JPH01172553A - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐食性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜
鉛めっき鋼板とその製造方法に関するものである。

（従来の技術とその問題点） 合金化溶融亜鉛めっき鋼板（以下ＧＡと略す）は、亜鉛
めっき鋼板と比較して溶接性、塗装後の耐食性に優れて
おり、且つ安価なことから防錆鋼板として広く使用され
ている。一般にＧＡは、皮膜中のＦｅ含有率が９〜１３
−１％であり、鋼板素地側から、ｒ”　Ｆｌ　（Ｆｅ３
Ｚｎ＋ｏ）　、ｒ’　１層（Ｆｅ、Ｚｎ２１）、６１層
（ＰｅＺｎｔ）等の金属間化合物の層状に近い構造をし
ている。或いは低い合金化温度で処理されたものでは、
最上層にζ層（ＦｅＺｎ１３）の金属間化合物を有する
場合もある。

ところで、ＧＡは上記するように溶接性、塗装後の耐食
性において優れているが、プレス成形時にめっき皮膜が
剥離する、いわゆるパウダリング現象が起こることが欠
点とされている。この現象は一般的には、めっき付着量
および皮膜中のＦｅ含有率が増加する程著しくなって、
パウダリング量は急激に増加する。この理由は、めっき
皮膜が一般に圧縮変形に脆い特性を有するためと考えら
れる。

そこで従来公知の技術によれば、皮膜中にたわみ性に富
むη−Ｚｎを残存させるか、もしくは３層（ＦｅＺｎ＋
、）の構成比率を増加させるかすれば耐パウダリング性
は改善されるとされている。即ち、これら公知技術が指
向するところは皮膜中のＰｅ含有率を低下させて、耐パ
ウダリング性を改善しようとすることにある。しかし、
めっき層中のＦｅ含有率を低下させれば耐食性が低下す
る。特に塗装後の耐食性の低下が大きい。

ところで、特に近年、自動車産業において寒冷地の塩害
対策として車体防錆の強化を求める動きが大きく、より
防錆性に優れためっき鋼板が望まれている。めっき鋼板
の防錆性を向上させる即効的な方法としては、めっき付
着量を多くすることが考えられる。ＧＡは比較的経済性
が高く、めっき付着量を増加しても製造コストの上昇は
それ程著しいものではないが、めっき付着量の増加は、
前述するようにパウダリングの増加につながる。

このパウダリングの少ない、且つ塗装性、耐食性にも優
れた、特に厚目付けＧＡの製造が可能になれば、自動車
産業にとっては非常に好ましいことである。

しかし、従来知られている製造方法で厚目付けのＧＡを
、例えば、片面当たりの付着量がＦｅ十Ｚｎで５０ｇ／
ｍ”以上のものを製造しても、前記する全ての特性を満
足するようなものを製造することは極めて困難である。

本発明者らはこの点を１ｌｌｉｆｆするために、従来公
知の製造方法で、下記に示す（１）〜（３）の合金化度
の異なる片面当たりの付着量がＦｅ＋Ｚｎで５５〜６５
ｇ／ｍ”の厚目付けＧＡを製造し、その特性を調べた。

（＋１皮膜中のＦｅ含有率：　１２〜１５ｗｔ％■合金
化温度　５５０℃超え ■皮膜層構造　δ、　十ｒ　、　＋　「（２）皮膜中の
Ｆｅ含有率二８．５〜１２誓ｔ％未満■合金化温度　５
００℃未満 ■皮膜層構造　ζ十６１＋「１ （３）皮膜中のＦｅ含有率：　　１〜Ｂ、５ｗｔ％未満
■合金化温度　４５０〜５５０℃ ■皮膜層構造　η＋ζが主で６１と「、が含まれている
可能性あり。

その結果、次のような性能上の問題が確認された。

（］）のものは、ＧＡの製造において、従来一般的にと
られている合金化温度で処理したものである。

この一般的な方法で製造したものは、縮み変形部でのパ
ウダリングが大量に発生する。（２）のものは、５００
℃の低温で合金化処理を行い、皮膜中のＦｅ含有率を８
．５〜１２１１ｔ％未満に抑制したものである。

