JP2624272B2 - プレス成形性の優れた表面処理鋼板 - Google Patents

プレス成形性の優れた表面処理鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば自動車、家電製品、建材等の様にプ
レス成形して使用される表面処理鋼板に関し、特にプレ
ス成形性の向上従ってプレス成形後に耐食性劣化防止を
図った表面処理鋼板に関するものである。
[従来の技術] 鋼板を防食加工する手段としては従来からZnめっきが
汎用されている。しかし鋼板の耐食性向上に対する要請
は更に高まる傾向にあり、従来のZnめっき鋼板では需要
者の要求を十分に満たすことができなくなってきた。こ
の様な背景のもとで、これまでのZnめっきの他に種々の
Zn合金めっきが検討され、一部実用化されている。例え
ば自動車用や家電用の鋼板における防食加工では、Znめ
っきよりも数段優れた耐食性を示すZn−Ni合金めっきや
Zn−Fe合金めっきが電気めっき法によって実用化されて
おり、耐食性の面では効果が十分発揮されている。
[発明が解決しようとする問題点] 一方上述した用途においては、プレス成形等の加工が
加えられて製品化されるのが殆どであり、従ってめっき
鋼板にはめっき層自体の耐食性が要求されるばかりでな
くプレス成形性や加工後の耐食性等も同時に満足する必
要がある。この様な観点から従来のZnめっき鋼板やZn合
金めっき鋼板を考察した場合、いずれもその要求を満足
しているとは言い難い面ある。即ちZnめっき鋼板におい
ては、めっき層が柔か過ぎるのでプレス成形時にめっき
層が金型に付着し、次に来るワークのプレスに際して押
し疵の原因となるばかりか耐食性自体も劣化する。又Zn
−NiやZn−Fe等の合金めっき鋼板においては、耐食性の
良好な組成範囲は硬い金属間化合物が存在する組成範囲
と一致するので、プレス成形時にめっき層が素地鋼板か
ら剥離する所謂パウダリングやフレーキング等の現象が
発生し、この為加工後の耐食性が加工前に比べて著しく
悪化する。
本発明はこうした現状のもとでなされたものであっ
て、その目的とするところは、プレス成形性の優れた、
特に成形後の耐食性劣化防止を図った表面処理鋼板を提
供する点にある。
[問題点を解決する為の手段] 上記目的を達成することのできた本発明の表面処理鋼
板とは、素地鋼板上にZn−Mg合金の真空蒸着めっき層が
形成されると共に、前記めっき層は主としてMg2Zn11,M
gZn2,MgZnよりなる群から選択される金属間化合物の1
種又は2種以上から構成され、且つMg単独相を含んでい
ないものである点に要旨を有するものである。
[作用] 本発明者らはZn系めっき鋼板に見られる前述の様な問
題点を解決すべく、様々のZn系合金やめっき手段等につ
いて研究を行なった結果、蒸着法によって形成されるZn
−Mg合金めっき鋼板はプレス成形性において非常に優れ
たものであることを知った。即ち第1図は本発明に係る
蒸着Zn−Mg合金めっき鋼板におけるMg含有量と、ドロー
ビート試験によるめっき剥離量との関係を示すグラフで
あるが、この結果から明らかな様に3〜30%程度のMgを
含有させることによって極めて優れた加工性を示すこと
が判明した。
尚Zn系めっき鋼板においては、めっき層自体の耐食性
が良好であることも当然必要であり、本発明者らはその
点をも検討したところ、耐食性においても優れた効果を
発揮し得ることが判明したので別途出願した(特願昭62
−175395号)。それによるとZn−Mg合金蒸着めっき鋼板
は、Mg含有量が0.5〜40重量%の範囲で優れた耐食性向
上効果を示した。この様にZn−Mg合金蒸着めっき鋼板が
優れた耐食性を示すのは、本発明者らのその後の研究に
よって次の様なことが判明した。即ちZn−Mg合金蒸着め
っき鋼板を塩素イオンが混在する様な腐食性雰囲気を形
成した環境に置くと、めっき層中のMgが塩素イオンと反
応して一定限定まで溶出し、めっき層表面にMgと塩基性
塩化亜鉛からなり、且つ塩基性塩化亜鉛の六方晶結晶体
がめっき厚さ方法に配列した特殊な層が形成され、その
