JP3399895B2 - 高耐食性を有する溶融めっき鋼線及びその製造方法 - Google Patents
高耐食性を有する溶融めっき鋼線及びその製造方法Info
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Description
のかごマット、魚網等の屋外に暴露して使用する鋼線の
耐食性を高めたメッキ鋼線に関するものである。
れよりも耐食性にすぐれた亜鉛−アルミニウム合金メッ
キ鋼線が使用されている。この亜鉛−アルミニウム合金
メッキ鋼線は、一般に、鋼線を洗浄、脱脂等により清浄
化処理し、次いでフラックス処理を行った後、第1段と
して亜鉛を主体とする溶融メッキを施し、次いで第2段
としてAl添加量10%のZn−Al合金浴にて溶融メ
ッキするか、または、直接Al添加量10%のZn−A
l合金浴でメッキし、メッキ浴から垂直に引き上げて、
冷却後、巻き取ることで作られる。
関し、耐食性をより高くするためには、メッキ厚を厚く
する方法がある。メッキ厚を確保するためには、鋼線の
移動速度(線速)を上げてメッキ浴から高速で引き上げ
ることにより、溶融メッキ合金の粘性により線材に付着
するメッキ合金量を増やす方法がある。しかし、高速化
によりメッキ鋼線の長手方向に直角の断面においてメッ
キ厚みの不均一が生じやすくなるため、生産設備上限界
が生じる。
や、Zn−Al合金による溶融メッキは耐食性が十分と
はいえず、メッキ鋼線の長寿命化の要望が強い今日、要
求を完全に満足させ得ないという問題があった。メッキ
浴中にMgを添加した耐食性が高いZn−Al−Mg合
金系メッキ組成が特開平10−226865に提案され
ているが、この方法は鋼板用の薄目付けを前提としてお
り、これをかごマットに代表される厚メッキ鋼線に適用
した場合、メッキ後の鋼線の加工時に割れが発生すると
いう問題があった。また、特開平7−207421には
Zn−Al−Mg合金メッキを厚目付する方法が記され
ているが、これをそのまま適用した場合にFe−Zn合
金層が厚くなり鋼線の加工時に合金層が割れ、剥離を起
こすという問題があった。
微少な凹凸が生じた場合、表面積が増加により耐食性が
低下するため、表面粗度を可能な限り小さくすることを
行ってきた。このメッキ線を護岸工事などに使用した場
合、施工後にメッキ鋼線上に人が乗った場合などには滑
りやすく安全上の問題があるとされてきた。
解決するためになされたもので、高耐食性を有し、摩擦
特性に優れた溶融めっき鋼線とその製造方法を提供する
ことを目的とする。
りである。 (1)鋼線表面に平均組成が重量%でAl:4〜20
%、Mg:0.8〜5%、残部Znからなるメッキ合金
を有するメッキ鋼線において、該メッキ表面の円周方向
の粗度の最大値Rmaxが60〜300μmで、かつメ
ッキ−地鉄界面に20μm以下のFe−Zn合金層を有
することを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れたメ
ッキ鋼線。
Si:2%以下を含むことを特徴とする上記(1)記載
の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線。 (3)前記メッキ合金が、重量%で、更にナトリウム:
0.001〜0.1%を含むことを特徴とする上記
(1)または(2)記載の高耐食性を有し加工性に優れ
たメッキ鋼線。
Ti:0.01〜0.1%を含むことを特徴とする上記
(1)〜(3)のいずれかの項に記載の高耐食性を有し
加工性に優れたメッキ鋼線。 (5)メッキ鋼線において、メッキ−地鉄界面に存在す
るFe−Zn合金層中にAl:4%以上、Mg:1%以
上が含まれることを特徴とする上記(1)〜(4)のい
ずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッ
キ鋼線。
面に存在するFe−Zn主体の合金層の外側のメッキ層
中にAl−Znを主成分とするα相とZn単相又はMg
−Zn合金相からなるβ相およびZn/Al/Zn−M
g三元共晶相のそれぞれが存在する事を特徴とする上記
(1)〜(5)のいずれかの項に記載の高耐食性を有し
加工性に優れたメッキ鋼線。
面に存在するFe−Zn主体の合金層の外側のメッキ相
