JP7436945B1 - 溶融めっき鋼材 - Google Patents
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Abstract
この溶融めっき鋼材は、鋼材と、前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、を備え、前記溶融めっき層は所定の化学組成を有し、前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、所定の関係を満足する。
Description
本発明は、溶融めっき鋼材に関する。
本願は、２０２２年４月２０日に、日本に出願された特願２０２２－０６９５３０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２２年４月２０日に、日本に出願された特願２０２２－０６９５３０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
Ａｌ及びＭｇを含有する溶融Ｚｎめっき層が表面に形成された鋼材（溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼材）は、優れた耐食性を有する。そのため、例えば建材などの耐食性を求められる構造部材の材料として、溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼材は幅広く用いられている。
例えば特許文献１には、鋼板と、鋼板の表面に形成された溶融めっき層と、を備え、溶融めっき層は、平均組成で、Ａｌ：０～９０質量％、Ｍｇ：０～１０質量％を含有し、残部がＺｎおよび不純物を含み、溶融めっき層に、所定の形状となるように配置されたパターン部と、非パターン部とが形成され、パターン部及び非パターン部は、それぞれ、第１領域、第２領域のうちの１種または２種を含み、パターン部における第１領域の面積率と、非パターン部における第１領域の面積率との差の絶対値が、３０％以上であり、第１領域は、配向率が３．５以上の領域であり、第２領域は、配向率が３．５未満の領域である溶融めっき鋼板が記載されている。
特許文献２には、鋼板と、４質量％以上２２質量％以下のＡｌと、１質量％以上５質量％以下のＭｇとを含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物を含む溶融めっき層とを備え、溶融めっき層の表面に平行な溶融めっき層の断面における、Ａｌ相の（２００）面のＸ線回折強度Ｉ（２００）とＡｌ相の（１１１）面のＸ線回折強度Ｉ（１１１）との比である回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が、０．８以上であるＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系溶融めっき鋼板が記載されている。
近年、屋根や壁材などに使用される建材用途の溶融めっき鋼材には、めっき層そのものの耐食性である平面耐食性と、地鉄が露出した場合に地鉄を防食する犠牲防食性との両立が、高いレベルで求められている。先行技術において、平面耐食性と犠牲防食性の両立についてはほとんど検討されていない。
特許文献１は、Ｚｎ相の（０００２）面の回折ピーク強度Ｉ０００２と（１０－１１）面の回折ピーク強度Ｉ１０－１１との強度比が３．５以上の領域を第１領域とし、強度比が３．５未満の領域を第２領域とした場合に、パターン部における第１領域の面積率と非パターン部における第１領域の面積率との差を３０％以上とすることで、めっき層の表面に文字やデザイン等を意図的に現すことができるとしているが、犠牲防食性は検討されていない。
特許文献２では、めっき層中のＡｌ相の方位を制御することで、めっき層の外観を、キメが細かく、かつ平滑な光沢部が多い梨肌の外観としているが、犠牲防食性は検討されていない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、平面耐食性と犠牲防食性の両方がより優れる溶融めっき鋼材を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 鋼材と、
前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、
前記鋼材と前記溶融めっき層との間に配されたＮｉプレめっき層と、を備え、
前記溶融めっき層の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：１０．０～３０．０％、
Ｍｇ：３．０～１５．０％、
Ｆｅ：０．０１～１５．０％、
Ｓｉ：０～１０．０％、
Ｎｉ：０．０５～１．０％、
Ｃａ：０～４．０％を含有し、
更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、
残部：Ｚｎ及び不純物からなり、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ａ）および式（２ａ）の関係を満足する、溶融めっき鋼材。
０．５≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．５ …（１ａ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２ａ）
ただし、式（１ａ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２ａ）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。
［２］ 鋼材と、
前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、
前記鋼材と前記溶融めっき層との間に配されたＮｉプレめっき層と、を備え、
前記溶融めっき層の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：１５．０～３０．０％、
Ｍｇ：５．０～１０．０％、
Ｆｅ：０．０１～１５．０％、
Ｓｉ：０～１０．０％、
Ｎｉ：０．０５～１．０％、
Ｃａ：０～４．０％を含有し、
更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、
残部：Ｚｎ及び不純物からなり、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ｂ）および式（２ｂ）の関係を満足する、溶融めっき鋼材。
１．０≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．０ …（１ｂ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２ｂ）
ただし、式（１ｂ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２ｂ）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。
［３］ 前記溶融めっき層の化学組成のうちのＳｎが、質量％で、Ｓｎ：０．０５～０．５％とされ、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果によってＭｇ２Ｓｎ相が検出される、［１］または［２］に記載の溶融めっき鋼材。
［１］ 鋼材と、
前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、
前記鋼材と前記溶融めっき層との間に配されたＮｉプレめっき層と、を備え、
前記溶融めっき層の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：１０．０～３０．０％、
