JP6922857B2 - 溶融Ａｌ−Ｓｉ系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板及びその製造方法に関する。
耐食性に優れる溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板は、長期間屋外に曝される屋根や壁等の建材分野を中心に需要が伸び、近年は自動車分野においても優れた耐熱性を活かしてマフラーや燃料タンク等の特定部品で使用されている。特に自動車分野においては、地球温暖化対策の一環として、車体を軽量化することによって燃費を向上させることによりＣＯ２排出量を削減することが求められている。このため、現在、高強度鋼板の使用による軽量化と鋼板の耐食性向上によるゲージダウンとが強く望まれている。
しかしながら、溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板を自動車分野、特に外板パネル等の車体に用いようとした場合、化成処理性が劣るため、亜鉛めっき鋼板と比べ塗装後耐食性が劣位となるという課題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、化成処理性を向上させることにより塗装後耐食性を改善可能な溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板は、鋼板の表面に形成された、少なくともＡｌ，Ｓｉ，及びＦｅを含有する界面合金層と、前記界面合金層の表面に形成された、少なくともＡｌ，Ｓｉ，及びＣｕを含有するめっき層と、を有し、前記めっき層のＳｉ含有率が原子％濃度で１％以上１３％以下の範囲内にあることを特徴とする。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板は、上記発明において、前記めっき層のＣｕ含有率が原子％濃度で０．０５％以上３％以下の範囲内にあることを特徴とする。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板は、上記発明において、前記めっき層がＭｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素をそれぞれの原子％濃度の合計で１０％以下の範囲内含有することを特徴とする。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板は、上記発明において、Ｘ線回折で得られるＡｌ相［１１１］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ）｝に対するＡｌ２Ｃｕ相［２２２］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）｝のメインピーク強度の比率Ｙ＝Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）／Ｉ（Ａｌ）が０．０２以下であることを特徴とする。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法は、本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法であって、いずれも原子％濃度でＳｉ：１％以上１３％以下、Ｆｅ：２％以下、Ｃｕ：０．０５％以上３％以下、Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素を合計で１０％以下の範囲内含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、温度が６４０℃以上６６０℃以下の範囲内にある溶融金属浴に前記鋼板を浸漬した後、６１０℃から５００℃までの平均冷却速度を１０℃／ｓ以上として急速冷却を施すステップを含むことを特徴とする。
本発明によれば、化成処理性を向上可能な溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板及びその製造方法について説明する。なお、以下の説明において、めっき層及びめっき浴の組成を示す各元素の含有量の単位はいずれも「原子％濃度（ａｔ％）」であり、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
〔溶融Ａｌ-Ｓｉめっき鋼板の構成〕
まず、本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の構成について説明する。
まず、本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の構成について説明する。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板は、鋼板と、鋼板の表面に形成された、少なくともＡｌ，Ｓｉ，及びＦｅを含有する界面合金層と、界面合金層の表面に形成された、少なくともＡｌ，Ｓｉ，及びＣｕを含有するめっき層と、を有している。
めっき層のＳｉ含有率は１％以上１３％以下の範囲内にある。Ｓｉ含有率が１％未満である場合、Ｆｅ−Ａｌ界面合金層の成長を抑制できない。一方、Ｓｉ含有率が１３％超である場合には、Ｆｅ−Ａｌ界面合金層の成長を抑制する効果が飽和する。
