JP2976845B2

JP2976845B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板

Info

Publication number: JP2976845B2
Application number: JP7140178A
Authority: JP
Inventors: 俊夫中森; 啓司三木
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JPH08333669A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、めっき被膜と母材鋼板
との密着性に優れ、特に家電用塗装鋼板、自動車用鋼板
として好適な合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電、建材、及び自動車の産業分
野においては亜鉛系のめっき鋼板が大量に使用されてい
るが、とりわけ、防錆機能、溶接性、塗装後の性能、経
済性等に優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板が広く用いら
れている。

【０００３】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、Ｚｎのめっ
き被膜中に少量のＦｅを合金させるとその塗料密着性が
向上し、腐食電位がＺｎに比べて貴で適度な犠牲防食作
用を有するようになることを活用したものである。こと
に溶接性および塗装後の耐食性が格段に向上し、しかも
溶融めっきに連続させた工程で、安価に合金化すること
ができる点から、自動車に多用されている。

【０００４】この合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、
連続的に溶融亜鉛めっきを施した鋼板を、引き続き合金
化用熱処理炉で 480〜600 ℃の鋼板温度にて 3〜30秒加
熱保持し、付着したＺｎめっき被膜に母板のＦｅを拡散
させ、Ｆｅ−Ｚｎ合金に変化させることにより製造され
る。できあがった鋼板のめっき被膜はＦｅ−Ｚｎの金属
間化合物からなり、被膜層中の平均Ｆｅ濃度は多くの場
合、 7〜12重量％程度である。

【０００５】めっき被膜のＺｎとしての付着量は片面当
たり25〜70g/m²程度であるが、この範囲より少ないもの
は通常の手段では製造することが難しく、またこの範囲
を上回るものはめっき被膜の耐パウダリング性を劣化さ
せる。パウダリングとは、成形加工時に被膜の一部が粉
末状になって剥離する現象で、防錆能の低下を生じるば
かりでなく、プレス成形時の製品表面疵発生の原因とな
る。パウダリングの防止に対して、めっき被膜中のＡｌ
を若干増加させることも有効とされている。溶融亜鉛め
っきのめっき浴中には、溶融亜鉛めっき被膜の密着性を
向上させ、また操業中の浴のドロス発生の抑制に効果が
あるため、通常0.08〜0.11％程度の少量のＡｌが添加さ
れる。めっき被膜中には、浴中のＡｌが1.5 〜 3倍程度
濃化する傾向があり、0.12〜0.2 ％程度になる。

【０００６】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は前述のように
塗装性や耐蝕性にすぐれているが、そのめっき被膜が加
工性に劣る金属間化合物であるため、変形の仕方や応力
の加わる状況により、めっき被膜と鋼板との界面（以下
「めっき被膜／鋼界面」と記す）で剥離することがあ
る。ことに自動車外板の外側に合金化溶融めっき被膜を
持ってくると、その上に合計で 100μm 程度の塗装が施
されるが、寒冷地で走行中に石跳ねなどによる衝撃を受
けた場合、塗膜の損傷に伴ってめっき被膜／鋼界面で剥
離を生じ、外観の悪化ばかりでなく耐食性も損なうこと
になる。つまり耐チッピング性が劣ってくる。

【０００７】このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめ
っき被膜／鋼板界面の密着性劣化に対し、鋼中のＰが影
響をおよぼすとして、例えば、特開平 6-41707号公報お
よび特開平 6-81099号公報には、鋼板中のＰ含有量を制
限してその改善を図った発明が提示されている。すなわ
ち、鋼中のＰは密着性を大きく劣化させるのである。

【０００８】合金化溶融亜鉛めっき鋼板の母材には、従
来低炭素のリムド鋼やＡｌキルド鋼が用いられることが
多かった。しかし、近年、特に自動車車体への適用が増
すにつれて、深絞り性が要求されることが多くなったた
め、ＩＦ鋼（InterstitialFree鋼）と呼ばれる極低炭素
鋼が使用される場合も増加している。そして、車体の高
強度化や軽量化の目的で、鋼板の強度を向上させるため
にコスト的に有利なＰを添加した鋼板も大量に使用され
るようになってきた。

