JP2001316840A - 高耐食表面処理鋼板の製造方法 - Google Patents
高耐食表面処理鋼板の製造方法Info
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Abstract
著しく抑制するとともに、高温多湿環境下での表面の黒
変化に対しても大きな抑制効果を示し、かつ加工性にも
優れた表面処理鋼板の製造方法を提供する。 【解決手段】 亜鉛を30wt%以上含む亜鉛系めっき鋼板
の表面に、クロメート処理を施し、更に有機樹脂、Ca化
合物、およびシリカあるいはシリカ系化合物を含む処理
液を塗布し、板温60℃以上250℃以下で乾燥し、皮膜を
形成するとともに、該皮膜は、有機樹脂付着量が50mg/m
2以上5000mg/m2以下、Cr付着量が1mg/m2以上100mg/m2以
下、Ca付着量がCa/有機樹脂(重量比)として0.001以
上0.2以下、シリカあるいはシリカ系化合物付着量がSiO
2/有機樹脂(重量比)として0.001以上0.5以下である
こと。
Description
防食性を示し、高温多湿環境でもめっき表面が黒変化す
ることなく、また、加工によりめっきにクラックが生じ
ても優れた防食性を維持できる表面処理鋼板の製造方法
に関する。
外の腐食環境の厳しい部材の耐久性を向上させるため、
従来用いられている表面処理鋼板より優れた高耐食性材
料が強く要望されている。また、これらの用途では曲げ
加工等が施されるため、めっきにクラックが生じても鉄
の腐食進行を防止するために犠牲防食性に優れる亜鉛め
っき鋼板が用いられてきた。最近ではこれに加えて、Al
を1〜10%(以下「所謂5%Al系」と称す)または、Alを
40〜70%(以下「所謂55%Al系」と称す)含む耐食性に
優れるAl-Zn系合金めっき鋼板が多く用いられてきてい
る。これら3種類のめっき鋼板は、それぞれに下記のよ
うな特徴がある。
の、活性なめっき表面であるために水分と酸素の存在下
において容易に亜鉛酸化物である白錆が生成し外観品質
が低下するのみならず、亜鉛酸化物には高度な防食性が
期待できないために長期的な耐久性に限界がある。所謂
5%Al系は、Alの効果により亜鉛めっき鋼板より活性度
が低い表面を形成するために亜鉛めっきと比べて白錆が
発生しにくく耐久性にも優れるが、逆にごく薄い酸化物
の形成により表面が黒く変化し、外観品質を著しく低下
する問題がある。所謂55%Al系は、表面が更に安定して
いるために白錆発生が生じにくく、かつ黒変も生じにく
い。ただし、めっき皮膜が硬いために厳しい加工により
めっきにクラックが生じ、その部分からの腐食が進行し
Al成分を主体とした黒錆が発生し、加工部の外観品質が
大きく低下する欠点がある。
等の表面にクロメート処理を施すことにより耐食性を高
めた鋼板が利用されてきたが、めっき皮膜に欠陥が生じ
る加工部の耐食性、あるいは耐黒変性を最終製品として
必要とされているレベルまで改善可能なクロメート皮膜
は未だ見出されていない。
部耐食性を向上させる手段としては、有機樹脂をクロメ
ート皮膜に利用する方法が多く提案されている。この方
法によれば、加工等によるクロメート皮膜の損傷が軽減
されるために向上効果が認められるものの、特に所謂55
%Al系では加工により大きなめっきクラックが発生する
ために十分な効果が得られていない。また、所謂5%Al
系の課題である耐黒変性についても効果が得られていな
い。
酸等の添加は耐食性向上効果があり、一般的に高耐食化
のために用いられる手段であるが、これらでは加工部耐
食性向上に大きな効果が得られず、所謂5%Al系では添
加により耐黒変性が更に低下する傾向すら認められてい
る。
ことは、耐食性向上に効果があるものの、経済的に不利
になるばかりでなく、皮膜からのクロム溶出量が多くな
り、環境に対して悪影響を及ぼす可能性が生じるので避
