JPH02290961A - 加工性に優れた蒸着ａ１めっき鋼板の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は耐熱性．耐食性並びに成形加工性に優れた蒸着
Ａｌめっき鋼板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ Ａｌめっき鋼板は、耐熱性５耐食性５熱反射性，審美性
などの特性が優れた表面処理鋼板であり、生産コストも
比較的安価であるところから自動車のマフラー．焼却炉
部材．家電製品，建材等に汎用されている．即ちＡｌめ
フき鋼板は、Ａｌが持っている諸特性を鋼の表面保護及
び表面美化に活用したものであり、その製造方法として
は溶融めっき法と蒸着めっき法が実用化されており、現
在電気めっき法も開発中である。

このようにＡｌめっき鋼板は耐食性等の諸特性において
かなり優れた素材ではあるけれども、耐熱性及び加工性
に関しては次の様な問題がある。

例えば溶融Ａｌめっき鋼板は溶融状態のＡｌ浴中に鋼板
を浸漬しつつ走行させて製造される為、鋼板の表面温度
は約７００℃まで上昇する。その結果鋼板素地とＡｌめ
っき層との接合界面にＦｅ２Ａｌ５等のＦｅ−Ａｌ金属
間化合物が厚く生成され、この金属間化合物は脆弱で加
工性に乏しいものである．からＡｌめっき鋼板に曲げ等
の成形加工殊に強度の成形加工を施すときにＡｌめっき
層が簡単に剥離するという問題が生じる。

そこでＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生成を抑制する目的で
、溶融Ａｌ浴中にＳｔを９％程度添加した溶融Ａｌ−Ｓ
ｔ合金めっき鋼板が提案された。

即ちＡｌ−Ｓｉ合金めっき鋼板は、高温環境下でもＦｅ
−Ａｌ金属間化合物を生成することがないので、Ａｌめ
フき鋼板に比べると成形加工性が優れ、また耐高温酸化
性も優れている。しかしながら該Ａｌ−ＳＬ合金めっき
鋼板においてはＳｉの添加によってＡｌの耐食性が低下
するという欠点がある。また６００℃以上の高温環境下
で連続的に使用したり、あるいは６００℃未満の温度で
あっても加熱一玲却が頚緊に繰返される環境下で使用す
ると急激な酸化反応が進行し、結局耐熱性等の点では必
ずしも十分なものとはいえない。

これに対し蒸着Ａｌめっき鋼板の場合には、めっき時の
鋼板温度が低く保持されるので素地鋼板とめっき層界面
にＦｅ−Ａｌ金属間化合物を生成することが少なく、一
般に加工性は問題がないとされている。

しかるに最近耐熱・耐食性の一層の向上を目的として、
Ａｌめっきの膜厚（即ち付着量）を大きくすること、特
に、且つ加工性の良好な厚目付Ａｌめっき鋼板への要望
が高くなっており、この要望は益々強くなる傾向にある
。

このような厚目付Ａｌめっき鋼板を溶融めっき法により
得ることはさほど困難なことではないが、厚目付になれ
ばなるほどＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生成が著しくなる
ので溶融めっぎ法は到底実施することができない。

そこで蒸着めっき法によって厚目付Ａｌめっき鋼板を製
造することになるが、蒸着めっき法と言えどもＡｌめっ
きの目付量が相当量大きい場合には若干のＦｅ−Ａｌ金
属間化合物がＡｌめっき層と素地鋼板の界面に形成され
る。これは蒸着Ａｌめっき法においてＡｌの蒸気が素地
鋼板に蒸着される際にＡｌ蒸気の有する顕熱及び潜熱に
よって鋼板温度が上昇し、この温度がある値以上になる
とＡｌめっき層と素地鋼板の間でＡｌとＦｅの拡散を生
じさせることになるからである。また蒸着めっき法にお
いては、密着性等を高める目的で素地鋼板を予熱するの
が一般的であるが、このことがＦｅ−Ａｌ金属間化合物
の生成に少なからぬ影響を及ぼしている。

