JP2002146560A - 耐候性に優れた建材用Cr含有鋼板 - Google Patents

耐候性に優れた建材用Cr含有鋼板

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JP2002146560A
JP2002146560A JP2000335515A JP2000335515A JP2002146560A JP 2002146560 A JP2002146560 A JP 2002146560A JP 2000335515 A JP2000335515 A JP 2000335515A JP 2000335515 A JP2000335515 A JP 2000335515A JP 2002146560 A JP2002146560 A JP 2002146560A
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plating
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steel
less
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Akihiko Takahashi
明彦 高橋
Masamitsu Tsuchinaga
雅光 槌永
Jun Maki
純 真木
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】錫−亜鉛系溶融めっきにて、比較的低廉である
にも係わらず優れた耐候性を有する建材用Cr含有鋼板
を提供する。 【解決手段】質量%でCrを7〜20%含有する被めっ
き鋼板表面に、Fe,CrおよびSnを合計で50%以
上を含有し厚みが0.05〜1.5μmの合金層を有
し、その表面に厚みが2.0〜15.0μmのSn基め
っき層を有することを特徴とする耐候性に優れた建材用
Cr含有鋼板。ならびに、Sn基めっき層が、Zn:2
0%以下を含有し、あるいはさらにCr:5%以下、M
n:5%以下、Ti:5%以下、Al:5%以下、C
d:5%以下、Mg:5%以下の1種または2種以上
を、Znとの合計で20%以下含有し、残部がSnおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする耐候性に優
れた建材用Cr含有鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として屋根や壁
などの建材に使用される耐候性に優れたCr含有鋼板に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、屋根や壁などに使用される、
いわゆる建材向けで耐食性を有するCr含有鋼として、
オーステナイト系ステンレス鋼のSUS304が一般的
に用いられている。しかしながらSUS304は、一般
の大気腐食環境において発銹が避けられず、経時劣化が
生じる。そこで、海岸地帯などの塩害の厳しい場所にお
ける構造物では、SUS304よりも高耐食のフェライ
ト系ステンレス鋼、例えば、22Cr−Mo系やさらに
高耐食の30Cr−Mo系といった高級ステンレス鋼が
使用される場合がある。
【0003】一方このような高級化に対して、SUS4
30のように比較的廉価なフェライト系ステンレス鋼を
基材として、表面処理を施し耐候性を持たせた表面処理
ステンレス鋼が建材として開発されている。一例とし
て、Znめっきを行ったステンレス鋼が提案されている
(例えば特開平3−226583号公報)。この鋼板表
面は、黒灰色を呈することから、金属光沢色に対して意
匠性を有することを特徴としている。一方、金属光沢を
有する建材向け表面処理としては、Sn−Pb合金(タ
ーン)をめっきした鋼板がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ステンレス建材として
汎用されているSUS304は、大気腐食環境での耐候
性に限界があり、発銹による表面の経時劣化が避け難
い。しかし、Crを多量に含有し、さらにMoを添加し
た高級なステンレス鋼を汎用したのでは建材として高価
になりすぎる。
