(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気環境下に曝された鋼材の腐食速度推定方法であって、
該鋼材の暴露期間と、 該鋼材に形成されたさび層に蓄積された塩分量とから腐食速度を推定することを特徴とする鋼材の腐食速度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材、特に好適には耐候性鋼材の腐食速度の推定に関し、大気環境下での鋼材の腐食速度を高精度に推定可能とするものである。
なお、以下では、本発明に適用する鋼材として耐候性鋼材を例示して説明するが、 本発明が鋼材一般に適用できるものであることは言うまでもない。
【０００２】
【従来の技術】
耐候性鋼は、鋼中にＰ、Cu、Cr、Ni等の合金元素を添加し大気中における耐食性を向上させた鋼であり、タンク、鉄塔、橋梁等の鋼構造物に広く使用されている。
耐候性鋼は、屋外の大気暴露下において数年で、腐食の原因である酸素や水を通しにくい保護性さびと呼ばれるさび層を形成し、その後の腐食の進行を抑制している。このため、耐候性鋼は防錆塗料の塗布が不要であり、いわゆる裸使用が可能で安価な高耐食材料である。
【０００３】
耐候性鋼材を使用した鋼構造物は、ライフサイクルコストやミニマムメンテナンスの観点から注目されているが、適用するには各種の制限があり、また適用後も最低限の維持管理、点検が必要である。
例えば、建設省（現国土交通省）による耐候性鋼の適用指針（「耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＸ）、建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会発行」）によれば、飛来塩分量が0.05mdd （mg／dm2 ／day ）以上となる地域では、従来の耐候性鋼（JISG3144：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材) は無塗装で使用できないことが規定されている。
【０００４】
飛来塩分量の測定は長期間を要するが、一般に、飛来塩分量は海岸からの距離とともに減少するので、各沿岸地域に応じて、飛来塩分量の測定を省略してもよい離岸距離が定められている。しかし、海からの飛来塩分が少ない山間部でも、路面に凍結防止のため融雪塩を散布する場合があり、 そのような環境下では、耐候性鋼材に著しい腐食を生じ、保護性さびが形成されない場合もある。また、常に湿った環境下では保護性さびは形成されにくいことが知られており、場合によっては適切な処置を必要とする場合もある。
【０００５】
耐候性鋼を使用した鋼構造物の維持管理上最も重要なことは、鋼材表面に保護性さびが形成されたかどうかを判定することである。ここで、「（耐候性）鋼材がさび安定化状態にあること」の定義は、例えば、 「社団法人腐食防食協会主催、第132 回腐食防食シンポジウム資料（2001）、pp27〜36（特にp30 参照）」によれば、「構造物耐荷重性能の経年劣化が工学的に問題とならない程度に腐食速度が低減( 目安として0.01mm／ｙ以下) した状態になること」と示されている。
【０００６】
しかしながら、耐候性鋼に保護性さびが形成されて腐食速度が低減する期間は、耐候性鋼の大気中での暴露環境に大きく依存するのが現実であり、その判定方法として的確で信頼性のあるさび安定化状態評価方法は未だ確立されていないのが現状である。
ここで、本質的に重要となるのは、問題とする鋼材の大気環境下における腐食速度である。腐食速度は、腐食量の微分値であり、腐食量の経年変化を測定し、その腐食量カーブから回帰式により算出される。
【０００７】
つまり、ある時点での腐食速度を測定するためには、初めに多くの試験片を暴露し、一定期間ごとにそれらの試験片を順次回収して当該試験片の初期重量からの腐食による重量減を求めた過去の一連のデータが必要となる。
しかしながら、このようなデータを採取することは、 鋼構造物の維持管理のための手段としてはコストも労力もかかり、とても簡便な方法とは言えない。 確かに、 この方法は、 鋼構造物が架設された時点からその構造物と同じ環境に測定用試料（試験片）を設置し、その腐食量を追跡することのできる確実で信頼性の高い方法である。
【０００８】
そのため、従来から、 腐食速度と相関があると考えられているさびの状態を判定し、 腐食速度を簡便に推定する各種の方法が提案されている。