中にAl−Znを主成分とするα相とZn単相又はMg
−Zn合金相からなるβ相およびZn/Al/Zn−M
g三元共晶相のそれぞれが存在し、β相の体積率が20
%以下からなることを特徴とする上記(1)〜(6)の
いずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメ
ッキ鋼線。
面に存在するFe−Zn主体の合金層の外側のメッキ層
がデンドライト組織である事を特徴とする上記(1)〜
(5)のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に
優れたメッキ鋼線。 (9)メッキ鋼線を製造する際に、第1段として亜鉛を
主体とする溶融メッキを施し、次いで第2段として溶融
亜鉛合金の平均組成が上記(1)〜(4)のいずれかの
項に記載のメッキ組成であることを特徴とする上記
(1)〜(8)のいずれかの項に記載の高耐食性を有し
加工性に優れたメッキ鋼線製造方法。
段として重量%でAl:3%以下、Mg:0.5%以下
を含む溶融亜鉛メッキを施し、次いで第2段として溶融
亜鉛合金の平均組成が上記(1)〜(4)のいずれかの
項に記載のメッキ組成であることを特徴とする上記
(1)〜(8)のいずれかの項に記載の高耐食性を有し
加工性に優れたメッキ鋼線製造方法。
融メッキを施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッ
キを行うメッキ鋼線製造工程において、メッキ鋼線をメ
ッキ合金から引き上げる部分を窒素ガスによりパージ
し、浴表面およびメッキ鋼線の酸化を防止することを特
徴とする上記(9)または(10)に記載の高耐食性を
有し加工性に優れたメッキ鋼線製造方法。
融メッキをメッキ浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで
第2段として溶融亜鉛合金メッキをメッキ浴浸漬時間2
0秒以下で行うことを特徴とする上記(9)〜(11)
のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた
メッキ鋼線製造方法。 (13)第1段として亜鉛を主体とする溶融メッキを施
し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッキを行うメッ
キ鋼線製造工程において、メッキ鋼線をメッキ合金から
引き上げた直後に水スプレーまたは気水噴霧または水流
による直接水冷により、メッキ合金を凝固させることを
特徴とする上記(9)〜(12)のいずれかの項に記載
の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線製造方法。
融メッキを施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッ
キを行うメッキ鋼線製造工程において、メッキ鋼線を冷
却する際に冷却開始温度をメッキ合金の融点から融点+
20℃とすることを特徴とする上記(9)〜(13)の
いずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメ
ッキ鋼線製造方法。
で、C:0.02〜0.25%、Si:1%以下、M
n:0.6%以下、P:0.04%以下、S:0.04
%以下であることを特徴とする上記(9)〜(14)の
いずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメ
ッキ鋼線製造方法。 (16)メッキ鋼線の鋼の成分が重量%で、C:0.0
2〜0.25%、Si:1%以下、Mn:0.6%以
下、P:0.04%以下、S:0.04%以下であるこ
とを特徴とする請求項9〜14のいずれかの項に記載の
高耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線製造方法。 (17)上記(1)〜(8)のいずれかの項に記載のメ
ッキ鋼線よりなる耐滑り性の大きい金網およびかごマッ
ト。
本発明においてメッキ合金の平均組成は重量%でAl:
4〜20%、Mg:0.8%〜5%、残部Znとしてい
る。Alは耐食性を高める効果があり、4%未満では効
