JPS61166961A - 高耐食性溶融メツキ鋼板 - 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］ 本発明は耐食性に優れた溶融メッキ鋼板に関する。

［従来の技術］ 従来、薄鋼板は建材、自動車、家電製品等の用途に幅広
く用いられているが、鋼はどのような使用環境において
も腐食を受は易いという欠点があり、使用に当っては何
らかの防錆処理を施すことが必要不可欠となる。実際、
はとんどの用途においてメッキや塗装等の表面処理がな
されるのが通常である。このような防錆処理の代表的な
ものとして亜鉛メッキがあり、そのうちでも最も広く用
いられているものとしては前処理により表面の油分、酸
化被膜等が除去された鋼板を、亜鉛を溶解した浴中に浸
漬することによって得られる溶融亜鉛メッキ鋼板がある
。このような溶融亜鉛メッキ鋼板の耐食性は、ひとえに
その付着量に依存しており、付着量が多くなるほど鋼板
を保護する性能が高まり、腐食による薄鋼板の劣化まで
の時間が長くなる。ところが、このように溶融亜鉛メッ
キ鋼板のメッキ量をある程度以上増加させると１表面外
観が著しく損なわれるとともに、加工性が劣化し、実用
に酎え得ないものとなってしまう。

そこで、通常の溶融亜鉛メッキ鋼板と同等の付着量で優
れた耐食性を有する溶融合金メッキ鋼板が研究開発され
、多くの提案がなされている。その主なものはＡ９−Ｚ
ｎ合金メッキ鋼板であり、Ａ１５ｗｔ％系、同５５ｗｔ
％系が中心に検討（特公昭４６−７１６１号、特公昭５
４−３３２２３号等）がなされている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、これらのうち＃５ｗｔ％−Ｚｎ系ではメッキ被
膜−鋼素地界面に生成する合金層が薄く、密着性、加工
性には優れているが、通常の亜鉛メッキの約２倍程度の
耐食性しか期待できず、長期間の使用に対しては十分で
ない。また、Ａ１５ｗｔ％系鋼板系では耐食性は著しく
改善されるものの、Ｆｅ−Ｎ系の粗大で脆い合金層の発
達を抑制するために５１を適量添加する必要があり、ま
た、このようにしてもタイトな合金層が形成されるため
加工性は通常の溶融亜鉛メッキと比較してかなり劣って
しまう、またこの鋼板は上述したように耐食性は著しく
改善されるものの、亜鉛による犠牲防食能が低下するた
め、切断エツジ部の腐食という問題を生じてしまう。

本発明はこのような従来の問題に鑑みなされたもので、
＃食性に優れるとともに、ｖ、着性、加工性にも優れ、
しかもエツジ腐食等の問題を生ずることがないＡ１１−
Ｚｎ合金メッキ鋼板の提供をその目的とする。

［問題を解決するための手段］ このため本発明はメッキ鋼板として通常の溶融亜鉛メッ
キ鋼板と比較して加工性に優れ、しかも良好なメッキ密
着性が得られるＡＩ！５ｗｔ％−Ｚｎ系に着目し、この
メッキ系において優れた耐食性を確保すべく検討を重ね
たものであり、このような本発明の基本的特徴とすると
ころは、２〜１０ｖｔ％のＡｌを含有するＺｎ−Ａｌ！
合金メッキ被膜が形成された溶融メッキ鋼板であって、
前記メッキ被膜中にＭｇ、　Ｎａ、　Ｃａ及びＢａの１
種または２種以上を含有し、且つメッキ被膜のβ相中に
分散した粒状のα相の粒径をメッキ被膜厚さのｌ／２０
〜１／４とした点にある。

