JP3769198B2 - 高耐食性めっき鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物、護岸工事、魚網、フェンス等の屋外に暴露して使用する鋼材の耐食性と加工性の優れためっき鋼材とその製造方法に関するものである。
ここで、めっき鋼材は、金網用鉄線、橋梁用ワイヤ、PWSワイヤ、PC鋼線、ロープ等のめっき鋼線、H型鋼、鋼矢板等の構造用鋼材、ねじ、ボルト、スプリングなどの機械用部品、鋼板等の鋼製品を包含するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、めっき鋼材、特に、めっき鋼線としては、亜鉛めっき鋼線や、これよりも耐食性に優れた亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼線が使用されている。この亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼線は、一般に鋼線を洗浄、脱脂等により清浄化処理し、次いで、フラックス処理を行った後、第一段として、亜鉛を主体とする溶融めっきを施し、次いで、第二段として、Al添加量10%のZn−Al合金浴にて溶融めっきを施すか、または、直接Alを10%添加したZn−Al合金浴でめっきを施し、次いで、めっき浴から垂直に引き上げて、冷却後、巻取る方法で製造されている。
【0003】
この亜鉛−アルミニウム合金をめっきした鋼線は、耐食性が良好なものであるが、その耐食性をより高めるために、めっき厚を厚くするという方法がある。
所要のめっき厚を確保する方法の一つに、鋼線の移動速度(線速)を上げて、鋼線をめっき浴から高速で引き上げ、溶融めっき合金の粘性により鋼線に付着するめっき合金量を増やすという方法がある。しかし、この方法では、高速化により、めっき鋼線の長手方向に直角な断面において、めっき厚みの不均一が生じ易くなるという問題点がある。このように、めっき設備の面でめっき鋼線の耐食性を改善するのには限界がある。そのため、現行のめっき設備による亜鉛めっきや、Zn−Al合金による溶融めっきにおいては、鋼線に対する耐食性の付与が十分とはいえず、めっき鋼線に対して長寿命化の要望が強い今日、この要望を完全に満足させ得ないという問題がある。
【0004】
この問題に対処すべく、めっき浴中にMgを添加して耐食性を高めたZn−Al−Mg合金系めっき組成が、特開平10−226865号公報に提案されている。このめっき組成に基づくめっき方法は、鋼板用の薄目付けを前提としており、この方法を建造物、護岸工事、魚網、フェンス等の屋外に暴露して使用する鋼線に代表される厚めっき鋼線に適用した場合、めっき鋼線の加工時に、めっき層に割れが発生するという問題がある。
【0005】
また、特開平7−207421号公報には、Zn−Al−Mg合金めっきを厚目付けする方法が記載されているが、この方法をそのまま鋼線のめっきに適用した場合には、Fe−Zn合金層が厚くなり、めっき鋼線の加工時にFe−Zn合金層が割れたり、剥離を起こす等の問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した様々な問題を踏まえ、溶融亜鉛合金めっきを施しためっき鋼材、特に、めっき鋼線において、耐食性に優れるとともに、めっき鋼線の加工時、めっき層および/または合金層に割れや剥離が起きない加工性に優れるめっき鋼線とその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決する手段について種々検討した結果、本発明に至ったもので、その要旨は以下のとおりである。
(1)めっき鋼材において、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下、残部Znからなるとともに、凝固組織が粒状晶組織であり、該組織中にMg2 Siが分散して存在するめっき層を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼材。
(2)めっき鋼材において、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下を含み、かつ、下記a、b、c、dの群のうちの一つまたは複数の群から選ばれた一つまたは複数の元素を含み、残部Znからなるとともに、凝固組織が粒状晶組織であり、該組織中にMg2 Siが分散して存在するめっき層を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼材。
a:それぞれ0.01〜1.0質量%のTi、Li、Be、Na、K、Ca、Cu、La、および、Hf
b:それぞれ0.01〜0.2質量%のMo、W、Nb、および、Ta
c:それぞれ0.01〜0.2質量%のPb、および、Bi
d:それぞれ0.01〜0.5質量%のSr、V、Cr、Mn、および、Sn
【0008】
(3)前記めっき層の組織に、Al−Znを主成分とするα相、Zn単相またはMg−Zn合金相からなるβ相、および、Zn−Al−Mg三元共晶相のそれぞれが存在することを特徴とする前記(1)または(2)記載の高耐食性めっき鋼材。
