JP2798520B2 - 加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法

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JP2798520B2
JP2798520B2 JP8586091A JP8586091A JP2798520B2 JP 2798520 B2 JP2798520 B2 JP 2798520B2 JP 8586091 A JP8586091 A JP 8586091A JP 8586091 A JP8586091 A JP 8586091A JP 2798520 B2 JP2798520 B2 JP 2798520B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐パウダリング性,耐
フレーキング性及びプレス成形性が優れている加工性に
優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来より溶融亜鉛めっき鋼板の耐食性に
加えて、塗装性,塗膜密着性,溶接性及び加工性を付与
するために、鋼板に溶融亜鉛めっきを行った後に加熱処
理を施してめっき層を鉄−亜鉛合金化した合金化溶融亜
鉛めっき鋼板が製造され、自動車や家電製品や建築など
様々な分野に使用されている。
【0003】このように鋼板に溶融亜鉛めっきを行った
後に加熱処理を施した場合、合金化が進むにつれて鉄と
亜鉛の相互拡散により、ζ相(FeZn13),δ1相(FeZ
n7),Γ相(Fe5Zn21)が順次生成する。
【0004】このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板にお
いて、その加工性と合金化めっき層構造とに関する従来
からの研究の結果から、次のことが判明している。即
ち、合金化めっき層表面にη相又はζ相が存在すると、
これらの相は比較的柔らかいためプレス成形時に金型と
の摺動抵抗が大きくなり鋼板の金型への滑り込みが阻害
されて鋼板の切断や金型へのめっき層の焼付けを招く恐
れがある。一方、Γ相が厚く成長すると、Γ相は硬く脆
いためにプレス成形時にめっき層が剥離するいわゆるパ
ウダリング現象を起こすようになり、このパウダリング
現象が著しい場合には合金化めっき層の耐食性が低下す
るばかりでなくプレス作業性にも悪影響を及ぼすことに
なる。更に、Γ相が比較的薄い場合でもめっき層表面に
ζ相が存在すると、柔らかいζ相がプレス加工時にカジ
リを生成し、この剪断応力によって硬くて脆いΓ相がフ
レーク状に剥離するいわゆるフレーキング現象となる。
従って理想的には鋼板界面から合金化めっき層表面まで
均一なδ1相であることが望ましいが、熱拡散処理によ
って合金化する限り事実上不可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来、このようなδ1
単相に近い合金化めっき層を得るための技術として、例
えば特開昭64-68456号公報等に開示されている方法があ
るが、この方法でη相,ζ相が残存しないように合金化
するためにはめっき浴中の有効Al量を0.10%以下とし且
つ鋼板のめっき浴中への浸漬時間を3秒以下好ましくは
2秒以下という非常に高速な通板速度とすることが必要
であり、しかも本発明者等の研究によると500℃以上の
加熱温度が必要である。しかし、この温度ではΓ相の成
長が速く充分にΓ相を抑制できず、60g/m2以上の付
着量では例えばΓ相が0.5〜3.0μmとなり耐パウダリン
グ性が充分でなくなる。
【0006】一方、Γ相を抑制するためにはより低い温
度で合金化することが望ましく、例えば500℃未満で合
金化するとΓ相の成長は充分抑制されるが、ζ相が残存
し易くプレス成形性及び耐フレーキング性が低下する。
このように、ζ相とΓ相とを抑制できる温度域が相反す
るためにいずれか片方しか抑制できず、両方とも抑制し
た合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するためには合金化
度を測定しながら厳しく管理する必要がある。しかし、
現在の方法では合金化めっき層表面にζ相を存在させず
且つΓ相も耐パウリング性が充分なレベルまで抑制でき
る手段が存在していない。