ことによって優れた耐食性を発揮する。又一般的な腐食
環境下においてはめっき層中のMgがZn−ZnO進行を抑制
し、このことがZn−Mg合金蒸着めっき鋼板の耐食性を向
上させる。
本発明者らはZn−Mg合金蒸着めっき鋼板が優れた加工
性を示す理由について詳細に検討したところ、加工性の
良否はめっき層の相構造に大きく影響されるという知見
が得られた。即ちZn−Mg合金蒸着めっき鋼板の相構造を
X線回折によって調査したところ、加工性の優れたZn−
Mgめっき層においてはZnとMgの金属間化合物であるMg2Z
n11,MgZn2,MgZnよりなる群から選択される1種又は2
種以上を主体として構成され、或はこれらに少量のZn
(η相)を含む構造であることが明らかとなった。これ
に対し加工性が劣化する範囲では、Zn(η相)が主体と
なる構成、或はMg単独相又は上記以外の他の金属間化合
物(Mg7Zn3)が出現していた。
この様にMg2Zn11,MgZn2,MgZnの1種又は2種以上を
主体とする(又はこれらに一部Znを含んだ)相構造を有
するめっき層のみが良好な加工性を示す理由については
明らかでないが、これらの金属間化合物の硬さが素地鋼
板や金型の硬さにより近いことに起因していると考えら
れる。即ち加工を受けたときにめっき層が素地鋼板に追
随して変形可能な為、上述した様なパウダリング現象が
起こる恐れもなく、又ある程度の硬さを有しているので
金型への付着も発生し難いと考えられる。しかしながら
Zn含有量を多くすると(即ちMg含有量を少なくすると)
柔かいZn(η相)が主体となり、又逆にMg含有量を多く
しても柔らかいMg単独相や好ましくない金属間化合物
(Mg7Zn3)が出現してくる様になる。
本発明はめっき層の相構造に特徴を有するものであり
めっき組成については何ら限定するものではないが、加
工性及び耐食性の両特性を兼ね備えるという観点からす
れば、即ち優れた耐食性を示すMg含有量の範囲内(0.5
〜40重量%)で優れた加工性(めっき剥離量が1g/cm2
度以下)を得るという観点からすれば、Mg含有量は3〜
30%程度とするのが好ましい(前記第1図参照)。但し
同程度のMg含有量のZn−Mg合金層においても、めっき操
作条件の違いによってMg相の存在する場合や存在しない
場合があり、Mg含有量は一概に規定できない。例えば基
板温度が低い場合やるつぼ間の距離が遠い場合には合金
化されにくく、これらの蒸着めっき操作条件の違いによ
ってMg含有量は同程度であってもZn−Mg合金層に違いが
生じる。
尚本発明では蒸着法によってZn−Mg合金めっきを施し
たものに限定しているが、これらは次の様な理由による
ものである。
即ちZn−Mg合金についても従来の溶融めっき法によっ
てめっき層を形成することが可能であり又一部実用化さ
れているのであるが、Mgは非常に酸化しやすいため溶融
めっき法の場合はめっき浴中のMg含有量を増大させるこ
とができず、本発明における推奨範囲よりもはるかに少
ないMg含有量に止めなければならず、また鋼板に熱処理
組織が現われたり、めっき層と鋼板との界面にFe−Zn系
等の金属間化合物層が形成され、後の成形加工時に悪影
響を及ぼす。又通常の水溶液による電気めっき法を採用
しようとしても、Mgの酸化還元電位が卑でありすぎるこ
とからMgの析出が起こらずZn−Mg合金めっき層を形成す
ることが困難である。
しかしながらたとえば真空蒸着法を採用し、ZnとMgを
夫々別個のるつぼで加熱蒸発させ、その上部に素地鋼板
を配置して該鋼板上にZnとMgを蒸着させる方法を採用す
れば、各るつぼの加熱温度を適当にコントロールするこ
とによってZnとMgの蒸発量を任意に調節することがで
き、それに伴ってめっき合金の成分組成を任意に変更す
ることができる。尚蒸着は蒸着金属の酸化を防止するた
め真空下で行なうのが通例であるが、本発明においても
例外ではなく、通常は圧力が10-2Torr程度以下の真空条
件下で行なわれる。Zn及びMgの加熱にはどの様な手段を
採用してもよく、特にZnは融点が低く(419℃)且つ蒸
気圧も高いので一般の電気抵抗加熱でも十分に目的を果
たすことができる。何れにしてもZnとMgの加熱温度を夫
