JPH09256132A - 溶融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を25〜75％、Ｍｏ、Ｗ、
Ｎｂ、Ｔａの１種または２種以上を合計量で0.01〜0.50
％、ＶとＣｒの１種または２種を合計量で 0〜0.50％、
およびＡｌ量の 0.5〜 5.0％のＳｉを含有するＡｌ−Ｚ
ｎ合金のめっき層を有することを特徴とする溶融アルミ
ニウム−亜鉛合金めっき鋼板。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得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、めっき層の加工性
がすぐれた溶融アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板と、
その製造方法に関する。

【０００２】

【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Ｚｎと不可避的不純物からなる
めっき層を有する溶融アルミニウム−亜鉛（以下Ａｌ−
Ｚｎと略記）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、溶融アルミニウムめっ
き鋼板並の耐熱性や熱反射性をもち、しかも、溶融アル
ミニウムめっき鋼板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、Ｚｎ−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。

【０００３】しかし溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板は、
めっき層の加工性が悪く、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
性が低下することが問題になっていた。なおここで、表
面のめっきは上述のようにＡｌ、ＺｎおよびＳｉを含む
合金であるが、母材鋼板とめっきの間には、めっき処理
の過程でＦｅを含む合金が形成されている。そして、め
っき層の評価、とくにその加工性などは、この界面に形
成された合金ないしは金属間化合物の性質や量に左右さ
れる場合も多い。そこで、以降、単にめっき層という記
述は、とくに断らない限り、この界面にできたＦｅ等を
含有する合金層まで含んでいるものとする。

【０００４】めっき層の加工性が悪い理由は、次のよう
にいくつかあげられている。まず、めっき層の合金組成
はＺｎに対するＡｌの過共晶合金であるため、溶融状態
から冷やされる際、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形で凝
固し、不均質な組織になる。めっきの場合は、これが急
冷されるのでめっき層の組織は微細になる傾向にはある
が、残留歪みが多くなってその加工性が悪くなる。ま
た、鋼との接触面においては、めっき層中のＡｌがＦｅ
と速やかに反応してＡｌ−Ｆｅ合金を作るため、これの
抑制を目的として浴中に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、Ａｌ−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、これらの化合物は極めて脆いた
め、めっき層の加工性を低下させる原因となる。さら
に、ＡｌとＦｅとの反応抑止のために添加した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
めっき層の加工性を劣化させる。

【０００５】このＡｌ−Ｚｎ合金めっき層の劣った加工
性を改善するために、めっき後に歪み取りの加熱処理を
施す方法があるが、温度を上げすぎるとＡｌとＦｅの合
金化が進むので、低温長時間（例えば200 ℃、24時間）
の加熱でなければ十分な効果は得られない。しかし、連
続ラインでは、長時間の熱処理の実施は困難であり、別
工程の処理を要する。この改良に、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
理により加熱時間が短縮できるので、めっき鋼板上への
塗装時の塗料焼付けを目的とした短時間加熱でも、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、
ショットブラスト処理は別工程を必要とし、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。

【０００６】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、めっき層の加工性を向上さ
せる方法が報告されている（ALZINC PLUS:A NEW CONTIN
UOUSHOT-DIP 55% Al-Zn PROTECTIVE COATING : M.Lambe
rigts,et al;GALVATEC'92，Amsterdam (1992),p.412
参照）。これは、上記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、めっき層の加工
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。

【０００７】以上のように、Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板
に関し、表面のめっき層の加工性向上のために種々の対
策が検討されてきた。しかしながら現状では、必ずしも
満足すべき鋼板は得られてなく、工業的に容易に採用で
きる低コストの製造方法も十分確立されているとは言い
難い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、きび
しい加工に耐える表面めっき層を有する溶融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。

【０００９】

【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層の加工性を向上させるた
め、その組織の改善を主な課題にして種々検討をおこな
った。鋼板表面に付着した後のＡｌ−Ｚｎ合金の、溶融
から凝固に至る熱履歴は、浴温が 600℃前後と高い以
外、基本的に通常の溶融亜鉛めっきラインの場合と同じ
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さらには加工性を改善
するには、添加元素を種々検討すべきであると考えられ
た。