まず、さびの外観からの判定基準として、「耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＶ）（建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会発行）」に示されている５段階評価基準がある。この基準は、 さび外観の粗度、剥離さびの有無から評点をつけて評価するものである。 すなわち、外観上で、繊密で密着性のあるさびが形成されていれば、腐食速度は十分低減されているものと判定し、維持管理上問題がないとするものである。
【０００９】
次に、 現場で非破壊かつ迅速にさび状態を計測する方法として、「Corrosion 、vol.45、No.4、pp347-352(1989) 」には、「錆層のイオン透過抵抗を測定して、錆の保護性を評価する方法」が開示されている。 この方法は、さび層の環境遮断性に着目したものであり、定量的な方法で優れている。
また、特開平11-316209 号公報には、耐候性鋼材と参照電極との電位差を測定して、その電位差から腐食速度を推定する方法が開示されている。
【００１０】
さらに、特開2000-241339 号公報には、さび層の断面の光学顕微鏡解析を行って、さび層内のクラック密度、あるいは、地鉄界面における消光錆占有率によってさびの保護性を判定する方法が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の５段階評価基準によるさびの外観判定については、観察者の主観がはいることになり、一般性に欠け、定量的な評価が困難であるという問題がある。
また、さび層のイオン透過抵抗を測定する方法は、定量性があり優れた方法といえるが、異常腐食を生じた厚いさびの場合、イオン透過抵抗の測定結果に信頼性がなく、外観判定を併用せざるを得ず、やはり一般性に欠ける。
【００１２】
なお、イオン透過抵抗の測定は、実際の腐食速度を測定するものではなく、さびの環境遮断性と腐食速度の相関を仮定して測定する方式である。
また、特開平11-316209 号公報に開示された、電位差を測定する方法は、さびで覆われた鋼板の電位と腐食速度との相関について原理的に不明な点が多く、厚い異常さびで覆われた場合には測定値に誤差を生ずるという欠点を有する。
【００１３】
さらに、特開2000-241339 号公報に開示された、さび層の断面の光学顕微鏡写真を解析する方法では、その解析のための指標として提示されているクラック密度と界面消光錆占有率と腐食速度との定量的相関が必ずしも明確にされていない。また、自然にできたさび層の不均一性を考えると、ミクロ的な観察結果での判定では誤差が大きいものと考えられる。
【００１４】
本発明は、 以上に示した各問題点を解消し、 簡便かつ定量的な鋼材の腐食速度推定方法を提供するものである。
なお、腐食速度を推定することができれば、その推定した腐食速度に基づいて腐食評価を行うことが容易であることは、既に説明したとおりである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大気環境で暴露された耐候性鋼材に代表される鋼材の腐食速度を高精度に推定することを可能としたものである。
すなわち、 本発明は、 大気環境下に曝された鋼材の腐食速度推定方法であって、該鋼材の暴露期間と、 該鋼材に形成されたさび層に蓄積された塩分量とから腐食速度を推定することを特徴とする鋼材の腐食速度推定方法によって上記課題を解決したのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
鋼材の腐食は環境に大きく依存するが、既に説明したように、特に飛来塩分量と相関を持つことが知られている。
そして、本発明者らは、 単に腐食量と飛来塩分量の相関だけにとどまらず、腐食速度と飛来塩分量の間にも強い相関をもつことを見出し、 本発明をするに至ったのである。
【００１７】
ところで、飛来塩分量は、季節さらには年毎の変動が大きく、その測定には長期間を要する。さらに、ある橋梁を考えた場合、その橋梁全体に対する飛来塩分量は同じだとしても、内桁・外桁、あるいは、フランジ・ウエブ、上面（対空面）・下面（対地面) で、塩分の付着の仕方が異なってくることは容易に想像できる。そして、付着、蓄積の仕方が異なってくれば、腐食の仕方も当然に異なってくる。
【００１８】
ここで、鋼材の腐食に影響を及ぼすのは、実効的には飛来した塩分そのものではなく、鋼材表面のさび層に実際に付着し蓄積した塩分の量、すなわち、さび中蓄積塩分量である。
一方で、耐候性鋼は経時とともに、さび状態が変化し、保護性を増す性質を持っている。したがって、さび中蓄積塩分量が同じだとしても、短期間暴露された耐候性鋼と長期間暴露された耐候性鋼では、その腐食速度は異なっている。
【００１９】
以上の知見に基づき、 本発明者らは、耐候性鋼の腐食速度が、さび中蓄積塩分量と暴露期間に依存することを見出した。
