JPS648071B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、すぐれたほうろう特性が得られるほ
うろう加工用アルミニウム被覆鋼板の製造方法に
関する。 溶融アルミニウムめつき鋼板は、耐熱性、耐食
性にすぐれ、自動車排気ガス系統部材、乾燥機、
ストーブ部品などの耐熱部材や、屋根、内装材な
どの建材をはじめ、広い分野で使用されている。 近年、このアルミ被覆鋼板を原板とするほうろ
う加工の工業化が進んでいる。ほうろう加工は、
原板にほうろうゆう薬を塗布し、これを適当な温
度で焼成することにより行なわれる。 ところが、溶融アルミめつき鋼板を平板のま
ま、あるいは最終製品形状に応じて成形加工した
のち、ほうろう加工を行なうと、得られるほうろ
う被覆層の表面に微細な泡状（ブリスター）もし
くはクレー状の欠陥（以下、「泡欠陥」という）
が多数発生し、外観や耐食性が著しく損なわれる
という問題がある。 本発明者等は、上記泡欠陥は、溶融アルミめつ
き層に存在するミクロ的なピンホール、不めつき
部分、あるいは微小なクラツク（亀裂）に起因す
ることをつきとめた。すなわち、溶融アルミめつ
きままのめつき層は、いわば鋳造組織であるた
め、微小なピンホールや不めつき部分が存在する
のが常であり、また鋳造組織は延性、伸び性に乏
しいため、曲げやプレス加工などの成形加工性に
クラツクが発生し易い。これらピンホールやクラ
ツクなどは、耐食・耐熱用途には何ら問題のない
程度の肉眼では判別し得ない微細なものであつて
も、ほうろう加工を行なうと、これを起点に泡欠
陥が発生する。本発明者等は上記問題点を解決す
るために鋭意研究を重ねた結果、鋼板にAl−Si
溶融アルミニウムめつきを施した後、冷間もしく
は温間での圧延と、それにつづく再結晶焼鈍処理
とを一定条件のもとで行つてアルミめつき層を緻
密で成形加工性の良好な圧延再結晶組織（鍛錬組
織）化することにより、ほうろう加工性が大きく
向上し、泡欠陥がなく、かつ密着性にすぐれたほ
うろう被覆層の形成が可能となることを見出し本
発明を完成するに到つた。 本発明のほうろう加工用アルミニウム被覆鋼板
の製造方法は、 低炭素鋼板（Ｃ含有量：0.2重量％以下）を素
地鋼板とし、Si含有量１〜15重量％のAl−Si溶
融アルミニウムめつきを施したのち、圧下率10〜
70％の冷間もしくは温間（100〜450℃）での圧延
を行い、ついで溶融アルミニウムめつき層を再結
晶化するための温度300〜480℃の焼鈍処理、また
は溶融アルミニウムめつき層と素地鋼板を再結晶
化させるための温度300〜480℃の第１段加熱処理
と500〜550℃の第２段加熱処理とからなる２段焼
鈍処理を施すことを特徴としている。 以下、本発明について詳しく説明する。 素地鋼板として低炭素鋼板（Ｃ含有量：約0.2
重量％以下）を使用することとしたのは、成形加
工性を得るためである。また、Ｃ含有量が低い
程、高温に加熱されたときに素地鋼板と溶融アル
ミニウムめつき層（以下、「アルミ被覆層」）間に
生ずるAl−Fe金属間化合物（以下、単に合金と
もいう）の生成温度が高くなる。このことは、後
記のように、素地鋼板を再結晶化するための高温
度での焼鈍過程や、その後のほうろう焼成過程に
おけるアルミ被覆層の合金化と、それに伴うほう
ろう密着性不良の問題を緩和するのに役立つ。こ
のためのＣ含有量は、好ましくは約0.02重量％以
下である。なお、鋼中の窒素（Ｎ）も合金生成温
度を高める効果を有するので、約0.001〜0.02重
量％の範囲で含まれるものが好ましい。 素地鋼板表面のアルミ被覆層の形成において
は、そのめつき工程で、素地鋼板とめつき層との
界面にAl−Fe合金が生成するのが一般である。
