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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023039340
(43)【公開日】2023-03-20
(54)【発明の名称】鋼部材、処理液、鋼部材の製造方法及び溶接部補修方法
(51)【国際特許分類】
C23C 26/00 20060101AFI20230313BHJP
【ＦＩ】
C23C26/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021146468
(22)【出願日】2021-09-08
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(74)【代理人】
【識別番号】100212059
【弁理士】
【氏名又は名称】三根 卓也
(72)【発明者】
【氏名】林田 隆秀
(72)【発明者】
【氏名】松野 雅典
【テーマコード（参考）】
4K044
【Ｆターム（参考）】
4K044AA02
4K044AA06
4K044AB02
4K044BA10
4K044BA11
4K044BA17
4K044BA21
4K044BB01
4K044BB03
4K044BC02
4K044CA53
(57)【要約】
【課題】めっき鋼材の溶接部における耐食性をより簡便な方法でより一層向上させる。
【解決手段】溶接によるビード部を有する鋼部材は、鋼材の少なくとも一部に設けられためっき層と、ビード部、めっき消失部及びめっき層の少なくとも一部の表面に設けられた塗膜とを有する。塗膜は、厚みが１０～１００μｍであり、硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類の酸成分Ａと、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である金属成分Ｂと、ウレタン樹脂を含む有機樹脂成分Ｃと、Ｆｅとを含有し、かつ、塗膜中における酸成分Ａに対する金属成分Ｂの存在比は、モル比で０．２５～０．４５であり、ビード部上に位置する塗膜において、ビード部側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５～２０ａｔｍ％である。
【選択図】図１
【解決手段】溶接によるビード部を有する鋼部材は、鋼材の少なくとも一部に設けられためっき層と、ビード部、めっき消失部及びめっき層の少なくとも一部の表面に設けられた塗膜とを有する。塗膜は、厚みが１０～１００μｍであり、硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類の酸成分Ａと、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である金属成分Ｂと、ウレタン樹脂を含む有機樹脂成分Ｃと、Ｆｅとを含有し、かつ、塗膜中における酸成分Ａに対する金属成分Ｂの存在比は、モル比で０．２５～０．４５であり、ビード部上に位置する塗膜において、ビード部側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５～２０ａｔｍ％である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接によるビード部を有する鋼部材であって、
前記鋼部材は、
母材となる鋼材の少なくとも一部に設けられためっき層と、
前記ビード部、前記ビード部に隣接しており前記めっき層が消失した部位であるめっき消失部、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部、の表面に設けられた塗膜と、
を有しており、
前記塗膜は、
厚みが、１０～１００μｍであり、
硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類の酸成分Ａと、
Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である金属成分Ｂと、
ウレタン樹脂を含む有機樹脂成分Ｃと、
Ｆｅと、
を含有し、かつ、
前記塗膜中における、前記酸成分Ａに対する前記金属成分Ｂの存在比（金属成分Ｂ／酸性分Ａ）は、モル比で０．２５～０．４５であり、
前記ビード部上に位置する前記塗膜において、
前記ビード部側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５～２０ａｔｍ％である、鋼部材。
前記鋼部材は、
母材となる鋼材の少なくとも一部に設けられためっき層と、
前記ビード部、前記ビード部に隣接しており前記めっき層が消失した部位であるめっき消失部、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部、の表面に設けられた塗膜と、
を有しており、
前記塗膜は、
厚みが、１０～１００μｍであり、
硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類の酸成分Ａと、
Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である金属成分Ｂと、
ウレタン樹脂を含む有機樹脂成分Ｃと、
Ｆｅと、
を含有し、かつ、
前記塗膜中における、前記酸成分Ａに対する前記金属成分Ｂの存在比（金属成分Ｂ／酸性分Ａ）は、モル比で０．２５～０．４５であり、
前記ビード部上に位置する前記塗膜において、
前記ビード部側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５～２０ａｔｍ％である、鋼部材。
【請求項2】
前記塗膜は、前記酸成分Ａとして、更に、リン酸、及び、リン酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類を含有する、請求項１に記載の鋼部材。
【請求項3】
前記ビード部上に位置する前記塗膜において、
前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５ａｔｍ％以下である、請求項１又は２に記載の鋼部材。
前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５ａｔｍ％以下である、請求項１又は２に記載の鋼部材。
【請求項4】
前記めっき層上に位置する前記塗膜において、
前記めっき層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、５～２５ａｔｍ％である、請求項１～３の何れか一項に記載の鋼部材。
前記めっき層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、５～２５ａｔｍ％である、請求項１～３の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項5】
前記めっき層上に位置する前記塗膜において、
前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、７ａｔｍ％以下である、請求項１～４の何れか一項に記載の鋼部材。
前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、７ａｔｍ％以下である、請求項１～４の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項6】
前記塗膜は、更に、Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物を含んでおり、
前記Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物の存在量は、前記金属成分Ｂの存在量に対し、モル比で０．１０～０．３０である、請求項１～５の何れか一項に記載の鋼部材。
前記Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物の存在量は、前記金属成分Ｂの存在量に対し、モル比で０．１０～０．３０である、請求項１～５の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項7】
前記塗膜において、前記有機樹脂成分Ｃの含有量は、５０質量％以上である、請求項１～６の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項8】
前記塗膜において、前記有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度は、５０質量％以上である、請求項１～７の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項9】
前記塗膜における前記金属成分Ｂについて、塗膜中のＺｎ、Ｃａ、Ｍｎの存在量に基づき算出される、モル比での存在割合［Ｚｎ］／（［Ｃａ］＋［Ｍｎ］）の値は、０．２０～０．３５である、請求項１～８の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項10】
前記塗膜中において、前記有機樹脂成分Ｃ １ｇに対する、前記酸成分Ａと前記金属成分Ｂの合計量の比率は、０．０１０～０．０２５ｍｏｌ／ｇである、請求項１～９の何れか一項に記載の鋼部材。
【請求項11】
前記めっき層は、以下の金属成分及び不純物からなるめっき層である、請求項１～１０の何れか一項に記載の鋼部材。
Ｚｎ：６５．０質量％超
Ａｌ：５．０質量％超２５．０質量％未満
Ｍｇ：２．０質量％超１２．５質量％未満
Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下
Ｚｎ：６５．０質量％超
Ａｌ：５．０質量％超２５．０質量％未満
Ｍｇ：２．０質量％超１２．５質量％未満
Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下
【請求項12】
請求項１～１１の何れか一項に記載の鋼部材における前記塗膜を形成するための処理液であって、
酸性イオンとしての、硝酸イオンと、
Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属イオンと、
ウレタン樹脂と、
を含有し、
前記酸性イオンに対する前記金属イオンの比率は、モル比で０．２５～０．４５であり、
ｐＨは、１．０～３．０である、処理液。
酸性イオンとしての、硝酸イオンと、
Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属イオンと、
ウレタン樹脂と、
を含有し、
前記酸性イオンに対する前記金属イオンの比率は、モル比で０．２５～０．４５であり、
ｐＨは、１．０～３．０である、処理液。
【請求項13】
前記酸性イオンとして、更に、リン酸イオンを含有する、請求項１２に記載の処理液。
【請求項14】
前記処理液は、更に、Ｍｇ及びＳｒからなる群から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、請求項１２又は１３に記載の処理液。
【請求項15】
請求項１～１１の何れか一項に記載の鋼部材の製造方法であって、
前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、前記溶接により形成されたビード部上の酸化膜を除去することなく、請求項１２～１４の何れか一項記載の処理液を、前記ビード部の表面、前記ビード部に隣接する前記めっき消失部の表面、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部の表面に塗布して乾燥させ、前記塗膜を形成する、鋼部材の製造方法。
