JPH0368748A - 合金化溶融めっき鋼板およびその製造方法 - 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、耐食性及び皮膜表面の平滑性に優れた表面処
理鋼板に関し、詳しくは、自動車車体、建築材料、家電
用機器等の防錆鋼板として好適な溶融亜鉛めっき鋼板と
合金化亜鉛めっき調板の製造方法及び合金化亜鉛めっき
鋼板に関する。

（従来の技術） 自動車車体をはじめとして、建築材料、家電用機器等の
分野では、各種の表面処理鋼板が使用されている。とり
わけその中でも比較的安価であり、耐食性の良好な溶融
亜鉛めっき鋼板が多く使用されている。また、この溶融
亜鉛めっき鋼板を熱拡散処理してめっき皮膜を合金化し
ためっき鋼板、いわゆる合金化亜鉛めっき鋼板も比較的
安価であり、しかも耐食性、塗装性、溶接性等に優れて
いることから同様の分野で幅広く使用されている。

しかしながら、これらの使用分野において表面処理鋼板
に対する防錆能や表面品質等の要求水準は年々高まる傾
向にあり、従来の溶融亜鉛めっき鋼板および合金化亜鉛
めっき鋼板では、その要求水準を満たすのが難しくなり
つつある。そこで、各種の新しい表面処理鋼板が開発さ
れている６例えば、Ｚｎ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｍｇ、　Ｚｎ−
Ｍｎ等の亜鉛系合金を溶融めっきしたものである。しか
し、これらの亜鉛系合金を溶融めっきした鋼板は、品質
面或いは製造面において下記のような問題があるので、
用途が限定されている。

即ち、Ｚｎ−Ａｆｆｉ合金めっき綱板は、既に実用化さ
れており、耐食性は亜鉛めっき鋼板より優れているが、
皮膜表面が粗く表面品質に劣り、合金化処理ができない
という問題がある。このめっき鋼板を合金化処理すると
合金化反応が不均一となって表面品質は一段と悪くなる
。

Ｚｎ−Ｍｎ合金めっき鋼板としては、Ｍｎを０．０５〜
１５重景置台む溶融Ｚｎ　−Ｍｎ合金めっき綱板を合金
化処理したものが特開昭５４〜１１８３６号公報に開示
されている。Ｚｎ−Ｍｎ合金めっきの場合、ＭｎはＺｎ
の液相中で比較的高い溶解度を有しているので熔融めっ
きは可能である。ところが、めっき浴中にＡｌが存在す
るとＺｎ−Ａｌ−Ｍｎの３元系化合物からなるドロスが
発生し、めっき液の流動性が低下したり、ドロスが皮膜
表面に付着して表面品質が低下するという問題がある。

一般に溶融亜鉛めっきでは、Ａｌを０，１〜０，２重量
％含む亜鉛めっき浴が使用されている。これは、熔融亜
鉛めっきではめっき時に母材鋼板とめっき層の界面に硬
くて詭いＦｅ−Ｚｎ合金層が生成するが、この合金層が
厚く生成すると加工性に劣るめっき層となるので、加工
性をよくするためＡｉ添加により合金層の生成をできる
だけ抑制し、薄＜シているのである。ところが、前記の
Ｚｎ　−Ｍｎ合金めっき浴に同様の目的でＡ１を添加す
ると、３元系化合物からなるドロスが発生する。

また、Ｍｎの添加量がＡｌ濃度によって決まる闇値を越
えるとめっき時において合金化が促進されるので、合金
化処理鋼板の製造にとっては好ましいのであるが、溶融
めっき時に母材からのＦｅの溶出が激しくなり、Ｆｅ系
のドロスが大量に発生して操業性が大きく低下する。さ
らには合金化処理時においてｐｅ−Ｚｎの拡散速度が過
大となり、皮膜はプレス加工時にパウダリングしやすい
ものとなる。

ここで、前記閾値（Ｍｎ”）とは下記の■又は■式で示
される値である。

Ａｌ１度が０．３％以下の場合： （Ｍｎ”）　（％）ｚ３．５　［Ａｆｆｉ　（％）］−
・ｓ　　、・、■Ａｆｆｉ１度が０．３％越え５％以下
の場合：（Ｍｎ”）　（％）ｚｏ、６％　・・・■但し
、（％）はいずれも重量％である。

