JPS62267459A - 耐熱性および排ガス耐食性に優れたアルミめつき鋼板 - 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〉 本発明は自動車排ガスの流路のように結露水が生じて湿
食を受けると同時に高温酸化を受けるような排ガス系部
材として優れた特性を有するアルミめっき鋼板に関する
ものである。

〈従来の技術〉 アルミめっき鋼板は耐熱性、耐食性に優れ、内燃機関、
ボイラ、暖房器具などに代表される石油系燃料の燃焼を
伴なう機械類や装置の排ガスと接する部分の材料として
広く用いられている。とくに、コンバーター、マフラー
などの自動車排ガス系部材用途ではアルミめっき鋼板を
加工成形して使用することから、鋼板とアルミめっき層
との界面に形成される合金層の成長を抑制する目的で溶
融アルミニウム中にＳｉを５．０〜１３．０％添加した
浴でめっきしたタイプエ型の溶融アルミめっき鋼板が適
用されている。

このような用途に適用するものとして、特開昭５６−１
．０２５５６号公報、特開昭６０−１３０５３号公報、
特開昭６０−１５２６６３号公報、特開昭６０−２４５
７２７号公報などに示されたようなＴｉ、　Ｃｒ、にｎ
、　Ｓｉなどの合金元素を添加した鋼種をめっき母材と
したアルミめっき鋼板が開発されている。また、耐熱性
、耐食性を改善する目的でめっき母材にＣｒを５〜１５
ｗｔ％含有したアルミめっき鋼板やめっき母材にステン
レス鋼板を使用したアルミめっき鋼板が特公昭５２−３
３５７９号公報および特公昭５０−３６４２１号公報な
どで開示されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 近年、自動車の排ガス浄化のため触媒コンバータが積載
され、排ガス組成の変化ならびに排ガス温度の低下によ
り、排ガス系のコンバータより下流の環境が酸性側から
アルカリ性側まで広い範囲にわたって変動するようにな
ってきた。この場合に、従来のアルミめっき鋼板ではそ
の特性が排気系材料としての要求を満足できないことが
ある。

たとえば自動車マフラーに例をとると、とくにエンジン
始動時においてはマフラー自身が十分に温まっていない
ので、排ガス中の湿分はマフラー内に凝縮し、結露水と
して溜まる。この結露水には排ガス中の可溶性ガス成分
が同時に溶解するが、マフラーの温度上昇とともにやが
て蒸発する。しかし、温度によって結露水中に溶解して
いる成分の分解や飛散の程度に差があるので、この間に
結露水はアルカリ側から酸側に変化する。したがって、
マフラーに使用する材料として、アルカリ側から酸側ま
での広い範囲にわたる耐食性が要求される。

最近の自動車マフラーの腐食形態を観察すると、アルミ
めっき層が局部的に侵食された箇所のめっき母材が優先
的に侵食されることが明らかとなった。これは、アルミ
めっき層には亜鉛めっき層のような犠牲防食作用がない
ので、アルミめっき層が局部的に侵食され鋼素地が露出
した箇所や成形加工時にアルミめっき層が割れてｗ４素
地が露出した箇所では１合金層と鋼素地との間で局部電
池作用が生じて腐食が進行するためと考えられる。

本発明はこのような腐食環境に対して従来のアルミめっ
き鋼板では十分な耐用寿命を示し得なかった問題を解決
しようとするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者らは、前述した問題点を鋭意検討した結果、ア
ルミめっき層中にＮ１を０．１νｔ％以上含有させるこ
とにより、クロム含有鋼母材に対してアルミめっき層が
安定した犠牲防食作用を有することおよびクロム含有鋼
板にＣｕ、　Ｎｉ、　Ｓｉを添加することにより、アル
ミめっき層溶失後の腐食を抑制し得ることを見い出した
。また、ゼンジミアタイプの連続めっきラインで溶融ア
ルミめっきする時に、アルミめっき層中にＮｉを０．１
ｗｔ％以上含有させる方法としては、Ｃｕ、　Ｎｉ、　
Ｓｉを添加したクロム含有鋼板にＮｉ析出処理をした後
、溶融アルミめっきを行なう工程がめつきぬれ性の向上
と相まって工業的に非常に有利であることがわかった。

