JPH07138770A

JPH07138770A - 複層被覆鋼板

Info

Publication number: JPH07138770A
Application number: JP31148391A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Masaki; 克彦正木; Minoru Saito; 実斎藤
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】被覆層をTiN とAlとの複層にすることによ
り、従来のTiN 単層被覆鋼板およびAl単層めっき鋼板よ
りも耐熱性、耐食性および加工性の向上を図る。【構成】鋼板表面に第１層としてTiN 被覆層を形成
し、その上に第２層としてAl被覆層を形成した複層被覆
鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性、耐熱性および
加工性に優れた複層被覆鋼板に関する。

【０００２】

【従来技術】従来よりAlめっき鋼板が多量に使用されて
いるが、この一般的なものは、鋼板に直接Alを溶融めっ
き法によりめっきした単層めっき鋼板である。このAlめ
っき鋼板は、めっき層の厚みが８μｍ以上のものであれ
ば、耐食性、耐熱性に優れているので、従来より自動車
排ガス系部材、燃焼機器部材、家庭用機器部材等に広く
使用されている。しかし、最近、用途によっては、部材
の製造費を低減するため、薄めっきのものが要求された
り、塩害腐食の影響を受ける用途にまで使用の拡大が検
討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Alめっ
き鋼板を塩害腐食を受けるようなハロゲンイオンの存在
する環境で使用すると、耐食性を有する表面の酸化被膜
が溶解されるため、Al（OH）₃を主成分とする白錆が表
面に発生したり、素地鋼板に達する孔食が発生したりす
る。

【０００４】そこで、塩害を受ける用途に使用する場合
には、めっき層の厚みを４０μｍ程度と厚くして、孔食
が素地鋼板に短時間で達しないようにしていたが、この
ようにめっきを厚くすると、高価になるという問題があ
った。また、めっき層表面には、めっき鋼板の一般的な
後処理であるクロメート処理などの化成処理を施してい
るが、この効果は一時的なものであり、耐食性を本質的
に改善するものではない。

【０００５】溶融Alめっき鋼板では、めっき層にSiを通
常８〜１２％含有させて、素地鋼板とめっき層との界面
に生成する加工性の劣るAl−Fe合金層の発達を抑制して
いるが、この場合、素地鋼板が従来一般に使用されてい
る低炭素リムド鋼やAlキルド鋼であると、６００℃以上
に加熱した場合、めっき層と素地鋼板との界面が優先酸
化され、７００℃以上に加熱すると、めっき層が合金化
して、剥離することがあり、耐熱性の点で必ずしも十分
とはいえない。この耐熱性の問題は、素地鋼板として、
低炭素−Ti添加鋼や極低炭素−０．２Ti添加鋼を使用す
れば改善され、６５０℃以上の繰り返し加熱に耐える
が、このようなTi添加鋼を使用すると、Alキルド鋼など
に比べて製品価格が割高になり、好ましくない。また、
素地鋼板にTi添加鋼を用いても、素地鋼板とめっき層と
の界面に脆いAl−Fe−Si合金層が生成するため、十分な
加工性は得られない。

【０００６】一方、非水溶液による電気Alめっき法や通
常の真空蒸着Alめっき法によれば、素地鋼板とめっき層
との界面にAl−Fe合金層の生成しないAlめっき鋼板を製
造できるが、このような方法で製造したものは、高温に
加熱すると、めっき層のAlが素地鋼板中に拡散し、素地
鋼板が酸化されるので、耐熱性が劣る。また、めっき層
には、素地鋼板にまで達するピンホールが存在するた
め、厳しい腐食環境のもとでは耐食性に問題がある。

【０００７】以上のように、従来のAlめっき鋼板は、耐
食性、耐熱性および加工性の点で必ずしも満足できるも
のではなかった。そこで、本発明は、これらの特性を改
善した複層被覆鋼板を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼板表面に第
１層として、TiN 被覆層が形成され、その上に第２層と
して、Alめっき層が形成されている複層被覆鋼板とし
た。

【０００９】

【作用】Alめっき鋼板の耐食性、耐熱性および加工性を
改善するには、めっき層中のビンホールの発生を抑制し
て、めっき層と素地鋼板との間に生じるガルバニック電
流を無くするとともに、両者の境界にAi−Fe合金層が生
成しないようにすることが必須条件である。

