JP2004091879A

JP2004091879A - 端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材

Info

Publication number: JP2004091879A
Application number: JP2002256417A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Yamanaka; 山中　晋太郎; Masahiro Yamamoto; 山本　正弘; Akihiro Miyasaka; 宮坂　明博
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃｒ；３５％以下、Ａｌ；１０％以下、かつ、１≦［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材表面に、質量％で、Ｚｎを４０％以上含む亜鉛系金属被覆を有することを特徴とする端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材である。
【効果】端面および傷部等の鋼材露出部の耐食性を大幅に改善でき、土木建材、自動車、船舶をはじめとするあらゆる用途での使用を可能とする。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛めっき鋼材などの亜鉛被覆鋼材は、亜鉛の犠牲防食作用および亜鉛腐食生成物自体の保護性によって鋼材の腐食を抑制できるため、建材、家電、自動車等の種々の用途に使用されている。これらの亜鉛被覆鋼材は、その端面においても赤錆発生を抑制できるが、鋼材の板厚が比較的大きい場合は、その犠牲防食作用は最早及ばず、端面において短期間で赤錆が発生し、景観を損ねる等の問題を生じる。従来においては、端面を塗装するなどして赤錆発生を抑制しているが、コスト、手間、時間を要すといった問題がある。
【０００３】
そのため、これまでに種々の端面の耐食性向上策が検討されてきている。例えば、特開２００２−２８２４９号公報にあるように、溶融亜鉛めっき中にアルミニウムおよびマグネシウムを含ませて、その腐食生成物が端面部を覆うことで端面部の腐食を抑制できることが記されている。また、特開平２００１−１５８９３８号公報には、溶融亜鉛めっき鋼板の鋼材中にＣｕを添加することで切断面の耐食性が向上できると記されている。しかし、これらの方法では、海浜地区等腐食環境が厳しい環境において、長期間に渡って赤錆発生を抑制させることはできない。一方、特開平１０−２８０１１６号公報には、亜鉛めっき鋼板のせん断面比率（切断面厚み／板厚）を、板厚とめっき付着量で規定される範囲内になるように切断することで端面部の腐食を抑制できることが記されている。しかし、板厚とめっき付着量に応じて、せん断面比率を所定の範囲内にすることは、実用上非常に困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決し、端面の耐食性に優れる亜鉛被覆鋼材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決手段を、種々の観点から検討してきた。その結果、亜鉛被覆鋼材を以下の通り規定することで、端面および傷部の耐食性を大幅に向上できることを見出した。その詳細は下記の通りである。
（１）質量％で、Ｃｒ；３５％以下、Ａｌ；１０％以下、かつ、１≦［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材表面に、質量％で、Ｚｎを４０％以上含む亜鉛系金属被覆を有することを特徴とする端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
（２）前記鋼材中のＣｒおよびＡｌが、質量％で、Ｃｒ：３％以上１０％以下、かつ、Ａｌ；０．１％以上１．５％以下を満足することを特徴とする前記（１）に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
【０００６】
（３）前記鋼材が、質量％で、Ｃ；０．０５％以下、Ｓｉ；５．０％以下、Ｍｎ；４％以下、Ｐ；０．０８％以下、Ｓ；０．０３％以下、又はＮ；０．０２％以下の１種又は２種以上を含むことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