ζ相の構成比率が増加されているので縮み変形部でのパ
ウダリングは少ない。しかし、実際にプレス成形を行う
と金型への焼付きが発生したり、成形時に割れが発生し
たりする。また、フレーク状の剥離物が見られる。（３
）のものは、４５０〜５５０℃の温度で合金化処理を行
い皮膜中のＦｅ含有率を７〜８．５ｗｔ％未満にしたも
のである。Ｆｅ含有量が少なく、η相が残存することか
ら縮み変形部でのパウダリングは殆ど生じない。しかし
、プレス時に若干の焼付けが生じることがあるとともに
、溶接性および塗装後の耐食性が他のものと比べて著し
く劣る。

このように、従来の公知技術を単に厚目付けＧＡに適用
しても耐パウダリング性、塗装性、耐食性等の全ての特
性を満足するものを製造することは極めて困難である。

本発明は、上記するような実状に鑑み成されたものであ
って、その目的とするところは塗装後の耐食性と溶接性
および耐パウダリング性の二律背反的状況を改善し、こ
れら全ての特性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とそ
の新しい製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

本発明は、更にプレス成形時の金型への皮膜ビルドアッ
プおよび焼付きを抑止した、フレーキング発生のない厚
目付けの合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法の提
供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記目的を達成するために厚目付けＧＡ
のプレス成形におけるめっき剥離挙動を、−ｉにＧＡの
パウダリングの評価に用いられている円筒深絞り法によ
り調査し、その結果を解析して下記の知見を得た。

例えば、付着量が片面当たり６０ｇ／ｍ”のＧＡ（板厚
０．８ｍ＋ｎ）の場合、合金化温度をパラメータにとる
と、その合金化度とパウダリングの関係は第１回のよう
になる。なお、図中○印は、４５０℃の合金化温度で処
理したもの、［株］印は、５００℃の合金化温度で処理
したもの、０印は、５５０℃の合金化温度で処理したも
のおよび■印は、６００℃の合金化温度で処理したもの
である。

第１図かられかることは、合金化度を抑制すること、即
ち、めっき皮膜中のＦｅ含有率を少なくすることによっ
て、もしくは合金化温度を低くすることによってパウダ
リングは抑制されて、パウダリング量が減少することで
ある。このことは、従来から知られている知見でもある
。このようなことから、η層が残存しない程度に合金化
度を抑えたＧＡを作ることが望ましいと考えられる。

しかし、このようなＧＡを作り実際にプレス成形すると
、前述したように金型への大量のビルドアップや焼付き
が生しる。この理由は、円筒絞りでは面摺動の影響が小
さくて著しい焼付き現象が生じないのに対して、実際の
プレス成形では面摺動の影響がかなり強く現れるために
焼付き現象が生じることであることが判明した。そこで
本発明者らは、付着量が片面当たり６０ｇ／ｍ”のＧＡ
　（板厚０．８ｍｍ）を用いて、プレス成形における面
摺動の影響を調査したところ、下記のことが明らかとな
った。

調査は０．５ｍｍＲのビード先端径による■型ビード引
き抜き法で行った。第２図はその結果を合金化温度をパ
ラメータにとり合金化度とパウダリングとの関係でまと
めたものである。図中Ｏ印は、４５０゛Ｃの合金化温度
で処理したもの、■印は、５００℃の合金化温度で処理
したもの、０印は、５５０℃の合金化温度で処理したち
である。

第２図かられかることは、合金化度を抑制した場合にお
いてさえも、皮膜中におけるＦｅ含有率が９．５〜１３
ｗｔ％の範囲で極めて剥離量の多い領域があり、面摺動
による焼付きが発生し易くなることである。この範囲で
、特異的にパウダリング量が増加する理由は明らかでは
ないが、表層に形成されたζ層の存在と関係があるもの
と考えられる。

また、本発明者らは、４８０℃の低温で合金化処理した
合金化度の異なる付着量が片面当たりのＺｎで５５”６
０ｇ／ｍ”のＧＡ（板厚０．８ｍｍ）を用いて、円筒深
絞り法で合金化度と成形荷重との関係を調査した。第３
回は、その結果を示したものである。皮膜中におけるＦ
ｅ含有率が９〜１３ｂｉｔ％の領域では成形荷重が異常
に増大し、割れ発生の危険が高いことが言える。

