特 集 表面処理鋼板を活かす…その4

外装鋼板における接触腐食現象と使用条件
JFE鋼板（株）技術サービス 木村 肇

写真３

木材接触部におけるガルバリウム鋼板製屋根面の腐食例（8年経過）

くい。このような卑な金属と貴な金属が接触した場合、1．はじめに水濡れ部において水中に卑な金属が溶出する。この溶出施工されたガルバリウム鋼板製屋根など外装材に部分（腐食）は卑な金属と貴な金属との電位差が大きいほど、的に発生することが懸念される接触腐食現象について述速度（腐食電流）が大きくなる。
ステンレス鋼製雪止め金具取付け部分とガルバリウムべ、適正な使用条件を検討する。

鋼板製屋根面が接触している場合、取付け部分は雪が滞

2．電食（異種金属接触腐食）留しやすい場所とみられ、水濡れ（融雪水など）時間が（１）ガルバリウム鋼板とステンレス鋼の電食について
図１

図1に腐食（湿食）の起こる条件を示す。ここでは、金属は亜鉛系めっき鋼板のガルバリウム鋼板（GL）に該当する。ガルバリウム鋼板の組成はアルミ55質量%、亜鉛43.4質量%、シリコン1.6質量%で、金属の腐食は空気（酸素：O２）および水の存在により生じる。腐食促進の主な要因として塩害（水への塩素イオンの溶解）、酸性雨（水への硫酸イオンの溶解）および電食（異種金属接触腐食）がある。
図2に各種金属の海水中における電位列を示す１）。電位
的に卑な金属（亜鉛など）は活性で腐食（溶出）しやす
く、貴な金属（ステンレス鋼など）は不活性で腐食しに−2−

湿食の起こる条件

図２

長く、ステンレス鋼とガルバリ

海水中における電位列ウム鋼板との電食による腐食が進行する。なお、屋根形状によっても腐食の程度は異なり、屋根勾配が大きい場合は水濡れ時間が短いため腐食は小さく、フラットな場合は長時間の水濡れのため腐食が大きくなると推測される。
図3にガルバリウム鋼板（AZ150）めっき層による鋼板露出部の防食距離を示す（GLめっきと鋼板Feとの異種金属接触）。塩水噴霧試験（SST）にお２）

いて、鋼板露出幅が数mm程度までは赤錆発生までの時間が長く、塩水（電解質）で濡れた状態における防食距離とみられる。
このような電解質環境の抵抗の影響は大気環境において顕著である。すなわち、大気中で金属表面に生成する水膜は薄く、水の導電率も低いので数mm以下の範囲内（ミリ単位）での局部的な腐食となる。従って、面積比の影響は一般に存在せず、接触近傍部分の両金属を塗装するなどの対策を施せばよい。
（２）ステンレス鋼くぎの異種金
属接触腐食
亜鉛系めっき鋼板にステンレ
ス鋼くぎを用いたり、ステンレス鋼金物に鉄くぎを用いると、異種金属接触腐食（電食）を起こす。異種の金属を接触させて用いると卑な方の金属が異種金属接触腐食を受ける恐れがある
が、大気中では影響が及ぶ範囲は接触部のごく近傍に限られる。しかし、せっかく打っより貴な金属くぎ（ステンレス鋼くぎなど）をより卑たくぎが少しばかりの腐食によって効かなくなるので対な材料に打つことは異種金属接触腐食の恐れはあるもの策が必要である。ここで問題とするステンレス鋼、鉄くの、くぎ自体に耐久性を持たせるという意義がある。こぎ、亜鉛系めっき鋼板の場合、大気中での電位はこの順の場合、くぎが打たれた側の腐食促進を防ぐためには、に卑である。亜鉛系めっき鋼板にステンレス鋼くぎを用まず貴なくぎの頭を塗装してその作用を殺す（下表のｂ）。

いるときは、亜鉛系めっき鋼板のめっきがステンレス鋼くぎの頭とその周辺の卑な材料の両方に塗装すれば最善

くぎの頭の周辺で腐食して鉄さびを生じる。また、素地である（下表のａ）。逆に、より卑な金属くぎをより貴なの鋼板も減肉し、薄い鋼板では腐食が貫通してくぎが効材料に打つことは危険な組合わせをつくるから基本的にかなくなる。ステンレス鋼金物に鉄くぎを用いる場合、避けるべきで、やむなく必要な場合は、くぎの周りの貴ステンレス金物は防食されるが、鉄くぎが頭を中心に腐な材料に塗装する（下表のｂ）のがポイントであるが、食損傷を受ける。