（４）前記鋼材が、さらに、質量％で、Ｎｉ；０．０５％以上５％以下、Ｃｕ；０．１％以上３％以下、Ｔｉ；１．０％以下、Ｍｏ；３％以下、Ｗ；３％以下、又はＭｇ；０．０３％以下の１種又は２種以上を含むことを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
【０００７】
（５）前記亜鉛系金属被覆が、質量％で、Ａｌ；０．１％以上５６％以下、および／または、Ｍｇ；０．１％以上１５％以下、を含むことを特徴とする前記（１）〜（４）に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
（６）前記亜鉛系金属被覆が、さらに、質量％で、Ｓｉ％；０．０１％以上５％以下を含むことを特徴とする前記（１）〜（５）に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に記載する。まず、本発明のポイントについて説明する。
本発明者らは、亜鉛系金属被覆鋼材の端面や傷部の耐食性を向上させる方法を、種々の観点から検討してきた。その結果、鋼材中に少なくともＣｒ、Ａｌを複合添加し、さらにその鋼材表面にＺｎを４０％以上含有する亜鉛系金属を施すことで、端面や傷部等の耐食性を大幅に向上できることを見出した。これは、大気環境で生成する亜鉛系金属の腐食生成物が塩基性環境を形成すること、および、鋼材中にＣｒ、Ａｌを添加することで鋼材が不動態化しやすくなることに着目し、これらを組み合わせるとその相乗効果によって新たな機能を発現すること、つまり、端面および傷部の耐食性が向上することを見出し、発明を完成したものである。
【０００９】
すなわち、本亜鉛系金属被覆鋼材における亜鉛系金属が大気環境に曝されると亜鉛系金属の腐食生成物が生成する。その腐食生成物が風雨等で流され、亜鉛系金属被覆鋼材の端面や傷部を覆うと、Ｃｒ、Ａｌを含有している鋼材の端面および傷部は、その亜鉛系金属の腐食生成物が形成する塩基性環境によって容易に不動態化し、耐食性が大幅に向上するということである。鋼材が本発明で規定するＣｒ、Ａｌを含まない普通鋼である場合、端面や傷部が亜鉛系金属の腐食生成物で覆われたとしても、不動態化せずに赤錆が発生する。
【００１０】
また、鋼材が本発明で規定する範囲内のＣｒ、Ａｌを含有していたとしても、本発明で規定する亜鉛系金属被覆以外で覆われている場合は、端面および傷部は不動態化せずに発錆する。また、亜鉛系金属被覆で覆われていたとしても、亜鉛系金属被覆中の亜鉛含有量が少なすぎる場合は、端面や傷部を不動態化させるに十分な塩基性環境を形成できず、また、亜鉛の犠牲防食作用も不十分となる。このため、本発明の亜鉛系金属被覆鋼材における亜鉛系金属中の亜鉛含有量を４０％以上と規定した。なお、前記亜鉛系金属には純亜鉛も含むものとする。
【００１１】
また、鋼材中のＣｒ、Ａｌについては、Ｃｒ；３５％以下、Ａｌ；１０％以下、かつ、１≦［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６を満たすように添加すると、本発明で規定する亜鉛系金属被覆を施した際に、端面や傷部が容易に不動態化し、その耐食性が大幅に向上させることができる。　［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６を１以上とした理由は、それ以下では、端部や傷部が容易に不動態化しないためである。
【００１２】
また、Ｃｒ単独の含有量は質量％で３５％以下、Ａｌ単独の含有量は質量％で１０％以下とすることが望ましく、より好ましくは、Ｃｒ；２％以上１０％以下、Ａｌ；０．１％以上１．５％以下、さらに好ましくは、Ｃｒ；３％以上８％以下、Ａｌ；０．３％以上１％以下である。その理由は、Ｃｒを３５％を越えて添加しても、耐食性の改善効果は飽和し、徒にコストを上昇させるだけだからである。また、Ａｌ単独の含有量は質量％で１０％以下とすることが望ましい。その理由は、ＣｒおよびＡｌを、上記上限を越えて添加しても、耐食性の改善効果は飽和し不経済であるばかりか、逆に材質が劣化する傾向にあるからである。
【００１３】
本発明の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材は、実用上重要となる、材質、加工性といった観点から、さらに下記の条件を満足することが好ましい。