Ｍｇ：３．０～１５．０％、
Ｆｅ：０．０１～１５．０％、
Ｓｉ：０～１０．０％、
Ｎｉ：０．０５～１．０％、
Ｃａ：０～４．０％を含有し、
更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、
残部：Ｚｎ及び不純物からなり、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ａ）および式（２ａ）の関係を満足する、溶融めっき鋼材。
０．５≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．５ …（１ａ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２ａ）
ただし、式（１ａ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２ａ）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。
［２］ 鋼材と、
前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、
前記鋼材と前記溶融めっき層との間に配されたＮｉプレめっき層と、を備え、
前記溶融めっき層の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：１５．０～３０．０％、
Ｍｇ：５．０～１０．０％、
Ｆｅ：０．０１～１５．０％、
Ｓｉ：０～１０．０％、
Ｎｉ：０．０５～１．０％、
Ｃａ：０～４．０％を含有し、
更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、
残部：Ｚｎ及び不純物からなり、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ｂ）および式（２ｂ）の関係を満足する、溶融めっき鋼材。
１．０≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．０ …（１ｂ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２ｂ）
ただし、式（１ｂ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２ｂ）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。
［３］ 前記溶融めっき層の化学組成のうちのＳｎが、質量％で、Ｓｎ：０．０５～０．５％とされ、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果によってＭｇ２Ｓｎ相が検出される、［１］または［２］に記載の溶融めっき鋼材。
本発明の上記態様によれば、平面耐食性と犠牲防食性の両方がより優れる溶融めっき鋼材を提供できる。
めっき層の犠牲防食性は、地鉄よりもイオン化傾向が高い元素（例えばＺｎ、Ｍｇ等）を含むめっき層を鋼材表面に形成し、地鉄に対してめっき層を優先的に腐食させることによって達成される。従って、めっき層による犠牲防食性の向上と、めっき層自体の耐食性である平面耐食性の向上は、両立しない関係にある。
そこで、本発明者らが、Ａｌ及びＭｇを含有する溶融Ｚｎめっき層の平面耐食性および犠牲防食性の両方を向上させるために鋭意検討した。めっき層に含まれるＭｇＺｎ２相およびα相にはそれぞれ、様々な結晶方位面が含まれる。これらの結晶方位面の耐食性は全ての方位面において一律ではなく、例えば、稠密面となる結晶方位面の耐食性は比較的高いが、その一方で、稠密面以外の結晶方位面では耐食性が比較的小さくなっている。
そこで、本発明者らは、上記目的を達成するために、めっき層に含まれるＭｇＺｎ２相およびα相の結晶方位を、結晶粒毎にランダムな方向に配向させることを試みた。このようなめっき層は、その表面に、耐食性が異なる様々な方位の結晶方位面が混在するようになる。このようなめっき層が腐食されると、比較的低い耐食性を持つ結晶方位面の腐食が先行し、次いで、比較的高い耐食性を持つ結晶方位面の腐食が進むようになる。その結果、ＭｇＺｎ２相およびα相の腐食がバランスよく進むようになり、ＺｎイオンおよびＭｇイオンの溶解が長期間に渡って続くことになり、犠牲防食性が確保されるようになる。また、ＭｇＺｎ２相およびα相の腐食がバランスよく進むことで、めっき層表面に比較的均一に腐食生成物が生成するとともに、α相が適度に残存してバリア機能が保たれることによって、平面耐食性も向上することが見出された。
そして、めっき層の表面に対するＸ線回折測定結果から得られるＸ線回折強度が、下記式（１ａ）および下記式（２）の関係を満足する場合に、ＭｇＺｎ２相およびα相の結晶方位が、結晶粒毎にランダムな方向に配向するようになり、平面耐食性および犠牲防食性の両方を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、本発明の実施形態である溶融めっき鋼材について説明する。本実施形態の溶融めっき鋼材は、鋼材と、鋼材の表面に配された溶融めっき層と、を備え、溶融めっき層の化学組成が、質量％で、Ａｌ：１０．０～３０．０％、Ｍｇ：３．０～１５．０％、Ｆｅ：０．０１～１５．０％、Ｓｉ：０～１０．０％、Ｎｉ：０～１．０％、Ｃａ：０～４．０％を含有し、更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、残部：Ｚｎ及び不純物からなり、溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ａ）および式（２）の関係を満足する、溶融めっき鋼材である。
０．５≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．５ …（１ａ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２）
ただし、式（１ａ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。
また、溶融めっき層の化学組成のうち、Ａｌ濃度およびＭｇ濃度がそれぞれ、Ａｌ：１５．０～３０．０％、Ｍｇ：５．０～１０．０％の範囲になる場合は、上記式（１ａ）に代えて、上記（２）式とともに下記（１ｂ）式を満足することが好ましい。なお、溶融めっき層の化学組成のうち、Ａｌ濃度およびＭｇ濃度がそれぞれ、Ａｌ：１５．０～３０．０％、Ｍｇ：５．０～１０．０％の範囲を満足し、かつ、Ａｌ：１０．０～３０．０％、Ｍｇ：３．０～１５．０％の範囲を満足する場合は、上記式（１ａ）を満たしていればよい。溶融めっき層の化学組成のうち、Ａｌ濃度およびＭｇ濃度がそれぞれ、Ａｌ：１５．０～３０．０％、Ｍｇ：５．０～１０．０％の範囲を満足し、かつ、Ａｌ：１０．０～３０．０％、Ｍｇ：３．０～１５．０％の範囲を満足する場合は、上記式（１ａ）を満たし、さらに下記式（１ｂ）を満たすことが好ましい。
１．０≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．０ …（１ｂ）
以下の説明において、化学組成の各元素の含有量の「％」表示は、「質量％」を意味する。化学組成の元素の含有量は、元素濃度（例えば、Ｚｎ濃度、Ｍｇ濃度等）と表記することがある。「平面部耐食性」とは、溶融めっき層（具体的にはＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金層）自体の腐食し難い性質を示す。「犠牲防食性」とは、鋼材むき出し部（例えばめっき鋼材の切断端面部、加工時の溶融めっき層割れ部、および溶融めっき層の剥離により、鋼材が露出する箇所）での鋼材の腐食を抑制する性質を示す。「溶融めっき層」とは、いわゆる溶融亜鉛めっき処理によって製造されためっき皮膜を意味する。
