JP6112268B1 - 表面処理鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年7月10日に、日本に出願された特願2015−138857号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の一態様にかかる表面処理鋼板は、母材鋼板と、前記母材鋼板の表面に配されためっき層と、を備える表面処理鋼板であって、
前記めっき層が、化学成分として、質量%で、
V :20%超50%以下、
Fe:0%以上30%以下、
Ni:0%以上30%以下、
Co:0%以上30%以下、
W :0%以上30%以下、
Mo:0%以上30%以下、
Ti:0%以上30%以下、
Zr:0%以上30%以下、
Nb:0%以上30%以下、
を含有し、残部がZn及び不純物からなり、
前記めっき層の前記化学成分中の鉄含有量とニッケル含有量とコバルト含有量とタングステン含有量とモリブデン含有量とが、質量%で、0%≦Fe+Ni+Co+W+Mo≦30%を満足し、
前記めっき層の前記化学成分中のチタン含有量とジルコニウム含有量とニオブ含有量とが、質量%で、0%≦Ti+Zr+Nb≦30%を満足し、
前記めっき層の目付量が1.0g/m2以上40g/m2以下であり、
板厚方向と切断方向とが平行となる断面で前記めっき層を見た場合に、前記めっき層が、ミクロ組織として、結晶質組織および非晶質組織からなり、
前記結晶質組織がZnリッチ相を含み、
前記非晶質組織がVリッチ相を含む。
(2)上記(1)に記載の表面処理鋼板では、前記めっき層が、前記化学成分として、質量%で、
Fe:1%以上25%以下、
を含有してもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の表面処理鋼板では、前記めっき層が、前記化学成分として、質量%で、
Ni:2%以上16%以下、
を含有してもよい。
(4)上記(1)〜(3)の何れか1つに記載の表面処理鋼板では、前記断面で見た場合に、
前記めっき層に対する前記結晶質組織の面積分率が5%〜80%であり、
前記めっき層に対する前記非晶質組織の面積分率が20%〜95%であってもよい。
(5)上記(1)〜(4)の何れか1つに記載の表面処理鋼板では、前記断面で見た場合に、前記結晶質組織に含まれる前記Znリッチ相の形状がデンドライト状であってもよい。
電気めっきのめっき処理液(めっき浴)として、水素過電圧が小さく、水素電極反応の交換電流密度が高い金属を含む水溶液を用いる。水素過電圧が小さく、水素電極反応の交換電流密度が高い金属としては、鉄、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデンなどが挙げられる。これらの元素のうち、特にFeイオンを含むめっき処理液を用いることにより、めっき時における水素の発生が促進され、バナジウム析出効率が向上し、めっき層中のバナジウム含有量を高められる。具体的には、めっき処理液中のFeイオン濃度を0.001mol/l以上とする。好ましくは、めっき処理液中のFeイオン濃度を0.1mol/l超とする。
母材鋼板の表面にめっき層を形成する電気めっき工程で、電流密度などの電解条件を制御する。本実施形態に係る表面処理鋼板のめっき層の形成過程は、次の3つの過程に大別できる。
めっき第1過程:母材鋼板の表面にV化合物が還元析出。
めっき第2過程:上記V化合物の析出に続いてZnリッチ相が還元析出。
めっき第3過程:上記Znリッチ相の近傍にVリッチ相が化学析出。
これらの各過程のうち、特にめっき第1過程の反応が起きる際の電解条件を制御することにより、めっき層中のバナジウム含有量を高められる。めっき第1過程でのめっき形成反応を制御することにより、それ以降の各過程でバナジウムが析出しやすい環境を整えることができると考えられる。具体的には、めっき第1過程の反応が起きる際の電流密度を0A/dm2以上10A/dm2未満とする。好ましくは、めっき第1過程の反応が起きる際の電流密度を0A/dm2として自然浸漬を行う。
めっき層の形成を開始すると、まず、下記の<反応式1>に示すように、VO2+からV3+への還元反応が起こる。バナジウムは、水溶液中では金属析出できないため、母材鋼板の表面に、酸化物および/または水酸化物などのV化合物が還元析出する。なお、この酸化物は、主に水和酸化物であると考えられる。
<反応式1>
VO2++2H++e−⇔V3++H2O(標準電極電位0.337V)