以上の結果から、従来の一般材（Ｆｅ含有量が９ないし
１３ｗｔ％のＧＡ）よりもＦｅ含有率を多（すれば、パ
ウダリングの少ない、且つプレス時に焼付きおよび割れ
発生の少ない厚目付けのＧＡが得られること、また、こ
のようなＧＡは合金化温度を変えて２段階処理すること
で製造できることを見出し、本発明を完成した。

ここに本発明の要旨は下記の輸）および（１１）の合金
化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法にある。

（ｉ）めっき層の平均Ｆｅ含有率が１３ｗｔ％超え、１
７ｗｔ％以下で、該めっき層が実質的に６１相とｒｌ相
とからなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板
。

（ｉｉ）溶融亜鉛めっき後の鋼板を、４００〜５２０’
Ｃの温度範囲でη相が消失するまで合金化処理し、しか
る後３００〜５００　’Ｃの温度範囲で合金化処理を継
続して、めっき層の平均Ｆｅ含有率がｌ：％ｔ％超え、
１７ｗｔ％以下で、該めっき層が実質的に６１相と「１
相とからなるように合金化処理することを特徴とする合
金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（作用） 以下、本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその
製造方法について詳細に説明する。

まず、本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、上
記するような組成および相構成のめっき層とする理由に
ついて説明する。

めっき層の組成を、平均Ｆｅ含有率で１３ｗｔ％超え、
１７ｗｔ％以下とする理由は、この範囲より外れると下
記のような問題が生じやすくなって好ましくないからで
ある。即ち、前述した第１回ないし第３図から明らかな
ように、１３ｗｔ％以下の平均Ｆｅ含有率では、例えば
、平均Ｆｅ含有率が約９〜１３ｗｔ％の範囲内のものは
、パウダリングが著しく多く、プレス時に面摺動による
焼付きが発生しやすく、また、成形荷重が異常に増大し
て割れが発生し易い。

平均Ｆｅ含有率がこれよりも少ない、９ｗＬ％未溝のも
のは、前記するような問題は少ないが、溶接性および耐
食性が著しく劣る。

一方、皮膜中の平均Ｆｅ含有率が１７ｗｔ％を超えるも
のは、耐パウダリング性に劣る。

また、めっき層を実質的に６１相と「１相とからなる相
構成とする理由は、めっき層がこれ以外のη相、ζ相お
よび「相のいずれか或いは全部を含む場合は、次に述べ
るような問題が発生しやすくなり好ましくないからであ
る。

例えば、η相が残存すればパウダリングは少ないが、塗
装後の耐食性および溶接性が低下することになる。ζ相
が含まれると焼付きが発生し易くなる。また「相が含ま
れるとパウダリングが著しく多くなる。

しかし、これらの相を含まない、めっき層を実質的にδ
、相と「１相とからなるものとすれば、表面の摩擦係数
を低下して摺動抵抗を低減できる。

且つ「１相の存在によりδ、相の脆弱化を防止できる。

このような理由からパウダリング、焼付き、割れは起こ
らない。

なお、一般に１３ｗｔ％超えの合金化度のものでは「相
が形成されるが、本発明のＧＡの場合は合金化温度を抑
制して極力η相が形成されないよう配慮しているからこ
のようなことない。

なお、「相の存在はＥＰＭＡ　（エレクトロンプローブ
マイクロアナライザー）等の物理的検出手段によって検
出することができるが、測定誤差の問題もあるので、本
発明では「相の厚み（２２ｗｔ％以上のＦｅ含存相の厚
み）が０．５μｍ以下のものを指す。

このような本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板は
、通常手段により得られた溶融亜鉛めっき後の鋼板を合
金化処理するに際し、その処理を２回に分けて行うこと
により製造することができる。即ち、第１段階では亜鉛
めっき後の鋼板を（４００〜５２０℃の温度範囲に加熱
してη相が消失するまで合金化処理し、第２段階では３
００〜５００℃の温度範囲に加熱して合金化処理するこ
とで、めっき層の平均Ｆｅ含有率が１３ｗｔ％超え、１
７ｉｉｔ％以下で、該めっき層が実質的にδ１相および
Γ１相からなる合金化溶融亜鉛めっき鋼板とすることが
できる。

