CN107250418A - 热浸镀Al‑Zn‑Mg‑Si钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有良好的平板部和端部的耐腐蚀性、并且加工部耐腐蚀性也优异的热浸镀Al‑Zn‑Mg‑Si钢板。为了实现上述目的,本发明的特征在于,是在钢板表面具有镀覆被膜的热浸镀Al‑Zn‑Mg‑Si钢板,上述镀覆被膜由存在于与基底钢板的界面的界面合金层和存在于该合金层上的主层构成,含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg,上述镀覆被膜中的Mg和Si的含量满足以下的式(1)。MMg/(MSi‑0.6)>1.7…(1)MMg:Mg的含量(质量%),MSi:Si的含量(质量%)。
Description
技术领域
本发明涉及具有良好的平板部和端部的耐腐蚀性、并且加工部的耐腐蚀性也优异的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板及其制造方法。
背景技术
热浸镀Al-Zn系钢板可以兼具Zn的牺牲防蚀性和Al的高耐腐蚀性,因此在热浸镀锌钢板中也表现出高耐腐蚀性。例如,在专利文献1中公开了一种在镀覆被膜中含有25~75质量%的Al的热浸镀Al-Zn系钢板。而且,热浸镀Al-Zn钢板由于其优异的耐腐蚀性,因此以长期暴露在室外的房顶、墙壁等建材领域、护栏、配线配管、隔音墙等土木建筑领域为中心,近年来需求不断扩大。
热浸镀Al-Zn系钢板的镀覆被膜由主层和存在于基底钢板与主层的界面的合金层构成,主层主要由过饱和地含有Zn且Al进行枝晶凝固的部分(α-Al相的枝晶部分)和剩余的枝晶间隙的部分(枝晶间)构成,具有α-Al相在镀覆被膜的膜厚方向层叠多个而成的结构。由于这样的特征性被膜结构,来自表面的腐蚀进行路径变得复杂,因此腐蚀不易容易地达到基底钢板,热浸镀Al-Zn系钢板与镀覆被膜厚度相同的热浸镀锌钢板相比能够实现优异的耐腐蚀性。
另外,已知有通过在热浸镀Al-Zn系的镀覆被膜中含有Mg而以进一步提高耐腐蚀性为目的的技术。
作为与含有Mg的热浸镀Al-Zn系钢板(热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板)相关的技术,例如在专利文献2中公开了一种镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其含有在镀覆被膜中含有Mg的Al-Zn-Si合金,该Al-Zn-Si合金为含有45~60重量%的元素铝、37~46重量%的元素锌和1.2~2.3重量%的元素硅的合金,该Mg的浓度为1~5重量%。
另外,在专利文献3中公开了一种Al系镀覆系表面处理钢材,其以质量%计含有Mg:2~10%、Ca:0.01~10%、Si:3~15%,剩余部分为Al和不可避免的杂质,且Mg/Si的质量比在特定的范围。
另外,在要将热浸镀Al-Zn系钢板用于汽车领域、特别是外板面板时,该镀覆钢板以用连续式热浸镀设备实施到镀覆为止的状态供给汽车制造商等,因此通常在加工成面板部件形状后进行化学转化处理,进一步实施电沉积涂覆、中涂涂覆、上涂涂覆的汽车用综合涂覆。然而,使用热浸镀Al-Zn系钢板的外板面板在涂膜产生损伤时,以损伤部为起点引起涂膜/镀覆界面的含有大量Zn的枝晶间的选择腐蚀,结果与热浸镀Zn相比明显产生较大的涂膜膨胀,有时无法确保充分的耐腐蚀性(涂覆后耐腐蚀性)。因此,例如专利文献4中公开了一种热浸镀Al-Zn系钢板,其在镀覆组成中添加Mg或Sn等,在镀层中形成Mg2Si、MgZn2、Mg2Sn等Mg化合物,由此改善来自钢板端面的红锈产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公昭46-7161号公报
专利文献2:日本专利5020228号公报
专利文献3:日本专利5000039号公报
专利文献4:日本特开2002-12959号公报
发明内容
这里,对于热浸镀Al-Zn系钢板,如上所述,由于其优异的耐腐蚀性,因此大多用于长期暴露在室外的房顶、墙壁等建材领域。因此,根据近年来的对节省资源、节能的要求,为了实现产品的长寿命化,希望开发耐腐蚀性更优异的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板。
另外,对于在引用文献2和3中公开的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,因为镀覆被膜的主层硬质化,所以在进行弯曲加工时镀覆被膜破裂而产生裂纹,结果存在加工部的耐腐蚀性(加工部耐腐蚀性)差的问题。因此,也希望改善加工部耐腐蚀性。应予说明,在引用文献2中,对于因添加Mg所致的延展性低下,通过成为“小的”锌花尺寸来改良延展性低下,但为了实现该目的,在引用文献2中实质上需要在镀层中具有TiB,谈不上公开了本质性解决对策。
此外,即便对专利文献4中公开的热浸镀Al-Zn系钢板实施涂覆的情况下,涂覆后耐腐蚀性的问题也仍然没有消除,根据热浸镀Al-Zn系钢板的用途,对涂覆后耐腐蚀性也希望进一步的提高。
本发明鉴于上述情况,目的在于提供具有良好的平板部和端部的耐腐蚀性、并且加工部耐腐蚀性也优异的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板以及该热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法。
本发明人等为了解决上述课题而反复研究,结果着眼于:在热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板腐蚀时,镀覆被膜的主层中的存在于枝晶间的Mg2Si在初期溶解,使Mg在腐蚀产物的表面稠化,从而有助于耐腐蚀性的提高;另外,在上述主层中存在的单相Si变为阴极点(cathodesite),导致周围的镀覆被膜的溶解,因此单相Si必须消除。然后,本发明人等进一步反复进行深入研究,发现通过规定存在于上述镀覆被膜的主层中的Al、Mg和Si成分的含量,并且将镀覆被膜中的Mg和Si的含量控制为特定范围,能够使Mg2Si微细且均匀地分散在枝晶间中,因此能够大幅提高加工部耐腐蚀性,还发现能够通过微细且均匀地生成Mg2Si而从镀覆被膜主层中消除单相Si,因此平板部和端部的耐腐蚀性也能够提高。
