JPH0583628B2 - - 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、耐フレーキング
性に優れた溶融合金化亜鉛めつき鋼板およびその
製造方法に関するものである。 （従来技術） 溶融合金化亜鉛めつき鋼板のプレス成形性を向
上させるために、めつき原板にシヨツトブラスト
またはダル加工した圧延ロールを用いて圧延し、
表面に凹凸を形成し、この原板に溶融亜鉛めつき
を施し、次いで加熱合金化処理し、めつき層表面
に凹凸を構成することが開示されている。（特開
昭59−6363号、特開昭59−104201号、特開昭60−
194053号公報等） （従来技術の問題点） このような溶融合金化亜鉛めつき鋼板において
は、めつき原板の粗度を適正に制御する必要があ
るため、作業性が著しく劣化するため、生産性、
量産性が極めて劣る問題がある。特に凹凸が大き
い場合にはプレス時のダイスの滑りが悪いため、
材料の割れを誘発したり、または摩擦抵抗が大き
いためにめつき層が部分的に剥離し、いわゆる耐
フレーキング性が劣化する。一方、逆に凹凸が小
さい場合にも、上述の問題があり、原板粗度の適
正範囲が狭い上に、確実な効果が得られない問題
がある。特に自動車外板など塗装用途では、めつ
き原板の粗度の自由度も小さいことから、プレス
成形性を確保する条件と合致しないことがあり、
より確実な製造技術の確率が望まれている。 また、溶融合金化亜鉛めつき鋼板のめつき層の
密着性は、めつき層と鉄素地の界面に生成するΓ
相またはΓ１相（以下、Γ相と呼ぶ）が比較的厚
く、層状に生成しているため、曲げ加工の内側の
圧縮変形部でめつき層が粉末状に剥離し、いわゆ
る耐パウダリング性が劣る問題がある。この耐パ
ウダリング性は、原板の粗度を多少変更しても改
善される効果が小さく、より確実な製造方法の確
率が強く望まれている。 なおこの他に、潤滑性を向上させてプレス成形
性を改善する従来技術として、潤滑性、特に固体
系の潤滑剤をめつき表面に塗布するか、比較的硬
いめつき皮膜、例えばFeやNiなどの鉄族または
鉄族系合金めつきなどを上層に被覆するなどの方
法があるが、コスト的に高価であること、また作
業性・生産性が低下するなどの問題があり、実用
的でなかつたため、根本的な対策が強く望まれて
いた。 （発明が解決しようとする課題） 本発明の特徴とするところは、めつき原板の表
面粗度のみでなく、溶融めつき後、加熱合金化処
理での反応時にめつき層の表面形態を最適化し、
さらにめつき密着性も向上せしめることで、プレ
ス成形性のめつき層表面の潤滑性を向上させると
同時にめつき剥離をし難しくすることで、確実か
つ効果的にプレス成形性を改善した溶融合金化亜
鉛めつき鋼板およびその製造方法を提供するもの
である。 すなわち、めつき原板表面粗度：1.0μmRa以
下、めつき層表面粗度：PPI（カツトオフ値
1.25μm）で250以上に構成した耐パウダリング
性、耐フレーキング性に優れた溶融合金化亜鉛め
つき鋼板、およびめつき原板表面粗度：
1.0μmRa以下、めつき層表面粗度：PPI（カツト
オフ値1.25μm）で250以上に構成した耐パウダリ
ング性、耐フレーキング性に優れた溶融合金化亜
鉛めつき鋼板を製造するに際し、めつき原板表面
酸化膜を80nm以下に清浄化した原板を還元熱処
理後、Al：0.03〜0.13wt％、残部亜鉛および不純
物からなるめつき浴へ導き、溶融めつき後、加熱
して合金化することを特徴とする耐パウダリング
性、耐フレーキング性に優れた溶融合金化亜鉛め
