JP2005273019A - 耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた縞鋼板を得る。
【解決手段】 縞鋼板表面にＡｌ：４．０〜２０．０質量％、Ｍｇ：１．０〜４．０質量％、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０４５質量％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる組成の溶融めっき層で、ビッカース硬さが１２０〜１８０である溶融めっき層を有する耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板を得る。
【選択図】 なし

Description

本発明は床板等の用途に使用される縞鋼板、特に傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板に関する。

建築物、船舶、バス、トラック等の自動車、輸送車輌や建設現場の仮設足場の階段、通路等の床板には、主として熱延縞鋼板が使用されている。この熱延縞鋼板は、熱延鋼板の表面に滑り止めのための突起を縞状に付けたものである。熱延縞鋼板は従来、熱延ままもしくは錆止め塗装を施して使用するのが一般的であったが、耐食性が不十分なため、耐食性を付与するために溶融Ｚｎめっきを施した熱延縞鋼板も最近使用されるようになってきた。

溶融Ｚｎめっき法としては、熱延縞鋼板を所定の形状に加工後、フラックス法によるドブ漬Ｚｎめっきを行なうことが一般的である。また、特開平６−８１１７０号公報には、熱延縞鋼帯を酸洗し、電気Ｎｉプレめっきを施した後、無酸化炉方式の連続溶融めっき設備を用い、１重量％以下のＡｌを含むＺｎめっき浴に浸漬、引き上げて連続的に溶融Ｚｎめっきする方法も開示されている。
特開平６−８１１７０号公報

ドブ漬けＺｎめっき法で得られるめっき層は二層構造となり、下層がＦｅ−Ｚｎ合金相、上層がＺｎ相であり、めっき層の１／２以上が軟質なＺｎ相である。また、特開平６−８１１７０号公報に開示されている溶融Ｚｎめっき縞鋼板の場合には、めっき層の下層は厚み２μｍ以下のＮｉ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｆｅ合金相であるが、上層は通常のガス還元・焼鈍炉を有する連続式溶融Ｚｎめっきラインで製造される溶融Ｚｎめっき鋼板のめっき層と同様にＡｌ濃度１％以下の軟質なＺｎ相である。

熱延縞鋼板に溶融Ｚｎめっきを施すと、耐食性は向上するが、めっき層表層が軟質なＺｎ相であるために、床板用等に使用した場合以下の問題があった。
１．めっき層が耐傷付性に劣るため、加工時や施工時、さらには積層して保管する時に傷が付き易く、めっき鋼板としての商品価値が低下し易い。
２．めっき層が耐摩耗性に劣るため、特に縞鋼板の突起部でめっき層が摩耗し易く、その部位で早期に耐食性が低下する。

本発明は、上記の問題点を解決するために案出されたものであり、縞鋼板の表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の溶融めっきを被覆することにより、耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板を提供することを目的とする。

本発明においては、上述の問題点を解消するために、Ａｌ：４．０〜２０．０質量％、Ｍｇ：１．０〜４．０質量％、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％およびＢ：０．００１〜０．０４５質量％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる組成の溶融めっき層で被覆した耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板が提供される。

以上説明した様に、本発明によれば、従来の溶融Ｚｎめっき熱延縞鋼板よりも耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた食性にも優れた縞鋼板を提供することができる。

本発明における溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板は、熱延縞鋼板の表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系のＺｎ基溶融めっきを被覆したものである。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の溶融めっきは、通常の溶融Ｚｎめっきよりも良好な耐食性を示すことが知られているが、めっき層中のＡｌ濃度を４質量％以上かつＭｇ濃度を１質量％以上にすると、硬質な金属間化合物相であるＺｎ2Ｍｇ相または／およびＺｎ11Ｍｇ2相が局所的に晶出し、Ａｌ／Ｚｎ／ＺｎＭｇ系金属間化合物の三元共晶組織が形成される。

本発明の縞鋼板のめっき層は、初晶Ａｌ相（Ｚｎを多量に含有するＡｌ相）、Ｚｎ単相および上述の三元共晶組織が混在したものであるが、三元共晶組織の存在割合が最も多く、この組織が硬質なため、めっき層自体の耐傷付性および耐摩耗性が向上する。

