(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆鋼材の板厚方向に温度勾配を形成せしめた加熱条件下で前記鋼材の加熱浸漬試験を行い、被膜の剥離強度が所定の値に到達する迄の時間を測定し、得られた測定値と被覆鋼材の板厚方向に温度勾配を形成せしめた加熱条件下での前記鋼材の加熱浸漬試験において被膜の剥離強度が所定の値に到達する迄の時間と、等温・加熱条件下での被覆鋼材の加熱浸漬試験において被膜の剥離強度が所定の値に到達する迄の時間とから求めた換算式とから定まる等温・加熱条件下での接着耐久寿命から実使用温度における接着耐久寿命を求めることを特徴とする被覆鋼材の接着耐久性評価方法。
【請求項２】
被覆鋼材の板厚方向に３℃〜35℃の温度勾配を形成せしめ、被覆面側の温度が50〜90℃の範囲内で前記鋼材の加熱浸漬試験を行い、被膜の90度剥離強度が１kgf/cmに到達する迄の時間を測定し、得られた測定値と予め求めた換算式とから定まる等温・加熱条件下での接着耐久寿命から実使用温度における接着耐久寿命を求めることを特徴とする被覆鋼材の接着耐久性評価方法。
【請求項３】
前記換算式が、被覆鋼材の板厚方向の温度勾配が３℃〜35℃で、被覆面側の温度が50〜90℃の範囲内での前記鋼材の加熱浸漬試験において被膜の90度剥離強度が１kgf/cmに到達する迄の時間と、40〜80℃の範囲内の等温・加熱条件下での被覆鋼材の加熱浸漬試験において被膜の90度剥離強度が１kgf/cmに到達する迄の時間とから求めた近似式である請求項２記載の被覆鋼材の接着耐久性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋼板上に塗装ないしはライニングした防食被覆鋼材の、湿潤環境での接着耐久寿命に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板上に塗装ないしはライニングされた塗装防食鋼材は、海洋、河川環境の鋼構造物に適用されている。これら海洋、河川環境等で使用される構造物は、数十年にわたる耐久性が要求される。
一方、近年ライニング材料、塗料等はその性能が改善され、材料自体の耐久性は大きく改善され、材料自体の耐久性は４０年以上もつものが現れている。また、これらの材料の試験方法に関しては、耐酸化性、耐候性等の促進試験が取り入れられ、材料の寿命予測方法も各種提案されている。
【０００３】
また、従来、これら塗装、ライニング材の接着耐久性の評価方法としては、被覆鋼材を温水、温塩水等の液中に所定期間浸漬し、初期接着強度からの低下率を測定する方法が広く用いられ、接着強度の低下が少ない程良好な接着性を有すると考えられている。またこの他に、陰極剥離試験、塩水噴霧環境での被膜の剥離幅を測定する方法等が一般的に用いられている（特開昭５８−９０１５７号公報、特開昭６１−９１５４１号公報、特開平  ６−３３１５３１  号公報）。
【０００４】
しかし、これらの方法では被覆材料の相違に基づく被覆鋼材の接着耐久性に関する相対評価は可能であるが、被覆鋼材の耐久性の絶対寿命の評価は不可能である。
特に、被覆材料自体の耐久性が向上すると、塗装ないしはライニングされた被覆鋼材の防食寿命は接着耐久性で決定されることになるため、この接着耐久性が具体的に求められないと防食被覆鋼材の防食寿命が決定できないため、以後の保守管理、点検等に余分な費用が必要になるなど、社会的損失が大きい。特に海洋構造物は多大な費用をかけて構築され、その公共性の点からも、これら防食被覆鋼材の寿命を予測する評価方法の開発が望まれていた。
【０００５】
特に長期耐久性が要求される重防食被覆鋼材等の耐久性試験に関しては、それら被覆鋼材の耐久性が著しく優れるため、逆に試験期間も長期間にわたり、その評価を行うに際し多大な労力、費用、時間が必要となり非常に不経済となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決し、湿潤環境下での塗装材、ライニング材の接着耐久寿命を短期間に予測することが可能な被覆鋼材の接着耐久性評価方法の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、被覆鋼材の板厚方向に温度勾配を形成せしめた加熱条件下で前記鋼材の加熱浸漬試験を行い、被膜の剥離強度が所定の値に到達する迄の時間を測定し、得られた測定値と被覆鋼材の板厚方向に温度勾配を形成せしめた加熱条件下での前記鋼材の加熱浸漬試験において被膜の剥離強度が所定の値に到達する迄の時間（以下、温度勾配・加熱浸漬試験で求めた接着耐久寿命と記す）と、等温・加熱条件下での被覆鋼材の加熱浸漬試験において被膜の剥離強度が所定の値に到達する迄の時間（以下、等温・加熱浸漬試験で求めた接着耐久寿命と記す）とから求めた近似式である換算式とから定まる等温・加熱条件下での接着耐久寿命から実使用温度における接着耐久寿命を求めることを特徴とする被覆鋼材の接着耐久性評価方法である。