(4)前記めっき層の組織に、Al−Znを主成分とするα相、Zn単相またはMg−Zn合金相からなるβ相、および、Zn−Al−Mg三元共晶相のそれぞれが存在し、かつ、β相の体積率が20%以下であることを特徴とする前記(1)、(2)または(3)記載の高耐食性めっき鋼材。
(5)前記めっき鋼材に、更に、塗装被覆、重防食被覆のいずれか1種の被覆を有することを特徴とする前記(1)、(2)、(3)または(4)記載の高耐食性めっき鋼材。
(6)前記重防食被覆が、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリウレタン、フッ素樹脂から選ばれた少なくとも1種の高分子化合物の被覆であることを特徴とする前記(5)記載の高耐食性めっき鋼材。
(7)前記めっき鋼材が、めっき鋼線であることを特徴とする前記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)または(6)記載の高耐食性めっき鋼材。
【0009】
(8)めっき鋼材の製造方法において、鋼材に第一段として、亜鉛を主体とする溶融亜鉛めっきを施し、次いで、第二段として、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:0〜2%、残部Znからなる溶融亜鉛合金めっきを施し、その後、300℃/sec以下の冷却速度で冷却することにより、Mg 2 Siが分散しためっき層の凝固組織を粒状晶組織とすることを特徴とする前記(1)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(9)前記第一段としての溶融亜鉛めっきが、質量%で、Al:3%以下、Mg:0.5%以下を含む溶融亜鉛めっきであることを特徴とする前記(8)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(10)前記第一段としての溶融亜鉛めっきを施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施す工程において、めっき鋼材をめっき浴から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、めっき浴表面およびめっき鋼材表面の酸化を防止することを特徴とする前記(8)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(11)前記第一段としての溶融亜鉛めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施すことを特徴とする前記(8)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
【0010】
(12)前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施し、めっき鋼線を溶融亜鉛合金めっき浴から引き上げた直後に、水スプレー、気水噴霧、または、水流の何れか1種の手段による直接冷却により、めっき合金を凝固させることを特徴とする前記(8)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(13)前記めっき鋼材の冷却に際し、冷却開始温度を、めっき合金の融点+20℃以下とすることを特徴とする前記(8)または(12)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(14)めっき鋼材の製造方法において、鋼材に、第一段として、亜鉛を主体とする溶融亜鉛めっきを施し、次いで、第二段として、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下を含み、かつ、下記a、b、c、dの群のうちの一つ又は複数の群から選ばれた一つまたは複数の元素を含み、残部Znからなる溶融亜鉛合金めっきを施し、その後、300℃/sec以下の冷却速度で冷却することにより、Mg 2 Siが分散しためっき層の凝固組織を粒状晶とすることを特徴とする請求項2記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
a:それぞれ0.01〜1.0質量%のTi、Li、Be、Na、K、Ca、Cu、
La、および、Hf
b:それぞれ0.01〜0.2質量%のMo、W、Nb、および、Ta
c:それぞれ0.01〜0.2質量%のPb、および、Bi
d:それぞれ0.01〜0.5質量%のSr、V、Cr、Mn、および、Sn
【0011】
