JPH11269605A - Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板および成形加工品 - Google Patents

Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板および成形加工品

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JPH11269605A
JPH11269605A JP10076046A JP7604698A JPH11269605A JP H11269605 A JPH11269605 A JP H11269605A JP 10076046 A JP10076046 A JP 10076046A JP 7604698 A JP7604698 A JP 7604698A JP H11269605 A JPH11269605 A JP H11269605A
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plated steel
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heat
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Shinya Hikino
真也 引野
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のZn−Al系合金めっき鋼板は、自動車用
マフラーやオーブントースターハウジング等の耐熱用途
には適用できない。 【解決手段】 Ｃ：0.004 ％以下、Ｐ：0.04％以上0.08
％以下、Ｓ：0.01％以下、Ti：0.02％以上0.10％以下、
Ｎ：0.003 ％以下を含有する鋼板の片面または両面に、
Al：30％以上70％以下、Si：0.5 ％以上2.5 ％以下を含
有し、残部がZnおよび不可避的不純物であるZn−Al系合
金めっき皮膜を片面当たり25mg/m2 以上有し、Zn−Al系
合金めっき皮膜の上に金属クロム換算で３ mg/m2以上10
0 mg/m2以下のクロメート皮膜を有するZn−Al系合金め
っき鋼板であり、耐熱耐食性及び深絞り加工性に優れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車部品や家電
製品に用いるのに好適な、耐熱耐食性および成形加工性
に優れたZn−Al系合金めっき鋼板と、このZn−Al系合金
めっき鋼板を用いて成形された成形加工品とに関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車や家電製品の部品には、従来より
耐食性に優れるとともに比較的安価なZn系めっき鋼板が
多用されてきた。これらの部品のうちで特に高温に晒さ
れる部品 (例えば、マフラー等の自動車排気系部品やオ
ーブントースターのハウジング等）には耐熱性も要求さ
れることから、SUS 304 等のステンレス鋼板やAlめっき
鋼板が用いられていた。しかしながら、ステンレス鋼板
やAlめっき鋼板は高価であることから、このような耐熱
用途にもZn系めっき鋼板を使用したいという要請が以前
より存在していた。
【０００３】近年、このZn系めっき鋼板のうちで、Alを
約55％ (本明細書においては、特にことわりがない限り
「％」は「重量％」を意味するものとする。) 、Siを１
〜２％含有するZn−55％Al合金めっき鋼板は、その優れ
た熱反射性と耐食性とにより、前述した耐熱用途への適
用が検討されており、実際に適用された例もある。
【０００４】しかしながら、自動車用マフラーやオーブ
ントースターハウジング等は、常時一定温度に保たれて
使用されるのではなく、温度の上昇および下降が繰り返
されて使用される。そのため、使用想定温度が例えば35
0 ℃であっても、温度上昇時のオーバーシュートや環境
の変化等により、実際には、短時間ながら最高到達温度
が400 ℃以上になることが多い。このように400 ℃を越
える使用温度では、従来のZn−55％Al合金めっき鋼板の
耐食性は急速に劣化してしまう。したがって、Zn−55％
Al合金めっき鋼板の適用範囲は、実際にはかなり制限さ
れる。
【０００５】従来のZn−55％Al合金めっき鋼板の耐食性
が400 ℃を越える使用温度で劣化するのは、めっき皮膜
中のZnと母材鋼板との合金化反応が進行するとともに、
めっき皮膜中のZnの蒸発によってめっき皮膜のバリア効
果およびZnの犠牲防食性がともに損なわれるためである
と考えられる。
【０００６】そこで、Zn−55％Al合金めっき鋼板のめっ
き皮膜中におけるZnの合金化を抑制するため、特公平１
−35071 号公報には、Ｃ：0.020 〜0.097 ％以下、Ｐ：
0.003 〜0.12％、Ｓ：0.022 ％以下、必要に応じてTi：
0.006 ％、およびＮ：0.0142％以下を含有し、55％のAl
と1.6 ％のSiとを含有し残部が実質的にZnよりなるZn−
Al系合金めっき層を有するシート等が、また特開平９−
25551 号公報には、Ｃ：0.003 ％以下、Ｓ0.015 ％以
下、Ｎ0.003 ％以下、Ti：0.02〜0.1 ％、Ｂ：0.0002〜
0.0015％、Ｐ：0.036 ％以下を含有する鋼板に、Al：25
〜90％、Si：Al量の１％以上10％以下、残部が実質的に
ZnよりなるZn−55％Al合金めっき鋼板が提案されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】特公平１−35071 号公
報により提案されたZn−Al系合金めっき層を有するシー
ト等は、その実施例にも記載されているように、Ｃ：0.
