(57)【要約】【課題】腐食環境において使用される金属および表面処理金属の耐食寿命を予測する方法を提供する。【解決手段】複数の腐食試験環境において２種以上の金属の腐食速度を求める第１の工程と、前記第１の工程の中で、実環境における腐食速度が既知の２種の金属について、１種の基準金属に対する他金属の腐食速度比を実環境と複数の腐食試験環境について求める第２の工程と、実環境における腐食速度が未知の他金属について、複数の腐食試験環境における前記第２の工程の基準金属に対する腐食速度比を求める第３の工程と、前記第２の工程と第３の工程で得られた腐食速度比の相関を求め、この相関データから実環境における他の金属と基準金属との腐食速度比を求める第４の工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実環境における腐食速度が既知の２種の金属Ａ、Ｂと、実環境における腐食速度が未知の金属Ｃについてそれぞれ複数の腐食試験環境において腐食速度または耐食時間を求める第１の工程と、
前記金属Ａを基準金属として、この基準金属に対する金属Ｂの腐食速度比を実環境と前記複数の腐食試験環境について求める第２の工程と、
前記金属Ｃについて、前記第１の工程の結果より前記複数の腐食試験環境における腐食速度または耐食時間を求めて、基準金属に対する腐食速度比または耐食時間比を求める第３の工程と、
前記第２の工程で得られた基準金属に対する金属Ｂの腐食速度比と、第３の工程で得られた基準金属に対する金属Ｃの腐食速度比または耐食時間比との相関を求め、この相関関係から実環境における基準金属に対する金属Ｃの腐食速度比または耐食時間比を求めることにより金属Ｃの実環境における腐食速度または耐食時間を予測する第４の工程と、
を有することを特徴とする金属の耐食性予測方法。
【請求項２】
基準金属である金属Ａが鋼、金属Ｂが亜鉛であり、金属Ｃが亜鉛含有合金である請求項１に記載の金属の耐食性予測方法。
【請求項３】
基準金属である金属Ａが鋼、金属Ｂが亜鉛または亜鉛めっきであり、金属Ｃが表面処理層を含む亜鉛含有合金または亜鉛含有合金めっきであり、
前記第１の工程において求められる金属Ｃの腐食速度または耐食時間が、表面処理層と亜鉛含有合金または亜鉛含有合金めっきとの平均の腐食速度または合計の耐食時間である請求項１に記載の金属の耐食性予測方法。
【請求項４】
基準金属である金属Ａが鋼、金属Ｂが亜鉛であり、金属Ｃが表面処理層である請求項１に記載の金属の耐食性予測方法。
【請求項５】
前記表面処理層が、塗膜、有機皮膜、無機皮膜、有機無機複合皮膜、拡散層、から選ばれる１以上である請求項３または４に記載の金属の耐食性予測方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間を用いて、以下の式により、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の耐食寿命を求めることを特徴とする被覆金属板の耐食性予測方法。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間と、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の設定された耐食寿命と、下地金属（金属Ａ）の厚さとを用いて、以下の式により、被覆層（金属Ｃ）の厚さを決定することを特徴とする被覆金属板の選定方法。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間と、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の設定された耐食寿命と、被覆層（金属Ｃ）の厚さとを用いて、以下の式により、下地金属（金属Ａ）の厚さを決定することを特徴とする被覆金属板の選定方法。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
【請求項９】
被覆金属板が自動車、建材、家電製品の部材として使用されることを特徴とする請求項７または８に記載の被覆金属板の選定方法。
【請求項１０】
被覆金属板が自動車に塗装若しくは無塗装で使用される内板、外板、フレーム、ピラー、メンバー、補強部材、ケース、排気系部品として使用されることを特徴とする請求項項７または８に記載の被覆金属板の選定方法。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間と、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の設定された耐食寿命と、下地金属（金属Ａ）の厚さとを用いて、以下の式により、被覆層（金属Ｃ）の厚さを決定することを特徴とする被覆金属板。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
