JP6939826B2 - Al系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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(1)下地鋼板と、
前記下地鋼板の少なくとも片面に、質量%で、Fe:40〜70%、Mn:0.3〜10%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する、厚さ3〜30μmの第一の合金めっき層と、
前記第一の合金めっき層上に、質量%で、Fe:5〜50%、Mn:5〜40%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する、厚さ0.10〜10μmの第二の合金めっき層と、
前記第二の合金めっき層の表面に付着した、付着量が0〜1000mg/m2の未合金化Alと、
を有することを特徴とするAl系めっき鋼板。
本発明の一実施形態によるAl系めっき鋼板は、下地鋼板と、前記下地鋼板の少なくとも片面に、Fe:40〜70%、Mn:0.3〜10%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する、厚さ3〜30μmの第一の合金めっき層と、前記第一の合金めっき層上に、質量%で、Fe:5〜50%、Mn:5〜40%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する、厚さ0.10〜10μmの第二の合金めっき層と、前記第二の合金めっき層の表面に付着した、付着量が0〜1000mg/m2の未合金化Alと、を有することを特徴とする。
本実施形態において、第一の合金めっき層は、Fe:40〜70%、Mn:0.3〜10%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有し、片面当りの厚さが3〜30μmである。
第一の合金めっき層中のFe含有率が40%未満の場合、比較的低融点のAl4Fe13が主体のAl−Fe合金相が形成され、これが抵抗スポット溶接時に溶融することで電極と凝着し、電極寿命が極度に短期化し、抵抗スポット溶接性が低下する。一方、第一の合金めっき層中のFe含有率が70%を超える場合、Alによる地鉄の防食効果を十分に得られず、塗装後耐食性及び合わせ部耐食性が低下する。よって、第一の合金めっき層中のFe含有率は、40%以上70%以下とする。
第一の合金めっき層中のMn含有率は0.3〜10%の範囲内にある。下地鋼板にAl−Mn合金の溶融めっきを施す場合、第一の合金めっき層中のMn含有率は、概ねめっき浴中のMn含有率と同等となる。Mn含有率が大きいほど、第一の合金めっき層が軟質化し、加工性に優れた皮膜となる。Mn含有率が10%を超える場合、Al−Mn合金の融点が800℃超となり、部分的に高融点の化合物がめっき表面に固着することによる、著しい外観不良および耐食性劣化を生じることから、上限を10%とする。
第一の合金めっき層の厚さが3μm未満の場合、塗膜に傷がついた場合の塗膜下腐食において第一の合金めっき層の腐食速度が大きくなり、十分な塗装後耐食性を得られない。よって、第一の合金めっき層の厚さは3μm以上とし、好ましくは5μm以上とし、より好ましくは8μm以上とする。一方、第一の合金めっき層の厚さが30μmを超える場合、曲げ加工の際に被覆層の剥離が生じやすくなり、加工部耐食性が劣化する。よって、第一の合金めっき層の厚さは30μm以下とし、好ましくは15μm以下とし、より好ましくは12μm以下とする。
本実施形態において、第二の合金めっき層は、Fe:5〜50%、Mn:5〜40%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有し、片面当りの厚さが0.10〜10μmである。
第二の合金めっき層中のFe含有率が5%未満の場合、第二の合金めっき層が電気化学的に卑化し、塗膜下において活性に溶解することで塗装後耐食性が著しく低下する。さらに、第二の合金めっき層が低融点となるため、抵抗スポット溶接の際に電極への凝着が顕著となることから抵抗スポット溶接性も低下する。一方、第二の合金めっき層中のFe含有率が50%を超える場合、第一の合金めっき層との電位差が小さく、十分な塗装後耐食性を得られない。よって、第二の合金めっき層中のFe含有率は、5%以上50%以下とする。
