JP4199404B2

JP4199404B2 - 高耐食性めっき鋼板

Info

Publication number: JP4199404B2
Application number: JP2000069761A
Authority: JP
Inventors: 將夫黒崎; 亮介和気; 英俊新頭; 純真木; 伸一山口; 輝明伊崎; 久明佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2000328216A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性の良好な溶融アルミ系めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性並びに耐候性に優れためっき鋼板としてＡｌめっき鋼板は建材分野で幅広く用いられている。また近年の環境規制強化に対応するため、従来燃料タンク用材料として用いられて来た鉛を必須として含有するＰｂ−Ｓｎ合金めっき鋼板、すなわちターンめっき鋼板（特公昭５７−６１８３３号公報）を他のめっき鋼板に置き換える傾向が強まっており、Ａｌめっき鋼板の適用が検討されている。
【０００３】
ところが、Ａｌめっき鋼板は乾燥が入る腐食環境では腐食生成物が安定化して優れた耐食性を示すのに対し、常に湿潤状態にさらされる環境でのめっき溶出速度は極めて速く、容易に鋼板腐食に至ってしまい充分な耐食性を発揮しない。さらにＡｌめっき鋼板はアルカリ環境での腐食が著しく、塗膜下のようにアルカリ雰囲気になりやすい部位では膨れを容易に誘発し、しかもそれが伝播しブリスターを引き起こしてしまうという欠点があった。
【０００４】
また、Ａｌめっき鋼板は、めっき層と鋼板との界面にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉを主成分とする脆い合金層を有しており、加工時に地鉄まで貫通しためっき割れが生じやすいといった問題があった。このめっき割れにより露出した地鉄は腐食の際のカソードとして作用するため腐食起点として作用し、まためっき割れに沿って腐食が伝播するため耐食性が著しく劣化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの課題を解決するため塗装を１００μｍ以上の厚塗りにして対応する方法や、特開昭６２−１２０４９４号公報に開示されているように、めっき鋼板に付与するクロメート層を増加し耐食性を向上させる技術が開示されている。ところがこれらの方策では塗装のための大がかりな設備投資が必要であったり、クロメートが環境に与える悪影響を考慮するとその使用量を増加するのは得策ではない。また、Ａｌ−Ｓｉめっきの耐食性改善のためにＭｇを添加することも検討されており、例えば特公平１−２０２２４号公報に記載されているように、Ｓｉ：３．０〜１３％、Ｍｇ：０．５〜８．０％、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含んだめっき鋼板の製造例が開示されている。この開示例での最適なＭｇの添加量は０．５〜３％と記されているが、本発明者らの詳細な研究ではＭｇ３％以下では耐食性向上効果は殆ど発揮されず、より適正な組成にコントロールする必要があることが明らかになった。
【０００６】
また、金属表面技術ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．２，１９６０の４１〜４４頁にはＡｌにＭｇを０．５％、５％、１０％添加したＡｌ−Ｍｇ合金めっきの耐食性に関して触れられており、加工無しの平板の状態での暴露試験での裸耐食性はＭｇが０．５％では不十分であるがＭｇを５、１０％とすることで向上することが述べられれいる。しかし一般的には無加工状態でめっき鋼板を用いることは非常に少なく、加工後にも安定した耐食性を発揮するためのＳｉ並びにＭｇの濃度の適正範囲、さらにはめっき組織の構造に関しては一切触れられていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの諸問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ＡｌにＭｇ並びにＳｉを適正範囲で添加しその組織形態を抑制することで加工の有無、塗装の有無、使用環境を問わず安定した防錆能を発揮する高耐食性めっき鋼板の提供が可能であることを見出し本発明に至った。すなわち、本発明は、めっき組成、構造において、次のような構成を有する。
（１）重量％で、Ｍｇ：３〜１０％、Ｓｉ：１〜１５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼板。
【０００８】
