JP6922858B2 - 溶融Al−Zn系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、溶融Al−Zn系めっき鋼板及びその製造方法に関する。
耐食性に優れる溶融Al−Zn系めっき鋼板は、その優れた耐食性から、長期間屋外に曝される屋根や壁等の建材分野を中心に需要が伸びている。自動車分野においては、地球温暖化対策の一環として、車体を軽量化することによって燃費を向上させることによりCO排出量を削減することが求められている。このため、現在、高強度鋼板の使用による軽量化と鋼板の耐食性向上によるゲージダウンとが強く望まれている。
特許第3599716号公報 特許第3843057号公報 特許第4090051号公報 特許第5404126号公報
しかしながら、溶融Al−Zn系めっき鋼板を自動車分野、特に外板パネル等の車体に用いようとした場合、化成処理性が劣るという課題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、化成処理性を向上可能な溶融Al−Zn系めっき鋼板及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板は、鋼板の表面に形成された、少なくともAl,Si,及びFeを含有する合金層と、前記合金層の表面に形成された、少なくともAl,Zn,Si,及びCuを含有するめっき層と、を有し、前記めっき層のAl含有率が原子%濃度で40%以上90%以下の範囲内にあり、前記めっき層のSi含有率が原子%濃度で0.2%以上3%以下の範囲内にあることを特徴とする。
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板は、上記発明において、前記めっき層のCu含有率が原子%濃度で0.05%以上3%以下の範囲内にあることを特徴とする。
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板は、上記発明において、前記めっき層がMg,Ca,Ti,Mnの中から選ばれる1種以上の元素をそれぞれの原子%濃度の合計で10%以下の範囲内含有することを特徴とする。
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板は、上記発明において、X線回折で得られるAl相[111]の回折強度{I(Al)}に対するAlCu相[222]の回折強度{I(AlCu)}のメインピーク強度の比率Y=I(AlCu)/I(Al)が0.02以下であることを特徴とする。
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板の製造方法は、本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板の製造方法であって、いずれも原子%濃度でAl:40%以上90%以下、Si:0.2%以上3%以下、Fe:2%以下、Cu:0.05%以上3%以下、Mg,Ca,Ti,Mnの中から選ばれる1種以上の元素を合計で10%以下の範囲内含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなり、温度が580℃以上620℃以下の範囲内にある溶融金属浴に前記鋼板を浸漬した後、570℃から500℃までの平均冷却速度を10℃/s以上として急速冷却を施すステップを含むことを特徴とする。
本発明によれば、化成処理性を向上可能な溶融Al−Zn系めっき鋼板及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板及びその製造方法について説明する。なお、以下の説明において、めっき層及びめっき浴の組成を示す各元素の含有量の単位はいずれも「原子%濃度(at%)」であり、以下、特に断らない限り単に「%」で示す。
〔溶融Al−Zn系めっき鋼板の構成〕
まず、本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板の構成について説明する。
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板は、鋼板と、鋼板の表面に形成された、少なくともAl,Si,及びFeを含有する合金層と、合金層の表面に形成された、少なくともAl,Zn,Si,及びCuを含有するめっき層と、を有している。めっき層は、初晶Alを主体としたデンドライト部分とZnリッチなインターデンドライト部分とからなる、2相構造を有している。
めっき層のAl含有率は40%以上90%以下の範囲内にある。Al含有率が40%未満である場合、めっき層においてAlリッチ相とZnリッチ相の体積比が逆転し、耐食性が極端に低下する。一方、Al含有率が90%超である場合には、Znリッチ相が消失し、めっき層がZnを固溶したAl単相となり、この場合も耐食性が著しく低下する。