図１に示すように、本実施形態に係る溶融めっき鋼材１は、鋼材１１を有する。鋼材１１の形状には、特に制限はない、鋼材１１の一例は鋼板である。また、鋼材１１は例えば、鋼管、土木建築材（柵渠、コルゲートパイプ、排水溝蓋、飛砂防止板、ボルト、金網、ガードレール、止水壁等）、家電部材（エアコンの室外機の筐体等）、自動車部品（足回り部材等）などの、成形加工された素地鋼材であってもよい。成形加工は、例えば、プレス加工、ロールフォーミング、曲げ加工などの種々の塑性加工手法である。
鋼材１１の材質には、特に制限はない。鋼材１１は、例えば、一般鋼、Ａｌキルド鋼、極低炭素鋼、高炭素鋼、各種高張力鋼、一部の高合金鋼（Ｎｉ、Ｃｒ等の強化元素含有鋼等）などの各種の鋼材とすることができる。鋼材１１を、ＪＩＳ Ｇ ３３０２：２０１０に記載されている熱延鋼板、熱延鋼帯、冷延鋼板、及び冷延鋼帯などとしてもよい。鋼板の製造方法（熱間圧延方法、酸洗方法、冷延方法等）、及びその具体的な製造条件等についても、特に制限されない。
後述するように、めっき原板となる鋼材には、鋼材１１の表面にプレめっきされたプレめっき鋼材を用いる。プレめっき鋼材の例は、鋼材１１表面にＮｉめっきが形成されたＮｉプレめっき鋼材である。プレめっき鋼材は、例えば、電解処理または置換めっきによって得られる。電解処理は、種々のプレめっき成分の金属イオンを含む硫酸浴又は塩化物浴に、素地鋼材を浸漬して電解処理することにより実施される。置換めっきは、種々のプレめっき成分の金属イオンを含み、硫酸でｐＨ調整した水溶液に、素地鋼材を浸漬して、金属を置換析出させることにより実施される。
本実施形態に係る溶融めっき鋼材１は、鋼材１１の表面に配された溶融めっき層１２を有する。本実施形態に係る溶融めっき鋼材１の溶融めっき層１２は、後述する化学組成に起因して、主にＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金層から構成される。また、本実施形態に係る溶融めっき鋼材１の溶融めっき層１２は、鋼材１１とＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金層との間に界面合金層を含んでもよい。つまり、溶融めっき層１２は、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金層の単層構造であってもよく、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金層と界面合金層とを含む積層構造であってもよい。界面合金層には、Ａｌ－Ｎｉ合金相が含まれていてもよい。Ａｌ－Ｎｉ合金相は、後述するように、プレめっき鋼材のＮｉめっきのＮｉと、溶融めっき浴のＡｌとが反応することによって形成されるＡｌ－Ｎｉ化合物に由来する。溶融めっき鋼材１においては、鋼材１と溶融めっき層１２の界面全面に、Ａｌ－Ｎｉ合金相を含む界面合金層が形成されていてもよい。また、界面の一部にＡｌ－Ｎｉ合金相を含む界面合金層が形成され、それ以外の部分に、Ｆｅ－Ａｌ合金相を含む界面合金層が形成されていてもよい。
本実施形態に係る溶融めっき層の化学組成は、Ｚｎと、その他の合金元素とから構成される。溶融めっき層の化学組成について、以下に詳細に説明する。なお、濃度の下限値が０％であると説明される元素は、本実施形態に係る溶融めっき鋼材の課題を解決するために必須ではないが、特性の向上などを目的として溶融めっき層に含まれることが許容される任意元素である。
＜Ａｌ：１０．０～３０．０％＞
Ａｌは、Ｚｎとの固溶体であるα相を形成し、平面部耐食性、犠牲防食性及び加工性の向上に寄与する。従って、Ａｌ濃度は１０．０％以上とする。Ａｌ濃度を１１．０％以上、１２．０％以上、又は１５．０％以上としてもよい。一方、Ａｌが過剰である場合、Ｍｇ濃度およびＺｎ濃度が相対的に低下して、犠牲防食性が劣化する。よって、Ａｌ濃度は３０．０％以下とする。Ａｌ濃度を２８．０％以下、２５．０％以下、又は２０．０％以下としてもよい。
Ａｌは、Ｚｎとの固溶体であるα相を形成し、平面部耐食性、犠牲防食性及び加工性の向上に寄与する。従って、Ａｌ濃度は１０．０％以上とする。Ａｌ濃度を１１．０％以上、１２．０％以上、又は１５．０％以上としてもよい。一方、Ａｌが過剰である場合、Ｍｇ濃度およびＺｎ濃度が相対的に低下して、犠牲防食性が劣化する。よって、Ａｌ濃度は３０．０％以下とする。Ａｌ濃度を２８．０％以下、２５．０％以下、又は２０．０％以下としてもよい。
＜Ｍｇ：３．０～１５．０％＞
Ｍｇは、平面部耐食性および犠牲防食性を確保するために必須の元素である。従って、Ｍｇ濃度は、３．０％以上とする。Ｍｇ濃度を４．０％以上、５．０％以上、又は６．０％以上としてもよい。一方、Ｍｇ濃度が過剰であると、加工性、特にパウダリング性が劣化し、更に平面部耐食性が劣化する場合がある。よって、Ｍｇ濃度は１５．０％以下とする。Ｍｇ濃度を１２．０％以下、１０．０％以下、８．０％以下としてもよい。
Ｍｇは、平面部耐食性および犠牲防食性を確保するために必須の元素である。従って、Ｍｇ濃度は、３．０％以上とする。Ｍｇ濃度を４．０％以上、５．０％以上、又は６．０％以上としてもよい。一方、Ｍｇ濃度が過剰であると、加工性、特にパウダリング性が劣化し、更に平面部耐食性が劣化する場合がある。よって、Ｍｇ濃度は１５．０％以下とする。Ｍｇ濃度を１２．０％以下、１０．０％以下、８．０％以下としてもよい。
＜Ｆｅ：０．０１％～１５．０％＞
Ｆｅの濃度は０％でもよい。一方、Ｆｅが溶融めっき層に０．０１％以上含有されてもよい。Ｆｅ濃度が１５．０％以下であれば、溶融めっき層の性能に悪影響がないことが確認されている。Ｆｅ濃度を例えば０．０５％以上、０．１％以上、０．５％以上、又は１．０％以上としてもよい。Ｆｅ濃度を例えば１０．０％以下、８．０％以下、又は６．０％以下としてもよい。Ｆｅは、母材鋼板から混入する場合があるため、Ｆｅ濃度は０．０５％以上でもよい。
Ｆｅの濃度は０％でもよい。一方、Ｆｅが溶融めっき層に０．０１％以上含有されてもよい。Ｆｅ濃度が１５．０％以下であれば、溶融めっき層の性能に悪影響がないことが確認されている。Ｆｅ濃度を例えば０．０５％以上、０．１％以上、０．５％以上、又は１．０％以上としてもよい。Ｆｅ濃度を例えば１０．０％以下、８．０％以下、又は６．０％以下としてもよい。Ｆｅは、母材鋼板から混入する場合があるため、Ｆｅ濃度は０．０５％以上でもよい。
＜Ｓｉ：０％～１０．０％＞
Ｓｉ濃度は０％であってもよい。一方、Ｓｉは、平面部耐食性の向上に寄与する。従って、Ｓｉ濃度を０．０５％以上、０．１％以上、０．２％以上、又は０．５％以上としてもよい。一方、Ｓｉ濃度が過剰であると、平面部耐食性および犠牲防食性が劣化する。従って、Ｓｉ濃度は１０．０％以下とする。Ｓｉ濃度を８．０％以下、７．０％以下、又は６．０％以下としてもよい。
Ｓｉ濃度は０％であってもよい。一方、Ｓｉは、平面部耐食性の向上に寄与する。従って、Ｓｉ濃度を０．０５％以上、０．１％以上、０．２％以上、又は０．５％以上としてもよい。一方、Ｓｉ濃度が過剰であると、平面部耐食性および犠牲防食性が劣化する。従って、Ｓｉ濃度は１０．０％以下とする。Ｓｉ濃度を８．０％以下、７．０％以下、又は６．０％以下としてもよい。
＜Ｎｉ：０～１．０％＞
Ｎｉの濃度は０％でもよい。一方、Ｎｉは犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｎｉ濃度を０．０５％以上、０．０８％以上、又は０．１％以上としてもよい。一方、Ｎｉ濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｎｉ濃度は、１．０％以下とする。Ｎｉ濃度を０．８％以下、０．６％以下、又は０．５％以下としてもよい。
