JP2800512B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製法 - Google Patents

合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製法

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正章 浦井
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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、基材である鋼板とその
表面に被覆される溶融亜鉛めっき層との間で生じるFe
とZnの相互拡散とそれに伴なうFe−Zn合金化をう
まくコントロールし、過不足のない合金化状態を確保す
ることによって、塗装後耐食性やめっき密着性の優れた
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】最近、たとえば自動車等の各種車輛ある
いは家庭用電気製品用外板材等の防錆強化対策として各
種表面処理鋼板の使用量が急増してきており、中でも合
金化溶融亜鉛めっき鋼板はスポット溶接等の溶接性や成
形性に優れると共に、それ自身の耐食性及び有機塗料等
の塗装後耐食性にも優れたものであるところから、大量
に実用化されている。しかし、特に自動車等の燃費及び
排ガス量の低減を目的とする車体軽量化の要望あるいは
生産効率向上の要望が更に高まってくるにつれて、強度
や成形性についても一層の向上が求められる様になり、
こうした要望に沿うものとしてTi,Nb,Pあるいは
その他の合金元素を単独もしくは複合添加した鋼板を基
材とし、これに合金化溶融亜鉛めっきを施す方法が提案
されている。
【0003】ところがこの様な元素を含む鋼板を使用し
た場合は、溶融亜鉛めっき層の表面に亜鉛が未合金化状
態で残存する合金化不足、あるいはめっき層内で合金化
が進み過ぎて脆弱なΓ相 (Fe3Zn10)が厚く成長する合金
化過度の現象が現れ易くなり、溶接性やめっき密着性あ
るいは塗装後耐食性が著しく低下してくる。これは、鋼
材中に添加される合金元素がFeとZnの合金化速度に
大きな影響を及ぼすためと考えられている。たとえばT
iは上記の合金化を促進させ、Pは逆に合金化を遅延さ
せると言われているが、これらの元素を複合添加した場
合は両者の作用が複雑に絡み合うため、合金化不足また
は合金化過度にならない最適の操業条件を迅速且つ的確
に把握することは極めて困難であり、合金化の過不足に
よる大幅な歩留り低下が避けられない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、合金
元素としてTi及びPの添加された鋼板を用いて合金化
溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際において、溶融亜鉛め
っき層における合金化の過不足を生じることなく適正な
合金化状態を安定して的確に得ることのできる方法を確
立しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製法
は、Ti含有量が0.005 〜0.10重量%、P含有量が0.03
〜0.15重量%である鋼板を、浴中有効Al濃度(重量
%)が下記[I] 式の要件を満たす様にAl含有量の調整
された溶融亜鉛めっき浴を用いて溶融めっきし、次いで
合金化処理するところに要旨を有するものである。 0.8 ×Y≦浴中有効Al濃度≦1.2 ×Y…[I] Y=−(1/12)×[P] +(1/5) ×[Ti]+0.100 …[II] (但し、式中[P] 及び[Ti]は鋼板中のP及びTiの含有
量[重量%]を表わす)
【0006】
【作用】本発明においては、まず鋼板としてTi含有量
が0.005 〜0.10%(以下、特記しない限り重量%を意味
する)、P含有量が0.03〜0.15%である鋼材を使用す
る。これは、優れた成形性を有すると共に高強度化の要
望に叶う合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得るための要件と
して定めたものであって、Ti含有量が不足する場合は
満足のいく成形性向上効果が得られず、またその添加効