Ｃ；鋼の強度を増加させる効果がある。しかし、過剰に添加すると炭化物を生成して耐食性を劣化させるため、本発明の鋼におけるＣの含有量を０．０５％以下が好ましい。
【００１４】
Ｓｉ；鋼の強度を増加させる効果がある。しかし、過剰に添加すると加熱時に鋼表面に濃化し、溶融めっきをする際に不めっきの原因となる。そのため、本発明の鋼におけるＳｉの含有量を５．０％以下が好ましい。
Ｍｎ；鋼の強度および靭性を向上させる効果がある。また、Ｓによる熱間脆性を抑制させる効果がある。しかし、過剰に添加すると鋼の延性を低下させ、また非常に硬くなる。そのため、本発明の鋼におけるＭｎの含有量を４％以下が好ましい。
【００１５】
Ｐ；鋼を脆化させる。そのため本発明の鋼におけるＰの含有量を０．０８％以下が好ましい。
Ｓ；鋼を脆化させる。そのため本発明の鋼におけるＳの含有量を０．２５％以下が好ましい。
Ｎ；窒化物、炭窒化物を形成し材質を劣化させる。そのため本発明の鋼におけるＮの含有量を０．０２％以下が好ましい。
鋼材中に、さらにＮｉ，Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇを含有させることもできる。
【００１６】
Ｎｉ；ＮｉはＣｒ、Ａｌと複合添加させることで、その不動態化特性を向上させる。また、鋼の材質を改善する効果がある。少なすぎると添加効果が得られず、多すぎるとその効果は飽和し、不経済となる。そのため、本発明の鋼におけるＮｉの含有量を０．０５％以上５％以下とすることが望ましい。
Ｃｕ；ＣｕはＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ等と複合添加させることで、その不動態化性を向上させる。少なすぎると添加効果が得られず、多すぎると最早その効果は飽和し、不経済となる。そのため、本発明の鋼におけるＣｕの含有量を０．１％以上３％以下とすることが望ましい。
【００１７】
Ｔｉ；ＴｉはＣと炭化物を形成し、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し耐食性の低下を防ぐ。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和し、徒にコストを上昇させるだけである。そのため、本発明の鋼におけるＴｉの含有量を０．２％以下とすることが望ましい。
Ｍｏ；Ｍｏは鋼の耐食性を向上させる。しかし、過剰に添加すると、鋼の加工性を低下させる恐れがある。そのため、本発明の鋼におけるＭｏの含有量を３％以下とすることが望ましい。
【００１８】
Ｗ；Ｗは鋼の耐食性を向上させる。しかし、過剰に添加すると鋼の加工性を低下させる恐れがある。そのため、本発明の鋼におけるＷの含有量を３％以下とすることが望ましい。
Ｍｇ；Ｍｇは鋼の材質を向上させる効果がある。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和するだけである。しかし、過剰に添加すると鋼の加工性を低下させる恐れがある。そのため、本発明の鋼におけるＭｇの含有量を０．０３％以下とすることが望ましい。
【００１９】
本発明の端面の耐食性に優れる溶融亜鉛被覆鋼材の基材となる鋼材は、上記成分組成を満足していれば、熱延鋼板、冷延鋼板、鋼管、棒鋼、型鋼、線材、条鋼、鋳物、鍛造品等のいかなるものでも良く、その製造方法も限定されるものではない。
本発明における上記鋼材表面を被覆する亜鉛系金属は、ＡｌおよびＭｇを含むこともでき、それぞれ下記の効果がある。
【００２０】
Ａｌ；Ａｌは亜鉛系金属被覆自体の消耗速度を遅くし、亜鉛被覆鋼材の寿命を延ばす効果がある。しかし、過剰に添加すると亜鉛の消耗速度が著しく小さくなり、塩基性環境を形成する亜鉛腐食生成物による端面や傷部の耐食性を向上できなくなる可能性が高くなる。そのため、本発明における亜鉛系金属被覆中のＡｌの含有量を０．１％以上５６％以下が好ましく、より好ましくは０．２％以上１５％以下である。
【００２１】
Ｍｇ；Ｍｇは、亜鉛腐食生成物を緻密化させ、端面および傷部の耐食性を大幅に向上させる効果がある。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和する。そのため、本発明における亜鉛系金属被覆中のＭｇの含有量を０．１％以上１５％以下が好ましく、より好ましくは０．３％以上５％以下である。
