JP3737987B2 - 高耐食性を有し加工性に優れた溶融めっき鋼線 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は護岸工事、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めっき鋼線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
めっき鋼線として亜鉛めっき鋼線や、これよりも耐食性に優れた亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼線が使用されている。この亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼線は、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めっきを施し、次いで第2段としてAl添加量10%のZn−Al合金浴にて溶融めっきするか、または、直接Al添加量10%のZn−Al合金浴でめっきし、めっき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。
【0003】
この亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼線に関し、耐食性をより高くするためには、めっき厚を厚くする方法がある。めっき厚を確保するためには、鋼線の移動速度(線速)を上げてめっき浴から高速で引き上げることにより、溶融めっき合金の粘性により線材に付着するめっき合金量を増やす方法がある。しかし、高速化によりめっき鋼線の長手方向に直角の断面においてめっき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。そのため現行の製造装置による亜鉛めっきや、Zn−Al合金による溶融めっきは耐食性が十分とはいえず、めっき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。めっき浴中にMgを添加した耐食性が高いZn−Al−Mg合金系めっき組成が特開平10−226865号公報に提案されているが、この方法は鋼板用の薄目付を前提としており、これをかごマットに代表される厚めっき鋼線に適用した場合、めっき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07−207421号公報にはZn−Al−Mg合金めっき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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、護岸工事や魚網等の屋外に暴露して使用されるめっき鋼線について、より耐食性に優れ、且つ、加工性にも優れためっき鋼線およびその製造方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになしたもので、その発明の要旨は以下の通りである。
【0006】
(1) めっき鋼線において、めっき層の組成が質量%でAl:1〜20%、Ti:0.001%〜2%、Mg:0.14〜5%、残部Znからなり、めっき−地鉄界面に存在するFe−Zn金属間化合物(以下、合金層と称す)の厚みが20μm以下であり、めっき層、および合金層のいずれもが、ビッカース硬度で200以下であることを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
【0009】
(2) 前記めっき層の組成に加え、更に質量%でSi:0.01〜1.0%を含んだことを特徴とする上記(1)のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
【0010】
(3) 前記めっき層の組成に加え、更に質量%でLa、Se、またはBを0.01〜0.1%を含んだことを特徴とする上記(1)または(2)のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
【0011】
(4) 前記合金層中にAlが4%以上含まれることを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
【0012】
(5) 前記めっき鋼線の芯線の成分が質量%で、
C:0.02〜1.02%、
Si:1.3%以下、
Mn:0.9%以下、
P:0.04%、
S:0.04%以下
を含むことを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
【0013】
(6) 2段に分けてめっきを施すめっき鋼線の製造方法であって、第1段として亜鉛を主体とする成分のめっき浴でめっきを施し、次いで第2段としてめっき浴が上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のめっき層の組成範囲のめっき浴でめっきを施すことを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
【0014】
(7) 2段に分けてめっきを施すめっき鋼線の製造方法であって、第1段として亜鉛を主体とし、更にAlを3%以下を含むめっき浴でめっきを施し、次いで第2段としてめっき浴が上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のめっき層の組成範囲のめっき浴でめっきを施すことを特徴とする上記(4)に記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
【0015】
(8) 前記第2段の浴からめっき鋼線を引き上げる際に、当該めっき鋼線を不活性ガスによりパージし、浴表面およびめっき鋼線の酸化を防止することを特徴とする上記(6)または(7)に記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
【0016】
(9) 前記第1段のめっき浴への浴浸漬時間を20秒以下で施し、次いで第2段のめっき浴への浸漬時間も20秒以下で行うことを特徴とする上記(6)乃至(8)のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
【0017】
