JP2010501732A - 金属被覆鉄ストリップ - Google Patents
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Abstract
その少なくとも一つの表面の上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の被覆を有する鉄ストリップが開示されている。このストリップは、該アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金が１．２重量％未満のケイ素を含有し、マグネシウムをも含有することを特徴とする。鉄ストリップの上にアルミニウム−亜鉛−シリコン合金の被覆を形成する方法もまた開示されている。この方法は、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の浴を含み、その底壁に開口を有する被覆ポットを通過させて鉄ストリップを上方向に動かす工程、及び該ストリップの上に合金の被覆を形成する工程、を包含する。この方法は、該ポット中のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金に対して鉄ストリップが接触する滞留時間を最短にすることにより特徴付けられる。
Description
本発明はストリップを被覆金属の溶融浴中で被覆することによりストリップの上に形成される耐腐食性金属被覆を有する鉄ストリップに関する。
本発明は、排他的ではなく具体的に、冷間形成により（例えば、ロール形成（roll forming）により）屋根葺き材のような末端使用製品に形成可能な金属被覆鉄ストリップに関する。
本発明は、排他的ではなくより具体的に、小さいスパンコール（spangles）を有する耐腐食性金属被覆、すなわち０．５ｍｍ未満のオーダーの平均スパンコール寸法を有する被覆を有する上記段落に記載したタイプの金属被覆鉄ストリップに関する。
本発明は、排他的ではなくより具体的に、小さいスパンコールを有し、そして比較的低い濃度のケイ素を有し及びマグネシウムも含有するアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金を含む、耐腐食性金属被覆を有する上述したタイプの金属被覆鉄ストリップに関する。
鉄ストリップを被覆するのに用いられる従来のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は、一般に、重量％における以下の範囲のアルミニウム、亜鉛及びケイ素の元素を含有する：
アルミニウム： ４５．０〜６０．０；
亜鉛： ３７．０〜４６．０；及び
ケイ素： １．２〜２．３。
亜鉛： ３７．０〜４６．０；及び
ケイ素： １．２〜２．３。
従来のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は、例示的に、しばしば不純物として鉄、バナジウム及びクロムのような他の元素を含有しうる。
従来は、鉄ストリップ上のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の被覆は熱浸漬金属被覆法を用いて形成されている。
従来の熱浸漬金属被覆法では、鉄ストリップは一つ以上の熱処理炉を通過し、その後被覆ポットに含まれる溶融アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の浴に入り通過する。ストリップが浴を通過するにつれて、鉄ストリップの上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の被覆が形成される。
広く用いられる従来の方法では、ストリップは下を向いて浴に入り、浴中で一つ以上の沈みロールをめぐって後、浴から上を向いて取り出される。
被覆ポットの底壁に開口を提供し、開口を通してストリップを垂直上方に動かして浴の内部へ導入し、その後浴から取り出すことも提案されている。この方法は開口を通してポットから溶融アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金が下方向に流れるのを防止する電磁的な密栓手段を使用することに依存している。
本発明者らは、ある種の最終用途への適用のために、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金及び鉄ストリップ上のこれら合金から形成された被覆の組成及び微細構造を最適化し、鉄ストリップ上に係る被覆を形成するための被覆実施方法を最適化するために研究開発を行ってきた。
本発明は、金属被覆における低レベルのケイ素を達成するという具体的な目的、及び小さいスパンコールを有する被覆を形成するという第二の目的と共に、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金におけるケイ素の影響、及び鉄ストリップの上に係る金属被覆を形成するための被覆実施方法に照準をあてた研究開発業務の過程でなされた。
ここでいう「小さいスパンコール」という用語は、豪州標準ＡＳ１７３３に記載のような平均遮断間隔（average intercept distance）を用いて測定された、０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満のスパンコールを有する平均的な（mean）金属被覆ストリップを意味することが理解される。