27％以上の一般低炭素鋼であり、深絞り加工等の厳しい
成形加工では割れ等を生じ易い。したがって、自動車排
気系部品等の強加工用途には適さない。
【０００８】また、これらの提案によるZn−Al系合金め
っき鋼板では、400 ℃以上、特にZnの融点である420 ℃
以上の温度領域において、めっき皮膜中のZn蒸発が不可
避的に発生して、耐食性が劣化する。そのため、これら
の提案にかかるZn−Al系合金めっき鋼板を前述した耐熱
用途に適用することは、難しい。
【０００９】ここに、本発明の目的は、耐熱耐食性及び
成形加工性に優れ、例えば、自動車用マフラーやオーブ
ントースターハウジング等といった、最高到達温度が40
0 ℃以上に達するような高温環境下で使用される成形加
工品を製造するのに好適な、Zn−Al系合金めっき鋼板
と、このZn−Al系合金めっき鋼板により製造された成形
加工品とを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために検討を重ねた結果、Ｐ：0.04％以上0.08
％以下を含有する鋼板の片面または両面に、Al：30％以
上70％以下を含有するZn−Al系合金めっき皮膜を形成す
ることにより、耐熱耐食性に優れるために耐熱用途に適
用することができるZn−Al系合金めっき鋼板を提供でき
ることを知見した。そして、本発明者はこの知見に基づ
いてさらに検討を重ねた結果、本発明を完成した。
【００１１】ここに、本発明の要旨とするところは、
Ｃ：0.004 ％以下、Ｐ：0.04％以上0.08％以下、Ｓ：0.
01％以下、Ti：0.02％以上0.10％以下、Ｎ：0.003 ％以
下を有する鋼組成の鋼板の片面または両面に、Al：30％
以上70％以下、Si：0.5 ％以上2.5 ％以下を含有し、残
部がZnおよび不可避的不純物であるZn−Al系合金めっき
皮膜を片面当たり25mg/m2 以上有し、必要に応じて、Zn
−Al系合金めっき皮膜の上に金属クロム換算で３ mg/m2
以上100 mg/m2 以下のクロメート皮膜を有することを特
徴とする耐熱耐食性及び成形加工性に優れたZn−Al系合
金めっき鋼板である。
【００１２】また、別の観点からは、本発明は、Ｃ：0.
004 ％以下、Ｐ：0.04％以上0.08％以下、Ｓ：0.01％以
下、Ti：0.02％以上0.10％以下、Ｎ：0.003 ％以下を有
する鋼組成の鋼板の片面または両面に、Al：30％以上70
％以下、Si：0.5 ％以上2.5％以下を含有し、残部がZn
および不可避的不純物であるZn−Al系合金めっき皮膜を
片面当たり25mg/m2 以上形成されたZn−Al系合金めっき
鋼板からなることを特徴とする耐熱耐食性に優れた成形
加工品である。
【００１３】上記の本発明において、「成形加工性」と
は、割れや破断を生じることなく成形加工され得る性質
を意味しており、深絞り加工性、張り出し加工性さらに
は曲げ加工性等を包含する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる耐熱耐食性
及び成形加工性に優れたZn−Al系合金めっき鋼板を詳細
に説明する。まず、用いる母材鋼板の組成を限定する理
由を説明する。
【００１５】(Ｃ：0.004 ％以下、Ｓ：0.01％以下、
