JP4836308B2

JP4836308B2 - 燃料タンク用アルミ系めっき鋼板

Info

Publication number: JP4836308B2
Application number: JP2000117356A
Authority: JP
Inventors: 隆左織; 泰三松田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001303230A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加工性及び耐食性に優れた燃料タンク用アルミ系めっき鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用燃料タンクは、鋼板をプレス加工して製造されるため、加工性を重視して溶融Ｐｂ−Ｓｎめっき鋼板が従来から使用されている。溶融Ｐｂ−Ｓｎめっき鋼板製の燃料タンクは、燃料による内面腐食や塩害等による外面腐食に対しても抵抗力がある。
しかし、環境負荷物質を軽減する観点からＰｂを使用しない材料の提供が望まれていることに応じ、環境負荷物質を含まないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉめっきを施したアルミめっき鋼板が燃料タンク用素材として使用され始めている。（特公平４−６８３９９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料タンクは、図１に示すような複雑形状に鋼板をプレス加工することにより製造されており、燃料タンク本体１にインレットパイプ２，フュエルパイプ３，フュエルリターンパイプ４，サブタンク５，ドレーンプラグ６等の各種部材が取り付けられる。このときのプレス加工は、伸び，圧縮等が複合された複雑な塑性変形を伴う加工であり、素材としてアルミめっき鋼板を使用する場合、溶融アルミめっき時に生成・成長するＦｅ−Ａｌ系化合物からなる硬質の合金層にクラックが発生し易い。
硬質合金層の成長はめっき層にＳｉを含ませることによりある程度抑制できるものの、依然として硬質のＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成が避けられない。そのため、プレス成形中にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層に応力が集中してクラックが生成・成長し、めっき層が剥離しやすい。めっき層が剥離すると、欠陥部を起点として腐食が進行し、短期間に燃料タンクの穴開きに至る危険が高くなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の形態を制御することにより、加工後にも欠陥のないＡｌ−Ｓｉめっき層を維持し、アルミ系めっき鋼板本来の優れた耐食性を活用した燃料タンクを提供することを目的とする。
本発明の燃料タンク用アルミ系めっき鋼板は、その目的を達成するため、鋼板表面にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層を介してＡｌ−Ｓｉめっき層が形成されており、前記Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層は平均層厚が５μｍ以下で、下地鋼から５μｍの高さ位置における表面幅Ｌ≧２ｍｍの任意の水平断面でみてＡｌ−Ｓｉめっき層側に成長したＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の突出部の幅の和がめっき層の表面幅に対する幅比で２０％以下に抑えられていることを特徴とする。
【０００５】
この燃料タンク用アルミ系めっき鋼板は、還元焼鈍した鋼板を３〜１３質量％のＳｉを含むアルミめっき浴に浸漬し、アルミめっき浴から引き上げられた鋼板に付着しているめっき金属の付着量を片面当り２０〜６０ｇ／ｍ²に調整し、次いで平均冷却速度１０℃／秒以上で３００℃以下の温度域に冷却することにより製造される。
【０００６】
【作用及び実施の形態】
Ｓｉを含むアルミめっき浴にめっき原板を導入して鋼板表面にＡｌ−Ｓｉめっき層を形成するとき、下地鋼とＡｌ−Ｓｉめっき層との界面にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層が生成する。形成されためっき層断面を顕微鏡観察すると、図２に示すようにＡｌ−Ｓｉめっき層の表層に向けて細長く成長したＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層が検出される。
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の細長い部分は、次のようにして成長するものと推察される。めっき原板は、アルミめっき浴への導入により溶融Ａｌ−Ｓｉ合金を鋼板表面に付着した後、目付け量が調整され、冷却される。冷却過程で、鋼板表面に付着している溶融Ａｌ−Ｓｉ合金からα−Ａｌが初晶として晶出し、α−Ａｌ粒子の晶出・成長に伴って粒子界面に残存している液相のＳｉ濃度が高くなる。下地鋼からＡｌ−Ｓｉめっき層に拡散するＦｅは、固相（α−Ａｌ粒子）に比較して液相の方が多くなる。液相は最終的にはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉの共晶組成で凝固するが、凝固終了までの時間が長くなると、めっき層表層に向かってＦｅの拡散が進行し、α−Ａｌ粒子の粒界に沿ってＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層が細長く成長する（図２）。
【０００７】
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層は、Ａｌ−Ｓｉめっき層に比較して硬質で脆い。このようなＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層がめっき層の表層に向けて細長く伸びていると、アルミ系めっき鋼板を深絞り等で燃料タンクに成形加工する際にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層に応力が集中し、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層を起点とするクラックが発生しやすい。めっき層は、クラックの伝播により下地鋼から剥離しやすくなる。めっき層の剥離は、剥離部からの腐食を進行させるため耐食性低下の原因にもなる。
本発明者等は、細長く成長するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の形態がアルミ系めっき鋼板の加工性に及ぼす影響を調査検討した。その結果、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の平均層厚が５μｍ以下、５μｍを超えてＡｌ−Ｓｉめっき層の表層側に成長するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の突出部の幅の和がめっき層の表面幅に対する幅比で２０％以下に抑えられているとき、アルミ系めっき鋼板に深絞り等の加工を施してもＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層にクラックが発生しがたく、加工性及び耐食性に優れた燃料タンク用アルミ系めっき鋼板が得られることを解明した。
【０００８】
すなわち、溶融アルミめっき法では細長いＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成が避けられないが、下地鋼から５μｍ以上の高さ位置における任意の水平断面でみてＡｌ−Ｓｉめっき層の表層に向けて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層ａ，ｂの幅ｌ₁，ｌ₂の和ｌ₁＋ｌ₂が当該部分のめっき層の表面幅Ｌに占める幅比（ｌ₁＋ｌ₂）／Ｌが２０％以下になると、応力集中が緩和され、細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層ａ，ｂにクラックが発生しなくなる（図３）。
【０００９】
図３では、説明の都合上、下地鋼から５μｍ以上の高さでＡｌ−Ｓｉめっき層の表層に向けて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層を２本示しているが、実際のアルミ系めっき鋼板では複数のＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層が下地鋼からＡｌ−Ｓｉめっき層の表層に向けて伸びている。したがって、下地鋼から５μｍ以上の高さ位置における表面幅Ｌ≧２ｍｍの任意の水平断面でみてＡｌ−Ｓｉめっき層の表層に向けて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅の和がめっき層の表面幅に占める幅比は、次式で表される。

