JP2005290418A - プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板のプレス加工性を向上させる。
【解決手段】 デンドライト間隙部に晶出する単体Ｓｉ量を制御しためっき皮膜構造とすることにより、優れたプレス加工性が得られることを見出しなされたもので、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中に、Ｓｉを単体で２〜９mass％含有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板及びその製造方法に関する。

めっき皮膜中にＡｌを２０〜８０mass％含有する溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板に比べて優れた耐食性を示すことから、近年、建材分野を中心に需要が伸びている（例えば、特許文献１参照）。
この溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、酸洗脱スケールした熱延鋼板又はこれをさらに冷間圧延して得られた冷延鋼板を下地鋼板とし、連続式溶融めっき設備において以下のようにして製造される。

連続式溶融めっき設備では、下地鋼板は還元性雰囲気に保持された焼鈍炉内で所定温度に加熱され、焼鈍と同時に鋼板表面に付着する圧延油等の除去、酸化膜の還元除去が行われた後、下端がめっき浴に浸漬されたスナウト内を通って所定の濃度のＡｌを含有した溶融亜鉛めっき浴中に浸漬される。めっき浴に浸漬された鋼板はシンクロールを経由してめっき浴の上方に引き上げられた後、めっき浴上に配置されたガスワイピングノズルから鋼板表面に向けて加圧した気体を噴射することによりめっき付着量が調整され、次いで冷却装置により冷却され、所定のめっき皮膜が形成された溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板が得られる。

連続式溶融めっき設備における焼鈍炉の熱処理条件及び雰囲気条件、めっき浴組成やめっき後の冷却速度などの操業条件は、所望のめっき品質や材質を確保するために所定の管理範囲で精度よく管理される。
上記のようにして製造されためっき鋼板のめっき皮膜は、主としてＺｎを過飽和に含有したＡｌがデンドライト凝固した部分と、残りのデンドライト間隙の部分からなっており、デンドライトはめっき皮膜の膜厚方向に積層している。このような特徴的な皮膜構造により、溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は優れた耐食性を示す。

また、めっき浴には通常Ａｌに対して３mass％程度のＳｉが添加されているが、このＳｉの働きにより、溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板はめっき皮膜／下地鋼板界面の合金相成長が抑えられ、合金相厚さは約１〜２μｍ程度である。この合金相が薄ければ薄いほど、優れた耐食性を示す特徴的な皮膜構造の部分が多くなるので、合金相の成長抑制は耐食性の向上に寄与する。また、合金相はめっき皮膜よりも固く加工時にクラックの起点として作用するので、合金相の成長抑制はクラックの発生を減少させ、加工性の向上効果をもたらす。また、クラック部は下地鋼板が露出していて耐食性に劣るので、クラックの発生を減じることは加工部耐食性をも向上させる。

通常、めっき浴には不可避的不純物、鋼板やめっき浴中の機器等から溶出するＦｅ、合金相抑制のためのＳｉが含まれるが、それら以外にも何らかの元素が添加される場合もあり、合金相やめっき皮膜中にはそれら元素が合金或いは単体の形で存在している。
また、溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、実用に供されるに当たって溶融めっきのままで使用されることは極く稀で有り、通常はめっき鋼板表面に化成処理や塗装を施した表面処理鋼板、塗装鋼板として使用される。
特公昭４６−７１６１号公報

溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、折り曲げなどの加工を施すと加工の程度によって被加工部のめっき皮膜にクラックが生じる。このめっき鋼板では、めっき皮膜／下地鋼板界面に存在する約１〜２μｍ厚の合金相がクラックの起点となり、まためっき皮膜のデンドライト間隙部がクラックの伝播経路になる。このため、同程度の加工を行った場合でも、同一めっき皮膜厚の溶融亜鉛めっき鋼板に比べてクラックの伝播経路が限られており、クラックの発生数が少ない一方で各クラックが比較的大きく開口する傾向がある。このため加工の程度によってはクラックが肉眼で視認され、外観を損ねるという問題がある。またクラック部は下地鋼板が露出しているため、クラックのない部分と比較して耐食性が著しく低下するという問題もある。