めっき層のSi含有率は0.2%以上3%以下の範囲内にある。Si含有率が0.2%未満である場合、Fe−Al合金層の成長を抑制できない。一方、Si含有率が3%超である場合には、単相Siがめっき層中に析出し、局部腐食の起点となる場合がある。
めっき層のCu含有率は0.05%以上3%以下の範囲内にあることが好ましい。Cuをめっき層に含有することにより、化成処理時にめっき表面に電位勾配が生じ、局所的にpHが上昇し化成結晶の生成を促進できる。Cu含有率が0.05%未満である場合、十分な化成処理性改善効果が得られない。一方、Cu含有率が3%超である場合には、AlCu相の析出量が急激に増加し、耐食性が低下する。
めっき層はMg,Ca,Ti,Mnの中から選ばれる1種以上の元素を合計で10%以下の範囲内含有することもできる。これらの元素を含有することで、めっき層の組織が微細化し、化成処理性の改善とより優れた耐食性とを高度に両立できる。
X線回折で得られるAl相[111]の回折強度{I(Al)}に対するAlCu相[222]の回折強度{I(AlCu)}のメインピーク強度の比率Y=I(AlCu)/I(Al)は0.02以下であることが好ましい。比率Yが0.02超であることは、AlCu相がめっき層の表層に過剰に析出していることを示し、化成処理性に優れた合金組成であっても耐食性に劣った皮膜となる可能性がある。比率Yと製造パラメータの相関は明らかでないが、浴中Cu量の増大及びめっき後の冷却速度の低下により増大する傾向にある。
〔溶融Al−Zn系めっき鋼板の製造方法〕
本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板の製造方法は、本発明に係る溶融Al−Zn系めっき鋼板を製造する際、Al:40%以上90%以下、Si:0.2%以上3%以下、Fe:2%以下、Cu:0.05%以上3%以下、Mg,Ca,Ti,Mnの中から選ばれる1種以上の元素を合計で10%以下の範囲内含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなり、温度が580℃以上620℃以下の範囲内にある溶融金属浴に鋼板を浸漬した後、鋼板を取り出し、570℃から500℃までの平均冷却速度を10℃/s以上として急速冷却を施すステップを含む。
次に、本発明の実施例について説明する。
(サンプル1〜40)
サンプルとなる全ての溶融Al−Zn系めっき鋼板について、常法で製造した板厚0.8mmの冷延鋼板を下地鋼板として用い、溶融めっき設備において、めっき浴の浴温を600℃、鋼板の浸入温度を620℃、ラインスピード60mpm、浸漬時間2秒で、めっき浴の組成を種々の条件に変化させ、各サンプルの溶融Al−Zn系めっき鋼板を製造した。なお、めっき浴の組成は、サンプルの製造に用いためっき浴から約2gを採取し、化学分析によって確認した。各サンプルのめっき浴の組成を以下の表1に示す。また、めっき浴浸漬後の窒素ガスによる冷却の570℃から500℃までの冷却速度を以下の表1に示す。さらに、界面合金層及びめっき層の組成としては、各サンプルの溶融Al−Zn系めっき鋼板から任意の3断面を剪断加工により切り出し、カーボン樹脂に埋め込んだ上でSEM−EDX観察を行い、界面合金層及びめっき層のうち任意の5点でEDXにより測定した半定量分析値の平均値を用いた。各サンプルの界面合金層及びめっき層の組成を以下の表1に示す。
各サンプルの溶融Al−Zn系めっき鋼板の比率Y、化成処理性、裸耐食性、及び塗装後耐食性を以下に示す方法により評価した。
1.比率Y
Al相[111]の回折強度{I(Al)}に対するAlCu相[222]の回折強度{I(AlCu)}のメインピーク強度の比率Y=I(AlCu)/I(Al)は、Cu−Kα線を使用したX線回折装置により回折図形を測定し判定した。
2.化成処理性
市販の化成処理薬剤(日本パーカライジング株式会社製パルボンドSX−35)を用いて、浴温:35℃、フリーフッ素濃度:200質量ppm、処理時間:120秒の条件で鋼板の化成処理を行った後、めっき鋼板の表面を走査型電子顕微鏡にて1000倍で10視野観察した。結晶の形態については、面積率98%以上の均一な化成結晶が10視野全てにおいて生成しているものを優(◎)、面積率98%未満の視野が1視野認められるものを良(○)、面積率98%未満の視野が2視野認められるものを可(△)とし、面積率98%未満の視野が3視野以上認められるものを不可(×)として評価した。なお、ここでいう隙間とは、均一な化成結晶が生成していない箇所のことを指し、反射電子像を2値化することにより空隙の面積率を算出した。また、結晶の付着量については、化成処理試験後の試料3点を20g/Lの重クロム酸アンモニウム水溶液に15分間浸漬し、前後の重量差から試験片面積当たりの値として算出した。結晶の付着量は、3点すべてにおいて2.0g/m以上のものを優(◎)、1.8g/m以上2.0g/m未満のものを良(○)、1.5g/m以上1.8g/m未満のものを可(△)、1.5g/m未満のものが1点でも認められるものを不可(×)として評価した。
