(57)【要約】【課題】黒皮の剥離部分をより正確に識別することができる鋼材の黒皮評価方法を提供する。【解決手段】まず、黒皮が形成された鋼材に対してめっきを行う（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１により金属がめっきされた鋼材におけるその金属の分布を測定する（ステップＳ２）。【選択図】  図１
2015219082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒皮が形成された鋼材の前記黒皮が剥離した部分に金属をめっきする第１のステップと、
前記鋼材にめっきされた前記金属の分布を測定する第２のステップと
を有することを特徴とする鋼材の黒皮評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋼材の黒皮評価方法において、
前記第１のステップは、前記鋼材に定電流を流し、前記鋼材の電位が前記黒皮が還元される電位に達する前に終了する
ことを特徴とする鋼材の黒皮評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の表面に形成される黒皮の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリートなどに実際に用いられる鋼材の表面には、熱処理工程をしたときに黒皮と呼ばれる酸化膜が形成されている。この黒皮は製造者によって厚みや均一性が異なり、必ずしも制御されているわけではない（例えば、非特許文献１参照。）。黒皮と鋼材は互いに結合する強度が弱いので、黒皮が鋼材から剥離することがある。黒皮の一部または全部が剥離した鋼材表面の部分（以下、「剥離部」と言う。）から鋼材内に塩化物イオンを含む水が侵入すると、鋼材の腐食が促進する可能性があることが知られている（例えば、非特許文献２参照。）。そこで従来より、黒皮の剥離の有無を調べることが行われている。黒皮の剥離の有無は肉眼や光学顕微鏡でも調べることができるが、より正確に調べる場合には高倍率での観察が可能な電子顕微鏡が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】P. Ghods, O.B. Isgor, G.A. McRae, J. Li, G.P. Gu、Microscopic investigation of mill scale and its proposed effect on the variability of chloride-induced depassivation of carbon steel rebar、Corrosion Science 53(2011)946-954
【非特許文献２】P. Ghods, O.B. Isgor, G.A. McRae, G.P. Gu、Electorochemical investigation of chloride-indused depassivation of black steel rebar under simulated service conditons、Corrosion Science 52(2010)1649-1659
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電子顕微鏡で鋼材を観察すると、電子顕微鏡による画像上では黒皮に覆われた部分と剥離部とでは導電性の違いによるコントラストが小さいので、剥離部を正確に識別することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、黒皮の剥離部分をより正確に識別することができる鋼材の黒皮評価方法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】
【０００６】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る鋼材の黒皮評価方法は、黒皮が形成された鋼材の黒皮が剥離した部分に金属をめっきする第１のステップと、鋼材にめっきされた金属の分布を測定する第２のステップとを有することを特徴とするものである。
【０００７】
上記鋼材の黒皮評価方法において、第１のステップは、鋼材に定電流を流し、鋼材の電位が黒皮が還元される電位に達する前に終了するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、黒皮が形成された鋼材の黒皮が剥離した部分に金属をめっきすることにより、めっきした金属と黒皮とは正確に識別できるので、剥離部分をより正確に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、発明の実施の形態に係る鋼材の黒皮評価方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、鋼材にめっきをする構成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、鋼材に流れる電流の密度の分布を模式的に示す図である。
【図４】図４は、鋼材に定電流を流したときの鋼材の電位の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る鋼材の黒皮評価方法を説明するためのフローチャートである。
【００１１】
［鋼材の黒皮評価方法］
まず、黒皮が形成された鋼材（以下、単に「鋼材」と言う。）の黒皮が剥離した部分に金属をめっきする（ステップＳ１）。このめっきを行うときの装置構成の一例を図２に示す。この図２に示すように、鋼材にめっきを行うときには、電解液を貯留しためっき槽１と、このめっき槽１に浸漬した鋼材２、電極３および参照極４と、これらの電極に電気的に接続され、それぞれに電力を供給する制御装置５とを用意する。そして、制御装置５により、鋼材２を陰極、電極３を陽極としてこれらの間に定電流を所定の時間流す。これにより、黒皮が一部または全部剥離した鋼材１表面の剥離部に選択的に金属がめっきされる。このように剥離部に金属がめっきされる原理について、図３を参照して以下に説明する。
【００１２】
＜剥離部に金属がめっきされる原理＞
電解液中に鋼材と電極を浸漬し、鋼材に定電流が流れるように電流制御を行ったとき、図３に示すように、電解液側から鋼材１１に流れる定電流Ｉは、鋼材１１の表面に形成された黒皮１２から鋼材１１に流れる電流Ｉscaleと、剥離部１３によって電解液中に露出した部分の鋼材１１に流れるＩmetalの和で表すことができる。なお、図３に示す矢印は、鋼材表面の電流密度分布を模式的に示すものであり、矢印が大きいほど大きな電流が流れることを意味している。