このような本発明の実施態様をあげると次の通りである
。

（ａ）　Ｍｇ、Ｎａ、　Ｃａ及びＢａノうち、Ｍｇ単独
を０．５ｗｔ％超〜１．Ｏｗｔ％未満の範囲で含有する
（ｂ）　　ｌ　、　０ｗｔ５未満（７）ＭｇとＮａ、　
Ｇａ及びＢａの１種または２種以上とを、 ０．１　＜　（Ｎａ）　＋　（Ｃａ）　／　３　＋　（
Ｂａ）　＜０．２０．４　＜　（Ｍｇ）　＋　（（Ｎａ
）　＋　（Ｃａ）　／　３＋　　〔Ｂａ〕） の範囲で含有する （４）　Ｍｇ、Ｎａ、Ｇａ及びＢａｃ７）うち、　　Ｎ
ａ、　Ｃａ及びＢａ０１種または２種以上を、 ０．１　＜　（Ｎａ）　＋　（Ｃａ）　／　３　＋　（
Ｂａ）　＜０．２の範囲で含有する ＡＩ！５ｗｔ％−Ｚｎ系メッキ鋼板は通常の溶融亜鉛メ
ッキ鋼板に比べても同等若しくはそれ以上のメッキ密着
性、加工性を有しているが、このような基本特性は、前
述したようにメッキ層と鋼素地との界面に生成するＦｅ
−Ａ９系合金層が極めて緻密で薄いことによるほか、メ
ッキ被膜構造がＭｌ−Ｚｎ共晶系であることに由来して
いる。

Ｚｎ−Ａｌ共晶系のメッキ被膜構造は、亜共晶（Ａ！！
含有率が共晶点［ＡＩ！＝５ｗｔ％］以下）組成である
か、直共晶（ＭＩ含有率が共晶点以上）組成であるかに
よって初晶がそれぞれβ相（Ｚｎｒｉｃｈ相）、α相（
ＡＲｒｉｃｈ相）と異なるが、コノような初晶を取り囲
むようにメッキ被膜の大部分がα相とβ相との共晶組織
となる。そして、このような共晶構造では、例えば０−
Ｔ密着的げやデュポン衝撃試験のような厳しい加工や衝
撃加工を受けてもその応力が分散され、メッキ被膜が鋼
素地から浮き上がったり、剥離したりするというような
欠陥の発生が抑えられる。しかし、従来のこの種の鋼板
は、その共晶組織がα相とβ相とが薄層状に重なり合っ
たα−β積層組織であり、耐食性が通常の亜鉛メッキの
約２倍程度にしか向上し得ない原因もこの薄層積層構造
にある。このような薄層積層構造における耐食性の問題
は、まず第１にβ相中にほぼ均一に分布しているα相が
非常に微細であるため、腐食環境に曝された場合にＺｎ
の酸化、溶出抑止能力が分散されてしまうことによるも
のと考えられる。

また第２にα相はβ相よりも薄く且つこれら薄層がメッ
キ被膜表面と鋼素地とを直線的に繋ぐ構造であるため一
旦腐食が開始するとその進行を妨げる因子が無く、耐食
性がそれほど向上しないことによるものと考えられる。

そこで、このような薄層積層構造の欠点を補うようなＡ
ｌ−Ｚｎ共晶系の被膜構造を模索した結果、局部的なβ
相の溶出を起さないためにα相の存在はメッキ被膜中に
均一であること、但し、α相は微細ではなくある程度凝
集して存在すること、さらにメッキ被膜表面から鋼素地
へ向っての直線的な腐食の進行を妨げる構造となってい
ること、が必要であるとの結論を得た。これを換言すれ
ば、Ｚｎ含有率９９．５％以上からなるβ相を基本とし
た被膜中にある程度以上の大きさを持った粒状のα相が
均一に分散した構造からなるメッキ被膜が耐食性を著し
く向上させるものと考えられる。しかし、その一方で、
α相が肥大化するに従い、Ｎ−Ｚｎ共晶系に特有な加工
に対する優れた性能が劣化して行き、深く大きなりラッ
クを生ずるようになるという問題がある。