けるべきである。
程で製造できることは、膨大な設備を必要とせず、かつ
製造が容易となるため最も望ましいといえる。したがっ
て、従来主に耐黒変性、あるいは塗装前処理として行わ
れてきたクロメート処理前にNi,Co,Fe等を付着させる特
殊な前処理を必要とせず、従来から用いられてきた方
法、中でも塗布型のクロメート処理方法により皮膜を形
成することが最も好まれている。
に鑑みてなされたものであって、高耐食性を示し、加工
部分からの腐食進行を著しく抑制するとともに、高温多
湿環境下での表面の黒変化に対しても大きな抑制効果を
示し、かつ加工性にも優れた表面処理鋼板の製造方法を
提供することを課題とする。
を解決するために鋭意研究の結果、新たな添加物とし
て、Caを含有した皮膜を形成することにより、Znを30%
以上含む亜鉛系めっき鋼板の加工部を含む耐食性が向上
できること、更に所謂5%Al系では耐黒変性に優れた皮
膜が形成できること、さらに所謂55%Al系では、Al成分
が多い硬いめっき皮膜であるために厳しい加工によりめ
っきにクラックが生じ、腐食環境でその部分から腐食が
進行して発生する黒錆を著しく抑制する効果のある皮膜
を塗布型クロメート処理工程で形成できる条件を見出
し、本発明を完成するに至った。上記課題を解決する本
発明の要旨は、以下のとおりである。
鋼板の表面に、クロメート処理を施し、更に有機樹脂、
Ca化合物、シリカあるいはシリカ系化合物を含む処理液
を塗布し、板温60℃以上250℃以下で乾燥し、皮膜を形
成するとともに、該皮膜は有機樹脂付着量が50mg/m2以
上5000mg/m2以下、Cr付着量が1mg/m2以上100mg/m2以
下、Ca付着量がCa/有機樹脂(重量比)として0.001以
上0.2以下、シリカあるいはシリカ系化合物付着量がSiO
2/有機樹脂(重量比)として0.001以上0.5以下となる
ように塗布し、板温60℃以上250℃以下で乾燥すること
を特徴とする高耐食表面処理鋼板の製造方法(第一発
明)。
鋼板が、Alを1〜10wt%含むZn-Al合金めっき鋼板である
ことを特徴とする前記(1)に記載の高耐食表面処理鋼
板の製造方法(第二発明)。
鋼板が、Alを40〜70wt%含むZn-Al合金めっき鋼板であ
ることを特徴とする前記(1)に記載の高耐食表面処理
鋼板の製造方法(第三発明)。なお、本明細書におい
て、めっき皮膜の成分を示す%は全てwt%である。
明する。 (鋼板の種類)本発明において、対象とする鋼板の種類
を限定したのは以下の理由による。すなわち、Znを30%
未満しか含まないめっき鋼板では、Znの犠牲防食性が劣
るためめっき皮膜に微小な欠陥が生じてもFeの腐食生成
物である赤錆が発生しやすい。したがって、鋼板の防食
性の観点よりZnを30%以上含むことが必要であるが、一
方Znは活性な金属であるためにめっき皮膜自体は腐食が
生じ易く、長期的な耐久性の観点からは限界がある。
して、Alとの合金めっき化が検討され、すでに実用化さ
れている。中でも、Alを1〜10%含み、場合によって更
にMg,MM等を添加しためっき鋼板(以下5%Al系と称
す)、Alを40〜70%と1〜3%のSiを含み、場合によって
更にTi等も添加されている合金めっき鋼板(以下55%Al
系と称す)が多く用いられている。本発明では、このよ
うなZnを30%以上含む亜鉛系めっき鋼板について、耐食
性を向上させることを目的とする。これに当てはまる現
在市場で用いられているめっき鋼板としては、電機亜鉛
めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、5%Al系めっき鋼
板、55%Al系めっき鋼板が挙げられる。
とにより耐久性が向上するものの高温多湿環境で表面が
黒変化し商品価値が著しく低下する問題がある。本発明
では、5%Al系の耐黒変性を向上し、係る問題点を解決
する。