卑なくぎはそれ自体腐食しやすいから同時にくぎにも塗−3−図３

ガルバリウム鋼板（AZ150）の鋼板露出部に溶出し、その腐食量はZnの6割ほどあり、年間ではかなおける赤錆発生モデル（塩水噴霧試験：SST）りな量が溶出していることになる。
写真1にカラー鋼板製屋根面に避雷針ケーブル（銅製）が亜鉛めっき鋼板製支持具で設置されているケースを示す（海岸・温暖地：4年経過）。Cu製ケーブルに亜鉛めっき鋼板が直接接触していなくても、次のような電気化学反応により電食が生じる。
Cu〔金属銅〕＝

Cu２＋（銅イオン）＋2ｅ

Cuが溶出し、亜鉛めっき鋼板面に銅イオンが接触した
場合、めっき層のZnと反応し、次のようにZnがイオンとなって腐食溶出する。
＝

Zn〔金属亜鉛〕＋

Cu２＋（銅イオン）

Cu〔金属銅〕＋

Zn

２＋（亜鉛イオン）＋2ｅ＋2ｅ

したがって、Cuケーブル直下の屋根面においては、継続的にCu〔金属〕と接触していることになる。ガルバリウム鋼板の場合、ガルバリウムめっき層のZnと主に反応し、Znがイオンとなって腐食溶出する。
装するのがよい（下表のａ）。卑なくぎのみに塗装するの以上のように、避雷針アース用銅製ケーブルでは水濡

は、塗膜に存在する欠陥部に腐食が集中するので最もよれにより継続的に銅が溶出するので、塗装を施すか、まくない（下表のｃ）３）。

たはアルミ製のものに取替えるなどの対策が考えられる。
注）純銅が水溶液中で耐食性を発揮するpH範囲は異種金属接触への塗装
評

6.5〜12である。雨水のpHは大気中の炭酸ガス

卑な金属

貴な金属

価ａ

塗装

塗装

◎CO２（330ppmV）を0.49mg/L溶かし込んで約ｂ―

塗装○5.6になる。この中にNOＸ・SOＸの影響が加わｃ

塗装―×

ると酸性雨になる。また純銅は約１m/s以上の流水中でエロージョン・コロージョンによ（３）亜鉛めっき鋼板と銅の接触腐食についてる浸食をうけ（雨だれ落下部など）、低pH条
件はこれを加速する。

表1に世界各地における各種金属の腐食量を示す 。日４）本における銅（Cu）の腐食（溶出）量は銚子1.32μｍ／

写真2に積雪地におけるカラー鋼板屋根面の銅線による年、東京0.62μｍ／年、沖縄2.26μｍ／年で、平均的には腐食例を示す。積雪がある場合、濡れ時間が長く、銅線1.4μｍ／年となる。比較として日本の亜鉛（Zn）腐食量の溶解が多くなり、カラー塗膜を浸透したCuイオンを含は平均で2.2μｍ／年となり、Cuの1.5倍程度の腐食量とむ水がめっき面と反応して比較的早く腐食（電食）が進なる。このようにCuは大気中において雨水、結露水等に行するとみられる。

−4−

表１

世界各地の腐食量（平板：暴露4年間の平均）

表２

金属の熱力学的「貴／卑」と耐食性との対応

なお、表2に示すように、金属によっては自然環境において表面に生成する酸化層（不動態膜）の関係で理論的な電位と実環境中の電位とが大きく異なるケースがあり、施工環境条件に応じて適切に材料を選択することが望まれる。例えば、チタン、アルミなどは理論的には非常に卑な電位にあるが、実環境では表面に強固な酸化膜を形成するため貴な電位を示す。鉄は理論的な電位と実環境でほとんど相違がないが、銅、亜鉛などは実環境の方がより卑な電位を示す５）。

