JP4542468B2

JP4542468B2 - 曲げ加工性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法

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Publication number: JP4542468B2
Application number: JP2005173795A
Authority: JP
Inventors: 泰史藤木
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: JP2006348332A

Description

本発明は、曲げ加工性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法に関する。

亜鉛（Ｚｎ）を含むめっき層が形成されるめっき鋼板には、アルミニウム（Ａｌ）を含有するＺｎ−Ａｌ系めっき鋼板、Ａｌとシリコン（Ｓｉ）とを含有するＺｎ−Ａｌ−Ｓｉ系めっき鋼板などがあり、いずれも耐食性に優れるので、汎用めっき鋼板として多くの用途に利用されている。このようにＺｎ系めっき鋼板は、種々開発され利用されているけれども、さらなる耐食性の向上を目的として、Ａｌとマグネシウム（Ｍｇ）とを含有する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１では、Ａｌ：４．０〜１０．０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板の製造に際して、めっき浴の温度を４５０℃以下としかつめっき後の冷却速度を１０℃／秒以上、またはめっき浴の温度を４７０℃以上としかつめっき後の冷却速度を０．５℃／秒以上とする。

また特許文献２では、Ａｌ：４．０〜１０．０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％、Ｔｉ：０．００２〜０．１重量％、Ｂ：０．００１〜０．０４５重量％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板の製造に際して、めっき浴の温度を４１０℃未満としかつめっき後の冷却速度を７℃／秒以上、またはめっき浴の温度を４１０℃以上としかつめっき後の冷却速度を０．５℃／秒以上とする。

特許文献１および特許文献２に開示される技術では、めっき浴の温度およびめっき後の冷却速度を規定することによって、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板のめっき層が、［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ_２Ｍｇの三元共晶組織］の素地中に、［初晶Ａｌ相］、または［初晶Ａｌ相］と［Ｚｎ単相］とが混在した金属組織を有するようになり、耐食性と表面外観とが良好な溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が得られるとする。

図３は、典型的な溶融めっき鋼板製造装置１の構成を部分的に示す系統図である。溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、たとえば図３に示す溶融めっき鋼板製造装置１において製造される。なお、本明細書では、図３に示すような溶融めっき鋼板製造装置１に通板されて連続的にめっきされる鋼帯を含めて鋼板と呼ぶ。

未だ溶融めっきされていない鋼板２が、巻戻し装置から巻戻され、不図示の洗浄装置を経て前処理炉３に導入され、前処理炉にて鋼板表面が活性化された後、スナウト４に導かれて、めっきポット５に収容されるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴６中に浸漬されてめっきされる。めっきポット５中に設けられる浸漬ロール７によって方向転換されためっき鋼板２ａは、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴６から引上げられ、めっき鋼板２ａの表裏を臨んで設けられるガスワイピング装置８でめっき付着量が調整される。めっき付着量が調整されためっき鋼板２ａは、冷却装置９で冷却された後、不図示の後処理装置で後処理されて巻取装置に巻取られる。

特許文献１および特許文献２に開示される溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造時におけるめっき浴の温度およびめっき後の鋼板の冷却速度制御は、たとえば次のようにして行われる。めっきポット５中に収容されるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴の温度を、めっきポット５に付設される加熱装置のｏｎ／ｏｆｆ制御によって所望の値になるように調整するとともに、冷却装置９におけるたとえば空気吹付量を制御することによって所望の冷却速度に調整する。このようにして製造される溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、たとえばめっき浴の温度である４７０℃まで加熱された後、室温たとえば２０℃まで、冷却速度が遅い方の０．５℃／秒で冷却される場合であっても、高々１５分間程度の短い時間で急冷される。

図４は、急冷された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板１１のめっき層１２の組織を模式的に示す断面図である。急冷を施された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板１１の鋼板母材１３上に形成されるめっき層１２の組織は、［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ_２Ｍｇの三元共晶組織］１４の素地中に［初晶Ａｌ相］１５、［初晶Ａｌ／ＺｎＭｇ共晶］１６が混在し、さらに金属間化合物［Ｚｎ_２Ｍｇ］１７が形成されている。

