JP2020164986A - 溶融Al−Zn−Mg−Si系めっき鋼板及びその製造方法、並びに、塗装鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
さらに、特許文献4には、質量%で、Mg:1〜15%、Si:2〜15%、Zn:11〜25%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる被覆層を形成し、めっき層中に存在するMg2Si相の大きさを規定することで、平板及び端面の耐食性の改善を図ったAl系めっき鋼板が開示されている。
そのため、例えば特許文献5には、溶融Al-Zn-Mg系めっき鋼板について、めっき層中にSrを含有させることによって、表面外観性の向上を図る技術が開示されている。
1.めっき層が、Al:45〜65質量%、Si:1.2〜4質量%、Mg:1〜6質量%及びSr:0.01〜0.2質量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記めっき層の表面における動摩擦係数が、0.2以上であることを特徴とする、溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板。
前記めっき浴に浸漬させた後の鋼板を、式(1)に示す温度T1から式(2)に示す温度T2まで、10〜50℃/秒の冷却速度で冷却した後、前記温度T2から式(3)に示す温度T3まで、10〜70℃/秒の冷却速度で冷却する工程と、
を備えることを特徴とする、溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の製造方法。
T1(℃)=580−4.5MMg−5.5MSi ・・・(1)
T2(℃)=520−4.5MMg−5.5MSi ・・・(2)
T3(℃)=375−4.5MMg−5.5MSi ・・・(3)
MMg:めっき浴中のMgの含有量(質量%)、MSi:めっき浴中のSiの含有量(質量%)
本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板は、鋼板表面にめっき層を有する。なお、該めっき層は、下地鋼板との界面に存在する界面合金層と該合金層の上に存在する主層(以後、「めっき主層」又は「主層」ということもある。)とからなる。また、前記めっき層は、Al:45〜65質量%、Si:1.2〜4質量%、Mg:1〜6質量%及びSr:0.01〜0.2質量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成を有する。前記溶融めっき鋼板のめっき層が、上述した組成を有することによって、良好な表面外観性及び耐食性を確保できる。
ここで、前記めっき層のMg含有量を1質量%以上としたのは、前記めっき層が、上述した濃度範囲でSiを含有した場合、Mg濃度を1質量%以上とすることで、Mg2Siを生成できるようになり、腐食遅延効果を得ることができるからである。同様の観点から、前記めっき層のMg含有量は、2.5質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。一方、前記めっき層のMgの含有量を6質量%以下としたのは、前記めっき層のMgの含有量が6%を超える場合、耐食性の向上効果の飽和に加え、製造コストの上昇とめっき浴の組成管理が難しくなるためである。同様の観点から、前記めっき層のMg含有量は、5質量%以下であることが好ましい。
一方、前記めっき層中にMgを含有した溶融Al-Zn系めっき鋼板を用いた塗装鋼板の場合、インターデンドライト中に析出するMg2Si相やMg-Zn化合物(MgZn2、Mg32(Al,Zn)49等)が腐食の初期段階で溶け出し、腐食生成物中にMgが取込まれる。Mgを含有した腐食生成物は非常に安定であり、これにより腐食が初期段階で抑制されるため、従来のAl−Zn系めっき鋼板を下地に用いた塗装鋼板の場合に問題となるZnリッチ相の選択腐食による大きな塗膜膨れを抑制できる。その結果、めっき層にMgを含有させた溶融Al−Zn系めっき鋼板は優れた塗装後耐食性を示す。前記めっき層中のMgが3質量%未満の場合には、腐食時に溶け出すMgの量が少なく、塗装後耐食性が向上しないおそれがある。なお、前記めっき層中のMg含有量が6質量%を超える場合には、効果が飽和するだけでなく、Mg化合物の腐食が激しく起こり、めっき層全体の溶解性が過度に上昇する結果、腐食生成物を安定化させても、その溶解速度が大きくなるため、大きな膨れ幅を生じ、塗装後耐食性が劣化するおそれがある。そのため、優れた塗装後耐食性を安定的に得るためには、前記めっき層中のMg含有量を6質量%以下とする。
前記シワ状欠陥とは、前記めっき層の表面に形成されたシワ状の凹凸になった欠陥であり、前記めっき層表面において白っぽい筋として観察される。このようなシワ状欠陥は、前記めっき層中にMgを多く添加した場合に、発生しやすくなる。そのため、前記溶融めっき鋼板では、前記めっき層中にSrを含有させることによって、前記めっき層表層においてSrをMgよりも優先的に酸化させ、Mgの酸化反応を抑制することで、前記シワ状欠陥の発生を抑えることが可能となる。
前記めっき層の表面に前記デンドライトを多く突出させれば、前記めっき層の表面に凹凸が形成されることになる。この結果、前記めっき層の表面における動摩擦係数を0.2以上と大きくすることができ、めっき層表面の耐滑り性の向上が可能となる。
同様の観点から、前記めっき層の表面における動摩擦係数は、0.25以上であることが好ましく、0.30以上であることがより好ましい。なお、動摩擦係数の測定については、どのような方法を用いてもよいが、例えば、試験片の表面と裏面を向かい合わせて0.08kg/cm2の荷重をかけ、試験片の一方を400mm/分の速度で動かす方法によって測定することができる。
