JPH02115356A - 溶融ＡＩメッキＣｒ含有鋼の製造方法 - 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、Ｃｒ含有鋼に溶融Ａｌメッキを行ってなるＣ
ｒ含有鋼の製造方法に間するものである。

〔従来の技術〕

耐食性、耐熱性及び耐酸化性等の特性が得られる鉄系材
料としては、ＡＩ被覆普通鋼板、ステンレス鋼等が従来
より知られている。このうちＡＩ被覆普通鋼板は７％程
度のＣｒを含有した鋼とほぼ同等の上記特性を有してお
り、またコスト的に安価に製造可能であるため、例えば
自動車用排気ガスパイプのように耐食性、耐熱性及び耐
酸化性が必要とされる部位に使用されている。

しかしながら、近年の環境汚染の悪化に伴って、ＡＩ被
覆普通鋼板が使用される環境が厳しくなっており、さら
に自動車に要求される性能が高まるにつれて、より耐食
性、耐熱性を高めた素材が要求されてきた。

とりわけ、耐食性については、メ・ツキ部に疵が入るこ
とによりメッキ下地金属部分が露出し、その部分より錆
が発生し場合によっては短時間で穴開き腐蝕が生ずると
いう問題点があった事から、耐食性の向上が重要となっ
てきている。

そこで、耐食性が要求される自動車用排気ガスパイプ系
部品として安価に製造できる、耐食性良好な１１％Ｃｒ
、１３％Ｃｒ系ステンレス鋼が北米を中心に使用されて
いる。しかしこれとても、自動車用排気ガスパイプ加工
後のとりわけ溶接部で、前記ＡＩ被覆普通鋼板と同じよ
うに、比較的短時間に赤錆が生ずるという問題が生じて
いる。

これに対し、米国特許第４６７５２１４号によれば、素
材として耐食性あるいは耐酸化性に優れたステンレス鋼
を用いて、その鋼板に溶融Ａｌメッキを形成した溶融Ａ
ｌメッキステンレス鋼が開示されている。

この従来例の溶融Ａｌメッキステンレス鋼では、メッキ
層にキズが生じた際の素地金属露出部分及び溶接部での
耐食性に優れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記米国特許に示された溶融Ａｌメッキステンレス鋼は
、メッキの際の加熱処理により鋼板極表面に濃化、生成
するＣｒ、Ｓｉ、Ｍｎ等の酸化物を還元性ガス雰囲気で
還元して鋼板表層を清浄にした後、溶融Ａｌ浴に浸漬す
ることにより製造される。上記酸化物を還元するために
は、還元雰囲気を高濃度の水素ガス、低露点及び低濃度
の酸素ガスの雰囲気に制御することが不可欠である。し
かし、このような還元雰囲気を達成しようとすると、還
元のための設備及びその操業も複雑となる。

また、たとえ、上記酸化物がメッキ用ステンレス鋼板表
面に残存していても、ＡＩ温浴浸漬時Ａｌの強力な還元
力によって鋼板表層の酸化物が還元され結果的には鋼板
表面は清浄となるが、還元時のガス中に窒素が含有さて
いると、鋼板表層にＣｒＮの生成を招く。このＣｒＮは
、鋼板をＡｌ浴に浸漬する時に、鋼板表面でのＡｌ−Ｆ
ｅ合金層の生成を妨げるため、不メッキの原因となる。

よって、以上のことから、雰囲気ガス中の窒素ガス濃度
を少なくする一方で水素ガス濃度を高くすることが必要
だった。

更に、溶融Ａｌメッキにより鋼板表層に生じたＦｅ−Ａ
ｌ系の合金層は脆弱であるため、例えば、曲げ加工の際
、その加工部においてメッキの剥離が生じ、穴開き腐蝕
が発生する虞がある。