(10) 前記第2段のめっき浴からめっき鋼線を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、めっき合金を凝固させることを特徴とする上記(6)乃至(9)のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0019】
本発明においてめっき層の組成は質量%でAl:1〜20%、Ti:0.001%〜2%、Mg:0.14〜5%、残部Znとしている。Alは耐食性を高める効果があり1%未満では効果がなく、20%を超えて添加した場合、形成されるめっきが硬く脆くなるため加工が行えない。そのため、めっき合金中のAlの範囲は1〜20%、好ましくは、4〜20%とする。鋼線のめっきの場合、厚目付を行うため、望ましくは9〜16%、より望ましくは11〜14%とすることで安定しためっき層を得ることができる。
【0020】
Tiは合金中においてAlとの金属間化合物を形成し、これはめっき合金の融点より高くなる。Tiはめっき合金を溶解した液相中にはほとんど固溶しないため、Tiを添加することにより、めっき金属液相中にAlとの金属間化合物を均一に分散させることが可能となる。微細なTi−Al金属間化合物はめっき金属液体に均一に分散しているが、めっきの凝固時には凝固の核となるため、組織の均一化を行い、加工性を向上させる役割がある。Ti添加量が0.001%未満では金属間化合物の量が足りなく、加工性向上の効果を得ることができない。2%を超えるとめっき浴中に粗大な金属間化合物を生成しやすく、めっき合金中に不均一に分布してしまい局所的に脆くなってしまう。液相中に安定して懸濁させるためには0.2%以下が望ましい。Ti−Alの金属間化合物としてはTiAl3が主なものであるが、TiAl2、TiAl、Ti3Al等の化合物も存在する。また、Mgが添加されるとTi−Al化合物に加え、Al−Mg−Ti三元系の化合物も形成される。
【0021】
めっき層の硬さが硬くなると加工時の割れが発生しやすくなるがビッカース硬度で200を超えると加工時に変形せずに割れを発生する。加工性を確保するためには、めっき層の硬さがビッカース硬度で200以下であることが必要である。
【0022】
めっき地鉄界面には、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めっき界面が割れやすくなる。この合金層の厚みが20μmを超えると割れが多くなりめっき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。更にこの合金層厚みは薄いほどに加工性が向上するため、望ましくは15μm以下、更に望ましくは10μm以下である。
【0023】
また、上記めっき層には耐食性を上げるためにMg:0.14〜5%を添加する。Mgは0.14%以上で耐食性を向上させるが、めっき層を硬化させるため、加工性を維持する限界として5%以下とした。
【0024】
更に耐食性を上げるためにSiを添加することも有効である。Siの添加はMg添加量が多い場合多い方が有効である。本発明のMg添加量の最大値5%の場合、Siの効果が得られる最大量が1.0%であるため、Siの範囲は0.01〜1.0%とした。
【0025】
また、La、Se、またはBを0.01〜0.1%、を含むことにより、めっきの表面性状改善効果が得られる。これらは微量の添加で効果が得られ、必要量は0.01〜0.1%である。この他にもアンチモン、ミッシュメタルなどを添加するとめっきの表面性状改善効果が得られる。
【0026】
これまで述べてきためっき鋼線において、めっき地鉄界面に存在するFe−Zn合金層中にAl:4%以上が含まれることにより更に耐食性が向上する。合金層中に存在するAlが4%未満では耐食性向上効果が十分でないので、合金層中のAlを4%以上とすることは有効である。
【0027】
次に本発明のめっき鋼線を得るための方法として、2段めっき法がある。第1段として亜鉛を主体とする溶融めっきを施し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めっき鋼線を効率的に得られる。また、第1段目の溶融亜鉛合金としては、質量%でAl:3%以下を含むことも可能である。第1段目でAlを含む場合、Fe−Zn合金層が成長しにくくなり、合金層中にAlが入りやすくなる効果がある。
【0028】
本発明のめっき鋼線を製造するには、めっき合金から引き上げる部分を窒素ガスなどの不活性ガスによりパージし、浴表面およびめっき鋼線の酸化を防止することで加工性の向上が図られる。めっき直後にめっき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めっき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。酸化防止には、窒素の他にアルゴン、ヘリウムなど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。
【0029】
本発明のめっき線を2段めっきで得る場合に、めっき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めっきをめっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金めっきをめっき浴浸漬時間20秒以下で行うことが必要である。これより長い時間でめっきを行うと合金層の厚みが厚くなり、20μmを超えてしまうため、第1段として亜鉛を主体とする溶融めっきをめっき浴浸漬時間20秒以下で施し、次いで第2段として溶融亜鉛合金めっきをめっき浴浸漬時間20秒以下で行う。
【0030】
めっき後のめっき鋼線のめっき合金が溶融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、めっき組織を微細化することができる。その方法としてはめっき鋼線をめっき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、めっき合金を凝固させる。
【0031】
上記めっき鋼線を冷却する際に、めっきが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。
【0032】
最後にめっき鋼線の鋼成分について述べる。めっき鋼線の芯線の成分が質量%でC:0.02〜1.02%、Si:1.3%以下、Mn:0.9%以下、P:0.04%、S:0.04%以下が好ましい。