ただし、Ｌ：めっき層の水平断面距離
ｌ：めっき層の水平断面距離において下地鋼から５μｍ以上の高さでＡｌ−Ｓｉめっき層の表層に向けて突出するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層突出部の幅
【００１０】
幅比とクラック発生との関係は、本発明者等による実験結果から明らかになったものであり、幅比が２０％を超えると細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層ａ，ｂに集中する応力の影響が現れ始める。
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成・成長は、３質量％以上のＳｉをＡｌ−Ｓｉめっき層に含ませることにより抑制される。Ｓｉは、アルミ系めっき鋼板の加工性を確保する上でも有効な成分である。しかし、１３質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、Ａｌ−Ｓｉめっき層の凝固冷却過程で初晶Ｓｉが晶出し、Ａｌ−Ｓｉめっき層の密着性やアルミ系めっき鋼板の加工性が劣化する原因となる。
【００１１】
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成は、ガスワイピング後の冷却速度によっても影響される。たとえば、冷却速度が遅い場合、冷却過程でＡｌ−Ｓｉめっき層が凝固するまでに時間を要し、下地鋼からＡｌ−Ｓｉめっき層に拡散するＦｅ量が増加するため、Ｓｉ３質量％以上であってもＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の抑制効果が低下してしまう。そこで、３００℃以下の温度域まで１０℃／秒以上の平均冷却速度でＡｌ−Ｓｉめっき層を凝固冷却することにより、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成・成長を抑制する。
３００℃以下の温度域まで１０℃／秒以上の平均冷却速度でＡｌ−Ｓｉめっき層を冷却することは、細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層ａ，ｂの生成・成長を抑制する上でも有効である。
【００１２】
細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成は、前述したようにα−Ａｌ粒子の粒界にある液相に下地鋼からＦｅが拡散する速度とα−Ａｌ粒子（固相）にＦｅが拡散する速度との間に差があることに原因がある。この点、平均冷却速度１０℃／秒以上で３００℃以下の温度域までＡｌ−Ｓｉめっき層を冷却し、Ａｌ−Ｓｉめっき層の凝固を短時間で完了させるとき、晶出するα−Ａｌ粒子が大きく成長することなく、微細なα−Ａｌ粒子が液相全体にわたって多量且つ均一に分布した状態で凝固が進行する。そのため、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の部分的な成長の遅速が緩和され、凹凸の少ないＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層が生成される。また、Ｆｅの拡散時間も短くなるため、拡散距離も短くなる。その結果、拡散速度差が小さくなり、細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の成長が抑えられ、幅比が２０％以下になる。
【００１３】
本発明では、使用するめっき原板の鋼種は特に制約されるものではないが、過酷な加工が予定されている燃料タンクとして使用されることから、加工性に優れたＩＦ鋼の使用が好ましい。なかでも、深絞り性を考慮するとき、１．６以上のランクフォード値をもつめっき原板が好ましい。
また、内面及び外面共に腐食環境に曝される燃料タンク用素材として使用されることを考慮し、必要とする耐食性を得るためＡｌ−Ｓｉめっき層の付着量を片面当り２０ｇ／ｍ²以上にしている。一般にめっき付着量の増加に伴って耐食性も向上するが、種々の溶接性が必要とされる燃料タンク用途ではめっき付着量の上限を６０ｇ／ｍ²に設定することによって溶接性を確保する。
【００１４】
【実施例】
めっき原板として板厚０．８ｍｍの普通鋼板を使用し、還元焼鈍した後、ライン速度９０ｍ／分で浴温６６０℃の溶融アルミめっき浴に導入し、ガスワイピングによって付着量を片面当り２０〜６０ｇ／ｍ²に調整したアルミめっき鋼板を製造した。溶融アルミめっき浴のＳｉ含有量，めっき原板に付着した溶融めっき金属の凝固速度を変えることにより、下地鋼とＡｌ−Ｓｉめっき層との界面に生成するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の形態に及ぼす影響を調査した。
【００１５】
表１の調査結果にみられるように、本発明で規定した条件下で製造したアルミ系めっき鋼板では、５μｍ以上の細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅の和がめっき層の表面幅Ｌに占める幅比が何れも２０％以下であった。これに対し、凝固時間が本発明で規定した範囲を外れる比較例では、幅比が２０％を超えていた。
【００１６】