本発明範囲の組成の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層表面のマイクロビッカース硬さは１２０〜１８０（荷重０．０９８Ｎでの測定結果）であり、この値はドブ漬けＺｎめっき、および、Ａｌ濃度が１重量％以下の溶融Ｚｎめっき層表面についての値、５５〜６５、の２〜３倍であり、ＡｌおよびＭｇの添加によりめっき層が硬質化し、耐傷付性および耐摩耗性が向上したことが分る。なお、本発明範囲の下限であるＡｌ：４質量％、Ｍｇ：１質量％において、ＪＩＳ Ｚ２３７１に規定する塩水噴霧試験で評価したＺｎ基めっき縞鋼板の耐食性は、従来のＺｎめっき縞鋼板のそれの１０倍であり、耐食性も良好である。

本発明においてＡｌは、めっき縞鋼板の耐食性向上および溶融めっき時のドロス発生を抑制することを目的として添加する。Ａｌ濃度が４．０質量％未満では耐食性向上効果が不十分であり、また、Ｍｇ酸化物系ドロス発生の抑制効果も不十分である。Ａｌ濃度が増加するとめっき浴温が上昇するため、めっき層〜鋼素地間の界面における加工性の悪いＦｅ−Ａｌ合金相の成長速度が増大する。Ａｌ濃度が２０．０質量％を超えると、界面での合金相の成長が著しくなる。加工性と耐食性を勘案すると、より好ましいＡｌ濃度は、溶融めっき後に縞を形成する場合には５．０〜７．０量％であり、縞形成後に溶融めっきする場合には５．０〜１５．０質量％である。

めっき層中のＭｇは、めっき層表面に均一な腐食生成物を生成させることにより耐食性を著しく向上させる。しかし、Ｍｇ濃度が１．０質量％未満では耐食性向上効果が不十分であり、４．０質量％を超えると耐食性向上効果が飽和し、さらに溶融めっき時にＭｇ酸化物系ドロスの発生量が急激に増加するので、Ｍｇ濃度は１．０〜４．０質量％とする。さらに好ましいＭｇ濃度は２．５〜３．５質量％である。

上述した様に、本発明の範囲の濃度のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ三元系においては、めっき条件によってはめっき層中にＺｎ2Ｍｇ相または／およびＺｎ11Ｍｇ2相が局部的に晶出する。 これら金属間化合物相の何れが局部的に晶出しても、耐傷付性および耐摩耗性が向上する。しかし、両方の金属間化合物相が共存すると局部電池が形成され、表面が変色しやすくなるので、金属間化合物相の何れかを単独で晶出させることが好ましい。

金属間化合物相をそれぞれ単独で含有するめっき層の耐食性を比較すると、Ｚｎ2Ｍｇを単独で含有するものの方が耐食性が良好であり、めっき層の構成としては〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔初晶Ａｌ相〕、または、〔初晶Ａｌ相〕と〔Ｚｎ単相〕が混在した金属組織とすることがさらに好ましい。

本発明の溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板のめっき層は、上述のＡｌおよびＭｇを含有する系に、Ｔｉを０．００２〜０．１質量％、Ｂを０．００１〜０．０４５質量％含有したものである。ＴｉおよびＢを添加すると、耐食性の良好なＺｎ2Ｍｇ相が優先的に晶出する。Ｔｉ濃度が０．００２質量％未満およびＢ濃度が０．００１質量％未満ではＺｎ11Ｍｇ2相の晶出抑制効果が不十分である。また、Ｔｉ濃度が０．１質量％を越えるとＴｉ−Ａｌ系の析出物が成長し、Ｂ濃度が０．０４５重量％を越えるとＴｉ−Ｂ系の析出物あるいはＡｌ−Ｂ系の析出物が成長し、めっき層表面ににブツと呼ばれる凹凸が生じ、表面外観を損ねるので好ましくない。

実験室的に溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を作製して耐傷付性、耐摩耗性を調査した。比較材として、実験室的にフラックス法で作製したドブ漬けＺｎめっき鋼板、ガス還元法で作製した溶融Ｚｎめっき鋼板を用いた。なお、めっき原板はいずれも中炭素熱延鋼板で、酸洗により脱スケールして用いた。めっき条件を以下に示す。

［溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の作製条件］
・ めっき原板：中炭素熱延鋼板、板厚：2mm、板幅：50mm、長さ：150mm
・ 前処理：ガス還元法、 雰囲気ガス：50vol.％H2-N2、加熱条件：550℃×30s
・ めっき浴組成： Al：4.0〜20.0質量％、Mg：1.0〜4.0質量％、残部Ｚｎ
Ti-B添加浴：上記にさらに Ti：0.002〜0.1質量％、B：0.001〜0.045重量％
・ めっき浴温度：390〜550℃
・ めっき浴への鋼板の浸漬温度：480℃
・ めっき浴への鋼板の浸漬時間：3s
・ めっき付着量：200g／m2（片面当たり）
・ めっき後の冷却速度：めっき浴温390℃以上、410℃未満でめっきした場合：7〜15℃/s
めっき浴温410℃以上、550℃未満でめっきした場合：0.5〜15℃/s