本発明は、このような上記従来の溶融Ａｌメッキステン
レス鋼板の課題を解決するため、Ａｌメッキ性及びＡｌ
メッキ密着性の良好な耐食性鋼板を簡単な設備、操作法
によって製造することができる、溶融ＡｌメッキＣｒ含
有鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、重量比でＣｒを５
％以上４０％以下含有する、Ｃｒ含有鋼に溶融Ａｌメッ
キを行う溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼の製造方法において
、前記Ｃｒ含有鋼に膜厚０゜０１６ｍ以上４μｍ以下の
Ｃｕメッキを施した後、該鋼を加熱し、次いで溶融Ａｌ
メッキを行うことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記本発明によれば、Ｃｒ含有鋼板の表面にＣｕメッキ
層を形成したのち溶融Ａｌメッキを行っているため、溶
融Ａｌメッキの際の加熱処理によっても鋼板表面に各種
酸化物が生じない。従って、溶融Ａｌメッキの際の雰囲
気ガス中の水素ガス濃度が低くても特に問題がない一方
で、雰囲気ガス中に窒素ガスが存在しても不メッキの原
因となるＣｒＮが生ずることがなくなり、Ａｔメッキ性
（鋼板素地表面積に対する不メッキ部分の面積の割合の
大小で評価される）が向上する。

また、Ｃｕメッキと溶融Ａｌメッキによって生ずるＦｅ
−Ｃｕ−Ａ１合金層は、Ｃｕメッキを行わない従来例に
よって生ずるＡｌ−Ｆｅ合金層より密着性が良好である
ため、曲げ加工、疵によるメッキ剥がれを防止すること
が可能となる。

この結果、上記本発明によれば、溶融Ａｌメッキの際の
雰囲気ガスの水素濃度を高くし、且つ窒素ガス濃度を低
くする必要がなく、さらに露点を低くする必要がない為
、簡単な設備、操作によりＡｔメッキ性及びＡｌメッキ
密着性の良好な耐食性鋼板を製造することが可能となる
。

次に、上記本発明においてＣｕメッキ層の厚みを限定し
た理由について説明する。

Ｃｕメッキ層の厚みが０．０１μｍ未満であると、Ａｔ
メッキ性及びＡＩ密着性が改善されないので、下限を０
．０１ａｍとした。一方Ｃｕメッキ層の厚みが４．０μ
ｍを越えると曲げ加工部でのメッキ密着性が低下するの
で上限を４．０μｍとした。

また、本発明においてＣｒ含有量を上記の、範囲に限定
したのは、次の理由による。

Ｃｒは、周知の如く耐食性、耐酸化性及び耐熱性向上に
寄与する元素であるが、たとえＡＩによって鋼板表面が
被覆されていても、疵等により鋼板素地が露出した時で
も良好な耐食性を得ようとすると、最低５重量％（以下
、単に％、と云う）のＣｒが必要である。一方、Ｃｒの
含有量が４０％を越えると、素地である鋼板製造時にσ
相などの脆弱相が生じやすくなり、また、成形性、加工
性が著しく低下するばかりでなく、鋼板とＣｕメッキ層
との密着性が低下し、結果的に溶融Ａｌメッキ後のメッ
キ密着性の低下を招くので、Ｃｒ含有量の上限を４０％
とした。

尚、本発明にかかる、Ｃｒ含有量が５〜４０％にある溶
融ＡｌメッキＣｒ含有鋼板には、必要に応じて例えば次
に示す種々の元素を添加することができ、その元素の含
有量は以下の範囲にあることが好ましい。

Ｃ：Ｏ，ｔ％以下 Ｃはその含有量が大きくなると、メッキ用鋼板の耐食性
や機械的特性が劣化し、とくに０．１重量％を越えると
その影響が顕著となるので上限を上記の値に選定した。

Ｔｉ、　Ｎｂ　：　１．　０％以下 Ｔｉ、Ｎｂは強力な炭窒化物形成元素であり、鋼板が使
用される用途によっては、Ｔｉ、Ｎｂ添加により優れた
成形性と溶接影響部の靭性、加工性が得られるが、その
量が１，０％を越えると、生成される炭窒化物や介在物
が群状あるいは粗大化し逆に成形性が劣化するとともに
耐食性も低下するので、含有量の上限を１．０％とした
。

Ｍｏ：２．５％以下 Ｍｏはメッキ用鋼板の耐食性や耐熱性を上昇させるが、
その含有量が２．５％を越えるとその成形性が劣るばか
りか、Ｃｕメッキを行った時のメッキ密着性が低下する
ので、その含有量の上限を上記値とした。

Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｔは、メッキ用素材の耐食性、耐熱性向上に有効な元
素であるが、その含有量が２．０重量％を越えると、素
材自身の成形性、靭性が著しく低下するので、含有量の
上限を２．０％とした。

Ｍｎ：２．０％以下 Ｍｎは含有量が高くなると、素材の耐食性、耐熱性に悪
影響を及ぼし、特に２．０％を越えると顕著となるので
その上限を２．０％とした。

［実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。

（実施例Ａ） 化学組成が、０．０１５％Ｃ−０，３％５ｉ−０，３％
Ｍｎ−１１，２％Ｃｒ−０，０３１２％Ｐ−０．００５
％Ｓ−０．０１％Ｎ−０，２０％Ｔｉを含有するＣｒ含
有冷延鋼板を用いて、本発明方法を実施した。この冷延
鋼板に予め、（２００ｇ／ｌＮｉｃ１ｇ　　・６　Ｈｚ
　Ｏ＋　１００　ｇ／　ｌ　ＨＣｌ）水溶液中で、３Ａ
／ｄｍ”　Ｘ６０　ｓ　ｅ　ｃのＮｉストライクメッキ
を施した後、（２００ｇ／Ｉ　ＣｕＳＯ４Ｈ５Ｈｔ　Ｏ
＋７５　ｇ／ｌ−Ｈ！　５Ｏ４）水溶液中で、ＩＯＡ／
ｄｍ”　Ｘｉ　〜１２０ｓｅｃと電気量を変化させＣｕ
メッキ厚み（目付量）をそれぞれ０．０１〜４．０μｍ
とした。また、同様に（２５ｇ／ｌ　　ＣｕＣＮ＋４０
ｇ／Ｉ　　ＮａＣＮ＋２ｇ／Ｉ　　ＫＯＨ）水溶液中で
４Ａ／ｄｍ”Ｘ３０ｓｅｃ予備メッキなしでＣｕメッキ
を施した（０．２μｍＣｕ被覆厚み）。

次いで、これらのＣｕメッキ試験片を第１図に示す縦形
メッキ装置に搬入した溶融Ａｌメッキを行った。溶融Ａ
ｌメッキの条件は次の通りである。

第１図の４は雰囲気ガス導入口であり、この部分から０
〜２０％Ｈｚ　＋Ｎｚガスを導入した。第１図の２は赤
外加熱装置であり、メッキ装置の上部に吊るされた試験
片ｌを、雰囲気ガス露点＋２０°Ｃ〜−３０℃の間で第
２図のヒートパターンに基づいて加熱するものである。

この後溶融金属ポット３に保持されたＡＩを主成分とす
る６’７０〜７２０℃に加熱された溶融金属浴（組成Ａ
ｌ−０゜０３％Ｆｅ−０，０２％Ｃｕ−０，０１％Ｍｇ
）に、上記試験片１を瞬時に浸漬し、１〜３０ｓｅｃ保
持後、試験片を浴より引き上げて、前記ガス雰囲気で冷
却した。

この冷却が終了した試験片について目視によりメッキが
されていない不メッキを検査したところ、全く不メッキ
は発生しなかった。この結果、メッキ性が良好であるこ
とが分かる。

また、試験片を密着曲げ試験（ＯＴ試験）を行い、その
曲げ部分を２０倍のルーペを用いて観察し、クラックの
有無によりメッキ密着性の確認を行ったところ全くクラ
ンクが発生しなかった。クラックが全く発生しないとい
うことは、メッキ密着性が良好であることを意味する。

（比較例Ａ） 上記実施例１で説明した組成の鋼板を、Ｃｕメッキする
ことなしにＯ〜９５％Ｈ，−Ｎ、ガス下雰囲気、露点−
１０〜−５０°Ｃの条件下で第１図の装置を用い、且つ
第２図のパターンにより溶融Ａｌメッキを行った。冷却
後上記実施例Ａと同様の条件により不メッキ、メッキ密
着性を試験したところ、不メッキ率は約１５％以上であ
り、且ついくつかの試験片にクラックが発生しているの
が確認された。

