JPH0364438A - 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、アルよニウ
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が高まるにつれ
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、めっき部に疵が入ること
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か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、高耐食性が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が北米を中心に
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した。

このような問題点を解決すべく、米国特許第４６７５２
１４号て、素第４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くニウムめ
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
ウムめっき層に疵が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が記載されている。

〈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
、還元性ガス雰囲気で還元し、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」１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−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カス濃度
を少なくする一方で、水素ガス濃度を高くすることが必
要てあった。

さらに、溶融アルミニウムめっき時に鋼板表層に生じる
アルミ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ミニウムめっ
き層と地峡との界面、すなわちアルミニウムー鉄系合金
層に割れが生じ、結果的にアルくニウムめつき層の剥離
が起こり易くなる。

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
題があることがわかってきた。

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自体の問題点を解
決し、アルく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くニウムめっ
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、予め鉄めっきまたは鉄系合金めっきを片面あたり０
．０５〜３．０μｍ施し、次いで露点５℃以下の５％以
上の水素を含んだ窒素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、ニッケルおよび／または銅を合
計で０．３〜０．９重量％含有する溶融アルミニウムま
たは溶融アルくニウム合金浴に浸漬することを特徴とす
る溶融アルく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。

また前記鉄系合金めっきが鉄−ニッケル合金めっき、鉄
−リン合金めっき、および鉄−ホウ素合金めっきの１ｆ
ＩＪ以上であるのが好ましい。

さらに前記鉄めっきまたは鉄系合金めっきは、めっき浴
のｐＨが２．０以下の硫酸塩浴を用いて行うのがよい。

前記溶融アルミニウム合金浴は５〜１３重量％のＳｉ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（０〜１５重量％程度）、チタン（０〜０．５重量％
程度）、モリブデン（Ｏ〜２５重量％程度）、ニオブ（
″０〜０．５重量％程度）、アルミニウム（Ｏ〜５重量
％程度）、ジルコニウム（Ｏ〜０．５重量％程度）、マ
ンガン（０〜２重量％程度）、ケイ素（Ｏ〜１重量％程
度）、銅（０〜１重量％程度）、バナジューム（０〜６
．ｓ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
、片面あたり０．０５〜３．０μｍの鉄めっきまたは鉄
系合金めっきを施し、予めつき層を形成させる。

ここで、鉄系合金めっきとは、鉄−ニッケル合金めっき
、鉄−リン合金めっき、または鉄ホウ素合金めっきをい
い、本発明では１１ｉ以上施せばよい。

この鉄めっきおよび／または鉄系合金めっきからなる予
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。　そして、この効果を得るためには、片面あた
り０．０５〜３．０μｍの量の予めっきが施されなくて
はならない。　予めつき量が０．０５μｍ未満の場合、
不めっきが生じ、３．０μｍを越えると、不めっきは生
じないものの、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、鉄めっき、あるいは鉄系合金めっきを行う際、め
っき浴のｐＨは２，０以下の硫酸塩浴を用いるのがよい
。　特に直接ステンレスにめっきするような場合、ｐＨ
２，０以下の硫酸塩浴で行わないと鉄めっき密着性か悪
くなり、好ましくない。

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％以上の水素を含んだ窒素
ガスあるいは水素ガスとする。　露点が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
ミニウムめっきのめっき性が低下するので好ましくない
。

なお、予めつき層は一層とは限らず、本発明の鉄めっき
または鉄系合金めっきのうちから前記予めっき層厚の範
囲を越えない範囲で２層以上としてもよい。

鋼板への予めつき層の形成は、電気めっき、真空蒸着、
溶射等の方法で行えばよいが、予めっき層形成時に鋼板
に加工歪が与えられると、鋼板の成形加工性が低下し、
好ましくないので、加工歪をあまり与えない方法とする
ことが必要である。　今まて種々の方法が報告されてい
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、予めっ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、成形加工性やパイプ加工性が低下せ
ず、好ましい。

