JP3240910B2 - 表面が平滑で光沢の優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融Ｚｎ−Ａｌ系
合金めっき鋼板、特に、表面が平滑で光沢の優れる溶融
Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板への溶融めっきは、主に耐食性の向
上を目的として行われており、溶融めっき鋼板は自動
車、建材、家電用途を中心に使用されている。特に、通
常の溶融亜鉛めっきに多量のアルミニウムを添加した溶
融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきは耐食性に優れるため、その
開発が進み、近年、５ｗｔ％前後のアルミニウムを添加
した溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板が広く使用されて
いる。

【０００３】この溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板は、
裸使用されたり、塗装使用されたりする。これらの用途
に使用する場合、表面が平滑で光沢に優れる溶融Ｚｎ−
Ａｌ系合金めっき鋼板が望まれている。

【０００４】従来の５ｗｔ％前後のアルミニウムを添加
した溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板のめっき層組織
は、図１（Ａ）の顕微鏡組織の写真及びその模式図であ
る図２（Ａ）に示されるように、亜鉛リッチなβ相（以
下、単にβ相という）１がめっき層の内部に存在し、こ
のβ層を囲むように共晶相２が存在する組織からなって
いる。めっき層が冷却凝固する過程で、Ｚｎ−Ａｌ系合
金の結晶粒が収縮して、その粒界が窪み、亀甲模様が生
じる。この亀甲模様は、めっき鋼板の平滑性を低下する
のみならず、塗装すると著しく目立つようになり、塗装
外観を損ねるという問題がある。また、めっき層の表面
に存在する共晶相の光沢が良くないことに加えて、亀甲
模様の窪みがあるため、めっき鋼板の光沢、平滑性は溶
融亜鉛めっき鋼板より劣っている。

【０００５】亀甲模様を軽減あるいは消滅するために以
下の提案がなされている。 （１）特開平５−１２５５１５号公報、特開平６−１５
８２５６号公報には、Ａｌを３〜１０ｗｔ％、Ｔｉを
０．０１〜１ｗｔ％、残部がＺｎ及び不可避不純物から
なるめっき浴によりめっきを行った後、めっき後の鋼板
を冷却して、Ｔｉのスパングル微細化作用によりめっき
層のスパングルを微細化し、めっき層表面を平滑化する
技術が開示されている。

【０００６】（２）特開平２−７３９５４号公報には、
Ａｌを３．０〜１０ｗｔ％、ＳｉをＡｌの０．２〜０．
４５％、Ｍｇを０．０１〜１．０ｗｔ％、残部がＺｎ及
び０．０２ｗｔ％以下の不可避不純物からなるめっき浴
によりめっきを行い、Ｓｉ添加により鋼板とのぬれ性を
向上すること及びめっき層の共晶相の凝固点とその粒界
の凝固点との差を小さくして、比較的均一に凝固するこ
とによって亀甲模様の発生を軽減する技術が開示されて
いる。

【０００７】（３）特開平６−２６４２０８号公報に
は、Ａｌを３．５〜７０．０％含むＺｎ−Ａｌ系合金め
っき浴によりめっきを行い、溶融状態にあるめっき層に
吸熱化合物水溶液のミストを噴霧して、鋼板を急冷し、
結晶粒の成長を抑制することにより亀甲模様の発生を防
止する技術が開示されている。

【０００８】また、めっき層のβ相の存在状態に着目し
て、めっき層の品質改善を行う下記の技術が開示されて
いる。

【０００９】（４）特開昭６０−１１０８６０号公報に
は、７ｗｔ％以下のＡｌを含むＺｎ−Ａｌ系合金めっき
浴でめっきした鋼板を、めっき後に５〜４０℃／秒の冷
却速度で冷却して、図１（Ｂ）のめっき層組織の顕微鏡
写真及びその模式図である図２（Ｂ）に示されるように
β相１をめっき層表面近傍に偏析させることにより、耐
食性とりん酸塩処理性とを改善する技術が開示されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の（１）
乃至（３）に開示される技術による場合、亀甲模様が微
細化しあるいは窪みが小さくなることにより、亀甲模様
が目立ち難くなるものの、めっき層表面には依然として
亀甲模様が存在しており、また光沢は改善されていな
い。

【００１１】また、（４）に開示される技術には、亀甲
模様や光沢についての言及がない。本発明者等が調査し
たところ、めっき層に亀甲模様があり、平滑性や光沢が
劣っていた。

