JPH0364437A - 溶融アルミニウムめっきクロム含有鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、溶融アルミニウムめっきのめっき性およびめ
っき密着性に優れた溶融アルミニウムめっきクロム含有
鋼板の製造方法に関する。

〈従来技術〉 耐食性、耐熱性および耐酸化性等の特性を有する鉄系材
料としては、アルミニウム被覆普通鋼板、ステンレス鋼
板等が従来より知られている。　このうち、アルミニウ
ム被覆普通鋼板は、７％程度のクロムを含有した鋼板と
ほぼ同等の上記特性を有しており、また、コスト的に有
利であるため、例えば自動車用排気ガスパイプのように
、耐食性、耐熱性および耐酸化性が必要とされる部位に
使用されている。

しかしながら、近年の環境汚染の悪化に伴い、アルミニ
ウム被覆普通鋼板が使用される環境が厳しくなってきて
おり、さらに、自動車に要求される性能か高まるにつれ
て、より耐食性、耐熱性を高めた素材が要求されるよう
になってきた。

とりわけ、耐食性については、めっき部に疵か入ること
によってめっき下地金属部分が露出し、その部分より錆
が発生し、場合によっては短時間で孔があき、腐蝕が発
生するという問題点があった事や自動車エンジン性能の
向上や、短距離走行に伴うマフラー内腐食による問題か
ら、より高い耐食性が要求されるようになってきた。

そこで、高耐食性か要求される自動車用排気ガスパイプ
系部品として、安価に製造でき、耐食性が良好な、１１
％クロム、１３％クロム系ステンレス鋼か北米を中心に
使用されるようになってきた。　　しかし、これとても
、自動車用排気ガスパイプ加工後のとりわけ溶接部て、
前記アルミニウム被覆普通鋼板と同様に、比較的短時間
で赤錆が生ずるという問題が生じた。

このような問題点を解決すべく、米国特許第４６７５２
１４号で、素材として耐食性あるいは耐酸化性に優れた
ステンレス鋼を用い、その鋼板に溶融アルミニウムめっ
きを形成した溶融アルミニウムめっきステンレス鋼か開
示された。

この溶融アルミニウムめっきステンレス鋼は、アルミニ
ウムめっき層に疵か生した際の素地金属露出部分や溶接
部の耐食性に優れており、従来問題となっていた孔あき
腐食に対し、非常に有効である。

また、特開昭６２−４４５６４号には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏの単味のプレめっきを施すことか記載されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記米国特許に示された溶融アルミニウムめっきステン
レス鋼は、めっき前の加熱処理により、鋼板の極表面に
濃化、生成するクロム、ケイ素、マンガン等の酸化物を
、還元性ガス雰囲気て還元し、鋼板表層を清浄にした後
、溶融アルミニウム浴に浸漬することによって製造され
る。

ところが、上記酸化物を還元するためには、還元雰囲気
を、高濃度の水素ガス、低露点および低濃度の酸素ガス
の雰囲気に制御することが不可欠であり、このような還
元雰囲気を達成しようとすると、還元のための設備およ
びその操業条件が複雑となる。

また、たとえ上記酸化物がめつき用ステンレス鋼板表面
に残存していても、アルミニウム浴浸漬時にアルミニウ
ムの強力な還元力によって鋼板表層の酸化物が還元され
、結果的には鋼板表面は清浄となるが、還元時のガス中
に窒素が含有されていると、鋼板表層にＣｒＮの生成を
招き、これが、鋼板をアルミニウム浴に浸漬中になされ
る鋼板表面でのアルミニウムー鉄合金層の生成を妨げる
ため、不めっきの原因となる。

よって、以上のことから、雰囲気ガス中の窒素ガス濃度
を少なくする一方で、水素ガス濃度を高くすることが必
要であった。

さらに、溶融アルミニウムめっき時に鋼板表層に生じる
アル亙ニウムー鉄系合金層は、脆弱であるため、その厚
みが大きくなると、曲げ加工時などにアル主ニウムめっ
き層と地鉄との界面、すなわちアルミニウムー鉄系合金
層に割れが生し、結果的にアルミニウムめっき層のＭ　
ｌ１ｉｌｌが起こり易くなる。

