3. 暴 露 試 験 3-1 暴 露 試 験 方 法 大 気 暴 露 試 験 は JIS Z 2381 大 気 暴 露 試 験 方 法 通 則 に 準 じた 直 接 暴 露 試 験 方 法 暴 露 試 験 片 は 45 度 の 角 度 で 架 台 に 取 り 付 けた ( 写 真 4~5 参 照 )

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1 溶 融 亜 鉛 めっきの 耐 食 性 に 対 する 火 山 ガスの 影 響 一 般 社 団 法 人 日 本 溶 融 亜 鉛 鍍 金 協 会 技 術 標 準 化 委 員 会 耐 食 性 グループ 1.はじめに 鋼 材 の 腐 食 に 大 きく 影 響 を 与 える 要 因 として 海 塩 粒 子 とともに 硫 化 水 素 ガ ス 亜 硫 酸 ガスが 挙 げられる 日 本 は 火 山 国 であり 全 国 的 に 温 泉 が 点 在 し 硫 化 水 素 亜 硫 酸 ガス 濃 度 の 高 い 地 域 も 数 多 くあり 鋼 構 造 物 がこれらのガス に 晒 されるリスクは 極 めて 高 い 北 海 道 登 別 地 区 はその 一 例 であり 従 来 から 鋼 構 造 物 の 腐 食 がしばしば 問 題 になっていたが 平 成 14 年 に JR 北 海 道 管 内 で 溶 融 亜 鉛 めっきを 施 した 架 線 金 物 の 落 下 事 故 が 発 生 した 落 下 した 部 品 が 激 しく 腐 食 していることから このような 環 境 下 での 溶 融 亜 鉛 めっきの 耐 食 性 に 疑 問 を 持 たれ 大 きな 問 題 となった 同 社 からの 要 請 を 受 け 当 協 会 技 術 標 準 化 委 員 会 耐 食 性 グループでは 火 山 ガスに 対 する 溶 融 亜 鉛 めっきの 耐 食 性 を 確 認 するために 同 地 区 において 10 年 間 にわたり 大 気 暴 露 試 験 を 実 施 し た その 結 果 溶 融 亜 鉛 めっきは 火 山 ガスに 対 しても 十 分 な 耐 食 性 を 発 揮 する ことが 確 認 され 当 該 落 下 事 故 は 部 品 の 設 計 によるところが 大 きいことが 判 明 したので 一 連 の 試 験 について 報 告 する また 亜 鉛 めっきの 特 徴 の 一 つで ある 犠 牲 防 食 についても その 有 効 性 が 確 認 されたので 併 せて 報 告 する 2. 暴 露 試 験 実 施 場 所 本 調 査 のきっかけとなった 架 線 金 物 落 下 事 故 は 北 海 道 登 別 市 内 JR 北 海 道 室 蘭 本 線 登 別 駅 付 近 にて 発 生 した 落 下 した 部 品 は 架 線 を 支 える 可 動 ブラケッ トで 写 真 1~3 に 示 す ( 注 ) 可 動 ブラケットについては 末 尾 の 説 明 参 照 暴 露 試 験 場 所 は この 付 近 の 下 記 2 か 所 にて 行 った ( 図 1 参 照 ) A 地 点 北 海 道 旅 客 鉄 道 株 式 会 社 登 別 駅 室 蘭 信 号 通 信 所 登 別 派 出 所 海 岸 から 350m 登 別 温 泉 の 南 西 8km の 距 離 に 位 置 する B 地 点 北 海 道 旅 客 鉄 道 株 式 会 社 登 別 地 区 鉄 道 沿 線 ( 登 別 駅 より 西 へ 2km) 海 岸 から 150m に 位 置 し 登 別 温 泉 の 南 西 8km の 距 離 に 位 置 する