Ｎｉの濃度は０％でもよい。一方、Ｎｉは犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｎｉ濃度を０．０５％以上、０．０８％以上、又は０．１％以上としてもよい。一方、Ｎｉ濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｎｉ濃度は、１．０％以下とする。Ｎｉ濃度を０．８％以下、０．６％以下、又は０．５％以下としてもよい。
＜Ｃａ：０％～４．０％＞
Ｃａ濃度は０％であってもよい。一方、Ｃａは、平面部耐食性を付与するのに最適なＭｇ溶出量を調整することができる元素である。従って、Ｃａ濃度は０．０５％以上、０．１％以上、又は０．５％以上であってもよい。一方、Ｃａ濃度が過剰であると、平面部耐食性及び加工性が劣化する。従って、Ｃａ濃度は４．０％以下とする。Ｃａ濃度を３．５％以下、３．０％以下、又は２．８％以下としてもよい。
Ｃａ濃度は０％であってもよい。一方、Ｃａは、平面部耐食性を付与するのに最適なＭｇ溶出量を調整することができる元素である。従って、Ｃａ濃度は０．０５％以上、０．１％以上、又は０．５％以上であってもよい。一方、Ｃａ濃度が過剰であると、平面部耐食性及び加工性が劣化する。従って、Ｃａ濃度は４．０％以下とする。Ｃａ濃度を３．５％以下、３．０％以下、又は２．８％以下としてもよい。
更に、本実施形態に係る溶融めっき層には、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素が含有される。これらの元素の合計は５％以下とされる。合計が５％を超えると、平面耐食性または犠牲防食性が低下する場合がある。
＜Ｓｂ、Ｐｂ：それぞれ０～０．５％＞
Ｓｂ、Ｐｂの濃度は０％でもよい。一方、Ｓｂ、Ｐｂは、犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｓｂ、Ｐｂそれぞれの濃度を０．０５％以上、０．１０％以上、又は０．１５％以上としてもよい。一方、Ｓｂ、Ｐｂの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｓｂ、Ｐｂそれぞれの濃度は０．５％以下とする。Ｓｂ、Ｐｂそれぞれの濃度を０．４％以下、０．３％以下、又は０．２５％以下としてもよい。
Ｓｂ、Ｐｂの濃度は０％でもよい。一方、Ｓｂ、Ｐｂは、犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｓｂ、Ｐｂそれぞれの濃度を０．０５％以上、０．１０％以上、又は０．１５％以上としてもよい。一方、Ｓｂ、Ｐｂの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｓｂ、Ｐｂそれぞれの濃度は０．５％以下とする。Ｓｂ、Ｐｂそれぞれの濃度を０．４％以下、０．３％以下、又は０．２５％以下としてもよい。
＜Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉ：それぞれ０～１．０％＞
Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉの濃度はそれぞれ０％でもよい。一方、これらは犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉそれぞれの濃度を０．０５％以上、０．０８％以上、又は０．１０％以上としてもよい。一方、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉそれぞれの濃度は、１．０％以下とする。Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉそれぞれの濃度を０．８％以下、０．７％以下、又は０．６％以下としてもよい。
Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉの濃度はそれぞれ０％でもよい。一方、これらは犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉそれぞれの濃度を０．０５％以上、０．０８％以上、又は０．１０％以上としてもよい。一方、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉそれぞれの濃度は、１．０％以下とする。Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＡｇおよびＬｉそれぞれの濃度を０．８％以下、０．７％以下、又は０．６％以下としてもよい。
＜Ｓｎ：０～２．０％＞
Ｓｎ濃度は０％であってもよい。一方、Ｓｎは、Ｍｇと金属間化合物を形成し、溶融めっき層の犠牲防食性を向上させる元素である。従って、Ｓｎ濃度を０．０５％以上、０．１％以上、または０．２％以上としてもよい。ただし、Ｓｎ濃度が過剰であると、平面耐食性が劣化する。従って、Ｓｎ濃度は２．０％以下とする。Ｓｎ濃度を１．５％以下、１．０％以下、０．６％以下、又は０．５％以下としてもよい。
Ｓｎ濃度は０％であってもよい。一方、Ｓｎは、Ｍｇと金属間化合物を形成し、溶融めっき層の犠牲防食性を向上させる元素である。従って、Ｓｎ濃度を０．０５％以上、０．１％以上、または０．２％以上としてもよい。ただし、Ｓｎ濃度が過剰であると、平面耐食性が劣化する。従って、Ｓｎ濃度は２．０％以下とする。Ｓｎ濃度を１．５％以下、１．０％以下、０．６％以下、又は０．５％以下としてもよい。
＜Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒ：それぞれ０～０．５％＞
Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒそれぞれの濃度は０％でもよい。一方、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒは、犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度それぞれを０．１０％以上、０．１５％以上、又は０．２０％以上としてもよい。一方、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度それぞれを、０．５％以下とする。Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度それぞれを０．４％以下、０．３％以下としてもよい。
Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒそれぞれの濃度は０％でもよい。一方、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒは、犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度それぞれを０．１０％以上、０．１５％以上、又は０．２０％以上としてもよい。一方、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度それぞれを、０．５％以下とする。Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ、Ｙ、ＰおよびＳｒの濃度それぞれを０．４％以下、０．３％以下としてもよい。
＜Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗ：それぞれ０～０．５％＞
Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗそれぞれの濃度は０％でもよい。一方、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗは、犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度それぞれを０．１０％以上、０．１５％以上、又は０．２０％以上としてもよい。一方、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度それぞれを、０．５％以下とする。Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度それぞれを０．４％以下、０．３％以下としてもよい。
Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗそれぞれの濃度は０％でもよい。一方、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗは、犠牲防食性の向上に寄与する。従って、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度それぞれを０．１０％以上、０．１５％以上、又は０．２０％以上としてもよい。一方、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度が過剰であると、平面部耐食性が劣化する。従って、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度それぞれを、０．５％以下とする。Ｃｏ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｖ、Ｗの濃度それぞれを０．４％以下、０．３％以下としてもよい。
＜残部：Ｚｎ及び不純物＞
本実施形態に係る溶融めっき層の成分の残部は、Ｚｎ及び不純物である。Ｚｎは、平面部耐食性及び犠牲防食性を溶融めっき層にもたらす元素である。不純物は、原材料に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に含有させたものではない成分を指す。例えば、溶融めっき層には、素地鋼材とめっき浴との相互の原子拡散によって、不純物として、Ｆｅ以外の成分も微量混入することがある。
本実施形態に係る溶融めっき層の成分の残部は、Ｚｎ及び不純物である。Ｚｎは、平面部耐食性及び犠牲防食性を溶融めっき層にもたらす元素である。不純物は、原材料に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に含有させたものではない成分を指す。例えば、溶融めっき層には、素地鋼材とめっき浴との相互の原子拡散によって、不純物として、Ｆｅ以外の成分も微量混入することがある。
溶融めっき層の化学成分は、次の方法により測定する。まず、鋼材の腐食を抑制するインヒビターを含有した酸を用いて、溶融めっき層を剥離溶解した酸液を得る。次に、得られた酸液を誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析する。これにより、溶融めっき層の化学組成を得ることができる。酸種は、溶融めっき層を溶解できる酸であれば、特に制限はない。なお、上述の手段により測定される化学組成は、溶融めっき層全体の平均化学組成である。
次に、溶融めっき層の金属組織について説明する。
溶融めっき層の金属組織は、α相およびＭｇＺｎ２相を含有する。α相およびＭｇＺｎ２相は、溶融めっき層の平面部耐食性を向上させる。また、後述するように、α相およびＭｇＺｎ２相がそれぞれランダムに配向することによって、溶融めっき鋼材の犠牲防食性が向上する。
溶融めっき層中のα相の面積率は、１５～８０％であることが好ましい。また、ＭｇＺｎ２相の面積率は、５～５５％であることが好ましい。α相およびＭｇＺｎ２相の合計の面積率は、２０％以上１００％以下であることが好ましい。但し、この面積率の範囲は一例であり、本発明に係る溶融めっき層の組織の面積分率はこの範囲に何ら限定されるものではなく、溶融めっき層が以下に説明する式（１ａ）および式（１ｂ）の少なくとも一方と、式（２）と、を満たせばよい。
また、溶融めっき層に０．０５～０．５％のＳｎが含有される場合、溶融めっき層中には確実にＭｇ２Ｓｎ相が含まれるようになる。Ｍｇ２Ｓｎ相は少量であるため、Ｘ線回折測定によってその存在が確認される。溶融めっき層中にＭｇ２Ｓｎ相が含有されることにより、溶融めっき鋼材の犠牲防食性がより向上する。
溶融めっき層は、α相及びＭｇＺｎ２相以外の相を残部として含有してもよい。例えば、上述の化学組成の溶融めっき層には、η－Ｚｎ相、Ａｌ－Ｃａ－Ｓｉ相などが含まれうる。α相及びＭｇＺｎ２相の含有量が上述の範囲内であれば、平面部耐食性および犠牲防食性を確保可能であるので、α相及びＭｇＺｎ２相以外の相または組織の構成は特に限定されない。
次に、α相及びＭｇＺｎ２相の結晶方位について説明する。
本実施形態の溶融めっき層では、溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られるＸ線回折強度が、下記式（１ａ）および式（２）の関係を満足する場合に、ＭｇＺｎ２相およびα相の結晶方位が、結晶粒毎にランダムな方向に配向するようになり、犠牲防食性および平面耐食性がともに向上する。
本実施形態の溶融めっき層では、溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られるＸ線回折強度が、下記式（１ａ）および式（２）の関係を満足する場合に、ＭｇＺｎ２相およびα相の結晶方位が、結晶粒毎にランダムな方向に配向するようになり、犠牲防食性および平面耐食性がともに向上する。
０．５≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．５ …（１ａ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２）
また、溶融めっき層の化学組成のうち、Ａｌ濃度およびＭｇ濃度をそれぞれ、Ａｌ：１５．０～３０．０％、Ｍｇ：５．０～１０．０％の範囲になる場合は、上記式（１ａ）に代えて、上記（２）式とともに下記（１ｂ）式を満足することが好ましい。なお、溶融めっき層の化学組成のうち、Ａｌ濃度およびＭｇ濃度がそれぞれ、Ａｌ：１５．０～３０．０％、Ｍｇ：５．０～１０．０％の範囲を満足し、かつ、Ａｌ：１０．０～３０．０％、Ｍｇ：３．０～１５．０％の範囲を満足する場合は、上記式（１ａ）を満たしていればよい。溶融めっき層の化学組成のうち、Ａｌ濃度およびＭｇ濃度がそれぞれ、Ａｌ：１５．０～３０．０％、Ｍｇ：５．０～１０．０％の範囲を満足し、かつ、Ａｌ：１０．０～３０．０％、Ｍｇ：３．０～１５．０％の範囲を満足する場合は、上記式（１ａ）を満たし、さらに下記式（１ｂ）を満たすことが好ましい。
１．０≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．０ …（１ｂ）
ただし、式（１ａ）、式（１ｂ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度である。また、式（２）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。
式（１ａ）に示すように、Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝が０．５～２．５の範囲になることにより、ＭｇＺｎ２相の結晶方位が、結晶粒毎にランダムな方向に配向するようになる。好ましくは、１５．００～３０．００％のＡｌ濃度および５．００～１０．００％のＭｇ濃度の場合に、式（１ｂ）に示すように１．０～２．０の範囲になるとよい。更に、Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝が１．０６になる場合に、ＭｇＺｎ２相が最もランダムに配向するようになることから、Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝は１．０～１．２の範囲がより好ましい。