果は約0.1 %で飽和し、それ以上添加することは経済的
に無駄であるばかりでなく、不純物効果による強度低下
の傾向が現われるからである。またPは主として合金化
溶融亜鉛めっき鋼板の強度向上を目的として添加される
ものであり、不足する場合は高強度化の要望を満たすこ
とができなくなる。しかしPの強度向上効果は約0.15%
で飽和し、それ以上添加すると不純物効果によりかえっ
て強度が低下してくるので、0.15%を上限と定めた。
【0007】また鋼板中のTiがFeとZnの合金化を
促進させ、PがFeとZnの合金化を遅延させる効果を
有していることは先に述べた通りであり、またこれらの
複合添加のみで適正な合金化状態を得ることが困難であ
ることも先に説明した。ところが鋼板中の該Ti及びP
の含有量を基準にして、前記[I] 式に示す要件を満たす
適正量のAlを溶融亜鉛めっき浴中に含有させると、鋼
板基材中のFeと溶融亜鉛めっき層中のZnとの相互拡
散による合金化がうまく進行し、過不足のない適正な合
金化状態のめっき層が得られることを知った。
【0008】以下、Alの添加効果及び鋼中のTi,P
との相互作用について説明する。本発明において溶融亜
鉛めっき浴に添加されるAlは、鋼板素地のFeとの反
応によってZnめっき界面にFe−Al合金層を形成す
る。そしてFeとZnの合金化は、素地FeとめっきZ
nの相互拡散によって該Fe−Al合金層を破壊するこ
とによって開始されるものと思われる。この合金化反応
が鋼中のTiによって促進され、Pによって遅延される
ことは先に述べた通りであるが、Ti及びPは該Fe−
Al合金層の性状にも影響を及ぼしていると考えられ
る。
【0009】まためっき浴中のAlは生成するFe−A
l合金層の特性にも大きな影響を及ぼし、Al濃度が高
くなるほどFe−Al合金層のバリヤー効果が大きくな
り、Fe−Zn合金化の速度は低下する。尚溶融亜鉛め
っき浴のAlは、めっき浴中にほぼ均一に溶解している
Alと、該めっき浴中に溶け出しFeと結合してドロス
化したAlに分けられるが、Fe−Al合金層の性状に
影響を及ぼすのは前者のAlであり一般に有効Alと呼
ばれる。後者のAlは、重量%でFeと1:1 の比率で結
合しているので、めっき浴中の有効Al濃度は、浴中A
l濃度から浴中Fe濃度を差し引いた値となる。本発明
ではこの有効Alに注目し、鋼板中のTiによる合金化
促進とPによる合金化遅延の相互作用を、該有効Al濃
度によって調整し、合金化速度を的確にコントロールす
るものである。
【0010】即ち本発明者らは、Ti含有量及びP含有
量の異なる種々の鋼板を使用し、有効Al濃度の異なる
溶融亜鉛めっき浴を用いてめっき処理した後、直ちに合
金化加熱処理を行ない、夫々について合金化速度を調べ
た。その結果、前述の如く鋼中のTi及びP濃度から前
記[II]式によって算出されるYの値に対し、有効Al濃
度が0.8 ×Y〜1.2 ×Yの範囲に収まる溶融亜鉛めっき
浴を使用すれば、Fe−Zn合金化速度がほぼ一定とな
り、合金化の過不足のない極めて的確な合金化操業を行
なえる様になることが明らかとなった。
【0011】即ち溶融亜鉛めっき浴中の有効Al濃度が
0.8 ×Y未満である場合は、前記Fe−Al合金層のバ
リヤー効果が不十分となってFe−Zn合金化過剰によ
る脆弱なΓ相が生成し、めっき密着性が悪くなり、また
1.2×Yを超える場合は、Fe−Al合金層のバリヤー
効果が強くなりすぎて合金化不足となり、塗装後耐食性
や溶接性が悪くなる。有効Al濃度が前記範囲に収まる
様に調整された溶融亜鉛めっき浴を使用すると、素材F
eとZnめっき層の界面に形成されるFe−Al合金層
によってFeとZnの相互拡散速度がうまくコントロー
ルされ、適正なFe−Zn合金化状態を確実に得ること
ができる。
【0012】この様に本発明では、素材鋼板中のTi及
びP含有量に応じて溶融亜鉛めっき浴中の有効Al濃度
を調整して素材FeとZnの相互拡散による合金化速度
を制御するところに特徴を有するものであり、溶融めっ
き条件や合金化熱処理条件等は特に限定されないが、も
っとも一般な条件として示すならば、溶融めっき法は、
430〜480℃の溶融亜鉛めっき浴(この中には、前
記要件を満たす適量のAlが添加されている)に被処理
鋼板を浸漬走行させる方法であり、また合金化熱処理
