JP2005105304A - 高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材 - Google Patents
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Abstract
【課題】 自動車の足回り等の高強度を要求される部材として使用されるＺｎ系合金めっき鋼材について、高温成形を行っても塗装後の耐食性が損なわれない鋼材の提供を可能にする。
【解決手段】 Ｚｎ系合金めっき層を鋼材表面に付与したＺｎ系合金めっき鋼材において、Ｚｎ系合金めっき層表面に、質量％で、Ｐ：０．１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｍｏ：０．１〜６０％、Ｗ：０．１〜４０％、Ｃｒ：０．１〜３０％、Ｒｅ：０．１〜５０％、Ｐｔ：０．１〜１０％、Ｒｕ：０．１〜５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ系合金めっき層を有することを特徴とする高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。
【選択図】 なし
【解決手段】 Ｚｎ系合金めっき層を鋼材表面に付与したＺｎ系合金めっき鋼材において、Ｚｎ系合金めっき層表面に、質量％で、Ｐ：０．１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｍｏ：０．１〜６０％、Ｗ：０．１〜４０％、Ｃｒ：０．１〜３０％、Ｒｅ：０．１〜５０％、Ｐｔ：０．１〜１０％、Ｒｕ：０．１〜５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ系合金めっき層を有することを特徴とする高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。
【選択図】 なし
Description
本発明は、主として自動車の足回り等の高強度を要求される部材に使用される高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材に関する。
省資源、環境対応を背景とした自動車の燃費向上を達成するための課題として、自動車の軽量化がある。軽量化の達成のために、これまでに車体を構成する鋼板の高強度化によるゲージダウンが進められてきた。鋼板は、プレス成形により所定の形状に加工されて用いられるため、成形性も必要とされる。しかし、高強度化が進むと、伸びやｒ値が低下するため、強度と成形性の両立が困難となる。これを解決するための方法として、鋼板を８００℃以上の温度に加熱された状態で成形し、同時に焼き入れを行い、強度上昇を図る高温成形方法が注目されている。
この方法で成形された鋼板は、自動車としての使用時に構造部材としての強度の他に、耐食性が要求される。そのため、通常の自動車用部材は、成形後、りん酸塩処理等の塗装前処理を経て、カチオン電着塗装等の塗装処理が行われる。高温成形後の鋼板は、その表面に加熱又は成形後の冷却過程で生じたスケールが存在するため、ショットブラスト等の方法でスケール除去を行わないと、塗膜密着性の低下を招く。鋼板の上に直接塗装した状態であると、耐食性も不十分である。
耐食性を確保する方法として、特許文献１（特開２０００−３８６４０号公報）に、溶融アルミめっき鋼板を熱間成形する方法が開示されている。この方法では、めっきの損耗が抑制されるため、耐食性も確保されるが、溶融アルミめっきを行う必要があり、コストの大幅な増大を招く。こうした方法に対し、特許文献２（特開２００３−１２９２０９号公報）では、Ｚｎの酸化物により耐食性を確保する方法が開示されている。この方法は、アルミめっきに比べて、コストの低い方法である。しかしながら、Ｚｎの酸化物の存在は、塗膜密着性の低下を引き起こす。また、特許文献３（特開２００３−１２９２５８号公報）には、Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉの１種又は２種以上の金属又は合金のめっき層をＺｎめっき層のバリア層として設け、下地めっきのＺｎの蒸発を防止している。
特開２０００−３８６４０号公報
特開２００３−１２９２０９号公報
特開２００３−１２９２５８号公報
本発明は、上述したような従来技術の問題点を踏まえ、Ｚｎ系めっきをベースにし、高温成形を行っても塗装後の耐食性が損なわれない鋼材の提供を目的とする。
発明者らは、上記の課題に対して鋭意検討した結果、Ｚｎ系めっき鋼材表面に、特定の組成及び付着量のＮｉ系合金めっきを行うことで、高温成形性と塗装後の耐食性が損なわれないめっき鋼板の製造が可能であることを見出した。本発明は、上記知見に基づき完成されたもので、その要旨は次の通りである。
（１）Ｚｎ系合金めっき層を鋼材表面に付与したＺｎ系合金めっき鋼材において、Ｚｎ系合金めっき層表面に、質量％で、Ｐ：０．１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｍｏ：０．１〜６０％、Ｗ：０．１〜４０％、Ｃｒ：０．１〜３０％、Ｒｅ：０．１〜５０％、Ｐｔ：０．１〜１０％、Ｒｕ：０．１〜５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ系合金めっき層を有することを特徴とする高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。