【０００９】
なお、本発明において、等温、等温度とは被覆鋼材の被覆面側の温度と鋼材側の温度が等しいことを示す。
また、本発明の第２の発明は、被覆鋼材の板厚方向に３℃〜３５℃の温度勾配を形成せしめ、被覆面側の温度が５０〜９０℃の範囲内で前記鋼材の加熱浸漬試験を行い、被膜の９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間を測定し、得られた測定値と予め求めた換算式とから定まる等温・加熱条件下での接着耐久寿命から実使用温度における接着耐久寿命を求めることを特徴とする被覆鋼材の接着耐久性評価方法である。
【００１０】
また、前記本発明の第２の発明においては、前記換算式が、被覆鋼材の板厚方向の温度勾配が３℃〜３５℃で、被覆面側の温度が５０〜９０℃の範囲内での前記鋼材の加熱浸漬試験において被膜の９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間と、４０〜８０℃の範囲内の等温・加熱条件下での前記鋼材の加熱浸漬試験において被膜の９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間とから求めた近似式であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明においては、例えば下記の方法により、常温など被覆鋼材の実使用温度における接着耐久寿命を求めることが好ましい。
すなわち、被覆鋼材の被覆面側の表面温度を非被覆鋼材側の表面温度より大とし、被覆面側の表面と非被覆鋼材側の表面の間、すなわち被覆鋼材の板厚方向に３℃〜３５℃の範囲内の温度差（：温度勾配）、より好ましくは１０℃の温度勾配を設けた加熱浸漬試験（以下温度勾配・加熱浸漬試験と記す）を行い、その接着強度の経時変化を測定する。
【００１２】
温度勾配・加熱浸漬試験開始後、９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間Ｌ１  を、その被覆鋼材の寿命と判断し、この値を下記の倍率換算式（＝換算式、近似式）（１）を用いて倍率換算しＸを求め、Ｘから等温・加熱条件下での寿命Ｌ２  を求める。
倍率換算式  Ｙ＝０．８８６５Ｘ−０．３０６７・・・・・・  （１）
Ｙ：ｌｏｇ  Ｌ１  
Ｘ：ｌｏｇ  Ｌ２  
Ｌ１  ：温度勾配・加熱浸漬試験での接着耐久寿命
Ｌ２  ：等温・加熱条件下での接着耐久寿命
前記温度勾配・加熱浸漬試験を浸漬温度が２水準以上について行い、鋼板側の浸漬温度とＬ２  をアレニウスプロットし、得られたアレニウスプロットを常温など、被覆鋼板の実使用温度に外挿または内挿し、該温度条件下での接着耐久寿命を予測する。
【００１３】
なお、前記の倍率換算式（１）は浸漬条件が、４０〜７０℃において温度勾配１０℃の条件で求めたものであるが、被覆鋼材の実使用条件に応じて浸漬液組成など浸漬条件が変わる場合は後記の図３の手順１に示す方法により、適宜求めることが可能である。
【００１４】
【作用】
まず接着性劣化の基本的なメカニズムから説明する。
被覆鋼材の湿潤環境での接着性劣化は、外界から劣化因子（水、酸素、イオン等）が、拡散により、被膜あるいは接着界面を通して接着界面に到達し、これらの劣化因子が接着界面の鋼面での腐食反応を促進し、鋼面を溶解し、また有害物等を生成することにより生じる。
【００１５】
すなわち、前記した劣化因子または生成された有害物質により、鋼面の溶解などが生じ、直接または間接的に接着界面が劣化し、徐々に接着力が低下する。
この現象が徐々に進行していくと、最終的には接着力を全く失い、被膜の剥離が生じ、防食性能を失ってしまう。
被覆鋼材の実際の使用環境においては、これらの現象は使用環境温度である常温付近で生じるため、非常に緩慢な現象であり、被覆鋼材の実際の使用環境条件下での評価には極めて長時間の試験が必要となる。
【００１６】
このため、これらの現象、特に被膜中の物質拡散を促進するために、実使用環境よりも温度を上昇させて短期間に試験する方法として、例えば４０〜８０℃の加熱条件下での温塩水浸漬試験等が用いられている。さらに、これら温塩水浸漬試験の条件に熱拡散効果を付加し、より拡散を促進させるために鋼面側と被覆面側に温度差（温度勾配）を付加した浸漬試験では、より短期間で被覆鋼材の接着耐久性を評価できることが知られている。