【0033】
Cは鋼の強度を決定元素であり、通常のめっき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、1.02%を超えるとCが高くなりすぎて、めっき時にCがめっき合金中に拡散して加工性を低下させてしまうため1.02%以下とする。Siはめっき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1.3%を超えて存在すると強度が上がりすぎるため、上限を1.3%、好ましくは1.0%とする。Mnは鋼の靭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0.9%を超えて存在すると強度が上がりすぎるため、上限を0.9%、好ましくは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。
【0034】
【実施例】
鋼材JIS G 3505 SWRM6の表面に純Znめっきを施した4mm径の鋼線に、表1に示す条件にて本発明の亜鉛合金めっきを施し評価した。比較としてめっき層固さ、Fe−Zn合金層厚みを変えたものを同様に評価した。
【0035】
めっき組織の観察はめっき線のC断面を研磨後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。
【0036】
耐食性は、250時間の連続塩水噴霧にて試験前後の質量差から単位面積あたりめっき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。
【0037】
加工性の評価は、作成しためっき線を6mm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、はがした際にめっき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。
【0038】
表1にめっき組成、めっき層固さおよびFe−Zn合金層厚みと耐食性、加工性の関係を示す。本発明例はいずれも良好な耐食性、加工性を示す。比較例の1〜5はめっき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Ti添加量が下限より低く耐食性が劣る。比較例3〜5はAlまたはTi添加量が上限より高く加工性が劣る。比較例の6〜8はめっき層の固さが本発明の上限を超えた場合であり、加工性が劣る結果となった。比較例の9は、めっき合金層の厚みが本発明の範囲外であり、加工性が劣る。比較例の10は、めっき合金層のAl濃度が本発明の範囲外であり、耐食性が劣る。
【0039】
【表1】
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるめっき鋼線を用いた場合、高耐食性を有する加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼線を得ることができる。
Claims (10)
- めっき鋼線において、めっき層の組成が質量%でAl:1〜20%、Ti:0.001%〜2%、Mg:0.14〜5%、残部Znからなり、めっき−地鉄界面に存在するFe−Zn金属間化合物(以下、合金層と称す)の厚みが20μm以下であり、めっき層、および合金層のいずれもが、ビッカース硬度で200以下であることを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
- 前記めっき層の組成に加え、更に質量%でSi:0.01〜1.0%を含んだことを特徴とする請求項1に記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
- 前記めっき層の組成に加え、更に質量%でLa、Se、またはBを0.01〜0.1%を含んだことを特徴とする請求項1または2に記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
- 前記合金層中にAlが4%以上含まれることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
- 前記めっき鋼線の芯線の成分が質量%で、C:0.02〜1.02%、Si:1.3%以下、Mn:0.9%以下、P:0.04%、S:0.04%以下を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線。
- 2段に分けてめっきを施すめっき鋼線の製造方法であって、第1段として亜鉛を主体とする成分のめっき浴でめっきを施し、次いで第2段としてめっき浴が請求項1乃至3のいずれかに記載のめっき層の組成範囲のめっき浴でめっきを施すことを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
- 2段に分けてめっきを施すめっき鋼線の製造方法であって、第1段として亜鉛を主体とし、更にAlを3%以下を含むめっき浴でめっきを施し、次いで第2段としてめっき浴が請求項1乃至3のいずれかに記載のめっき層の組成範囲のめっき浴でめっきを施すことを特徴とする請求項4に記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
- 前記第2段の浴からめっき鋼線を引き上げる際に、当該めっき鋼線を不活性ガスによりパージし、浴表面およびめっき鋼線の酸化を防止することを特徴とする請求項6または7に記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
- 前記第1段のめっき浴への浴浸漬時間を20秒以下で施し、次いで第2段のめっき浴への浸漬時間も20秒以下で行うことを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
- 前記第2段のめっき浴からめっき鋼線を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、めっき合金を凝固させることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の高耐食性を有し加工性に優れためっき鋼線の製造方法。
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