JPH0355544B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、耐パウダリング性および耐フレーキ
ング性に優れた厚目付の合金化溶融亜鉛めつき鋼
板に関するものである。 （従来の技術） 合金化溶融亜鉛めつき鋼板は、溶融亜鉛めつき
鋼板をめつき後加熱して素地鋼板の鉄をめつき層
中に拡散させ、鉄−亜鉛合金化するものである
が、亜鉛めつき鋼板に比較して塗装耐食性が優れ
ているため、自動車、建材、家電製品等の材料と
して広く使用されている。 （発明が解決しようとする問題点） 近年耐食性に対する要求が益々強くなり、厚目
付の合金化溶融亜鉛めつき鋼板が要望されるに至
つた。しかし、合金化溶融亜鉛めつき鋼板は、上
述したように熱拡散処理で製造するため、目付量
が厚くなるに従がいめつき層中の鉄濃度勾配が大
きくなり、地鉄との界面にFe濃度の高く脆いΓ
相が生成し、その層が厚くなり、一方めつき層表
面近傍のFe濃度が低くなつて合金化が未完のま
まη相（純Zn相）が残存したり、Fe濃度の低い
合金相、即ちζ相が厚く生成しがちである。 Γ相が厚くなると、プレス加工時にめつき層が
剥離し易く、謂ゆるパウダリングが生起し、製品
に押し庇等が発生し、歩留低下あるいは型洗浄の
頻度増等による能率低下の実害が出る。 一方η相あるいはζ相がめつき層表面に残存す
ると、これらの相は比較的柔らかいためプレス加
工時に型かじりが生成し易く、謂ゆるフレーキン
グとなつて金型ビード部等に堆積し、これまたプ
レス工程の歩留低下、能率低下をもたらす。従つ
て、理想的には地鉄界面からめつき層表面まで
Fe濃度勾配のない、均一なδ₁相から構成されて
いることが望ましいが、熱拡散処理で合金化する
限り、事実上不可能である。 低目付量では理想型に近いδ₁相を主体とする合
金化溶融亜鉛めつき鋼板は製造され実用に供され
ているが、目付量45ｇ／m²以上の厚目付では、プ
レス工程で耐パウダリング性、耐フレーキング性
ともに満足できる合金化溶融亜鉛めつき鋼板は従
来にはなく、強く開発が要望されているところで
ある。 本発明は上述した問題点を有利に解決する合金
化溶融亜鉛めつき鋼板を提供する。 （問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための第１の本発明は、
Fe：８〜12％、Al：0.05〜0.25％、残部Znから
なる組成であつて、かつ地鉄界面のΓ相が1.0μｍ
以下、めつき層表面にηζ相が存在しない目付量
45〜90ｇ／m²のめつき層を少くとも片面に有する
耐パウダリング性および耐フレーキング性に優れ
た合金化溶融亜鉛めつき鋼板である。 また第２の本発明は、Fe：８〜12％、Al：
0.05〜0.25％、残部Znからなる組成であつて、か
つ地鉄界面のΓ相が1.0μｍ以下、めつき層表面に
η相が存在しない目付量45〜90ｇ／m²の合金化溶
融亜鉛めつき層の上に、Fe：60％以上、残部Zn
からなる合金めつき層を生成せしめた２層めつき
層を少くとも片面に有する耐パウダリング性およ
び耐フレーキング性に優れた合金化溶融亜鉛めつ
き鋼板である。 （作用） 従来の技術と比較することによつて、本発明の
特徴を述べる。 従来は溶融亜鉛浴中に有効Al量（Al％−Fe％）
を例えば0.09〜0.15％に添加調整した浴中に鋼帯
を通してめつきをし、ガスワイピング等で目付量
調整した後合金化炉に通板し、めつき表面の金属
光沢が消えるまで、即ち表面まで合金化が完了す
る時点まで熱処理し、直ちに冷却して合金化程度
を制御して製造していた。（特開昭61−223174号
公報）かかるめつき層の組成は、Fe：８〜13％、
Al：0.25〜0.35％、残部Znからなるものである。 しかるに目付量45ｇ／m²以上の溶融亜鉛めつき
