JPH0483896A - 耐食性および抵抗溶接性に優れた表面改質鋼板およびその製造方法 - 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） 本発明は耐食性、耐久性および抵抗溶接性に優れた表面
改質鋼板およびその製造方法に関する。

（従来の技術） Ｚｎめっき鋼板は安価な表面処理鋼板として使用されて
いるが、しかし一般環境において、Ｚｎが先に腐食し金
属Ｚｎが無くなったとき赤錆を伴って素地は容易に腐食
する。そのためＺｎの目付量を多くしたり、塗装を行な
うなどして防食しているが。

最近の自動車産業では、厚めつきは溶接性に問題があり
、薄めつきを好む傾向にある。

（発明の解決しようとする問題点） 普通鋼にめっきや塗装を施した表面処理材は、その表面
処理皮膜が薄いと容易に破壊され、多量の白錆や赤錆を
ともなって短期間で腐食してしまう。そのため腐食部分
の補修や交換など使用部材の管理に多大な労力と費用が
かかる。そこで防食効果を高めるために、厚めつきや合
金めっきし、さらに多量塗装した材料が使用されてきて
いるが材料のコストは高くなる。しかも取り扱い疵や外
部からの接触や衝撃によって表面処理部が破壊されると
、その部分よりＺｎが腐食し白錆が溶出し、その後、素
地が腐食してしまう。またどのような表面処理を施して
も切断面などの端面や飾部からの腐食は完全に防止でき
ない。

さらに、Ｚｎめっきのままの材料は、スポット溶接時の
連続打点性に劣り、スポット溶接作業の能率は著しく低
下し、スポット溶接部のナゲツトの形状も悪くなる問題
がある。

近年、自動車業界で行なわれている合金化処理は、普通
鋼Ｚｎめっき材の熱処理によるもので、その合金の組成
はＺｎ−Ｆｅ合金である。Ｚｎ−Ｆｅの合金相では、Ｚ
ｎ中へのＦｅの拡散速度を多少遅らす程度で、Ｆｅの腐
食に伴う赤錆の発生は防止できない。また、前述したよ
うに、切断面などの端面や飾部からの腐食は完全に防止
できない。

最近では、Ｚｎ　−Ｆｅの合金めっきが実用化されつつ
あり、さらにＺｎ−Ｎｉ、　Ｚｎ−Ｍｎなどの合金めっ
きも研究が進められている。しかし、このような合金め
っきはめっき浴組成の調整や保存などの管理面や大幅な
構成ラインの変更やスペースの確保など膨大な設備投資
が必要である。

（問題解決に関する知見） 本発明者らは、切断面や飾部での白錆発生や耐食性およ
び抵抗溶接性を改良することを課題とし、課題解決に関
し、素材へ添加した添加元素により、Ｚｎ被覆後加熱拡
散処理によって添加元素と合金化を行わせることにより
改善できることを知見した。

すなわち特定組成の素地鋼板の亜鉛めっき拡散処理後の
拡散合金の組成は、普通鋼Ｚｎめっき材の合金組成とは
異なり、Ｚｎ中へのＦｅの拡散を抑制し、素地中の添加
元素を選択的にＺｎ中へ拡散させることができることを
見出した。この拡散挙動の特徴を有効に利用することに
よって、素材に添加された元素とＺｎとの合金化が元素
の種類によって異なり、また合金化処理時の温度、時間
によって合金相の組成も異なる。この方法で造られた被
覆合金材料は表面の飾部や端面および隙間部での腐食に
対して、白錆の抑制はもちろん局部腐食に対し充分に保
護され、しかも海岸付近など塩分を含んだ大気が存在す
る環境において、さらにＣトイオンが存在する高温、高
湿環境において充分な耐食性。

耐久性を示し、また、抵抗溶接性にも優れた特性を有す
ることを見出した。

（発明の構成） 本発明はＺｎ被覆後、加熱拡散処理することによって、
素材へ添加した元素との相互拡散あるいは選択拡散を優
先的に行ない、Ｚｎとの合金相を形成させることによっ
て、白錆の発生を抑制し、抵抗溶接性を向上させ、さら
に、耐食性および耐久性を向上させたことにある。また
、クロメート処理やリン酸塩処理は上記の耐食性および
耐久性をさらに向上させるとともに、塗装性を附与させ
たものである。

