JPH0135071B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の要約 本発明は、改良された亜鉛含有の合金で被覆さ
れた炭素鋼シート、ストリツプまたはワイヤ、特
に亜鉛による粒間浸透および鉄ベースの脆化に対
し耐性であるシート、ストリツプまたはワイヤに
向けられる。ある種の装置および自動車排気部品
について見られるような、亜鉛合金で被覆された
鉄製品を高温使用に供することは、本発明の被覆
製品により改善される。亜鉛合金被覆鉄ベースの
脆化耐性は、高使用温度にかける場合、高燐含有
鋼ベースの使用により達成される。炭素鋼ベース
に対し、少くとも0.039重量％の燐含量は、この
種亜鉛合金で被覆された鉄ベースを亜鉛による脆
化に対し耐性にするのに充分であることが見出さ
れた。 亜鉛含有合金で被覆されたこの種の高燐鉄ベー
スを使用することにより、亜鉛による粒間浸透と
鉄ベースの脆化とに耐性である改良された金属被
覆鉄製品が得られることが見出された。この種の
被覆製品は、約232℃以上の温度における使用に
おいて使用寿命を延ばすと共に、室温に復帰した
場合、高度の延性を有する。 本発明は、延性の金属被覆された鉄金属製品、
特に金属被覆が下層の鉄ベースに対しバリヤおよ
び犠牲型の保護を与えるようなシート状、ストリ
ツプ状またはワイヤ状の炭素鋼シート、ストリツ
プまたはワイヤに向けられる。本発明は約232℃
以上の高使用温度にて改善特性を示す、たとえば
アルミニウム−亜鉛合金被覆鋼のような、亜鉛が
金属被覆の成分となる連続ストリツプの金属被覆
炭素鋼に関するものである。 加熱の熱履歴、すなわち加熱時間、加熱温度お
よび頻度に応じて、亜鉛または亜鉛含有金属被覆
鋼の高温加熱は、被覆の劣化と下層鋼ベースの脆
化とをもたらすことが観察されている〔ジエー・
ジエー・セビステイーは、エレクトロケミカル・
テクノロジー、第６巻、第９〜10号（1968年９
月、10月）、第330〜336頁において、連続ストリ
ツプの亜鉛メツキされた製品を150℃〜400℃の温
度範囲で20週間までの期間、空気雰囲気にて加熱
する研究を報告している〕セビステイーは、製品
劣化の一形態が「著しい鋼ベース浸透と脆化とに
より表わされる」ことを特記している。さらに、
この脆化は、約250℃を越える温度で加速された。
実際上の制限使用温度は確定されなかつたが、セ
ビステイーは連続ストリツプの亜鉛メツキ鋼に対
する最高許容使用温度が300℃よりずつと低いも
のであると結論した。 脆化は、亜鉛含有金属被覆、すなわち亜鉛が被
覆の一成分であるような被覆を有する鋼に共通す
る現象である。この種の被覆鋼をある温度範囲内
で加熱すると、被覆からの亜鉛はフエライト粒子
境界を介してベース鋼中に拡散する。このような
現象については、第１Ａ，１Ｂおよび１Ｃ図を参
照して後記する。室温延性は、拡散による亜鉛浸
透が増大するにつれて低下する。鋼ベースが脆化
したかどうかを決定するのに使用する一判定基準
は、亜鉛含有金属被覆試料における室温でのゼロ
厚さ（OT）曲げの少くとも50％に沿つて亀裂を
生ずるかどうかを記録することである。亜鉛拡散
は熱賦活される過程で起こるため、脆化を起こす
のに要する時間は、被覆製品が一定温度に保たれ
るかまたは加熱と冷却とを繰返されるかという工
程の熱履歴に依存し、かつ鋼ベース厚さにより左
右される。 上記した脆化問題に関し、被覆鋼製品の高温使
用に対する一つの明確な制限因子は、このような