めっき層のＣｕ含有率は０．０５％以上３％以下の範囲内にある。Ｃｕをめっき層に含有することで、化成処理時にめっき層の表面に電位勾配が生じ、局所的にｐＨが上昇し化成結晶の生成を促進できる。Ｃｕ含有率が０．０５％未満である場合、十分な化成処理性改善効果が得られない。一方、Ｃｕ含有率が３％超である場合には、Ａｌ２Ｃｕ相の析出量が急激に増加し、耐食性が低下する。
めっき層はＭｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素を合計で１０％以下の範囲内含有することもできる。これらの元素を含有することで、めっき層の組織が微細化し、化成処理性の改善とより優れた耐食性とを高度に両立できる。
Ｘ線回折で得られるＡｌ相［１１１］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ）｝に対するＡｌ２Ｃｕ相［２２２］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）｝のメインピーク強度の比率Ｙ＝Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）／Ｉ（Ａｌ）は０．０２以下である。比率Ｙが０．０２超であることは、Ａｌ２Ｃｕ相がめっき層の表層に過剰に析出していることを示し、化成処理性に優れた合金組成であっても耐食性に劣った皮膜となる可能性がある。比率Ｙと製造パラメータの相関は明らかでないが、浴中Ｃｕ量の増大及びめっき後の冷却速度の低下により増大する傾向にある。
〔溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法〕
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法は、本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板を製造する際、Ｓｉ：１％以上１３％以下、Ｆｅ：２％以下、Ｃｕ：０．０５％以上３％以下、Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素を合計で１０％以下の範囲内含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、温度が６４０℃以上６６０℃以下の範囲内にある溶融金属浴に鋼板を浸漬した後、鋼板を取り出し、６１０℃から５００℃までの平均冷却速度を１０℃／ｓ以上として急速冷却を施すステップを含む。
本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法は、本発明に係る溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板を製造する際、Ｓｉ：１％以上１３％以下、Ｆｅ：２％以下、Ｃｕ：０．０５％以上３％以下、Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素を合計で１０％以下の範囲内含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、温度が６４０℃以上６６０℃以下の範囲内にある溶融金属浴に鋼板を浸漬した後、鋼板を取り出し、６１０℃から５００℃までの平均冷却速度を１０℃／ｓ以上として急速冷却を施すステップを含む。
次に、本発明の実施例について説明する。
（サンプル１〜４３）
サンプルとなる全ての溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板について、常法で製造した板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地鋼板として用い、溶融めっき設備において、めっき浴の浴温を６６０℃、鋼板の浸入温度を６８０℃、ラインスピード６０ｍｐｍ、浸漬時間２秒で、めっき浴の組成を種々の条件に変化させ、各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板を製造した。なお、めっき浴の組成は、サンプルの製造に用いためっき浴から約２ｇを採取し、化学分析によって確認した。各サンプルのめっき浴の組成を以下の表１に示す。また、めっき浴浸漬後の窒素ガスによる冷却の６１０℃から５００℃までの冷却速度を以下の表１に示す。さらに、界面合金層及びめっき層の組成については、各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板から任意の３断面を剪断加工により切り出し、カーボン樹脂に埋め込んだ上でＳＥＭ−ＥＤＸ観察を行い、界面合金層及びめっき層のうち、任意の５点でＥＤＸにより測定した半定量分析値の平均値を用いた。各サンプルの界面合金層及びめっき層の組成を以下の表１に示す。
サンプルとなる全ての溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板について、常法で製造した板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地鋼板として用い、溶融めっき設備において、めっき浴の浴温を６６０℃、鋼板の浸入温度を６８０℃、ラインスピード６０ｍｐｍ、浸漬時間２秒で、めっき浴の組成を種々の条件に変化させ、各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板を製造した。なお、めっき浴の組成は、サンプルの製造に用いためっき浴から約２ｇを採取し、化学分析によって確認した。各サンプルのめっき浴の組成を以下の表１に示す。また、めっき浴浸漬後の窒素ガスによる冷却の６１０℃から５００℃までの冷却速度を以下の表１に示す。さらに、界面合金層及びめっき層の組成については、各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板から任意の３断面を剪断加工により切り出し、カーボン樹脂に埋め込んだ上でＳＥＭ−ＥＤＸ観察を行い、界面合金層及びめっき層のうち、任意の５点でＥＤＸにより測定した半定量分析値の平均値を用いた。各サンプルの界面合金層及びめっき層の組成を以下の表１に示す。