【0007】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決し、合金化めっき層表面にη相のみならずζ相も存在
させず且つΓ相も耐パウダリング性が充分なレベルまで
抑制できた加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板と
その製造方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決すべく鋭意研究の結果、めっき浴中にMnを添加する
ことにより450〜500℃というΓ相を充分抑制できる温度
でもζ相が抑制されることを究明し、地鉄界面のΓ相の
厚さが0.5μm以下であり、合金化めっき層表面をX線
回折で測定してもη,ζ相が存在せず、且つ付着量が45
〜90g/m2の合金化めっき層を、少なくとも片面に有
する加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製
造方法の開発に成功したのである。
【0009】即ち、本発明に係る加工性に優れた合金化
溶融亜鉛めっき鋼板は、Fe:8〜13重量%、Al:0.5重
量%未満、Mn:0.02〜2.0重量%を含有し残部がZn及び
不可避的不純物より成る組成であって、地鉄界面のΓ相
の厚さが0.5μm以下でありめっき層表面にη,ζ相が
存在せず且つ付着量が45〜90g/m2の合金化めっき層
を少なくとも、片面に有することを特徴とする。また本
発明に係る加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の
製造方法は、Al:0.2重量%未満、Mn:0.01〜1.0重量%
を含有し、残部がZn及び不可避的不純物より成る溶融亜
鉛めっき浴を用いて少なくとも片面の付着量が45〜90g
/m2となる溶融亜鉛めっきを行った後、450〜500℃で
2〜40秒間加熱して地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm以
下であり且つめっき層表面にη,ζ相が存在しないよう
に合金化処理することを特徴とする。
【0010】
【作用】以下、本発明で用いる溶融亜鉛めっき浴の組
成、合金化処理温度及びめっき層の組成の限定理由につ
いて説明する。Al:Alは鋼板−めっき層界面にFe−Al金
属間化合物の層を形成してめっき層中のZn−Fe相互拡散
を抑制し、且つ溶融亜鉛めっき浴の粘度を引き下げるの
に有効に作用する。しかしながら、溶融亜鉛めっき浴の
Al濃度が0.2重量%以上になると、Zn−Fe相互拡散が極
めて抑制されるために合金化反応が著しく遅滞し、本発
明方法におけるような低い合金化温度では事実上インラ
インの合金化炉で合金化処理が不可能となる。よって本
発明方法では、溶融亜鉛めっき浴中へのAlの添加量は0.
2重量%未満とした。
【0011】次いで、合金化めっき層中のAlの組成範囲
について述べる。一般に、Alを含む溶融亜鉛めっき浴に
よって鋼板に溶融亜鉛めっきを行った場合には、鋼板−
めっき層界面にFe−Al金属間化合物の層が優先析出し、
溶融亜鉛めっき浴のAl濃度と比べてめっき層中のAl濃度
が高くなる傾向があることが知られている。本発明にお
ける溶融亜鉛めっき処理においても全く同じ傾向が認め
られる。前記Al濃度の溶融亜鉛めっき浴によって溶融亜
鉛めっきを行った場合に生成するめっき層のAl濃度は、
0.5重量%未満となる。従って、本発明に係る合金化溶
融亜鉛めっき鋼板における合金化めっき層中のAl濃度は
0.5重量%未満とした。
【0012】Mn:Mnはζ相の生成を抑制し且つ500℃以
下の低い温度で合金化処理を行うために添加する。Mnの
溶融亜鉛めっき浴中への添加量が0.01重量%未満では、
ζ相の生成抑制効果が充分でなく、500℃以下で合金化
した場合にζ相が残存し易く、また1.0重量%を超えて
添加しようとすると、めっき浴温度を高くしなければな
らないためにΓ相を0.5μm以下に抑制することが事実
上不可能となる。よって、本発明方法では溶融亜鉛めっ
き浴中へのMnの添加量は0.01〜1.0重量%に限定した。
【0013】次いで、合金化めっき層中のMnの組成範囲
について述べる。Mnは、めっき層中に優先的に析出して
めっき浴中の濃度よりも高くなる傾向を示す。前記のMn
添加量の溶融亜鉛めっき浴によって溶融亜鉛めっきを行
った場合に生成するめっき層のMn濃度は、0.02〜2.0重
量%となる。従って、本発明合金化溶融亜鉛めっき鋼板