【００１０】そこで、上記少量のＳｉを含むＡｌ−Ｚｎ
合金の凝固組織とめっきした鋼板の加工性に対する添加
元素の影響を種々検討の結果、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｖ、Ｃｒの少量添加が、めっき層の組織を改善し硬度を
低下させるか、あるいは加工性を向上させる効果がある
ことがわかってきた。さらに、これら元素は適量組合せ
て含有させることによって、加工性改善の効果がより顕
著になることを見出した。ただし、組合せて添加した場
合、単に合計の添加量に依存して効果が現われる場合
と、予想した影響以上の効果が現われ、相乗効果がある
と考えられる場合とがあった。

【００１１】これらの元素の添加によるめっき層の加工
性改善には、主として二つの効果があるように思われ
る。一つはめっき層の凝固組織ないしは金属組織を微細
化させる効果である。これは、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、ＡｌまたはＺｎとの金属間化合物や第２相を速やか
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ものである。微
細化した組織は加工性が向上し、その後の熱履歴によっ
ては硬さも低下し、加工性はさらによくなる。このよう
な効果のある元素は、上記の中のＭｏ、Ｗ、Ｎｂおよび
Ｔａである。これらの元素をＡグループの元素とする。

【００１２】もう一つは、鋼に接しためっきとの界面に
できるＡｌ−ＦｅやＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉの金属間化合物を
主とする脆い合金層の、形態を変化させる効果である。
それによって、加工時めっき層の割れの起点となる脆い
合金層での亀裂発生を抑止し、結果としてめっき層の加
工性を向上させると推定されるものである。このような
効果をもたらすと考えられるのはＶとＣｒである。これ
らの元素をＢグループの元素とする。これらＢグループ
の元素は、Ａグループの元素のようにめっき層の大部分
を占める合金の組織には殆ど影響しないため、加工性向
上の効果が小さいように見える。しかし、同じグループ
の中の元素を組み合せて含有させても、その合計量に応
じた程度の効果しか得られないのに対し、Ａグループの
元素とＢグループの元素とを組み合せて添加すると、相
乗的に改善効果が現われる。

【００１３】急冷凝固した合金中には歪みや内部応力が
残存し、これがめっき層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効果があることも明らかになっ
た。ことに本発明では、上記元素の添加によって組織が
微細化されたため、歪みの解放が容易になり、短時間で
十分な効果が得られるものと思われた。

【００１４】これらの知見から効果的な含有範囲、さら
には熱処理の有効範囲を明らかにして本発明を完成させ
た。本発明の要旨とするところは次のとおりである。

【００１５】(1) 重量％にて、Ａｌを25〜75％、Ｍｏ、
Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの１種または２種以上を合計量で0.01〜
0.50％、ＶとＣｒの１種または２種を合計量で 0〜0.50
％、およびＡｌ量の 0.5〜 5.0％のＳｉを含有するＡｌ
−Ｚｎ合金のめっき層を有することを特徴とする溶融ア
ルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板。

【００１６】(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
記載の溶融アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板の製造方
法。

【００１７】

【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。すなわちＡｌ含有量が25％を下回ると、耐熱性や
Ａｌによるすぐれた耐食性が失われ、75％を超えると切
断端面の防食効果が失われる。

【００１８】このめっき層には、ＳｉをＡｌ含有量の
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、めっ
き層と母材鋼板の境界に発達する脆いＡｌ−Ｆｅの金属
間化合物相の発達を阻止して、めっき層の密着性を維持
し、さらに耐食性を向上させる効果がある。Ａｌ量に対
し 0.5％未満のＳｉ含有量の場合は、合金化の抑制効果
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劣
化させ、その上、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。そこで上限を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。

