JP4584179B2 - 耐食性および加工性に優れた溶融Zn−Al合金めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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(1)めっき層表面に、独特の6〜8角形のスパングル(花模様)が形成されるため、塗装を施しカラー鋼板とした場合、塗装面にスパングルが浮き上がり、塗装後の外観を損なう、
(2)めっき層が硬質なため、成形加工時にめっき層にクラックが発生しやすく、厳しい加工が施される部位ではめっき剥離が生じる場合がある、
(3)耐食性は、通常の溶融Znめっき鋼板に比べ優れているが、めっき層中のAlに起因して、腐食環境によっては、表面が局所的に黒灰色に変色する、いわゆる黒変現象が発生して、商品価値を著しく損なう場合がある、また、腐食環境によっては、切断端面部に赤錆が発生しやすく、さらに塗装した場合にエッジクリープと称する塗膜ふくれがはやく発生する場合がある、など耐食性に問題を残している、
(4)成形加工、曲げ加工等でめっき層にクラックが発生しやすいことから、この部分から赤錆が発生しやすく、加工部の耐食性も問題とされている、
(5)めっき層中のAl含有量が高いことに起因して、一般の冷延鋼板に比べてスポット溶接性が劣り、とくに通常の溶融Znめっき鋼板に比べ、スポット溶接時の適正溶接電流範囲が狭く、連続打点性が劣る、
等の問題が指摘されている。
しかし、特許文献1、特許文献2、特許文献3に記載された技術では、いずれも20minから2.5hという長時間の熱処理を必要とし、生産性が極めて低いという問題がある。
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、耐食性および加工性に優れるうえ、さらにめっき外観にも優れた溶融Zn−Al系合金めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
まず、本発明めっき鋼板のめっき層組成の限定理由について説明する。
めっき層のAl含有量が、25質量%未満では、Znがリッチとなりすぎ、めっき層の平面部耐食性が低下する。一方、Alを70質量%を超えて含有すると、Alリッチになり、儀性防食作用が低下するため端面耐食性が低下するとともに、めっき層が硬質化して加工性が低下する。このため、めっき層中のAlは25〜70質量%の範囲に限定した。
本発明ではMgは、スパングルサイズの調整を目的として、めっき層に含有させる。めっき層にMgを含有させることにより、スパングルが微細化し、未塗装でのめっき外観、さらには、塗装外観を美麗化することができる。スパングルサイズとめっき層中のMg含有量との関係を図1に示す。
本発明めっき鋼板のめっき層では、上記したAl、Si、Mgに加えてさらに、Sr を含有する。Sr はSi含有量と関連して含有し、Si含有量の0.5〜5質量%、すなわち0.005×(Si%)〜0.05×(Si%)質量%を含有する。ここで、Si%は質量%で表示したSi含有量を意味する。
Sr含有量が、0.005×(Si%)質量%未満では、上記した効果が認められない。一方、Srを0.05×(Si%)質量%を超えて含有すると、めっき層にSr−Si系の析出物が析出し、これに起因すると推定される筋状欠陥がめっき表面に発生してめっき外観を損なう。このため、Srは0.005×(Si%)〜0.05×(Si%)質量%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.01×(Si%)〜0.03×(Si%)質量%である。
上記したようなめっき層組成を有することにより、従来のガルバリウム鋼板に比べて、耐食性および加工性に優れるうえ、めっき外観にも優れた溶融Zn−Al系合金めっき鋼板とすることができる。
また、本発明めっき鋼板は、スポット溶接性にも優れためっき鋼板となる。一般的に、溶融Znめっき鋼板および溶融Zn−Al系合金めっき鋼板は、冷延鋼板に比べ、低融点めっき層のため、スポット溶接性が劣る。とくに、ガルバリウム鋼板は、溶融Znめっき鋼板より適正溶接範囲が狭いと言われている。これは、めっき層中のAl含有量が多いため、電極の消耗が速いことによると考えられる。本発明めっき鋼板は、めっき層中にAl、Siに加えて、Sr、Mg、あるいはさらにCr、Niを含有しており、めっき層の融点が上昇し、電極へのAl酸化物の付着が防止され、スポット溶接時の電極の損傷が抑制されて、スポット溶接性、とくに連続打点性が向上するものと考えられる。