つき鋼板の製造方法に関するものである。 さらに詳しくは、本発明においては、めつき原
板の表面粗度：1.0μmRa以下と平坦に形成し、
この原板に付着量30〜90ｇ／m²、めつき層中の
Fe濃度７〜15wt％の溶融合金化亜鉛めつきを生
成せしめ、その表面粗度はPPI（カツトオフ値
1.25μm）で250以上に構成するものである。 つまり、原板の表面粗度はダルロールによる圧
延で容易に確保できるが、高いPPIを確保するこ
とは困難であることから、めつき層の合金化過程
でめつき層自体の合金化反応により、高いPPIを
付与せしめることが本発明の特徴である。つま
り、原板の凹凸とは無関係に、めつき層の凹凸が
形成されており、プレス加工時の表面潤滑性を格
段に改善するものである。なお、ここでいうPPI
とは、カツトオフ値以上の凹凸に関して、長さ１
インチ当たりの山および谷のピークの合計数を示
す。カツトオフ値を小さくすれば、当然PPI値が
増大するが、ここでは代表特性値として、測定の
簡便性と再現性を考慮して、カツトオフ値として
通常最も多用されている1.25μmを採用すること
とした。 即ち、溶融合金化亜鉛めつき鋼板のプレス成形
性の改善方法について、広範囲の研究を行つた結
果、最適な表面粗度としては、1.0μmRa以下、
PPI（カツトオフ値1.25μm）で250以上であること
を確認し、その製造方法および条件を確立した。 表面粗度としては、Raはめつき層よりも原板
粗度が支配要因である上に、またダルロールによ
る冷間圧延、調質圧延、レベラー形状矯正など従
来技術を適用することが容易に原板粗度を制御で
きることから、原板自体の粗度で上記条件を確保
することが得策である。一方、PPIは圧延など機
械的方法では摩耗による寿命が小さいことや材質
制約の面から大きな圧下率をとれないなどのた
め、PPIを確実に確保することが困難である上
に、製造コストが高くなる問題があり、原板で制
御することは得策でない。本発明は、溶融亜鉛め
つき層と鉄素地との反応で形成される凹凸を制御
することで、より確実で生産性に優れたPPIの制
御方法を確立した。 さらに粗度の効果について詳しく述べる。 Raが1.0μmより大きいと、凹凸度合いが大き
過ぎるため、ダイスが粗度の谷間に落ちてから、
さらに次の山を超えながら滑る必要があることか
ら、摩擦抵抗が増大するため、剪断変形応力が増
加し、めつき層の密着力を超える荷重となるた
め、フレーキングやパウダリングなどめつき層が
剥離する致命的な問題が生ずるか、さもなければ
材料の流入性不良やプレス割れなどの問題を生ず
るなど、プレス作業性を顕著に劣化させることと
なる。したがつて、1.0μmRa以下が必要条件と
なる。ただし、これだけでは良好なプレス成形性
を確保することはできいないため、同時にPPI
（カツトオフ値1.25μm）を250以上にする必要が
ある。すなわちPPIが250以上の場合は、沢山の
粗度の山がダイスと接触しながら変形することに
なるが、この場合は、一個当りの山にかかる荷重
は比較的小さいため、めつき層の剥離は起こり難
い。ただしこの場合、ダイスの荷重が増加すると
ダイスと接触する山の先端では上部ほど面積が小
さくなるため、実用的な剪断変形応力は上部ほど
大きくなる。このため、ダイスと接触しているめ
つき層最表面の合金結晶が粒界破壊し微細に剥離
することとなる。これはδ1相を主体とする金属間
化合物の微細粉末結晶のため、凝集性が小さいた
めプレス加工時の作業性には何等の支障がないば
かりか、転がり摩擦による固体潤滑効果があるこ
とから、潤滑性が格段に向上し、ダイスとの摩擦
抵抗が減少しプレス成形性を飛躍的に向上せしめ