前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、前記溶接により形成されたビード部上の酸化膜を除去することなく、請求項１２～１４の何れか一項記載の処理液を、前記ビード部の表面、前記ビード部に隣接する前記めっき消失部の表面、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部の表面に塗布して乾燥させ、前記塗膜を形成する、鋼部材の製造方法。
【請求項16】
めっき層を有する鋼材を用いて製造された鋼部材における溶接部補修方法であって、
前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、当該溶接による溶接部に形成された酸化膜を除去することなく、請求項１２～１４の何れか一項に記載の処理液を前記溶接部に塗布して乾燥させ、塗膜を形成する、溶接部補修方法。
前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、当該溶接による溶接部に形成された酸化膜を除去することなく、請求項１２～１４の何れか一項に記載の処理液を前記溶接部に塗布して乾燥させ、塗膜を形成する、溶接部補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼部材、処理液、鋼部材の製造方法及び溶接部補修方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、外装建材などの様々な用途において、鋼板や、鋼板の表面にＺｎ系めっき処理などが施されためっき鋼板等に代表される各種の鋼材が使用されている。これら鋼材のうち、例えばめっき鋼材は、成型加工過程で溶接されることがある。溶接部は高温となるため、施されためっき層が蒸発して鋼材が露出することとなる。その結果、そのままの状態ではめっき鋼材としての耐食性が不十分となることから、溶射や塗装等による補修が施される場合が多い。
【0003】
鋼材の溶接方法には、抵抗溶接法、高周波誘導溶接法、電子ビーム溶接法、プラズマ溶接法、ガス溶接法、レーザー溶接法等といった様々な方法がある。この中でも、アーク溶接法は、装置が簡便であることから、鋼材の接合で多用される。
【0004】
アーク溶接によって形成される溶接部（アーク溶接部）の補修方法として、例えば溶射を利用する場合には、溶接部に対し純ＺｎやＺｎ合金を溶射して、溶接鋼材を補修する（例えば、以下の特許文献１、特許文献２を参照。）。また、アーク溶接部の補修方法として、例えば塗装を利用する場合には、溶接部に対し、純Ｚｎを含む塗料を塗装して、溶接鋼材を補修する（例えば、以下の特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭６０－８９５５９号公報
【特許文献2】特開平８－１２７８５５号公報
【特許文献3】特開２００２－３１７４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
溶射は大型の装置が必要であり、連続的に溶接される鋼管製造ラインなどで用いられることはあるが、部分的な溶接など全ての溶接に用いることは難しい。また、これらの方法では、溶射の前処理として溶接ビード部を研削除去する必要がある。
【0007】
純Ｚｎを含む補修塗料は、溶射と異なり、装置が不要であり、場所を選ばず簡便に補修することが出来るため、溶接部の補修にも多く用いられる手段である。溶接部では、露出した鋼材表面に酸化被膜が生成することが知られている。特にアーク溶接は、１８００～２０００℃の高温に達することがあるため、酸化被膜が厚く生成する。そのような厚い酸化被膜上では塗膜密着性が低く、本来の補修塗膜の防食性が発揮出来ないことがある。そのため、安定した耐食性を確保するためには、塗装の前処理として溶接金属やビード部に形成された酸化皮膜を研削等で除去する必要があった。
【0008】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、めっき鋼材の溶接部における耐食性を、より簡便な方法でより一層向上させることが可能な処理液と、かかる処理液を用いた鋼部材の製造方法及び溶接部補修方法と、めっき鋼材の溶接部における耐食性をより一層向上させた鋼部材と、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】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、特定の液性を有し、特定の成分からなる処理液に想到し、かかる処理液を用いることで、溶接時に生成する酸化被膜を除去することなく、溶接部の耐食性をより一層向上させることが可能であることを知見した。また、かかる処理液を用いて補修が施された鋼部材は、溶接によるビード部上に設けられた塗膜において、特定の元素分布が実現され、より優れた耐食性が発現することが明らかとなった。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
【0010】
（１）溶接によるビード部を有する鋼部材であって、前記鋼部材は、母材となる鋼材の少なくとも一部に設けられためっき層と、前記ビード部、前記ビード部に隣接しており前記めっき層が消失した部位であるめっき消失部、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部、の表面に設けられた塗膜と、を有しており、前記塗膜は、厚みが、１０～１００μｍであり、硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類の酸成分Ａと、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である金属成分Ｂと、ウレタン樹脂を含む有機樹脂成分Ｃと、Ｆｅと、を含有し、かつ、前記塗膜中における、前記酸成分Ａに対する前記金属成分Ｂの存在比（金属成分Ｂ／酸性分Ａ）は、モル比で０．２５～０．４５であり、前記ビード部上に位置する前記塗膜において、前記ビード部側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５～２０ａｔｍ％である、鋼部材。
（２）前記塗膜は、前記酸成分Ａとして、更に、リン酸、及び、リン酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類を含有する、（１）に記載の鋼部材。
（３）前記ビード部上に位置する前記塗膜において、前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５ａｔｍ％以下である、（１）又は（２）に記載の鋼部材。
（４）前記めっき層上に位置する前記塗膜において、前記めっき層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、５～２５ａｔｍ％である、（１）～（３）の何れか一つに記載の鋼部材。
（５）前記めっき層上に位置する前記塗膜において、前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、７ａｔｍ％以下である、（１）～（４）の何れか一つに記載の鋼部材。
（６）前記塗膜は、更に、Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物を含んでおり、前記Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物の存在量は、前記金属成分Ｂの存在量に対し、モル比で０．１０～０．３０である、（１）～（５）の何れか一つに記載の鋼部材。
（７）前記塗膜において、前記有機樹脂成分Ｃの含有量は、５０質量％以上である、（１）～（６）の何れか一つに記載の鋼部材。
（８）前記塗膜において、前記有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度は、５０質量％以上である、（１）～（７）の何れか一つに記載の鋼部材。
（９）前記塗膜における前記金属成分Ｂについて、塗膜中のＺｎ、Ｃａ、Ｍｎの存在量に基づき算出される、モル比での存在割合［Ｚｎ］／（［Ｃａ］＋［Ｍｎ］）の値は、０．２０～０．３５である、（１）～（８）の何れか一つに記載の鋼部材。
（１０）前記塗膜中において、前記有機樹脂成分Ｃ １ｇに対する、前記酸成分Ａと前記金属成分Ｂの合計量の比率は、０．０１０～０．０２５ｍｏｌ／ｇである、（１）～（９）の何れか一つに記載の鋼部材。
（１１）前記めっき層は、以下の金属成分及び不純物からなるめっき層である、（１）～（１０）の何れか一つに記載の鋼部材。
Ｚｎ：６５．０質量％超
Ａｌ：５．０質量％超２５．０質量％未満
Ｍｇ：２．０質量％超１２．５質量％未満
Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下
（１２）（１）～（１１）の何れか一つに記載の鋼部材における前記塗膜を形成するための処理液であって、酸性イオンとしての、硝酸イオンと、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属イオンと、ウレタン樹脂と、を含有し、前記酸性イオンに対する前記金属イオンの比率は、モル比で０．２５～０．４５であり、ｐＨは、１．０～３．０である、処理液。
（１３）前記酸性イオンとして、更に、リン酸イオンを含有する、（１２）に記載の処理液。
（１４）前記処理液は、更に、Ｍｇ及びＳｒからなる群から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、（１２）又は（１３）に記載の処理液。
（１５）（１）～（１１）の何れか一項に記載の鋼部材の製造方法であって、
前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、前記溶接により形成されたビード部上の酸化膜を除去することなく、（１２）～（１４）の何れか一つ記載の処理液を、前記ビード部の表面、前記ビード部に隣接する前記めっき消失部の表面、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部の表面に塗布して乾燥させ、前記塗膜を形成する、鋼部材の製造方法。
（１６）めっき層を有する鋼材を用いて製造された鋼部材における溶接部補修方法であって、前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、当該溶接による溶接部に形成された酸化膜を除去することなく、（１２）～（１４）の何れか一つに記載の処理液を前記溶接部に塗布して乾燥させ、塗膜を形成する、溶接部補修方法。
（２）前記塗膜は、前記酸成分Ａとして、更に、リン酸、及び、リン酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類を含有する、（１）に記載の鋼部材。
（３）前記ビード部上に位置する前記塗膜において、前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５ａｔｍ％以下である、（１）又は（２）に記載の鋼部材。
（４）前記めっき層上に位置する前記塗膜において、前記めっき層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、５～２５ａｔｍ％である、（１）～（３）の何れか一つに記載の鋼部材。