【００１０】すなわち、Alめっき鋼板の腐食は、孔食で
あるが、この孔食はピンホールを介して素地鋼板とめっ
き層との間に局部電池が形成されて、その間にガルバニ
ック電流が流れ、めっき層が電位的に卑になって優先的
に溶解することにより生じるものである。このガルバニ
ック電流は、かなり大きいため、めっき層には局所的な
溶解が急速に生じ、周囲にまで溶解が拡大されてしま
う。そして、めっき層の溶解が素地鋼板に対するAlの犠
牲防食作用の及ばない範囲にまで拡大した時点で素地鋼
板の腐食が開始され、赤錆が発生するのである。、

【００１１】また、通常の大気のようなハロゲンイオン
の存在しない環境下では、Alめっき層の不動態皮膜は安
定なため、素地鋼板に対するAlめっき層の犠牲防食効果
が働かずピンホールを通じて素地鋼板が腐食されてしま
う。したがって、耐食性を改善するには、めっき層と素
地鋼板との間のガルバニック電流が生じないようにする
ことおよびピンホールの発生を抑制することが必要であ
る。

【００１２】さらに、Al−Fe合金層は、脆く、加熱によ
り成長するので、耐熱性、加工性を改善するには、この
合金層が生じないようにする必要がある。

【００１３】しかし、本発明の複層被覆鋼板のように、
鋼板表面に第１層として、TiN 被覆層を形成し、その上
に第２層として、Alめっき層を形成しておくと、次のよ
うに耐食性、耐熱性および加工性が改善される。

【００１４】（１）第２層のAlめっき層は、第１層のTi
N 被覆層より電位的に卑であるため、Ａｌめっき層にピ
ンホールが存在した場合、孔食が発生する。しかし、第
１層のTiN 被覆層は腐食されにくいので、孔食が容易に
進行せず、素地鋼板に達するまで長時間を要する。

【００１５】（２）第２層のAlめっき層とこの第２層の
腐食生成物［例えば、Al(OH)₃］で覆われた第１層のTi
N 被覆層とは、電位的に近似してるため、両者の間のガ
ルバニック電流は小さく、周囲への孔食の拡大はAl単層
めっきの場合よりも小さい。

【００１６】（３）孔食が第１層のTiN 被覆層まで進行
し、その進行部分にピンホールが存在しても、第２層の
Alめっき層が素地鋼板に対して犠牲防食作用を発揮する
ため、素地鋼板は、TiN 被覆層より電位的に卑であるに
も拘らず、腐食されない。また、露出している素地鋼板
は、面積が非常に小さいので、第２層のAlめっき層との
間に形成される局部電池のガルバニック電流は非常に小
さく、第２層の腐食速度は非常に小さい。

【００１７】（４）孔食による腐食が拡大し、第２層の
Alめっき層の犠牲防食作用が第１層のTiN 被覆層にまで
及ばない範囲まで拡大しても、第１層のTiN 被覆層のピ
ンホールを第２層の腐食性生物が封じ込めるので、素地
鋼板の腐食は防止される。

【００１８】（５）第１層のTiN 被覆層は、加熱しても
素地鋼板と合金層を形成しない。

【００１９】第１層のTiN 被覆層による耐食性、耐熱性
改善効果は、膜厚が０．０５μｍ以上であれば認められ
るが、あまり厚くすると加工性の低下を招く。

【００２０】第２層のAlめっき総のか構成は、膜厚に関
係なく良好であるが、膜厚が０．５μｍ未満では、耐食
性、耐熱性が不十分である。

【００２１】第１層と第２層との合計膜厚は、０．５５
μｍ以上、２０μｍ未満にするのが好ましく、できれば
３μｍ以上、１０μｍ未満にする。０．５５μｍである
と、耐食性、耐熱性が不十分であり、２０μｍ以上にす
ると、蒸着被覆による製造の場合には、、蒸着の際の蒸
着蒸気の凝縮熱により、鋼板温度が上昇して、鋼板の機
械的性質が損なわれる恐れがあり、また、他の製造方法
の場合には製造コストの上昇を招く。

【００２２】前述のように、第１層と第２層は、膜厚を
厚くすると加工性が低下し、加工後の耐食性を劣化させ
るので、第１層の膜厚は全膜厚の５０％以下、好ましく
は、２０％以下にする。