另外,除上述以外,还发现通过将镀覆被膜中的Mg含量控制在特定范围而得到优异的涂覆后耐腐蚀性。
本发明是基于以上见解而进行的,其要旨如下。
1.一种热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,是在钢板表面具有镀覆被膜的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,
上述镀覆被膜由存在于与基底钢板的界面的界面合金层和存在于该合金层上的主层构成,含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg,
上述镀覆被膜中的Mg和Si的含量满足以下的式(1),
MMg/(MSi-0.6)>1.7…(1)
MMg:Mg的含量(质量%),MSi:Si的含量(质量%)。
2.根据上述1中记载的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述主层含有Mg2Si,上述主层中的Mg2Si的含量为1.0质量%以上。
3.根据上述1中记载的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述主层含有Mg2Si,该主层的截面中的Mg2Si的面积率为1%以上。
4.根据上述1中记载的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述主层含有Mg2Si,由X射线衍射得到的Mg2Si的(111)面(面间距d=0.367nm)相对于Al的(200)面(面间距d=0.202nm)的强度比为0.01以上。
5.根据上述1~4中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述界面合金层的厚度为1μm以下
6.根据上述1~4中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述主层具有α-Al相的枝晶部分,该枝晶部分的平均枝晶直径与上述镀覆被膜的厚度满足以下的式(2),
t/d≥1.5…(2)
t:镀覆被膜的厚度(μm),d:平均枝晶直径(μm)。
7.根据上述1~6中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述镀覆被膜含有25~80质量%的Al、超过2.3质量%且为5质量%以下的Si和3~10质量%的Mg。
8.根据上述1~6中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,上述镀覆被膜含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过5质量%且为10质量%以下的Mg。
9.一种热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法,其特征在于,在含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg且剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成的镀覆浴中,浸渍基底钢板实施热浸镀后,将镀覆后的钢板以小于10℃/秒的平均冷却速度冷却至第1冷却温度、即上述镀覆浴的浴温~浴温-50℃,以10℃/秒以上的平均冷却速度从该第1冷却温度冷却至380℃。
根据本发明,能够提供具有良好的平板部和端部的耐腐蚀性、并且加工部耐腐蚀性也优异的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板以及该热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法。
附图说明
图1中的(a)是表示本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的加工部的腐蚀前后的状态的图,图1中的(b)是表示以往的Al-Zn-Mg-Si镀覆钢板的加工部的腐蚀前后的状态的图。
图2是由扫描电子显微镜的能量分散型X射线分光法(SEM-EDX)表示本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的加工部腐蚀时的各元素状态的图。
图3是由SEM-EDX表示以往的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各元素的状态的图。
图4是用于说明枝晶直径的测定方法的图。
图5是表示镀覆被膜中的Si的含量与Mg的含量的关系、和在镀覆被膜的主层中生成的相的状态的图。
图6是用于说明日本汽车标准的复合循环试验(JASO-CCT)的流程的图。
图7是表示涂覆后耐腐蚀性的评价用样品的图。
图8是表示腐蚀促进试验(SAE J 2334)的循环的图。
具体实施方式
(热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板)
作为本发明的对象的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板在钢板表面具有镀覆被膜,该镀覆被膜由存在于与基底钢板的界面的界面合金层和存在于该合金层上的主层构成。而且,上述镀覆被膜具有如下组成:含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg,剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成。