該合金は硬くて脆いため、多量に生成すると、圧
延時、あるいはその後の成形加工時にめつき層に
クラツクが生じ、ほうろう泡欠陥の原因となる。
これを防ぐには、アルミめつき浴として、Siを約
１重量％以上含有するAl−Siめつき浴を用いる
のが有効である。これにより、めつき過程で生ず
る合金層厚は約２〜5μｍないしそれ以下に抑制
され、圧延時のクラツク発生が防止される。ま
た、Siの含有によつて、合金生成温度が上昇する
ので、ほうろう焼成時におけるアルミ被覆層の合
金化が抑制される。ただし、Si含有量が過多であ
ると形成されるめつき層中に硬い板状Siが点在
し、圧延の際にクラツク発生の原因となるので、
めつき浴中のSi量は15重量％を上限とすべきであ
る。 所要層厚のアルミ被覆層が施こされた鋼板をつ
いで圧延工程に付す。圧延は、冷間または温間
（例えば、温度約100〜450℃）のいづれであつて
もよい。その圧下率は、該被覆鋼板の板厚と目的
とするほうろう原板の所望の板厚とに応じて設定
されるが、アルミ被覆層中のピンホールや不めつ
き部分を確実に圧着させるために約10％以上であ
ることが望ましい。特に、圧下率を約20％以上と
すれば、アルミ被覆層だけでなく、素地鋼板も圧
延組織となる結果、その再結晶温度が低くなるの
で、素地鋼板も再結晶化させたい場合、比較的低
い温度で素地鋼板の再結晶焼鈍を達成し得ること
になる。このことは、焼鈍時のアルミ被覆層の合
金化を抑制する点で有利である。また、アルミ被
覆層が溶融アルミめつき層である場合は、圧下率
20％以上で圧延を行なうと、上記効果のほか、第
１図に示すように、素地鋼板１とめつき層２の間
の合金層（めつき時に生成したものの３が分断さ
れる結果、その後の鋼板の成形加工の際に、該合
金層に起因するめつき層の剥離・クラツクの発生
が防止される効果も得られる。ただし、圧下率を
あまり高くすると、アルミ被覆層にクラツクが生
ずるので、好ましくは約70％を上限とする。 上記圧延工程を経た鋼板のアルミ被覆層は、圧
延組織化し、加工硬化しているので、加工性を回
復するためにアルミ被覆層の再結晶焼鈍を行な
う。その焼鈍は好ましくは約300〜480℃である。
この焼鈍処理は、例えば、約10分〜３時間を要し
て行なわれる。該焼鈍によりアルミ被覆層に良好
な加工性が与えられると同時に、ピンホールなど
の圧着部も再結晶により完全に消滅する。 かくて得られるアルミ被覆鋼板は、その被覆層
が当初の鋳造組織から、いわば鍛錬組織に変化し
ており、ピンホール等は皆無であるから、そのま
ま（平板のまま）ほうろう加工を行なつて泡欠陥
が生ずることはなく、また機械的性質、特に伸び
性が良好で、プレス、曲げ加工により被覆層にク
ラツクが生ずることがないから、所定形状に成形
加工したのちほうろう加工を行なう場合も、泡欠
陥のない美麗なほうろう製品が得られる。 また、前記工程を経て得られる本発明のほうろ
う加工用原板の他の特長として、素地鋼板とアル
ミ被覆層の界面での合金生成温度が高く、従つて
その後高温度に加熱されてもアルミ層の合金化が
生じにくいことが挙げられる。合金生成温度が高
いことは、ほうろう加工において、所期のほうろ
う焼成を可能とする点で重要な意味をもつ。すな
わち、一般のアルミ被覆鋼板は、約500℃前後な
いしそれ以上の高温度にさらされると、素地鋼板
とアルミ被覆層の間でFe−Al相互拡散による合
金生成が活発となり、極端な場合にはアルミ被覆
層の表面まで合金化し灰黒色化する。ほうろう焼
成過程でアルミ被覆層がこのように合金化する
と、得られるほうろう被覆層の密着性が悪く容易
に剥離してしまう。このため、ほうろう焼成温度
はあまり高くすることができず、また使用し得る
