(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フランジと、を含む、溶接Ｈ形鋼であって、
前記ウェブ及び前記フランジが、母材と、前記母材に積層される、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき及び、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきのいずれか１種のめっき層と、を含み、
前記ウェブ及び前記フランジの一方にのみ、前記めっき層に有機物を含む化成処理皮膜が積層されていることを特徴とする溶接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２に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項４】
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ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項５】
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ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項６】
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請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項７】
前記ウェブにおいて、前記めっき層に前記化成処理皮膜が積層されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項８】
前記フランジの厚みが６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項９】
前記めっき層及び前記化成処理皮膜の少なくとも一部に、さらに、塗膜が積層され、前記塗膜が溶接ビードを覆っていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【請求項１０】
前記フランジの外面側の前記めっき層に、塗油膜又は前記化成処理皮膜が積層されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の溶接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。また、特に、厚さが６ｍｍ以上である場合、フランジ材を予め誘導加熱により昇温させると、外観不良が発生し易くなることがわかった。
【００１０】
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、また、特に、厚さが６ｍｍ以上の素材を用いても、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】
【００１１】
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、また、特に、フランジの厚みが比較的大きい（６ｍｍ以上）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であっても、当該めっき層上に適用可能な化成処理皮膜の積層領域を限定することで、ウェブとフランジ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。
【００１２】
［１］ウェブと、上記ウェブの両端に溶接により連結されたフランジと、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、母材と、上記母材に積層される、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき及び、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき及び、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきのいずれか１種のめっき層と、を含み、
上記ウェブ及び上記フランジの一方にのみ、上記めっき層に有機物を含む化成処理皮膜が積層されていることを特徴とする溶接Ｈ形鋼。
【００１３】
［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。
【００１４】
［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。
【００１５】
［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］のいずれか１つに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１６】
［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１つに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１７】
［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］のいずれか１つに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１８】
［７］上記ウェブにおいて、上記めっき層に上記化成処理皮膜が積層されていることを特徴とする上記［１］〜［６］のいずれか１つに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００１９】
［８］上記フランジの厚みが６ｍｍ以上であることを特徴とする上記［１］〜［７］のいずれか１つに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００２０】
［９］上記めっき層及び上記化成処理皮膜の少なくとも一部に、さらに、塗膜が積層され、上記塗膜が溶接ビードを覆っていることを特徴とする上記［１］〜［８］のいずれか１つに記載の溶接Ｈ形鋼。
【００２１】
［１０］上記フランジの外面側の上記めっき層に、塗油膜又は上記化成処理皮膜が積層されていることを特徴とする上記［１］〜［９］のいずれか１項に記載の溶接Ｈ形鋼。
【発明の効果】
【００２２】
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、化成処理皮膜の積層領域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】
【００２３】
【図１】本発明の溶接Ｈ形鋼の一例を示す模式図である。
【図２】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】
【００２４】
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。
【００２５】
＜溶接Ｈ形鋼＞
図１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６ｍｍ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１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。
【００２６】
ウェブ１２は、母材１２ａと、母材１２ａ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系合金めっきのいずれか１種のめっき層１２ｂと、を含む。
【００２７】
