JP2022077158A - 材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この溶融亜鉛系めっき鋼板の代表的なめっき成分としては、0.1~11mass%のアルミニウム、5mass%以下のマグネシウム、1mass%未満のNiなどの添加元素を含有し、残部が亜鉛および不可避的不純物からなる溶融めっき(以下、GI系という)や、40~70mass%のアルミニウム、0.6~15mass%のシリコン、25mass%以下のマグネシウムなどを含有し、残部が亜鉛および不可避的不純物からなる溶融めっき(以下、GL系という)がある(例えば、特許文献1、2)。
このスプリングバック測定装置を用い、本発明者らが製造した溶融亜鉛系めっき鋼板(塗装鋼板)のスプリングバック量を調査したところ、特定のめっき設備で得られためっき鋼板をベースとする塗装鋼板が、他のめっき設備で得られためっき鋼板をベースとする塗装鋼板に較べてスプリングバック特性(スプリングバック量)が経時的に大きく変動していること、すなわち、時効硬化現象が生じていることが判明した。
したがって本発明の目的は、スプリングバック特性の経時的な変動が抑えられる材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板を製造することができる製造方法を提供することにある。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[2]上記[1]の製造方法において、溶融亜鉛系めっき浴が、Al:0.1~11mass%、Mg:0~5mass%を含有し、残部が亜鉛および不可避的不純物からなることを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[3]上記[2]の製造方法において、溶融亜鉛系めっき浴が、さらに、Ni:1mass%未満、Ceまたは/およびLaを含むミッシュメタル(合計量):1mass%未満の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[5]C含有量が0.01~0.20mass%の鋼板をAl:40~70mass%、Si:0.6~15mass%、Mg:0~25mass%を含有する溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して溶融めっきし、溶融亜鉛系めっき浴から出てめっき層が凝固した後のめっき鋼板を、180℃以上に再加熱することなく、スキンパス圧延または/およびテンションレベラー処理することにより鋼板に転位を導入し、次いで、コイルに巻き取られた鋼板に対して、最高到達板温180~370℃に3時間以上保持した後、室温まで冷却する熱処理を施すことを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[7]上記[6]の製造方法において、溶融亜鉛系めっき浴が、さらに、Cr、Ni、Co、Mn、Ca、V、Ti、B、Mo、Sn、Zr、Sr、Li、Agの中から選ばれる1種以上を各元素1mass%未満で含有することを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[8]上記[1]~[7]のいずれかの製造方法において、溶融亜鉛系めっき浴を出ためっき鋼板の冷却過程において、350℃~280℃間の平均冷却速度が70℃/秒以下であることを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[10]上記[1]~[9]のいずれかの製造方法において、スキンパス圧延または/およびテンションレベラー処理によるめっき鋼板のトータル伸び率を0.5%以上とすることを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[11]上記[1]~[10]のいずれかの製造方法において、鋼板が、C:0.01~0.20mass%、Si:0~0.04mass%、Mn:0~1.00mass%、Al:0~0.08mass%、B:0~0.002mass%、P:0.04mass%以下、S:0.30mass%以下、N:0.007mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[13]上記[1]~[11]のいずれかの製造方法で得られた溶融亜鉛系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成し、次いでその上層に単層または複層の塗膜を形成することを特徴とする材質安定性に優れた塗装鋼板の製造方法。
[14]上記[13]の製造方法において、塗膜を形成する工程では、下塗り塗装を行った後、最高到達板温150~270℃で10~60秒の焼付処理を行い、次いで、上塗り塗装を行った後、最高到達板温150~280℃で15~90秒の焼付処理を行うことを特徴とする材質安定性に優れた塗装鋼板の製造方法。
(i)めっき設備Aで得られたGI系(Al:0.15mass%、Mg:0mass%、残部が亜鉛および不可避的不純物)めっき鋼板を塗装設備で塗装し、GI系溶融めっき鋼板をベースとする塗装鋼板(以下「GI系ベース塗装鋼板」という)を製造した。