2 3. 暴 露 試 験 3-1 暴 露 試 験 方 法 大 気 暴 露 試 験 は JIS Z 2381 大 気 暴 露 試 験 方 法 通 則 に 準 じた 直 接 暴 露 試 験 方 法 暴 露 試 験 片 は 45 度 の 角 度 で 架 台 に 取 り 付 けた ( 写 真 4~5 参 照 ) 暴 露 期 間 は 平 成 15 年 9 月 4 日 ~ 平 成 25 年 9 月 10 日 の 10 年 間 であった 3-2 暴 露 試 験 片 試 験 片 は SS400 サイズ 200 mm 100 mm t3.2mm の 鋼 板 を 使 用 し めっき 種 類 は 一 般 亜 鉛 めっき Zn-5%Al-1%Mg 合 金 めっき Zn-5%Al 合 金 めっき 55%Al-Zn 合 金 めっきの 4 種 類 とし めっき 付 着 量 目 標 は 表 1 に 示 す 値 とした なお B と E C と D は それぞれ 同 じめっき 種 類 であるが 別 の 工 場 でめっきしたもので ある 表 1 試 験 片 の 種 類 とめっき 付 着 量 目 標 値 試 験 片 めっきの 種 類 めっき 付 着 量 目 標 値 Z Zn めっき 550 g/m2 A Zn-5%Al-1%Mg 合 金 めっき 350 g/m2 B E Zn-5%Al 合 金 めっき 350 g/m2 C D 55%Al-Zn 合 金 めっき 120 g/m2 4. 調 査 の 項 目 と 方 法 4-1 環 境 測 定 暴 露 試 験 地 の 腐 食 環 境 を 調 査 するため JIS Z 2381( 屋 外 暴 露 試 験 方 法 通 則 ) に 準 拠 し 飛 来 塩 分 をチオシアン 酸 第 二 水 銀 吸 光 光 度 法 (JIS K ) 亜 硫 酸 ガスを 二 酸 化 鉛 円 筒 法 により 測 定 また 簡 易 腐 食 ガス 測 定 器 エコチェ ッカにより 亜 硫 酸 ガス 硫 化 水 素 ガス 塩 素 系 のガスを 試 験 開 始 時 から1 年 間 測 定 した 測 定 機 器 を 写 真 6に 示 す 4-2 皮 膜 腐 食 減 量 の 測 定 JIS Z 2371 に 規 定 される 化 学 的 腐 食 生 成 物 除 去 方 法 に 準 拠 し 試 験 片 を 70 に 加 温 した 10% 塩 化 アンモニウム 水 溶 液 に 浸 漬 し ナイロンブラシで 腐 食 生 成 物 を 洗 浄 除 去 した 後 湯 洗 乾 燥 してその 重 量 を 求 めた この 計 測 重 量 と 暴 露 試 験 開 始 時 にあらかじめ 計 測 しておいた 重 量 との 差 から 10 カ 年 経 過 時 の 腐 食 減 量 を 求 めた

3 4-3 犠 牲 防 食 作 用 の 調 査 犠 牲 防 食 作 用 を 調 査 するため 図 2に 示 すような 表 面 にめっきを 施 さない 面 を 形 成 した 試 験 片 2 種 類 ( 線 状 円 形 )を 用 意 し 大 気 中 に 暴 露 して 腐 食 状 態 を 調 査 した φ 12φ 20φ 3φ 図 2 犠 牲 防 食 調 査 用 試 験 片 ( : 不 めっき 部 分 単 位 mm) 5. 調 査 結 果 5-1 環 境 測 定 暴 露 試 験 実 施 場 所 の 環 境 測 定 結 果 を 表 2に 示 す 比 較 のために 一 般 的 な 田 園 地 域 ( 石 狩 郡 当 別 町 )においても 簡 易 腐 食 ガス 測 定 器 エコチェッカによる 亜 硫 酸 ガス 硫 化 水 素 ガス 塩 素 系 ガスの 測 定 を 同 時 に 行 った また 過 去 に ( 一 社 ) 日 本 溶 融 亜 鉛 鍍 金 協 会 が 札 幌 市 内 で 測 定 した 飛 来 塩 分 量 亜 硫 酸 ガス 測 定 値 を 参 考 値 として 示 した 測 定 の 結 果 当 該 地 域 は 札 幌 市 内 との 比 較 では 飛 来 塩 分 は 大 きな 差 はない が 亜 硫 酸 ガスは 2~4 倍 の 数 値 一 般 的 な 田 園 地 域 と 比 較 すると 硫 化 水 素 ガスの 濃 度 が 10 倍 の 数 値 となった 当 該 地 域 はインフラ 施 設 の 腐 食 が 激 しい 場 所 として 知 られているが 測 定 結 果 から 亜 硫 酸 ガス 硫 化 水 素 の 火 山 性 ガ スの 濃 度 が 高 いことがわかる また A,B 両 地 点 を 比 較 すると B 地 点 の 硫 化