Ｎ：0.003 ％以下)本発明にかかるZn−Al系合金めっき
鋼板は、自動車用マフラーやオーブントースターハウジ
ング等といった深絞り加工により成形される成形加工品
に適用されることから、優れた深絞り加工性が要求され
る。この深絞り加工性を確保するため、本発明では、
Ｃ：0.004 ％以下、Ｓ：0.01％以下、Ｎ：0.003 ％以下
とそれぞれ限定する。同様の観点から、Ｃ量は0.003 ％
以下であることが、Ｓ量は0.009 ％以下であることが、
Ｎ量は0.0026％以下であることが、それぞれ望ましい。
【００１６】(Ｐ：0.04〜0.08％)母材鋼板のＰ含有量が
0.04％以上であると、耐熱耐食性が改善される。耐熱耐
食性が改善される機構は明確ではないが、加熱時のZnの
粒界侵入抑制、Ｐ添加による母材鋼板の耐食性向上、さ
らにはめっき層−母材鋼板の界面合金層の形態や厚みの
変化等が相互に影響するものと考えられる。耐熱耐食性
の改善という観点からは上限を設ける必要はないが、自
動車用マフラーやオーブントースターハウジング等への
適用では、深絞り加工性が要求される。このため、Ｐ含
有量の上限は0.08％と限定する。そこで、本発明では、
Ｐ含有量は0.04％以上0.08％以下と限定する。より好ま
しくは、上限：0.077 ％、下限：0.042 ％である。
【００１７】(Ti：0.02〜0.10％)本発明では、鋼中に含
有されるＣ、ＳおよびＮを固定して加工性を向上するた
め、Tiを添加する。Ｃ、ＳおよびＮは、Tiにより、Ti
Ｃ、TiＳ、TiＮとして固定される。Tiの含有量が0.02％
以上であると所望の加工性が確保され、一方0.10％を超
えると、加工性向上効果は飽和してコストが上昇するだ
けとなる。そこで、本発明では、Ti含有量は0.02％以上
0.10％以下と限定する。同様の観点から、Ti含有量の上
限は、Ti量− (48/12)Ｃ量− (48/14)Ｎ量− (48/32)Ｓ
量により算出される過剰Ti量が０以上であることが、望
ましい。
【００１８】本発明における母材鋼板は、さらに、Si：
0.02％以下、Mn：0.3 ％以下、Al：0.06％以下、Nb：0.
03％以下、Ｂ：0.003 ％以下を含有してもよい。以下、
これらの任意添加元素についても、限定理由を説明す
る。
【００１９】(Si：0.02％以下)Si含有量が0.02％を超え
ると、加工性が低下し、かつ不めっきの発生等が生じ、
めっきの表面品質が低下するおそれがある。そこで、Si
を添加する場合には、その含有量は0.02％以下と限定す
ることが望ましい。
【００２０】(Mn：0.3 ％以下)Mn含有量が0.3 ％を超え
ると加工性が低下する。そこで、Mnを添加する場合に
は、その含有量は0.3 ％以下と限定することが望まし
い。
【００２１】(Al：0.06％以下)Alは、脱酸剤として用い
るが、過度に添加するとめっき性が低下して不めっきの
原因となる。そこで、Alを添加する場合には、その含有
量は0.06％以下と限定することが望ましい。
【００２２】(Nb：0.03％以下、Ｂ：0.003 ％以下)Nb、
Ｂは、Tiと同様に、加工性改善のために添加される。し
かし、多量に添加しても効果が飽和しコスト上昇を伴う
だけとなる。そこで、Nbを添加する場合にはその含有量
は0.03％以下と、Ｂを添加する場合にはその含有量は0.