【請求項１２】
請求項１１に記載の被覆金属板を使用する自動車、建材、家電製品の部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食環境において使用される金属および被覆金属板の寿命を予測する耐食性予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や建築物、家電製品などの商品の長寿命化やライフサイクルコストを最小化することが社会的に求められている。構造体としての要求寿命と同等の耐久性が、それらに使用される材料に対しても求められる。上述構造体に使用される材料の耐久性のうち耐食性に関しては、一般に各種の腐食促進試験や暴露試験によって評価が行われる。
しかし、これらの試験は実使用環境との相関が曖昧であるため、実際の耐用年数を決定することができなかった。
【０００３】
一方非特許文献１には、実環境下で長期間走行する自動車の腐食事例を多数収集し、ニューラルネットワーク非線形多変量解析手法により腐食現象を定量解析し、目標防錆年数に見合う防錆仕様を選択することが記載されている。しかしこの手法によりさび発生の予測については高い正当率が示されたものの、防錆鋼板の種類やめっき付着量等の材料を決定する手法にはなっていない。
【０００４】
実使用環境、構造における材料の耐食寿命を予測する、あるいは要求される耐食寿命を過不足無く満足する材料の設計が必要とされている。
【非特許文献１】八重樫英明ほか、「ニューロ非線形多変量解析に基づく自動車防錆設計」、(社)腐食防食協会『材料と環境』誌Vol.51, No.6, 2002, pp. 262-268.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実環境に近い環境に試験片を暴露して、試験片の腐食量から耐食寿命を推定する方法では、自動車や建築物などの構造体に使用する材料を対象とした場合、何十年という長期にわたる試験期間を必要とする。また、過去の暴露データが存在しても、試験片と実構造物の複雑な構造とには単純な相関関係があるわけではなく、従来の暴露試験では、実構造体の耐食寿命を予測することは難しいという問題があった。
【０００６】
また、長期間使用した実構造物の腐食の実態を調査することにより材料の耐食寿命を推定することが行われている。しかし、実構造物が腐食するには長時間を要するばかりでなく、調査に要する期間や費用が膨大になるという問題がある。
一方、前記の非特許文献１をはじめとして材料の耐食性を評価するために、従来から各種腐食促進試験法が規格化あるいは新試験法が提案されてきているが、実環境と腐食機構が異なっているばかりでなく、相関が曖昧であり、ひどいものでは材料間の耐食性の序列が逆転するという欠点がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、実環境、構造における材料の耐食寿命を予測するものであり、その耐食寿命予測により予測された材料、およびその材料を組み込んだ商品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）実環境における腐食速度が既知の２種の金属Ａ、Ｂと、実環境における腐食速度が未知の金属Ｃについてそれぞれ複数の腐食試験環境において腐食速度または耐食時間を求める第１の工程と、
前記金属Ａを基準金属として、この基準金属に対する金属Ｂの腐食速度比を実環境と前記複数の腐食試験環境について求める第２の工程と、
前記金属Ｃについて、前記第１の工程の結果より前記複数の腐食試験環境における腐食速度または耐食時間を求めて、基準金属に対する腐食速度比または耐食時間比を求める第３の工程と、
前記第２の工程で得られた基準金属に対する金属Ｂの腐食速度比と、第３の工程で得られた基準金属に対する金属Ｃの腐食速度比または耐食時間比との相関を求め、この相関関係から実環境における基準金属に対する金属Ｃの腐食速度比または耐食時間比を求めることにより金属Ｃの実環境における腐食速度または耐食時間を予測する第４の工程と、
を有することを特徴とする金属の耐食性予測方法。
【０００９】
（２）基準金属である金属Ａが鋼、金属Ｂが亜鉛であり、金属Ｃが亜鉛含有合金である（１）に記載の金属の耐食性予測方法。