本発明は、 基本成分として、 Ｃｒ：５％以上〜４０％以下 Ｎｉ　：　４０％以下 を含み、さらに Ｍｎ　：　０．３％以上〜１５％以下 Ｃｕ　：　０．３％以上〜５％以下 Ｍｏ　：　０．３％以上〜５％以下 Ｓｉ　：　０．３％以上〜５％以下 の１種または２種以上を含有し、残余はＦｅおよび不可
避的不純物よりなる合金にｚｎを被覆し加熱拡散処理し
た耐食性および抵抗溶接性に優れた表面改質鋼板を提供
する。

本発明はさらに、前記の鋼板に、５〜３００１ＩＩｇ／
　ｍのクロメート処理をまたは０．２〜１０ｇ／ｍのリ
ン酸塩処理を施し、耐食性を付与した表面改質鋼板を提
供する。

本発明はまた、さらに前記表面改質鋼板に有機塗覆を施
し耐食性、耐久性を付与した塗装表面改質鋼板を提供す
る。

本発明はまた、さらに基本成分として、Ｃｒ：５％以上
〜４０％以下 Ｎｉ　：　４０％以下 を含み、さらに Ｍｎ　：　０．３％以上〜１５％以下 Ｃｕ　：　０．３％以上〜５％以下 Ｍｏ　：　０．３％以上〜５％以下 Ｓｉ　：　０．３％以上〜５％以下 の１種または２種以上を含有し、残余はＦｅおよび不可
避的不純物よりなる合金に、Ｉ〜５００ｇ／ｒｎ’のＺ
ｎ被覆を施し、４００℃〜１１００℃で０〜３６００秒
の均熱保持する加熱拡散処理による耐食性および抵抗溶
接性に優れた表面改質鋼板の製造方法を提供する。

次に本発明の構成をさらに詳細に説明する。

溶解炉で溶製、製錬された溶鋼を造塊、分塊後。

熱間圧延、冷間圧延さらに焼鈍工程などを経て、Ｃｒ：
５％以上〜４０％以下、Ｎｉ　：　４０％以下を含み、
残余はＦｅおよび不可避的不純物よりなる合金、さらに
Ｍｎ　：　０．３％以上〜１０％以下、Ｃｕ　：　０．
３％以上〜５％以下、Ｍｏ　：　０．３％以上〜５％以
下、　Ｓｉ　：　０．３％以上〜５％以下の１種または
２種以上を含有し、残余はＦｅおよび不可避的不純物よ
りなる合金の被覆用原板を製造する。

Ｃｒの添加は、素材表面での不動態化皮膜を強化し、さ
らに素地自体の耐食性をも向上させる。

ＮｉはＣｒとの共存効果により、さらに不動態皮膜の強
化や素地自体の耐食性を向上させる。

Ｍｎは耐食性に対し大きな効果を示さないが、高価なＮ
ｉの代替え成分として用いることができ、合金材料のコ
ストの低減も図れる。

また、Ｃｒ、　Ｎ１および計量とのバランス（正確には
Ｃ，Ｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、　Ｓｉ、　Ａｌなどの量も考慮す
る必要が有る。）により、マルテンサイト相、フェライ
ト相、フェライト−オーステナイト相、オーステナイト
相などと素地の組織を調整することができる。

さらに、Ｃｕ、　Ｎｏ、Ｓｉの添加は素地の固溶軟化（
Ｃｕ）や素地の固溶硬化（Ｍｏ、　Ｓｉ）および不動態
皮膜の強化（Ｓｉ、　Ｃｒ）あるいは、再不動態能の向
上（Ｍ。、Ｃｒ）などに有効に作用し、使用される用途
、目的あるいは環境によって組成を調整することができ
る。

素地へのＺｎの被覆は、Ｚｎの電気めっき、溶融めっき
、蒸着めっき、および溶射、圧接等により被覆させるこ
とができ、いずれの処理によっても加熱拡散処理による
合金化は可能であり、本発明は達成することが出来る。

本発明の実施例では種々のＺｎ被覆方法の中で電気めっ
きによる被覆方法について、その−例を示すが、他の方
法によってもめっき拡散後回等の特性を得ることができ
る。

Ｚｎの電気めっきによる被覆は第１表に示した前処理、
第２表のめっき浴組成およびめっき条件で行なった。

第１表　前処理方法 第２表　浴組成およびめっき条件 Ｚｎめっき材の加熱拡散処理は大気中または非酸化雰囲
気中あるいは還元雰囲気などの種々の雰囲気で行な−う
ことか出来る。しかし、大気中などの雰囲気での拡散処
理はＺｎの酸化によるロスを考慮する必要がある。

