JPS648702B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はZn系溶融合金めつき鋼板、とくに耐
食性、加工性および塗装性に優れたZn―Al―Si
―Mg合金被覆層を形成せしめた溶融合金めつき
鋼板の製造方法に関する。 従来溶融亜鉛めつき鋼板の主な用途は屋根や壁
などの建材あるいは建材用の着色亜鉛鉄板原板な
どであつたが、近年は多様化し、動動車部材や家
電製品の外装材などに用いられるようになり、こ
れに伴つて例えば30g／m²（片面）以下と比較的
薄目付でも高度の耐食性を有し、しかも加工性、
塗装性に優れたものが要求されるようになつてき
た。 一般に溶融めつき鋼板の場合、耐食性の優れた
ものとしてよく知られているものにAlめつき鋼
板とZn―Al系合金めつき鋼板がある。 前者は工業的純Alを鋼板にめつきしたもので
あることからめつき層表面は純Alに覆われ、Zn
めつき鋼板より優れた耐食性を示す。しかしめつ
き層の鋼素地境界には硬くて脆いFe―Al系合金
層が６〜8μ存在するため強度の加工を施した場
合めつき層にクラツクやはくりが生じたりして加
工性がZnめつき鋼板より著しく劣り、しかも加
工部にクラツクが生じた場合、Znのように犠性
防食作用がないので、湿食境界では鋼素地を腐食
する傾向があつて、クラツクが生じた場合Znめ
つき鋼板より耐食性がかえつて劣るという欠点が
ある。このため従来強度の加工を伴う自動車部材
や家電製品の外装材には不向であつた。 一方後者のZn―Al系合金めつき鋼板には上記
Alめつき鋼板の加工性、犠性防食作用が改善さ
れたものがある。例えば特公昭56―44143号のZn
―Al―Si系合金めつき鋼板である。この鋼板は
Alを５〜24％含有するZn―Al浴にSiを溶解可能
な範囲で添加してめつきしたもので、Siにより
Fe―Al系合金層の生成が抑制されていることか
ら加工性はよく、かつZnベースであるので犠性
防食作用も大きく、しかもAlを含有しているの
で耐食性は溶融亜鉛めつき鋼板より優れている。
しかしこのZn―Al―Si系合金めつき鋼板も調査
してみると自動車部材や家電製品の部材に使用す
るにはまた種々の難点がある。 その１つは湿食環境ではめつき層中の亜鉛の腐
食が極めて著しい点である。すなわち本鋼板の場
合時間の経過による腐食減量は少ないが、孔食が
無数に発生し、一見耐食性に優れているようにみ
えるが実質的には優れてはいない。これはめつき
層が凝固する際単一組成とはならず、Zn―Al系
状態図より判断できるようにZn相（β）、Al相
（α）、β＋αの共晶および共析など電位の異つた
相が混在する複雑な組織となり、湿食環境では局
部電池が形成されて電位の低いZn相（β）が優
先的に腐食され、孔食が生じるものと考えられ
る。 また他の難点は塗装した場合の塗膜フクレ発生
の問題である。すなわち塗装後長期間使用すると
時間の経過とともに塗膜フクレが発生しやすく、
また使用環境が厳しい場合にも塗膜フクレが発生
しやすいのである。 本発明は従来溶融めつき鋼板のうちでもとくに
耐食性に優れているとされていたAlめつき鋼板
およびZn―Al系合金めつき鋼板が上述のように
欠点を有する点に鑑みなされたもので、両鋼板の
長所のみを兼備えた溶融めつき鋼板を得ることを
目的としている。 本発明者らはAlめつき鋼板の高耐食性とZn―
Al系合金めつき鋼板の加工性および犠性防食性
を兼備え、かつ孔食や塗膜フクレのない溶融めつ
き鋼板を開発すべく種々検討を重ねた結果、Zn
―Al―Si合金にMgを所定量添加し、またこれと
ともにPb量を一定以下にすると耐食性３〜５倍
向上し、孔食や塗膜フクレ発生にも著しい差があ
り、薄目付でも高度の耐食性、加工性および塗装
性に優れた溶融めつき鋼板が得られることが見出
された。 そして詳細に検討した結果、Alめつき鋼板と
Zn―Al系合金めつき鋼板の各長所を兼備え、か
つ孔食や塗膜フクレのない溶融めつき鋼板を得る
にはAl：３％以上25％未満、Mg：0.05〜2.0％、
Si：Al％の0.005〜0.1倍、Pb：0.02％以下、残部
Znおよび不可避的不純物よりなる浴を用い、浴
温480〜680℃でめつきすればよいことが確認され
た。 以下本発明の浴限定理由を述べる。 (1) アルミニウム Alは耐食性が優れ、Znに比べて電気化学的
には卑な金属であるが、活性であるため大気中
の酸素や水分、あるいは酸化性雰囲気中におか
