JPH0835049A

JPH0835049A - 耐食性と耐摩耗性に優れた溶融亜鉛めっき鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0835049A
Application number: JP6168370A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Sekine; 輝幸関根; Shigeru Unno; 茂海野; Chiaki Kato; 千昭加藤; Kazuo Mochizuki; 一雄望月
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1996-02-06
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JP3357467B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐食性および耐摩耗性に優れた溶融亜鉛めっ
き鋼材を提供すること。【構成】 Mg：0.1 〜３wt％、Al：0.14〜5.0 wt％、C
u：0.5 〜3.0 wt％、Ni：0.2 〜0.8 wt％、およびTi：
0.05〜0.2 wt％を含み、かつMgとAlについては下記式の
関係を満たして含有し、さらに Ca, Be およびLiのうち
から選ばれる１種または２種以上を 0.001〜0.01wt％含
有し、残部がZnからなるめっき層を、鋼材表面に有する
ことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼材と、その製造方
法。記 0.04 × Mg(wt％) ＋ 0.13 ≦ Al(wt％)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性および耐摩耗性
に優れた溶融亜鉛めっき鋼材とその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用材料や建築用材料の分野
では、耐食性を有する亜鉛めっき鋼材, 鋼線その他の溶
融亜鉛めっき鋼材等が多く使用されている。その背景と
しては、亜鉛はもともと安価であるとともに、鋼に対し
犠牲防食効果を有し鋼材等の防食に適しているからであ
る。

【０００３】ところで、溶融亜鉛めっき使用時の外観に
関し最近、赤錆発生防止、塗装後耐ブリスター性の向上
等への要求が高まってきた。こうした要求に応えられる
ものとして従来、溶融亜鉛めっきの耐食性を向上させる
手段の１つとして、Mgを添加する方法、例えば、特開昭
56−41358 号公報、特開昭56−41359 号公報などの提案
がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭56−
41358 号公報に開示されている、溶融亜鉛めっき浴中に
Mgを添加して耐食性を向上させる上記従来技術の場合、
めっき浴表面における融液の酸化が激しく、これを防止
するために多量のAlを添加することが不可欠となり、そ
れ故に密着性や合金化を阻害するなど種々の不都合を招
き、その克服が必要であった。しかも、近年の溶融亜鉛
めっき鋼材については、耐食性のさらなる向上と、例え
ばめっき層の耐摩耗性の向上によるめっき膜損傷を抑制
する性質の付与なども望まれていた。

【０００５】本発明の主たる目的は、耐食性および耐摩
耗性に優れた溶融亜鉛めっき鋼材を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、Al, Mgの各組成を調整するこ
とによって浴成分の酸化を防止してめっき作業性を向上
させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上掲の各目的を実現する
ものとして本発明は、以下に掲げる課題解決手段を採用
する。 (1) Mg：0.1 〜3 wt％、Al：0.14〜5.0 wt％、Cu：0.5
〜3.0 wt％、Ni：0.2 〜0.8 wt％およびTi：0.05〜0.2
wt％を含み、かつMgとAlについては下記式の関係を満た
して含有し、さらに Ca, Be およびLiのうちから選ばれ
る１種または２種以上を 0.001〜0.01wt％含有し、残部
がZnからなるめっき層を、鋼材表面に有することを特徴
とする耐食性と耐摩耗性に優れた溶融亜鉛めっき鋼材。記 0.04× Mg(wt％) ＋ 0.13 ≦ Al(wt％)

【０００７】(2) 上記のめっき層の化学組成は、Mg：0.
3 〜２wt％、Al：0.16〜4.5 wt％、Cu：0.7 〜1.2 wt
％、Ni：0.4 〜0.6 wt％、Ti：0.08〜0.15wt％およびC
a, BeおよびLiは 0.005〜0.01wt％にすることがより好
ましい。

【０００８】(3) 溶融亜鉛めっきを行う際に、被めっき
鋼材を、Mg：0.1 〜３wt％、Al：0.14〜5.0 wt％、Cu：
0.5 〜3.0 wt％、Ni：0.2 〜0.8 wt％およびTi：0.05〜
0.2 wt％を含むと共に、MgとAlについては下記式の関係
を満たして含有し、かつ Ca, Be およびLiのうちから選
ばれる１種または２種以上を 0.001〜0.01wt％含有し、
残部がZnからなる溶融亜鉛めっき浴にて溶融めっきする
ことを特徴とする耐食性と耐摩耗性に優れた溶融亜鉛め
っき鋼材の製造方法。記 0.04× Mg(wt％) ＋ 0.13 ≦ Al(wt％)