从耐腐蚀性与操作面的平衡考虑,上述镀覆被膜中的Al含量为25~80质量%,优选为35~65质量%。如果镀覆主层的Al含量为25质量%以上,则发生Al的枝晶凝固。由此,主层主要由含有过饱和的Zn且Al进行枝晶凝固的部分(α-Al相的枝晶部分)和剩余的枝晶间隙的部分(枝晶间部分)构成,且能够确保该枝晶部分在镀覆被膜的膜厚方向层叠而成的耐腐蚀性优异的结构。另外,该α-Al相的枝晶部分层叠得越多,腐蚀进行路径变得越复杂,腐蚀越不易容易地到达基底钢板,因此耐腐蚀性提高。为了得到极高的耐腐蚀性,更优选使主层的Al含量为35质量%以上。另一方面,如果主层的Al含量超过80质量%,则对Fe具有牺牲防蚀作用的Zn的含量变少,耐腐蚀性劣化。因此,主层的Al含量为80质量%以下。另外,如果主层的Al含量为65质量%以下,则镀层的附着量变少,即便在钢基体容易露出的情况下也对Fe具有牺牲防蚀作用,得到充分的耐腐蚀性。因此,镀覆主层的Al含量优选为65质量%以下。
另外,Si为了抑制在与基底钢板的界面生成的界面合金层的生长,为了提高耐腐蚀性或加工性而被添加在镀覆浴中,必然地包含于镀覆主层。具体而言,为Al-Zn-Mg-Si镀覆钢板时,如果在镀覆浴中含有Si进行镀覆处理,则在钢板浸渍于镀覆浴中的同时钢板表面的Fe与浴中的Al或Si发生合金化反应,生成Fe-Al系和/或Fe-Al-Si系的化合物。因生成该Fe-Al-Si系界面合金层而抑制界面合金层的生长。镀覆被膜的Si含量超过0.6质量%时能够抑制界面合金层的充分的生长。另一方面,镀覆被膜的Si含量超过15%时,在镀覆被膜中成为裂纹的传播路径,因此降低加工性,成为阴极点的Si相容易析出。Si相的析出可以通过增加Mg含量而抑制,但该方法导致制造成本上升,而且使镀覆浴的组成管理变得更困难。因此,镀覆被膜中的Si含量为15%以下。此外,从能够以更高水平抑制界面合金层的生长和Si相的析出方面考虑,优选使镀覆被膜中的Si含量超过2.3%且为5%以下,特别优选超过2.3%且为3.5%以下。
此外,上述镀覆被膜含有Mg超过0.1质量%且为25质量%以下。上述镀覆被膜的主层腐蚀时,腐蚀产物中含有Mg,腐蚀产物的稳定性提高,腐蚀的进行延迟,结果有耐腐蚀性提高的效果。更具体而言,上述镀覆被膜的主层的Mg与上述Si结合生成Mg2Si。该Mg2Si在镀覆钢板腐蚀时于初期溶解,因此腐蚀产物中含有Mg。Mg有在腐蚀产物的表面稠化而使腐蚀产物致密化的效果,能够提高腐蚀产物的稳定性和对外来腐蚀因素的阻隔性。
这里,使上述镀覆被膜的Mg含量超过0.1质量%是由于通过成为超过0.1质量%,能够生产Mg2Si,能够得到腐蚀延迟效果。另一方面,使上述Mg的含量为25质量%以下是由于Mg的含量超过25%时除耐腐蚀性的提高效果饱和以外,还使制造成本上升以及镀覆浴的组成管理变得困难。另外,从以更高水平提高制造成本的降低、实现更优异的腐蚀延迟效果的方面考虑,优选使镀覆被膜中的Mg含量为3~10%,更优选为4~6%。
另外,通过在镀覆被膜中含有5%以上的Mg,能够改善在本发明中成为课题的涂覆后耐腐蚀性。如果不含有Mg的以往的热浸镀Al-Zn系钢板的镀层与大气接触,则在α-Al相的周围立刻形成致密且稳定的Al2O3的氧化膜,由于该氧化膜的保护作用,α-Al相的溶解性与枝晶间中的富Zn相的溶解性相变变得非常低。其结果,将以往的Al-Zn系镀覆钢板用作基底的涂覆钢板在涂膜产生损伤时,以损伤部为起点在涂膜/镀覆界面引起富Zn相的选择腐蚀,朝向涂覆完好部的深处进行而引起较大的涂膜膨胀,因此涂覆后耐腐蚀性差。另一方面,为将含有Mg的热浸镀Al-Zn系钢板用作基底的涂覆钢板时,在枝晶间中析出的Mg2Si相或Mg-Zn化合物(MgZn2、Mg32(Al,Zn)49等)在腐蚀的初期阶段溶出,从而在腐蚀产物中混入Mg。含有Mg的腐蚀产物非常稳定,由此腐蚀在初期阶段被抑制,因此能够抑制将以往的Al-Zn系镀覆钢板用作基底的涂覆钢板时成为问题的富Zn相的选择腐蚀引起的较大的涂膜膨胀。其结果,在镀层中含有Mg的热浸镀Al-Zn系钢板表现出优异的涂覆后耐腐蚀性。Mg为5%以下时,腐蚀时溶出的Mg的量少,上述所示的稳定的腐蚀产物不会充分生成,因此有可能涂覆后耐腐蚀性不提高。相反,Mg超过10%时,不仅效果饱和,而且激烈地引起Mg化合物的腐蚀,镀层整体的溶解性过度上升,结果即便使腐蚀产物稳定化,其溶解速度也变大,因此有可能产生较大的膨胀宽度、涂覆后耐腐蚀性劣化。因此,为了稳定地得到优异的涂覆后耐腐蚀性,优选在超过5%且为10%以下的范围含有Mg。
而且,对于本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,从在上述枝晶间中有效地分散Mg2Si、降低生成上述单相Si的可能性、实现更优异的加工部耐腐蚀性的观点考虑,优选上述镀覆被膜中的Mg和Si的含量满足以下的式(1)。
MMg/(MSi-0.6)>1.7…(1)
MMg:Mg的含量(质量%),MSi:Si的含量(质量%)
由于Mg2Si的微细且均匀的分散,所以可以在钢板腐蚀时Mg2Si在镀覆表面和加工部产生的裂纹破断面的整面与Zn一起缓慢溶解,在腐蚀产物中大量混入Mg,在腐蚀产物表面的整面生成较厚的Mg稠化部而抑制腐蚀进行,因此能够显著提高加工部耐腐蚀性。另外,通过不使Mg2Si不均而微细且均匀地分散于镀覆被膜主层整体,从而也可以从上述主层中削除成为阴极点的单相Si,因此也能够提高平板部和端部的耐腐蚀性。
与此相对,在现有技术中,例如像上述专利文献3所述的那样,Mg2Si成某一定量以上大小的块状(具体而言,长径为10μm以上,短径相对于长径的比率为0.4以上)。由此,Mg2Si变大且分布也变得不均匀,因此腐蚀初期的Mg2Si的溶解速度与Zn相比明显快,Mg2Si优先溶解并流出,结果在腐蚀产物中未有效地混入Mg,腐蚀产物表面的Mg稠化部也变少且变为局部的,得不到所希望的耐腐蚀性提高效果。
这里,图5是表示上述镀覆被膜中的Si的含量与Mg的含量的关系、和在镀覆被膜的主层中生成的相的状态的图。根据图5可知能够通过在本发明的组成范围内(图5的由虚线围起的部分)满足上述式(1)而可靠地从主层中削除单相Si。
另外,上述镀覆被膜的主层的特征在于,具有α-Al相的枝晶部分,该枝晶部分的平均枝晶直径和上述镀覆被膜的厚度满足以下的式(1)。