4 水 素 濃 度 が A 地 点 より 高 い 数 値 であることが 分 かった 表 2 環 境 測 定 結 果 A 地 点 B 地 点 田 園 地 域 札 幌 市 内 飛 来 塩 分 量 年 間 平 均 値 (mg/m2 日 ) 亜 硫 酸 ガス 量 年 間 平 均 値 (mg/m2 日 ) 亜 硫 酸 ガス (ppb ) 2~10 3~10 3~10 - 硫 化 水 素 (ppb ) 78~ ~137 7~13 - 塩 素 系 ガス (ppb ) 1~7 2~8 2~8 - 簡 易 ガス 測 定 器 エコチェッカによる 測 定 値 5-2 腐 食 減 量 測 定 結 果 暴 露 試 験 10 年 経 過 後 の 各 試 験 片 腐 食 減 量 を 図 3に 示 す めっき 試 験 片 D を 除 いて A 地 点 に 比 べ B 地 点 の 腐 食 減 量 の 方 が 大 きくなったが 環 境 測 定 結 果 では 亜 硫 酸 ガス 量 年 間 平 均 値 が B 地 点 に 於 いて A 地 点 の 2 倍 以 上 また 簡 易 測 定 器 による 測 定 では 硫 化 水 素 の 測 定 値 が B 地 点 で 高 くなっており これら 火 山 性 ガスが 腐 食 減 量 に 影 響 していると 考 えられる 一 般 的 な 亜 鉛 めっきの 腐 食 減 量 (A 地 点 :65g/m2 B 地 点 100g/m2)に 比 べ 他 の 試 験 片 の 腐 食 減 量 は いずれの 地 点 でも 少 なく 合 金 元 素 (Al Mg)を 添 加 することにより 腐 食 進 行 が 抑 制 されることが 示 されている 5-3 耐 用 年 数 試 算 腐 食 減 量 の 測 定 結 果 より 各 試 験 片 の 耐 用 年 数 を 下 記 式 により 試 算 した 耐 用 年 数 =( 初 期 付 着 量 ) (1 年 間 の 平 均 腐 食 減 量 ) 0.9 結 果 を 図 4 に 示 すが いずれの 試 験 片 でも 耐 用 年 数 は 50 年 以 上 と 算 出 され た 5%Al+1%Mg を 添 加 した 試 験 片 A 5%Al を 添 加 した 試 験 片 B は 一 般 的 な 亜 鉛 めっき(Z)に 比 べ 腐 食 減 量 は 30~40% 少 ない 値 を 示 したが 初 期 付 着 量 の 差 により 耐 用 年 数 としてはほぼ 同 等 の 結 果 が 得 られた 試 験 片 E は A B いずれの 地 点 でも 耐 用 年 数 は 長 くなった 55%Al を 添 加 した 試 験 片 C D は 腐 食 減 量 としては Z の 12~22%と 極 めて 少 ない 数 値 を 示 したが 初 期 付 着 量 が 少 ないことから 耐 用 年 数 としてはそれほど 大 きな 差 とはなっていな い 5-4 犠 牲 防 食 作 用 図 2の 試 験 片 の 10 年 経 過 後 の 不 めっき 部 分 を 観 察 した 結 果 を 表 3に 表 面 状 況 を 写 真 7~8 に 示 す