【０００９】しかしながら、前述のように合金化溶融亜
鉛めっき鋼板の場合、Ｐ添加鋼は耐チッピング性や界面
密着性が十分でない場合もあるという問題点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼中にＰが多く存在する
とめっき被膜の密着強度が低下するため、Ｐ添加高強度
鋼を母板に用いると、めっき被膜の密着性が劣るという
難点があった。これに対し、本発明は経済的な強化元素
であるＰを含有し、かつ、被膜の密着性のすぐれた合金
化溶融亜鉛めっき高強度鋼板を提供しようとするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板にて、母材鋼板中のＰ含有量が0.02％
未満であればめっき被膜の密着強度は確保できるが、0.
02％以上、特に0.03％以上になってくると被膜の密着強
度が大きく低下する原因について、種々検討をおこなっ
た。その結果では、Ｐ含有量の増加は、合金化処理後の
めっき被膜／鋼界面を平坦化させてその密着力を低下さ
せるばかりでなく、界面そのものの強度を下げ、被膜の
密着強度を低下させると推定された。

【００１２】合金化処理過程で、めっき被膜／鋼界面に
金属間化合物のΓ相が形成される際に、母材鋼板の表面
に存在する鋼の金属結晶のそれぞれが凹状に侵食される
が、このΓ相形成反応の速度がその結晶方位によって異
なり、α相において｛ 111｝面では小さく｛ 100｝や
｛ 110｝面では大きい傾向がある。鋼板表面にはこれら
代表的低指数面の他種々の面方位の結晶が存在し、面方
位による侵食速度の違いが顕著になると、めっき被膜／
鋼界面の形状、つまり、めっき被膜を除去した後の鋼板
の表面が、凹凸の激しい、表面粗さの大きい状態になっ
てくる。ところが、Ｐ含有量の増加は、このような結晶
方位による侵食速度の違いを少なくし、めっき被膜／鋼
界面の形状を平坦化させる。

【００１３】そこで、Ｐ含有量の高い母材鋼板の場合
に、被膜の密着強度を高める条件を種々検討し、めっき
被膜／鋼界面の形状を凹凸の激しい状態を現出させたと
ころ、十分な被膜密着性の得られることがわかり、本発
明に至ったのである。本発明の要旨は次のとおりであ
る。

【００１４】重量％でＰ：0.02〜0.20％を含む鋼板の表
面に、Ａｌを0.2 〜0.5 ％を含む合金化溶融亜鉛めっき
被膜を有し、かつそのめっき被膜除去後の鋼表面の粗さ
Ｒ_zが 12≧Ｒ_z≧0.0075・Ｓ_m＋ 6.7 ・・・・・・・・・・・を満足することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼
板。ただし、Ｒ_z( μm)は十点平均粗さ、Ｓ_m( μm)は
凹凸の平均間隔で、いずれもJIS-B-0601に定義されてい
る。

【００１５】ここで、めっき母材としての鋼板の組成
は、強化元素としてＰを0.02〜0.20％含むものを対象と
し、他の鋼成分はとくには限定しない。しかし、汎用性
の高い鋼として望ましい化学組成は、重量％でＣ：0.01
％以下、Ｓｉ：0.25％以下、Ｍｎ： 0.8％以下、Ｔｉ：
0.1％以下、Ｎｂ：0.1 ％以下、Ｂ：0.0030％以下で、
残部は不可避的不純物とＦｅからなるものである。

【００１６】なお、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面の
摩擦特性や、電着塗装性の改善のため、合金化めっき被
膜の上にさらにＦｅめっき、あるいはＺｎ−Ｎｉめっき
などの上層めっきを施すこともあるが、これらにおいて
も本発明の効果が発揮されることはいうまでもない。

【００１７】

【作用】本発明めっき鋼板において、母材としての鋼板
はＰを0.02％以上含有するものとするが、特に強度が高
くて、被膜密着性の改善効果が発揮されるのは0.03％以
上である。0.02％未満ではめっき被膜／鋼界面の形状、
すなわちめっき被膜除去後の鋼表面の十点平均粗さＲ_z
が式を満足していなくても、被膜のの密着強度を確保
できる。その上、0.02％未満では、添加による鋼の強度
向上の効果はほとんどない。一方、 0.2％を超えるよう
になると、如何にめっき被膜／鋼界面の形状を変えても
被膜の密着強度は十分でないばかりでなく、鋼板そのも
のが脆化してくる。したがって本発明で対象とする母材
鋼板のＰの含有範囲は0.02〜 0.2％とする。

