JP4224256B2

JP4224256B2 - 表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材

Info

Publication number: JP4224256B2
Application number: JP2002130792A
Authority: JP
Inventors: 和彦本田; 亘山田; 義広末宗; 英利畑中; 幸基田中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: JP2003328100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき鋼板に係わり、更に詳しくは優れた表面平滑性を有し、種々の用途、例えば家電用や自動車用、建材用鋼板として適用できるめっき鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性の良好なめっき鋼材として最も使用されるものに亜鉛系めっき鋼板、アルミニウム系めっき鋼板がある。これらのめっき鋼板は自動車、家電、建材分野など種々の製造業において使用されている。また、それ以外にも、めっき鋼線やどぶづけめっきなど種々の分野でめっき鋼材が使用されている。
【０００３】
特にＡｌを添加しためっきは耐食性が高いため近年使用量が増加している。
上記亜鉛系めっき鋼板の耐食性を向上させることを目的として特開平５−１２５５１５号公報においては、溶融Ｚｎ−Ａｌめっき鋼板にＴｉを添加することにより耐経時黒変性が優れることが開示されている。
【０００４】
また、特開２００１−２９５０１５号公報においては、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板にＴｉ、Ｂ、Ｓｉを添加することにより表面外観が良好になることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記及びその他これまで開示されためっき鋼板では、表面平滑性が十分に確保されていない。
【０００６】
Ｚｎ−Ａｌの二元系合金は６質量％Ａｌ−９４質量％Ｚｎに共晶点を持ち、それよりＡｌ濃度が高い場合、初晶としてＡｌ相が晶出する。
【０００７】
また、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌの三元系合金は３質量％Ｍｇ−４質量％Ａｌ−９３質量％Ｚｎに三元共晶点を持ち、それよりＡｌ濃度が高い場合、初晶としてＡｌ相が晶出する。
【０００８】
また、Ａｌ−Ｓｉの二元系合金は８７．４質量％Ａｌ−１２．６質量％Ｓｉに共晶点を持ち、それよりＡｌ濃度が高い場合、初晶としてＡｌ相が晶出する。
【０００９】
溶融めっき時のめっき凝固速度が十分に確保されている場合、Ａｌ相が大きく成長しないうちにめっきが凝固するため表面平滑性は問題とならないが、めっき凝固速度が小さい場合、これらＡｌ相が先に大きく成長することによってめっき表面に凸凹が形成され、表面平滑性が劣化するという問題点を有している。
【００１０】
しかし、前記特開平５−１２５５１５号公報に開示される技術では、表面平滑性が劣化するという問題は考慮されていない。
【００１１】
また、前記特開２００１−２９５０１５号公報に開示される技術では、表面外観を劣化させるＺｎ₁₁Ｍｇ₂相の生成・成長を抑制する目的としてＴｉとＢを添加しているが、表面平滑性が劣化するという問題は考慮されておらず、金属間化合物についても言及されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、４質量％を超えるような高Ａｌ濃度の場合でも十分な表面平滑性が優れためっき鋼材を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、表面平滑性が優れためっき鋼板の開発について鋭意研究を重ねた結果、Ａｌ４質量％以上からなり、かつ、Ａｌ相の中または横にＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を表面に有することにより表面平滑性が向上させることができるという新たな知見を見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１４】
すなわち、本発明の趣旨とするところは、以下のとおりである。
【００１５】
（１）質量％で、Ａｌ：４〜１１％を含有する、Ｚｎ−Ａｌ−ＭｇまたはＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉの溶融Ｚｎめっきであり、かつ、Ａｌ相の中に大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を鋼材表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００１６】
（２）質量％で、Ａｌ：４〜１１％を含有する、Ｚｎ−Ａｌ−ＭｇまたはＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉの溶融Ｚｎめっきであり、かつ、Ａｌ相の横に大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を鋼材表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００１７】
（３）前記（１）または（２）のいずれかに記載の金属間化合物の格子定数の少なくとも１つが、３〜５Åであることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００１８】
（４）前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｎｉ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００１９】
（５）前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２０】
（６）前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｚｒ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２１】
（７）前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｓｒ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２２】
（８）前記（４）に記載のＮｉ−Ａｌ系金属間化合物が、ＮｉＡｌ_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２３】
（９）前記（５）に記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物が、ＴｉＡｌ_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２４】
（１０）前記（５）に記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物が、Ｔｉ（Ａｌ_１−ＸＳｉ_Ｘ）_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２５】
（１１）前記（６）に記載のＺｒ−Ａｌ系金属間化合物が、ＺｒＡｌ_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２６】
（１２）前記（７）に記載のＳｒ−Ａｌ系金属間化合物が、ＳｒＡｌ_４であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００２８】