このように溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板１１のめっき層１２は、金属間化合物［Ｚｎ_２Ｍｇ］１７を含むとともに、［初晶Ａｌ相］１５中にＺｎおよびＭｇを過飽和に含有するので、めっき層１２が硬くなり、曲げ加工を受けたとき、また張出し加工を受けたとき、めっき層１２にき裂を生じやすく曲げ加工性に改善されるべき課題を有する。

特許文献１および特許文献２では、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板のめっき層の曲げ加工性を、密着曲げ試験後におけるめっき層の剥離発生の有無で評価している。しかしながら、めっき層が鋼板母材から剥離するに至る以前の段階であるめっき層にき裂が生じた場合、めっき層には自己修復機能が備わるけれども、き裂部分から鋼板母材が侵食を受けて耐食性が劣化することは否めない。また溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が塗装鋼板の原板として用いられ、該鋼板のめっき層にき裂が生じると、塗膜下腐食が発生し塗膜剥離の原因となる。前述のように特許文献１および特許文献２では、めっき層における剥離発生の有無によって、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の曲げ加工性を評価しているので、実使用に則した評価がなされているとは言い難く、まためっき層におけるき裂発生を評価基準とし実使用に耐えうる水準まで曲げ加工性を向上するための技術思想は何ら開示されていない。

溶融めっき鋼板におけるめっき層の曲げ加工性を改善する従来技術の一つに、Ａｌ：２５〜７５％、Ａｌ量の０．５〜５．０％のＳｉ、ＺｒとＨｆの１種または２種を合計量で０．０１〜０．５０％、およびＴｉ：０〜０．５０％を含有し、残部は亜鉛および不可避的不純物からなる表面めっき皮膜を有する溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板を、１５０〜３５０℃の温度範囲に加熱する熱処理を行うものがある（特許文献３参照）。特許文献３では、上記熱処理の施された溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板を曲げ試験に供し、試験後におけるめっき層のき裂の数によって曲げ加工性を評価するので、実使用に則した評価が可能であり、加工部分でも安定した耐食性を有する溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板が得られるとする。

しかしながら、特許文献３に開示されるめっき層はＡｌ−Ｚｎ合金であり、このＡｌ−Ｚｎ合金とＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金とでは、めっき層が組織的に全く異なる様相を呈するので、溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板における曲げ加工性改善方法によって、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の曲げ加工性を実使用に耐えうる水準にまで向上させることはできないという問題がある。

特開平１０−２２６８６５号公報特開平１０−３０６３５７号公報特開平９−１１１４３３号公報

本発明の目的は、加工処理が施された場合においても、加工部分にき裂を発生しにくく優れた耐食性を発現することのできる曲げ加工性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法を提供することである。

本発明は、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法であって、
表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が形成された鋼板を、２６０℃以上、３２０℃以下の温度で、８時間以上加熱する熱処理工程を含むことを特徴とする曲げ加工性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法である。

また本発明は、めっき層が、
Ａｌ：４．０〜１０．０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％を含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物であることを特徴とする。

本発明によれば、表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が形成された鋼板が、２６０℃以上、３２０℃以下の温度で、８時間以上加熱される。このことによって、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の曲げ加工性が向上されるので、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板に曲げ加工が施された場合であっても、めっき層におけるき裂の発生が防止、またはき裂の発生が極めて軽微に抑制される。したがって、曲げ加工性に優れ、加工部分においても耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が実現される。

また本発明によれば、めっき層が、Ａｌ：４．０〜１０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％を含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなり、耐食性と曲げ加工性とに優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が実現される。

本発明に従う溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法は、表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が形成された鋼板を、２６０℃以上、３２０℃以下の温度で、８時間以上加熱する熱処理工程とを含むものである。

Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層の組成は、Ａｌ：４．０〜１０．０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％を含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物であることが好ましい。