(15)前記第一段としての溶融亜鉛めっきが、質量%で、Al:3%以下、Mg:0.5%以下を含む溶融亜鉛めっきであることを特徴とする前記(14)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(16)前記第一段としての溶融亜鉛めっきを施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施す工程において、めっき鋼材をめっき浴から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、めっき浴表面およびめっき鋼材表面の酸化を防止することを特徴とする前記(14)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(17)前記第一段としての溶融亜鉛めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施すことを特徴とする前記(14)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(18)前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施し、めっき鋼材をめっき浴から引き上げた直後に、水スプレー、気水噴霧、または、水流の何れか1種の手段による直接冷却により、めっき合金を凝固させることを特徴とする前記(14)または(15)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
(19)前記めっき鋼材の冷却に際し、冷却開始温度を、めっき合金の融点+20℃以下とすることを特徴とする前記(14)、(15)または(18)記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のめっき鋼材について説明するが、特にめっき鋼線を中心にして詳細に説明する。
本発明に従うめっき鋼線は、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下を含み、耐食性向上元素、めっき硬さ向上元素、めっき組織微細化元素、めっき加工性向上元素のいずれか一つまたは複数の元素を含み、残部Znからなるとともに、Mg2 Siが層中に分散して存在するものである。
【0013】
先ず、めっき層を形成する合金元素の役割りとその含有量について説明する。Alは、耐食性を高め、また、めっき層中の他の元素の酸化を防止する酸化防止効果を有するが、4%未満の添加では、めっき浴中におけるMgの酸化を防止する効果が得られない。また、Alを20%を超えて添加すると、形成されるめっき層が硬く脆くなり、このため加工が行えなくなる。そのため、めっき層中のAl添加量の範囲は4〜20%とする。鋼線のめっきの場合、厚目付けを行うので、望ましくは9〜14%とする。この範囲のAl添加量で安定しためっき層を得ることができる。
【0014】
Mgは、めっきの腐食生成物を均一に生成し、このMgを含有する腐食生成物には腐食の進行を妨げる作用があるので、Mgには、めっき層の耐食性を向上せしめる効果がある。しかし、0.8%未満の添加では、耐食性向上の効果を得ることができず、一方、5%を超えて添加すると、めっき浴表面に酸化物が生成し易くなり、ドロスを大量に発生してめっき操業が困難になる。耐食性とドロス発生量の両立のために、Mgの添加量範囲は0.8〜5%とする。
【0015】
Siは、めっき層中でMg2 Siを生成せしめて、更に耐食性を高めるために添加する元素である。Mg2 Siは、大きさが0.1〜20μm程度のものであり、めっき層中に均一に分散して、耐食性の向上に寄与する。0.01%未満の添加では、耐食性向上に充分な量のMg2 Siが生成せず、所要の耐食性向上効果が得られない。Siは、Alの添加量が多い程、有効に作用し、Alの添加量が最大20%のとき、Siの最大添加量が2%である。それ故、Siの添加量範囲は、0.01〜2%とする。
【0016】
Feは、めっきをする際に鋼から溶出する場合、もしくは、めっき地金に不純物として存在する場合があるが、2%超のFeは耐食性の低下を引き起こすので、上限を2%とした。なお、Feの添加量の下限は特に設けないが、場合によっては、Feは含まれなくともよい。
Tiは、耐食性を高める効果を有し、他に、同様の効果を持つ元素としては、Li、Be、Na、K、Ca、Cu、La、Hf等がある。それらの元素のうち、1つまたは複数の元素を0.01〜1.0%添加することにより、耐食性を高めることができる。0.01%未満の添加では効果が認められず、一方、1.0%を超えて添加すると、めっきが凝固する際に相分離をおこす可能性があるので、これら元素の添加量範囲を0.01〜1.0%とする。
【0017】
Moは、めっき層の硬さを高めて、傷つき難くする効果を有し、他に、同様の効果を持つ元素としては、W、Nb、Ta等がある。それらの元素のうち、1つまたは複数の元素を0.01〜0.2%添加することにより、めっき層の硬さを高めて、傷つき難くすることができる。
PbとBiには、めっき表面の結晶を細かくする効果がある。めっき面の大きい板や形鋼などのめっき鋼材において、めっき表面にめっき合金の結晶が大きく成長して、模様のように見えることがある。この現象を回避するために、ZnおよびFeに固溶しないPb、Biを添加する。このPb、Biはめっき中にて凝固の核となり、微細な結晶成長を促進し、模様の発生を抑制する。この効果が得られるPbとBiの添加量範囲が、0.01〜0.2%である。
