JP2011219823A - Organic compound mg-based plated steel plate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic compound Mg-based plated steel plate for solving a problem of corrosion under a coating film of a flaw part originally existing in a plated steel plate for an automobile.SOLUTION: In the organic compound Mg-based plated steel plate, on the surface of the steel plate, the Mg-based plated coating containing 30 atom% or more and 85 atom% or less of Mg, 0.03 atom% or more and 10 atom% or less of Ca, and the balance Zn and/or Al with unavoidable impurities is formed. On the surface of the Mg-based plated coating, 0.3 g/mor more and 15 g/mor less of Mg phosphate coating is formed. The content of metallic elements unavoidably mixing from a plated layer into the Mg phosphate coating is 100 mg/mor smaller in total. Organic coatings are sequentially formed on at least one surface on the top surface of the Mg phosphate coating.

Description

本発明は、塗装めっき鋼板に関し、詳しくは、りん酸塩皮膜を有する有機複合Mg系めっき鋼板に関する。   The present invention relates to a coated plated steel sheet, and more particularly to an organic composite Mg-based plated steel sheet having a phosphate film.

自動車車体の耐食性に対する要求性能は年々、厳しくなっている。自動車においては、チッピング部の耐食性が重要視されている。自動車の防錆対策上、Zn系めっき鋼板の使用量が増加している。これらZn系めっき鋼板、もしくは合金化Zn系めっき鋼板を自動車車体に用いる際には、プレス成形、溶接、組み立て工程を経た後、りん酸塩処理を施し、電着塗装により下塗りされ、更にその上に複層の上塗り塗装が施される。   The performance requirements for corrosion resistance of automobile bodies are becoming stricter year by year. In automobiles, the corrosion resistance of the chipping part is regarded as important. In order to prevent rust in automobiles, the amount of Zn-based plated steel sheets is increasing. When using these Zn-based plated steel sheets or alloyed Zn-based plated steel sheets for automobile bodies, after press forming, welding, and assembling processes, they are subjected to phosphate treatment, primed by electrodeposition coating, and further A multi-layer top coat is applied.

この様に塗装されて使用されるめっき材の腐食形態は、裸めっき材の腐食形態と異なり、アルカリ性環境における腐食機構を考察する必要がある。塗装された鋼材にチッピング等により地鉄に達する傷部が形成されると、傷部でのZn、Fe等のめっき金属や地鉄が溶解するアノード反応と、傷部近傍の塗膜下にこれと対となる、水と酸素が結合してOH-を形成するカソード反応が発生する。すなわち、塗膜下では、OH-の発生によりpHが上昇、アルカリ環境下となるため、めっき金属、りん酸塩皮膜の溶解が生じ、更に腐食生成物により塗膜が盛り上がるように腐食が進行するなどして、塗膜剥離が起こる。特に、合金化Znめっき鋼板のように、犠牲防食能の余り高くないめっき鋼板では、塗膜の膨れ幅自体は小さいが、疵部の腐食が進行するため腐食生成物が堆積し、かさぶた状に盛り上がって疵部が目立つため、腐食後の外観上にも問題があった。 The corrosion pattern of the plated material used in such a manner is different from the corrosion pattern of the bare plated material, and it is necessary to consider the corrosion mechanism in an alkaline environment. When scratches that reach the iron core are formed on the coated steel material by chipping or the like, this occurs under the anodic reaction where the plated metal such as Zn and Fe and the iron iron dissolve in the scratches, and under the coating near the scratches. a pair of water and oxygen combine to OH - cathode reaction occurs to form a. That is, under the coating film, the pH rises due to the generation of OH , resulting in an alkaline environment, so that the plating metal and the phosphate film are dissolved, and further, the corrosion proceeds so that the coating film rises due to the corrosion products. For example, coating film peeling occurs. In particular, in the case of a plated steel sheet that is not so high in sacrificial anti-corrosion ability, such as an alloyed Zn-plated steel sheet, although the swollen width of the coating film itself is small, corrosion products accumulate due to the progress of corrosion of the buttocks, resulting in a scab shape There was also a problem in the appearance after corrosion because the ridges were prominent and the buttock was conspicuous.

このような腐食に対しては、めっき層、もしくは、りん酸皮膜にMg成分を含有させることでアルカリ環境下での耐食性を向上させる手段が知られている。   For such corrosion, means for improving corrosion resistance in an alkaline environment by adding a Mg component to the plating layer or the phosphoric acid film is known.

例えば、特許文献1には、めっき層にAl、Mgを含有させることで、めっき層の塗膜下腐食耐食性を向上させたZn-Al-Mg系めっき鋼板が開示されている。しかし、このめっき層の主体はZnで構成されており、Mgの含有量は少ないため、腐食生成物の主体はZn系腐食生成物となり、Mgによる塗膜下腐食耐食性の向上効果を持続させることができない。したがって、塗膜下腐食の形態に大きな変化は得られない。   For example, Patent Document 1 discloses a Zn—Al—Mg-based plated steel sheet in which Al and Mg are contained in the plating layer to improve the under-coating corrosion resistance of the plating layer. However, the main component of this plating layer is composed of Zn, and since the Mg content is low, the main component of the corrosion product is a Zn-based corrosion product, and the effect of improving corrosion resistance under coating by Mg is maintained. I can't. Therefore, a big change cannot be obtained in the form of undercoat corrosion.

また、自動車車体に使用される有機複合Zn系めっき鋼板として特許文献2には、りん酸皮膜中にMgを含有させることで、耐食性、塗膜密着性を向上させためっき鋼板が開示されている。この発明は、硝酸Mgを含んだ、りん酸Zn処理浴で、りん酸皮膜中にMgを含有させる方法であるが、この方法では、りん酸Zn処理浴への硝酸Mgの溶解濃度に限界があるため、Mgは皮膜中に少量しか含有できない。このため、りん酸Zn皮膜中に含まれるMg量が、めっき付着量に対しても、りん酸Zn皮膜量に対しても十分ではないため、Mgの耐食性向上効果は得られず、充分な耐食性を得られない。したがって、疵部に腐食生成物が堆積して、かさぶた状に盛り上がって進行する腐食形態を改善する事は出来ない。   Patent Document 2 discloses an organic composite Zn-based plated steel sheet used for an automobile body, and a plated steel sheet having improved corrosion resistance and coating film adhesion by containing Mg in a phosphoric acid film is disclosed. . The present invention is a Zn phosphate treatment bath containing Mg nitrate, in which Mg is contained in the phosphate film, but this method has a limit on the concentration of Mg nitrate dissolved in the Zn phosphate treatment bath. Therefore, only a small amount of Mg can be contained in the film. For this reason, the amount of Mg contained in the Zn phosphate coating is not sufficient for the amount of zinc coating and the amount of Zn phosphate coating, so the effect of improving the corrosion resistance of Mg cannot be obtained and sufficient corrosion resistance is obtained. I can't get it. Therefore, it is not possible to improve the corrosion form in which corrosion products accumulate on the buttock and swell up and proceed in a scab shape.

また、特許文献3では、水酸化Mg、酸化Mg等のMg化合物を、りん酸処理液に含有させ、Mgをりん酸Zn皮膜中に含有させる方法が開示されるが、この場合も、Mg化合物の溶解によるpH変化の管理が難しく、また、特許文献2と同様に、やはり、りん酸Zn皮膜中に含まれるMg量は、めっき付着量、りん酸Zn皮膜量に対し少ないため、腐食形態に変化を生み出すことはできない。   Patent Document 3 discloses a method in which Mg compound such as Mg hydroxide and Mg oxide is contained in the phosphoric acid treatment solution and Mg is contained in the phosphoric acid Zn film. In this case as well, the Mg compound is disclosed. It is difficult to control the pH change due to dissolution of metal, and, similarly to Patent Document 2, the amount of Mg contained in the Zn phosphate film is less than the amount of plating adhesion and the amount of Zn phosphate film. It cannot produce change.

したがって、これまでに塗膜下腐食に対する、めっき層、りん酸塩皮膜へのMg含有効果は検討されてきたものの、いずれも含有されるMgの量が少なく、Mgの効果が充分に発揮できるめっき層、りん酸塩皮膜が開発されていないため、自動車用めっき鋼板に従来から存在する疵部の塗膜下腐食問題を解決する手段がなかった。   Therefore, although the effect of Mg content in the plating layer and phosphate film has been studied for corrosion under the coating film so far, both of them contain a small amount of Mg and can fully exhibit the effect of Mg. Since no layer or phosphate coating has been developed, there has been no means for solving the undercoat corrosion problem of the buttocks existing in the plated steel sheet for automobiles.