【０００９】

【作用】本願発明の考え方の基本は、溶融亜鉛めっき浴
とそのめっき皮膜成分とを調整することにより、耐食性
と耐摩耗性とに優れた溶融亜鉛めっき鋼材を得ることに
ある。そのために本発明では、溶融亜鉛浴成分として、
まず所定量のMgを添加する。一般に、亜鉛中にMgを添加
すると耐食性が向上することは知られているが、めっき
浴の酸化が激しくなり、めっき作業を困難にすることも
既知である。このことに対して、本発明では、AlとCa,
BeおよびLiのうちから選ばれる１種以上の成分を複合添
加することにより、めっき浴の酸化を防止するようにし
た。とくに、Mg含有量とAl含有量との関係を明らかにし
て、酸化抑制剤としての有効なAlの添加量を設計した。
さらに、めっき膜の耐摩耗性向上のために、所定量のCu
を添加し、Zn−η相の硬度を上げることとし、さらには
Ni, Tiを複合添加してNi₃Ti 等のNiTi化合物をめっき膜
中に分散させて硬度を上げることにより、耐摩耗性の向
上と、Zn−η相の腐食による損耗を減少させて、耐食性
の向上をも同時に向上させるようにした。

【００１０】このような着想の下に完成を見た本発明に
ついて、めっき浴成分組成, 即ち、溶融亜鉛めっき皮膜
の成分を上述のように限定した理由を以下に詳しく説明
する。 (1) めっき層, 浴中のMg：0.1 〜３wt％めっき層, 浴中にMgを添加する理由は、耐食性の向上に
有効であり、その効果は0.1 wt％以上のMg添加によって
生ずる。一方、このMg添加量の増加に従って耐食性は向
上するものの、Zn−Mg系共晶点である３wt％を超えると
耐食性向上の効果が飽和するので、 0.1〜３wt％の範囲
に限定した。好ましい範囲は 0.3〜２wt％である。

【００１１】(2) めっき層, 浴中のAl：0.14〜5.0 wt％めっき層, 浴中にAlを添加する理由は、めっき浴の酸化
防止のためである。そのAl濃度を0.14〜5.0 wt％とした
理由は、Ca, BeまたはLiのみの添加では、めっき浴の酸
化防止が十分でない。また、被めっき鋼材とめっき層と
のZn−Fe反応を防止するためには少なくとも0.14wt％以
上のAl添加が必要であり、一方、5.0 wt％を超えてこの
Alを添加しても、耐食性向上効果は飽和し、また、めっ
き浴中でのFe−Al系ドロスの生成が問題となるので、0.
14〜5.0 wt％に限定した。好ましい範囲は0.16〜4.5 wt
％である。

【００１２】(3) また、Al添加量とMg添加量との関係を
下記の式(1) のように規定する理由は、Ca, Be, Liとと
もに、この式(1) の関係を満たすAlを添加することによ
って、Mg添加によるめっき浴の酸化を防止できるためで
ある。 0.04× Mg(wt％) ＋ 0.13 ≦ Al(wt％) …(1)

【００１３】(4) めっき層中のCa, Be, Li：0.001 〜0.
01wt％めっき層中にCa, BeおよびLiのうち少なくとも１種また
は２種以上を0.001 wt％以上含有させることとしたの
は、Mgを添加しためっき浴中にCa, Be, Liのうち少なく
とも１種を0.001 wt％以上添加することによって、Alの
添加と協働してめっき浴表面の酸化を防止することがで
きるからである。なお、この時製造される溶融めっき中
には、めっき浴中濃度とほぼ同等のCa, BeおよびLiを含
有する。一方、これらの元素を0.01wt％を超えて添加し
た場合には、Ca, Be, Liの偏析によって耐食性が劣化す
るので、0.001 〜0.01wt％に限定した。好ましい範囲は
0.005〜0.01wt％である。

【００１４】(5) めっき層, 浴中のCu： 0.5〜3.0 wt％ Cuは、Zn−η相の硬度を上昇させるために添加するが、
その含有量を 0.5〜3.0 wt％に規定した理由は、Cuによ
るめっき層の硬化作用は 0.5wt％以上の添加によって現
れること、一方、3.0 wt％を超えて添加した場合、融点
の急激な上昇を伴うので、めっき浴温度を上昇させなけ
ればならず、めっき浴の酸化、蒸発が激しくなるためで
ある。好ましい添加量の範囲は 0.7〜1.2 wt％である。

【００１５】(6) めっき層, 浴中のNi：0.2 〜0.8 wt
％, Ti：0.05〜0.2 wt％ NiおよびTiを複合添加する理由は、Ni₃Ti などの化合物
を形成させて硬度と耐摩耗性を向上させることにある
が、その添加量を、Ni：0.2 〜0.8 wt％、Ti：0.05〜0.
2 wt％に限定した理由は、耐食性, 耐摩耗性を向上させ
る, Ni, Ti化合物析出のためには、Ni 0.2wt％以上およ
びTi 0.05 wt％以上の添加が必要であり、一方、Ni 0.8
wt％およびTi 0.2wt％を超えて添加した場合には、Cuと
同様に融点の急激な上昇をともなって、めっき浴温度を
上昇させる必要が生じ、めっき浴の酸化、蒸発が激しく
なるためである。これらの好ましい添加量は、Ni 0.4〜
0.6wt％、Ti 0.08 〜0.15wt％の範囲である。