（５）前記めっき層上に位置する前記塗膜において、前記塗膜の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置での、前記塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの合計に対する元素Ｚｎの比率は、７ａｔｍ％以下である、（１）～（４）の何れか一つに記載の鋼部材。
（６）前記塗膜は、更に、Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物を含んでおり、前記Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物の存在量は、前記金属成分Ｂの存在量に対し、モル比で０．１０～０．３０である、（１）～（５）の何れか一つに記載の鋼部材。
（７）前記塗膜において、前記有機樹脂成分Ｃの含有量は、５０質量％以上である、（１）～（６）の何れか一つに記載の鋼部材。
（８）前記塗膜において、前記有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度は、５０質量％以上である、（１）～（７）の何れか一つに記載の鋼部材。
（９）前記塗膜における前記金属成分Ｂについて、塗膜中のＺｎ、Ｃａ、Ｍｎの存在量に基づき算出される、モル比での存在割合［Ｚｎ］／（［Ｃａ］＋［Ｍｎ］）の値は、０．２０～０．３５である、（１）～（８）の何れか一つに記載の鋼部材。
（１０）前記塗膜中において、前記有機樹脂成分Ｃ １ｇに対する、前記酸成分Ａと前記金属成分Ｂの合計量の比率は、０．０１０～０．０２５ｍｏｌ／ｇである、（１）～（９）の何れか一つに記載の鋼部材。
（１１）前記めっき層は、以下の金属成分及び不純物からなるめっき層である、（１）～（１０）の何れか一つに記載の鋼部材。
Ｚｎ：６５．０質量％超
Ａｌ：５．０質量％超２５．０質量％未満
Ｍｇ：２．０質量％超１２．５質量％未満
Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下
（１２）（１）～（１１）の何れか一つに記載の鋼部材における前記塗膜を形成するための処理液であって、酸性イオンとしての、硝酸イオンと、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属イオンと、ウレタン樹脂と、を含有し、前記酸性イオンに対する前記金属イオンの比率は、モル比で０．２５～０．４５であり、ｐＨは、１．０～３．０である、処理液。
（１３）前記酸性イオンとして、更に、リン酸イオンを含有する、（１２）に記載の処理液。
（１４）前記処理液は、更に、Ｍｇ及びＳｒからなる群から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、（１２）又は（１３）に記載の処理液。
（１５）（１）～（１１）の何れか一項に記載の鋼部材の製造方法であって、
前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、前記溶接により形成されたビード部上の酸化膜を除去することなく、（１２）～（１４）の何れか一つ記載の処理液を、前記ビード部の表面、前記ビード部に隣接する前記めっき消失部の表面、及び、前記めっき消失部の周囲に位置する前記めっき層の少なくとも一部の表面に塗布して乾燥させ、前記塗膜を形成する、鋼部材の製造方法。
（１６）めっき層を有する鋼材を用いて製造された鋼部材における溶接部補修方法であって、前記めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、当該溶接による溶接部に形成された酸化膜を除去することなく、（１２）～（１４）の何れか一つに記載の処理液を前記溶接部に塗布して乾燥させ、塗膜を形成する、溶接部補修方法。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように本発明によれば、めっき鋼材の溶接部における耐食性を、より簡便な方法でより一層向上させることが可能な処理液と、かかる処理液を用いた鋼部材の製造方法及び溶接部補修方法と、めっき鋼材の溶接部における耐食性をより一層向上させた鋼部材と、を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る鋼部材の一例を模式的に示した説明図である。
【図2】同実施形態に係る鋼部材の一例を模式的に示した説明図である。
【図3】同実施形態に係る鋼部材の一例を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0014】
（鋼部材について）
以下では、まず、図１～図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る鋼部材について、詳細に説明する。本実施形態に係る鋼部材は、溶接により複数の鋼材が接合されたものであり、その溶接部位には、溶接によるビード部を有している。なお、本発明に係る鋼部材は、ビードが発生するような溶接方法であれば、いずれの溶接方法によっても製造可能であり、かかる溶接方法については、特に限定されるものではない。以下では、鋼材の接合の際に多用されるアーク溶接を一例として取り上げ、説明を行うものとする。
以下では、まず、図１～図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る鋼部材について、詳細に説明する。本実施形態に係る鋼部材は、溶接により複数の鋼材が接合されたものであり、その溶接部位には、溶接によるビード部を有している。なお、本発明に係る鋼部材は、ビードが発生するような溶接方法であれば、いずれの溶接方法によっても製造可能であり、かかる溶接方法については、特に限定されるものではない。以下では、鋼材の接合の際に多用されるアーク溶接を一例として取り上げ、説明を行うものとする。
【0015】
＜全体的な構成について＞
図１では、鋼部材１の一例として、めっき鋼材の一例としてのめっき鋼板１０Ａ、１０Ｂ（以下、まとめて「めっき鋼板１０」と略記することがある。）がアーク溶接により溶接された接合体の一部の断面構造を模式的に図示している。すなわち、図１では、片面側の構造のみを模式的に示しており、もう一方の面側の構造は記載を省略している。
図１に示したように、本実施形態に係る鋼部材１は、めっき鋼板１０Ａ、１０Ｂと、溶接金属を主成分とするビード部２０と、塗膜３０と、を有している。
図１では、鋼部材１の一例として、めっき鋼材の一例としてのめっき鋼板１０Ａ、１０Ｂ（以下、まとめて「めっき鋼板１０」と略記することがある。）がアーク溶接により溶接された接合体の一部の断面構造を模式的に図示している。すなわち、図１では、片面側の構造のみを模式的に示しており、もう一方の面側の構造は記載を省略している。
図１に示したように、本実施形態に係る鋼部材１は、めっき鋼板１０Ａ、１０Ｂと、溶接金属を主成分とするビード部２０と、塗膜３０と、を有している。
【0016】
めっき鋼板１０Ａ、１０Ｂは、母材鋼板１０１Ａ、１０１Ｂ（以下、まとめて「母材鋼板１０１」と略記することがある。）と、かかる母材鋼板１０１Ａ、１０１Ｂの表面に形成されためっき層１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、まとめて「めっき層１０３」と略記することがある。）と、を有している。
【0017】
めっき鋼板１０Ａ、１０Ｂのめっき層１０３Ａ、１０３Ｂの一部は、アーク溶接により発生する熱によってめっきが消失して、めっき消失部１０５Ａ，１０５Ｂ（以下、まとめて「めっき消失部１０５」と略記することがある。）となっている。これらめっき消失部１０５Ａ、１０５Ｂは、その形成過程から明らかなように、ビード部２０に隣接するように位置している。
【0018】
また、本実施形態に係る塗膜３０は、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面、及び、めっき消失部１０５の周囲に位置するめっき層１０３の少なくとも一部の表面を被覆するように、設けられている。
【0019】
以下、これらめっき鋼板１０、ビード部２０、及び、塗膜３０について、より詳細に説明する。
【0020】
なお、本実施形態では、めっき鋼材の一例としてめっき鋼板を取り上げているが、めっき鋼材はかかる例に限定されるものではない。各種のめっき鋼管や、めっきが施された各種の形鋼など、アーク溶接が施される可能性のある様々なめっき鋼材についても、めっき鋼材として用いることが可能である。
【0021】
＜めっき鋼板１０について＞
鋼部材１の基材の一例としてのめっき鋼板１０は、図１に模式的に示したように、母材鋼板１０１と、めっき層１０３と、を有している。
鋼部材１の基材の一例としてのめっき鋼板１０は、図１に模式的に示したように、母材鋼板１０１と、めっき層１０３と、を有している。
【0022】
［母材鋼板１０１について］
母材鋼板１０１としては、特に限定されるものではなく、鋼部材１に求められる機械的強度（例えば、引張強度等）や諸特性等に応じて、各種のものを用いることが可能である。このような鋼板としては、例えば、各種の低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼が挙げられる。また、母材鋼板１０１が低炭素Ｔｉ添加鋼や低炭素Ｎｂ添加鋼などの深絞り用鋼板であることは、鋼板の加工性の向上の観点から好ましい。
母材鋼板１０１としては、特に限定されるものではなく、鋼部材１に求められる機械的強度（例えば、引張強度等）や諸特性等に応じて、各種のものを用いることが可能である。このような鋼板としては、例えば、各種の低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼が挙げられる。また、母材鋼板１０１が低炭素Ｔｉ添加鋼や低炭素Ｎｂ添加鋼などの深絞り用鋼板であることは、鋼板の加工性の向上の観点から好ましい。
【0023】
かかる母材鋼板１０１の厚みについても、特に限定されるものではなく、鋼部材１に求められる機械的強度等に応じて、適切な厚みを選択すればよい。
【0024】
［めっき層１０３について］
上記母材鋼板１０１の表面には、めっき層１０３が形成されている。かかるめっき層１０３が存在することで、ビード部２０と、かかるビード部２０に隣接するめっき消失部１０５に対して、ビード部２０の周辺に存在するめっき層１０３が犠牲防食作用を発現する。これにより、母材鋼板１０１は、より高い耐食性を発揮することができる。このようなめっき層１０３を有するめっき鋼板１０としては、例えば、亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ合金めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板を挙げることができる。
上記母材鋼板１０１の表面には、めっき層１０３が形成されている。かかるめっき層１０３が存在することで、ビード部２０と、かかるビード部２０に隣接するめっき消失部１０５に対して、ビード部２０の周辺に存在するめっき層１０３が犠牲防食作用を発現する。これにより、母材鋼板１０１は、より高い耐食性を発揮することができる。このようなめっき層１０３を有するめっき鋼板１０としては、例えば、亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ合金めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板を挙げることができる。
