JP2002356759A

JP2002356759A - 耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材

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Publication number: JP2002356759A
Application number: JP2002071259A
Authority: JP
Inventors: Shiro Fujii; 史朗藤井; Masao Kurosaki; 將夫黒崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP3718479B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金め
っき鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ａｌ：２５〜７５％、Ｃｒ：
０．０５〜５％、Ｓｉ：Ａｌの含有量の０．５〜１０％
を含有し、残部はＺｎ及び不可避的不純物からなるめっ
き層を表面に有することを特徴とする耐食性に優れる溶
融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材。前記めっき層が、
Ｍｇ：０．１〜５質量％を、さらに含有すること、ま
た、前記めっき層と鋼材との界面に、Ｃｒを含有する合
金化層を、さらに有することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建材、自動車、家
電用途に使用される溶融Ｚｎ系めっき鋼材に関するもの
である。特に、主として建材用途分野で要求される高耐
食性能を有する耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合
金めっき鋼材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋼材の表面にＺｎめっきを施
して鋼材の耐食性を改善することは、広く知られてお
り、現在もＺｎめっきが施された鋼材は大量に生産され
ている。しかしながら、多くの用途に対してＺｎめっき
のみでは耐食性が不充分な場合がある。そこで近年Ｚｎ
よりも鋼材の耐食性を一層向上させるものとして、溶融
Ｚｎ−Ａｌ合金めっき鋼板（ガルバリウム鋼板）が使用
されている。例えば、特許第１６１７９７１号に開示さ
れている溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっきは、２５〜７５重量
％のＡｌと、Ａｌ含有量の０．５％以上のＳｉ、及び残
部は本質的にＺｎより成る合金めっきを施すことが開示
されており、実際にも耐食性が優れると共に鋼材への密
着性が良好で、かつ外観の美麗な溶融Ｚｎ−Ａｌ合金め
っき層が得られるものである。

【０００３】溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっきを施した鋼材
は、従来のＺｎ系めっきを施した鋼材に対して各段に優
れた耐食性を示すものであったが、近年の主として建材
用途分野での更なる耐食性向上要求に応えるには不充分
である。一方、Ｚｎの耐食性を向上させる別の方法とし
て、めっき層にＣｒを添加するＺｎ−Ｃｒ系合金めっき
が提案されている。特許第２１３５２３７号に開示され
ているＺｎ−Ｃｒ合金めっきはめっき層にＣｒ５％超〜
４０％以下、残部ＺｎからなるＺｎ−Ｃｒ系合金電気め
っき層を施すことが開示されており、従来のＺｎ系めっ
きを施した鋼板に比較して優れた耐食性を示すものであ
る。

【０００４】しかし、本技術は電気めっき法を用いてＺ
ｎ−Ｃｒ合金めっき皮膜を析出させる為、Ａｌを同時に
析出させることが不可能であり。Ａｌ添加による耐食性
向上効果が得られない欠点があった。溶融Ｚｎめっき法
においてもＣｒ添加による耐食性向上を行うことが試み
られてきたが、Ｚｎ−Ｃｒの２元系の場合では４６０℃
の溶融Ｚｎめっき浴中にＣｒは最大でも１重量％以下し
か溶解させることができす、Ｃｒ添加による耐食性向上
効果を充分に得ることは不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点を解決し従来技術を大幅に上回る高耐食性を有す
る溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材を提供すること
を課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、ガルバリウ
ム鋼板のめっき組成であるＺｎ−５５％Ａｌを中心とす
るめっきに種々の合金元素を添加し、その添加可能な量
や添加による耐食性向上効果を検討してきた。その結
果、Ａｌ：２５〜７５質量％含有するめっきはＣｒを５
質量％程度含有することができ、Ｃｒの含有により耐食
性が著しく向上できることを見出し、最適なめっき組成
を限定するに至って本発明を完成させたもので、その要
旨とするところは、以下の通りである。