5 表 3 犠 牲 防 食 試 験 片 の 10 年 後 の 不 めっき 部 外 観 観 察 結 果 線 状 不 めっきの 幅 円 形 不 めっき 直 径 試 験 片 1 mm 3 mm 5 mm 10 mm 3 mm 5.5 mm 12 mm 20 mm Z 錆 極 少 赤 錆 赤 錆 腐 食 錆 極 少 赤 錆 赤 錆 腐 食 A B E 錆 極 少 赤 錆 赤 錆 腐 食 錆 極 少 赤 錆 赤 錆 腐 食 C D 錆 極 少 赤 錆 赤 錆 腐 食 錆 極 少 赤 錆 赤 錆 腐 食 何 れの 試 験 片 も 同 程 度 の 腐 食 が 観 察 され 線 状 不 めっきでは 幅 5 mmまで 円 形 不 めっきでは 5.5φmmまでは 実 用 上 差 支 えない 状 況 が 観 察 された これは JIS H 8641 に 参 考 として 示 されている 記 述 と 合 致 するものであった 6. 結 言 防 錆 の 目 的 は 構 造 物 の 寿 命 を 延 ばすことにあるので 本 試 験 では 各 種 めっきの 腐 食 減 量 から 算 出 される 耐 用 年 数 によって 防 錆 性 能 を 比 較 することにした そ の 結 果 腐 食 減 量 としては 合 金 元 素 を 添 加 しためっきよりも 大 きな 値 を 示 した 一 般 溶 融 亜 鉛 めっきでも 初 期 付 着 量 を 大 きく 取 れると 言 う 特 徴 から 耐 用 年 数 では 劣 ることはないと 言 う 結 果 を 得 た 火 山 性 ガスに 晒 される 地 域 は 鋼 構 造 物 の 腐 食 が 問 題 となるが 一 般 的 な 溶 融 亜 鉛 めっきを 施 すことにより 耐 用 年 数 50 年 程 度 と 実 質 的 には 十 分 な 寿 命 を 確 保 でき 架 線 金 物 の 落 下 原 因 では ないことが 判 明 した 落 下 原 因 は 架 線 金 物 の 形 状 が 袋 状 になっており 内 部 に 塩 分 硫 黄 系 化 合 物 が 濃 化 した 雨 水 が 溜 まりやすい 構 造 になっていたためと 推 定 され 設 計 変 更 ( 写 真 9)により 雨 水 を 流 れやすくした 結 果 同 様 の 問 題 は 発 生 しなくなった 腐 食 環 境 下 では 防 錆 対 策 とともに 部 品 形 状 への 配 慮 も 重 要 である また 亜 鉛 めっきに Al Mg を 添 加 すると 腐 食 進 行 を 抑 制 する 効 果 が 大 きいことが 実 証 され さらに 厳 しい 腐 食 環 境 下 では 有 効 と 考 えられ る 謝 辞 本 試 験 にあたっては 北 海 道 旅 客 鉄 道 株 式 会 社 殿 には 多 大 なご 尽 力 を 頂 いたこ とを 感 謝 申 し 上 げます

6 腐 食 減 量 g/m2 図 1 暴 露 試 験 実 施 場 所 B 地 点 登 別 地 区 鉄 道 沿 線 A 地 点 登 別 駅 室 蘭 信 号 通 新 所 図 2 暴 露 試 験 10 年 後 の 腐 食 減 量 比 較 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 Z A B E C D 試 験 片

7 耐 用 年 数 ( 年 ) 図 3 耐 用 年 数 の 試 算 ( 単 位 : 年 ) A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 A 地 点 B 地 点 Z A B E C D 試 験 片 写 真 1 写 真 2 写 真 3

8 写 真 4 写 真 5

9 写 真 6 環 境 測 定 機 器 飛 来 塩 分 測 定 チオシアン 酸 第 二 水 銀 吸 光 法 によってガーゼの 塩 化 物 イオン 濃 度 を 測 定 簡 易 腐 食 ガス 測 定 器 (エコチェッカ) 亜 硫 酸 ガス 測 定 ( 二 酸 化 鉛 円 筒 法 ) 温 度 計 湿 度 計

10 写 真 7 犠 牲 防 食 試 験 片 A 地 点 1 mm 幅 2 mm 幅 3 mm 幅 3 mmφ 5.5 mmφ mm 12 mmφ 5 mm 幅 10 mm 幅 20 mmφ 写 真 8 犠 牲 防 食 B 地 点

11 写 真 9 設 計 変 更 された 架 線 金 物

12 可 動 ブラケットとは 鉄 道 の 架 線 は トロリ 線 と 呼 ばれるパンタグラフと 接 触 する 銅 線 を 50m 程 度 の 間 隔 で 電 柱 に 支 持 されたちょう 線 と 呼 ばれる 鋼 又 は 銅 のより 線 から 水 平 になる ようにハンガと 呼 ばれる 金 具 でつるした 構 造 をしている ( 図 参 照 ) ちょう 線 は 可 動 ブラケットに 吊 り 下 げられており この 可 動 ブラケットは 温 度 伸 縮 による 架 線 の 移 動 に 対 応 するため 電 柱 バンドと 碍 子 の 間 にヒンジが 設 け られており 線 路 と 平 行 方 向 に 自 由 に 動 くことができる