〈発明の構成〉 本発明によれば、Ｃ；　０．０８ｗｔ％以下、　Ｓｉ；
　０．１０〜１，５ｗｔ％−Ｍｎ；　０．５０ｗｔ％以
下、Ｃｕ：　Ｏ，１０〜０．５０ｗｔ％、Ｎｉ；　０．
１０〜０．５０ｗｔ％、Ｃｒ；　２．４〜９．０＋＋＋
ｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から成る鋼板を母
材とし、アルミめっき層がＳｉ；　５．０〜１３．０ν
ｔ％、Ｎｉ；０．１〜２．０ｗｔ％、残部がＡｌおよび
不可避的不純物から成る耐熱性および排ガス耐食性に優
れたアルミめっき鋼板が提供される。

また本発明によれば、ｃ；　０．０８ｗｔ％以下、Ｓｉ
：０．１０〜１．５ｔｙ七％、　Ｍｎｉ　０．５０ｗｔ
％以下、Ｃｕ；　０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ｎｉ；　
０．１０〜０．５０ｔｉｔ％、Ｃｒ；　２．４〜９．０
ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物より成る鋼板に
、片面につき（付着すべき溶融アルミめっき付着量Ｘ　
１／３００〜２／３０）ｇ／ｍ”以上のＮｉ析出処理を
した後、Ｓｉが５．０〜１３．（ｈｔ％、残部がＡｌお
よび不可避的不純物より成る溶融めっき浴で溶融アルミ
めっきして得られる耐熱性および排ガス耐食性に優れた
溶融アルミめっき鋼板が提供される。

本発明のアルミめっき鋼板のめっき母材成分は、自動車
排ガスによって造り出される腐食環境下で、母材自身も
良好な耐食性を示すことと、ならびに製造した溶融アル
ミめっき鋼板に要求される諸持性に及ぼす作用効果を考
慮して定めたものである。

すなわち、鋼中のＣはめっき母材の耐食性を劣化させる
元素であり、その含有量は少ないほど好ましいが、Ｓｉ
、　Ｃｕ、　Ｎｉ、およびＣ「の添加により耐食性を改
善している本発明のめっき母材においては、Ｃは０．０
８ｂｔ、％まで含有しても十分な耐食性を維持できる。

したがって、Ｃ含有量の上限は０．０８ｗｔ％とした。

鋼中のＳｉは、その含有量が０．１０ｗｔ％未満ではた
とえＣｕ、　Ｃｒ、　Ｎｉなどを含有させたとしても、
十分な耐食性が得られず、かつアルミめっき層溶失後の
母材の耐酸化性を維持する目的も含めてその下限含有量
を０．１０ｗｔ％以上とした。しかし、鋼中のＳｉ含有
量が１．５０νｔ％を越えると、溶融アルミめっき前に
Ｎｉ析出処理を行なっても不めっきが発生するので、そ
の含有量の上限を１．５０ｉｒｔ％とした。

鋼中のＭｎは、耐食性向上の観点からはその含有量が少
ない方が良いが、ａｍ工程において脱酸反応や硫化物形
成に不可欠な元素である。本発明のめっき母材では、　
Ｓｉ、Ｃｕ、　ＮｉおよびＣｒの複合添加により十分な
耐食性が維持できるＭｎ含有量０．５０ｗｔ％を上限値
とした。