【0005】これら裸使用に対するものとしてステンレ
ス鋼の表面処理があるが、上述のZnめっきでは、表面
の風合いが黒灰色であるため、限定した用途での適用と
ならざるを得ない。また、表面色調に汎用性がある表面
処理ステンレス鋼板としてターンめっきが考えられる。
しかしながらPbは環境負荷物質であるため、近年の地
球環境認識の高まりの中で、Pbが溶出する可能性があ
るターンめっきを建材として使用することは制限される
と考えられる。
【0006】以上の従来技術の課題は次のように纏めら
れる。即ち、ステンレス鋼を裸使用する場合、汎用鋼で
は耐候性が十分とは言えず、経時劣化を避けるためには
高級ステンレスを使用せざるを得ないという経済的な不
合理がある。一方、表面の経時劣化を避けるためにステ
ンレス鋼に表面処理を施す場合、表面の風合いが限定さ
れたり、また環境負荷物質を含んだりするために使用が
限定される。
【0007】そこで本発明では、比較的低廉なCr含有
鋼板を基板として、金属光沢を有し、かつ環境負荷物質
を含まないめっきを施すことにより、大気腐食環境にお
ける表面の経時劣化が小さく、建材として経済的な材料
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ターンと
同様にSnをベースとして鉛を含まない(不可避的不純
物は除く)めっき層を有する、耐候性に優れたCr含有
鋼板を提供することを目的に、めっき組成・皮膜構造・
構成等を種々検討し、本発明をなすに至ったものであ
る。
【0009】即ち本発明は、(1) 質量%でCrを7
〜20%含有する被めっき鋼板表面に、Fe,Crおよ
びSnを合計で50質量%以上を含有し厚みが0.05
〜1.5μmの合金層を有し、その表面に厚みが2.0
〜15.0μmのSn基めっき層を有することを特徴と
する耐候性に優れた建材用Cr含有鋼板。および、
(2) Sn基めっき層が、質量%でZn:20%以下
を含有し、残部がSnおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする前項(1)に記載の耐候性に優れた建材
用Cr含有鋼板。ならびに、(3) Sn基めっき層
が、質量%で、Zn:20%以下、および、Cr:5%
以下、Mn:5%以下、Ti:5%以下、Al:5%以
下、Cd:5%以下、Mg:5%以下の1種または2種
以上を、Znとの合計で20%以下含有し、残部がSn
および不可避的不純物からなることを特徴とする前項
(1)に記載の耐候性に優れた建材用Cr含有鋼板であ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。熱間圧延・焼鈍(場合によっては省略)・酸洗・
冷間圧延・焼鈍等の一連の工程を経た焼鈍済みの鋼板、
または冷間圧延材を非めっき材として、圧延油あるいは
酸化膜の除去等の前処理を行った後、めっきを行う。鋼
成分については、大気環境中での耐食性を得るために少
なくとも7%以上のCrの含有が必要である。Crの含
有は、めっき層の溶出後の耐食性、工業的には避け難い
めっき層の欠陥部の耐食性を得るために必要である。ま
たCrは、めっきの過程でめっき層に取り込まれ、めっ
き層自体の耐食性を向上する効果も期待できる。
【0011】本発明は、皮膜を構成する成分とその厚み
を特定した所に特徴があり、製造方法を特定するもので
はないが、溶融めっき法が適当である。溶融めっき法を
推薦する最大の理由はめっき付着量の確保のためであ
る。電気めっき法でも長時間の電解を行えばめっき付着
量は確保できるが、経済性に問題がある。本発明で狙う
めっき付着量範囲は2.0〜15.0μm(片面)、合
金層厚みを加味すれば約2.0〜16.5μmと比較的
厚目付の領域であり、溶融めっき法が最適である。
【0012】大気環境での腐食は、基本的には塩化物イ
オンの濃縮によって引き起こされる塩害である。塩害環
境下での耐食性を調べたところ、Snを80.0質量%
を超えて含有するSn基めっきが優れた耐食性を発揮す
ることが確認された。Sn単独皮膜の場合、めっき金属
のCr含有基板に対する犠牲防食機能が不安定なため、
工業的には必ず存在するめっき層のピンホール部での腐
食が問題となる。これを防止するためには、Snの電位
