(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブと、前記ウェブの両端に溶接により連結された一対のフランジと、を含む、高周波抵抗溶接Ｈ形鋼であって、
前記ウェブ及び前記フランジが、いずれも、母材と、前記母材に積層される、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの何れか１種のめっき層と、前記めっき層に積層され、有機物を含む化成処理皮膜と、を含み、
前記化成処理皮膜の表面から、グロー放電発光分析法によって測定した深さ方向の炭素量が最大値の１／１０になる位置まで、の距離として定まる前記化成処理皮膜の厚さが０．１〜０．３μｍであり、
前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であり、
前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であり、
前記Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：０．１８〜５％を含有し、さらに
Ｍｇ：０．０１〜０．５％、
Ｌａ：０．００１〜０．５％、
Ｃｅ：０．００１〜０．５％
のいずれか１種又は２種以上を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする接触型高周波抵抗溶接Ｈ形鋼。
【請求項２】
前記母材が、質量％で、
Ｃ：０．０1〜０．３％、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜３．０％、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ０．００１〜０．５％、
Ｎ：０．０００５〜０．００６％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の接触型高周波抵抗溶接Ｈ形鋼。
【請求項３】
前記母材が、更に、質量％で、Ｂ:０．０００３〜０．００４０％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接触型高周波抵抗溶接Ｈ形鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、住宅等の建築建材などに使用される、耐食性と外観とを両立させた溶接Ｈ形鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯を溶接して製造される溶接Ｈ形鋼は、熱間圧延によって製造される圧延Ｈ形鋼に比べてウェブ及びフランジの板厚や幅の自由度が大きいため、圧延Ｈ形鋼と同一の断面性能を得る場合に板厚の薄肉化を図ることができる。そのため、溶接Ｈ形鋼は、優れた断面剛性を有する軽量Ｈ形鋼として、住宅や倉庫、高速道路などの部材として使用されている（ＪＩＳ  Ｇ  ３３５３の一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼など。）。
【０００３】
溶接Ｈ形鋼は、ウェブ材の両側にフランジ材を溶接して製造され、素材である鋼帯を高周波抵抗溶接機によって連続的に接合し、製造される。溶接Ｈ形鋼に耐食性（耐錆性）が要求される場合は、溶融亜鉛めっき鋼帯を素材として溶接Ｈ形鋼が製造されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、溶融亜鉛めっき鋼帯、特に、めっき層がＡｌ、Ｍｇなどを含む溶融亜鉛めっき鋼帯を溶接する場合、溶接部の外観が劣化することがある。このような問題に対して、フランジ材の、ウェブ材と接合される領域や、給電チップが接触する領域のめっき層を溶接前に除去した後に高周波抵抗溶接する溶接Ｈ形鋼の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９１５１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２００７７４号公報
【特許文献３】特開２０１２−２００７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、構造物の長寿命化、メインテナンスコストの削減に対するニーズの高まりから、溶接Ｈ形鋼においてもより優れた耐食性が求められるようになってきた。従来、建材用途の溶接Ｈ形鋼には、耐食性が要求される場合には、溶融亜鉛めっきが施されていたが、めっき層中へのアルミニウムやマグネシウムの添加により、耐食性の向上を図ることが検討されている。また、めっきの腐食によって生じる白錆を防ぐために、溶融亜鉛めっきの表面に化成処理皮膜を形成する場合がある。
【０００７】
