JP2804167B2 - 加工性に優れた合金化溶融亜鉛めつ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つき鋼板及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔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
絞り成形性が優れている加工性に優れた合金化溶融亜鉛
めつき鋼板とその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来より溶融亜鉛めつ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、
鋼板に溶融亜鉛めつきした後に加熱処理を施してめつき
層を鉄−亜鉛合金化した合金化溶融亜鉛めつき鋼板が製
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。
このように鋼板に溶融亜鉛めつきを施した後に加熱処
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),δ相(FeZn7),Γ相(F
e5Zn21)が順次生成する。
このような合金化溶融亜鉛めつき鋼板において、その
加工性と合金化めつき層構造とに関する従来からの研究
を結果から次のことが判明している。即ち、合金化めつ
き層表面にη相又はζ相が存在すると、これらの相は比
較的軟らかいため絞り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
や金型へのめつ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
形時にめつ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
には合金化めつ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つき層表面に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
の剪断応力によつて硬くて脆い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。
従つて理想的には鋼板界面からめつき層表面まで均一
なδ相であることが望ましいが、熱拡散処理によつて
合金化する限り事実上不可能である。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来、このようなδ単相に近い合金層を得るための
技術として例えば特開昭64−68456号等に開示されてい
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つき浴中の有効Al量を0.10%
以下とし且つ鋼板のめつ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が必要
であり、しかも本発明者らの研究によると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相を制御できず、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。
一方、Γ相を制御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相の成長は充分制御されるが、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相とを制御できる温度域が相反するために
いずれか片方しか制御できず、両方とも制御した合金化
溶融亜鉛めつ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
では合金化めつき層表面にζ相を存在させず且つΓ相も
耐パウダリング性が充分なレベルまで制御できる手段が
存在していない。
本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、合金
化めつき層表面にζ相を存在させず且つΓ相も耐パウダ
リング性が充分なレベルまで制御できた加工性に優れた
合金化溶融亜鉛めつき鋼板とその製造方法を提供するこ
とを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕 本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、
めつき浴中にNi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
金化めつき層表面にX線回折で測定してもη,ζ相が存
在せず付着量が45〜90g/m2の合金化めつき層を少なくと
も片面に有する加工性に優れた合金化溶融亜鉛めつき鋼
板とその製造方法の開発に成功したのである。
即ち本発明に係る加工性に優れた合金化溶融亜鉛めつ
き鋼板は、Fe:8〜13重量%,Al:0.5重量%未満,Ni:0.02
〜1.0重量%を含有し残部がZn及び不可避的不純物より
成る組成であつて且つ地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm
以下であり合金化めつき層表面にη,ζ相が存在せず付
着量が45〜90g/m2の合金化めつ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つ
き鋼板の製造方法は、Al:0.2重量%未満,Ni:0.01〜0.5
重量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純物より成る
溶融亜鉛めつき浴を用いて少なくとも片面の付着量が45
〜90g/m2となる溶融亜鉛めつきを行つた後、450〜500℃
で2〜40秒間加熱して地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm
以下でありめつき層表面に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。
〔作 用〕
以下、本発明で用いる溶融亜鉛めつき浴の組成,合金
化処理温度及びめつき層の組成の限定理由について説明
する。
Al:Alは鋼板−めつき層界面にFe−A金属間化合物の層
を形成してめつき層中のZn−Fe相互拡散を抑制し、且つ
溶融亜鉛めつきの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0.2w
t%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。よつて、本発明方法では溶
融亜鉛めつき浴中へのAlの添加量は0.2wt%未満とし
た。
次いで、合金化めつき層中のAlの組成範囲について述
べる。一般に、Alを含む溶融亜鉛めつき欲によつて鋼板
に溶融亜鉛めつきした場合には、鋼板−めつき層界面に
Fe−Al金属間化合物の層が優先析出し、溶融亜鉛めつき
浴のAl濃度と比べてめつき層中のAl濃度が高くなる傾向
があることが広く知られている。本発明における溶融亜
鉛めつき処理においても全く同じ傾向が認められる。前
記めつき浴組成の溶融亜鉛めつき浴によつて溶融亜鉛め
つきを行つた場合に生成するめつき層のAl濃度は、0.5w
t%未満となる。従つて、本発明合金化溶融亜鉛めつき
鋼板における合金化めつき層中のAl濃度は0.5wt%未満
とした。
Ni:Ni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。Niの溶融亜鉛めつ
き浴中への添加量が0.01wt%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0.5wt%を越えて添加しようとするめつ
き浴温度を高くしなければならないためΓ相が生成し易
くなり地鉄界面のΓ相を0.5μm以下に制御することが
事実不可能となる。よつて、本発明方法では溶融亜鉛め
つき浴中へのNiの添加量は0.01〜0.5wt%に限定した。
次いで、合金化めつき層中のNiの組成範囲について述