本発明で、下地鋼板として使用する鋼板は、用途に応じ公知の鋼板から適宜選定すれば良く、特に限定する必要はないが、例えば低炭素アルミキルド鋼、極低炭素鋼を用いることが、めっき作業の観点から好ましい。
本発明では、これらの鋼板を下地鋼板として、鋼板に、溶融Zn−Al系合金めっき浴に浸漬したのち、該溶融Zn−Al系合金めっき浴から引き上げて冷却し、鋼板表面に溶融Zn−Al系合金めっき層を形成するめっき処理工程を施して、溶融Zn−Al系合金めっき鋼板とする。
以下、実施例に基づいて、さらに本発明について詳細に説明する。
使用した溶融Zn−Al系合金めっき浴は、めっき層の平均組成が表1に示す組成となるように、めっき浴組成を調整し、浴温を表1に示す温度とするめっき浴とした。また、めっき浴から引き上げてのちの冷却は、めっき浴から引き上げてから350℃までの平均冷却速度が表1に示す冷却速度となるように調整した。なお、冷却速度の調整は、エアーによった。また、めっき付着量は片面当り65〜85g/m2とした。
得られためっき鋼板について、めっき外観、めっき層組織、めっき層硬さ、加工性、耐黒変性、加工部耐食性、耐切断端面さび性、耐エッジクリープ性、スポット溶接性を調査した。調査方法は次のとおりである。
得られた各めっき鋼板について、一定面積内の不めっきおよびドロス付着等の表面欠陥の有無を目視で観察し、5段階で評価した。評価:5は表面欠陥が無い場合、評価:4は表面欠陥が1点、評価:3は表面欠陥が1〜3点、評価:2は表面欠陥が4〜6点、評価:1は表面欠陥が7点以上存在する場合とした。
スパングル平均面積=(測定面積)/(スパングル核数)=π(d/2)2
(ここでd:スパングルの円相当径、π:円周率)
を用いて、スパングルの平均面積を求めて、スパングルの円相当径dを算出し、これをスパングル平均径として、5段階で評価した。評価:5は、スパングル平均径が0mm、評価:4は、スパングル平均径が0.1〜0.5mm、評価:3は、スパングル平均径が0.6〜1.0mm、評価:2は、スパングル平均径が1.1〜2.0mm、評価:1は、スパングル平均径が2.1mm以上、の場合とした。なお、表面欠陥評価が評価:4以上、スパングルが評価:3以上であれば、めっき外観が良好であると評価する。
得られた各めっき鋼板から試験片(組織観察用)を採取し、走査型電子顕微鏡を用いて、めっき層インターデンドライト部のSi結晶の形状を観察し、Si結晶の球状化状況を5段階で評価した。評価:5は、球状化率が100%、評価:4は、球状化率が99〜80%、評価:3は、球状化率が79〜60%、評価:2は、球状化率が59〜40%、評価:1は、球状化率が39%以下、の場合とした。なお、球状化率は、全Si結晶個数に対する球状化したSi結晶個数の割合(%)をいうものとする。なお、評価:3以上であればめっき層組成が良好であると評価した。
得られた各めっき鋼板から試験片(硬さ測定用)を採取し、めっき層断面で、マイクロビッカース硬度計を用いて、めっき層デンドライト部のα−Al相の硬さHV0.025を測定した。硬さ測定は、JIS Z 2244 の規定に準拠して、荷重24.5mN(2.5gf)で行った。
(4)加工性
得られた各めっき鋼板から試験片(大きさ:板厚0.8×幅50×長さ50mm)を採取し、試験片に対し180°(0T)曲げ加工を施したのち、曲げ部について反射電子像を10倍で撮影し、その部分をスキャンして画像解析によりその領域に現れる亀裂部の面積を測定し、曲げ加工部全面積に対する亀裂面積率を算出して、加工性を5段階で評価した。評価:5は、亀裂面積率が5%以下、評価:4は、亀裂面積率が5%超え10%以下、評価:3は、亀裂面積率が10%超え30%以下、評価:2は、亀裂面積率が35%以上、評価:1は、剥離発生、の場合とした。なお、評価:4以上を加工性良好と評価した。
得られた各めっき鋼板から試験片(大きさ:板厚0.8×幅50×長さ70mm)を採取し、各試験片同士をそれぞれ積層して、湿潤雰囲気(相対湿度:95%以上、温度:49℃)下に10日間放置する試験(黒変試験)を行ったのち、JIS Z 8722の規定に準拠して色差計で試験片表面のL値(明度)を測定し、黒変試験前後の試験片表面のL値(明度)の変化ΔL(=(黒変試験前のL値)−(黒変試験後のL値))を求め、耐黒変性を5段階で評価した。評価:5はΔLが0、評価:4はΔLが1〜3、評価:3はΔLが4〜8、評価:2はΔLが9〜12、評価:1はΔLが13以上、の場合とした。なお、評価:4以上を耐黒変性良好と評価した。