003 ％以下と、それぞれ限定することが望ましい。本発
明における母材鋼板は、上記以外は、Feおよび不可避的
不純物である。
【００２３】本発明では、この母材鋼板の片面または両
面に、Al：30％以上70％以下、Si：0.5 ％以上2.5 ％以
下を含有し、残部がZnおよび不可避的不純物であるZn−
Al系合金めっき皮膜が片面当たり25mg/m2 以上設けられ
る。以下、このZn−Al系合金めっき皮膜について、説明
する。
【００２４】(Al：30％以上70％以下)Zn−Al系合金めっ
き皮膜中のAl含有量が30％未満であるとめっき皮膜自身
が有する耐食性が低く、結果的に耐熱耐食性が得られな
い。一方、70％超であると、通常保管時の端面や疵部に
おける耐食性が劣化し、またAlの原料コストの上昇や溶
融めっき浴の融点が上昇することによりエネルギ使用量
や部品交換頻度の増加といった製造コストの上昇が発生
する。そこで、本発明では、Zn−Al系合金めっき皮膜中
のAl含有量は30％以上70％以下と限定する。なお、Al含
有量の上限は58％、下限は52％であることが望ましい。
【００２５】(Si：0.5 ％以上2.5 ％以下)本発明におい
て、Zn−Al系合金めっき皮膜中のSi含有量が0.5 ％未満
であると、FeとAlもしくはZnの合金層が厚く発達するた
めにめっき皮膜の加工性が劣化する。一方、Si含有量が
2.5 ％超であると、めっき浴と鋼板との濡れ性が悪化し
て不めっき (めっきの表面欠陥) が生じ易くなる。そこ
で、本発明では、Si含有量は0.5 ％以上2.5 ％以下と限
定する。さらに、Si含有量の下限は1.2 ％であり、上限
は1.8 ％であることが望ましい。本発明において、Zn−
Al系合金めっき皮膜の上記以外の組成は、Znおよび不可
避的不純物である。
【００２６】(片面当たりのめっき付着量：25mg/m2 以
上)片面当たりのめっき付着量が25mg/m2 未満である
と、所望の耐食性を確保することができない。同様の観
点から、好ましくは30mg/m2 以上、より好ましくは60g/
m2以上である。一方、耐食性の観点からはめっき付着量
の上限を設ける必要はないが、120 g/m2を超えると、コ
ストが嵩むとともに加工性が低下する。そこで、めっき
付着量の上限は120 g/m2であることが望ましい。このZn
−Al系合金めっき皮膜は、本発明にかかるZn−Al系合金
めっき鋼板の使用環境や仕様等により、母材鋼板の片面
または両面に形成される。
【００２７】本発明にかかるZn−Al系合金めっき鋼板
は、以上のように構成されるが、本実施形態では、Zn−
Al系合金めっき層の上に、さらに下記のクロメート皮膜
を形成することにより、耐食性および成形性をさらに向
上させる。
【００２８】(金属クロム換算で３ mg/m2以上100 mg/m
2 以下のクロメート皮膜)また、この本発明にかかるZn
−Al系合金めっき鋼板には、耐食性や成形性を付与する
ためにクロメート皮膜が形成される。本発明にかかるZn
−Al系合金めっき鋼板は、高温環境下での耐熱用途を対
象とするが、輸送、保管さらには加工時等の耐食性を確
保するためにクロメート処理を行ってもよい。また、ク
ロメート皮膜は、高温環境下では変質するものの、皮膜
としても残存するために若干ではあるが耐熱耐食性を改
善することができる。
【００２９】クロメート皮膜の付着量が、金属クロム換
算で３mg/m2 未満では耐食性改善の効果が認められず、
一方100 mg/m2 を超えると、耐食性改善効果が飽和しコ
スト高となる。そこで、本発明では、クロメート皮膜の
付着量を、金属クロム換算で３ mg/m2以上100 mg/m2 以
下と限定する。
【００３０】なお、クロメート皮膜には、シリカ、リン
酸、樹脂成分、金属元素 (Ni、Coなど) 等の、一般的に
添加される物質を含んでいてもよい。なお、本発明で
は、クロメート処理を行うことに替えて、樹脂を塗布し
て薄膜層を形成することとしてもよい。
【００３１】このような構成を有する本発明にかかるZn
−Al系合金めっき鋼板は、最高温度が450 ℃に達する高
温環境下においても、ステンレス鋼板やAlめっき鋼板と
同等の優れた耐熱耐食性を有する。また、深絞り加工性
等の成形加工性にも優れ、自動車用マフラーやオーブン
トースターハウジング等へ成形するための深絞り加工を
行っても、母材に割れや破断を生じることがない。
【００３２】そのため、本発明にかかるZn−Al系合金め
っき鋼板に適宜条件で深絞り加工を行うことにより、耐
熱耐食性に優れた、例えば自動車用マフラーやオーブン
トースターハウジングといった深絞り加工品が、容易に
提供される。
【００３３】
【実施例】ともに板厚が0.6mm であって、表１に示す組
成の鋼板を母材とするZn−55％Al−1.6 ％Si合金めっき
鋼板とAl−８％Si合金めっき鋼板とに、カッターナイフ
でクロスカットを施し、通常の家電製品・自動車用途の
ように加熱と腐食とが繰り返されることを想定した腐食
試験である図１に示すサイクル腐食試験で、耐熱耐食性
を評価した。
【００３４】
【表１】