下地鋼板にAl−Mn合金の溶融めっきを施す場合、第二の合金めっき層は、めっき浴中で浴中Alと下地鋼板のFeが合金化する際、Mnが融液側の界面に濃化し、これがガスワイピング工程で急速凝固することにより形成される。このため、第二の合金めっき層は、めっき浴より高いMn含有率を有することとなる。第二の合金めっきを構成する相はAl6(Fe,Mn)であると推定され、Mn含有率により電気化学的特性が変化する。Mnは塗膜下腐食環境においてFeより優先的に腐食し、マンガン酸イオン、過マンガン酸イオンなどの形態で溶出する。これがFeやAlの腐食インヒビターとして機能することから、所定の厚さ・組成の第二の合金めっき層を有することで、塗装後耐食性や加工部耐食性は著しく改善する。第二の合金めっき層中のMn含有率が5%未満の場合、第一の合金めっき層との電位差が小さく、十分な塗装後耐食性及び加工部耐食性を得られない。よって、第二の合金めっき層中のMn含有率は5%以上とし、好ましくは10%以上とし、より好ましくは15%以上とする。一方、第二の合金めっき層中のMn含有率が40%を超える場合、第二の合金めっき層が電気化学的に極度に活性となり、優先腐食するために十分な塗装後耐食性及び加工部耐食性を得られない。よって、第二の合金めっき層中のMn含有率は40%以下とし、好ましくは30%以下とし、より好ましくは25%以下とする。
第二の合金めっき層の厚さは、0.10μm未満の場合、十分な防食効果を得られず、10μmを超える場合、曲げ加工の際に第一の合金めっき層との界面で剥離が生じやすくなり、加工部耐食性が劣化する。よって、第二の合金めっき層の厚さは0.10μm以上10μm以下とする。
片面当りの付着量:0〜1000mg/m2
未合金化Alの片面当りの付着量が1000mg/m2を超える場合、塗膜下腐食環境において優先腐食を生じ、塗装後耐食性が劣化する。さらに、抵抗スポット溶接時に溶融することで電極と凝着し、電極寿命が極度に短期化し、抵抗スポット溶接性が低下する。以上の塗装後耐食性と抵抗スポット溶接性劣化の観点から、本実施形態では、未合金化Alの片面当りの付着量を1000mg/m2以下とすることが肝要である。付着量が1000mg/m2以下の場合、第二の合金めっき層の表面には、粒状又は島状の未合金化Alが点在している程度である。好ましくは、100mg/m2以下である。当該付着量の下限は特に限定されず、付着量は0mg/m2以上とすればよい。
本発明において用いられる下地鋼板の種類については、特に限定はされない。例えば、酸洗脱スケールした熱延鋼板若しくは鋼帯、又は、それらを冷間圧延して得られた冷延鋼板若しくは鋼帯を用いることができる。熱間圧延工程については、スラブ加熱、粗圧延、及び、仕上げ圧延を経て巻き取る通常の方法で実施すれば良い。さらに加熱温度、仕上げ圧延温度等についても特に指定されるものではなく、通常の温度で実施できる。熱間圧延後に行われる酸洗工程についても、通常用いられる方法によって行えば良く、塩酸や硫酸等を用いた洗浄が挙げられる。酸洗後に行われる冷間圧延工程についても特に限定はされないが、例えば、30〜90%の圧下率で行うことができる。圧下率が30%以上であれば機械特性が劣化することがなく、一方90%以下であれば圧延コストがアップしない。
本発明の一実施形態によるAl系めっき鋼板の製造方法は、下地鋼板を、Fe:5%以下、Mn:0.3〜10%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する溶融めっき浴に浸漬し、その後ガスワイピングを行い、好ましくはガスワイピング後に、加熱によるAlの合金化処理を行うことにより、製造することができる。
未合金化Alが表層に残存している場合、当該Alを合金化する熱処理を行うことによって、未合金化Alの片面当りの付着量をより容易に1000mg/m2以下とすることができる。合金化処理の方法は特に限定はされないが、例えば、ボックス焼鈍(BAF焼鈍)により行うことができ、あるいは連続溶融めっき設備においてAlめっき後に誘導加熱等により連続的に行うことができる。Al系めっき鋼板を50℃/h〜50℃/sの昇温速度で450〜950℃まで昇温することにより、AlをAl−Fe−Sn合金めっき層に取り込むことができる。連続溶融めっき設備での加熱においては、到達板温を750℃以上とすることが好ましい。ボックス焼鈍の場合は、酸素:3体積%以上を含有する雰囲気下で、板温:450〜600℃、当該温度域での保定時間:1〜50時間とすることが好ましい。