る効果がある。 従来、高面圧下での摺動抵抗を軽減するため、
固体潤滑材や硬い上層めつき皮膜を付与するなど
の方法が知られているが、本発明はめつき反応時
に形成される微細な粗度（PPI）により、めつき
最表面での自己潤滑効果で摺動抵抗を低減する点
で基本的に異なるものである。ちなみに、本発明
を適用した場合の潤滑効果を第１図に示す。後述
する角ビード引張り試験器による耐フレーキング
性試験において、押え荷重を種々調整し、試験め
つき鋼板の引張り荷重を測定したものであるが、
本発明により製造しためつき鋼板は、引張り荷重
が小さくなつており、良好な潤滑性を示すことが
認められる。 即ち、第１図に示すごとく本発明材（実施例
４）と従来材（比較例２）の引張荷重を比べると
本発明の良好な潤滑性が明らかである。 なお、めつき反応で形成されるめつき層の凹凸
の場合は、めつき原板の表面粗度は1.0μmRaを
超えて粗くなると、前述の潤滑効果が減少し、耐
パウダリング性・耐フレーキング性を確保できな
くなるため、原板表面粗度は1.0μmRa以下にす
る必要がある。 次に上記のごとき、本発明のめつき鋼板の製造
方法について詳述する。 本発明はめつき時の合金化反応を利用してめつ
き層の凹凸を付与する方法に関して検討した結
果、溶融亜鉛めつきラインの酸化−還元工程にお
いて、酸化膜生成量を極力抑制し、80nm以下と
することが重要であることを見いだした。 めつき原板の表面の酸化膜を80nm以下にする
方法としては、現在の連続型溶融亜鉛めつきライ
ンの主流である無酸化炉−還元炉−鋼帯温度調整
炉を有する連続前処理設備においては、鋼板熱処
理温度を雰囲気中の酸素濃度を極力低減すること
が効果的である。特に鋼板温度を650℃以下にす
るか、または無酸化炉の空燃比を調節して、雰囲
気の酸化力を極力低減することが効果的である。 さらにより望ましくはめつき原板に付着する圧
延油などは、アルカリ水溶液中で電解脱脂し、前
処理炉の無酸化炉を廃止して全て還元炉−調節炉
にするか、または電解脱脂後は、無酸化炉の酸素
濃度を極力低下させ、酸化を抑制することが効果
的である。上記の方法で確実に表面酸化膜を
80nm以下に確保できる。 このように、めつき原板の酸化膜を80nm以下
に確保して、還元炉−調節冷却炉などの前処理炉
を通板した鋼帯を、Al：0.03〜0.13wt％、残部亜
鉛および微量の添加元素と不純物からなる溶融め
つき浴へ導き、めつきを施し、次いでめつき付着
量を調整後、合金化熱処理炉で合金化するもので
ある。 酸化膜の効果についての理由は明確ではない
が、鋼帯はめつき浴中でめつき浴内のAlとの優
先反応により、Al濃度の高いAl−Fe−Ze系の三
元合金層（ここではAlバリアー層と呼ぶ）が形
成される。このAlバリアー層は、0.13wt％Al以
上の浴Al濃度領域で形成される、いわゆる従来
知られている三元合金層に比べ、その生成量も少
なくまた亜鉛−鉄の合金化反応抑制効果が小さい
ことから、それと同一のものかどうかは不明であ
るが、一応三元合金層と同様に合金化反応が開始
するまでの潜伏時間を有する。 この反応潜伏時間は、浴Al濃度が高いほど、
まためつき前処理炉での酸化膜量が少ないほど大
きくなることを見いだした。このAlバリアー層
は470℃以下では熱的に比較的安定であるため数
秒前後から10数秒までの反応潜伏時間を有する。
しかし、酸化膜が80nmより厚いと、この反応潜
伏時間が小さいため、480℃以下の比較的温度の
低いところで大部分の合金化反応が進行する。こ
のため、亜鉛より鉄の拡散が相対的に大きくなる
