JP3449244B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法Info
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Description
合金化処理性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造
方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、自動車用鋼板として、亜鉛系表面
処理鋼板、特に溶融亜鉛めっきした後、加熱してめっき
層をFe−Zn合金とする合金化処理を施した合金化溶
融亜鉛めっき鋼板が大量に使用されている。合金化溶融
亜鉛めっき鋼板は耐食性に優れ、溶接性や塗装性も良好
であるが、寒冷地などで自動車が走行中に、塗装された
合金化溶融亜鉛めっき鋼板に対して飛び石などによる衝
撃が塗装面に加えられると、めっき被膜が塗膜と共に剥
離し、素地鋼板を露出させることがある。この剥離はチ
ッピングと呼ばれ、低温であるほど塗膜の力がめっき皮
膜に大きく及ぶため、剥離径が大きくなる傾向がある。 【0003】チッピングが生じた部分は、局部腐食を生
じやすくなるため、耐チッピング性に優れた鋼板が望ま
れており、これまでにも耐チッピング性を向上させる技
術が開示されている。 【0004】特開平6−299314号公報において
は、めっき浴のAl濃度を0.105〜0.3%に高め
て溶融亜鉛めっきし、20℃/秒以上の加熱速度で合金
化温度に急速加熱して合金化させる耐低温チッピング性
に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が開示さ
れている。 【0005】特開平6−81099号公報には、Si:
0.05〜1.0%、P:0.007%以下の母材に、
めっき層のAlが0.2〜0.4%であり、めっき層と
の界面の母材の表面粗さが6.5μm以上であるめっき
層/鋼界面の密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板
が開示されている。また、特開平9−78214号公報
には、母材のSiが0.05〜0.20%、Pが0.0
1〜0.1%であり、めっき層と母材との界面に、Fe
−Al合金層がAlとして20mg/m2 以上富化した
耐低温チッピング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板
が開示されている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、以下のような問題がある。特開平6−81
099号公報、および、特開平9−78214号公報に
開示されている鋼板では母材鋼板にSiを含有させる必
要があるが、鋼板に必要な性能などの関係からSiを含
有させることができない場合などでは、上記の技術は適
用できない。 【0007】めっき浴のAl濃度を高めてめっきする方
法であれば、母材の化学組成を制限しなくても耐チッピ
ング性を向上させることができる。しかしながら単にめ
っき浴のAl濃度を高めるだけでは、めっき皮膜と鋼板
との界面にFe−Al合金層が過度に発達し、その後の
合金化処理時のFe−Zn合金化反応が阻害され、合金
化を完了させるのに必要な時間が長くなり、合金化溶融
めっき鋼板の生産性が損なわれるという問題がある。 【0008】本発明の目的はこれらの問題を解決し、母
材の化学組成の制約を受けず、さらに合金化処理性を低
下させることもなく耐チッピング性を向上させる効率的
な製造方法を提供することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の条
件で合金化溶融亜鉛めっきを施し、めっき条件と合金化
処理しためっき鋼板の塗装後の耐低温チッピング性との
関係を調査した。その結果、以下に記すような新たな知
見を得た。 【0010】Al濃度を高めためっき浴を用いてめっき
すると、めっき浴と母材との界面にFe−Al合金層が
形成される。この形成量が多い場合に低温チッピング性
が良好となる。 【0011】Fe−Al合金層の生成は、Al濃度:0.13%を
境にして大きく異なる。Al濃度が0.12%に満たない場合
には、Fe−Al合金層の生成量が僅かであるが、Al濃度が
0.13%以上になるとFe−Al合金層の生成速度が急増す
る。 【0012】他方、めっき浴に浸入する際の母材温度
(以下、「母材浸入材温」とも記す)もFe−Al合金
層の生成に大きく影響し、母材浸入材温が高くなるにつ
れてFe−Al合金層が急激に発達する。母材浸入材温
がFe−Al合金層の生成に影響するのは、めっき浴へ
の浸漬初期に生じるFe−Al合金層形成のためのAl
原子の拡散速度などが母材浸入材温の影響を受けて変化
するためと考えられる。 【0013】従って、耐低温チッピング性を向上させ、
かつ、生産性を阻害しない範囲の合金化速度を得るに