（２）重量％で、Ｍｇ：３〜１０％、Ｓｉ：１〜１５％、Ｃａ：０．０１〜２％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼板。
【０００９】
（３）重量％で、Ｍｇ：３〜１０％、Ｓｉ：１〜１５％、Ｃａ：０．０１〜２％、Ｚｎ：３〜２５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｚｎ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」と「Ｍｇ₂Ｚｎ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼板。
（４）めっき表面から観察出来る加工後のめっき相割れが、塊状のＭｇ₂Ｓｉ相を通過することを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の高耐食性めっき鋼板である。
【００１０】
【発明の実施形態】
Ａｌの耐食性を向上させるためにＭｇを添加することは一般的に行なわれており、例えば建材に用いられている５０００系Ａｌ合金ではＭｇを４〜６％添加して耐食性の向上を図っている。またＭｇ添加鋳物（ＡＣ７Ａ）でもＭｇを３〜６％添加してある。しかし、いずれの場合でもＳｉは０．２％以下に抑制されているが、これはＭｇとＳｉを同時に添加した結果として析出する金属間化合物であるＭｇ₂Ｓｉが加工性を劣化させてしまうためである。
【００１１】
すなわち、Ａｌ合金を母材として使う場合にはＭｇ₂Ｓｉの析出量を最小限度に抑える必要があり、耐食性の向上効果にもおのずと限界があった。本発明者らが鋭意検討した結果、めっき皮膜として用いる場合には、Ｍｇ₂Ｓｉの析出量並びに形状を制御することで、無加工状態での耐食性を向上出来るだけでなく、加工により発生するめっき割れの悪影響を最小限に抑えられることが出来ることが明らかなった。
【００１２】
本発明に従う溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉめっき鋼板は、Ｍｇ：３〜１０重量％、Ｓｉ：１〜１５重量％、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、当該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有する高耐食性めっき鋼板を提供するものである。
【００１３】
図１にめっき層の表層をわずかな傾斜をつけて研磨し観察した場合の組織の摸式図を示す。ここで「Ｍｇ₂Ｓｉ相」とは、多層形をした塊状や最も白く見えるＡｌマトリクスの中やその周辺に微細な形態をしている組織である。
本発明に従う溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき層は特定の金属組織を有する点に特徴があるが、まず当該めっき鋼板の基本的なめっき組成から説明する。
【００１４】
めっき相中のＭｇは当該めっき鋼板の耐食性を向上させる作用を供する。Ｍｇの添加は０．５％以上で塩水環境での耐食性向上効果があるが、大気暴露等での環境でも安定した耐食性を発揮するためには３％以上の添加が必要である。またＭｇの添加量が３％を超える段階から「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」の析出が開始し、Ｍｇ添加量とともにその量は増加する。他方Ｍｇの添加量を増大して行くと徐々に浴の粘度が上昇し操業性を劣化させると同時に、１０％を超えると耐食性が劣化する。これらのことを考慮すると好ましいＭｇ含有量は３〜１０％である。
【００１５】
めっき相のＳｉは１％未満であると加工性に劣るＦｅ−Ａｌ系合金層が生成し、加工時のめっき割れを誘発するため十分な加工性が得られない。同時にＳｉが１％未満であると「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」の析出が起こらない。６％を超えることがより好ましい。一方でＳｉ含有率が１５％を超えると耐食性が極端に劣化する。これらの理由からめっき層中Ｓｉ含有率は１〜１５％に設定した。これらの知見からめっき層中に「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」が生じ、全ての環境で優れた耐食性を発揮するための適正Ｍｇ含有率は３〜１０％、適正Ｓｉ含有率は１〜１５重量％である。
さらに、Ｃａが０．０１％以上の添加により製造時に問題となる外観不良を改善することが可能であり、その効果は２％で飽和するため上限を２％とする。
【００１６】
