JP2005082834A

JP2005082834A - 高耐食性溶融めっき鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005082834A
Application number: JP2003314260A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Nishimura; 一実西村; Takashi Sawai; 隆澤井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】平面部耐食性に加えて切断端面部の初期耐食性を兼ね備えた更なる耐食性向上が図れた高耐食性溶融めっき鋼板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】鋼板の表面に、質量％でMg:0.05-3%, Al:0.1-3%, Si:0.01-0.5%,残部がZn及び不可避的不純物よりなるZn合金めっき層を有し、このZn合金めっき層中でMg₂SiがZn結晶粒内に分散していることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。及び鋼板の表面に、Mg:0.05-3%, Al:0.1-2%, Sn:0.5-20%,残部がＺｎ及び不可避的不純物よりなるＺｎ合金めっき層を有し、このZn合金めっき層中でMg₂SnがZn結晶粒内に分散していることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。更に、これらの溶融めっき層の下層にNi-Al-Fe-Zn 合金層を有してもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、高耐食性溶融めっき鋼板に関するものである。

耐食性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板については従来より多くの提案がなされており、本発明者等もすでに特許文献１においてＺｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板、特許文献２でＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎめっき鋼板を提案している。

特許第２７８３４５３号公報特許第２８２５６７１号公報

最近、建材、土木分野においては、未塗装状態の溶融Ｚｎめっき鋼板が使用されるが、資源保護の観点から耐食性の寿命アップの要求が強い。特許文献１に開示されたＺｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板は、高耐食性でしかもＭｇ、Ａｌの含有量が微量なため外観、加工性、溶接性などの性能はＺｎめっき鋼板の性能が維持されている優れためっき鋼板である。

また、特許文献２に開示されているＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎめっき鋼板も、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌよりさらに耐食性が向上した優れためっき鋼板であるが、最近のガードレール、道路柵等の道路部材などの新たなニーズとして平面部耐食性に加えて切断端面部の初期耐食性を兼ね備えたさらなる耐食性向上が望まれていた。

本発明者等は、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板のめっき層のＭｇが主にＺｎ結晶粒界部近傍に存在し、Ｚｎ結晶粒内には存在しにくいことに着目し、また、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎめっき層中のＭｇはＺｎ−Ｍｇ−Ａｌよりもさらに広い範囲に分布しているが、未だ不充分であることに着目し、さらにＺｎ結晶粒内にも均一にＭｇを分布させれば耐食性が向上すると考え、耐食性向上作用を有して、しかもＭｇと化合物を形成しやすい接種金属としてＳｉあるいはＳｎを添加し、さらにワイピング後のめっき層の溶融状態からの凝固速度を速くすることにより、めっき層のＺｎ結晶粒内にもＭｇを均一に分散でき、平面部及び切断端面部の耐食性が向上することを見いだすに至り、下記の本発明を完成したものである。

即ち、本発明は、鋼板の表面に、質量％でＭｇ：０．０５〜３％、Ａｌ：０．１〜３％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、残部がＺｎおよび不可避的不純物よりなるＺｎ合金めっき層を有し、このＺｎ合金めっき層中でＭｇ₂ＳｉがＺｎ結晶粒内に分散していることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。および

鋼板の表面に、質量％でＭｇ：０．０５〜３％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓｎ：０．５〜２０％、残部がＺｎおよび不可避的不純物よりなるＺｎ合金めっき層を有し、このＺｎ合金めっき層中でＭｇ₂ＳｎがＺｎ結晶粒内に分散していることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。および

これらの溶融めっき層の下層にＮｉ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｎ合金層を有することを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。さらには、

鋼板を加熱還元、冷却後、溶融めっきし、溶融めっきポットから出た鋼板、あるいはプレＮｉめっき、加熱後、溶融めっきし、溶融めっきポットから出た鋼板をガスワイピングで付着量を調整した後に、溶融状態のめっき層を２℃／秒以上の冷却速度で冷却凝固させることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板の製造方法である。

