JP2932850B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents
合金化溶融亜鉛めっき鋼板Info
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Description
の密着性に優れ、特に家電用塗装鋼板、自動車用鋼板と
して好適な合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。
野においては亜鉛系のめっき鋼板が大量に使用されてい
るが、とりわけ、防錆機能、塗装後の性能、経済性等に
優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板が広く用いられてい
る。
的に溶融亜鉛めっきを施した鋼板を合金化用熱処理炉で
500〜600 ℃の雰囲気温度で3〜30秒加熱保持し、Fe−
Zn合金めっき層を形成させることにより製造される。め
っき層はFe−Znの金属間化合物からなり、めっき層の平
均Fe濃度は一般に7〜12重量%である。めっき付着量
は、片面当たり25〜70g/m2であり、この範囲より少ない
ものは通常の手段では製造することが難しく、またこの
範囲を上回るものはめっき層の耐パウダリング性を確保
することが困難であるため一般には供給されていない。
のAl(アルミニウム)が含有されることが多い。この理
由の一つは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板と通常の溶融亜
鉛めっき鋼板の製造設備が同一の場合が多く、通常の溶
融亜鉛めっき鋼板を製造するときに亜鉛浴中に添加した
Alが、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するときに不可
避的に混入するからである。通常の溶融亜鉛めっき鋼板
の製造において、Alを添加する目的は、めっき層と基材
鋼板との界面に形成される合金相の加工性が悪いので、
この合金相の形成を抑制し、めっき層の加工性を確保す
るためである。
鋼板のめっき層の耐パウダリング性を確保し、かつ製造
時におけるドロスの発生を抑制するために、合金化溶融
亜鉛めっき鋼板を製造するときにも0.08〜0.11重量%の
Alを亜鉛浴中に添加して溶融亜鉛めっきを施すからであ
る。Alはめっき層中で富化する傾向があり、Al濃度が0.
08〜0.11重量%の亜鉛浴中で溶融亜鉛めっきを施せば、
めっき層中のAl濃度は0.12〜0.2 重量%となる。
は、従来、低炭素Alキルド鋼が用いられることが多かっ
た。しかし、近年その用途が拡大するにつれて、特に自
動車車体への適用が増すにつれて、深絞り性が要求され
ることが多くなったため、IF鋼(Interstitial Free
鋼)と呼ばれる極低炭素鋼が使用される場合も増加して
おり、さらに、鋼の強度を向上させるために、その成分
系、あるいは、Tiの添加量を若干少なくして極わずかの
固溶炭素が存在するようにした成分系の鋼にPを添加し
た高張力鋼板も大量に使用されている。
亜鉛めっき鋼板においては、そのめっき層が金属間化合
物であることに起因して、めっき層と鋼板との界面(以
下、「めっき層/鋼界面」と記す)におけるめっき層の
密着性が悪いという欠点がある。すなわち、変形の仕方
もしくは応力の付与状態により、めっき層/鋼界面で剥
離が生じ易い。特に、塗装した後の衝撃的な変形や、剪
断等の加工でめっき層に剪断力が作用すると、剥離を生
じやすく、例えば、自動車用鋼板においては、寒冷地で
石跳ねによる衝撃を受けた場合、塗膜の剥離にともなっ
てめっき層が剥離したりする。つまり、耐チッピング性
に劣っている。また、めっき鋼板を接着材で接合した場
合には、やはりめっき層/鋼界面で剥離してしまうこと
がある。
にも、そのめっき層は金属間化合物であるから、界面に
おけるめっき層の密着性は低いが、適当な前処理手段
(例えば、合金めっきに先立って、NiやFeの下地めっき
を行うこと)によってこの問題を解決できることが知ら
れている。しかし、合金化溶融亜鉛めっき鋼板において
は、適切な解決手段がないのが実状である。
溶融亜鉛めっき鋼板においては、そのめっき層が金属間
化合物であることから、めっき層/鋼界面におけるめっ
き層の密着性が低く、そのために、過酷な変形や衝撃