さらに、上述のように溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、同一めっき皮膜厚の溶融亜鉛めっき鋼板に比べて優れた耐食性を発揮するが、プレス加工のように、変形のみではなく摺動も加わる加工様式においては、クラックの開口が大きくなって隣接するクラックの間隔が長くなるほど、めっき皮膜が剥離しやすくなる傾向がある。

したがって、本発明の目的は、めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板において、従来にない優れたプレス加工性を有するめっき鋼板を提供することである。

上記課題の解決のために本発明者らは、溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板のプレス加工性を向上させる手法について鋭意検討を行った。その結果、デンドライト間隙部に晶出する単体Ｓｉ量を制御しためっき皮膜構造とすることにより、従来にない優れたプレス加工性が得られること、また、めっき浴中に含まれるＳｉ量とめっき浴温を最適化することにより、そのようなめっき皮膜構造を得ることができることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
[1] めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板であって、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中に、Ｓｉを単体で２〜９mass％含有することを特徴とする、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板。
[2] めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板であって、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を含むめっき皮膜中に、Ｓｉを下記(1)式及び(2)式を満足する条件で含有することを特徴とする、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板。
0.02×Ｔ−14.5≦Ｓ1≦0.02×Ｔ−7.5 … (1)
770≦Ｔ≦1000 … (2)
但し Ｔ ：溶融Ａｌ−Ｚｎめっき時のめっき浴温（Ｋ）
Ｓ1：めっき皮膜中のＳｉ含有量（mass％）

[3] 上記[1]又は[2]の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を有することを特徴とする、プレス加工性に優れた表面処理鋼板。
[4] 上記[1]又は[2]の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を有し、さらにその上層に、単層または複層の塗膜を有することを特徴とする、プレス加工性に優れた塗装鋼板。
[5] 連続式溶融めっき設備において、上記[1]又は[2]の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板を製造するに当たり、
１０００Ｋ以下でかつ下記(3)式を満足するめっき浴温の溶融Ａｌ−Ｚｎめっき浴にて鋼板をめっきすることを特徴とする、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の製造方法。
2.5×Ａ＋720≦Ｔ≦50×Ｓ2＋725 … (3)
但し Ｔ ：めっき浴温（Ｋ）
Ａ ：めっき浴中のＡｌ含有量（mass％）
Ｓ2：めっき浴中のＳｉ含有量（mass％）

[6] 上記[5]の製造方法で得られた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成することを特徴とする、プレス加工性に優れた表面処理鋼板の製造方法。
[7] 上記[5]の製造方法で得られた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成し、さらにその上層に、単層または複層の塗膜を形成することを特徴とする、プレス加工性に優れた塗装鋼板の製造方法。

本発明によれば、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板を得ることができる。

本発明のめっき鋼板は、めっき皮膜中にＡｌを２０〜８０mass％含有する溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板であるが、性能面（耐食性、加工性等）と操業面のバランスから、めっき皮膜中のＡｌ量のより好ましい範囲は４５〜６５mass％である。
先に述べたように溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、曲げ加工時のクラック伝播経路がめっき皮膜のデンドライト間隙部に限られているため、クラックの数が少ない一方で各クラックが比較的大きく開口する傾向がある。本発明では、このようなめっき皮膜構造とクラックの関係を利用して、めっき皮膜にクラックの伝播経路を積極的に導入することにより、微細なクラックを多量に発生させること、すなわちクラックの数を増加させることで各クラックの開口巾を小さくすることを狙いとするものであり、以下に述べるように、このようなクラックの生成形態は、デンドライト間隙部に晶出する単体Ｓｉ量を制御しためっき皮膜構造とすることにより実現することができる。また、この皮膜構造は、めっき浴中に含まれるＳｉ量とめっき浴温を適切な範囲に制御することにより得ることができる。