ため、めつき層と鉄素地の界面に生成するΓ相
は、厚くまた層状に連続して成長し易く、めつき
層の表面側ではζ相が成長し易くなる。これに対
して、めつき原板の酸化膜量が80nm以下の場合
は、Alバリアー層の反応潜伏時間が充分に長い
ことから、480〜600℃の比較的高い温度範囲で大
部分の反応が進行することになる。この温度域で
は、Γ相よりδ1相が主体的に成長し易く、またΓ
相は層状でなく分散状に生成し易く厚さも小さい
特徴がある。これは、Alバリアー層の局所的に
弱いところで亜鉛と鉄の合金化反応が開始する
が、温度が高いため反応速度が大きいこと、また
局所的にランダムに合金化反応が進行するため、
Γ相が不均一にかつ分散状に生成するものと推定
される。また素地界面への亜鉛の拡散も充分に大
きいため、Γ相よりは鉄濃度の低いδ1相が成長し
易いものと考えられる。なお、加熱時間として
は、480〜600℃の温度範囲では３〜35秒以内で合
金化処理を完了できる。 Γ相が厚いほどめつき密着性が劣化し、耐パウ
ダリング性や耐フレーキング性が低下するため、
Γ相を極力抑制することが重要である。また、硬
くて脆いΓ相に生成するクラツクの発生と伝播が
めつき剥離機構と考えられることから、Γ相の抑
制だけでなく分散化することも効果的と考えられ
る。 めつき原板の酸化膜量が80nm以下でAlバリア
ー層の反応潜伏時間が増加するのは、酸化−還元
後の鋼板表面の性状と関係があると推定される。
すなわち、一般に酸化−還元後は鋼板表面に易酸
化性元素（例えば、Al、Si、Mn、Ｐなど）の酸
化物が生成し、通常の還元雰囲気では還元され難
いこと、また酸化−還元後は海綿鉄状の多孔質皮
膜が形成され易いことなどが原因で、酸化膜が
80nmより厚い場合は熱的に不安定なAlバリアー
層が生成し易くなるため、反応潜伏時間が減少す
るものと考えられる。 めつき原板の酸化膜の低減効果は、上述のΓ相
の抑制と分散化をして、めつき層の密着性を向上
させることの他に、めつき層の表面を凹凸化し、
潤滑性を向上させる効果がある。 前述したように、めつき原板の酸化膜量を
80nm以下にすることで、合金化反応の潜伏時間
の比較的長いAlバリアー層が生成される。この
ため、480〜600℃の比較的温度の高いところで合
金化が進行するため、Alバリアー層の局所的に
弱いところで合金化反応が開始し、この部分での
反応速度も大きいことから、突発的な急激反応、
いわゆるアウトバースト的な反応が起こることに
なる。このため、この部分は周囲の溶融亜鉛を吸
収しながら、めつき表層に向つてδ1結晶が成長
し、めつき層の凸部を構成するが、反対にこの周
囲の反応が遅れた部分では、溶融亜鉛が消費吸収
されて、めつき層の凹部となる。この結果、酸化
膜が80nm以下で合金化した場合は凹凸が多くな
り、PPIで250以上に確保することが容易かつ確
実に達成できる。 しかし、酸化膜が80nmより大きい場合は、Al
バリアー層の熱的安定性が不充分のため反応潜伏
時間が短く、470℃以下の比較的低温度域で大部
分の反応が進行するため、均一層状に生成したΓ
相を介して合金化反応が進行することになり、ア
ウトバースト的な反応が起こらず、したがつて比
較的均一で平坦なめつき構造となり、PPIが250
より小さくなり、潤滑性に優れためつき構造を確
保できない。 浴Al濃度については浴Alが高いほど、より安
定なAlバリアー層が形成され易く、また酸化膜
が厚いほどAl濃度を高くすることが有利である
が、浴Al濃度：0.03〜0.13wt％が最適範囲であ
る。0.13wt％より高い場合は、Alバリアー層の
