JPH04346644A - 高張力溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
高張力溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関す
るものである。
、ボディーの内板あるいは下回り部品、足回り部品等へ
の45〜80kg/mm2クラスの高張力鋼板適用への
期待が高まりつつある。これらの鋼板には、耐食性の観
点から、溶融Znめっきを施すか、あるいは溶融Znめ
っき後合金化処理した合金化溶融Znめっきを施して使
用される必要があるが、これらの高張力鋼板には、Si
が0.5〜2%含有するか、さらにPが0.05〜0.
2%複合で含有されているため、従来のゼンジマータイ
プの溶融Znめっき法においては、鋼板表面が酸化膜を
有しやすいため不めっきを生じたり、また、粒界が強化
されやすく合金化が進行しにくいことやめっき層中の合
金層が局部的に異常発達するなどの問題があり、未だ実
用化されていないのが現状である。
者らが特願平02−271957号で提案中のプレNi
めっき、急速低温加熱を利用した溶融Znめっき法は、
優れた方法であり、通常の鋼板は勿論のこと、Siを0
.5〜2%含有するか、さらにPを0.05〜0.2%
含有する本高張力鋼板に適用した場合にも溶融Znめっ
き性は大幅に改善され、結果として合金化溶融Znめっ
き性も改善されるが、局部的にSi濃縮層あるいはSi
酸化層の厚い部分においては、プレNiめっきが局部的
に不めっき(ピンホール)を生じやすく、その部分にお
いては溶融Znめっきの局部不めっきが生じ、また、Z
nと地鉄との反応性が阻害されるためめっき密着性が劣
化するため、この鋼種に関しては、さらに、改良の余地
を残していた。そこで、本発明者らは、種々検討したと
ころ、本組成範囲の高張力鋼板の表面を機械的な研磨、
ショットブラスト、電解研磨、酸洗等の方法により0.
05μm以上除去した後にプレNiめっきを施しそれを
急速で低温加熱し、溶融Znめっきを行うことによりめ
っき濡れ性の優れた溶融Znめっき鋼板を得ることに成
功した。また、さらに、溶融Znめっき後、合金化処理
することにより、合金化速度が著しく向上した均一な合
金層を有する加工性に優れた合金化溶融Znめっき鋼板
を得ることにも成功した。本発明は上記のように高張力
鋼板を用いためっき密着性に優れた高張力溶融Znめっ
き鋼板および合金化溶融Znめっき鋼板の製造方法を提
供するものである。
.5〜2%含有するか、さらにPを0.05〜0.2%
を複合で含有する高張力鋼板の表面をサンドペーパー研
磨、ブラシ研磨、ショットブラスト、電解研磨、酸洗な
どの種々の方法で除去し、Niめっきを施し、H23%
+N2雰囲気中で加熱速度を変化させて加熱を行い溶融
Znめっきを施し、溶融Znめっき性を調査した。また
、さらに450〜550℃の範囲内で合金化処理を行っ
て合金化溶融めっき鋼板を作成し、その性能および構造
も調査した。鋼板表面を0.05μm以上除去すれば、
溶融Znの不めっきがなくなり、めっき密着性が良好と
なり、合金化速度も、表層を除去しない場合よりは速く
なり、また、外観、めっき層組織共に均一であることを
見出した。このNiプレめっき前の表面層の除去が、本
発明の製造法の第一のポイントである。一方、本発明者
らが先に出願した特願平02−271957号でも示し
た通り、プレNiめっき処理を施した後の加熱温度およ
び昇温速度も重要であり、急速加熱でなるべく低温加熱
であることが必須条件である。通常の低速高温加熱では
、特に、本発明の高Si鋼板あるいはSiとPを複合で
含有した鋼板においては、鋼板表面(めっき層と地鉄界
面)へのSi、P等の拡散による濃縮および鋼板表面の
酸化膜が発達しやすく、溶融Znめっき性が悪くて、合
金化が進行しにくかった。また、低速、高温加熱の場合
においては、プレNi層が加熱中に地鉄中に拡散してし
まい。溶融Znめっき後、合金化処理後のめっき層の均
一性、加工部の密着性が向上しなかった。従って、プレ
めっき後の加熱温度をできるかぎり低温にし、また昇温
速度を上げることによって鋼板表面の活性度を保った状
態で溶融めっきおよび合金化処理を行うことが製造上の
第2のポイントである。従って、高張力鋼板の表面を0