鋼板をかかる工程で合金化処理すると、地鉄界面
に生成するΓ相の厚さが例えば１〜37μｍ程度と
なり、耐パウダリング性が十分ではない。 そこで浴中の有効Al量を0.10％以下程度に低減
し、浴中で形成されるFe−Al合金層を薄くして
Fe−Zn合金相の生成を比較的容易にすることに
よつて、より低温の熱処理で合金化溶融亜鉛めつ
き鋼板を製造することができる。かかるめつき層
の組成は、Fe：６〜11％、Al：0.05〜0.25％、残
部Znからなるものである。しかるに目付量45
ｇ／m²以上の場合には、Γ相の厚さを1μｍ以下
とする条件はあるものの、めつき層表面にη相、
ζ相が残存し易く、耐フレーキング性が十分では
ない。 上記２例は、浴中の有効Al量の制御のみで耐
パウダリング性と耐フレーキング性をともに満足
することができないことを示している。しかし本
発明者らが検討したところによれば、Fe−Al合
金相の厚みのみではなく、質が重要なのである。
即ち上記後者例では、Fe−Al合金相が薄くFe拡
散のバリアーとしての性能が不十分で、合金化熱
処理前に既にFe−Al皮膜が部分的に破壊され、
ζ相等のFe−Zn合金属の生成が始まつているの
である。 本発明は浴中の鋼帯浸漬時間を３秒好ましくは
２秒以内とすることによつて、Fe−Al合金相を
健全なまま合金化炉に導き、めつき層表面にη
相、ζ相が存在せず、かつ地鉄界面のΓ層厚さが
1μｍ以下であるFe濃度勾配の小さい合金化溶融
亜鉛めつき鋼板を製造し得ることを見出し、耐パ
ウダリング性および耐フレーキング性ともに良好
にすることに成功した。 鋼帯の浴中浸漬時間３秒好ましくは２秒以内と
いう条件は、現在稼働している一般の連続溶融亜
鉛めつき設備では極めて困難である。即ち、浸漬
ロール径は鋼帯の折れ防止のため600mm以上必要
であり、鋼帯のプレス成形性を考慮すれば800mm
以上に設計することが好ましい。従つて、浴中の
鋼帯パス長さは３ｍ以上、好ましくは４ｍ以上と
なり、通常操業条件である鋼帯速度60ｍ／分では
達成できない。更に鋼帯速度を高めればよいが、
竪型合金化炉を延長する厖大な投資を必要とし、
あるいは溶融亜鉛浴を特殊な短パドス径路で通板
することで浸漬時間３秒、好ましくは２秒以内を
達成できるが、いづれにしろ、従来にない新しい
プロセスを用いる必要がある。 本発明は浴中有効Al量0.10％以下、浸漬時間３
秒、好ましくは２秒以下とすることにより、めつ
き層中のFe：８〜12％、Al：0.05〜0.25％とする
ことができる。 Fe8％未満ではめつき層表面にζ相が残存し易
く、はなはだしい場合にはη相も残存する。
Fe12％を越えるとΓ相が1μｍを超え易いので好
ましくない。 Al：0.05％未満ではめつき層表面にζ相が残存
し易く、逆にζ相の残存を避けるべく高温で合金
化処理すると、地鉄表面のΓ相が1μｍを越える
ので好ましくない。Al0.25％を越えると表面まで
合金化を完了させるまで熱処理するとΓ相が1μ
ｍを越えるので好ましくない。 本発明のめつき組成は浸漬時間３秒以上で製造
した従来の合金化溶融亜鉛めつき鋼板のめつき組
成と比較すると、Fe／Al比率が大きいことが特
徴である。 Γ相は1μｍ以下とすることが、耐パウダリン
グ性を向上させるため好ましい。1μｍを越える
と目付量45ｇ／m²以上では耐パウダリング性が劣
化し、プレスに実害が出る。 Γ相の測定法としては種々の方法があるが、こ
こでは次の方法を採用した。即ち、サンプル断面
をＸ線マイクロアナライザー（EPMA）で鋼板
面に垂直方向に沿つて線分析し、Feの原子組成
が19〜31％の範囲をΓ相と定義し、素地鋼板およ
びδ₁相と識別した。傾斜研磨法を用いれば測定精
度を向上させることができる。 η相およびζ相の有無は、電位測定法によるの
が感度およびプレス性との関連において最も妥当