(ii)めっき設備Bで得られたGL系(Al:55mass%、Si:1.6mass%、Mg:0mass%、残部が亜鉛および不可避的不純物)めっき鋼板を塗装設備で塗装し、GL系溶融めっき鋼板をベースとする塗装鋼板(以下「GL系ベース塗装鋼板」という)を製造した。
なお、塗装焼付は、下塗り塗装については最高到達板温200℃×焼付時間25秒、上塗り塗装については最高到達板温230℃×焼付時間35秒とした。
図2に示されるように、めっき設備Aで製造しためっき鋼板をベースとするGI系ベース塗装鋼板は、時効促進処理前後でスプリングバック量が安定しているのに対し、めっき設備Bで製造しためっき鋼板をベースとするGL系ベース塗装鋼板は、時効促進処理前後でスプリングバック量が大きく変動していることが判明した。仮に、めっき設備AでGL系が、めっき設備BでGI系が製造できるのであれば、この原因がめっき設備の差異によるものか、めっき種類の差異によるものかを明らかにすることは容易であるが、製造可能なめっき種に関しては設備上の制約があり、この手法は選択できない。そこで、各塗装鋼板について、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて鋼の内部を調査した。
以上のことから、めっき設備Aで製造しためっき鋼板をベースとするGI系ベース塗装鋼板で時効硬化が小さく、めっき設備Bで製造しためっき鋼板をベースとするGL系ベース塗装鋼板で時効硬化が大きかったのは、固溶炭素駆動力の差による最終固溶炭素残留量の違いに起因することを突き止めた。すなわち、高過飽和炭素濃度が高いGI系ベース塗装鋼板の方がGL系ベース塗装鋼板よりも固溶炭素駆動力が大きいので、塗装焼き付け処理時の固溶炭素の安定析出サイトへの移動が促進されるものと考えられる。
GI系を製造する場合の溶融亜鉛系めっき浴の組成は、Al:0.1~11mass%、Mg:0~5mass%(無添加の場合を含む)を含有し、必要に応じてさらに、Ni:1mass%未満、Ceまたは/およびLaを含むミッシュメタル(合計量):1mass%未満の中から選ばれる1種以上を含有し、残部が亜鉛および不可避的不純物からなる。
Alが0.1mass%未満では、めっき層-素地鋼板界面にFe-Zn系合金層が厚く形成し、加工時にめっき層の剥離を誘発するため、めっき密着性が低下する。一方、Alが11mass%を超えると、ZnとAlの共晶組織が得られず、Alリッチ層が増加して犠牲防食作用が低下するので端面部の耐食性が劣る。
Mgは、耐食性向上のために必要に応じて添加されるが、Mgが5mass%を超えるとめっき浴中の酸化マグネシウム系ドロスが発生しやすくなる。なお、上記のようなMgの添加効果を得るには、その添加量は0.1mass%以上とすることが好ましい。
Ceまたは/およびLaを含むミッシュメタルは、1mass%未満(合計量)の範囲で適量添加することによりめっき浴の流動性を高めて、めっき表面を平滑化する効果が得られるが、1mass%以上ではめっき浴中に未溶解浮遊物として存在するようになり、これがめっき鋼板に付着してめっき外観を損なう。また、このような観点から、Ceまたは/およびLaを含むミッシュメタルの好ましい添加量(合計量)は0.005~0.05mass%である。
Alが40mass%未満では、Alによる耐食性の向上効果が十分に得られない。一方、Alが70mass%を超えるとZnが不足するため、Znによる犠牲防食機能が低下する。
Siは、界面合金層の生成を抑制するために添加されるが、Siが0.6mass%未満では、Si添加による界面合金層の生成抑制効果が十分に得られないため加工性が低下する。一方、Si含有量が15mass%を超えた場合も耐食性が劣化する。さらに、より高いレベルで界面合金層の成長抑制および耐食性の向上を実現するには、Si含有量を1.0~5mass%とすることが好ましい。
Cr、Ni、Co、Mn、Ca、V、Ti、B、Mo、Sn、Zr、Sr、Li、Agは、溶融Al-Zn系合金めっきにおける腐食生成物の安定化元素として知られており、これら元素の1種以上を各々1mass%未満の範囲で適量添加すれば、本発明の効果を阻害することなく、腐食生成物の安定化効果により、さらなる耐食性向上が期待できる。
図6に示すように、炭化物(Fe3C)析出域である450℃~200℃での冷却速度が速い場合はFe3Cを主体とした炭化物は析出せず、遅い場合はFe3Cを主体とした炭化物が析出する。この結果、冷却速度が速い場合は、結晶粒内の固溶炭素は過飽和状態となり、後の塗装鋼板の焼付工程で炭化物として析出する駆動エネルギーを保持したままとなるので、本来的にスプリングバック特性の変動は小さくなる。したがって、本発明は450℃~200℃での冷却速度が遅い場合、具体的には平均冷却速度が70℃/秒以下(特に50℃/秒以下の緩冷却)の場合に効果を発揮しやすい。但し、急速冷却したとしても、時効硬化がゼロになるわけではないので、本発明は有効である。
また、350℃~280℃の温度域はFe3C析出時間が最も短くなる領域であるので、本発明は、特に350℃~280℃の平均冷却速度が70℃/秒以下の場合、とりわけ50℃/秒以下の緩冷却の場合に大きな効果を発揮する。