そこで１本発明者等は耐食性及び加工性の面からＡｌ−
Ｚｎ共晶系における粒状α相の粒径の適正範　　　□囲
について検討したものであり、この結果β相中に分散す
る粒状α相の粒径がメッキ被膜厚さの１／２０〜ｌ／４
の範囲にあるとき、加工性、耐食性とも良好な状態とな
ることが解った。そしてさらにこのようなメッキ被膜構
造を通常の溶融亜鉛メツキラインによって得るためのメ
ッキ被膜組成について検討した結果、ＡＩ！−Ｚｎ共晶
系としてＡｔ！２〜ｌｏｗｔ％−Ｚｎメッキ被膜とし、
しかもこのメッキ被膜中に第三添加元素として、　Ｍｇ
、　Ｎａ、　Ｃａ及びＢａの１種または２種以上を適量
含有せしめることにより、上記被膜構造が得られること
が解った。

上記中、Ｎ含有率の２〜ｌｏｗｔ％はＡｉ！−Ｚｎ共晶
系において５　ｗｔ％の共晶点を中心とした範囲の含有
量である。ここでＮが２　ｗｔ％％未満ではメッキ被膜
がほとんど共晶構造とはならず、逆に１０ｗｔ％を越え
ると加工性等の面で目的とするような共晶構造が得られ
ず、加工性の著しい低下が避けられない。

また、第三添加元素としての上記Ｍｇ、　Ｎａ、　Ｃａ
、　Ｂａは、４２２〜１０ｗｔ％−Ｚｎ系メッキ被膜に
おいてα相粒径を増すことを目的としてその１種又は２
種以上が添加される。しかし、これら添加元素はともに
α粒径の粗大化作用を有するものではあるが、それらの
作用効果は必ずしも同一、同質ではなく、それらの選択
や組み合せによりそれぞれ異った作用効果が得られる。

すなわち、添加元素はその作用効果上の違いからＭｇと
他の３種の元素とに分けることができ、このため本発明
の実施態様も、にｇ単独添加の場合、Ｍｇと他の元素の
１種以上を複合添加する場合、そして、Ｍｇ以外のＮａ
、　Ｃａ及びＢａの１種以上を添加する場合とがあり、
各場合に応じた特定の条件に基づき、それぞれ特有の作
用効果が得られる。

まず１Ｍｇを単独で添加する場合、その含有量は０．５
ｗｔ％超〜１．Ｏｗｔ％未満の範囲に規制される。Ｍｇ
は他の添加元素に比べ粒粗大化作用が大きく、１．０ｗ
ｔ％以上含有せしめると、α相の粒径がメッキ被膜厚の
１／４を越える大きさとなり、加工性が大きく劣化する
。加えてメッキ被膜表面の平滑さが失われ、肌荒れ状と
なって外観上好ましくない状態となる。一方、含有量が
０．５ｗｔ％以下であると、α相粒径の粗大化作用が十
分でなく、α相粒径をメッキ被膜厚の１／２０以上の大
きさにすることが困難になる。

このようなＭｇ単独添加に対し、Ｍｇを必須成分とし且
つこれにＮａ、　Ｃａ、　Ｂａのうちの１種以上の元素
を複合添加した場合、Ｍｇ単独の場合に比べ加工性の劣
化を押えつつ耐食性を確保できるという大きな利点があ
る。上述したように耐食性及び加工性は基本的にはα相
粒径に依存するものであり、このようなα相粒径の粗大
化作用という観点だけからみるとＭｇはＮａ、Ｃａ、　
Ｈａよりも大きい作用効果を有している。しかし本発明
者等が検討したところ。

それらの添加元素はどれをどの組み合せで添加してもそ
の作用効果が同質であるという訳では必ずしもなく　特
にＭｇを必須成分とし、これにＮａ、Ｃａ、　Ｂａの１
種以上を複合添加することにより、上記したような効果
が得られることが解った。これは上記複合添加により単
にα和粒が目的とする所定の粒径に調整されるだけでな
く、被膜組織が加工性に適した構造に調整されることに
よるものと推定される。