鋼中のＣｕは排ガス結露水による鋼素地の侵食に対して
非常に有効な元素で、Ｓｉとの共存によってその耐食性
が著しく向上する。既述のように、アルミめっき鋼板が
排ガス結露水に曝されると、アルミめっき層の局部的侵
食や加工時のめっき層耐れにより鋼素地が露出した箇所
の腐食が選択的に生じる。しかし、鋼中のＣｕおよびＳ
ｉは、このような鋼素地露出部に形成される腐食生成物
中へ溶は込んで、その後の腐食速度を小さくする。めつ
き母材の局部的侵食を抑制するためには、少なくとも０
．１０ｗｊ％以上のＣｕ含有量が必要であるが、その含
有量が０．５０ｔｉｔ％を越えると鋼板製造時に熱間脆
性によるスラブ割れや表面疵発生の原因とな、ること、
またＣｕの析出硬化によって鋼の加工性が低下するなど
の問題が生ずるので、Ｃｕ含有量の上限は０．５０誓セ
％とした。

鋼中のＮｉは、Ｃｕの鋼に対する溶解度を増して耐食性
を改善すると同時に、　Ｃｕによる熱間脆性を抑制する
効果がある。しかし、Ｎｉは高価な元素であり、またそ
の含有率が０．５０ｗｔ％を越えるとその効果も飽和す
るのでＮｉ含有址の上限は０．５０ｗｔ％とした。また
、０．１０ｔｉｊ％未満では、　Ｃｕに対するＮｉの複
合添加効果が認められないのでその下限値は０．１０ｗ
ｔ％とした。

鋼中のＣｒは、鋼自身の耐食性や耐高温酸化性を改善す
る元素として良く知られているが１本発明のアルミめっ
き鋼板では、アルミめっき層に犠牲防食作用を保持させ
るための必要添加元素でもある。本発明では、アルミめ
っき層にＮｉを０．１ｗｔ％以上添加することによりめ
っき層中に微細に分散したＡｌ　−Ｎｉ系金属間化合物
を形成させ、これがＡｌに対してカソードサイトして作
用することで犠牲防食効果を助長している。したがって
、アルミめっき鋼板のめっき母材として一般に用いられ
ている低炭素アルミキルド鋼板にＮｉをＯ，１ｗｔ％以
上含有したアルミ被覆を行っても、同様な効果がある程
度は期待できる。しかしながら、低炭素アルミキルドを
めっき母材とした場合には、母材自身の自然電位が低い
ので、必ずしも安定した犠牲防食作用を発揮しない。こ
れに対して、Ｃｒを２．４ｗｔ％以上含有した鋼板をめ
っき母材とした場合には、母材自身の自然電位が高くな
るのでその犠牲防食作用がさらに安定化することから実
用上の効果が大きい。そこで、鋼中のＣｒ含有量の下限
値を２．４ｗｔ％とした。また、鋼中のＣｒ含有量はそ
の量が多いほど犠牲防食効果が向上するが、その含有量
が９．０ｗｔ％を越えてもめっき母材自身の耐食性が大
きく向上しないので上限値を９．０ｗｔ％とした。

また、めっき層中にＮｉを添加する方法としては、アル
ミめっき浴中へ直接添加する方法も考えられるが、Ｃｒ
を２．４ｉ％以上含有した鋼板をゼンジミアタイプの連
続めっきラインで溶融アルミめっきする場合には、ライ
ン内の焼鈍工程で鋼板表層にＣ「が濃化してめっきぬれ
性を阻害するので、あらかじめ鋼板にＮｉプレめっきし
た後、溶融アルミめっきする工程を採用することが望ま
しい。このＮｉプレめっき法による溶融めっき性の向上
については溶融ｐｂ　−Ｓｎ合金めっきに関する出願、
特公昭５５−４９１５２号公報に記載されている。