（３）基準金属である金属Ａが鋼、金属Ｂが亜鉛または亜鉛めっきであり、金属Ｃが表面処理層を含む亜鉛含有合金または亜鉛含有合金めっきであり、
前記第１の工程において求められる金属Ｃの腐食速度または耐食時間が、表面処理層と亜鉛含有合金または亜鉛含有合金めっきとの平均の腐食速度または合計の耐食時間である（１）に記載の金属の耐食性予測方法。
【００１０】
（４）基準金属である金属Ａが鋼、金属Ｂが亜鉛であり、金属Ｃが表面処理層である（１）に記載の金属の耐食性予測方法。
（５）前記表面処理層が、塗膜、有機皮膜、無機皮膜、有機無機複合皮膜、拡散層、から選ばれる１以上である（３）または（４）に記載の金属の耐食性予測方法。
（６）（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間を用いて、以下の式により、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の耐食寿命を求めることを特徴とする被覆金属板の耐食性予測方法。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
【００１１】
（７）（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間と、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の設定された耐食寿命と、下地金属（金属Ａ）の厚さとを用いて、以下の式により、被覆層（金属Ｃ）の厚さを決定することを特徴とする被覆金属板の選定方法。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
【００１２】
（８）（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間と、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の設定された耐食寿命と、被覆層（金属Ｃ）の厚さとを用いて、以下の式により、下地金属（金属Ａ）の厚さを決定することを特徴とする被覆金属板の選定方法。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
（９）被覆金属板が自動車、建材、家電製品の部材として使用されることを特徴とする（７）または（８）に記載の被覆金属板の選定方法。
【００１３】
（１０）被覆金属板が自動車に塗装若しくは無塗装で使用される内板、外板、フレーム、ピラー、メンバー、補強部材（リンフォースやビームなど）、ケース、排気系部品として使用されることを特徴とする（７）または（８）に記載の被覆金属板。
（１１）（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属の耐食性予測方法により求めた金属Ｃの腐食速度または耐食時間と、金属Ａが金属Ｃにより被覆されてなる被覆金属板の設定された耐食寿命と、下地金属（金属Ａ）の厚さとを用いて、以下の式により、被覆層（金属Ｃ）の厚さを決定することを特徴とする被覆金属板。
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
（１２）（１１）に記載の被覆金属板を使用する自動車、建材、家電製品の部材。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の耐食性予測方法によれば、実構造において長時間使用されてきた腐食速度が既知の２種以上の金属の腐食速度を基準に、実環境・実構造体において耐食性が未知な金属（めっき、拡散層、塗膜、有機皮膜、無機皮膜、有機無機複合皮膜などの被覆層を含む）について、短期間の腐食促進試験により実環境・実構造体における未知な金属の腐食速度および耐食時間を精度よく推定することが可能となり、また耐食寿命を計算に入れた実構造の寿命設計が可能となり、最近求められているライフサイクルコスト寿命技術に寄与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】
【００１５】
図１は本発明の実施形態に係る金属および被覆層の耐食性予測方法、その金属、被覆層および構造体の設計方法、さらにその製造方法の処理過程までをフローチャート化したものである。
（ＳＴ１）：はじめに製品条件が提示される。製品条件とは、例えば腐食環境（使用地域、構造、部位など）や材料条件（許容腐食量、許容腐食穴深さ、許容塗膜膨れ幅、下地金属や被覆層の厚みや種類など）である。
