溶融亜鉛めっき鋼板

製品知識

溶融亜鉛めっきプロセスで皮膜が形成される仕組み — 層ごと

亜鉛コーティング 溶融亜鉛めっき鋼板 これは単なる表面堆積物ではなく、約 450°C の溶融亜鉛に浸漬中に形成される明確な金属間層の冶金学的に結合したシステムです。この層構造を理解すると、溶融亜鉛めっきが長期耐食性と密着強度において他の亜鉛めっき方法よりも優れている理由が説明されます。鋼基材の外側から、コーティングは 4 つのゾーンで構成されます。ガンマ層 (Γ、約 1 μm、約 75% の Zn)、デルタ層 (δ、約 10 ～ 20 μm、約 90% の Zn)、ゼータ層 (ζ、約 20 ～ 30 μm、約 94% の Zn)、そして最後にイータ層 (η) です。これは本質的に 99% の純粋な亜鉛であり、最も外側の遊離亜鉛表面を形成します。目に見える。

金属間化合物のガンマ層、デルタ層、ゼータ層はベース鋼自体よりも硬く (ガンマ層とデルタ層は 250 ～ 300 HV ビッカース硬度に達します)、これがコーティング表面の耐摩耗性に直接寄与します。イータ層は純粋な亜鉛であり、より柔らかく延性が高く、犠牲的な腐食保護と、通常の製造においてコーティング層間剥離を起こすことなくコーティングされたシートを曲げて成形できる成形性を提供します。これらの層の厚さの比率は、鋼のシリコンとリンの含有量、浴温度、浸漬時間、および引き上げ速度の影響を受けます。これらすべての変数は、すべてのシート全体に均一でよく結合したコーティングを提供するために、当社の製造プロセスで正確に制御されます。

亜鉛めっきの重量基準と適切なグレードの指定方法

めっき重量（鋼表面の単位面積あたりの亜鉛の質量）は、特定の用途向けの溶融亜鉛めっき鋼板を指定するために使用される主なパラメータです。これは平方メートル当たりのグラム数 (g/m²) で表され、特に明記されていない限り、両方の表面を合わせたものに適用されます。規格が異なれば使用する表記法も異なるため、規格の誤読が仕様ミスの一般的な原因となります。

よく読み違えられる重要な点: ASTM G 指定番号は、g/m² ではなく、oz/ft² のコーティング重量に 100 を乗じたものを指します。したがって、G90 は両面合計 0.90 オンス/平方フィートに相当し、換算すると約 275 g/平方メートルになります。数値的には EN Z275 と一致しますが、異なる単位系から導出されます。国際的なサプライチェーン全体で仕様を比較する場合は、同等性を評価する前に、共通の基準として常に g/m² に変換してください。当社の溶融亜鉛めっき鋼板は、EN 10346 と ASTM A653 の両方の仕様を満たすように製造されており、コイルあたりの実際のコーティング重量を文書化した完全な工場試験レポートが添付されています。

亜鉛が防ぐ腐食メカニズムと亜鉛が防ぐことができない腐食メカニズム

亜鉛は、同時に動作する 2 つの異なるメカニズムを通じて鋼を保護します。 1 つ目はバリア保護です。亜鉛コーティングは、鋼基板を環境中の水分、酸素、腐食性イオンから物理的に分離します。 2 つ目は、陰極 (ガルバニック) 保護です。亜鉛は鋼よりも電気化学的に活性であるため (還元電位が約 -0.76 V であるのに対し、鉄の -0.44 V が低い)、両方の金属が電解質と電気的に接触すると、亜鉛が優先的に酸化します。これは、鋼が露出している切断端、ドリル穴、または傷がついた領域であっても、鋼が保護されたまま周囲の亜鉛が優先的に腐食することを意味します。これは、塗料や有機コーティングシステムでは再現できない自己修復メカニズムです。

ただし、ガルバニック保護の範囲には限界があります。亜鉛メッキ表面からの陰極防食半径は、電解液の導電率とコーティングの厚さに応じて、露出鋼ゾーンまで約 1 ～ 3 mm 広がります。これより広い範囲の損傷領域は、中心部が完全に保護されません。さらに、特定の環境ではガルバニック保護が逆転します。約 65°C を超える温水システムでは、亜鉛が鋼に比べて陰極となり、鋼が優先的に腐食することを意味します。これは極性反転として知られる現象です。したがって、溶融亜鉛めっき鋼板は、追加の保護措置を講じずに、温水タンクや太陽熱配管に塗装されていない状態で使用することはお勧めできません。