【０００７】（１）質量％で、Ａｌ：２５〜７５％、Ｃ
ｒ：０．０５〜５％、Ｓｉ：Ａｌの含有量の０．５〜１
０％を含有し、残部はＺｎ及び不可避的不純物からなる
めっき層を表面に有することを特徴とする耐食性に優れ
る溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材。（２）前記めっき層が、Ｍｇ：０．１〜５質量％を、さ
らに含有することを特徴とする前記（１）に記載の耐食
性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材。（３）前記めっき層と鋼材との界面に、Ｃｒを含有する
合金化層を、さらに有することを特徴とする前記（１）
または（２）に記載の耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−
Ｃｒ合金めっき鋼材にある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっ
き鋼材は、めっき層の組成としてＡｌ：２５〜７５質量
％、Ｃｒ：０．０５〜５質量％、Ｓｉ：Ａｌ含有量の
０．５〜１０質量％を含有し、残部はＺｎ及び不可避的
不純物であることを特徴とし、Ｍｇ：０．１〜５質量％
を、さらに含有することが好ましい。ここで、被めっき
鋼材とは、鋼板、鋼管及び鋼線等の鉄鋼材料である。め
っき層の組成として、Ａｌは２５〜７５質量％とする。
Ａｌが２５質量％未満の場合は裸耐食性が低下し、一
方、７５質量％を超えると切断端面の耐食性が低下す
る。また、合金めっき浴の温度を高く維持する必要が生
じ製造コストが高くなるなどの問題が生じる。

【０００９】めっき層の組成として、Ｃｒは０．０５〜
５質量％とする。Ｃｒが０．０５質量％未満の場合は耐
食性向上効果が不充分であり。５質量％を超えるとめっ
き浴のドロス発生量が増大する等の問題が生じる。耐食
性の観点からは１質量％を超えて含有されることが好ま
しい。ここでＣｒは一部めっき層の最表層に濃化し、又
めっき層と素地鋼板界面にＦｅ−Ａｌ系合金化層を形成
する場合は合金化層に大部分が濃化する。最表層に濃化
したＣｒは不働態化皮膜を形成し主としてめっき層の初
期耐食性を向上に寄与すると考えられる。又、Ｆｅ−Ａ
ｌ系合金化層に濃化したＣｒは腐食進行に伴いめっき層
が溶解し素地鋼材表面の一部が露出する段階で、Ｃｒに
よる不働態化作用により素地鋼材の腐食を抑制、耐食性
を向上させるものと考えられる。

【００１０】めっき層の組成として、ＳｉはＡｌ含有量
の０．５質量％以上添加する。鋼板にめっき層を形成す
るにあたり、鋼板表面とめっき層との界面におけるＦｅ
−Ａｌ系合金層が過剰に厚く形成されることを抑制し
て、鋼板表面とめっき層の密着性を向上することができ
る。また、Ａｌ含有量の１０質量％を超えて含有すると
Ｆｅ−Ａｌ合金化層の形成を抑制する効果が飽和すると
共に、めっき層の加工性の低下を招くおそれがあるの
で、Ａｌ含有量の１０質量％を上限とする。めっき層の
加工性を重視する場合はＡｌ含有量の５質量％を上限と
することが好ましい。

【００１１】めっき層の組成として、Ｍｇを０．１〜５
質量％含有させることにより、更に高い耐食性を得るこ
とができる。０．１質量％未満の添加では耐食性向上効
果が見られない。一方、添加量が５質量％を超える場合
は耐食性向上効果が飽和するばかりでなく、めっき浴の
ドロス発生量が増大する等の問題を生じる。めっき層の
組成としてＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉを除く残部は亜鉛及び不可
避的不純物である。ここで不可避的不純物とは、Ｐｂ、
Ｓｂ，Ｓｎ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔｉ等の
めっき合金原料の製造過程で不可避的に混入する元素及
びめっき鋼材製造過程で鋼材より、又はめっき釜材料よ
りめっき浴中に溶解混入する元素を意味し、これら不可
避的不純物の含有量が合計で１重量％迄含まれても良
い。

【００１２】めっき付着量は、特に限定するものではな
いが、薄すぎるとめっき層による耐食性向上効果が不足
する一方で、厚すぎるとめっき層の折り曲げ加工性が低
下しクラック発生等の問題が生じやすくなることから、
鋼材の表裏両面合わせて４０〜２５０ｇ／ｍ²とするこ
とが好ましい。めっき層の形成後に熱処理などにより、
めっき層と鋼材の界面にＣｒを含有する合金化層を形成
することにより耐食性を向上させることができる。Ｃｒ
は合金化層全体の平均で０．１質量％以上含有されてい
ることが好ましい。合金化層はめっき層と鋼材が相互に
拡散することによって形成されるので、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｒの他にめっき層成分のＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇや鋼材の合金
成分が含有される。