（１）Ｚｎ系合金めっき層を鋼材表面に付与したＺｎ系合金めっき鋼材において、Ｚｎ系合金めっき層表面に、質量％で、Ｐ：０．１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｍｏ：０．１〜６０％、Ｗ：０．１〜４０％、Ｃｒ：０．１〜３０％、Ｒｅ：０．１〜５０％、Ｐｔ：０．１〜１０％、Ｒｕ：０．１〜５０％の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ系合金めっき層を有することを特徴とする高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。
（２）前記Ｎｉ系合金めっき層の厚みが１〜１０μｍである（１）記載の高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。
（３）前記Ｚｎ系合金めっき層が、Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、又は、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきの内の何れか１種である（１）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（４）前記Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっきが、質量％で、Ｆｅ：２〜１５％、Ａｌ：０．０２〜０．４％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（３）前記Ｚｎ系合金めっき層が、Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、又は、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきの内の何れか１種である（１）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（４）前記Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっきが、質量％で、Ｆｅ：２〜１５％、Ａｌ：０．０２〜０．４％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（５）前記Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：０．１〜５％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０１〜０．５％、Ｌａ：０．００１〜０．５％、又は、Ｃｅ：０．００１〜０．５％の内のいずれか１種又は２種以上を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（６）前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．１〜１０％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（７）前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材である。
（６）前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．１〜１０％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
（７）前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（３）記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材である。
本発明は、自動車の足回り等の高強度を要求される部材として使用されるＺｎ系合金めっき鋼材について、高温成形を行っても塗装後の耐食性が損なわれない鋼材の提供を可能にする。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する下地鋼材については、特に制約を設けないが、熱間圧延、冷間圧延材を問わず使用でき、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを多量に含有する高強度鋼が好適である。発明者らは、板厚１．２ｍｍの合金化溶融Ｚｎめっき鋼板（付着量：片面当り５０ｇ／ｍ2）をアルカリ脱脂洗浄した後、各種Ｎｉ系合金めっきを行った。その後、該めっき鋼板を大気中にて９５０℃まで２．５分で昇温後、５分間保持し、円筒成形試験を行った。成形後のめっき鋼板をりん酸塩処理後、膜厚２０μｍのカチオン電着塗装を行った。縦壁部にカッターナイフにて電着塗膜表面から下地鋼に達する疵を付与し、端面を塗装シールして、サイクル腐食試験に供した。
本発明で使用する下地鋼材については、特に制約を設けないが、熱間圧延、冷間圧延材を問わず使用でき、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを多量に含有する高強度鋼が好適である。発明者らは、板厚１．２ｍｍの合金化溶融Ｚｎめっき鋼板（付着量：片面当り５０ｇ／ｍ2）をアルカリ脱脂洗浄した後、各種Ｎｉ系合金めっきを行った。その後、該めっき鋼板を大気中にて９５０℃まで２．５分で昇温後、５分間保持し、円筒成形試験を行った。成形後のめっき鋼板をりん酸塩処理後、膜厚２０μｍのカチオン電着塗装を行った。縦壁部にカッターナイフにて電着塗膜表面から下地鋼に達する疵を付与し、端面を塗装シールして、サイクル腐食試験に供した。