は、母材とめっき層との界面でのFe−Al合金層の発
達をある限度以内に抑制する必要がある。上述したよう
に、Fe−Al合金層の生成にはめっき浴のAl濃度と
母材浸入材温の双方が影響するため、これらの要因を同
時に管理するのがよい。 【0014】本発明者らの実験結果によれば、めっき浴
のAl濃度を0.13%以上にし、かつ、母材浸入材温Te
(℃) を、{600 −1000×Al (%) }の式から求められ
る値未満にしておけば、Fe−Al合金層の形成量が抑制で
き、合金化処理性を低下させることがないことが判明し
た。 【0015】本発明はこれらの新たに得られた知見を基
にして完成されたものであり、その要旨は下記の耐チッ
ピング性および合金化処理性に優れた合金化溶融亜鉛め
っき鋼板の製造方法にある。 【0016】母材を還元性雰囲気で焼鈍した後、400 ℃
以上で、かつ下記式から求められる限界温度 Te(℃) 未
満に冷却し、Alを有効Alとして0.13〜0.20重量%含有す
る溶融亜鉛めっき浴に浸漬してめっきし、次いで合金化
処理を施すことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板
の製造方法。 【0017】Te= 600−1000* Al ただし、Alはめっき浴の有効Al濃度 (重量%) を示し、
またAl=0.13%において461 ℃または462 ℃に冷却する
場合を除く。 【0018】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。なお、以下に記す%表示は重量%を意味す
る。 【0019】めっき母材としては、自動車用鋼板として
用いられる極低炭素鋼板、低炭素鋼板、高張力鋼板など
各種の冷間圧延鋼板が好適であるがこれに限定される必
要はなく、熱間圧延鋼板でも構わない。 【0020】母材は還元性雰囲気で焼鈍された後所定の
温度に冷却されてめっきされる。焼鈍雰囲気としては鋼
板が焼鈍温度に加熱された際に、鋼板表面の酸化物が還
元できるものであればよい。特に経済性に優れるので、
水素−窒素混合ガスが好適である。焼鈍温度に加熱され
るまでの間の雰囲気は、酸化性雰囲気または還元性雰囲
気のいずれでも構わない。母材は前記還元性雰囲気で母
材の再結晶温度以上に加熱して焼鈍される。 【0021】めっき浴のAl濃度は、有効Al濃度として0.
13%以上とする。めっき浴のAl濃度が0.13%に満たない
場合には、Fe−Al合金層の生成量が不足し、耐低温チッ
ピング性が好ましくないからである。ここで有効Al濃度
とは、めっき浴の全Al濃度から、ドロスや酸化物に含有
されるAlを除いたものである (以下、有効Al濃度を単に
「Al濃度」と記す) 。 【0022】他方、めっき浴のAl濃度が0.20%を
超えると、以下に述べるように侵入材温を低く制限して
もFe−Al合金層の生成が著しくなり、めっき後の合
金化速度が遅くなる。このため、めっき浴のAl濃度は
0.20%以下とする。好ましくは0.16%以下であ
る。 【0023】めっき浴に浸漬される母材の温度(浸入材
温)は、400℃以上とする。亜鉛の融点が420℃で
あるので、母材の温度が400℃に満たない場合には、
浸漬直後に鋼板上でめっき浴が凝固する恐れがあるので
よくない。良好な表面が得やすいので、好ましくは44
0℃以上とするのがよい。 【0024】生産性を阻害しない範囲の合金化速度を得
るには、母材とめっき層との界面のFe−Al合金層の
発達をある限度以内に抑制する必要がある。Fe−Al
合金層の形成量には、めっき浴のAl濃度と、母材のめ
っき浴への浸入材温双方が大きく影響するため、これら
の要因を同時に管理する必要がある。このため、母材の
浸漬温度は、めっき浴のAl濃度(重量%)との関係を
表す下記式から求められる限界温度Te(℃)未満とす
る。なお、この時の冷却手段は特に制限はなく、不活性
ガスまたは還元性ガス雰囲気において冷却ガスの吹き付
けなどによりおこなえばよい。 【0025】Te=600−1000* Al 本発明の製造方法においては、めっき浴のAl濃度と母
材の浸入温度とを上述の範囲に限定する以外は任意であ
り、公知の方法が適用できる。例えば、本発明の方法で
製造されるめっき鋼板の母材の種類は任意であり、例え
ば鋼種としては、極低炭素鋼、低炭素鋼、高張力鋼等が
適用できる。 【0026】めっき浴は、Znおよび上述の範囲のAl
を含有する溶融亜鉛めっき浴である。残部は不可避的不
純物としてもよいが、合金元素として、Pb、Sb、S
i、Fe、Sn、Mg、Mn、Ni、Cu、Li、Ti
およびミッシュメタルからなる群の内の1種以上を、そ
れぞれの元素の濃度として0.5%以下含有させても本
発明の目的は達成できる。この時のめっき浴温度は特に
制限はないが、めっきを容易にするために430〜50
0℃の範囲とするのがよい。 【0027】溶融めっき後は公知の方法でめっき付着量
を調整した後、合金化処理温度に加熱して合金化処理を
施す。合金化処理方法は任意であるが、例えば高周波誘