（発明の具体的開示） 以下に本発明での表面改質鋼板およびその製造方法を具
体例によって説明する。

Ｚｎの目付量は合金相の厚みと関係し、厚い合金相が必
要な場合はＺｎの目付量を多くするなど、必要に応じて
Ｚｎの目付量を調整することができる。

実施例では、Ｚｎの目付量５．３０および３００　ｇ　
／　ｍについて行なった。

拡散処理はＡｒガスで置換した非酸化雰囲気で、温度４
００〜１１００℃、均熱時間０〜６０００秒の間で行な
った。４００℃未満では拡散速度が遅く拡散に長時間要
することから、下限は４００℃とした。また、１１００
℃を越える温度では拡散が進みすぎること、安定した温
度分布が得られないことなどにより、上限は１１００℃
とした。均熱時間は拡散温度と関係し、４００℃では３
６００秒、１１００℃では均熱は０秒、すなわち均熱処
理なしで十分である。以下に最も標準的な拡散処理条件
（４００°ＣＸ　３６００秒、６００℃Ｘ６００秒およ
び１１００℃×０秒）で行なった結果について示す。

第１〜第７図は目付量を３０ｇ／ｍ’テ、６００℃Ｘ　
６００秒の拡散処理したものについて示す。

第１図に普通鋼Ｚｎめっき材を拡散処理し、その合金相
を表面からＧＤＳ　（グロー放電型発光分光分析装置）
で分布を測定した結果を示す。合金相はＺｎとＦｅの相
互拡散により、ＺｎとＦｅの合金組成を示した。

第２図に、Ｆｅ−１８Ｃｒ合余材にＺｎめっきを行ない
拡散処理を施し１合金相の表面から深さ方向の元素の分
布をＧＤＳで測定した結果を示す。ＣｒはＺｎ中に拡散
せず、Ｚｎとの界面に富化し、Ｚｎと素地の界面に濃化
する。また、普通鋼Ｚｎめっき拡散処理の合金相に比べ
、Ｚｎ中へのＦｅの拡散は少ない。

第３図に、Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ合金材にＺｎめっき
を行ない拡散処理を施し、合金相の表面から深さ方向の
元素の分布をＧＤＳで測定した結果を示す。ＮｉはＺｎ
中に優先的に拡散しており、素材中のＮｉ量よりＺｎ中
のＮｉ量が多くなる。Ｚｎと素地との界面ではＮｉは減
少している。

第４図に、　ＦｅＦｅ−１８ｃｒ−８Ｎｉ−２合金材に
Ｚｎめっきを行ない拡散処理を施し、合金相の表面から
深さ方向の元素の分布をＧＤＳで測定した結果を示す。

Ｍ。

はＺｎ中に拡散せず、Ｚｎと素地の界面に濃化する。

第５図に、　Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ−２Ｃｕ合金材に
Ｚｎめっきを行ない拡散処理を施し、合金相の表面から
深さ方向の元素の分布をＧＤＳで測定した結果を示す。

ＣｕはＮｉと同じようにＺｎ中に優先的に拡散する。Ｚ
ｎと素地との界面ではＣｕは減少している。

第６図に、　Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ−２Ｓｉ合金材に
Ｚｎめっきを行ない拡散処理を施し、合金相の表面から
深さ方向の元素の分布をＧＤＳで測定した結果を示す。

ＳｉはＭｏと同じようにＺｎ中に拡散せず、Ｚｎと素地
の界面に濃化する。

第７図に、　Ｆｅ４８Ｃｒ−８Ｎｉ−２Ｍｎ合金材にＺ
ｎめっきを行ない拡散処理を施し、合金相の表面から深
さ方向の元素の分布をＧＤＳで測定した結果を示す。Ｍ
ｎはＺｎ中に拡散せず、Ｚｎの表面にのみ富化する。

第２．３．４．５．６．７図に示したように、素地に添
加した元素はＺｎめっき層中への拡散において各元素に
特有な挙動を示す。

第３表にこれらの耐食性、抵抗溶接性および目付量、処
理温度と時間を変えたものについて調へた結果を示す。

発錆の評価はクロスのナイフカットの疵を付け、第８図
に示した塩乾湿複合サイクル試験条件で３００サイクル
行ない、飾部での腐食状態から調査した。

抵抗溶接性はスポット溶接で連続打点の繰返し。

スポット溶接を行ないナゲツト部の形状の状態を調査し
評価した。

第３表かられかるように、普通鋼−Ｚｎめっきの合金相
では、Ｚｎ中へのＦｅの拡散を多少遅らし、またＺｎめ
っきのままのものに比へ錆の発生は少ない。

Ｚｎ中のＦｅの濃度は高＜、Ｚｎが溶解後赤錆の発生が
見られた。本発明の合金相では白錆の発生は抑制され、
Ｚｎ中に拡散したＦｅの濃度は低く赤錆の発生は見られ
なくなり、優れた耐食性、耐久性を示していることがわ
かる。抵抗溶接性についてもＺｎめっきのままに比べ大
きく向上している。目付量は５ｇ／ｒｒｉ’で若干赤錆
が見られるが、目付量３０ｇ／　ｍ以上では防食されて
いる。

