JP2709173B2 - 耐パウダリング性及び摺動特性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

耐パウダリング性及び摺動特性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、自動車車体や家電製品などに利用される
合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関連し、プレス成型に要求
される摺動特性に加えて優れた表面処理性と耐パウダリ
ング性を併せ持つ合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。
[従来の技術] 合金化溶融亜鉛めっき鋼板は亜鉛めっき鋼板の持つ優
れた耐食性と共に、塗装性、塗料密着性及び溶接性等を
兼ね備えることから、自動車や家電製品等に広く利用さ
れている。合金化溶融亜鉛めっき鋼板の一般的な製造方
法としては、冷間圧延された鋼板を連続溶融亜鉛めっき
ライン(以下、CGLと称す)で再結晶温度以上に加熱し
て焼純し、次いで460℃程度に加熱された亜鉛浴中に浸
漬することにより亜鉛めっきを行い、亜鉛の付着量を制
御した後550℃乃至650℃まで再加熱して合金化熱処理を
施す方法が知られている。
このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板の殆どは、成形
加工を受けて目的の用途に供されるが、プレス成形に際
しては、他の薄板と同様、摺動特性が要求される。この
摺動特性が劣るとプレス成形時に割れが発生したり、皺
が生じたりする。これらの事故を防ぐため、現実には摺
動特性が低下するとプレス成形条件を検討するなど、摺
動特性は著しく生産性に影響する特性であるが、この分
野の研究は緒についたばかりで未だ実用になる改良技術
は生まれていない。
パウダリングは成形時に起こるもう一つの好ましから
ざる現象で合金化溶亜鉛めっき鋼板に特有のものであ
る。
即ち、前記の合金化熱処理を受けると、鋼板と亜鉛層
との間には合金化反応が進行し、ζ相(FeZn13),δ
相(FeZn7)、Γ相(Fe5Zn21)或いはΓ相(Fe3Zn10
呼ばれるFe−Zn系合金層が順次形成される。これらのFe
−Zn系合金相は下地鋼板よりも硬度が大きく、特に500
℃を超える合金化処理で形成されるΓ相は硬くこの層が
発達するとプレス成形等の加工を受ける際に皮膜が紛状
に剥離するいわゆるパウダリング現象が起き易くなる。
このようなパウダリング現象が起こると皮膜の健全性が
害されるばかりでなく、剥離した粉がプレス型等に堆積
しプレス部品に疵をつける等、数々の不都合を生ずる。
この剥離量は当然のことながら、皮膜が厚くなるほど多
く、従って厚目付である程問題は大きい。
このような耐パウダリング性の改善対策として、従
来、目付量を少なくしてその耐食性を向上させようとの
試みもなされた。例えば、特開昭60−39153では、先
ず、めっきの平均結晶粒径を3μm以下とするとによっ
て耐孔食性が向上するとの知見を示し、これに基づき、
従来多く使用されていた45g/m2の目付量のものに替え
て、15乃至30g/m2の目付量のものを使用することによっ
て、パウダリングの問題を解決することを提案してい
る。しかし、需要は益々合金化溶融亜鉛めっき鋼板の高
耐食性と成形加工の生産性向上を嘱望しており、60g/m2
或いは70g/m2と目付量が多くても尚且つ成形性の良いも
のが強く要求されつつある。一方皮膜の合金状態を改善
することによって、耐パウダリング性を向上させようと
の試みもあり、例えば、特願昭58−73498では、皮膜中
のFe含有率を15wt%乃至35wt%まで高めて、皮膜の主成
分をΓ相とすることが提案されている。しかし、この場
合δ相が存在しないので、燐酸塩処理やクロメート処
理等の表面処理性に劣り、従って、塗膜の密着性や塗膜
下耐食性が確保できない。このため、更に上層にFe、Z
n、Ni、Coその他の金属を付着させなければならない
(例えば、特開昭62−290894)。又、これとは反対に、
特開昭64−17843では、被膜中のFe含有率を7wt%乃至13
wt%と低くして、皮膜表面部の主成分を軟らかく伸び性
のあるζ相とすることが提案されている。しかし、この
軟質の層が存在するため表面の摩擦係数が大きく、プレ
ス成形時の摺動特性が劣りプレス割れが発生し易い欠点
がある。
[発明が解決しようとする課題] 以上述べてきたように、成形加工性が良く且つ高耐食
厚目付合金化溶融亜鉛めっき鋼板が求される需要動向に
対して耐パウダリング性及び摺動性を兼ね備えた製品
が、未だ実現されていない。
この問題を解決するためにこの発明は行われたもの
で、厚目付であっても、皮膜の合金相及び結晶粒が制御
されているため摺動特性とともに耐パウダリング性にも
優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の提供を目的とするも
のである。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するための手段は、Fe−Zn合金皮膜
が、δ相単独若しくは実質的にδ相と厚さ1.0μm