【００１２】本発明は、前記した事情を勘案してなされ
たものであり、表面が平滑で光沢の優れる溶融Ｚｎ−Ａ
ｌ系合金めっき鋼板を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、めっき層
のβ相の存在状態がめっき鋼板の品質に大きく影響する
点に着目して、めっき層のβ相の存在状態とめっき品質
との関係について鋭意検討した。その結果、めっき表層
にβ相をリッチ化し、更にβ相を直接めっき層表面に露
出させることにより、めっき層の表面光沢の向上と亀甲
模様の解消ができることに加えて耐食性をより向上でき
ることを知見した。

【００１４】本発明はこの知見に基づくものであり、そ
の特徴とする構成は、Ａｌを２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下
含む溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板であって、めっき
層表面にβ相が露出しており、めっき層の表層が連続し
たβ相、下層が共晶相からな る表面が平滑で光沢の優れ
る溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板である。

【００１５】本発明の溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板
の限定理由について説明する。本発明の鋼板のめっき層
の状態を従来技術によるめっき層の状態と対比して図１
および図２により説明する。

【００１６】図１は、６００倍の走査型電子顕微鏡によ
るめっき層組織の写真であり、左側の写真はめっき層の
断面組織を示す写真、右側の写真はめっき層の表面組織
を示す写真である。図１において、（Ａ）、（Ｂ）は従
来技術に見られるめっき鋼板のめっき層組織の顕微鏡写
真、（Ｃ）はめっき層表面にβ相が露出しているめっき
層組織の顕微鏡写真（参考図）、（Ｄ）、（Ｅ）は本発
明のめっき鋼板のめっき層組織の顕微鏡写真を示す。

【００１７】また、図２（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図
１（Ａ）〜（Ｅ）に対応するめっき層組織のβ相、共晶
相を模式化して示した図である。

【００１８】図１、図２において、１はβ相、２は共晶
相、３は母材の鋼板である。また、図１（Ａ）、（Ｂ）
の表面組織は全面共晶相、図１（Ｅ）の表面組織は全面
β相であるので、これらについては、図２の表面組織の
模式図は示してない。

【００１９】図１（Ａ）、図２（Ａ）の場合、既に説明
したように、めっき層内部にβ相が存在しており、めっ
き層の表層部には共晶相のみが存在し、β相は認められ
ない。

【００２０】図１（Ｂ）、図２（Ｂ）の場合、めっき層
の表層部にβ相が偏析して存在する。しかし、表面組織
によると、めっき層の表面にβ相が露出していない。こ
れは、表面近傍に薄い共晶相の皮膜が存在しているため
と考えられる。

【００２１】図１（Ｃ）、図２（Ｃ）の場合、めっき層
の表層部におけるβ相の偏析がより明瞭である。表面組
織によると、めっき層表面に、β相が露出しているがそ
の露出面積率は低い。

【００２２】図１（Ｄ）、図２（Ｄ）の場合、めっき層
の表層部におけるβ相の偏析がより明瞭であり、表面に
近づくに従いβ相が占める比率が増大している。表面組
織によると、めっき層表面のβ相の露出面積率は更に高
くなっており、β相は連続している。

【００２３】図１（Ｅ）、図２（Ｅ）の場合、めっき層
表層部のβ相の偏析が顕著であり、めっき層表面のβ相
の露出面積率は１００％若しくはそれに近い状態になっ
ている。

【００２４】本発明のめっき鋼板のめっき層は、β相が
表層部に偏析していることに加えて、その表面にβ相が
露出しており、めっき層の表層でβ相が連続している点
に特徴がある。

【００２５】めっき層表面にβ相が露出し、めっき層の
表層が連続したβ相であることにより、表面の光沢や平
滑性が優れる。表面にβ相が露出し、めっき層の表層が
連続したβ相であることにより、表面の光沢や平滑性が
優れる理由については、必ずしも明確ではないが、初晶
相であるβ相が表面に晶出したことにより、共晶相形成
時の結晶粒の収縮が緩和されて粒界の窪みが目立ちにく
くなったこと、及びめっき層の表面に、亜鉛により近い
性質を持つβ相が露出し、めっき層の表層が連続したβ
相であることにより、表面の性質が亜鉛めっきに近い性
質になったことに加えて、初晶のβ相が存在したため後
れて晶出した共晶層の表面状態が変化して共晶相による
光沢低下が緩和されたことによるのではないかと考えら
れる。