【００１７】
しかし、この温度勾配を形成した浸漬試験では、実際の使用環境である鋼面側と被覆面側の温度が等しい条件（等温度環境）をどの程度促進しているかが従来良く解明されていなかった。
また、従来、接着耐久性の評価指標として、被覆材の接着強度が測定されており、これが接着耐久性の指標となっている。これら接着強度の評価方法としては、９０度剥離強度測定方法が広く用いられている。
【００１８】
しかし、この方法は前記の通り、被覆鋼材の相対的評価には有用であるが、接着強度がいくらになれば、防食性能を失うかははっきりした知見が得られない。そこで本発明者等は、鋭意研究の結果、下記知見〔１〕、〔２〕、〔３〕を見出し本発明に至った。
すなわち、
〔１〕被覆鋼材浸漬試験後の被膜の９０度剥離強度と被膜−鋼材界面の腐食生成物のＸ線回折Ｆｅ３  Ｏ４  ピーク比との関係から、９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍ以下になると、被膜−鋼材界面の腐食量が著しく増加し（図２）、浸漬試験において、９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間を接着耐久寿命とみなせる。
【００１９】
〔２〕被覆鋼材の板厚方向に１０℃の温度差を形成した加熱浸漬試験（温度勾配・加熱浸漬試験）において９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間（接着耐久寿命）の対数値と、板厚方向に温度差のない等温度下での加熱浸漬試験（以下、等温・加熱浸漬試験と記す）において９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間（接着耐久寿命）の対数値との間に極めて良い相関がある（図１）。
【００２０】
前記相関関係から回帰式として下記の倍率換算式（＝換算式、近似式）（１）が導かれる。
倍率換算式  Ｙ＝０．８８６５Ｘ−０．３０６７・・・・・・  （１）
Ｙ：ｌｏｇ  Ｌ１  
Ｘ：ｌｏｇ  Ｌ２  
Ｌ１  ：温度勾配・加熱浸漬試験での接着耐久寿命
Ｌ２  ：等温・加熱条件下での接着耐久寿命
さらに、
〔３〕接着耐久寿命の予測が必要な被覆鋼材についての温度勾配・加熱浸漬試験で得られた接着耐久寿命と、〔２〕で予め得られた前記倍率換算式（１）とから求めた等温・加熱条件下での接着耐久寿命をアレニウスプロットし、得られた直線を外挿した等温・常温下での接着耐久寿命が、実際の等温・常温下での接着耐久寿命とほぼ一致する（後記の実施例）。
【００２１】
次に、図３に本発明の接着耐久寿命を求める手順を示す。
図３の手順１に従い、温度勾配・加熱浸漬試験から、等温・加熱条件下での接着耐久寿命を求める倍率換算式（２）を予め作成する。
なお、この場合、同じ被膜厚み、同じ鋼材厚みを有する被覆鋼材を用いて、前記温度勾配・加熱浸漬試験および等温・加熱浸漬試験を行うことが好ましい。
【００２２】
常温など使用温度での接着耐久寿命の予測時は、予測が必要な被覆鋼材についての温度勾配・加熱浸漬試験を別途、手順２−１に従って行い、複数水準の温度ｔｊ  における温度勾配・加熱浸漬試験下での接着耐久寿命Ｌ１ｊを測定する。
次に、Ｌ１ｊおよび手順１で得られた倍率換算式（２）とから等温・加熱浸漬条件下での接着耐久寿命の推定値Ｌ２ｊＥ  を求める。
【００２３】
なお、この場合、予測が必要な被覆鋼材と同じ被膜厚み、同じ鋼材厚みを有する被覆鋼材により得られた前記倍率換算式（２）を用いることが好ましい。
得られた各温度ｔｊ  （℃）におけるＬ２ｊＥ  と〔１／（ｔｊ  ＋２７３  ）〕×１０３  の値を片対数プロットし、常温等被覆鋼材の実使用温度に外挿または内挿し接着耐久寿命を求める。
【００２４】
なお、本発明において、温度勾配・加熱浸漬試験は、例えば温水、温塩水等の水溶液中に隔壁として被覆鋼材を浸漬し、被覆面側の水溶液中、鋼材側の水溶液中の各々にヒータ、熱電対を浸漬し、各々の側の水溶液の温度を独立に制御することにより行うことができる。
この場合、被覆鋼材の被覆面側の温度（＝被覆面側の水溶液温度）を鋼材側の温度（＝鋼材側の水溶液温度）より大とし、板厚方向の温度勾配、すなわち被覆面側の水溶液温度と鋼材側の水溶液温度との差は、前記の通り３℃〜３５℃の範囲内とし、被覆面側の温度を５０〜９０℃の範囲内とすることが好ましい。これは、温度勾配が３℃未満の場合または被覆面側の温度が５０℃未満の場合、被膜接着性の劣化速度が遅くなり、温度勾配・加熱浸漬試験に時間を要し、温度勾配が３５℃超えの場合または被覆面側の温度が９０℃超えの場合、被膜接着性の劣化が急激に進行し、最終目的である寿命の予測値の精度が低下する場合、あるいは熱損失が大きく一定の温度差が達成できない場合等があるためである。