亜鉛コーティングの消費を促進する環境

亜鉛の腐食速度は環境によって大幅に変化します。 ISO 9223 規格では、大気腐食性を 5 つのカテゴリ (C1 ～ C5) と 2 つの浸漬カテゴリ (淡水の場合は Im1、海水の場合は Im2) に分類し、対応する亜鉛損失率を示しています。田舎の C1 環境では、亜鉛の腐食速度は年間 0.1 μm 程度である可能性があります。 C5 の沿岸工業環境では、その速度は年間 10 μm を超える可能性があり、その差は 100 倍です。酸性雨（pH 6 未満）、アンモニア雰囲気（農業施設の近くでよく見られる）、海洋塩水噴霧環境は、亜鉛にとって特に攻撃的です。コンクリートの高アルカリ性が亜鉛表面を不動態化するため、一般的にコンクリートとの接触は亜鉛めっき鋼に対して無害です。しかし、適切な排水が行われずに鋼鉄とコンクリートの界面に湿気が閉じ込められると、コーティングの品質に関係なく、すきま腐食が促進される状態が発生します。

スパングルのサイズ、表面仕上げの種類、およびそれらの機能的意味

溶融亜鉛めっき鋼板の表面に見られる特徴的な結晶パターン（スパングルとして知られます）は、板が亜鉛浴から出て冷却される際のイータ（純亜鉛）層の凝固によって形成されます。スパングルのサイズは、亜鉛浴の化学反応と冷却速度によって制御されます。より速く冷却し、少量のアンチモンまたは鉛を添加すると、より大きく、より顕著なスパングルが生成されます。冷却が遅い、または鉛を含まない浴の化学薬品 (RoHS 準拠でますます標準になっている) では、表面が最小限に抑えられるか、スパングルがゼロになる傾向があります。

スパングルのサイズは単に見た目の美しさだけではなく、下流の処理に機能的な意味を持ちます。大きなスパングル材料はより顕著な表面トポグラフィーを持ち、これによりスパングル全体で亜鉛の厚さに差が生じる可能性があり（粒子の中心では厚く、境界では薄く）、その結果、シートが前処理なしで塗装される場合、塗料の接着が不均一になります。亜鉛めっき表面が塗装、粉体塗装、またはさらに加工される用途では、より平坦で均一な表面を提供するために、最小限に抑えられたスパングルまたはスキンパス（調質圧延）亜鉛めっきシートが指定されています。スキンパスにより、スキンパスされていない材料に対する後続の成形操作中に現れる可能性のあるリューダースバンド (ストレッチャーの歪みマーク) も除去されます。

製造上の考慮事項: 亜鉛メッキシートの切断、成形、溶接

溶融亜鉛めっき鋼板は、標準的な製造装置を使用して切断、成形、溶接できますが、亜鉛コーティングでは、最終製品の品質と作業者の安全の両方に影響を与える各プロセス段階で特別な考慮事項が必要になります。これらの考慮事項を無視すると、コーティングの損傷、溶接欠陥が発生し、溶接の場合は重大な労働上の健康被害が発生します。

刃先処理

溶融亜鉛めっき鋼板の加工方法としては、シャーリングとプラズマ切断が最も一般的です。レーザー切断は効果的ですが、熱の影響を受けるゾーンで亜鉛が蒸発し、酸化亜鉛の煙が発生し、局所排気が必要になります。切断端には、定義上、亜鉛コーティングは存在せず、隣接する亜鉛からの陰極防食は、裸の鋼部分に 1 ～ 3 mm しか及んでいません。ほとんどの構造用途では、この陰極防食は耐用年数中の切断端の腐食を防ぐのに十分です。 C4 ～ C5 腐食環境での用途の場合、組み立て前に切断端をジンクリッチプライマーまたは冷間亜鉛メッキコンパウンドで処理する必要があります。切断エッジのバリ取りは、安全な取り扱いのためだけでなく、曲げの際に鋭いエッジのバリが応力集中点として作用するのを防ぐためにも重要です。

曲げ加工とロールフォーミング

亜鉛コーティング、特に純粋な亜鉛イータ層の延性によって、コーティングの亀裂なしで達成可能な最小曲げ半径が決まります。 Z275 コーティングを施した標準的な溶融亜鉛めっきシートの場合、最小曲げ半径は通常、1.5 mm 未満の薄いゲージの場合は 0t ～ 1t (t = 板厚)、厚い材料の場合は 1t ～ 2t です。より硬い金属間化合物層 (デルタおよびゼータ) は塑性変形しません。狭い曲げ半径で微小亀裂が発生する可能性がありますが、金属間化合物ゾーンの微小亀裂は通常の使用条件下では剥離にまで伝播せず、曲げ部分の腐食性能を著しく損なうことはありません。ロール成形形材 (屋根板、母屋、デッキ材) の場合、ロール成形プロセスで繰り返される増分曲げは、通常、工具半径が仕様内に維持されていれば、成形性グレードを追加することなく溶融亜鉛めっきコーティングと互換性があります。

