から許容される腐食量より小さい鋼種を使用できる。」という判断基準がある。なお、構造から許容される腐食量は、橋梁等の設計によって様々であり、例としては、５０年で板厚減少量が０．３ｍｍ未満、１００年で０．５ｍｍ未満等がある。
【００６３】
ここで、従来においては、ＳＭＡのＡ値、Ｂ値の予測精度が低いため、誤差が大きい場合があることから、腐食による問題が起こらないように安全係数を考え、基準を厳しく、例えば、１００年で０．５ｍｍ未満のものに対して、０．５ｍｍよりも大きく下回る鋼種でなければ、提案しないとしている。しかし、Ａ値、Ｂ値の予測精度が向上して、適用鋼種の腐食量が精緻に予測できるようになれば、その判断基準がより０．５ｍｍに近づき、これまで、過剰スペック（高合金による高耐食鋼種）を提案していた場所に、適正な合金添加量の鋼種を提案することが可能となる。
すなわち、橋梁等に使用する鋼種としては、耐食性が高いものほどよいが、耐食性が高いほど、コストが高くなる等、別の欠点も生じることとなる。しかし、腐食量を精緻に予測して、設計基準を確実にクリアでき、かつ他の欠点が少なくなるような鋼種を選定することができるようになる。
【００６４】
以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、板厚変化量予測方法の対象となる鋼材として、前記記載のものに限らず、ステンレス鋼材、炭素鋼材、低合金鋼材、鉄鋼材等に適用してもよい。さらに、アルミニウム合金材やチタン合金材等の鋼材以外の金属材料に適用してもよい。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明に係る鋼材の板厚変化量予測方法および鋼材の選定方法について、実施例を挙げて具体的に説明する。
【００６６】
まず、１０箇所の暴露地点（Ａ〜Ｊ）について、実際にＪＩＳ耐候性鋼を暴露して腐食量を測定したデータにより、式：Ｙ＝ＡＸＢ（Ｙ：鋼材の板厚変化量（ｍｍ）、Ｘ：経過年数）を近似し、地点ごとにＡ値、Ｂ値を求めた。なお、測定データとしては、「耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（XVIII）」（建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会、平成５年（１９９３年））に記載されたものを使用した。また、求めたＡ値、Ｂ値を、前記の式：Ｙ＝ＡＸＢに代入して、１００年後の板厚変化量（板厚減少量）の予測値を地点ごとに求めた。
各地点の環境因子と前記の結果とを表１に示す。
【００６７】
なお、各地点の環境因子のうち、年平均気温、年平均湿度については、気象庁のウェブサイトに公開されている理科年表に記載されたものを使用した。年平均風速については、気象庁のウェブサイトに公開されている隣接地点のものを使用した。飛来塩分量については、「耐候性鋼橋梁の可能性と新しい技術」（社団法人  日本鋼構造協会  （２００６年））に記載されたものを使用した。硫黄酸化物量については、前記した「耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（XVIII）」に記載されたものを使用した。
【００６８】
【表１】
2010117277.tif 000002
【００６９】
次に、実施例と、比較例のそれぞれにおけるＢ値誤差（％）と、板厚変化量の予測値の誤差（％）を求めた。具体的には以下のとおりである。
実施例については、前記説明した「板厚変化の予測」に示す関数Ａ、Ｂに、表１の各地点の環境因子を代入してＡ値、Ｂ値を求めるとともに、このＡ値、Ｂ値と、式：Ｙ＝ＡＸＢを用いて、１００年後の板厚変化量を推定した（実施例の方法で求めた予測値）。このとき、地点Ａ〜Ｄについては、前記説明した「板厚変化の予測」における「低腐食環境」の式を用い、地点Ｅ〜Ｈについては、「中腐食環境」の式を用い、地点Ｉ、Ｊについては、「高腐食環境」の式を用いた。そして、得られたＢ値（実施例の方法で求めたＢ値）が、前記の暴露試験から求められたＢ値（表１のＢ値）から、どの程度ずれているかを、下記の式により評価した。
Ｂ値誤差（％）＝｜（実施例の方法で求めたＢ値）−（暴露試験から求めたＢ値）｜÷（暴露試験から求めたＢ値）×１００
【００７０】
同様に、１００年後の板厚変化量について、前記の暴露試験から求められた１００年後の板厚変化量の予測値（表１の予測値）から、どの程度ずれているかを、下記の式により評価した。
板厚変化量の誤差（％）＝｜（実施例の方法で求めた予測値）−（暴露試験から求めた予測値）｜÷（暴露試験から求めた予測値）×１００
【００７１】
一方、比較例については、まず、Ａ値を、実施例と同様に、前記説明した「板厚変化の予測」に示す関数Ａを用いて算出した。そして、従来技術（特許文献２）のように、得られたＡ値から、以下の式を用いてＢ値を算出した。
Ａ値が０．０８３未満の時「Ｂ＝−４６１１．３×Ａ３＋７６９．１９×Ａ２−３２．４２１×Ａ＋１．０１０９」
Ａ値が０．０８３以上の時「Ｂ＝１」
【００７２】
そして、得られたＢ値が、前記の暴露試験から求められたＢ値から、どの程度ずれているかを実施例と同様にして評価した。
また、得られたＡ値、Ｂ値を用いて１００年後の板厚変化量を求め、前記の暴露試験から求められた１００年後の板厚変化量の予測値から、どの程度ずれているかを実施例と同様にして評価した。
これらの結果を表２に示す。
【００７３】
【表２】
2010117277.tif 000003
【００７４】
表２に示すように、実施例では比較例に比べ、Ｂ値の誤差が改善され、その結果、１００年後の板厚変化量の予測誤差も改善されていることがわかる。このことから、本発明に係る鋼材の板厚変化量予測方法によれば、大気環境で使用される鋼材の経年変化による板厚変化量を、精度よく予測することができるといえる。
また、本発明に係る鋼材の選定方法によれば、種々の鋼材から、種々の大気環境での最適な鋼材（鋼種）を選定することができるといえる。
【００７５】
以上、本発明に係る鋼材の板厚変化量予測方法および鋼材の選定方法について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】ＪＩＳ耐候性鋼のＡ値とＢ値の関係を示すグラフである。
【図１】
2010117277.tif 000004