.05μm以上除去し、Niプレめっき行ったのち、そ
のまま非酸化雰囲気中で加熱温度430〜500℃に3
0℃/sec以上の昇温速度で急速加熱を行い、所定の
条件下で溶融Znめっきを行った場合にめっき性に優れ
た溶融Znめっき鋼板が得られた。さらに、溶融めっき
後、所定の条件下で合金化処理を行った場合にのみ、表
面外観、加工部のめっき密着性共に優れた、合金化溶融
Znめっき鋼板が得られることも見出し、下記の本発明
を完成したものである。
るか、さらにPを0.05〜0.2%複合で含有する高
張力鋼板の表面層を0.05μm以上除去したのち、N
iを0.2〜2g/m2めっきし、直ちに非酸化雰囲気
中で板温430〜500℃に30℃/s以上の昇温速度
で急速加熱を行ったのちAl0.05〜0.25%含有
するZnめっき浴中で溶融めっきすることを特徴とする
めっき性に優れた高張力溶融Znめっき鋼板の製造方法
およびSiを0.5〜2.0%含有するか、さらにP0
.05〜0.2%複合で含有する高張力鋼板の表面層を
0.05μm以上除去したのち、Niプレめっき層を0
.2〜2g/m2めっきし、直ちに非酸化雰囲気中で板
温430〜500℃に30℃/s以上の昇温速度で急速
加熱を行ったのちAl0.05〜0.25%含有するZ
nめっき浴中で溶融めっきし、ワイピング後、直ちに4
70〜550℃で10〜40秒合金化加熱処理を行うこ
とを特徴とする加工部のめっき密着性に優れた高張力合
金化溶融Znめっき鋼板の製造方法。なお、本発明でい
う非酸化性雰囲気とは、無酸化雰囲気(例えばH23%
+N2O2数10ppm)、あるいは還元性雰囲気(例
えばH215%+N2雰囲気)のことである。
説明する。図1は、鋼板表面の除去量(除去厚み)と溶
融Znめっき性の関係を示した図である。また、図2は
鋼板表面の除去量と合金化度の関係を示した図である。 さらに図3は除去量と合金化処理後の加工部のめっき密
着性との関係を示した図である。図1〜図3は、Si1
.2%の高張力鋼板(1.6mm)の表面層のサンドペ
ーパー研磨による除去量を変化させ、Niめっきを0.
5g/m2施した後、板温450℃まで70℃/sの昇
温速度でO260ppmのH23%+N2の雰囲気中で
板温450℃まで昇温を行い直ちにAl0.15%含有
する450℃のZnめっき浴中で3秒間溶融めっきし、
溶融Znめっき鋼板を製造し、溶融Znめっき性は不め
っきの度合、ボールインパクト試験によるめっき密着性
試験(5段階で1が最良)を総合して4ランク評価した
ものである。また、めっき後さらにワイピング後直ちに
20℃/sで昇温し500℃で15秒合金化加熱処理を
行って合金化溶融Znめっき鋼板も作成し、合金化度は
、外観およびめっき層中のFe含有率を総合して4ラン
ク評価した。溶融Znめっき性、合金化度共にBランク
以上を合格とした。また、合金化溶融Znめっき鋼板に
ついては、加工部のめっき密着性として、25mmカッ
プ絞り試験を行い、テープテストによる黒化度を調べた
。評価は、各々5段階で評価した。評価基準は次の通り
である。
性 不めっきの度合 め
っき密着性(B.I評点) A
無し 1(最良)
B 無し
2 C 一部不めっ
き 3 D
大部分不めっき 4−5
1から図3より、除去量が0.05μm以上の場合に溶
融めっき性、合金化性および加工部のめっき密着性共に
飛躍的に良好となることが明白である。 また、研磨なしの場合であってもプレNiめっき無しの
場合よりも、プレNiめっき有りの場合の方がより良好
となることも明白である。この結果は、鋼中のSiを0
.5〜2.0%の範囲で変化させても、あるいはSiに
P0.05〜0.2%を複合で添加しても同様であった
。なお、ここでは、鋼板表面層の除去方法としてサンド
ペーパー研磨の場合のみについて示したが、ブラシ研磨
、ショットブラスト、電解研磨、酸洗による結果も同様
であった。図4は、前処理加熱板温と合金化処理後の加
工部のめっき密着性の関係を示した図である。図4は、
Si1.2%の高張力鋼板(1.6mm)の表面をサン
ドペーパーで1μm研磨し、Niめっき層を0.5g/
m2めっき後、O260ppmのH23%+N2の雰囲
気中で420〜700℃のそれぞれの板温まで70/s
ecの昇温速度で加熱を行い直ちに、Al0.15%含
有する450℃のZnめっき浴中で3秒間溶融めっきし