まず好ましく選定されるめっき層の各成分量の限定理由について説明する。
めっき層中のＡｌは、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の耐食性を向上し、製造時におけるドロス発生を抑制する。Ａｌ含有量が４．０％未満では、耐食性向上効果が充分ではなく、またＭｇ酸化物系のドロス発生を抑制する効果も低い。Ａｌ含有量が１０．０重量％を超えると、めっき層と鋼板母材との界面においてＦｅ−Ａｌ合金層の成長が著しくなり、めっき密着性が悪くなる。したがって、Ａｌ含有量を４．０〜１０．０重量％とした。

めっき層中のＭｇは、めっき層表面に均一な腐食生成物を生成させて溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の耐食性を著しく高める。Ｍｇ含有量が１．０重量％未満では、腐食生成物を均一に生成させる作用が充分に発現されない。Ｍｇ含有量が４．０重量％を超えると、耐食性向上効果が飽和し、Ｍｇ酸化物系ドロスが発生しやすくなる。したがって、Ｍｇ含有量を１．０〜４．０重量％とした。

このような組成のめっき層を有する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、前述の溶融めっき鋼板製造装置１において、上記めっき層組成に対応するめっき浴が収容されるめっきポットに浸漬されて鋼板の表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が形成される。鋼板表面に対するＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層の形成は、めっきポットに収容されるめっき浴の組成以外は、前述の溶融めっき鋼板製造装置１における溶融めっき鋼板のめっき層形成と同一であるので、説明を省略する。

なお、めっき層形成においては、めっき層組成が、Ａｌ：４．０〜１０．０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％を含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物である場合、めっき浴の浴温を４７０℃未満とし、かつ冷却装置におけるめっき後の冷却速度を１０℃／秒以上に制御するか、またはめっき浴の浴温を４７０℃以上とし、かつ冷却装置におけるめっき後の冷却速度を０．５℃／秒以上に制御することが好ましい。このことによって、耐食性と表面外観とが良好な溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を得ることができる。

本発明の特徴とするところは、上記のようにしてＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が形成され、巻取装置でコイル状に巻取られた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を、２６０℃以上、３２０℃以下の温度で、８時間以上加熱することにある。

図１は、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を加熱処理する状態を示す図である。図１では、３つの溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板のコイル２１，２２，２３を、コイルの端面同士が接するように積上げて熱処理する状態を示す。たとえば地面２４上に設けられる基台２５上に、前述のようにして３つのコイル２１，２２，２３を載置して積上げ、積上げられたコイル２１，２２，２３を覆うようにしてカバー部材２６が、基台２５上に載置される。

カバー部材２６は、鋼製の円筒状有天板部材であり、たとえば窒素ガス（Ｎ_２）またはアルゴンガス（Ａｒ）などをカバー部材２６で覆われる空間２７内へ供給するガス供給口２８と、空間２７内の気体を排出するためのガス排出口２９とが設けられ、空間２７内を大気からＮ_２またはＡｒ雰囲気に置換することができるように構成される。なお、ガス供給口２８は、不図示のＮ_２またはＡｒ供給手段に配管で接続される。

このようなカバー部材２６で覆われたコイル２１，２２，２３を組とし、１組または複数組がさらに不図示の外カバー部材で覆われる。外カバー部材とカバー部材２６とによって形成される空間が、たとえば燃焼バーナーなどによって昇温され、所望の温度になるように制御されて、コイル２１，２２，２３が加熱処理される。

図２は、熱処理後における溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板３１のめっき層３２の組織を模式的に示す図である。熱処理を施された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板３１の鋼板母材３３上に形成されるめっき層３２の組織は、［初晶Ａｌ相］３４と、［Ｚｎ相］３５と、［Ｚｎ_１１Ｍｇ_２相］３６とが混在する。このようにめっき層３２は、熱処理されることによって、前述の急冷組織に見られた硬質相である金属間化合物［Ｚｎ_２Ｍｇ］が消失して［Ｚｎ_１１Ｍｇ_２相］３６が形成され、また［初晶Ａｌ相］３４が、急冷状態において過飽和に含有していたＺｎおよびＭｇを相外へ排出する。溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板３１のめっき層３２は、熱処理に伴って上記のように組織が変化して軟化するので、曲げ加工性が顕著に向上する。

