JP6070607B2 - Ａｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は、家電製品、自動車部品、建材として使用できる、優れた耐食性を有するＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板に関するものである。
鋼板は他の金属板に比べて製造コストが安価であり、成形性が優れているなどの理由から家電製品、自動車部品、建材として幅広く用いられている。しかしながら、鋼板の欠点として、使用される環境において錆が発生することで鋼板の使用できる寿命が短くなることがあげられる。このような観点から、表面に亜鉛めっきを施すことで、鋼板自体の腐食を抑制し、長期間の鋼板使用を可能にしている。
近年、産業分野において製品の長寿命化やライフサイクルコストを最小化することが社会的に求められている。従来、高耐食性を付与した鋼板として、例えば自動車分野においてはＺｎ−Ni合金めっき鋼板等が開発され、一部で自動車に適用されてきた。しかしながら、このような高耐食を目的とした合金めっきの多くは、例えば非特許文献１に記載のように実環境において優れた耐食性を発揮しないことが明らかとなってきた。これは鋼板の耐食性評価が塩水噴霧試験等の実環境とは大きく異なる環境でなされてきた為と考えることができる。すなわち鋼板の耐食性評価は実環境に近い乾燥と湿潤を有する試験サイクルでの評価を行ったうえで実施することが重要であり、このような環境下においても高耐食性を確保しうるめっき鋼板の開発が望まれてきた。
さらに近年、Ｚｎの使用量が急激に増加し、Ｚｎの可採年数が２０年未満であるとの報告がなされ、Ｚｎ価格の高騰だけではなく、Ｚｎ資源の枯渇が現在Ｚｎめっきを使用している産業分野において大きな問題になっている。
このような背景の中、特許文献１には、Ａｌを主体とする加工部及び端面耐食性に優れためっき鋼板が開示されている。
特許文献２には、Ａｌ−Ｓｎ合金又はＡｌからなる皮膜とその皮膜上にＳｎ層を有するＤＩ缶用めっき鋼板が開示されている。
K.Honda, K. Nishimura, K. Hayashi, F. Yamazaki: CAMP-ISIJ, 9(1996), 473
しかしながら、特許文献１のめっき鋼板ではＡｌが主体ではあるが、Ｚｎを１１〜２５％含んでいるため前記課題であるＺｎ資源の枯渇に対する鋼板としては、産業上好ましくない。また、Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の場合、塗装鋼板のキズ部から糸状に錆が進行すること、また自動車の塗装前処理として用いられているリン酸塩処理での反応性が低くなる為、専用のリン酸塩処理液（化成処理液）を用いる必要があるため、特に自動車産業への当該皮膜の適用は好ましくない。
特許文献２のめっき鋼板の場合、めっき皮膜にＺｎを含んでいないが、めっき層を２層形成させる必要があるため、設備コストが増大して好ましくなく、より簡素な皮膜構成とする必要がある。また、特許文献２は缶材を対象としているため、缶材以外の用途での耐食性については不明である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、Ｚｎを用いることなく耐食性に優れた鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために、実環境に近い乾燥と湿潤を有する試験での鋼板の耐食性を向上させる皮膜組成について鋭意検討を重ねた。その結果、Ａｌを適量含有するＡｌ−Ｓｎ合金皮膜を鋼板表面に形成させることにより耐食性が著しく向上することを見出し、本発明に至った。
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
鋼板表面に、Ａｌの含有率が２０質量％以上４０質量％未満であるＡｌ‐Ｓｎ合金皮膜を２〜５０g/m2有することを特徴とするＡｌ‐Ｓｎ合金被覆鋼板。
鋼板表面に、Ａｌの含有率が２０質量％以上４０質量％未満であるＡｌ‐Ｓｎ合金皮膜を２〜５０g/m2有することを特徴とするＡｌ‐Ｓｎ合金被覆鋼板。