高温度における被覆の完全性の維持である。すな
わち、この使用温度は被覆が劣化し始めるよりも
低い温度でなければならない。亜鉛メツキ鋼、す
なわちほんのわずかの他金属添加物しか含有しな
い亜鉛で被覆された鋼の場合、この鋼が脆化する
温度範囲は、被覆破壊が起こり始める温度にほぼ
隣接する（第３Ｂ図および後記の検討を参照）。
すなわち、通常の亜鉛メツキ鋼は、セビステイー
により報告されているように、たとえば250℃の
ような高温使用に関し著しく制限を受ける。しか
しながら、亜鉛含有被覆はこの被覆に合金元素を
添加することにより、その高温使用を増大させる
ことができる。このことは、特定かつ限定的な脆
化温度範囲を亜鉛含有合金被覆が劣化し始める温
度よりも低く設定することになる。この特性は、
米国特許第3343930号明細書に記載された種類の
アルミニウム−亜鉛合金被覆鋼につき観察されて
おり、これを第３Ａ図に示す。すなわち、この種
のアルミニウム−亜鉛被覆鋼は、アルミニウム−
亜鉛被覆が劣化し始める温度より低い限られた範
囲の温度において、脆化を受けないであろう。脆
化温度範囲より高いこのような限られた範囲内の
温度においては、フエライト粒子境界に沿つてで
なくむしろ粒子内部への亜鉛拡散が主体となり、
鋼は延性を保持する。 上記から明らかなように、本発明が関連する問
題は、亜鉛含有合金被覆鉄製品を鉄ベースの亜鉛
による粒間浸透に対し耐性にすることであり、か
くして亜鉛含有被覆に悪影響を与えることなく脆
化に対し耐性にすることである。 一般に、高燐含有の炭素鋼ベースの使用による
本発明は、被覆に何ら悪影響を与えずに亜鉛含有
合金被覆鋼を高温使用に供する途を広げる。燐は
古くから鋼中の不純物として知られており、また
実際上は鋼の強度のため故意に添加されている
（米国特許第3827924号明細書参照）が、本発明は
亜鉛合金で被覆されかつ約232℃以上よりこの種
の被覆が劣化し始める温度までという高温度に曝
される鋼ベースにおいて燐の脆化防止性を始めて
認めたものである。 上記に鑑み、本発明によれば、金属被覆がその
成分として高温度に長時間曝した場合、鉄金属中
に浸透して脆化をひき起こすのに足る量の亜鉛を
含有する延性の金属被覆された鉄金属製品が提供
され、これはこの鉄金属を亜鉛による粒間浸透
と、232℃以上の温度に長時間曝した場合の脆化
に対し耐性にするため、炭素鋼からなる鉄金属が
少くとも0.039重量％の燐を含有することを特徴
とする。 本発明によれば、被覆の成分として亜鉛を有す
る改善された金属被覆鉄製品は、約232℃より高
い温度での亜鉛による粒間浸透により荵起こされ
る鉄ベースの脆化に対し耐性となる。たとえば、
ある種の装置および自動車排気部品について見ら
れるような、高温使用におけるこの種の金属被覆
鉄製品の使用は、本発明の金属被覆された鉄製品
により増進される。たとえば、亜鉛合金被覆され
た炭素鋼ベースを、高使用温度に曝した時の脆化
耐性は、驚くことに高燐含有鋼ベースの使用によ
り達成される。この種の炭素鋼ベースに関し、少
くとも0.039％の燐金属は、この種の亜鉛合金被
覆された鋼ベースを、約232℃より高い温度での
亜鉛による脆化に対し耐性とするのに充分である
ことが判明した。 このような高燐含有の鋼ベースを使用すること
により、亜鉛の粒間浸透と鋼ベースの脆化とに耐
性を有する改善された金属被覆鉄製品が得られる
ことが見出された。この種の被覆製品は、約232
℃乃至約677℃の温度における延長された使用寿