【0025】
上記のような各種めっきの中でも、めっき層１０３は、平均組成で、Ａｌ：０～９０質量％、Ｍｇ：０～１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不純物からなる亜鉛系めっきであることが好ましい。かかるめっき層１０３は、より好ましくは、平均組成で、Ａｌ：４～２２質量％、Ｍｇ：１～１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不純物からなるめっき層であり、更に好ましくは、平均組成で、Ａｌ：５．０質量％超２５．０質量％未満、Ｍｇ：２．０質量％超１２．５質量％未満を含有し、残部がＺｎ及び不純物からなるめっき層である。
【0026】
また、めっき層は、平均組成で、Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下を含有していてもよい。更に、めっき層は、平均組成で、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｂ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｃ、Ｙ、ＲＥＭ、Ｈｆ、Ｃのいずれか１種又は２種以上を合計で、０．００１～２質量％含有していてもよい。
【0027】
以上説明したようなめっき層１０３の付着量については、特に限定するものではないが、例えば、母材鋼板１０１の片面当たり、３０～２４０ｇ／ｍ２とすることで、めっき層を設けることによる十分な耐食性を発現させることができる。
【0028】
以上、本実施形態に係るめっき鋼板１０について、詳細に説明した。
【0029】
＜ビード部２０について＞
ビード部２０は、めっき鋼材の一例であるめっき鋼板１０をアーク溶接により接合させることで形成され、溶接金属からなる部位である。かかるビード部２０については、特に限定されるものではない。かかるビード部２０が形成される過程で、隣接するめっき鋼板１０のめっき層１０３の一部が消失し、めっき消失部１０５が形成される。
ビード部２０は、めっき鋼材の一例であるめっき鋼板１０をアーク溶接により接合させることで形成され、溶接金属からなる部位である。かかるビード部２０については、特に限定されるものではない。かかるビード部２０が形成される過程で、隣接するめっき鋼板１０のめっき層１０３の一部が消失し、めっき消失部１０５が形成される。
【0030】
＜塗膜３０について＞
本実施形態に係る鋼部材１において、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面、及び、めっき消失部１０５の周囲に位置するめっき層１０３の少なくとも一部の表面には、これら部位を被覆するように、塗膜３０が設けられている。
本実施形態に係る鋼部材１において、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面、及び、めっき消失部１０５の周囲に位置するめっき層１０３の少なくとも一部の表面には、これら部位を被覆するように、塗膜３０が設けられている。
【0031】
［厚みについて］
かかる塗膜３０の厚み（平均厚み）は、１０～１００μｍである。ここで、塗膜３０の厚みとは、図１に模式的に示したように、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面及びめっき層１０３の表面から、塗膜３０の表面までの距離の平均値とする。詳細な測定の条件、及び、平均値の計算方法については、後述する。
かかる塗膜３０の厚み（平均厚み）は、１０～１００μｍである。ここで、塗膜３０の厚みとは、図１に模式的に示したように、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面及びめっき層１０３の表面から、塗膜３０の表面までの距離の平均値とする。詳細な測定の条件、及び、平均値の計算方法については、後述する。
【0032】
塗膜３０の厚みが１０μｍ未満である場合には、必要とする耐食性の向上効果を発現させることができない。塗膜３０の厚みを１０μｍ以上とすることで、腐食因子からの遮蔽効果が得られ、耐食性を顕著に向上させることが可能となる。塗膜３０の厚みは、好ましくは２０μｍ以上である。一方、塗膜３０の厚みが１００μｍを超える場合には、塗膜３０を形成するための処理液を乾燥・固化させるために要する乾燥時間が長時間となり、また、塗膜３０の外観が低下する可能性があるため、好ましくない。塗膜３０の厚みを１００μｍ以下とすることで、処理液の乾燥時間が長期化することを防止しつつ、塗装後の外観を良好なものとすることが可能となる。塗膜３０の厚みは、好ましくは８０μｍ以下である。
【0033】
なお、かかる塗膜の厚みは、以下のようにして測定することが可能である。
すなわち、着目する鋼部材１の一部を樹脂で埋め込み、機械研磨して断面を露出させて、分析面とする。得られた分析面を走査型電子顕微鏡により断面観察し、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面及びめっき層１０３上に塗膜３０が形成されている部位を特定する。かかる特定部位のうち塗膜形成部位において、任意の５箇所について、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面及びめっき層１０３と塗膜３０との界面の位置を特定して、かかる界面から、塗膜３０の表層までの厚みを、断面像から測定する（図１における厚みＴ１～Ｔ５）。この際、塗膜断面の両端から塗膜断面の全幅の１０％までの範囲（図１において、「測定除外」と示した範囲）は、測定対象から除外する。このような測定を、複数の断面箇所（例えば、１０箇所）で実施し、各測定箇所で得られた測定値を測定箇所数で平均する。このようにして得られた平均値を、図１に示したような塗膜の厚み（平均厚み）Ｔとする。
すなわち、着目する鋼部材１の一部を樹脂で埋め込み、機械研磨して断面を露出させて、分析面とする。得られた分析面を走査型電子顕微鏡により断面観察し、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面及びめっき層１０３上に塗膜３０が形成されている部位を特定する。かかる特定部位のうち塗膜形成部位において、任意の５箇所について、ビード部２０の表面、めっき消失部１０５の表面及びめっき層１０３と塗膜３０との界面の位置を特定して、かかる界面から、塗膜３０の表層までの厚みを、断面像から測定する（図１における厚みＴ１～Ｔ５）。この際、塗膜断面の両端から塗膜断面の全幅の１０％までの範囲（図１において、「測定除外」と示した範囲）は、測定対象から除外する。このような測定を、複数の断面箇所（例えば、１０箇所）で実施し、各測定箇所で得られた測定値を測定箇所数で平均する。このようにして得られた平均値を、図１に示したような塗膜の厚み（平均厚み）Ｔとする。
【0034】
［成分について］
上記塗膜３０は、以下で詳述するように、酸成分Ａと、金属成分Ｂと、有機樹脂成分Ｃと、Ｆｅと、の４種類に大別される成分を含有している。
上記塗膜３０は、以下で詳述するように、酸成分Ａと、金属成分Ｂと、有機樹脂成分Ｃと、Ｆｅと、の４種類に大別される成分を含有している。
【0035】
≪酸成分Ａ≫
酸成分Ａは、硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類である。これら酸成分Ａは、塗膜３０を形成するための処理液（塗料とも言える。）を特定の液性（ｐＨ）とするために導入されたものであり、かかる処理液を乾燥・固化させることで形成される塗膜３０は、これら酸成分Ａを含有することとなる。処理液がかかる酸成分に関連する酸性イオンを有していることで、ビード部２０やその近傍に酸性被膜が存在していたとしても、かかる酸性被膜を溶解しながら塗膜３０を形成することが可能となる。その結果、より簡便な溶接部の補修（ひいては、鋼部材の製造）が実現できる。
酸成分Ａは、硝酸、及び、硝酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類である。これら酸成分Ａは、塗膜３０を形成するための処理液（塗料とも言える。）を特定の液性（ｐＨ）とするために導入されたものであり、かかる処理液を乾燥・固化させることで形成される塗膜３０は、これら酸成分Ａを含有することとなる。処理液がかかる酸成分に関連する酸性イオンを有していることで、ビード部２０やその近傍に酸性被膜が存在していたとしても、かかる酸性被膜を溶解しながら塗膜３０を形成することが可能となる。その結果、より簡便な溶接部の補修（ひいては、鋼部材の製造）が実現できる。
【0036】
また、本実施形態に係る塗膜３０は、かかる酸成分Ａとして、リン酸、及び、リン酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類を、更に含有することが好ましい。換言すれば、塗膜３０は、酸成分Ａとして、硝酸、硝酸化合物、リン酸、及び、リン酸化合物からなる群より選択される少なくとも１種類を含有することが好ましい。
【0037】
塗膜３０を形成するための処理液に含まれるリン酸イオンは、溶出及び乾燥された際に、鋼材にリン酸やリン酸化合物（より詳細には、リン酸塩結晶）として析出する。このリン酸塩結晶が、鋼材表面の耐食性を高めることに、特に効果的である。
【0038】
≪金属成分Ｂ≫
金属成分Ｂは、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である。塗膜３０が、かかる金属又は金属化合物を含有することで、鋼部材１の耐食性を向上させることが可能となる。
金属成分Ｂは、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される元素を含む金属又は金属化合物である。塗膜３０が、かかる金属又は金属化合物を含有することで、鋼部材１の耐食性を向上させることが可能となる。
【0039】
上記のような酸成分Ａと、金属成分Ｂとは、互いに反応し、塗膜３０中においては、主に金属成分Ｂの金属塩として存在している。
【0040】
上記の酸成分Ａと金属成分Ｂとの金属塩は、水に覆われた際に溶出する。溶出物は、ビード部２０の溶接金属、めっき層が存在していない部位（例えば、めっき消失部１０５や鋼部材１の端面等）において露出している鋼、めっき層１０３の成分、及び／又は、めっき鋼板１０由来の金属イオン、と反応する。その結果、塩形成や共析出が起こり、反応部位に防食皮膜を形成して、耐食性を付与することができる。
【0041】
上記のような反応を確実に発現させるために、本実施形態に係る塗膜３０では、塗膜中における、酸成分Ａに対する金属成分Ｂの存在比（金属成分Ｂ／酸性分Ａ）を、モル比で０．２５～０．４５とする。酸成分Ａに対する金属成分Ｂの存在比（金属成分Ｂ／酸性分Ａ）は、好ましくは０．２５～０．４０であり、より好ましくは０．２５～０．３５である。
【0042】
また、かかる金属成分Ｂに関し、Ｃａ、Ｍｎに対するＺｎの存在量を調整することで、耐食性をより一層向上させることが可能となる。具体的には、Ｃａ、Ｍｎの合計存在量（［Ｃａ］＋［Ｍｎ］）に対する、Ｚｎの存在量［Ｚｎ］の割合（モル比での割合）（［Ｚｎ］／（［Ｃａ］＋［Ｍｎ］））の値は、０．２０以上０．４５以下であることが好ましい。上記モル比での割合を０．２０以上とすることで、Ｚｎによる耐食性の向上効果が顕著となる。上記モル比での割合は、より好ましくは０．２５以上である。一方、上記モル比での割合を０．４５以下とすることで、塗膜の形成不良をより確実に防止することが可能となる。上記モル比での割合は、より好ましくは０．４０以下であり、更に好ましくは０．３５以下である。
