JP2627788B2

JP2627788B2 - 表面平滑性に優れた高耐食性溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板

Info

Publication number: JP2627788B2
Application number: JP63223765A
Authority: JP
Inventors: 芳雄新藤; 元生壁屋; 隆島津
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JPH0273954A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板（以
下、単にZn−Alめっき鋼板という）特有の亀甲スパング
ル模様を低減し、めっき及び塗装後の外観向上を図ると
共に耐食性、めっき密着性をも向上させた鋼板に関する
ものである。

（従来の技術）溶融亜鉛めっき鋼板は、表面処理鋼板の中でも最も広
い需要分野をもっている製品である。需要家における品
質要求は年々高度化し、最近では耐食性をはじめ加工
性、塗装性の向上に関する多元系のZn−Alめっき鋼板に
関する製品開発が盛んに行われるようになった。Zn−Al
めっき鋼板の代表的なものとしては、ガルバリウムの名
称で市販されているAl:55wt％、Si:1.5wt％及び残Znか
らなるZn−Al−Si系Zn−Alめっき鋼板がある。めっき層
はα相（Alリッチ）とβ相（Znリッチ）＋α相の共晶相
とからなっているため、錆の広がりには高い防錆性を示
すものの犠牲防食作用が十分でないためエッジ防錆性が
十分でない。また、特開昭50-104731号公報にAl:5〜20w
t％、Si:＜5wt％及び残ZnからなるZn−Al−Si系Zn−Al
めっき鋼板が、特開昭54-23033号公報にはAl:2〜20wt
％、Si:0.001〜0.5wt％、Sn:0.01〜0.1wt％及び残Znか
らなるZn−Al−Si−Sn系Zn−Alめっき鋼板がある。しか
しながら、いずれもAlが5wt％を越える領域においてはA
lリッチの発達したα相が初晶としてめっき被膜中に析
出しめっき相の犠牲防食作用が低下する問題がある。あ
るいはまた、厳しい腐食環境では優れた耐食性を示す一
方で、添加されるSnの影響により粒間腐食が極めて起こ
りやすく実用上問題がある。

Zn−Alめっき鋼板の外観には通常の溶融亜鉛めっき鋼
板と異なり、亀甲状の特有のスパングル模様が生じる。
ところが、これが耐食性に対して粒界腐食という悪影響
をもたらしたり、塗装外観にスパングル模様を浮き出さ
せたりする欠点がある。この改善方法としてはめっき後
の急冷処理があるが、これのみでは上述した亀甲スパン
グル模様の消去効果は十分ではない。

（発明が解決しようとする課題）本発明はZn−Alめっき鋼板に生ずる急冷処理でも消失
しにくい特有の亀甲スパングル模様の発生を抑制するも
のである。

（課題を解決するための手段）本発明は、Al:3.0〜10wt％、Si:Alの0.2〜0.45％、M
g:0.01〜1.0wt％で、且つ不可避的不純物の合計が0.02w
t％未満で残部がZnのめっき浴でめっきしたことを特徴
とする表面平滑性に優れた高耐食性溶融亜鉛−アルミニ
ウム合金めっき鋼板である。

（作用）本発明は、亀甲スパングル模様が鉄素地界面のめっき
浴の濡れ性に起因する点に着眼し、鋭意検討した結果、
Zn−Alめっき浴への微量のSi添加が有効であるという知
見に基づいてなされたものである。

本発明における技術的改善のポイントは以下の通りで
ある。

Zn−Alめっき浴に微量のSiを添加し鋼板とめっきとの
濡れ性を上げることにより、Zn−Alめっき鋼板特有の亀
甲スパングル模様を低減する。また、同時にめっき層の
粒界やFe系合金層またはその近傍に富化するAlをSiによ
って共晶固化させることによって活性なAlを不働態化
し、めっき密着性を上げると共に耐食性をも向上する。

Zn−Alめっき層においてPb等不可避的不純物による粒
界腐食を防止し、また、Znリッチのβ相中のアノード腐
食を抑制して、不働態化領域を拡大し、更に高耐食性化
させるにあたりMgを併用する。