出願人は、業務の過程において、ケイ素の濃度を上述した従来の１．２重量％を下回って低減することで、耐腐食性及び小さいスパンコールを形成することが改良される観点から利点を有し、鉄ストリップとアルミニウム−亜鉛−シリコン合金被覆との間にアルミニウム、亜鉛及び鉄の金属間合金層が成長する観点から欠点を有することを見出した。
比較的高いアルミニウム含有量を有するアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金被覆（ＧＡＬＶＡＬＵＭＥ（登録商標）被覆鉄の製造におけるような）は、シリコンの添加量に依存して、被覆全体がアルミニウム、亜鉛及び鉄の合金になる金属被覆過程における強い発熱反応が防止されることが知られている。
また、ケイ素を添加しない場合、発熱反応は熱鉄基材に関して、それが明るい赤色になるほど非常に甚だしくなり、被覆が実際に燃焼を示す場合がある。
本発明の基本は、発明者が、
（ａ）アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金組成物にマグネシウムを添加すること；及び／又は
（ｂ）鉄ストリップが被覆浴に接触する滞留時間を最低限にすること；
によって望ましくない金属間合金層の成長を抑制しうると、見出したことにある。
（ａ）アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金組成物にマグネシウムを添加すること；及び／又は
（ｂ）鉄ストリップが被覆浴に接触する滞留時間を最低限にすること；
によって望ましくない金属間合金層の成長を抑制しうると、見出したことにある。
ポイント（ａ）に関して、本発明による被覆鉄ストリップはストリップの少なくとも一つの表面の上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の被覆を有し、該アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は１．２重量％未満のケイ素を含有し、そしてマグネシウムも含有することにより特徴付けられる。
好ましくは、シリコンの濃度は０．２〜０．５重量％であり、マグネシウムの濃度は０．５〜８重量％である。
好ましくは、シリコンの濃度は少なくとも０．２重量％及び１．２重量％未満であり、マグネシウムの濃度は０．５〜１重量％である。
好ましくは、シリコンの濃度は少なくとも０．２重量％である。
金属間合金層の成長を抑制することに加えて、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金にマグネシウムを追加することで、被覆の耐腐食性が改良される。
好ましくは、被覆は、ここで説明されるような小さいスパンコールを有する。すなわち、豪州標準ＡＳ１７３３に記載されているような平均遮断間隔を用いて測定された、０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満のスパンコールである。
スパンコールの寸法が小さいことによって被覆の延性が改良され、マグネシウムのために被覆の延性が被る悪影響が補償される。
好ましくは、マグネシウムの濃度は８重量％未満である。
好ましくは、マグネシウムの濃度は３重量％未満である。
好ましくは、マグネシウムの濃度は少なくとも０．５重量％である。
好ましくは、マグネシウムの濃度は１重量％及び３重量％の間である。
より好ましくは、マグネシウムの濃度は１．５重量％及び２．５重量％の間である。
好ましくは、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は、ベツレヘム・スチール・コーポレーション名義の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ００／２３１６４（ＷＯ０１／２７３４３）に記載されており、二ホウ化チタンとしてホウ素を０．５重量％まで含有するような二ホウ化チタン変性合金である。この国際出願には、二ホウ化チタンがアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金のスパンコール寸法を最少にすることが開示されている。この国際出願の明細書の開示はここに参照として組み込まれる。
アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は他の元素を含有してよい。
好ましくは、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金はストロンチウム及び／又はカルシウムを含有する。
アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金にストロンチウム及び／又はカルシウムを添加することで、出願人が「粗被覆」及び「ピンホール−無被覆」欠陥と記載するような多くの表面欠陥が実質的に減少し、マグネシウムが引き起こすであろうこのような多くの表面欠陥が補償される。
ストロンチウム及びカルシウムは別々に又は組み合わせて添加されうる。
好ましくは、（ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度は少なくとも２ｐｐｍである。
好ましくは、（ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度は０．２重量％未満である。
好ましくは、（ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度は１００ｐｐｍ未満である。