また、 以上の知見に基づき、 鋼材の暴露期間およびさび中蓄積塩分量と、その腐食速度との関係を更に明確にするため、大気環境に暴露された耐候性鋼についての調査を実施した。
【００２０】
まず、さび中蓄積塩分量の算出測定方法について説明する。
暴露期間が既知の耐候性鋼材のさび層を地鉄が露出するまで採取し、採取した総さび重量を電子天秤で計測する。更に、採取したさびのうちの一定量（約 200mg程度) について、Cl濃度分析を実施する。
そして、 そのCl濃度分析値から、下記（１）式に基づき、 さび中蓄積塩分量を導出する。
【００２１】
0003731524.tif 000002
一方、 腐食速度は、上述のように、腐食による重量減から腐食量の経年変化を測定して、その腐食量カーブから回帰式（Ｙ＝ａＸb 、Ｙ：腐食量、Ｘ：暴露期間、 a、b ：係数）を算出し、時間微分することで求められる（ｄY ／ｄＸ＝ａｂＸb-1 ）。
【００２２】
図１のグラフに、 以上の手順に基づいて求めた暴露期間毎のさび中蓄積塩分量と腐食速度の関係を示す。
図２は、 図１の結果に基づき、 腐食速度をパラメ―タとして、鋼材の暴露期間とさび中蓄積塩分量の関係を再構成して示したグラフである。
すなわち、このように、一度、図２のデータを採取しておけば、その後は、 図２を適用することで、上記のさび中蓄積塩分量と暴露期間のデータから、 腐食速度を簡便かつ高精度に推定することが可能となる。
【００２３】
さらに、既に説明したさび安定化状態の判定基準に基づき、腐食速度が0.01mm／ｙ以下であるかどうかを判定することで、 簡単にさび安定化状態の評価を実施することができる。
ところで、本発明の鋼材の腐食速度推定方法を適用して、実際の鋼構造物の腐食評価を行うには、 評価対象の鋼構造物そのもののさびを採取する代わりに、鋼構造物が竣工した時点で、 その鋼構造物と同一素材の評価試験片を構造物の近傍に装着し、同一条件の環境下で大気暴露しておくようにしておき、その評価試験片を適用することもできる。
【００２４】
この場合、所要年数経過後の腐食評価時に、 当該評価試験片を取り外して所定面積のさび層を削り取り、 その塩分量の測定を行い、 測定した塩分量と経過年数、すなわち、暴露期間とから、腐食速度推定を行う。 このようにして推定した腐食速度から、さびの保護性を容易に判定することができ、鋼構造物の的確な腐食評価を行うことが可能となる。
【００２５】
ちなみに、測定後の評価試験片は再利用することが可能である。すなわち、当該評価試験片を、取付けていた元の場所に再度取付けておけば、次の腐食評価時に、未だ削り取っていない部分のさび層を削り取って塩分量を測定することで、その時点での腐食速度推定を行うことができる。 そのため、本発明では、 評価試験片を用いる場合においても多数の評価試験片を用意しておく必要がなく、 必要最小限の評価試験片を用意するだけで足りる。
【００２６】
【実施例】
耐候性鋼を、種々の環境に暴露し、所定の暴露期間経過後にその試験片を回収し、本発明方法に従い、さび中蓄積塩分量から推定腐食速度を求めた。その結果を表１に示す。なお、表１には、比較のため、各試験片について、 その重量減少量から実測腐食速度を求めた結果を示した。
【００２７】
【表１】
0003731524.tif 000003
【００２８】
また、図３は、 表１に示す各地点での結果を図２のデータ上にオーバープロットしたグラフである。
以上のことから、 本発明によって得た推定腐食速度と実測腐食速度とが良い一致を示していることは明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、環境変化によるさび状態の変化を的確に評価することが可能となり、 耐候性鋼材に代表される鋼材の腐食速度を簡便かつ高精度に推定することができるようになった。さらには、さび安定化の判定も容易に実現できる。
すなわち、本発明を適用することで、 耐候性鋼等の鋼材を用いた鋼構造物の維持管理を、簡便、かつ、的確に行うことができるようになり、もしも腐食速度の増大が見られた場合には、早急に塗装等の適切な補修を行うことで、構造物としての致命的な損傷を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】暴露期間をパラメ―タとして、さび中蓄積塩分量と腐食速度の関係を示すグラフである。
【図２】腐食速度をパラメ―タとして、耐候性鋼材の暴露期間とさび中蓄積塩分量の関係を示すグラフである。
【図３】図２のグラフに、 各地域に置いた耐候性鋼材試験片から得られた結果をプロットしたグラフである。
【図１】
0003731524.tif 000004
【図２】
0003731524.tif 000005
【図３】
0003731524.tif 000006