果がなく、メッキ浴中に存在するとMgの酸化防止効果
が得られない。また、Alを20%を越えて添加した場
合、形成されるメッキ合金が硬く脆くなるため加工が行
えない。そのため、メッキ合金中のAlの範囲は4〜2
0%とする。鋼線のメッキの場合、厚目付を行うため、
望ましくは9〜14%とすることで安定したメッキ層を
得ることができる。
し、腐食生成物がMgを含有すると腐食の進行を妨げ、
耐食性を向上する作用がある。Mg添加量が0.8%未
満では耐食性向上の効果を得ることができない。5%を
越えるとメッキ浴表面に酸化物を生成しやすくドロスを
大量に発生して操業が困難になる。図1はZn−10%
Al合金にMgを添加した場合のMg添加量とメッキ浴
表面に発生したドロス発生量の指標の関係を示したもの
である。Mg量以外の条件は同じである。Mg量が5%
を越えるとドロス発生量が多くなり、ドロス除去の頻度
が高くなり、操業が困難になった。耐食性とドロス発生
量の両立のため、Mgは0.8%〜5%とする。メッキ
−地鉄界面には、Fe−Znを主とする合金層が形成さ
れるが、この合金層が厚い場合に合金層が割れたり合金
層と地鉄界面または合金層とメッキ界面が割れやすくな
る。図2は、Zn−10%Al−1%Mg合金メッキの
場合の合金層厚みと巻き付け加工時の割れ個数の関係を
示したものである。メッキ合金層の厚みが20μmを越
えると割れが多くなりメッキとしては実用に耐えない。
加工性を損なわない上限が20μmであるため、Fe−
Zn合金層の厚みは20μm以下とする。
げるためにSiを添加することも有効である。Siの添
加はAl添加量が多い場合多い方が有効である。本発明
のAl添加量の最大値20%の場合、Siの効果が得ら
れる最大量が2%であるため、Siの範囲は2%とし
た。さらに、メッキを行う際のメッキ浴表面にはドロス
が生成するが、微量のNa添加がドロス生成抑制に有効
である。ドロス生成抑制によりメッキ表面の改善が図ら
れ、メッキ合金の歩留まり向上効果も得られる。Naが
0.1%を越えるとNaの酸化が起きるため、Naの範
囲を0.001〜0.1%とした。また、ドロス生成抑
止にはTi添加も効果があり、その有効な範囲は0.0
1〜0.1%である。
ン、ミッシュメタルなどを添加するとメッキの表面性状
改善効果が得られる。これまで述べてきたメッキ鋼線に
おいて、メッキ−地鉄界面に存在するFe−Zn合金層
中にAl:4%以上、Mg:1%以上が含まれることに
より耐食性が向上する。合金層中にはAlが4%以上で
は耐食性が向上効果が得られないため、Alの範囲は4
%以上とする。また、Mg添加により腐食生成物が均一
に生成するが1%未満では効果が得られないため、Mg
の量は1%以上とする。
gを成分とするため、メッキ後の冷却により、メッキ地
鉄界面に存在する合金層の外側のメッキ層中にAl−Z
nを主成分とするα相とZn単相又はMg−Zn合金相
からなるβ相およびZn/Al/Zn−Mg三元共晶相
を共存させることができる。このうちZn/Al/Zn
−Mg三元共晶相が存在することにより、腐食生成物の
均一生成と腐食生成物による腐食の進展防止効果が得ら
れる。また、β相は、ほかの相と比較して耐食性が劣る
ため、局所的な腐食を招きやすい。その体積率が20%
を越えると耐食性の低下を招くため、その体積率は20
%以上とする。
と、メッキ地鉄界面に存在するFe−Zn主体の合金層
の外側のメッキ層がデンドライト組織とすることができ
る。デンドライト組織にした場合、メッキ中に生成する
各組織が細かくなり、耐食性が向上する。本発明のメッ
キ鋼線を得るための方法として、2段メッキ法がある。
第1段として亜鉛を主体とする溶融メッキを施しFe−
Zn合金層を形成し、次いで第2段として溶融亜鉛合金
の平均組成を本発明範囲とすることでこれまで述べてき
たメッキ鋼線を効率的に得られる。第1段目の溶融亜鉛
合金としては、重量%でAl:3%以下、Mg:0.5
%以下を含むことも可能である。第1段目でFe−Zn
合金層を得る場合、Al,Mgを含むと合金層中にA
l,Mgが入りやすくなる効果がある。
キ合金から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、