また、式（２）におけるＩ（１１１）α／Ｉ（２００）αが、０．２～５．０の範囲になることにより、α相の結晶方位が、結晶粒毎にランダムな方向に配向するようになる。また、Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）αが２．１になる場合に、α相が最もランダムに配向するようになることから、Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）αは２．０～２．２の範囲がより好ましい。
ＭｇＺｎ２相の面積率の測定方法は以下の通りである。３０ｍｍ×３０ｍｍに切断したサンプルの溶融めっき層の表面を、機械研磨（例えばエメリー紙＃２０００で研磨）により平坦に調整する。次に、コロイダル研磨により、めっき層の表面に化学研磨を施し、この表面が鏡面状態になるまで研磨する。研磨後のめっき層の表面をＳｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）観察する。具体的には、倍率５０００倍で、Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ－Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ－ＥＤＳ）を用いて元素分布像を撮影する。この元素分布像において、ＭｇとＺｎとが共存する相をＭｇＺｎ２相と特定する。なお、本明細書において、Ｍｇ：２０～４０ａｔ％、Ｚｎ：５０～８０ａｔ％となる領域をＭｇとＺｎとが共存する相（ＭｇＺｎ２相）と判断する。ＭｇＺｎ２相を特定した後、視野中に含有されるα相およびＭｇＺｎ２相の面積率を、画像解析ソフトを用いた二値化により算出する。
α相の面積率の測定方法は以下の通りである。３０ｍｍ×３０ｍｍに切断したサンプルの溶融めっき層の表面を、機械研磨により平坦に調整する。次に、コロイダル研磨により、めっき層の表面に化学研磨を施し、この表面が鏡面状態になるまで研磨する。研磨後のめっき層の表面をＳＥＭ観察する。具体的には、倍率５０００倍で、ＳＥＭ－ＥＤＳを用いて元素分布像を撮影する。この元素分布像において、ＡｌとＺｎとが共存する相をα相と特定する。なお、本明細書において、Ａｌ：４０～９５ａｔ％、Ｚｎ：０．５～５０ａｔ％となる領域をＡｌとＺｎとが共存する相（α相）と判断する。α相を特定した後、視野中に含有されるα相の面積率を、画像解析ソフトを用いた二値化により算出する。
式（１ａ）および式（１ｂ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝の測定方法は以下の通りである。まず、溶融めっき層の表面を鏡面研磨し、必要に応じて化学研磨する。次いで、例えば、Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製（型番ＲＩＮＴ－ＴＴＲ ＩＩＩ）を用い、Ｘ線出力５０ｋＶ、３００ｍＡ、銅ターゲット、ゴニオメーターＴＴＲ（水平ゴニオメータ）、Ｋβフィルターのスリット幅０．０５ｍｍ、長手制限スリット幅２ｍｍ、受光スリット幅８ｍｍ、受光スリット２開放、をとし、測定条件としてスキャンスピード５ｄｅｇ．／ｍｉｎ、ステップ幅０．０１ｄｅｇ、スキャン軸２θ（５～９０°）としてＸ線回折測定を実施する。そして、ＭｇＺｎ２相の（１００）面の回折強度（１９．６７±０．２°の範囲における最大強度）、（００２）面の回折強度（２０．７８±０．２°の範囲における最大強度）、（１０１）面の回折強度（２０．７８±０．２°の範囲における最大強度）をそれぞれ計測する。回折強度はバックグラウンド強度を除いた強度とする。得られた回折強度から、Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝を求める。
式（２）におけるＩ（１１１）α／Ｉ（２００）αの測定方法は以下の通りである。まず、溶融めっき層の表面を鏡面研磨し、必要に応じて化学研磨する。次いで、例えば、Ｘ線回折装置および測定条件を上記と同様として、Ｘ線回折測定を実施する。そして、α相の（１１１）面の回折強度（３８．４７±０．２°の範囲における最大強度）、（２００）面の回折強度（４４．７４±０．２°の範囲における最大強度）をそれぞれ計測する。回折強度はバックグラウンド強度を除いた強度とする。得られた回折強度から、Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）αを求める。
また、溶融めっき層中にＭｇ２Ｓｎ相が含まれるかどうかは、上記のＸ線回折測定を行う際に、Ｍｇ２Ｓｎに特有の回折ピークが現れるかどうかで判断する。
溶融めっき層の片面当たりの付着量は、例えば２０～１５０ｇ／ｍ２の範囲内とすればよい。片面当たりの付着量を２０ｇ／ｍ２以上とすることにより、溶融めっき鋼材の平面耐食性および犠牲防食性を一層高めることができる。一方、片面当たりの付着量を１５０ｇ／ｍ２以下とすることにより、溶融めっき鋼材の加工性を一層高めることができる。
次に、本実施形態の溶融めっき鋼材の製造方法を説明するが、本実施形態に係る溶融めっき鋼材の製造方法は特に限定されない。例えば以下に説明する製造条件によれば、本実施形態に係る溶融めっき鋼材を得ることができる。
本実施形態の溶融めっき鋼材の製造方法では、めっき原板として、鋼材１１にＮｉプレめっきがされたＮｉプレめっき鋼材を用いる。鋼材１１の表面には、Ｎｉプレめっきの前に、ひずみを与える処理を行う。次いで、Ｎｉプレめっき鋼材を還元雰囲気中で焼鈍し、焼鈍直後のＮｉプレめっき鋼材を溶融めっき浴に浸漬してから引き上げることで、鋼材の表面に溶融めっき層を形成する。次いで、溶融めっき層の温度が浴温から３００℃以下になるまでの間にミスト冷却を行う。
はじめに、めっき原板の調製方法を述べる。まず、鋼材１１の表面にひずみを付与する処理を行う。具体的には、鋼材１１の表面に研削処理または研磨処理を行う。研削処理の場合の研削量は、特に限定されないが、例えば少なくとも０．１ｍｍ以上であればよい。一方、研磨処理は、鋼材１１の表面に付着した汚れや油分を取り除くために例えばアルカリ洗浄を行うが、この際に、金属ブラシ（研削ブラシ）によって鋼材表面を研磨する。これにより、鋼材表面に多数の摺り疵を形成させてひずみを付与する。研削の際の研削ブラシの圧下量は０．５～１０．０ｍｍである。研削ブラシの圧下量が０．５ｍｍ未満の場合、十分なひずみを付与することができず、後述する溶融めっきを凝固させる工程の際にα相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しない。また、鋼材表面を研削する際に鋼板表面にＮａＯＨ １．０～５．０％水溶液を塗布することが好ましい。それにより鋼材１１の表面に付着した汚れや油分が十分に除去される。鋼板に十分なひずみを付与するためには、研削に用いる研削ブラシの圧下量は０．５～１０．０ｍｍである。研削ブラシの回転数は１００～１０００ｒｐｍであるとよい。ついで、鋼材１１の表面にＮｉめっきを行う。Ｎｉめっきの付着量は、例えば０．０５～５．０ｍｇ／ｍ２とする。このようにしてＮｉプレめっき鋼材を準備する。