これに対して、特開昭６２−４４５６４号に記載のＦｅ
、Ｎｉ、Ｃｏの単味のプレめっきではめっき性およびめ
っき密着性に問題があることかわかってきた。

本発明は、このような上記従来の溶融アルミニウムめっ
きステンレス鋼板製造時および該鋼板目体の問題点を解
決し、アルミニウムめっき性およびアルミニウムめっき
密着性の良好な耐食性鋼板を、簡単な設備、操作法によ
って製造することができる、溶融アルミニウムめっきク
ロム含有鋼板の製造方法の提供を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このような現状に鑑み、本発明者らが鋭意努力した結果
、上記従来の問題を解決した両面溶融アルミニウムめっ
きクロム含有鋼板の製造方法を見い出すに至った。

すなわち、本発明は、クロムを５重量％以上含有する鋼
板に溶融アルミニウムめっきを行うにあたり、鋼板表面
に、第１予めつき層として鉄−ニッケル合金めっ“き、
ニッケルー鉄合金めっきおよびニッケルめっきのうち１
種以上を、第２予めつき層として鉄−ホウ素合金めっき
を０．２μｍ以上、第１予めつき層と第２予めつき層と
の合計子めっき層厚が３．０μｍ以下となるように被覆
後、次いで露点５℃以下の５％以上の水素を含んだ窒素
−水素混合ガス雰囲気あるいは水素ガス雰囲気で上記鋼
板を加熱し、溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金
浴に浸漬することを特徴とする溶融アルミニウムめっき
クロム含有鋼板の製造方法を提供するものである。

前記アルミニウム合金浴は５〜１３％のケイ素を含む浴
であるのがよい。

以下に、本発明の詳細な説明する。

本発明で用いる鋼板基板は、ステンレス鋼板や耐熱鋼板
等のクロムを５重量％以上含有する鋼板である。　なお
、鋼板には銅帯も含む。

クロムが５重量％未満であると、耐食性に劣るので好ま
しくない。

このような鋼板には、通常、その用途に応じ、ニッケル
（Ｏ〜１５重量％組成）、チタン（０〜０．５重量％程
度）、モリブデン（Ｏ〜２．５重量％程度）、ニオブ（
０〜０．５重量％程度）、アルミニウム（０〜５重量組
成度）、ジルコニウム（０−０，５重量％程度）、マン
ガン（Ｏ〜２重量組成度）、ケイ素（０〜１重量組成度
）、銅（０〜１重量組成度）、バナジューム（０〜０．
５重量％程度）などが添加されているが、これらは、そ
の添加量が一般的な範囲であれば、本発明の趣旨を損ね
ることはないので、これらが添加されている鋼板を用い
てもよい。

本発明では、上記クロムを５重量％以上含有する鋼板に
、第１予めつき層として、鉄−ニッケル合金めっき、ニ
ッケルー鉄合金めっきおよびニッケルめっきのうち１種
以上を被覆し、さらに第２予めつき層として鉄−ホウ素
合金めっきを施し、予めつき層を形成させる。

この前記合金めっきから遍る予めつき層は、その後の溶
融アルミニウムめっきのめっき性（めっき層の形成性）
およびめっき密着性を著しく改善する。

また、第１予めつき層として、ニッケルまたは鉄−ニッ
ケル合金めっきを単独でまたは複合して施すことによっ
て、溶接部の靭性を改善することができる。

ここで、鉄−ニッケル系合金めっきの場合には、ニッケ
ル含有量は好ましくは３重量％以上にするのが溶接部靭
性の点から特によい。

なお、本願でいう、鉄−ニッケル系合金めっきとは、鉄
を主成分とするものを、ニッケルー鉄系合金めつきとは
ニッケルを主成分とするものを示す。

また、第１予めつき層のめつき厚みについても特に限定
されないが、溶融アルミニウムめっき密着性や、溶融め
っき性の点から好ましくは０．０５〜２．５μｍを目安
とするのがよい。