本発明者らは、耐食性に優れた溶接Ｈ形鋼を得るために、めっき層へのアルミニウムやマグネシウムの添加を検討した。しかし、従来の溶融亜鉛めっき鋼帯と異なり、めっき層にアルミニウムやマグネシウムを含有させた場合、化成処理皮膜を形成して高周波抵抗溶接機によって連続的に接合すると、スパークが発生して溶接Ｈ形鋼の外観が不良となるという問題が発生した。なお、アルミニウムやマグネシウムを含むめっき層及び化成処理皮膜を設けた鋼帯をウェブ材及びフランジ材として高周波抵抗溶接すると、得られた溶接Ｈ形鋼の溶接部のめっき層及び化成処理皮膜は消失している。
【０００８】
溶接Ｈ形鋼は、ウェブ材とフランジ材とを高周波抵抗溶接（以下、単に「高周波溶接」と称する場合がある）により溶接接合されるが、銅電極をめっき鋼板の表面に接触させることによって高周波電流を給電しており、その接触部からスパークが発生することがある。このようなスパークの発生は、めっき層中に酸化しやすい元素であるアルミニウムやマグネシウムを含有し、更に、化成処理皮膜を設けた鋼帯を用いた場合にのみ散見された。
【０００９】
即ち、めっき層にアルミニウムやマグネシウムを含まない場合は、化成処理皮膜を設けても黒ずみなどの外観不良は見られず、一方、アルミニウムやマグネシウムを含むめっき層であっても、化成処理皮膜を設けなければ、黒ずみなどの外観不良は見られないことがわかった。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高耐食めっき鋼帯を溶接Ｈ形鋼の素材として用いても、高周波抵抗溶接時のスパークに起因する外観不良を発生させずに、耐食性と外観とを両立させた溶接Ｈ形鋼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】
【００１０】
本発明者らは、めっき層中のアルミニウムやマグネシウムの含有量を増大させることにより、溶接Ｈ形鋼の耐食性を向上させることを前提に、このようなめっき層を使用した場合に適用可能な化成処理皮膜の厚さを好適に制御することで、ウェブ材とフランジ材とを高周波溶接によって接合しても、溶接欠陥や黒ずみの発生を抑制し、優れた外観を有するＨ形鋼を提供することができる、との知見を得た。本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１１】
［１］ウェブと、上記ウェブの両端に溶接により連結された一対のフランジと、を含む、溶接Ｈ形鋼であって、
上記ウェブ及び上記フランジが、いずれも、母材と、上記母材に積層される、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの何れか１種のめっき層と、上記めっき層に積層され、有機物を含む化成処理皮膜と、を含み、
上記化成処理皮膜の表面から、グロー放電発光分析法によって測定した深さ方向の炭素量が最大値の１／１０になる位置まで、の距離として定まる上記化成処理皮膜の厚さが０．１〜０．７μｍである、ことを特徴とする溶接Ｈ形鋼。
【００１２】
［２］上記母材が、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．３％、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜３．０％、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ０．００１〜０．５％、
Ｎ：０．０００５〜０．００６％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記［１］に記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１３】
［３］上記母材が、更に、質量％で、Ｂ:０．０００３〜０．００４０％を含有することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１４】
［４］上記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１５】
［５］上記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれかに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１６】
［６］上記Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：０．１８〜５％
を含有し、さらに
Ｍｇ：０．０１〜０．５％、
Ｌａ：０．００１〜０．５％、
Ｃｅ：０．００１〜０．５％
のいずれか１種又は２種以上を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の溶接Ｈ形鋼。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る溶接Ｈ形鋼では、めっき層の組成を調整することを前提に、特に、化成処理皮膜の厚さについて改良を行っている。その結果、本発明の溶接Ｈ形鋼によれば、耐食性（耐錆性）と外観とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】スパーク発生個数とＧＤＳによる鋼板表面の炭素厚みとの関係を示す、グラフである。
