JP2009120944A

JP2009120944A - 裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材

Info

Publication number: JP2009120944A
Application number: JP2008256866A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Morimoto; 康秀森本; Nobuyuki Shimoda; 信之下田; Koichi Nose; 幸一能勢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】裸耐食性及び塗装後耐食性に優れ、長期間にわたり腐食しないアルミニウム系合金めっき鋼材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有することを特徴とする裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食性に優れた表面処理鋼材、特に、裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材に関する。

従来から、鋼材表面にＺｎ或いはＺｎ系合金のめっきを施したＺｎ系めっき鋼材は、自動車、家電、建材等、幅広い分野で使用されているが、Ｚｎには価格の高騰や資源枯渇等の問題があるため、Ｚｎに替わるめっき用金属が求められている。

一方、アルミニウムは安価で埋蔵量も豊富であり、これをめっきしたアルミニウムめっき鋼板は耐食性及び耐熱性に優れていることから、Ｚｎ系めっき鋼材同様、家電、建築、自動車用構造材として広く用いられている。

しかし、Ｚｎ系めっきに比べ、アルミニウムめっきは、塗装後の耐食性が劣るという問題がある。これは、アルミニウムがＺｎに比べ、アルカリ環境での溶解性が高いために、塗膜下で生じる腐食のカソード反応により、めっきの曝される水溶液環境がアルカリ化した場合に、めっきの耐食性が劣化して、塗膜の膨れ進行が促進するためである。このため、従来のアルミニウムめっきでは、亜鉛系めっきの代替は困難である。

また、近年、腐食性の高い環境下での、長期耐食性（例えば、数年間）が強く求められていることから、アルミニウムめっき鋼板の耐食性を高める提案が、数多くなされている（例えば、特許文献１〜４、参照）。

これら提案は、鋼板組成や、めっき浴組成を工夫し、総合的な耐食性の向上を図るものであるが、溶融アルミニウムめっき鋼板の用途が多様化する中、用途に応じた耐食性を確保する点で限界がある。

特開昭６２−１７６０２１号公報特開平０５−２８７４９２号公報特開平０５−３１１３７９号公報特開２００４−２５０７３４号公報

本発明は、溶融アルミニウムめっき鋼板の耐食性に係る限界に鑑み、裸耐食性と塗装後耐食性の両方に優れ、長期間にわたり腐食しないアルミニウム系合金めっき被膜を有する鋼材を提供することを課題とする。

本発明者らは、アルミニウム系合金を溶融めっきした鋼材において、裸耐食性と塗装後耐食性の両方を高める手法について鋭意検討した。

その結果、鋼材の表面に、Ｆｅ−Ａｌ合金を形成すると、めっき鋼材の裸耐食性と塗装後耐食性の両方が向上し、長期間にわたり腐食しないことを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有することを特徴とする裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。

（２）前記Ｆｅが１〜２５％未満であることを特徴とする前記（１）に記載の裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。

（３）前記めっき被膜が、さらに、質量％で、Ｓｉ：０．０２〜２％、及び、ＲＥＭ：０．０２〜１％の１種又は２種を含むことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。

（４）前記ＲＥＭが、Ｌａ−Ｃｅ合金であることを特徴とする前記（３）に記載の裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。

（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載のアルミニウム系合金めっき鋼材に、塗装を施したことを特徴とする裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。

本発明によれば、裸耐食性及び塗装後耐食性に優れ、長期間にわたり腐食しないアルミニウム系合金めっき被膜を有する鋼材を提供することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明のアルミニウム系合金めっき鋼材（本発明鋼材）は、質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有するので、裸耐食性及び塗装後耐食性に優れた鋼材である。

本発明鋼材においては、上記組成のめっき被膜が、優れた裸耐食性及び塗装後耐食性を担うので、下地鋼材は、特定の鋼材に限定されない。下地鋼材として、熱間圧延材、冷間圧延材を問わず使用できるし、また、普通鋼材を始めとし、極低炭素鋼、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを多量に含有する高強度鋼や、ステンレス鋼、電磁鋼も使用することができる。また、鋼材は、鋼板、鋼管、構造材、及び、線材のいずれでもよい。