本発明によれば、平面部耐食性に加えて切断端面部の初期耐食性を兼ね備えたさらなる耐食性向上が図れた溶融めっき鋼板を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明はめっき層の構造が、ＭｇがＭｇ₂ＳｉあるいはＭｇ₂Ｓｎの形でＺｎ結晶粒内に均一に分散していることに最大の特徴があり、これによりめっき層中にＭｇが均一に分布していることから、耐食性が従来のＺｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板及びＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎめっき鋼板よりも向上している点に最大の技術のポイントがある。

本発明のめっき層中にはＭｇを０．０５〜３質量％、Ａｌを０．１〜３質量％含有させる。めっき層中のＭｇ含有量の下限を０．０５質量％としたのは、耐食性に効果を発揮するためである。上限を３質量％としたのは、これを超えるとめっき層が硬く、しかも脆くなりすぎるためにめっき密着性が劣化するためである。

めっき層中のＡｌ含有量の下限を０．１質量％としたのは、めっき密着性が良好となるためである。また上限を３質量％としたのは、３質量％を超えると溶接性が劣化するためである。

また、Ｓｉを０．０１〜０．５質量％あるいはＳｎを０．５〜２０質量％としたのは、この範囲でＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎがめっき層のＺｎ結晶粒内まで均一に分散し易く、平面部の耐食性及び切断端面の耐食性が良好となるためである。切断端面部の耐食性が向上するメカニズムは未だ不明であるが、めっき層中から端面部に溶出するＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎが一種のインヒビター作用を有しているものと思われる。Ｓｉ，Ｓｎ含有量はそれぞれ単独で添加する場合を述べたが、Ｍｇ、Ｓｉ両方を複合で添加する場合も同一の範囲である。

また、下層にＮｉ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｎ合金層を設けることとしたのは、加工性特にめっき密着性をさらに向上させるためである。めっき層下層にＮｉ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｎ合金層を有する場合にめっき密着性が良好となる理由は、めっき層−地鉄界面に生成したＮｉ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｎ合金層が一種のバインダーの役割を果たすことによるものと考えられる。

さらに、製造法として、溶融めっき前の前処理としては、まず、通常の還元法として加熱還元、冷却後、溶融めっきする方法が最適である。また、加熱還元前にＮｉめっき、ＮｉとＰ、Ｂ、Ｍｏ、Ｗなどの合金めっきあるいはＮｉ以外のＣｕ，Ｓｎ，Ｆｅ等のプレめっきを施しても良い。また、純粋なプレめっき法としてはプレＮｉめっき、加熱後、溶融めっきする方法が適用できる。これらのプレめっき方法は、純粋なＮｉめっきのみでなく、ＮｉとＰ、Ｂ、Ｍｏ、Ｗなどの合金めっきであっても良い。プレめっきＮｉ量については特に制限は設けないが、０．２〜２ｇ／ｍ²程度が好ましい。

これらの前処理、溶融めっきを経た後、溶融めっきポットから出た鋼板をガスワイピングで付着量を調整した後に、溶融状態のめっき層を２℃／秒（ｓ）以上の冷却速度で冷却凝固させることとしたのは、２℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することにより、Ｍｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎがめっき層のＺｎ結晶粒内まで均一に分散し易いためである。これらＭｇ化合物をより均一に分散させるには１０℃／ｓ以上が特に好ましい。冷却方法は特に限定しないが、空冷、気水冷却、水冷等、種々の方法が適用できる。

溶融めっきの付着量については特に限定しないが、１０〜５５０ｇ／ｍ²程度が望ましい。耐食性の観点から１０ｇ／ｍ²以上、加工性の観点からすると５５０ｇ／ｍ²以下が最適なためである。

溶融めっき層の上層にクロメート処理層あるいはノンクロメート処理層を設ける場合、処理層の組成、付着量についても特に制約は設けないが、通常の実用範囲である１０〜３００ｍｇ／ｍ²程度が望ましい。