また、フランジ１４は、母材１４ａと、母材１４ａ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系合金めっきのいずれか１種のめっき層１４ｂと、を含む。
【００２８】
（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
Ｔｉ：Ｔｉは鋼中のＮを窒化物として固定し、添加により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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。溶接Ｈ形鋼の断面剛性を向上させるために、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。構造物の設計によっては、フランジの厚みが６ｍｍ以上の溶接Ｈ形鋼が使用される場合がある。
【００４０】
（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系合金めっきのいずれか１種のめっきが用いられる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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種または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、めっき層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及び上限値を設定することが好ましい。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図１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。
【００５３】
（化成処理皮膜）
このような前提の下、本実施形態の溶接Ｈ形鋼においては、ウェブ１２及びフランジ１４の一方にのみ（図１に示す例ではウェブ１２にのみ）、めっき層１２ｂに有機物を含む化成処理皮膜１２ｃが積層されている。
【００５４】
化成処理皮膜１２ｃ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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
化成処理皮膜１２ｃの厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ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、１０μｍ以下とすることで、溶接時の通電不良の回避やスパークを回避することができる。
【００６０】
図１に示す例では、ウェブ１２について、化成処理皮膜１２ｃがめっき層１２ｂ上に積層されている。これに対し、フランジ１４については、化成処理皮膜はめっき層１４ｂ上に積層されていない。
【００６１】
本実施形態の溶接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、ウェブ及びフランジの一方にのみ、めっき層に有機物を含む化成処理皮膜を積層させている。これにより、スパークの発生を回避することができ、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、ひいては、優れた外観を実現することができる。このような効果は、特に外観不良が発生し易い、フランジの厚みが６ｍｍ以上である溶接Ｈ形鋼にも有効である。
【００６２】
以上に示すように、本実施形態に係る、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、化成処理皮膜の積層領域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。
【００６３】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、ウェブ１２のめっき層１２ｂに化成処理皮膜１２ｃが積層されていること、換言すれば、フランジ１４のめっき層１４には化成処理皮膜が積層されていないこと、が好ましい。また、例えばウェブの厚み（水平方向寸法）がフランジの厚み（鉛直方向寸法）よりも大きいＨ形鋼を製造するような場合や、フランジの耐食性や塗装性の改善などが目的の場合には、図１とは別のタイプ、即ちフランジ材にのみ、めっき層上に化成処理皮膜を積層するタイプを採用してもよい。
【００６４】
通常、ウェブ材とフランジ材とを高周波溶接により接合する際には、比較的昇温し難いフランジ材を誘導加熱によって予熱しておく。また、フランジの母材の厚さが比較的大きい場合（６ｍｍ以上の場合）には、誘導加熱時の電流を比較的大きく設定する必要がある。このような電流の設定状況下においては、溶接時にスパークが発生する可能性が高く、フランジ材のめっき層上に有機物（特に、炭素）を含む化成処理皮膜が積層されていると、上記スパークによって溶接個所及びその周辺が黒ずんで、外観不良となる可能性が高い。
【００６５】
なお、上記のように、フランジの母材の板厚が比較的大きい場合（板厚が６ｍｍ以上である場合）に、スパークによる外観不良の箇所が生ずる理由は未だ解明されていないが、誘導加熱による予熱が関与していると推定される。誘導加熱及び高周波溶接による入熱量が過大になると、めっき層に含まれるアルミニウムやマグネシウムと、化成処理皮膜中の有機物とが相互作用を引き起こし、スパークの発生が助長されている可能性がある。
【００６６】
図１に示す例では、フランジ１４、１４の鉛直方向厚みが６ｍｍ以上の溶接Ｈ形鋼について、化成処理皮膜がウェブ１２のみに含まれ（化成処理皮膜１２ｃ）、フランジ１４、１４には含まれない。これは、後述するように、同図に示す例では、溶接前には、ウェブ材の母材にはめっき層及び化成処理皮膜を積層するが、フランジ材の母材にはめっき層のみを積層しておくためである。このような構成にすれば、ウェブ材とフランジ材との高周波溶接時に、上記スパークによって溶接個所及びその周辺が黒ずんで、外観不良となる可能性を著しく低減することができる。
【００６７】
（塗膜）
また、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１に示す例では、化成処理皮膜１２ｃの一部及びめっき層１４ｂ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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１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。
【００７０】
しかしながら、例えば、図１に示すように、ウェブ１２の化成処理皮膜１２ｃの鉛直方向端部付近を覆うとともに、溶接ビード１８を覆い、さらにフランジ１４の水平方向端面及び鉛直方向端面を覆うように、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。また、塗膜１６の色相が溶接ビード１８の色相よりも化成処理皮膜１２ｃの色相に極めて近い色相である場合（例えば、塗膜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た場合）には、特に、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、全体として良好な色合わせも実現することができ、溶接Ｈ形鋼の外観をさらに高めることができる。
【００７１】
塗膜１６の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。上記厚さを１μｍ以上とすることで、塗膜本来の効果（耐食性向上効果及び色合わせ効果）が十分に得られる一方、５０μｍ以下とすることで、製造性を向上させる（塗料の乾燥性を改善する）ことができる。
