JP7653049B1 - Hot-dip galvanized steel - Google Patents
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Abstract
この溶融めっき鋼材は、めっき層が、質量%で、Al:10.0%超、60.0%以下、Mg:4.0~15.0%、Si:3.5%~8.0%、残部Zn及び不純物を含む化学組成を有し、めっき層の表面から鋼材に向かって、GDS法によって定性分析した場合の元素分布プロファイルにおいて、めっき層の表面から、Feの最大強度に対して5%相当のFe強度が検出される深さ位置までの領域の厚みをTgとした場合、前記めっき層の表面からTg/3までのSiの平均値をSi(surf)、めっき層の表面を起点としてTg/3から2Tg/3までの範囲のSiの平均値をSi(centre)、めっき層の表面を起点として2Tg/3からTgまで範囲のSiの平均値をSi(deep)とした場合、下記式(1)を満足する。Si(surf)<Si(deep)<Si(centre) …(1)This hot-dip plated steel has a chemical composition in which the plating layer contains, by mass%, Al: more than 10.0% and 60.0% or less, Mg: 4.0 to 15.0%, Si: 3.5% to 8.0%, and the balance Zn and impurities. In the element distribution profile obtained by qualitatively analyzing the surface of the plating layer toward the steel material by the GDS method, if the thickness of the region from the surface of the plating layer to the depth position where an Fe intensity equivalent to 5% of the maximum Fe intensity is detected is Tg, the average value of Si from the surface of the plating layer to Tg/3 is Si(surf), the average value of Si in the range from Tg/3 to 2Tg/3 starting from the surface of the plating layer is Si(centre), and the average value of Si in the range from 2Tg/3 to Tg starting from the surface of the plating layer is Si(deep), the following formula (1) is satisfied. Si(surf)<Si(deep)<Si(centre) ... (1)
Description
本発明は、溶融めっき鋼材に関する。
本願は、2023年8月1日に、日本に出願された特願2023-125776号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a hot-dip galvanized steel material.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2023-125776, filed on August 1, 2023, the contents of which are incorporated herein by reference.
鋼材を長期に使用する場合、鋼材には腐食に耐える何らかの防錆処理を適用することが好ましい。溶融Znめっき法は、鋼材を安価に防錆する手段として、土木・建築・自動車分野など鋼材防錆が求められる様々な分野で使用されている。When using steel materials for a long period of time, it is preferable to apply some kind of rust-proofing treatment to the steel materials to make them resistant to corrosion. Hot-dip galvanizing is used as a cheap method of rust-proofing steel materials in various fields where rust prevention is required, such as civil engineering, construction, and automotive fields.
めっき層による防食手段は、めっき層が有する固有の耐食性と、めっき層の厚みとによっておおよそ決定する。例えば、特許文献1には、鋼板を溶融めっき浴に連続的に浸漬させる、いわゆる連続式溶融めっき法により、めっき鋼板を製造することが記載されている。その後、めっき鋼板を部品形状となるように加工することにより、部品が製造される。The corrosion protection measures provided by the plating layer are roughly determined by the inherent corrosion resistance of the plating layer and the thickness of the plating layer. For example,
近年、めっき鋼板の性能向上のために、様々な検討がなされている。 In recent years, various studies have been conducted to improve the performance of plated steel sheets.
例えば、特許文献1、2には、高耐食性を有するめっき鋼材としてZn-Al-Mg系めっき鋼材(鋼板)が記載されている。これらのZn-Al-Mg系めっき鋼材においては、めっき層の組織制御や、めっき層への元素添加、もしくは積極的に腐食生成物を形成させる等により、耐食性等の性能の向上が図られている。For example,
特許文献1、2に記載のような従来のZn-Al-Mg系めっき鋼材においては、めっき層中の金属間化合物の形態については、主だったものを除き、十分に検討されていなかった。そのため、厳しい加工条件下では、金属間化合物に起因して、めっき層の剥離(パウダリング)等の加工性の低下なども問題が生じる場合があった。さらに、従来のZn-Al-Mg系めっき鋼材においては、めっき層の硬さが不十分となり、良好な耐疵付き性を安定して確保することが困難な場合もあった。
In conventional Zn-Al-Mg plated steel materials as described in
本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、十分なめっき硬さ、優れた加工性、および優れた耐食性を両立可能な溶融めっき鋼材を提供することである。 The problem that one embodiment of the present invention aims to solve is to provide a hot-dip plated steel material that can achieve sufficient plating hardness, excellent workability, and excellent corrosion resistance.
上記課題を解決するため、本発明の各態様は以下の構成を採用する。
[1]本発明の一態様に係る溶融めっき鋼材は、鋼材と、前記鋼材の表面に配置されためっき層と、を有し、
前記めっき層が、質量%で、
Al:10.0%超、60.0%以下、
Mg:4.0%以上、15.0%以下、
Si:3.5%以上、8.0%以下、
を含有し、更に、
Sn:0%以上、0.7%以下、
Sr:0%以上、1.5%以下、
Bi:0%以上、0.3%以下、
In:0%以上、0.3%以下、
Ca:0%以上、0.6%以下、
Y :0%以上、0.3%以下、
La:0%以上、0.3%以下、
Ce:0%以上、0.3%以下、
Li:0%以上、0.3%以下、
Ni:0%以上、1.0%以下、
Cu:0%以上、1.0%以下、
Ag:0%以上、0.25%以下、
Sb:0%以上、0.25%以下、
Pb:0%以上、0.25%以下、
B :0%以上、0.5%以下、
P :0%以上、0.5%以下、
Ti:0%以上、0.25%以下、
Co:0%以上、0.25%以下、
V :0%以上、0.25%以下、
Nb:0%以上、0.25%以下、
Mn:0%以上、0.25%以下、
Zr:0%以上、0.25%以下、
W :0%以上、0.25%以下、
Fe:0%以上、5.0%以下、
残部Zn及び不純物を含む化学組成を有し、
前記めっき層は、Mg2Si金属間化合物を含有し、
前記めっき層の表面から前記鋼材に向かって、グロー放電発光分析法によって定性分析した場合の元素分布プロファイルにおいて、前記めっき層の表面から、Feの最大強度に対して5%相当のFe強度が検出される深さ位置までの領域の厚みをTgとした場合、前記めっき層の表面からTg/3までのSiの定性分析値の平均値をSi(surf)、前記めっき層の表面を起点としてTg/3から2Tg/3までの範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(centre)、前記めっき層の表面を起点として2Tg/3からTgまで範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(deep)とした場合、下記式(1)を満足する。
Si(surf)<Si(deep)<Si(centre) …(1)
[2]上記[1]に記載の溶融めっき鋼材は、Cu-Kα線を使用し、X線出力が50kV及び300mAである条件で測定した、前記めっき層の表面のX線回折パターンにおいて、下記式(2)を満足してもよい。
{I(26.19°)+I(44.6°)}/{2×I(12.5°)}>2.0 …(2)
式(2)において、I(n°)は回折角度n°におけるX線回折強度であり、nは式(2)中に示される回折角度(2θ)である。
In order to solve the above problems, each aspect of the present invention employs the following configuration.
[1] A hot-dip plated steel material according to one aspect of the present invention has a steel material and a plating layer disposed on a surface of the steel material,
The plating layer comprises, in mass %,
Al: more than 10.0%, less than 60.0%,
Mg: 4.0% or more, 15.0% or less,
Si: 3.5% or more, 8.0% or less,
and further comprising
Sn: 0% or more, 0.7% or less,
Sr: 0% or more, 1.5% or less,
Bi: 0% or more, 0.3% or less,
In: 0% or more, 0.3% or less,
Ca: 0% or more, 0.6% or less,
Y: 0% or more, 0.3% or less,
La: 0% or more, 0.3% or less,
Ce: 0% or more, 0.3% or less,
Li: 0% or more, 0.3% or less,
Ni: 0% or more, 1.0% or less,
Cu: 0% or more, 1.0% or less,
Ag: 0% or more, 0.25% or less,
Sb: 0% or more, 0.25% or less,
Pb: 0% or more, 0.25% or less,
B: 0% or more, 0.5% or less,
P: 0% or more, 0.5% or less,
Ti: 0% or more, 0.25% or less,
Co: 0% or more, 0.25% or less,
V: 0% or more, 0.25% or less,
Nb: 0% or more, 0.25% or less,
Mn: 0% or more, 0.25% or less,
Zr: 0% or more, 0.25% or less,
W: 0% or more, 0.25% or less,
Fe: 0% or more, 5.0% or less,
The balance has a chemical composition including Zn and impurities,
The plating layer contains an Mg 2 Si intermetallic compound,
In an element distribution profile obtained by performing a qualitative analysis by glow discharge optical emission spectrometry from the surface of the plating layer toward the steel material, when the thickness of a region from the surface of the plating layer to a depth position at which an Fe intensity equivalent to 5% of the maximum intensity of Fe is detected is defined as Tg, the average value of the qualitative analysis values of Si from the surface of the plating layer to Tg/3 is defined as Si(surf), the average value of the qualitative analysis values of Si in the range from Tg/3 to 2Tg/3 starting from the surface of the plating layer is defined as Si(centre), and the average value of the qualitative analysis values of Si in the range from 2Tg/3 to Tg starting from the surface of the plating layer is defined as Si(deep), the following formula (1) is satisfied.
Si(surf)<Si(deep)<Si(centre)…(1)
[2] In the hot-dip plated steel material described in the above [1], an X-ray diffraction pattern of a surface of the plating layer measured using Cu-Kα radiation under conditions of an X-ray output of 50 kV and 300 mA may satisfy the following formula (2):
{I(26.19°)+I(44.6°)}/{2×I(12.5°)}>2.0...(2)
In equation (2), I(n°) is the X-ray diffraction intensity at a diffraction angle of n°, where n is the diffraction angle (2θ) shown in equation (2).
本発明の一実施形態によれば、十分なめっき硬さ、優れた加工性、および優れた耐食性を両立可能な溶融めっき鋼材を提供できる。According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a hot-dip plated steel material that combines sufficient plating hardness, excellent workability, and excellent corrosion resistance.
以下、本発明の一実施形態に係る溶融めっき鋼材について説明する。
なお、本明細書において、めっき層の化学組成の各元素の含有量の「%」表示は、特に断りのない限り「質量%」を意味する。
また、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。なお、「~」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
Hereinafter, a hot-dip plated steel material according to one embodiment of the present invention will be described.
In this specification, the "%" designation for the content of each element in the chemical composition of the plating layer means "mass %" unless otherwise specified.
Furthermore, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits. When the numerical values before and after "to" are followed by "more than" or "less than," the numerical range does not include these numerical values as the lower or upper limit.
まず、Zn-Al-Mg系めっき層内に形成される金属間化合物と、めっき鋼材の加工性との関係について検討を行った。以下、検討結果について説明する。First, we investigated the relationship between the intermetallic compounds formed in the Zn-Al-Mg plating layer and the workability of plated steel. The results of this investigation are explained below.
一般的に、めっき層中に共有結合を有する金属間化合物が含まれると、硬質な粒子となるため、めっき層全体の硬度が上昇する。また、金属間化合物は絶縁性にも優れることから、めっき層中に含まれることで、高い耐食性を示すようになる。Generally, when a plating layer contains intermetallic compounds with covalent bonds, they become hard particles, increasing the hardness of the entire plating layer. In addition, since intermetallic compounds also have excellent insulating properties, their inclusion in the plating layer provides high corrosion resistance.
一方で、めっき層中に金属間化合物が過度に含有されると、めっき層全体が硬質となってめっき層の塑性変形能が低下する場合がある。また、めっき層全体が硬質となると、めっき鋼材を素材として成形加工する際にめっき層が破壊されやすくなり、パウダリングなどのめっき層の剥離が発生する場合がある。そのため、めっき層中に多量の金属間化合物を含有させることは実用上好ましくない。On the other hand, if the plating layer contains an excessive amount of intermetallic compounds, the entire plating layer may become hard, reducing the plastic deformability of the plating layer. Furthermore, if the entire plating layer becomes hard, the plating layer may be easily destroyed when the plated steel material is used for forming processing, and peeling of the plating layer, such as powdering, may occur. For this reason, it is not practically preferable to contain a large amount of intermetallic compounds in the plating layer.