以下、本発明におけるめっき浴成分についての限定理
由を述べる。

・アルミニウム本発明のZn−Alめっき鋼板において、Alの作用効果は
めっき浴中のAl量に応じて異なる。めっき浴中のAlが増
大するにつれてめっき層は異相化しη相（Zn）、β相、
α相が複雑に混在し、更にAl量が高くなるとα相とβ相
の晶出が支配的になり、Zn−Alめっき鋼板の高耐食化を
もたらす。Alが3.0wt％未満ではAl−Znの共晶体の形勢
が少ないためめっき層の耐食性は十分ではない。一方、
浴中のAl量が10.0wt％を越えてはめっき−鋼界面でのAl
とFeの相互拡散反応が過剰に進み加工に脆いFe−Al系合
金層の異常成長があり、初期のめっき密着性はもとより
湿潤雰囲気下における点状赤錆の発生など、耐食性に対
する弊害を招く。更には、めっき浴中に鋼板あるいはめ
っき釜の溶食が大きく、溶出したFeがFe−Al系化合物
（浮遊ドロス）としてめっき層中に混入しめっき外観を
損なうため実用的ではない。

以上から、Al量としては3.0〜10.0wt％とするが、好
ましくは4.0〜7.0wt％とする。

・シリコンシリコンは亀甲スパングルを消去し、より平滑な外観
を得る上で最も重要な元素である。

Zn−Alめっき浴に対し微量のSiを添加すると鋼板とめ
っきとの濡れ性が向上し、また、めっき層の凝固過程で
Siは各Zn−Al共晶体に取り込まれ更に融点降下を生じて
粒界と共晶体との凝固点の差を縮め、比較的均一に凝固
するためと考えられるが、Zn−Alめっき鋼板特有の亀甲
スパングル模様が解消されめっき外観が平滑化する。ま
た、同時にめっき層の粒界やFe系合金層またはその近傍
に富化するAlをSiによって共晶固化させることによって
活性なAlを不働態化し、粒界からの腐食を防ぐことによ
り耐食性を向上する。SiがAlの0.2％未満では鋼板との
濡れ性向上に対する寄与は弱く、また、めっき層中の粒
界等に富化したAlと共晶し、めっき層へのSi絶対量が低
下するため耐食性を向上させる効果はあまり期待できな
い。また、SiによるFe系合金層の成長を抑制する効果は
Alの作用に支配されほとんどその効果は認められない。
一方、SiがAlの0.45％超においては亀甲スパングル模様
の低減効果は飽和する。

以上の観点からSiの範囲をAlの0.2〜0.45％とする
が、好ましくはAlの0.3〜0.45％とする。

・マグネシウム MgはZn−Al−Siめっき層のZnリッチなβ相に晶出し耐
食性を更に向上させる効果があるが、その作用に際して
はめっき層の脆性破壊及び局部腐食を生じない範囲で用
いる必要がある。Mg0.01wt％未満ではPb等の不純物の感
受性を防ぎめっき層の粒界腐食を防止する効果は殆どな
く、また、めっき浴成分のZn、Al、Siとの共晶体形成が
あったとしてもめっき層の不働態化領域を広げる効果は
殆どなく、高耐食化は難しい。またMg1wt％超において
はめっき層の結晶粒界等に偏析するMgがカソードになり
β相の選択腐食を引き起こし、めっき層の粒間腐食によ
る脆性破壊からめっき剥離を招くため実用上問題があ
る。

以上から、Mgの範囲は0.01〜1.0wt％であるが、好ま
しくは0.03〜0.5wt％である。

・不可避的不純物不可避的不純物とはZnと接触し局部電池を形成した
際、自らがカソード化してZnのアノード化（Zn→Zn²⁺＋
2e）を促進させる作用をもつPb、Sn及びCd等の元素をい
う。従って、これらの元素はめっき層の粒間腐食とその
脆性破壊を誘発しめっき剥離に至らせたり、めっき層の
高耐食化に対しても決して好ましくなく、本発明におい
ては極力これを排除する必要がある。

以上の理由から本発明では、めっき用地金の製錬過程
で不可避的に混入してくる不純物元素に止どめその合計
量を0.02wt％未満とするが、好ましくは0.01wt％以下と
する。

（実施例）第１表は板厚0.3mm、板幅914mmの未焼鈍アルミキルド
鋼板を溶融めっきしたものでめっき外観、塗装後外観、
裸耐食性、及びめっき密着性について一括してまとめた
ものである。溶融めっきはゼンジマー式溶融めっきライ
ンを用いて次の条件で行った。