上記の<反応式1>に続いて、下記の<反応式2>に示すように、Zn2+の還元反応が起こり、Znリッチ相(Zn含有相)が析出する。なお、このZnリッチ相は、主に金属亜鉛であると考えられる。Znリッチ相が析出する際の母材鋼板の表面には、めっき第1過程で析出したV化合物の皮膜がすでに形成されている。V化合物の皮膜は、V化合物の析出状態に起因して厚みのばらつきを有している。そのため、V化合物が形成されている母材鋼板の表面では、上記の皮膜の厚みばらつきに応じて局所的に電流の流れが抑制される。その結果、局所的に電流密度が高くなる領域で、Znリッチ相の析出が促進される。
<反応式2>
Zn2++2e−⇔Zn(標準電極電位−0.7626V)
めっき第2過程で析出したZnリッチ相が成長すると同時に、このZnリッチ相の表面で水素発生反応が進み、固液界面近傍にてめっき処理液のpHが上昇する。その結果、めっき処理液中のVO2+が、V(OH)4および/またはVO2などの組成比を基本とするVリッチ相(V含有相)として化学析出する(Vの価数変化が伴わない析出)。なお、実際には、めっき第3過程の反応は、めっき第2過程の反応と平行して進行する場合が多いと考えられる。
母材鋼板は、特に限定されない。例えば、母材鋼板として、極低C型(フェライト主体組織)、Alキルド型(フェライト中にパーライトを含む組織)、2相組織型(例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織)、加工誘起変態型(フェライト中に残留オーステナイトを含む組織)、微細結晶型(フェライト主体組織)等の鋼板を用いても良い。
めっき層は、化学成分として、基本元素であるVを含み、選択元素であるFe、Ni、Co、W、Mo、Ti、Zr、Nbを必要に応じて含み、残部がZn及び不純物からなる。
V(バナジウム)は、めっき層を構成する基本元素であり、さらに、耐食性を向上させる元素である。本実施形態に係る表面処理鋼板で耐食性、パウダリング性、および塗装密着性を向上させるために、めっき層が上記範囲のVを含有する必要がある。めっき層中のバナジウム含有量(例えば、バナジウム酸化物および/またはバナジウム水酸化物などを金属バナジウム換算した含有量)が上記範囲内であれば、従来技術で制御可能な20%以下のバナジウム含有量に比して表面処理鋼板の耐食性が向上する。バナジウム含有量は、21%以上であることが好ましく、23%以上であることがより好ましく、25%以上であることが最も好ましい。一方、バナジウム含有量が50%を超えると、めっき層中のZn含有量が相対的に低くなり、バナジウムが支配的であるめっき層となり、表面処理鋼板のパウダリング性が低下する。また、塗装密着性も低下する。バナジウム含有量は、45%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましく、30%以下であることが最も好ましい。
Zn(亜鉛)は、めっき層を構成する基本元素であり、さらに、耐食性を向上させる元素である。本実施形態では、めっき層中のZnの含有量について特に規定する必要がなく、上記した残部のうちで不純物の含有量を除いた量とする。ただし、Zn含有量の下限は、20%、30%、または40%であってもよい。また、Zn含有量の上限は、80%、70%、または60%であってもよい。
Ni:0%以上30%以下
Co:0%以上30%以下
W :0%以上30%以下
Mo:0%以上30%以下
Fe(鉄)、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、W(タングステン)、およびMo(モリブデン)は、水素過電圧が小さく、水素電極反応の交換電流密度が高い金属である。めっき層中のバナジウム含有量を好ましく高めるために、めっき層中にFe、Ni、Co、W、Moから選択される少なくとも1つ以上の選択元素が含まれてもよい。めっき層中のバナジウム含有量を好ましく高めるためには、Fe、Ni、Co、W、またはMoの含有量の下限は、それぞれ、1%であることが好ましく、2%であることがより好ましく、9%であることが最も好ましい。また、Fe、Ni、Co、W、またはMoの含有量の上限は、それぞれ、25%であることが好ましく、16%であることがより好ましく、12%であることが最も好ましい。
Zr:0%以上30%以下
Nb:0%以上30%以下
Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Nb(ニオブ)は、酸素親和力が大きく、腐食抑制能を有する金属である。そのため、耐食性向上のために、めっき層中に酸化物および/または水酸化物としてTi、Zr、Nbから選択される少なくとも1つ以上の選択元素が含まれてもよい。Ti、Zr、またはNbの含有量の下限は、それぞれ、1%であることが好ましく、2%であることがより好ましく、5%であることが最も好ましい。また、Ti、Zr、またはNbの含有量の上限は、それぞれ、30%であることが好ましく、20%であることがより好ましく、10%であることが最も好ましい。
めっき処理液は、Znイオン、Vイオン、Feイオン、及び不純物を含み、めっき処理液のpHが0.5以上3以下であることが好ましい。めっき処理液中、Znイオン濃度が0.10mol/l以上1.50mol/l以下であり、Vイオン濃度が0.10mol/l以上1.00mol/l以下であり、Feイオン濃度が0.001mol/l以上2.00mol/l以下であることが好ましい。
電気めっき工程では、めっき層中のバナジウム含有量を目的値以上に高めるために、電気めっきの初期、中期、後期で電解条件を制御することが好ましい。具体的には、母材鋼板をめっき処理液に浸漬した直後から、電解析出のための通電を停止するまでの過程を、電気めっき初期、電気めっき中期、電気めっき後期に分けたとき、電気めっき初期では、電流密度を0A/dm2以上10A/dm2未満とし、かつ処理時間を0.05秒以上8秒以下とし、電気めっき中期および後期では、電流密度を10A/dm2以上150A/dm2以下とし、処理時間は目的とする付着量に応じて制御すればよい。
6:白錆発生面積率3%未満
5:白錆発生面積率3%以上10%未満
4:白錆発生面積率10%以上25%未満
3:白錆発生面積率25%以上50%未満
2:白錆発生面積率50%以上75%未満
1:白錆発生面積率75%以上
S:剥離幅2mm未満
A:剥離幅2mm以上3mm未満
B:剥離幅3mm以上5mm未満
C:剥離幅5mm以上
S:剥離無し
A:剥離個数1個以上10個未満
B:剥離個数10個以上50個未満
C:剥離個数50個以上
21 母材鋼板
22 めっき層
22a Znリッチ相(結晶質組織)
22a1 Zn酸化物相(結晶質組織)
22b Vリッチ相(非晶質組織)
23 化成処理皮膜
24 塗装膜
Claims (5)
- 母材鋼板と、前記母材鋼板の表面に配されためっき層と、を備える表面処理鋼板であって、
前記めっき層が、化学成分として、質量%で、
V :20%超50%以下、
Fe:0%以上30%以下、
Ni:0%以上30%以下、
Co:0%以上30%以下、
W :0%以上30%以下、
Mo:0%以上30%以下、
Ti:0%以上30%以下、
Zr:0%以上30%以下、
Nb:0%以上30%以下、
を含有し、残部がZn及び不純物からなり、
前記めっき層の前記化学成分中の鉄含有量とニッケル含有量とコバルト含有量とタングステン含有量とモリブデン含有量とが、質量%で、0%≦Fe+Ni+Co+W+Mo≦30%を満足し、
前記めっき層の前記化学成分中のチタン含有量とジルコニウム含有量とニオブ含有量とが、質量%で、0%≦Ti+Zr+Nb≦30%を満足し、
前記めっき層の目付量が1.0g/m2以上40g/m2以下であり、
板厚方向と切断方向とが平行となる断面で前記めっき層を見た場合に、前記めっき層が、ミクロ組織として、結晶質組織および非晶質組織からなり、
前記結晶質組織がZnリッチ相を含み、
前記非晶質組織がVリッチ相を含むことを特徴とする表面処理鋼板。 - 前記めっき層が、前記化学成分として、質量%で、
Fe:1%以上25%以下、
を含有する
ことを特徴とする請求項1に記載の表面処理鋼板。 - 前記めっき層が、前記化学成分として、質量%で、
Ni:2%以上16%以下、
を含有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の表面処理鋼板。 - 前記断面で見た場合に、
前記めっき層に対する前記結晶質組織の面積分率が5%〜80%であり、
前記めっき層に対する前記非晶質組織の面積分率が20%〜95%である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の表面処理鋼板。 - 前記断面で見た場合に、前記結晶質組織に含まれる前記Znリッチ相の形状がデンドライト状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の表面処理鋼板。
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