また、めっき層の中でも特に、めっき層の表面及び界面において、連続的かつ層状に金属間化合物が形成されると、例えば曲げ加工時に剥離したり、腐食時には腐食速度差からめっき層と母材との界面において界面剥離を引き起こしたりする場合がある。そこで従来では、所望の水準の硬度および高耐食性を備えつつ、剥離等の発生しない加工性の良好なめっき層が求められていた。 Furthermore, when intermetallic compounds are formed continuously and in layers, particularly on the surface and interface of the plating layer, peeling may occur during bending, or the difference in corrosion rate during corrosion may cause interfacial peeling at the interface between the plating layer and the base material. Therefore, there has been a demand for a plating layer that has the desired level of hardness and high corrosion resistance, while also having good workability and does not cause peeling.
ここで、めっき層の硬度、耐食性を向上させるために、めっき層中にCaを含有させる技術がある。多量のCaをめっき層中に含有させると、めっき層中のZn,Alなどと金属間化合物が形成される。このCa含有金属間化合物の融点は、Zn-Al-Mg系溶融めっきの凝固プロセスにおいて非常に高い。そのため、めっき層中のCaは、めっき浴から鋼材を引き上げた後の初期の段階で大きなCa含有金属間化合物となり、めっき層中で成長する。Here, there is a technology for incorporating Ca into the plating layer in order to improve the hardness and corrosion resistance of the plating layer. When a large amount of Ca is incorporated into the plating layer, intermetallic compounds are formed with the Zn, Al, etc. in the plating layer. The melting point of this Ca-containing intermetallic compound is very high during the solidification process of Zn-Al-Mg-based hot-dip plating. Therefore, the Ca in the plating layer becomes large Ca-containing intermetallic compounds in the early stages after the steel material is pulled out of the plating bath, and grows in the plating layer.
通常の溶融めっきプロセスでは、めっき層の表面は外気による冷却を大きく受けるため、めっき層の凝固は表面から進行する。Caを含有する浴においても同様のメカニズムによって、めっき層の表面もしくは界面などの自由エネルギーが低く安定した部分からCa含有金属間化合物の析出が開始される。その結果、Ca含有金属間化合物は、特にめっき層表面で集積しやすく、これらが粗大に成長してCa含有金属間化合物が層状に連なる場合がある。In a typical hot-dip plating process, the surface of the plating layer is largely cooled by the outside air, so solidification of the plating layer proceeds from the surface. In a bath containing Ca, a similar mechanism occurs, and precipitation of Ca-containing intermetallic compounds begins in areas with low free energy and stability, such as the surface or interface of the plating layer. As a result, Ca-containing intermetallic compounds tend to accumulate, particularly on the surface of the plating layer, and these may grow coarsely and form a layered structure of Ca-containing intermetallic compounds.
Ca含有金属間化合物が層状に連なっためっき層の場合、成形加工時にCa含有金属間化合物が脆性破壊し、めっき層表面からめっき層が剥離してしまう、いわゆる「パウダリング現象」が発生するおそれがある。したがって、Caを高濃度に含有するめっき層では、硬度、加工性および耐食性をともに向上させることは困難であった。In the case of a plating layer in which Ca-containing intermetallic compounds are connected in layers, the Ca-containing intermetallic compounds may undergo brittle fracture during forming, causing the plating layer to peel off from the surface, a phenomenon known as "powdering." Therefore, in a plating layer that contains a high concentration of Ca, it has been difficult to improve the hardness, workability, and corrosion resistance of the plating layer.
そこで、本発明者らは、Caと同様の効果を発揮できる元素について検討したところ、Siが有効であることを知見した。具体的に、Siは、Mg-Si系金属間化合物を形成するが、当該Mg-Si系金属間化合物はCa含有金属間化合物と比較してめっき層と母材との界面に集積しにくい性質を有することを知見した。つまり、めっき層中にSiを含有させることで、Caとほぼ同様の効果を発揮しつつ、形成されるMg-Si系金属間化合物をめっき層の厚み方向の中心部に集積させることができるため、従来よりも加工性をより高めることができる。Therefore, the present inventors investigated elements that can exert the same effect as Ca and found that Si is effective. Specifically, they found that Si forms Mg-Si intermetallic compounds, but that these Mg-Si intermetallic compounds have the property of being less likely to accumulate at the interface between the plating layer and the base material than Ca-containing intermetallic compounds. In other words, by including Si in the plating layer, it is possible to exert substantially the same effect as Ca, while allowing the formed Mg-Si intermetallic compounds to accumulate in the center of the plating layer in the thickness direction, thereby improving workability compared to conventional methods.
[溶融めっき鋼材]
以下、本実施形態に係る溶融めっき鋼材について詳細に説明する。
本実施形態の溶融めっき鋼材は、鋼材と、鋼材の表面に配置されためっき層と、を有する溶融めっき鋼材であり、めっき層の平均化学組成が、質量%で、
Al:10.0%超、60.0%以下、
Mg:4.0%以上、15.0%以下、
Si:3.5%以上、8.0%以下、
を含有し、更に、
Sn:0%以上、0.7%以下、
Sr:0%以上、1.50%以下、
Bi:0%以上、0.3%以下、
In:0%以上、0.3%以下、
Ca:0%以上、0.6%以下、
Y :0%以上、0.3%以下、
La:0%以上、0.3%以下、
Ce:0%以上、0.3%以下、
Li:0%以上、0.3%以下、
Ni:0%以上、1.0%以下、
Cu:0%以上、1.0%以下、
Ag:0%以上、0.25%以下、
Sb:0%以上、0.25%以下、
Pb:0%以上、0.25%以下、
B :0%以上、0.5%以下、
P :0%以上、0.5%以下、
Ti:0%以上、0.25%以下、
Co:0%以上、0.25%以下、
V :0%以上、0.25%以下、
Nb:0%以上、0.25%以下、
Mn:0%以上、0.25%以下、
Zr:0%以上、0.25%以下、
W :0%以上、0.25%以下、
Fe:0%以上、5.0%以下、
残部Zn及び不純物を含む。
[Hot-dip plated steel]
The hot-dip plated steel material according to this embodiment will be described in detail below.
The hot-dip plated steel material of the present embodiment is a hot-dip plated steel material having a steel material and a plating layer disposed on a surface of the steel material, and the average chemical composition of the plating layer is, in mass%,
Al: more than 10.0%, less than 60.0%,
Mg: 4.0% or more, 15.0% or less,
Si: 3.5% or more, 8.0% or less,
and further comprising
Sn: 0% or more, 0.7% or less,
Sr: 0% or more, 1.50% or less,
Bi: 0% or more, 0.3% or less,
In: 0% or more, 0.3% or less,
Ca: 0% or more, 0.6% or less,
Y: 0% or more, 0.3% or less,
La: 0% or more, 0.3% or less,
Ce: 0% or more, 0.3% or less,
Li: 0% or more, 0.3% or less,
Ni: 0% or more, 1.0% or less,
Cu: 0% or more, 1.0% or less,
Ag: 0% or more, 0.25% or less,
Sb: 0% or more, 0.25% or less,
Pb: 0% or more, 0.25% or less,
B: 0% or more, 0.5% or less,
P: 0% or more, 0.5% or less,
Ti: 0% or more, 0.25% or less,
Co: 0% or more, 0.25% or less,
V: 0% or more, 0.25% or less,
Nb: 0% or more, 0.25% or less,
Mn: 0% or more, 0.25% or less,
Zr: 0% or more, 0.25% or less,
W: 0% or more, 0.25% or less,
Fe: 0% or more, 5.0% or less,
The balance includes Zn and impurities.
また、本実施形態の溶融めっき鋼材におけるめっき層は、Mg2Si金属間化合物を含有し、めっき層の表面から鋼材に向かって、グロー放電発光分析法によって定性分析した場合の元素分布プロファイルにおいて、めっき層の表面から、Feの最大強度に対して5%相当のFe強度が検出される深さ位置までの領域の厚みをTgとした場合、めっき層の表面からTg/3までのSiの定性分析値の平均値をSi(surf)、めっき層の表面を起点としてTg/3から2Tg/3までの範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(centre)、めっき層の表面を起点として2Tg/3からTgまで範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(deep)とした場合、下記式(1)を満足する。 Furthermore, the plating layer in the hot-dip plated steel material of this embodiment contains an Mg 2 Si intermetallic compound, and in an element distribution profile obtained by qualitatively analyzing the plating layer from the surface toward the steel material by glow discharge optical emission spectrometry, when the thickness of the region from the surface of the plating layer to the depth position where an Fe intensity equivalent to 5% of the maximum Fe intensity is detected is Tg, the average value of the qualitative analysis values of Si from the surface of the plating layer to Tg/3 is Si(surf), the average value of the qualitative analysis values of Si in the range from Tg/3 to 2Tg/3 starting from the surface of the plating layer is Si(centre), and the average value of the qualitative analysis values of Si in the range from 2Tg/3 to Tg starting from the surface of the plating layer is Si(deep), the following formula (1) is satisfied.
Si(surf)<Si(deep)<Si(centre) …(1) Si(surf)<Si(deep)<Si(centre)…(1)
(鋼材)
まず、めっきの対象となる鋼材(原板)について説明する。
鋼材は、例えば主に鋼板であるが、そのサイズは特に制限されない。鋼板は、通常の溶融亜鉛めっき工程に適用可能なものであればよい。具体的には、連続溶融亜鉛めっきライン(CGL)など、溶融金属に浸漬して凝固させる工程で適用可能な鋼板がこれに当てはまる。鋼板のサイズとしては、例えば、板厚10mm以下、板幅2000mm以下のものを適用できるが、鋼板のサイズはこれに限定されるものではない。
(Steel)
First, the steel material (original sheet) to be plated will be described.
The steel material is, for example, mainly a steel plate, but the size is not particularly limited. The steel plate may be any steel plate that can be applied to a normal hot-dip galvanizing process. Specifically, this applies to steel plates that can be applied to a process in which the steel plate is immersed in molten metal and solidified, such as a continuous hot-dip galvanizing line (CGL). The size of the steel plate may be, for example, a plate thickness of 10 mm or less and a plate width of 2000 mm or less, but the size of the steel plate is not limited to this.
鋼材の材質は、特に制限されない。鋼材は、例えば、一般鋼、Alキルド鋼、極低炭素鋼、高炭素鋼、各種高張力鋼、一部の高合金鋼(Ni、Cr等の耐食性強化元素含有鋼等)、ボルト用鋼、橋梁ケーブル用鋼線材などの各種の鋼板および鋼材が適用可能である。より具体的には、鋼材は、例えばJIS G 3131(2018)に定められる熱延鋼板、JIS G 3141(2017)に定められる冷延鋼板、いわゆるSS材に対応する一般構造用圧延鋼材に含まれるもの、JIS G 3193(2019)に示される熱延鋼板に含まれるいわゆる一般鋼、JIS H 8641(2021)、JIS G 3302(2019),3303(2017),3313(2017),3314(2019),3315(2017),3317(2019),および3321(2019)などに記載される、各種金属が薄くめっきされたプレめっき鋼、JIS G 3136(2012)に記載される建築構造用圧延鋼材、JIS G 3126(2015)に記載されるAlキルド鋼、極低炭素鋼、高炭素鋼、JIS G 3113(2018),3134(2018),および3135(2018)に記載される各種高張力鋼、一部の高合金鋼(Ni、Cr等の耐食性強化元素含有鋼等)が適用可能である。The material of the steel material is not particularly limited. For example, various steel plates and steel materials such as general steel, Al-killed steel, ultra-low carbon steel, high carbon steel, various high tensile steels, some high alloy steels (steels containing corrosion-resistant strengthening elements such as Ni and Cr), steel for bolts, and steel wire for bridge cables can be used. More specifically, the steel material may be, for example, a hot-rolled steel plate defined in JIS G 3131 (2018), a cold-rolled steel plate defined in JIS G 3141 (2017), a material included in general structural rolled steel material corresponding to so-called SS material, a so-called general steel included in hot-rolled steel plate shown in JIS G 3193 (2019), pre-plated steel thinly plated with various metals as described in JIS H 8641 (2021), JIS G 3302 (2019), 3303 (2017), 3313 (2017), 3314 (2019), 3315 (2017), 3317 (2019), and 3321 (2019), a rolled steel material for building structure as described in JIS G 3136 (2012), a rolled steel material for building structure as described in JIS G Applicable steels include Al-killed steels, extra-low carbon steels, and high carbon steels described in JIS G 3126 (2015), various high tensile steels described in JIS G 3113 (2018), 3134 (2018), and 3135 (2018), and some high alloy steels (steels containing corrosion-resistant strengthening elements such as Ni and Cr, etc.).