【0018】
Sr、V、Cr、Mn、Snには、加工性を向上させる効果がある。添加量が0.01%未満では効果が認められず、0.5%を超えて添加すると、偏析が顕著となり、めっき鋼材を加工する際に割れ易くなるので、これら元素の添加量範囲を0.01〜0.5%とする。
更に、本発明においては、めっき鋼材に施されるめっき層の凝固組織が、粒状晶を有するようにめっき鋼線を製造する。めっき層の凝固組織を粒状晶化する目的は、めっき鋼材に、耐食性に加え加工性を付与することである。溶融亜鉛めっき後、更に溶融亜鉛合金めっきを行い、その後、冷却処理を冷却速度300℃/sec以下で行うことにより、めっき層の凝固組織を粒状晶化することができる。
【0019】
図1に、(a)および(b)に、めっき層の凝固組織を示した。めっき冷却速度は、図1(a)が350℃/sec、図1(b)が150℃/secである。図1(a)は、柱状晶のめっき層の凝固組織である。凝固時に発達した樹枝状組織の間に、微細な粒状晶組織らしいものができている。めっき鋼線の場合、伸線加工で減面率が60%を超えるような強加工時には、樹枝に沿って割れが発生し進展する。図1(b)の本発明で得られためっき層の凝固組織は、完全な粒状晶組織を呈している。本発明のめっき鋼線の場合、伸線加工で減面率が60%を超えるような強加工時でも、粒状の柔らかい組織が粒状の硬い組織の間で伸延するので、割れが発生しない。
【0020】
更に、本発明のめっき鋼材においては、Al、Mgを主成分とするので、めっき後の冷却により、めっき−地鉄界面に存在する合金層の外側のめっき合金層(めっき層)中に、Al−Znを主成分とするα相と、Zn単相またはMg−Zn合金相からなるβ相、および、Zn−Al−Mg三元共晶相を共存させることができる。このうち、Zn−Al−Mg三元共晶相が存在することにより、腐食生成物の均一生成と腐食生成物による腐食の進展防止効果が得られる。また、β相は、他の相と比較して耐食性が劣るために、局部的な腐食を招き易い。そして、β相の体積率が20%を超えると耐食性の低下を招くので、その体積率は20%以下とする。
【0021】
めっき後の鋼材を水冷により緩冷却すると、めっき−地鉄界面に存在するFe−Zn主体の合金層の外側のめっき合金層(めっき層)の組織を粒状晶組織とすることができることは図1に示したとおりである。めっき層を上記粒状晶組織にした場合、耐食性の向上に加え、加工性が向上する。
本発明のめっき鋼材の製造方法としては、二段めっき法を採用する。第一段として、亜鉛を主体とする溶融亜鉛めっきを施して、Fe−Zn合金層を形成し、次いで、第二段として、本発明で規定する平均組成を有する溶融亜鉛合金めっきを施すことにより、本発明のめっき鋼材を効率的に得ることができる。第一段としての溶融亜鉛めっきで用いる溶融亜鉛として、質量%で、Al:3%以下、Mg:0.5%以下を含む溶融亜鉛合金も使用できる。第一段としての溶融亜鉛めっきでFe−Zn合金層を得る場合、該Fe−Zn合金層中にAl、Mgが含まれていると、めっき合金中にAl、Mgが入り易くなるという効果がある。
【0022】
本発明のめっき鋼材の製造方法においては、めっき鋼材をめっき浴から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、めっき浴表面およびめっき鋼材表面の酸化を防止して、加工性の向上を図ることができる。めっき直後に、めっき表面に酸化物が生成したり、もしくは、めっき表面にめっき浴表面に生成した酸化物が付着したりした場合、めっき鋼材の加工時に、めっきが酸化物を核として割れることがある。それ故、めっき鋼材をめっき浴から引き上げる部分において、めっき浴表面およびめっき鋼材表面の酸化を防止することは重要な要素である。
【0023】
図2は、本発明のめっき合金組成(Zn−11%Al−3Mg−0.1%Si)のめっき鋼線について、断気の有無で巻付け試験時の表面割れ(本数)を比較したものである。断気しない場合、表面に割れを生じるものが、許容限界本数を超えて発生する。酸化防止には、窒素の他に、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることも可能であるが、コスト面からは窒素が最も優れている。
【0024】
本発明のめっき鋼材を二段めっき法で得る場合において、めっき合金の成長を適切なものにするには、第一段としての亜鉛を主体とする溶融亜鉛めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで、第二段としての溶融亜鉛合金めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施すことが必要である。いずれも、20秒を超える長時間でめっきを施すと、合金層全体の厚みが厚くなり35μmを超えてしまうので、第一段としての亜鉛を主体とする溶融めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で、次いで、第二段としての溶融亜鉛合金めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施す。