つまり蒸着Ａｌめっき法は、溶融Ａｌめっき法に比べて
加工性の良いＡｌめっき鋼板を得ることができるが、常
に満足し得る性能のＡｌめっき鋼板が得られる訳ではな
く、特に厚目付Ａｌめっき鋼板の製造においてはＦｅ−
Ａｌ金属間化合物の生成を回避することができない。

［発明が解決しようとする課題コ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、溶融Ａｌめっき鋼板に比べて耐食性が良く、且つ加工
性も優れている蒸着Ａｌめっぎ鋼板の製造において、Ｆ
ｅ−Ａｌ金属間化合物の生成を確実に抑え、Ａｌめっき
目付量の大きなＡｌめっき鋼板であフてもＦｅ−Ａｌ金
属間化合物を生成させることなく製造し得るような、加
工性に優れた蒸着Ａｌめっき鋼板の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ しかして上記目的を達成した本発明方法は、蒸着めっき
法によってＡｌめっき鋼板を製造するに当たり、予熱ざ
れた素地鋼板上に、Ｃｒ，ＴｉＮｉよりなる群から選択
される１種以上の金属を０．１ｇ／＋’以上の厚さで蒸
着めクきし、引続いてＡｌ蒸着めっきを施す点に要旨が
存在する。

［作用］ 本発明者等は、素地鋼板とＡｌめっき層の相互拡散によ
るＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生成を抑制する手段として
以下の４つの方法を検討した。

■素地鋼板の予熱温度を低くし、蒸着Ａｌめっき層を形
成する際、あるいは形成した後に素地鋼板の温度が過度
に上昇しないようにする。

■蒸着Ａｌめっき層を形成した後、直ちに真空中でＡｌ
めっき鋼板を冷却する。

■素地鋼板とＡｌめっき層の間の拡散を抑制し得る合金
元素をＡｌめっき層中に含有させ、Ｆｅ−Ａｌ金属間化
合物の生成を防止する。

■素地鋼板上にＡｌめっき層を形成するに先立って、Ａ
ｌとＦｅの拡散を防止し得るような元素又は合金を蒸着
めっきし、これをバリャー層としてＡｌめっき層と素地
鋼板の反応を抑制する。

上記４つの方法のうち、■素地鋼板の予熱温度を低くす
る方法は、予熱温度を低くした分だけ蒸着Ａｌめっき後
の鋼板温度も低くなり、鋼板温度の上昇によって促進さ
れるＦｅとＡｌの拡散、即ちＦｅ−Ａｌ金属間化合物の
生成を抑制することができる。しかるに鋼板の予熱温度
を低くすると、得られた蒸着Ａｌめっき鋼板におけるめ
っき層の密着性が悪くなり、またＡｌめっき鋼板の表面
外観が銀白色からやや灰色を帯びた暗灰色に変る為、美
観性を特長とするＡｌめっき鋼板の商品価値が低下する
．このような欠点があるので、■の方法は目的とするＡ
ｌめつき鋼板の製造方法として問題がある。

次に■蒸着Ａｌめっき層を形成した後、Ａｌめっき鋼板
を直ちに冷却する方法は、■の方法と同様に蒸着後の鋼
板温度をすぐに低下させることによってＦｅ−Ａｌ金属
間化合物の生成を抑制しようとするものであり、本発明
者等は、蒸着めっき室内の後工程部分に水冷ロールを多
段階に設け、水冷ロールに蒸着Ａｌめっき鋼板を接触さ
せて板温を急低下させる方法を採用して検討してみた。

尚水冷ロールとしては、ロール表面に厚さ５０μｍのＡ
　１　２　０　３　＋　Ｚ　ｒ　Ｏ　２系セラミックス
皮膜を溶射した鋼製ロールを用い、冷却水が循環する構
造のロールを使用した。

上記冷却法によって蒸着めっき後の板温を急激に低下さ
せ、Ｆａ−Ａｌ金属間化合物の生成をある程度抑制する
ことに成功したが、抑制効果は不十分であり、且つ水冷
ロール表面へのＡｌピックアップ現象が生じ、これがＡ
ｌめっき鋼板表面への押し傷の原因となり長時間の操業
が実質的に不可能であフた。即ち■の方法により得られ
る蒸着Ａｌめっき鋼板は外観が悪く、加工性をがまんし
たとしても実用上問題がある。