特開2001-329383号公報JP 2001-329383 A 特開2001-131763号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-131763 特開2001-152355号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-152355

本発明が解消しようとする課題は、塗装Zn系めっき鋼板で問題となる塗膜下腐食の進行、かさぶた状腐食生成物を抑制できるめっき鋼板を開発することであり、本発明者らは、この課題解決を目的として、鋼材にMgを母相とするめっきを施し、さらにりん酸塩皮膜中に一定量のMg系りん酸塩を含有すること、もしくは、Mg系りん酸塩で主体として構成されたりん酸塩皮膜を形成することを特徴とするアルカリ環境下での耐食性にすぐれる有機複合Mg系めっき鋼板を検討した。   The problem to be solved by the present invention is to develop a plated steel sheet capable of suppressing the progress of undercoat corrosion, a scab-like corrosion product, which is a problem with coated Zn-based plated steel sheets. For the purpose of solving the problem, the steel material is plated with Mg as a parent phase, and the phosphate coating contains a certain amount of Mg-based phosphate, or is composed mainly of Mg-based phosphate. An organic composite Mg-plated steel sheet with excellent corrosion resistance in an alkaline environment characterized by forming a phosphate film was investigated.

めっき層、りん酸皮膜中へのMgの含有による耐食性の向上策はこれまでにも、検討されてきたが、塗膜下腐食の耐食性を劇的に改善させるほどのめっき鋼板の構造は示されてこなかった。   Measures to improve corrosion resistance by the inclusion of Mg in the plating layer and phosphate coating have been studied so far, but the structure of the plated steel sheet has been shown so as to dramatically improve the corrosion resistance of undercoat corrosion. I did not come.

そこで、本発明では、塗膜下腐食の進行を停止することができるめっき層構造を示し、これまで、有機複合Zn系めっき鋼板では解決できなかった、塗膜下腐食の進行を防止することができる有機複合Mg系めっき鋼板の提供を目的とするものである。   Therefore, in the present invention, a plating layer structure capable of stopping the progress of undercoat corrosion is shown, and it is possible to prevent the progress of undercoat corrosion that could not be solved by an organic composite Zn-based plated steel sheet until now. The object is to provide an organic composite Mg-based plated steel sheet.

塗膜下腐食の進行を防ぐためには、腐食生成物が2層構造を有することが有効である。本発明者らが最適とする腐食生成物の2層構造は、緻密なMg系の酸化物、炭酸化合物等を主成分とする上層と、塩基性塩化Zn、もしくは、Al・Mg系水酸化物を主成分とする下層からなる構造である。すなわち、塗膜下の構造では、順次、地鉄、めっき層、Zn系腐食生成物、Mg系腐食生成物、塗膜の構造を有することが塗膜下の腐食の進行を防ぐのに最も有効な手段あることを見出した。この塗膜下腐食の進行を防ぐために有効な腐食部の構造を図1に示した。   In order to prevent the progress of corrosion under the coating film, it is effective that the corrosion product has a two-layer structure. The two-layer structure of the corrosion product optimized by the present inventors is a dense Mg-based oxide, an upper layer mainly composed of a carbonic acid compound, etc., and basic Zn chloride or Al · Mg-based hydroxide. It is the structure which consists of the lower layer which has as a main component. In other words, in the structure under the coating film, having the structure of the base iron, the plating layer, the Zn-based corrosion product, the Mg-based corrosion product and the coating film in order is the most effective in preventing the progress of corrosion under the coating film I found that there is a good means. Fig. 1 shows the structure of the corroded portion that is effective in preventing the progress of the undercoat corrosion.

従来のZnめっきでは、塗膜下で形成された腐食生成物は、アルカリ環境下では熱力学的に不安定であるため、直ぐに消失してしまい、めっき層や下地鋼板に対する防食機能を果たすことができず、短時間で塗膜傷からの赤錆発生に至る。しかし、本発明のように、Zn系腐食生成物の上に、アルカリ環境下で安定なMg系の酸化物、炭酸化合物等を主成分とする上層の腐食生成物が存在することで、Zn系腐食生成物が長期に渡って、めっき層上に保持され、Zn系腐食生成物によるめっきの防食効果が維持される。これは、Mg系腐食生成物によるpHの一定化が原因であると本発明者らは考えている。即ち、Mg系腐食生成物周囲の水溶液中では、pHが10前後に保たれ、塗膜下の過度のpH上昇が抑えられ、このpHで、Zn系腐食生成物の消失が抑制される。   In conventional Zn plating, the corrosion products formed under the coating film are thermodynamically unstable in an alkaline environment, so they disappear immediately and can perform the anticorrosion function for the plating layer and the underlying steel plate. It cannot be done, and red rust is generated from scratches in the coating film in a short time. However, as in the present invention, the presence of an upper-layer corrosion product mainly composed of an Mg-based oxide, a carbonate compound, etc., stable in an alkaline environment, on the Zn-based corrosion product. The corrosion product is retained on the plating layer for a long time, and the corrosion protection effect of the plating by the Zn-based corrosion product is maintained. The present inventors consider that this is due to the stabilization of pH caused by Mg-based corrosion products. That is, in the aqueous solution around the Mg-based corrosion product, the pH is maintained at around 10, and an excessive increase in pH under the coating film is suppressed. At this pH, the disappearance of the Zn-based corrosion product is suppressed.

その他にも、Mg系の腐食生成物は、pHを一定化することで、Zn系腐食生成物の安定化以外に、Feの腐食を抑制する効果も有しており、Fe2O3(赤錆)などの生成を防止し、体積膨張を抑制して、腐食生成物の堆積によるかさぶた状の腐食外観の問題も解決できることを見出した。これは、pHが10付近に一定化されることで、Fe(OH)2起因の不動態皮膜の形成が関与していると本発明者らは考えている。 In addition, Mg-based corrosion products have the effect of inhibiting Fe corrosion in addition to stabilizing Zn-based corrosion products by stabilizing the pH, and Fe 2 O 3 (red rust It was found that the problem of scab-like corrosion appearance due to the accumulation of corrosion products can be solved by preventing the formation of) and the like. The present inventors consider that the formation of a passive film due to Fe (OH) 2 is involved because the pH is fixed at around 10.

これらの、Mg系腐食生成物の形成は、めっき層中に、一定濃度以上のMgを含有させることで可能である。   These Mg-based corrosion products can be formed by including Mg of a certain concentration or more in the plating layer.

また、塗膜下腐食では、塗膜密着性を同時に確保することが重要である。塗膜密着性の確保は、一定濃度以上のMgを含有するめっきに化成処理を施すことでより向上させることができる。これまでに、Zn系りん酸塩皮膜の中に、Mgを含有させるためには、りん酸Znの化成処理液中に、硝酸Mg、水酸化Mgを添加して、りん酸塩を析出する方法が主体であったが、このような技術の場合、浴の安定性を維持するために、添加量に上限があり、含有させられるMg量にも限界があった(実際には、Mg含有量に限界があり、めっき層上に、Mg系りん酸塩をZn系りん酸塩と混析させることは困難であった。)。しかし、本発明においては、
下地のめっき層が一定以上のMg及びZnを含有するめっき層とすることでMg系化成処理を適用することを可能とし、これにより、Mg系りん酸塩が主体のアルカリ環境下で耐食性の優れたりん酸Mg皮膜を形成した有機複合Mg系めっき鋼板を作成できる。
Further, in the undercoat corrosion, it is important to ensure the adhesion of the coating film at the same time. Ensuring coating film adhesion can be further improved by subjecting the plating containing Mg at a certain concentration or more to chemical conversion treatment. So far, in order to make Mg contained in the Zn-based phosphate film, a method of depositing phosphate by adding Mg nitrate and Mg hydroxide into the chemical conversion solution of Zn phosphate. However, in the case of such a technique, there is an upper limit to the amount of addition to maintain the stability of the bath, and there is also a limit to the amount of Mg that can be contained (actually, the Mg content Therefore, it was difficult to mix Mg phosphate with Zn phosphate on the plating layer.) However, in the present invention,
By making the underlying plating layer a plating layer containing Mg or Zn above a certain level, it is possible to apply Mg-based chemical conversion treatment, which makes it excellent in corrosion resistance in an alkaline environment mainly composed of Mg-based phosphate. An organic composite Mg-based plated steel sheet with a phosphoric acid Mg coating can be prepared.