【0043】
また、本実施形態に係る塗膜３０は、上記の金属成分Ｂとは別に、更に、Ｍｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物を含んでもよい。この際、かかるＭｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物の存在量は、上記金属成分Ｂの存在量に対し、モル比で０．１０～０．３０とすることが好ましい。かかるモル比を０．１０以上とすることで、リン酸イオンやＣａ、Ｚｎ及びＭｎとの共析晶を生成させて、耐食性を更に向上させることが可能となる。上記モル比は、より好ましくは０．１５以上であり、更に好ましくは０．２０以上である。一方、かかるモル比を０．３０以下とすることで、耐食性を高める共析晶組成とすることが可能となる。上記モル比は、より好ましくは０．３３以下であり、更に好ましくは０．３１以下である。
【0044】
なお、先だって説明した酸成分Ａに対する金属成分Ｂの存在比（金属成分Ｂ／酸性分Ａ）を考慮する際、塗膜３０が上記のＭｇ又はＳｒの少なくとも何れかの元素を含む金属又は金属化合物を含有していたとしても、これら金属又は金属化合物は、金属成分Ｂに含めずに取り扱うものとする。
【0045】
≪有機樹脂成分Ｃ≫
本実施形態に係る塗膜３０は、有機樹脂成分Ｃとして、ウレタン樹脂を含有する。ウレタン樹脂は、めっき鋼板１０における母材鋼板１０１、ビード部２０、ビード部２０に隣接するめっき消失部１０５、及び、ビード部２０周辺のめっき層１０３の表面等と良好な密着性を有し、基材となる鋼材の耐食性を長期にわたって高めることが可能となる。
本実施形態に係る塗膜３０は、有機樹脂成分Ｃとして、ウレタン樹脂を含有する。ウレタン樹脂は、めっき鋼板１０における母材鋼板１０１、ビード部２０、ビード部２０に隣接するめっき消失部１０５、及び、ビード部２０周辺のめっき層１０３の表面等と良好な密着性を有し、基材となる鋼材の耐食性を長期にわたって高めることが可能となる。
【0046】
また、本実施形態に係る塗膜３０では、有機樹脂成分Ｃとして、上記のウレタン樹脂以外に、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等の有機樹脂を含有していてもよい。
【0047】
塗膜３０において、上記有機樹脂成分Ｃの含有量は、塗膜３０の全質量に対して、５０質量％以上であることが好ましい。有機樹脂成分Ｃの含有量を５０質量％以上とすることで、上記のような酸成分Ａ及び金属成分Ｂをより確実に保持することが可能となる。有機樹脂成分Ｃの含有量は、より好ましくは５５質量％以上である。一方、有機樹脂成分Ｃの含有量は、塗膜３０の全質量に対して、８０質量％以下であることが好ましい。有機樹脂成分Ｃの含有量８０質量％以下とすることで、塗膜の遮蔽性と溶出成分による防食性の適切な性能バランスが得られ、耐食性をより高めることが可能となる。有機樹脂成分Ｃの含有量は、より好ましくは６５質量％以下である。
【0048】
塗膜３０において、有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度は、有機樹脂成分Ｃの全質量に対して、５０質量％以上であることが好ましい。有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度を５０質量％以上とすることで、上記のような長期にわたる耐食性の保持効果を、より確実に発現させることが可能となる。有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度は、より好ましくは５０質量％以上である。一方、有機樹脂成分Ｃに占めるウレタン樹脂の濃度は、特に限定されるものではなく、１００質量％であってもよい。
【0049】
本実施形態に係る塗膜３０において、有機樹脂成分Ｃ １ｇに対する、上記酸成分Ａと上記金属成分Ｂの合計量（合計モル量）の比率（酸成分Ａと金属成分Ｂの合計モル量／有機樹脂成分Ｃ １ｇ）は、０．０１０～０．０２５ｍｏｌ／ｇであることが好ましい。かかる比率が０．０１０ｍｏｌ／ｇより小さい場合には、腐食環境における塗膜３０からの酸性分Ａ及び金属成分Ｂの溶出量が少なくなる可能性がある。その結果、ビード部２０、めっき消失部１０５、及び、ビード部２０周辺のめっき層１０３の表面における耐食性向上効果が、十分に認められない可能性がある。かかる比率を０．０１０ｍｏｌ／ｇ以上とすることで、腐食環境における塗膜３０からの酸性分Ａ及び金属成分Ｂの溶出量をより確実に適切な状態とすることが可能となり、上記のような耐食性向上効果をより確実に発現させることが可能となる。一方、かかる比率が０．０２５ｍｏｌ／ｇより大きい場合には、腐食環境における塗膜３０からの溶出成分量が多くなり過ぎる結果、塗膜３０がポーラス（多孔質状態）になり、塗膜の遮蔽性が低下する可能性がある。その結果、耐食性向上効果が得られにくくなる可能性がある。かかる比率を０．０２５ｍｏｌ／ｇ以下とすることで、腐食環境における塗膜３０からの酸性分Ａ及び金属成分Ｂの溶出量をより確実に適切な状態とすることが可能となり、上記のような耐食性向上効果をより確実に発現させることが可能となる。かかる比率は、より好ましくは０．０２０ｍｏｌ／ｇ以下である。
【0050】
≪Ｆｅ≫
塗膜３０中に含有されるＦｅは、ビード部２０の酸化被膜やビード部２０を形成する溶接金属の成分、ビード部２０に隣接するめっき消失部１０５に形成される酸化被膜や基材である鋼材の成分が、塗膜形成時に溶解、拡散したことによって、塗膜３０に取り込まれたものである。従って、ビード部２０近傍における塗膜３０中のＦｅ濃度が、ビード部２０の酸化被膜の溶解除去の程度を示すものであり、酸化被膜の除去により確保される塗膜３０の耐食性の指標となる。このビード部２０近傍における塗膜３０中のＦｅ濃度とビード部２０上に形成された塗膜３０の耐食性との関係を調査することで、塗膜３０の耐食性や密着性を確保するのに必要な塗膜３０中のＦｅ濃度を見出した。
塗膜３０中に含有されるＦｅは、ビード部２０の酸化被膜やビード部２０を形成する溶接金属の成分、ビード部２０に隣接するめっき消失部１０５に形成される酸化被膜や基材である鋼材の成分が、塗膜形成時に溶解、拡散したことによって、塗膜３０に取り込まれたものである。従って、ビード部２０近傍における塗膜３０中のＦｅ濃度が、ビード部２０の酸化被膜の溶解除去の程度を示すものであり、酸化被膜の除去により確保される塗膜３０の耐食性の指標となる。このビード部２０近傍における塗膜３０中のＦｅ濃度とビード部２０上に形成された塗膜３０の耐食性との関係を調査することで、塗膜３０の耐食性や密着性を確保するのに必要な塗膜３０中のＦｅ濃度を見出した。
【0051】
なお、ビード部２０は、通常の鋼材よりも酸化被膜が厚く、塗膜密着性が低い傾向にある。以下で詳述するような塗膜３０を形成するための処理液は、ｐＨが低い上に、乾燥過程で更に低ｐＨ化することで、強酸性になると考えられる。以下に示すように、ビード部２０の近傍における塗膜３０中のＦｅ濃度が高いという事実から、処理液は、乾燥過程でビード部２０の酸化被膜を溶解し、酸化被膜を塗膜３０内に取り込んでいると示唆される。そのため、塗膜３０は、密着性を損なうことなく、ビード部２０に対して優れた耐食性向上に寄与すると考えられる。
【0052】
［塗膜厚み方向でのＦｅ濃度］
具体的には、塗膜３０の厚み方向の所定の位置において、塗膜３０の主要成分を構成する元素であるＰ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃの原子濃度（ａｔｍ％）と、Ｆｅの原子濃度（ａｔｍ％）とを測定し、そのａｔｍ％比率と塗膜３０の性能について調査を行った。その結果、Ｆｅ濃度を管理すべき塗膜３０中の位置と、その濃度範囲を見出した。
具体的には、塗膜３０の厚み方向の所定の位置において、塗膜３０の主要成分を構成する元素であるＰ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃの原子濃度（ａｔｍ％）と、Ｆｅの原子濃度（ａｔｍ％）とを測定し、そのａｔｍ％比率と塗膜３０の性能について調査を行った。その結果、Ｆｅ濃度を管理すべき塗膜３０中の位置と、その濃度範囲を見出した。
【0053】
より詳細には、図２に模式的に示したように、ビード部２０上に位置する塗膜３０において、ビード部２０側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置（図２における位置Ａ）に着目する。なお、図２は、ビード部２０上に位置する塗膜３０の一部を、拡大して模式的に示したものである。本実施形態に係る塗膜３０は、かかる位置Ａにおいて、塗膜３０中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５～２０ａｔｍ％の範囲内となっている。かかる状態が実現されていることで、ビード部２０の酸化被膜が適切な量だけ溶解除去され、塗膜３０に求められる、十分な耐食性が実現されることとなる。上記のような位置Ａにおける元素Ｆｅの比率は、好ましくは１０～２０ａｔｍ％の範囲内である。
【0054】
なお、後述するように、本発明に係る塗膜は、ビード部に存在する酸化被膜を除去した後に形成したものであっても、優れた耐食性を発現する。酸化被膜を除去した後であっても、ビード部からのＦｅ溶出は発生する。そのため、酸化被膜を除去した後に塗膜を形成した場合であっても、上述のようなＦｅ濃度とすることで、塗膜の耐食性やその他性能は実現される。
【0055】
ここで、塗膜形成に伴う過剰なＦｅの溶解は、塗膜３０の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このような過剰なＦｅの溶解を確認するための指標として、ビード部２０上に位置する塗膜３０において、塗膜３０の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置（図２における位置Ｂ）での元素Ｆｅの存在状態に着目する。かかる位置Ｂにおいて、塗膜３０中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率が１～５ａｔｍ％の範囲内であれば、塗膜形成に伴う過剰なＦｅの溶解が生じておらずに、塗膜３０の性能が所望の状態に保持されていると判断することができる。従って、ビード部２０上における塗膜３０について、位置Ｂにおける塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｆｅの比率は、５ａｔｍ％以下であることが好ましい。上記のような位置Ｂにおける元素Ｆｅの比率は、好ましくは３ａｔｍ％以下である。なお、位置Ｂにおける元素Ｆｅの比率の下限値は、特に規定するものではなく、小さければ小さいほど良い。
【0056】