以下のΓ相からなり、且つ皮膜表層の結晶の形状が塊
状でこれらの皮膜断面で測定される長辺と短辺の長さの
比の平均が3以下である耐パウダリング性及び摺動特性
に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。
[作用] Fe−Zn合金皮膜は、前述したように、一般にζ相,δ
相,Γ相若しくはΓ相から構成されるが、δ相単
独若しくはδ相と厚さ1μm以下のΓ相から成り立
っていると、皮膜表面に軟質で摩擦係数の大きなζ相が
存在しないので、摺動特性を低下させることが無い、更
に、硬質のΓ相がなく、厚さ1.0μm以下のΓ相であ
れば耐パウダリング性を低下させることはない。更にこ
の発明で重要なのは、皮膜表面を構成する結晶の皮膜断
面で測定される長辺と短辺の長さの比の平均(以下、平
均アスペクト比と称す)である。発明者らは,合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の表面性状及び品質に与える製造条件
の影響を調査検討した結果、表面性状さらにはそれに起
因する摺動特性などの表面品質は、浴中で起こる初期合
金化反応の影響を強く受けることを知見した。これらの
知見の概要は以下の通りである。
合金化溶融亜鉛めっき皮膜表面の結晶形態は浴中にお
いて初期に形成されるFe−Zn系合金(以下、初期合金相
と称す)の形態と高い相関がある。
初期合金相の形態は、浴への侵入板温により変化し、
板温が高い場合は塊状であり、低い場合は柱状である。
初期合金相の形態は、合金化温度が比較的低い場合
(特に500℃以下)には、そのままの形態で合金化処理
後の表面に引き継がれる。したがって、侵入板温を高く
制御し浴中で塊状の初期合金相を一面に生成させると、
合金化処理後の最終的な皮膜表面結晶は塊状となる。
浴中に添加されたAlは、合金化初期に鋼板表面と優先
的に反応することによりFe−Zn合金相の発生を抑制す
る。したがって、Fe−Znの初期合金相を一面に生成させ
るためには、浴中のAl量に応じて侵入板温を高め、Fe−
Zn合金の生成を促進する必要がある。
合金化溶融Znめっき皮膜表面の結晶形態が変化する
と、表面の摩擦係数(摺動特性)が変化する。
この皮膜表面の結晶形態を表す指標としてアスペクト比
をとると、この平均アスペクト比が、3以下の場合観察
される結晶は塊状であり、3を超えると柱状結晶が混在
し、平均アスペクト比の増大にしたがって柱状晶が増
え、4.5以上では殆どが柱状である。結晶が柱状である
と、相対的に皮膜表面に占める空間の割合が大きくな
り、摺動に際して表面が変形し易くなるために摺動特性
が劣化する。反対に、この平均アスペクト比が3以下で
あると、変形は制限されプレス成型時の摺動特性が改善
される。第1図に表面結晶の平均アスペクト比と摩擦係
数との関係を調べた結果を示す。第1図は第1表に示す
組成の4鋼種について、めっき浴温を460℃、めっき量
を70g/m2とし、めっき浴侵入板温、めっき浴Al含有率及
びめっき後の合金化熱処理条件を種々変えてえられた皮
膜中のFe含有率6〜15%の合金化溶融亜鉛めっき鋼板に
ついて調査したものであり、図では鋼種(1)を○印
で、鋼種(2)を△印で、鋼種(3)を×印で、鋼種
(4)を●印で各々表してある。何れの鋼種についても
平均アスペクト比が3以下では摩擦係数は小さいところ
で安定しているが、3を超えるとアスペクト比の増加に
したがって摩擦係数は大きくなる。
このように本発明においては皮膜の合金相及び結晶粒
を制御することによって摺動特性とともに耐パウダリン
グ性を改善しているので、原板の鋼種やめっき方法或い
は目付量に関係なくその効果は得られる。特に、厚目付
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の耐パウダリング性に注目し
たとき、Fe−Zn合金皮膜が片面当たり30g/m2以上の付着
量であっても、摺動特性は勿論、十分に優れた耐パウダ
リング性をも併せ持つものである。
なお、本発明の鋼板の製造方法の一例として以下の製
造方法を挙げることができる。通常の製造方法で製造し
た酸洗(熱延)鋼板あるいは冷延鋼板をCGLに通板し溶
融亜鉛めっきを施す。この際、めっき浴温を通常の範囲
である450〜470℃とし、鋼板へ浴への侵入温度T(℃)
を浴中Al量によって決まる下式の条件を満足するように
設定する。
T(℃)≧565×[Al(%)]+410 このようにしてめっき浴中でのFe−Zn反応を促進する
とともにδ相の核を均一に生成させることができる。
引き続き付着量制御を行なった後、500℃以下の比較的
低温で合金化処理を行なう。このような低温での合金化
処理でδ相は成長し合金化が完了する。この際表面の
結晶が塊状であり、平均アスペクト比は3以下となる。
一方、低温での合金化処理によりΓ相が皮膜−鋼板界
面に生成するが、厚さを1.0μm以下とすることにより
優れた耐パウダリング性が実現される。
又、表層の結晶が柱状であると見掛けの表面積よりも
実際の表面積が非常に大きくなるが、塊状で表面に存在
すればこれらの差は縮小し、化成処理やめっき処理等の
表面処理を施す場合非常に有利である。
[実施例] 第2表の組成を有する鋼を熱間圧延後酸洗し冷間圧延