各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の比率Ｙ、化成処理性、裸耐食性、及び塗装後耐食性を以下に示す方法により評価した。
１．比率Ｙ
Ａｌ相［１１１］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ）｝に対するＡｌ２Ｃｕ相［２２２］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）｝のメインピーク強度の比率Ｙ＝Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）／Ｉ（Ａｌ）は、Ｃｕ−Ｋα線を使用したＸ線回折装置により回折図形を測定して判定した。
Ａｌ相［１１１］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ）｝に対するＡｌ２Ｃｕ相［２２２］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）｝のメインピーク強度の比率Ｙ＝Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）／Ｉ（Ａｌ）は、Ｃｕ−Ｋα線を使用したＸ線回折装置により回折図形を測定して判定した。
２．化成処理性
市販の化成処理薬剤（日本パーカライジング株式会社製パルボンドＳＸ−３５）を用いて、浴温：３５℃、フリーフッ素濃度：２００質量ｐｐｍ、処理時間：１２０秒の条件で鋼板の化成処理を行った後、そのめっき鋼板の表面を走査型電子顕微鏡にて１０００倍で１０視野観察した。結晶の形態については、面積率９８％以上の均一な化成結晶が１０視野全てにおいて生成しているものを優（◎）、面積率９８％未満の視野が１視野認められるものを良（○）、面積率９８％未満の視野が２視野認められるものを可（△）とし、面積率９８％未満の視野が３視野以上認められるものを不可（×）として評価した。なお、ここでいう隙間とは、均一な化成結晶が生成していない箇所のことを指し、反射電子像を２値化することにより空隙の面積率を算出した。また、結晶の付着量は、化成処理試験後の試料３点を２０ｇ／Ｌの重クロム酸アンモニウム水溶液に１５分間浸漬し、浸漬前後の重量差から試験片面積当たりの値として算出した。３点すべてにおいて結晶の付着量が２．０ｇ／ｍ２以上のものを優(◎)、１．８ｇ／ｍ２以上２．０ｇ／ｍ２未満のものを良(○)、１．５ｇ／ｍ２以上１．８ｇ／ｍ２未満のものを可(△)、１．５ｇ／ｍ２未満のものが１点でも認められるものを不可(×)として評価した。
市販の化成処理薬剤（日本パーカライジング株式会社製パルボンドＳＸ−３５）を用いて、浴温：３５℃、フリーフッ素濃度：２００質量ｐｐｍ、処理時間：１２０秒の条件で鋼板の化成処理を行った後、そのめっき鋼板の表面を走査型電子顕微鏡にて１０００倍で１０視野観察した。結晶の形態については、面積率９８％以上の均一な化成結晶が１０視野全てにおいて生成しているものを優（◎）、面積率９８％未満の視野が１視野認められるものを良（○）、面積率９８％未満の視野が２視野認められるものを可（△）とし、面積率９８％未満の視野が３視野以上認められるものを不可（×）として評価した。なお、ここでいう隙間とは、均一な化成結晶が生成していない箇所のことを指し、反射電子像を２値化することにより空隙の面積率を算出した。また、結晶の付着量は、化成処理試験後の試料３点を２０ｇ／Ｌの重クロム酸アンモニウム水溶液に１５分間浸漬し、浸漬前後の重量差から試験片面積当たりの値として算出した。３点すべてにおいて結晶の付着量が２．０ｇ／ｍ２以上のものを優(◎)、１．８ｇ／ｍ２以上２．０ｇ／ｍ２未満のものを良(○)、１．５ｇ／ｍ２以上１．８ｇ／ｍ２未満のものを可(△)、１．５ｇ／ｍ２未満のものが１点でも認められるものを不可(×)として評価した。
３．裸耐食性
各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板について、ＪＩＳ Ｚ２３７１−２０００に準拠した塩水噴霧試験を行った。各サンプルの赤錆が発生するまでの時間を測定し、以下の基準により裸耐食性を評価した。評価結果を以下の表１に示す。
各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板について、ＪＩＳ Ｚ２３７１−２０００に準拠した塩水噴霧試験を行った。各サンプルの赤錆が発生するまでの時間を測定し、以下の基準により裸耐食性を評価した。評価結果を以下の表１に示す。
◎：赤錆発生時間≧６００時間
○：３００時間≦赤錆発生時間＜６００時間
△：１５０時間≦赤錆発生時間＜３００時間
×：赤錆発生時間＜１５０時間
○：３００時間≦赤錆発生時間＜６００時間
△：１５０時間≦赤錆発生時間＜３００時間
×：赤錆発生時間＜１５０時間