【図２】白錆発生率及びスパーク発生個数と、ＧＤＳによる鋼板表面の炭素厚みとの関係を示す、グラフである。
【図３】本発明の溶接Ｈ形鋼の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、アルミニウム及びマグネシウムを含むめっき層並びに化成処理皮膜を形成した溶融亜鉛めっき鋼帯を用いて溶接Ｈ形鋼を製造する際に、高周波溶接に使用する給電部のスパーク発生に起因する欠陥の発生を抑制する方法について検討を行った。まず、めっき層中に、酸化しやすい元素であるアルミニウムやマグネシウムを含有すると、発火によるスパークが発生する。また、化成処理皮膜には有機物が含まれているため、炭素もスパークが発生する原因となる。
【００２０】
スパークが発生すると、化成処理皮膜に含まれる炭化物はススとなり、ススの量が増加すると欠陥（黒ずみ）になると考えられる。溶接Ｈ形鋼に付着するススの量は、特に化成処理皮膜の厚さに依存すると考えられるため、化成処理皮膜の厚さを適正に管理することによって、欠陥の発生を抑制できると考え、検討を行った。
【００２１】
化成処理皮膜の成分は、その目的やめっきの種類に応じて選定されるが、有機酸はバインダとして必ず含有される。有機酸には主成分として炭素が含まれるため、鋼板表面における炭素の深さ方向の分布を求めることによって、皮膜厚さを管理することができる。更に、溶接Ｈ形鋼を製造する際に、スパーク発生に起因して生じるススは、化成処理皮膜に含まれる炭素に由来すると考えられるため、化成処理被膜の厚みを炭素の深さ方向の分布によって適正に管理することより、効果的に欠陥の発生を抑制できると考えられる。
【００２２】
ここで、化成処理皮膜の厚さの測定方法について説明する。化成処理皮膜の厚さは、グロー放電発光分析装置（ＧＤＳ）で求めた表面から深さ方向における皮膜中の炭素量分布が、そのピーク値の１／１０となる領域とした。なお、ＧＤＳによる皮膜厚さの測定結果と皮膜付着量とを対応させたところ、皮膜付着量が８０ｍｇ／ｍ２である場合は、皮膜厚さは０．２μｍであり、皮膜付着量が４００ｍｇ／ｍ２である場合は、皮膜厚さが１．１μｍであり、皮膜付着量と皮膜厚さが概ね比例関係になることが確認された。
【００２３】
このようにして測定した化成処理皮膜の厚さを指標として、溶接後のスパーク発生状況を評価した。図１は、スパーク発生個数とＧＤＳによる鋼板表面の炭素厚みとの関係を示すグラフであり、特に、高耐食めっきの場合と溶融亜鉛めっきの場合とを比較したものである。スパーク発生個数は、溶接Ｈ形鋼４ｍ当たりの黒ずみ痕の個数（個／４ｍ）とした。図４によれば、溶融亜鉛めっきに対して高耐食亜鉛めっきのスパーク個数が多いことが分かる。溶融亜鉛めっきでは通常の皮膜厚さである０．８〜１．４μｍの範囲では１個／４ｍ以下のスパーク個数となるのに対し、高耐食めっきでは２〜６個／４ｍに増加した。
【００２４】
これは、高耐食めっきに添加されたアルミニウムやマグネシウムがスパークの発生を誘発した結果であると考えられる。一方で、高耐食めっきにおいても皮膜厚さを０．７μｍ以下に薄くすることによって、スパークの発生を抑制できることがわかる。しかしながら、皮膜付着量が少なすぎると一次防錆が不十分となり白錆が発生しやすくなることが懸念される。
【００２５】
そこで、化成処理皮膜の厚さを変化させた高耐食めっき鋼板を用いて、高周波溶接時のスパーク発生状況と白錆発生状況の関係を求めた。その結果を図２に示す。図２は、白錆発生率及びスパーク発生個数と、ＧＤＳによる鋼板表面の炭素厚みとの関係を示す、グラフである。スパーク発生個数は、前述と同様に、溶接Ｈ形鋼４ｍ当たりの黒ずみ痕の個数とし、白錆発生状況は２ヶ月間屋外暴露した溶接Ｈ形鋼のフランジ面の白錆の比率とした。黒ずみ痕の個数が１個／４ｍ以下の場合は、その箇所を補修塗装しても生産性の低下がほとんど無いため、黒ずみ痕の個数が１個／４ｍ以下を良好とした。また白錆発生率が５％以下であれば外観上の変化がほとんど見られないため、白錆発生率５％以下を良好とみなした。
【００２６】
図２によれば、皮膜厚さが０．１μ未満では白錆の発生が顕著であり、皮膜厚さが０．７μｍを超えるとスパーク個数が１個／４ｍ以上となる。すなわち、皮膜厚さが０．１〜０．７μｍであればスパーク抑制が可能となることがわかる。皮膜厚さを皮膜付着量で表すと３０〜１５０ｍｇ／ｍ２が適正範囲であった。
【００２７】