【００１３】合金化層の存在はめっき層断面のＥＰＭＡ
分析、ＧＤＳ分析により確認できる。合金化層の膜厚は
特に限定されるものではないが、０．０５μｍ以上で形
成したことによる効果が得られ、一方、厚くなり過ぎる
とめっき層の折曲げ加工性が低下するので好ましくは２
μｍ以下が良い。また、合金化層の形成は、被めっき鋼
材を溶融めっき浴に浸漬した直後より開始し、その後め
っき層が凝固完了、めっき鋼材の温度が約４００℃以下
となる迄進行する。したがって、合金化層の厚さの制御
方法はめっき浴温度、被めっき鋼材浸漬時間、めっき後
冷却速度等を調整することで可能である。適正な合金化
層を有するめっき層の形成条件は、特に限定するもので
はないが、例えば５５０〜６５０℃の溶融金属浴に、鋼
材を１〜１０秒間浸漬した後、２０〜４０℃／秒の冷却
速度で冷却することにより、合金めっき鋼材を得ること
ができる。

【００１４】図１に本発明に属す合金化層を有するめっ
き鋼材のめっき層断面顕微鏡写真、図２に同じくめっき
層断面のＥＰＭＡ分析結果、図３にめっき層組成のＧＤ
Ｓ分析結果の一例を示す。めっき層と素地鋼材界面にＦ
ｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ含有合金層が存在し、その上層に
は主としてＺｎ、Ａｌ、Ｓｉより構成されるめっき層が
存在することが分かる。本発明の合金めっき鋼材を製造
するにあたっては、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、及びＭｇ
を所望のめっき層の組成と同一の配合割合で含む溶融金
属浴に、基材となる鋼材を浸漬させる等の公知の手段を
用いることができる。

【００１５】被めっき鋼材をめっき浴に浸漬する前に被
めっき鋼材のめっき濡れ性、めっき密着性を改善する等
の目的で、アルカリ脱脂処理、酸洗処理を施しても良
い。又、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、他の薬剤を用い
たフラックス処理を施しても良い。被めっき鋼材をめっ
きする方法して、無酸化炉→還元炉もしくは全還元炉を
用いて被めっき鋼材を加熱還元焼鈍した後、めっき浴に
浸漬引き上げを行う。続いてガスワイピング方式で所定
のめっき付着量制御を行い、その後冷却する工程を連続
的適用する方法を用いることができる。

【００１６】めっき浴の調合方法として、本発明に示さ
れる範囲の組成に予め調合された合金を加熱溶解しても
良いし、各金属単体もしくは２種以上の合金を組み合わ
せて加熱溶解し所定の組成にする方法を適用しても良
い。加熱溶解方法として鋼材めっき浴に直接溶解する方
法を用いても良いし、又、予備溶解炉で事前に溶解した
のち鋼材めっき浴に移送する方法を用いても良い。予備
溶解炉を用いる方法は設備設置費用が高くなるものの、
めっき合金溶解時に発生するドロス等の不純物除去がし
やすい、めっき浴の温度管理がしやすい等の利点があ
る。めっき浴の表面が大気と接することで発生する酸化
物系のドロス発生量を低減させる目的でめっき浴表面に
セラミックス、ガラスウール等の耐熱物で覆っても良
い。

【００１７】また、本発明の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金
めっき鋼材の表面に、ポリエステル樹脂系、アクリル樹
脂系、フッ素樹脂系、塩化ビニル樹脂系、ウレタン樹脂
系、エポキシ樹脂系等の塗料を、ロール塗装、スプレー
塗装、カーテンフロー塗装、ディップ塗装、あるいはア
クリル樹脂フィルム等のプラスチックフィルムを積層す
る際のフィルムラミネート等の方法により塗工すること
により塗膜を形成した場合、腐食性雰囲気下で平面部、
切断端面部、及び折り曲げ加工部において優れた耐食性
が発揮させることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明する。表１に示す組成の溶融めっき金属槽に被めっ
き鋼材を浸漬することにより合金めっき鋼材を製造し
た。ここで、本発明例Ｎｏ．１〜１５及び比較例Ｎｏ．
１６〜１８は板厚０．８ｍｍの冷延鋼板をめっき前にア
ルカリ脱脂、Ｎ₂−１０％Ｈ₂雰囲気中で８００℃迄加
熱還元焼鈍し、続いて５８０℃迄冷却した後、６００℃
の溶融めっき金属層に２秒間浸漬した。３０℃／秒の冷
却速度で冷却、合金めっき層を表面に形成した。めっき
付着量は片面で約６０ｇ／ｍ²とした。実施例１２は板
厚２．０ｍｍの熱延鋼板をめっき前にアルカリ脱脂、硫
酸酸洗した後、塩化亜鉛及び塩化アンモニウムを含むフ
ラックス処理を施した後、６００℃の溶融めっき金属槽
に１０秒間した。３０℃／秒の冷却速度で冷却、合金め
っき層を表面に形成した。めっき付着量は片面で約６０
ｇ／ｍ²とした。上記のようにして得られた合金めっき
鋼材を、１００×５０mmの寸法に切断し、下記評価試験
を行った。

