JP5980675B2 - 金属被覆スチールストリップおよびその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストリップ、典型的には耐腐食性金属合金被膜を有するスチールストリップに関する。

本発明は、特に合金の主要元素としてアルミニウム―亜鉛―ケイ素―マグネシウムを含有する耐腐食金属合金被膜（以下、「Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金」と呼ぶ。）に関する。合金被膜は必要な元素または不可欠な不純物として存在する他の元素を含んでもよい。

本発明は非限定的だが特に上記Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を被覆した金属ストリップに関する。これらの被膜の主用途は、腐食に対して保護を提供するスチールストリップの表面上への薄い（即ち、２〜１００μｍ、典型的には３〜３０μｍの厚さの）被膜である。このストリップは、最終製品、例えば屋根製品に冷間成形（例えば、ロール成形）されうる。

本明細書中、用語「Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金」とは、Ａｌ２０〜９５％、Ｓｉ５％以下、Ｍｇ１０％以下で残りＺｎ、少量の他の元素、典型的には各他の元素０．５％以下を含有する合金を意味する。

他の元素にはＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｒ，Ｖ，ＣａおよびＳｂのいずれか１以上を包含する。Ｆｅの場合、典型的にはＦｅの量は１．５％以下で、被膜が従来のホット―ディップ被覆方法で形成される場合に不純物として存在する。

本明細書中において、別途指示しない限り、元素のパーセントはすべて重量％を意味する。

典型的には、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金は以下の元素を主要元素として記載の範囲の量で含有する：
Ａｌ：４０〜６０重量％
Ｚｎ：４０〜６０重量％
Ｓｉ：０．３〜３重量％
Ｍｇ：０．３〜１０重量％

典型的には、防食性金属合金被膜はホットディップ被覆方法でスチールストリップ上に形成される。

従来のホットディップ被覆方法では、スチールストリップは一般に１以上の熱処理炉を通過させ、その後被覆ポット中の溶融した金属合金の浴に導入するかまたは浴中を通過させる。被覆ポットに隣接する熱処理炉は浴の上表面に近い位置に下向きに伸びる排出口（？）を有する。

金属合金は通常熱誘導体の使用により被覆ポット中で溶融状態を維持している。ストリップは通常浴中に沈む長い炉出口シュートまたはスノートの形態において排出端部分を通って熱処理炉を出て行く。浴中では、ストリップは一以上のシンクロールの周りをまわって浴から上方に取り出され、浴を通過する際に金属合金で被覆される。

被覆浴を出たらストリップに被覆された金属合金は被膜厚制御位置、例えばガスナイフまたはガス除去位置を通過させて、そこで被覆表面を除去ガスにさらして被膜の厚さを制御する。

次いで、金属合金被覆されたストリップは冷却セクションを通過して強制的に冷却する。

その後、冷却された金属合金被覆ストリップは必要に応じて、スキンパスロール位置（焼きなましロール部としても知られている）および張力平均化部を順次通過させて養生する。養生ストリップは巻き取り位置で巻き取られる。

最終用途に応じて、金属被覆ストリップはストリップの片面または両面をポリマー状塗料で塗装してもよい。

オーストラリアやその他の地域でビル用の製品、特に外壁（profiled wall）や屋根シートに広く使用されている防食金属被覆組成物はＳｉを含む５５％Ａｌ−Ｚｎ被覆組成物である。外壁シート（profiled sheet）は通常冷間成形塗装された金属合金被覆ストリップによって製造される。典型的には、外壁シートは塗装ストリップを冷間成形することにより製造される。

固化後には、５５％Ａｌ−Ｚｎ合金被膜は通常、インターデンドライト領域でアルファ―Ａｌデンドライトおよびベータ―Ｚｎ相からなる。ケイ素は、ホットディップ被覆方法においてスチール基材と溶融被膜との間の過剰な合金化を防ぐために、被覆合金組成中に添加される。ケイ素の一部は第４合金層形成に作用するが、ケイ素の主要部分は固化時に針状の純粋ケイ素粒子として沈殿する。この針状ケイ素粒子はインターデンドライト領域にも存在する。

出願人は、Ｍｇを５５％Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ被覆組成物に加えると、Ｍｇが形成された腐食生成物の性質を変化させて製品の性能にある種の優れた効果、例えば優れた切断面保護を提供することを見出した。