れると容易に酸化され、表面に酸化物を形成す
る。このためZn―Al合金の場合Znとの腐食電
位は逆転し、Znがアノードとなつて溶出する
場合が多い。従つてAlが多くなると耐食性は
向上するが、Znによる犠性防食効果が減少す
る。このためAlの添加量はこの耐食性向上と
犠性防食効果減少とを考慮して決定する必要が
あるが、実験の結果３％以上25％未満が好まし
いことが確認された。 (2) マグネシウム Mgは耐食性向上に効果あるが、Zn―Al系合
金めつき鋼板の孔食および塗装した場合の塗膜
フクレの改善に著しく効果あることが確認され
た。そしてMg添加量と孔食および塗膜フクレ
の改善効果について調査したところ、その効果
はMg0.05％より著しく効果があり、かつ添加
量に応じて増大することが判明した。しかし
2.0％を超えるとめつき層が硬くかつ脆くなつ
てクラツクが生じやすくなり、加工性が低下す
ることが判明した。従つてMgの添加は耐食性
と加工性との関係において0.05〜2.0％が最も
効果的であることが確認された。 このMgによる耐食性改善はMgのめつき層
表層への濃化によるものと考えられる。すなわ
ち前述の如くZn―Al系合金めつき鋼板の場合、
めつき層はZn相（β）、Al相（α）、β＋α共
晶および共析の電位の異なる複数相からなる
が、Mgを添加した場合Mgの濃度分布を調べ
てみるとこれらの各相に均一に分布せず、α、
βの粒界、共晶部および共析部に多く分布し、
さらにめつき層の下層より表層に多く分布して
いる。従つてこのような濃化が起つた場合、各
相の電位は差が小さくなるので、各相間の腐食
電位差は小さくなり孔食や塗膜フクレを改善す
るものと考えられる。 (3) ケイ素 Siは硬くて脆いFe―Al合金層の生成を抑制
し、めつき層の加工性を向上させる。従つてそ
の添加量は浴中のAl量と相対関係にあり、Al
量に対して添加量が少いと合金層の成長を促進
する。一方添加量が多すぎるとZn―Al―Si―
Feからなるドロス状物質が浴面に浮上し、め
つき作業が困難になるとともに製品表面に付着
して外観を損なう。このためSi添加量は浴中
Al量に対して0.005〜0.1倍とした。 (4) 鉛 PbはZn地金中に不可避的不純物として一般
に含有されており、電解法により製造した電気
亜鉛地金でも0.003％未満含有されており、蒸
留法により製造した蒸留亜鉛地金に至つては１
％前後含有されている場合がある。そしてこの
PbはZnやAl中には固溶せずめつき層の凝固の
際粒界や相界に濃化し、局部電池を形成し粒界
や相界に沿つた局部腐食または部分腐食を起さ
せる。 このPbの腐食作用をZn―Al―Si―Mg浴に
おいて検討した結果、Pb量が0.02％を超えると
Mgを添加しても減少させることができず、と
くに湿潤環境下では腐食が粒界に沿つて著しく
進行し、簡単な加工試験（2t折曲げ試験）でめ
つき層が部分はくりする場合があつた。このた
めPb量は0.02％以下とした。 本発明は上記成分を含むZnペース浴を用いて
鋼板を浴温480〜680℃でめつきする。この浴温は
Al量が少い場合高いと合金層の生成を促進する
ので、前記範囲内でAl量に対応して高くする。 なお本発明においてはめつき原板の鋼種、めつ
き工程における前処理、付着量調整および後処理
についてとくに限定を要しない。すなわちめつき
原板としてはリムド鋼、キルド鋼、高張力鋼など
従来一般に使用されているものを使用でき、また
前処理もライン内焼鈍加熱還元方式、プレ焼鈍加
熱還元方式など公知の方法で鋼板表面を清浄に
し、板温を浴温前後に調整すればよい。付着量の
調整は気体絞り法が品質上好ましいが、ロール絞
り法でも実施可能である。さらに後処理も外観上
スパングルの生成を好まない場合は水滴噴霧によ
るミニマイズド化、または加熱炉を通して加熱
し、合金化処理を施してもよい。 しかし本発明の場合浴中のAlが３％以上25％
未満と高いので、浴中に浸漬するめつき機やその
他の機材の腐食が激しい。このためそれらの材料
としてはCr 20〜30％、Ni 10〜30％を主成分と
するステンレス系鋳鋼を、使用するのが好まし
い。 実施例 リムド鋼、キルド鋼（Cr―Ti系）および高張
力鋼（Si―Mn系）の未焼鈍冷延鋼板を無酸化炉
方式の連続溶融めつき装置を用いてめつきした。
表１に前処理工程における各鋼の板温を示す。な
お焼鈍還元炉の雰囲気ガスとしてはAXガス（H₂
75％、N₂ 25％）を用いた。