溶接: ヒュームの危険性と接合部の品質

溶融亜鉛めっき鋼板を溶接すると、溶接部内およびその周囲のコーティングが蒸発するときに酸化亜鉛のヒュームが発生します。酸化亜鉛フュームを吸入すると、金属フューム熱（暴露後 4 ～ 8 時間で発症するインフルエンザのような症状）が引き起こされ、慢性的な高レベル暴露はより深刻な呼吸器リスクを伴います。これは、構造製作において亜鉛メッキ鋼板を溶接する際の最も重要な安全上の考慮事項です。必須の管理には、溶接点に向けた局所排気、呼吸保護（最小限の P3 FFP3 または同等のもの）、および可能であれば溶接前に溶接線から 20 ～ 25 mm の亜鉛コーティングを研磨し、溶接後に亜鉛を豊富に含むコールド スプレーで裸のゾーンを再処理することが含まれます。シリコン青銅フィラー ワイヤ (ろう付け) を使用した MIG 溶接は、溶融溶接よりもヒュームの発生が少なく、亜鉛メッキ板上の多くの構造接続に十分な強度の接合が得られるため、軽量の材料に適した方法です。

溶融亜鉛めっき鋼板への塗装：接着が失敗する原因とその防止方法

亜鉛めっき鋼板の塗装は、亜鉛のみで提供される寿命 (「二相系」) を超えて耐用年数を延長したり、特定の美的要件を満たすために広く使用されている戦略です。ただし、亜鉛メッキ鋼板上の塗料の接着不良は一般的な問題であり、ほとんどの場合、塗料システムの選択ではなく、表面処理の失敗が原因です。接着不良のメカニズムと予防はよく理解されていますが、実際には見落とされることがよくあります。

新しく亜鉛メッキされたスチールは、滑らかで化学的に活性な亜鉛表面を備えており、最初は塗料をよく受け入れます。しかし、屋外にさらされてから最初の数週間で、亜鉛の表面には、化学的に不活性で表面エネルギーが極めて低い、安定した炭酸亜鉛と水酸化亜鉛の不動態化層（初期の形態では一般に「白錆」と呼ばれる）が形成されます。この不動態化された亜鉛表面に塗布された塗料は、基材との機械的結合や化学的結合が弱く、1 ～ 3 年以内に剥離や膨れとして現れます。解決策は表面処理です。機械的研磨 (Sa 1-2 プロファイルまでのスイープ ブラスト) で新しい亜鉛を露出させるか、リン酸洗浄または T 洗浄 (硫酸銅指示薬を含む希リン酸) による化学処理で表面をエッチングし、塗料の密着性が向上したリン酸亜鉛化成皮膜を作成します。 T 洗浄は、橋梁やインフラ用途で亜鉛メッキ鋼板に現場で塗布されるコーティングの標準的な前処理方法です。

• 風化亜鉛めっき鋼板 (6 ～ 12 か月の屋外暴露): ブラスト洗浄をスイープして亜鉛塩を除去し、表面を粗くした後、ブラスト後 4 時間以内に亜鉛適合プライマー (エポキシまたはポリウレタン) を塗布します。この表面は、風化中に生じるわずかな表面粗さにより、実際には、新たに亜鉛メッキされた鋼よりも優れた塗装密着性を提供します。
• 新しく亜鉛メッキされた鋼材（亜鉛メッキ後 48 時間以内）: T-ウォッシュまたはリン酸エッチングを適用し、完全に乾燥させてから、亜鉛適合性のエッチングプライマーまたは金属直接エポキシプライマーで下塗りします。アルキド油ベースの塗料は、亜鉛と接触するとケン化（石鹸に変化）し、急速に劣化してしまうため避けてください。
• 塗装済み（コイルコーティングされた）亜鉛メッキシート： 工場コイルコーティングは、ロール成形または切断の前に、制御された条件下でプライマーとトップコートを塗布します。これは建築および屋根用途に最も信頼性の高い二重システムであり、あらゆる現場塗装の接着変動を回避します。
• 互換性のないプライマーを避けてください。 従来の鉛丹や塩素化ゴムのプライマーは亜鉛下地には適していません。亜鉛クロメートプライマーは非常に効果的ですが、多くの市場では REACH および RoHS 規制により制限されています。最新のクロム酸フリーのエポキシリン酸亜鉛プライマーは同等の性能を提供し、亜鉛メッキ鋼板上の工業用二相システムに適切な仕様です。