ライン速度 150m/分前処理無酸化炉出側板温 600〜650℃ 還元炉出側板温 790〜830℃ 還元炉ガス組成 25％H₂、75％N₂ 溶融めっき浴温 450℃ めっき付着量（ガスワイピング制御）片面 100〜120g/m² めっき後冷却リン酸塩系水溶液を特殊ノズルを用いて溶融状態にあ
るめっき面に対し、圧力、距離を調整して冷却を調整し
た。

また、このようにして得られたZn−Al合金めっき鋼板
の性能評価は次の方法により行った。

めっき外観目視で次の基準で評価 ◎：粒界が殆ど認められない ○：粒界がごく僅か認められる △：粒界がかなり認められる ×：粒界が明瞭に認められる（手触りでも分かる）塗装後外観ラッカースプレー塗装（赤：大日本塗料製アクリルラ
ッカー塗料）15μｍ後の外観を次の基準で目視判定 ◎：スパングル模様の浮き出し殆ど認められない ○：スパングル模様の浮き出し部分的に軽度認められる △：スパングル模様の浮き出し全面に軽度認められる ×：スパングル模様の浮き出し全面に明瞭に認められる裸耐食性 JIS Z-2371の塩水噴霧試験72時間後の発錆状態で評
価。

◎：白錆発生小 ○：白錆発生中 △：白錆発生大 ×：白錆発生激しいめっき密着性半径3/4インチの半球をもった荷重5kgの鋼塊を高さ50
0mmより自然落下させ凸部めっき面をセロテープ（登録
商標）により強制剥離し次の基準で評価した。

◎：全くめっき剥離なし ○：微小点状（数点）剥離 △：ある面積をもって剥離 ×：全面剥離以下、第１表に基づいて若干説明する。

めっき外観本発明の最大の特長であるSiによるめっき表層の平滑
性向上効果は実施例No.1〜17において明瞭に発揮されて
いる。Zn−Alめっき鋼板に特有な亀甲スパングル模様は
Si無しの比較例No.28〜31に示すようにAlの多少に拘わ
らず生じる現象であり、これを防止するには、微量Siに
よる鋼板とめっきとの濡れ性の向上及び粒界のAlの共晶
固化が有効であることが明確に分かる。

塗装後外観のめっき外観と結果は基本的に同じであり、下地の
めっき層のスパングル模様の程度により塗装後外観は支
配される。実施例No.1〜17においてSi添加効果が明瞭に
発揮されている。

裸耐食性本発明ではめっき層の高耐食化に関し合金成分として
Al、Si及びMgの有効性を唱えたが、その効果については
比較例No.18〜22（Al少）、No.23〜27（Al多）、No.28
〜31（Si少）、No.32〜35（Mg少）と全実施例との比較
で明確である。めっき層の高耐食化に関して各合金成分
の機能はそれぞれ異なると考えられるが共通して言える
ことはベースメタルのZnと何等かの形で共晶させるとこ
ろに高耐食性化の重要な点があり、電気化学的に共晶化
がZnの不働態化領域を広げ、腐食電流の低下があったも
のと考えられる。

めっき密着性 AlによるFe−Al−Zn系３元合金層の均一な生成は、密
着性確保の上で最も重要な要素である。比較例No.23〜2
7はAlが高いためにFe−Al合金層の制御が十分でなかっ
たために密着性が確保できなかったものと考えられる。
また、Siによるめっき密着性の向上効果は比較例No.28
〜31と実施例との比較で示され、Alと同様SiもFe系合金
層の制御効果があることがわかる。

（発明の効果）以上のように本発明はZn−Alめっき鋼板の基本的な欠
点である特有の亀甲スパングル模様を消失させることに
より、めっき外観及び塗装後外観を平滑化し、より美麗
にするとともに、耐食性、めっき密着性をも向上させる
ことに成功した画期的な溶融亜鉛−アルミニウム合金め
っき鋼板である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−152955（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−110658（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−277733（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Al:3.0〜10wt％、 Si:Alの0.2〜0.45％、 Mg:0.01〜1.0wt％で、且つ不可避的不純物の合計が0.02wt％未満で残部が
Znのめっき浴でめっきしたことを特徴とする表面平滑性
に優れた高耐食性溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼
板。