t/d≥1.5…(1)
t:镀覆被膜的厚度(μm),d:平均枝晶直径(μm)
通过满足上述(1)式,能够相对低减小由上述α-Al相构成的枝晶部分的臂(平均枝晶直径),能够使Mg2Si有效地分散在上述枝晶间中,得到Mg2Si无不均而微细且均匀地分散于镀覆主层整体的状态。
这里,图1是示意地表示本发明和现有技术的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的加工部腐蚀时的镀覆被膜主层的状态变化的图。
如图1中的(a)所示,可知在本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板中,相对于镀覆被膜的厚度t,枝晶较小,因此Mg2Si容易微细且均匀地分散。而且,本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的加工部(加工部有多个裂纹。)腐蚀时,上述镀覆被膜的加工部产生的裂纹破断面中存在的Mg2Si溶解,Mg在腐蚀产物的表面稠化。
另一方面,如图1中的(b)所示,可知在以往的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板中,相对于镀覆被膜的厚度t,枝晶较大,因此Mg2Si难以微细且均匀地分散。而且,以往的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的加工部腐蚀时,虽然上述加工部产生的裂纹破断面中存在的Mg2Si溶解,Mg在腐蚀产物的表面的一部分中稠化,但镀覆主层整体的Mg2Si的分散度比本申请发明差,因此覆盖上述腐蚀产物的表面的Mg稠化部分变少。其结果,认为加工部的腐蚀容易进行,加工部耐腐蚀性不充分。
另外,图2是由使用扫描电子显微镜的能量分散型X射线分光法(SEM-EDS)对本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板表示加工部腐蚀时的各元素的状态的图。根据图2可知本申请发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板在加工部腐蚀时,Mg在镀覆被膜主层的表面稠化(参照图2中的Mg的照片)。
另外,图3是由SEM-EDS对虽然镀覆被膜的组成包含在本发明的范围(Al:55%,Si:1.6%,Mg:2.5%)、但主层的枝晶部分的平均枝晶直径和镀覆被膜的厚度不满足式(1)的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板表示各元素的状态的图。观察的结果,虽然为少量,但可以确认Si单相析出,推测耐腐蚀性的降低(参照图3中的Si的照片)。
应予说明,上述枝晶直径表示邻接的枝晶臂间的中心距离(枝晶臂间距)。本发明中,根据2次枝法(参照“轻金属学会铸造·凝固部会,“轻金属”38卷,P54,1988年”。)测定上述枝晶直径。原因是本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的镀覆被膜主层中的枝晶部分的取向性高,臂排列的部分多。
具体而言,如图4所示,使用扫描式电子显微镜(SEM)等对经研磨和/或蚀刻的镀覆被膜主层的表面进行放大观察(例如以200倍进行观察),在随意选择的视野中,选择枝晶臂排列3条以上的部分(在图4中,选择A-B间的3条。),沿臂排列的方向测定距离(在图4中为距离L)。然后,将测定的距离除以枝晶臂的条数(在图4中为L/3)而算出枝晶直径。该枝晶直径在1个视野中测定3个位置以上,算出各自得到的枝晶直径的平均值,将其作为平均枝晶直径。
本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板如上所述,上述主层含有Mg2Si,但该主层中的Mg2Si的含量优选为1.0质量%以上。能够更可靠地使Mg2Si微细且均匀地分散在镀覆被膜主层整体中,能够更可靠地实现所希望的耐腐蚀性。
这里,对于本发明中的Mg2Si的含量,例如使Al-Zn-Mg-Si镀覆钢板的镀覆被膜在酸中溶解后,利用ICP分析(高频电感耦合等离子体发射光谱分析)来测定Si和Mg的量(g/m2)。然后,使用如下方法:由Si量减去界面合金层含有的分量(每1μm界面合金层,0.45g/m2),乘以2.7换算成Mg2Si的量(g/m2),除以镀覆量(g/m2)算出Mg2Si的质量%,如果Mg2Si的含量已知,则可以使用任意的分析方法。
另外,上述主层中的Mg2Si的面积率在该主层的截面上观察,优选为1%以上。能够更可靠地使Mg2Si微细且均匀地分散在镀覆被膜主层整体中,能够更可靠地实现所希望的耐腐蚀性。
这里,对于本发明中的Mg2Si的面积率,例如使用如下方法:由SEM-EDX将Al-Zn-Mg-Si镀覆钢板的镀覆被膜的截面成像,由图像处理导出在1个视野中Mg与Si重叠而检测出的部分(Mg2Si存在的部分)的面积率(%),但只要是能够把握Mg2Si存在的部分的面积率的方法,就没有特别限定。
此外,对于上述主层中含有的Mg2Si,由X射线衍射得到的Mg2Si的(111)面(面间距d=0.367nm)相对于Al的(200)面(面间距d=0.202nm)的强度比优选为0.01以上。能够更可靠地使Mg2Si微细且均匀地分散在镀覆被膜主层整体中,能够更可靠地实现所希望的耐腐蚀性。
这里,对于本发明中的强度比的计算,通过以下方式进行,例如在管电压:30kV、管电流:10mA、Cu Kα管球(波长λ=0.154nm)、测定角度2θ=10°~90°的条件下取得X射线衍射图案,分别测定表示Al的(200)面(面间距d=0.2024nm)和表示Mg2Si的(111)面(面间距d=0.367nm)的强度,将后者除以前者,但X射线衍射的条件没有特别限定。
另外,对于微细且均匀地分散在上述枝晶间中的Mg2Si的粒子,单径与长径之比优选为0.4以下,更优选为0.3以下。