しかし、特公昭５５−４９１５２号では、あらかじめプ
レめっきしたＮｉ層がめつき洛中のＳｎと反応してＮｉ
−Ｓｎ合金層を形成するのに対して、溶融アルミめっき
の場合には、プレめっきしたＮｉ層がめつき浴中へ溶出
し、溶出したＮ１の一部がアルミめっき層中に取り込ま
れる点に特徴がある。すなわち、プレめっきしたＮｉ層
はめっき浴中へ溶出するので母材は直接、溶融ＡΩ−５
ｉ合金と反応して合金層を形成する。そして、めっき浴
中へ溶出したＮｉは鋼帯の浴中通過経路近傍に滞留し、
プレめっきしたＮｉの約２０〜３０％は浴から引上げら
れた後のアルミめっき層中に分散、析出する。したがっ
て、めっき付着量が片面８０ｇ／ｍ”の本発明の溶融ア
ルミめっき鋼板を製造する際には、あらかじめＮｉプレ
めっき層を０．２７ｇ／＋ｍ２以上析出させておけば、
仮に３０％がめつき層に入り込むとして、　０．１％Ｎ
ｉを含むアルミめっき層が得られ、アルミめっき洛中に
Ｎｉを添加せずども犠牲防食作用を有した本発明品を得
ることができる。すなわち、目標とする溶融アルミめっ
き付着量の１／３００以上のＮｉ析出量があれば犠牲防
食作用を有した本発明品が得られる。

しかし、Ｎｉは非常に高価な金属であり、Ｎｉプレめっ
き層をアルミめっき付着量の２７３０以上析出させても
犠牲防食作用に大きな変化がないのでＮｉ析出量の上限
をアルミめっき付着量の２７３０とした。

なお、めっき浴中には、Ｓｉを５．０〜１３．０１％含
有する必要があるが、これはアルミめっき鋼板の加工性
を考Ｉｌ！シてのものである。アルミめっき鋼板の加工
性を低下させる合金層の成長を抑えるためには、Ｓｉを
５．０ｗｔ％以上添加する必要があるが、１３．０ｗｔ
％を越えるとめっき層中のＳｉが板状かつ粗大に成長し
てめっき層自身の加工性が著しく低下する。

〈実施例〉 以下に本発明になるアルミめっき鋼板の好ましい態様な
らびに特性を試験結果に基づいて具体的に説明する。

実施例１ （１）めっき母材 第１表にその化学成分値（ｗｔ％）を示す各種の鋼を３
０ｋｇ高周波真空溶解炉で溶製し、鋳造した後、熱間鍛
造、熱間圧延、酸洗および冷間圧延の工程をいずれも同
一の条件で実施し、板厚１．０ｍｍの鋼板を製造した。

（２）溶融アルミめっき鋼板の製造 前記めっき母材を常法にしたがって脱脂した後、塩化ニ
ッケル浴で電流密度１０Ａ／ｄ＋＋＋”、通電時間２０
秒にて片面Ｎｉ析出量約０．８ｇ／ｍ２のＮｉ析出処理
を行なった。Ｎｉめっきしためっき母材は、５０ｖｏ１
％Ｈ，−Ｎ２雰囲気で７５０℃、３０秒加熱した後、同
雰囲気下にある６７０℃のＡＭ−６，５％Ｓｉ浴に２秒
浸漬して溶融アルミめっきを行ない、片面８０ｇ／ｍ”
の溶融アルミめっき鋼板を作製した。アルミめっき層中
のＮｉ量はいずれも約０．３％であった。

（３）促進腐食試験 供試試験片は前記のアルミめっき鋼板から直径６０ｍｍ
の円板を切り出し、エリクセン試験機によってこの円板
の中央部を半球状に４ｍｍ張り出したものを用いた。

促進腐食試験はエンジン始動初期の排ガス結露水がアル
カリ性であり、その結露水が蒸発、　７．ｆｌ化して酸
性に変化する挙動を模した試験である。

試験液はアルカリ性の結露水の代表組成をそのまま使用
した。その組成を以下に示す。

Ｃ０，２−：　　２．ＯＯＯｐｐｍ １１ＣＯ３−：　　２，０００ρρｍ ５ｏ４２−：　　　５００ｐｐｍ ＣＱ−：　　　５０ｐｐｍ １（ＣＨＯ：　　　１２ｐｐｍ 活性炭：　　　　１０ｇＩＱ 試験液はｐＨ値が８．８一定となるようアンモニウム塩
で調整した。なお、活性炭の添加はマフラー内に多量の
未燃焼炭素が付着していることの再現である。