前記のＺｎ　−Ｍｎ合金めっきでは、特に前者の３元系
化合物からなるドロスの発生が深刻な問題である。この
ドロスは浴中のＡ１濃度およびＭｎｌｌｌ度が高くなる
程、発生量が多くなる。一方、浴温を高くすればこの問
題は緩和される傾向を示すが、浴温を高くするとＦｅ系
ドロスの発生が増す、また、Ｚｎ　−Ｍｎ合金めっきで
は、Ｍｎの添加量が前記の闇値を越えると、めっき時に
形成される合金層が非常に厚く成長するため、非合金化
処理材でも皮膜の加工性が著しく悪い。

Ｚｎ　−Ｍｇ合金めっき鋼板については、例えば特開昭
５４−１２０２４１号公報、同６４−４１３５９号公報
等において多くのものが報告されているが、めっき浴の
酸化が激しく、低酸素濃度の雰囲気中でめっきしても亜
鉛の酸化が発生し、操業性を低下させるので、このＺｎ
　−Ｍｇ合金めっきは実用化が困難である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の！１題は、耐食性、皮膜表面の平滑性および加
工性に優れた表面処理鋼板、具体的には耐食性に優れた
非合金化処理の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法と、溶融
めっき後に合金化処理を施した合金化亜鉛めっき鋼板及
びその合金化亜鉛めっき鋼板を能率よく且つ品質よく製
造することができる方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前掲のＺｎ　−Ｍｎ合金めっき鋼板の場合、めっき浴中
にＡｆｆｉが共存していると液相中にＺｎ−Ｍｎ−Ａｊ
２の３元化合物からなるドロスが発生したり、母材のＦ
ｅとめっき浴の反応が過剰に促進されてＦｅ系のドロス
が発生する問題がある。しかし、このＺｎ−Ｍｎ系のも
のはＺｎ　−Ｍｇ系のものと比べめっき浴の酸化消耗速
度が小さく、且つ、Ｚｎ−Ａ１系のものと比べ合金化も
比較的容易である。そこで、本発明者らはＺｎ　−Ｍｎ
系のものに的を絞り、上記問題を克服することを試みた
。

即ち、本発明者等は、Ｚｎ　−Ｍｎめっき浴にＡ１が共
存していても、或いは、耐食性を高める目的で積極的に
Ａｌを添加したＺｎ−Ｍｎ−Ａｎ！系の浴であっても、
Ｓｉを添加すれば前記のような問題の発生を防止できる
ことを見出し、本発明に至ったのである。

ここに本発明の要旨は、下記の（１）、（ｉｉ　）およ
び（ｍ）にある。

（ｉ）鋼板を、Ａｌ：０．０５〜５重量％、Ｓｉ　：　
０．００５〜０．８重量％、Ｍｎ　：　０．１〜３重量
％を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物よりなるめっ
き浴内を通過させて溶融めっきをすることを特徴とする
熔融めっき鋼板の製造方法。

（ｉｉ）鋼板を、Ａ１０．０５〜５重量％、Ｓｉ　：　
０．００５〜０．８重量％、Ｍｎ：０．１〜３重量％を
含み、残部がＺｎおよび不可避不純物よりなるめっき浴
内を通過させて溶融めっきを行い、次いで、合金化処理
することを特徴とする合金化溶融めっき鋼板の製造方法
。

（ｉｉｉ）溶融めっき後、熱拡散処理により合金化処理
されためっき綱板であって、該めっき鋼板の皮膜組成が
、Ａｆ：０．１〜５重量％、Ｓｉ　：　０．００５〜０
．８重量％、Ｍｎ：０．１〜３重量％、Ｐｅ　：　７〜
１５重量％、残部：Ｚｎおよび不可避不純物よりなるこ
とを特徴とする合金化溶融めっきｍ板。

（作用） 以下、本発明について詳細に説明する。

まず、本願第１発明について述べる。

第１発明は、溶融めっきを施しただけで合金化処理をし
ないめっき鋼板の製造方法である。この方法の特徴は、
前処理を施した鋼板にＡｌｌ！：Ｑ、３５〜５重量％、
Ｓｉ　：　０．００５〜０．８重量％、Ｍｎ　：　０．
１〜３重量％、Ｚｎおよび不可避不純物：残部からなる
組成のめっき浴を使用して溶融めっきを施すことにある
。