しかしながら、ＭｇはＳｉと反応してＭｇ_２Ｓｉ相を形成して、それが上記のＭｇの利点を種々の理由で緩和することも見出した。特に、Ｍｇ_２Ｓｉ相はＳｉより嵩高く、もろく、鋭い端部を有する「漢字様」形態を有する。これらの要因のすべては被膜延性などに潜在的に害をもたらし、高い応力負荷時に被膜クラッキングを促進する。出願人はまた、クラッキングが大きいことが前塗装製品、特に「酸性雨」または「汚染」環境において使用される時に、Ｍｇが塗装フィルムの下の被覆ストリップの防食性能をもたらすという利点を相殺してしまうので、望ましくないことを見出した。従って、５５％Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ被覆組成物にＭｇを添加することは、延性や腐食性能に悪影響を与える点で不利である。

上記のようなことは、オーストラリアやその他の地域で一般的な知識としては認められていない。

本発明は１以上の以下の特徴：
（ａ）粒径２μｍ以下、および
（ｂ）上記の「漢字様」粒子よりも球状形態
を有する被膜中に分散されたＭｇ_２Ｓｉ相粒子を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金被覆ストリップを提供する。

また、本発明は被膜中に分散されたＭｇ_２Ｓｉ相粒子を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金被覆ストリップを形成する方法を提供し、その方法は
（ａ）被膜中のＭｇ_２Ｓｉ相粒子の球状化を促進するために固化被膜を熱処理する工程、および／または
（ｂ）Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の核サイトとして作用する金属間化合物相を形成して、被膜の固化時に小さなＭｇ_２Ｓｉ粒子を形成するために、被膜浴の化学組成を変更する工程、
を含む。

本発明は金属被覆ストリップ、例えばスチールストリップを形成する方法であって、
（ａ）前記ストリップをＡｌ、Ｚｎ、ＳｉおよびＭｇ、必要に応じて他の元素を含む熱浸漬被覆浴内を通過させて、前記ストリップ上に溶融Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金被膜を形成する工程、
（ｂ）被覆ストリップを冷却してストリップ上に溶融Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を固化して、アルファーＡｌ相デンドライト、インターデンドライト領域にはＺｎ−リッチ相およびインターデンドライト領域にＭｇ_２Ｓｉ相粒子を有するミクロ構造を有する固化被膜を形成する工程、
（ｃ）被覆ストリップをアルファーＡｌ相デンドライトおよびＺｎ−リッチインターデンドライト相のアズーキャスト（as-cast）ミクロ構造からＡｌ−Ｚｎ相固溶体を形成する温度と時間熱処理して塗膜中に分散したＭｇ_２Ｓｉ相粒子の球状化を促進する工程、および
（ｄ）加熱処理したストリップを冷却する工程
からなる金属被覆ストリップの形成方法を提供する。

熱処理工程（ｃ）は少なくとも３００℃の温度であって良い。
熱処理工程（ｃ）は少なくとも３５０℃の温度であって良い。
熱処理工程（ｃ）は少なくとも４５０℃の温度であって良い。
熱処理工程（ｃ）は６００℃以下の温度であって良い。
熱処理工程（ｃ）は少なくとも１５分であって良い。
熱処理工程（ｃ）は１５分〜３０分であって良い。
熱処理工程（ｃ）は３０分以下であって良い。

冷却工程（ｂ）がＭｇ_２Ｓｉ相粒子を少なくとも部分的にフラグメント化して微粒子を形成するかまたは固化被膜中に最初に微細Ｍｇ_２Ｓｉ相粒子を形成するのに十分に高い速度でストリップを冷却することを包含してもよい。
微細Ｍｇ_２Ｓｉ粒子は大きさ２μｍ以下であってよい。
冷却工程（ｂ）は少なくとも１５０℃／秒の速度でストリップを冷却することを包含してもよい。
冷却速度は少なくとも２００℃／秒であってよい。
冷却速度は少なくとも４００℃／秒であってよい。
冷却速度は少なくとも６００℃／秒であってよい。
冷却工程は水霧または冷却ガスでストリップを冷却することを包含しても良い。

冷却工程（ｄ）がＭｇ_２Ｓｉ相粒子の成長を最小にしかつ加熱処理工程（ｃ）で形成された球状Ｍｇ_２Ｓｉ相粒子を少なくとも実質的に保持する速度で加熱処理したストリップを冷却すること包含してもよい。
被膜は厚さ３〜３０ミクロンであってよい。