命を有することができる。 本発明の目的および利点は、添付図面を参照す
る以下の記載から明白となるであろう。 第１Ａ，１Ｂおよび１Ｃ図は、従来技術により
製造され、脆化温度T800〓（426.7℃）まで加熱
されかつ時間t₁（25時間）、t₂（50時間）およびt₃
（100時間）にわたり保たれた亜鉛含有の金属被覆
された鉄製品の約500倍拡大写真であつて、被覆
製品の鋼ベース中への亜鉛の粒間浸透を示し、 第２図は、510℃の加熱温度に対する時間の函
数としての、アルミニウム−亜鉛合金被覆された
鉄製品における鉄ベース中への亜鉛浸透の深さを
示すデータのグラフであり、 第３Ａ図は、従来技術により製造されたベース
鋼が公称約0.01重量％の燐を含有しかつ脆化範囲
が高温度と低温度非脆化範囲との間に存在するア
ルミニウム−亜鉛合金被覆された鋼の独特な特性
を有するアルミニウム−亜鉛合金被覆された鋼板
に関し脆化に対する温度の一般的効果を示し、 第３Ｂ図は、第３Ａ図と同様な図であるが、た
だし第３Ｂ図は従来技術により製造された亜鉛メ
ツキ鋼の脆化に対する温度の一般的効果を示し、 第４図は、ベース鋼組成が燐の添加により改変
されている、脆化温度に曝した後の亜鉛メツキさ
れたおよびアルミニウム−亜鉛合金被覆された鋼
の引張伸び、すなわち延性を示すデータのグラフ
であり、 第５図は、本発明により製造されたアルミニウ
ム−亜鉛被覆鋼板と従来技術により製造された被
覆鋼板とを対比し、ベース鋼が公称約0.01重量％
以下の燐を含有する場合、アルミニウム−亜鉛被
覆鋼板の脆化開始に対する時間と温度との関係を
示すものである。 本発明は、被覆の成分としての亜鉛と鉄ベース
の成分としての高含有量の燐とを含有し、約232
℃より高い温度に曝した後、脆化耐性を示すよう
な改善された金属被覆鉄ベース製品に関するもの
である。さらに詳細には、本発明はアルミニウム
−亜鉛合金被覆された改善鋼製品、たとえばシー
ト、ストリツプまたはワイヤに向けられる。後者
の合金被覆された製品は、米国特許第3343930号
および第3393089号の主題であり、すなわちアル
ミニウム−亜鉛被覆された鉄ベースは、25〜70重
量％のアルミニウムと、アルミニウム含有量の少
くとも0.5重量％の量の珪素と、残部の実質的に
亜鉛とからなる被覆を有する。本発明が関係する
熱浸漬された被覆製品は、その成分として亜鉛を
含有する被覆を特徴とし、さらに化学組成が典型
的には重量で次の範囲内にある炭素鋼ベースを特
徴とする； 炭素：最高0.15％ マンガン：0.25〜0.60％ 燐：最低0.039％ 硫黄：最高0.025％ 珪素：最高0.040％ 経験が示すところでは、高温度が定常的である
かまたは循環的な加熱と冷却とから生ずる短期間
の組合せであるような高温用途は、亜鉛含有金属
被覆された製品に関し、下層の鋼ベースの脆化の
ために制約される。この脆化を第１Ａ〜１Ｃ図に
示す。これらの図面は、一連の脆化した亜鉛合金
金属被覆された鉄製品の簡単な写真図であり、約
500倍の倍率を有する。第１Ａ〜１Ｃ図は、それ
ぞれの時間における亜鉛浸透の進行を示してお
り、ここでt₁（25時間）＜t₂（50時間）＜t₃（100時間
）
であつて、これらの時間はそれぞれ第１Ａ，１Ｂ
および１Ｃ図における温度Ｔ（426.7℃）における
ものである。第１Ａ〜１Ｃ図が示すように研究者
は、脆化メカニズムが加熱の際金属間合金層１２
を通して拡散する被覆１０からの亜鉛によるもの
であり、連続した熱浸漬亜鉛含有被覆鉄製品の特