ほうろうゆう薬の選択に強い制限が付されている
のが実情である。しかるに、本発明のほうろう用
原板は、その焼鈍処理を300℃以上の高温度で行
うこととしているので、合金生成温度が高く、ほ
うろう焼成を約500℃以上、例えば550℃前後もし
くはそれ以上で行なつても実質的に合金化を生ず
ることがないから、それだけほうろうゆう薬選択
の制限が緩和され、密着性を損なわずに高温での
ほうろう焼成を達成することができる。また、該
焼成温度を高めることにより、得られるほうろう
被覆層の特性、例えば耐薬品性、硬度、光沢など
が更にすぐれたものとなる。この合金生成温度の
上昇は、前記のように、素地鋼板のＣ含有量が低
く、アルミ被覆層がSiを含有するものである場合
に一そう顕著となる。 ところで、本発明アルミ被覆鋼板を、最終製品
形状に応じ強加工して用いる場合には素地鋼板の
加工性が問題になることがある。というのは、前
記圧延工程において、合金層（めつき時に素地鋼
板とめつき層の界面に生成したもの）を分断する
ために圧下率を20％以上とする場合、あるいは素
材の鋼板厚と製品板厚との関係で高い圧下率を加
える場合等には、被覆層だけでなく、素地鋼板も
圧延組織化し、加工硬化が生ずるからである。こ
の素地鋼板の加工硬化は、前記アルミ被覆層の再
結晶温度域の焼鈍では十分解消し得ない。もちろ
ん、かかる鋼板は平板のまま、あるいは軽度の曲
げ、プレスなどの成形加工を施してほうろう用原
板とする用途では、何ら加工性の問題はないが、
深絞り加工などの強加工を施す場合には、素地鋼
板の加工性を十分回復させておくことが望まし
い。このような場合には、圧延後の焼鈍を、素地
鋼板の再結晶温度以上の温度域で行なえばよい。
この焼鈍処理は、アルミ被覆層のみ再結晶化させ
る前記焼鈍処理（処理温度約300〜480℃）に比し
高温域で行なわれるので、その処理中にアルミ被
覆層の合金化が生じないようにすべきである。こ
のためには、前述のように、Ｃ含有量の低い素地
鋼板やアルミ被覆層がSiを含有する鋼板を用いる
のも有効ではあるが、更に合金化防止法として、
再結晶焼鈍を二段階の工程で行なうことが極めて
効果的である。そのヒートパターンの例を第２図
に示す。すなわち、圧延後のアルミ被覆鋼板を焼
鈍するに際し、まず比較的低温域、好ましくは約
300〜480℃で第１段階の処理(A)を行ない、ついで
素地鋼板の再結晶が生起する高温域、好ましくは
約500〜550℃での焼鈍(B)を行なう。第１段階の処
理は例えば第３〜10時間を要して行なわれ、第２
段階の処理は例えば約３〜12時間にて行なえばよ
い。かかる焼鈍処理によつて、実質的に合金化を
生ずることなく所定の焼鈍を達成し、素地と被覆
層ともに良好な圧延再結晶組織となつた加工性に
富むほうろう用原板が得られる。しかも、この段
階的焼鈍処理を経て得られた原板は、合金生成温
度が高く、約500℃をこえる温度でほうろう焼成
を行なつても合金化を生ずることがないから、密
着性不良の問題がないばかりか、ほうろうゆう薬
の種類の選択範囲が広く、かつ得られるほうろう
被覆層の特性も従来のものにくらべ一段とすぐれ
たものとなる。 本発明においては、素地鋼板厚さおよびアルミ
被覆層厚に本質的な制限はなく、また圧延におけ
る圧下率は、アルミ被覆鋼板厚と目的とするほう
ろう加工製品板厚とに応じ、前記範囲内で適宜設
定すればよい。所定板厚を得るために、圧延と再
結晶焼鈍を何回くり返してもかまわない。 次に、本発明について実験結果にもとづいて説
明する。 板厚0.8mmの低炭素冷延鋼板を素地鋼板とし、
脱脂後、還元雰囲気加熱炉で表面を清浄化したの
ち、ゼンジマー方式によりAl−Siめつき浴（Si
含有量９重量％。浴温670℃）に通板（浸漬時間