なお、上記位置Ａ及び位置Ｂにおける元素Ｆｅの比率は、以下のようにして測定する。すなわち、着目する鋼部材１の一部を樹脂で埋め込み、機械研磨して断面を露出させて、分析面とする。得られた分析面を走査型電子顕微鏡により断面観察し、ビード部２０上に塗膜３０が形成されている部位を特定する。かかる特定部位の任意の箇所において、ビード部２０と塗膜３０との界面の位置を特定する。その後、図２に示したような位置Ａ（界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置）及び位置Ｂ（塗膜３０の表層から塗膜厚み方向に３μｍの位置）について、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて、Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの定量分析を実施し、各元素の存在量（ａｔｍ％）と、元素Ｆｅの比率と、を特定する。このような測定を、複数の断面箇所（例えば、１０箇所）で実施し、各測定箇所で得られた測定値を測定箇所数で平均する。このようにして得られた平均値を、図２に示したような位置Ａ、位置Ｂにおける元素Ｆｅの比率とする。
【0057】
［塗膜厚み方向でのＺｎ濃度］
めっき層１０３上に形成された塗膜３０には、めっき層の主成分となる金属の溶解、拡散に由来する、金属元素の上昇が認められる。例えば、めっき層１０３として、亜鉛系めっき層を設けた場合には、めっきの主成分であるＺｎの溶解、拡散に由来する、元素Ｚｎの濃度上昇が認められるようになる。この際、めっき層１０３が亜鉛系めっき層である場合には、めっき層から拡散してくるＺｎにより、耐食性の更なる向上を図ることが可能となる。この点について、以下に、詳細に説明する。
めっき層１０３上に形成された塗膜３０には、めっき層の主成分となる金属の溶解、拡散に由来する、金属元素の上昇が認められる。例えば、めっき層１０３として、亜鉛系めっき層を設けた場合には、めっきの主成分であるＺｎの溶解、拡散に由来する、元素Ｚｎの濃度上昇が認められるようになる。この際、めっき層１０３が亜鉛系めっき層である場合には、めっき層から拡散してくるＺｎにより、耐食性の更なる向上を図ることが可能となる。この点について、以下に、詳細に説明する。
【0058】
Ｚｎは、金属成分Ｂに含まれる元素であり、塗膜３０の主要成分である。ここで、元素Ｚｎの濃度上昇についても適切に制御することで、更なる耐食性の向上効果が期待できる。特に、塗膜３０を形成するための処理液中でのＺｎ濃度については、処理液の安定性から上限がある。そのため、めっき層１０３からの溶解Ｚｎは、処理液の安定性を損なうことなく、耐食性の更なる向上を実現できるという利点がある。
【0059】
上記のようなめっき層１０３からのＺｎの拡散について考慮するために、本実施形態では、図３に模式的に示したように、めっき層１０３上に位置する塗膜２０において、めっき層１０３側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置（図３における位置Ｃ）に着目する。なお、図３は、めっき層１０３上に位置する塗膜３０の一部を、拡大して模式的に示したものである。
【0060】
本実施形態に係る塗膜３０は、かかる位置Ｃにおいて、塗膜３０中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｚｎの比率は、５～２５ａｔｍ％の範囲内となることが好ましい。かかる状態が実現されていることで、更なる耐食性の向上効果を実現できるだけのＺｎがめっき層１０３から拡散されて、更なる耐食性の向上を図ることができる。上記のような位置Ｃにおける元素Ｚｎの比率は、好ましくは１０～２５ａｔｍ％の範囲内である。
【0061】
なお、めっき層１０３に由来するＺｎの過剰な溶解は、必要以上にめっき層を損耗させ、溶接部位周辺における亜鉛系めっきによる耐食性能向上効果を阻害する可能性がある。このような過剰なＺｎの溶解を確認するための指標として、めっき層１０３上に位置する塗膜３０において、塗膜３０の表層側の界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置（図３における位置Ｄ）での元素Ｚｎの存在状態に着目する。かかる位置Ｄにおいて、塗膜３０中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｚｎの比率が２～７ａｔｍ％の範囲内であれば、めっき層１０３に由来する過剰なＺｎの溶解が生じておらずに、塗膜３０の性能が所望の状態に保持されていると判断することができる。従って、めっき層１０３上における塗膜３０について、位置Ｄにおける塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｚｎの比率は、７ａｔｍ％以下であることが好ましい。なお、位置Ｄにおける元素Ｚｎの比率の下限値は、特に規定するものではなく、小さければ小さいほど良い。
【0062】
なお、上記位置Ｃ及び位置Ｄにおける元素Ｚｎの比率は、以下のようにして測定する。すなわち、着目する鋼部材１の一部を樹脂で埋め込み、機械研磨して断面を露出させて、分析面とする。得られた分析面を走査型電子顕微鏡により断面観察し、めっき層１０３上に塗膜３０が形成されている部位を特定する。かかる特定部位の任意の箇所において、めっき層１０３と塗膜３０との界面の位置を特定する。その後、図３に示したような位置Ｃ（界面から塗膜厚み方向に３μｍの位置）及び位置Ｄ（塗膜３０の表層から塗膜厚み方向に３μｍの位置）について、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて、Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの定量分析を実施し、各元素の存在量（ａｔｍ％）と、元素Ｚｎの比率と、を特定する。このような測定を、複数の断面箇所（例えば、１０箇所）で実施し、各測定箇所で得られた測定値を測定箇所数で平均する。このようにして得られた平均値を、図３に示したような位置Ｃ、位置Ｄにおける元素Ｚｎの比率とする。
【0063】
【0064】
（処理液について）
続いて、以下では、上記のような塗膜３０を形成するために用いられる処理液について、詳細に説明する。
続いて、以下では、上記のような塗膜３０を形成するために用いられる処理液について、詳細に説明する。
【0065】
本実施形態に係る処理液は、酸性イオンとしての硝酸イオンと、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属原子又は金属イオンと、ウレタン樹脂と、を含有する。
【0066】
＜酸性イオン＞
また、本実施形態に係る処理液は、酸性イオンとして、更にリン酸イオンを含有してもよい。処理液が更にリン酸イオンを含有することで、処理液が塗布される鋼材の耐食性をより向上させることが可能となる。なお、かかる「リン酸イオン」との表記には、処理液中で解離してリン酸イオンを生ずるようなリン酸化合物も含むものとする。
また、本実施形態に係る処理液は、酸性イオンとして、更にリン酸イオンを含有してもよい。処理液が更にリン酸イオンを含有することで、処理液が塗布される鋼材の耐食性をより向上させることが可能となる。なお、かかる「リン酸イオン」との表記には、処理液中で解離してリン酸イオンを生ずるようなリン酸化合物も含むものとする。
【0067】
上記リン酸及びリン酸化合物は、オルトリン酸などの通常のリン酸であってもよいし、ピロリン酸などの複合リン酸であってもよい。リン酸化合物において、リン酸イオンの対イオンとなる陽イオンの例には、水素イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、マンガンイオン、アルミニウムイオン、チタニウムイオン、ジルコニウムイオン、ハフニウムイオン、及び、亜鉛イオン等が含まれる。
【0068】
＜金属原子・金属イオン＞
本実施形態に係る処理液は、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属原子又は金属イオンを含有する。
本実施形態に係る処理液は、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属原子又は金属イオンを含有する。
【0069】
上記金属原子は、例えば、リン酸塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等として、上記処理液に添加される。上記金属原子は、通常、処理液中で解離してイオン化するが、その一部が塩のまま処理液中に含まれていてもよい。
【0070】
ここで、Ｃａ、Ｍｎに対するＺｎの含有量を調整することで、鋼材の耐食性をより向上させることが可能である。具体的には、金属Ｃａ、金属Ｍｎとこれらイオンの合計含有量に対する、金属Ｚｎ又はＺｎイオンの含有量の比｛Ｚｎ／（Ｃａ＋Ｍｎ）｝を、モル比で０．２５以上０．４５以下とすることが好ましい。上記モル比を０．２５以上とすることで、Ｚｎによる耐食性の向上効果をより顕著なものとすることができる。一方、上記モル比を０．４５以下とすることで、塗膜の形成不良をより確実に防止することが可能となる。上記モル比は、より好ましくは０．４０以下であり、更に好ましくは０．３５以下である。
【0071】
上記のような金属原子又は金属イオンの比率は、上記酸性イオンに対し、モル比で０．２５～０．４５（金属イオン量／酸性イオン量）である。上記金属原子又は金属イオンは、鋼材から溶出してきた金属イオンと共析出することで、鋼部材を保護して防食すると考えられる。かかる金属原子又は金属イオンが多く存在することで、耐食性の向上効果をより発揮させることが可能である。かかる観点から、上記金属原子又は金属イオンの比率は、上記酸性イオンに対し、モル比で０．２５以上とする。なお、上記金属原子又は金属イオンが過剰になることで処理液の安定性が低下し、処理液の保管や取り扱いが困難になる傾向にある。かかる観点から、上記のような金属原子又は金属イオンの比率は、上記酸性イオンに対し０．４５以下とする。金属原子又は金属イオンの比率は、上記酸性イオンに対し、好ましくは０．４０以下であり、より好ましくは０．３５以下である。
【0072】
また、本実施形態に係る処理液は、上記Ｃａ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくとも何れか１種類の金属原子又は金属イオンに加えて、更に、Ｍｇ及びＳｒからなる群から選択される少なくとも１種類の金属原子又は金属イオンを含有してもよい。Ｍｇ及びＳｒからなる群から選択される少なくとも１種類の金属原子についても、通常、処理液中で解離してイオン化している。
【0073】
ここで、かかるＭｇ又はＳｒの少なくとも何れか１種類の金属原子又は金属イオンの含有量は、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種類の金属原子又は金属イオンの含有量に対し、モル比で０．１０～０．３０とすることが好ましい。かかるモル比を０．１０～０．３０とすることで、Ｃａ、Ｚｎ及びＭｎとリン酸イオンとの共析晶が生成され、より耐食性を向上させることが可能となる。上記モル比は、より好ましくは０．１５～０．３０であり、更に好ましくは０．２０～０．３０である。
【0074】
上記のような硝酸イオン、リン酸イオンなどの酸性イオン、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎの金属原子又は金属イオン、更には、Ｍｇ、Ｓｒの金属原子又は金属イオンは、処理液の塗布、乾燥が施された鋼材の表面と反応したり、めっき鋼材由来の金属イオンと塩形成したり共析出したりすることで、防食皮膜を形成して耐食性を向上させる。また、雨等で、処理液が塗布された部位である補修部が水に覆われた際に、塗膜中から酸成分Ａ及び金属成分Ｂが溶出することでインヒビターとして作用し、鋼部材の耐食性を向上させる。
【0075】
＜ウレタン樹脂＞
処理液に含有されるウレタン樹脂は、処理液の塗布及び乾燥により形成される塗膜の膜構造を主に構成する。かかるウレタン樹脂は、ある一種類のものを用いてもよいし、複数種類を用いてもよい。