3.裸耐食性
各サンプルの溶融Al−Zn系めっき鋼板について、JIS Z2371−2000に準拠した塩水噴霧試験を行った。各サンプルの赤錆が発生するまでの時間を測定し、以下の基準により裸耐食性を評価した。評価結果を以下の表1に示す。
◎:赤錆発生時間≧600時間
○:300時間≦赤錆発生時間<600時間
△:150時間≦赤錆発生時間<300時間
×:赤錆発生時間<150時間
4.塗装後耐食性
各サンプルの溶融Al−Zn系めっき鋼板について、それぞれ70mm×80mmのサイズに剪断後、自動車外板用塗装処理と同様に化成処理としてリン酸亜鉛処理を行った後、電着塗装を施した。ここで、リン酸亜鉛処理及び電着塗装は以下の条件で行った。
リン酸亜鉛処理:市販の化成処理薬剤(日本パーカライジング株式会社製パルボンドSX−35)を用いて、浴温:35℃、フリーフッ素濃度:200質量ppm、処理時間:120秒の条件で鋼板の化成処理を行った。
電着塗装:関西ペイント社製の電着塗料:GT−100を用いて、膜厚が15μmとなるように電着塗装を施した。
化成処理及び電着塗装後、評価面の端部7.5mm及び非評価面(背面)をテープでシール処理を行った後、評価面の中央にカッターナイフでめっき鋼板の地鉄に到達する深さまで長さ60mm、中心角60°のクロスカット傷を加えたものを、塗装後耐食性の評価用サンプルとして用いた。
上記評価用サンプルを用いて、SAE J2334に規定されたサイクルで腐食促進試験を実施した。腐食促進試験を湿潤状態からスタートし、60サイクル後まで行った後、傷部からの塗膜膨れが最大である部分の塗膜膨れ幅(最大塗膜膨れ幅:傷部を中央にした片側の最大塗膜膨れ幅)を測定し、塗装後耐食性を以下の基準で評価した。評価結果を以下の表1に示す。
◎:最大塗膜膨れ幅≦2.5mm
○:2.5mm<最大塗膜膨れ幅≦4.0mm
△:4.0mm<最大塗膜膨れ幅≦5.0mm
×:最大塗膜膨れ幅>5.0mm
以下の表1に示すように、比較例では化成処理性が不足しているか、あるいはAlCu相が過剰となり、いずれも塗装後耐食性に不足があった。これに対して、本発明例は化成処理性及び塗装後耐食性共に優れていた。これにより、本発明によれば、溶融Al−Zn系めっき鋼板の化成処理性を向上させることにより塗装後耐食性を改善可能であることが確認された。
Figure 0006922858

Claims (4)

  1. 鋼板の表面に形成された、少なくともAl,Si,及びFeを含有する合金層と、前記合金層の表面に形成された、少なくともAl,Zn,Si,及びCuを含有するめっき層と、を有し、前記めっき層のAl含有率が原子%濃度で40%以上90%以下の範囲内にあり、前記めっき層のSi含有率が原子%濃度で0.2%以上3%以下の範囲内にあり、前記めっき層のCu含有率が原子%濃度で1.00%以上3%以下の範囲内にあることを特徴とする溶融Al−Zn系めっき鋼板。
  2. 前記めっき層がMg,Ca,Ti,Mnの中から選ばれる1種以上の元素をそれぞれの原子%濃度の合計で10%以下の範囲内含有することを特徴とする請求項1に記載の溶融Al−Zn系めっき鋼板。
  3. X線回折で得られるAl相[111]の回折強度{I(Al)}に対するAlCu相[222]の回折強度{I(AlCu)}のメインピーク強度の比率Y=I(AlCu)/I(Al)が0.02以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶融Al−Zn系めっき鋼板。
  4. 請求項1〜3のうち、いずれか1項に記載の溶融Al−Zn系めっき鋼板の製造方法であって、いずれも原子%濃度でAl:40%以上90%以下、Si:0.2%以上3%以下、Fe:2%以下、Cu:1.00%以上3%以下、Mg,Ca,Ti,Mnの中から選ばれる1種以上の元素を合計で10%以下の範囲内含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなり、温度が580℃以上620℃以下の範囲内にある溶融金属浴に前記鋼板を浸漬した後、570℃から500℃までの平均冷却速度を10℃/s以上として急速冷却を施すステップを含むことを特徴とする溶融Al−Zn系めっき鋼板の製造方法。
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