４．塗装後耐食性
各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板について、それぞれ７０ｍｍ×８０ｍｍのサイズに剪断後、自動車外板用塗装処理と同様に、化成処理としてリン酸亜鉛処理を行った後、電着塗装を施した。ここで、リン酸亜鉛処理及び電着塗装は、以下の条件で行った。
各サンプルの溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板について、それぞれ７０ｍｍ×８０ｍｍのサイズに剪断後、自動車外板用塗装処理と同様に、化成処理としてリン酸亜鉛処理を行った後、電着塗装を施した。ここで、リン酸亜鉛処理及び電着塗装は、以下の条件で行った。
リン酸亜鉛処理：市販の化成処理薬剤（日本パーカライジング株式会社製パルボンドＳＸ−３５）を用いて、浴温：３５℃、フリーフッ素濃度：２００質量ｐｐｍ、処理時間：１２０秒の条件で溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の化成処理を行った。
電着塗装：関西ペイント社製の電着塗料：ＧＴ−１００を用いて、膜厚が１５μｍとなるように電圧を調整して電着塗装を施した。
化成処理及び電着塗装後、評価面の端部７．５及び非評価面（背面）をテープでシール処理を行った後、評価面の中央にカッターナイフで溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の地鉄に到達する深さまで、長さ６０ｍｍ、中心角６０°のクロスカット傷を加えたものを、塗装後耐食性の評価用サンプルとして用いた。
上記評価用サンプルを用いて、ＳＡＥ Ｊ２３３４に規定されたサイクルで腐食促進試験を実施した。腐食促進試験を湿潤状態からスタートし、６０サイクル後まで行った後、傷部からの塗膜膨れが最大である部分の塗膜膨れ幅（最大塗膜膨れ幅：傷部を中央にした片側の最大塗膜膨れ幅）を測定し、塗装後耐食性を以下の基準で評価した。評価結果を以下の表１に示す。
◎：最大塗膜膨れ幅≦２．０ｍｍ
○：２．０ｍｍ＜最大塗膜膨れ幅≦３．０ｍｍ
△：３．０ｍｍ＜最大塗膜膨れ幅≦４．０ｍｍ
×：最大塗膜膨れ幅＞４．０ｍｍ
○：２．０ｍｍ＜最大塗膜膨れ幅≦３．０ｍｍ
△：３．０ｍｍ＜最大塗膜膨れ幅≦４．０ｍｍ
×：最大塗膜膨れ幅＞４．０ｍｍ
以下の表１に示すように、比較例では化成処理性が不足しているか、あるいはＡｌ２Ｃｕ相が過剰となりいずれも塗装後耐食性に不足があった。これに対して、本発明例は化成処理性及び塗装後耐食性共に優れていた。これにより、本発明によれば、溶融Ａｌ−Ｓｉ系めっき鋼板の化成処理性を向上させることにより塗装後耐食性を改善できることが確認された。
Claims (4)
- 鋼板の表面に形成された、少なくともＡｌ，Ｓｉ，及びＦｅを含有する界面合金層と、前記界面合金層の表面に形成された、少なくともＡｌ，Ｓｉ，及びＣｕを含有するめっき層と、を有し、前記めっき層のＳｉ含有率が原子％濃度で１％以上１３％以下の範囲内にあり、前記めっき層のＣｕ含有率が原子％濃度で０．５０％以上２％以下の範囲内にあることを特徴とする溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板。
- 前記めっき層がＭｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素をそれぞれの原子％濃度の合計で１０％以下の範囲内含有することを特徴とする請求項１に記載の溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板。
- Ｘ線回折で得られるＡｌ相［１１１］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ）｝に対するＡｌ２Ｃｕ相［２２２］の回折強度｛Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）｝のメインピーク強度の比率Ｙ＝Ｉ（Ａｌ２Ｃｕ）／Ｉ（Ａｌ）が０．０２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板。
- 請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法であって、いずれも原子％濃度でＳｉ：１％以上１３％以下、Ｆｅ：２％以下、Ｃｕ：０．５０％以上２％以下、Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎの中から選ばれる１種以上の元素を合計で１０％以下の範囲内含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、温度が６４０℃以上６６０℃以下の範囲内にある溶融金属浴に前記鋼板を浸漬した後、６１０℃から５００℃までの平均冷却速度を１０℃／ｓ以上として急速冷却を施すステップを含むことを特徴とする溶融Ａｌ-Ｓｉ系めっき鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018127468A JP6922857B2 (ja) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | 溶融Ａｌ−Ｓｉ系めっき鋼板及びその製造方法 |
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