である。ここでは次の方法を採用した。即ち、
ZnSO₄.7H₂O：100ｇ／、NaCl：200ｇ／か
らなる電解液中で電流密度の20ｍＡ／cm²でサンプ
ルを陽極として定電流電解し、Agを参照電極と
して電位を測定する。このときめつき表層部の電
位がAg電極に対して−750ｍＶ未満であればη相
が存在し、−700ｍＶ〜−750ｍＶであればζ相が
存在すると判断する。（素地鉄電位は−270ｍＶ付
近にある）−670ｍＶ以上であればζ相が実質的に
は存在しないと判断する。電流印加する理由は酸
化膜等の影響を除去するためである。後述する２
層めつきの場合には電流印加直後にはFeに富ん
だ上層皮膜の電位を示すが、直ちに下層の電位を
示すようになるので、この時点の電位で判断する
上層皮膜にわずかの亀裂が生ずれば、上層が存在
していても電気的に卑な下層の電位が測定される
からである。 電位測定法でζ相が存在しなく表面はδ₁相であ
ると判断した場合でも、Ｘ線回折法によれば僅か
のζ相、あるいはη相が検出されることがある。
しかるに、対フレーキング性はめつき層表層部の
機械的物性値にかかわるものであるから、マクロ
な電位測定法の方がプレスの実際とよく合致す
る。 このようにして測定したζ相が存在すると、例
えば自動車のフエンダーを成形する場合、金型の
ビード部を摺動する時、柔かいζ相が“かじり”
とられ、ビード部に堆積して凝集し、押し庇の原
因となるので好ましくない。めつき層の表面が実
質的にδ₁相であれば、上記のようなフレーキング
は発生しない。 本発明のもう一つの態様は、Fe：60％以上、
残部Znからなる合金めつき層を上層に施した２
層めつき化合金化溶融亜鉛めつき鋼板である。上
層めつき層はビツカース硬度400程度の極めて硬
い層であり、この存在によつて金型との凝着を抑
制でき、耐フレーキング性を改善できる。上層め
つき層の厚さは１〜10ｇ／m²が好ましい。１ｇ／
m²未満では下層めつき層を完全に被覆することは
困難で、下層露出部からの金型凝着が起る場合が
あり、好ましくない。10ｇ／m²を越えると耐食性
が劣化する傾向があるので好ましくない。なお、
上層のFe60％未満ではめつき層が脆くなるので
好ましくない。60％以上であれば硬くて、かつパ
ウダリング性の良い皮膜となる。 上層めつきの実施例として電気めつき法はつき
まわり性が良いので、微細凹凸の激しい合金化溶
融亜鉛めつき層の上に容易に被覆できる。上層め
つき層にFe、Zn、以外にNi、Co、Cr、Mn、
Al、Si、Zr、Cu、Mo、Ti、Ｐ、Ｃ、Ｏ、Ｓ等
が少量含有していても実質上プレス成形上の効果
は変らない。 ２層めつき化した場合、下層のζ相の存在は実
質上許容できる。即ち、上層の存在によつて、金
型との凝着が抑制できるからである。しかしなが
ら、η相の存在は好ましくない。なんとなれば、
あまりにも軟いη相（ビツカース硬度30〜50程
度）が上層直下に存在すると、金型ビード部摺動
時にη相部が破壊され、剥離片のη相がバインダ
ーとなつて２次凝集を起すからである。 本発明の合金化溶融めつき層の厚さは、目付量
として45〜90ｇ／m²が適用できる範囲である。45
ｇ／m²未満では従来の技術で耐パウダリング性、
耐フレーキング性ともに満足できる合金化溶融亜
鉛めつき鋼板は製造可能であり、本発明が特に有
利という訳ではない。90ｇ／m²を越えると、Γ相
を1μｍ以下で、かつめつき表層部にη相ないし
はζ相を存在させないめつき層は実質上製造でき
ない。 合金化溶融めつき層の組成としてFe、Alのみ
を規定したが、他の成分、例えばPb、Cd、Sn、
In、Li、Sb、As、Bi、Mg、La、Ce、Ti、Zr、
Ni、Co、Cr、Mn、Ｐ、Ｓ、Ｏ等が少量添加さ
れたり、不可避的に混入しても、本質的には本発
明の効果は変らないものである。 なお本発明のめつき層は、両面45〜90ｇ／m²の