以上の知見に基づき、以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本明細書において、Ｈ形鋼の鉛直方向とは、一対のフランジを結ぶ方向をいい、Ｈ形鋼の水平方向とは、上記鉛直方向とＨ形鋼の長手方向との双方に垂直な方向をいう。以下では、Ｈ形鋼の鉛直方向、Ｈ形鋼の長手方向、及びＨ形鋼の水平方向を、それぞれ、鉛直方向、長手方向、及び水平方向と称する場合がある。また、本明細書において、各元素の割合（％）は全て質量％を意味する。
【００２８】
＜溶接Ｈ形鋼＞
図３は、本発明に係る、溶接Ｈ形鋼の一例（フランジの鉛直方向厚みが４．５ｍｍの場合）を示す模式図である（長手方向は紙面に垂直な方向）。なお、図３では、各層の寸法比は正確に示されていない。同図に示すように、Ｈ形鋼１０は、ウェブ１２と、ウェブ１２の鉛直方向両端に溶接により連結された一対のフランジ１４、１４と、を含む。同図においては、ウェブ１２とフランジ１４との境界線（点線部分）は溶接されている。
【００２９】
ウェブ１２は、母材１２ａと、母材１２ａの表面に積層されるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの何れか１種のめっき層１２ｂと、めっき層１２ｂの少なくとも一部（図３においては全部）に積層され、かつ、有機物を含む化成処理皮膜１２ｃと、を含む。
【００３０】
また、フランジ１４は、母材１４ａと、母材１４ａの表面に積層されるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの何れか１種のめっき層１４ｂと、めっき層１４ｂの少なくとも一部（図３においては全部）に積層され、かつ、有機物を含む化成処理皮膜１４ｃと、を含む。
【００３１】
（母材）
母材１２ａ、１４ａとしては、いずれも、主に低炭素鋼を用いるが、必要に応じて中炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼などを用いることができる。母材に用いる低炭素鋼の成分は、好ましくは、以下のとおりとする。なお、以下に示す成分の残部はＦｅ及び不可避的不純物であり、不可避的不純物とは、原材料に含まれる成分、或いは製造の過程で混入される成分であって、母材に意図的に含有させた成分ではない成分をいう。
【００３２】
Ｃ：所定の引張強さを確保するために下限を０．０１％とすることが好ましい。Ｃの過剰の添加は溶接ＨＡＺ部を硬化させ曲げ性能低下や遅れ割れの発生につながるためＣ含有量の上限を０．３％とすることが好ましい。
【００３３】
Ｓｉ：Ｓｉは母材の脱酸のために必要であり、その含有量の下限値は０．０１％が好ましい。また、Ｓｉは固溶強化作用の作用があり下記のＭｎとともに母材強度の調整に用いることができる。なお、過剰のＳｉ添加は鋼材製造時の酸化スケールの増加につながるためその含有量の上限は２．０％が好ましい。
【００３４】
Ｍｎ：Ｍｎは鋼材の熱間脆性の原因となる鋼中の不可避的不純物のＳをＭｎＳとして固定して無害化するためその含有量の下限値を０．１％とすることが好ましい。一方、Ｍｎの過剰の添加は溶接ＨＡＺ部を硬化させ曲げ性能低下や遅れ割れの発生につながるためその含有量の上限を３．０％とすることが好ましい。
【００３５】
Ｓ：Ｓは鋼材の熱間加工性を低下させる元素であり、上限値を０．０１５％とすることが好ましい。
【００３６】
Ｐ：Ｓと同様に熱間加工性を低下させる元素であり、上限値を０．０３％とすることが好ましい。
【００３７】
Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸元素として０．００１％以上添加することが好ましい。一方、過剰に添加すると粗大な非金属介在物を生成して鋼材の靭性等の性能を低下させることがあるので上限値は０．５％が好ましい。
【００３８】
Ｔｉ：Ｔｉは鋼中のＮを窒化物として固定し、Ｂが窒化物として析出するのを防ぐ効果があり、下限値は０．００１％が好ましい。一方、０．５％を超えて添加してもその効果は飽和するので、上限値は０．５％が好ましい。
【００３９】
Ｎ：Ｎは鋼材の強度を上昇させる一方で、多大なＮの添加は鋼材の靭性を低下させるとともに、Ｂを窒化物として析出させ、Ｂによる割れ低減効果も損ねることがあるため、上限値は０．００６％が好ましい。Ｎは少ないほど好ましいが０．０００５％以下にすることはコストの増加を招くため下限値を０．０００５％としてもよい。
【００４０】
更に、溶接Ｈ形鋼を他の部材に溶接する場合や、溶接Ｈ形鋼同士を溶接する場合は、上記の成分に加えて、母材にＢを添加することが好ましい。
【００４１】
Ｂ：Ｂは溶接時の８００℃以上のオーステナイト域で粒界偏析・濃化して溶融状態の亜鉛系合金めっきの粒界への浸入防止する作用があり、また、低温域で熱収縮による引っ張り応力発生の際に溶接ＨＡＺ部の粒界強化による応力集中部の塑性歪低減効果がある。その効果を得るためには０．０００３％以上添加することが好ましい。一方、過度な添加は溶接部の靭性劣化を招くことがあるため、上限値は０．００４０％が好ましい。
【００４２】