試験片を前記の組成の試験液に３分間浸漬した後、試験
液を試験片中央部の半球状の張り出し部（以下、液溜め
と呼ぶ）に満たした状態で取り出し、次いで、８０℃の
温風雰囲気下に１７分間保持し、この間に液溜め中の試
験液を完全に蒸発乾燥させるという処理を１サイクルと
する。さらに、　６０サイクル毎に３００℃で１時間の
加熱を行なって２，０００サイクルまで試験を繰り返し
た。２，０００サイクル後の各試験片は腐食減少量（ｇ
）および最大侵食深さくＩＩＩｍ）を計測して耐食性を
評価した。

第１表 第２表は促進腐食試験２，０００サイクル後の各サンプ
ルの腐食減量と最大侵食深さをまとめた結果である。

本発明の溶融アルミめっき鋼板（Ｎｏ、１〜Ｎｏ、４）
は腐食減量４．０ｇ以下で、かつ最大侵食深さ０．ｌｎ
＋＋ｉ以下の水準にあり１通常の低炭素鋼を母材とした
溶融アルミめっき鋼板（Ｎｏ、５）と比較するとその耐
食性は約４倍向上していることがわかる。一方。

Ｎ００６及びＮｏ、７のサンプルのようにＣｕあるいは
Ｓｉを単独に添加した場合には大巾な耐食性の向上効果
は認められない。また、Ｃｒを比較的多量に含有した溶
融アルミめっき鋼板（Ｎｏ、８）は腐食減量は少ないも
のの、最大侵食深さが大きくなる傾向がある。さらに、
Ｎ００９およびＮｏ、１０の溶融アルミめっき鋼板のよ
うに、Ｃｕ、　ＳｉおよびＮｉの複合添加でも著しい耐
食性の改善効果が認められるが１本発明品の水準にまで
は達しない。

第２表 この試験結果から１本発明のアルミめっき鋼板が、自動
車排ガスの結露水による湿食と、この湿食を受けた後の
高温酸化が組み合わされた特殊かつ苛酷な腐食環境の中
で優れた特性を示すことがわかる。

実施例２ （１）めっき母材 実施例１に示した方法で、　Ｃｒ含有量を０．０２〜８
−８２ｗｔ％の範囲で種々変化させた冷延鋼板（板厚１
．０＋＋＋ｎ＋）をめっき母材とした。

なお、Ｃｒ以外の鋼中化学成分は、Ｃ；　０．０３〜０
．０ｋｔ％、Ｓｉ；　０．１５〜０．８ｗｔ％、　Ｍｎ
；　０．２０〜０．４５ｗｔ％、ｐ；　０．０１５〜０
．０２３ｗｔ％、　Ｓ；　０．００７〜Ｏ，０１５ｗｔ
％、Ｃｕ；　０．１８〜０．３８ｗｔ％、　Ｎｉ；　０
．１５〜０．４０ｗｔ％の範囲であった。

（２）アルミめっき鋼板の製造方法 前記めっき母材を常法にしたがって脱脂、酸洗した後、
塩化ニッケル浴でＮｉ析出量が、０．０５ｇ／ｍ”およ
び０．３０ｇ／ｍ”のＮｉ祈出処理を行なった。Ｎｉめ
っきした前記めっき母材は７５％Ｈ，−Ｎ、雰囲気で８
００℃、３０秒焼鈍した後、同雰囲気下にある６６０℃
のＡｆｌ−１１、５ｗｔ％Ｓｉ浴に２秒浸漬して溶融ア
ルミめっきを行ない、めっき付着量が片面８０ｇ／ｍ”
の溶融アルミめっき鋼板を作製した。