性が向上するもののめっき皮膜が硬いため加工によりク
ラックが生じ加工部からの腐食が進行するとともに、Al
が多く含まれているため黒錆が多く発生し外観品質を大
きく低下させる問題がある。本発明では、55%Al系の加
工部耐黒錆性を向上し、係る問題点を解決する。
要に応じて、湯洗、あるいはアルカリ脱脂、場合によっ
ては表面にNi,Co,Fe等を付着させる前処理が施されたも
のであってもよい。
すこと)めっき鋼板の表面にクロメート処理を施すこと
により、表面が不動態化され耐食性を著しく向上させる
ことが可能となる。クロメート処理の条件は特に規定し
ないが、通常Cr還元率10〜40%のクロム酸に必要に応じ
て反応促進剤としてフッ化物、アニオン等を添加したも
のが用いられ、表面に塗布した後、乾燥されることによ
り皮膜が形成される。その付着量は、1mg/m2以上で効果
が発揮されるが100mg/m2を超える量を付着させてもそれ
以上の効果が認められず、着色による外観品質低下が目
立ってくるため好ましくない。
以下)めっき表面の皮膜には、有機樹脂が50mg/m2以上5
000mg/m2以下の範囲で含まれていることが必要である。
有機樹脂は、クロメート皮膜の耐食性を向上させる効果
があり、また加工に伴う表面傷発生を防止する効果もあ
るために必要となる。その効果は、付着量に依存し、有
機樹脂量として50mg/m2未満では耐食性向上効果を認め
られず、逆に5000mg/m2を超えて付着させると、加工時
に皮膜の剥離が生じ、剥離物が新たな表面傷発生の原因
となる場合があるため好ましくない。したがって、有機
樹脂付着量は、50mg/m2以上5000mg/m2以下、好ましくは
200mg/m2以上2500mg/m2以下とすべきである。
性の有機樹脂を用いる。有機樹脂の種類は、アクリル
系、アクリル−スチレン系、ウレタン系、ポリエステル
系のものを用いることが可能であるが、処理液として、
他の成分と安定して分散させるためにノニオン系の成分
を含んだ樹脂を用いることが望ましい。また、耐食性の
観点から、水溶性の樹脂より水分散性の樹脂(エマルジ
ョン樹脂)を用いることが望ましい。これらの有機樹脂
のなかで、コスト的に有利な乳化重合法による製造が可
能で、かつ耐食性、加工性に優れる樹脂としてアクリル
−スチレン系樹脂がある。アクリル−スチレン樹脂の中
のスチレンが占める割合が10%未満では耐食性が低下
し、70%を超えると加工性が低下する。したがって、ス
チレン/有機樹脂の比は、0.1〜0.7のアクリル−スチレ
ン系樹脂を用いることにより、安価で耐食性、可能性に
優れた皮膜を形成することが可能となる。また、酸価は
1未満では液の安定性が劣り、逆に50を超えると耐食性
が低下するため、酸価を1〜50にすることにより、液安
定性と高耐食性を両立させることが可能となる。
消泡剤等により、皮膜特性(皮膜密着性、耐食性、耐黒
変性、耐水性、塗料密着性、耐滑り性、テープ密着性、
ペフ密着性、発泡ウレタンとの密着性)、液の混和安定
性、あるいは機械的安定性が大きく影響を受けるが、そ
の他必要とする特性、使用状況に応じてより目的に合っ
たものを選択することが重要である。
1以上0.2以下)Caは、クロメート皮膜の耐食性を向上さ
せる効果があるとともに、5%Al系の問題である耐黒変
性、および55%Al系の問題である加工部耐食性を飛躍的
に向上させる効果がある。Caの効果は有機樹脂との比率
によって大きく影響され、Ca/有機樹脂で0.001未満で
は十分な効果が得られない。逆に0.2を超えると加工部
耐食性や耐黒変性は向上するが、長期の腐食環境にされ
されることにより、平板部の耐食性は低下する傾向が認
められる。したがって、Ca/有機樹脂(重量比)として
0.001以上0.2以下、好ましくは0.005以上0.1以下にすべ
きである。
O、あるいはリン酸との複合塩の状態で添加することが