母材１２ａ、１４ａの厚さ（母材１２ａについては水平方向寸法、母材１４ａについては鉛直平方向寸法）は特に限定されないが、断面剛性を向上させるという理由により、ウェブ１２を構成する母材１２ａの厚みに比べてフランジ１４を構成する母材１４ａの厚みを大きくすることが好ましい。
【００４３】
（めっき層）
めっき層１２ｂ、１４ｂとしては、耐食性向上の観点で、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの何れか１種のめっきが用いられる。
【００４４】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきは、好ましくは、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であるものを用いる。
【００４５】
Ａｌの含有量を２〜１９％とした理由は、２％未満では、優れた耐食性を実現することができない場合があるとともに、母材との間で優れた密着性を実現することができない場合があるためであり、１９％超では、耐食性向上の効果が認められなくなる場合があるからである。
【００４６】
Ｍｇの含有量を１〜１０％とした理由は、１％未満では 優れた耐食性を実現することができない場合があり、一方、１０％超では、めっき層が脆くなって母材との間で優れた密着性を実現できない場合があるためである。
【００４７】
Ｓｉの含有量を０．０１〜２％とした理由は、０．０１％未満ではめっき層中のＡｌと母材中のＦｅとが反応し、めっき層が脆くなって母材との間で優れた密着性を実現できない場合があるためであり、２％超では、上記密着性の向上効果が認められなくなる場合があるからである。
【００４８】
次に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきは、好ましくは、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であるものを用いる。なお、Ａｌ、Ｍｇの含有量の限定理由は、上記のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきの場合と同じである。
【００４９】
さらに、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきは、好ましくは、質量％で、Ａｌ：０．１８〜５％を含有し、さらにＭｇ：０．０１〜０．５％、Ｌａ：０．００１〜０．５％、Ｃｅ：０．００１〜０．５％の１種又は２種以上を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であるものを用いる。なお、Ａｌの含有量の限定理由は、上記のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきの場合と同じである。Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅは、めっきのアルミニウムに起因する保護作用と亜鉛に起因する犠牲防食作用とを共に強化する元素であり、耐食性を更に向上させるために、上記のとおりの下限値を設定することが好ましい。これに対し、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅを過度に含ませても、耐食性の向上が見込めないため、上記のとおりの上限値を設定してもよい。
【００５０】
めっき層には、さらに、質量％で、Ｉｎ:０．０１〜１％、Ｂｉ：０．０１〜１％、Ｓｎ：１〜１０％、Ｃａ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％、Ｆｅ：０．０１〜３．０％、Ｓｒ：０．０１〜０．５％の少なくとも１種を含有させることができる。
【００５１】
Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｎについては、それぞれ、耐食性を向上させるために含有させるが、過度に含有させると、めっき後の外観が粗雑になる場合があるので、それぞれ、上記のとおりの下限値及び上限値を設定することが好ましい。
【００５２】
一方、Ｃａ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｒについては、塗装後の耐食性を高めるためであるが、過度に含有させると、めっき後の外観が粗雑になる場合があるので、それぞれ、上記のとおりの下限値及び上限値を設定することが好ましい。
【００５３】
なお、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ等の不可避的不純物は、総量を０．５％以下に制限するとともに、Ｐｂを０．１％以下、Ｓｂを０．１％以下に制限することが好ましい。不純物の総量を０．５％以下に制限する理由は、当該総量が０．５％超となると、めっきの密着性が十分に発揮されないためである。このような観点から、特に、Ｐｂ含有量及びＳｂ含有量の各上限値を、上記のとおりに設定することが好ましい。