より好ましくは、（ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度は５０ｐｐｍ以下である。
好ましくは、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は、例えば溶融浴中における汚染による不可避的な不純物のような痕跡量にて存在するものとは異なる、意図的な合金の要素としてバナジウム及び／又はクロムを含有しない。
上記ポイント（ｂ）に関して、出願人は、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の浴を含み、その底壁に開口を有する被覆ポットを通過させて鉄ストリップを上方向に動かすことが、該ポット中のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の浴に対して鉄ストリップが接触する滞留時間を最短にするために効果的なオプションであることを見出した。
従って、本発明による鉄ストリップの上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の被覆を形成する方法は、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の浴を含み、その底壁に開口を有する被覆ポットを通過させて鉄ストリップを上方向に動かす工程、及び該ストリップの上に合金の被覆を形成する工程を包含し、該ポット中のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金に対して鉄ストリップが接触する滞留時間を最短にすることにより特徴付けられる。
好ましくは、滞留時間は０．７５秒未満である。
より好ましくは、滞留時間は０．５秒未満である。
好ましくは、滞留時間は少なくとも０．２秒である。
好ましくは、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金は上述の低ケイ素含有合金であり、要すればマグネシウム含有合金である。
本発明による鉄ストリップ上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金被覆を形成する方法は、引き続いて鉄ストリップを熱処理炉及び溶融アルミニウム−亜鉛−シリコン合金の浴に通過させ、そして：
（ａ）熱処理炉中で鉄ストリップを熱処理する工程；及び
（ｂ）溶融浴中でそのストリップを熱浸漬被覆し、鉄ストリップの上に小さいスパンコールを有する合金の被覆を形成する工程；
をも包含しうる。
（ａ）熱処理炉中で鉄ストリップを熱処理する工程；及び
（ｂ）溶融浴中でそのストリップを熱浸漬被覆し、鉄ストリップの上に小さいスパンコールを有する合金の被覆を形成する工程；
をも包含しうる。
好ましくは、熱処理炉は浴の内部に延びる伸長した排炉シュート又はノーズを有する。
本発明によれば、上述の金属被覆鉄ストリップから形成される冷間形成製品も提供される。
上述のように、本発明は出願人によって遂行された研究開発業務に基づいている。
その業務には、鉄ストリップ試料上の合金の被覆についての、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の微細構造、より詳しくはスパンコールの寸法及び金属間合金層の成長、に対するケイ素及びマグネシウムの影響を評価するために設計された一連の実験が含まれる。
重量％において、
（ａ） Ｓｉ０．５、Ｍｇ０．０；
（ｂ） Ｓｉ０．５、Ｍｇ２．０；
（ｃ） Ｓｉ０．２８、Ｍｇ０．０；及び
（ｄ） Ｓｉ０．２８、Ｍｇ２．０；
を含有するアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金を用いて実験を行った。
（ａ） Ｓｉ０．５、Ｍｇ０．０；
（ｂ） Ｓｉ０．５、Ｍｇ２．０；
（ｃ） Ｓｉ０．２８、Ｍｇ０．０；及び
（ｄ） Ｓｉ０．２８、Ｍｇ２．０；
を含有するアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金を用いて実験を行った。
上述の合金を鉄の試料上に被覆し、その試料を評価した。
実験の結果を表１に総括し、顕微鏡写真を図１に示した。
試料は、アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金被覆及びその被覆と鉄基材との間の金属間合金層を有することが確認された。
［表１］
顕微鏡写真には、各試料の鉄基材、その基材上の金属間合金層、及びその金属間合金層上の被覆（顕微鏡では「Ａｌ／Ｚｎ層」と表示）が示されている。
表１及び顕微鏡写真から次のことが立証される。
（ａ）Ｓｉの濃度が減少するにつれて金属間合金層の厚さが増大する−０．０重量％のＭｇを含有する２種類の異なるＳｉ濃度の試料を比較のこと；
（ｂ）２．０重量％のＭｇを含有する試料は０．０重量％のＭｇを含有する試料よりも金属間合金層の成長が実質的に少ない；
（ｃ）２．０重量％のＭｇを含有する試料における金属間合金層の厚さについてＳｉ濃度が与える相違は非常に小さい；
（ｄ）０．２８重量％の低いＳｉ濃度を有する試料ではより小さいスパンコールが形成された。
（ａ）Ｓｉの濃度が減少するにつれて金属間合金層の厚さが増大する−０．０重量％のＭｇを含有する２種類の異なるＳｉ濃度の試料を比較のこと；
（ｂ）２．０重量％のＭｇを含有する試料は０．０重量％のＭｇを含有する試料よりも金属間合金層の成長が実質的に少ない；