■ＦｅとＡｌの拡散を防止し得るような元素を添加した
Ａｌ合金めっき層を素地鋼板上に形成する方法は、本発
明者等によって研究が進められており、特開昭６４−２
１０６０，特開昭６４−２１０６２等として既に開示し
ている。本発明者等の研究によると、上記合金元素とし
てはＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｕ．Ｓｔ等が有効であり、こ
れら合金元素の添加によりＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生
成防止に相当の成果をあげることができる。

しかるに上記蒸着Ａｌ合金めっき鋼板では、素地鋼板上
に蒸着Ａｌ合金めっきを安定して形成することが難し＜
、Ａｌと合金元素の蒸気量のコントロール，蒸気混合技
術．Ａｌ合金めっき組成のコントロール等種々の制御技
術を必要とする．またＡｌめっき鋼板はその表面が銀白
色を呈し、美観性に優れるという特長を有しているが、
前記Ａｌ合金めっき鋼板では合金元素の含有量の増加に
従ってＡｌめっきの色調が変化し、暗灰色に近づいてく
る。よって加工性については満足できるが、安定生産性
や外観に問題があり、改善の余地がある。

このように■〜■の方法はいずれも何らかの問題をかか
えており、満足し得る特性のＡｌめっぎ鋼板（殊に厚目
付Ａｌめフき鋼板）を得ることができない。これに対し
、本発明は■の素地鋼板上にバリャーめっき層を形成し
た後、引続きＡｌ蒸着めっきを施す方法を採用すること
によって前記問題点を解決しようとするものであり、特
に■の方法に属する先願方法の欠点を解消することを目
的とするものである。即ちＦｅ−Ａｌ金属間化合物の形
成は必ず素地鋼板とＡｌめっき層の界面で進行するとい
う点に鑑み、界面で起こるＦｅ一Ａｌの拡散反応を阻止
するには界面にだけそのような機能を与えればよく、界
面以外では通常の蒸着Ａｌめっき鋼板と同様又はそれ以
上の性能を有するものでよいのではないかという考えに
基づき、素地鋼板とＡｌめっき層の界面に前記薄層バリ
ャー層を形成したものである。

こうしたバリャ一層の必要条件としては、（ａ）Ｆｅ−
Ａｌ金属間化合物の形成を妨げる効果を発揮する、（ｂ
）バリャー層はＡｌめっき層及び素地鋼板との密着性が
良いものであって、バリャー層自身が加工性を悪化させ
ることがない、（Ｃ）蒸着Ａｌめっき鋼板の耐食性を損
わない、（ｄ）蒸着Ａｌめっき鋼板の美観を損わない等
が挙げられる。

本発明者等はこうしたバリャ一層の備えるべき条件を全
て満足する構成について検討を重ねた結果、前記要件に
規定される本発明方法に到達した。

即ち本発明においては、予熱された素地鋼板上に、まず
真空蒸着法によってＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉからなる群から選
択される１種以上の元素を下地めっきとして施した後、
引続きＡｌ蒸着めっきを施すもので、下地めっきは素地
鋼板とＡｌめフき層の拡散を防ぐためのものであるから
必要以上に厚くすることは本発明の目的に沿うものでは
ない。又こわら下地めっきはＡｌめっきを施した後、そ
のままの状態で存在しなければならないものではなく、
Ａｌめっき層と相互拡散を起こして合金化しても構わな
い。

下地めっき層の膜厚については格別制限される訳ではな
いが、厚過ぎる場合は曲げ加工性等において問題を生じ
、一方薄過ぎる場合には上記機能が保証されないので適
当な範囲で定めれば良いが、通常の場合は上記機能を維
持できる範囲で出来る限り薄い方が望ましい。即ち下地
めっき層の膜厚即ち目付量が小さい場合は、ひき続き施
されるＡｌめっき層との間で合金化して掻く薄いＡｌ合
金めっき層に変化し、しかもこの薄いＡｌ合金めっき層
は、Ａｌめっき層との密着性に優れ、且つ素地鋼板とも
良好な密着性を維持するので得られたＡｌめっき鋼板の
めっき密着性は全般的に非常に良好であり優れた加工性
を示す。更にこの様にして形成されたＡｌ合金めっき層
はＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉ等の単独下地めっき層に比べると電
気化学的にＡｌめっき層により近い電位を示すので、Ａ
ｌめっき層との間の電気化学的な電位差が非常にわずか
であり、両者の間で腐食環境下におけるガルパニック・
コロージョン（電位差腐食）が起こりにくく、蒸着Ａｌ
めっき鋼板の耐食性を向上させることができる。又Ａｌ
めっき鋼板の外観に対する下地めっき層の影響はそれ程
大きくないが、厚みの小さい方が望ましい。