以下、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板のめっき層を軟化させるための熱処理温度範囲および熱処理時間の限定理由について説明する。

熱処理温度が２６０℃未満では、金属間化合物［Ｚｎ_２Ｍｇ］を消失させて［Ｚｎ_１１Ｍｇ_２相］を形成させる作用および［初晶Ａｌ相］から過飽和のＺｎおよびＭｇを相外へ排出する作用を充分に発現することができない。熱処理温度が３２０℃を超えると、めっき層３２が溶解するおそれがあり、めっき層３２が溶解した場合、再凝固時に急冷時と同様の組織が形成されるので好ましくない。したがって、熱処理温度範囲を、２６０℃以上、３２０℃以下とした。

熱処理時間が８時間未満では、金属間化合物［Ｚｎ_２Ｍｇ］を消失させて［Ｚｎ_１１Ｍｇ_２相］を形成させる作用および［初晶Ａｌ相］から過飽和のＺｎおよびＭｇを相外へ排出する作用を充分に発現することができない。熱処理時間を長くすることに弊害がないので、特に上限を設ける必要はないけれども、実操業における生産効率を考慮すれば、２４時間以下に設定されることが好ましい。

以下本発明の実施例について説明する。
厚さ：０．８ｍｍ、幅：１２１９ｍｍの低炭素鋼板を準備し、この低炭素鋼板を鋼板母材として溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっきを施した。めっき層の形成に際しては、組成が異なる２種類のめっき浴を準備し、めっき層の組成が異なる２種類の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を作成した。一方の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、そのめっき層の組成が、Ａｌ：５．９重量％、Ｍｇ：２．８重量％、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる。この一方の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を、以後めっき鋼板Ａと呼ぶ。他方の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、そのめっき層の組成が、Ａｌ：５．５重量％、Ｍｇ：３．１重量％、Ｔｉ：０．０４重量％、Ｂ：０．０２重量％、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる。この他方の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を、以後めっき鋼板Ｂと呼ぶ。めっき層の付着量は、めっき鋼板ＡおよびＢともに、１９０ｇ／ｍ^２になるように調整した。

このようにして作製しためっき鋼板ＡおよびＢに対して、表１の試験番号１〜４および試験番号６，７に示すような種々の均熱温度と均熱時間との組合せ条件にて、加熱処理を施した。なお試験番号５では、めっき層形成後の熱処理を施さなかった。加熱処理後の各溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板および加熱処理を施さなかった溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板から、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２２０４に規定される５号試験片を採取し、ＪＩＳ−Ｚ２２４８に準じて２ｔ曲げを実施した。試験後の曲げ部分のめっき層におけるき裂発生の状態を顕微鏡観察して曲げ加工性を評価した。曲げ加工性の評価基準は以下のようである。
○：き裂発生なし
△：き裂小
×：き裂大

評価結果を合わせて表１に示す。加熱条件の均熱温度および均熱時間が本発明範囲内の実施例では、曲げ試験の評価が△以上であり、良好な曲げ加工性を発現する。しかしながら、加熱処理が施されなかった比較例および均熱温度または均熱時間のいずれかが本発明範囲を外れる比較例では、曲げ試験の評価が×であり、曲げ加工性が劣る結果であった。

溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を加熱処理する状態を示す図である。熱処理後における溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板３１のめっき層３２の組織を模式的に示す図である。典型的な溶融めっき鋼板製造装置１の構成を部分的に示す系統図である。急冷された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板１１のめっき層１２の組織を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２１，２２，２３コイル
２５基台
２６カバー部材
３１溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板
３２めっき層
３３鋼板母材
３４初晶Ａｌ相
３５Ｚｎ相
３６Ｚｎ_１１Ｍｇ_２相

Claims

溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法であって、
表面にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が形成された鋼板を、２６０℃以上、３２０℃以下の温度で、８時間以上加熱する熱処理工程を含むことを特徴とする曲げ加工性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
めっき層が、
Ａｌ：４．０〜１０．０重量％、Ｍｇ：１．０〜４．０重量％を含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物であることを特徴とする請求項１記載の曲げ加工性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。