【００２３】本発明の複層被覆鋼板の製造は、第１層の
TiN 被覆層は、イオンプレーティング法、スパッタリン
グ法、イオン化蒸着法、アーク蒸着法、ＣＶＤ法および
溶射等のいずれの方法でも良く、第２層のAlめっき層
は、蒸着めっき、電気めっきおよび溶射等のいずれの方
法でも良い。

【００２４】

【実施例】次の被覆法により、素地鋼板側からTiN/Alの
各被覆層を有する２層被覆鋼板を製造した。

【００２５】（１）被覆方法１イオン化電極とＮ₂ガス導入口とを具備し、Tiを入れた
水冷銅ハースとAlを入れたセラミックスるつぼとが配置
された蒸着装置内に、アルカリ電解脱脂したAlキルド鋼
（板厚：０．６mm、Ｃ：０．０１７％）をセットして真
空度１×１０^-2〜１×１０^-3Ｐａに排気した後、イオン
源と称されるイオンビーム発生装置から加速電圧５ＫＶ
でビーム状のArイオンを鋼板に衝突させて、鋼板表面の
酸化物等の不純物を除去し、表面を活性化させた。次い
でガス導入口よりＮ₂ガスを導入した後、電子ビームで
Tiを蒸発させ、その蒸気を水冷銅ハース上方に配置され
たイオン化電極との間で発生させたアーク放電によるプ
ラズマ中でイオン化して鋼板にTiN を被覆した。Ｎ₂ガ
スを廃棄した後、Alを電子ビームで蒸発させて、TiN 層
の上に蒸着した。

【００２６】（２）被覆方法２被覆方法１と同様の方法で鋼板にTiN を被覆した後、こ
のTiN 被覆鋼板をエチルメチルイミダゾリウムクロライ
ド３３モル％、塩化アルミニウム６７モル％からなる溶
融塩Alめっき欲にいれて、浴温６０℃、電流密度１０Ａ
／ｄｍ²、浴流速０．６ｍ／ｓｅｃ．のめっき条件でAl
めっきを施した。

【００２７】以上二通りの被覆方法により製造した複層
被覆鋼板とAl、TiN の単層被覆鋼板および溶融Alめっき
鋼板（Si９％）とに次の確性試験を施した。

【００２８】（１）密着性試験めっき面を外側にして、１８０度密着折り曲げて、折り
曲げ部にセロハンテープを貼り付けて引き剥がし、めっ
き層の剥離の有無を次の基準で表示した。 ○ めっき層の剥離なし × めっき層の剥離あり

【００２９】（２）加工前耐食性試験ＪＩＳＺ２３７１に準じて塩水噴霧試験をおこな
い、赤錆の発生するまでの時間を次の基準で評価した。
なお、試験片には、７０ｍｍ×１５０ｍｍの寸法のもの
を用い、端面および裏面はシールした。 ○ ４００時間で赤錆発生せず △ ２００〜４００時間で赤錆発生 × ２００時間未満で赤錆発生

【００３０】（３）加工後耐食性試験めっき面を外側にして、直径４１．５ｍｍ、深さ２５ｍ
ｍの円筒絞り加工を行い、加工前耐食試験と同一の塩水
噴霧試験を実施し、同一の基準で赤錆の発生状態を評価
した。

【００３１】（４）耐熱性試験大気中で８００℃で８時間加熱後、１６時間空冷する加
熱−冷却試験を１サイクルとするサイクル試験を３回実
施した後、サイクル試験前および後の酸化増量を測定
し、次の基準で評価した。 ○ 酸化増量５０ｇ／ｍ²以下 △ 酸化増量５０ｇ／ｍ²超、１００ｇ／ｍ²以下 × 酸化増量１００ｇ／ｍ²超

【００３２】各試験結果を纏めて表１および表２に示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の複層被覆鋼板
は、従来の単層蒸着Alめっき鋼板、単層TiN 被覆鋼板お
よび溶融Alめっき鋼板よりも耐食性、耐熱性および加工
性が優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板表面に第１層として、TiN 被覆層が
形成され、その上に第２層として、Al被覆層が形成され
ていることを特徴とする複層被覆鋼板。
【請求項２】 TiN 被覆層の膜厚が０．０５μｍ以上、
Al被覆層の膜厚が０．５μｍ以上で、全膜厚が０．５５
〜２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の複
層被覆鋼板。
【請求項３】 TiN 被覆層の膜厚が５０％以下であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記
載の複層被覆鋼板。