浴表面およびメッキ鋼線の酸化を防止することで加工性
の向上が図られる。メッキ直後にメッキ表面に酸化物が
生成あるいは浴表面に生成した酸化物が付着した場合、
加工時に酸化物を核としてメッキが割れることがある。
そのため、取り出し部の酸化防止は重要である。図3は
Zn−10%Al−3Mgのメッキ合金組成のメッキ鋼
線について、断気の有無で巻き付け試験時の表面割れを
比較したものである。断気しない場合、表面に割れが許
容限界を超えて発生する。酸化防止には、窒素のほかに
アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いることも可
能であるがコストの面からは窒素がもっとも優れる。
に、メッキ合金の成長を適切にするには、第1段として
亜鉛を主体とする溶融メッキをメッキ浴浸漬時間20秒
以下で施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッキを
メッキ浴浸漬時間20秒以下で行うことが必要である。
これより長い時間でメッキを行うと合金層の厚みが厚く
なり、20ミクロンを越えてしまうため、第1段として
亜鉛を主体とする溶融メッキをメッキ浴浸漬時間20秒
以下で施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッキを
メッキ浴浸漬時間20秒以下で行う。図4は、1段目の
Znメッキ(浸漬時間20秒)によってFe−Zn合金
層厚みを15μm形成したZnメッキ線に浴組成Zn−
10%Al−1%Mgのメッキを施した場合のメッキ浴
浸漬時間とFe−Zn合金層厚みの関係を示したもので
ある。2段目の合金メッキにおいて、合金層の厚みはメ
ッキ合金浴浸漬時間が20秒以下であれば成長が少な
く、合金層厚みが20μm以下となる。
している状態から早く冷却することにより、各相が成長
することなく凝固させるためメッキ組織を微細化する事
ができる。さらに冷却を強くすることによりメッキ合金
の凝固組織としてデンドライトが形成される。その方法
としてはメッキ鋼線をメッキ合金から引き上げた直後に
水スプレーまたは気水噴霧または水流による直接水冷に
より、メッキ合金を凝固させる。
溶融状態にあるうちから冷却を開始することが必要であ
る。空冷などにより凝固してしまうと各相が凝固中に成
長し粗大な組織となる。そのため、冷却開始温度はメッ
キ合金の融点以上が必要である。さらに粘性の低い高温
の溶融メッキに冷却水が当たるとメッキ表面が粗くなる
ため上限を融点+20℃とする。
で、C:0.02〜0.25%、Si:1%以下、M
n:0.6%以下、P:0.04%以下、S:0.04
%以下とする。Cは鋼の強度を決定する元素であり、通
常のメッキ鋼線の強度を実現するためには0.02%以
上必要である。また、0.25%を超えると強度が高く
なりすぎて、かごマットなどに使用する際の施工時に人
間の力で曲げることができなくなるため、0.25%以
下とする。Siはメッキ付着性を向上させる効果がある
と同時に強度を上げる効果がある。Siが1%を超えて
存在すると強度が上がりすぎるため、上限を1%とす
る。Mnは鋼の靱性を上げる効果があると同時に強度を
上げる効果がある。Mnが0.6%を超えて存在すると
強度が上がりすぎるため、上限を0.6%とする。P,
Sは鋼の脆化等を引き起こすため、上限を0.04%と
する。
と実質的な表面積が大きくなり、腐食量が増加してしま
う。そのため、DIN4768:05.90に基づきメ
ッキ線の全周について凹凸を測定した粗さプロファイル
から本来の表面に相当する円周線を抽出し、その円周線
からの最大粗さ(Rmax)を測定し検討した結果Rm
axが300μm以下であれば、本発明のメッキ鋼線で
は耐食性に影響がないことが確認された。また、Rma
xが60μm以上であれば、十分な摩擦が得られること
が判明した。なお、このメッキ組成および製造方法を、
板、形鋼など他の鋼材製品に適用しても同様に高耐食性
が得られる。
表面に純Znメッキを施した4mm径の鋼線に、表1に示
す条件にてZn−Al−Mg系亜鉛合金メッキを施し評
価した。比較としてメッキ組成、Fe−Zn合金層組織
およびメッキ組織を変えたものを同様に評価した。