以上述べた理由からＣｒ，Ｎｉ，Ｔｉ等の下地めっき層
の厚みは目付量０．１ｇ／ｎ’以上は必要であるが、な
るべく小さくすることが望まれる。目付量が０．１ｇ／
ｍ’未満ではＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生成を完全に抑
制することができず、一方目付量を増大させすぎると、
前記のような問題点の生じる恐れがあるだけでなく、コ
ストアップにもつながるのでむやみに目付量を高めるこ
とは意味がない。あえて言えば上限は１〜５ｇ／Ｉｌ１
２位が適当である。

本発明において採用される蒸着めっきの方法は特に制限
されないが、電子線（ＥＢ）加熱方式による真空蒸着め
っき法が好ましい。電子線は高出力を有し、Ａｌをはじ
めとしてＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉの蒸着も十分に可能で、工業
的に見ても生産性に優れている。また上記各金属蒸気を
高周波等でイオン化してバイアス電圧を印加した素地鋼
板に蒸着させる、所謂イオンプレーティング法を採用す
ることも好ましい．イオンブレーティング法により得ら
れるＡｌめっき鋼板は鋼板とめっき層の密着性がより強
固であり、まためっき層自体もピンホールのないものが
得られるので耐食性の面でも好ましい。またＣｒ，Ｔｉ
，Ｎｉの１種以上の元素を蒸着させるに当たり、上記元
素の一種のみ蒸着めっきする際は、それぞれの元素に適
したるつぼ等を１つ用意し、１種の元素のみを素地鋼板
上に蒸着させればよい。これに対しＣｒ−Ｎｉ合金めっ
き層等の如き合金めっきを施す場合はめつきしたい金属
を別々のるつぼから蒸発させ、これらの上記を気相中で
混合させてから蒸着させるか、又は予め合金化させた状
態で１つのるつぼから蒸発させる方法でも良い。

更にこれらの金属又は、合金をめっきするための加熱方
式は前述した様に電子線（ＥＢ）加熱が好ましいが、そ
のめっき付着量はあくまでもＡｌめっきのそれに比べて
格段に少ないものであるから、電子線の出力はＡｌを蒸
発させるためのものに比べてそれほど大きいものは必要
とせず、従って本発明方法による蒸着Ａｌめっき鋼板の
製造は、設備コスト、ランニングコスト共に従来と同等
であり、コスト的には問題ない。

［実施例］ 以下本発明の内容を実施例によって説明する。

第１図に示す連続真空蒸着めっき設備を用い、予熱され
た冷延鋼板（０．８ｍｍｔ）　１にまず蒸着室（Ｎｏ．
１）２でＣｒ，Ｎｉ等の下地蒸着めっきを施し、しかる
後に接続ダクトを経由して蒸着室（Ｎｏ．　　２）　１
　０内で蒸着Ａｌめっきを施した。

各々の蒸着室で施されるめっき付着量は、各金属を加熱
蒸発させる電子線の出力及び鋼板のラインスピードによ
ってコントロールした。

得られた各種蒸着Ａｌめっき鋼板について以下の評価を
行なった。

（Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物の形成の抑制効果）得られた
蒸着Ａｌめっき鋼板の断面観察を行ないめっき層と素地
鋼板との間に形成されるＦｅ−Ａｌ金属間化合物の厚み
による抑制効果の差を調査した。

第１表にその結果を示す。

なお記号は以下の意味を示す。

◎：　Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物の形成抑制効果：（＊Ｏ
：　　　　　　　　　　　　：良 〃 △：〃：やや劣る ×：〃：劣る （加工性） 得られた蒸着Ａｌめクき鋼板を、曲げ及び曲げもどし加
工試験に供し、めっき剥離量によって評価した。