（ｃ）２．０重量％のＭｇを含有する試料における金属間合金層の厚さについてＳｉ濃度が与える相違は非常に小さい；
（ｄ）０．２８重量％の低いＳｉ濃度を有する試料ではより小さいスパンコールが形成された。
本発明の思想及び範囲から逸脱することなく上述の好ましい実施形態に対し多くの変形をすることが許容される。
Claims (24)
- ストリップの少なくとも片面上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の被覆を有する鉄ストリップであって、該アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金が１．２重量％未満のケイ素を含み、マグネシウムも含むことを特徴とする鉄ストリップ。
- 前記ケイ素の濃度が０．２〜０．５重量％であり、マグネシウムの濃度が０．５〜８重量％である請求項１記載の鉄ストリップ。
- 前記ケイ素の濃度が少なくとも０．２重量％及び１．２重量％未満であり、前記マグネシウムの濃度が０．５〜１重量％である請求項１又は２記載の鉄ストリップ。
- 前記ケイ素の濃度が少なくとも０．２重量％である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記被覆が、ここで定義される小さいスパンコールを有する先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記マグネシウムの濃度が８重量％未満である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記マグネシウムの濃度が３重量％未満である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記マグネシウムの濃度が０．５重量％未満である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記マグネシウムの濃度が１〜３重量％の間である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記マグネシウムの濃度が１．５〜２．５重量％の間である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金が、ここで定義される二ホウ化チタン変性合金である先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金がストロンチウム及び／又はカルシウムを含有する先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- （ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度が少なくとも２ｐｐｍである請求項１２記載の鉄ストリップ。
- （ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度が０．２重量％未満である請求項１２又は請求項１３記載の鉄ストリップ。
- （ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度が１００ｐｐｍ未満である請求項１２〜１４のいずれか記載の鉄ストリップ。
- （ｉ）ストロンチウム又は（ii）カルシウム又は（iii）ストロンチウム及びカルシウムを併せた濃度が５０ｐｐｍ以下である請求項１２〜１５のいずれか記載の鉄ストリップ。
- 前記アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金が、例えば溶融浴中における汚染による不可避的な不純物のような痕跡量にて存在するものとは異なる、意図的な合金の要素としてバナジウム及び／又はクロムを含有しない先行請求項のいずれか記載の鉄ストリップ。
- アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金の浴を含み、その底壁に開口を有する被覆ポットを通過させて鉄ストリップを上方向に動かす工程、及び該ストリップの上に合金の被覆を形成する工程、を包含する鉄ストリップの上にアルミニウム−亜鉛−ケイ素の被覆を形成する方法であって、該ポット中のアルミニウム−亜鉛−ケイ素合金に対して鉄ストリップが接触する滞留時間を最短にすることにより特徴付けられる方法。
- 前記滞留時間が０．７５秒未満である請求項１８記載の方法。
- 前記滞留時間が０．５秒未満である請求項１９記載の方法。
- 前記滞留時間が少なくとも０．２秒である請求項１８〜２０のいずれか記載の方法。
- 前記アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金が１．２重量％未満のケイ素を含有し、要すればマグネシウムを含有する合金である請求項１８〜２１のいずれか記載の方法。
- 前記アルミニウム−亜鉛−ケイ素合金がマグネシウムを含有する請求項１８〜２２のいずれか記載の方法。
- 引き続いて鉄ストリップを熱処理炉及び溶融アルミニウム−亜鉛−シリコン合金の浴に通過させ、そして：
（ａ）熱処理炉中で鉄ストリップを熱処理する工程；及び
（ｂ）溶融浴中でそのストリップを熱浸漬被覆し、鉄ストリップの上に小さいスパンコールを有する合金の被覆を形成する工程；
をも包含する請求項１８〜２２のいずれか記載の方法。
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