【００５４】
めっき層１２ｂ、１４ｂの厚さ（めっき層１２ｂについては水平方向寸法、めっき層１４ｂについては鉛直平方向寸法）は、片面の単位面積辺りのめっき付着量として管理され、６０ｇ／ｍ２以上２７０ｇ／ｍ２以下とすることができる。上記厚さを６０ｇ／ｍ２以上とすることで、めっき層本来の効果（防食作用）が十分に得られる一方、２７０ｇ／ｍ２以下とすることで、溶接Ｈ形鋼を用いて建築物などを組み立てる際にて施されるアーク溶接などの作業性を良好にすることができる。
【００５５】
図３に示す例では、ウェブ１２については、めっき層１２ｂが母材１２ａの、水平方向両端面（鉛直方向両端部を除いた領域）に積層されている。これに対し、フランジ１４については、めっき層１４ｂは鉛直方向両端部（水平方向両端部を除いた領域）に積層されている。
【００５６】
（化成処理皮膜）
化成処理皮膜１２ｃ、１４ｃは、耐食性、更には、耐黒変性、塗装密着性を向上させる目的で使用される、いわゆるクロメートフリー皮膜であれば、特に種類を問わない。例えば、塩基性ジルコニウム化合物、バナジル含有化合物、りん酸化合物、コバルト化合物及び有機酸、水を含有する処理液を塗布して形成された化成処理皮膜を好適に用いることができる。
【００５７】
塩基性ジルコニウム化合物は、例えば、カチオンとして［Ｚｒ（ＣＯ３）２（ＯＨ）２］２−や［Ｚｒ（ＣＯ３）２（ＯＨ）２］２−を有する炭酸ジルコニウム化合物や、これらのカチオンを含有するアンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩などであってもよい。バナジル（ＶＯ２＋）含有化合物は、例えば、オキソバナジウムカチオンと、塩酸、硝酸、りん酸、硫酸などの無機酸アニオンや、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、蓚酸などの有機酸アニオンとの塩であってもよい。また、グリコール酸バナジル、デヒドロアスコルビン酸バナジルのような有機酸とバナジル化合物のキレートであってもよい。
【００５８】
りん酸化合物は、りん酸やそのアンモニウム塩、例えば、オルトりん酸、ピロりん酸、メタりん酸、ポリりん酸、フィチン酸、ホスホン酸、りん酸アンモニウム、りん酸二水素アンモニウム、りん酸水素にアンモニウム、りん酸ナトリウム、りん酸カリウムなどであってもよい。コバルト化合物は、炭酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルトなどであってもよい。
【００５９】
有機酸は、例えば、グリコール酸、リンゴ酸、酒石酸、蓚酸、クエン酸、アスコルビン酸、乳酸、デヒドロ安息香酸、デヒドロアスコルビン酸、没食子酸、タンニン酸、フィチン酸などであってもよく、これらの有機酸のアンモニウム塩であってもよい。
【００６０】
化成処理皮膜は、塩基性ジルコニウム化合物、バナジル含有化合物、りん酸化合物、コバルト化合物及び有機酸、水を含有する処理液を塗布し、乾燥させて形成する。処理液を塗布する方法は特に限定されないが、例えば、スプレー法、浸漬法、ロールコート法、シャワーリンガー法、エアーナイフ法などを採用してもよい。処理液には界面活性剤、有機溶剤や消泡剤を添加することができる。更に、処理液に潤滑剤や充填剤を添加してもよい。処理液を塗布した後、乾燥させるために、５０〜２００℃に加熱してもよい。
【００６１】
化成処理皮膜１２ｃ、１４ｃの厚さは、０．１μｍ以上０．７μｍ以下とすることができる。上記厚さを０．１μｍ以上とすることで、化成処理皮膜本来の効果（防食作用）が十分に得られる一方、０．７μｍ以下とすることで、スパーク発生に起因する黒ずみの発生を抑制することができる。
【００６２】
図３に示す例では、ウェブ１２については、化成処理皮膜１２ｃがめっき層１２ｂ上に積層されている。同様に、フランジ１４についても、化成処理皮膜１４ｃがめっき層１４ｂ上に積層されている。化成処理皮膜の厚さは、グロー放電発光分析装置で求めた深さ方向の炭素量分布によって求めることができ、表面から炭素量がピーク値の１／１０となるまでの領域とする。
【００６３】
本実施形態のＨ形鋼では、めっき層中のアルミニウムやマグネシウムの含有量を比較的高くすることで、耐食性を高くすることを前提に、上記化成処理皮膜の厚さを０．１μｍ以上とすることで、化成処理皮膜の本来の効果（防食作用）を発揮することができ、Ｈ形鋼の優れた耐食性（耐錆性）を実現することができる。なお、上記化成処理皮膜の厚さを０．２μｍ以上とした場合には、Ｈ形鋼の耐食性がさらに高いレベルで実現されるため、好ましい。
【００６４】
これに対し、上記化成処理皮膜の厚さを０．７μｍ以下とすることで、Ｈ形鋼の製造過程においてウェブ材とフランジ材との高周波溶接による接合処理を経ても、スパークの有無に関わらず溶接個所及びその周辺における黒ずみの発生を防止することができ、その結果、外観を良好な状態とすることができる。なお、上記化成処理皮膜の厚さを０．６μｍ以下とした場合には、Ｈ形鋼の外観がさらに高いレベルで実現されるため、好ましい。
