JPH09111433A - 加工性にすぐれたＡｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】きびしい加工に耐えるめっき被膜を有する溶融
Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板とその製造方法の提供。 【解決手段】重量％にてＡｌ：25〜75％、Ａｌ量の 0.5
〜 5.0％のＳｉ、ＺｒとＨｆの１種または２種を合計量
で0.01〜0.50％、およびＴｉ： 0〜0.50％を含有し、残
部は亜鉛および不可避的不純物からなる表面めっき被膜
を有することを特徴とする溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼
板。また鋼板を 150〜350 ℃に加熱する熱処理をおこな
うことにより、被膜の加工性をさらに向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、被膜の加工性にす
ぐれた溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板と、その製造方法
に関する。

【従来の技術】Ａｌを25〜75％と、Ａｌ量のO.5 〜5.0
％のＳｉとを含有し、残部は亜鉛と不可避的不純物から
なるめっき被覆を有する溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板
は、溶融亜鉛めっき鋼板に比べて数倍の高い耐食性があ
り、溶融Ａｌめっき鋼板並の耐熱性や熱反射性をもち、
しかも、溶融アルミめっきにはない端面の耐食性も併せ
持っている。このような鋼板の代表的なものとして、Ｚ
ｎ−55％Ａｌ− 1.6％Ｓｉ合金めっき鋼板があるが、そ
のすぐれた耐食性から、屋根材や壁材等の建材製品、ガ
ードレール、配線配管や防音壁等の土木製品、自動車の
排気系統、電機洗濯機、電子レンジ等の家電製品等の用
途に急速に普及しつつある。しかし、溶融Ａｌ−Ｚｎ合
金めっき鋼板は被膜の加工性が悪く、例えば曲げ加工の
曲率半径が小さくなるとめっき層に割れを発生し、その
部分の耐食性が劣ることが問題となっていた。被膜の加
工性が悪い理由はいくつかあげられている。まず、被膜
の合金はＺｎに対しＡｌの過共晶合金であるため、溶融
状態からゆっくり冷やされたとすると、Ａｌのリッチな
初晶によるデンドライトの間を、Ｚｎのリッチな相が埋
めていくという凝固組織となる。この場合、めっき後の
急冷は、被膜の組織を微細にするが残留歪みが多くな
り、その加工性を悪くする。また、めっき中のＡｌは、
めっき浴程度の温度でＦｅと速やかに反応しＡｌ−Ｆｅ
合金を作るため、これの抑制に浴中にＳｉが添加され
る。しかしながら、この反応は完全には抑止できず、Ａ
ｌ−ＦｅやＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉの金属間化合物を主とする
層が鋼とめっきの界面近傍に形成される。これらの化合
物は極めて脆く、被膜の加工性を低下する。さらにＡｌ
とＦｅとの反応抑止のためのＳｉは、その含有量がめっ
き合金の凝固温度近くでは固溶限を超えるようになり、
デンドライドの間で針状の硬いＳｉの金属結晶が沈殿
し、これも変形時の亀裂の起点になって被膜の加工性を
劣化させる。このようなＡｌ−Ｚｎ合金めっき層の劣っ
た加工性を改善するのに、めっき後に熱処理を施す方法
があるが、低温長時間（例えば200 ℃、24時間）の加熱
を施さなければ十分な効果は得られない。このような長
時間の処理は、連続ラインでの実施が困難であるため、
めっき鋼板にショットブラスト処理をおこなって、加熱
時間を短縮する発明が特開平 4-41657号公報に提示され
ている。ブラスト処理により時間が短縮されるため、め
っき鋼板上への塗装の際の、塗料焼付けのための短時間
加熱でも、めっき層の熱処理が可能であるとしている。
しかしながら、低温長時間の処理も、ショットブラスト
処理も別工程を必要とし、その分工程が長くなり、かな
りのコスト上昇を招く結果となる。これに対して、めっ
き浴中にＳｒ、ＶあるいはＣｒ等の元素を添加し、めっ
き被膜の加工性を向上させる方法が報告されている（AL
ZINC PLUS:A NEW CONTINUOUS HOT-DIP 55% Al-Zn PROTE
CTIVE COATING : M.Lamberigts,et al;GALVATEC'92，Am
sterdam (1992),p.412 参照）。これらの元素の少量添
加によって、めっき層の組織を微細化し、鋼とめっき層
の界面の組織を変え、Ｓｉの針状沈殿粒子を球状化さ
せ、めっき被膜の加工性を向上させようとするものであ
るが、その加工性向上効果は必ずしも十分ではない。以
上のように、Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板に関し、めっき
被膜の加工性向上のために種々の検討がなされている
が、安定して十分な被膜加工性をもった鋼板の提供や、
工業的に容易に採用できる低コストの製造方法が確立さ
れているとは言い難い。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、きび
しい加工に耐えるめっき被膜を有する溶融Ａｌ−Ｚｎ合
金めっき鋼板とその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋼板の溶融
Ａｌ−Ｚｎ合金めっき、すなわちＡｌを25〜75％と、Ａ
ｌ量のO.5 〜5.0 ％のＳｉとを含有し、残部はＺｎと不
可避的不純物からなるめっき被膜の加工性を向上させる
ため、被膜の組織の改善を主な課題にして種々検討をお
こなった。鋼板表面付着後のＡｌ−Ｚｎ合金の、溶融か
ら凝固までの熱履歴は、浴温が 600℃前後と高い以外は
通常の溶融亜鉛めっきラインと基本的に同じであり、大
きくは変えられない。したがって、ほぼ定った冷却条件
下にて凝固組織を変えようとすれば、添加元素を種々検
討すべきであると考えられた。そこで、Ａｌ−Ｚｎ合金
の凝固状態に対する添加元素の影響を検討の結果、Ｚ
ｒ、ＨｆあるいはＴｉの適量添加が、とくに被膜の硬度
を低下させ加工性を向上させる効果が顕著であることが
わかった。またこれら元素を添加した場合、めっき後の
加熱は被膜の加工性改善の効果をさらに一層向上させる
ことが明らかになった。これらの知見から添加の効果の
限界、さらには熱処理の有効範囲を明らかにし本発明を
完成させた。本発明の要旨とするところは次のとおりで
ある。 (1) 重量％にてＡｌ：25〜75％、Ａｌ量の 0.5〜 5.0％
のＳｉ、ＺｒとＨｆの１種または２種を合計量で0.01〜
0.50％、およびＴｉ： 0〜0.50％を含有し、残部は亜鉛
および不可避的不純物からなる表面めっき被膜を有する
ことを特徴とする溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板。 (2) めっき後、 150〜 350℃に加熱する熱処理をおこな
うことを特徴とする、上記(1) に記載の溶融Ａｌ−Ｚｎ
合金めっき鋼板の製造方法。 これらＺｒ、ＨｆあるいはＴｉの添加によって被膜の硬
度が低下する理由は明らかではないが、一つには被膜の
金属組織を微細化させる効果があるためと考えられる。
溶けたＡｌ−Ｚｎ合金が鋼板に付着して急冷され、過冷
の状態から凝固する際に、Ｚｒ、ＨｆあるいはＴｉは、
ＡｌまたはＺｎとの金属間化合物を速やかに形成し、こ
れらが微細に分散して多数の凝固核となり、凝固組織を
変化させたと推定される。また、急冷凝固した被膜には
歪みや内部応力が残存し、これが被膜の加工性を悪くす
る傾向があるが、熱処理はその組織の残留応力を解放す
るため、さらに加工性を向上させる。本発明では組織を
微細にしているので、歪みの解放が容易になり、短時間
で十分な効果が得られたものと思われる。