によって板厚0.65mmとし、これをCGLに通板して種々の
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。尚、めっき条件は以
下の通りである。
めっき浴侵入鋼板温度:460〜520℃、 めっき浴温度:465℃ 合金化処理温度:485〜550℃ めっき浴組成:Al=0.13%、 Pb=0.1% 得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板についてΓ相の
厚さ、ζ相の有無等を調べるとともに耐パウダリング性
及び摺動特性を測定した。
Γ相の存在をX線回折により確認後、断面を電子顕
微鏡で拡大しその厚さを測定した。
ζ相の有無については、X線回折により、ζ(−4,2,
1)即ちd=2.12オングストロームの強度(I[ζ])
と、δ(2,4,9)即ちd=1.99オングストロームの強
度(I[δ])を測定し、この比から判断した。即
ち、I[ζ]/I[δ]が0.4以下のとき実質的にζ相
が無いとみなすことができる。平均アスペクト比は、め
っき皮膜断面を硝酸アルコールで腐食後走査型電子顕微
鏡で観察し、表面かけ深さ3μmまでの表層に存在する
100個の結晶について長辺と短辺を測定し、その比を平
均して求めた。
耐パウダリング性は、ビード引抜き試験を行い雄型ビ
ードでしごかれた面のめっき皮膜の剥離量を測定し、そ
の皮膜付着量に対する百分率によって評価した。ビード
引抜き試験器を第2図に示す。図で、1は試験片、2は
雌型ビード、3は雄型ビードである。試験片1を雌型ビ
ード2と雄型ビード3との間に挟み一定の圧力で押付け
た状態で験片を引抜いた。雌型ビード2の肩は1R、雄型
ビード3の先端は0.5Rに作られており、試験片はここで
しごかれる。その後粘着テープによって雄型ビードでし
ごかれた面の皮膜を強制剥離しその前後の重量変化を測
定した。押付け圧は500kgf,雌型ビード幅及び雄型ビー
ド幅は各々40mm、試験片幅は30mmであった。
摺動特性は、以下の試験条件により摩擦係数を測定す
ることによって評価した。試験片表面に潤滑油(パーカ
ー興産(株)製ノックスラスト530F)を均一に塗布した
後工具鋼SKD11製の圧子(接触面積3×10mm2)を試片表
面に押付け荷重400kgfで押付け、試片を1m/分の速度で
引き抜くことにより測定した。摩擦力は3回測定し、そ
の平均値から求めた。調べた結果を第3表に示す。
この発明の条件範囲にある実施例では、摩擦係数は0.
13以下と安定して小さく、極めて優れた摺動特性を示し
ている。又、ビード引抜き剥離率も小さく、皮膜付着量
45g/m2程度では数%、70g/m2を超えても11乃至12%程度
にしか達せず良好な耐パウダリング性を備えている。
これに対して、発明の条件範囲を外れた比較例では、
特に比較例9乃至11は、侵入板温が低いため浴中で柱状
晶であるζ相の形成反応が起こり、本願の目的とするδ
相の核生成反応が起こらず、更に合金化時の温度が高
いため皮膜表面の柱状晶が形態を残したまま合金化処理
においてδ相への変態を起こし、そのためアスペクト
比が3を超え摺動特性が劣っている。又、Γ相の厚さが
1.0μmを超えた試験No.12乃至14ではビード引抜き剥離
率が大きく耐パウダリング性に劣る。
更に、ζ相の存在する従来例では摩擦係数は最も大き
く摺動特性は一段と劣る。
[発明の効果] この発明によれば、Fe−亜鉛合金皮膜のΓ相の厚さを
規制し且つ表面の結晶粒が塊状である合金化溶融亜鉛め
っき鋼板となっているので、優れた摺動特性を有しそれ
と共に皮膜付着量が多くても良好な耐パウダリング性を
も併有している。このように、高耐食性化と加工生産性
とを追求する産業界の需要に応えるこの発明の効果は極
めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の原理を説明するための表面結晶の平
均アスペクト比と摩擦係数との関係を示す図、第2図は
ビード引抜き試験器の横断面図である。 1……試験片、2……雌型ビード、3……雄型ビード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 哲弘 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 合議体 審判長 松本 悟 審判官 山田 勇毅 審判官 森竹 義昭 (56)参考文献 特開 平1−279738(JP,A) 特開 平1−136952(JP,A) 特開 昭60−39153(JP,A) 特開 昭63−230861(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷延鋼板の表面に、δ相単独若しくは実
    質的にδ相と厚さ1.0μm以下のΓ相からなり、且
    つ皮膜表層の結晶で塊状でこれらの皮膜断面で測定され
    る長辺と短辺の比の平均が3以下であるFe−Zn合金めっ
    き皮膜を有することを特徴とする耐パウダリング性及び
    摺動特性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
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