【００２５】
以上述べた知見に基づき、例えば、▲１▼鋼板側７０℃、被覆面側８０℃、▲２▼鋼板側６０℃、被覆面側７０℃、▲３▼鋼板側５０℃、被覆面側６０℃の温度勾配を有する温度勾配・加熱浸漬試験を行い、その接着強度の経時的変化を調べ、該試験において９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間と、予め求めた前記換算式（１）または（２）とから等温・加熱条件下で９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間（接着耐久寿命）を推定し、得られた寿命の推定値と鋼板側温度の絶対温度の逆数とを片対数プロット（アレニウスプロット）することにより、常温近傍の接着耐久寿命を予測することが可能となった。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
なお、本実施例における９０度剥離強度の測定はピール試験法により行った。すなわち、被覆鋼材の被膜を１．０ｃｍ  幅で剥離し、剥離角：９０度、剥離速度：１０ｍｍ／ｍｉｎで被膜を剥離するときのピール強度を測定した。
【００２７】
実施例に使用した被覆鋼材は、８ｍｍ厚みの厚鋼板を使用し、ショットブラストにより酸化スケール除去後、クロメート処理を行い、プライマー層として熱硬化型エポキシ樹脂を３０μｍ  塗布し、その上にポリエチレンライニングを２ｍｍの厚みで施したものを使用した。
また、表１に示す通り、クロメート付着量を３水準とし、耐久性が異なると推定される試験片を作製した。
【００２８】
得られた被覆鋼材を、▲１▼鋼材側７０℃、被覆面側８０℃、▲２▼鋼材側６０℃、被覆面側７０℃、▲３▼鋼材側５０℃、被覆面側６０℃の３水準で、温度勾配を有する加熱浸漬試験（３％ＮａＣｌ溶液による温水試験）を行った。
この試験片を随時取り出し、被膜の接着強度を９０度剥離強度として測定し、９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の時間を求めた。この値を、３％ＮａＣｌ溶液による温水試験で予め得られた前記換算式（１）を用い等温・加熱条件下での接着耐久寿命に換算後、得られた各温度での接着耐久寿命と（鋼材側温度の絶対温度の逆数）×１０３  の値とを片対数プロット（アレニウスプロット）し、外挿法により、常温（２５℃）  での接着耐久寿命を予測した（図４）。
【００２９】
一方、前記と同一被覆鋼材に関して、常温（２５℃）下での等温度浸漬試験を行い、９０度剥離強度が１ｋｇｆ／ｃｍに到達する迄の接着耐久寿命を測定し、前記予測結果との一致が認められるかどうかを検証した。これらの予測結果と常温での実測結果を温度勾配・加熱浸漬結果と併せて表１に示す。
表１から、本発明による接着耐久寿命の予測値と実測値とが極めて良く一致していることが示される。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【発明の効果】
本発明により、被覆鋼材の接着耐久寿命が、簡便に、短期間に、かつ正確に予測可能となった。これにより、海洋構造物等の保守管理を的確に行うことが可能となった。
また、被覆鋼材の開発において、防食性能を予め確実に把握することができる。これにより、公共性の高い海洋構造物を腐食事故から保護することができ、社会資本の充実と、より安全な環境が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】温度勾配・加熱浸漬試験における接着耐久寿命と、等温・加熱浸漬試験における接着耐久寿命との関係を示すグラフである。
【図２】被膜の接着強度（９０度剥離強度）  と、被膜−鋼材界面の腐食生成物のＸ線回折強度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の接着耐久寿命を求める手順を示すフローシートである。
【図４】等温・加熱条件下の接着耐久寿命（換算値）と、加熱温度とのアレニウスプロット、および常温での接着耐久寿命の予測方法を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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