における合金化めっき層中のMn濃度は、0.02〜2.0重量
%とする。
【0014】Fe:本発明に係る加工性に優れた合金化溶
融亜鉛めっき鋼板のめっき層構造では、めっき層表面に
η,ζ層が存在せず且つ地鉄界面のΓ層の厚さが0.5μ
m以下であり、このような構成の合金化めっき層中のFe
濃度は8〜13重量%であるので8〜13重量%とした。
【0015】合金化処理温度及び加熱時間:溶融亜鉛め
っき鋼板のめっき層を500℃を超えて加熱して合金化す
るとΓ層が生成し易く、地鉄界面のΓ層が0.5μmを超
えるので好ましくない。一方、450℃未満で合金化する
と、前記組成のMn濃度ではζ層の生成を抑制する効果が
薄くなってめっき層表面にζ層が残存し易く、本発明に
係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層構造の特徴で
あるめっき層表面にη相,ζ相が存在せず且つ地鉄界面
のΓ相が0.5μm以下の合金層を形成させることができ
ない。従って、本発明方法における合金化温度は450〜5
00℃とした。しかしながら、この450〜500℃という合金
化処理温度であっても、加熱時間が短いとめっき層表面
にη相やζ相が残存し、また加熱時間が長すぎると地鉄
界面のΓ相が0.5μm以上形成されるので本発明者等は
種々検討した結果、2〜40秒の範囲で地鉄界面のΓ相の
厚さが0.5μm以下でありめっき層表面にη,ζ相が存
在しないように加熱することが必要である。
【0016】合金化溶融亜鉛めっき層の厚さ:本発明に
係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、付着量として
は45〜90g/m2が適用できる範囲である。45g/m2
満では従来の技術で耐パウダリング性,耐フレーキング
性及びプレス成形性を共に満足できる合金化溶融亜鉛め
っき鋼板は製造可能であり、本発明鋼板が特に有利とい
う訳ではない。また90g/m2を超えると耐フレーキン
グ性及びプレス成形性は満足できるが耐パウダリング性
が低下するので、本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の適用できる付着量を45〜90g/m2とした。但し、
耐フレーキング性及びプレス成形性を満足していれば良
い場合には45〜150g/m2まで適用できる。めっき付着
量が150g/m2を超えると地鉄界面のΓ相が0.5μm以
下でめっき表面にη,ζ相が存在しないめっき層は実際
上製造できなくなる。その他の合金化めっき層の組成:
合金化めっき層の組成としてFe,Al,Mnのみを規定した
が、他の成分例えばPb,Sbなどを少量添加されても本発
明の効果は変わらないものである。
【0017】
【実施例】次に本発明に係る加工性に優れた合金化溶融
亜鉛めっき鋼板の実施例を比較例と共に更に具体的に説
明する。ゼンジマー型の無酸化炉方式の連続溶融亜鉛め
っきラインのめっき浴中に投入するAl量,Mn量を種々変
化させて、0.7mm厚×1,000mm幅の低炭素冷延鋼板をめっ
き原板として、めっき付着量が本発明における合金化溶
融亜鉛めっき層の付着量の範囲である45〜90g/m2
にある種々の溶融亜鉛めっき鋼板を製造し、続いてこれ
らの溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理炉により種々の時
間加熱して合金化処理して合金層のFe濃度が異なる種々
の合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、次に述べるめっ
き層の加工性試験方法によって試験を行った。その結果
を表1及び表2に記載する。
【0018】(1)η,ζ相の有無 X線回折で測定して、η,ζ相の存在を示すピーク値が
表われるか否かで判断した。
【0019】(2)耐パウダリング性試験: 試験面を内側にして、図1に示す如く試験片の板厚tの
6倍の直径の円弧部が試験面に構成されるように180度
曲げを行った後に曲げ戻しを行い、その試験面にセロハ
ン粘着テープを貼着した後にそのセロハン粘着テープを
引き剥がしてセロハン粘着テープに付着したパウダー状
のめっき金属量を目視により、以下の基準により判断し
た。 5:付着めっき金属なし 4:付着めっき金属量小 3:付着めっき金属量中 2:付着めっき金属量大 1:テープなしで多量の粉状めっき金属剥離 この基準において評価5〜3が実用上問題がない範囲で