５秒）し、アルミめつき鋼板を得た。これを圧下
率５〜80％の冷間圧延に付したのち、温度250〜
500℃でアルミめつき層の再結晶焼鈍（処理時間
６時間）を行なつた。 得られた鋼板をほうろう用原板とし、表面脱脂
ののち、アルミ被覆鋼板用市販ほうろうゆう薬を
適当なスリツプとしスプレーによりほうろう層厚
80μｍになるように施釉し、温度550℃で焼成
（焼成時間７分間）しほうろう加工製品を得た。 第１表に、ほうろう加工用原板のアルミめつき
層性状（ピンホール、クラツク等の有無、再結晶
状況および合金化状況）、第２表に得られたほう
ろう特性（泡欠陥および密着性）の試験結果を示
す。各試験および判定評価法は次のとおりであ
る。 〔A〕 原板のアルミめつき層性状 (i) ピンホール、クラツクの有無： 顕微鏡観察による。表中、「Ｐ」欄にその
結果を示す。 〇：ピンホール、クラツクなし。 ×：ピンホールまたはクラツクあり。 (ii) 再結晶状況 ビツカース硬度計による硬さ試験値と金属
顕微鏡観察による結晶組織の形態により判
定。「R.C.」欄にその結果を示す。 〇：再結晶化良好 ×：再結晶不十分 (iii) 合金化状況 顕微鏡観察による。「Ａ」欄にその結果を
示す。 〇：合金化なし。 ×：合金生成（表面灰黒色化） 〔B〕 ほうろう加工製品のほうろう特性 (i) 泡欠陥 10倍のルーペにて検査。表中、「Ｆ」欄に
その結果を示す。 〇：泡欠陥なし ×：泡欠陥発生 (ii) 密着性 落下衝撃変形試験法により、ポンチ径25mm
φ、ダイス25.5mmφの間に試験片を置き、１
Kgの重錘の落下衝撃により最大変形くぼみ深
さ３mmを与えたときのほうろう被覆層の残留
量を測定。その結果を「AD」欄に示す。 〇：実着性良好（剥離なし） △：密着性やや不足（１〜50％剥離） ×：密着性不良（50％以上剥離）

【表】

【表】

【表】 第１表および第２表に示されるように、圧下率
10〜70％の圧延と、温度約300〜480℃の再結晶焼
鈍を経て得られた原板のアルミ被覆層はピンホー
ルが完全に圧着消滅し、良好な圧延再結晶組織を
そなえており、得られるほうろう被覆層も泡欠陥
は全く認められず、密着性も問題はない。特に密
着性は、素地鋼板のＣ含有量が低い程、また再結
晶焼鈍温度が比較的高い程よくなる傾向があるこ
とも認められる。なお、圧下率が10％未満の場合
および70％をこえる場合はいづれも泡欠陥が生じ
ているのは、前者は圧下不足によりピンホールが
残存し、後者は圧下過大によりめつき層にクラツ
クが発生したからである。 第３表に、アルミめつき層のSi含有量と該めつ
き層の加工性の関係について実験結果を示す。同
実験は、板厚1.2mmの鋼板（C0.05重量％）を、常
法によりAl−Siめつき浴に通板し、層厚120μの
めつき層を形成したのち、圧下率10〜70％の冷間
圧延を行ない、該圧延におけるめつき層のクラツ
ク、剥離発生状況を顕微鏡観察したものである。
同表に示されるように、めつき浴（従つて、形成
されるめつき層）のSi含有量が少ないと、圧下率
が低くても、素地とめつき層間の合金層にクラツ
クが生じ、めつき層にクラツク・剥離が発生す
る。これは、前記のようにめつき時の合金層の生
成量が多くなるからである。一方、Si量が余り多
くなつてもクラツクが発生するのは、めつき層中
に硬く脆く板状Siが発生するからである。このた
めめつき層のSi含有量は前記のように約１〜15重
量とするのが好ましい。

【表】 第４表に、アルミめつき層のSi含有量と、ほう
ろう被覆層の密着性の関係について実験結果を示
す。同実験条件は次のとおりである。板厚1.2mm
の鋼板（C0.06重量％）を常法によりAl−Siめつ
き浴（Si含有量：0.1〜15重量％）に通板して層