【００１６】
（ＳＴ２）：実環境での腐食速度が未知の金属について耐食寿命を予測する工程であり、次の（ＳＴ２−１）ないし（ＳＴ２−４）から構成される。
ここで耐食寿命を予測する、若しくは予測するために腐食速度を求める金属としては、図２に示すように、（ａ）下地となる金属単体、（ｂ）下地金属に塗膜、有機皮膜、無機皮膜、有機無機複合皮膜、拡散層、から選ばれる表面処理層、めっきなどで構成される単層の被覆層を有するもの、または（ｃ）下地金属に前記の多層の被覆層を有するものがある。被覆層に非金属の成分を有するものを含め、（ｂ）、（ｃ）を合わせて以下「被覆金属板」という。
【００１７】
（ＳＴ２−１）：寿命予測を行うためのデータを揃える工程であり、実環境における腐食速度が既知の２種の金属（以下金属Ａ、Ｂとする）と、実環境における腐食速度が未知の金属（以下金属Ｃ）について複数の腐食試験を実施し、それぞれについて腐食速度または耐食時間を求める。腐食速度とは、例えば図３に示すように、ある時間腐食試験を実施して、得られた腐食量を単位時間の腐食量に換算した値をいう。また耐食時間とは、設定された腐食量に到達するまでの時間をいう。金属Ｃは、前記したように非金属成分をも含む場合がある。また金属Ｃは複数種の金属の代表であり、１種類である必要はない。
【００１８】
（ＳＴ２−２）：上記腐食試験を実施した金属のうち、製品に使用された実績などから実環境における腐食速度が既知の２種の金属Ａ、Ｂについて、金属Ａを基準金属とし、これに対する金属Ｂの腐食速度比を実環境と複数の腐食試験環境についてそれぞれ求める。
（ＳＴ２−３）：開発されて間がないなどの理由により実環境における腐食速度が未知の金属Ｃについて、複数の腐食試験環境における前記（ＳＴ２−２）の基準金属に対する腐食速度比または耐食時間比を求める。
【００１９】
（ＳＴ２−４）：上記（ＳＴ２−２）で求めた腐食速度比または耐食時間比と（ＳＴ２−３）で求めた腐食速度比または耐食時間比との相関を求め、この相関関係から実環境における金属Ｃの基準金属に対する腐食速度比または耐食時間比を予測する。例えば腐食試験の結果から得られた相関の回帰曲線を実環境に外挿することにより、実環境における金属Ｃの基準金属に対する腐食速度比または耐食時間比を求め、得られた腐食速度または耐食時間比から耐食寿命を予測する。
【００２０】
たとえば図４に示すように、実環境下で腐食速度が既知である金属Ｂの基準金属に対する腐食速度比を各腐食試験について横軸にプロットし、各プロット位置に縦線を引く。つぎに実環境下で腐食速度が未知である金属Ｃの基準金属に対する腐食速度比を各腐食試験について縦線にプロットすると、図４の白丸のようなカーブが描かれ、矢印に示すように実環境下における腐食速度比の値（黒丸で示す）が推定できる。
【００２１】
腐食速度を予測した金属が被覆層である場合、被覆金属板の腐食速度と耐食寿命の関係は、図５のように示すことができる。すなわち、全体の腐食期間は被覆層の腐食期間と、下地金属の腐食期間との和であり、つぎの式（１）
耐食寿命＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）    ・・・（１）
を用いて耐食寿命を決定することができる。なお、この式の右辺第１項は被覆層（金属Ｃ）の耐食時間である。
【００２２】
なお、以上腐食速度から耐食寿命を求める場合について説明したが、耐食時間を用いて耐食寿命を求める場合には、つぎに示す式（２）を前記の式（１）に代入することにより式（３）が得られ、これを用いて耐食寿命を決定することができる。
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（被覆層（金属Ｃ）の厚さ／金属Ｃの腐食速度）
・・・（２）
耐食寿命＝被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＋（下地金属（金属Ａ）の厚さ／金属Ａの腐食速度）                        ・・・（３）
また、耐食時間はつぎに示す式（４）によっても求めることができ、これを前記の式（３）に代入して耐食寿命を決定することができる。
【００２３】
被覆層（金属Ｃ）の耐食時間＝（金属Ｃに相当する耐食性を有する金属Ｂの厚さ／金属Ｂの腐食速度）                ・・・（４）