処理液に含有されるウレタン樹脂は、処理液の塗布及び乾燥により形成される塗膜の膜構造を主に構成する。かかるウレタン樹脂は、ある一種類のものを用いてもよいし、複数種類を用いてもよい。
【0076】
本実施形態に係る処理液は、上記ウレタン樹脂として、ノニオン性のウレタン樹脂、又は、カチオン性のウレタン樹脂を含有することが好ましい。上記ノニオン性のウレタン樹脂又はカチオン性のウレタン樹脂は、ビード部、ビード部に隣接するめっき消失部、及び、ビード部周辺のめっき層等の鋼材を、より確実に腐食因子から遮蔽し、耐食性をより長期に渡って向上させる。また、上記ノニオン性のウレタン樹脂又はカチオン性のウレタン樹脂は、リン酸イオン又は金属イオンとの混和安定性が高いため、上記処理液の保存性及び処理性をより向上させることができる。
【0077】
上記カチオン性のウレタン樹脂は、塗膜の製造の容易さ、及び、安全性の観点から、水溶性又は水分散性のウレタン樹脂であることが好ましく、水分散性のウレタン樹脂であることがより好ましい。
【0078】
また、上記カチオン性のウレタン樹脂は、ポリオキシエチレン基及びポリオキシプロピレン基等のポリオキシアルキレン基を有するウレタン樹脂であることが好ましい。上記ポリオキシアルキレン基は、処理液の展延性をより高めやすい。このようなカチオン性のウレタン樹脂は、以下で説明するような有機ポリイソシアネート化合物と、上記ポリオキシアルキレン基を有するポリオール化合物と、上記ポリオキシアルキレン基を有さないポリオール化合物と、を反応させて合成してもよい。また、このようなカチオン性のウレタン樹脂は、ポリエーテルアルコールとイソシアヌレートとを反応させ、その後にポリオール化合物と反応させて合成してもよい。
【0079】
上記有機ポリイソシアネート化合物には、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、及び、芳香族ジイソシアネートが含まれる。脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、１，６－ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。脂環族ジイソシアネートとしては、例えば、シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等を挙げることができる。芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等を挙げることができる。
【0080】
なお、上記イソシアヌレートは、上記各種ジイソシアネートのイソシアヌレート三量化物であることが好ましく、脂肪族ジイソシアネート類のイソシアヌレート三量化物であることがより好ましい。
【0081】
上記ポリオール化合物には、ポリオレフィンポリオールが含まれる。ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリブタジエンポリオール等を挙げることができる。
【0082】
上記ポリエーテルアルコールとしては、例えば、炭素数１以上１８以下のアルコール及び炭素数１以上１８以下のアルキレングリコールのモノアルキルエーテルの、アルキレンオキサイド付加物が含まれる。
【0083】
＜ウレタン樹脂以外の有機樹脂＞
また、本実施形態に係る処理液では、上記ウレタン樹脂以外に、更に別の有機樹脂を含有してもよい。ウレタン樹脂以外の有機樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。上記ウレタン樹脂以外の有機樹脂の含有量は、上記ウレタン樹脂の性能に悪影響及ぼさない範囲であれれば特に規定されるものではない。ただし、ウレタン樹脂の性能を効果的に発現させるためには、ウレタン樹脂以外の有機樹脂の含有量は、ウレタン樹脂に対する質量％で、５０％以下であることが好ましい。
また、本実施形態に係る処理液では、上記ウレタン樹脂以外に、更に別の有機樹脂を含有してもよい。ウレタン樹脂以外の有機樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。上記ウレタン樹脂以外の有機樹脂の含有量は、上記ウレタン樹脂の性能に悪影響及ぼさない範囲であれれば特に規定されるものではない。ただし、ウレタン樹脂の性能を効果的に発現させるためには、ウレタン樹脂以外の有機樹脂の含有量は、ウレタン樹脂に対する質量％で、５０％以下であることが好ましい。
【0084】
＜有機樹脂の含有量＞
上記処理液における上記有機樹脂の含有量は、上記処理液の固形分の全質量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。かかる範囲内であれば、形成される塗膜に十分な量の有機樹脂を含有させて、形成される塗膜に腐食因子からの遮蔽性を付与でき、耐食性の向上効果を十分に発揮させることができる。かかる観点から、上記有機樹脂の含有量は、１５質量％以上であることがより好ましく、２０質量％以上であることが更に好ましい。なお、上記有機樹脂の含有量の上限は、特に規定されるものではない。ただし、上記処理液の塗布性を良好にするという観点からは、有機樹脂の含有量は、８０質量％以下であることが好ましい。好ましくは、上記ノニオン性のウレタン樹脂又はカチオン性のウレタン樹脂の含有量が上記範囲である。
上記処理液における上記有機樹脂の含有量は、上記処理液の固形分の全質量に対して、１０質量％以上であることが好ましい。かかる範囲内であれば、形成される塗膜に十分な量の有機樹脂を含有させて、形成される塗膜に腐食因子からの遮蔽性を付与でき、耐食性の向上効果を十分に発揮させることができる。かかる観点から、上記有機樹脂の含有量は、１５質量％以上であることがより好ましく、２０質量％以上であることが更に好ましい。なお、上記有機樹脂の含有量の上限は、特に規定されるものではない。ただし、上記処理液の塗布性を良好にするという観点からは、有機樹脂の含有量は、８０質量％以下であることが好ましい。好ましくは、上記ノニオン性のウレタン樹脂又はカチオン性のウレタン樹脂の含有量が上記範囲である。
【0085】
＜溶媒＞
上記処理液の溶媒は、塗膜の製造時における防爆性の観点から、水性媒体であることが好ましい。上記処理液の調製時には、上記有機樹脂の配合に、有機樹脂の水系エマルションや水溶性処理溶液を好適に用いることができる。このような水性の組成物は、引火点を有しない。そのため、水性組成物を上記処理液の材料に用いることは、防爆設備のない乾燥設備であっても塗膜の製造を可能とすることから、好ましい。
上記処理液の溶媒は、塗膜の製造時における防爆性の観点から、水性媒体であることが好ましい。上記処理液の調製時には、上記有機樹脂の配合に、有機樹脂の水系エマルションや水溶性処理溶液を好適に用いることができる。このような水性の組成物は、引火点を有しない。そのため、水性組成物を上記処理液の材料に用いることは、防爆設備のない乾燥設備であっても塗膜の製造を可能とすることから、好ましい。
【0086】
上記水性媒体は、水を主成分とする液媒であり、例えば、水や水と水溶性有機溶剤との混合液などである。かかる溶媒の含有量は、処理液の塗布に適当な上述の固形分の濃度の範囲において、適宜決定することが可能である。
【0087】
＜処理液の液性（ｐＨ）＞
本実施形態において、上記処理液のｐＨは、１．０～３．０の範囲内とする。ｐＨが１未満である場合には、処理液の安定性確保が困難となる。ｐＨを１．０以上とすることで、処理液の安定性を確保しつつ、ビード部の酸化被膜を適切に溶解させることが可能となる。これにより、補修処理に先立つビード部上の酸化被膜の検索除去処理が不要となり、処理液を用いた補修処理の利便性を、より向上させることができる。処理液のｐＨは、好ましくは１．５以上であり、より好ましくは２．０以上である。一方、処理液のｐＨが３を超える場合には、ビード部の酸化被膜の溶解が不十分となる結果、ビード部の耐食性を担保することが困難となる。処理液のｐＨを３．０以下とすることで、ビード部の酸化被膜を適切に溶解させて、ビード部の耐食性を担保することが可能となる。処理液のｐＨは、好ましくは２．５以下である。
本実施形態において、上記処理液のｐＨは、１．０～３．０の範囲内とする。ｐＨが１未満である場合には、処理液の安定性確保が困難となる。ｐＨを１．０以上とすることで、処理液の安定性を確保しつつ、ビード部の酸化被膜を適切に溶解させることが可能となる。これにより、補修処理に先立つビード部上の酸化被膜の検索除去処理が不要となり、処理液を用いた補修処理の利便性を、より向上させることができる。処理液のｐＨは、好ましくは１．５以上であり、より好ましくは２．０以上である。一方、処理液のｐＨが３を超える場合には、ビード部の酸化被膜の溶解が不十分となる結果、ビード部の耐食性を担保することが困難となる。処理液のｐＨを３．０以下とすることで、ビード部の酸化被膜を適切に溶解させて、ビード部の耐食性を担保することが可能となる。処理液のｐＨは、好ましくは２．５以下である。
【0088】
このような酸性の処理液において、特にカチオン性のウレタン樹脂は、安定であって処理液をゲル化させにくく、上記処理液の保存性及び塗布性を、より向上させることができる。かかる観点からも、ウレタン樹脂として、カチオン性のウレタン樹脂を用いることがより好ましい。
【0089】
＜その他の成分＞
上記処理液は、上記の成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、バルブメタル化合物、レオロジーコントロール剤、エッチング剤、無機化合物、潤滑剤等を更に含有してもよい。
上記処理液は、上記の成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、バルブメタル化合物、レオロジーコントロール剤、エッチング剤、無機化合物、潤滑剤等を更に含有してもよい。
【0090】
上記バルブメタル化合物は、塗膜に自己修復性を付与し、塗膜の耐食性の更なる向上に寄与する。上記のバルブメタルには、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗが含まれる。バルブメタル化合物は、バルブメタルの酸化物、水酸化物及びフッ化物を含む、バルブメタルの塩であればよい。なお、上述した金属原子又は金属イオンの含有量には、これらバルブメタル又はそのイオンの含有量は含まれない。
【0091】
上記レオロジーコントロール剤は、例えば、上記処理液中での固形分の沈降を防止し、当該固形分の分散性の向上に寄与する。上記レオロジーコントロール剤として、例えば、ウレタン、アクリル、ポリオレフィン、アマイド、アニオン系活性剤、ノニオン系活性剤、ポリカルボン酸、セルロース、メトローズ、ウレア等を挙げることができる。
【0092】
上記エッチング剤は、上記鋼材の表面を活性化し、塗膜の鋼材への密着性の向上に寄与する。エッチング剤には、例えば、フッ化物が含まれる。上記無機化合物は、塗膜を更に緻密化して、塗膜の耐水性の向上に寄与する。無機化合物としては、例えば、Ｖ、Ｗ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｂ、Ｓｉ及びＳｎの酸化物、並びに、これら元素の硝酸塩及びリン酸塩を挙げることができる。上記潤滑剤は、塗膜の潤滑性を高める。上記潤滑剤として、例えば、二硫化モリブデンやタルク等の無機潤滑剤を挙げることができる。
【0093】