べる。Niは、めつき層中に優先的に析出してめつき浴中
の濃度よりも高くなる傾向を示す。前記のめつき浴組成
の溶融亜鉛めつき浴によつて溶融亜鉛めつきを行つた、
場合に生成するめつき層のNi濃度は、0.02〜1.0wt%と
なる。従つて、本発明合金化溶融亜鉛めつき鋼板におけ
る合金化めつき層中のNi濃度は、0.02〜1.0wt%とす
る。
Fe:本発明に係る加工性に優れた合金化溶融亜鉛めつき
鋼板のめつき層構造では、めつき層表面にη相,ζ相が
存在せず且つ地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm以下であ
り、このような構成の合金化めつき層中のFe濃度は8〜
13wt%であるので8〜13wt%とした。
合金化処理温度及び加熱時間:溶融亜鉛めつき鋼板のめ
つき層を500℃を越えて加熱して合金化するとΓ相が生
成し易く、地鉄界面のΓ相が0.5μmを越えるので好ま
しくない。一方、450℃未満で合金化すると前記組成のN
i濃度ではζ相の生成を抑制する効果が薄くなつてめつ
き層表面にζ相が残存し易く、本発明合金化溶融亜鉛め
つき鋼板のめつき相構造の特徴であるめつき層表面にη
相,ζ相が存在せず且つ地鉄界面のΓ相が0.5μm以下
の合金相を形成させることができない。従つて本発明方
法における合金化処理温度は450〜500℃とした。
しかしながら、この450〜500℃という合金化処理温度で
あつても、加熱時間が短いとめつき層表面に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以上形勢されるので本発明者らは種々検討した
結果、2〜40秒の範囲で地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μ
m以下でありめつき層表面にη,ζ相が存在しないよう
に加熱することが必要である。
合金化溶融亜鉛めつき層の厚さ:本発明合金化溶融亜鉛
めつき鋼板において、付着量として45〜90g/m2が適用で
きる範囲である。45g/m2未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つ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
越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、本発明合金化溶
融亜鉛めつ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
つき付着量が150g/m2を越えると地鉄界面のΓ相が0.5μ
m以下でめつき表面にη,ζ相が存在しないめつき層は
実際上製造できなくなる。
その他の合金化めつき層の組成:合金化めつき層の組成
としてFe,Al,Niのみを規定したが、他の成分例えばPb,S
b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。
〔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つ
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つきラ
インのめつき浴中に投入するAl量,Ni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つき原板
として、めつき付着量が本発明における合金化溶融亜鉛
めつき層の付着量の範囲45〜90g/m2内にある種々の溶融
亜鉛めつき鋼板を製造し、続いてこれらの溶融亜鉛めつ
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
めつき鋼板を製造した。そして、これらの合金化溶融亜
鉛めつき鋼板について、次に述べるめつき層の加工性試
験方法によつて試験を行つた。その結果を表に記載す
る。
(1)耐パウダリング性試験: 試験面を内側にして、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度曲げを行つた
後に曲げ戻しを行い、その試験面にセロハン粘着テープ
を貼直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つき金属
量を目視により以下の基準により判断した。
5:付着めつき金属なし 4:付着めつき金属量小 3:付着めつき金属量中 2:付着めつき金属量大 1:テープなしで多量の粉状めつき金属剥離 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。
(2)絞り成形性試験: 同一防錆油を使用して第2図に示す条件でのカツプ絞
り試験による外径比によつ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部の直径: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。
(3)耐フレーキング性試験: 第3図に示す如く幅30mm×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で挟持し、直
径40mmのポンチ3により成形高さ:50mmの絞り成形を行
つたときの目視によるめつき金属の剥離状態により評価
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。
(4)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。
〔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
溶融亜鉛めつき鋼板は45〜90g/m2という厚めつきでも優
れた加工性を有しているので合金化溶融亜鉛めつき鋼板
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つ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つき鋼板を前記従
来技術のような非常に高速で通板することなく工業的に
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がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は耐パウダリング性の試験方法を示す図、第2図
は絞り成形性の試験方法を示す図、第3図は耐フレーキ
ング性の試験方法を示す図である。 図面中 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 式会社鉄鋼研究所内 (56)参考文献 特開 平3−249160(JP,A) 特開 平3−243756(JP,A) 特開 平2−166265(JP,A) 特開 平2−138450(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,Ni:0.0
    2〜1.0重量%を含有し残部がZn及び不可避的不純物より
    成る組成であつて且つ地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm
    以下でありめつき層表面にη,ζ相が存在せず付着量が
    45〜90g/m2の合金化めつ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つき
    鋼板。
  2. 【請求項2】Al:0.2重量%未満,Ni:0.01〜0.5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
    めつき浴を用いて少なくとも片面の付着量が45〜90g/m2
    となる溶融亜鉛めつきを行つた後、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
    りめつき層表面に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
    めつき鋼板の製造方法。
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