は、上記めっき処理の直後に当該めっき鋼板を480〜
700℃で約3〜120秒間加熱する方法である。
【0013】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例に限定される
ものではなく、鋼板の種類やめっき前処理法、溶融めっ
き条件や合金化熱処理条件等を必要に応じて適宜変更し
て実施することは、いずれも本発明の技術的範囲に含ま
れる。
【0014】実施例 Ti含有量が0.05%、P含有量が0.10%である鋼板を基
材とし、これを有効Al濃度の異なる種々の溶融亜鉛め
っき浴(温度:約460℃)に浸漬して溶融めっき(厚
さ:10μm )を行なった後、550℃×30秒の合金
化処理を施して合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。得ら
れた各めっき鋼板について、下記の方法で塗装後耐食性
及びめっき密着性を評価した。結果を表1に一括して示
す。
【0015】<塗装後耐食性>各めっき鋼板をりん酸塩
処理した後、自動車用3コート塗装(具体的には電着塗
料+中塗り塗料+上塗り塗料3層塗り、150℃,20
分の焼付け)を行なう。この塗装鋼板に、めっき層表面
まで到達するクロスカットを入れ、1000時間の塩水噴霧
試験を行なった後、クロスカット部からの塗膜膨れの程
度により3段階評価した。 ◎:優秀、○:良好、×:不良。 <めっき密着性>合金化熱処理を終えた各供試鋼板に、
角度60。のV字曲げを施し、圧縮側をテープ剥離したと
きのめっき剥離量により3段階評価した。 ◎:優秀、○:良好、×:不良。
【0016】
【表1】
【0017】表1からも明らかである様に、めっき浴中
の有効Al濃度とY値の関係が本発明の規定要件に合致
する本発明例では、塗装後耐食性及びめっき密着性のい
ずれも良好であるのに対し、有効Al濃度が不足する比
較例ではめっき密着性が悪く、また有効Al濃度が高過
ぎる比較例では塗装後耐食性が悪く、いずれも亜鉛めっ
き鋼板の要求性能を満たすものとは言えない。
【0018】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、鋼
板中のTi及びPの含有量に応じて、使用される溶融亜
鉛めっき浴中の有効Al濃度を適正に調節することによ
り、素地鋼板中のFeとめっき層中のZnの相互拡散速
度をうまく調整し、Fe−Zn合金化の過不足をなくす
ことによって、めっき密着性や塗装後耐食性等の優秀な
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供し得ることになった。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−9694(JP,A) 特開 平3−271354(JP,A) 特開 平3−191047(JP,A) 特開 平2−11745(JP,A) 特開 昭61−60860(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ti含有量が0.005 〜0.10重量%、P含
    有量が0.03〜0.15重量%である鋼板を、浴中有効Al濃
    度(重量%)が下記[I] 式の要件を満たす様にAl含有
    量の調整された溶融亜鉛めっき浴を用いて溶融めっき
    し、次いで合金化処理することを特徴とする合金化溶融
    亜鉛めっき鋼板の製法。 0.8 ×Y≦浴中有効Al濃度≦1.2 ×Y…[I] Y=−(1/12)×[P] +(1/5) ×[Ti]+0.100 …[II] (但し、式中[P] 及び[Ti]は鋼板中のP及びTiの含有
    量[重量%]を表わす)
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JP2000313936A (ja) 1999-04-27 2000-11-14 Kobe Steel Ltd 延性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法
JP3931859B2 (ja) * 2003-07-30 2007-06-20 住友金属工業株式会社 熱間成形用亜鉛系めっき鋼材と熱間成形方法

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