【００２６】また、下層に連続した共晶相が形成されて
いるので、耐食性に優れる。めっき層の表層が連続した
β相の場合、β相の表層部への偏析がより促進されて偏
平率の高いβ相となるため、下層に形成される連続した
共晶層がより厚くなるので、耐食性がより向上する。

【００２７】めっき層中にＡｌを２ｗｔ％以上６ｗｔ％
以下含む必要がある。Ａｌが２ｗｔ％未満の場合、β相
の体積分率が増加して共晶相が連続化できず、一部β相
が鋼板界面に達するようになるため耐食性が低下する。

【００２８】また、Ａｌが６ｗｔ％を超えるとβ相が消
失し、本発明の特徴であるめっき層の表層部にβ相が偏
析し、かつ表面にβ相が露出し、めっき層の表層が連続
したβ相であるめっき層を形成できなくなる。

【００２９】なお、めっき層の性状を調整するために、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｐｂ等の成分元
素を添加する場合がある。本発明のＺｎ−Ａｌ系合金め
っきには、前記目的ための成分元素を１ｗｔ％を超えな
い範囲で添加したものを含む。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明のＺｎ−Ａｌ系合金めっき
のめっき原板となる鋼板に特に制限はなく、常法により
製造した冷延鋼板や酸洗して脱スケールした熱延鋼板を
使用することができる。冷間圧延後に連続焼鈍、調質圧
延を施した鋼板であってもよい。

【００３１】本発明の溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板
は、常用される溶融亜鉛めっき設備を利用して、溶融め
っき浴成分をＡｌを２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下含む溶融
Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき浴により鋼板に浸漬めっきを施
して製造する。めっき層の性状を調整するために、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｐｂ等の成分元素
を１ｗｔ％を超えない範囲で添加してもよい。

【００３２】浸漬めっきに際して、めっき浴温度を４２
０〜５００℃、めっき浴侵入鋼板温度を６５０℃以下と
し、十分な浸漬時間を確保してめっきを行い、めっきし
た鋼板に空気吹き付けて急速に冷却する。

【００３３】なお、前記したような十分な浸漬時間を確
保しためっきと、めっき後の鋼板を空気吹き付けにより
急速に冷却することにより、本発明の構成のめっき層が
形成される理由については必ずしも明確ではないが、め
っき浴における浸漬時間を十分にとったことにより、鋼
板界面において極薄い合金層が形成されて、鋼板界面近
傍でのアルミニウムの濃度低下や前記合金層を通過して
鋼板からめっき層中への鉄の拡散等の結果、溶融状態の
めっき層の厚さ方向で、めっき成分組成の不均一化が起
こっており、この状態からめっき層が急冷、凝固された
際、めっき層表層部においてβ相が偏析することに加え
て、めっき層表面で初晶相であるβ相が極めて析出しや
すくなったことによるのではないかと考えられる。

【００３４】また、冷却後、必要に応じて、レベラーや
スキンパスによる形状矯正や表面調整やクロメート処
理、塗油を施してもよい。

【００３５】

【実施例】以下に実施例を示す。溶融亜鉛めっき設備
で、めっき原板として板厚０．８ｍｍの低炭素鋼板を、
表１に記載の成分組成のＡｌ及び０．０１ｗｔ％のミッ
シュメタルと残部がＺｎ及び不可避不純物からなるめっ
き浴（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３７）及びこのめっき浴に更に
微量のＭｇ又はＴｉを添加しためっき浴（Ｎｏ．３８、
Ｎｏ．３９）に浸漬して合金めっきを行った後、めっき
付着量を１４０ｇ／ｍ2 に調整後冷却してめっき鋼板を
製造した。その際に、鋼板の走行速度を変更してめっき
浸漬時間、めっき後の鋼板に吹き付ける冷却用空気流量
を変更することによって、鋼板のめっき浴浸漬時間を１
〜６０秒、めっき後の鋼板の冷却速度を３〜３０℃／秒
の範囲で調整して、めっき層のβ相の偏析状態、めっき
層表面へのβ相の露出面積率の異なるめっき鋼板を製造
した。めっき浴成分組成以外のめっき条件についても表
１に記載する。