得られた各めっき鋼板から試験片(大きさ:板厚0.8×幅70×長さ150mm)を採取し、曲げ加工(密着曲げ:OT)を施したのち、試験片の上下左右の端面をテープでシールして、JIS K 5621の規定に準拠した複合促進試験(JIS CCT)を実施した。JIS CCT試験の条件は、塩水(5%NaCl)噴霧0.5h→湿潤(温度:30℃、相対湿度RH:95%)1.5h→乾燥(温度:50℃、相対湿度RH:20%)2h→乾燥(温度:30℃、相対湿度RH:20%)2hを1サイクルとして、このサイクルを2000サイクルまで行った。
得られた各めっき鋼板から試験片(大きさ:板厚0.8×幅50×長さ50mm)を切断により採取し、下バリの状態で、切断端面部を重ねて固定し、切断端面部を上にしてJIS K 5621の規定に準拠した複合促進試験(JIS CCT)を実施した。JIS CCTの条件は、塩水(5%NaCl)噴霧0.5h→湿潤(温度:30℃、相対湿度RH:95%)1.5h→乾燥(温度:50℃、相対湿度RH:20%)2h→乾燥(温度:30℃、相対湿度RH:20%)2hを1サイクルとして、このサイクルを2000サイクルまで行った。
得られた各めっき鋼板に、エポキシ系プライマーを乾燥塗膜厚さが5μmとなるように塗布したのち、220℃で30s間焼付け、さらにポリエステル系樹脂を乾燥膜厚が約20μmとなるように塗布し、200℃で30s間焼付けて、塗装鋼板とした。これら塗装鋼板から、切断機で、四面を切断して試験片(大きさ:板厚0.8×幅70×長さ150mm)を採取し、下バリの状態でJIS K 5621の規定に準拠した複合促進試験(JIS CCT)を実施した。なお、試験片の四端面のうち、幅方向端面はシールし、長さ方向端面にはシールを施すことなく、試験した。
試験後、試験片のシールなし端面におけるエッジクリープ幅(端面からのふくれ幅)を測定し、耐エッジクリープ性を5段階で評価した。評価:5はふくれ幅が0、評価:4はふくれ幅が1mm以下、評価:3はふくれ幅が1mm超え5mm以下、評価:2はふくれ幅が5mm超え10mm以下、評価:1はふくれ幅が10mm超え、の場合とした。なお、評価:4以上を耐エッジクリープ性良好と評価した。
得られた各めっき鋼板から、試験片(大きさ:板厚0.8×幅40×長さ100mm)を採取し、下記スポット溶接条件で連続打点して、スポット溶接継手を作製した。
溶接条件は次のとおりとした。
・初期加圧時間:45サイクル、通電時間:45サイクル、保持時間:45サイクル
・溶接電流:7.5 kA、加圧力:140kgf(1.3kN)
・電極:JIS C 9304−1999に規定されるDR(Dome Radius)型電極チップ(先端曲率半径:18mm、先端径:8mm)
得られた各スポット溶接継手について、JIS Z 3136の規定に準拠して引張剪断試験を実施し、引張剪断荷重を求め、引張剪断荷重がJIS Z 3140に規定するJIS A級(使用した母板強度、板厚から2.7kN)以下となる連続打点数からスポット溶接性を5段階で評価した。評価:5は、連続打点数が1000打点以上、評価:4は、連続打点数が1000打点未満800打点以上、評価:3は、連続打点数が800打点未満600打点以上、評価:2は、連続打点数が600打点未満400打点以上、評価:1は、連続打点数が400打点未満、の場合とした。なお、評価:4以上をスポット溶接性良好と評価した。
Claims (2)
- 鋼板に、溶融Zn−Al系合金めっき浴に浸漬したのち、該溶融Zn−Al系合金めっき浴から引き上げて冷却し、鋼板表面に溶融Zn−Al系合金めっき層を形成するめっき処理工程を施して、溶融Zn−Al系合金めっき鋼板とするに当り、前記溶融Zn−Al系合金めっき浴を、前記溶融Zn−Al系合金めっき層が平均で、質量%で、Al:25〜70%、Mg:0.5〜5%、Si:0.1〜5%、Sr:0.005×(Si%)〜0.05×(Si%)%(ここで、Si%:Si含有量(質量%))を含有し、残部Znおよび不可避的不純物からなるめっき層組成を有するように、めっき浴組成を調整しためっき浴とし、該溶融Zn−Al系合金めっき浴から引き上げたのちの前記冷却を、前記溶融Zn−Al系合金めっき浴から引き上げてから350℃までの平均冷却速度が10〜100℃/sである冷却とし、さらに圧下率:0.5〜5%の調質圧延を施す調質圧延工程と、ついで150〜350℃の温度範囲で過時効処理を施す過時効処理工程とを施すことを特徴とする耐食性および加工性に優れた溶融Zn−Al系合金めっき鋼板の製造方法。
- 前記めっき層組成に加えてさらに、質量%で、Cr:0.02〜2%およびNi:0.02〜2%を含有するめっき層組成とすることを特徴とする請求項1に記載の溶融Zn−Al系合金めっき鋼板の製造方法。
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