【００３５】なお、めっき付着量は、Zn−55％Al−1.6
％Si合金めっき鋼板が75g/m2であり、Al−８％Si合金め
っき鋼板が45mg/m2 であり、比重を用いて算出される厚
みは、ともに約20μｍで同等であった。また、図１に示
すサイクル腐食試験での加熱は、300 ℃、400 ℃および
450 ℃の３水準で評価した。
【００３６】図１に示すサイクル腐食試験で40サイクル
経過した後に除錆し、クロスカット部における鋼板から
の最大腐食深さ(mm)により、耐熱耐食性を評価した。試
験結果を図２(a) および図２(b) に示す。図２(a) には
Zn−55％Al−1.6 ％Si合金めっき鋼板の試験結果を示
し、図２(b) にはAl−８％Si合金めっき鋼板の試験結果
を示す。
【００３７】図２(a) に示すように、本発明の範囲であ
る、0.04％以上0.08％以下のＰ含有量を満足するZn−Al
系合金めっき鋼板の耐熱耐食性は、450 ℃においても30
0 ℃または400 ℃とさほど変わらず、図２(b) に示すAl
めっき鋼板と同等レベルであった。また、図２(a) に示
すように、300 ℃では、Alめっき鋼板よりも耐熱耐食性
が優れていた。
【００３８】さらに、図示していないが、クロメート処
理を施すことで、耐熱耐食性がさらに改善されることが
確認された。一方、図２(a) に示すように、Ｐ含有量が
0.04％未満であると、450 ℃での耐熱耐食性が急激に劣
化することがわかる。
【００３９】また、成形加工性は、円筒深絞り試験を行
うことにより評価した。評価基準は、表２に示す条件で
円筒深絞り加工を行った際に、母材割れが発生しなかっ
たものを○、それ以外を×とした。結果は表１に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】表１から、本発明にかかるZn−Al系合金め
っき鋼板は、耐熱耐食性とともに深絞り加工性も優れる
ことがわかる。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、耐熱耐食性及び成形加工性に優れ、マフラー等の自
動車排気系部品やオーブントースターのハウジング等と
いった、最高到達温度が400 ℃以上に達するような高温
環境下での耐熱用途に適用するのに好適な、Zn−Al系合
金めっき鋼板と、このZn−Al系合金めっき鋼板により製
造された成形加工品とを提供することができた。
【００４３】したがって、従来は高価なステンレス鋼板
やAlめっき鋼板により提供されていたマフラー等の自動
車排気系部品やオーブントースターのハウジング等の成
形加工品を、安価に提供できることとなった。かかる効
果を有する本発明の意義は、極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐熱耐食性評価のためのサイクル試験の概要を
示す説明図である。
【図２】図２(a) 、図２(b) は、試験結果を示すグラフ
である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：0.004 ％以下、Ｐ：0.04
    〜0.08％、Ｓ：0.01％以下、Ti：0.02〜0.10％、Ｎ：0.
    003 ％以下を有する鋼組成の鋼板の片面または両面に、
    Al：30〜70％、Si：0.5 〜2.5 ％を含有し、残部がZnお
    よび不可避的不純物であるZn−Al系合金めっき皮膜を片
    面当たり25mg/m2 以上有することを特徴とする耐熱耐食
    性及び成形加工性に優れたZn−Al系合金めっき鋼板。
  2. 【請求項２】 前記Zn−Al系合金めっき皮膜の上に、金
    属クロム換算で３〜100 mg/m2 のクロメート皮膜を有す
    ることを特徴とする請求項１記載の耐熱耐食性及び成形
    加工性に優れたZn−Al系合金めっき鋼板。
  3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：0.004 ％以下、Ｐ：0.04
    〜0.08％、Ｓ：0.01％以下、Ti：0.02〜0.10％、Ｎ：0.
    003 ％以下を有する鋼組成の鋼板の片面または両面に、
    Al：30〜70％、Si：0.5 〜2.5 ％を含有し、残部がZnお
    よび不可避的不純物であるZn−Al系合金めっき皮膜を片
    面当たり25mg/m2 以上形成されたZn−Al系合金めっき鋼
    板からなることを特徴とする耐熱耐食性に優れた成形加
    工品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007049915A1 (en) 2005-10-25 2007-05-03 Posco Corrosion resistance improved steel sheet for autmotive muffler and method of producing the steel sheet
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