めっき方法は、Ｆｅ−Ａｌ合金系めっき被膜を形成することができる方法であればよい。工業的な見地から、溶融めっき法が好ましいが、水溶液または非水溶媒からの電気めっき、蒸着、ＣＶＤ、溶射なども用いることができる。

なお、めっきの前工程で、鋼材を、アルカリで脱脂した後、無酸化炉−還元炉方法、全還元炉方法、フラックス法、サンドブラスト、ショットブラスト等のいずれかの方法で鋼材の表面を活性化する前処理を行うことが好ましい。

溶融めっき法を用いる場合、めっき層中のＦｅは、めっき浴に直接Ｆｅを添加するか、又は、Ｆｅを殆ど含まないＡｌ系溶融めっき浴により、Ａｌ系めっきを付着させた後、めっき浴の熱、又は、めっき後の熱処理により、地鉄から導入する（以下、「合金化」と称する）。

具体的には、前処理しない鋼材、又は、前処理した鋼材を、Ｆｅ−Ａｌ系合金めっき浴またはFeをほとんど含まないＡｌ系めっき浴に、３〜６０秒程度浸漬して、鋼材表面に、所要厚のめっき被膜を形成する。

Ｆｅを殆ど含まないＡｌ系めっき浴の場合、浴温は、６００〜７００℃が好ましく、この温度であれば、めっき浴に浸漬中に、めっき被膜の合金化が進行し、Ｆｅ−Ａｌ系合金めっき被膜が生成する。また、鋼材を、めっき浴から引き上げた後、めっき被膜を加熱し、Ｆｅ−Ａｌ系合金層の形成を促進してもよい。

次に、めっき被膜の成分組成に係る限定理由について説明する。なお、％は、質量％を意味する。

めっき被膜中のＦｅが１％未満であると、鋼材をめっき浴から引き上げた後、めっき被膜を加熱しても、裸耐食性と塗装後耐食性に優れたＦｅ−Ａｌ系合金めっき被膜が生成しない。鋼材と密着するＦｅ−Ａｌ系合金めっき被膜を形成するためには、１％以上のＦｅが必要であるので、Ｆｅの下限を１％とした。

めっき被膜中のＦｅが、７５％を超えると、めっき被膜が脆くなり、加工時に、めっき被膜が破壊し剥離脱落するため、所要の裸耐食性と塗装後耐食性が得られないことがある。それ故、Ｆｅの上限を７５％にした。

Ｆｅは、より優れた裸耐食性と塗装後耐食性を得ることができる点で、１〜６０％が好ましいが、より好ましくは、１〜２５％未満である。更に好ましくは１０〜２５％未満であり、この範囲では、塩水噴霧試験より厳しい腐食環境であるサイクル腐食試験においても良好な裸耐食性と塗装後耐食性を示す。

本発明鋼材のめっき被膜は、Ｆｅの他、Ｓｉ：０．０２〜２％、及び、ＲＥＭ（希土類元素）：０．０２〜１％の１種又は２種を含有する。

めっき被膜中にＳｉ及び／又はＲＥＭが存在すると裸耐食性と塗装後耐食性が向上するが、いずれも、０．０２％未満では、上記耐食性向上効果が発現しないので、Ｓｉ及びＲＥＭの下限は、０．０２％とする。

一方、めっき被膜中にＳｉが多量に存在すると、Ｆｅ−Ａｌの合金化を抑制するように作用し、その結果、加熱に長時間を要することになるので、Ｓｉの上限は２％とする。また、めっき被膜中のＲＥＭ量を増大しても、裸耐食性と塗装後耐食性は、１％を超えると増量に応じて向上せず飽和するので、ＲＥＭの上限は１％とする。

ＲＥＭとしては、工業的に安価であるミッシュメタルとしてめっき浴に添加することできるＬａ−Ｃｅ合金が好ましいが、他のＲＥＭ、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなども、上記耐食性向上効果を発現するので、添加材として使用することができる。

本発明鋼材は、裸耐食性に優れるので、裸使用で十分耐食性能を発揮するが、塗装をすることで、さらに製品寿命を延長することができる。塗装する塗料は、特定の塗料に限られない。ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂を用いることができる。塗装方法については、例えば、ロールコーター、バーコーター、スプレー、カーテンフロー、電着のいずれを用いてもよく、特定の塗装方法に限定されない。