その結果、Ｎｉめっき中に合金成分を添加しなかった場合、サイクル腐食試験後の疵部からの塗膜膨れが顕著であるのに対して、Ｎｉめっき中に質量％で、Ｐ：０．１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｍｏ：０．１〜６０％、Ｗ：０．１〜４０％、Ｃｒ：０．１〜３０％、Ｒｅ：０．１〜５０％、Ｐｔ：０．１〜１０％、Ｒｕ：０．１〜５０％の１種又は２種以上を含有させることで、疵部からの塗膜膨れが抑制され、塗装後の耐食性が向上することを見出した。
疵部の塗装後耐食性が向上する理由は不明であるが、Ｎｉめっきの合金めっき化により、緻密で耐熱性に優れためっき層が形成され、大気中での加熱時に下層のＺｎが蒸発もしくは酸化されることなく保持されるため、下地鋼板に対する犠牲防食能が失われないためであると推定される。
疵部の塗装後耐食性が向上する理由は不明であるが、Ｎｉめっきの合金めっき化により、緻密で耐熱性に優れためっき層が形成され、大気中での加熱時に下層のＺｎが蒸発もしくは酸化されることなく保持されるため、下地鋼板に対する犠牲防食能が失われないためであると推定される。
Ｎｉ系合金めっき厚みの下限を、１μｍとしたのは、この下限値未満のめっき厚みでは、塗装後の耐食性向上効果が得られないためである。Ｎｉ系合金めっきの厚みの上限を、１０μｍとしたのは、この上限値超のめっき厚みでは、塗装後の耐食性向上効果が飽和し、コスト的にも不利であるためである。
Ｚｎ系めっき層上層へのＮｉ系合金めっきの付与法として、水溶液、非水溶媒又はＺｎ系めっき層の融点以下の温度での溶融塩浴からの電気めっき法、気相めっき法等の何れの方法を用いてもよい。
Ｚｎ系めっき層上層へのＮｉ系合金めっきの付与法として、水溶液、非水溶媒又はＺｎ系めっき層の融点以下の温度での溶融塩浴からの電気めっき法、気相めっき法等の何れの方法を用いてもよい。
Ｎｉめっき層中に、Ｐ、Ｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｕの１種以上を上記の濃度で含有させると、塗装後の疵部におけるめっきの耐食性が著しく向上するが、上記の濃度を超えて含有する場合、めっき析出時の内部応力の上昇によって、Ｎｉ系合金めっきの被覆性が悪化する。その結果、加熱時におけるＺｎの蒸発もしくは酸化による損耗が大きくなるため、塗装後の疵部の耐食性が十分に得られない場合がある。
上記Ｎｉ系合金めっきの下層に設けられるＺｎ系合金めっきは、Ｚｎ−Ｆｅ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、或いは、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＺｎ系合金めっきであることが好ましい。因みに、Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっきでは、質量％で、Ｆｅ：２〜１５％、Ａｌ：０．０２〜０．４％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなり、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきでは、Ａｌ：０．１〜５％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０１〜０．５％、Ｌａ：０．００１〜０．５％、又は、Ｃｅ：０．００１〜０．５％の内の何れか１種又は２種以上を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきでは、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきでは、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなるめっきである。
Ｚｎ系合金めっきの付着量は、特に制限を設けないが、塗装後の耐食性の保持を考慮すると、１０ｇ／ｍ2以上であることが好ましい。また、Ｚｎ系合金めっきの付与法については、水溶液又は非水溶媒からの電気めっき法、溶融めっき法、気相めっき法等、何れの方法を用いてもよい。
以下、実施例によって、本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示す組成で、付着量６０ｇ／ｍ2の板厚１．２ｍｍのＺｎ系めっき鋼板を、アルカリ脱脂洗浄した後、電気めっき法により表２〜１０に示す組成のＮｉ系合金めっきを行った。
表１に示す組成で、付着量６０ｇ／ｍ2の板厚１．２ｍｍのＺｎ系めっき鋼板を、アルカリ脱脂洗浄した後、電気めっき法により表２〜１０に示す組成のＮｉ系合金めっきを行った。
その後、該めっき鋼板を大気中にて９５０℃まで２．５分で昇温後、５分間保持し、円筒成形試験を行った。成形条件としては、ブランクサイズは１４０ｍｍφとし、ポンチ径８０ｍｍφ、ポンチ肩Ｒ５ｍｍ、ダイス肩Ｒ５ｍｍ、成形高さ３０ｍｍ、しわ押え力４９ｋＮにて、成形加工及び冷却を同時に行った。