本発明は、上述した第１予めつき層の上に第２予めつき
層として、鉄−ホウ素合金めっきを施す。　　この第２
予めっきを施すことによって、第２予めつき中のホウ素
が溶接時の雰囲気中の窒素を固定し、前記第１予めつき
中のニッケルとともに溶接部における靭性な改善する働
きをする。

この鉄−ホウ素合金めっきにおいて、好ましくは０．０
１重量％以上とすると上述の効果が大きい。

また、鉄−ホウ素合金めっきのめっき厚みは０．２μｍ
以」二とするのかよし）。　　０．２μｍ未満では実施
例２でも明らかなように、溶接部の靭性効果の改善が少
ないのて好ましくない。

さらに、第１予めつき層と第２予めつき層とからなる予
めつき層の合計めっき厚みは片面あたり３．０μｍ以下
とするのがよい。　３０μｍを越えると、溶融アルミニ
ウムめっき後のめっき密着性が低下する。

また、溶融アルミニウム浴浸漬前の鋼板加熱時の雰囲気
ガスは、露点が５℃以下の５％以上の水素を含んた窒素
−水素混合ガスあるいは水素ガスとする。　露点か５℃
をこえるとあるいは水素ガス含有量が５％未満であると
、溶融アルミニウムめっき時のめっき性が低下するので
好ましくない。

鋼板への予めつき層の形成は、電気めっき、真空蒸着、
溶射等の方法て行えはよいが、予めっき層形成時に鋼板
に加工歪が与えられると、鋼板の成形加工性か低下し、
好ましくないので、加工歪をあまり与えない方法とする
ことか必要である。　今まて種々の方？去か報告されて
いるが、そのうち、電気めっき、真空蒸着および溶射法
を用いると、予めつき層形成時に鋼板にほとんど加工歪
が導入されないので、成形加工性やバイブ加工性が低下
せず、好ましい。

また、予めつき層の形成前に、鋼板基板表面に予（ｊｉ
ｉ　’Ａ埋を行ってもよい。

予備処理としては、塩酸や硫酸を用いる活性化処理があ
げられる。　活性化処理は、予めつき層のめっき密着性
を向上させる効果がある。

本発明では、上記の方７去で予めつき層が形成された鋼
板を、前記の条件にて加熱し、溶融アルよニウムめっき
を施す。　鋼板の加熱条件と１ しては、素材自身の再結晶焼鈍を兼ねてもよいし、それ
より低温てもよい。

溶融アルミニウム浴としては、不可避的不純物は含むが
実質的な純アルよニウム浴、またはアルミニウム合金浴
を用いる。　なお、アルミニウム合金浴としては、５〜
１３重量％のケイ素を含むアルミニウムーケイ素浴が、
好ましい。

溶融アルミニウムめっきの形成方法は、バッチ法でも連
続法でもよく、公知の通常の方法で行えばよい。

溶融アルミニウムめっき層の厚さは、特に制限されない
が、通常は１５〜６０μｍ程度である。

〈実施例〉 以下に、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに
限定されない。

（実施例１） 板厚０．７ｍｍて、０．０１重量％Ｃ−　２ ０．０１重量％Ｎ−０４重量％５ｉ−０，３重量％Ｍｎ
−１１，０重量％Ｃｒ−０，１２重量％Ｔｉの冷延鋼板
の両面に、以下に示す方法で第１予めつき層として鉄−
ニッケル合金めっき、ニッケルー鉄合金めっき、ニッケ
ルめっきのうち１種を、さらに第２予めつき層として鉄
−ホウ素合金めっきを予めつき層として設ｉ−また。　
すなわち、鉄−ニッケル合金めっきは、硫酸第一鉄（３
ｏ　ｏ　ｇ／ｕ）、硫酸ニッケル（９０ｇ／ｊ２）およ
びホウ酸（３０ｇ／ｎ）を含有し、硫酸でｐＨ１，８に
調整した５５℃の水溶液中て、５．５Ａ／ｄｍ’の電流
密度で陰極電解処理を行い、０．０３〜０４μｍの鉄−
ニッケル第１予めつき層を形成した。