【００１６】

【実施例】被めっき物として、Ｃ：0.002 wt％、Si：0.
01wt％、Mn：0.15wt％、Ｐ：0.013 wt％およびＳ：0.00
7 wt％を含有する冷延鋼板(100mm×200 mm×板厚0.75m
m)を用い、めっき前処理として有機溶媒、アルカリ電解
脱脂の後、15％Ｈ₂＋Ｎ₂雰囲気中で 820℃, 10sec
（昇温, 降温速度は10℃／sec)の焼鈍を行った後、実験
用溶融めっき装置によって、60ｇ／ｍ²の溶融Znめっき
を行った。ただし、硬さ試験、耐摩耗性試験供試材とし
ては、300g／ｍ² のものを準備した。

【００１７】上記のようにして得られためっき鋼材につ
いては、その耐食性をSST(塩水噴霧試験) 法に基づき40
日保持した後の赤錆発生および板重量の減少にて評価し
た。また、エポキシ系カチオン電着塗装後（20μｍ) 、
クロスカットを施し、SST 30日後クロスカット部の膨れ
幅を評価し、耐ブリスター性を評価した。また、めっき
層の硬度については、厚目付めっき材のめっき層表面の
ビッカース硬度を測定して評価し、耐摩耗性について
は、摩擦部の回転速度0.25ｍ／secの軟鋼製回転ディス
クに、荷重10Ｎ／mm²で厚目付めっき試料を押しつけ、
摩擦距離 500ｍ経過後、めっき鋼板の板重量減にて評価
した。これらのめっき条件を表１に、そしてその性能試
験結果を表２に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】表１, ２に示す結果から明らかなように、
本発明に従って、溶融Znめっき浴中に、MgおよびAlを式
(1) の関係を満たして添加し、また、Cu, Ni, Tiを所定
量添加し、そして、Ca, Be, Liのうち少なくとも１種を
所定量添加した浴にて溶融亜鉛めっきを行った場合（N
o.1〜No.12)、めっき浴の酸化を防止することが可能で
あり、裸耐食性, 塗装後耐ブリスター性に優れ、従来の
Zn系溶融めっき( GI, GF, GI-F, GF-R) と比較して硬度
が高く、耐摩耗性に優れる亜鉛系溶融めっき鋼材を得る
ことができた。本発明による裸耐食性、耐ブリスター性
および耐摩耗性は、付着量20ｇ／m²以上で得られるが、
主として防錆性能の観点から30ｇ／m²以上が好ましい。
これに対し、比較例No.13 〜27として示すものでは、Al
無添加 (No.13 〜15)、および式(1) の関係を外れる多
量のAlを含有する(No.16〜19) の場合、いずれもめっき
が困難であり、また、Al≧５wt％も耐食性が悪い。この
耐食性は、Ca,Li, Beが0.01wt％よりも多いNo.21 〜23
も同じように悪い。さらに、Cu＜0.5 wt％のNo.24 、N
i, Tiの添加量が不足するNo.26 では耐摩耗性に劣り、
そしてCu＞５wt％のNo.25 、Ni, Tiの添加量の多いNo.2
7 ではめっき浴温度の上昇を招いてめっき処理が困難と
なった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
耐食性, 高耐摩耗性の溶融亜鉛めっきを容易に製造する
ことができ、それ故に溶融亜鉛めっき鋼材の使用環境や
用途を一層拡大することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤千昭千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所内 (72)発明者望月一雄千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Mg：0.1 〜3 wt％、Al：0.14〜5.0 wt
％、Cu：0.5 〜3.0 wt％、Ni：0.2 〜0.8 wt％およびT
i：0.05〜0.2 wt％を含み、かつMgとAlについては下記
式の関係を満たして含有し、さらに Ca, Be およびLiの
うちから選ばれる１種または２種以上を 0.001〜0.01wt
％含有し、残部がZnからなるめっき層を、鋼材表面に有
することを特徴とする耐食性と耐摩耗性に優れた溶融亜
鉛めっき鋼材。記 0.04× Mg(wt％) ＋ 0.13 ≦ Al(wt％)
【請求項２】溶融亜鉛めっきを行う際に、被めっき鋼
材を、Mg：0.1 〜３wt％、Al：0.14〜5.0 wt％、Cu：0.
5 〜3.0 wt％、Ni：0.2 〜0.8 wt％およびTi：0.05〜0.
2 wt％を含むと共に、MgとAlについては下記式の関係を
満たして含有し、かつ Ca, Be およびLiのうちから選ば
れる１種または２種以上を 0.001〜0.01wt％含有し、残
部がZnからなる溶融亜鉛めっき浴にて溶融めっきするこ
とを特徴とする耐食性と耐摩耗性に優れた溶融亜鉛めっ
き鋼材の製造方法。記 0.04× Mg(wt％) ＋ 0.13 ≦ Al(wt％)