（比較例Ｂ） 前記実施例Ａで説明した組成の鋼板を、Ｃｕメッキする
ことなしに９５〜１００％Ｈｚ　　Ｎｚガス下下回囲気
露点−１０〜−５０°Ｃの条件でその他は比較例１と同
様の条件により溶融Ａｌメッキを行った。そして、メッ
キ後不メッキ、メッキ密着性の試験を行った。この結果
、不メッキ率は１％未満になったものの、かなりの数の
試験片にクラックが発生しておりメッキ密着性が低いこ
とが分かった。

以上の実施例、比較例を分析すると次のことが分かる。

実施例Ａでは、鋼板素地表面にＣｕメッキ層が形成され
、更にＡｌメッキがなされることから前記〔作用〕の欄
で記載のごと＜Ａｌメッキ性及びＡｌメッキ密着性が良
好となる。

比較例Ａでは、還元ガス中の窒素ガス濃度が高い為に鋼
板表面に不メッキの原因たるＣｒＮが生ずる為、不メッ
キ率が高くなる。

比較例Ｂでは、還元ガス中の窒素ガス濃度が低い（水素
ガス濃度が高い）為、不メッキの原因たるＣｒＮの発生
は抑制されたものの、Ａｌメッキにより形成される合金
層が脆弱なＦｅ−Ａｌである。その結果、曲げ加工時の
Ａｌメッキ密着性が不良となったものと考えられる。

従って、上記実施例Ａから分かるように低水素ガス濃度
で、比較的高露点雰囲気下で加熱、溶融メッキを行って
も、全く不メッキが発生せず且つ加工部でもメッキ剥が
れかない為、不メッキ率が低下すると共に、メッキ密着
性が向上する。

即ち、雰囲気ガスとしては、高水素ガス雰囲気である必
要はなく、低水素ガス、１００％窒素ガスその他の非酸
化性ガス雰囲気であれば良い。

次に、本発明を連続メッキ設備に適用した実施例につい
て説明する。

次の表１に示すような組成を有する板幅６０ｍｍ、板厚
０．７ｍｍ、：１イル重量３０ｋｇの冷延仕上げ焼鈍材
を用いて第３図に示す連続メッキ装置により溶融Ａｌメ
ッキを行った。

表１ （以下、余白） 第３図について説明すると、メッキ用の鋼板素材は２１
のコイルより連続的に供給され、搬送ローラによって次
に説明する各種を通過して各種表面処理がなされる。

まず、鋼板は界面活性剤を２ｇ／ｌ添加された２、５％
ＮａＯＨ水溶液槽２２でアルカリ脱脂を行われ、水槽２
３で水洗が行われる。水洗後、２００ｇ／ｌＮｉＣ１・
６Ｈ！Ｏ＋１００ｇ／ｌＨＣｌのニッケルストライクメ
ッキ槽２４で、電気量が１８０ｃ／ｄｍ”となるように
上記鋼板素地に活性化ニッケルストライクメッキを施し
た。

その後水槽２５で水洗後、２００ｇ／ｌＣｕＳＯ４・５
　Ｈ！　Ｏ＋　７５　ｇ　／　ｌ　ＨｚＳ　Ｏａ水溶液
のＣｕメッキ槽２６で、電気量が６０〜１２００ｃ／　
ｄ　ｍ　”となるようにＣｕメッキを行う。Ｃｕメッキ
終了後、水槽２７で水洗し、次いで乾燥機２８により鋼
板を乾燥させる。

次に、加熱炉２９においてＣｕ被覆鋼板を７００〜８５
０°Ｃに加熱し、溶融ＡＩポット３０に浸漬して、鋼板
出側の窒素ガスワイパー３１により、ＡＩの目付量を制
御し、冷却後コイラー３２により溶融ＡＩ鋼板を巻き取
る。この時のメッキ条件を表２に示す。

（以下、余白） このようにして得られた溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼板に
ついて次の点について試験を行った。