本発明によれば、鋼板が実際に使用される環境において高耐食性を有するＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板が得られる。また、本発明のＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板は特別のリン酸塩処理液（化成処理液）を用いることがなく、通常用いるリン酸塩処理液で優れた化成処理性を有する。
以下、本発明について具体的に説明する。
なお、皮膜の含有率に関する「％」表示は質量％を意味する。
本発明のＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板は、鋼板表面に、Ａｌの含有率が２０質量％以上４０質量％未満であるＡｌ−Ｓｎ合金皮膜を２〜５０g/m2有することを特徴とする。
Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜は、ＡｌとＳｎから形成され、Ａｌの含有率は２０％以上４０％未満であることが必要である。２０％未満の場合、耐食性が低下するだけではなく、特に自動車分野で使用する場合には塗装工程前のリン酸塩処理（化成処理）工程で、スケと呼ばれるリン酸塩皮膜の未形成欠陥が生じる。また、Ａｌの含有率が４０％以上の場合、急激に耐食性が劣化する。製造における変動を考慮する場合、好ましくは３５％未満である。
Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜は、ＡｌとＳｎから形成され、Ａｌの含有率は２０％以上４０％未満であることが必要である。２０％未満の場合、耐食性が低下するだけではなく、特に自動車分野で使用する場合には塗装工程前のリン酸塩処理（化成処理）工程で、スケと呼ばれるリン酸塩皮膜の未形成欠陥が生じる。また、Ａｌの含有率が４０％以上の場合、急激に耐食性が劣化する。製造における変動を考慮する場合、好ましくは３５％未満である。
Ｓｎの含有率は６０％以上８０％以下が好ましい。６０％未満では急激に耐食性が劣化する場合があり、８０％超えでは耐食性が低下するだけではなく、特に自動車分野で使用する場合には塗装工程前のリン酸塩処理（化成処理）工程で、スケと呼ばれるリン酸塩皮膜の未形成欠陥が生じる場合がある。
ＡｌとＳｎの含有量の合計は９５％以上であることが好ましい。ＡｌとＳｎ以外の残部については特に限定されない。例えば、Ｚｎ、Ｆｅを５％未満の範囲で含有することができる。
Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜の付着量は２〜５０g/m2とする。２g/m2未満の付着量では初期の耐食性は向上するものの、使用期間が長い場合には耐食鋼板として十分な防食機能を果たすことが出来ない。５０g/m2超えの付着量では、プレス加工がなされる場合に、皮膜が剥離する懸念が増大する。また、防食機能を果たすことが出来るが、製造コストが高くなるため好ましくない。
合金皮膜の素地となる鋼板について説明する。鋼成分の特定は特に行わない。強度、組織などの種類についても特に限定はしない。冷間圧延材、熱間圧延材を素地鋼板として用いることもできる。鋼種としてはＩＦ鋼等を使用することができる。
次に、本発明のＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板の製造方法について説明する。
本発明のＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板は、例えば、所定の成分組成を有する鋼を熱間圧延した後、冷間圧延して鋼板とし、次いで、焼鈍を行い、Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜を形成するためのめっき処理を行うことで製造することができる。
熱間圧延
通常、行われる条件にて行うことができる。
通常、行われる条件にて行うことができる。
酸洗
熱間圧延後は酸洗処理を行うのが好ましい。酸洗工程で表面に生成した黒皮スケ−ルを除去し、しかる後冷間圧延する。なお、酸洗条件は特に限定しない。
熱間圧延後は酸洗処理を行うのが好ましい。酸洗工程で表面に生成した黒皮スケ−ルを除去し、しかる後冷間圧延する。なお、酸洗条件は特に限定しない。