、ワイピング直上で20℃/sで昇温し500℃で15
秒合金化加熱処理を行って合金化溶融亜鉛めっき鋼板を
作成し、加工部のめっき密着性を調査した結果を示した
。この図より、溶融めっき前の加熱板温が430〜50
0℃の範囲で加工部のめっき密着性が良好である合金化
溶融Znめっき鋼板が得られることは明らかである。 500℃を超えると加工部のめっき密着性が劣化し、ま
た、430℃未満では溶融めっきの際に不めっきを生じ
やすい。この結果は、鋼中のSiを0.5〜2.0%の
範囲で変化させても、SiにP0.05〜0.2%複合
で含有させても同様であった。また、図5にNiめっき
後の前処理加熱速度と合金化処理後のめっき密着性の関
係を示す。図5はSi1.2%の高張力鋼板(1.6m
m)表面をサンドペーパーで1μm研磨したのち、Ni
を0.5g/m2めっき後、O260ppmのH23%
の雰囲気中で板温450℃まで昇温速度を変化させて加
熱したのち、直ちにAl0.15%含有する450℃の
Znめっき浴中で3秒間溶融めっきし、ワイピング直上
で20℃/sで昇温し、500℃で15秒合金化加熱処
理を行って合金化溶融Znめっき鋼板を作成し、加工部
のめっき密着性を調査した結果を示した。本発明の昇温
速度範囲30℃/sec以上で急速加熱を行った場合に
、加工部のめっき密着性が良好であることは図4から明
白である。昇温速度が30℃/sec未満の場合には密
着性が劣化する。この結果も鋼中Si0.5〜2.0%
の範囲で変化させてもSiにさらにPを0.05〜0.
2%複合で含有させた高張力鋼板についても同様であっ
た。以上の結果は、Znめっき浴のみの場合について説
明したが、さらにめっき浴中に合金元素としてNi、S
b、Pbを単独あるいは複合で0.2%以下微量に含有
した合金化溶融Znめっき鋼板の場合にも結果は同様で
あった。これらの結果より、本発明においては、鋼板の
表面を一定厚み以上除去すること、プレNiめっきを施
すこと、およびその後の加熱温度が低温で昇温速度が速
いことが、外観、加工部のめっき密着性優れた溶融Zn
めっき鋼板および合金化溶融Znめっき鋼板を製造する
上での大きなポイントである。
定しないが、鋼板を直接通電加熱する方法、誘導加熱方
式など種々の方法が適用できる。プレNiめっき層を施
す場合において、プレNiめっきの付着量を0.2g/
m2以上としたのは、これ以上でNiによる溶融Znめ
っき性、合金化反応の向上効果が認められたためである
。また、0.2g/m2未満では、Ni無しの場合とほ
ぼ同等である。上限を2g/m2としたのは、これを超
えるとNiとAlが結合しやすく地鉄界面のバリヤーで
あるFe−Zn−Al系の3元合金層ができにくいため
、Fe−Zn合金層が発達しやすいため密着性がわるく
なることと、また、一方、Ni−Znの合金層も発達し
やすく、密着性がわるくなることを考慮したためである
。また、浴中Al量の下限を0.05%としたのは、こ
れ未満だと合金化処理時において、合金化が進み過ぎ、
地鉄界面にΓ相が生成しすぎ、合金層のめっき密着性、
加工部の耐赤錆性が向上しないためである。また、浴中
Alの上限を0.25%としたのはAlが0.25%を
超えると、めっき時においてNi−Al−Zn以外にF
e−Al−Zn系バリヤー層が形成され易く、合金化処
理時において合金化が進まないためである。合金化処理
温度は470〜550℃が最適である。470℃未満で
は合金化が進みにくく、550℃を超えると合金化が進
みすぎ、地鉄界面にΓ相が発達しやすくなり、めっき密
着性が劣化する。合金化時間については、合金化温度と
のバランスで決まるが、10〜40秒の範囲が適当であ
る。10秒未満では合金化が進みにくく40秒を超える
と合金化が進みすぎ、Γ相が発達しやすくなり、めっき
密着性、耐赤錆性が劣化する。めっき付着量については
特に制約は設けないが、耐蝕性の観点から、10g/m
2以上、加工性の観点からすると150g/m2以下で
あることが望ましい。なお、浴温については、Zn浴で
あっても、Znに微量に合金元素を含有した場合であっ
ても、通常の430〜500℃の条件が使用できる。 下地の高張力鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板ともに
使用できる。