ここで」−記各添加元素は、１．ｏｗｔ％未漁の！１ｇ
と、Ｎａ、　Ｃａ及びＢａの１種または２種以上とを０
．１　＜　（Ｎａ）　＋　（Ｇａ）　／　３　＋　（Ｂ
ａ〕＜０．２０．４　＜　（Ｋｇ）　＋　（（Ｎａ）　
＋　〔Ｃａ）　／　３＋　　（Ｂａ）　　　） の範囲で含有せしめる。

この場合も、Ｉ’１ｇを１．０ｗｔ％以上含有せしめる
とα相の粒径が大きくなり過ぎ、加工性が劣化する。一
方、Ｍｇに複合添加されるＮａ、　Ｇａ、　Ｂａの各元
素は（１）式に規定する下限値を下回ると（２）式との
関係でα相粒径の粗大化作用が十分でなく、また、上述
したような複合添加による相乗的効果も期待できなくな
る。逆に上限値を越えて添加しても１効果が飽和するた
め添加量に見合う作用効果が期待できず、却って肌荒れ
等の問題を生じてしまう、さらに、添加元素が上記（２
）式に示される下限値を下回るとα相粒径の粗大化作用
が十分でなく、α相粒径をメッキ被膜厚の１／２ｏ以上
の大きさにすることが困難となる。なお１以上のように
Ｍｇと元素を複合添加する場合、上記（１）　、　（２
）式からＭｇ含有量は実質的に０゜２ｗｔ％超がその下
限となる。

第１図はＭｇ単独添加の場合及びＭｇと他の元素との複
合添加の各場合におけるＭｇ含有率と耐食性及び加工性
との関係を示すもので、実線が耐食性、破線が加工性（
加工性は各場合に対して共通）を示している。なお、＃
食性は塩水噴霧試験で赤錆５％発生までの時間（赤錆発
生時間）を測定し、これを （赤錆発生時間、　ｈｒ）／（メッキ付着量、ｇｅｔｓ
　”　）で評価し、また加工性は後記した第１表と同様
の方法により評価したものである。

これによればＭｇ単独添加の場合、にｇ含有量０．５ｗ
ｔ％以下や１．Ｏｖｔ％以上の範囲では、α相粒径の問
題から耐食性壱加工性に問題を生じている。

一方、にｇと他の元素（同図の場合はＢａ、　Ｈａ）と
を複合添加した場合は、Ｍｇ単独添加の場合と同程度の
耐食性を確保しても、加工性はより高いレベルに維持さ
れており、Ｍｇ単独添加の場合に比べ加工性の低丁を押
えつつ耐食性を確保できることが判る。また、上述した
ようにＭｇ含有量の下限が実質的に００２ｗｔ％超にな
るため、Ｍｇ単独添加の場合に比べ広い成分範囲におい
て所望の特性を得ることができる。

さらに本発明の他の実施態様としてＭｇを除く第三添加
元素、すなわちＮａ、　Ｃａ及びＢａの１種または２種
以上を含有せしめる場合、これら元素は、０．１　＜　
（Ｎａ）　＋　（Ｃａ）　／　３　＋　（Ｂａ）　＜０
．２の範囲で規制される。これら元素の惰加量が上記式
で規定する下限値を下回るとα相粒径の粗大化作用が十
分でなく、α相粒径をメッキ被膜厚の１／２０以上の大
きさにすることが困難となる。一方、これらの各元素は
Ｍｇに比べα相粒径の粗大化作用が小さく、上述したよ
うなＭｇを添加する場合に比べ耐食性は相対的に低い、
そして、上記式の上限値を越えて添加しても、それ以上
の６粒粗大化効果は期待できず、逆に肌荒れ等の問題を
生してしまう。