更に、自動車鋼板のチッピングによる疵の発生率はめっき層の硬度の上昇に伴い低減するため、めっき層に発生する疵を防止するには、めっき層の硬度を上げることが重要である。本願の構成要件であるMg系めっきの場合は、硬質のアモルファス相を含有させることでめっき層硬度を上げることができ、地鉄に達する傷を少なくすることができ、耐チッピング傷性に優れた鋼板の提供が可能となる。   Furthermore, since the generation rate of wrinkles due to chipping of automobile steel plates decreases with an increase in the hardness of the plating layer, it is important to increase the hardness of the plating layer in order to prevent wrinkles generated in the plating layer. In the case of Mg-based plating, which is a constituent requirement of the present application, it is possible to increase the plating layer hardness by including a hard amorphous phase, to reduce scratches reaching the base iron, and excellent chipping scratch resistance It is possible to provide steel sheets.

本発明は、こうした知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは、以下のとおりである。   The present invention has been made based on such findings, and the gist thereof is as follows.

(1)鋼板の表面の少なくとも片面に、
Mgを30原子%以上、85原子%以下、
Caを0.03原子%以上、10原子%以下含有し、
さらに、残部がZn及び/又はAlと不可避不純物により構成されるMg系めっき皮膜が形成され、
前記Mg系めっき皮膜の表面に、
0.3g/m以上、15g/m以下のりん酸Mg皮膜が形成され、前記りん酸Mg皮膜中の不可避的不純物量が100mg/m以下であり、
さらに、前記りん酸Mg皮膜の上面で少なくとも片面に有機皮膜が順次形成されていることを特徴とする有機複合Mg系めっき鋼板。
(2)前記Mg系めっき皮膜が、Alを10原子%以下、及びアモルファス相を体積含有率で5%以上含有することを特徴とする請求項1に記載の有機複合Mg系めっき鋼板。
(1) On at least one surface of the steel plate,
Mg is 30 atomic% or more, 85 atomic% or less,
Containing 0.03 atomic% or more and 10 atomic% or less of Ca,
Furthermore, an Mg-based plating film composed of Zn and / or Al and inevitable impurities is formed,
On the surface of the Mg-based plating film,
A phosphoric acid Mg film of 0.3 g / m 2 or more and 15 g / m 2 or less is formed, and the amount of inevitable impurities in the phosphoric acid Mg film is 100 mg / m 2 or less,
Further, an organic composite Mg-based plated steel sheet, wherein an organic film is sequentially formed on at least one surface of the upper surface of the phosphoric acid Mg film.
(2) The organic composite Mg-based plated steel sheet according to claim 1, wherein the Mg-based plated film contains Al at 10 atomic% or less and an amorphous phase at a volume content of 5% or more.

(3)前記有機皮膜の目付量が0.2〜3g/mであることを特徴とする請求項1または2に記載の有機複合Mg系めっき鋼板。 (3) organic composite Mg plated steel sheet according to claim 1 or 2 weight per unit area of the organic coating is characterized in that it is a 0.2 to 3 g / m 2.

本発明の有機複合Mg系めっき鋼材は、通常の溶融めっきプロセス、化成処理プロセス、及び電着塗装プロセスで製造可能であるため、汎用性、経済性に優れる。また、現在広く使用されている塗装Zn系めっき鋼材よりも、塗膜下耐食性に優れるため、これまで、塗膜下耐食性が問題となって塗装Zn系めっき鋼材が使用できなかった分野でも広く利用可能である。また、鋼材の高寿命化、メンテナンス労力の低減をもって産業の発達に寄与することができる。   The organic composite Mg-based plated steel material of the present invention is excellent in versatility and economy because it can be manufactured by a normal hot dipping process, chemical conversion treatment process, and electrodeposition coating process. In addition, it is superior in corrosion resistance under the paint film compared to the widely used paint zinc-based plated steel material, so it is widely used even in fields where paint zinc-plated steel material could not be used due to the problem of corrosion resistance under the paint film. Is possible. In addition, it is possible to contribute to the development of the industry by extending the life of steel materials and reducing maintenance labor.

Mg腐食生成物の形成による防食構造の模式図を示す。The schematic diagram of the anticorrosion structure by formation of Mg corrosion product is shown.

以下、本発明である有機複合Mg系めっき鋼材を詳細に説明する。本発明者らは、塗膜下腐食の耐食性を上げるため、pHの高いアルカリ環境下で安定で、耐食性の高いMg成分の適用を検討した。   Hereinafter, the organic composite Mg-based plated steel material according to the present invention will be described in detail. In order to increase the corrosion resistance of corrosion under the coating film, the present inventors examined the application of an Mg component that is stable in a high pH alkaline environment and has high corrosion resistance.

基本的な、Zn系めっき鋼材での塗膜下腐食は塗膜疵を起点とし、塗膜下を這うように進行するがその腐食機構は以下のように考えられる。先ず腐食初期に、塩基性塩化ZnであるZnCl2・4Zn(OH)2を形成し、最終的にZnOへと変化する。このZnCl2・4Zn(OH)2の形成に次いで地鉄が腐食しはじめ、腐食性生物はFe主体のポーラスなFe3O4、FeOOHへと最終的に変化する。この腐食機構において、ZnOの形成を抑えZnCl2・4Zn(OH)2を長期にわたって保持することで、高い防食効果が得られるとされる。 The basic undercoat corrosion of Zn-plated steel materials starts from the coating film so that it progresses under the coating film, and the corrosion mechanism is considered as follows. First, ZnCl 2 · 4Zn (OH) 2 which is basic Zn chloride is formed at the initial stage of corrosion, and finally changes to ZnO. Subsequent to the formation of ZnCl 2 · 4Zn (OH) 2 , the ground iron begins to corrode, and the corrosive organisms finally change to Fe-based porous Fe 3 O 4 and FeOOH. In this corrosion mechanism, the formation of ZnO is suppressed and ZnCl 2 · 4Zn (OH) 2 is maintained for a long period of time.

本発明もこの機構により良好な耐食性能を得るものである。即ち、Mgによる耐食性の向上は、塩基性塩化Znの形成を安定化させる効果によるものである。Mgによる、塩基性塩化Zn安定化の発現機構は詳細には判っていないが、本発明者らは、これは、まず第1に、Mgが腐食生成物として、形成されるとpHが10付近に一定化され、これにより塩基性塩化Znが安定すること、第2にMgとC、Oが優先して結合することで、ZnとC、Oの反応が抑制(阻害)されてClと結びつくことになり、その結果、塩基性塩化Znの形成が安定化するのではないかと考えている。   The present invention also provides good corrosion resistance by this mechanism. That is, the improvement in corrosion resistance by Mg is due to the effect of stabilizing the formation of basic Zn chloride. Although the mechanism by which Mg stabilizes basic Zn chloride is not known in detail, the present inventors, first of all, believe that when Mg is formed as a corrosion product, the pH is around 10 This stabilizes basic Zn chloride, and secondly, Mg, C, and O bind preferentially, thereby inhibiting (inhibiting) the reaction between Zn, C, and O, and binding to Cl. As a result, we believe that the formation of basic Zn chloride may be stabilized.

図1を参照すると、Mgの腐食生成物は、Zn系の腐食生成物の外層に生成する。Mgの腐食生成物の主体は、炭酸化合物、酸化物である。すなわち疵部7では、外側より、塗膜6、Mg系腐食生成物5、Zn系腐食生成物3、地鉄1の構造をとる。MgとZnを同時に含むめっき層2(特に、Mgが30原子%以上、85原子%以下の範囲にあるとき)の腐食により、この2層構造が形成される。外層にMg系、内層にZn系腐食生成物が形成する機構は詳細には解明していないが、Mgイオン、ZnイオンとO、C、Clとの結合のしやすさが関係しているのではないかと推定している。   Referring to FIG. 1, Mg corrosion products are formed in the outer layer of Zn-based corrosion products. The main corrosion products of Mg are carbonate compounds and oxides. That is, the collar portion 7 has the structure of the coating film 6, the Mg-based corrosion product 5, the Zn-based corrosion product 3, and the ground iron 1 from the outside. This two-layer structure is formed by corrosion of the plating layer 2 containing Mg and Zn at the same time (particularly when Mg is in the range of 30 atomic% to 85 atomic%). The mechanism of formation of Mg-based corrosion products in the outer layer and Zn-based corrosion products in the inner layer has not been elucidated in detail, but it is related to the ease of binding of Mg ions, Zn ions to O, C, Cl. It is estimated that.