【0025】
また、めっき後、めっき鋼材の冷却に際しては、めっき組織が微細化して粒状晶化するように、300℃/sec以下の冷却速度で冷却可能な冷却手段を採用すればよい。例えば、水スプレー、気水噴霧、または、水流の何れか1種の手段による直接冷却によりめっき合金を凝固させるが、好ましくは、水スプレーもしくは気水噴霧を採用する。この水スプレーもしくは気水噴霧を採用し、前記冷却時の冷却開始温度を、めっき合金の融点+20℃以下とすることにより、安定しためっき層を得ることができる。
【0026】
なお、本発明で使用するめっき鋼材としては、炭素を0.01質量%含有する低炭素鋼から1質量%程度含有する高炭素鋼まで、鋼材であれば使用可能であり、代表的には、質量%で、C:0.02〜0.25%、Si:1%以下、Mn:0.6%以下、P:0.04%以下、S:0.04%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼材である。
【0027】
また、本発明においては、最終的に、めっき鋼材の表面に塗装被覆を施すか、もしくは、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリウレタン、フッ素樹脂から選ばれる少なくとも1種の高分子化合物を重防食被覆として被覆することにより、更に耐食性を向上させることができる。
本発明は、めっき鋼材、特に鋼線を中心に説明したが、他に、鋼板を始めとして、鋼管や鋼構造物などにも十分適用が可能であることは勿論である。
【0028】
【実施例】
(実施例1)
鋼線材“JIS G 3505 SWRM6”の表面に純Znめっきを施した4mm径の鋼線に、表1に示す条件で、Zn−Al−Mg系亜鉛めっきを施し、諸特性を評価した。比較例として、めっき組成、および、Fe−Zn合金層を変えたものを同様に評価した。めっき組織の観察は、めっき線のC断面を研磨した後、EPMAにて行った。合金層の組成分析については、ビーム径を2μmとして定量分析を行った。耐食性については、250時間、連続して塩水を噴霧し、試験前後の重量差から、単位面積当たりめっきが腐食された量を算出して腐食減量とした。本試験では、腐食減量20g/m2以下を合格として合否を判定した。
【0029】
加工性の評価は、作成しためっき鋼線を6mm径の鋼線に6回巻き付け、その表面を目視観察により、割れの有無を判定した。また、割れ判定後のサンプルにセロハンテープを張り付け、張り付け後剥がした際に、めっきの剥離の有無を観察し、割れが1本以下、または、剥離がないことを合格の条件とした。
表1に、めっき平均組成、および、めっき層の厚み、組織およびβ相体積率と、耐食性、加工性、および、めっき浴のドロス生成との関係を示す。
【0030】
発明例は、いずれも、良好な耐食性および加工性を示し、ドロス生成も少なかった。
比較例1〜7は、めっき合金組成が、本発明の範囲外のものである。比較例1〜3は、Al、MgまたはSi量が本発明の範囲の下限より低く、耐食性が劣っているものである。比較例4〜6は、Al、MgまたはSi量が本発明の範囲の上限より高く、耐食性が劣っているとともに、ドロスの生成量が多くて操業に支障をきたすものである。比較例8および9は、めっき合金の厚みが本発明の範囲外のものであり、加工性が劣る結果となっている。比較例10〜12は、めっき組織中のβ相が本発明の範囲外であり、耐食性が劣っているものである。
【0031】
表2は、鋼線に同じ組成のめっき合金をめっきし、冷却速度を変えて、めっき層の凝固組織を粒状晶組織としためっき鋼線、および、同じく柱状晶組織としためっき鋼線を作製し、伸線加工時の加工性の差を比較したものである。それぞれの凝固組織を有するめっき鋼線を、ダイスにより、直径4.0mmから2.0mmに伸線加工し、めっき鋼線の表面における割れの有無を実体顕微鏡で観察した。表2に示す結果から、粒状晶組織のめっき層には割れがないのに対し、柱状晶組織のめっき層には割れが認められ、粒状晶のめっき層の方が伸線加工性に優れていることがわかる。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
(実施例2)
鋼線材JIS G 3505 SWRM6の表面に純Znめっき施した4mm径の鋼線に、表3に示す条件にてZn−Al−Mg系亜鉛合金めっきを施し評価した。比較として、めっき組成、Fe−Zn合金層を変えたものを同様に評価した。めっき組織の観察は、めっき線のC断面を研磨した後、EPMAにて観察した。合金層の組成分析については、ビーム径を2μmとして定量分析を行った。耐食性については、250時間の連続塩水噴霧試験を行い、試験前後の重量差から単位面積あたりめっきが腐食された量を算出し腐食減量とした。本試験では20g/m2以下を合格として合否を判定した。
【0035】