表面層除去の影響が大である理由については、未だ明白
ではないが、熱延、酸洗、焼鈍工程において生成された
鋼板表面のSi、P等の濃縮層および酸化層が除去され
、表面が活性化されることが考えられる。さらに、その
後にNiめっきを施すためNiが、地鉄表面を均一に薄
い層で覆い、地鉄の酸化を防ぐと共に、地鉄自体の活性
度も高く、鋼板面に活性点が均一に存在するため、溶融
Znめっき時、および合金化反応時においてNiがめっ
き層およびめっき浴中に溶出後、直ちに反応しやすい。 また、SiにPを複合で含有した高張力鋼板の場合には
、Pが地鉄粒界を強化して合金化が進みにくいとされて
いるが、表面層除去、Niめっきにより、反応の活性点
が均一に分布するようになり、粒界の効果が緩和される
ことも考えられる。さらに、特に機械的研磨においては
、残留応力、表面歪み、転位の増加等が溶融Znめっき
後の合金化促進に寄与している可能性もある。それに対
して、表面層除去なしの場合には、鋼板表面にSiある
いはPの濃縮層が存在し、酸化層にも覆われているため
鋼板面の活性度が小であり、Niめっきを施す場合にお
いては、Ni分布が不均一になりやすく、溶融Znめっ
き時不めっきになりやすく地鉄の溶出が起こりにくく合
金化反応も進みにくい。また、表面層除去が不十分であ
ると地鉄表面のSi、P等に起因する酸化膜も十分に除
去されず、再酸化も進みやすく、地鉄の活性度が十分に
ならないことも考えられる。
意義について説明する。本発明の製造方法で得られため
っき層の構造を解析した結果を図5に模式的に示した。 本発明範囲のNiプレめっき後の前処理加熱板温および
昇温速度の場合には、加熱時において、プレNi層の地
鉄中への拡散は殆ど見られないのに対して、ゼンジマー
タイプの加熱温度700〜800度、昇温速度10℃/
s以下の場合においては加熱時においてNiがほとんど
地鉄中に拡散しFe−Niの固溶体層に変化する。この
加熱時におけるNiの状態の相違が、その後の溶融めっ
きおよび合金化処理時において、めっき層構成の差異を
引き起こしているらしいことが判明した。即ち、本発明
法で製造した合金化溶融Znめっき鋼板のめっき層中に
はZn、Fe、Ni、Alが比較的均一に分布しており
、Zn−Ni−Al−Fe系4元系合金層よりなる構造
を呈していた。また、地鉄界面のΓ相も0.8μm以内
に薄く抑制されていた。詳細は未だ明らかではないが、
Γ相の成長が抑制されたのは、本発明の場合、加熱時に
そのまま残存しているプレNi層が溶融めっき時におい
て、Ni−Al−Zn系のバリヤー層を形成しているこ
とが認められたことから、それが、合金化処理の段階に
おいてΓ相成長のバリヤーとなるものと考えられる。加
工部のめっき密着性に優れるのは、Γ相の抑制によるも
のと考えられる。一方、本発明法では、高張力鋼板の材
質上でも大きなメリットがある。溶融Znめっき前の加
熱が急速低温加熱であることから、溶融Znめっき時の
材質劣化が極めて小であり、原板がもともと有する強度
、延性をほぼ備えた高強度、高延性の溶融Znめっき鋼
板および合金化溶融Znめっき鋼板の製造が可能である
。
鋼板の試料の実施例を示す。*印が本発明以外の製造法
で作成された比較材である。下地に表1に示すそれぞれ
の組成よりなる高張力鋼板(1.6mm)用いた。表面
層除去は、ペーパー研磨、ショットブラスト、ブラシ研
磨、電解研磨、酸洗により行い、表面層除去量を変化さ
せた。その後、プレNiめっきを硫酸酸性浴中で電気め
っきで行い、昇温速度を変化させて前処理加熱(O26
0ppm、H23%+N2雰囲気)を行った。いずれも
、浴温450℃、3secで溶融めっきを行い、ワイピ
ングにより付着量を60g/m2とした。溶融Znめっ
き性を前述の評価方法及び評価基準に従って評価した。 No.1〜29に示す通り、表面層除去を0.05μm
以上行い、Niプレめっき層0.2〜2g/m2、加熱
板温430〜500℃、昇温速度30℃/sec以上で
加熱後、浴中Al0.05〜0.25%の溶融Znめっ
き浴に浸漬して得られた本発明の製造条件のめっき鋼板
は、溶融Znめっき性に優れる。これに比較して、地鉄
の研磨量、プレNiめっき層の付着量、加熱板温、昇温
速度、浴中Al、本発明範囲を逸脱する場合(No.3
0〜37)、溶融Znめっき性が劣る。さらに、No.