(めっき層)
次に、鋼材上に設けられるめっき層について説明する。
本実施形態に係るめっき層は、Zn-Al-Mg系合金層を含む。Zn-Al-Mg系合金層中には、Zn相、Al相、MgZn2相が含有される。また、本実施形態のめっき層には、Mg2Si金属間化合物が含有される。更に、本実施形態のめっき層には、その他の金属間化合物が含有される場合がある。
(Plating layer)
Next, the plating layer provided on the steel material will be described.
The plating layer according to this embodiment includes a Zn-Al-Mg alloy layer. The Zn-Al-Mg alloy layer contains a Zn phase, an Al phase, and an MgZn 2 phase. The plating layer according to this embodiment also contains an Mg 2 Si intermetallic compound. Furthermore, the plating layer according to this embodiment may contain other intermetallic compounds.
Zn相中にAl、Mgなどの合金元素が含有されると耐食性が改善する。そのため、このようなZn相を含むめっき層の場合、薄膜(例えば、通常のZnめっき層の半分程度の厚み)でであっても通常のZnめっき層と同等の耐食性を発揮できる。本実施形態のめっき層も同じように、薄膜とした場合であっても、従来のZnめっき層と同等もしくはそれ以上の耐食性が確保される。When alloy elements such as Al and Mg are contained in the Zn phase, corrosion resistance is improved. Therefore, in the case of a plating layer containing such a Zn phase, even if it is a thin film (for example, about half the thickness of a normal Zn plating layer), it can exhibit corrosion resistance equivalent to that of a normal Zn plating layer. Similarly, even if the plating layer of this embodiment is made thin, it ensures corrosion resistance equivalent to or greater than that of a conventional Zn plating layer.
MgZn2相
本実施形態に係るめっき層には、MgZn2相が含まれる。MgZn2相が一定量めっき層内に含有されることで、水濡れ環境での耐食性をより向上することができる。
MgZn 2 phase The plating layer according to the present embodiment contains MgZn 2 phase. When a certain amount of MgZn 2 phase is contained in the plating layer, the corrosion resistance in a water-wet environment can be further improved.
Zn相(Al-Zn相、Zn-Al相)
Zn相は、主に三元共晶組織(Zn/Al/MgZn2三元共晶組織)として存在する。また、めっき層が多量のAlが含有する場合、Zn相は、AlとZnとが互いに固体状態で混ざり合ってAl-Zn相となることで、Al相内に固溶する場合もある。一方で、Zn相内にAlが固溶してZn-Al相(相中のAl濃度は20%程度まで)となる場合もある。Zn、Alから構成される相は極めて加工性に富む。
Zn phase (Al-Zn phase, Zn-Al phase)
The Zn phase mainly exists as a ternary eutectic structure (Zn/Al/MgZn ternary eutectic structure). When the plating layer contains a large amount of Al, the Zn phase may be dissolved in the Al phase by mixing Al and Zn in a solid state to form an Al-Zn phase. On the other hand, Al may be dissolved in the Zn phase to form a Zn-Al phase (the Al concentration in the phase is up to about 20%). The phase composed of Zn and Al is very easy to work.
Al相
Al相は、めっき層中にAl初晶として塊状に存在する。Al相は、めっき層の凝固過程において様々な元素、特にZnをその相内に固溶する。本実施形態のめっき層は高いAl含有量を有するため、Al相は、凝固過程においてZnなどの元素を過飽和に含有するようになる。Al相は、凝固過程において、めっき層中で樹状に広がるデンドライト組織を形成し、めっき層の骨格を形成する。Al相は、軟質で加工性に富むため、発生した亀裂の進展を妨害し、致命的なめっき層の欠陥を減らす役割をする。
Al phase The Al phase exists in the plating layer in the form of a mass as primary Al crystals. The Al phase dissolves various elements, particularly Zn, in the plating layer during the solidification process. Since the plating layer of this embodiment has a high Al content, the Al phase becomes supersaturated with elements such as Zn during the solidification process. The Al phase forms a dendrite structure that spreads in a tree-like shape in the plating layer during the solidification process, forming the skeleton of the plating layer. The Al phase is soft and highly workable, and therefore plays a role in hindering the progress of cracks that have occurred and reducing fatal defects in the plating layer.
Mg2Si金属間化合物
本実施形態に係るめっき層には、Mg2Si金属間化合物が含まれる。Mg2Si金属間化合物は、Siを含むめっき層の凝固組織中に、明瞭な境界を持って島状に観察される金属間化合物である。Mg2Si金属間化合物には、Zn、Al、その他の添加元素は固溶されていないか、固溶されていても極微量であると考えられる。Mg2Si金属間化合物は、めっき層中では顕微鏡観察において明瞭に他の相と区別できる。Mg2Si金属間化合物は、めっき層にSiが含有されることによりめっき層中に形成される。
Mg 2 Si intermetallic compound The plating layer according to this embodiment contains an Mg 2 Si intermetallic compound. The Mg 2 Si intermetallic compound is an intermetallic compound observed in the form of islands with clear boundaries in the solidification structure of the plating layer containing Si. It is considered that Zn, Al and other additive elements are not solid-dissolved in the Mg 2 Si intermetallic compound, or even if they are solid-dissolved, they are in very small amounts. The Mg 2 Si intermetallic compound can be clearly distinguished from other phases in the plating layer when observed under a microscope. The Mg 2 Si intermetallic compound is formed in the plating layer when the plating layer contains Si.
めっき層中に形成される金属間化合物は、一般的に、個々の原子が複雑に結合することから、耐食性および硬度を上昇させる作用を有する。一方、金属間化合物が、めっき表面及び界面に、連続的に層状に形成されると、曲げ加工時に凝集剥離し、腐食時には腐食速度差から表面剥離および/または界面剥離を引き起こす場合がある。Intermetallic compounds formed in the plating layer generally have the effect of increasing corrosion resistance and hardness, as individual atoms are bonded in a complex manner. On the other hand, when intermetallic compounds are formed in continuous layers on the plating surface and interface, they may coagulate and peel off during bending, and during corrosion, differences in corrosion rates may cause surface and/or interface peeling.
ここで、めっき層の耐食性及び硬度を向上させるのに有効な元素としてCaが知られている。しかし、上記のとおり、Ca含有金属間化合物は層状に形成しやすい化合物であり、特に、界面に集積しやすい。これはZn-Al-Mg系めっき層中に過度にCaが含有された際に形成されるCaZn4を基準とした金属間化合物が形成されやすいことに起因する。これに対し、SiはCaとほぼ同様にめっき層の耐食性及び硬度を向上させる傾向があること、特にMg2Si金属間化合物は、Ca含有金属間化合物と比較すると界面に集積しにくい傾向があることを知見した。
また、金属間化合物がめっき層の中心部に集積するほど、厳しい加工条件であっても、パウダリングが生じにくい。後述する各式を満たすようにめっき層中にMg2Si金属間化合物を含有させることで、めっき層の硬度をさらに上昇させることができると共に、耐食性が向上し、かつ良好な加工性を確保できる。
Here, Ca is known as an element effective in improving the corrosion resistance and hardness of the plating layer. However, as described above, Ca-containing intermetallic compounds are compounds that tend to form layers, and are particularly prone to accumulating at interfaces. This is because intermetallic compounds based on CaZn4 are likely to be formed when an excessive amount of Ca is contained in a Zn-Al-Mg-based plating layer. In contrast, it has been found that Si tends to improve the corrosion resistance and hardness of the plating layer in a manner similar to Ca, and that Mg2Si intermetallic compounds in particular tend to be less likely to accumulate at interfaces compared to Ca-containing intermetallic compounds.
In addition, the more the intermetallic compound accumulates in the center of the plating layer, the less likely powdering occurs even under severe processing conditions. By incorporating the Mg 2 Si intermetallic compound in the plating layer so as to satisfy the various formulas described below, the hardness of the plating layer can be further increased, the corrosion resistance can be improved, and good processability can be ensured.
Mg2Si金属間化合物などの金属間化合物は、GDS法(グロー放電発光分光分析法)により存在を確認可能である。 The presence of intermetallic compounds such as the Mg 2 Si intermetallic compound can be confirmed by the GDS method (glow discharge optical emission spectroscopy).
次に、本実施形態に係るめっき層におけるめっき層内部の深さ方向の成分分析方法について説明する。Next, we will explain the method for analyzing the components in the depth direction inside the plating layer in this embodiment.
めっき層の内部の深さ方向の成分分析方法には、グロー放電発光分光分析装置を用いたグロー放電発光分析法(GDS)使用するとよい。本実施形態では、グロー放電発光分光分析装置としてLECOジャパン850Aを使用するが、測定装置はこれに限定されるものではない。また、深さ方向の分析を行う場合は、Arスパッタを行いつつ分析することが好ましく、その分析条件は、アルゴン圧:0.27MPa、出力電力:30W、出力電圧:1000V、放電領域:直径4mmの円形の領域内、とする。The method for analyzing the components in the depth direction inside the plating layer is preferably glow discharge optical emission spectrometry (GDS) using a glow discharge optical emission spectrometer. In this embodiment, a LECO Japan 850A is used as the glow discharge optical emission spectrometer, but the measuring device is not limited to this. In addition, when performing an analysis in the depth direction, it is preferable to perform the analysis while performing Ar sputtering, and the analysis conditions are argon pressure: 0.27 MPa, output power: 30 W, output voltage: 1000 V, and discharge area: within a circular area with a diameter of 4 mm.
GDSによる成分分析は、めっき層の表面から深さ方向に沿って鋼材に向けて、Fe濃度が100%(地鉄に到達する)になるまで実施する。したがって、GDSによる深さ方向分析の分析範囲は、めっき層の表面から、Zn-Al-Mgめっき層、Al-Fe合金層及び鋼材の一部まで達する範囲である。GDS分析後は、東京精密株式会社製の「surfcom130A」を使用して断面のスパッタ深さを測定する。GDSによる成分分析によって、めっき層の深さ方向の元素分布プロファイルが得られる。元素分布プロファイルでは、検出された元素の全量を100%とした場合に、各元素の深さ方向の含有量の分布が示される。 Component analysis using GDS is carried out from the surface of the plating layer in the depth direction towards the steel material until the Fe concentration reaches 100% (reaching the base steel). Therefore, the analysis range of depth direction analysis using GDS is the range from the surface of the plating layer to the Zn-Al-Mg plating layer, the Al-Fe alloy layer and part of the steel material. After GDS analysis, the sputter depth of the cross section is measured using a "surfcom130A" manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Component analysis using GDS provides an element distribution profile in the depth direction of the plating layer. The element distribution profile shows the distribution of the content of each element in the depth direction when the total amount of detected elements is taken as 100%.
本実施形態では、めっき層の表面から鋼材に向けてGDSによって定性分析した場合の元素分布プロファイルにおいて、めっき層の表面から、Feの最大強度に対して5%相当のFe強度が検出される深さ位置までの領域の厚みをTgとした場合、めっき層の表面からTg/3までのSiの定性分析値の平均値をSi(surf)、めっき層の表面を起点としてTg/3から2Tg/3までの範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(centre)、めっき層の表面を起点として2Tg/3からTgまでの範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(deep)とした場合、下記式(1)を満足する。なお、Si(surf)、Si(centre)およびSi(deep)は、GDSによる定性分析を10回実施し、得られた元素分布プロファイルにおける定性分析値の平均を求めることで得る。定性分析は、めっき層表面において互いに重複しない位置で実施する。In this embodiment, in the element distribution profile obtained by performing a qualitative analysis from the surface of the plating layer toward the steel material by GDS, if the thickness of the region from the surface of the plating layer to the depth position where an Fe intensity equivalent to 5% of the maximum Fe intensity is detected is Tg, the average value of the qualitative analysis value of Si from the surface of the plating layer to Tg/3 is Si(surf), the average value of the qualitative analysis value of Si in the range from Tg/3 to 2Tg/3 starting from the surface of the plating layer is Si(centre), and the average value of the qualitative analysis value of Si in the range from 2Tg/3 to Tg starting from the surface of the plating layer is Si(deep), the following formula (1) is satisfied. Note that Si(surf), Si(centre), and Si(deep) are obtained by performing a qualitative analysis by GDS 10 times and averaging the qualitative analysis values in the obtained element distribution profile. The qualitative analyses are performed at positions on the surface of the plating layer that do not overlap with each other.