冷間圧延
３０〜９０％の圧下率で行うことが好ましい。圧下率が３０％未満では再結晶が遅延するため、機械特性が劣化しやすい。一方、圧下率が９０％超えでは圧延コストがアップするだけでなく、焼鈍時の表面濃化が増加するため、めっき特性が劣化する。
３０〜９０％の圧下率で行うことが好ましい。圧下率が３０％未満では再結晶が遅延するため、機械特性が劣化しやすい。一方、圧下率が９０％超えでは圧延コストがアップするだけでなく、焼鈍時の表面濃化が増加するため、めっき特性が劣化する。
焼鈍
通常、行われる条件にて行うことができる。
通常、行われる条件にて行うことができる。
Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜形成（めっき処理）
鋼板への合金皮膜形成方法としては、特に限定されないが、溶融めっき法、蒸着処理法が挙げられる。
鋼板への合金皮膜形成方法としては、特に限定されないが、溶融めっき法、蒸着処理法が挙げられる。
本発明において、合金皮膜形成後の処理については、特に限定しない。クロメ−ト、リン酸塩処理等の化成処理を施すことは可能である。化成処理の表層にさらに樹脂層を被覆することもできる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
表1に示す成分組成を有する鋼を熱間圧延した後、冷間圧延して鋼板とし、次いで、焼鈍処理を行った鋼板を母材鋼板として用い、蒸着処理法を用いて表面にＡｌ含有率の異なるＡｌ−Ｓｎ合金皮膜を形成し、Ａｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板を作製した。
蒸着処理はイオンプレ−ティング法で実施し、Ａｌ基材、Ｓｎ基材へのチャ−ジ量を変化させることで、Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜のＡｌ、Ｓｎ含有量を変化させた。基材温度は１００〜１１０℃で製膜した。
上記のようにして得られたＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板に対して、以下の評価を行った。
表1に示す成分組成を有する鋼を熱間圧延した後、冷間圧延して鋼板とし、次いで、焼鈍処理を行った鋼板を母材鋼板として用い、蒸着処理法を用いて表面にＡｌ含有率の異なるＡｌ−Ｓｎ合金皮膜を形成し、Ａｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板を作製した。
蒸着処理はイオンプレ−ティング法で実施し、Ａｌ基材、Ｓｎ基材へのチャ−ジ量を変化させることで、Ａｌ−Ｓｎ合金皮膜のＡｌ、Ｓｎ含有量を変化させた。基材温度は１００〜１１０℃で製膜した。
上記のようにして得られたＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板に対して、以下の評価を行った。
（耐食性評価）
SAE J2334に規定される乾燥、湿潤、塩水付与工程からなる複合サイクル腐食試験を行った。各鋼板の耐食性は、下地鋼板の腐食発生を意味する赤錆発生サイクル数から評価を行った。同じ皮膜厚のＺｎめっき鋼板と比較し、以下のように評価を行った。
SAE J2334に規定される乾燥、湿潤、塩水付与工程からなる複合サイクル腐食試験を行った。各鋼板の耐食性は、下地鋼板の腐食発生を意味する赤錆発生サイクル数から評価を行った。同じ皮膜厚のＺｎめっき鋼板と比較し、以下のように評価を行った。
◎ ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ２倍以上
○ ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ１．２倍以上２倍未満
△ ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ０．８倍以上１．２倍未満
× ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ０．８倍未満
（皮膜厚）