次に、クロメート処理、リン酸塩処理および塗装の効果
について説明する。

第４表にクロメート処理条件を第５表にリン酸塩処理条
件および第６表に塗装条件を示す。

第７表に第３表と同様の試験を行ない、耐食性、抵抗溶
接性、塗装材の耐食性を調へた結果を示す。

第３表の結果と同等以上の優れた耐食性、抵抗溶接性を
示した。

第４表　クロメート処理方法 第５表　リン酸塩処理方法 第６表　塗装処理方法 （発明の効果） 上述したように本発明によれば、素材の耐食性を改良し
た合金の表面にＺｎめっき被覆し、拡散処理で合金化す
ることによって、Ｚｎの腐食による白錆の発生は抑制さ
れ、優れた耐食性と抵抗溶接性および塗装性を有する表
面改質鋼板を提供することができた。

本発明の表面改質鋼板は平野や山間部はもとより工業地
帯や海岸地帯に隣接する住宅の屋根材や外装材など屋外
での一般的な構造物材として、家電製品の外板材、およ
び温水器や熱交換機器、あるいは海水や海塩粒子が混入
するような海岸設備および海産物などを加工、調理する
ような厳しい環境での設備用として使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は普通鋼Ｚｎめっき材の拡散処理材を表面からＧ
ＤＳ　（グロー放電型発光分光分析装置）で元素の分布
を測定した結果を示すグラフ。 第２図はＦｅ−１８Ｃｒ合金のＺｎめっき拡散処理材の
表面から深さ方向の元素の分布をＧＤＳで測定した結果
を示すグラフ。 第３図は、　Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ合金のＺｎめっき
拡散処理材の表面から深さ方向の元素の分布をＧＤＳで
測定した結果を示すグラフ。 第４図はＦｅＦｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ−２合金のＺｎめ
っき拡散処理材の表面から深さ方向の元素の分布をＧＤ
Ｓで測定した結果を示すグラフ。 第５図はＦｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ−２Ｃｕ合金のＺｎめ
っき拡散処理材の表面から深さ方向の元素の分布をＧＤ
Ｓで測定した結果を示すグラフ。 第６図はＦｅ−１８Ｃｒ−２Ｓｉ合金のＺｎめっき拡散
処理材の表面から深さ方向の元素の分布をＧＤＳで測定
した結果を示すグラフ。 第７図はＦｅＦｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ−２合金のＺｎめ
っき拡散処理材の表面から深さ方向の元素の分布をＧＤ
Ｓで測定した結果を示すグラフ。 第８図は塩乾湿複合サイクル試験条件を示すフローシー
トである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基本成分として、 Ｃｒ：５％以上〜４０％以下 Ｎｉ：４０％以下 を含み、さらに Ｍｎ：０．３％以上〜１５％以下 Ｃｕ：０．３％以上〜５％以下 Ｍｏ：０．３％以上〜５％以下 Ｓｉ：０．３％以上〜５％以下 の１種または２種以上を含有し、残余はＦｅおよび不可
   避的不純物よりなる合金にＺｎを被覆し加熱拡散処理し
   た耐食性および抵抗溶接性に優れた表面改質鋼板。 ２、前記第１請求項に記載の鋼板に、５〜３００ｍｇ／
   ｍ＾２のクロメート処理をまたは０．２〜１０ｇ／ｍ＾
   ２のリン酸塩処理を施し、耐食性を付与した表面改質鋼
   板。 ３、前記第２請求項に記載の鋼板に有機塗覆を施し耐食
   性、耐久性を付与した塗装表面改質鋼板。 ４、基本成分として、 Ｃｒ：５％以上〜４０％以下 Ｎｉ：４０％以下 を含み、さらに Ｍｎ：０．３％以上〜１５％以下 Ｃｕ：０．３％以上〜５％以下 Ｍｏ：０．３％以上〜５％以下 Ｓｉ：０．３％以上〜５％以下 の一種または二種以上を含有し、残余はＦｅおよび不可
   避的不純物よりなる合金に１〜５００ｇ／ｍ＾２のＺｎ
   を被覆し、４００℃〜１１００℃で０〜３６００秒の均
   熱保持する加熱拡散処理による耐食性および抵抗溶接性
   に優れた表面改質鋼板の製造方法。