以上説明したような処理液は、鋼部材におけるビード部、ビード部に隣接するめっき消失部、及び、めっき層等の表面に塗布し、乾燥させることで、これら部位上に塗膜を形成させる。このとき、上記有機樹脂を含有しない上記処理液により皮膜を形成し、その後、上述した有機樹脂を含有する処理液により上記皮膜を被覆することで塗膜を形成してもよいし、上記有機樹脂を含有する上記処理液により、上記酸性イオン及び金属イオンを含有する塗膜を形成してもよい。
【0094】
以上、本実施形態に係る処理液について、詳細に説明した。
【0095】
（鋼部材の製造方法、溶接部補修方法について）
本実施形態に係る鋼部材の製造方法では、先だって説明したようなめっき層を有する鋼材をアーク溶接をはじめとする各種の溶接方法により接合した後、溶接により形成されたビード部上の酸化被膜を事前に除去することなく、先だって説明したような処理液を、ビード部の表面、ビード部に隣接するめっき消失部の表面、及び、めっき消失部周辺のめっき層の表面に塗布、乾燥する。これにより、ビード部の表面、ビード部に隣接するめっき消失部の表面、及び、めっき消失部周辺のめっき層の表面に対し、先だって説明したような塗膜を形成する。上記のような工程を経ることで、本実施形態に係る鋼部材を製造することができる。
本実施形態に係る鋼部材の製造方法では、先だって説明したようなめっき層を有する鋼材をアーク溶接をはじめとする各種の溶接方法により接合した後、溶接により形成されたビード部上の酸化被膜を事前に除去することなく、先だって説明したような処理液を、ビード部の表面、ビード部に隣接するめっき消失部の表面、及び、めっき消失部周辺のめっき層の表面に塗布、乾燥する。これにより、ビード部の表面、ビード部に隣接するめっき消失部の表面、及び、めっき消失部周辺のめっき層の表面に対し、先だって説明したような塗膜を形成する。上記のような工程を経ることで、本実施形態に係る鋼部材を製造することができる。
【0096】
上記処理液は、刷毛塗り、スプレー法等の公知の塗布方法によって、所望の部位に塗布することができる。塗布された処理液の乾燥は、常温で行うことが可能である。ただし、生産性（連続操業）の観点から、処理液の乾燥は５０℃以上で行うことが好ましく、１００℃以上で行うことがより好ましい。この乾燥温度は、上記処理液中の成分の熱分解を防止する観点から、３００℃以下であることが好ましい。
【0097】
これまで述べたように、本実施形態に係る処理液は、アーク溶接等によるビード部を有する鋼部材の製造に用いられるものであるが、めっきを有する鋼材の溶接部の補修にも適用が可能である。具体的には、めっき層を有する鋼材を溶接により接合した後、接部に形成された酸化被膜を除去することなく、上記処理液を溶接部及びその周辺の損傷部や健全なめっき部を含むように塗布、乾燥し塗膜を形成すればよい。これにより、鋼材に存在する溶接部を、適切に補修することができる。
【0098】
ここで、処理液の塗布は、刷毛塗り、スプレー法等の公知の塗布方法によって、所望の部位に塗布することができる。また、乾燥は、常温で行うことが可能であるが、生産性（連続操業）の観点から、５０℃以上で行うことが好ましく、１００℃以上で行うことがより好ましい。この乾燥温度は、上記処理液中の成分の熱分解を防止する観点から、３００℃以下であることが好ましい。
【0099】
以上、本実施形態に係る鋼部材の製造方法、及び、溶接部補修方法について説明した。
【実施例0100】
以下、実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【0101】
［めっき鋼板の作製］
冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に対し、溶融Ｚｎ－１９質量％Ａｌ－６質量％Ｍｇ－０．２質量％Ｓｉ合金めっき（以下、「鋼板種Ａ」とする。）、溶融Ｚｎ－６質量％Ａｌ－３質量％Ｍｇ合金めっき（以下、「鋼板種Ｂ」とする。）、又は、溶融Ｚｎめっき（以下、「鋼板種Ｃ」とする。）を施して、各種組成のめっき鋼板を用意した。めっき鋼板の板厚は、４．５ｍｍであり、片面のめっき付着量は、それぞれ９０ｇ／ｍ２とした。
冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に対し、溶融Ｚｎ－１９質量％Ａｌ－６質量％Ｍｇ－０．２質量％Ｓｉ合金めっき（以下、「鋼板種Ａ」とする。）、溶融Ｚｎ－６質量％Ａｌ－３質量％Ｍｇ合金めっき（以下、「鋼板種Ｂ」とする。）、又は、溶融Ｚｎめっき（以下、「鋼板種Ｃ」とする。）を施して、各種組成のめっき鋼板を用意した。めっき鋼板の板厚は、４．５ｍｍであり、片面のめっき付着量は、それぞれ９０ｇ／ｍ２とした。
【0102】
上記めっき鋼板を幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに切り出し、めっき面に長手方向で７０ｍｍのアーク溶接を施した。溶接ワイヤには軟鋼用ソリッドワイヤＹＭ－２８を用い、溶接時のシールドガスはＣＯ２ガスを用いて、２００Ａの電流をかけて溶接した。
【0103】
［処理液の調製］
以下の表１に示した材料を配合して、塗膜形成用の処理液とした。
以下の表１に示した材料を配合して、塗膜形成用の処理液とした。
【0104】
金属成分のＣａとしては硝酸Ｃａ、Ｚｎとしては硝酸Ｚｎ、Ｍｎとしては硝酸Ｍｎ、Ｍｇとしては硝酸Ｍｇ、Ｓｒとしては硝酸Ｓｒを用いて、所定の濃度となるよう処理液に配合した。また、酸成分のＰＯ４
２－としては８５％リン酸を用い、ＮＯ３－としては６９％硝酸を用いて、所定の濃度となるよう処理液に配合した。
【0105】
有機樹脂としては、ノニオン性のウレタン樹脂として、ＤＩＣ社製のハイドランＡＰＸ－６０１を、カチオン性のウレタン樹脂として、第一工業製薬社製のスーパーフレックス６５０を、ポリフェノール系樹脂として、富士フイルム和光純薬性のタンニン酸を用いた。
【0106】
また、調整した処理液のｐＨは、硝酸の添加により２．０に調整した。処理液のｐＨは、堀場社製ｐＨメーターＦ－７１より測定した。
【0107】
以下の表１に、処理液１～処理液３８に添加した酸成分、金属成分及び有機樹脂の種類とその濃度、金属量／酸性イオン量、並びに、各処理液のｐＨを示した。
【0108】
【表1】
【0109】
上記めっき鋼板のビード部、めっき消失部、及び、ビード部周辺のめっき層に対し、表面の酸化被膜を除去せずに、所定の膜厚となるように表１の処理液１～処理液３８を刷毛塗りで塗布し、常温で乾燥させて、これを試験片とした。また、溶融Ｚｎ－１９質量％Ａｌ－６質量％Ｍｇ－０．２質量％Ｓｉ合金めっき鋼板のビード部に対し、ジンクリッチペイント（ローバル、ロ－バル株式会社製）を膜厚５０μｍとなるよう刷毛塗り塗布し、比較材として用いた。
【0110】
上記処理液を塗布・乾燥させた試験材を樹脂で埋め込み、機械研磨して断面を分析面とした。断面像から塗膜の厚みを測定した。また、ビード部上の塗膜の任意の個所（ビード中心点）の塗膜厚み方向でビード部側から３μｍの位置（図２における位置Ａ）と、塗膜の表層側から３μｍの位置（図２における位置Ｂ）について、それぞれＰ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの定量分析を行った。更に、めっき層表面上の塗膜の任意の個所（めっき消失部と塗膜端の中間部）の塗膜厚み方向でめっき層側から３μｍの位置（図３における位置Ｃ）と、塗膜の表層側から３μｍの位置（図３における位置Ｄ）について、それぞれＰ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの定量分析を行った。定量分析では、ＳＥＭ－ＥＤＸ（株式会社日立ハイテクノロジーズ製走査電子顕微鏡「ＳＵ６６００形」）を用いて、各ａｔｍ％比率を確認した。ＳＥＭ－ＥＤＸによる分析は、加速電圧：１５ＫＶ、エミッション電流：９０μＡ、ビーム径：２０ｎｍの条件で行った。
【0111】
［耐食性の評価］
幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに切り出し、めっき面に長手方向で７０ｍｍのアーク溶接を施した試験片に対し、促進腐食試験ＣＣＴ－ＪＡＳＯを実施し、ビード部、めっき消失部に発生した赤錆面積率が５％を超える時点のＣＣＴ－ＪＡＳＯサイクル（５ｍａｓｓ％塩水噴霧（３５℃、２ｈ）→乾燥（６０℃、４ｈ）→湿潤（５０℃，９５％ＲＨ以上、２ｈ））を計測し、試験材の耐食性を調査した。評価基準は、以下の通りである。
評価Ａ 赤錆発生面積率５％超えは１５０サイクル以上だった
評価Ｂ 赤錆発生面積率５％超えは１５０サイクル以上だった
評価Ｃ 赤錆発生面積率５％超えは９０サイクル以上だった
評価Ｄ 赤錆発生面積率５％超えは９０サイクル未満だった
幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに切り出し、めっき面に長手方向で７０ｍｍのアーク溶接を施した試験片に対し、促進腐食試験ＣＣＴ－ＪＡＳＯを実施し、ビード部、めっき消失部に発生した赤錆面積率が５％を超える時点のＣＣＴ－ＪＡＳＯサイクル（５ｍａｓｓ％塩水噴霧（３５℃、２ｈ）→乾燥（６０℃、４ｈ）→湿潤（５０℃，９５％ＲＨ以上、２ｈ））を計測し、試験材の耐食性を調査した。評価基準は、以下の通りである。
評価Ａ 赤錆発生面積率５％超えは１５０サイクル以上だった
評価Ｂ 赤錆発生面積率５％超えは１５０サイクル以上だった
評価Ｃ 赤錆発生面積率５％超えは９０サイクル以上だった
評価Ｄ 赤錆発生面積率５％超えは９０サイクル未満だった
【0112】
塗膜の形成に用いた処理液の種類、めっき種、ビード部上の塗膜厚み方向でビード部側から３μｍの位置（図２における位置Ａ）と塗膜の表層側から３μｍの位置（図２における位置Ｂ）の塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅに対する元素Ｆｅのａｔｍ％比率、ビード周辺のめっき層上の塗膜厚み方向でめっき側から３μｍの位置（図３における位置Ｃ）と塗膜の表層側から３μｍの位置（図３における位置Ｄ）の塗膜中の元素Ｐ、Ｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅの合計に対する元素Ｚｎのａｔｍ％比率、及び、各鋼材の耐食性評価結果を、以下の表２に示した。
【0113】
なお、本実験では、耐食性評価が「Ｃ」以上であったものを、実用性のある耐食性が認められたとして、合格とした。
【0114】
【表2】
【0115】
上記表２から明らかなように、本発明の実施例に対応する例は、優れた耐食性を示す一方で、本発明の比較例に対応する例では、耐食性に劣ることがわかる。
【0116】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【0117】
めっき鋼材の溶接部における耐食性をより高めることができ、場所を選ばず簡便に溶接部を補修可能な処理液は、成形加工等による溶接で基材鋼板が露出しためっき鋼材の耐食性を、より高めることができる。例えば、本発明に係る鋼部材は、１）ビニールハウス又は農業ハウス用の鋼管、形鋼、支柱、梁、搬送用部材、２）遮音壁、防音壁、吸音壁、防雪壁、ガードレール、高欄、防護柵、支柱、３）鉄道車両用部材、架線用部材、電気設備用部材、安全環境用部材、構造用部材、太陽光架台などの用途に使用する鋼材に好適に使用されうる。
【符号の説明】
【0118】
１ 鋼部材
１０ めっき鋼板
２０ ビード部（溶接金属）
３０ 塗膜
１０１ 母材鋼板
１０３ めっき層
１０５ めっき消失部
１０ めっき鋼板
２０ ビード部（溶接金属）
３０ 塗膜
１０１ 母材鋼板
１０３ めっき層
１０５ めっき消失部
【図1】
【図2】
【図3】