さらに、めっき層中に３〜２５％のＺｎが存在するとＺｎの腐食生成物の安定化により、めっき層や露出地鉄表面上にＺｎ腐食生成物からなる強固な保護皮膜を形成するため耐食性が向上する。３％未満であるとその効果は乏しく、より好ましくは１１％以上である。また、２５％を超えるとＺｎの溶解が増大するため耐食性を悪化させる。よってＺｎはめっき層中に３〜２５％存在することが好ましい。
【００１７】
次に、めっき層の金属組織に関してであるが、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」は各種製造条件により、その長径はサブμｍから数十μｍまで形態は変化するが、長径が１０μｍを超えるとＭｇ₂Ｓｉ相は極端に脆くなるため加工性が悪化する。よって、Ｍｇ₂Ｓｉ相の長径は１０μｍ以下に制御することが必要である。また、めっき層中にＭｇ₂Ｚｎが存在する。これは、めっきや地鉄表面上に安定な腐食生成物を形成し、より強固な防食皮膜となるため、めっき層中に存在することが望ましい。上記の他にも、めっき層中組織としてＣａ₂Ｓｉ相、ＦｅＡｌＳｉ相、Ｓｉ相、Ｚｎ相等が存在することもありうるが、いずれの状態となってもよく、本発明の趣旨を損なうものではない。
【００１８】
次に、めっき割れに関して説明する。上記のようにＡｌめっき鋼板は、加工時に地鉄まで貫通しためっき割れが生じやすく、これにより耐食性が著しく劣化するといった欠点があった。これはめっき割れにより露出した地鉄は腐食の際のカソードとして作用し腐食起点となり、まためっき割れに沿って腐食が伝播するためである。ところが、図２に示すように「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」を通過するようにめっき割れが生じた場合には、露出した地鉄は腐食起点として作用しないし、腐食の伝播も極端に遅くなる。この理由は不明であるが、腐食環境下に曝された時に、「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」から溶出したＭｇとＳｉの作用により地鉄上での酸素還元反応が抑制されたためと考えている。すなわち、従来は加工性を劣化させるためＡｌ合金では回避されていた塊状Ｍｇ₂Ｓｉを積極的に晶出させ平板での耐食性を向上させると同時に、加工時の割れ、すなわち、地鉄の露出箇所をＭｇ₂Ｓｉを起点として発生させることにより、腐食に弱点となる地鉄露出箇所を無害化するところに本発明の特徴がある。
【００１９】
本発明のめっきの対象となる母材の鋼成分に関しての限定は特に行わず、どのような鋼種に対しても耐食性向上効果を有する。鋼種としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ等を添加したＩＦ鋼、Ａｌキルド鋼、Ｃｒ含有鋼、ステンレス鋼、ハイテンに加え、耐熱性を狙うＴｉ添加鋼、合金化抑制効果を狙うｆｒｅｅ−Ｎ添加鋼等を使用することも可能である。建材用途には、Ａｌキルド系、あるいはステンレス系が、また、排気系用途には、Ｔｉ−ＩＦ、Ｔｉ添加鋼が、家電用途には、Ａｌキルド系、ｆｒｅｅ−Ｎ添加鋼系が、燃料タンク用途には、Ｂ添加ＩＦ鋼の適用がそれぞれ望ましい。
【００２０】
本発明に属するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法は必ずしも限定されるものではないが、発明者らの現在までの検討において最良と考えられるものを以下に説明する。すなわち、連続溶融めっき設備においてＭｇ：３〜１０％、Ｓｉ：１〜１５％、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融めっき浴とし、この浴の浴温を融点以上で好ましくは６７０℃以下とし、かつ、めっき後の冷却速度を１０℃／ｓｅｃ以上、好ましくは２０℃／ｓｅｃ以上に制御して鋼板表面に溶融めっきを施せば、前述した本発明に従う金属組織のめっき層をもつ耐食性良好な溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系鋼板を工業的に製造することができる。より好ましくは、鋼板がめっき浴から目付制御のためにワイピングされる付近の酸素濃度を０．１％以下の雰囲気制御を行うか、浴中に０．１％程度のＣａを添加することが望ましい。
【００２１】
また、浴温は融点以上であれば原則めっき可能であるが、Ｍｇ添加により浴粘度が上昇することを考慮すると６００℃以上で操業するのが好ましく、また上限値は添加したＭｇの酸化反応抑制する意味で６７０℃以下で操業するのが好ましい。また、冷却速度に関しては、５〜５０℃／ｓｅｃでは冷却速度が遅くなるに従い塊状のＭｇ₂Ｓｉが粗大化する。本発明に従う金属組織を得るためには、１５℃／ｓｅｃの冷却速度で操業する必要がある。また、上限値は特に限定するものではなく、早い方が好ましいがミスト冷却等により極端に冷却速度を上昇させると外観の劣化を引き起こす。