前述のように溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板を製造するためのめっき浴には、通常Ａｌに対して３mass％程度のＳｉが添加されているが、このＳｉの働きにより、溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板はめっき皮膜／下地鋼板界面の合金相成長が抑えられ、合金相厚さは約１〜２μｍ程度になる。合金相の生成抑制に寄与しなかった余剰Ｓｉは、めっき皮膜へのＳｉ固溶量を超えるとめっき皮膜内にＳｉ単体として晶出し、めっき皮膜のＡｌデンドライトの成長を妨げる物理的な障壁になる。また、晶出ＳｉはＡｌデンドライトと混ざり合わないので、デンドライト間隙部に分散する。晶出Ｓｉを含んだデンドライト間隙部は、晶出Ｓｉの境界部が剥離しやすくなるので、晶出Ｓｉのないデンドライト間隙部よりも容易にクラックが伝播する。このため、晶出Ｓｉが多くなるほど、変形時に微細なクラックが多数発生しやすくなる。従来の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板においても、合金相の生成抑制に寄与しなかった余剰Ｓｉがめっき皮膜内にＳｉ単体として極くわずかに晶出している場合もあったが、その量は１mass％未満の極く少量であった。

晶出Ｓｉが少なすぎるとクラック伝播経路が十分に増加せず、逆に多すぎるとクラック伝播経路が増加しすぎてクラックが無数に入り、めっき皮膜が粉末状に破壊したり、晶出Ｓｉが偏在して局部的にめっき皮膜が脆くなる懸念がある。そのため、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中の晶出Ｓｉ（Ｓｉ単体）量は２〜９mass％とする。

また、上記のように下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中のＳｉ単体の含有量を２〜９mass％とするには、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を含むめっき皮膜中のＳｉ含有量を、下記(1)式及び(2)式を満足する条件とすることが好ましい。
0.02×Ｔ−14.5≦Ｓ1≦0.02×Ｔ−7.5 … (1)
770≦Ｔ≦1000 … (2)
但し Ｔ ：溶融Ａｌ−Ｚｎめっき時のめっき浴温（Ｋ）
Ｓ1：めっき皮膜中のＳｉ含有量（mass％）
浴温上昇に伴って合金相に消費されるＳｉは増加するが、上記のような条件で、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を含むめっき皮膜中にＳｉを含有させることにより、合金相の生成抑制に寄与しなかった余剰Ｓｉが十分に晶出するため、めっき皮膜のデンドライト間隙部の単体Ｓｉが増加してクラック伝播経路が十分に増加する。

なお、溶融Ａｌ−Ｚｎめっき浴中には、上述したＡｌ、Ｚｎ、Ｓｉ以外にも、例えば、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｂ等の元素が１種以上添加される場合もあるが、本発明のめっき鋼板に特有の作用効果であるクラック伝播経路の導入を妨げるものでなければ、どのような元素を添加しても差し支えない。

以上のようなめっき皮膜構造を有する本発明の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板は、１０００Ｋ以下でかつ下記(3)式を満足するめっき浴温の溶融Ａｌ−Ｚｎめっき浴にて鋼板をめっきすることにより得ることができる。
2.5×Ａ＋720≦Ｔ≦50×Ｓ2＋725 … (3)
但し Ｔ ：めっき浴温（Ｋ）
Ａ ：めっき浴中のＡｌ含有量（mass％）
Ｓ2：めっき浴中のＳｉ含有量（mass％）
めっき浴中のＡｌ含有量が増加すると浴の融点が高くなるため、めっき浴温を高くする必要がある。一方、浴温に応じて合金相に消費されるＳｉ量は変化する。よって、単体Ｓｉを十分に確保するためには、上記のような条件で製造することが望ましい。

本発明の溶融Ａｌ−Ｚｎめっき鋼板は、その表面に化成処理皮膜を形成することにより表面処理鋼板とすることができる。この化成処理皮膜の種類に特に制限はないが、例えば、めっき皮膜面にクロメート処理液を塗布し、水洗することなく８０〜３００℃で乾燥処理するクロメート処理を含む１又は２以上の処理を行い、化成処理皮膜を形成することができる。この化成処理皮膜は複層皮膜により構成されていてもよく、この場合には複数の処理が順次行われる。

さらに、上記表面処理鋼板の表面に単層又は複層の塗膜を形成し、塗装鋼板とすることができる。この塗膜としては、例えば、ポリエステル樹脂系塗膜、エポキシ樹脂系塗膜、アクリル樹脂系塗膜、ウレタン樹脂系塗膜、フッ素樹脂系塗膜等が挙げられる。また、上記樹脂の一部を他の樹脂で変性した、例えばエポキシ樹脂変性ポリエステル樹脂系塗膜等も適用できる。さらに、上記樹脂には必要に応じて硬化剤、硬化触媒、顔料、添加剤等を添加することができる。