外層に生成したMg系腐食生成物5はZn系の腐食生成物3よりも緻密な構造であり、この緻密な構造を持つMg系腐食生成物5が疵部7を覆うため、外界からのイオンの拡散を遮断するバリアとなり、腐食の進行を大幅に抑制する効果がある。   The Mg-based corrosion product 5 formed in the outer layer has a denser structure than the Zn-based corrosion product 3, and the Mg-based corrosion product 5 having this dense structure covers the flange 7, so that ions from the outside world are present. It becomes a barrier that blocks the diffusion of, and has the effect of greatly suppressing the progress of corrosion.

したがって、この2層の腐食生成物構造をとることで、塩基性塩化Znが長期に保護されるため、地鉄の腐食が抑制され、したがって、Fe系酸化物の形成による体積膨張も抑制でき、かさぶた状の疵発生を抑制できるなど、塗膜下耐食性は大幅に向上する。   Therefore, by taking this two-layer corrosion product structure, since basic Zn chloride is protected for a long period of time, corrosion of the base iron is suppressed, and therefore volume expansion due to the formation of Fe-based oxides can also be suppressed. Corrosion resistance under coating film is greatly improved, such as suppression of scab-like wrinkles.

尚、後述するように、耐食性向上を目的にめっき層にAlが含有される場合あるが、この場合も、下層がMg2Al(OH)7、Mg4Al2(OH)14などの腐食生成物で構成される点が異なるだけで、防食機構は同様である。ただし、アルカリ環境下での腐食生成物の安定性は、Al系腐食生成物よりもZn系腐食生成物の方が高いため、下層の腐食生成物の構成主体は、Zn系腐食生成物である方が好ましい。このため、めっき層もAl濃度より、Zn濃度が高いめっきの方が、長期に地鉄が防食される傾向がある。 As will be described later, there are cases where Al is contained in the plating layer for the purpose of improving the corrosion resistance, but in this case as well, the lower layer is formed of corrosion such as Mg 2 Al (OH) 7 and Mg 4 Al 2 (OH) 14. The anticorrosion mechanism is the same except that it is composed of objects. However, the stability of corrosion products in an alkaline environment is higher for Zn-based corrosion products than for Al-based corrosion products, so the constituents of the underlying corrosion products are Zn-based corrosion products. Is preferred. For this reason, the plating layer has a tendency to prevent corrosion of the base iron for a long time when the Zn concentration is higher than the Al concentration.

Mg系の腐食生成物は、疵発生と同時に、急速に形成され疵部を塞ぐ。このため、腐食の極初期段階では、既存の有機複合Zn系めっき鋼板よりも、疵部周囲の膨れが大きいことがあるが、長期的には、有機複合Mg系めっき鋼板の方が膨れ幅においても外観においても優れている。   Mg-based corrosion products are rapidly formed at the same time as the soot formation and close the soot. For this reason, in the very initial stage of corrosion, the swelling around the buttock may be larger than the existing organic composite Zn-plated steel sheet, but in the long term, the organic composite Mg-based steel sheet Is also excellent in appearance.

Mg系の腐食生成物を疵部に急速に形成させるためには、めっき層中のMg濃度を一定濃度以上にする必要がある。めっき層中のMgを30原子%(以降、特に説明がない場合の%表示は原子%を意味する。)以上とすることで、Mg系の腐食生成物を疵部に急速に形成し目的とする2層構造の腐食生成物が形成することを見出した。めっき層中のMgの上限濃度は、85%とする。これは、Mgは、Feとの反応性に乏しく、Mg濃度が85%を超えるとめっき層として、鋼板に付着させることが困難となるためである。   In order to rapidly form Mg-based corrosion products in the buttock, the Mg concentration in the plating layer needs to be a certain concentration or higher. By setting Mg in the plating layer to 30 atomic% or more (hereinafter, “%” unless otherwise specified means atomic%), Mg-based corrosion products are rapidly formed in the heel. It was found that a two-layered corrosion product formed. The upper limit concentration of Mg in the plating layer is 85%. This is because Mg has poor reactivity with Fe, and when the Mg concentration exceeds 85%, it is difficult to adhere to the steel sheet as a plating layer.

CaはMg系めっきを工業的に行うために必要不可欠な元素である。溶融状態にあるMgは急激に酸化し、発火する恐れがあるが、Mgよりも酸化しやすいCaを添加することでMgの発火を防止することが可能となる。不活性雰囲気でめっきを行うのであれば、Caの添加は必要ないが、大気操業の場合は、Caを添加することが必須となる。Caを0.03%以上添加することで、Mgの発火を防止する作用が現われることからこれを下限濃度とする。Caは10%までの添加であれば、めっき浴の融点を下げつつ添加することが可能である。しかし、CaはMgよりも酸化しやすい金属であるため、10%を超えると、Caの酸化が激しくなりすぎて、Caの急激な酸化や発火がおこり、また、めっき浴の粘性が高くなり、めっき作業自体が困難となることから、Caの添加上限は10%とする。   Ca is an indispensable element for industrially performing Mg-based plating. Although Mg in a molten state may be rapidly oxidized and ignited, Mg can be prevented from being ignited by adding Ca that is more easily oxidized than Mg. If plating is performed in an inert atmosphere, addition of Ca is not necessary, but in the case of atmospheric operation, addition of Ca is essential. Addition of 0.03% or more of Ca has the effect of preventing the ignition of Mg, so this is the lower limit concentration. If Ca is added up to 10%, it can be added while lowering the melting point of the plating bath. However, Ca is a metal that is easier to oxidize than Mg, so if it exceeds 10%, the oxidation of Ca becomes too intense, Ca sudden oxidation and ignition occur, and the plating bath viscosity becomes high, Since the plating operation itself becomes difficult, the upper limit of Ca addition is 10%.

Mg、Ca以外のめっき残部はZnであることが好ましい。めっき層の耐食性、めっき浴温度やドロス発生等の観点からの好ましいZnの濃度範囲は、20%以上、40%以下である。めっき残部は、Znのほか、Alであってもよい。Alの好ましい濃度範囲もZnと同様で、20%以上、40%以下である。Zn、Alとも、この濃度範囲では、めっき浴の融点を低く保つことができ、めっき製造に適している。また、耐食性向上の観点から、ZnとAlの両方が含有されることが好ましい。ただし、Al濃度が高いとめっき層自体の耐食性は向上するが、腐食生成物にAl系腐食生成物が多く含有されるようになる。腐食生成物の安定性は、Al系腐食生成物よりもZn系腐食生成物の方が高いため、地鉄の防食期間を考えた場合は、Mg、Ca以外のめっき残部は、Znが主体であることが好ましい。   The plating remainder other than Mg and Ca is preferably Zn. A preferable Zn concentration range from the viewpoint of corrosion resistance of the plating layer, plating bath temperature, dross generation, and the like is 20% or more and 40% or less. The plating remainder may be Al other than Zn. The preferable concentration range of Al is the same as that of Zn, and is 20% or more and 40% or less. Both Zn and Al are suitable for plating production because the melting point of the plating bath can be kept low in this concentration range. Further, from the viewpoint of improving corrosion resistance, it is preferable that both Zn and Al are contained. However, if the Al concentration is high, the corrosion resistance of the plating layer itself is improved, but a lot of Al-based corrosion products are contained in the corrosion products. Corrosion product stability is higher for Zn-based corrosion products than for Al-based corrosion products, so when considering the anticorrosion period of the base iron, the remainder of the plating other than Mg and Ca is mainly Zn. Preferably there is.