を基板より卑になるようにすれば良い。Znを1%以上
添加すればSnの電位を基板より卑になるようにするこ
とが可能であるが、20%を超えて多量に添加すると、
Znのみが優先溶解するようになり、Znの白錆による
表面の色調劣化が顕著になる。従って、Sn基に好まし
くは1%以上で20%以下のZnを添加することが望ま
しい。
【0013】また本発明の合金層には、Zn≦20%に
加えて、Cr≦5%、Mn≦5%、Ti≦5%、Al≦
5%、Cd≦5%、Mg≦5%の1種又は2種以上を、
Znとの合計で20%以下含有するのが好ましい。添加
の主体はZnであり、犠牲防食能を付与させる。Znの
みでは量が増えた場合、白錆が発生しやすくなる傾向に
ある。Zn以外の添加元素は、Znの白錆を改質する効
果があり、腐食生成物が緻密に安定化することにより、
耐食性を向上させる。従って、添加助剤としてZnより
少量を添加させるとよい。これら副添加物は各々5%以
下で十分である。
【0014】次に、金属めっき層の厚みの限定理由であ
るが、2.0μm未満では、鋼板の成形時の加工により
局部的にミクロ欠陥(基板が露出する所)が発生し、耐
食性が劣化する。付着量が増加すると共に耐食性は向上
するが、低融点金属のため溶接性等の問題が生じると共
に、Snは比較的高価な金属であり、過度な付着は経済
的にも不利である。そのため、金属めっき層の上限厚み
は15.0μmとした。
【0015】本発明では、これらのSn基合金の下に、
基板との強固な密着性と良好な耐食性を得るための合金
層が必要である。めっきピンホールの発生を防止し均一
で耐食性良好なめっき皮膜を得るためには、被めっき表
面とめっき金属が良く濡れる(合金化する)ことが重要
である。
【0016】合金層は、良く濡れるためには一定量生成
しなければならないが、硬くて脆いため加工時にクラッ
クを生じ易く、ある厚みよりも厚くなると合金層外側の
めっき層にクラックが伝播しめっき層中に割れを生ずる
こととなり、めっき剥離やめっき層のダメージによる耐
食性劣化の原因となる。この様なめっき剥離は、めっき
種・厚み・鋼種と非常に大きな関連があり、本発明の場
合、合金層厚みは0.05〜1.5μmの範囲にあるこ
とが必要である。
【0017】濡れ性の改善のためには、めっき直前の鋼
板表面を変化させることが有効である。鋼板の製造工程
において、鋼板表面に形成されるCr含有酸化物は除去
し難いため、めっき性を阻害する。この影響を排除する
ため、めっき直前の鋼板表面にSnと反応しやすいN
i,Co,Cu等をめっきし、濡れ性を改善するとよ
い。Ni,Co,Cu等は単体でめっきしても良いし、
鉄との合金、あるいはこれら金属同士の合金であっても
良い。めっき量としては鋼板表面を均一に覆う程度、例
えば0.1〜2.0g/m2 程度で十分である。めっき
後の製品としては、Ni,Co,Cuの1種または2種
以上を0.5%以上を合金層中に含有することになる
が、主体は金属めっき層を構成するSn、Zn、その他
副添加物と基板が反応して形成されるものであり、合金
層の組成の50%以上が(Fe+Cr+Sn)で構成さ
れる。
【0018】
【実施例】以下、本発明に係わる優れた耐候性を有する
Cr含有鋼板の実施例を示す。表1に本発明、比較例で
示すCr含有鋼板の主な化学成分を示す。実施例におけ
る被めっき鋼板は、板厚1.0mmの焼鈍・酸洗済み鋼
板に、表2の下地めっきを行った後、塩化亜鉛および塩
酸を含むめっき用フラックスを塗布し、表2のSn基め
っき浴に導入した。めっき浴と鋼板表面を十分に反応さ
せた後、鋼板を引出し、ガスワイピング法によってめっ
き付着量調整を行い、急冷した。なお、合金層の厚み
は、めっき浴と鋼板表面との反応時間で調整した。この
結果、表3の合金層、めっき層を形成した。
【0019】以上のようにして得られためっき鋼板なら
びに比較のためにめっき前の鋼板に対して、CCT(複
合サイクル腐食)試験〔1サイクル毎に人工海水35℃
噴霧×4h+60℃温風乾燥×2h+湿潤(湿度>95
%)50℃×2h〕を30サイクルまで行って、耐候性
を評価した。本腐食環境の厳しさは、11%Cr鋼の裸
使用の場合、海岸地帯の厳しい塩害環境で約10年の暴
露を行ったことに相当する。CCT試験終了後、試験片