【００６５】
以上に示すように、本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼は、めっき層の組成を調整することを前提に、特に、化成処理皮膜中の炭素量について改良を行っている。その結果、当該Ｈ形鋼によれば、優れた耐食性（耐錆性）と外観とを両立させることができる。
【００６６】
（塗膜）
本実施形態においては、めっき層及び化成処理皮膜の少なくとも一部（図３に示す例では、化成処理皮膜１２ｃの一部及び化成処理皮膜１４ｃの一部）に、さらに、塗膜１６が積層され、塗膜１６が溶接ビード１８を覆っていることが好ましい。塗膜１６は、有機系樹脂の少なくとも１種を含む塗膜であってもよい。
【００６７】
有機系樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ブチラール樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、塗膜としては、これらの混合物や共重合物も用いることもできる。さらに、これらにイソシアネート樹脂、アミノ樹脂、シランカップリング剤或いはチタンカップリング剤等を補助成分として併用することもできる。本実施形態のＨ形鋼は、加工後に補修をされずにそのまま使用されるケースが多い。このため、厳しい加工が施される用途では、ポリエステル樹脂をメラミンで架橋する樹脂系、ポリエステル樹脂をウレタン樹脂（イソシアネート、イソシアネート樹脂）で架橋する樹脂系、塩化ビニル樹脂系、フッ素樹脂系（溶剤可溶型、アクリル樹脂との分散混合型）を用いることが好ましい。
【００６８】
本実施形態のＨ形鋼は、後述するように、ウェブ材とフランジ材とを高周波溶接によって接合処理して得られるところ、当該溶接によって、図３に示すように、母材１２ａ、１４ａの双方に近接する部分に、母材成分と同等の成分の溶接ビード１８が形成される。仮に、ウェブ材及びフランジ材の双方の母材全面にめっき層及び化成処理皮膜が順次積層されていたとしても、溶接時に溶接ビード１８が形成される箇所では、めっき層及び化成処理皮膜が消失することから、溶接ビード１８が剥き出しの状態となる。
【００６９】
しかしながら、例えば、図３に示すように、溶接ビード１８を覆うように、塗膜１６を積層させることで、溶接ビード１８を剥き出し状態とすることなく、溶接Ｈ形鋼の耐食性をさらに高めることができる。溶接Ｈ形鋼が局所的に異なる色相の部分を有さないように、塗膜１６としてアルミニウム顔料等のメタリック系の着色顔料を用いることが好ましい。本実施形態では、エポキシ樹脂に防錆顔料としてりん酸アルミニウムを添加した塗料をエアースプレーで溶接ビード部吹き付け塗装することとしたが、塗料の種類や吹き付け方法は本方法に限定されない。
【００７０】
＜溶接Ｈ形鋼の製造方法＞
次に、以上に示したＨ鋼板の、製造方法について詳述する。本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法は、後述のステップ１−２における、化成処理皮膜に含まれる樹脂の希釈に特徴がある。本発明の溶接Ｈ形鋼は、例えば、以下の方法により製造される。
【００７１】
図４は、本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法を示すフローチャートである。本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法は、１）ウェブ材及びフランジ材の準備工程（ステップ１）、２）高周波溶接工程（ステップ２）、３）溶接ビードの塗装工程（ステップ３）を含む。なお、ステップ１、２は必須工程であるが、ステップ３は任意選択的な工程である。以下、各ステップについて説明する。
【００７２】
１）ステップ１
ステップ１では、ウェブ材及びフランジ材を、それぞれ準備する。ステップ１は、めっき層積層段階（ステップ１−１）と、化成処理皮膜積層段階（ステップ１−２）とを含む。
【００７３】
ステップ１−１では、ウェブ材及びフランジ材のそれぞれについて、母材（低炭素鋼や中炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼）に、めっき層（Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの何れか、例えば、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎである）を積層する。積層方法としては、生産性に優れ、めっき層を厚くすることができる、溶融めっきが好ましい。例えば、溶融めっき浴に鋼板を通過させた後に、エアーナイフでめっき厚を制御することで製造される。