【発明の実施の形態】本発明において、めっき層のＡｌ
含有量を25〜75％と限定する理由は、この範囲よりも多
くても少なくても、鋼板の耐食性が劣ってくるためであ
る。このＡｌ含有量に対し、ＳｉをＡｌ量の 0.5〜 5.0
％含有させる。Ｓｉの添加は、めっき温度で速やかに進
行するＦｅとＡｌの合金化反応を抑えて合金層の発達を
阻止し、耐食性の維持や、めっき被膜の密着性を向上さ
せるためである。Ａｌ量の 0.5％未満の場合は、抑制効
果が不十分である。また、多すぎると効果が飽和するば
かりでなく、浴のドロスの発生が増して製品表面品質を
を劣化させ、めっき層中の金属Ｓｉ粒子が増加して被膜
の加工性を悪くするので、上限をＡｌ量の 5.0％までと
する。なお、代表的組成はＡｌ：55％、Ｓｉ： 1.6％
（Ａｌ量の2.9 ％）である。めっき層の合金中にＺｒお
よびＨｆの合計量を0.01〜0.50％含有させる。めっき層
への含有を目的に、浴中にこれらの元素を添加すること
によって、被膜の加工性が大幅に向上する。その場合、
被膜中の含有量が、0.01％未満では加工性向上の効果は
小さく、0.50％を超えるとその効果が飽和するばかりで
なく、浴のドロスが増加してくる。したがって含有量の
上限を0.50％とする。Ｔｉも被膜の組織を微細化し加工
性を向上させる効果がある。ＺｒおよびＨｆの含有で十
分の効果を得ている場合は添加しなくてもよいが、Ｔｉ
を添加することによって、さらに被膜の均質化を向上さ
せることができ、また同じ効果を得るのにＺｒやＨｆの
量を低減することも可能である。添加の効果を得るのに
望ましい含有量は0.01％以上であるが、多く添加しても
効果は飽和するので、めっき被膜合金中の含有量の上限
は0.50％までとする。本発明の鋼板の場合、溶融めっき
ラインにてめっきしたままでも、その被膜の加工性は、
従来の溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板のものよりもすぐ
れている。しかし、150 〜350 ℃の温度範囲に加熱する
という熱処理により、さらに被膜の加工性を向上させる
ことができる。加熱の保持時間はとくには規定しない
が、温度の低い場合は長い方がよく温度が高ければ短く
てもよい。温度が 150℃未満では長時間保持しても加工
性向上効果は小さく、 350℃を超える温度では表面が灰
色から灰黒色に変色するばかりでなく、耐蝕性が低下し
たり、合金層が発達してめっきの密着性が低下してく
る。そこで、加熱の温度範囲を 150〜 350℃とするが、
望ましいのは 170〜 340℃にて 2〜10min 程度の加熱で
ある。このような熱処理は、めっき鋼板にさらに塗装を
おこなう際の塗料の焼きつけ処理で実現可能であり、表
面への塗装後に加工をおこなう場合に、塗装下地のめっ
き部分に生ずるき裂を抑止し、鋼板使用時の耐食性を向
上させることができる。