被覆工程（ａ）がＭｇ_２Ｓｉ粒子用の核サイトとして作用する元素または化合物を有する熱浸漬被覆浴を提供することを包含しても良い。
他の元素はアンチモンである。
被覆ストリップ上にペイント被膜を形成することを包含しても良い。

金属被覆ストリップ、例えばスチールストリップを形成する方法であって、
（ａ）前記ストリップをＡｌ、Ｚｎ、ＳｉおよびＭｇ、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子用の核サイトとして作用する元素、元素群または化合物、必要に応じて他の元素を含む熱浸漬被覆浴を通過して、前記ストリップ上に溶融Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金被膜を形成する工程、
（ｂ）被覆ストリップを冷却してストリップ上に溶融Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を固化して、アルファーＡｌ相デンドライト、インターデンドライト領域にはＺｎ−リッチ相および被膜のインターデンドライト領域にＭｇ_２Ｓｉ相粒子を有するミクロ構造を有する固化被膜を形成する工程
からなる金属被覆ストリップの形成方法を提供する。

他の元素はアンチモンであってよい。
Ｍｇ_２Ｓｉ粒子は２μｍ以下であってよい。
Ｍｇ_２Ｓｉ粒子はより球形状およびより鋭い端部を有する「漢字状」でなくてよい。

本発明は、また、
（ａ）粒径２μｍ以下、および
（ｂ）球状
であるＭｇ_２Ｓｉ粒子を有する、Ａｌ−Ｚｎ相の固溶体および被膜中Ｍｇ_２Ｓｉ相の粒子の分散を有するミクロ構造を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の被膜をストリップ上に有するストリップ、例えばスチールストリップを提供する。

被膜はストリップの少なくとも一つの面上の厚さ５〜３０ミクロンを有してもよい。

本発明によって製造された被膜ミクロ構造は改良された被膜の延性と向上した耐腐食性において有利である。

・被膜延性の改良
上記した鋭い端部を有する「漢字状」形態よりも小さく、より球形状のＭｇ_２Ｓｉ粒子は高い応力成形加工において圧力集中を軽減し、潜在的なクラックの開始や伝達を小さくする。

・被膜の耐腐食性の向上
上述のように、Ｍｇ_２Ｓｉ相を鋭い端部を有する「漢字状」形態ではなく微細で球状の粒子に変えることは、被膜のクラッキングを潜在的に減少する。被膜中にＭｇ_２Ｓｉ相粒子が多く分散すればするほど、腐食チャンネルの均一な「ブロッキング」および「活性化」を促進することで有利になる。従って、被膜の耐食性が向上する。

本発明の製造方法によるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を被覆したスチールストリップを製造する連続製造ラインの一例を模式的に示す図である。

添付図面を参照して、本発明を実施例により更に説明する。添付図面は本発明の製造方法によるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を被覆したスチールストリップを製造する連続製造ラインの一例を模式的に示す図である。

図面を参照して、使用時に、冷間圧延スチールストリップのコイルを巻出し位置（図示されていない）で巻出して、ストリップの連続した巻出し端を溶接機（非図示）で溶接して、ストリップ３の連続ストリップを形成する。

次いで、ストリップ３を連続的にアキュムレーター（非図示）、ストリップクリーニング位置（非図示）および炉アッセンブリ４を通過される。炉アッセンブリ４は、プレヒーター、プレヒート還元炉および還元炉（reducing furnace）を包含する。

ストリップを炉アッセンブリ４内で工程変数（例えば、（ｉ）炉内の温度制御、（ｉｉ）炉内の還元ガス濃度、（ｉｉｉ）炉中のガス流速および（ｉｖ）炉内のストリップ残留時間（即ち、ラインスピード））を注意深く制御して熱処理する。

炉アッセンブリ４内の工程変数を制御して、ストリップ表面から酸化鉄残分を除去し、残留油分を除去し、かつ鉄微粉を除去する。

次いで、熱処理したストリップを出口を経由して下方に、被覆ポット５中に保持されたＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を含む溶融浴に送り、通過させてＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金で被覆する。浴にはＭｇ_２Ｓｉ粒子の核位置として作用して小さなＭｇ_２Ｓｉ粒子を被膜の固化時に金属間化合物の形成を促進する一以上の元素または化合物を含んで良い。好ましくは、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金は加熱インダクター（非図示）の使用によって被覆ポット中で溶融状態を維持する。浴中で、ストリップがシンクロールの周りを回り、浴から上方に取り出される。ストリップの両面が浴を通過するとアルミニウム−亜鉛−シリコン合金で被覆される。