可能であるが本発明においては特に規定しない。また、
皮膜形成時にCa成分が容易に溶解する状態では十分な効
果が得られないため、皮膜中で容易に溶解しない化合物
となるように処理液に添加しておくことが重要である。
ただし、本発明においてはCa化合物の添加方法を規定す
るものではない。
0.001以上0.5以下)SiO2を添加する理由は、クロメート
皮膜中にCaとともに含有させることにより、Caの耐食性
向上、および耐黒変性向上効果を飛躍的に高める作用を
有しているためである。 SiO2は、皮膜中にSiO2/有機
樹脂で0.001以上含まれることにより、Caによる耐食性
向上、あるいは耐黒変性向上効果を高める効果が得られ
る。また、0.5を超えると加工時に皮膜が剥離しやすく
なるため、0.5以下にすべきである。SiO2は、Caとの複
合化合物としての添加が可能である。
ロールコーター等を用いて塗布し、加熱乾燥、あるいは
熱風乾燥することにより皮膜を形成する。皮膜形成温度
は60℃以上とすることが必要であり、それ未満では、皮
膜中に残存する水分に由来する影響で耐食性、密着性に
劣る皮膜となる。また、最高到達板温が250℃を超えて
も特性上に改善効果を認められることなく、逆に耐食性
に劣る皮膜を形成する傾向がある。したがって、皮膜形
成のための乾燥板温は、60℃以上250℃以下にすべきで
ある。
すように、各種のめっき鋼板の表面にクロメート処理を
施し、更に所定の組成に調整した有機樹脂、Ca化合物、
およびシリカあるいはシリカ系化合物を含む処理液を塗
布し、表1〜2に示す最高到達板温で加熱乾燥し、表1〜2
に示す付着量の皮膜を形成したものを供試材とした。表
中のめっき欄の記号および以下の記載中の同様の記号は
以下のめっき鋼板を表す。 GI;溶融亜鉛めっき鋼板(めっき量;Z27、板厚0.5mm) 5Al;5%Al-Zn合金めっき鋼板(めっき量;Y22、板厚0.
5mm) 55Al;55%Al-Zn合金めっき鋼板(めっき量;AZ-150、
板厚0.5mm) Al;溶融Alめっき鋼板(めっき量;200g/m2、板厚0.5m
m)
方法としては、炭酸Caを硝酸水の中で溶解し、その中に
ケイ酸ソーダを加えることによる反応生成物を水洗ろ
過、さらに必要に応じて微粒子に粉砕したCa−ケイ酸化
合物(組成比CaO:SiO2として9:10)をベースと
し、必要に応じてシリカ(SiO2)、および炭酸Caを添加
することによりCa、SiO2比率を調整した複合塩として添
加する方法によった。
湿潤試験(50℃、>98%RH)を実施し、白錆発生面積が
10%以上となる時間で評価を行った。また、加工部の耐
食性を評価するために3T曲げ加工を施したサンプルにつ
いて湿潤試験600時間を行い、曲げ部の錆発生程度を下
記に示す基準に基づいて評価を行った。
8;白錆発生面積10%以上50%未満、黒錆発生面積10%
未満、6;白錆発生面積50%以上、黒錆発生面積10%未
満、4;黒錆発生面積10%以上50%未満、2;黒錆発生面
積50%以上、1;赤錆発生有
時間後の黒変化程度を下記に示す基準に基づいて評価を
行った。
25%未満、3;斜めから観察し、確認できる黒変部分25
%以上、2;正面から観察し、確認できる黒変部分有り
(25%未満)、1;正面から観察し、確認できる黒変部
分25%以上加工性を評価するために、先端が1mm×10mm
の平面になっているビードを一定荷重で供試材表面に押
付けた状態で幅30mmの供試材を一定速度で引抜く平板摺
動を実施した。押付け荷重の水準を変えて試験を行い、
めっき表面にかじりが生じる限界押付け荷重により評価
を行った。評価結果を表3に示す。
2は55Alに、No.13はAlにそれぞれ皮膜形成を行った例で
ある。本発明の皮膜を形成したNo.4,No.8,No.12は、Zn
を30%以上含むGI,5Al,55Alでは、それぞれのめっきの