これらのＡｌとＭｇは、それぞれ単独で亜鉛系金属被覆中に加えてもその効果は発揮されるが、両方を複合添加するとその効果は一層高まる。
【００２２】
また、本発明の亜鉛系金属被覆中には、さらにＳｉを含ませることもできる。Ｓｉは、亜鉛被覆の加工性を向上させる効果がある。また、Ａｌ、Ｍｇとともに添加すると、耐食性を向上させる効果がある。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和するため、本発明における亜鉛系金属被覆中のＳｉの含有量は、Ｓｉ％；０．０１％以上５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以上０．５％である。
また、亜鉛系金属被覆の厚みは特に規定しないが、薄すぎるとその効果は十分でなく、厚すぎると加工性が低下する。そのため、亜鉛系金属被覆の厚みは１〜１００μｍとすることが好ましく、より好ましくは５〜８０μｍである。
【００２３】
本発明の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材に用いられる亜鉛系金属被覆層としては、溶融めっき、電気めっき、溶融塩電解めっき、どぶづけめっき、溶射、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等、何でも良く、特に規定はしない。また、溶融亜鉛めっきあるいはどぶづけめっき等をする際には、亜鉛の層と鋼材の密着性を向上させるために、その間に中間層を形成させても良い。例えば、ＮｉやＣｕ、またＮｉ−Ｃｕ合金等の中間層を挙げることができ、これらを形成させる方法も問わない。
【００２４】
また、本発明の亜鉛被覆鋼材の上には、さらに化成処理層、樹脂層などを有することができる。化成処理層を有することで、鋼の寿命を延ばす効果が期待できる。化成処理層としては、一般に公知のクロメート層、リン酸塩処理層等が挙げられる。また、樹脂層としても一般に公知のものが使用でき、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂等を主体としたものが挙げられる。これらの樹脂は、必要に応じて、数種のものを混ぜて使用しても良い。
【００２５】
また、この樹脂の層は、りん酸亜鉛、りん酸鉄、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸アルミニウム、酸化バナジウム、ストロンチウムクロメート、ジンクロメート、シリカ等の防錆顔料を含んでも良い。樹脂の層の形成方法としては、鋼材に充分に密着させることができるものであれば何でも良い。例えば、刷毛塗り、浸漬塗装、バーコート塗装、スプレー塗装、電着塗装、静電塗装、ロールコーター塗装、ダイコーター、カーテンフロー塗装、ローラーカーテン塗装等が挙げられる。
以上述べてきた本発明の端面の耐食性に優れる溶融亜鉛被覆鋼材は、土木建材、自動車、船舶等に用いる鋼材として使用できる。
【００２６】
【実施例】
表１に示す鋼成分と残部がＦｅおよび不可避不純物からなる熱延鋼板（厚さ３．２ｍｍ）に、表１に示す組成（残部はＦｅおよび不可避的不純物）の溶融亜鉛めっきを施し、５０×３０ｍｍのサイズに切り出した後、端面の耐食性を調べた。めっき条件は、次の通りである。
・原板昇温速度；３０℃／秒
・最高加熱温度；５００℃
・めっき浴温度；４３０℃
・浸漬時間；３秒
【００２７】
端面耐食性については、ＳＳＴ（ＪＩＳ　Ｚ　２３７１に従う塩水噴霧試験）を行い、５００時間後の端面の赤錆発生率を、下記基準で評価した。
◎；赤錆発生率０〜１０％未満
○；赤錆発生率１０〜３０％未満
△；赤錆発生率３０〜５０％未満
×；赤錆発生率５０％以上
【００２８】
めっき密着性については、めっき鋼板を６０°折り曲げ後、テープ試験を行い、下記基準で評価した。
◎；剥離なし
○；剥離小
△；剥離大
×；全面剥離
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から明らかなように、本発明の範囲内の亜鉛被覆鋼材（実施例Ｎｏ．１〜２７）は、端面の耐食性に優れる。