本発明の溶融Ｚｎ系めっき鋼材は、Ａｌ４質量％〜１１質量％からなり、かつ、Ａｌ相の中に大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を表面に有することを特徴とするめっき鋼材、及び、Ａｌ４質量％〜１１質量％からなり、かつ、Ａｌ相の横に大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を表面に有することを特徴とするめっき鋼材である。
【００２９】
本発明において、溶融Ｚｎ系めっきとは溶融Ｚｎめっき浴にＡｌ、Ｍｇを添加し、さらに必要に応じてＳｉを添加したもの、または、溶融Ａｌ浴に、Ｓｉを添加し、さらにＺｎ、Ｍｇの二種を添加したものである。
【００３０】
溶融Ｚｎめっき浴中には、これ以外にＦｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、及び不可避的不純物を単独あるいは複合で０．５質量％以内含有してもよい。また、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｂ、Ｂｉ、３族元素を合計で０．５質量％以下含有しても本発明の効果を損なわず、その量によってはさらに耐食性が改善される等好ましい場合もある。
【００３１】
本発明において、Ａｌの含有量を４質量％以上に限定した理由は、４質量％未満のＡｌ量では耐食性を向上させる効果が十分でないためである。また、１１質量％まで耐食性および平滑性の効果が得られる。なお、４質量％未満では初晶としてＡｌ相が晶出しないため、平滑性が低下するという問題は起こらない。
【００３２】
本発明において、Ａｌ相とはめっき層中に明瞭な境界をもって島状またはデンドライト状に見える相であり、これは例えばＡｌ−Ｚｎの二元系平衡状態図における高温での「Ａｌ相」（Ｚｎを固溶するＡｌ固溶体）に相当するものである。この高温でのＡｌ相はめっき浴のＡｌ濃度応じて固溶するＺｎ量が相違する。この高温でのＡｌ相は常温では通常は微細なＡｌ相と微細なＺｎ相に分離するが、常温で見られる島状の形状は高温でのＡｌ相の形骸を留めたものであると見て良い。この高温でのＡｌ相（Ａｌ初晶と呼ばれる）に由来しかつ形状的にはＡｌ相の形骸を留めている相を本明細書ではＡｌ相と呼ぶ。
【００３３】
Ａｌ相は、Ａｌ−Ｓｉの二元系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉの三元系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇの三元系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉの三元系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉの四元系において、めっき浴の合金濃度応じて固溶する元素量が相違し、常温での相形態も相違してくるが、いずれの場合においてもＡｌ初晶に由来する形骸を留めており、顕微鏡観察において明瞭に区別できるため、本明細書ではこれをＡｌ相と呼ぶ。
【００３４】
ここで表面平滑性の悪いめっきとは、めっき表面に数十μｍ〜数ｍｍ間隔の凸凹が形成された状態を示し、目視でも十分確認できる。断面を光学顕微鏡で確認するとめっきが厚い部分と薄い部分に分かれており、極端な場合、薄い部分が厚い部分の半分以下となることもある。この平滑性は波長領域５０μｍ以上の粗度を測定することにより評価できる。
【００３５】
本発明において、めっき中のＡｌ系金属間化合物の含有形態をＡｌ相の中またはＡｌ相の横に限定した理由は、それ以外の位置に存在する金属間化合物では、表面平滑性を向上させることができないためである。
【００３６】
Ａｌ相の中またはＡｌ相の横に存在するＡｌ系金属間化合物が表面平滑性を向上させる理由は、Ａｌ系金属間化合物がＡｌ相の晶出核となる接種効果により、低冷却速度でも多数のＡｌ相が晶出し、めっきの凝固が均一化されるためであると考えられる。
【００３７】
本発明者等が多数のめっき中のＡｌ相を調査した結果、大部分のＡｌ相の中または横から大きさ数μｍの金属間化合物が観察された。Ａｌ相中に存在する金属間化合物の一例を図１に示す。図１の上段の図１（ａ）は、本発明におけるめっき鋼材のめっき層の顕微鏡写真（倍率３５００倍）であり、該写真中の各組織の分布状態を図示したものが下段の図１（ｂ）である。この図からも判るように、本発明におけるめっき鋼材のめっき層の顕微鏡写真によって明確に各組織を特定することができる。
【００３８】
本発明において金属間化合物の大きさは、発明者らが観察したものは、大きさ１０μｍ以下であった。また、Ａｌ相中の金属間化合物の存在割合は特に限定しないが、過半数を超えるＡｌ相に存在することが望ましい。
【００３９】
特に、Ａｌの格子定数４．０５Åに近い格子定数を持つ金属間化合物は接種効果が得られ易いため、金属間化合物の格子定数は少なくとも１つが３〜５Åであることが望ましい。
【００４０】
上記のような性質を持つＡｌ系金属間化合物としては、ＮｉＡｌ₃、ＴｉＡｌ₃、Ｔｉ（Ａｌ_1-XＳｉ_X）₃、ＺｒＡｌ₃、ＳｒＡｌ₄が挙げられる。
【００４１】
金属間化合物の添加方法については特に限定するところはなく、金属間化合物の微粉末を浴中に混濁させる方法や、金属間化合物を浴に溶解させる方法等が適用できる。
【００４２】
本発明の下地鋼材としては、鋼板のみならず、線材、形鋼、条鋼、鋼管など種々の鋼材が使用できる。鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板共に使用でき、鋼種もＡｌキルド鋼、Ｔｉ、Ｎｂ等を添加した極低炭素鋼板、及びこれらにＰ、Ｓｉ、Ｍｎ等の強化元素を添加した高強度鋼、ステンレス鋼等種々のものが適用できる。本発明品の製造方法については、特に限定することなく鋼板の連続めっき、鋼材や線材のどぶづけめっき法など種々の方法が適用できる。下層としてＮｉプレめっきを施す場合も通常行われているプレめっき方法を適用すれば良い。本発明では、冷却速度が小さい場合でも表面平滑性が良好なめっきが得られるため、大きな冷却速度が取りにくいドブ漬けめっきや、板厚の厚い材料への溶融めっきにおいてその効果が顕著となる。
【００４３】
めっきの付着量については特に制約は設けないが、耐食性の観点から１０ｇ／ｍ²以上、加工性の観点から３５０ｇ／ｍ²以下であることが望ましい。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４５】
（実施例１）
まず、厚さ２．０ｍｍの冷延鋼板を準備し、これに４００〜７００℃で浴中の添加元素を変化させためっき浴で３秒めっきを行い、Ｎ_２ワイピングでめっき付着量を１４０ｇ／ｍ^２に調整し、冷却速度１０℃／ｓ以下で冷却した。得られた溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき組成を表１に示す。
【００４６】
平滑性は波長領域５０μｍ以上の粗度を測定し、２μｍ以下のものを合格とした。
【００４７】
得られた溶融Ｚｎ系めっき鋼板は１０度傾斜研磨を行い、ＳＥＭで金属間化合物を探し、ＥＰＭＡによる組成比から金属間化合物を決定した。評価は、Ａｌ相の中または横から大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物が確認されたものを合格とした。
【００４８】
評価結果を表１に示す。番号１、２、７はＡｌ相中に金属間化合物を含有しないため平滑性が不合格となった。これら以外はいずれも良好な平滑性を示した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
以上述べてきたように、本発明により、めっき凝固速度が小さい場合でも表面に凹凸が形成されず表面平滑性が優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材を製造することが可能となり、工業上極めて優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ相中に存在する金属間化合物の一例を示す図で、（ａ）はめっき鋼材のめっき層の顕微鏡写真（３５００倍）で、（ｂ）は写真中の各組織の分布状態で示した図である。