また、予めつき層の形成前に、鋼板基板表面に予備処理
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、上記の方法で予めつき層か形成された鋼板
を、前記の条件にて加熱し、ニッケルおよび／または銅
を合計で０．３ＮＯ，９％含有するアルミニウム浴中で
溶融アルミニウムめっきを施す。　溶融アルミニウム浴
中にニッケルおよび／または銅を合計で０．３〜０．９
重量％含有すると、実施例３で詳述するように、例えは
自動車排気系両材料に使用される時１ に溶接が施されるが、その時に、溶接部靭性が向上する
ため好ましい。　　０．３重量％未満では効果が現れず
、０．９重量％超では、逆に靭性が低下する。

鋼板の加熱条件としては、素材自身の再結晶焼鈍を兼ね
てもよいし、それより低温でもよい。

なお、溶融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ケイ素浴が好ましい。　
さらに溶融アルミニウム浴としては、不可避的不純物は
含んでもよい。

溶融アルく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。

２ 〈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１．Ｏｍｍて、０．０１重量％Ｃ−〇　０１重量％
Ｎ−０，４重量％５１−０．３重量％Ｍｎ−１１，０重
量％Ｃｒ−０，１２重量％Ｔ１の冷延鋼板の両面に、以
下に示す方法で鉄予めつき層を設けた。　すなわち、鉄
めっきは、硫酸鉄（Ｉ＋）　　・７水和物（２５０ｇ／
ｆＬ）、および硫酸アンモニウム（１２０ｇ／ｆｌ）を
含有し、硫酸でｐＨ１，８に調整した６０℃の水溶液中
で、８　Ａ　／　ｄ　ｍ　２の電流密度で陰極電解処理
を行い、０．０３〜５μｍの鉄予めつき層を形成した。

次に下記の雰囲気中て鋼板を９００℃に１０秒加熱し７
１０℃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ン谷は、０．４重量％Ｎｉ、０
．３重量％Ｃｕを添加したものを用いた。　また、浴温
は７００℃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−窒素ガス混合系を用いた。

次に、得られた両面溶融アルく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、鉄子めつき
厚みで整理して、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図から鉄子め
つき厚みが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図から鉄子めつき厚みが
３．０μｍをこえるとめっき密着性が劣ることがわかる
。

■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、実施例１で用い
た鉄子めつき条件で鉄子めっきを０．２５μｍ施し、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、０．４重量％Ｎｉおよび０．３重量％Ｃｕを
添加したＡＡ−９重量％Ｓｉ浴（６６０℃）に７秒浸漬
した後の不めっき率と水素ガス量および露点との関係を
それぞれ第３図および第４図に示す。

第３図および第４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５ めっきに対して効果が少ないことがわかる。

（実施例３） 実施例１と同じ組成の冷延鋼板を用い、実施例１で用い
た鉄子めつき条件で鉄子めっきを０．２５μｍ施し、露
点、−１５℃の２０％水素を含有した窒素−水素混合ガ
ス雰囲気中で鋼板を９００℃に加熱し７１０℃まで冷却
後、Ｎｉ、Ｃｕ量を変化させた溶融ＡＩＬ浴に浸漬（７
００℃ｘ７ｓｅｃ）Ｌ／てサンプルを作製した。　この
サンプルを下記に示す条件でＴＩＧ溶接を行って溶接部
靭性を調査した結果を第５図に洛中Ｎｉ量とＣｕ量をそ
れぞれ整理して示す。

ＴＩＧ溶接条件 溶接電流　　　　８５Ａ 溶接電圧　　　　１０Ｖ 溶接速度　　　６００　ｍｍ／ｍｉｎ 電　　極　　　タングステン１．６ｍｍφシールドガス
　　Ａ　ｒ　（１０ｆｌ／ｍｉｎ、）溶接部靭性の点か
らＡＪ２浴中にＮｉ、Ｃｕの６ 種以上を０．３重量％以上含有させることにより、溶接
部靭性が優れることがわかる。　しかしながら、０．９
重量％を越えると、逆に靭性の低下が生じるので、添加
量は０．３〜０．９重量％とするのがよい。