厚120μｍのめつき層を形成したのち、圧下率20
％の冷間圧延を行ない、これを温度300℃でアル
ミめつき層の再結晶焼鈍（処理時間６時間）に付
した。得られた鋼板を原板とし、市販ほうろうゆ
う薬をほうろう層厚80μｍになるように施釉して
ほうろう焼成を行なつた。各ほうろう加工品のほ
うろう被覆層の密着性は前記落下衝撃変形試験法
により、ほうろう被覆層の残留量にて評価した。
表中の各記号の意味は前記と同じである。同表か
ら、Si1〜15重量％含有するとき、密着性が良好
であることが判る。これは、前記のように、Siの
存在により合金生成温度が高くなり、焼成時に、
めつき層の合金化が抑制されることによるもので
ある。

【表】 次に、アルミ被覆層および素地鋼板ともに圧延
再結晶組織を有する鋼板について実験結果にもと
づいて説明する。 板厚0.8mmの低炭素鋼（C0.15〜0.01重量％）を
脱脂後、還元雰囲気加熱炉で表面清浄化したの
ち、Al−Siめつき層（Si含有量９重量％。浴温
670℃）に通板（浸漬時間５秒）してアルミめつ
き鋼板を得た。これを圧下率10〜80％で冷間圧延
したのち、まず第１段階の処理として温度300〜
450℃に加熱（保持時間8Hr）し、さらに第２段
階処理として温度450〜600℃（処理時間10Hr）
の焼鈍を施した。 得られた各アルミ被覆鋼板を原板とし、表面脱
脂ののち、アルミ被覆鋼板用市販ほうろうゆう薬
をスリツプとなしスプレーにてほうろう層厚80μ
ｍとなるように施釉し、温度550℃で焼成（焼成
時間７分）を行ないほうろう加工製品を得た。 上記原板の性状（素地およびアルミめつき層の
圧延再結晶状況、アルミめつき層のピンホール、
クラツクの有無、および合金生成状況）を第５表
に示す（但し、供試原板の素地鋼板Ｃ含有量0.15
重量％、圧延後の第１段階処理温度350℃）。な
お、原板性状の評価判定法は前記と同じである。 (i) 素地鋼板およびアルミめつき層の圧延再結晶
組織状況） 表中、「C.R.」欄に示す。 〇：圧延再結晶組織良好 △：再結晶化不十分 ×：圧下および再結晶化不十分 (ii) ピンホール、クラツクの欠陥有無 表中、「Ｐ」欄に示す。 〇：欠陥なし ×：欠陥発生 (iii) めつき層合金化状況 表中、「Ａ」欄に示す。 〇：合金生成なし ×：合金化（表面灰黒色化）

【表】 第５表によれば、供試材No.１〜４（圧下率10％）
は素地鋼板の圧下不足、No.５、９、13および17
（焼鈍温度450℃）は素地鋼板の再結晶化不足を呈
し、またNo.17〜20（圧下率80％）は圧下過大のた
めめつき層にクラツクが発生しているが、これに
対し、圧下率20〜70％の圧延と温度500〜600℃の
焼鈍を経たものは、素地およびめつき層とも良好
な圧延再結晶組織を有し、かつめつき層にピンホ
ール、クラツク等の欠陥もない。なお、いづれの
供試材とも合金化が生じていないのは、第１段階
の処理として温度350℃の加熱処理が施こされて
いることによる。 第６表に、第１段階の熱加熱条件と得られた原
板のアルミめつき層の加工性を示す。但し、第２
段階の焼鈍処理温度は550℃（保持時間10Hr）で
ある。加工性は、JIS Ｚ 2248に規定の密着曲げ
試験、およびエリクセン社製薄鋼板深絞り試験機
（ポンチ径40mmφ、ポンチ肩rd1mm、ダイス径42mm
φ、ダイス肩rd5mm、ブランク径80mmφ、絞り高
さ20mm）を用いた深絞り成形加工試験により、原
板をそれぞれ第３図および第４図に示す形状に成
形加工し、その曲げ加工部ａ，ｂの表面外観とめ
つき層状態を観察した。表中、「めつき層加工性」
欄の記号の意味は次のとおりである。 〇：加工性良好（亀裂なし） △：加工性やや不足（軽度の亀裂発生） ×：加工性不良（強度の亀裂発生）