［ドブ漬けＺｎめっき鋼板の作製条件］
・ めっき原板：中炭素熱延鋼板、板厚：2mm、板幅：50mm、長さ：150mm
・ フラックス：ZnCl2：468g/L、NH4Cl：67g/L
・ フラックスの乾燥温度：300℃
・ めっき浴への鋼板の浸漬温度：300℃
・ めっき付着量：200g/m2（片面当たり）
・ めっき浴組成：Zn-1質量％Pb-0.001重量％Al
・ めっき浴温：460℃
・ めっき浴への鋼板の浸漬時間：10s
・ めっき後の冷却速度：3℃/s

［溶融Ｚｎめっき鋼板の作製条件］
・ めっき原板：中炭素熱延鋼板、板厚：2mm、板幅：50mm、長さ：150mm
・ 前処理：ガス還元法、雰囲気ガス：50vol.％H2-N2、加熱条件：550℃×30s
・ めっき付着量：200g/m2（片面当たり）
・ めっき浴組成：Zn-0.2質量％Al
・ めっき浴温：460℃
・ めっき浴への鋼板の浸漬温度：480℃
・ めっき浴への鋼板の浸漬時間：3s
・ めっき後の冷却速度：5℃/s

各めっき鋼板の耐傷付性はスクラッチ試験における傷付荷重と傷付深さで評価した。傷付荷重と傷付深さの測定方法を以下に記す。
［傷付荷重の測定方法］
先端半径0.005mmのサファイア製試験針を荷重0.0196〜0.196Nで試料に垂直に押し付け、試料を20mm移動させた後、傷発生の有無を目視観察し、傷が発生した最も軽い荷重を傷付荷重とした。
［傷付深さの測定方法］
先端半径0.005mmのサファイア製試験針を荷重2.94Nで試料に垂直に押し付け、試料を50mm移動させて傷を付けた。各試料とも３本の傷を付け、１本につき５ヶ所、合計で１５ヶ所の傷部のめっき層断面を光学顕微鏡で写真撮影し、傷の深さを測定し、その平均値を傷付深さとした。

耐摩耗性は、ＪＩＳ Ｈ８５０３に規定する往復運動摩耗試験法で調査した。試料を試料押さえで試料台に固定し、研磨紙を貼り付けた摩耗輪を試料に一定荷重で押し付けて次に示す条件で往復運動させた。試験後、粗さ計で往復運動方向と直角方向の断面曲線図を測定し、試験部の摩耗深さを測定した。本測定結果では摩耗深さを摩耗量として示した。なお、試験枚数は各めっき鋼板とも３枚とし、摩耗量は３枚の平均値とした。
［往復運動摩耗試験条件］
摩耗輪サイズ：幅12mm、直径50mm
研磨紙：CC-＃1000
摩耗輪回転速度：0.9°/往復
試験荷重：6.86N
試料往復ストローク：30mm
試料往復回数：1000回

耐傷付性の評価として、傷付荷重の測定結果を表１に、傷付深さの測定結果を表２にそれぞれ示す。

表１に示す様に、本発明の範囲の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の傷付荷重は０．１４〜０．１９であり、比較例のドブ漬けＺｎめっき鋼板および溶融Ｚｎめっき鋼板の値、０．０５、の３〜４倍であった。また、表２の結果では、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の傷付深さは６．１〜６．８μmであり、ドブ漬けＺｎめっき鋼板および溶融Ｚｎめっき鋼板のそれ、約１０μm、の２／３程度であった。従って、本製造条件で作成した溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板の耐傷付性が従来のめっき縞鋼板のそれよりも優れることが分る。

表３に摩耗量の測定結果を示す。本発明範囲の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の摩耗量は３．１〜３．８μｍであり、ドブ漬けＺｎめっき鋼板および溶融Ｚｎめっき鋼板の摩耗量、約１０μｍ、の１／３程度であり、本発明の溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板は、耐摩耗性も優れると言って良い。

Claims (1)

1. Ａｌ：４．０〜２０．０質量％、Ｍｇ：１．０〜４．０質量％、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％およびＢ：０．００１〜０．０４５質量％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる組成の溶融めっき層で被覆したことを特徴とする耐傷付性、耐摩耗性および耐食性に優れた溶融Ｚｎ基めっき縞鋼板。