次いで、Ｎｉプレめっき鋼材に対して還元雰囲気中で焼鈍を行う。焼鈍条件は、均熱温度を６００℃未満とする。均熱温度が６００℃以上では、ＮｉとＦｅが合金化してしまい、これによりＡｌ－Ｎｉ化合物の形成が進まず、核生成サイトの数が減少してα相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向されなくなる。均熱温度の下限は特に制限はないが、例えば５００℃以上でもよい。より好ましい均熱温度は５５０℃以上である。また、均熱時間は特に制限はないが、例えば、均熱時間を０～２分とするとよい。焼鈍雰囲気は還元雰囲気であれば特に限定されない。例えば、水素及び窒素の混合雰囲気でもよい。
焼鈍直後の鋼材を、溶融めっき浴に浸漬する。溶融めっき浴の化学組成は、上述した溶融めっき層の化学組成が得られるように、適宜調整すればよい。また、溶融めっき浴の温度も特に限定されず、溶融めっきを実施可能な温度を適宜選択することができる。例えば、めっき浴温を、めっき浴の融点より約２０℃以上高い値としてもよい。
次に、溶融金属が付着した鋼材を溶融めっき浴から引き上げる。鋼材の引き上げ速度の制御を介して、溶融めっき層の付着量を制御することができる。必要に応じて、溶融めっき層が付着した鋼材にワイピングを行って、溶融めっき層の付着量を制御してもよい。溶融めっき層の付着量は特に制限されず、例えば上述した範囲内とすることができる。
次いで、溶融めっき層を冷却する。冷却は、溶融めっき浴から引き上げた直後の鋼材に対して、ミスト冷却を行う。ミスト冷却は、溶融めっき層の温度が浴温から３００℃になるまでの間を、連続して行う。３００℃未満の冷却条件は特に限定されず、引き続きミスト冷却を行ってもよく、空冷または自然放冷してもよい。
ミスト冷却は、霧状の水を溶融めっき層の表面に噴射することにより行う。霧状の水をめっき層の表面に噴射することで、溶融めっき層に振動が与えられる。ミストの噴霧量は、例えば、１．０～３０［Ｌ／（ｍｍ２・分）］とし、噴霧時間は１～６０秒とする。
ミストの噴霧量が１．０［Ｌ／（ｍｍ２・分）］未満では、鋼材に十分な振動が与えられず、溶融めっき層の凝固時にα相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しにくくなる。また、ミストの噴霧量が３０［Ｌ／（ｍｍ２・分）］を超えると、めっき層表面が過剰に酸化し、外観不良の原因となる。
噴霧時間が１秒未満では、鋼材に十分な振動が与えられず、溶融めっき層の凝固時にα相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しにくくなる。噴霧時間の上限に制限はないが、６０秒を超えてもミスト噴霧の効果が飽和するので、６０秒以下とする。
噴霧時間が１秒未満では、鋼材に十分な振動が与えられず、溶融めっき層の凝固時にα相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しにくくなる。噴霧時間の上限に制限はないが、６０秒を超えてもミスト噴霧の効果が飽和するので、６０秒以下とする。
上述の条件を満たすように溶融めっき層を冷却することにより、上記式（１ａ）および式（１ｂ）の少なくとも一方と、式（２）と、を満たす溶融めっき層を形成できる。その理由は、以下のようなものであると推定される。
上記の製造方法では、めっき原板として、あらかじめ鋼材表面にひずみが付与されたＮｉプレめっき鋼材を用いる。このようなＮｉプレめっき鋼材に対して溶融めっきを行うと、Ｎｉプレめっき鋼材のＮｉと溶融めっき浴のＡｌとが反応して、鋼材の表面にＡｌ－Ｎｉ化合物が形成される。また、鋼材表面に付与したひずみによって、Ａｌ－Ｎｉ化合物がより数多く形成されるようになる。Ａｌ－Ｎｉ化合物は、めっき層凝固時の核生成サイトとなる。更に、溶融めっき後のミスト冷却によって鋼材に振動が与えられることで、核生成サイトが更に増加するようになる。このようにして、多数の核生成サイトが形成されることによって、溶融めっき層の凝固時に、α相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向するようになると推測される。
以下、本発明の実施例を説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
研削ブラシとしてホタニ社製Ｄ－１００を用い、研削する際に鋼板表面にＮａＯＨ １．０～５．０％水溶液を塗布し、表１に示す条件で研削した。なお、表１中のひずみ処理条件の欄のＡＡはブラシ圧下量が１０ｍｍであることを意味し、Ａはブラシ圧下量が０．５ｍｍであることを意味し、Ｂはブラシ圧下量が０．４ｍｍであることを意味する。研削は、回転数１００～１０００ｒｐｍで行った。
ひずみを付与したＮｉプレめっき鋼材を焼鈍後に種々の溶融めっき浴に浸漬し、引き上げることにより、鋼材表面に溶融めっき層を付着させ、次いで、溶融めっき浴の引き上げ直後から溶融めっき層が３００℃になるまでをミスト冷却によって冷却することにより、種々の溶融めっき鋼材を製造した。ミストの噴霧量は、０．７～３２［Ｌ／（ｍｍ２・分）］とし、噴霧時間は５秒とした。
Ｎｉプレめっき鋼材は、鋼材表面にＮｉめっきが形成されたものを用いた。Ｎｉめっきの付着量は０．８ｍｇ／ｍ２とした。また、Ｎｉめっきを形成する前の鋼材に対して、鋼材表面に付着した汚れや油分を取り除くためにアルカリ洗浄を行い、その際に、金属ブラシによって鋼材表面を研磨して多数の摺り疵を形成させることで、鋼材表面にひずみを付与した。
更に、ひずみ付与後のＮｉプレめっき鋼材に対して還元雰囲気中で焼鈍を行った。焼鈍条件は、均熱温度を５８０～８００℃とし、均熱時間は１０秒とした。焼鈍雰囲気は水素及び窒素の混合ガスからなる還元雰囲気とした。そして、焼鈍直後の鋼材を、溶融めっき浴に浸漬した。
溶融めっき層の化学組成は、表１の通りであった。なお、表１において、残部はＺｎおよび不純物である。Ｎｉプレめっきの成分は、表１に記載した溶融めっき層の化学成分に含まれている。製造条件は表２の通りとした。また、めっき層の金属組織を評価し、その結果を表３に示した。さらに、溶融めっき鋼材の表面耐食性及び犠牲防食性を評価し、その結果を表３に示した。
溶融めっき層の化学組成、及び溶融めっき層の金属組織の評価は、上述した手段により行った。
平面耐食性の評価は、以下の通りとした。得られた溶融めっき鋼材を、１００ｍｍ×５０ｍｍに切断し、平面耐食性評価試験に供した。平面耐食性の評価はＪＡＳＯ－ＣＣＴ－Ｍ６０９で規定された腐食促進試験で行い、１２０サイクル後、腐食減量を比較することで行った。評価基準は下記の通りとし、「ＡＡ」および「Ａ」を合格とした。
ＡＡ ：腐食減量 ４０ｇ／ｍ２未満
Ａ ：腐食減量 ４０ｇ／ｍ２以上６０ｇ／ｍ２未満
Ｂ ：６０ｇ／ｍ２以上
Ａ ：腐食減量 ４０ｇ／ｍ２以上６０ｇ／ｍ２未満
Ｂ ：６０ｇ／ｍ２以上
犠牲防食性の評価は以下の通りとした。得られた溶融めっき鋼材から７０×１５０ｍｍの四角形の試験片を切りだし、試験片の４つの端面開放のまま、ＪＡＳＯ試験（Ｍ６０９－９１）を実施し、３０サイクル後の端面部における左右側面部の赤錆面積率を評価した。以下、赤錆面積率の評価基準を示す。「ＡＡ」および「Ａ」を合格とした。
ＡＡ ：赤錆面積率が１０％未満
Ａ ：赤錆面積率が１０％以上、２０％未満
Ｂ ：赤錆面積率が２０％以上
Ａ ：赤錆面積率が１０％以上、２０％未満
Ｂ ：赤錆面積率が２０％以上
溶融めっき層の化学組成及び金属組織が適切に制御されていた、本発明に係る実施例１～２５、３９～４１は、平面耐食性、犠牲防食性の両方が優れていた。なお、実施例の溶融めっき層の片面当たりの付着量は、例えば２０～１５０ｇ／ｍ２の範囲であった。
比較例２６では、溶融めっき層のＡｌ量が不足していた。そのため、比較例２６では、平面耐食性が不足した。
比較例２７では、溶融めっき層のＡｌ量が過剰であった。そのため、比較例２７では、犠牲防食性が不足した。
比較例２７では、溶融めっき層のＡｌ量が過剰であった。そのため、比較例２７では、犠牲防食性が不足した。
