異なる亜鉛皮膜量のGI鋼帯サンプルについて、塩水噴霧耐性をどのように評価するか

異なる亜鉛皮膜量のGI鋼帯サンプルについて、塩水噴霧耐性をどのように評価するか

塩水噴霧試験は、GI鋼板のめっき皮膜の耐食性を評価する最も広く採用されている方法です。調達担当者および品質保証エンジニアにとって、加速腐食条件下で異なる亜鉛皮膜量がどのように性能を発揮するかを理解することは、材料仕様の策定において極めて重要です。本ガイドでは、ASTM B117規格に基づき、Z20からZ275までの5段階の代表的な亜鉛皮膜量に対応したGI鋼板試験手順を、ステップ・バイ・ステップで解説します。

GI鋼板の品質評価における塩水噴霧試験の意義

GIコイルの亜鉛被覆は、下地となる鋼板に対して犠牲防食（カソード防食）を提供します。この亜鉛層の厚さおよび均一性は、赤錆が発生するまでの鋼板の保護持続期間を直接左右します。塩水噴霧試験（サルトスプレー試験）は腐食プロセスを加速させるため、製造者および購入者は数年かかる実際の使用環境での性能を、数日間の試験で予測できます。

沿岸部、工業地帯、または高湿度環境で使用されるGIコイルでは、適切な亜鉛付着量（亜鉛被覆量）を選定することが極めて重要です。幅方向および長手方向に亜鉛付着量が均一なGIコイルは、より予測可能かつ再現性の高い塩水噴霧試験結果をもたらします。

試験片の調製手順

信頼性・再現性の高い塩水噴霧試験結果を得るには、試験片の適切な調製が不可欠です。各GIコイル試験片について、以下の手順に従ってください。

手順1：コイル幅全体の異なる位置から、150mm×100mmの試験パネルを5枚切り出します。めっき均一性を確認するため、バリや熱影響を生じさせないよう、せん断またはレーザー切断を用いてください。

手順2：各パネルの表面油分および異物を、柔らかい布とエタノールで清掃します。亜鉛めっき面を傷つける恐れのある研磨剤入り洗浄剤は使用しないでください。

手順3：塩水噴霧試験時に平滑なめっき面のみが暴露されるよう、切断面を耐食性テープでマスキングします。切断面からの腐食は、試験結果に大きく影響を与える可能性があります。

手順4：各パネルの実際の亜鉛めっき量を、ASTM A90に準拠した重量法、またはASTM E376に準拠した磁気式ゲージで測定します。得られた値は、試験結果との相関分析に用いるため記録してください。

手順5：各パネルに固有の識別番号を付与し、試験前にサンプル採取位置、測定されためっき量、および表面状態を文書化してください。

ASTM B117 塩水噴霧試験の装置設定および試験条件

塩水噴霧試験装置は、ASTM B117に従って校正および運転する必要があります。試験中は、以下のパラメーターを一定に保つ必要があります。

塩水溶液の濃度は、蒸留水中に5％の塩化ナトリウムを含み、pHは6.5～7.2の範囲とします。装置内の温度は35℃±2℃に維持します。塩水溶液の回収率は、水平方向の回収面積80cm²あたり1～2mL/時とします。噴霧圧力は0.7～1.4barに設定します。

試験パネルは、垂直方向に対して15～30度の角度で配置し、塩水噴霧ノズルに向けるものとします。また、パネル同士や装置内壁との接触を避け、溶液の流れによる誤差が生じないよう注意します。

パネルの点検は24時間ごとの一定間隔で行い、白色さびの初出現時刻、各点検時点における白色さびの被覆率（％）、および赤色さびの初出現時刻を記録します。

結果：亜鉛めっき量と塩水噴霧時間の関係

ASTM A653およびJIS G3302 SGCC規格に適合するGI鋼帯試料を対象に多数の試験を実施した結果、以下の典型的なデータが、塩水噴霧耐性の目安となる基準値として示されます。

Z20（亜鉛めっき量20g/m²）の試料では、白錆の初発が24～48時間、赤錆の初発が72～96時間で観察されます。Z80では白錆が72～120時間、赤錆が168～240時間で現れます。Z120では白錆が120～168時間、赤錆が288～432時間で現れます。Z180では白錆が168～240時間、赤錆が480～720時間で現れます。Z275では白錆が240～336時間、赤錆が720～1000時間で現れます。