表面処理鋼板の表面に塗膜を形成するための塗装方法は特に規定しないが、塗装方法としてはロールコーター塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装などが挙げられる。塗料を塗装後、一般に熱風乾燥、赤外線加熱、誘導加熱等の手段により加熱乾燥して塗膜を形成させる。
但し、上記表面処理鋼板及び塗装鋼板の製造方法は一例であり、これに限定されるものではない。

常法で製造した冷延鋼板（板厚１．０ｍｍ）を連続式溶融めっき設備に通板し、表１〜表４に示す組成の溶融Ａｌ−Ｚｎめっき浴を用いて溶融めっきを行った。ラインスピードは１２０ｍ／分とした。次いで、上記により得られた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板に対して、連続式溶融めっき設備内でインラインの化成処理を行った。化成処理条件は、アクリルエマルジョン樹脂とクロム酸を樹脂固形分：Ｃｒ＝１００：１（質量比）で混合した液を溶融めっき鋼板面にＣｒ付着量４０ｍｇ／ｍ^２となるように塗布し、１２０℃で乾燥した。

このようにして得られた表面処理鋼板について、ドロービード試験でプレス加工性を評価した。ドロービード試験条件は、ビード先端径を０．５Ｒとし、押え荷重２００ｋｇで４ｍｍ押し込んだまま引抜きを行なった。ドロービード試験後のサンプルは、テープ剥離をテープに新たな付着物が着かなくなるまで繰り返し、その後、外観観察して以下の基準で評価した。この評価基準で４点以上であれば、プレス加工性が良好であると判断される。
５：目視で観察してクラックが認められず。
４：目視で観察してクラックが認められる。
３：部分的に剥離（剥離面積＜未剥離面積）。
２：部分的に剥離（剥離面積≧未剥離面積）。
１：全面剥離

図１は、本実施例における下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中に含まれる単体Ｓｉ含有量とプレス加工性との関係を整理して示したものである。これらの結果から、本発明条件を満足することによりプレス加工性の向上が図られ、プレス加工性に優れた表面処理鋼板が得られることが判る。

下地鋼板／めっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中に含まれる単体Ｓｉ量とプレス加工性との関係を示すグラフ

Claims (7)

1. めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板であって、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を除くめっき皮膜中に、Ｓｉを単体で２〜９mass％含有することを特徴とする、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板。
2. めっき皮膜中のＡｌ含有量が２０〜８０mass％の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板であって、下地鋼板とめっき皮膜界面の合金相部分を含むめっき皮膜中に、Ｓｉを下記(1)式及び(2)式を満足する条件で含有することを特徴とする、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板。
   0.02×Ｔ−14.5≦Ｓ1≦0.02×Ｔ−7.5 … (1)
   770≦Ｔ≦1000 … (2)
   但し Ｔ ：溶融Ａｌ−Ｚｎめっき時のめっき浴温（Ｋ）
   Ｓ1：めっき皮膜中のＳｉ含有量（mass％）
3. 請求項１又は２に記載の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を有することを特徴とする、プレス加工性に優れた表面処理鋼板。
4. 請求項１又は２に記載の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を有し、さらにその上層に、単層または複層の塗膜を有することを特徴とする、プレス加工性に優れた塗装鋼板。
5. 連続式溶融めっき設備において、請求項１又は２に記載の溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板を製造するに当たり、
   １０００Ｋ以下でかつ下記(3)式を満足するめっき浴温の溶融Ａｌ−Ｚｎめっき浴にて鋼板をめっきすることを特徴とする、プレス加工性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の製造方法。
   2.5×Ａ＋720≦Ｔ≦50×Ｓ2＋725 … (3)
   但し Ｔ ：めっき浴温（Ｋ）
   Ａ ：めっき浴中のＡｌ含有量（mass％）
   Ｓ2：めっき浴中のＳｉ含有量（mass％）
6. 請求項５の製造方法で得られた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成することを特徴とする、プレス加工性に優れた表面処理鋼板の製造方法。
7. 請求項５の製造方法で得られた溶融Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板の表面に化成処理皮膜を形成し、さらにその上層に、単層または複層の塗膜を形成することを特徴とする、プレス加工性に優れた塗装鋼板の製造方法。

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