加工性の評価は、作製しためっき鋼線を6mm径の鋼線に6回巻き付け、その表面を目視観察して、割れの有無を判定した。また、割れ判定後のサンプルにセロハンテープを張り付け、それをはがした際のめっきの剥離の有無を観察し、割れが1本以下、剥離がないことを合格の条件とした。
表3に、めっき平均組成、および、めっき層の厚み、組織およびβ相体積率と、耐食性、加工性、および、めっき浴のドロス生成との関係を示す。発明例はいずれも良好な耐食性、および、加工性を示し、ドロス生成も少なかった。
【0036】
比較例の13〜19は、めっき合金組成が本発明の範囲外のものである。比較例13〜15は、Al、MgまたはSi量が本発明の下限よりも低く、その結果、耐食性が劣るものである。比較例16〜18および19は、Al、MgまたはSi量が本発明の上限より高く、その結果、加工性が劣るもので、また、めっき浴におけるドロスの生成が多く操業に支障を来すものである。比較例の20および21は、めっき合金層の厚みが本発明の範囲外のものであり、加工性が劣る結果となっている。比較例の22〜24は、めっき組織中のβ相の体積率が本発明の範囲外であり、その結果、耐食性が劣るものである。
【0037】
表4は、伸線加工による加工性の差を比較したものである。同じ組成のめっきにつき冷却速度を変えて、めっき組織を、粒状晶としためっき鋼線と、柱状晶としためっき鋼線を作製し、ダイスにより、直径4.0mmから2.0mmに伸線加工した。この場合のめっき鋼線の表面における割れの有無を、実体顕微鏡で観察した。その結果、粒状晶のめっきには割れがないのに対し、柱状晶のめっきには割れが認められ、粒状晶組織のめっきの方が伸線加工性に優れることが示された。
【0038】
【表3】
【0039】
【表4】
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高耐食性で加工性にも優れためっき鋼材、特に、高耐食性で加工性にも優れためっき鋼線を得ることができる。
したがって、本発明は、特に鋼線を使用する産業の発展に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】めっき鋼線の組織を示す図である。(a)は、めっき層における柱状晶組織の断面を示す図であり、(b)は、めっき層における粒状晶組織の断面を示す図である。
【図2】本発明のめっき合金組成(Zn−11%Al−3Mg−0.1%Si)のめっき鋼線について、断気の有無で巻付け試験時の表面割れ本数を比較する図である。
Claims (19)
- めっき鋼材において、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下、残部Znからなるとともに、凝固組織が粒状晶組織であり、該組織中にMg2Siが分散して存在するめっき層を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼材。
- めっき鋼材において、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下を含み、かつ、下記a、b、c、dの群のうちの一つまたは複数の群から選ばれた一つまたは複数の元素を含み、残部Znからなるとともに、凝固組織が粒状晶組織であり、該組織中にMg2Siが分散して存在するめっき層を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼材。
a:それぞれ0.01〜1.0質量%のTi、Li、Be、Na、K、Ca、Cu、
La、および、Hf
b:それぞれ0.01〜0.2質量%のMo、W、Nb、および、Ta
c:それぞれ0.01〜0.2質量%のPb、および、Bi
d:それぞれ0.01〜0.5質量%のSr、V、Cr、Mn、および、Sn - 前記めっき層の組織に、Al−Znを主成分とするα相、Zn単相またはMg−Zn合金相からなるβ相、および、Zn−Al−Mg三元共晶相のそれぞれが存在することを特徴とする請求項1または2記載の高耐食性めっき鋼材。
- 前記めっき層組織に、Al−Znを主成分とするα相、Zn単相またはMg−Zn合金相からなるβ相、および、Zn−Al−Mg三元共晶相のそれぞれが存在し、かつ、β相の体積率が20%以下であることを特徴とする請求項1、2または3記載の高耐食性めっき鋼材。
- 前記めっき鋼材に、更に、塗装被覆、重防食被覆のいずれか1種の被覆を有することを特徴とする請求項1、2、3または4記載の高耐食性めっき鋼材。
- 前記重防食被覆が、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリウレタン、フッ素樹脂から選ばれた少なくとも1種の高分子化合物の被覆であることを特徴とする請求項5記載の高耐食性めっき鋼材。
- 前記めっき鋼材が、めっき鋼線であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の高耐食性めっき鋼材。