38〜40は、めっき浴中に他の合金元素を微量に含有
する場合であり、この場合にも優れた性能を示した。
き鋼板の試料の実施例を示す。*印は本発明以外の製造
法で作成された比較材である。下地に表1に示すそれぞ
れの組成よりなる高張力鋼板(1.6mm)用いた。表
面層除去は、ペーパー研磨、ショットブラスト、ブラシ
研磨、電解研磨、酸洗により行い、表面層除去量を変化
させた。その後、プレNiめっきを硫酸酸性浴中で電気
めっきで行い、昇温速度を変化させて前処理加熱(O2
60ppm、H23%+N2雰囲気)を行った。いずれ
も、浴温450℃、3secで溶融めっきを行った。ワ
イピングした後、合金化加熱処理を行い、合金化溶融Z
nめっき鋼板を作成した。めっき付着量は60g/m2
とした。合金化度、加工部のめっき密着性の評価は前述
の試験法、評価基準に従って評価した。No.1〜29
に示す通り、表面層除去を0.05μm以上行い、Ni
プレめっき層0.2〜2g/m2、加熱板温430〜5
00℃、昇温速度30℃/sec以上で加熱後、浴中A
l0.05〜0.25%、合金化加熱条件が470〜5
50℃で10〜40秒である本発明の製造条件で得られ
ためっき鋼板は、外観および加工部のめっき密着性に優
れる。これに比較して、地鉄の研磨量、プレNiめっき
層の付着量、加熱板温、昇温速度、浴中Al、合金化処
理条件が本発明範囲を逸脱する場合(No.30〜42
)、合金化度、加工部のめっき密着性が劣る。さらに、
No.43〜45は、めっき浴中に他の合金元素を微量
に含有する場合であり、この場合にも優れた性能を示し
た。
ば高張力鋼板を用いためっき性に優れた溶融Znめっき
鋼板が得られ、また、合金化度、加工部のめっき密着性
が従来になく優れた合金化溶融Znめっき鋼板が得られ
ることから、その工業的意義は極めて大きい。
性の関係を示した図、
き密着性との関係を示した図、
を示した図、
のめっき密着性の関係を示した図、
Claims (2)
- 【請求項1】 Siを0.5〜2.0%含有するか、
さらにPを0.05〜0.2%複合で含有する高張力鋼
板の表面層を0.05μm以上除去したのち、Niを0
.2〜2g/m2めっきし、非酸化雰囲気中で板温43
0〜500℃に30℃/s以上の昇温速度で急速加熱を
行ったのちAl0.05〜0.25%含有するZnめっ
き浴中で溶融めっきすることを特徴とするめっき性に優
れた高張力溶融Znめっき鋼板の製造方法。 - 【請求項2】 Siを0.5〜2.0%含有するか、
さらにPを0.05〜0.2%複合で含有する高張力鋼
板の表面層を0.05μm以上除去したのち、Niを0
.2〜2g/m2めっきし、非酸化雰囲気中で板温43
0〜500℃に30℃/s以上の昇温速度で急速加熱を
行ったのちAl0.05〜0.25%含有するZnめっ
き浴中で溶融めっきし、ワイピング後、470〜550
℃で10〜40秒合金化加熱処理を行うことを特徴とす
る加工部のめっき密着性に優れた高張力合金化溶融Zn
めっき鋼板の製造方法。
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