なお、本願発明のMg系めっきには、Ni、Cu、Ag、Si、Co、Mn、Nb、Mo、Ti、Cr等の元素も、耐食性付与等を目的として0.1〜5%程度含有することが可能である。例えば、これらの金属を添加することで、電気化学的性質が変化し、金属の溶解反応(アノード反応)が抑えられて、腐食電流密度が小さくなり耐食性が向上する。これらの耐食性向上効果は、電気化学的に貴な元素が、めっき層中に分散することが原因であると本発明者らは推定している。   The Mg-based plating of the present invention contains elements such as Ni, Cu, Ag, Si, Co, Mn, Nb, Mo, Ti, Cr, etc., in an amount of about 0.1 to 5% for the purpose of imparting corrosion resistance. It is possible. For example, by adding these metals, the electrochemical properties change, the metal dissolution reaction (anode reaction) is suppressed, the corrosion current density is reduced, and the corrosion resistance is improved. The present inventors presume that these effects of improving corrosion resistance are caused by the dispersion of electrochemically noble elements in the plating layer.

塗膜下腐食において、塗膜密着性を向上させることは、有機複合めっき鋼材において重要である。塗膜密着性の確保は、化成処理皮膜中にMgを含有させることにより向上させることができる。化成処理皮膜中にMgが含有されると、りん酸塩結晶の構造が変化する。Mgが含有されないりん酸塩結晶は、りんぺん状で、大きさが5〜10μmの結晶が形成するのに対し、Mgを含有するりん酸塩結晶は、柱状で、2〜3μmの微細な結晶が形成する。   In the corrosion under the coating film, it is important for the organic composite plated steel material to improve the coating film adhesion. Ensuring film adhesion can be improved by including Mg in the chemical conversion coating. When Mg is contained in the chemical conversion film, the structure of the phosphate crystal changes. Phosphate crystals that do not contain Mg are candy-shaped, and crystals with a size of 5 to 10 μm are formed, whereas phosphate crystals that contain Mg are columnar and fine crystals of 2 to 3 μm. Form.

塗装下地に用いられる化成処理は、りん酸化成処理が一般的で、例えば、りん酸Zn、りん酸Fe(II)、りん酸Mn、りん酸Zn−Ca、りん酸Ca処理など知られており、これらはMg系めっきにも適用可能である。中でも、自動車用めっき鋼板については、りん酸Zn処理の適用が一般的である。このりん酸Zn皮膜の形成に使用される処理浴は、りん酸イオン、Mnイオン、Znイオン、Feイオン等を含有し、さらに、反応促進剤(Fイオン、SiF6イオン、Niイオン)等が含有されることがある。 The chemical conversion treatment used for the paint base is generally a phosphorylation chemical treatment. For example, Zn phosphate, Fe (II) phosphate, Mn phosphate, Zn-Ca phosphate, and Ca phosphate treatment are known. These can also be applied to Mg-based plating. Among these, the application of Zn phosphate treatment is common for plated steel sheets for automobiles. The treatment bath used to form this Zn phosphate film contains phosphate ions, Mn ions, Zn ions, Fe ions, etc., and further contains reaction accelerators (F ions, SiF 6 ions, Ni ions), etc. May be contained.

本願発明は下地のめっき層を一定以上のMg及びZnを含有するめっき層とし、めっき層中のMgを一定濃度以上、例えば30原子%以上とすることで、Mg合金に適用される化成処理を適用して、めっき層上に化成処理皮膜を形成することを可能としている。30原子%未満では、めっき層中のMg濃度が低く、Mg系合金に使用される化成処理を適用しても安定な化成処理皮膜を形成することはできない。   In the present invention, the underlying plating layer is a plating layer containing a certain amount of Mg and Zn, and the Mg in the plating layer is a certain concentration or more, for example, 30 atomic% or more, thereby performing a chemical conversion treatment applied to the Mg alloy. By applying, it is possible to form a chemical conversion film on the plating layer. If it is less than 30 atomic%, the Mg concentration in the plating layer is low, and even if the chemical conversion treatment used for the Mg-based alloy is applied, a stable chemical conversion treatment film cannot be formed.

Mg合金に適用される化成処理は、近年、クロメート皮膜代替処理技術として注目される過マンガン酸カリウム溶液によって、Mg合金表面にMg3(PO3)4、Mg2PO4(OH) 等を形成するりん酸皮膜処理である。
例えば、溶液中に、過マンガン酸カリウム、りん酸、りん酸二水素アンモニウムを溶解した、過マンガン酸イオン、りん酸イオン、水素イオン、アンモニウムイオン(場合によっては、バナジウムイオン、クロムイオン等も含む)等を含む溶液に、数分間、Mg合金を浸漬する処理である。
通常、過マンガン酸カリウム溶液によるMg合金の化成処理は、りん酸を含む酸性の過マンガン酸カリウム溶液に、Mg合金を浸漬して、Mg合金の表面の溶解と、りん酸の析出を同時に行って、合金表面上に、Mg系りん酸塩を析出させる。溶液の浸漬時間は、数分が妥当であるが、化成前の酸洗処理、溶液浸漬時の継続的な溶解反応で、Mg合金は、数十g/m2(10〜20μm)減肉がおこり、浸漬時に生成したMgイオンとりん酸イオンの反応で、20g/m2以下のMg系りん酸塩の析出が起こる。
The chemical conversion treatment applied to Mg alloys is the formation of Mg 3 (PO 3 ) 4 , Mg 2 PO 4 (OH), etc. on the Mg alloy surface by the potassium permanganate solution, which has recently attracted attention as an alternative treatment technology for chromate film. This is a phosphoric acid film treatment.
For example, potassium permanganate, phosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate dissolved in the solution, permanganate ion, phosphate ion, hydrogen ion, ammonium ion (in some cases, vanadium ion, chromium ion, etc. are also included) ) And the like in a solution containing Mg alloy for several minutes.
Normally, the chemical conversion treatment of Mg alloy with potassium permanganate solution involves immersing the Mg alloy in an acidic potassium permanganate solution containing phosphoric acid, and simultaneously dissolving the surface of the Mg alloy and depositing phosphoric acid. Then, Mg phosphate is deposited on the alloy surface. The immersion time of the solution is reasonable for several minutes, but the Mg alloy has a thickness reduction of several tens of g / m 2 (10 to 20 μm) due to the pickling treatment before chemical conversion and the continuous dissolution reaction during solution immersion. The reaction between Mg ions and phosphate ions generated during dipping causes precipitation of Mg phosphates of 20 g / m 2 or less.

これを踏まえれば、この化成処理をMg系めっきに適用すると、めっき層の厚みよりも大幅に減肉されることから、Mg化成処理は適用困難であるように思えるが、Mg系めっきの場合は、酸洗処理によるめっき層の減肉は起こるが、溶液浸漬時の溶解反応はMg合金ほど激しくなく、一定時間起こり、途中から溶解反応が止まる。これは、めっき層中に含まれる、Zn、Al、Ca濃度が関与していると本発明者らは推定している。したがって、20μm以下のめっき層でも、このMg合金処理を適用することが可能である。また、この反応の進行の可否は、Mg以外の金属元素濃度に依存する反応であるから、めっき層中のアモルファス相や非平衡相が含まれることによって、処理ができなくなることもない。このMgの溶解反応を止めるのに必要な、Zn、Al濃度は、15原子%以上と推定され、それ未満の濃度では、Mg濃度の溶解が激しく、Mg系めっきに過マンガン酸カリウム溶液を使用したりん酸皮膜処理は適用不可能である。また、Ca濃度は、Mg系めっきの作製条件から規定される濃度である。   Based on this, when this chemical conversion treatment is applied to Mg-based plating, the thickness of the plating layer is significantly reduced, so it seems that Mg conversion treatment is difficult to apply. Although the thickness of the plating layer is reduced by the pickling treatment, the dissolution reaction at the time of immersion in the solution is not as violent as that of the Mg alloy, occurs for a certain time, and the dissolution reaction stops halfway. The present inventors presume that this involves the Zn, Al, and Ca concentrations contained in the plating layer. Therefore, this Mg alloy treatment can be applied even to a plating layer of 20 μm or less. Further, whether or not this reaction can proceed is a reaction that depends on the concentration of a metal element other than Mg. Therefore, the processing does not become impossible by including an amorphous phase or a non-equilibrium phase in the plating layer. The Zn and Al concentrations necessary to stop this Mg dissolution reaction are estimated to be 15 atomic% or more. At concentrations below that, Mg concentration is severely dissolved, and potassium permanganate solution is used for Mg-based plating. This phosphoric acid film treatment is not applicable. Further, the Ca concentration is a concentration defined by the production conditions for Mg-based plating.