構造工学における亜鉛めっき鋼板: 重要な接続の詳細

建築フレームワーク、橋梁コンポーネント、工業用ラック、送電鉄塔などの構造用途では、亜鉛メッキ鋼構造の性能は、構造の完全性と長期的な腐食性能の両方を決定する接続と細部の決定に大きく影響されます。裸鋼設計に精通している構造エンジニアは、接続点における亜鉛コーティングの特有の影響を見落とすことがあります。

亜鉛メッキ鋼板のボルト接続では、ボルトの材質の適合性と穴のクリアランスに注意する必要があります。溶融亜鉛めっきのボルトとナットは、亜鉛めっきアセンブリの構造接続の標準です。亜鉛めっきされた構造部材と接触してコーティングされていないスチール製ファスナーを使用すると、ガルバニックカップルが発生し、ファスナーの腐食が促進されます。ボルト穴の寸法は、亜鉛コーティングの厚さを考慮する必要があります。Z275 コーティングでは、表面あたり約 0.04 mm (厚さ約 20 μm) が追加されます。これには、亜鉛めっき後に指定されたクリアランスが維持されるように、コーティングされていない鋼仕様と比較して、穴パンチまたはドリルの直径を 0.5 ～ 1.0 mm 大きくする必要があります。

高強度摩擦グリップ (HSFG) ボルト接続では、接触面の滑り係数 (摩擦係数) を亜鉛メッキ界面に対して確立する必要があります。溶融亜鉛メッキ表面の滑り係数は通常 0.18 ～ 0.20 ですが、ブラスト洗浄された鋼表面の滑り係数は 0.45 ～ 0.50 です。これは、滑りが重要な接続の設計計算で考慮する必要がある大幅な減少です。 EN 1090-2 は、滑りが重要な亜鉛めっき接合部の表面処理と試験要件に関する具体的なガイダンスを提供します。当社の構造グレードの溶融亜鉛めっき鋼板は、文書化された表面品質とコーティングの均一性を備えて製造されており、橋梁および重量構造物用途における工学計算のための正確な滑り係数特性評価をサポートします。

溶融亜鉛めっき鋼板の保管と取扱い：濡れた保管による汚れを防止する

濡れた保管による汚れ (白錆とも呼ばれます) は、製品で最もよく遭遇する品質問題の 1 つです。 溶融亜鉛めっき鋼板 サプライヤーとエンドユーザーの間の重大な商業紛争に責任を負います。その原因、外観、影響を理解することで、使用可能な材料の不必要な拒否を防ぎ、適切な保管方法を知ることができます。

湿った保管による汚れは、亜鉛表面が通常の安定した不動態化層を形成するのに十分な大気中の酸素や二酸化炭素にアクセスできない状況で、密に積み重ねられた亜鉛メッキ板の間に水分が閉じ込められると発生します。代わりに、亜鉛は水と反応して水酸化亜鉛 (Zn(OH)₂) を形成します。これは、表面に見える白くて嵩張ったゆるく付着した堆積物です。湿った保管による汚れが発生しやすい条件としては、通気せずにシートを密着させて積み重ねる、温度差による輸送コンテナ内の結露、屋外保管における不適切な排水勾配、除湿を行わない高湿度の倉庫保管などが挙げられます。

• 重大度の評価: 湿らせた布で取り除くことができ、亜鉛コーティングの表面の下に浸透していない薄い白い汚れは表面のみであり、腐食性能には影響しません。亜鉛層への孔食を伴うひどい汚れは、有効なコーティングの厚さと耐用年数を減少させます。 EN 10346 Annex C は、染色された材料が仕様の範囲内にあるかどうかを評価するためのガイダンスを提供します。
• ストレージのベスト プラクティス: シートをチルトラックシステムに保管するか、面間の空気循環を可能にする通気スペーサーを挟んで保管してください。屋外保管の場合は、雨や露が当たらないようにカバーをかけてください。ただし、カバーの下に湿気が溜まらないようにしてください。排水勾配のない平らな地面にシートを水平に積み重ねることは避けてください。
• 交通保護: 海上輸送または長距離輸送を目的としたコイルとシートは、出荷前に工場で化学的に不動態化（クロム酸塩またはクロム酸塩フリー）する必要があります。この不動態化層は、湿気の多い条件下での白錆耐性を数日から数か月まで延長し、輸出注文に対して当社が提供する標準サービスです。
• 軽い汚れの修復: 濡れた状態で保管した場合の軽い汚れは、希アンモニア溶液 (1 ～ 2%) で除去し、きれいな水ですすぎ、乾燥させることができます。塗装する素材の場合は、プライマー塗布前の表面状態を回復するために、汚れを除去した後、汚れた領域を T ウォッシュまたはリン酸エッチングで処理する必要があります。