(特に塗装後の) に耐えないという欠点がある。特に、
鋼の強度を向上させるためにPを添加した高張力合金化
溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層/鋼界面の密着力は非常
に小さい。
を与える要因として、界面密着強度の他に、界面の幾何
学的な形状、めっき層および基材鋼板の機械的な性質や
物理常数(例えば弾性率)等が考えられる。従って、界
面での密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得る
ためには、めっき層の改質、めっき層と鋼板との界面の
幾何学的形状の適正化、基材鋼板の化学組成の適正化等
の観点からの対策が必要となる。
力を大幅に向上させた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を提供することにある。
融亜鉛めっき鋼板のめっき層/鋼界面の密着力について
基礎的な検討を重ねた結果、合金化処理後のめっき層/
鋼界面を、凹凸が激しく、めっき層と鋼とが複雑に入り
組んだ、いわば錯綜化した状態とすることが有効であ
り、この界面の状態は基材鋼板の結晶方位および化学成
分によって大きく変わることを見出した。すなわち、合
金化処理過程でめっき層/鋼界面にΓ相が形成される
際、基材鋼板の表面がZnにより凹状に侵食されるが、こ
のΓ相形成反応の速度が母材の結晶方位によって異な
り、α相の{111 }面では小さくα{100 ,110}面では
大きいので、α{100 }面の方位とα{111, 100}面の
方位を適当に制御することによって、基材鋼板の表面の
一部のみを優先的に侵食し、めっき層/鋼界面の形状、
つまり、めっき層を除去した後の鋼板の表面形態を、凹
凸の激しい、表面粗さの大きい状態とすることが可能で
ある。
分によっても大きな影響を受け、特にP及びCの含有量
が少なく、Siがある程度含有されていると、結晶方位に
よるΓ相形成反応の速度差が大きくなり、合金化溶融亜
鉛めっき層を除去した後の鋼板の表面形態を粗くするの
に有効である。さらに、亜鉛浴中に適当量のAlが存在す
ることが望ましい。なお、溶融亜鉛めっき処理の前に予
め鋼板表面を凹凸の激しい、粗い状態にしても、合金化
の過程でこの鋼板表面の粗さは失われるので、めっき層
/鋼界面の密着力を向上させる効果は認められない。
もので、その要旨は、下記の合金化溶融亜鉛めっき鋼板
にある。
00%、Mn: 0.5〜2.5 %で、かつ、Mn(%) ≧ 0.5×Si
(%) 、S:0.02%以下、P: 0.007%以下、Ti:0.01%
以上を含有し、残部が実質的にFeである鋼板の表面に、
Fe濃度が8〜18重量%、Al濃度が 0.2〜0.4 重量%で、
残部が実質的にZnであるめっき層が存在し、このめっき
層を除去した後の鋼板表面の粗さが10点平均粗さRz で
6.5μm 以上であることを特徴とする合金化溶融亜鉛め
っき鋼板。
いて説明する。なお、鋼およびめっき層中の化学成分の
「%」は「重量%」を意味する。
となる鋼板の化学組成を上記のように定めたのは、以下
の理由に基づく。
よる差異をなくし、鋼板表面のZnによる侵食に対する結
晶方位異方性を抑制する作用を有しており、合金化処理
後の鋼板表面が、凹凸の激しい、表面粗さの大きい状態
となるのを妨げる。従って、C含有量はできるだけ低く
する必要があるが、Cが0.01%以下であれば同時に添加
するTiにより大部分のCが固定されるので、上限を0.01
%とした。
し、かつ、Znのα相粒界への浸入を促進してZnをα相に
くい込ませる、いわゆる投錨効果を増し、界面密着性を
向上する。さらに、鋼板の強度を延性を損なうことなく
高める作用もある。しかし、0.05%未満ではこれらの効
果が不十分であり、1.00%を超えると不めっきが生じや
すいため、Si含有量は0.05〜1.00%とした。
に不可欠であり、Sによる脆化を防止するためにも必要
であるが、更に、Siが含まれることによる前記の不めっ
きの発生を防止する観点からも、Mnの添加が必要であ
る。
分確保できず、 2.5%を超えるとΓ相成長の結晶方位依
存性を抑制する。一方、Siによる不めっきの発生はMnを
含有させることによりかなり改善されるが、そのために
は、Mn(%) ≧ 0.5×Si(%) の条件を満たすことが必要で