【００１７】
得られた各アルミ系めっき鋼板から平板状の試験片を切り出し、加工性試験によって溶融アルミめっき層の密着性を調査した。また、燃料タンク用途を想定した内面腐食試験及び外面腐食試験により、加工後の試験片の耐食性を調査した。
〔加工性試験〕
半径２０ｍｍ，肩アール５ｍｍのポンチを用い、ブランク径８４ｍｍの試験片を絞り比２で平底円筒状に絞り加工した。絞り加工された試験片の最も過酷な加工を受けた部位に感圧接着テープを貼り付けた後、感圧接着テープを引き剥がし、アルミめっき鋼板から剥離される溶融アルミめっき層の程度を調査した。テープ剥離後にも溶融アルミめっき層の残存率が高いものほど、密着性が良好なものといえる。
【００１８】
〔内面腐食試験〕
蟻酸３５０ｐｐｍを含む水を等量のガソリンと混合し、試験液を調整した。１週間ごとに試験液を取り替えながら試験片を試験液に継続して浸漬し、１０週間経過した時点で試験片を引き上げ、腐食部の板厚を測定した。測定値から腐食部の板厚減少率を算出し、該板厚減少率によって内面耐食性を評価した。
〔外面腐食試験〕
濃度５質量％の塩水を試験片表面に継続噴霧し、噴霧開始から２４０時間経過した時点で試験片の表面を観察した。試験片の表面に発生している赤錆の面積率を求め、赤錆面積率により外面耐食性を評価した。
【００１９】
調査結果を示す表２にみられるように、５μｍを超えて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比を２０％以下に抑えた本発明例では、何れも良好なめっき密着性を示し、加工後にもＡｌ−Ｓｉめっき層で下地鋼が覆われているため内面耐食性及び外面耐食性共に良好であった。これに対し、細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比が２０％を超える比較例では、プレス成形によってめっき層が剥離し、剥離部分を起点とする腐食が発生した。
また、めっき密着性と５μｍを超えて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比との関係を整理したところ、図４に示すように幅比２０％を境としてめっき層残存率に明確な相違があった。
表２及び図４から、５μｍを超えて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比を２０％以下に抑えるとき、プレス成形によってもめっき層が剥離せず、アルミ系めっき鋼板本来の優れた耐食性が維持され、燃料タンク用アルミ系めっき鋼板として好適に使用されることが判る。
【００２０】

【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の燃料タンク用アルミ系めっき鋼板は、下地鋼からめっき層表面に向けて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比を小さくすることにより、プレス加工時にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層への応力集中を緩和し、深絞り等の加工を施してもめっき層の剥離を防止している。これにより、プレス加工後にもアルミ系めっき鋼板本来の優れた耐食性が維持され、劣化ガソリンを使用した場合でもめっき層剥離部からの腐食による穴開きのない燃料タンクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料タンクの概略斜視図
【図２】アルミ系めっき鋼板の断面図
【図３】下地鋼からめっき層表面に向けて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比を説明する図
【図４】５μｍを超えて細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の幅比によりめっき層の密着性が変わることを表したグラフ
【符号の説明】
ａ，ｂ：細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層
ｌ₁，ｌ₂：細長く伸びたＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層ａ，ｂの幅
Ｌ：めっき層の表面幅

Claims

鋼板表面にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層を介してＡｌ−Ｓｉめっき層が形成されており、前記Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層は平均層厚が５μｍ以下で、下地鋼から５μｍの高さ位置における表面幅Ｌ≧２ｍｍの任意の水平断面でみてめっき層表層側に成長したＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の突出部の幅の和がめっき層の表面幅に対する幅比で２０％以下に抑えられていることを特徴とする燃料タンク用アルミ系めっき鋼板