【００３６】

【表１】

【００３７】得られためっき鋼板について、めっき層構
造、めっき層のβ相の偏平率、めっき層表面のβ層の露
出面積率、表面光沢、表面平滑性、耐食性を調査した。

【００３８】めっき層表面のβ相の露出面積率は、試験
片のめっき層表面を６００倍に拡大し、その表面組織を
観察し、画像解析により測定した。

【００３９】めっき層構造は、めっき層断面をバフ研磨
して鏡面に仕上げた後、１％ナイタール腐食液によりエ
ッチング処理を施した後β相の偏析状態を顕微鏡観察す
るとともに、めっき層表面へのβ相の露出状態の顕微鏡
観察結果を考慮して、その結果に応じて下記のＡ〜Ｅに
より評価した。

【００４０】Ａ：図１（Ａ）に見られるように、β相が
めっき層内部に認められ、表層部に偏析が認められない
もの。

【００４１】Ｂ：図１（Ｂ）に見られるように、β相が
めっき層の表層部に偏析しているが、表面に露出してい
ないもの。

【００４２】Ｃ：図１（Ｃ）に見られるように、β相が
めっき層の表層部に偏析し、かつ表面にも露出している
もので、露出面積率が６０％未満のもの。

【００４３】Ｄ：図1 （Ｄ）に見られるように、めっき
層の表層部におけるβ相の偏析がより明瞭であり、表面
に近づくに従いβ相が占める比率が増大しており、更に
めっき層の表面に露出したβ相が連続しており、β相の
露出面積率が６０％以上９５％未満のもの。

【００４４】Ｅ：図1 （Ｅ）に見られるように、めっき
層の表層部におけるβ相の偏析が顕著であり、めっき層
の表面に露出したβ相が連続しており、β相の露出面積
率が９５％以上のもの。

【００４５】また、めっき層断面のβ相の偏析状態につ
いて、β相結晶のめっき層表面と平行な方向の寸法
（ａ）とめっき層の厚さ方向の寸法（ｂ）との比（ａ／
ｂ）から求めたβ相偏平率により評価した。めっき層構
造が評価Ｅのものはβ相がほぼ連続層となり、偏平率の
測定ができなかったので、表２にはその値を記載してな
い。

【００４６】表面光沢は、ＪＩＳ−Ｚ８７４１に規定さ
れる光沢度測定方法に準じて、試験片光沢を入射角２０
°で測定し、従来法に対応する比較例Ｎｏ．１の光沢値
を基準にして、この光沢値を１とした場合について相対
比較で評価した。

【００４７】表面平滑性は、触針式表面粗さ計により表
面粗さＲｍａｘを測定して評価した。

【００４８】耐食性は、ＪＩＳ−Ｚ２３７１に規定され
る塩水噴霧試験を行い、赤錆が発生するまでの時間によ
り評価した。

【００４９】調査結果を表２に示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】めっき層のＡｌ濃度が本発明の範囲内にあ
るＮｏ．１〜Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３８、Ｎｏ．３９につ
いて比較した場合、めっき層の表面にβ層が露出し、め
っき層の表層が連続したβ相である本発明例は、比較例
および参考例に比べて光沢が優れ、また表面粗さが小さ
く表面平滑性に優れる。また、β相偏平率が３．１以上
であり、下層の連続した共晶相の厚さがより厚くなるた
め、塩水噴霧試験による耐食性が６００時間以上となり
耐食性がより優れる。

【００５２】めっき層のＡｌ濃度が本発明の範囲を下回
るＮｏ．３４、Ｎｏ．３５は、β相の体積分率が増大
し、鋼板との界面に達するβ相が存在するようになるた
め、耐食性が劣る。

【００５３】めっき層のＡｌ濃度が本発明の範囲を上回
るＮｏ．３６、Ｎｏ．３７は、めっき層の表面にβ相が
形成されないため、光沢、表面平滑性が劣る。

【００５４】

【発明の効果】本発明の溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼
板は、耐食性に加えて、表面光沢、平滑性に優れるの
で、裸使用の場合良好な外観を呈し、塗装使用の場合塗
装外観の優れた塗装鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】めっき層の断面組織、表面組織を示す図面代用
の顕微鏡写真。

【図２】図１に示した顕微鏡写真のめっき層組織を説明
するための模式図。

【符号の説明】

１ β相 ２ 共晶相 ３ 鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−110860（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌを２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下含む溶
   融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板であって、めっき層表面
   にβ相が露出しており、めっき層の表層が連続したβ
   相、下層が共晶相からなることを特徴とする表面が平滑
   で光沢の優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板。