安定度が高すぎるため、合金化反応開始の反応潜
伏時間が20秒以上と過大になるため、加熱温度を
高くするか加熱時間を長くするなど合金化熱処理
炉の設備能力を大きくする必要があり、設備コス
ト、操業コストが高価となるため得策でない。 また、0.003wt％より小さいとAlバリアー層の
生成量が少ないため、充分な反応潜伏時間を確保
できないため、凹凸が多くかつΓ相が分散しため
つき層が生成せず効果が無い。この場合、潤滑性
が良くかつ密着性の良いめつき層が得られないこ
とから、本発明の目的を達成できない。 以上、述べたように、めつき原板の表面粗度を
1.0μmRa以下とし、80nm以下の酸化膜生成量と
する条件で酸化−還元処理を施すか、またはアル
カリ・溶剤などで洗浄後、直接還元処理を施すな
どの前処理を行い、つづいて浴Al濃度：0.03〜
0.13wt％に確保しためつき浴でめつきを行なつた
後、加熱合金化処理をすることで、めつき密着性
を潤滑性に優れた溶融合金化亜鉛めつき鋼板を製
造することができる。本発明の要点は、Alバリ
アー層による反応潜伏時間を適正に確保すること
で、比較的高温で合金化反応を開始し、アウトバ
ースト反応を利用するものである。すなわち、こ
れにより素地界面に生成するΓ相の抑制と分散化
を図ることでめつき密着性を向上させると同時
に、凹凸の多いめつき層となるため表面粗度が
PPIで250以上となり、プレス成形時の潤滑性が
向上し材料の流入性が改善されるだけでなく、耐
パウダリング性・耐フレーキング性なども向上す
るため、めつき剥離が少なく良好なプレス作業性
を確保できることとなる。 なお、本発明によるめつき後、通常の調質圧延
またはレベラースキンパスなどを行い、めつき鋼
板の形状改善や材質調整、用途にかなつた粗度形
状の軽微な修正を行つても、本発明の有効性が損
なわれることはなく、むしろ有利に適用できる。 次に本発明の実施例を比較例と共に挙げる。

【表】

【表】 （発明の効果） 本発明によれば、溶融合金化亜鉛めつき鋼板の
耐パウダリング性、耐フレーキング性が確実に向
上し、例えば、自動車、家電分野等で、過酷な成
形（プレス加工等）を受ける用途に好適なものと
なる。 又、本発明によれば、耐パウダリング性、耐フ
レーキング性に優れた溶融合金化亜鉛めつき鋼板
を工業的に安定して製造することができる等の優
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、合金化溶融亜鉛めつき鋼板の押え荷
重と引張荷重との関係を示す説明図である。第２
図は、角ビード型耐フレーキング性の評価試験方
法を示す説明図である。 １……ポンチ、２……ダイス、３……試験片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ めつき原板表面粗度：1.0μmRa以下、めつ
   き層の表面粗度：PPI（カツトオフ値1.25μm）で
   250以上に構成した耐パウダリング性、耐フレー
   キング性に優れた溶融合金化亜鉛めつき鋼板。 ２ めつき原板表面粗度：1.0μmRa以下、めつ
   き層表面粗度：PPI（カツトオフ値1.25μm）で250
   以上に構成した溶融合金化亜鉛めつき鋼板を製造
   するに際し、めつき原板表面酸化膜を80nm以下
   とした原板を、Al：0.03〜0.13wt％、残部亜鉛お
   よび微量添加元素と不純物からなるめつき浴へ導
   き、めつき後加熱して合金化することを特徴とす
   る耐パウダリング性、耐フレーキング性に優れた
   溶融合金化亜鉛めつき鋼板の製造方法。