本発明では、所定の伸び率や歪を導入できるのであれば、スキンパス圧延のみ、テンションレベラー処理のみ、スキンパス圧延およびテンションレベラー処理のいずれを選択してもよい。
以上のような製造工程を経て溶融亜鉛系めっき鋼板が得られる。
化成処理鋼板における化成処理皮膜は、例えば、めっき鋼板にクロメート処理液またはクロムフリー化成処理液を塗布し、水洗することなく、80~300℃(鋼板温度)で乾燥処理を行うクロメート処理またはクロメートフリー化成処理により形成することができる。化成処理皮膜は、単層でも複層でもよく、複層の場合には化成処理を順次行えばよい。
本発明で製造される溶融亜鉛系めっき鋼板は、すでに、熱処理にて時効硬化処理がなされており、上記焼付温度は炭化物が再固溶する温度領域ではないため、時効硬化が問題となることもない。また、多くの塗装ラインは塗料焼付炉の後にレベラー設備を有しているが、このレベラーを使用しても、固溶炭素量に影響を与える訳ではないので、本発明の効果を減じることはない。
本発明は炭化物析出挙動を制御するものであり、極低炭素鋼(C含有量:0.01mass%未満)では効果を発揮しないため、めっき用鋼板としては、C含有量が0.01mass%以上の鋼板を用いる必要がある。また、加工性を考慮して、鋼板のC含有量の上限は0.20mass%とする。
また、本発明において製造される溶融亜鉛系めっき鋼板は、特に薄板建材用塗装鋼板の下地めっき鋼板として好適なものであり、この場合、薄板建材に一般的に適用される化学成分をもつ原板(鋼板)を用いることができる。この鋼板の具体的な化学成分としては、mass%で、C:0.01~0.20%、Si:0~0.04%、Mn:0~1.00%、Al:0~0.08%、B:0~0.002%、P:0.04%以下、S:0.30%以下、N:0.007%以下が好ましい。残部はFeおよび不純物である。
Si、Mnは、高強度が要求されない場合には添加量は少ない方がよいため、下限は0%とする。一方、高強度が要求される場合、固溶強化元素として添加することが好ましいが、薄板建材を対象とする場合には、Siよりもコストが安いMnを使用することが好ましい。また、Siはめっき密着性を劣化させるために、添加量は抑制することが好ましい。これらの元素は炭化物の析出に影響を与えるものではないが、経済的な工業生産の観点から、Siは0.04%、Mnは1.00%をそれぞれ上限とすることが好ましい。
Pは、粒界に偏析して脆化の原因となるため、できるだけ少ないことが好ましいが、経済的な工業生産の観点から0.04%を上限とすることが好ましい。
Sも、脆化の原因となるため、できるだけ少ないことが求められるが、経済的な工業生産の観点から0.30%を上限とすることが好ましい。
Nは、Cと同じく侵入型固溶であり、Cよりも経時的に時効硬化の変化を起こしやすいため、できるだけ少ないことが好ましいが、経済的な工業生産の観点から0.007%を上限とすることが好ましい。
鋼成分が、C:0.075mass%、Si:0.015mass%、Mn:0.5mass%、Al:0.025mass%、B:0.0001mass%、P:0.013mass%、S:0.015mass%、N:0.002mass%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板に、めっき設備Bにおいて、めっき浴組成がAl:55mass%、Si:1.6mass%、Mg:0mass%の溶融亜鉛系めっき浴にてGL系めっきを施し、めっき層が凝固した後のめっき鋼板に伸び率0.6%のスキンパス圧延および伸び率0.2%のテンションレベラー処理を施して鋼板に転位を導入し、次いで、コイルに巻き取られた鋼板に対して、本発明条件に従い最高到達板温200℃で180℃以上に3~48時間保持した後、室温まで冷却するバッチ式熱処理を施し、溶融亜鉛系めっき鋼板を製造した。
以上の製造例は、いずれも本発明条件を満足するものであり、図8によれば、スプリングバック量(SBV)はいずれも目標値である34~40度の範囲内である。また、図9によれば、従来例では図2に示すように5度程度であったスプリングバック量(SBV)の上昇量が2度以下に抑えられている。
実施例1と同様の成分組成の鋼板に、めっき設備Bにおいて、めっき浴組成がAl:55mass%、Si:1.6mass%、Mg:0mass%の溶融亜鉛系めっき浴にてGL系めっきを施し、めっき層が凝固した後のめっき鋼板に伸び率1.4%のスキンパス圧延および伸び率0.2%のテンションレベラー処理を施して鋼板に転位を導入し、次いで、コイルに巻き取られた鋼板に対して、本発明条件に従い最高到達板温200℃で180℃以上に3~48時間保持した後、室温まで冷却するバッチ式熱処理を施し、溶融亜鉛系めっき鋼板を製造した。
以上の製造例は、いずれも本発明条件を満足するものであり、図10によれば、スプリングバック量(SBV)はいずれも目標値である34~40度の範囲内である。また、図11によれば、従来例では図2に示すように5度程度であったスプリングバック量(SBV)の上昇量が2度以下に抑えられている。
Claims (14)