の表面の発銹状況を調べ、ステンレス協会のレイティン
グ(SARN)に従って評価した。
【0020】SARN10では全く発銹が起こっておら
ず、順次SARN1まで数字が小さくなるのに応じて、
発銹の程度が進んでいることを示す。また、加工後の耐
食性を確認するために、表3の本発明3、本発明4、比
較例4、比較例5の鋼板について、90°曲げ曲げ戻し
後の試験片を用いて、加工なしの鋼板と同じ条件のCC
Tを10サイクルまで行い、発銹状況を評価した。
【0021】表4に加工なしの場合のCCT試験結果を
示す。裸使用の場合、鋼B(11%Cr)、鋼D(SU
S304)のSARNは、それぞれ、1、7となり、鋼
Bでは著しく腐食が生じる。これに対して、本発明のめ
っきを施した鋼板では、鋼Bであっても、SARNで5
〜7(本発明3、4、5)に耐食性が改善される。すな
わち、11%程度のCr含有量であっても、SUS30
4に匹敵する耐候性を得ることができる(本発明4の場
合)。
【0022】さらに、Cr含有量が7%であっても(鋼
A)、鋼Bの裸使用よりも大幅に耐候性が改善されてお
り、使用条件を選定すれば、耐食材料としての適用が可
能である。また、Crを17%含有する鋼Cの場合、め
っき層の組成や厚さを好適にすれば、SUS304の裸
使用よりもさらに耐候性をよくすることができる(本発
明8、9、10)。すなわち8%のNiを節約したにも
かかわらず、本発明を適用することによりそれを上回る
高耐食性を得ることができる。
【0023】表5に加工あり(90°曲げ曲げ戻し)の
場合のCCT試験結果を示す。合金層の厚みが本発明の
範囲を逸脱する比較例4、5の場合は、サイクル数が1
0サイクルでも加工による耐候性の低下が見られるのに
対して、同じ鋼組成で本発明に関わる本発明3、4の場
合は、良好な耐候性を維持している。
【0024】以上のように、本発明に関わる条件に従う
場合、CCT試験による発銹の進展が小さく、優れた耐
候性を有する。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】
【表4】
【0029】
【表5】
【0030】
【発明の効果】本発明によって、比較的低廉なCr含有
鋼板を基板として、環境負荷物質を含まないSn基めっ
きを施すことにより、大気腐食環境における表面の経時
劣化が小さく、建材として経済的な材料を提供すること
ができるようになったので、その工業価値は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C23C 2/40 C23C 2/40 (72)発明者 真木 純 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 Fターム(参考) 4K027 AA05 AA22 AB05 AB28 AB46 AC02 AC15 AC52 AC73 AE23 4K044 AA02 AB02 BA06 BA10 BB03 BC02 CA11 CA18 CA53

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%でCrを7〜20%含有する被め
    っき鋼板表面に、Fe,CrおよびSnを合計で50質
    量%以上を含有し厚みが0.05〜1.5μmの合金層
    を有し、その表面に厚みが2.0〜15.0μmのSn
    基めっき層を有することを特徴とする耐候性に優れた建
    材用Cr含有鋼板。
  2. 【請求項2】 Sn基めっき層が、質量%でZn:20
    %以下を含有し、残部がSnおよび不可避的不純物であ
    ることを特徴とする請求項1記載の耐候性に優れた建材
    用Cr含有鋼板。
  3. 【請求項3】 Sn基めっき層が、質量%で、Zn:2
    0%以下、Cr:5%以下、Mn:5%以下、Ti:5
    %以下、Al:5%以下、Cd:5%以下、Mg:5%
    以下の1種または2種以上を合計で20%以下含有し、
    残部がSnおよび不可避的不純物であることを特徴とす
    る請求項1記載の耐候性に優れた建材用Cr含有鋼板。
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