第２図は以上のよう７【本発明メッキ鋼板のメッキ被膜
結晶構造の一例（顕微鏡拡大写真、倍率１５００倍）で
ある。

また　本発明のメッキ鋼板では上記のような範囲で第三
添加元素を添加することにより、後処理を施さなくとも
銀白色で美麗なミニマムスバング状となる特徴を有して
いる。従来の産−Ｚｎ共晶メッキ被膜では薄層積層上の
共晶層が形成する際に薄層の方向性によっていわゆる粒
界をはっきりと生成するために、後処理なしでは亀甲状
のスパングルがメッキ表面にあられれるのに対し、本発
明ではメッキ被膜構造が適度な大きさの粒状α°相がβ
相中に均一に分散した組織となるため、大きな粒界を生
じず、その結果、浸漬メッキのままで微細なミニマムス
パングル外観を呈することになる。

なお１粒状α相の粒径は上述したように１／２０〜１／
′４の範囲に規制されるが、このうち、より大きい耐食
性が要求される場合には１／１５〜１／４の範囲が、ま
た、かなり厳しい加工性（例えば加工速度の大きいプレ
ス成型等）が要求される場合には、１７２０〜１１５の
範囲がそれぞれ好ましい。

［実施例］ 通常の低炭素冷延コイルをメッキ用の原板とし、センシ
マ一方式による連続溶融亜鉛メツキラインによりメッキ
金属浴温 整して下記する条件で浸漬メッキを行った。このように
して製造された鋼板について、メッキ被膜中のα相の粒
径、裸耐゛食性、メッキ密着性、加工性、メッキ表面外
観を第１表に示す。

冷延コイル寸法：　０．８　■（ｔ）　Ｘ９１４ｍａ＋
（ｗ）最高到達板温　：　ａＯＯ℃ 還元炉雰囲気　＝１５％Ｈ，−Ｎ２ 浸漬時板温　　；４８０℃ メッキ金属浴温：４５０℃ ラインスピード二８０ＩＩｐ１１ ［発明の効果コ 以上述べた本発明によれば、潰れた密着性及び加工性に
加え、優れた耐食性を有し、しかもＡｉ！５ｗｔ％−Ｚ
ｎ系を基本とするためエツジ腐食等の問題を生ずること
がないという優れた特性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第三添加元素の含有率と耐食性及び加工性との
関係を示すものである。第２図は本発明メッキ鋼板のメ
ッキ被膜の結晶構造の一例を示すｗ４微鏡拡大写真であ
る。 襄２図 （ｘ１５００）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）２〜１０ｗｔ％のＡｌを含有するＺｎ−Ａｌ合金
   メッキ被膜が形成された溶融メッキ鋼板であって、 前記メッキ被膜中にＭｇ、Ｎａ、Ｃａ及びＢａの１種ま
   たは２種以上を含有し、且つ メッキ被膜のβ相中に分散した粒状のα相の粒径がメッ
   キ被膜厚さの１／２０〜１／４である高耐食性溶融メッ
   キ鋼板 （２）Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ及びＢａのうち、Ｍｇ単独を０
   ．５ｗｔ％超〜１．０％ｗｔ未満の範囲で含有すること
   を特徴とする特許請求の範囲（１）記載の高耐食性溶融
   メッキ鋼板。 （３）１．０ｗｔ％未満のＭｇと、Ｎａ、Ｃａ及びＢａ
   の１種または２種以上とを、 ０．１＜〔Ｎａ〕＋〔Ｃａ〕／３＋〔Ｂａ〕＜０．２ ０．４＜〔Ｍｇ〕＋（〔Ｎａ＋〔Ｃａ〕／３＋〔Ｂａ〕
   ） の範囲で含有することを特徴とする特許請求の範囲（１
   ）記載の高耐食性溶融メッキ鋼板。 （４）Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ及びＢａのうち、Ｎａ、Ｃａ及
   びＢａの１種または２種以上を、０．１＜〔Ｎａ〕＋〔
   Ｃａ〕／３＋〔Ｂａ〕＜０．２ の範囲で含有することを特徴とする特許請求の範囲（１
   ）記載の高耐食性溶融メッキ鋼板。