JP2978297B2 - 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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JP2978297B2
JP2978297B2 JP3240325A JP24032591A JP2978297B2 JP 2978297 B2 JP2978297 B2 JP 2978297B2 JP 3240325 A JP3240325 A JP 3240325A JP 24032591 A JP24032591 A JP 24032591A JP 2978297 B2 JP2978297 B2 JP 2978297B2
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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に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。
【0002】
【従来技術】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し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】
【発明が解決しようとする問題点】このように鋼板に溶
融亜鉛めっ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との相互拡散によりζ相(Fe
Zn13)、δ1 相(FeZn7 )、Γ相(Fe5 Zn21)が順次生
成する。
【0004】このような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
相が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パウダー状に剥離するいわ
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相がカジリを生
じ、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。したがっ
て理想的には鋼板表面から合金化めっき層表面まで均一
なδ相であることが望ましいが熱拡散処理によって合
金化する限り実際上不可能である。
【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。
しかし、この方法でη相、ζ相が存在しないように合金
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5
00℃以上の加熱温度が必要である。しかし、500℃
以上の温度ではΓ相の成長速度が速く、Γ相の厚さを充
分に制御できず、60g/m2以上の付着量では例えば
Γ相の厚さが0.5μm超え3.0μm程度となり、耐
パウダリング性が充分でなくなる。
【0006】一方、Γ相の厚さ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相とを抑制できる温度域
が相反するために何れか片方しか制御できず、両方共制
御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、現在の方法ではめっき層表面にζ相を存在させず且
つΓ相も耐パウダリング性を十分なレベルまで制御でき
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十分なレベルま
で制御でき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】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意努力した結果、めっき浴中にCrを添加す
ることによりΓ相の厚さを充分制御できる450〜50
0℃という温度でもζ相の生成を抑制できることを究明
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相、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
化亜鉛めっき鋼板とその製造方法の開発に成功したもの
である。
【0009】すなわち、本発明にかかる加工性に優れた
合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、Fe:8〜13重量%、A
l:0.5重量%未満、Cr:0.2〜1.5重量%を含
有し残部がZn及び不可避的不純物よりなる組成であって
且つ地鉄界面のΓ相の厚さが0.5μm以下であり合金
化めっき層表面にη相、ζ相が存在せず付着量が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。
【0010】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、Cr:0.1〜1.0重量%を含有し、残部がZn及び
不可避的不純物よりなる溶融亜鉛めっき浴を用いて少な
くとも片面に45〜90g/m2 となる溶融亜鉛めっき
を行った後、450〜500℃の温度で2〜40秒加熱
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相、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。
【0011】
【作用】以下、本発明で用いる亜鉛めっき浴組成、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は鋼板とめっき層との界面にFe−A
l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、か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、溶融亜鉛めっき浴
中の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、実際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添加量は0.2重量%未満とした。
【0012】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した場合には、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。
【0013】Cr:Crはζ相の生成を抑制し、かつ500
℃以下の低い温度で合金化処理を行うために添加する。
Crの溶融亜鉛めっき浴中への添加量が0.1重量%未満
では、ζ相の生成抑制効果が充分でなく、500℃以下
で合金化処理した場合にζ相が残存しやすく、また1.
0重量%を越えて添加するためには、めっき浴温度を高
くしなければならないが、めっき浴温度を高くするとΓ
相が生成し易くなり、地鉄界面の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Crの添加量は0.1〜
1.0重量%に限定した。
【0014】次いで、合金化めっき層中のCrの組成範囲
について述べる。Cr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。前記のめ
っき浴組成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中のCrの濃度は、0.
2〜1.5重量%となる。従って本発明の合金化溶融亜
鉛めっき鋼板における合金化めっき層中のCr濃度は0.
2〜1.5重量%とする。
【0015】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相、ζ相が存在せず且つ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。
【0016】合金化処理温度:溶融亜鉛めっき鋼板のめ
っき層を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Cr濃度ではζ相の生成を抑制する効果が薄くなっ
てめっき層表面にζ相が残存しやすく、本発明合金化溶
融亜鉛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450〜500℃とした。
【0017】加熱時間: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らは
種々検討した結果、2〜40秒の範囲で加熱すると地鉄
界面のΓ相厚さが0.5μm以下でありめっき層表面に
η相、ζ相が存在しない合金化めっき層が形成されるこ
とが判明した。従って加熱時間は2〜40秒とした。
【0018】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は、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
有利というわけではない。また90g/m2 を越えると
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
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 を越えると地鉄界
面のΓ相が0.5μm以下でめっき層表面にη相、ζ相
が存在しないめっき層は実際上製造できなくなる。
【0019】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、Crのみを規定したが、他の
成分例えばPb、Sbなどを少量添加しても本発明の効果は
変わらない。
【0020】
【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さらに具体的に
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、Cr量を変化
させて、0.7mm厚さ×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45〜90
g/m2 内の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
々の温度、時間で加熱して、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を製造した。
【0021】上記の方法で製造したこれらの合金化溶融
亜鉛めっき鋼板について、次に述べる種々の試験を実施
した。
【0022】(1)η相、ζ相の有無 X線回折法で測定して、η相、ζ相の存在を示すピーク
が現れるか否かで判定した。
【0023】(2)耐パウダリング試験 図1に示すごとく、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18
0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点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次に示す基準で、目視により評価
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が実用上問題のない範囲で
ある。
【0024】(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 絞り成形前円盤の直径(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こむ深さ:20mm 絞り成形後のフランジ部の直径:D1 mm 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。
【0025】(4)耐フレーキング性試験 図3に示すごとく幅30mm×260mmのサンプルS
を内径42mmの貫通孔を有するダイスと高さ3mmの
ビードしわ押え2とでしわ押さえ力500kgfで挟持
し、直径40mmのポンチ3により成形高さ50mmの
絞り成形を行ったときの目視によるめっき金属の剥離状
態を次に示す基準により評価した。 4:剥離せず 3:剥離小 2:剥離中 1:剥離大 この基準において評価4〜3が実用上問題のない範囲で
ある。
【0026】各試験結果を纏めて表1及び表2に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【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45〜9
0g/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拡大が期待で
き、また本発明に係る加工性に優れた合金化亜鉛めっき
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あで
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
【符号の説明】
1:ダイス 2:しわ押さえ 3:ポンチ S:サンプル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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、Cr:0.2〜1.5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相厚さが0.5μm以下でありめっき層表面に
    η相、ζ相が存在せず且つ付着量が45〜90g/m
    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、Cr:0.1
    〜1.0重量%を含有し、残部がZn及び不可避的不純
    物よりな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/m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相、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の優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼
    板の製造方法。
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