Si(surf)<Si(deep)<Si(centre) …(1) Si(surf)<Si(deep)<Si(centre)…(1)
上記(1)を満足するように、Mg2Si金属間化合物をめっき層(具体的には前述の領域)の厚み方向の中心部に集積させることで、加工性を向上させることができ、厳しい加工条件であっても、パウダリングを回避できる。つまり、式(1)を満足させることで、めっき層の硬度の上昇および耐食性の向上を実現でき、結果、硬質で、かつ良好な加工性および耐食性を有するめっき鋼材を得ることができる。めっき層の厚み方向の中心部や、めっき層/Feの境界部など、電位が大きく変化し易い部位にMg2Si金属間化合物のような絶縁物が存在すると、腐食促進が抑制され耐食性が向上するものと考えられる。 By accumulating the Mg 2 Si intermetallic compound in the center of the thickness direction of the plating layer (specifically, the aforementioned region) so as to satisfy the above (1), the workability can be improved and powdering can be avoided even under severe processing conditions. In other words, by satisfying the formula (1), the hardness and corrosion resistance of the plating layer can be increased, and as a result, a plated steel material that is hard and has good workability and corrosion resistance can be obtained. It is considered that the presence of an insulator such as the Mg 2 Si intermetallic compound in a portion where the potential is likely to change significantly, such as the center of the thickness direction of the plating layer or the boundary between the plating layer and Fe, suppresses the promotion of corrosion and improves the corrosion resistance.
なお、Mg2Si金属間化合物は耐食性および硬度を上昇させる作用を有する。一方、めっき層の表面及び界面に、多くのMg2Si金属間化合物が形成されると、加工時においてこのMg2Si金属間化合物が剥離する場合がある。また、腐食時には腐食速度の差から、Mg2Si金属間化合物の表面剥離および/または界面剥離が引き起され、加工性および耐食性を損なうおそれがある。加工性や耐食性の低下への影響は、めっき層の表面に形成されるMg2Si金属間化合物の方が大きい。そのため、本実施形態では、Si(deep)よりもSi(surf)を小さくする。すなわち、めっき層の表面からTg/3までの領域におけるSi量を、2Tg/3からTgまで範囲のSi量よりも小さくすることで、加工時や腐食時におけるMg2Si金属間化合物由来の剥離を抑制でき、加工性および耐食性をより向上させることができる。 The Mg 2 Si intermetallic compound has the effect of increasing corrosion resistance and hardness. On the other hand, if a large amount of Mg 2 Si intermetallic compound is formed on the surface and interface of the plating layer, the Mg 2 Si intermetallic compound may peel off during processing. In addition, due to the difference in corrosion rate, surface peeling and/or interface peeling of the Mg 2 Si intermetallic compound may occur during corrosion, which may impair workability and corrosion resistance. The Mg 2 Si intermetallic compound formed on the surface of the plating layer has a greater effect on the deterioration of workability and corrosion resistance. Therefore, in this embodiment, Si (surf) is made smaller than Si (deep). That is, by making the amount of Si in the region from the surface of the plating layer to Tg/3 smaller than the amount of Si in the range from 2Tg/3 to Tg, peeling due to the Mg 2 Si intermetallic compound during processing and corrosion can be suppressed, and workability and corrosion resistance can be further improved.
なお、本実施形態では、めっき層の表面から鋼材に向けてGDS法によって定性分析した場合の元素分布プロファイルにおいて、Feの最大強度に対して5%相当のFe強度が検出される深さ位置までの領域において、上記式(1)を満足する。当該領域は、おおむねZn-Al-Mg系合金層の存在領域と同一である。In this embodiment, the above formula (1) is satisfied in the element distribution profile obtained by qualitatively analyzing the steel material from the surface of the plating layer using the GDS method up to the depth position where an Fe intensity equivalent to 5% of the maximum Fe intensity is detected. This region is roughly the same as the region where the Zn-Al-Mg alloy layer exists.
図1には、本実施形態に係るめっき層における、GDSによる深さ方向分析結果の一例を示す。図1に示すグラフは、元素分布プロファイルである。本実施形態において、上記式(1)を規定する領域は、めっき層表面から深さ方向に分析した場合、めっき層の表面からFeの最大強度の5%の位置までとする。例えば、図1に示すような分析結果の場合、Feの最大強度が53Vであるため、その5%の強度の位置、つまりFe強度が2.7Vの位置までの領域において、上記式(1)が規定される。 Figure 1 shows an example of the results of depth-wise analysis by GDS of the plating layer according to this embodiment. The graph shown in Figure 1 is an element distribution profile. In this embodiment, the region that defines the above formula (1) is from the surface of the plating layer to a position that is 5% of the maximum Fe intensity when analyzed in the depth direction from the surface of the plating layer. For example, in the case of the analysis results shown in Figure 1, since the maximum Fe intensity is 53 V, the above formula (1) is defined in the region up to the position of 5% of that intensity, that is, the position where the Fe intensity is 2.7 V.
次に、Mg2Si金属間化合物のX線回折による指標について説明する。 Next, the indices of the Mg 2 Si intermetallic compound based on X-ray diffraction will be described.
本実施形態のめっき層は、Cu-Kα線を使用し、X線出力が50kV及び300mAである条件で測定した、めっき層表面のX線回折パターンのうち、Mg2Si金属間化合物の回折強度をI(26.19°)およびI(44.6°)、バックグラウンドの強度をI(12.5°)とした際、下記式(2)を満足する。 The plating layer of this embodiment satisfies the following formula (2) when the diffraction intensities of the Mg 2 Si intermetallic compound are I (26.19°) and I (44.6°) and the background intensity is I (12.5°) in the X-ray diffraction pattern of the plating layer surface measured using Cu-Kα radiation at an X-ray output of 50 kV and 300 mA.
{I(26.19°)+I(44.6°)}/{2×I(12.5°)}>2.0 …(2)
ただし、式(2)において、I(n°)は回折角度n°におけるX線回折強度であり、nは式(2)中に示される回折角度(2θ)である。
{I(26.19°)+I(44.6°)}/{2×I(12.5°)}>2.0...(2)
In the formula (2), I(n°) is the X-ray diffraction intensity at a diffraction angle of n°, and n is the diffraction angle (2θ) shown in the formula (2).
図2には、本実施形態に係るめっき層における、X線回折パターンの一例を示す。図2に示すように、Mg2Si金属間化合物のピークは、26.19°付近と、44.6°付近に現れる。すなわち、式(2)におけるI(26.19°)およびI(44.6°)は、回折角度26.19°、44.6°それぞれにおけるMg2Si金属間化合物のX線回折強度を表す。本実施形態では、バックグラウンドの強度をI(12.5°)とした場合、上記式(2)を満たすことで、耐食性と硬度に優れる金属間化合物がめっき層中に形成される。その結果、めっき表面、及び界面の塑性変形能を維持しつつ、高い硬度と耐食性を発現することができる。 FIG. 2 shows an example of an X-ray diffraction pattern of the plating layer according to this embodiment. As shown in FIG. 2, the peaks of the Mg 2 Si intermetallic compound appear near 26.19° and near 44.6°. That is, I (26.19°) and I (44.6°) in formula (2) represent the X-ray diffraction intensity of the Mg 2 Si intermetallic compound at the diffraction angles of 26.19° and 44.6°, respectively. In this embodiment, when the background intensity is I (12.5°), by satisfying the above formula (2), an intermetallic compound having excellent corrosion resistance and hardness is formed in the plating layer. As a result, it is possible to develop high hardness and corrosion resistance while maintaining the plastic deformability of the plating surface and interface.
本実施形態のめっき層には、Al、Feを含む界面合金層(Al-Fe系界面合金層)を含んでもよい。Al-Fe系界面合金層の平均厚みは5μm未満である。Al-Fe系界面合金層は、鋼材とZn-Al-Mg系合金層との間にある界面合金層であり、鋼材の表面に接している。つまり、本実施形態のめっき層は、Zn-Al-Mg系合金層から構成される単層構造であってもよく、Zn-Al-Mg系合金層とAl-Fe系界面合金層とを含む積層構造であってもよい。The plating layer of this embodiment may include an interface alloy layer (Al-Fe-based interface alloy layer) containing Al and Fe. The average thickness of the Al-Fe-based interface alloy layer is less than 5 μm. The Al-Fe-based interface alloy layer is an interface alloy layer between the steel material and the Zn-Al-Mg-based alloy layer, and is in contact with the surface of the steel material. In other words, the plating layer of this embodiment may be a single-layer structure composed of a Zn-Al-Mg-based alloy layer, or may be a laminated structure including a Zn-Al-Mg-based alloy layer and an Al-Fe-based interface alloy layer.
Al-Fe系界面合金層は、耐食性に対して大きな影響は及ぼさないが、溶融めっき鋼材の加工時におけるめっき層の密着性と、加工性(亀裂の有無)に影響を及ぼす。特に、Al-Fe系界面合金層は、加工時のめっき層の剥落の度合いを示す耐パウダリング性に影響する場合がある。通常、Al-Fe系界面合金層の厚みが薄い方が、加工時のめっき層の亀裂発生起点を少なくして耐パウダリング性をより改善できる。このため、部材等として使用する際に高い加工が付与される可能性のある溶融めっき鋼材においては、Al-Fe系界面合金層の厚みは極力薄いことが好ましい。具体的には、Al-Fe系界面合金層を構成する金属間化合物の厚みは5μm未満とする。この厚みは、2μm以下とすることが好ましく、より好ましくは1μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下である。0.3μm以下であってもよい。これにより、加工時における亀裂の発生を抑制して耐パウダリング性をより改善できる。さらには、めっき層の厚みに対するAl-Fe界面合金層の厚みの割合は、平均で10%未満、より好ましくは、5%未満である。The Al-Fe interface alloy layer does not have a significant effect on corrosion resistance, but it does affect the adhesion of the plating layer during processing of hot-dip plated steel and the workability (presence or absence of cracks). In particular, the Al-Fe interface alloy layer may affect the powdering resistance, which indicates the degree of peeling of the plating layer during processing. Usually, the thinner the Al-Fe interface alloy layer, the fewer the crack initiation points in the plating layer during processing, and the better the powdering resistance. For this reason, in hot-dip plated steel that may be subjected to high processing when used as a member, etc., it is preferable that the thickness of the Al-Fe interface alloy layer is as thin as possible. Specifically, the thickness of the intermetallic compound that constitutes the Al-Fe interface alloy layer is less than 5 μm. This thickness is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less. It may be 0.3 μm or less. This suppresses the occurrence of cracks during processing and further improves powdering resistance. Furthermore, the ratio of the thickness of the Al-Fe interface alloy layer to the thickness of the plating layer is on average less than 10%, and more preferably less than 5%.