またニッケルー鉄合金めっきは、硫酸ニッケル（２７０
ｇ／４２）、塩化ニッケル（１００ｇ／ｆｌ）、硫酸第
一鉄（３０ｇ／ｆＬ）およびホウ酸（３０ｇ／４２）を
含有し、硫酸でｐＨ２，０に調整した６０℃の水溶液中
５Ａ　／　ｄ　ｍ　’の電流密度て陰８ｉ電解処理を行
い、０．０２〜４μｍのニッケルー鉄第１予めつき層を
形成した。

さらにニッケルめっきは、硫酸ニッケ ル（２，８０ｇ／立）、塩化ニッケル（５０ｇ／Ａ）お
よびホウ酸（４０ｇ　／　Ｉｔ　）を含有し、硫酸でｐ
Ｈ２，０に調整した５０℃の水溶液中８　Ａ　／　ｄ　
ｍ　’の電流密度で陰極電解処理を行い、０．０２〜４
μｍのニッケル第１予めつき層を形成した。

これら第１予めっき層１種の上に鉄−ホウ素第２予めつ
き層を設けた。　すなわち、硫酸第一鉄（２８０ｇ／立
）、硫酸ナトリウム（７０ｇ／ぶ）およびホウ酸（１５
ｇ／Ａ）を含有し、硫酸でｐＨ１，９に調整した５０℃
の水溶液中、ＩＯＡ／ｄｍ’の電流密度で陰極電解処理
を行い、０．０２〜３μｍの鉄−ホウ素第２予めつき層
を形成した。

なお、各めっき厚は、電解時間によって調整した。

このように両面に予めつき処理された冷延鋼板に、下記
の雰囲気中て鋼板を９００℃に１０秒加熱し６６０℃ま
で冷却後、下記の浴に７秒浸漬して両面に溶融アルミニ
ウムめっきを行った。

溶融アルミニウムめっき浴は、Ａｌ１−９％Ｓｔを用い
た。　また、浴温を６６０℃とした。　鋼板加熱および
めっき浴浸漬時の雰囲気ガスは、露点が一１５℃であり
、２０体積％の水素ガスを含む水素ガス−窒素ガス混合
系を用いた。

次に、得られた両面溶融アルミニウムめっきクロム含有
鋼板の特性を、以下の方法で測定・評価し、結果を合計
予めっき層厚で整理して、不めっき率については第１図
に、めっき密着性については第２図に示す。　第１図か
ら合計予めっき層厚が０．０５μｍ未満のときには不め
っきに対して十分な効果がなく、また第２図から合計予
めっき層厚が３．０μｍをこえるとめっき密着性が劣る
ことがわかる。

５ ■不めっき率 両面溶融アルミニウムめっきクロム含有鋼板を目視観察
し、次式により、不めっき率（％）を算出した。

■めっき密着性 両面溶融アルミニウムめっきクロム含有鋼板を、０７曲
げ（密着曲げ）試験に供し、その後、曲げ加工部を２０
倍のルーペで観察し、剥離の程度で評価した。

（実施例２） 実施例１と同じ組成の冷延鋼板を用い、同じ条件、方法
で両面溶融アルミニウムめっきクロム含有鋼板を作製し
た。

この鋼板に下記に示す条件でＴＩＧ溶接を行い、溶接部
靭性を調査した。

溶接電流　　　８５Ａ 溶接電圧　　　ｔＯＶ 溶接速度　　　６００　ｍｍ／　ｍｉｎ６ 電極　　　　　タングステン（１，６ｍｍφ）シールド
ガス　Ａｒ 鉄−ホウ素合金子めつき厚みで整理し、結果を７５３図
に示す。　溶接部靭性の点から、予めっきとしての鉄−
ホウ素のめつき厚は０．２μｍ以上あれば、自動車排気
ガス系材料として用いた場合に、造管時の加工割れ時の
衝撃遷移温度が一２０℃以下となるため、非常に優れた
特性が得られる。