本発明者らは、化成処理として過マンガン酸カリウム(20g/l)、りん酸二水素アンモニウム(100g/l)、りん酸によって、pH=4にした化成処理浴を使用した。前処理として、3vol%りん酸水溶液に1秒、Mg系めっきを浸漬した後、化成処理浴に浸漬した。
この場合、5秒以下の浸漬で、急速に表面にりん酸塩皮膜が析出する。この際、めっき層表面は、薄い茶色となるため、Mgの色褪防止処理としても本処理は有効である。約15秒までは析出する化成処理皮膜の目付量は増える(めっき表面が茶色となる)。約1分で表面に析出するMg系りん酸塩の反応は止まると考えられる。この処理によって、得られるMgりん酸塩皮膜量の目付量は、めっき層が20μmの場合、最大15g/m2程度である。
As the chemical conversion treatment, the present inventors used a chemical conversion treatment bath adjusted to pH = 4 with potassium permanganate (20 g / l), ammonium dihydrogen phosphate (100 g / l), and phosphoric acid. As pretreatment, the Mg-based plating was immersed in a 3 vol% phosphoric acid aqueous solution for 1 second, and then immersed in a chemical conversion bath.
In this case, a phosphate film is rapidly deposited on the surface by immersion for 5 seconds or less. At this time, since the surface of the plating layer becomes light brown, this treatment is also effective as an anti-fading treatment for Mg. Up to about 15 seconds, the basis weight of the chemical conversion film deposited increases (the plating surface turns brown). The reaction of Mg phosphate precipitated on the surface in about 1 minute is considered to stop. By this treatment, the basis weight of the obtained Mg phosphate film amount is about 15 g / m 2 at maximum when the plating layer is 20 μm.

りん酸Mg皮膜の目付量は0.3g/m2以上が好ましく、0.3g/m2未満では、塗膜密着性が悪くなり、塗膜膨れ幅が大きくなる傾向がある。
上述した条件で得られたりん酸塩皮膜をXRDにて分析したところ、Mg3(PO4)2が回折ピークとして検出されることから、りん酸塩皮膜の主体はMg系りん酸塩と推定される。また、形成したMg系りん酸塩を5vol%のクロム酸(VI)で溶解し、成分を分析したところ、皮膜の主体はMg系りん酸塩であるが、その他の金属イオンとして、めっき層中に含まれるZn、Al、Ca、過マンガン酸カリウム溶液中に含まれるMnを少量検出する。めっき層の組成によって、りん酸Mg皮膜中に不可避的に混入するZn、Al、Ca、Mn量は変化するが、その含有量は合計で、100mg/m2を超えない。
XRDでは、これらの元素を含む化合物はXRDでは検出されないことから、Mgと置換体を形成して、酸化物もしくはりん酸化合物としてりん酸塩皮膜中に含有されると考えられる。なお、これらの元素は不可避不純物である。
この化成処理の耐食性能は、Mgりん酸塩を含有するZn系りん酸皮膜と大きく変化はないが、数秒で処理を完了することができるため、塗装下地処理を簡素化できる特徴がある。
The basis weight of the phosphoric acid Mg film is preferably 0.3 g / m 2 or more. If the phosphoric acid Mg film is less than 0.3 g / m 2 , the adhesion of the coating film is deteriorated and the swollen width of the coating film tends to be large.
When the phosphate film obtained under the above-mentioned conditions was analyzed by XRD, Mg 3 (PO 4 ) 2 was detected as a diffraction peak. Is done. The formed Mg phosphate was dissolved in 5vol% chromic acid (VI) and analyzed for components. The main component of the film was Mg phosphate, but other metal ions were used in the plating layer. A small amount of Mn contained in Zn, Al, Ca, and potassium permanganate solution contained in. Depending on the composition of the plating layer, the amount of Zn, Al, Ca and Mn inevitably mixed in the phosphoric acid Mg film varies, but the total content does not exceed 100 mg / m 2 .
In XRD, since compounds containing these elements are not detected in XRD, it is considered that Mg and substituted compounds are formed and contained in the phosphate film as oxides or phosphate compounds. These elements are inevitable impurities.
The corrosion resistance of this chemical conversion treatment is not significantly different from that of a Zn-based phosphoric acid film containing Mg phosphate, but since the treatment can be completed in a few seconds, it has a feature that the coating ground treatment can be simplified.

本願は少なくとも片面の前記りん酸Mg皮膜上層に更に有機皮膜を被覆することで、優れた耐食性を発揮する。塗装条件は前記で示すとおりである。
すなわち、被覆する有機皮膜は、有機樹脂単体によるものでも良いが、耐食性を考慮して、有機樹脂と、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、Fe3O4、ZrO2、TiO2、SnO2から選ばれる粉末または、コロイドの1種または2種以上と組み合わせた複合皮膜であることが望ましい。なお、この有機皮膜中には、ワックス成分や、着色顔料、防錆剤等を含有させることもでき、ワックス成分を添加した場合には、成形加工条件によっては無塗油での加工も可能となる。有機樹脂の種類については、特に限定されないが、自動車鋼板用途を考慮した場合は、現行電着塗装としてエポキシ系樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂等)が使われていることから、電着塗料との相性、密着性の確保の観点からエポキシ系の樹脂が好ましい。
The present application exhibits excellent corrosion resistance by further coating an organic film on the phosphoric acid Mg film upper layer on at least one side. The coating conditions are as described above.
That is, the organic film to be coated may be a single organic resin, but considering the corrosion resistance, the organic resin and SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , ZrO 2 , It is desirable to be a powder selected from TiO 2 and SnO 2 or a composite film combined with one or more colloids. In addition, in this organic film, a wax component, a color pigment, a rust preventive agent, etc. can be contained, and when a wax component is added, it can be processed without oil depending on molding processing conditions. Become. There are no particular restrictions on the type of organic resin, but when considering automotive steel sheet applications, epoxy resin (such as bisphenol A type epoxy resin) is used as the current electrodeposition coating. From the viewpoint of ensuring compatibility and adhesion, an epoxy resin is preferred.

Mg系りん酸皮膜形成による塗膜生成性への影響は、ほとんどなくZn系りん酸塩皮膜同様の塗膜処理が可能であり、薄膜の有機複合皮膜も形成することが可能である。
塗装後の溶接を前提とした薄膜有機複合Mg系めっき鋼板の場合は、有機皮膜の付着量は、0.2〜3g/m2が好ましい。0.2g/m2,未満では、ロールコータでの均一な有機薄膜皮膜の製造が困難であり、また3g/m2を超えると溶接性が悪化する傾向がある。
The formation of Mg-based phosphate film has almost no effect on coating film formation, and the same coating treatment as that of Zn-based phosphate film is possible, and a thin organic composite film can also be formed.
In the case of a thin film organic composite Mg-plated steel sheet premised on welding after painting, the amount of organic coating attached is preferably 0.2 to 3 g / m 2 . If it is less than 0.2 g / m 2, it is difficult to produce a uniform organic thin film with a roll coater, and if it exceeds 3 g / m 2 , the weldability tends to deteriorate.

また、塗膜下腐食は、めっき、又は、地鉄に達する傷が形成される場合に、起こる腐食である。従って、地鉄に達する傷を防止できれば、Feを犠牲防食する必要はないため、腐食の進行を抑制することができる。地鉄に達する傷の防止のためには、めっき層の硬度を向上させればよく、本願で採用するMg系めっきでは、アモルファス相をめっき層中に含有させることでめっき層の硬度をあげることが可能である。具体的には、前記めっき層中の、Alの濃度を10原子%以下とし、更にアモルファスを体積含有率で5%以上含有することで塗膜下腐食を抑制する事ができる。本願記載のめっき層組成での硬度を平均約100Hv以上とするために必要なアモルファス相の体積分率は5%である。   Moreover, undercoat corrosion is corrosion that occurs when plating or scratches that reach the ground iron are formed. Therefore, if it is possible to prevent scratches reaching the ground iron, it is not necessary to sacrificial corrosion protection of Fe, so that the progress of corrosion can be suppressed. In order to prevent scratches that reach the iron core, it is only necessary to improve the hardness of the plating layer. In the Mg-based plating adopted in this application, the hardness of the plating layer can be increased by including an amorphous phase in the plating layer. Is possible. Specifically, corrosion under the coating film can be suppressed by setting the Al concentration in the plating layer to 10 atomic% or less and further containing amorphous in a volume content of 5% or more. The volume fraction of the amorphous phase necessary to make the average hardness of the plating layer composition described in the present application about 100 Hv or more is 5%.