ある。これは、Mn含有量が少なく、前記の条件から外れ
る場合は、めっき前の焼鈍過程で鋼板表面にSi−Oxide
が生じるのに対し、Mn含有量が多い場合は、Mn−Si−Ox
ide となり、Znとの濡れ性が改善されるものと推察され
る。以上の理由から、Mn含有量は 0.5〜2.5 %で、か
つ、Mn(%) ≧ 0.5×Si(%) とした。
下させるので、その含有量は低い方が望ましく、その含
有量は0.02%以下とする。好ましくは、0.01%以下であ
る。
が、Γ相成長の結晶方位依存性を著しく抑制して合金化
処理後のめっき層/鋼界面を平坦化するので、その含有
量はできるだけ低くするのが望ましい。従って、P含有
量は 0.007%以下とした。
緩和する作用を有しており、また鋼の深絞り性を向上さ
せる点からも有効である。しかし、0.01%未満ではその
効果は不十分であるため、その含有量を0.01%以上とし
た。なお、2%を超えるとその効果は飽和し、経済性を
損なうので2%を超える添加は避けるべきである。
となる鋼板は、上記の化学成分の他、残部が実質的にFe
からなる鋼板である。なお、「実質的にFeからなる」と
いう意味は、通常の不純物の外に、めっき層/鋼界面に
おけるめっき層の密着性に対して実質的に影響のない0.
02%以下のNb、0.0020%以下のBおよび0.07%以下のso
l.Al等を含んでいてもよいという意味である。
濃度が 0.2〜0.4 %で、残部が実質的にZnからなるめっ
き層が存在する。
優れるが、18%を超えるとプレス加工の際めっき皮膜の
パウダリングが激しくなり、一方、8%未満では溶接
性、塗装後耐食性に悪影響がある。
が優れる。しかし、Al濃度が 0.2%未満ではその効果は
不十分であり、一方、 0.4%を超えると合金化処理後の
めっき表面が粗くなり、塗装後の鮮映性が低下する。
は、めっき層中に不純物として 0.4%以内のPb、それぞ
れ 0.1%以内のCdおよびSn、 0.2%以内のSb、それぞれ
0.03%以内のNiおよびCrが含まれ、また、めっき層の耐
食性を高める効果を有するそれぞれ 0.5%以下のMgおよ
びMnが含まれていてもよいという意味である。
記の基板鋼板の表面に上記のようなめっき層を有するも
のであるが、さらに、このめっき層を除去した後の鋼板
表面の粗さが10点平均粗さRz で 6.5μm 以上であるこ
とが必要で、 6.5μm未満では密着性が不十分である。
なお、基板鋼板の表面状態を損なうことなくめっき層を
除去するには、例えば、市販の塩酸用インヒビターを
0.1〜2体積%添加した1〜5Nの塩酸(液温が10〜30
℃)に15分間程度浸漬すればよく、容易に行うことがで
きる。
えば次に示す方法で製造することができる。すなわち、
上記の化学成分を有する鋼を冷間圧延した後、連続溶融
亜鉛めっき装置(CGL)の還元炉内で、露点が−25℃
〜−15℃で、水素を5〜50体積%を含み残部が不活性ガ
スからなる雰囲気中で 800℃以上で加熱する。加熱温度
が 800℃より低い場合、あるいは露点が−25℃より低い
場合はα{111 }面が発達しにくく、露点が−15℃を超
えるとα{100,110 }面の成長が過度に抑制され、いず
れもα{100 }面の方位とα{111, 100}面の方位が適
度にバランスした状態にはならないので、めっき層/鋼
界面の形状を凹凸の激しい、粗い状態とすることはでき
ない。
量%のAlを含む溶融亜鉛めっき浴でめっきを施す。Al濃
度が0.12重量%未満ではΓ相成長の結晶方位依存性が抑
制され、また 0.2重量%を超えると合金化反応の進行が
著しく抑制され、円滑な合金化処理が困難となるためで
ある。最後に、めっき後の鋼板に対して、 450〜550℃
の温度で合金化処理を施す。
めっき層/鋼界面、すなわち、めっき層を除去した後の
鋼板表面を凹凸の激しい粗い状態とし、密着性に優れ
た、特に塗装後の耐チッピング性に優れた合金化溶融亜
鉛めっき鋼板を製造することができる。
m)を 250mm×100mm に裁断して供試材とし、これらの
供試材を75℃のNaOH溶液中で脱脂洗浄した後、竪型溶融
めっき装置を用いて、露点が−50〜−10℃の、N2+H
2(26体積%)の雰囲気中で、 780〜860 ℃で30〜120
秒の焼鈍処理を行い、 460℃に冷却した後、Al濃度が0.