【実施例】素材鋼板として、板厚 0.8mmの低炭素Ａｌキ
ルド鋼板（成分分析値：重量％…Ｃ：0.04、Ｓｉ：0.0
1、Ｍｎ：0.26、Ｐ：0.015 、Ｓ：0.012 、sol.Ａｌ：
0.023 、Ｎ：0.001 ）から採取した、幅80mm、長さ200m
m の試験片を使用し、還元雰囲気中から直接溶融めっき
浴中に装入させることのできる竪型溶融めっき試験装置
を用いて、予熱、還元焼鈍、溶融めっきを行った。その
めっき条件を表１に示す。めっき浴の成分調製には、 9
9.99％Ｚｎ、および99.9％Ａｌの純金属および13％Ｓｉ
−Ａｌ、 5％Ｚｒ−Ａｌ、5 ％Ｈｆ−Ａｌ、5 ％Ｔｉ−
Ａｌ等の母合金を適宜使用した。試作しためっきの被膜
の組成を表２に示す。めっき後に熱処理をおこなう場合
は、所定温度に加熱した恒温電気炉に試験片を投入し、
所定時間保持の方法とした。雰囲気は大気中である。

【表１】

【表２】 めっき後の鋼板の性能評価として、表面外観の調査、 2
ｔ曲げまたは密着曲げ（ｔ＝ 0）試験、および耐食性試
験をおこなった。表面外観は目視、色差計および光沢度
計を併用して総合的に判定した。曲げによる加工性の評
価は、幅15mm、長さ100mm の試験片を切出し、長手方向
に直角に 2ｔ曲げまたは密着曲げをおこなった後、試験
片を樹脂に埋め込んで曲げ部の断面を研磨し、電子顕微
鏡にてめっき被膜を観察した。この場合、曲げの外側の
被膜に発生した亀裂のうち、表面から下地の鉄にまで達
するものの数を勘定し、評価値とした。この数の少ない
ものほど被膜の加工性は良好である。耐食性の評価は、
端面および裏面をシールした試験片により、JIS-Z-2371
に準拠した塩水噴霧試験をおこない、赤錆発生までの時
間を測定した。これらの結果も併せて表２に示す。この
結果から明らかなように、本発明の定める被膜組成の鋼
板は、すぐれた加工性および耐食性を示すことがわか
る。めっきのままでも十分な加工性をもっているが、さ
らに熱処理を施すことによって、曲げによる亀裂の発生
はさらに減少し、加工性が向上している。

【発明の効果】本発明の溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板
は、その利点である優れた耐食性、耐熱性、熱反射性を
そのまま保持して、被膜の加工性が従来よりも大幅に改
善される。また、焼きつけ塗装時の加熱でもさらにめっ
き被膜の加工性が向上し、加工部分でも安定した耐食性
を維持できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にてＡｌ：25〜75％、Ａｌ量の 0.5
   〜 5.0％のＳｉ、ＺｒとＨｆの１種または２種を合計量
   で0.01〜0.50％、およびＴｉ： 0〜0.50％を含有し、残
   部は亜鉛および不可避的不純物からなる表面めっき被膜
   を有することを特徴とする溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼
   板。
2. 【請求項２】めっき後、 150〜 350℃の温度範囲に加熱
   する熱処理をおこなうことを特徴とする請求項１に記載
   の溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板の製造方法。