Al-Fe系界面合金層は、鋼材の表面、具体的には、鋼材とZn-Al-Mg系合金層との間に形成される。Al-Fe系界面合金層は、組織としてAl5Fe2相が主相である層である。Al-Fe系界面合金層は、地鉄(鋼板)及びめっき浴の相互の原子拡散によって形成される。製法として連続式の溶融めっき法を用いた場合、Al元素を含有するめっき層では、Al-Fe系界面合金層が形成され易い。本実施形態ではめっき浴中に一定濃度以上のAlが含有されることから、Al-Fe系界面合金層にはAl5Fe2相が最も多く形成される。しかし、原子拡散には時間を要するため、Al-Fe系界面合金層におけるFe濃度は均一ではなく、地鉄に近い部分ではFe濃度が高くなる場合もある。そのため、Al-Fe系界面合金層は、部分的には、AlFe相、Al3Fe相、Al5Fe2相などが少量含まれる場合もある。また、めっき浴中にZnも一定濃度含まれることから、Al-Fe系界面合金層には、Znも少量含有される場合がある。 The Al-Fe-based interface alloy layer is formed on the surface of the steel material, specifically, between the steel material and the Zn-Al-Mg-based alloy layer. The Al-Fe-based interface alloy layer is a layer in which the Al 5 Fe 2 phase is the main phase in the structure. The Al-Fe-based interface alloy layer is formed by mutual atomic diffusion between the base steel (steel sheet) and the coating bath. When a continuous hot-dip coating method is used as the manufacturing method, the Al-Fe-based interface alloy layer is likely to be formed in the coating layer containing the Al element. In this embodiment, since the coating bath contains Al at a certain concentration or more, the Al 5 Fe 2 phase is formed most frequently in the Al-Fe-based interface alloy layer. However, since atomic diffusion takes time, the Fe concentration in the Al-Fe-based interface alloy layer is not uniform, and the Fe concentration may be high in the part close to the base steel. Therefore, the Al-Fe-based interface alloy layer may partially contain small amounts of the AlFe phase, the Al 3 Fe phase, the Al 5 Fe 2 phase, etc. Furthermore, since the plating bath contains a certain concentration of Zn, the Al-Fe based interface alloy layer may also contain a small amount of Zn.
なお、本実施形態に係るめっき層において、Siの一部は、Al-Fe系界面合金層中に取り込まれて、Al-Fe-Si金属間化合物相となる場合がある。同定されるAl-Fe-Si金属間化合物相としては、AlFeSi相がある。AlFeSi相の異性体として、α相、β相、q1相,q2相等が存在する。そのため、Al-Fe系界面合金層では、これらAlFeSi相等が検出されることがある。これらAlFeSi相等を含むAl-Fe系界面合金層をAl-Fe-Si合金層とも称する。In the plating layer according to this embodiment, some of the Si may be incorporated into the Al-Fe-based interface alloy layer to form an Al-Fe-Si intermetallic compound phase. The identified Al-Fe-Si intermetallic compound phase is the AlFeSi phase. Isomers of the AlFeSi phase include the α phase, β phase, q1 phase, q2 phase, and the like. Therefore, these AlFeSi phases may be detected in the Al-Fe-based interface alloy layer. An Al-Fe-based interface alloy layer that contains these AlFeSi phases is also referred to as an Al-Fe-Si alloy layer.
次に、めっき層の平均化学組成について説明する。めっき層全体の平均化学組成は、めっき層がZn-Al-Mg系合金層の単層構造の場合は、Zn-Al-Mg系合金層の平均化学組成である。また、めっき層がAl-Fe系界面合金層及びZn-Al-Mg系合金層から構成される積層構造の場合は、Al-Fe系界面合金層及びZn-Al-Mg系合金層の合計の平均化学組成である。Next, the average chemical composition of the plating layer will be explained. When the plating layer has a single-layer structure of a Zn-Al-Mg alloy layer, the average chemical composition of the entire plating layer is the average chemical composition of the Zn-Al-Mg alloy layer. When the plating layer has a layered structure composed of an Al-Fe interfacial alloy layer and a Zn-Al-Mg alloy layer, the average chemical composition of the entire plating layer is the average chemical composition of the Al-Fe interfacial alloy layer and the Zn-Al-Mg alloy layer combined.
本実施形態のめっき層においては、Al-Fe系界面合金層の厚みは、めっき層の全体厚みに対して10%以下であることが好ましい。このようにAl-Fe系界面合金層の厚みがめっき層全体に対して十分に小さい場合は、めっき層のFe濃度は5%以内であることが多い。In the plating layer of this embodiment, the thickness of the Al-Fe interfacial alloy layer is preferably 10% or less of the total thickness of the plating layer. When the thickness of the Al-Fe interfacial alloy layer is sufficiently small compared to the total thickness of the plating layer, the Fe concentration of the plating layer is often within 5%.
Al:10.0%超、60.0%以下
Alは、めっき層の主体を構成する元素である。Al含有量が10.0%以下では、十分なZn-Al相量を確保できない場合がある。そのためAl含有量は10.0%超である。一方、Al含有量が60.0%を超えると、耐食性が低下する場合がある。そのため、Al含有量の上限は60.0%以下である。Al含有量の下限は、好ましくは15.0%以上である。またAl含有量の上限は、好ましくは45.0%以下、より好ましくは30.0%以下である。
Al: more than 10.0% and not more than 60.0% Al is an element that mainly constitutes the coating layer. If the Al content is not more than 10.0%, a sufficient amount of Zn-Al phase may not be secured. Therefore, the Al content is more than 10.0%. On the other hand, if the Al content exceeds 60.0%, the corrosion resistance may decrease. Therefore, the upper limit of the Al content is not more than 60.0%. The lower limit of the Al content is preferably not less than 15.0%. Moreover, the upper limit of the Al content is preferably not more than 45.0%, more preferably not more than 30.0%.
Mg:4.0%以上、15.0%以下
Mgは、Znと同様に、めっき層の主体を構成する元素である。Mgは、本実施形態に係るめっき鋼板において、耐食性を向上させる重要な元素である。めっき層中のMg含有量が4.0%未満では、Mgを含有していない場合と比較して耐食性の向上効果が明らかでない。したがってMg含有量は4.0%以上とする。一方、Zn-Al-Mg系めっき浴において、Mgが過剰に添加されるとめっき浴の浴面で急激な酸化反応が生じ、めっきを安定して行うことができない。そのため安定してめっきを行い、良好な製造性を確保するためには、めっき層中のMg含有量は、15%以下とする。
Mg: 4.0% or more, 15.0% or less Like Zn, Mg is an element constituting the main part of the plating layer. Mg is an important element for improving corrosion resistance in the plated steel sheet according to the present embodiment. If the Mg content in the plating layer is less than 4.0%, the effect of improving corrosion resistance is not clear compared to the case where Mg is not contained. Therefore, the Mg content is set to 4.0% or more. On the other hand, if Mg is added excessively to a Zn-Al-Mg plating bath, a rapid oxidation reaction occurs on the bath surface of the plating bath, and plating cannot be performed stably. Therefore, in order to perform stable plating and ensure good manufacturability, the Mg content in the plating layer is set to 15% or less.
Si:3.5%以上、8.0%以下
Siは、Mgと結合してMg2Siなる組成の金属間化合物を形成する。またSiは、過度なAl-Fe反応を抑制し、これにより、Al-Fe系界面合金層の形成を抑制する。
Si含有量が3.5%未満の場合、Mg2Siの生成量が少なくなり、めっき層の硬さが低くなり、耐食性も低下する場合がある。一方、Si含有量が8.0%と超える場合、めっき層中のMg2Siの生成量が多くなり過ぎ、めっき層が脆性破壊し、めっき表面からめっき層が凝集剥離してパウダリング現象が起き、結果として耐食性も低下する場合がある。そのため、Si含有量は3.5%以上、8.0%以下とする。
Si: 3.5% or more, 8.0% or less Si combines with Mg to form an intermetallic compound having a composition of Mg 2 Si. Si also suppresses excessive Al-Fe reaction, thereby suppressing the formation of an Al-Fe based interface alloy layer.
If the Si content is less than 3.5%, the amount of Mg 2 Si produced will be small, the hardness of the plating layer will be low, and the corrosion resistance may also be reduced. On the other hand, if the Si content exceeds 8.0%, the amount of Mg 2 Si produced in the plating layer will be too large, the plating layer will undergo brittle fracture, and the plating layer will coagulate and peel off from the plating surface, causing a powdering phenomenon, which may result in a decrease in corrosion resistance. Therefore, the Si content is set to 3.5% or more and 8.0% or less.
Sr:0%以上、1.5%以下
Srは、Zn、Al、Si等と共有結合を形成し、耐食性と硬度に優れる金属間化合物を形成する。一方、Sr含有量が1.5%を超える場合、めっき層中にSr系金属間化合物が過度に生成してしまい、めっき層全体が硬質となってしまう。その結果、めっき鋼材を素材として成形加工する際、めっき層が破壊されやすく、パウダリングなどのめっき層の剥離が発生する場合がある。そのため、Sr含有量は0.03%以上、1.5%以下とする。
Sr: 0% or more, 1.5% or less Sr forms covalent bonds with Zn, Al, Si, etc., to form intermetallic compounds with excellent corrosion resistance and hardness. On the other hand, if the Sr content exceeds 1.5%, Sr-based intermetallic compounds are excessively generated in the plating layer, and the entire plating layer becomes hard. As a result, when the plated steel material is used as a material for forming, the plating layer is easily destroyed, and peeling of the plating layer, such as powdering, may occur. Therefore, the Sr content is set to 0.03% or more, 1.5% or less.
Sn:0%以上、0.7%以下
Bi:0%以上、0.3%以下
In:0%以上、0.3%以下
Sn、Bi、Inの各元素は、めっき層に含有されることによってめっき層の軟化を促す元素である。Sn、Bi、Inは、任意に含有できる元素であるので、それぞれの含有量を0%以上とする。Snを含有させると、めっき層中にMg9Sn5が形成する傾向にある。Biは、Mg3Bi2、InはMg3Inなども形成する。これらの元素はMgZn2相より軟質で、加工性もよく、めっき層中に含まれることで加工性の向上が明瞭に確認できる元素である。また、これら元素は非常に卑な電気化学的性質を示すため、高い防食効果を有する。Sn、Bi、Inの少なくとも1種以上を上記範囲内で含有させることで、加工部耐食性向上効果が得られる。
Sn: 0% or more, 0.7% or less Bi: 0% or more, 0.3% or less In: 0% or more, 0.3% or less Each of Sn, Bi, and In is an element that promotes softening of the plating layer by being contained in the plating layer. Since Sn, Bi, and In are elements that can be contained arbitrarily, the content of each is set to 0% or more. When Sn is contained, Mg 9 Sn 5 tends to be formed in the plating layer. Bi forms Mg 3 Bi 2 , and In forms Mg 3 In, etc. These elements are softer than the MgZn 2 phase, have good workability, and are elements that can clearly confirm the improvement of workability by being contained in the plating layer. In addition, these elements have a high anticorrosive effect because they show very base electrochemical properties. By containing at least one of Sn, Bi, and In within the above range, the effect of improving the corrosion resistance of the processed part can be obtained.
Ca:0%以上、0.6%以下、
Caは、めっき層の硬さおよび耐食性の向上に寄与する元素である。一方、多量のCaをめっき層中に含有させると、めっき層中のZnおよび/またはAlと金属間化合物が形成される。このようにして形成されたCa含有金属間化合物は、特にめっき層表面で集積しやすく、場合によっては、集積したCa含有金属間化合物が粗大に成長してCa含有金属間化合物が層状に連なることがある。Ca含有金属間化合物が層状に連なっためっき層の場合、成形加工時にCa含有金属間化合物が脆性破壊し、めっき層表面からめっき層が剥離し、結果、加工性が低下してしまうおそれがある。そのため、Ca含有量は0.6%以下とする。
Ca: 0% or more, 0.6% or less,
Ca is an element that contributes to improving the hardness and corrosion resistance of the plating layer. On the other hand, when a large amount of Ca is contained in the plating layer, an intermetallic compound is formed with Zn and/or Al in the plating layer. The Ca-containing intermetallic compound thus formed is particularly likely to accumulate on the plating layer surface, and in some cases, the accumulated Ca-containing intermetallic compound may grow coarsely and the Ca-containing intermetallic compound may be connected in layers. In the case of a plating layer in which Ca-containing intermetallic compounds are connected in layers, the Ca-containing intermetallic compound may undergo brittle fracture during forming, causing the plating layer to peel off from the plating layer surface, resulting in a decrease in workability. Therefore, the Ca content is set to 0.6% or less.