现有技术中,例如像上述专利文献3所述的那样,对于Mg2Si的粒子,以短径相对于长径的比率计为0.4以上。此时,Mg2Si变大且分布也变得不均匀,因此腐蚀初期的Mg2Si的溶解速度与Zn相比明显快,Mg2Si优先溶解并流出,因此在腐蚀产物中未有效地混入Mg,腐蚀产物表面的Mg稠化部也少且变为局部的,得不到耐腐蚀性提高效果。
另一方面,在本发明技术中,通过增大长径与短径之差(长宽比),从而有助于上述镀覆被膜的表面和加工部产生的裂纹破断面中存在的Mg2Si的粒子微细且均匀地分散。其结果,在腐蚀时Mg2Si与Zn一起缓慢溶解,在腐蚀产物中混入大量的Mg,在腐蚀产物表面的整面生成较厚的Mg稠化部而抑制腐蚀进行,能够显著提高加工部耐腐蚀性。
这里,上述Mg2Si的长径表示在Mg2Si的粒子中最长的直径,上述Mg2Si的短径表示在Mg2Si的粒子中最短的直径。
另外,从得到更优异的耐腐蚀性的方面考虑,优选在上述镀覆被膜中进一步含有Ca。此外,在上述镀覆被膜进一步含有Ca时,合计含量优选为0.2~25质量%。原因是通过成为上述合计含量,能够得到充分的腐蚀延迟效果,效果也不会饱和。
此外,因为与上述Mg、Ca同样起到提高腐蚀产物的稳定性、延迟腐蚀进行的效果,所以上述主层优选进一步含有合计0.01~10质量%的选自Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B中的一种或二种以上。
应予说明,上述界面合金层存在于与基底钢板的界面,如上所述,是钢板表面的Fe与浴中的Al或Si发生合金化反应而必然生成的Fe-Al系和/或Fe-Al-Si系化合物。该界面合金层由于硬且脆,因此如果生长得较厚,则成为加工时的裂纹产生的起点,因此优选尽可能薄。
这里,界面合金层和主层可以通过使用扫描式电子显微镜等来观察经研磨和/或蚀刻的镀覆被膜的截面。截面的研磨方法或蚀刻方法有几种,但只要是通常观察镀覆被膜截面时使用的方法,没有特别限定。另外,利用扫描式电子显微镜的观察条件例如如果为加速电压15kV,背散射电子图像时为1000倍以上的倍率,就能够清楚地观察合金层和主层。
另外,对于在主层中是否存在Mg或选自Ca、Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B中的一种或二种以上,例如可以通过利用辉光放电发光分析装置对镀覆被膜进行贯通分析而确认。但是,使用辉光放电发光分析装置也不过是一个例子,只要是能够调查镀覆主层中的Mg或Ca、Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B的有无和分布的方法,就可以使用其它方法。
另外,上述选自Ca、Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B中的一种或二种以上优选在上述镀覆主层中与选自Zn、Al和Si中的一种或二种以上生成金属间化合物。在设置镀覆被膜的过程中,α-Al相先于富Zn相凝固,因此在镀覆主层中金属间化合物在凝固过程从α-Al相排出而聚集成富Zn相。富Zn相先于α-Al相发生腐蚀,因此在腐蚀产物中混入选自Ca、Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B中的一种或二种以上。其结果,能够更有效地实现腐蚀的初期阶段的腐蚀产物的稳定化。另外,上述金属间化合物含有Si时,金属间化合物吸收镀覆被膜中的Si,镀覆主层中的多余Si减少,结果能够防止因非固溶Si(Si相)在镀覆主层中生成所致的弯曲加工性的降低,因而更优选。
应予说明,作为确认上述Mg或选自Ca、Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B中的一种或二种以上是否与选自Zn、Al和Si中的一种或二种以上生成金属间化合物的方法,有以下方法。可使用:利用广角X射线衍射从镀覆钢板的表面检测这些金属间化合物的方法,或者在透射电子显微镜中利用电子衍射检测镀覆被膜的截面等的方法等。另外,在除此以外的方法中,只要是能够检测上述金属间化合物,就可以使用任意方法。
应予说明,本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的镀覆被膜的膜厚优选为15μm~27μm。原因是通常上述镀覆被膜越薄,则有耐腐蚀性越恶化的趋势,上述镀覆被膜越厚,则有加工性越劣化的趋势。
另外,上述界面合金层的厚度优选为1μm以下。原因是通过使界面合金层的厚度为1μm以下,能够实现较高的加工性,得到更优异的加工部耐腐蚀性。例如,如上所述,通过使镀覆被膜中的Si含量超过0.6质量%,能够抑制界面合金层的生长,因此可以使界面合金层的厚度为1μm以下。
这里,对于得到上述镀覆被膜和上述界面合金层的厚度方法,只要是能够正确把握的方法,就没有特别限定。例如可以通过如下方法进行把握:利用SEM观察热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的截面,在每1个视野中测定3个位置的厚度,算出在3个视野中测定的9个位置的厚度的平均值。
此外,本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板也可以制成在其表面进一步具备化学转化处理被膜和/或涂膜的表面处理钢板。
应予说明,在本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板中使用的基体钢板没有特别限定,不仅可以使用与在通常的热浸镀Al-Zn系钢板中使用的钢板相同的钢板,也可以使用高张力钢板等。
(热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法)
接下来,对本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法进行说明。
本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法的特征在于,在含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg且剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成的镀覆浴中,浸渍基底钢板实施热浸镀后,将镀覆后的钢板以小于10℃/秒的平均冷却速度冷却至第1冷却温度、即上述镀覆浴的浴温~浴温-50℃,以10℃/秒以上的平均冷却速度从该第1冷却温度冷却至380℃。