めっき方式は特に限定するものではなくゼンジマ一方式
やフラックス方式等が適用される。また、めっき前の鋼
板には当然のことながら前処理が施される０例えば、ゼ
ンジマ一方式の場合、鋼板は酸化・還元処理等の前処理
が施された後、めっき浴を通過させる。

この方法において、めっき浴＆ｌＩ戒を前記のように限
定する理由は下記のとおりである。

Ａｌは皮膜の加工性および耐食性の向上に有効である。

しかし、０．０５重量％未満では皮膜の加工性を低下さ
せる上にドロス発生を促進し、操業性の低下を招く、一
方、５重量％を越えて含有させても耐食性の向上効果が
なく、且つ操業性も低下する。

ＳｉはＭｎ添加系におけるＦｅ−Ｚｎｊｉの異常成長を
抑制し、加工性の向上に有効である。特に旧が共存する
本発明においてはＭｎがＦｅ−Ｚｎ層の形成を促進する
ため、Ｓｉは不可欠である。Ｓｉが０．００５重量％未
満では上記の効果がなく、０．８重量％を越えると不め
っき点が発生しやすくなる。

Ｍｎは非合金化処理材においても耐食性の向上に効果が
ある。しかし、０．１重量％未満では耐食性の向上が小
さく、３重量％を越えるとＦｅ−Ｚｎ合金層の形成が甚
だしくなるため皮膜の加工性を低下させる。

なお、めっき浴組成の残部はＺｎおよび不可避不純物で
ある。

次に、本願第２発明について述べる。

第２発明は、溶融めっきを施した後、合金化処理するめ
っき鋼板の製造方法であり、この方法の特徴は、前記と
同様の方法で前処理を施した綱板に、第１発明と同じ組
成のめっき浴で溶融めっきを施した後、合金化処理する
ことにある。

めっき浴組成の限定理由は、前記と同しである。

なお、Ａｌは皮膜中に富化する性質があり、めっき浴中
のＡｌが０．０５重量％であっても、皮膜中にＡｆｆｉ
を０．１％以上析出させることができるので、後述する
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能である。

溶融めっき後の合金化処理は、゛皮膜中のＦｅ１ｆｉ度
が７〜１５重量％となるように行うのが望ましい。

また、合金化はめっき後の鋼板をめっき槽直上に設けら
れたガルバニール炉で加熱処理してもよく、或いは、ラ
イン外のバッチ炉で加熱処理してもよい、インラインの
ガルバニール炉で合金化処理する場合は、鋼板材温が４
７０〜６００℃、望ましくは４７０〜５１０℃となるよ
うに加熱処理するのがよい、バッチ炉を用いて行う場合
は、３００〜４００°Ｃの温度で合金化処理することが
できる。

第３発明は、前記第２発明の方法で製造された合金化溶
融めっき鋼板である。この合金化溶融めっき鋼板の特徴
は、皮膜組成が、＾２：０．１〜５重量％、Ｓｉ　：　
０．００５〜０．８重量％、Ｍｎ：Ｏ，１〜３重量％、
Ｆｅ：”１〜１５重量％、Ｚｎおよび不可避不純物：残
部、であることにある。

合金化後の皮膜組成を前記のように限定する理由は下記
のとおりである。

Ａｆｆｉは、めっき皮膜の耐食性の向上に効果がある。

しかし、０，１重量％より少ないとめっき時に母材鋼板
とめっき層の界面に硬くて詭いＦｅ−Ｚｎ合金層が厚く
生威し、特に合金化処理時においてＦｅ濃度の高いｒ相
の形成を促進し、皮膜の加工性、例えば耐パウダリング
性を低下させる。一方、５重量％を越えると合金化処理
に長時間を要する。

Ａｆｆｉは合金化反応を抑制する働きがあり、Ｍｎは前
記のように＾ｌ濃度によって決まる特定濃度までは合金
化を抑制するが、この闇値を越えると逆に合金化を促進
する効果がある。　Ｍｎの含有量が合金化を促進する範
囲であっても、Ａｆｆｉ含有量が５重量％を越えるとＭ
ｎの合金化促進効果よりＡｌの合金化抑制効果の方が強
いので合金化が遅延する。