Y :0%以上、0.3%以下
La:0%以上、0.3%以下
Ce:0%以上、0.3%以下
Li:0%以上、0.3%以下
Ni:0%以上、1.0%以下
Cu:0%以上、1.0%以下
Ag:0%以上、0.25%以下
Sb:0%以上、0.25%以下
Pb:0%以上、0.25%以下
B :0%以上、0.5%以下
P :0%以上、0.5%以下
Ti:0%以上、0.25%以下
Co:0%以上、0.25%以下
V :0%以上、0.25%以下
Nb:0%以上、0.25%以下
Mn:0%以上、0.25%以下
Zr:0%以上、0.25%以下
W :0%以上、0.25%以下
Y、La、Ce、Li、Ni、Cu、Ag、Sb、Pb、B、P、Ti、Co、V、Nb、Mn、Zr、Wはいずれも、Si、Zn、Alなどと金属間化合物を形成する。ただし、これらの元素の含有量が上記範囲内の場合には、めっき層の初期腐食に影響することはない。一方で、これら元素を過剰に含有すると、めっき層に電位差が生じ、初期白錆が多く発生する場合があるため、含有する場合には、上記範囲内とするとよい。
Y: 0% or more, 0.3% or less La: 0% or more, 0.3% or less Ce: 0% or more, 0.3% or less Li: 0% or more, 0.3% or less Ni: 0% or more, 1.0% or less Cu: 0% or more, 1.0% or less Ag: 0% or more, 0.25% or less Sb: 0% or more, 0.25% or less Pb: 0% or more, 0.25% or less B : 0% or more, 0.5% or less P: 0% or more, 0.5% or less Ti: 0% or more, 0.25% or less Co: 0% or more, 0.25% or less V: 0% or more, 0.25% or less Nb: 0% or more, 0.25% or less Mn: 0% or more, 0.25% or less Zr: 0% or more, 0.25% or less W: 0% or more, 0.25% or less Y, La, Ce, Li, Ni, Cu, Ag, Sb, Pb, B, P, Ti, Co, V, Nb, Mn, Zr, and W all form intermetallic compounds with Si, Zn, Al, etc. However, when the contents of these elements are within the above ranges, they do not affect the initial corrosion of the plating layer. On the other hand, when these elements are contained in excess, a potential difference occurs in the plating layer, and a large amount of initial white rust may occur, so when these elements are contained, it is preferable to keep them within the above ranges.
Fe:0%以上、5.0%以下
本実施形態の溶融めっき鋼材は、連続式の溶融めっき法により製造されるため、製造時にめっき原材からめっき層にFeが拡散する場合がある。前述の通り、本実施形態では、めっき層のAl濃度が高く、Al-Fe系界面合金層が形成される場合があるが、その厚みは薄い。その結果として、めっき層中にFeが最大5.0%まで含有することがあるが、Fe濃度が5.0%以下に制限されていれば、めっき層中の亀裂の発生頻度等に影響はない。よって、Fe含有量は0~5.0%とする。Fe含有量は0%超でもよい。
Fe: 0% or more, 5.0% or less Since the hot-dip plated steel material of this embodiment is manufactured by a continuous hot-dip plating method, Fe may diffuse from the plated base material to the plated layer during manufacturing. As described above, in this embodiment, the Al concentration of the plated layer is high, and an Al-Fe-based interface alloy layer may be formed, but its thickness is thin. As a result, the plated layer may contain Fe up to a maximum of 5.0%, but as long as the Fe concentration is limited to 5.0% or less, there is no effect on the frequency of cracks in the plated layer. Therefore, the Fe content is set to 0 to 5.0%. The Fe content may be more than 0%.
残部:Zn及び不純物
残部にはZnを含有することが好ましい。本実施形態の溶融めっき鋼材は、汎用性の高いZn系めっき鋼材であるため、めっき層の主相を構成する元素はZnである。
Balance: Zn and impurities The balance preferably contains Zn. Since the hot-dip plated steel material of the present embodiment is a Zn-based plated steel material having high versatility, the element constituting the main phase of the plated layer is Zn.
不純物は、原材料に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に含有させたものではない成分を指す。例えば、めっき層には、鋼材(地鉄)とめっき浴との相互の原子拡散によって、不純物として、Fe以外の成分も微量混入することがある。まためっき合金を製造するために通常3N純度の金属を使用するため、不純物の濃度はおよそ、その合計で0.03%以下としてもよい。Impurities refer to components contained in raw materials or components mixed in during the manufacturing process, but not intentionally included. For example, trace amounts of components other than Fe may be mixed into the plating layer as impurities due to atomic diffusion between the steel (base steel) and the plating bath. In addition, since metals with a purity of 3N are usually used to manufacture plating alloys, the concentration of impurities may be approximately 0.03% or less in total.
めっき層の平均化学組成の同定には、地鉄(鋼材)の腐食を抑制するインヒビターを含有した酸でめっき層を剥離溶解した酸液を得る。酸への不溶分は酸液をろ過し、得られた残渣をアルカリ融解処理により液化する。次に、得られた酸液およびアルカリ融解処理で得られた溶液をICP発光分光分析法またはICP-MS法で測定することで化学組成を得ることができる。酸種は、めっき層を溶解できる酸であれば、特に制限はない。剥離前後の面積と重量を測定しておけば、めっき付着量(g/m2)も同時に得ることができる。 To identify the average chemical composition of the plating layer, an acid solution is obtained by peeling and dissolving the plating layer with an acid containing an inhibitor that suppresses corrosion of the base steel (steel material). The acid solution is filtered to remove the insoluble matter, and the resulting residue is liquefied by an alkali fusion treatment. The resulting acid solution and the solution obtained by the alkali fusion treatment are then measured by ICP emission spectroscopy or ICP-MS to obtain the chemical composition. There are no particular limitations on the type of acid, so long as it is an acid that can dissolve the plating layer. If the area and weight are measured before and after peeling, the plating coverage (g/m 2 ) can also be obtained at the same time.
[溶融めっき鋼材の製造方法]
次に、本実施形態の溶融めっき鋼材の製造方法について説明する。
本実施形態に係るめっき鋼材は、製法は特に限定されない。
そこで、上述したようなSi含有のめっき層を形成する方法としては、単純には、Zn-Al-Mg系めっき浴に直接Siを添加してめっきする方法が考えられる。しかし、この方法では、めっき層の中心部ではなく表面およびその付近にMg2Si金属間化合物が形成されやすい。そのため、本実施形態の溶融めっき鋼材を製造するための好適な製法の一例として、めっき原板上に設けたSi含有プレめっき層からめっき層にSiを供給する方法を例に挙げて、以下説明する。なお、本明細書では、このように、めっき原板に対して予め所定のプレめっき層を形成してからZn-Al-Mg系溶融めっきを順に施す方法を「2段めっき法」と称する。
[Method of manufacturing hot-dip plated steel material]
Next, a method for producing the hot-dip plated steel material according to this embodiment will be described.
The manufacturing method of the plated steel material according to this embodiment is not particularly limited.
Therefore, as a method for forming the above-mentioned Si-containing plating layer, a simple method of plating by directly adding Si to a Zn-Al-Mg-based plating bath is considered. However, in this method, Mg 2 Si intermetallic compounds are likely to be formed on the surface and its vicinity, not in the center of the plating layer. Therefore, as an example of a suitable manufacturing method for producing the hot-dip plated steel material of this embodiment, a method of supplying Si to the plating layer from a Si-containing pre-plating layer provided on the original plate for plating will be described below. In this specification, such a method of forming a predetermined pre-plating layer on the original plate for plating in advance and then performing Zn-Al-Mg-based hot-dip plating in this order is called a "two-stage plating method".
まず、冷延・熱延鋼板などのめっき原板にあらかじめAl-Siプレめっき層を形成する。プレめっき手段は溶融めっき、電気めっき、置換めっきでもよく、蒸着等であってもよい。さらに、これらのプレめっき層が加熱されて合金化されていてもよい。First, an Al-Si pre-plating layer is formed on a base plate to be plated, such as a cold-rolled or hot-rolled steel sheet. The pre-plating method may be hot-dip plating, electroplating, displacement plating, vapor deposition, etc. Furthermore, these pre-plating layers may be heated and alloyed.
なお、原板上へのプレめっきを溶融めっきで行う場合は、例えば、Al-8~10%Si浴など通常のアルミめっきを形成する条件で実行すればよく、特に制約はない。In addition, when pre-plating on the original sheet is performed by hot-dip plating, it can be performed under conditions for forming normal aluminum plating, such as an Al-8 to 10% Si bath, and there are no particular restrictions.
次いで、めっき原板を450~600℃、好ましくは、後述するめっき浴の温度と同程度の温度に加熱する。この加熱は原板の焼きなましを兼ねてもよい(以降、この加熱を事前焼鈍と称する場合がある)。後述するめっき浴浸漬の前の鋼板を加熱することによって、めっき浴の温度変動を小さくすることができる。Next, the original sheet to be plated is heated to 450-600°C, preferably to a temperature similar to the temperature of the plating bath described below. This heating may also serve as annealing of the original sheet (hereinafter, this heating may be referred to as pre-annealing). By heating the steel sheet before immersion in the plating bath described below, it is possible to reduce temperature fluctuations in the plating bath.
プレめっき層が形成され加熱された原板を、所望のめっき成分が得られるよう調整したZn-Al-Mgめっき浴に浸漬させ、その後、引き上げることにより、Zn-Al-Mg系合金層にプレめっき層が取り込まれ最終的なめっき層を形成させることができる。めっき浴温は好ましくは480~550℃である。The heated base sheet with the pre-plated layer is immersed in a Zn-Al-Mg plating bath adjusted to obtain the desired plating components, and then pulled out, whereby the pre-plated layer is incorporated into the Zn-Al-Mg alloy layer to form the final plating layer. The plating bath temperature is preferably 480 to 550°C.
また、Zn-Al-Mg系合金層にプレめっき層を取り込み、単層構造であるめっき層を得るためには、原板のめっき浴への浸漬時間を一定以上確保することが好ましい。具体的には、浸漬時間は3~10秒の間が好ましい。Zn-Al-Mg系合金層に十分にプレめっき層を取り込むためには、浸漬時間は4秒以上とすることが好ましい。なお、浸漬時間が過度に長いとめっきと鋼板界面の合金層が厚膜化し、めっき剥離となるおそれがある。そのため、浸漬時間は8秒以下が好ましい。 In addition, in order to incorporate the pre-plating layer into the Zn-Al-Mg alloy layer and obtain a plating layer with a single-layer structure, it is preferable to ensure that the original sheet is immersed in the plating bath for a certain period of time or more. Specifically, the immersion time is preferably between 3 and 10 seconds. In order to sufficiently incorporate the pre-plating layer into the Zn-Al-Mg alloy layer, the immersion time is preferably 4 seconds or more. Note that if the immersion time is excessively long, the alloy layer at the interface between the plating and the steel sheet may become thick, which may result in plating peeling. Therefore, the immersion time is preferably 8 seconds or less.
また本実施形態では、めっき原板を引き上げる際に温度制御することが好ましい。つまり、浸漬後に適切な冷却条件制御を行うことで、めっき層中にSiが含有され、所望のMg2Si金属間化合物を形成できる。 In this embodiment, it is preferable to control the temperature when the plated original sheet is pulled up. That is, by controlling the cooling conditions appropriately after immersion, Si is contained in the plated layer, and the desired Mg 2 Si intermetallic compound can be formed.
具体的には、Mg2Si金属間化合物を十分に形成させるためには、550~450℃の温度範囲の平均冷却速度を25℃/秒以下とすることが好ましい。550~450℃の温度範囲の平均冷却速度が25℃/秒超の場合は、Siがめっき層の厚み方向に均一に分散してしまい、所望のめっき層が得られない場合がある。 Specifically, in order to sufficiently form the Mg 2 Si intermetallic compound, it is preferable to set the average cooling rate in the temperature range of 550 to 450° C. to 25° C./sec or less. If the average cooling rate in the temperature range of 550 to 450° C. exceeds 25° C./sec, Si may be uniformly dispersed in the thickness direction of the plating layer, and the desired plating layer may not be obtained.
550~450℃の温度域以外の温度域における冷却条件は、金属間化合物の形成などに影響を与えないので、特に限定されない。Cooling conditions in temperature ranges other than 550 to 450°C are not particularly limited as they do not affect the formation of intermetallic compounds, etc.