第１表にその結果を示す。

なお表中の記号は以下の意味を示す。

Ｏ：めっき剥離なし △：　　〃　　わずかに有り ×：〃　　　　有り （耐食性） 得られた蒸着Ａｌめっき鋼板をエリクセン試験機により
押出し（押出し］ｔ７　ｍ＋ｎ）　、その後、塩水噴霧
試験を行なってエリクセン押出し部の鋼板からの赤錆発
生時間で評価した。なお評価方法はエリクセン押出しを
施さなかった場合に比べて赤錆発生時間がどう変化する
かで判定し、加工部の耐食性の劣化の有無を評価した。

第１表にその結果を示す。

なお表中記号は以下の意味を示す。

○：未加工部の耐食性に比べて：同等 △：〃：やや劣る ×：〃；劣る 比較材についても上記と同様の評価試験を行ない結果を
第１表に併記した。

第１表から明らかな様に、本発明例を示す実験Ｎｏ．１
〜３又は実験Ｎｏ．５〜１１については、蒸着Ａｌめっ
き層と素地鋼板との間に、掻く薄いＡｌ合金めっき層が
形成されており（ただしＮｏ．７とＮｏ．９に関しては
一部Ａｌ合金層とならずにＴｉ又はＮｉが残っているが
）、この層がパリャー効果を発揮してＦｅ−Ａｌ金属間
化合物の形成を防止している。従って加工性及び耐食性
（加工後耐食性）は良好な結果を示した。

なお表中には記していないが該Ａｌ合金めっき層は薄い
にもかかわらず素地鋼板のＦｅとの間で拡散・合金化し
ていないことを顕微鏡による断面観察によって確認した
。

また実験Ｎｏ．４に示す様に、蒸着Ａｌめっき層を施す
前の下地めフき膜厚が、本発明の範囲の下限より低い場
合あるいは実験Ｎｏ．１２の如く素地鋼板上に直接蒸着
Ａｌめっきを施す場合については、Ｆｅ−Ａｌ金属間化
合物の形成の抑制が不充分でそのため加工性も本発明例
と比べて明らかに劣っている． 更に溶融Ａｌめっき鋼板の場合（実験Ｎｏ．１３〜１５
）は、Ａｌめっき層と素地鋼板の赤面部に、Ｆｅ−Ａｌ
−Ｓｉ系の金属間化合物層の形成が明らかに肥められ、
加工性は本発明例に比べて劣るものとなっている。耐食
性に関しては、本発明例の場合加工部からの鋼板の赤錆
発生時間は、非加工部と比べてほとんど差がなく、すぐ
れた耐食性を示した。この理由については詳細は不明で
あるが素地鋼板との界面部に形成されている薄いＡｌ合
金めっき層が耐食性維持に貢献していると思われる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、耐熱性，耐食性並
びに成形加工性に優れた蒸着Ａｌめっき鋼板殊に厚目付
蒸着Ａｌめっき鋼板を安価に製造することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する為の装置を示す模式図で
ある。 １・・・冷延鋼板　　　　２・・・蒸着室（Ｎｏ．１）
３・・・溶解槽　（Ｎｏ．１） ４・・・蒸発原料（Ｃｒ等） ５・・・排気装置 ６・・・蒸着室（Ｎｏ．１）人側ロール７・・・接続ダ
クト入側ロール ８・・・接続ダクト ９・・・蒸着室（Ｎｏ．　２）人側ロールｌＯ・・・蒸
着室（Ｎｏ．　２） １１・・・溶解槽　（Ｎｏ．　２） １２・・・蒸発原料（Ａｌ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸着めっき法によりＡｌめっき鋼板を製造するに当たり
   、予熱された素地鋼板上に、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉよりなる
   群から選択される１種以上の金属を０．１ｇ／ｍ＾２以
   上の厚さで蒸着めつきし、引続いてＡｌ蒸着めつきを施
   すことを特徴とする加工性に優れた蒸着Ａｌめっき鋼板
   の製造方法。