Ｍｎはｉと同じく耐食性を高める作用がある。

しかし、０．１重量％より少ないと耐食性の向上が小さ
く、且つ、閾値以下であるので合金化が遅れる。一方、
３重量％を越えるとＳｉの共存下でもＡｌ−Ｍｎ　−Ｚ
ｎの３元化合物が液相中に析出しやすくなって、めっき
浴の流動性およびめっき鋼板の表面品質が低下する。

Ｓｉは、本発明では重要な元素であり、前記Ｍｎの合金
化速度に対する影響をコントロールする０Ｍｎは前記の
ようにある特定濃度までは合金化を抑制し、逆にこの闇
値をこえると合金化を促進させるが、過剰な合金化の促
進はめっき層の加工性を低下させるとともに、めっき時
に鋼板からめっき浴へのＦｅの溶出を増大させて、Ｆｅ
系のドロスを発生させる。ＳｉはＭｎによる過剰な合金
化を適正なものに抑制し、且つ、Ｆｅの溶出を抑える効
果がある。

しかし、０．００５重量％より少ないと前記効果がなく
、０．８重量％を越えて含有しても効果が飽和する他に
、Ｓｉの金属が液相中で分相し、濡れ不良のベアースポ
ット、即ちくクロ的な不めっき点が形成されやすくなる
。そして、このようなベアースポットが存在すると鋼素
地が露出するため耐食性が低下する。

なお、従来より５重量％を越えてＡｆｆｉを含有すると
Ｚｎ−＾乏合金めっきにおいて、Ｆｅ−Ａｌ合金相の形
成を抑制するために、若干量のＳｉをめっき浴に添加す
ることがあるが、Ａｆが５重量％以下の系においては添
加の必要がないものと考えられていた。仮に、ＳｉをＡ
ｌが５重量％以下のＺｎ−Ａ１合金めつき浴に添加して
も、Ｓｉの溶解度が低く、分散してしまいベアースポッ
トの形成を増大させるのみで、Ｓｉの効果は何等得られ
ない、しかし、これにＭｎとＳｉを共存させると勧或い
はＳｉが単独添加された場合に生しる弊害が相殺され、
高品質のめっき鋼板となる。

Ｆａは７％より少ない含有量であれば合金化処理後の皮
膜表面部に未合金化亜鉛が残存するので、塗装後の耐ブ
リスター性および溶接性等が低下し、１５％を越える含
有量になると皮膜の加工性が著しく低下する他、皮膜の
犠牲防食能も低下し、赤錆が発生しやすくなる。

めっき層の残部は亜鉛および不可避不純物である。

以下、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例１） Ｃ：　０．０３％、Ｓｉ　：　０．０１％、Ｍｎ　：　
０．２３％、Ｐ：０゜００８％、Ｓ　：　　０．００８
％、Ｓｏ７！、Ａ１　’：０．２８％を含む、板厚０．
７６開のアルミキルド鋼板（未焼鈍材）から幅１００＋
ａｍ　Ｘ長さ２５０ｍｍの供試材を切り出し、有機溶剤
で洗浄後、竪型の溶融めっきシミュレーターを用いて７
４０°Ｃの温度に６０秒間、２６％Ｈ！十Ｎ！混合ガス
雰囲気中で加熱して焼鈍した０次いで、第１表に示す浴
Ｍ威からなる浴温か４６５℃のめっき浴に３秒浸漬して
めっきした後、Ｎ２ガスでワイピングして付着量を６０
ｇ／ｍ”に調整し、溶融めっき試験片を得た。

その後、溶融めっき試験片に対して皮膜分析を行い、め
っき層中のＦａｉｌを分析するとともにめっき層の断面
観察から不めっき点の有無を調べた。

その結果を同じく第１表に示す。

（以下、余白） 第１表において、めっき層中のＦｅが１ｇ／ｌを越えて
いるということは、めっきままではＦｅ　−Ｚｎ合金層
が過厚であることを示す。阻５およびＮα６のようにＭ
ｎの添加だけの場合は、合金層が非常に厚く、非合金化
品の加工性は劣る。また、これら弘５およびＮａ６は外
観目視でもめっき層の表面にザラツキが認められた。阻
７およびＮα８のようにＳｉの添加だけの場合は、めっ
きままの状態で不メツキ点が観察された。ｋ１５〜Ｎα
１７のようにＭｎおよびＳｉの両方を含んでいても、本
発明で規定する範囲外であれば、合金層が非常に厚く、
且つ外観に劣るか、不メツキ点が形成されている。