このように、めっき原板を浴から引き上げた後の冷却条件を適切に制御することで、Mg2Si金属間化合物のめっき層表面及び界面への形成をより抑制し、めっき層中心部付近にMg2Si金属間化合物を適度に分散できる。その結果、めっき表面、及び界面の塑性変形能を維持しつつ、高いめっき硬度、加工性および耐食性を発現できる。 In this way, by appropriately controlling the cooling conditions after the plating base sheet is pulled out of the bath, the formation of Mg 2 Si intermetallic compounds on the plating layer surface and interface can be further suppressed, and the Mg 2 Si intermetallic compounds can be appropriately dispersed near the center of the plating layer, thereby achieving high plating hardness, workability, and corrosion resistance while maintaining the plastic deformability of the plating surface and interface.
また、めっき基板として、Al-Siプレめっき層が形成された鋼板を使用すると、めっき表面ではなく、めっき層の中心部および界面付近にMg2Si金属間化合物をより集合させることができる。その結果、本実施形態の所望のめっき層を形成させることができる。 In addition, when a steel sheet on which an Al-Si pre-plating layer is formed is used as the plating substrate, the Mg 2 Si intermetallic compounds can be more concentrated in the center and in the vicinity of the interface of the plating layer, rather than on the plating surface, and as a result, the desired plating layer of this embodiment can be formed.
次に、溶融めっき鋼材の性能評価方法について述べる。 Next, we will describe the performance evaluation method for hot-dip galvanized steel.
(曲げ加工性)
本実施形態のめっき鋼材の曲げ加工性については、0R~5R-60度―V曲げ後、曲げ戻した際のパウダリング量(剥離量)を測定することで評価できる。
(Bending workability)
The bending workability of the plated steel material of this embodiment can be evaluated by measuring the amount of powdering (amount of peeling) when bending the material back after bending it 0R to 5R-60 degrees-V.
具体的には、2R-60度-V字金型プレスで成形した後、さらに平板金型で平板に曲げ戻し加工する。V字加工後、谷部だった場所に、巾24mmのセロハンテープを押し当てて引き離し、セロハンテープの長さ90mmの部分を目視で判断する。
評価基準は以下の通りである。
Specifically, the material is molded using a 2R-60-degree V-shaped die press, and then bent back into a flat plate using a flat die. After V-shaping, a 24 mm wide cellophane tape is pressed against the valley and then pulled away, and a 90 mm long portion of the cellophane tape is visually inspected.
The evaluation criteria are as follows:
<評価基準>
A:剥離部分が発生せず。
B:剥離部分が点上に部分的に剥離(加工部面積に対して5%未満)。
C:剥離部分が線上に剥離した部分がある(加工部面積に対して5~10%未満)。
D:剥離部分が線上に剥離した部分がある(加工部面積に対して10~20%未満)。
E:剥離部分がほぼ剥離(加工部面積に対して20%以上)。
<Evaluation criteria>
A: No peeling occurred.
B: Peeling occurred partially at points (less than 5% of the processed area).
C: Peeling occurred in a linear fashion (less than 5 to 10% of the processed area).
D: Linear peeling was observed (less than 10 to 20% of the processed area).
E: Peeling occurred in almost all areas (20% or more of the processed area).
(耐食性)
厚さ0.8mmの平面部試験片を作成し、塩水噴霧複合サイクル腐食試験(CCT,JASO-M609-91)を実施し、発生した赤錆の面積率を測定する。サイクル数は600サイクルとする。
評価基準は以下の通りとする。
(Corrosion resistance)
A flat test piece with a thickness of 0.8 mm is prepared, and a salt spray combined cycle corrosion test (CCT, JASO-M609-91) is carried out to measure the area ratio of red rust that has developed. The number of cycles is 600.
The evaluation criteria are as follows:
<評価基準>
A:赤錆発生せず。
B:赤錆面積率:10%未満。
C:赤錆面積率:10%以上20%未満。
D:赤錆面積率:20%以上。
<Evaluation criteria>
A: No red rust was observed.
B: Red rust area ratio: less than 10%.
C: Red rust area ratio: 10% or more and less than 20%.
D: Red rust area ratio: 20% or more.
(硬さ)
めっき層の耐疵つき性の評価指標として、ビッカース試験による硬さ(ビッカース硬さ)を採用する。具体的には、めっき層表面のビッカース硬さを荷重10gfで測定する。ビッカース硬さは、めっき層の厚み方向を含む断面においてビッカース硬さを10点測定し、それらの平均とする。
(Hardness)
The hardness measured by the Vickers test (Vickers hardness) is used as an evaluation index for the scratch resistance of the plating layer. Specifically, the Vickers hardness of the plating layer surface is measured under a load of 10 gf. The Vickers hardness is measured at 10 points on a cross section including the thickness direction of the plating layer, and the average of these measurements is used.
めっき層の形成後は、各種化成処理や塗装処理を行ってもよい。 After the plating layer is formed, various chemical treatments and painting processes may be performed.
本実施形態の溶融めっき鋼材には、めっき層上に皮膜を形成してもよい。皮膜は、1層または2層以上を形成することができる。めっき層直上の皮膜の種類としては、例えば、クロメート皮膜、りん酸塩皮膜、クロメートフリー皮膜が挙げられる。これら皮膜の形成は、クロメート処理、りん酸塩処理、クロメートフリー処理などの既知の方法で行うことができる。In the hot-dip plated steel material of this embodiment, a coating may be formed on the plating layer. The coating may be formed in one layer or in two or more layers. Examples of the type of coating directly on the plating layer include a chromate coating, a phosphate coating, and a chromate-free coating. These coatings can be formed by known methods such as chromate treatment, phosphate treatment, and chromate-free treatment.
クロメート処理には、電解によってクロメート皮膜を形成する電解クロメート処理、素材との反応を利用して皮膜を形成させ、その後余分な処理液を洗い流す反応型クロメート処理、処理液を被塗物に塗布し水洗することなく乾燥して皮膜を形成させる塗布型クロメート処理がある。いずれの処理を採用してもよい。 There are three types of chromate treatment: electrolytic chromate treatment, which forms a chromate film by electrolysis; reactive chromate treatment, which uses a reaction with the material to form a film and then washes away excess treatment liquid; and paint-type chromate treatment, which applies a treatment liquid to the substrate and then dries it without rinsing to form a film. Any of these treatments may be used.
電解クロメート処理としては、クロム酸、シリカゾル、樹脂(りん酸、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、酢酸ビニルアクリルエマルション、カルボキシル化スチレンブタジエンラテックス、ジイソプロパノールアミン変性エポキシ樹脂等)、及び硬質シリカを使用する電解クロメート処理を例示することができる。Examples of electrolytic chromate treatments include electrolytic chromate treatments using chromic acid, silica sol, resin (phosphoric acid, acrylic resin, vinyl ester resin, vinyl acetate acrylic emulsion, carboxylated styrene butadiene latex, diisopropanolamine modified epoxy resin, etc.), and hard silica.
りん酸塩処理としては、例えば、りん酸亜鉛処理、りん酸亜鉛カルシウム処理、りん酸マンガン処理を例示することができる。Examples of phosphate treatments include zinc phosphate treatment, calcium zinc phosphate treatment, and manganese phosphate treatment.
クロメートフリー処理は、特に、環境に負荷なく好適である。クロメートフリー処理には、電解によってクロメートフリー皮膜を形成する電解型クロメートフリー処理、素材との反応を利用して皮膜を形成させ、その後、余分な処理液を洗い流す反応型クロメートフリー処理、処理液を被塗物に塗布し水洗することなく乾燥して皮膜を形成させる塗布型クロメートフリー処理がある。いずれの処理を採用してもよい。 Chromate-free treatments are particularly suitable as they do not place a burden on the environment. There are electrolytic chromate-free treatments that form a chromate-free film by electrolysis, reactive chromate-free treatments that form a film by utilizing a reaction with the material and then wash away excess treatment liquid, and coating-type chromate-free treatments that apply a treatment liquid to the substrate and dry it without rinsing with water to form a film. Any of these treatments may be used.
さらに、めっき層直上の皮膜の上に、有機樹脂皮膜を1層もしくは2層以上有してもよい。有機樹脂としては、特定の種類に限定されず、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はこれらの樹脂の変性体等を挙げられる。ここで変性体とは、これらの樹脂の構造中に含まれる反応性官能基に、その官能基と反応し得る官能基を構造中に含む他の化合物(モノマーや架橋剤など)を反応させた樹脂のことを指す。 Furthermore, one or more layers of an organic resin film may be provided on the film directly on the plating layer. The organic resin is not limited to a specific type, and examples thereof include polyester resin, polyurethane resin, epoxy resin, acrylic resin, polyolefin resin, and modified products of these resins. The modified product here refers to a resin in which a reactive functional group contained in the structure of these resins is reacted with another compound (monomer, crosslinking agent, etc.) that contains a functional group in its structure that can react with the functional group.
このような有機樹脂としては、1種又は2種以上の有機樹脂(変性していないもの)を混合して用いてもよいし、少なくとも1種の有機樹脂の存在下で、少なくとも1種のその他の有機樹脂を変性することによって得られる有機樹脂を1種又は2種以上混合して用いてもよい。また有機樹脂皮膜中には任意の着色顔料や防錆顔料を含んでもよい。水に溶解又は分散することで水系化したものも使用することができる。 As such organic resins, one or more organic resins (unmodified) may be used in combination, or one or more organic resins obtained by modifying at least one other organic resin in the presence of at least one organic resin may be used in combination. The organic resin film may also contain any coloring pigment or rust-preventive pigment. Water-based organic resins that have been dissolved or dispersed in water may also be used.
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。Next, an embodiment of the present invention will be described. However, the conditions in the embodiment are merely an example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is not limited to this example of conditions. Various conditions may be adopted in the present invention as long as they do not deviate from the gist of the present invention and achieve the object of the present invention.
まず、めっき原板として、100mm×200mm、板厚0.8mmの冷延鋼板(SPCC)を用意した。この冷延鋼板に対し、まず、Al-Si系めっき浴(浴温:650℃)を用いて、表1A、1Bに記載のようなAl-Siプレめっき層を鋼板表面に形成した。なお、表1A、1B中の「製法」欄の「2段めっき」とは、前述の2段めっき法を適用したことを示す。表1A、1B中の「ゼンジマー」とは、プレめっきを施さずに冷延鋼板表面を還元焼鈍してめっきする方法を適用したことを示す。First, a cold-rolled steel sheet (SPCC) measuring 100 mm x 200 mm and 0.8 mm thick was prepared as the base sheet for plating. An Al-Si pre-plating layer as shown in Tables 1A and 1B was first formed on the surface of this cold-rolled steel sheet using an Al-Si-based plating bath (bath temperature: 650°C). Note that "two-stage plating" in the "Manufacturing method" column in Tables 1A and 1B indicates that the above-mentioned two-stage plating method was applied. "Sendzimer" in Tables 1A and 1B indicates that a method was applied in which the surface of the cold-rolled steel sheet was reduction-annealed and plated without applying pre-plating.
めっき原板にAl-Siプレめっき層を形成してめっき基材を製造した後、当該めっき基材に対し、400℃、H2(25%)-N2雰囲気にて0.5~3.0分加熱した。 An Al-Si pre-plating layer was formed on the original sheet to produce a plated substrate, and the plated substrate was then heated at 400° C. in a H 2 (25%)-N 2 atmosphere for 0.5 to 3.0 minutes.
上記事前焼鈍後のめっき基材に対し、溶融めっきシミュレーターにて、溶融めっきを実施した。After the above pre-annealing, hot-dip plating was performed on the plated substrate using a hot-dip plating simulator.
まず、表1A、1Bに示すめっき浴成分を有する合金を真空溶解法にて調合し、完全無酸素・窒素置換雰囲気(O2濃度5ppm未満)の状態で、めっき浴を建浴した。表1A、1B中のめっき浴成分の残部は、実質的にZnである。
次に、めっき基材の一点(評価面中央裏面)をスポット溶接でK熱電対に接着し、めっき凝固完了までの温度履歴を把握した。引き続き、めっき基材をH2(25%)-N2雰囲気で所定温度まで加熱した。めっき浴温は表1A、1Bに示す通りとし、500mm/秒の浸漬速度でめっき基材をめっき浴に浸漬させ、表1A,1Bに示す浸漬時間の間、浴内にめっき基材を浸漬させた。その後、500mm/秒の速度でめっき基材をめっき浴から引き上げた。
First, alloys having the plating bath components shown in Tables 1A and 1B were prepared by a vacuum melting method, and plating baths were prepared in a completely oxygen-free, nitrogen-substituted atmosphere ( O2 concentration less than 5 ppm). The remainder of the plating bath components in Tables 1A and 1B was essentially Zn.