磨後EPMAにて観察した。合金層の組成分析はビーム
径を2μmとして定量分析を行った。耐食性は、250
時間の連続塩水噴霧にて試験前後の重量差から単位面積
あたりメッキが腐食された量を腐食減量とした。本試験
では20g/m2 以下を合格として合否を判定した。
径の鋼線に6回巻き付け、その表面を目視観察により割
れの有無を判定した。また、割れ判定後のサンプルにセ
ロハンテープを張り付けた後に、はがした際にメッキの
剥離の有無を観察し、割れが1本以下、剥離がないこと
を合格の条件とした。表1にメッキ組成、合金層組成お
よび厚みメッキの組織およびβ相体積率と耐食性、加工
性、メッキ浴のドロス生成との関係を示す。本発明例は
いずれも良好な耐食性、加工性を示し、ドロス生成も少
なかった。比較例の1〜5はメッキ合金組成が本発明範
囲外のものである。比較例1,2はAlまたはMg合金
量が下限より低く耐食性が劣る。比較例3−5はAlま
たはMg合金量が上限より高く加工性が劣り、メッキ浴
のドロスの生成が多く操業に支障を来す。比較例の6,
7はメッキ合金層の厚みが本発明の範囲外の場合であ
り、加工性が劣る結果となった。比較例の8〜10は、
メッキ組織中のβ相が本発明の範囲外であり、耐食性が
劣る。
耐食性および加工性の関係をZn−10%Al−3%M
gについて示したものである。本発明範囲のものは良好
な結果を示す。図5は、表面粗度と摩擦の関係を示した
ものである。摩擦係数は、メッキ線を一直線に固定し安
全靴の底を線に沿って移動させたときの動摩擦係数を測
定している。従来の表面が平滑なものに対して1.4倍
以上の摩擦係数があると耐すべり性は十分である。
キ装置を用いた場合、高耐食性を有する加工性に優れた
亜鉛合金メッキ鋼線を得ることができる。
図。
係を示す図。
関係を示す図。
厚との関係を示す図。
Claims (17)
- 【請求項1】 鋼線表面に平均組成が重量%でAl:4
〜20%、Mg:0.8〜5%、残部Znからなるメッ
キ合金を有するメッキ鋼線において、該メッキ表面の円
周方向の粗度の最大値Rmaxが60〜300μmで、
かつメッキ−地鉄界面に20μm以下のFe−Zn合金
層を有することを特徴とする高耐食性を有し加工性に優
れたメッキ鋼線。 - 【請求項2】 前記メッキ合金が、重量%で、更にS
i:2%以下を含むことを特徴とする請求項1記載の高
耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線。 - 【請求項3】 前記メッキ合金が、重量%で、更にナト
リウム:0.001〜0.1%を含むことを特徴とする
請求項1または2記載の高耐食性を有し加工性に優れた
メッキ鋼線。 - 【請求項4】 前記メッキ合金が、重量%で、更にT
i:0.01〜0.1%を含むことを特徴とする請求項
1〜請求項3のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加
工性に優れたメッキ鋼線。 - 【請求項5】 メッキ鋼線において、メッキ−地鉄界面
に存在するFe−Zn合金層中にAl 4%以上、Mg
1%以上が含まれることを特徴とする請求項1〜請求
項4のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優
れたメッキ鋼線。 - 【請求項6】 メッキ鋼線において、メッキ地鉄界面に
存在するFe−Zn主体の合金層の外側のメッキ層中に
Al−Znを主成分とするα相とZn単相又はMg−Z
n合金相からなるβ相およびZn/Al/Zn−Mg三
元共晶相のそれぞれが存在する事を特徴とする請求項1
〜請求項5のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工
性に優れたメッキ鋼線。 - 【請求項7】 メッキ鋼線において、メッキ地鉄界面に
存在するFe−Zn主体の合金層の外側のメッキ相中に
Al−Znを主成分とするα相とZn単相又はMg−Z
n合金相からなるβ相およびZn/Al/Zn−Mg三
元共晶相のそれぞれが存在し、β相の体積率が20%以
下からなることを特徴とする請求項1〜請求項6のいず
れかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ
鋼線。 - 【請求項8】 メッキ鋼線において、メッキ地鉄界面に
存在するFe−Zn主体の合金層の外側のメッキ層がデ
ンドライト組織である事を特徴とする請求項1〜請求項
5のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れ
たメッキ鋼線。 - 【請求項9】 メッキ鋼線を製造する際に、第1段とし
て亜鉛を主体とする溶融メッキを施し、次いで第2段と
して溶融亜鉛合金の平均組成が請求項1〜請求項4のい
ずれかの項に記載のメッキ組成であることを特徴とする
請求項1〜請求項8のいずれかの項に記載の高耐食性を
有し加工性に優れたメッキ鋼線製造方法。 - 【請求項10】 メッキ鋼線を製造する際に、第1段と
して重量%でAl:3%以下、Mg:0.5%以下を含
む溶融亜鉛メッキを施し、次いで第2段として溶融亜鉛
合金の平均組成が請求項1〜請求項4のいずれかの項に
記載のメッキ組成であることを特徴とする請求項1〜請
求項8のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に
優れたメッキ鋼線製造方法。 - 【請求項11】 第1段として亜鉛を主体とする溶融メ
ッキを施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッキを
行うメッキ鋼線製造工程において、メッキ鋼線をメッキ
合金から引き上げる部分を窒素ガスによりパージし、浴
表面およびメッキ鋼線の酸化を防止することを特徴とす
る請求項9または請求項10に記載の高耐食性を有し加
工性に優れたメッキ鋼線製造方法。 - 【請求項12】 第1段として亜鉛を主体とする溶融メ
ッキをメッキ浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで第2
段として溶融亜鉛合金メッキをメッキ浴浸漬時間20秒
以下で行うことを特徴とする請求項9〜請求項11のい
ずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッ
キ鋼線製造方法。 - 【請求項13】 第1段として亜鉛を主体とする溶融メ
ッキを施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッキを
行うメッキ鋼線製造工程において、メッキ鋼線をメッキ
合金から引き上げた直後に水スプレーまたは気水噴霧ま
たは水流による直接水冷により、メッキ合金を凝固させ
ることを特徴とする請求項9〜請求項12のいずれかの
項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線製
造方法。 - 【請求項14】 第1段として亜鉛を主体とする溶融メ
ッキを施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金メッキを
行うメッキ鋼線製造工程において、メッキ鋼線を冷却す
る際に冷却開始温度をメッキ合金の融点から融点+20
℃とすることを特徴とする請求項9〜請求項13のいず
れかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ
鋼線製造方法。 - 【請求項15】 メッキ鋼線の鋼の成分が重量%で、
C:0.02〜0.25%、Si:1%以下、Mn:
0.6%以下、P:0.04%以下、S:0.04%以
下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項
に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線。 - 【請求項16】 メッキ鋼線の鋼の成分が重量%で、
C:0.02〜0.25%、Si:1%以下、Mn:
0.6%以下、P:0.04%以下、S:0.04%以
下であることを特徴とする請求項9〜14のいずれかの
項に記載の高耐食性を有し加工性に優れたメッキ鋼線製
造方法。 - 【請求項17】 請求項1〜8のいずれかの項に記載の
メッキ鋼線よりなる耐滑り性の大きい金網およびかごマ
ット。
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