根据上述制造方法,能够制造具有良好的平板部和端部的耐腐蚀性、并且加工部耐腐蚀性也优异的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板。
在本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法中,没有特别限定,但通常采用在连续式热浸镀设备中进行制造的方法。
在本发明的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板中使用的基底钢板的种类没有特别限定。例如可以使用经酸洗除锈的热轧钢板或钢带,或者将它们进行冷轧而得到的冷轧钢板或钢带。
另外,对上述前处理工序和退火工序的条件也没有特别限定,可以采用任意方法。
对于上述热浸镀的条件,只要能够在上述基底钢板上形成Al-Zn系镀覆被膜,就没有特别限定,可以按照常规方法进行。例如可以通过将上述基底钢板还原退火后,冷却至镀覆浴温附近,浸渍在镀覆浴中,然后进行擦拭而得到所希望的膜厚的镀覆被膜。
上述热浸镀的镀覆浴含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg,剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成。
另外,上述镀覆浴出于进一步提高耐腐蚀性的目,也可以进一步含有Ca。
此外,在上述镀覆浴中也可以合计含有0.01~10质量%的选自Mn、V、Cr、Mo、Ti、Sr、Ni、Co、Sb和B中的一种或二种以上。通过成为这样组成的镀覆浴,能够得到上述镀覆被膜。
应予说明,上述镀覆浴的温度只要是能够不使镀覆浴凝固地实施熔融Al-Zn-Mg-Si镀覆的温度,就没有特别限定,可以采用公知的镀覆浴温度。例如,Al浓度为55质量%的镀覆浴的温度优选为575~620℃,更优选为580~605℃。
另外,如上所述,Al-Zn系镀覆被膜由存在于与基底钢板的界面的界面合金层和存在于该界面合金层上的的主层构成。该主层的组成虽然在界面合金层侧Al和Si略微变低,但整体与镀覆浴的组成几乎等同。因此,镀覆主层的组成的控制可以通过控制镀覆浴组成而精度良好地进行。
然后,本发明的制造方法对上述热浸镀后的钢板以小于10℃/秒的平均冷却速度冷却至上述第1冷却温度,以10℃/秒以上的平均冷却速度从该第1冷却温度冷却至380℃。本发明人等的研究的结果可知:Mg2Si在镀覆浴的浴温~浴温-50℃左右(第1冷却温度)的温度区域容易生成,通过使到该第1冷却温度为止的冷却速度平均小于10℃/秒,从而在镀覆主层中Mg2Si生成的时间变长,生成量最大化,Mg2Si在镀覆主层整体中不会不均而微细且均匀地分散,结果能够得到优异的加工部耐腐蚀性。另一方面,可知在第1冷却温度~380℃为止的温度区域,单相Si容易析出,通过在第1冷却温度~380℃为平均10℃/秒以上的冷却速度,能够抑制单相Si的析出。
另外,从更可靠地防止单相Si析出的方面考虑,优选使第1冷却温度~380℃的平均冷却速度为20℃/秒以上,更优选为40℃/秒以上。
应予说明,在本发明的制造方法中除上述热浸镀时和热浸镀后的冷却条件以外,没有特别限定,可以按照常规方法来制造热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板。
例如也可以在热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板表面设置化学转化处理被膜(化学转化处理工序),或者在另外的涂覆设备中设置涂膜(涂膜形成工序)。
对于上述化学转化处理被膜,例如可以通过铬酸盐处理或无铬化学转化处理进行设置,所述铬酸盐处理或无铬化学转化处理是涂布铬酸盐处理液或无铬化学转化处理液,不进行水洗而进行钢板温度为80~300℃的干燥处理。这些化学转化处理被膜可以为单层也可以为多层,在为多层时,依次进行多个化学转化处理即可。
另外,作为上述涂膜的形成方法,可举出辊式涂布机涂覆、淋幕式涂覆、喷雾涂覆等。在涂覆含有有机树脂的涂料后,可以利用热风干燥、红外线加热、感应加热等方法进行加热干燥而设置涂膜。
实施例
接下来,对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
使用按照常规方法制造的板厚0.5mm的冷轧钢板作为基底钢板,在连续式热浸镀设备中,进行样品1~57的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造。
制造条件(镀覆浴温、第1冷却温度、冷却速度)以及镀覆被膜的条件(组成、Mg2Si的长径、Mg2Si的短径/长径、镀覆被膜的厚度、上述式(1)和式(2)的左边、主层中的Mg2Si的含量、主层截面中的Mg2Si的面积率、Mg2Si相对于Al的强度比、界面合金层的膜厚)示于表1。
应予说明,在作为样品的全部的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造中,镀覆浴的浴温为590℃。
另外,对于样品10,在镀覆后实施以200℃保持30分钟的处理。此外,对于样品11~13、20和21,镀覆被膜的组成为与专利文献2中公开的发明相同的范围,对于样品28、29和32,镀覆被膜的组成为与专利文献3中公开的发明相同的范围。
○Mg2Si的短径和长径
应予说明,对于热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品,利用光学显微镜(100倍)拍摄镀覆表面,随意选择5个Mg2Si测定各自的长径和短径,算出所测定的全部的长径和短径的平均值,由此导出Mg2Si的长径和短径。将得到的Mg2Si的长径(μm)和短径与长径之比示于表1。
○枝晶直径