（ｉ）不メッキ率の測定 溶融Ａｌメッキされた鋼板より任意に１０ｃｍＸ１０ｃ
ｍの試験片を切り出し、不メッキ部分の面積を目視によ
り測定し、全表面積にたいする不メッキ部分面積の比率
である不メッキ率を算出した。その結果を表３に示す。

（ｉｉ）メッキ密着性 鋼板を密着曲げ（０，７）して、その曲げ部分を２０倍
のルーペを用いて観察し、クラックの有無でメッキ密着
性の評価を行った。その評価法は、Ａ：全くクラック発
生せず、Ｂ：多少クラック発生、Ｃ：著しくクランク発
生、とした。評価結果を表３に示す。

（以下、余白） 表３ （以下、余白） 上記表３から分かるように、本発明法により製造された
溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼帯は、優れたメッキ密着性を
有し、なおかつ溶融Ａｌメッキ性も良好であることが分
かる。比較例に示したように、従来法で溶融Ａｌメッキ
を行った場合には溶融メッキに先立つ加熱雰囲気を高水
素ガス、低露点としなければ不メッキの生じない溶融Ａ
ｌメッキＣｒ含有鋼帯が得られず、また、溶融メッキ時
に生成するＦｅ−Ａ１合金層によりメッキ密着性が劣っ
ていることが分かる（比較例３．４）。また、本発明法
を用いても、素材自身のＣｒ量が本発明の範囲をこえる
とメッキ発着性が低下することも分かる（比較例１）。

また、Ｃｕメッキ厚みが４．０μｍを越えるとメッキ密
着性が劣化することも分かる（比較例２）。

上記実施例では、Ｃｕメッキ層の形成を電解メッキによ
って行ったが、これに限らず他のメッキ法、例えば無電
解メッキによりＣｕメッキ層を形成することも出来る。

また、上記実施例では還元ガスとして水素ガスを用いた
実施例について説明したが、他の還元ガスを用いること
も出来る。

またさらに、上記実施例では、溶融Ａｌメッキ雰囲気ガ
スとして水素−窒素ガスを用いたが、本発明においては
、Ａｌメッキの雰囲気ガスとして高濃度水素ガスを用い
る必要はなく、低濃度水素ガスでも良く、その他１・０
０％窒素ガス等の非酸化性ガスを用いることも出来る。

もっとも、高Ｈ２ガスの如くの還元ガスを用いることを
妨げるものではない。

また、本発明は、Ｃｒを５〜４０％含有する鋼ならば、
種々の組成のものに適用することができる。

さらに、本発明法によって製造される鋼は、板状のもの
の他種々の形状例えば、管状のものを製造することもで
きる。

本発明法によって得られた溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼板
は、耐食性、耐熱性、耐酸化性が要求される各種の部材
、例えば自動車用排気ガスパイプに用いることができる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、溶融Ａｌメッキ前
にＣｕメッキを行っている為に、この溶融Ａｌメッキの
際の雰囲気を高還元ガス、低露点とする必要がなく簡単
な設備、簡単な操作により溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼を
製造することができる。

しかも、Ｃｕメッキにより不メッキの原因となる窒化Ｃ
ｒの生成を防止し、互いの密着性が良好なＦｅ−Ｃｕ−
Ａ１合金層が形成される為、メッキ性及びメッキ密着性
が良好な溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼を製造出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は縦形溶融メッキ装置の構成を示す断面図、第２
図は溶融Ａｌメッキを行う際の加熱処理のヒートパター
ンを示す特性図、第３図は連続メッキ装置の構成を示す
断面図である。 図中、■は試料、２は赤外加熱炉、３は溶融金属ポット
、４は雰囲気ガス導入口を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比でＣｒを５％以上４０％以下含有する、Ｃ
   ｒ含有鋼に溶融Ａｌメッキを行う溶融ＡｌメッキＣｒ含
   有鋼の製造方法において、前記Ｃｒ含有鋼に膜厚０．０
   １μｍ以上４．０μｍ以下のＣｕメッキを施した後、該
   鋼を加熱し、次いで溶融Ａｌメッキを行うことを特徴と
   する溶融ＡｌメッキＣｒ含有鋼の製造方法。