【００２２】
【実施例】
冷延鋼板を酸化方式による脱脂７５％Ｈ₂−２５％Ｎ₂からなる還元ガス中で７５０℃で３０秒間還元、焼鈍し７００℃に冷却後６３０℃に保持されためっき浴に浸漬し溶融めっきを行なった。上記浴中に３．５秒浸漬後Ｎ₂ガスワイピングでめっき付着量を片面当たり３０ｇ／ｍ²に調整し、めっき浴組成とほぼ同一組成のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金めっき鋼板を作成した。めっき浴組成は０≦Ｓｉ（ｗｔ％）≦２０、並びに０≦Ｍｇ（ｗｔ％）≦２０、０≦Ｃａ（ｗｔ％）≦２、０≦Ｚｎ（ｗｔ％）≦３０の範囲で変化させた。得られためっき鋼板は重量法でめっき付着量、並びに化学分析で組成を分析すると同時に、めっき鋼板の任意の箇所のめっき層の表面をわずかな傾斜（１〜１５°）を付けて研磨した後、光学顕微鏡で５００倍の組織を観察した。
【００２３】
その後、Ｃｒ付着量が３０ｍｇ／ｍ²になるようにクロメート処理を行なった後、ブランク径１６０ｍｍΦの試験片に鉱油を主成分とする防錆油を１．５ｇ／ｍ²塗布したのち、ポンチ径７８ｍｍΦで押し付け荷重５ｋｇｆ／ｃｍ²で４５ｍｍの深絞り成形を行なった。このとき絞り成形されたサンプルのめっき剥離を目視で確認すると同時に、側壁部から１０×１０ｍｍの試片を切り出し、傾斜研磨後、光学顕微鏡でめっき割れの状況を観察した。
【００２４】
その後、トリクレン脱脂した後アクリル変成樹脂を２０μｍ塗装し、腐食評価用サンプルを作成した。腐食評価用サンプルは５０℃の５％温塩水に３０日浸漬したのちエッジ部からの膨れ状況並びに赤錆びの発生有無で耐食性を評価した。上記加工・腐食試験結果を表１に示す。表から明らかなように、めっき組成が適正範囲に調整されその組織が制御された場合には、良好な耐食性を示すが、Ｍｇ₂Ｓｉの粒径、Ｓｉ並びにＭｇのいずれの元素でも適正範囲をはずれると充分な塗装後耐食性が維持出来なくなる。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金めっきを用いることによって、従来のＡｌめっき鋼板の問題点が解消され、いかなる環境でも優れた耐食性を発揮するめっき鋼板が提供できるようになった。また、本発明のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金めっき鋼板は、めっき割れ部に対しても従来よりも高い耐食性を維持するので加工後の耐食性にも極めて優れる。したがって、本発明の産業上の価値は極めて高いものであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉめっき鋼板の金属組織で「Ａｌ相」，「微細なＭｇ₂Ｓｉ相」，「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」が混在する形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉめっき鋼板の加工後の金属組織で加工後のめっき割れが「塊状のＭｇ₂Ｓｉ相」を通過する様子を示す図である。
【符号の説明】
１Ａｌ相
２微細なＭｇ₂Ｓｉ相
３塊状のＭｇ₂Ｓｉ相
４クラック
５Ｓｉ相
６Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ相

Claims

重量％で、
Ｍｇ：３〜１０％、
Ｓｉ：１〜１５％
を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼板。
重量％で、
Ｍｇ：３〜１０％、
Ｓｉ：１〜１５％、
Ｃａ：０．０１〜２％
を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼板。
重量％で、
Ｍｇ：３〜１０％、
Ｓｉ：１〜１５％、
Ｃａ：０．０１〜２％、
Ｚｎ：３〜２５％
を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる溶融Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｚｎ系めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ａｌ基めっき鋼板であって、該めっき層が、少なくとも「Ａｌ相」，「Ｍｇ₂Ｓｉ相」と「Ｍｇ₂Ｚｎ相」からなり、「Ｍｇ₂Ｓｉ相」の長径が１０μｍ以下である金属組織を有することを特徴とする高耐食性めっき鋼板。
めっき表面から観察出来る加工後のめっき相割れが、塊状のＭｇ₂Ｓｉ相を通過することを特徴とする請求項１〜３に記載の高耐食性めっき鋼板。