【００１９】

【表１】

【００２０】（裸耐食性評価）合金めっきした鋼材の塩
水噴霧試験を２０日間行った。めっき腐食減量の測定方
法は、腐食試験後材をＣｒＯ₃２００ｇ／ｌの処理浴に
温度８０℃で３分間浸漬、腐食性生物を溶解除去した。
腐食に伴うめっき腐食減量を重量測定した。下記評価基
準にて裸耐食性を判定した。 ◎：めっき腐食減量５ｇ／ｍ²以下 ○：めっき腐食減量５ｇ／ｍ²超１０ｇ／ｍ²以下 △：めっき腐食減量１０ｇ／ｍ²超２０ｇ／ｍ²以下 ×：めっき腐食減量２０ｇ／ｍ²超 ○以上を合格とした。

【００２１】（塗装後耐食性評価）合金めっきを施した
鋼材の両面に、クロメート系塗装下地処理（日本パーカ
ライジング株式会社製、品番「１３００ＡＮ」）にてク
ロム付着量が３０〜５０ｍｇ／ｍ²になるように付着乾
燥させ、エポキシ系下塗り（日本ペイント株式会社製、
品番「Ｐ−１５２Ｓ」にて５μｍの塗膜を焼付塗装した
後、ポリエステル系上塗り（日本ペイント株式会社製、
商品名「ニッペスーパーコート３００ＨＱ」）にて２０
μｍの塗膜を焼付塗装して、塗装合金めっき鋼材を得
た。この塗装合金めっき鋼材に切断加工を施した後、沖
縄の海岸地域で１年間屋外曝露試験した後、下記評価基
準にて切断端面からの腐食状況を評価し、その結果を表
１に示した。

【００２２】（切断端面部） ◎：全くブリスター無し ○：端部からのブリスター幅が２ｍｍ未満 △：端部からのブリスター幅が２ｍｍ以上、５ｍｍ未満 ×：端部からのブリスター幅が５ｍｍ以上 ○以上を合格とした。

【００２３】表１から明らかなように、本発明例Ｎｏ．
１〜１５は何れも良好な裸耐食性、塗装後耐食性を示
す。これに対し比較例Ｎｏ．１６はＣｒを含有しない従
来技術の高耐食性溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼材であ
るが本発明例に比較して裸耐食性、塗装後耐食性ともに
劣る。また、比較例Ｎｏ．１７はＭｇのみ添加した場合
であるが塗装後耐食性は改善したものの裸耐食性が不十
分である。比較例Ｎｏ．１８はＳｉを添加しなかった場
合で、めっき後Ｆｅ−Ａｌ合金化反応が進行しめっき層
全層が合金化してしまい、耐食性が著しく低下した。

【００２４】

【発明の効果】本発明の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっ
き鋼材は良好な耐食性能を示し、高耐食性能が要求され
る主として建材、自動車、家電用途分野に有用である。
したがって本発明は産業上の価値の極めて高い発明であ
るといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に属す合金化層を有するめっき鋼材のめ
っき層断面顕微鏡写真の一例を示した図である。

【図２】本発明に属す合金化層を有するめっき鋼材のめ
っき層断面のＥＰＭＡ分析結果の一例を示したＸ線写真
である。

【図３】本発明に属す合金化層を有するめっき鋼材のめ
っき層のＧＤＳによる組成分析結果の一例を示した図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ａｌ：２５〜７５％、Ｃｒ：０．０５〜５％、Ｓｉ：Ａｌの含有量の０．５〜１０％を含有し、残部は
Ｚｎ及び不可避的不純物からなるめっき層を表面に有す
ることを特徴とする耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃ
ｒ合金めっき鋼材。
【請求項２】前記めっき層が、Ｍｇ：０．１〜５質量
％を、さらに含有することを特徴とする請求項１に記載
の耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼
材。
【請求項３】前記めっき層と鋼材との界面に、Ｃｒを
含有する合金化層を、さらに有することを特徴とする請
求項１または２に記載の耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ
−Ｃｒ合金めっき鋼材。