これらの数値は、熱浸漬亜鉛めっきにより均一な亜鉛層が形成されたGI鋼帯を前提としています。実際の結果は、鋼材の母材成分、結晶（スパングル）の種類、表面処理などによって変動する場合があります。

赤錆の出現についての解釈

白錆（しらさび）は、白色の粉状堆積物として現れ、めっき表面における亜鉛の酸化を示します。これは腐食の初期段階であり、想定内かつ重大でない現象です。一方、赤錆（あかさび）は、その部位で亜鉛めっきが完全に消耗し、下地の鋼材が腐食し始めたことを意味します。

赤錆発生までの時間は、溶融亜鉛めっき鋼帯（GIコイル）の塩水噴霧試験における主要な性能評価指標です。亜鉛層が均一なGIコイルでは、パネル表面全体にほぼ均等に赤錆が現れます。一方、赤錆が予測される期間よりも著しく早期に局所的に現れる場合、それは局所的なめっき欠陥や亜鉛分布の不均一性を示唆しています。

受入検査においては、多くの調達仕様書が、各めっき付着量グレードごとに「初赤錆発生までの最低試験時間」を定義しています。購入者は、品質適合を確実にするため、これらの要求事項を発注書に明記する必要があります。

試験プロトコルの事例研究：Z80とZ275の比較

最近実施した品質検証プログラムにおいて、中東向け建設プロジェクトに供給予定の2ロット分の溶融亜鉛めっき鋼帯（GIコイル）試料を対象に、塩水噴霧試験を行いました。顧客は、沿岸部での設置環境における腐食耐性の検証を要請していました。

試料グループAは、めっき量が測定値で80g/m²のZ80溶融亜鉛めっき鋼帯（GIコイル）から構成されており、試料グループBは、めっき量が測定値で275g/m²のZ275溶融亜鉛めっき鋼帯（GIコイル）から構成されていました。各グループから5枚のパネルを、上記のASTM B117規格に従って試験しました。

Z80パネルでは、白錆の初発が平均96時間、赤錆の初発が平均210時間で観察されました。一方、Z275パネルでは、白錆の初発が平均284時間、赤錆の初発が平均845時間で観察されました。Z275試料は、Z80試料と比較して、赤錆に対する保護性能が約4倍であることが確認されました。

これらの試験結果を踏まえ、プロジェクトの仕様を変更し、非露出構造部材にはZ180 GI鋼帯を、直接露出する屋根パネルにはZ275 GI鋼帯を採用することとしました。瀋陽元和鋼鉄有限公司が当社の常備在庫より両コーティング等級を供給し、全試験報告書を添付しました。また、顧客は自社の独立系試験所で結果を再検証しました。

よくあるご質問

質問：塩水噴霧試験における「ホワイトラスト（白錆）」と「レッドラスト（赤錆）」の違いは何ですか？

回答：ホワイトラストは亜鉛の酸化によって生じる白色の粉状付着物で、コーティング表面に現れます。これは亜鉛被膜が鋼材を積極的に保護していることを示すものです。一方、レッドラストは亜鉛が消耗し、その下の鋼材が腐食し始めたことを意味します。GI鋼帯の評価において、レッドラストの出現は重大な不合格基準です。

質問：塩水噴霧試験の試験時間は、実際の使用環境における耐久性とどのように関係していますか？

回答：塩水噴霧試験は加速試験であり、実際の使用寿命と直接的な直線的相関関係はありません。ただし、比較評価のための基準として有効です。赤錆発生まで500時間耐えたGI鋼帯試料は、同条件で200時間しか耐えられなかった試料よりも、一般に優れた耐食性を示します。

質問：均一な亜鉛皮膜が塩水噴霧試験結果の一貫性を確保する上で重要な理由は何ですか？

回答：亜鉛皮膜の厚さが不均一だと、薄い部分から早期に腐食が進行し、局所的に赤錆が発生しやすくなります。均一な亜鉛皮膜を有するGI鋼帯は、全表面にわたって一定の皮膜厚さを保証し、各皮膜付着量グレードに見合った予測可能かつ再現性のある耐食性能を提供します。