目付量の防錆鋼板の場合には、両面に適用するこ
とが好ましいが、片面45ｇ／m²〜90ｇ／m²でかつ
他面が45ｇ／m²未満の差厚めつき鋼板の場合に
は、厚目付面のみに適用することもできる。片面
めつき鋼板の場合には勿論めつき面のみに適用す
るものである。 （実施例） 次に本発明の実施例を比較例とともに挙げる。 めつき用素材としてはCC−AI−Ｋ鋼（0.7^t×
1200^w・Coil）を使用し、無酸化炉型の連続溶融
亜鉛めつきラインにおいてめつき直後に合金化処
理炉により、連続的に加熱合金化処理した。 なおめつき層中Al組成は、めつき浴中Al濃度
で、めつき層中Fe濃度は合金化炉の加熱条件を
適宜に選定して製造した。 通板速度は40〜70ｍ／分とし、浸漬時間は１〜
５秒の間の条件でめつきを行なつた。ただし、実
施例は全て１〜３秒の範囲である。一方ラインの
後方出側において、電気めつき法による上層めつ
きを行なつた。通常の硫酸浴を使用し、めつき浴
中のZn／Feイオン比と電流密度により、上層め
つき組成と目付量を制御した。なお上層めつきを
施さない場合は、上層めつきタンクを水張りして
通板し、次いで熱風乾燥した。 次にめつき層の加工性試験方法について述べ
る。 (1) 耐パウダリング性試験 加工前に曲げ加工部にビニルテープをはり、
テープ面を内側とする曲げ化合（２丁曲げ）を
行ない、再度開いてテープをはがし、めつき層
がテープに付着して黒変した部分の程度で判定
した。 （良） ◎−○−△−× （劣） （◎、○は実用上問題なし） (2) 耐フレーキング性試験 第１図に示す如き、角ビード付引張成形によ
り評価した。ポンチ１とダイス２間は2.0Kg
ｆ／cm²（プラグサイズ0.7×75×280mm）で試験
片３とを押圧し、次いで試験片３を引張りなが
らビード部を通過させる。200枚の反復成形を
行ない、鋼板またはビード部へのめつき層金属
の堆積程度を相対評価した。 （良） ◎−○−△−× （劣） （◎、○は実用上問題なし） (3) 実プレス試験 普通乗用車のフエンダー部品を実プレスで成
形加工した。300枚の反復成形を行ない、鋼板
またはプレス型へのめつき層金属の付着堆積程
度を相対評価した。評価は各部位にテープをは
りつけ、はがしてからテープに転着した金属粉
の黒化度合で判定した。 （良） ◎−○−△−× （劣） （◎、○は実用上問題なし） 上記それぞれの試験結果を比較例とともに第１
表にしめす。

【表】 （発明の効果） 以上説明したごとく本発明のめつき鋼板は、加
工性、フレーキング性ともに向上し、溶融めつき
鋼板の用途を拡大し、工業的に大きな効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐フレーキング性試験を示す横断面説
明図である。 １……ポンチ、２……ダイス、３……試験片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Fe：８〜12％、Al：0.05〜0.25％、残部Zn
   からなる組成であつて、かつ地鉄界面のΓ相が
   1.0μｍ以下、めつき層表面にηζ相が存在しない目
   付量45〜90ｇ／m²のめつき層を少くとも片面に有
   する耐パウダリング性および耐フレーキング性に
   優れた合金化溶融亜鉛めつき鋼板。 ２ Fe：８〜12％、Al：0.05〜0.25％、残部Zn
   からなる組成であつて、かつ地鉄界面のΓ相が
   1.0μｍ以下、めつき層表面にη相が存在しない目
   付量45〜90ｇ／m²の合金化溶融亜鉛めつき層の上
   に、Fe：60％以上、残部Znからなる合金めつき
   層を生成せしめた２層めつき層を少くとも片面に
   有する耐パウダリング性および耐フレーキング性
   に優れた合金化溶融亜鉛めつき鋼板。