成形後のめっき鋼板の外観を目視評価した。外観評価は、下記の基準で行い、◎、○を合格とした。
外観評価基準
◎：めっき層の粉化皆無
○：めっき層の粉化微小
×：めっき層の粉化大
成形後のめっき鋼板の外観を目視評価した。外観評価は、下記の基準で行い、◎、○を合格とした。
外観評価基準
◎：めっき層の粉化皆無
○：めっき層の粉化微小
×：めっき層の粉化大
また、成形後のめっき鋼板を日本パーカライジング製ＰＢ−Ｌ３０８０にてりん酸塩処理後、日本ペイント製の電着塗料パワートップ１１０にて膜厚２０μｍのカチオン電着塗装を行った。その後、図１に示すように、縦壁部にカッターナイフにて電着塗膜表面から下地鋼に達する疵を２０ｍｍ長さで２本互いに平行となるように付与し、端面を塗装シールして、耐食性評価用試料とした。この試料に対して、ＪＡＳＯ Ｍ６０９−９１法に基づくサイクル腐食試験を３０サイクル行い、疵部からの塗膜の膨れ状況を調査した。耐食性評価は、下記の基準で行い、◎、○を合格とした。
耐食性評価基準
◎：疵部からの塗膜膨れ皆無
○：疵部からの塗膜膨れ微小
×：疵部からの塗膜膨れ大
耐食性評価基準
◎：疵部からの塗膜膨れ皆無
○：疵部からの塗膜膨れ微小
×：疵部からの塗膜膨れ大
表１１〜１９に、Ｚｎ系めっき鋼材の円筒成形後の外観及び耐食性の評価結果を示す。Ｎｏ．１〜２７、２９〜５２、５４〜８９、９１〜１２３、１２５〜１５７、１５９〜１９１、１９３〜２１９、２２１〜２５０、２５２〜２６４は、本発明例である。本発明のＺｎ系合金めっき鋼材では、円筒成形後の外観は、めっき層の粉化が皆無または微小であり、疵部からの塗膜膨れも皆無もしくは微小である。一方、本発明例の範囲を逸脱するＮｏ．２８、５３、９０、１２４、１５８、１９２、２２０、２５１、２６５及び２６６の鋼材では、疵部における耐食性の確保ができていないことが分かる。
１ めっき鋼材
２ カット疵部
３ カット疵部
４ 端面シール部
特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
２ カット疵部
３ カット疵部
４ 端面シール部
特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
Claims (7)
- Ｚｎ系合金めっき層を鋼材表面に付与したＺｎ系合金めっき鋼材において、Ｚｎ系合金めっき層表面に、質量％で、
Ｐ：０．１〜１１％、
Ｂ：０．０１〜１３％、
Ｍｏ：０．１〜６０％、
Ｗ：０．１〜４０％、
Ｃｒ：０．１〜３０％、
Ｒｅ：０．１〜５０％、
Ｐｔ：０．１〜１０％、
Ｒｕ：０．１〜５０％
の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ系合金めっき層を有することを特徴とする高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。 - 前記Ｎｉ系合金めっき層の厚みが１〜１０μｍである請求項１記載の高温成形用Ｚｎ系めっき鋼材。
- 前記Ｚｎ系合金めっき層が、Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、又は、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきの内の何れか１種である請求項１記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
- 前記Ｚｎ−Ｆｅ系合金めっきが、質量％で、Ｆｅ：２〜１５％、Ａｌ：０．０２〜０．４％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である請求項３記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
- 前記Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：０．１〜５％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０１〜０．５％、Ｌａ：０．００１〜０．５％、又は、Ｃｅ：０．００１〜０．５％の内のいずれか１種又は２種以上を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である請求項３記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
- 前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である請求項３記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
- 前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である請求項３記載の高温成形用Ｚｎ系合金めっき鋼材。
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| JP2016089232A (ja) * | 2014-11-06 | 2016-05-23 | 日新製鋼株式会社 | 亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板の表面処理方法 |
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