導加熱方式や燃焼ガス加熱方式などにより460〜60
0℃に加熱するのがよい。 【0028】 【実施例】表1に示す化学組成からなる、厚さ:0.8
mmの極低炭素鋼の冷延鋼板をNaOH水溶液中でアル
カリ洗浄し、溶融亜鉛めっきシミュレータを用いて還元
性雰囲気中で焼鈍した後冷却して溶融亜鉛めっきした。 【0029】 【表1】 【0030】焼鈍雰囲気は、水素10体積%、窒素90
体積%、露点−40℃であり、この雰囲気中で15℃/
秒で850℃に加熱した後、60秒間保持して還元焼鈍
し、次いで前記と同一の還元性雰囲気中で種々の温度に
冷却した。Al濃度を種々変更した460℃の亜鉛めっ
き浴に、上記母材を浸漬してめっきし、高圧ガスを吹き
付けて目付量を片面約50g/m2 に調整し、高周波誘
導加熱方式の合金化処理炉内で500℃にて種々の時間
合金化処理をおこなった。得られた鋼板を供試材として
以下の調査をおこなった。 【0031】合金化処理性:合金化処理した鋼板のめっ
き層を化学分析し、そのFe含有量が10%となるのに
要した時間(以下、単に「合金化時間」と記す)を求
め、この時間が20秒以内である場合を良好として合金
化処理性を評価した。 【0032】耐低温チッピング性:供試材から長さ:1
50mm、幅:70mmの試験片を切り出し、これに市
販の浸漬式リン酸処理液で下地処理した後、カチオン型
電着塗料による下塗り→中塗り→上塗り塗装の3コート
3ベーク塗装(合計乾燥膜厚100μm)を施して塗装
試験片を準備した。この塗装試験片を−20℃に冷却保
持し、グラベロ試験機にて直径4〜6mmの砂利石10
個を、2.0kg/cm3 の圧力空気により、衝突速度
100〜150km/時に加速して試験片表面に衝突さ
せ、剥離した塗膜片の10個の平均直径(平均剥離径)
を求め平均剥離径が4mm以下の場合を良好と判断して
耐低温チッピング性を評価した。 【0033】また、合金化処理前のめっき鋼板から得た
試験片について、発煙硝酸溶液にめっき層を溶解して亜
鉛層(η相)を除去した後、インヒビターを含有した1
0重量%の塩酸溶液でFe−Al合金層を溶解し、その
溶液を分析してFe−Al合金層のAl量を測定した。
表2にこれらの測定結果を示した。 【0034】 【表2】 【0035】表2に示されている結果からわかるよう
に、本発明の規定する範囲の条件で製造された鋼板は、
いずれもFe:10%となるのに要した合金化時間が2
0秒以内であり、チッピング試験における平均剥離径が
40mm以下と小さく良好であった。特に試験番号5、
6などのように、より好ましい条件でめっきした場合に
良好であった。 これに対し、めっき浴のAl濃度が低
すぎた試験番号11〜14では、合金化時間は短かった
が耐チッピング性が良くなかった。母材浸入温度が限界
温度を超えた試験番号4、7、8および10では合金化
処理に長時間を要し、好ましくないと判断された。めっ
き浴のAl濃度が高く、母材浸入温度も限界温度を超え
た試験番号15も合金化処理に長時間を要し、良くなか
った。また、表2からわかるように、Fe−Al合金層
のAl付着量は耐低温チッピング性や合金化速度と良好
な対応関係を有していた。 【0036】 【発明の効果】本発明の製造方法は、母材の化学組成の
制約を受けず、さらに合金化処理性を低下させることも
なく耐チッピング性を向上させることができる。このた
め、自動車車体用鋼板などに必要とされる、良好な母材
性能と優れた耐低温チッピング性を兼ね備えた鋼板を能
率良く製造できるので極めて経済性に優れた製造方法で
ある。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 母材を還元性雰囲気で焼鈍した後、400
℃以上で、かつ下記式から求められる限界温度 Te(℃)
未満に冷却し、Alを有効Alとして0.13〜0.20重量%含有
する溶融亜鉛めっき浴に浸漬してめっきし、次いで合金
化処理を施すことを特徴とする、合金層のFe%が10%に
至るまでの合金化処理時間を20秒以内に抑えることがで
き、同時に−20℃での耐チッピング試験における平均剥
離径を4.0mm 以下に抑えることができる耐チッピング
性および合金化処理性を改善した合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法。 Te= 600−1000* Al ただし、Alはめっき浴の有効Al濃度 (重量%) を示し、
また、母材がSi:0.02%以上を含む場合、またはAl=0.1
3%において460 ℃、461 ℃または462 ℃に冷却する場
合を除く。
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JP27471398A JP3449244B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 |
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