課題である、平板部耐食性、耐黒変性、加工部耐食性を
従来のクロメート皮膜では達成できないレベルに向上さ
せる効果があり、かつ優れた加工性も有している。一
方、亜鉛を含まないNo.13は、加工部から赤錆が発生
し、加工部耐食性に劣る皮膜を形成される。
〜20はCr付着量の影響、No.21〜24はCa/樹脂、また、N
o.25〜28はSiO2/樹脂の影響を5Alを下地として検討した
例である。樹脂付着量が本発明範囲外では、特に加工性
が低下し、Cr量が少ない場合はすべての特性が低下す
る。ただし、過剰にCrが付着すると、耐食性、耐黒変
性、加工性については良好な特性を有する皮膜となる
が、着色が著しく外観品質の点で問題が生じる。また、
Ca、あるいはSiO2の添加量は耐黒変性、および耐食性に
大きく影響し、本発明範囲外ではいずれかが低下し、両
立が困難である。
乾燥温度が本発明範囲外では耐黒変性が劣る傾向が認め
られる。
30%以上含むめっき鋼板の表面形成することにより、無
塗装で用いられても高耐食性を発揮できる表面処理鋼板
が得られる。
っき鋼板の表面に形成することにより更に高耐食となる
とともに従来本めっきで問題となっていた耐黒変性にお
いても飛躍的に向上させることが可能となる。
鉛系めっき鋼板の表面に形成することにより、更に高レ
ベルの耐食性が得られるとともに、従来の課題であった
加工部耐食性も飛躍的な高耐食化が可能となる。
な皮膜を安定して製造することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 亜鉛を30wt%以上含む亜鉛系めっき鋼板
の表面に、クロメート処理を施し、更に有機樹脂、Ca化
合物、およびシリカあるいはシリカ系化合物を含む処理
液を塗布し、板温60℃以上250℃以下で乾燥し、皮膜を
形成するとともに、該皮膜は、有機樹脂付着量が50mg/m
2以上5000mg/m2以下、Cr付着量が1mg/m2以上100mg/m2以
下、Ca付着量がCa/有機樹脂(重量比)として0.001以
上0.2以下、シリカあるいはシリカ系化合物付着量がSiO
2/有機樹脂(重量比)として0.001以上0.5以下である
ことを特徴とする高耐食表面処理鋼板の製造方法。 - 【請求項2】 亜鉛を30wt%以上含む亜鉛系めっき鋼板
が、Alを1〜10wt%含むZn-Al合金めっき鋼板であること
を特徴とする請求項1に記載の高耐食表面処理鋼板の製
造方法。 - 【請求項3】 亜鉛を30wt%以上含む亜鉛系めっき鋼板
が、Alを40〜70wt%含むZn-Al合金めっき鋼板であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の高耐食表面処理鋼板の
製造方法。
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WO2006129682A1 (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Meira Corporation | 保護被膜形成用組成物、金属成型体の製造方法および金属成型体 |
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- 2000-04-28 JP JP2000130329A patent/JP3845443B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2006129682A1 (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Meira Corporation | 保護被膜形成用組成物、金属成型体の製造方法および金属成型体 |
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