々独立してコントロールすることによって両金属の蒸発
量の比率を自由に調節することができるので、蒸着めっ
き層を構成するZn−Mgの構成比率等を自由に変えること
ができる。しかも蒸着めっきは前述の如く高真空条件下
で行なわれるので鋼板のめっき層付着面に酸化物被膜が
形成されて密着性が低下する様な恐れはなく、又めっき
層と鋼板との界面に脆弱な金属間化合物が形成されて層
間接合力が低下する様な恐れもない。尚蒸着めっきを行
なう際の具体的な手法は格別特殊なものではなく、たと
えば真空室内で別個のるつぼからZnとMgを同時に加熱蒸
発させ、その上方部に適度に加温した鋼板を走行させな
がら連続的に蒸着めっきを行なう方法、あるいは上記操
作をバッチ方式で実施する方法等を採用することがで
き、更に金属蒸気をイオン化させて基材表面に付着させ
るイオンプレーティング法も本発明で採用される蒸着め
っき法の1種として適用可能である。
[実施例] 前処理を施した冷延鋼板に各種組成のZn−Mg合金蒸着
めっきを形成した(めっき付着量はいずれも20g/m2)。
これらについてX線回折によってめっき層の相構造を調
査すると共に、加工性及び耐食性について調査する。尚
加工性についてはドロービート試験によるめっき剥離量
で評価し、耐食性についてはドロービート試験の前後の
試料について塩水噴霧試験を行ない、赤錆発生までの時
間で示した。又比較例として、電気めっき法によってZn
めっきを施したもの(試料No.8)とZn−Niめっきを施し
たもの(試料No.9)についても同様の調査を行なった。
これらの結果を一括して第1表に示す。
第1表の結果からも明らかであるが、本発明に係る表
面処理鋼板は加工性に優れており、又それに伴なって加
工後の耐食性劣化は殆ど認められなかった。これに対し
電気Znめっき鋼板(No.8)は加工前の耐食性に劣るばか
りか加工性においても本発明の処理鋼板に比べて遥かに
劣った性能を示した。又電気Zn−Niめっき鋼板(No.9)
は、加工前の耐食性には優れているものの加工性につい
ては本発明の処理鋼板より劣り、それに伴なって加工後
の耐食性において大幅な性能劣化を示した。尚試料No.6
はMg含有量が少ないことに伴ない、Mg2Zn11の金属間化
合物が微量しか含まれずZnが主体となるめっき層が形成
されている為加工性及び耐食性のいずれにおいても劣
る。又試料No.7は試料No.5(実施例)と同量のMg含有量
であるが、前記した蒸着めっき条件の違いによってMg単
独相が発生し、加工性の劣化、従って加工後の耐食性劣
化が認められた。
[発明の効果] 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を採用す
ることによって、プレス成形性に優れた表面処理鋼板が
実現でき、この表面処理鋼板によって成形後の耐食性劣
化防止を達成することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は蒸着Zn−Mgめっき鋼板におけるMg含有量と、ド
ロービート試験によるめっき剥離量との関係を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川福 純司 兵庫県神戸市東灘区魚崎中町1―1―24 (56)参考文献 特開 昭62−112766(JP,A) 特公 昭46−3644(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】素地鋼板上にZn−Mg合金の真空蒸着めっき
    層が形成されると共に、前記めっき層は主としてMg2Zn
    11,MgZn2,MgZnよりなる群から選択される金属間化合物
    の1種又は2種以上から構成され、且つMg単独相を含ん
    でいないものであることを特徴とするプレス成形性の優
    れた表面処理鋼板。
  2. 【請求項2】Znの単独相を含んだものである特許請求の
    範囲第1項に記載の表面処理鋼板。
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