徴であることを示した。拡散した亜鉛１４は鋼ベ
ース１８のフエライト粒子境界１６に沿つて沈降
し、それにより粒子境界／マトリツクス界面を弱
化させる。第１Ａ〜１Ｃ図は、一般に亜鉛浸透の
量が温度における時間の増加と共に増大すること
を示している。従来技術により製造されたアルミ
ニウム−亜鉛合金（55％Al、1.6％Si、残部Zn）
で被覆された鋼板に対し、第１Ａ〜１Ｃ図に示さ
れた浸透の型を定量分析すると、第２図の浸透対
時間の曲線が得られる。この曲線に関するデータ
は、510℃に加熱されかつ第２図に示される時間
保持された、厚さ約0.8ミルのアルミニウム−亜
鉛合金被覆を有する30番手（0.39mm）の鋼板から
得たものである。第２図は、その温度における時
間の平行根に従つて亜鉛浸透の深さが一定に直線
増加することを示している。下層の鋼ベースの番
手、すなわち厚さを知れば、第２図のデータから
下層の鋼ベースが完全に浸透されるその温度にお
ける時間を直接的に或いは外挿により決定するこ
とができる。かくして、鋼ベース厚さは、脆化問
題に対し別の問題を付加する。 これらの高温度に露呈されかつ冷却された亜鉛
被覆鋼を成形する試みは、或いは被覆鋼、特に薄
い被覆鋼板に対する衝撃のような使用時歪みは、
この種の鋼を亀裂させるであろう。鋼ベースの脆
化によつてひき起こされるこの亀裂は、この種の
製品が成形または使用時歪みにかけられないよう
な温度に、これら被覆鋼製品の使用を制限する。 このような脆化現象を抑制する努力がなされて
おり、これらの努力は主として被覆の金属学、す
なわち合金オーバーレイおよび金属間合金層、な
らびに下層鋼ベースの粒子寸法に集中されてい
る。精々、これらの方法はわずかの限られた成功
しか収めていない。 本発明において実現化される脆化問題に対する
解決は、ベース鋼の化学が燐の豊富化により改質
されているという点で独特である。炭素鋼、すな
わち金属熱浸漬被覆操作に対し典型的なベース鋼
の場合、約232℃以上の高温使用条件に曝した後
における亜鉛による粒間浸透と鋼ベースの脆化と
を防止するには、少くとも0.039重量％の燐含有
量で充分であることが見出された。金属熱浸漬被
覆操作に対し従来使用されている種類の現在製造
されている炭素鋼の典型的な燐含有量は約0.010
〜0.015重量％である。 亜鉛による粒間浸透と鋼ベースの脆化とに関す
る問題に対し本発明の効果を示すため、燐含有量
範囲の異なる14種の鋼ベース試料を亜鉛またはア
ルミニウム−亜鉛で熱浸漬被覆した。特に、亜鉛
含有金属被覆は、通常の亜鉛メツキ被覆および公
称55％のアルミニウムと1.6％の珪素と残部の主
として亜鉛とからなるアルミニウム−亜鉛被覆
（以下、Al−Znという）から構成した。これら14
種の鋼ベース試料の化学分析値を第１表に示す。

【表】

【表】

【表】 空気中482℃にて100〜600時間加熱しかつ室温
まで冷却した後の、２インチにおける伸び％とし
て測定した引張伸びを第２表に示した。 室温におけるベース鋼試料５〜14の比較的高い
引張伸び、すなわち延性は、亀裂なしにゼロ厚さ
（OT）曲げに耐える試料の能力を示している。
これは、さらに本発明の被覆製品から製造した、
たとえば自動車排気部品、装置などのような成形
部品が充分に衝撃に耐え、約232℃より高い温度
に曝した後にも亀裂を生じないことを示してい
る。また、この高い温度では少なくとも0.039重
量％以上の燐を含有する鉄金属は亜鉛により粒間