【００１８】めっき被膜の合金化度は、塗装性、塗装後
耐食性、耐パウダリング性等の、被膜に要求される性能
を満足する範囲であればとくには規制しないが、一般的
には平均Ｆｅ濃度を 7.5〜12.5％の範囲とするのが望ま
しい。

【００１９】めっき被膜中のＡｌの含有量は 0.2〜 0.5
％に規制する。これは、所要合金化度の範囲内にて、め
っき被膜除去後の鋼表面の十点平均粗さＲ_zが式を満
足する状態にするために重要である。Ｚｎめっき被膜中
のＡｌは、ＦｅとＺｎの境界面における合金化反応をミ
クロ的に不均一にさせる作用があり、 0.2％未満では
式の十点平均粗さＲ_zが不十分になりやすく、 0.5％を
超えるとＲ_zが大きくなりすぎる傾向がある。

【００２０】本発明の最も特徴とするところは、合金化
後のめっき被膜除去後の鋼表面の十点平均粗さＲ_zを、
次式で示される範囲内に規制することである。

【００２１】 12≧Ｒ_z≧0.0075・Ｓ_m＋ 6.7 ・・・・・・・・・この式の右辺Ｒ_z≧0.0075・Ｓ_m＋ 6.7 ・・・・・・・・・・・は高Ｐ含有量の母材に合金化溶融亜鉛めっきをおこなっ
た鋼板の被膜密着強度を調査して得られた結果で、この
条件を満たせば、低Ｐの鋼板を母材とした場合と同等の
被膜の密着強度が得られる。この式はまた、Ｓ_mすなわ
ち凹凸の平均間隔が小さければ、粗さＲ_zが小さくても
密着性が確保できることを意味する。

【００２２】Ｒ_zは凹凸の主として山の高さと谷の深さ
を示す指標であるのに対し、Ｓ_mは凹凸の平均間隔を示
す指標である。したがって、Ｓ_mが小さければ単位長さ
あたりの山−谷の繰り返し数が多い。すなわち幾何学的
面積が同じ場合、Ｒ_zが大きいほど、そしてＳ_mが小さ
いほどミクロ的に見ためっき被膜／鋼界面の面積が大き
くなる。合金化溶融亜鉛めっき鋼板の被膜の密着強度の
本質的な支配因子が何であるか、現状では十分明らかで
はないが、界面が錯綜し、ミクロ的接触面積が大きいほ
ど被膜の密着強度が大きくなるのであろう。

【００２３】ただし、合金化後のめっき被膜除去後鋼表
面粗さＲ_zが大きくなりすぎると、めっきの表面におい
ても凹凸がはなはだしくなり、その上に塗装した時の塗
装表面の鮮映性までも低下させるようになるので、その
上限をＲ_z≦12 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・とする。この式と式を合わせたものが式である。
なお、合金化溶融亜鉛めっき鋼板から、めっき被膜／鋼
界面の形状を損なうことなくめっき層のみを除去するの
は、濃度約10重量％の塩酸に適当な塩酸用のインヒビタ
ーを加えた溶液に浸漬することによって容易に実施でき
る。

【００２４】次に本発明の鋼に関して好ましい母材鋼板
の化学組成、および製造条件を説明する。

【００２５】母材のＣ含有量は0.01％以下が望ましい。
これは、Ｃ含有量が低いほどＦｅとＺｎの境界面におけ
る合金化反応をミクロ的に不均一にさせ、めっき被膜／
鋼界面を粗くできるためである。また一般的に、Ｃ量が
高くてもよければ、強度向上の目的にＰ含有量を増す必
要はない。しかしながら、溶融亜鉛めっき工程の急熱急
冷の焼鈍過程にて、深絞り性など母材鋼板の良好なプレ
ス加工性を得、かつ耐時効性もよくしようとすれば、0.
01％以下の極低炭素鋼にせざるを得ず、この極低炭素鋼
にてプレス加工性を阻害することなく強度を高めるに
は、Ｐの添加が極めて効果的なのである。