皮膜厚はＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板を１５ｍｍ×２０ｍｍに切り出し、断面SEM観察を行うことにより皮膜厚さを５点測定しその平均値を皮膜厚とした。
○ ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ１．２倍以上２倍未満
△ ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ０．８倍以上１．２倍未満
× ： 赤錆発生サイクル数がＺｎめっき鋼板に比べ０．８倍未満
（皮膜厚）
皮膜厚はＡｌ−Ｓｎ合金被覆鋼板を１５ｍｍ×２０ｍｍに切り出し、断面SEM観察を行うことにより皮膜厚さを５点測定しその平均値を皮膜厚とした。
（付着量）
鋼板上に形成したＡｌ-Ｓｎ合金被覆を５倍希釈した塩酸（７ｗｔ％）に浸漬して皮膜を完全に溶解させ、塩酸浸漬前後の重量差から被覆面積を割ることで被覆量を算出した。また、このときの溶解液をICP-MSによりＡｌ及びＳｎを定量分析し、含有率を測定した。比較例として用いた電気Ｚｎめっき鋼板、溶融めっき鋼板、溶融Ａｌ-Ｚｎめっき鋼板についても同様に被覆量及びＡｌ含有率を測定した。
鋼板上に形成したＡｌ-Ｓｎ合金被覆を５倍希釈した塩酸（７ｗｔ％）に浸漬して皮膜を完全に溶解させ、塩酸浸漬前後の重量差から被覆面積を割ることで被覆量を算出した。また、このときの溶解液をICP-MSによりＡｌ及びＳｎを定量分析し、含有率を測定した。比較例として用いた電気Ｚｎめっき鋼板、溶融めっき鋼板、溶融Ａｌ-Ｚｎめっき鋼板についても同様に被覆量及びＡｌ含有率を測定した。
（リン酸塩処理性評価）
自動車産業分野で塗装工程前に処理されるリン酸塩処理として、日本パ−カライジング（株）製の化成処理液（パルボンドＬ３０８０（登録商標））を用い、下記方法で化成処理を施した。
日本パ−カライジング（株）製の脱脂液ファインクリ−ナ（登録商標）で脱脂したのち、水洗し、次に日本パ−カライジング（株）製の表面調整液プレパレンＺ（登録商標）で３０秒間表面調整を行い、４３℃の化成処理液（パルボンドＬ３０８０）に１２０秒間浸漬した後、水洗し、温風で乾燥した。
得られた化成皮膜を走査型電子顕微鏡で、倍率５００倍で無作為に５視野を観察し、化成皮膜のスケ面積率を画像処理により測定し、スケ面積率によって以下の評価をした。○、◎が合格レベルである。
◎：５％以下
○：５％超１０％以下
△：１０％超２５％以下
×：２５％超
得られた結果を表２に示す。
自動車産業分野で塗装工程前に処理されるリン酸塩処理として、日本パ−カライジング（株）製の化成処理液（パルボンドＬ３０８０（登録商標））を用い、下記方法で化成処理を施した。
日本パ−カライジング（株）製の脱脂液ファインクリ−ナ（登録商標）で脱脂したのち、水洗し、次に日本パ−カライジング（株）製の表面調整液プレパレンＺ（登録商標）で３０秒間表面調整を行い、４３℃の化成処理液（パルボンドＬ３０８０）に１２０秒間浸漬した後、水洗し、温風で乾燥した。
得られた化成皮膜を走査型電子顕微鏡で、倍率５００倍で無作為に５視野を観察し、化成皮膜のスケ面積率を画像処理により測定し、スケ面積率によって以下の評価をした。○、◎が合格レベルである。
◎：５％以下
○：５％超１０％以下
△：１０％超２５％以下
×：２５％超
得られた結果を表２に示す。
表２の結果から、本発明例では高い耐食性が得られている。一方、皮膜のＡｌ含有率が２０％未満の比較例の場合、リン酸塩処理性が悪いことが分かる。また、Ａｌ含有率が４０％以上の比較例の場合、耐食性が劣化することが分かる。
耐食性に優れているため、家電製品、自動車部品、建材等などの分野を中心に幅広い用途での使用が見込まれる。
Claims (2)
- 鋼板表面に、Ａｌの含有率が２０質量％以上４０質量％未満であるＡｌ‐Ｓｎ合金皮膜を２〜５０g/m2有し、前記鋼板は前記Ａｌ‐Ｓｎ合金皮膜のみで被覆されていることを特徴とするＡｌ‐Ｓｎ合金被覆鋼板。
- 前記Ａｌ‐Ｓｎ合金被覆鋼板が、家電製品用、自動車部品用または建材用であることを特徴とする請求項１に記載のＡｌ‐Ｓｎ合金被覆鋼板。
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