第１段階の合金化温度を４００〜５２０℃とする理由は
、４００℃より低い温度ではη相が消失するまでに長時
間を要し、経済的に好ましくないからである。上限を５
２０℃とする理由は、これを超える合金化温度では、「
相が形成され易くなるからである。

また、この第１段階の合金化をη相が消失するまで行う
理由は、この段階でη相が存在すると引き続き行われる
合金化処理でのムラを生じ易（するからである。

本発明において、このη相が消失するまでとは、必ずし
もη相消失直後を意味するものではなく、極端に合金化
が進行しない限り、即ち、Ｆｅ含有率が１２４％程度以
上にならない限り、若干の合金化反応が進行してもよい
し、且つ片面当たり５　ｇ／ｍ”以下のη相が残っても
次の合金化処理で著しいムラが生じないのでη相が５　
ｇ／ｍ”以下となった程度以上でＦｅ含有率が１２ｗｔ
％未満の合金化度の水準をいう。但し、合金化反応を１
２１１ｔ％越えのＦｅ含有率にまで進行させるとη相が
形成されやすくなる。

なお、η相消失の判断は、鋼板表面の色調を肉眼観察す
るか、光学的に反射率を測定するか或いは蛍光Ｘ線法に
よる測定で行うことができる。

第２段階の合金化温度を３００〜５００℃とする理由は
、３００″Ｃより低い温度ではめっき層のＦｅ富化の反
応がほとんど進行せず、１３ｗｔ％以上の平均Ｆｅ含有
率とすることが困難であるからである。上限の合金化温
度を５００℃とする理由は、これを超える合金化温度で
は、Ｆｅ富化が促進されて「層が形成されやすくなるか
らである。第２段階の合金化温度を３００〜５００℃の
範囲に調整することで、「相の形成が抑制されてΓ１相
が成長するとともに１３〜１７ｗｔ％の平均Ｆｅ含有率
とすることができる。

好ましい第２段階の合金化温度は３５０〜４７０℃であ
る。

さらに本発明において合金化処理方法を２回に分けて行
う理由は、平均Ｆｅ含有率が１３−１％を超え、１７ｗ
ｔ％以下でη相、ζ相及び「相を含まない実質的にδ、
相と「１相とからなる前記のＧＡを経済的に且つ効率良
く得るためである。

溶融亜鉛めっき後の鋼板を本発明に依らず例えば、５２
０’Ｃを超える合金化温度で１回のみの処理しても平均
Ｆｅ含有率を１３ｗｔ％越えとすることは可能であるが
、そのめっき層は「相を含んだものとなる。或いは、本
発明における第２段階の合金化温度で１回だけ処理して
も、１３ｗｔ％越えの平均Ｐｅ含有率とすることができ
て且つδ、相および「。

相からなる相構成とすることは可能である。しかし、こ
のようなＧＡとするには長時間を要し、経済的に好まし
くない。

しかし、本発明の製造方法のように溶融亜鉛めっき後の
鋼板を、まず比較的高い温度で第１段処理して１２ｗｔ
％以下の平均Ｆｅ含有率のものを作り、その後ｒ相ので
ない低温で第２段処理して１３ｗｔ％越え、１７ｗｔ％
の範囲に平均Ｆｅ含存率を調整すれば、ｒ相が０．５μ
ｍ以下の実質的にめっき層がδ１相およびｒ１相とから
なるＧＡを経済的に且つ効率良く製造することができる
のである。

なお、本発明において前記第１段階と第２段階の合金化
処理における保持時間は特に限定されるものではない、
最適な保持時間は、Ｚｎの付着量、母材鋼板の鋼種、Ｚ
ｎ中のＡＮ濃度に応じて設定される。例えば、付着量が
５５ｇ／ｍ”以上のものでは第１段階の合金化処理の保
持時間は１０〜１００秒とし、第２段階の保持時間を２
０〜１８００００秒とするのが合金化度の点から好まし
い。