【００２６】Ｓｉは極低炭素鋼において強度向上に有効
であり、必要に応じて添加してもよい。しかし、母材鋼
板の表面性状を劣化させ、不めっき部分を生じさせたり
するので、添加する場合は多くても0.25％以下の含有に
とどめることが望ましい。

【００２７】Ｍｎは、不可避的不純物の一つであるＳに
よる製造時の熱間脆性を抑止するため、0.08％以上の含
有が好ましい。その上、極低炭素鋼にて強度を上昇させ
ることに利用できる。また、ある程度含有させる方がめ
っき被膜／鋼界面の密着力を増し、さらにＳｉの存在に
よる不めっき発生を抑止する効果もある。とくにＳｉを
0.1％以上含有する鋼の場合は、 0.3％以上含有させる
のが望ましい。ただし0.8 ％を超える含有は製品のプレ
ス加工性を悪くするので、母材鋼中の望ましいＭｎの含
有量範囲は0.08〜 0.8％である。

【００２８】鋼中のＡｌは、健全な鋳片を得るための脱
酸剤として添加されるので不可避的に存在する。ただし
多すぎると不めっきを誘発しやすいので、望ましい含有
量の範囲は 0.005〜0.05％である。

【００２９】ＴｉおよびＮｂは、鋼中に存在するＣ、
Ｓ、Ｎなどと結合してこれら元素を固定し、溶融めっき
ラインでの急熱急冷の焼鈍過程において、鋼板のプレス
加工性を高め、鋼を非時効化するのに効果がある。ま
た、ミクロ的にＦｅとＺｎの境界面を粗くする効果があ
る。これは、固溶Ｃを固定するのでＣ含有量を低下させ
たのと同じ効果が得られたためと考えられる。このよう
な効果を得るには、どちらの元素も 0.003％以上の含有
が必要であるが、多すぎると鋼板の延性を悪くするの
で、望ましいＴｉまたはＮｂの含有範囲はいずれも 0.0
03〜 0.1％である。ＴｉまたはＮｂは、どちらか一方の
添加でも、両方共添加してもよい。

【００３０】Ｐの添加は、鋼板を脆化させる傾向があ
る。この脆化の抑止にはＢの添加が好ましい。その添加
の効果を発揮させるのに望ましい含有量範囲は0.0003〜
0.003％である。

【００３１】鋼の不可避的不純物の代表例として、Ｓお
よびＮがあるが、これらは鋼板のプレス加工性を劣化さ
せるので少なければ少ないほどよい。望ましいのは、Ｓ
では0.02以下、Ｎでは 0.007％以下である。

【００３２】本発明の、合金化後のめっき被膜／鋼界面
の十点平均粗さＲ_zを、Ｐが0.02％以上の鋼において、
式の範囲に制御することは通常の方法では容易には実
現できない。これを得るために望ましいめっき工程条件
の例を説明する。

【００３３】(1) 溶融亜鉛めっきの連続処理工程におい
て、鋼板が還元帯通過後めっき浴に入る直前までに、 4
50〜 700℃の温度範囲にて、20〜 120ｓの時間滞留させ
る。

【００３４】これによって高Ｐ含有量であっても、めっ
き被膜除去後の鋼表面のＲ_zを大きくすることができ
る。理由は明らかでないが、Ｍｎが鋼表面に偏析してく
るので、めっき後のＦｅとＺｎの境界面におけるＭｎの
存在が、合金化反応に影響をおよぼすと考えられる。次
に、 (2) Ｚｎのめっき浴中のＡｌ濃度を重量％にて、0.12〜
0.17％に管理する。これによって、めっき被膜中のＡｌ
含有量を 0.2〜 0.5％に制御できる。Ａｌ濃度が0.12％
未満では、めっき被膜中の含有量が 0.2％を下回るよう
になり、Ｒ_zが式を満足できないようになる。また浴
中Ａｌ濃度が0.17％を超えるようになると、めっき被膜
除去後の鋼表面のＲ_zが式を満足しなくなる、すなわ
ち粗くなりすぎる。また、 (3) めっき後合金化処理をおこなう際に、合金化温度を
550℃以上とし、 430℃から 550℃の温度範囲を30℃／
ｓ以上の昇温速度で急熱する。この高温への急速加熱に
より、鋼中のＰが高くてもミクロ的にＦｅとＺｎの境界
面の合金化反応を不均一にし、境界面を粗くすることが
可能になる。合金化の加熱温度が 550℃未満、あるいは
昇温速度が30℃／ｓ未満の場合は、式を満足するＲ_z
が得られない。合金化の温度はとくには制限しないが、
高くなるとパウダリングが甚だしくなるのであまり高く
はできない。昇温速度も上限はないが、加熱のための設
備的、経済的制約の点で自ずから限界がある。高温への
急速加熱が有効なのは、鋼の結晶粒内の欠陥や粒界で優
先的に合金化反応が進み、めっき被膜／鋼界面の凹凸を
大きくするためと思われる。