アモルファス相は、溶融状態の金属を急冷した場合に得られる硬質の相であり、アモルファス相の生成に必要な冷却条件は合金組成により異なるが、本発明のMg系めっきとして開示される組成範囲において、Alが10%以下であれば、めっき後溶融状態のめっき層を約1000℃/sec以上の冷却速度で急冷することで得ることが可能である。Al濃度に上限があるのは、Alは、アモルファス形成能をさげてしまう元素であるためである。   The amorphous phase is a hard phase obtained when the molten metal is rapidly cooled, and the cooling conditions necessary for the formation of the amorphous phase vary depending on the alloy composition, but in the composition range disclosed as the Mg-based plating of the present invention. If Al is 10% or less, it can be obtained by rapidly cooling the plated layer in a molten state after plating at a cooling rate of about 1000 ° C./sec or more. The upper limit of the Al concentration is because Al is an element that reduces the amorphous forming ability.

アモルファス相の形成の確認は、めっき層のX線回折像でハローパターンが得られることで確認できる。単一のアモルファス相であれば、ハローパターンのみ(場合によって、鋼材のFe回折ピークが検出される場合もある)によって確認できる。   Confirmation of the formation of the amorphous phase can be confirmed by obtaining a halo pattern in the X-ray diffraction image of the plating layer. If it is a single amorphous phase, it can be confirmed only by a halo pattern (in some cases, an Fe diffraction peak of a steel material may be detected).

アモルファス相と結晶相が混在し、アモルファス体積分率が低い場合には、示差熱分析装置を使用して、昇温過程でアモルファス相が結晶化する際の発熱ピークを検出することによって、めっき層中のアモルファス相の存在を確認することができる。   When the amorphous phase and the crystalline phase are mixed and the amorphous volume fraction is low, the plating layer is detected by detecting the exothermic peak when the amorphous phase crystallizes during the temperature rising process using a differential thermal analyzer. The presence of the amorphous phase can be confirmed.

アモルファス体積分率を求めるためには、めっき鋼材を切断し、その断面、研磨、エッチングして、鋼材表面のめっき層断面を光学顕微鏡(以下、光顕)で観察する。アモルファスになった部分は、エッチングによっても何の組織も観察されないが、結晶相の残った部分は、結晶粒界や、亜粒界、析出物等に起因する組織が観察される。これにより、アモルファス部分と結晶部分の領域は、明確に区別されるので、線分法や画像解析により体積率に換算することが可能である。   In order to obtain the amorphous volume fraction, the plated steel material is cut, its cross section, polished and etched, and the cross section of the plated layer on the steel material surface is observed with an optical microscope (hereinafter, light microscope). No structure is observed in the amorphous part even by etching, but in the part where the crystal phase remains, the structure due to the crystal grain boundaries, sub-grain boundaries, precipitates, and the like is observed. Thereby, since the area | region of an amorphous part and a crystal | crystallization part is distinguished clearly, it can convert into a volume ratio by the line segment method or image analysis.

組織が微細過ぎて光顕での測定が困難な場合は、めっき層断面より薄片を作製し、透過電子顕微鏡により観察することで、同様に測定が行える。また、透過電子顕微鏡の場合は、組織の観察されない領域において、電子線回折像のハローパターンにより、アモルファス構造を確認することも可能である。従って、光顕観察において、全面に組織の観察されない場合や、一部に組織の観察されない部分があっても、粗大で歪みの無い結晶粒である疑いのある場合は、さらに電子顕微鏡用薄片を採取して、電子線回折像に回折スポットが無く、ハローパターンが観察されることにより、アモルファス相であることを確認することが望ましい。   When the structure is too fine and measurement with a light microscope is difficult, a thin piece is produced from the cross section of the plating layer and observed with a transmission electron microscope, so that the measurement can be performed in the same manner. In the case of a transmission electron microscope, it is also possible to confirm an amorphous structure by a halo pattern of an electron beam diffraction image in a region where no tissue is observed. Therefore, in the light microscope observation, if the structure is not observed on the entire surface, or if there is a part where the structure is not observed even if it is suspected to be a coarse and undistorted crystal grain, a thin slice for an electron microscope is further collected. Thus, it is desirable to confirm that the phase is an amorphous phase by observing a halo pattern without a diffraction spot in the electron diffraction pattern.

光顕も電子顕微鏡も、10か所以上の異なる視野についてコンピューターによる画像処理で面積率を求め、それらを平均して体積率とするのが望ましい。   In both the light microscope and the electron microscope, it is desirable to obtain the area ratio by image processing using a computer for 10 or more different fields of view and average them to obtain the volume ratio.

表1に示される成分を有するめっき浴を作製し、板厚0.8mmの冷延鋼板を基材として、表面処理鋼材を作製した。冷延鋼板(板厚0.8mm)は、200mm×100mmに切断した後に、自社製のバッチ式の溶融めっき試験装置でめっきした。めっき浴の浴温は480〜670℃でめっき浴融点より50℃高く保持した。エアワイピングで目付け量を調節した。アモルファス相を含有するめっき層は、エアワイピング直後、Cu板プレスを行っている。作製しためっき厚みがいずれも約12μmとなるようにした。各試験に供する前に、めっき鋼板を50×100mmに切断した。   A plating bath having the components shown in Table 1 was prepared, and a surface-treated steel material was prepared using a cold-rolled steel plate having a thickness of 0.8 mm as a base material. Cold-rolled steel sheets (thickness 0.8 mm) were cut into 200 mm × 100 mm, and then plated with a batch-type hot dipping test apparatus manufactured in-house. The bath temperature of the plating bath was maintained at 480 to 670 ° C. and 50 ° C. higher than the melting point of the plating bath. The basis weight was adjusted by air wiping. The plated layer containing the amorphous phase is subjected to Cu plate pressing immediately after air wiping. All of the produced plating thicknesses were set to about 12 μm. Before being subjected to each test, the plated steel sheet was cut into 50 × 100 mm.

りん酸化成処理の前処理として、いずれのめっき鋼板も、1秒の3vol%りん酸浸漬を行った。りん酸化成処理浴は、過マンガン酸カリウム(20g/l)、りん酸二水素アンモニウム(100g/l)、りん酸によって、pH=4にした化成処理浴を使用した。化成処理浴の温度は、40℃とし、0.5秒〜300秒に浸漬時間を変更して付着量を制御した。   As a pretreatment for the phosphorylation treatment, each plated steel plate was immersed in 3 vol% phosphoric acid for 1 second. As the phosphorylation treatment bath, a chemical treatment bath adjusted to pH = 4 with potassium permanganate (20 g / l), ammonium dihydrogen phosphate (100 g / l) and phosphoric acid was used. The temperature of the chemical conversion bath was 40 ° C., and the amount of adhesion was controlled by changing the immersion time from 0.5 seconds to 300 seconds.

りん酸塩処理後のサンプルのりん酸塩皮膜を、クロム酸(酸化クロム(VI) (5%溶液、20℃、3分間浸漬)で溶解した。りん酸塩の付着量を測定した。
有機被覆として、電着塗装を用いた場合、塗装処理として、日本ペイント工業用コーティング社製パワーニックス110 グレー塗料を20μm の膜厚で電着塗装した。焼付熱処理条件は150℃、20分とした。
The phosphate coating of the sample after the phosphate treatment was dissolved in chromic acid (chromium oxide (VI) (5% solution, immersed at 20 ° C. for 3 minutes). The amount of phosphate adhered was measured.
When electrodeposition coating was used as the organic coating, Powernicks 110 gray paint made by Nihon Paint Kogyo Co., Ltd. was applied as a coating treatment with a film thickness of 20 μm. The baking heat treatment conditions were 150 ° C. and 20 minutes.