第２段階の合金化処理のより好ましい保持時間は６０〜
３６０００秒である。

さらに、本発明において第１段階と第２段階の合金化処
理は、全て溶融亜鉛めっきライン内の加熱炉で行う必要
はなく、例えば、温度条件に応して第２段階の合金化処
理をオフラインの箱型焼鈍炉で行ってもよいことは言う
までもない。

次に、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例） ｌを０．１．ｈｔ％添加した浴温４６４〜４７０℃の亜
鉛めっき浴で処理した片面当たり亜鉛付着量が６０〜７
２ｇ／ｍ２の溶融亜鉛めっき鋼板を作り、これから０．
８ｍｍ厚Ｘ　１００ｍｍ幅Ｘ　２００ｍｍ長さの試験片
を作成し、これを竪型の赤外線加熱炉を存する溶融めっ
きシミュレータにて、第１表に示す加熱条件で合金化処
理した。

このようにして得た試験片に対して、Ｖ型ビード引抜試
験と円筒絞り試験を行うとともに「相の厚みおよびζ層
の有無を調べた。

■型ビード引抜試験では０．５ｍｍＲの■型ビードによ
る引き抜き試験でめっき剥離量を測定して評価した。引
抜き試験における摺動距離は１２５ｍｍで２５ｍｍ幅Ｘ
　２１５ｍｍ長さの試験片を用いた。円筒絞り試験は試
験片５枚を９０ｍｍφブランク円筒絞りして、絞り時の
成形割れ発生枚数をもって評価した。

「相の厚みはＥＰＭＡで、またζ層の有無はＸ線回折に
より測定した。

これらの結果を同しく第１表に示す。

第１表より明らかなように、本発明例（Ａ、　Ｂ）のも
のは、比較例（Ｃ，Ｄ）および従来例（Ｅ、　Ｆ）のも
のに比べ、めっきの剥離量は少なく、且つ割れは全く発
生していない。

なお、以上の説明では、主に厚目付けのＧＡを対象にし
て説明してきたが、本発明は何らこれに限定されるもの
ではない。これより薄い付着量、例えば５０ｇ／ｌｏ”
以下のものでも同様の作用効果が得られることは言うま
でもないことである。さらには、本発明にかかるＧＡは
片面或いは両面めっき鋼板の両方ともを含むものである
。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板は、耐パウダリング性、プレス成形性に優れ、従
って耐食性も高い。また、その製造方法は合金化温度を
変えて２段階処理するだけでよいから製造コストの上昇
はそれ程大きくはない。

さらに、本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の上
に、Ｆｅ−Ｚｎ或いはＦｅ−Ｐなどの合金めっきを施せ
ば、リン酸塩化成処理性は大きく向上するという効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、付着量６０ｇ／ｎ＋”の合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板の円筒絞り試験における、合金化温度をパラメー
タとしたときのめっき皮膜中のＦｅｄ度とパウダリング
量との関係を示す図、 第２図は、付着ｆｆ１６０ｇ／ｍ”の合金化溶融亜鉛め
っき鋼板の■型ビード引き抜き試験における、合金化温
度をパラメータとしたときのめっき皮膜中のＦｅ濃度と
パウダリング量との関係を示す図、第３図は、円筒絞り
試験におけるめっき皮膜中のＦｅ濃度と成形荷重との関
係を示す図、である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）めっき層の平均Ｆｅ含有率が１３ｗｔ％超え、１
   ７ｗｔ％以下で、該めっき層が実質的にδ＿１相とΓ＿
   １相とからなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき
   鋼板。
2. （２）溶融亜鉛めっき後の鋼板を、４００〜５２０℃の
   温度範囲でη相が消失するまで合金化処理し、しかる後
   ３００〜５００℃の温度範囲で合金化処理を継続して、
   めっき層の平均Ｆｅ含有率が１３ｗｔ％超え、１７ｗｔ
   ％以下で、該めっき層が実質的にδ＿１相とΓ＿１相と
   からなるように合金化処理することを特徴とする合金化
   溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。