図1(a)からわかるように、本発明の範囲に属する溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板では、前記デンドライトと前記インターデンドライトとは、露出している表面位置が異なり、めっき層の表面に凹凸が形成されていることがわかる。これによって、0.2以上の動摩擦係数が得られ、優れた耐滑り性を実現できる。一方、図1(b)に示した従来技術の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板では、前記デンドライトと前記インターデンドライトとの表面位置の差が小さく、凹凸もほとんど形成されていないことから、所望の耐滑り性を得ることができないことがわかる。
なお、前記めっき層の表面に露出した前記デンドライトの平均高さH1及び前記めっき層の表面に露出した前記インターデンドライトの平均高さH2は、全てのめっき層全体での平均がわかればよいが、例えば、前記めっき層の無作為に選択した5カ所において、めっき層の厚さ方向の断面を観察し、観察視野において5mmの長さ範囲内での前記めっき層の前記デンドライトの露出部の平均高さ及び前記前記インターデンドライトの露出部の平均高さを、それぞれ前記デンドライトの平均高さH1及び前記インターデンドライトの平均高さH2とすることができる。
t/d≧1.5 ・・・(1)
t:めっき層の厚さ(μm)、d:平均デンドライトアーム間距離(μm)
上記(1)式を満足することで、上述したα-Al相からなるデンドライト部分のアームを相対的に小さくでき、優先的に腐食されるインターデンドライトの経路を長く確保することにより、耐食性をより向上させることができる。
本発明の塗装鋼板は、上述した本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板のめっき層上に、直接又は中間層を介して、塗膜が形成されたことを特徴とする。
本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板を用いることで、良好なめっき層の表面外観性を有するとともに、耐滑り性及び耐食性の向上を図ることができる。
次に、本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の製造方法について説明する。
本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の製造方法は、Al:45〜65質量%、Si:1.2〜4質量%、Mg:1〜6質量%及びSr:0.01〜0.2質量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成を有するめっき浴に、下地鋼板を浸漬させる工程と、
前記めっき浴に浸漬させた後の鋼板を、式(1)に示す温度T1から式(2)に示す温度T2まで、10〜50℃/秒の冷却速度で冷却した後、前記温度T2から式(3)に示す温度T3まで、10〜70℃/秒の冷却速度で冷却する工程と、
を備えることを特徴とする。
T1(℃)=580−4.5MMg−5.5MSi ・・・(1)
T2(℃)=520−4.5MMg−5.5MSi ・・・(2)
T3(℃)=375−4.5MMg−5.5MSi ・・・(3)
MMg:めっき浴中のMgの含有量(質量%)、MSi:めっき浴中のSiの含有量(質量%)
上述した製造方法によって得られた溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板は、良好な耐食性を有するとともに、耐滑り性及び耐食性に優れる。
なお、本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板に用いられる下地鋼板の種類については、特に限定はされない。例えば、酸洗脱スケールした熱延鋼板若しくは鋼帯、又は、それらを冷間圧延して得られた冷延鋼板若しくは鋼帯を用いることができる。また、前記前処理工程及び焼鈍工程の条件についても特に限定はされず、任意の方法を採用することができる。
これによって、所望の組成の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板を得ることができる。なお、前記めっき浴中に含有される各元素の種類や、含有量、作用については、上述した本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の中で説明されている。
例えば、前記めっき浴の浴温については、560〜610℃とすることができる。また、前記下地鋼板を前記めっき浴中に浸漬させる時間を1〜5秒とすることができる。
T1(℃)=580−4.5MMg−5.5MSi ・・・(1)
T2(℃)=520−4.5MMg−5.5MSi ・・・(2)
T3(℃)=375−4.5MMg−5.5MSi ・・・(3)
式(1)〜(3)中、MMgは、めっき浴中のMgの含有量(質量%)であり、MSiは、めっき浴中のSiの含有量(質量%)を示す。
また、前記温度T1(℃)からの冷却が終了し、次の冷却が開始する温度T2(℃)を、式(2)で条件に設定したのは、前記めっき浴の前記デンドライト部のみ凝固し、前記インターデンドライト部がまだ凝固していない温度とするためである。
さらに、前記温度T2(℃)からの冷却が終了する温度T3を式(3)で示す条件に設定としたのは、前記めっき浴の凝固が完了している温度とするためである。
同様の観点から、前記温度T1(℃)から前記温度T2(℃)までの冷却速度は、20〜40℃/秒であることが好ましい。
同様の観点から、前記温度T2(℃)から前記温度T3(℃)までの冷却速度は、20〜50℃/秒であることが好ましい。
なお、本発明の製造方法では、溶融Al-Zn-Mg-Si系溶融めっき鋼板のめっき層上に、塗膜を形成した塗装鋼板を製造する場合には、溶融めっき鋼板を連続式溶融めっき設備でコイルに巻き取る前に、通常、鋼板材質の調整と表面の平滑化を目的に調質圧延が実施される。