13重量%の溶融亜鉛めっき浴(460℃) 中でめっきを行っ
た。めっき時間は1秒であり、ガスワイパーにより亜鉛
付着量を約55g/m2(片面当たり)に調整した。めっき後
の試験片に対して、 500℃の塩浴中で表面が光沢を失う
まで、すなわち15〜35秒間加熱する合金化処理を行っ
た。
mmに裁断し、市販のりん酸亜鉛処理剤(日本パーカライ
ジング社製Bt3020を使用) で化成処理を行った後、厚さ
30μm の電着塗装(日本ペイント社製PT-U80)を施し、
さらに、中塗りおよび上塗り塗装(関西ペイント社製ル
ガベーク) を合わせて70μm の厚さで行い、低温チッピ
ング試験(石はね衝撃試験) に供した。
はね衝撃に対するめっき層の密着性を評価する試験で、
−20℃の条件下で7号砕石100gを2kg/cm2の圧力で試験
片に衝突させた後、粘着テープによる剥離試験を行い、
剥離径の最大のものから順に5個選び、それらの剥離径
の平均値を剥離径として表した。
件、雰囲気ガスの露点、めっき層のFe濃度、および、10
点平均粗さRz も併せ示した。10点平均粗さRz は、め
っき層をインヒビター(朝日化学社製IBIT-700B )を
0.5体積%含有する10重量%の塩酸(25℃)に8分間浸
漬溶解して鋼板面を露出させた後、表面粗さ計で測定し
て求めた。測定時の触針先端径は1μm 、 cut-offは
0.8mm、トラバース距離は8mmとした。
い本発明例では、比較例に比べて剥離径が小さく、めっ
き層/鋼界面の密着力が向上していることがわかる。
合金化処理後の鋼板表面が粗いので、めっき層/鋼界面
でめっき層と鋼とが複雑に入り組んだ状態を呈してお
り、めっき層と基材鋼板との密着性にすぐれている。こ
の鋼板は家電用塗装鋼板、自動車用鋼板として好適であ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】重量%で、C:0.01%以下、Si:0.05〜1.
00%、Mn: 0.5〜2.5 %で、かつ、Mn(%) ≧ 0.5×Si
(%) 、S:0.02%以下、P: 0.007%以下、Ti:0.01%
以上を含有し、残部が実質的にFeである鋼板の表面に、
Fe濃度が8〜18重量%、Al濃度が 0.2〜0.4 重量%で、
残部が実質的にZnであるめっき層が存在し、このめっき
層を除去した後の鋼板表面の粗さが10点平均粗さRz で
6.5μm 以上であることを特徴とする合金化溶融亜鉛め
っき鋼板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23105492A JP2932850B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 合金化溶融亜鉛めっき鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23105492A JP2932850B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 合金化溶融亜鉛めっき鋼板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0681099A JPH0681099A (ja) | 1994-03-22 |
JP2932850B2 true JP2932850B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=16917570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23105492A Expired - Lifetime JP2932850B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 合金化溶融亜鉛めっき鋼板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2932850B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
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-
1992
- 1992-08-31 JP JP23105492A patent/JP2932850B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH0681099A (ja) | 1994-03-22 |
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