【００１３】
ここで、黒皮１２の電気抵抗は、鋼材１１の電気抵抗よりも大きい。
このため、剥離部１３によって電解液中に露出した鋼材１１には、図３中の大きな矢印で示すように、大きな電流が流れる。一方、黒皮１２は、図３中の小さな矢印で示すように、小さな電流しか流れない。
また、剥離部１３によって電解液中に露出した部分の鋼材１１と電解液との界面には、黒皮１２の部分と比較して、相対的に大きな電位差が生じる。
したがって、めっきする金属イオンが溶解した電解液中に鋼材と電極を浸漬し、鋼材に定電流が流れるように電流制御すると、剥離部によって電解液中に露出した部分の鋼材には、大きな電流が流れ、かつ、電解液との界面の電位差が大きいので、金属が選択的にめっきされることとなる。
【００１４】
鋼材にめっきする金属は、例えば亜鉛など、黒皮の還元電位よりも低い電位で還元される金属からなる。なお、亜鉛を鋼材の剥離部にめっきする場合には、亜鉛イオンが溶解した電解液中に鋼材と白金からなる電極を浸漬し、これらの間に定電流を所定の時間流せばよい。このとき、電解質中に鋼材と亜鉛からなる電極とを浸漬して、これらの間に定電流を所定の時間流すことにより鋼材の剥離部に亜鉛をめっきするようにしてもよいことは言うまでもない。
【００１５】
鋼材にめっきするときに鋼材に流す定電流の値および電流を流す時間は、適宜自由に設定することができる。
なお、鋼材にめっきをし続けると、黒皮表面にも金属がめっきされるので、黒皮と剥離部とが識別できなくなるのを防ぐために、黒皮表面に金属がめっきされる前にめっきを終了することが望ましい。黒皮表面に金属がめっきされないようにするには、例えば、鋼材にめっきするときに流す電流の値および電流を流す時間を、黒皮が保持される値、すなわち黒皮が還元されない値に設定することにより実現することができる。この値は、めっきするときに実際に流す定電流を鋼材に流して黒皮を還元させる実験を行って、黒皮が還元されずに保持される電位を予め求めておき、この求めた電位に基づいて設定すればよい。その実験の一例を以下に説明する。
【００１６】
＜黒皮が還元される電位を求める実験＞
この実験では、１ｗｔ％のチオシアン酸アンモニウム（ＮＨ4ＳＣＮ）を添加した１Ｍ（モル）の炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）水溶液を脱気した溶液中に、作用極として直径φが９ｍｍの一般的な高強度鋼（Ｆｅ−０．２５％Ｓｉ合金など）からなる鋼材、参照極としてとして銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極、対極として白金線（Ｐｔ）を挿入し、鋼材に１０［μＡ／ｃｍ2］の電流密度の定電流が流れるようにした。このときに得られた鋼材の電位の時間変化を図４に示す。
【００１７】
図４に示す実線は、鋼材の電位の時間変化を示す。この実線から分かるように、鋼材の電位は、鋼材に電流を流し始めてから一定の時間（図４では１８０分）まではほぼ一定の値であり、その後に低下して、この低下した値でほぼ一定に保持されている。これは、上述した水溶液中の鋼材に電流を流すと、初めに水溶液中の溶存酸素が還元され、続いて黒皮が還元されるからである。したがって、開始から１８０分までの電位は電解液中の溶存酸素が還元されているときの値であり、１８０分以降の電位は黒皮が還元されているときの値であることがわかる。そこで、この黒皮が還元されているときの電位を予め求めておく。そして、鋼材にめっきするときには、鋼材の電位を観測しながら、その実験のときと同じ定電流を鋼材に流す。そして、鋼材の電位が予め求めた黒皮が還元される電位に達する前に、鋼材に電流を流すことを停止する。これにより、黒皮の表面にめっきされるのを防ぐことができる、すなわち剥離部のみにめっきすることができる。
【００１８】
なお、上述した黒皮の還元電位を求めるための実験の際には、極力酸素を除去した水溶液を用いることが望ましい。これにより、還元される溶存酸素の量が少なくなるので、黒皮の還元が早く始まるとともに、黒皮の還元の際に溶存酸素が影響を及ぼすことを防ぐことができる。この結果、実験時間を短縮したり、電位の時間変化をより明確に検出したりすることができる。
また、測定される電位は、黒皮と剥離部の混成電位を示しているため、予め決めた金属イオン種が含まれていれば測定した電位が高くても電流を制御している間は剥離部にめっきされることとなる。
【００１９】
＜金属の分布の測定＞
ステップＳ１により鋼材の剥離部に金属がめっきされると、鋼材にめっきされた金属の分布を測定する（ステップＳ２）。
めっきされた金属の分布の測定には、元素マッピングの各種方法を用いることができる。例えば、電子線を対象物に照射する事により発生する特性Ｘ線の波長と強度から構成元素を分析するＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ:Electron Probe MicroAnalyser）を用いることができる。
【００２０】
ステップＳ１によりめっきされた鋼材の表面は、黒皮と剥離部にめっきされた金属とから構成されている。黒皮とめっきされた金属は、黒皮と鋼材本体と比較して、導電性が大きく異なる。したがって、めっきされた鋼材に対して元素マッピングを行うと、めっきされた箇所とめっきされていない箇所との間に明確なコントラストを付けることが可能となるので、結果として、剥離部を正確に判別することができる。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、黒皮が形成された鋼材の黒皮が剥離した部分に金属をめっきすることにより、めっきした金属と黒皮とは正確に識別できるので、結果として、剥離部分をより正確に識別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、黒皮が形成された鋼材を用いる各種方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１…めっき槽、２…鋼材、３…電極、４…作用極、５…制御装置、１１…鋼材、１２…黒皮、１３…剥離部。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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