另外,对于热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品,使用SEM以200倍观察经研磨的镀覆主层表面,在随意选择的视野中,选择枝晶臂排列3条以上的部分,沿着臂排列的方向测定距离后,将测定的距离除以枝晶臂的条数,由此算出枝晶直径。枝晶直径是在1个视野中测定3个位置,算出各自得到的枝晶直径的平均值,将其作为平均枝晶直径。将得到的枝晶直径示于表1。
(镀覆耐腐蚀性的评价)
(1)平板部和端部耐腐蚀性评价
对热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品进行日本汽车标准的复合循环试验(JASO-CCT)。JASO-CCT是如图6所示在特定条件下将盐水喷雾、干燥和湿润作为1次循环的试验。
对各样品的平板部和端部测定直到红锈产生为止的循环次数,按照以下基准进行评价。
◎:红锈产生循环次数≥600次循环
○:400次循环≤红锈产生循环次数<600次循环
△:300次循环≤红锈产生循环次数<400次循环
×:红锈产生循环次数<300次循环
(2)弯曲加工部耐腐蚀性评价
对于热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品,在内侧夹持3张相同板厚的板并实施180°弯曲加工(3T弯曲)后,在弯曲的外侧进行日本汽车标准的复合循环试验(JASO-CCT)。JASO-CCT是如图6所示在特定条件下将盐水喷雾、干燥和湿润作为1次循环的试验。
对各样品的加工部测定直到红锈产生为止的循环次数,按照以下基准进行评价。
◎:红锈产生循环次数≥600次循环
○:400次循环≤红锈产生循环次数<600次循环
△:300次循环≤红锈产生循环次数<400次循环
×:红锈产生循环次数<300次循环
[表1]
根据表1可知本发明例的各样品与比较例的各样品相比,平板部、端部和加工部中的任一者的耐腐蚀性均优异。
(实施例2)
对在实施例1中制造的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板中的多个样品(样品编号参照表2)施加了聚氨酯树脂系基础的化学转化被膜(Nihon Parkerizing株式会社制CT-E-364)。应予说明,化学转化被膜的附着量为1g/m2。
制造条件(镀覆浴温、第1冷却温度、冷却速度)以及镀覆被膜的条件(组成、Mg2Si的长径、Mg2Si的短径/长径、镀覆被膜的厚度、上述式(1)和式(2)的左边、主层中的Mg2Si的含量、主层截面中的Mg2Si的面积率、Mg2Si相对于Al的强度比、界面合金层的膜厚)示于表2。
(化学转化耐腐蚀性的评价)
(1)平板部和端部耐腐蚀性评价
对形成了化学转化被膜的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品进行日本汽车标准的复合循环试验(JASO-CCT)。JASO-CCT是如图6所示在特定条件下将盐水喷雾、干燥和湿润作为1次循环的试验。
对各样品的平板部和端部测定直到红锈产生为止的循环次数,按照以下基准进行评价。
◎:红锈产生循环次数≥700次循环
○:500次循环≤红锈产生循环次数<700次循环
△:400次循环≤红锈产生循环次数<500次循环
×:红锈产生循环次数<400次循环
(2)弯曲加工部耐腐蚀性评价
对于形成了化学转化被膜的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品,在内侧夹持3张相同板厚的板并实施180°弯曲加工(3T弯曲)后,在弯曲的外侧进行日本汽车标准的复合循环试验(JASO-CCT)。JASO-CCT是如图6所示在特定条件下将盐水喷雾、干燥和湿润作为1次循环的试验。
对各样品的加工部测定直到红锈产生为止的循环次数,按照以下基准进行评价。
◎:红锈产生循环次数≥700次循环
○:500次循环≤红锈产生循环次数<700次循环
△:400次循环≤红锈产生循环次数<500次循环
×:红锈产生循环次数<400次循环
根据表2可知本发明例的各样品与比较例的各样品相比,平板部、端部和加工部中的任一者的耐腐蚀性均优异。
(实施例3)
对于在实施例2中制造的施加了化学转化被膜的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的样品,依次涂布5μm的环氧树脂系的底漆层(Nippon Fine Coatings株式会社制JT-25)、15μm的三聚氰胺固化聚酯系的上涂层(Nippon Fine Coatings株式会社制NT-GLT),进行干燥,由此制造涂覆钢板的样品。
制造条件(镀覆浴温、第1冷却温度、冷却速度)以及镀覆被膜的条件(组成、Mg2Si的长径、Mg2Si的短径/长径、镀覆被膜的厚度、上述的式(1)和式(2)的左边、主层中的Mg2Si的含量、主层截面中的Mg2Si的面积率、Mg2Si相对于Al的强度比、界面合金层的膜厚)示于表3。
(涂覆耐腐蚀性的评价)
(1)弯曲加工部耐腐蚀性评价
对于涂覆钢板的各样品,在内侧夹持3张相同板厚的板并实施180°弯曲加工(3T弯曲)后,在弯曲的外侧进行日本汽车标准的复合循环试验(JASO-CCT)。JASO-CCT是如图6所示在特定条件下将盐水喷雾、干燥和湿润作为1次循环的试验。
对各样品的加工部测定直到红锈产生为止的循环次数,按照以下基准进行评价。
◎:红锈产生循环次数≥600次循环
○:400次循环≤红锈产生循环次数<600次循环
△:300次循环≤红锈产生循环次数<400次循环
×:红锈产生循环次数<300次循环
根据表3可知本发明例的各样品与比较例的各样品相比,加工部的耐腐蚀性优异。
(实施例4)
对于在实施例1中制造的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板中的多个样品(样品编号参照表4),分别剪断为90mm×70mm的尺寸后,与汽车外板用涂覆处理同样地进行作为化学转化处理的磷酸锌处理后,实施电沉积涂覆、中涂和上涂涂覆。