Claims

質量％で、Ａｌ：４〜１１％を含有する、Ｚｎ−Ａｌ−ＭｇまたはＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉの溶融Ｚｎめっきであり、かつ、Ａｌ相の中に大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を鋼材表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
質量％で、Ａｌ：４〜１１％を含有する、Ｚｎ−Ａｌ−ＭｇまたはＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉの溶融Ｚｎめっきであり、かつ、Ａｌ相の横に大きさ１０μｍ以下のＡｌ系金属間化合物を含有するめっき層を鋼材表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の金属間化合物の格子定数の少なくとも１つが、３〜５Åであることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｎｉ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｚｒ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属間化合物が、Ｓｒ−Ａｌ系金属間化合物であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項４に記載のＮｉ−Ａｌ系金属間化合物が、ＮｉＡｌ_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項５に記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物が、ＴｉＡｌ_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項５に記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物が、Ｔｉ（Ａｌ_１−ＸＳｉ_Ｘ）_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項６に記載のＺｒ−Ａｌ系金属間化合物が、ＺｒＡｌ_３であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
請求項７に記載のＳｒ−Ａｌ系金属間化合物が、ＳｒＡｌ_４であることを特徴とする表面平滑性に優れる高耐食性溶融Ｚｎ系めっき鋼材。