（３）促進腐食試験 実施例１と同様 第３表 第３表は促進腐食試験２　、０００サイクル後の各サン
プルの腐食減量と最大侵食深さをまとめた結果である。

Ｎｉ付着量が０．０５ｇ／ｍ”で溶融アルミめっきを行
なったサンプル（Ｎｏ、１〜Ｎｏ、６）には、Ｃｒ含有
率が高くなるとともに点状の不めっきが発生した。Ｎｉ
付着量が０．０５ｇ／ｍ”では、点状不めっきが発生し
て鋼板が露出した箇所でのアルミめっき層の犠牲防食作
用が不安定なため、Ｃｒ含有率の増加とともに腐食減量
は小さくなるが、最大侵食深さは０．１ａｕ＋＋以下と
はならない。

これに対して、本発明の溶融アルミめっき鋼板（Ｎｏ、
１０”Ｎｏ、１２）はアルミめっき層の犠牲防食作用と
めっき母材に添加したＣｕ、　Ｓｉ、　ＮｉおよびＣｒ
により総合的に耐食性が改善され、腐食減量および最大
侵食深さとも低い水準にある。

このように、溶融アルミめっき前のＮｉ析出処理は、め
っき時の点状不めっき防止とアルミめっき層の犠牲防食
作用の向上に効果があり、その析出量はめっき付着量の
０．３３ｗｔ％以上必要であることがわかる。

〈発明の効果〉 以上述べてきた本発明になる溶融アルミめっき鋼板の効
果をまとめると次のようになる。

１）めっき母材としてＣ；　０．０８讐ｔ％以下、Ｓｉ
；　０．１０〜Ｌ、０ｗｔ％１Ｍｎ；　０．５０ｗｔ％
以下、Ｃｕ；　０．１０〜０．５０Ｉｌｌｔ％、　Ｎｉ
；　０．１０〜０．５０ｗｔ％、　Ｃｒ；　２．４〜９
．０ｗｔ％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成る鋼板
を用い、かツＳｉ：　５．０〜１３．０ｗｔ％のＡｌめ
っき層中にＮｉを０．１ｗｔ％以上含有させることによ
り、アルミめっき鋼板の耐食性を総合的に改善し、石油
系燃料の燃焼を伴なう機械および装置の排ガスと接する
材料として優れた特性を示す。

２）　Ｓｉ；　５゜０〜１３．Ｏすｔ％の八Ωめっき層
中にＮｉを含有させる方法として、めっき母材にあらか
じめＮｉ析出処理する方法が適用できるので、不めっき
のないアルミめっき鋼板が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ；０．０８ｗｔ％以下、Ｓｉ；０．１０〜１．５
   ｗｔ％、Ｍｎ；０．５０ｗｔ％以下、Ｃｕ；０．１０〜
   ０．５０ｗｔ％、Ｎｉ；０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ｃ
   ｒ；２．４〜９．０ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不
   純物から成る鋼板を母材とし、被覆層がＳｉ；５．０〜
   １３．０ｗｔ％、Ｎｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、残部が
   Ａｌおよび不可避的不純物より成る耐熱性および排ガス
   耐食性に優れたアルミめっき鋼板。 ２、Ｃ；０．０８ｗｔ％以下、Ｓｉ；０．１０〜１．５
   ｗｔ％、Ｍｎ；０．５０ｗｔ％以下、Ｃｕ；０．１０〜
   ０．５０ｗｔ％、Ｎｉ；０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ｃ
   ｒ；２．４〜９．０ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不
   純物から成る鋼板に、片面につき（付着すべきアルミめ
   っき付着量×１／３００〜２／３０）ｇ／ｍ＾２以上の
   Ｎｉ析出処理をした後、Ｓｉが５．０〜１３．０ｗｔ％
   、残部がＡｌおよび不可避的不純物より成る溶融めっき
   浴で溶融アルミめっきして得られる耐熱性および排ガス
   耐食性に優れたアルミめっき鋼板の製造法。