図１は、表１において亜鉛系金属被覆中の亜鉛含有率が質量％で４０％以上の試験片のみの結果をプロットしたものであり、この図から、１≦［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６を満たす成分系であれば、端面の耐食性に優れることが明らかである。また、図２は、表１において１≦［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６を満たす成分系の試験片のみの結果をプロットしたものであり、この図から、亜鉛系金属被覆中の亜鉛含有量が、質量％で４０％以上であれば、端面の耐食性に優れることが分かる。
【００３１】
さらに詳細に見ると、Ｎｏ．６とＮｏ．８〜１２の比較、およびＮｏ．５とＮｏ．１３の比較から、鋼材中にＮｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗが含まれると耐食性が向上することが分かる。また、Ｎｏ．６とＮｏ．１８の比較、およびＮｏ．７とＮｏ．１９の比較から、亜鉛系金属被覆中にＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉが含まれると、耐食性が向上することが分かる。ところで、［Ｃｒ％］＞３５％、［Ａｌ％］＞１０％を満たす成分系については、前記の鋼と同様に端面の耐食性に優れるが、その耐食性の改善効果はもはや飽和し、コストを上昇させるのみであるため、本実施例からは除外した。
【００３２】
一方、本発明の範囲外の亜鉛被覆鋼材（比較例Ｎｏ．２８〜３８）は、端面の耐食性に劣るかあるいは加工性に劣り、実用に適さない。例えば、比較例Ｎｏ．３７では、亜鉛系金属被覆中のＺｎ含有量が本発明の範囲外であり、なおかつ、亜鉛系金属被覆層の厚みが薄いため、端面の耐食性に劣る。また、比較例Ｎｏ．３８では、亜鉛系金属被覆中のＺｎ含有量が本発明の範囲外であり、なおかつ、亜鉛系金属被覆層の厚みが厚いため、端面の耐食性および加工性に劣る。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によって亜鉛被覆鋼材の従来からの課題であった端面および傷部等の鋼材露出部の耐食性を大幅に改善でき、土木建材、自動車、船舶をはじめとするあらゆる用途での使用を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼成分と端面耐食性の関係を示す図、
【図２】亜鉛系金属被覆層中のＺｎ含有率と端面耐食性の関係を示す図である。

Claims

質量％で、
Ｃｒ；３５％以下、
Ａｌ；１０％以下、かつ
１≦［Ｃｒ％］／３＋［Ａｌ％］／６
を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材表面に、質量％で、Ｚｎを４０％以上含む亜鉛系金属被覆を有することを特徴とする端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
前記鋼材中のＣｒおよびＡｌが、質量％で、
Ｃｒ：３％以上１０％以下かつＡｌ；０．１％以上１．５％以下を満足することを特徴とする請求項１に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
前記鋼材が、質量％で、
Ｃ；０．０５％以下、
Ｓｉ；５．０％以下、
Ｍｎ；４％以下、
Ｐ；０．０８％以下、
Ｓ；０．０３％以下、
又はＮ；０．０２％以下の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
前記鋼材が、さらに、質量％で、
Ｎｉ；０．０５％以上５％以下、
Ｃｕ；０．１％以上３％以下、
Ｔｉ；１．０％以下、
Ｍｏ；３％以下、
Ｗ；３％以下、
又はＭｇ；０．０３％以下の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
前記亜鉛系金属被覆が、質量％で、Ａｌ；０．１％以上５６％以下、および／または、Ｍｇ；０．１％以上１５％以下を含むことを特徴とする請求項１〜４に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。
前記亜鉛系金属被覆が、さらに、質量％で、Ｓｉ％；０．０１％以上５％以下を含むことを特徴とする請求項１〜５に記載の端面および傷部の耐食性に優れる亜鉛系金属被覆鋼材。