- めっき鋼材の製造方法において、鋼材に第一段として、亜鉛を主体とする溶融亜鉛めっきを施し、次いで、第二段として、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:0〜2%、残部Znからなる溶融亜鉛合金めっきを施し、その後、300℃/sec以下の冷却速度で冷却することにより、Mg 2 Siが分散しためっき層の凝固組織を粒状晶組織とすることを特徴とする請求項1記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第一段としての溶融亜鉛めっきが、質量%で、Al:3%以下、Mg:0.5%以下を含む溶融亜鉛めっきであることを特徴とする請求項8記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第一段としての溶融亜鉛めっきを施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施す工程において、めっき鋼材をめっき浴から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、めっき浴表面およびめっき鋼材表面の酸化を防止することを特徴とする請求項8記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第一段としての溶融亜鉛めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施すことを特徴とする請求項8記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施し、めっき鋼線を溶融亜鉛合金めっき浴から引き上げた直後に、水スプレー、気水噴霧、または、水流の何れか1種の手段による直接冷却により、めっき合金を凝固させることを特徴とする請求項8記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記めっき鋼材の冷却に際し、冷却開始温度を、めっき合金の融点+20℃以下とすることを特徴とする請求項8または12記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- めっき鋼材の製造方法において、鋼材に、第一段として、亜鉛を主体とする溶融亜鉛めっきを施し、次いで、第二段として、平均組成が、質量%で、Al:4〜20%、Mg:0.8〜5%、Si:0.01〜2%、Fe:2%以下を含み、かつ、下記a、b、c、dの群のうちの一つ又は複数の群から選ばれた一つまたは複数の元素を含み、残部Znからなる溶融亜鉛合金めっきを施し、その後、300℃/sec以下の冷却速度で冷却することにより、Mg 2 Siが分散しためっき層の凝固組織を粒状晶とすることを特徴とする請求項2記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
a:それぞれ0.01〜1.0質量%のTi、Li、Be、Na、K、Ca、Cu、
La、および、Hf
b:それぞれ0.01〜0.2質量%のMo、W、Nb、および、Ta
c:それぞれ0.01〜0.2質量%のPb、および、Bi
d:それぞれ0.01〜0.5質量%のSr、V、Cr、Mn、および、Sn - 前記第一段としての溶融亜鉛めっきが、質量%で、Al:3%以下、Mg:0.5%以下を含む溶融亜鉛めっきであることを特徴とする請求項14記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第一段としての溶融亜鉛めっきを施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施す工程において、めっき鋼材をめっき浴から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、めっき浴表面およびめっき鋼材表面の酸化を防止することを特徴とする請求項14記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第一段としての溶融亜鉛めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで、前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを、めっき浴浸漬時間20秒以下で施すことを特徴とする請求項14記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記第二段としての溶融亜鉛合金めっきを施し、めっき鋼材をめっき浴から引き上げた直後に、水スプレー、気水噴霧、または、水流の何れか1種の手段による直接冷却により、めっき合金を凝固させることを特徴とする請求項14または15記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
- 前記めっき鋼材の冷却に際し、冷却開始温度を、めっき合金の融点+20℃以下とすることを特徴とする請求項14、15または18記載の高耐食性めっき鋼材の製造方法。
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