【表】 第６表に示されるように、第１段階の処理を
300〜450℃で行なつたものはアルミめつき層の加
工性が良好である。これは第１段階処理で合金生
成温度が上昇した結果、第２段階の焼鈍処理にお
いて合金化が回避されたことによる。なお、素地
鋼板のＣ含有量が少い程、合金生成が抑制され、
アルミめつき層の加工性が保たれることも認めら
れる。 第７表に、得られたほうろう加工製品のほうろ
う特性（泡欠陥の有無と密着性）を示す。但し、
供給原板は、圧延後の第２段階焼鈍を温度550℃
で行なつたのち、前記曲げ、または深絞り成形加
工を施したものである。ほうろう特性はその曲げ
加工部について判定した。判定法は前記と同じで
ある。 (i) 泡欠陥の有無 表中、「Ｆ」欄に示す 〇：泡欠陥なし ×：泡欠陥発生 (ii) 密着性 表中「AD」欄に示す。 〇：密着性良好（剥離なし） △：密着性やや不足（１〜50％剥離） ×：密着性不良（50％以上剥離）

【表】 第７表によれば、圧下率20〜70％の圧延後、温
度300〜450℃の第１段階処理についで所定の焼鈍
を施した原板を用いた場合は、泡欠陥がなくかつ
密着性も良いほうろう加工製品が得られることが
わかる。一方、供試材No.５、10、15および20に泡
欠陥が生じたのは圧下率が過大なためめつき層に
クラツクが生じたからであり、また第１段階の処
理を250℃または500℃で行なつたものでは密着性
が悪いのは、該第１段階処理による合金生成温度
上昇効果が不十分なため、ほうろう焼成時にめつ
き層が合金化したことに因る。なお、素地鋼板の
Ｃ含有量が低くなると合金が生成しにくくなり、
ほうろうの密着性の低下傾向が緩和されることも
認められる。 上記説明は、溶融アルミめつき鋼板を例に挙げ
たが、そのほか粉末コーテイング法、真空蒸着
法、クラツド法などによるアルミ被覆鋼板につい
ても同様の処理により上記と同じ特性をもつほう
ろう加工用原板が得られる。 以上のように、本発明に係るアルミ被覆鋼板
は、ほうろう加工用原板としてすぐれた特性を有
し、ほうろう被覆層に泡欠陥がなく、かつ密着性
のよいほうろう加工製品を得ることができる。ま
た、ほうろうの密着性を損なわずに、ほうろう焼
成温度を高めることができるので、ほうろうゆう
薬の選択の制限も緩和されるとともに、耐薬品
性、その他のほうろう特性を一そう高めることも
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延後のアルミ被覆鋼板の断面説明
図、第２図は焼鈍処理のヒートパターン説明図、
第３図および第４図は成形加工試験による原板の
形状説明図である。 １：素地鋼板、２：アルミ被覆層、３：合金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低炭素鋼板（Ｃ含有量：0.2重量％以下）に、
   Si含有量１〜15重量％のAl−Si溶融アルミニウ
   ムめつきを施したのち、圧下率10〜70％の冷間も
   しくは温間（100〜450℃）での圧延を行い、つい
   で温度300〜480℃の焼鈍処理を行うことを特徴と
   するほうろう加工用アルミニウム被覆鋼板の製造
   方法。 ２ 低炭素鋼板（Ｃ含有量：0.2重量％以下）に、
   Si含有量１〜15重量％のAl−Si溶融アルミニウ
   ムめつきを施したのち、圧下率20〜70％の冷間も
   しくは温間（100〜450℃）での圧延を行い、つい
   で温度300〜480℃の第１段加熱処理と500〜550℃
   の第２段加熱処理とからなる焼鈍処理を行うこと
   を特徴とするほうろう加工用アルミニウム被覆鋼
   板の製造方法。