【００１９】合金中にはＡグループの元素、すなわちＭ
ｏ、Ｗ、ＮｂまたはＴａの１種以上を、合計量0.01〜0.
50％の範囲で含有させる。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、被膜中の合計の含有
量が、0.01％未満では加工性向上の効果が小さい。ま
た、0.50％を超えるようになると逆に加工性が劣化して
くる。したがって、合計の含有量の上限を0.50％とす
る。多すぎるとめっき層の加工性が劣化してくるのは、
金属間化合物や第２相の量が増してくるためと思われ
る。

【００２０】Ｂグループの元素、すなわちＶまたはＣｒ
の１種または２種の含有もめっき層の加工性を向上させ
る効果がある。Ａグループの元素の含有で十分の効果を
得ている場合には、とくには添加しなくてもよいが、こ
れにＢグループの元素を添加することによって、さらに
加工性を向上させ得る。Ａグループの元素の場合、添加
の効果は顕著であるが、多すぎる含有は加工性を悪くす
る。これに対して、Ｂグループの元素は添加の効果がや
や劣る傾向があるが、過剰に添加しても悪影響が小さ
い。そのためＡグループの元素を含有させた上でＢグル
ープの元素を添加すると、効果を大きく増進させること
ができる。また同じ効果を得るのにＡグループの元素の
含有量を低減することも可能である。

【００２１】このＢグループの元素、すなわちＶまたは
Ｃｒの添加の効果を得るのに望ましい含有量は、合計量
で0.01％以上である。しかし多く添加してもその効果は
飽和するので、めっき層中のＶまたはＣｒの１種または
２種の含有量の上限は合計で0.50％とする。

【００２２】Ａｌ−Ｚｎ合金を溶融めっきする場合、Ｚ
ｎのめっきの場合に比較して温度が高いことやＡｌはＦ
ｅと金属間化合物を作りやすい傾向があり、めっきと鋼
板の接触界面にＦｅを含んだ合金層が形成される。この
合金層はきわめて脆く、加工の際のめっき層剥離や亀裂
発生の原因となるので、その形成抑止のためにＳｉが添
加されるが効果は十分ではない。Ｂグループの元素の添
加は、この合金層形成を抑止する効果はないが、できた
合金層が原因と推定されるめっき層の割れを低減する効
果を示すのである。その理由はあきらかではないが、脆
くなる理由の一つである針状のＳｉの粒子を球状化させ
ることが考えられる。

【００２３】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、めっき層の加工性は従来の溶融
Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板のそれ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制しないが、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 1
70〜 340℃にて 2〜10min 程度の加熱である。

【００２４】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、表面への塗装後鋼板を加工する場合に、塗装下地の
めっき部分に生ずる亀裂を抑止し、鋼板使用時の耐食性
を向上させることができる。

【００２５】

【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％にて、Ｃ：0.05、Ｓｉ：
0.01、Ｍｎ：0.24、Ｐ： 0.015、Ｓ： 0.011、sol.Ａ
ｌ：0.028、Ｎ：0.0023）より採取した幅80mm、長さ 20
0mmの試験片を使用し、還元性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、還元焼鈍後、溶融めっきを行っ
た。そのめっき条件を表１に示す。めっき浴の成分調整
には、 99.99％Ｚｎ、99.9％Ａｌ、13％Ｓｉ−Ａｌ母合
金、およびそれぞれ 5％前後の元素を含むＭｏ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｖ、ＣｒのＡｌ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。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】めっき後の鋼板の性能評価として、表面外
観の調査、 2ｔ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、電子顕微鏡にて加工されためっき層を観察した。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数え、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。

【００２９】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有
しているが、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。

【００３０】

【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
善されており、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
食性を維持できるものである。このように、本発明は従
来よりも加工性にすぐれた溶融Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼
板を提供できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にて、Ａｌを25〜75％、Ｍｏ、Ｗ、
   Ｎｂ、Ｔａの１種または２種以上を合計量で0.01〜0.50
   ％、ＶとＣｒの１種または２種を合計量で 0〜0.50％、
   およびＡｌ量の 0.5〜 5.0％のＳｉを含有するＡｌ−Ｚ
   ｎ合金のめっき層を有することを特徴とする溶融アルミ
   ニウム−亜鉛合金めっき鋼板。
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
   の溶融アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板の製造方法。