- C含有量が0.01~0.20mass%の鋼板をAl:0.1~11mass%、Mg:0~5mass%を含有する溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して溶融めっきし、溶融亜鉛系めっき浴から出てめっき層が凝固した後のめっき鋼板を、180℃以上に再加熱することなく、スキンパス圧延または/およびテンションレベラー処理することにより鋼板に転位を導入し、次いで、コイルに巻き取られた鋼板に対して、最高到達板温180~410℃に3時間以上保持した後、室温まで冷却する熱処理を施すことを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴が、Al:0.1~11mass%、Mg:0~5mass%を含有し、残部が亜鉛および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴が、さらに、Ni:1mass%未満、Ceまたは/およびLaを含むミッシュメタル(合計量):1mass%未満の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項2に記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴が、さらに、Ni:0.005~0.2mass%、Ceまたは/およびLaを含むミッシュメタル(合計量):0.005~0.05mass%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項2に記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- C含有量が0.01~0.20mass%の鋼板をAl:40~70mass%、Si:0.6~15mass%、Mg:0~25mass%を含有する溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して溶融めっきし、溶融亜鉛系めっき浴から出てめっき層が凝固した後のめっき鋼板を、180℃以上に再加熱することなく、スキンパス圧延または/およびテンションレベラー処理することにより鋼板に転位を導入し、次いで、コイルに巻き取られた鋼板に対して、最高到達板温180~370℃に3時間以上保持した後、室温まで冷却する熱処理を施すことを特徴とする材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴が、Al:40~70mass%、Si:0.6~15mass%、Mg:0~25mass%を含有し、残部が亜鉛および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項5に記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴が、さらに、Cr、Ni、Co、Mn、Ca、V、Ti、B、Mo、Sn、Zr、Sr、Li、Agの中から選ばれる1種以上を各元素1mass%未満で含有することを特徴とする請求項6に記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴を出ためっき鋼板の冷却過程において、350℃~280℃間の平均冷却速度が70℃/秒以下であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛系めっき浴を出ためっき鋼板の冷却過程において、350℃~280℃間の平均冷却速度が50℃/秒以下であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- スキンパス圧延または/およびテンションレベラー処理によるめっき鋼板のトータル伸び率を0.5%以上とすることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 鋼板が、C:0.01~0.20mass%、Si:0~0.04mass%、Mn:0~1.00mass%、Al:0~0.08mass%、B:0~0.002mass%、P:0.04mass%以下、S:0.30mass%以下、N:0.007mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の材質安定性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 請求項1~11のいずれかの製造方法で得られた溶融亜鉛系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成することを特徴とする材質安定性に優れた化成処理鋼板の製造方法。
- 請求項1~11のいずれかの製造方法で得られた溶融亜鉛系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成し、次いでその上層に単層または複層の塗膜を形成することを特徴とする材質安定性に優れた塗装鋼板の製造方法。
- 塗膜を形成する工程では、下塗り塗装を行った後、最高到達板温150~270℃で10~60秒の焼付処理を行い、次いで、上塗り塗装を行った後、最高到達板温150~280℃で15~90秒の焼付処理を行うことを特徴とする請求項13に記載の材質安定性に優れた塗装鋼板の製造方法。
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