磷酸锌处理:使用Nihon Parkerizing公司制的作为脱脂剂的FC-E2001、NihonParkerizing公司制的作为表面调整剂的PL-X和Nihon Parkerizing公司制的作为磷酸锌处理剂的PB-AX35M(温度:35℃),在磷酸锌处理液的无氟浓度为200ppm、磷酸锌处理液的浸渍时间为120秒的条件下进行。
电沉积涂覆:使用关西喷图公司制的作为电沉积涂料的GT-100,以膜厚为15μm的方式实施电沉积涂覆。
中涂涂覆:使用关西喷图公司制的作为中涂涂料的TP-65-P,以膜厚为30μm的方式实施喷雾涂覆。
上涂涂覆:使用关西喷图公司制的作为中涂涂料的Neo6000,以膜厚为30μm的方式实施喷雾涂覆。
制造条件(镀覆浴温、第1冷却温度、冷却速度)以及镀覆被膜的条件(组成、Mg2Si的长径、Mg2Si的短径/长径、镀覆被膜的厚度、上述的式(1)和式(2)的左边、主层中的Mg2Si的含量、主层截面中的Mg2Si的面积率、Mg2Si相对于Al的强度比、界面合金层的膜厚)示于表4。
(涂覆耐腐蚀性的评价)
对于实施了涂覆处理的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的各样品,如图7所示,用胶带对评价面的端部5mm和非评价面(背面)进行密封处理后,在评价面的中央用切刀施加长度60mm、中心角90°的交叉切割伤直到到达镀覆钢板的钢基体的深度为止,将所得到的样品作为涂覆后耐腐蚀性的评价用样品。
使用上述评价用样品按图8所示的循环实施腐蚀促进试验(SAE J 2334)。从湿润开始腐蚀促进试验,进行到30次循环后为止,然后测定来自损伤部的涂膜膨胀最大的部分的涂膜膨胀宽度(最大涂膜膨胀宽度),按照下述基准评价涂覆后耐腐蚀性。将评价结果示于表4。
◎:最大涂膜膨胀宽度≤2.5mm
○:2.5mm<最大涂膜膨胀宽度≤3.0mm
×:3.0mm<最大涂膜膨胀宽度
根据表4可知Mg的含量超过5质量%的样品与5质量%以下的样品不同,最大涂膜膨胀宽度抑制为2.5mm以下,得到涂覆后耐腐蚀性优异的热浸镀Al-Zn系钢板。
因此,在本发明例的样品中,通过将镀层中的Mg含量分别控制在适当范围,从而得到具有优异的涂覆后耐腐蚀性的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板。
产业上的可利用性
根据本发明,能够提供具有良好的平板部和端部的耐腐蚀性、并且加工部耐腐蚀性也优异的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板以及该热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法。
Claims (9)
1.一种热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,是在钢板表面具有镀覆被膜的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,
所述镀覆被膜由存在于与基底钢板的界面的界面合金层和存在于该合金层上的主层构成,含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg,
所述镀覆被膜中的Mg和Si的含量满足以下的式(1),
MMg/(MSi-0.6)>1.7…(1)
MMg:Mg的含量(质量%),MSi:Si的含量(质量%)。
2.根据权利要求1所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述主层含有Mg2Si,所述主层中的Mg2Si的含量为1.0质量%以上。
3.根据权利要求1所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述主层含有Mg2Si,该主层的截面中的Mg2Si的面积率为1%以上。
4.根据权利要求1所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述主层含有Mg2Si,由X射线衍射得到的Mg2Si的(111)面相对于Al的(200)面的强度比为0.01以上,其中,Mg2Si的(111)面的面间距d=0.367nm,Al的(200)面的面间距d=0.202nm。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述界面合金层的厚度为1μm以下。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述主层具有α-Al相的枝晶部分,该枝晶部分的平均枝晶直径与所述镀覆被膜的厚度满足以下的式(2),
t/d≥1.5…(2)
t:镀覆被膜的厚度(μm),d:平均枝晶直径(μm)。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述镀覆被膜含有25~80质量%的Al、超过2.3质量%且为5质量%以下的Si和3~10质量%的Mg。
8.根据权利要求1~6中任一项所述的热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板,其特征在于,所述镀覆被膜含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过5质量%且为10质量%以下的Mg。
9.一种热浸镀Al-Zn-Mg-Si钢板的制造方法,其特征在于,在含有25~80质量%的Al、超过0.6质量%且为15质量%以下的Si和超过0.1质量%且为25质量%以下的Mg且剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成的镀覆浴中,浸渍基底钢板实施热浸镀后,将镀覆后的钢板以小于10℃/秒的平均冷却速度冷却至第1冷却温度、即所述镀覆浴的浴温~浴温-50℃,以10℃/秒以上的平均冷却速度从该第1冷却温度冷却至380℃。
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