【００３５】

【実施例】表１に示す化学組成の 5種類の圧延ままの冷
延鋼板を用い、表面をアルカリ洗浄し、露点−35℃の水
素15％を含む窒素雰囲気中にて、最高加熱温度 820℃で
還元焼鈍した後、 460℃まで表２に示す条件で冷却し、
その 700℃から 460℃に至る温度域での滞留時間を種々
変えた。次いでＡｌ濃度0.11〜0.18％、温度 460℃の溶
融亜鉛浴に 1秒間浸漬して付着量50ｇ／m²のめっきをお
こなった。続いて、昇温速度を15〜65℃／ｓの範囲で変
えて所要温度まで加熱し、所定時間保持により合金化処
理をおこない、冷却して合金化亜鉛めっき鋼板とした。
各鋼板の、この還元燒鈍後の冷却、および 700℃以下で
の滞留から、合金化終了までの製造条件をまとめて表３
に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板から試
験片を切り出して、10重量％の塩酸にインヒビター（朝
日化学製：イビット710N）を 0.5容量％添加した液で、
めっき被膜のみを溶解除去し、めっき被膜を化学分析し
て組成を確認した。めっき被膜除去後の鋼板は、触針式
表面粗さ計（東京精密製：サーフコム554A）により 55d
eg円錐型、先端径 1μm の触針を用いて、走査距離 8m
m、カットオフ 0.8mmの条件で表面の凹凸を計測し、粗
さのパラメータＲ_zおよびＳ_mを求めた。これらの結果
を表３に示した。

【００４０】また、得られた鋼板の被膜の密着性を評価
するため、チッピング試験をおこなった。幅70mm、長さ
150mmの鋼板を切出し、燐酸塩処理（Chemifil社製：CF
168使用）した後、その上に膜厚30μm のカチオン電着
塗装（ PPG社製：Uniprime使用）、膜厚15μm の中塗り
塗装（同社製：エポキシエステル系塗料使用）および膜
厚45μm の上塗り塗装（同社製：アクリル・エナメル系
塗料使用）を順次施した。SAE-J400の規定に準拠したグ
ラベロメーターを用いて、JIS-A5001 に規定される道路
用砕石をこの塗装試験片に吹きつけた後、テープ剥離を
おこなって被膜の剥離痕を観察した。この場合、１枚の
試験片において剥離痕をその最大のものから順に５個選
び、痕径を測定して平均した。これらの結果も併せて表
３に示す。

【００４１】これらの結果の比較からわかるように、め
っき被膜除去後の被膜／鋼界面粗さが本発明の規定する
範囲を満足する鋼板は、その範囲を外れるものに比較し
て、塗装後のチッピング試験における剥離径が小さく、
めっき被膜の密着性が優れている。なお、整理番号15お
よび16は、チッピング試験における剥離径が小さく、被
膜密着性は良好であるが、被膜／鋼界面の粗さが甚だし
く、塗装後表面の鮮映性が劣るものであった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、
母材がＰを含む高強度の鋼板であり、しかも被膜の密着
性の優れたものである。この合金化溶融亜鉛めっき鋼板
は、前述の幅広い用途、特に自動車用に活用できる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＰ：0.02〜0.20％を含む鋼板の表
面に、Ａｌを0.2 〜0.5 ％を含む合金化溶融亜鉛めっき
被膜を有し、かつそのめっき被膜除去後の鋼表面の粗さ
Ｒ_zが 12≧Ｒ_z≧0.0075・Ｓ_m＋ 6.7 を満足することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼
板。（ただし、Ｒ_z( μm)：十点平均粗さ、Ｓ_m( μ
m)：凹凸の平均間隔）