（実施例３） 実施例１と同じ組成の冷延鋼板を用い、同条件および方
法で予め鉄−ニッケル合金めっきを０．４５μｍ施し、
さらに鉄−ホウ素合金めっきを０．３μｍ施した後、露
点が１０℃〜−３８℃の２０％水素含有の窒素−水素混
合ガス雰囲気中および露点が一１５℃の窒素−水素混合
ガス雰囲気中で、鋼板を９００℃に加熱し６７０℃まで
冷却後、Ａ角−９％Ｓｔ浴（６６０℃）に７秒浸漬した
後の不めっき率と露点および水素ガス量との関係をそれ
ぞれ第４図および第５図に示す。

第４図および第５図から、雰囲気ガスとして露点が５℃
以下、５％以上の水素を含んだ窒素ガス雰囲気あるいは
純水素雰囲気でなければ不めっきに対して効果が少ない
ことがわかる。

（実施例４） 表１に示す組成の稲々の鋼板を用い、表２に示す条件で
予めつき層を形威し、加熱し、ＡＩｌめっきを行った。

　なお、Ｆｅ−Ｎｉ合金子めつき層中のＮｌ量のコント
ロールは電流密度とめつき洛中のＮ１イオン比率を変化
させることにより行った。　得られたＡｎ被覆鋼板につ
いて実施例１に記載されている試験を行った結果を表３
に示す。

表３から本発明法により製造されたアルミニウム被覆鋼
板は不めっき率はいずれも零でめっき密着性も優れてい
ることがわかる。

方、比較例１．５では予めつき層の厚みが非常に小さい
か、予めつき処理を施していないために溶融めっき性と
めつき密着性が劣っており、比較例２では、予めつき合
計厚みか大きいためにめっき密着性か劣っている。　ま
た、比較例３および４では、鋼板加熱時の雰囲気カス組
成および露点か本発明外であり、溶融めっき性とめっき
密着性に劣っている。

２ 〈発明の効果〉 本発明法によれば、クロム含有鋼板に溶融アルミニウム
めっきを行う前に、第１予めっきとして鉄−ニッケル合
金めっき、ニッケルー鉄合金めっきあるいはニッケルめ
っきを、第２予めっきとして鉄−ホウ素合金めっきを予
め行っているので、不めっき部分がなく、めっき密着性
に優れ、さらに溶接部靭性に優れ、高耐食性である溶融
アルミニウムめっきクロム含有鋼板が得られ、これは、
自動車用排気ガスバイブ等の高耐食性が要求される分野
で有用である。。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ予めっき層厚と不めっき
率およびめっき密着性との関係を示すグラフである。 第３図はＦｅ−Ｂ予めっき厚みと遷移温度との関係を示
すグラフである。 第４図は露点と不めっき率との関係を示すグラフである
。 第５図は雰囲気カス中の水素量と不めっき率との関係を
示すグラフである。 ＦＩＧ。 ＋言十予め、ろＭＪ’竿 （／−７ｍ） ＩＧＩ ０．０５ を封子のフも厚み（ｐｍ） ＦＩＧ、３ Ｆｅ−８予のフ仝厚み（／−７ｍ） ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）クロムを５重量％以上含有する鋼板に溶融アルミ
   ニウムめっきを行うにあたり、鋼板表面に、第１予めっ
   き層として鉄−ニッケル合金めっき、ニッケル−鉄合金
   めっきおよびニッケルめっきのうち１種以上を、第２予
   めっき層として鉄−ホウ素合金めっきを０．２μｍ以上
   、第１予めっき層と第２予めっき層との合計予めっき層
   厚が３．０μｍ以下となるように被覆後、次いで露点５
   ℃以下の５％以上の水素を含んだ窒素−水素混合ガス雰
   囲気あるいは水素ガス雰囲気で上記鋼板を加熱し、溶融
   アルミニウムまたはアルミニウム合金浴に浸漬すること
   を特徴とする溶融アルミニウムめっきクロム含有鋼板の
   製造方法。
2. （２）前記アルミニウム合金浴は５〜１３％のケイ素を
   含む浴である請求項１に記載の溶融アルミニウムめっき
   クロム含有鋼板の製造 方法。