【００７４】
ステップ１−２では、ウェブ材及びフランジ材について、めっき層上に、有機物を含む化成処理皮膜を積層する。例えば、図３に示すＨ形鋼を製造する場合には、ウェブ材及びフランジ材のいずれについても、めっき層上に化成処理皮膜を積層する。
【００７５】
化成処理皮膜の積層方法としては、水性溶媒中に塗膜構成成分（有機物、必要に応じて、シリカ、シランカップリング剤など）を含有する水性塗料組成物をめっき層上に塗布し、加熱乾燥することで形成することが挙げられる。ここで、水性溶媒とは、水が溶媒の主成分である溶媒を意味する。水以外の溶媒としては、有機溶媒が挙げられる。これにより、グロー放電発光分析装置を用いて測定される化成処理皮膜の厚さが０．１μｍ以上０．７μｍ以下となり、溶接Ｈ形鋼の優れた耐食性と外観とが両立される。
【００７６】
２）ステップ２
ステップ２では、高周波によりウェブ材及びフランジ材を溶接する。高周波溶接は、公知の態様、即ち、ウェブ材とフランジ材とのそれぞれの、接合部付近に設けられた給電部を介して行うことができる。
【００７７】
３）ステップ３
ステップ３では、溶接されたＨ形鋼に色合わせ塗装を施して、有機系樹脂の少なくとも１種を含む塗膜を積層する。例えば、図３に示すように、溶接ビード１８を覆うように、塗膜１６を積層させることができる。
【００７８】
以上に示す、本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法では、ステップ１−１におけるめっき層の組成の調整することを前提に、特に、ステップ１−２における化成処理皮膜に含まれる有機物（特に炭素量）の希釈によって、スパーク発生に起因する、溶接個所及びその周辺の黒ずみの発生を抑制することができる。その結果、本発明の製造方法により得られた溶接Ｈ形鋼によれば、優れた耐食性と外観とを両立させることができる。
【実施例】
【００７９】
以下、本発明の効果を発明例により具体的に説明する。なお、本発明は、以下の発明例で用いた条件に限定されるものではない。試験番号１〜７は本発明の範囲内の溶接Ｈ形鋼であり、試験番号８〜１０は本発明の範囲外の溶接Ｈ形鋼である。
【００８０】
図３に示すタイプの溶接Ｈ形鋼を、上述したような、ウェブ材及びフランジ材の準備工程、高周波溶接工程、及び色合わせ塗装工程を経て作製した。高周波溶接は銅製の給電子を用いて、接合部の加熱温度が１３００℃となるように、高周波電源の周波数を３６０ｋＨｚとし、給電子と鋼帯との接触部の寸法を１５ｍｍ×２０ｍｍとして行った。
【００８１】
なお、各試験例（試験番号１〜１０）の母材成分、めっき成分、及び化成処理皮膜成分は、それぞれ、表１〜３に示すとおりである。また、各試験例の溶接Ｈ形鋼の寸法については、ウェブの鉛直方向寸法を２００ｍｍ、両フランジの水平方向寸法を１００ｍｍ、ウェブの水平方向寸法（厚み）を３．２ｍｍ、両フランジの鉛直方向寸法（厚み）を４．５ｍｍとした。
【００８２】
【表１】
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【００８３】
【表２】
0006641699.tif 000003
【００８４】
【表３】
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【００８５】
次に、各試験例について、耐食性に関する評価、及び外観に関する評価を行った。
【００８６】
（耐食性に関する評価）
溶接Ｈ形鋼の溶接部には、エポキシ樹脂に防錆顔料としてりん酸アルミニウムを添加した塗料をエアースプレーで溶接ビード部吹き付ける塗装を行い、耐食性を評価した。溶接Ｈ形鋼を２ヶ月間屋外暴露し、フランジ上面の白錆の比率が５％以下であれば合格とした。その結果を表４に併記する。
【００８７】
（外観に関する評価）
溶接部及びその周辺を目視で観察し、溶接Ｈ形鋼４ｍ辺りの黒色痕を数えて、１個以下であれば合格とした。その結果を表４に併記する。
【００８８】
【表４】
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【００８９】
表４によれば、本発明の技術的範囲に属する（めっき成分にＡｌやＭｇを含有する高耐食めっきで、かつ皮膜厚さが０．１〜０．７μｍ）発明例の溶接Ｈ形鋼については、いずれも、本発明の技術的範囲に属しない、比較例の溶接Ｈ形鋼に対して、耐食性と外観とが高いレベルで両立されていることが判る。
【符号の説明】
【００９０】
１０    溶接Ｈ形鋼
１２    ウェブ
１４    フランジ
１２ａ、１４ａ    母材
１２ｂ、１４ｂ    めっき層
１２ｃ、１４ｃ    化成処理皮膜
１６    塗膜
１８    溶接ビード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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