これらに対して、Ｎα９〜Ｎａ　１４の本発明例では弘
ｌ〜ｌ！１４のＡｌのみの添加の場合と同様、めっき状
態は良好である。

（実施例２） 実施例１と同一の鋼板から切り出した供試材を、第２表
に示す浴＆［ｌ戒からなるめっき浴を使用して実施例１
と同様の方法で溶融めっきを行い、付着量を９０ｇ／ｍ
’に調整した溶融めっき試験片を得た。

この試験片を用いてＪＩＳ　Ｚ２８６７に準じる塩水噴
霧試験を４８時間行い、この間の腐食減量を測定した。

その結果を同じく第２表に示す。

第２表 （注）浴組成の残部はＺｎおよび不可避不純物である。

第２表より明らかなように、Ｎα６〜Ｎａ１９に示す本
発明例のものは、隠１〜弘５に示す比較例のものと比べ
ていずれも腐食減量が少なく、耐食性に優れていること
がわかる。特に、本発明例のＮα６〜Ｎα８のようにＡ
ｌが低い場合でもＭｎの効果によって良好な耐食性を示
している。

（実施例３） 実施例１と同一の鋼板から切り出した供試材を、第３表
に示す！１１戒のめっき浴で同様の方法で溶融めっきを
行い、付着量を６０ｇ／＊　”に調整した後、５００′
Ｃの温度に加熱して合金化処理を行った。

こうして得た合金化溶融めっき試験片に対して、ＪＩＳ
　Ｚ２８６７に準じる塩水噴霧試験を行い、赤錆発生に
至るまでの経過時間を測定した。その結果を第３表にめ
っき浴組成、合金化後の皮膜＆ｌｌＴｌ１．および合金
化所要時間とともに示す。

（以下、余白） 第３表より明らかなように、本発明例（Ｎ１１〜階１３
）のものは、合金化所要時間が短く、且つ、合金化後の
めっき鋼板は耐食性に優れている。

これに対して、ＭｎおよびＳｉを添加していないＺｎ−
Ａｌめっきに相当する比較例ｋ１４〜ｔｍ１７は、本発
明例のものより耐食性が劣るか、合金化所要時間が長い
、また、比較例の阻１８〜Ｎａ２４のようにＭｎおよび
Ｓｉのいづれか一方又は両方を含んでいても、Ｍｎ、　
Ｓｉおよびｉの量が本発明で規定する範囲外であれば、
合金化所要時間が長くなるか、溶融めっき後の外観状態
が悪いため合金化処理することができない。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明に従えばめっき時にばＺｎ−
Ａｌ−Ｍｎの３元系化合物やＦｅ系ドロスの発生が少な
く、操業性よく耐食性、皮膜表面の平滑性に優れた溶融
めっき鋼板或いは合金化亜鉛めっき鋼板を得ることがで
きる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板を、Ａｌ：０．０５〜５重量％、Ｓｉ：０．
   ００５〜０．８重量％、Ｍｎ：０．１〜３重量％を含み
   、残部がＺｎおよび不可避不純物よりなるめっき浴内を
   通過させて溶融めっきをすることを特徴とする溶融めっ
   き鋼板の製造方法。
2. （２）鋼板を、Ａｌ：０．０５〜５重量％、Ｓｉ：０．
   ００５〜０．８重量％、Ｍｎ：０．１〜３重量％を含み
   、残部がＺｎおよび不可避不純物よりなるめっき浴内を
   通過させて溶融めっきを施し、次いで、合金化処理する
   ことを特徴とする合金化溶融めっき鋼板の製造方法。
3. （３）溶融めっき後、熱拡散処理により合金化処理され
   ためっき鋼板であって、該めっき鋼板の皮膜組成が、Ａ
   ｌ：０．１〜５重量％、Ｓｉ：０．００５〜０．８重量
   ％、Ｍｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：７〜１５重量％、
   残部：Ｚｎおよび不可避不純物よりなることを特徴とす
   る合金化溶融めっき鋼板。