下地鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板共に使用でき、鋼種の制約もなく、例えばＡｌキルド鋼、Ｔｉ等の炭窒化物形成元素を添加した極低炭素鋼板、およびこれに強化元素（Ｐ、Ｓｉ、Ｍｎ等）を添加した高強度鋼等、種々のものが適用できる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
Ａｌキルド熱延鋼板（板厚１．６ｍｍ）にプレＮｉを０．５ｇ／ｍ^２施し、Ｈ₂（３％）＋Ｎ₂雰囲気中で４５０℃まで加熱し、４５０℃の浴中のＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｓｎを変化させたＺｎ合金めっき浴で３秒間溶融めっきを行い、Ｎ₂ワイピングで付着量を１３５ｇ／ｍ²に調整した後、溶融状態のめっき層を２℃／ｓ以上の冷却速度で冷却した。冷却方法は、空冷、気水冷却、水冷を用いた。一部の試料については、Ｎｉのプレ無しのめっき鋼板（１５％Ｈ₂＋Ｎ₂雰囲気で４０秒間加熱還元後、４５０℃に冷却後めっき）も作成した。

得られためっき鋼板について、まず、めっき層を断面及び平面から所定の厚みまで研磨し、ＥＰＭＡで解析する方法により、めっき層中のＭｇのＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎとしての分散状態を観察し、下記の通り評価た。
分散状態評価
◎：ＭｇがＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎとしてめっき層中Ｚｎ結晶粒まで極めて均一に分散
〇：ＭｇがＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎとしてめっき層中Ｚｎ結晶粒まで均一に分散
△：ＭｇがＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎがめっき層中Ｚｎ結晶粒までやや均一に分散
×：ＭｇがＺｎ結晶粒界に偏析

次に腐食サイクルテスト（ＪＡＳＯ）による耐食性評価を行った。
（ＪＡＳＯ：ＳＳＴ（３５℃、５％ＮａＣｌ）２ｈｒ→乾燥（６０℃，３０％）４ｈｒ →湿潤（５０℃，９５％）２ｈｒ，３サイクル／日）
耐食性は平面部の腐食減量とシャーによる切断端面部の初期赤錆発生状況で評価した。以下に耐食性の評価基準を示す（評点が平面、端面耐食性共に３以上が合格）。
評点 JASO：21サイクルでの腐食減量 JASO:9サイクルでの切断端面の初期赤錆性
５： 8g/m²未満赤錆全くなし
４： 8g/m²以上 10g/m²未満赤錆極微少
３： 10g/m²以上 12g/m²未満赤錆微小
２： 12g/m²以上 14g/m²未満赤錆少
１： 14g/m²以上赤錆多

また、併せてめっき密着性をボールインパクト試験で評価した。
評点３以上を合格とした。
５：微小剥離全く無し
４：微小剥離殆どなし
３：微小剥離あり
２：剥離小
１：剥離大

以上の評価結果を表１に示す。
本発明のめっき層組成を有し、ＭｇがＺｎ結晶粒内にＭｇ₂ＳｉまたはＭｇ₂Ｓｎの形で均一に分散しためっき鋼板（Ｎｏ．１〜１０）は、耐食性に優れている。
これに対して、本発明範囲を逸脱する比較例（Ｎｏ．１１〜１６）は、本発明鋼板に比較して耐食性が劣る。

本発明のめっき鋼板は、従来にない優れた耐食性を有しているので、建材、土木分野のみならず車体部品等の用途にも有用である。

Claims

鋼板の表面に、質量％でＭｇ：０．０５〜３％、Ａｌ：０．１〜３％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、残部がＺｎおよび不可避的不純物よりなるＺｎ合金めっき層を有し、このＺｎ合金めっき層中でＭｇ₂ＳｉがＺｎ結晶粒内に分散していることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。
鋼板の表面に、質量％でＭｇ：０．０５〜３％、Ａｌ：０．１〜３％、Ｓｎ：０．５〜２０％、残部がＺｎおよび不可避的不純物よりなるＺｎ合金めっき層を有し、このＺｎ合金めっき層中でＭｇ₂ＳｎがＺｎ結晶粒内に分散していることを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。
請求項１または２に記載の溶融めっき層の下層にＮｉ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｎ合金層を有することを特徴とする高耐食性溶融めっき鋼板。
加熱還元、冷却後、溶融めっきし、溶融めっきポットから出た鋼板、あるいはプレＮｉめっき、加熱後、溶融めっきし、溶融めっきポットから出た鋼板をガスワイピングで付着量を調整した後に、溶融状態のめっき層を２℃／秒以上の冷却速度で冷却凝固させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高耐食性溶融めっき鋼板の製造方法。