【００７２】
（塗油膜）
さらに、本実施形態においては、図１に示すように、フランジ１４、１４の鉛直方向端面（外表面）において、めっき層１４ｂ上に塗油膜１４ｄ（例えば、溶剤系防錆油、水溶性防錆油、など）が積層されていることが好ましい。塗油膜１４ｄは、一次防食機能を発揮させるために積層されており、塗油膜１４ｄに代えて上述の有機物を含む化成処理皮膜を積層することができる。これにより、溶接Ｈ形鋼の耐食性がさらに向上する。
【００７３】
塗油膜１４ｄの厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ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、塗油膜本来の効果（一次防食機能の発揮）が十分に得られる一方、１０μｍ以下とすることで、製造性を向上させる（塗油膜のたれを改善する）ことができる。塗油膜１４ｄに代えて上述の有機物を含む化成処理皮膜を積層する場合は、化成処理皮膜の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ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、上記厚さを１０μｍ以下とすることで、製造性を向上させる（化成処理剤の乾燥性を改善する）ことができる。
【００７４】
＜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、化成処理皮膜の積層領域の限定に特徴がある。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。
【００７５】
図２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）色合わせ塗装工程（ステップ３）、及び４）塗油工程（ステップ４）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、４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。
【００７６】
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。
【００７７】
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系合金めっきのいずれか、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。
【００７８】
なお、加工部の耐食性を高めるためには、母材とめっき層との間に、下地層としてＮｉめっき層を積層しておくことが好ましい。これは、母材とめっき層との間に生成するＮｉ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｎ化合物がバインダーとしての役割を果たすためである。
【００７９】
ステップ１−２では、ウェブ材及びフランジ材の少なくとも一方について、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１に示すＨ形鋼を製造する場合には、ウェブ材に関してのみ、めっき層上に化成処理皮膜を積層する。また、例えばウェブの厚み（水平方向寸法）がフランジの厚み（鉛直方向寸法）よりも大きいＨ形鋼を製造する場合や、フランジに耐食性や塗装性が求められるような場合には、フランジ材に関してのみ、めっき層上に化成処理皮膜を積層してもよい。
【００８０】
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。積層条件としては、ウェブにおいてのみ、めっき層に化成処理皮膜を積層することで、通常のタイプ、即ちウェブの厚みよりもフランジの厚みの方が大きいタイプのＨ形鋼を製造する場合に、優れた耐食性と外観とが両立される。
【００８１】
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。
【００８２】
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１に示すように、ウェブ１２の化成処理皮膜１２ｃの鉛直方向端部付近を覆うとともに、溶接ビード１８を覆い、さらにフランジ１４の水平方向端面及び鉛直方向端面を覆うように、塗膜１６を積層させることができる。
【００８３】
４）ステップ４
ステップ４では、色合わせ塗装が施されたＨ形鋼に塗油を行い、Ｈ形鋼の所定箇所に、塗油膜を積層する。例えば、図１に示すように、フランジ１４の外面のみの領域、即ちめっき層１４ｂ上の化成処理皮膜が積層されていない領域に、塗油膜１４ｄを積層することで、一次防食機能を改善することができる。塗油の具体的な態様としては、一般的なスプレー法、ロールコート法、静電塗油などを採用することができる。
【００８４】
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によりアルミニウム量を制御することを前提に、特に、ステップ１−２における化成処理皮膜の積層領域の限定によって、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】
【００８５】
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１〜８は本発明の範囲内の溶接Ｈ形鋼であり、試験番号９〜１３は本発明の範囲外の溶接Ｈ形鋼である。
【００８６】
図１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、色合わせ塗装工程、及び塗油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。
【００８７】
なお、各試験例（試験番号１〜１３）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４．５ｍｍ、両フランジの鉛直方向寸法（厚み）を６ｍｍとした。
【００８８】
【表１】
0006369344.tif 000002
【００８９】
【表２】
0006369344.tif 000003
【００９０】
【表３】
0006369344.tif 000004
【００９１】
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。
【００９２】
（耐食性に関する評価）
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、５％超を不合格（×）とした。その結果を表４に併記する。
【００９３】
（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、２個以上を不合格（×）とした。その結果を表４に併記する。
【００９４】
【表４】
0006369344.tif 000005
【００９５】
表４によれば、本発明の技術的範囲に属する（化成処理皮膜の積層領域について所定の改良を加えた）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、従来例の溶接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】
【００９６】
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    化成処理皮膜
１４ｄ    塗油膜
１６    塗膜
１８    溶接ビード
【図１】
0006369344.tif 000006
【図２】
0006369344.tif 000007