ある。
【0020】(3)プレス成形性試験: 同一防錆油を使用して図2に示す条件でのカップ絞り試
験による外径比によって評価したものである。試験片 絞り成形前円板の直径(D0):75mm 絞り成形に使用する鋼板の板厚:tmm 金型 絞り成形に使用するポンチ直径(d):40mm 絞り成形に使用するポンチ先端半径:5mm 絞り成形に使用するダイス肩部半径:5tmm 絞り成形時のしわ押え力:1,000kgf 試験後の状態 絞り成形により絞り込む深さ:20mm 絞り成形後のフランジ分の直径:D1mm 外径比:D1/D0 この外径比0.734〜0.743が冷延鋼板レベルである。
【0021】(4)耐フレーキング性試験: 図3に示す如く幅300mm×長さ260mmのサンプルSを内径
42mmの貫通孔を有するダイス1と高さ3mmのビード付き
のしわ押え2とでしわ押え力500kgfで挾持し、直径40mm
のポンチ3により成形高さ50mmの絞り成形を行ったとき
の目視によるめっき金属の剥離状態により以下の基準に
より評価した。 4:剥離せず 3:剥離量小 2:剥離量中 1:剥離量大 この基準において評価4〜3が実用上問題がない範囲で
ある。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係る加工性
に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板は付着量が45〜90g
/m2という厚めっきでも優れた加工性を有しているの
で合金化溶融亜鉛めっき鋼板の用途の拡大を期待でき、
また本発明に係る加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法はこのように優れた特性を有する合金化
溶融亜鉛めっき鋼板を前記した従来技術のように高速で
通板すること無く工業的に安定して連続的に製造できる
画期的な方法であり、その工業的価値が非常に大きなも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐パウダリング性の試験方法を説明する図であ
る。
【図2】プレス成形性の試験方法を説明する図である。
【図3】耐フレーキング性の試験方法を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1 ダイス 2 しわ押え 3 ポンチ S サンプル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘高 敏晴 大阪府堺市石津西町5番地 日新製鋼株 式会社 鉄鋼研究所 (56)参考文献 特開 平2−194157(JP,A) 特開 平2−122056(JP,A) 特開 平2−61046(JP,A) 特開 平1−172553(JP,A) 特開 昭59−200749(JP,A) 特開 昭58−31095(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe:8〜13重量%、Al:0.5重量%未
    満、Mn:0.02〜2.0重量%を含有し残部がZn及び不可避
    的不純物より成る組成であって、地鉄界面のΓ相の厚さ
    が0.5μm以下でありめっき層表面にη,ζ相が存在せ
    ず且つ付着量が45〜90g/m2の合金化めっき層を、少
    なくとも片面に有することを特徴とする加工性に優れた
    合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
  2. 【請求項2】 Al:0.2重量%未満、Mn:0.01〜1.0重量
    %を含有し、残部がZn及び不可避的不純物より成る溶融
    亜鉛めっき浴を用いて少なくとも片面の付着量が45〜90
    g/m2となる溶融亜鉛めっきを行った後、450〜500℃
    で2〜40秒間加熱して地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm
    以下であり且つめっき層表面にη,ζ相が存在しないよ
    うに合金化処理することを特徴とする加工性に優れた合
    金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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