ここで、金属Ｃに相当する耐食性を有する金属Ｂの厚さは、腐食試験の結果から得られた厚みを変えた金属Ｂの腐食量、または同じく厚みを変えた金属Ｂを被覆層とした金属Ａの腐食量と、金属Ｂの厚さとの相関関係と、金属Ｃの腐食量または金属Ｃを被覆層とした金属Ａの腐食量から求めることができる。
【００２４】
また、各金属の厚さは、長さの値を用いればよいが、被覆層とする場合には、付着量（単位面積当たりの質量）に換算した値を用いてもよい。
（ＳＴ３）：以上の（ＳＴ２−１）ないし（ＳＴ２−４）の処理により求めた材料の腐食寿命が、要求される耐用年数を満足するか否かを判断して、製品に使用する材料を選定する。
【００２５】
要求される耐用年数を満足するように材料を設計して、製品の構造部材として選定してもよい。例えば、上記被覆金属板の腐食速度と耐食寿命の関係式において、耐食寿命と下地金属の腐食許容厚さが既知である場合は被覆層の厚さを、耐食寿命と被覆層の腐食許容厚さが既知の場合は下地金属の厚さを決定することにより、金属および被覆層の厚さや下地金属の厚さを決定することができる。
【００２６】
耐用年数を満足する金属Ｃが存在しない場合には、本発明の寿命予測方法を用いて新たに設計する。
上記のように決定された被覆金属板は、自動車、建材、家電製品の部材として使用されることが好ましい。特に自動車に塗装もしくは無塗装で使用される内板、外板、フレーム、ピラー、メンバー、補強部材（リンフォース、ビームなど）、ケース、排気系部品として使用されることが好ましい。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
表１は、４種類の金属について、３種類の従来腐食試験機および実環境下での腐食速度を求めた結果である。ここでは、下地金属である鋼板（記号Ｆｅとする、以下同様）および亜鉛めっき（Ｚｎ）が実環境下において実績があり、Ｚｎ含有合金めっき（ＺＡ）単層と有機皮膜を有する亜鉛含有合金めっき（ＯＺＡ）についてこれまで実環境下での使用実績がなく、腐食速度が不明であった。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
３種類の腐食試験および実環境下において、腐食環境が変化することによる各金属の腐食速度の変化に一様の決まりなく、従来、各種腐食試験単独、若しくは鋼や亜鉛など使用実績のある金属の腐食速度との関係から、亜鉛合金や有機皮膜を有する亜鉛含有合金めっきなどの実環境における腐食速度が未知の金属について、腐食速度や耐食寿命を予測することはできなかった（寿命判定×）。
【００３０】
（実施例２）
表２は本発明における実施形態（ＳＴ２−２）および（ＳＴ２−３）の処理により、実施例１で得られた結果を整理したものである。４種類の金属のうち鋼を基準金属として、他の３種類の金属との腐食速度比を求めた。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
この腐食速度比について実環境下での腐食速度が既知の鋼と亜鉛めっきＺｎの腐食速度比を横軸に取り、図４で説明した手法によって、他の金属の腐食速度比をプロットし、実環境下における腐食速度を予測したのが図６である。表２にはその予測値（［  ］で示す）が記入してある。
予測結果は、その後実施した実環境下において測定された亜鉛含有合金めっきおよび有機皮膜を有する亜鉛含有合金めっきの腐食速度と鋼の腐食速度比の値と良く対応しており（判定◎）、腐食試験の結果から実環境下における亜鉛含有合金めっきおよび有機皮膜を有する亜鉛含有合金めっきの腐食速度を予測できることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】金属および被覆層の耐食寿命予測方法、その金属および被覆層および構造からの設計方法およびその製造方法の処理過程を示すフローチャートである。
【図２】腐食速度を求める金属の構造の説明図である。
【図３】腐食試験における腐食速度の定義の説明図である。
【図４】本発明における実施形態（ＳＴ２）によって得られた特性図である。
【図５】表面処理金属の耐食寿命と、被覆層と下地金属の厚さおよび腐食速度との関係の説明図である。
【図６】本発明における実施形態（ＳＴ２−２）で求めた鋼と亜鉛の腐食速度比に対して、鋼と他の２種類の金属の腐食速度比の関係を求め、実環境における鋼と亜鉛の腐食速度比に外挿し求めた実環境における他の２種類の金属の鋼との腐食速度比を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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