本発明の塗装鋼板の製造方法は、上述した本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の製造方法によって得られた溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の上に、直接又は中間層を介して、塗膜を形成する工程を備えることを特徴とする。
本発明の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板を用いることで、良好なめっき層の表面外観性を有するとともに、耐滑り性及び耐食性を向上できる。
常法で製造した板厚0.5mmの冷延鋼板を下地鋼板として用い、連続式溶融めっき設備において、溶融めっき鋼板のサンプル1〜74を製造した。なお、製造に用いためっき浴の組成については表1に示す各サンプルのめっき層の組成とほぼ同じである。また、めっき浴浸漬後の温度T1、T2及びT3、T1からT2までの冷却速度、T2からT3までの冷却速度、得られためっき層の表面における動摩擦係、並びに、めっき層の表面に露出した前記デンドライトの平均高さH1と前記インターデンドライトの平均高さH2との差については表1に示す。
上記のように得られた溶融めっき鋼板の各サンプルについて、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
得られた溶融めっき鋼板の各サンプルについて、日本自動車規格の複合サイクル試験(JASO-CCT)を行った。JASO-CCTについては、図4に示すように、特定の条件で、塩水噴霧、乾燥及び湿潤を1サイクルとした試験である。
各サンプルに赤錆が発生するまでのサイクル数を測定し、以下の基準に従って評価した。
◎:赤錆発生サイクル数≧600サイクル
○:赤錆発生サイクル数≧400サイクル
×:赤錆発生サイクル数<400サイクル
得られた溶融めっき鋼板の各サンプルについて、60×150mm(下側)と25×25mm(上側)の試験片をそれぞれ切り出した後、両試験片の表面と裏面を向かい合わせて0.04kg/cm2の荷重をかけ、試験片を傾斜させて上に載せた試験片が滑り始める傾斜角度(滑り角度)を測定する方法によって、耐すべり性を評価した。
そして、滑り角度を、以下の基準に従って評価した。
○:滑り角度20°以上
×:滑り角度20°未満
なお、上述の耐滑り性評価方法はあくまで一例であり、必ずしも同一の方法による必要はなく、耐滑り性が適切に評価できればどのような方法を用いても構わない。
得られた溶融めっき鋼板の各サンプル(長さ650mm×幅914mm)について、目視によって、めっき層の表面(各サンプルの両面)を観察した。
そして、観察結果を、以下の基準に従って評価した。
○:表面及び裏面のいずれについても、シワ状欠陥が全く観察されなかった
×:表面及び裏面のうちの少なくとも一方に、シワ状欠陥が観察された
Claims (7)
- めっき層が、Al:45〜65質量%、Si:1.2〜4質量%、Mg:1〜6質量%及びSr:0.01〜0.2質量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成を有し、
前記めっき層の表面における動摩擦係数が、0.2以上であることを特徴とする、溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板。 - 前記めっき層が、合計で0.01〜10質量%の、Cr、Mn、V、Mo、Ti、Ca、Ni、Co、Sb及びBのうちから選択される一種又は二種以上を、さらに含有することを特徴とする、請求項1に記載の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板。
- 前記めっき層の厚さ方向の断面において観察した際の、前記めっき層の表面に露出したデンドライトの平均高さと、前記めっき層の表面に露出したインターデンドライトの平均高さとの差が、2μm以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板のめっき層上に、直接又は中間層を介して、塗膜が形成されたことを特徴とする、塗装鋼板。
- Al:45〜65質量%、Si:1.2〜4質量%、Mg:1〜6質量%及びSr:0.01〜0.2質量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成を有するめっき浴に、下地鋼板を浸漬させる工程と、
前記めっき浴に浸漬させた後の鋼板を、式(1)に示す温度T1から式(2)に示す温度T2まで、10〜50℃/秒の冷却速度で冷却した後、前記温度T2から式(3)に示す温度T3まで、10〜70℃/秒の冷却速度で冷却する工程と、
を備えることを特徴とする、溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の製造方法。
T1(℃)=580−4.5MMg−5.5MSi ・・・(1)
T2(℃)=520−4.5MMg−5.5MSi ・・・(2)
T3(℃)=375−4.5MMg−5.5MSi ・・・(3)
MMg:めっき浴中のMgの含有量(質量%)、MSi:めっき浴中のSiの含有量(質量%) - 前記めっき浴が、合計で0.01〜10質量%の、Cr、Mn、V、Mo、Ti、Ca、Ni、Co、Sb及びBのうちから選択される一種又は二種以上を、さらに含有することを特徴とする、請求項5に記載の溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の製造方法。
- 請求項5又は6に記載の製造方法によって得られた溶融Al-Zn-Mg-Si系めっき鋼板の上に、直接又は中間層を介して、塗膜を形成する工程を備えることを特徴とする、塗装鋼板の製造方法。
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