また、必要に応じ、塗装下地処理として、クロメートフリー系化成処理、クロメート系化成処理、燐酸亜鉛系化成処理等を施してもよい。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
低炭アルミキルド鋼板を、Ｎ₂−１５％Ｈ₂雰囲気中、８００℃で還元し、焼鈍し、次いで、浴温６５０℃のめっき浴に３秒浸漬し、引き上げ後、エアワイピングで、付着量を、片面４０ｇ／ｍ²に調整し、７００〜８００℃にて５〜６０秒加熱した後、窒素ガスにて、直ちに冷却して、上記鋼板の表面にめっき被膜を形成した。

めっき被膜を化学分析した結果を、表１、表２に示す。

めっき被膜を有する鋼板から、寸法：１５０ｍｍ×７０ｍｍの試料片を切り出して、塩水噴霧試験（ＪＩＳ−Ｚ２３７１）を２５００時間行い、赤錆発生面積を測定した。露出部面積に対する赤錆発生面積の百分率を赤錆発生率として評価した。

また、めっき被膜を有する鋼板から、寸法：１５０ｍｍ×７０ｍｍの試料片を切り出して、サイクル腐食試験(ＪＡＳＯＭ６０９−９１)を５００サイクル行い、赤錆発生面積を測定した。露出部面積に対する赤錆発生面積の百分率を赤錆発生率として評価した。

評価は、下記に示す５段階の評価基準（評点）を設定して行い、評点３以上を合格とした。結果を、表１、表２に併せて示す。

評点：赤錆発生率
５：５％未満
４：５％以上１０％未満
３：１０％以上２０％未満
２：２０％以上３０％未満
１：３０％以上
表１、表２に示す赤錆発生率から、本発明鋼材は、裸耐食性に優れていることが解る。

（実施例２）
実施例１で得ためっき被膜表面に、Ｃｒ⁶⁺を含まない化成被膜を２ｇ／ｍ²施した後、プライマーとして、エポキシ変性ポリエステル塗料（日本ペイント製Ｐ−０２）をバーコーターで塗布し、熱風乾燥炉にて、板温２００℃で焼き付け、膜厚５μｍの塗膜を形成した。さらに、ポリエステル塗料（日本ペイント製ＮＳＣ−３００ＨＱ）を塗布し、熱風乾燥炉にて、板温２２０℃で焼き付けて、膜厚２０μｍの塗膜を形成した。

寸法：１５０ｍｍ×７０ｍｍの試料を切り出し、該試料の表面に、カッターナイフで、５０ｍｍ長さの、互いに交差するカット疵を付与した。この試料につき、塩水噴霧試験（ＪＩＳ−Ｚ２３７１）を２５００時間行い、試験後、疵部からの塗膜膨れ幅の最大値を測定した。

また、塗膜を有する鋼板から、寸法：１５０ｍｍ×７０ｍｍの試料片を切り出し、カッターナイフで、５０ｍｍ長さの、互いに交差するカット疵を付与した後、サイクル腐食試験(ＪＡＳＯＭ６０９−９１)を５００サイクル行い、試験後、疵部からの塗膜膨れ幅の最大値を測定した。

評点：塗膜膨れ幅
５：１ｍｍ未満
４：１ｍｍ以上２ｍｍ未満
３：２ｍｍ以上５ｍｍ未満
２：５ｍｍ以上１０ｍｍ未満
１：１０ｍｍ以上
表１、表２に示す塗膜膨れ幅から、本発明鋼材は、塗装後耐食性に優れていることが解る。

前述したように、本発明によれば、裸耐食性及び塗装後耐食性に優れ、長期間にわたり腐食しないアルミニウム系合金めっき鋼材を提供することができる。したがって、本発明は、各種製造産業や建築産業において、利用可能性が大きいものである。

Claims

質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有することを特徴とする裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
前記Ｆｅが１〜２５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
前記めっき被膜が、さらに、質量％で、Ｓｉ：０．０２〜２％、及び、ＲＥＭ：０．０２〜１％の１種又は２種を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
前記ＲＥＭが、Ｌａ−Ｃｅ合金であることを特徴とする請求項３に記載の裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼材に、塗装を施したことを特徴とする裸耐食性及び塗装後耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。