【表】 また表２にめつき浴組成と浴温の関係を、さら
に表４に個々の浴組成を示す。

【表】 付着量の調整は燃焼排ガスを用いた気体絞り法
により行い、かつ付着量の調整後は空冷、水溶液
ミスト噴射による強制冷却および加熱炉による合
金化処理の３種を行い、それぞれレギユラースパ
ングル、ミニマイズドスパングルおよび合金化め
つき鋼板を製造した。表３に後処理条件を示す。

【表】

【表】 次に上記のようにして製造した製品に対して次
の性能試験を行つた。 (1) めつき層の加工性 2t折曲げしてめつき層のはくり発生状況（密
着性）と、クラツクあるいはパウダリングの発
生状況を調査した。 ◎……はくりなし 〇……若干はくり △……かなりはくり (2) 耐食性 JISZ2371による塩水噴霧試験で平板に赤錆
が全面積の５％発生するまでの時間（Hr）と
10日経過した場合の腐食減量（ｇ／m²）を調査
するとともに、2t折曲げしたものを上記試験に
供し、10日後の錆の発生状況を調査した。 (3) 湿潤試験 湿度98％、温度70℃の湿潤雰囲気下に試験片
を放置し、その後2t折曲げセロテープはくり試
験を施して、めつき層がはくりするまでの時間
および孔食の状況を確認した。 (4) 塗装性 試験片を市販アルミニウム用化成処理液（ア
ロジン#1000）を用いて65℃で５秒間処理し、
その後エポキシ系熱硬化プライマーを乾燥膜厚
にて4μ塗布し、さらにその上にアクリル熱硬
化型上塗り塗料を同様に12μ塗布して塗装板を
調整した。次にこれにクロスカツト加工と2t折
曲げ加工を施して塩水噴霧試験を720時間行つ
た。評価は塗膜フクレの状況を次の基準で行つ
た。 ◎……異常なし 〇……若干発生 △……かなり発生 ×……著しく発生 第４表はこれらの試験結果を製造条件との関係
において一括して示したものである。

【表】

【表】 表４よりMgを添加し、かつPbを0.02％以下に
したものはレギユラースパングル品、ミニマイズ
ドスパングル品ともクラツクの発生は少く、合金
化処理品もパウダリングが少い。 また従来問題あつた湿潤雰囲気下における孔食
および塗膜フクレの問題は著しく改善されてい
る。 なお表４のNo.７の浴において、めつき前に鋼板
片面に粘土系のスラリー状物を塗布してマスキン
グし、その後めつきすることにより片面めつき製
品を製造し、その溶接性を調査したが問題はなか
つた。 以上述べた如く、本発明によればAlめつき鋼
板のような高度の耐食性と、Zn―Al系合金めつ
き鋼板のような加工性および犠性防食性とを兼備
え、しかも孔食や塗膜フレクの改善されたZnベ
ースの溶融合金めつき鋼板を得ることができ、近
年の薄目付で高度の耐食性と加工性および塗装性
を備えた製品の需要を充すことができる。 なお特記すべき点としては、本発明により得ら
れる製品は上記特性のほか耐熱性が一般の溶融亜
鉛めつき鋼板より著しく高くなる点である。すな
わち従来の一般溶融亜鉛めつき鋼板の耐熱温度は
250℃以下であつたが、Al量が高くなるにつれて
280〜350℃と高くなる。従つて従来一般溶融亜鉛
めつき鋼板を用いることが困難であつた車輛の排
ガス用（低温湿食）材料、低温燃焼器部材に用い
ることができる。また高耐食性に着目して燃料タ
ンクなどにも使用することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼板を前処理した後、合金めつき浴に浸漬し
   てめつきし、その後、付着量の制御を行う溶融合
   金めつき鋼板の製造方法において、前記合金めつ
   き浴としてAl：３％以上25％未満、Mg：0.05〜
   2.0％、Si：Al％の0.005〜0.1倍、Pb：0.02％以
   下、残部Znおよび不可避的不純物よりなる浴を
   用い、浴温480〜680℃でめつきすることを特徴と
   する耐食性および塗装性に優れた溶融合金めつき
   鋼板の製造方法。 ２ 付着量を30g／m²（片面）以下に制御するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の耐
   食性および塗装性に優れた溶融合金めつき鋼板の
   製造方法。 ３ 鋼板を前処理した後、合金めつき浴に浸漬し
   てめつきし、その後、付着量の制御を行う溶融合
   金めつき鋼板の製造方法において、前記合金めつ
   き浴としてAl：３％以上25％未満、Mg：0.05〜
   2.0％、Si：Al％の0.005〜0.1倍、Pb：0.02％以
   下、残部Znおよび不可避的不純物よりなる浴を
   用いて、浴温480〜680℃でめつきし、付着量の制
   御後めつき層が未凝固時に水または水溶液の水滴
   をめつき層に噴霧して急速凝固させることを特徴
   とする耐食性および塗装性に優れた溶融合金めつ
   き鋼板の製造方法。 ４ 鋼板を前処理した後、合金めつき浴に浸漬し
   てめつきし、その後、付着量の制御を行う溶融合
   金めつき鋼板の製造方法において、前記合金めつ
   き浴としてAl：３％以上25％未満、Mg：0.05〜
   2.0％、Si：Al％の0.005〜0.1倍、Pb：0.02％以
   下、残部Znおよび不可避的不純物よりなる浴を
   用いて、浴温480〜680℃でめつきし、付着量の制
   御後加熱炉を通して550〜900℃で２〜30秒間加熱
   してめつき層を合金化させることを特徴とする耐
   食性および塗装性に優れた溶融合金めつき鋼板の
   製造方法。