（実施例４） 実施例１と同じ組成の冷延鋼板を用い、鉄子めつき層を
硫酸塩浴を用いて設けた。　鉄子めつきは硫酸第一鉄（
２５０ｇ／Ａ）、および硫酸アンモニウム（１２０ｇ／
Ｊ２）を含有し、硫酸でｐＨを０．５〜３．５に調整し
た６０℃の水溶液中で８　Ａ　／　ｄ　ｍ　２の電流密
度で陰極電解処理を行なった。　このようにして得られ
た鉄めっき鋼板のめっき密着性を調査した結果をめっき
浴ｐＨで整理して第６図に示す。

（比較例１） 前記実施例４の硫酸塩浴のかわりに、塩酸塩浴を用いた
場合を示す。　すなわち、実施例４と同じ組成の冷延鋼
板を用い、鉄子めつき層を設けた。　鉄子めつきは、塩
化第一鉄（３３゜ｇ／ｕ）および塩化カリウム（１６０
ｇ／立）を含有し、塩酸でｐＨを０５〜３．７の範囲内
に調整し、８０℃の水溶液中て８　Ａ　／　ｄ　ｍ　２
の電流密度で陰極電解処理を行った。　　このようにし
て得られた鉄めっき鋼板のめっき密着性を調査した結果
を、第６図に併記した。

実施例４および比較例１より、塩化物浴を用いてもたと
えめっき浴のｐＨを低くしても良好なめっき密着性が得
られないが、ｐＨ２以下の硫酸塩浴を用いた場合には、
溶融アルミニウム（合金）めっき下地前処理めっきとし
ての鉄めっき密着性が優れていることがわかる。

（実施例５） 表１に示す組成の種々の鋼板を用い、表２に示す条件で
予めつき層を形成し、加熱し、ＡｆＬめっきを行った。

　　なお溶融Ａｆｌ浴中には０．２重量％Ｃｕおよび０
３重量％Ｎ１を含有したものを用いた。　得られたＡｆ
ｌ被Ｎ被板ｍ板いて実施例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
るが、比較例２．４ては下地前処理としての鉄予めつき
厚みか小さいか、あるいは下地前処理を施していないた
めに溶融めっき性（不めっき率）とめつき密着性か劣っ
ており、比較例３ては、鉄予めつき厚みが大きいために
めっき密着性か劣っている。　また、比較例５および６
ては、鋼板加熱時の雰囲気ガス組成および露点が本発明
法てあり、溶融めっき性とめっき密着性に劣っている。

〈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くニウム
めっきを行う前に、鉄めっきあるいは鉄系合金めっきを
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、さらに溶融アルミニウム洛中にニッケルおよ
び／または銅が添加されているため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
板が得られる。　これは、自動車用排気ガスパイノ等の
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、鉄子めつき厚みと不めっき率お
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、雰囲気ガ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。 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、溶融アルミニウム浴中にニッケルまたは銅を
含有した場合、その含有量と遷移温度との関係を示す。 第６図は、硫酸塩浴、あるいは塩化物浴を用いて鉄めっ
きを施した場合のめっき浴ｐＨとめっき密着性との関係
を示す。 ５ ＦＩＧ、１ Ｆｅ予めフき厚み （／−７ｍ） Ｆ　１　（。 ４ ５ １各 占 （０Ｃ） ＦＩＧ、５ ｕ 、Ｎｉ ！ （％）

Claims (4)

【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、予め鉄めっ
   きまたは鉄系合金めっきを片面あたり０．０５〜３．０
   μｍ施し、次いで露点５℃以下の５％以上の水素を含ん
   だ窒素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、ニッケルおよび／または銅を合計で０．３〜０
   ．９重量％含有する溶融アルミニウムまたは溶融アルミ
   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）前記鉄系合金めっきが鉄−ニッケル合金めっき、
   鉄−リン合金めっき、および鉄−ホウ素合金めっきの１
   種以上である請求項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。
3. （３）前記鉄めっきまたは鉄系合金めっきは、めっき浴
   のｐＨが２．０以下の硫酸塩浴を用いて行う請求項１ま
   たは２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。
4. （４）前記溶融アルミニウム合金浴は５〜１３重量％の
   Ｓｉを含む浴である請求項１ないし３のいずれかに記載
   の溶融アルミニウムめっきクロム含有鋼板の製造方法。