比較例２８では、溶融めっき層のＭｇ量が不足していた。そのため、比較例２８では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例２９では、溶融めっき層のＭｇ量が過剰であった。そのため、比較例２９では平面耐食性が不足した。
比較例２９では、溶融めっき層のＭｇ量が過剰であった。そのため、比較例２９では平面耐食性が不足した。
比較例３０では、溶融めっき層のＳｉ量が過剰であった。そのため、比較例３０では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３１では、溶融めっき層のＣａ量が過剰であった。そのため、比較例３１では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３１では、溶融めっき層のＣａ量が過剰であった。そのため、比較例３１では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３２では、溶融めっき層のＮｉ量が過剰であった。そのため、比較例３２では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３３では、ミスト冷却を行わず、不活性ガスによる空冷を行った。そのため、比較例３３では、α相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しなかった。これにより、比較例３３では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３４では、鋼材に対してＮｉめっきを行わなかった。そのため、比較例３４では、α相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しなかった。これにより、比較例３４では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３５では、ミスト冷却時のミストの噴霧量が、１．０［Ｌ／（ｍｍ２・分）］未満であった。そのため、比較例３５では、α相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しなかった。これにより、比較例３３では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例３６では、ミスト冷却時のミストの噴霧量が、３０［Ｌ／（ｍｍ２・分）］超であった。そのため、比較例３６ではめっき外観が不良となった。このため、比較例３６では、めっき層の組織の評価および平面耐食性、犠牲防食性の評価を実施できなかった。
比較例３７、３８、および４２では、焼鈍時の均熱温度が６００℃以上であった。そのため、比較例３７、３８、および４２では、ＮｉとＦｅが合金化してしまい、Ｎｉめっきの核生成サイトとしての機能が失われ、α相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しなかった。これにより、比較例３７、３８および４２では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
比較例４３では、研削時の圧下量が少なかったため、ひずみを十分に加えることができなかった。そのため、α相およびＭｇＺｎ２相がランダムに配向しなかった。これにより、比較例４３では、平面耐食性、犠牲防食性の両方が不足した。
本発明に係る上記態様によれば、平面耐食性と犠牲防食性の両方に優れるので、産業上の利用可能性が高い。
Claims (3)
- 鋼材と、
前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、
前記鋼材と前記溶融めっき層との間に配されたＮｉプレめっき層と、を備え、
前記溶融めっき層の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：１０．０～３０．０％、
Ｍｇ：３．０～１５．０％、
Ｆｅ：０．０１～１５．０％、
Ｓｉ：０～１０．０％、
Ｎｉ：０．０５～１．０％、
Ｃａ：０～４．０％を含有し、
更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、
残部：Ｚｎ及び不純物からなり、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ａ）および式（２ａ）の関係を満足する、溶融めっき鋼材。
０．５≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．５ …（１ａ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２ａ）
ただし、式（１ａ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２ａ）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。 - 鋼材と、
前記鋼材の表面に配された溶融めっき層と、
前記鋼材と前記溶融めっき層との間に配されたＮｉプレめっき層と、を備え、
前記溶融めっき層の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：１５．０～３０．０％、
Ｍｇ：５．０～１０．０％、
Ｆｅ：０．０１～１５．０％、
Ｓｉ：０～１０．０％、
Ｎｉ：０．０５～１．０％、
Ｃａ：０～４．０％を含有し、
更に、Ｓｂ：０～０．５％、Ｐｂ：０～０．５％、Ｃｕ：０～１．０％、Ｓｎ：０～２．０％、Ｔｉ：０～１．０％、Ｃｒ：０～１．０％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｚｒ：０～１．０％、Ｍｎ：０～１．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ａｇ：０～１．０％、Ｌｉ：０～１．０％、Ｌａ：０～０．５％、Ｃｅ：０～０．５％、Ｂ：０～０．５％、Ｙ：０～０．５％、Ｐ：０～０．５％、Ｓｒ：０～０．５％、Ｃｏ：０～０．５％、Ｂｉ：０～０．５％、Ｉｎ：０～０．５％、Ｖ：０～０．５％、Ｗ：０～０．５％の元素群のうちの１種または２種以上の元素を含有するとともに、これらの元素の合計が５％以下とされ、
残部：Ｚｎ及び不純物からなり、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果から得られる回折強度が、下記式（１ｂ）および式（２ｂ）の関係を満足する、溶融めっき鋼材。
１．０≦Ｉ（１００）ＭｇＺｎ２／｛Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２＋Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２｝≦２．０ …（１ｂ）
０．２≦Ｉ（１１１）α／Ｉ（２００）α≦５．０ …（２ｂ）
ただし、式（１ｂ）におけるＩ（１００）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１００）の回折強度であり、Ｉ（００２）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（００２）の回折強度であり、Ｉ（１０１）ＭｇＺｎ２はＭｇＺｎ２相の（１０１）の回折強度であり、式（２ｂ）におけるＩ（１１１）αはα相の（１１１）の回折強度であり、Ｉ（２００）αはα相の（２００）の回折強度である。 - 前記溶融めっき層の化学組成のうちのＳｎが、質量％で、Ｓｎ：０．０５～０．５％とされ、
前記溶融めっき層のＸ線回折測定結果によってＭｇ２Ｓｎ相が検出される、請求項１または請求項２に記載の溶融めっき鋼材。
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