−5−

写真１

銅製ケーブル下の腐食例

図４

身のまわりの酸性・アルカリ性（海岸・温暖地：4年経過）

写真２

カラー鋼板屋根面の銅線による腐食例（積雪地：2年経過）

表3にコンクリート・セメントの化学を示す。コンクリート・セメント中の酸化カルシウムは水分の存在により水酸化カルシウムCa(OH) ２として存在し、強いアルカリ性（約pH12.5）に保たれる。
（２）pHとガルバリウム鋼板の腐食
図5に液pHとめっき鋼板の腐食減量との関係を示す。
ガルバリウム鋼板の場合、酸性側では亜鉛めっき鋼板に比べて腐食減量が少なく、優れた耐食性を示す。しかし、アルカリ性側になると腐食減量が大きくなる。このような傾向はアルミめっき鋼板の方がさらに大きく、アルミはアルカリに弱いことと合致している。
（３）ガルバリウム鋼板と木材との接触による腐食
写真3（2頁の写真参照）にガルバリウム鋼板製屋根面と木材との接触による腐食例を示す。ガルバリウム鋼板が湿った木材に接触した場合、表4に示すように、木材中3．ガルバリウム鋼板の耐酸・耐アルカリ性についてに含まれる酢酸を主成分とする木酢液が滲出し、水分が酸性となるためガルバリウムめっき層が腐食（白錆、黒変）溶解し、その結果、鋼板の腐食（赤錆）に至る。

（１）身のまわりの酸性・アルカリ性
６）

図4に身近に存在するものの酸性・アルカリ性を示す。

木酢液：木材を乾留して得られる液体生成物の一通常の一般環境は酸性側（低pH側）であるが、アンモニつで、酢酸を多量に含む。収量は乾材に対してア水、セメントおよびその主成分である石灰（CaO：酸約35%前後であり、黒褐色の特有の刺激臭のあ化カルシウムの俗称）はアルカリ側（高pH側）にあるこる液体で80〜90%は水である。広葉樹の場合にとが分かる。アンモニアガスは畜舎、堆肥舎などで糞尿は酢酸5〜7%、メチルアルコール1.5〜2.5%で、から発生し、結露水などに吸収されるとアンモニア水と針葉樹の場合にはこれらの数値は半減する。
写真4に心木あり瓦棒葺屋根キャップ部の腐食例を示なる。
−6−

表３

コンクリート・セメントの化学

図５

表４

木酢液の成分pHとめっき鋼板の腐食減量との関係す。何らかの原因で隙間等から屋根の裏側に雨水等が浸腐食に至ったと推測される。

入した場合、濡れた心木に部分的に長時間接触している

木質系住宅には一部木材に保存処理を義務づけられてカラー鋼板裏面の腐食速度は大きくなり、早期に穴あきいる箇所（地上から１ｍ以内など）がある。表5に木材用

−7−

写真４

瓦棒葺屋根（心木あり）キャップ部の穴あき腐食例（一般カラー：3年経過）

防腐圧入処理剤の種類を示す。金属の腐食に対しては、銅を含む薬剤Ａ１，Ａ３，Ａ４の影響が大きく、直接接触を避ける措置が必要である ７）。一般的な注意点は次の様である。
・防腐処理木材は十分に乾燥したものを選ぶ。一般に多く使われる水溶性薬剤を用いた注入材では、水分が抜けるのに3年もかかるため高含水率のものが多い。
・水分や湿度の影響が大きいと考えられる部位では、ゴムシートなどの厚めの有機膜を挟み込んで金物との直接接触を避ける。
以上、ガルバリウム鋼板を中心に異種金属接触腐食、木材との接触腐食について述べたが、カラー鋼板についても腐食程度の差はあるものの同様な現象が懸念されるので、設計・施工に際し注意が望まれる。
参考文献
１）腐食防食協会：腐食・防食ハンドブック（丸善 2000年発行）

表裏心木２）松本雅光、他：鉄と鋼 Vol.91, No.9, p.700 (2005)３）腐食センターニュース：No.030, p.4 (2004.6.1)
４）須賀

表５

防腐圧入処理剤の種類

蓊：塗装工学Vol.28, No.8, p.341 (1993)５）腐食防食協会：材料環境学入門（丸善 1995年発行）
６）原宏：大気汚染学会誌Vol.26, No.1, (1991)７）腐食防食協会編：住宅の腐食・防食（丸善2004年発行）
以上−8−