Next, one point of the plated substrate (the back surface at the center of the evaluation surface) was attached to a K thermocouple by spot welding, and the temperature history until the completion of plating solidification was grasped. The plated substrate was then heated to a predetermined temperature in a H 2 (25%)-N 2 atmosphere. The plating bath temperature was set as shown in Tables 1A and 1B, and the plated substrate was immersed in the plating bath at an immersion speed of 500 mm/sec for the immersion time shown in Tables 1A and 1B. The plated substrate was then pulled out of the plating bath at a speed of 500 mm/sec.
引き上げ直後、N2ワイピングガスにて平均めっき厚Tpが40μmになるように調整し、その後、無酸素・窒素置換雰囲気で流量制御したN2ガスを吹き付けて、550~450℃の温度範囲を表1に示す平均冷却速度で冷却した。 Immediately after pulling up, the average plating thickness Tp was adjusted to 40 μm using N2 wiping gas, and then N2 gas with a flow rate controlled in an oxygen-free, nitrogen-substituted atmosphere was sprayed onto the workpiece to cool it in the temperature range of 550 to 450 ° C. at the average cooling rate shown in Table 1.
以上の工程により、めっき鋼板を得た。なお、表2A,2Bに示すめっき層の厚み(μm)は、界面合金層を含む厚みであり、めっき層の断面から電子顕微鏡を用いて測定した。The above-mentioned steps resulted in the production of plated steel sheets. The thicknesses (μm) of the plating layers shown in Tables 2A and 2B include the thicknesses of the interfacial alloy layer, and were measured from the cross section of the plating layer using an electron microscope.
次に、各種めっき鋼板から、評価用サンプルを切り出した。GDS分析およびSEM観察用のサンプルは熱電対の位置の反対側において30mm角位置を切り出した。各種特性評価用サンプル(100×50mm)をめっき層の平面方向中央部より採取した。Next, evaluation samples were cut out from each type of plated steel sheet. Samples for GDS analysis and SEM observation were cut out at 30 mm square positions on the opposite side to the thermocouple position. Samples (100 x 50 mm) for evaluating various characteristics were taken from the center of the plated layer in the planar direction.
切り出した各種サンプルの評価として、曲げ加工試験、ビッカース硬さ測定、腐食試験SSTを実施した。なお、めっき層の組成のうち、Feの組成は表には記載しないが、いずれも0~5%の範囲内であった。 To evaluate the various cut samples, bending tests, Vickers hardness measurements, and corrosion tests (SST) were conducted. Note that the composition of the Fe in the plating layer is not listed in the table, but all were within the range of 0 to 5%.
評価結果、めっき層の組成、GDS分析結果、XRD測定結果等について、表2A,2Bに示す。表2A,2B中のめっき層組成の残部は、実質的にZnである。なお、各表中の下線は、本発明の範囲外であること、好ましい製造条件を外れること又は特性値が好ましくないことを示す。The evaluation results, plating layer composition, GDS analysis results, XRD measurement results, etc. are shown in Tables 2A and 2B. The remainder of the plating layer composition in Tables 2A and 2B is essentially Zn. Note that underlines in each table indicate that the results are outside the scope of the present invention, are outside the preferred manufacturing conditions, or have undesirable characteristic values.
No.52の例では、めっき基材のめっき浴への浸漬時間が短かったため、Zn-Al-Mg系合金層にプレめっき層を十分に取り込むことができず、結果、単層構造のめっき層を得ることができなかった。In the example of No. 52, the immersion time of the plated substrate in the plating bath was short, so the pre-plating layer could not be sufficiently incorporated into the Zn-Al-Mg alloy layer, and as a result, a single-layered plating layer could not be obtained.
No.53の例では、めっき浴の浴温が低かったため、Zn-Al-Mg系合金層にプレめっき層を十分に取り込むことができず、結果、単層構造のめっき層を得ることができなかった。In the example of No. 53, the temperature of the plating bath was low, so the pre-plating layer could not be sufficiently incorporated into the Zn-Al-Mg alloy layer, and as a result, a plating layer with a single layer structure could not be obtained.
No.54の例では、めっき基材のめっき浴への浸漬時間が長かったため、めっき浴とめっき原板(素地鋼板)の反応が過剰に進行した。具体的には、電子顕微鏡によるめっき層の断面視で、厚さ約5μmの界面合金層が観察された。また、No.54におけるGDSによる分析の結果では、めっき層の厚み方向の中央部へのSiの集積も認められなかった。In the example of No. 54, the plating substrate was immersed in the plating bath for a long time, which caused an excessive reaction between the plating bath and the original plate (base steel sheet). Specifically, an interface alloy layer approximately 5 μm thick was observed in a cross-sectional view of the plating layer using an electron microscope. Furthermore, the results of the GDS analysis of No. 54 showed no accumulation of Si in the center of the plating layer in the thickness direction.
No.55の例では、めっき浴の浴温が高かったため、めっき浴とめっき原板(素地鋼板)の合金化が過度に進行した。具体的には、電子顕微鏡によるめっき層の断面視で、平均約5μmの厚さの界面合金層が観察された。また、No.55におけるGDSによる分析の結果では、めっき層の厚み方向の中央部へのSiの集積も認められなかった。In the case of No. 55, the high temperature of the plating bath caused excessive alloying between the plating bath and the base steel sheet. Specifically, an interfacial alloy layer with an average thickness of about 5 μm was observed in a cross-sectional view of the plating layer using an electron microscope. Furthermore, the results of the GDS analysis of No. 55 showed no accumulation of Si in the center of the plating layer in the thickness direction.
本発明の上記態様によれば、めっき硬さ、耐食性、加工性に優れた溶融めっき鋼材が得られる。したがって、得られる溶融めっき鋼材は、自動車分野、建材分野など好適に適用できるため、産業上の利用可能性が高い。According to the above aspect of the present invention, a hot-dip plated steel material having excellent plating hardness, corrosion resistance, and workability can be obtained. Therefore, the hot-dip plated steel material obtained can be suitably applied to the automotive field, building material field, and the like, and has high industrial applicability.
Claims (2)
前記鋼材の表面に配置されためっき層と、
を有する溶融めっき鋼材であり、
前記めっき層が、質量%で、
Al:10.0%超、60.0%以下、
Mg:4.0%以上、15.0%以下、
Si:3.5%以上、8.0%以下、
を含有し、更に、
Sn:0%以上、0.7%以下、
Sr:0%以上、1.5%以下、
Bi:0%以上、0.3%以下、
In:0%以上、0.3%以下、
Ca:0%以上、0.6%以下、
Y :0%以上、0.3%以下、
La:0%以上、0.3%以下、
Ce:0%以上、0.3%以下、
Li:0%以上、0.3%以下、
Ni:0%以上、1.0%以下、
Cu:0%以上、1.0%以下、
Ag:0%以上、0.25%以下、
Sb:0%以上、0.25%以下、
Pb:0%以上、0.25%以下、
B :0%以上、0.5%以下、
P :0%以上、0.5%以下、
Ti:0%以上、0.25%以下、
Co:0%以上、0.25%以下、
V :0%以上、0.25%以下、
Nb:0%以上、0.25%以下、
Mn:0%以上、0.25%以下、
Zr:0%以上、0.25%以下、
W :0%以上、0.25%以下、
Fe:0%以上、5.0%以下、
残部Zn及び不純物を含む化学組成を有し、
前記めっき層は、Mg2Si金属間化合物を含有し、
前記めっき層の表面から前記鋼材に向かって、グロー放電発光分析法によって定性分析した場合の元素分布プロファイルにおいて、前記めっき層の表面から、Feの最大強度に対して5%相当のFe強度が検出される深さ位置までの領域の厚みをTgとした場合、前記めっき層の表面からTg/3までのSiの定性分析値の平均値をSi(surf)、前記めっき層の表面を起点としてTg/3から2Tg/3までの範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(centre)、前記めっき層の表面を起点として2Tg/3からTgまで範囲のSiの定性分析値の平均値をSi(deep)とした場合、下記式(1)を満足する、溶融めっき鋼材。
Si(surf)<Si(deep)<Si(centre) …(1) Steel and
A plating layer disposed on a surface of the steel material;
A hot-dip galvanized steel material having the following properties:
The plating layer comprises, in mass %,
Al: more than 10.0%, less than 60.0%,
Mg: 4.0% or more, 15.0% or less,
Si: 3.5% or more, 8.0% or less,
and further comprising
Sn: 0% or more, 0.7% or less,
Sr: 0% or more, 1.5% or less,
Bi: 0% or more, 0.3% or less,
In: 0% or more, 0.3% or less,
Ca: 0% or more, 0.6% or less,
Y: 0% or more, 0.3% or less,
La: 0% or more, 0.3% or less,
Ce: 0% or more, 0.3% or less,
Li: 0% or more, 0.3% or less,
Ni: 0% or more, 1.0% or less,
Cu: 0% or more, 1.0% or less,
Ag: 0% or more, 0.25% or less,
Sb: 0% or more, 0.25% or less,
Pb: 0% or more, 0.25% or less,
B: 0% or more, 0.5% or less,
P: 0% or more, 0.5% or less,
Ti: 0% or more, 0.25% or less,
Co: 0% or more, 0.25% or less,
V: 0% or more, 0.25% or less,
Nb: 0% or more, 0.25% or less,
Mn: 0% or more, 0.25% or less,
Zr: 0% or more, 0.25% or less,
W: 0% or more, 0.25% or less,
Fe: 0% or more, 5.0% or less,
The balance has a chemical composition including Zn and impurities,
The plating layer contains an Mg 2 Si intermetallic compound,
A hot-dip plated steel material that satisfies the following formula (1): in an element distribution profile obtained by qualitatively analyzing a region from the surface of the plating layer toward the steel material by glow discharge optical emission spectrometry, the thickness of the region from the surface of the plating layer to a depth position at which an Fe intensity equivalent to 5% of the maximum intensity of Fe is detected is Tg, the average value of the qualitative analysis values of Si from the surface of the plating layer to Tg/3 is Si(surf), the average value of the qualitative analysis values of Si in the range from Tg/3 to 2Tg/3 starting from the surface of the plating layer is Si(centre), and the average value of the qualitative analysis values of Si in the range from 2Tg/3 to Tg starting from the surface of the plating layer is Si(deep),
Si(surf)<Si(deep)<Si(centre)…(1)
{I(26.19°)+I(44.6°)}/{2×I(12.5°)}>2.0 …(2)
式(2)において、I(n°)は回折角度n°におけるX線回折強度であり、nは式(2)中に示される回折角度(2θ)である。 The hot-dip plated steel material according to claim 1, wherein an X-ray diffraction pattern of a surface of the plating layer measured using Cu-Kα rays under conditions of an X-ray output of 50 kV and 300 mA satisfies the following formula (2):
{I(26.19°)+I(44.6°)}/{2×I(12.5°)}>2.0...(2)
In equation (2), I(n°) is the X-ray diffraction intensity at a diffraction angle of n°, where n is the diffraction angle (2θ) shown in equation (2).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023125776 | 2023-08-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP7653049B1 true JP7653049B1 (en) | 2025-03-28 |
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ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016166414A (en) | 2015-03-02 | 2016-09-15 | Jfe鋼板株式会社 | MOLTEN Al-Zn-Mg-Si PLATED SHEET STEEL AND PRODUCTION METHOD THEREOF |
JP2022501508A (en) | 2018-09-27 | 2022-01-06 | ポスコPosco | Highly corrosion-resistant galvanized steel sheet with excellent resistance to weld liquefaction brittleness and plating adhesion |
WO2022091849A1 (en) | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Jfeスチール株式会社 | HOT-DIP Al-Zn-Si-Mg-PLATED STEEL SHEET, SURFACE-TREATED STEEL SHEET, AND COATED STEEL SHEET |
Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
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