なお、比較材として、クロメート処理した有機複合Mg系めっきを作製した。クロメート処理は、No.20 Modified Chrome Pickle(Dow Chemical Co., Midland, Mich ‘Operation in Magnesium finishing’1986 p.36)を使用した。クロメート処理したものは、表1中で「レ」で示した。   As a comparative material, an organic composite Mg-based plating treated with chromate was prepared. For the chromate treatment, No. 20 Modified Chrome Pickle (Dow Chemical Co., Midland, Mich 'Operation in Magnesium finishing' 1986 p. 36) was used. Those subjected to the chromate treatment are indicated by “Re” in Table 1.

サンプル中央に、表面より、カッターナイフで地鉄に到達する対角線長さ70mmのクロスカット疵をつくり、その後、CCT試験(塩水噴霧(0.5%NaCl、35℃)6時間→乾燥(50℃、45%RH)3時間→湿潤(50℃、95%RH)14時間→乾燥(50℃、45%RH)1時間)を140サイクル実施した。140サイクル経過時の傷部外観調査、塗膜膨れ幅を測定した。表1中において、目視で疵部に、かさぶた状の腐食生成物が検出されたものを「×」、検出されなかったものを「○」とした。目視により、塗膜膨れ幅(カット疵周囲4点平均)で、2mm以下を「◎」、2〜3mmを「○」、3〜3.5mmを「△」、3.5mm以上を「×」とした。評価しなかったものは「−」とした。   In the center of the sample, from the surface, make a cross-cut scissors with a diagonal length of 70 mm that reaches the base iron with a cutter knife, then CCT test (salt spray (0.5% NaCl, 35 ° C) 6 hours → dry (50 ° C, 45 ° C) % RH) 3 hours → wet (50 ° C., 95% RH) 14 hours → drying (50 ° C., 45% RH) 1 hour). The wound appearance was examined after 140 cycles, and the film swelling width was measured. In Table 1, “X” indicates that a scab-like corrosion product was detected on the buttock, and “◯” indicates that no scab corrosion product was detected. By visual inspection, the swollen width of the coating film (average of 4 points around the cut ridge) was 2 mm or less as “◎”, 2 to 3 mm as “◯”, 3 to 3.5 mm as “△”, and 3.5 mm or more as “x”. . What was not evaluated was set to "-".

めっき層のアモルファス体積分率は、試験片のめっき層の厚みを5等分した位置において、各2枚ずつの透過電子顕微鏡用薄片を採取し、コンピューターを用いた画像解析により、それぞれ、視野のアモルファス領域の面積率を測定し、全視野に占めるアモルファス領域の面積率の平均値を、アモルファス体積分率とした。表1中において、めっき層中に体積分率で5%以上アモルファス相が含有されたものを「○」5%未満を「×」とした。   The amorphous volume fraction of the plating layer was determined by taking two pieces of transmission electron microscope slices each at a position where the thickness of the plating layer of the test piece was equally divided into five pieces, and analyzing the image by using a computer. The area ratio of the amorphous region was measured, and the average value of the area ratio of the amorphous region in the entire visual field was defined as the amorphous volume fraction. In Table 1, when the plating layer contained an amorphous phase of 5% or more in volume fraction, “◯” and less than 5% were designated as “x”.

その他の薄膜有機被覆として、ビニル変性エポキシエステル樹脂を使用し、ブロックイソシアネート硬化剤、変性ポリエチレンワックス、縮合アゾ系の赤色顔料を配合(それぞれの固形分量比は、100:10:5:3)した水性樹脂をベースに、コロイダルシリカを固形分量質量比で16%になるように添加した塗料を用い、ロールコータで回転数を制御しながら乾燥皮膜の目付量が片面あたり1g/mになるように両面に塗布し、その後到達板温度で150℃になるように焼付、水冷した。この塗装を行ったものは、
溶接性の評価には、Cu-CrのCF型電極チップ(5mmφ)を用い、加圧力1961N(200kgf)、通電時間13サイクルで適正電流範囲を測定した。表1中において、1.5kA超を「◎」、1.0〜1.5kAを「○」、0.3〜1.0kAを「△」、0.3kA未満を「×」とし、評価を行わなかったものは、「−」とした。
For other thin film organic coatings, vinyl-modified epoxy ester resin is used and blended with blocked isocyanate curing agent, modified polyethylene wax, and condensed azo red pigment (each solid content ratio is 100: 10: 5: 3) Based on water-based resin, using a coating material with colloidal silica added to a solid content mass ratio of 16%, the basis weight of the dry film is 1 g / m 2 per side while controlling the number of revolutions with a roll coater. It was applied to both sides and then baked to reach 150 ° C. at the ultimate plate temperature and cooled with water. The ones that have been painted are
For the evaluation of weldability, a Cu-Cr CF-type electrode tip (5 mmφ) was used, and an appropriate current range was measured with a pressure of 1961 N (200 kgf) and an energization time of 13 cycles. In Table 1, “1.5” for over 1.5 kA, “O” for 1.0-1.5 kA, “△” for 0.3-1.0 kA, “×” for less than 0.3 kA, and “−” "

Figure 2011219823
Figure 2011219823

本発明の有機複合Mg系めっき鋼材は、通常の溶融めっきプロセス、化成処理プロセス、及び電着塗装プロセスで製造可能であるため、汎用性、経済性に優れる。また、現在広く使用されている塗装Zn系めっき鋼材よりも、塗膜下耐食性に優れるため、これまで、塗膜下耐食性が問題となって塗装Zn系めっき鋼材が使用できなかった分野でも広く利用可能である。また、鋼材の高寿命化、メンテナンス労力の低減をもって産業の発達に寄与することができる。   The organic composite Mg-based plated steel material of the present invention is excellent in versatility and economy because it can be manufactured by a normal hot dipping process, chemical conversion treatment process, and electrodeposition coating process. In addition, it is superior in corrosion resistance under the paint film compared to the widely used paint zinc-based plated steel material, so it is widely used even in fields where paint zinc-plated steel material could not be used due to the problem of corrosion resistance under the paint film. Is possible. In addition, it is possible to contribute to the development of the industry by extending the life of steel materials and reducing maintenance labor.

1 Fe
2 めっき層
3 Zn系腐食生成物
4 りん酸皮膜
5 Mg系腐食生成物
6 塗膜
7 カット疵部
1 Fe
2 Plating layer 3 Zn-based corrosion product 4 Phosphoric acid film 5 Mg-based corrosion product 6 Coating film 7 Cut collar

Claims (3)

鋼板の表面の少なくとも片面に、
Mgを30原子%以上、85原子%以下、
Caを0.03原子%以上、10原子%以下含有し、
さらに、残部がZn及び/又はAlと不可避不純物により構成されるMg系めっき皮膜が形成され、
前記Mg系めっき皮膜の表面に、
0.3g/m以上、15g/m以下のりん酸Mg皮膜が形成され、前記りん酸Mg皮膜中の不可避不純物量が合計で100mg/m以下であり、
さらに、前記りん酸Mg皮膜の上面で少なくとも片面に有機皮膜が順次形成されていることを特徴とする有機複合Mg系めっき鋼板。
On at least one side of the surface of the steel plate,
Mg is 30 atomic% or more, 85 atomic% or less,
Containing 0.03 atomic% or more and 10 atomic% or less of Ca,
Furthermore, an Mg-based plating film composed of Zn and / or Al and inevitable impurities is formed,
On the surface of the Mg-based plating film,
A phosphoric acid Mg film of 0.3 g / m 2 or more and 15 g / m 2 or less is formed, and the amount of inevitable impurities in the phosphoric acid Mg film is 100 mg / m 2 or less in total.
Further, an organic composite Mg-based plated steel sheet, wherein an organic film is sequentially formed on at least one surface of the upper surface of the phosphoric acid Mg film.
前記Mg系めっき皮膜が、Alを10原子%以下、及びアモルファス相を体積含有率で5%以上含有することを特徴とする請求項1に記載の有機複合Mg系めっき鋼板。   2. The organic composite Mg-based plated steel sheet according to claim 1, wherein the Mg-based plating film contains Al at 10 atomic% or less and an amorphous phase at a volume content of 5% or more. 前記有機皮膜の目付量が0.2〜3g/mであることを特徴とする請求項1または2に記載の有機複合Mg系めっき鋼板。 Organic composite Mg plated steel sheet according to claim 1 or 2 weight per unit area of the organic coating is characterized in that it is a 0.2 to 3 g / m 2.
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