被覆浴５を通過後、ストリップは垂直にガス除去位置６に送られ、そこでその被覆方面が除去ガスのジェットに曝されて被膜の厚さが制御される。

次いで、被覆ストリップは冷却位置７に送られ、強制冷却される。好ましくは、ストリップは、少なくとも部分的にＭｇ_２Ｓｉ相粒子を分断して微細粒子を形成するか、固化被膜中で最初の時点で微細Ｍｇ_２Ｓｉ相粒子を形成するのに充分高い速さで冷却する。典型的には、このことは少なくとも３００℃／秒の速さでストリップを冷却することを意味する。

冷却され被覆されたストリップは、次いで、被覆ストリップの表面をコンディションするロール位置８に送られる。

最後に、コンディショニングされたストリップは熱処理炉９に送られ、熱処理される。典型的にはストリップは被膜中のＭｇ_２Ｓｉ相粒子の球状化を促進するために３２０〜５００℃の範囲の温度で１５〜３０分間熱処理される。次いで、熱処理されたストリップは、熱処理工程の最終段階での大きさと形態に可能な限り近い状態にＭｇ_２Ｓｉ相粒子を維持するために、冷却、典型的には水冷される。

本発明には本発明の特許請求の範囲および精神から逸脱しない限り、多くの変形が加えられてもよい。

Claims (9)

1. 金属被覆スチールストリップを形成する方法であって、
   （ａ）前記ストリップをＡｌ、Ｚｎ、ＳｉおよびＭｇを含む熱浸漬被覆浴内を通過させて、前記ストリップ上に溶融Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金被膜を形成する工程、
   （ｂ）被覆ストリップを冷却してストリップ上に溶融Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を固化して、アルファーＡｌ相デンドライト、インターデンドライト領域にはＺｎ−リッチ相およびインターデンドライト領域にＭｇ_２Ｓｉ相粒子を有するミクロ構造を有する固化被膜を形成する工程、
   （ｃ）少なくとも３００℃の温度で、被覆ストリップをアルファーＡｌ相デンドライトおよびＺｎ−リッチインターデンドライト相のアズ−キャスト（as-cast）ミクロ構造からＡｌ−Ｚｎ相固溶体を形成する時間熱処理して被膜中に分散したＭｇ_２Ｓｉ相粒子の球状化を促進する工程、および
   （ｄ）加熱処理したストリップを冷却する工程
   からなり、
   Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が、Ａｌ２０〜９５重量％、Ｓｉ５重量％以下、Ｍｇ１０重量％以下、残りとしてＺｎおよび他の元素を含有する
   金属被覆ストリップの形成方法。
2. 熱処理工程（ｃ）が６００℃以下の温度である請求項１記載の方法。
3. 熱処理工程（ｃ）が少なくとも１５分間である請求項１または２記載の方法。
4. 熱処理工程（ｃ）が３０分以下である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 冷却工程（ｂ）がＭｇ_２Ｓｉ相粒子を少なくとも部分的にフラグメント化して２μｍ以下の微粒子を形成するかまたは固化被膜中に最初に２μｍ以下の微細Ｍｇ_２Ｓｉ相粒子を形成するのに十分に高い速度でストリップを冷却することを包含する請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 冷却工程（ｂ）が少なくとも１５０℃／秒の速度でストリップを冷却することを包含する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 冷却工程（ｂ）が少なくとも６００℃／秒の速度でストリップを冷却することを包含する請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 冷却工程（ｄ）がＭｇ_２Ｓｉ相粒子の成長を最小にしかつ加熱処理工程（ｃ）で形成された球状Ｍｇ_２Ｓｉ相粒子を少なくとも保持する速度で加熱処理したストリップを冷却することを包含する請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 被覆工程（ａ）がＭｇ_２Ｓｉ粒子用の核サイトとして作用するＡｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｇおよび他の元素を含む熱浸漬被覆浴を提供し、該他の元素がＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｖ、ＣａおよびＳｂから成る群から選択される請求項１〜８のいずれかに記載の方法。

Images