各水準において、板厚0.8mmのめっき鋼板2枚の重ね合わせ溶接における連続打点溶接性を評価した。溶接電源:単相交流、電極材質:Cu−Cr合金、電極形状:ドーム型、電極先端径:6mm、加圧力:2400N、溶接時間:10サイクル(周波数:50Hz)の溶接条件で、打角は設けていない。まず、溶接電流を変化させて抵抗溶接をし、形成される溶接ナゲット径が4√t(t:めっき鋼板の厚さ)すなわち3.6mmとなる電流をI0とした。I0の1.4倍の電流をIaとして、電流Iaで連続溶接試験を行い、溶接ナゲット径が4√t未満となるまでの連続打点数を測定した。評価は、下記に示す4段階の評価基準を設定して行い、○以上を合格とした。結果を、表1に併せて示す。
◎:2500超
○:1000〜2500
△:500〜1000
×:500未満
各水準のめっき鋼板を70mm×80mmのサイズに切断したサンプルに対して、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、電着塗装を施した。
◎: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
×:4.0mm<最大塗膜膨れ幅
各水準のめっき鋼板を30mm×230mmのサイズに剪断後、ドロービード金型(丸型ビード:凸R4mm−肩R0.5mm、材質:SKD11)間を押さえ荷重500kg、引抜速度200mm/分の条件で引抜加工した。引抜加工を行った後のサンプルに対し、上記(1)塗装後耐食性評価と同一の化成処理及び電着塗装を施した。その後、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めっき鋼板の下地鋼板に到達する深さまで、長さ60mmのカット傷を加え、塗装加工部耐食性の評価用サンプルとした。上記塗装加工部耐食性の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、加工部耐食性について以下の評価基準を設定して行い、〇以上を合格とした。結果を、表1に示す。
◎:最大塗膜膨れ幅≦2.5mm
○:2.5mm<最大塗膜膨れ幅≦4.0mm
△:4.0mm<最大塗膜膨れ幅≦6.0mm
×:6.0mm<最大塗膜膨れ幅
各水準で作製した板厚0.8mmのめっき鋼板から、それぞれ70mm×80mmの大板と40mm×60mmの小板を切り出し、小板を大板の中央部に重ね合わせて、抵抗スポット溶接により2箇所で接合することで、サンプルを作製した。当該サンプルに対して、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、電着塗装を施した。
◎:最大腐食深さ<0.2mm
○:0.2mm≦最大腐食深さ<0.4mm
△:0.4mm≦最大腐食深さ<0.8mm
×:最大腐食深さ=0.8mm(穴あき)
Claims (5)
- 下地鋼板と、
前記下地鋼板の少なくとも片面に、質量%で、Fe:40〜70%、Mn:0.3〜10%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する、厚さ3〜30μmの第一の合金めっき層と、
前記第一の合金めっき層上に、質量%で、Fe:5〜50%、Mn:5〜40%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する、厚さ0.10〜10μmの第二の合金めっき層と、
前記第二の合金めっき層の表面に付着した、付着量が0〜1000mg/m2の未合金化Alと、
を有することを特徴とするAl系めっき鋼板。 - 前記第一の合金めっき層の成分組成が、さらに、質量%で、Mg、Zn、Sn、Ca、及びCrから選ばれた少なくとも一種を合計で0%超え10%以下含む、請求項1に記載のAl系めっき鋼板。
- 下地鋼板を、質量%で、Fe:5%以下、Mn:0.3〜10%を含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する溶融めっき浴に浸漬し、その後ガスワイピングを行うことにより、請求項1に記載のAl系めっき鋼板を製造することを特徴とするAl系めっき鋼板の製造方法。
- 下地鋼板を、質量%で、Fe:5%以下、Mn:0.3〜10%を含み、さらに、質量%で、Mg、Zn、Sn、Ca、及びCrから選ばれた少なくとも一種を合計で0%超え20%以下含み、残部がAl及び不可避的不純物である成分組成を有する溶融めっき浴に浸漬し、その後ガスワイピングを行うことにより、請求項2に記載のAl系めっき鋼板を製造することを特徴とするAl系めっき鋼板の製造方法。
- 前記ガスワイピング後に、加熱によるAlの合金化処理を行う、請求項3又は4に記載のAl系めっき鋼板の製造方法。
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