浸透されず脆化されることがないことがわかる。 本発明のワイヤは、ストーブすなわち高温処理
炉において物品を保持するのに使用する網だな等
を製造するのに使用しうる。 第４図は、第２表に示した600時間試験に関す
るデータのグラフである。データにおける曲線の
屈折点は約0.020重量％以上の燐含有量で現われ
始め、0.039重量％より高い燐レベルにおいて一
層明確になる。約0.060重量％以上の燐レベルに
おいて一層明瞭になるプロツトの散乱は、主とし
てベース鋼における固有の差、すなわち炭素含有
量と微細構造とに起因する。 冒頭に記載した通り、アルミニウム−亜鉛合金
被覆鋼（55％Alと1.6％Siと残部Znとの公称被覆
組成）は、特定の制限された脆化温度範囲を示
す。第３Ａ図は、この一般的概念を温度の函数と
して示し、第５図は、さらに55Al−Zn合金被覆
鋼に関し時間の要因を加えてこの概念をさらに詳
細に示している。第５図に関し、最高温度は時間
に無関係に約510℃で起こり、それより低い温度
はその温度における時間と共に低下する。第５図
の三角形領域で画成されるこの脆い領域は、従来
技術の教示により製造したアルミニウム−亜鉛合
金被覆鋼の制約された使用性を図示している。た
とえば、従来技術で製造され、かつ約399℃〜510
℃の温度に600時間曝された55Al−Zn合金被覆の
低燐含有量の炭素鋼は、脆くなつた。しかしなが
ら、本発明の教示に従い、すなわち亜鉛含有金属
被覆を受入れるため燐含有量を高めた炭素鋼ベー
スを使用することにより、脆化問題はもはや被覆
製品に対する高温使用において制限要因にならな
い。プロツトが第５図の三角形領域内に入つたと
しても、鋼ベースに燐が添加されているため、製
品はもはや脆化しないことが注目される。このこ
とは、本発明の教示に従えば、第３Ａ，３Ｂおよ
び５図に示した脆化温度範囲が除去されて、もは
や使用制限要因とはならないことを示している。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ，１Ｂおよび１Ｃ図は従来技術により製
造された亜鉛含有金属被覆鉄製品の約500倍拡大
写真であり、第２図は亜鉛浸透の深さを示すグラ
フであり、第３Ａ図はアルミニウム−亜鉛合金被
覆された鋼板の脆化に対する温度の一般的効果を
示す説明図であり、第３Ｂ図は従来技術により製
造されたメツキ亜鉛鋼の脆化に対する温度の一般
的効果を示す第３Ａ図と同様な説明図であり、第
４図は脆化温度に曝した後の亜鉛メツキされかつ
アルミニウム−亜鉛合金被覆された鋼の引張伸
び、すなわち延性を示すデータのグラフであり、
第５図はアルミニウム−亜鉛被覆された鋼シート
の脆化開始に対する時間と温度との効果を示すグ
ラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長期間にわたり232℃を越える温度に曝され
   る製品を製造するための炭素鋼シート、ストリツ
   プまたはワイヤであつて、該炭素鋼は少くとも
   0.039重量％の燐を含有し、かつ25〜70重量％の
   アルミニウムとアルミニウム量の少くとも0.5重
   量％以上の添加珪素とを含有し残部が実質的に亜
   鉛よりなるアルミニウム−亜鉛合金被覆で被覆さ
   れた炭素鋼シート、ストリツプまたはワイヤ。 ２ 約399℃と510℃との間の温度に曝される製品
   の製造のための特許請求の範囲第１項記載の炭素
   鋼シート、ストリツプまたはワイヤ。