JP2001355054A

JP2001355054A - 加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板とその製造方法

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Publication number: JP2001355054A
Application number: JP2001111343A
Authority: JP
Inventors: Akira Tanaka; 曉田中; Yoshihiro Suemune; 義広末宗; Akira Takahashi; 高橋　　彰; Hisayoshi Komatsu; 久芳小松; Takeshi Miyake; 豪三宅; Hajime Onozawa; 元小野澤; Yasuhide Morimoto; 康秀森本; Kazumi Nishimura; 一実西村; Kazuhiko Honda; 和彦本田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: JP4555500B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金
めっき鋼板の製造及びその製造方法の提供。【解決手段】鋼板の表面に質量％でＡｌ：３〜１８
％、Ｍｇ：２．１〜１０％、及びＳｉをＳｉ：Ｍｇ量の
１〜５０％で、必要に応じてＦｅ：１％以下を含み、残
部Ｚｎ及び不可避的不純物とからなるめっき層を有する
鋼板であって、そのめっき層中にさらに、１００μｍ²
以上の面積のＳｉ系物質をめっき層の単位断面積当たり
６×１０³個以下含有することを特徴とする。また、必
要に応じてめっき層上に無機酸化物皮膜または有機樹脂
皮膜を施す。溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板の
製造方法としては、めっき浴温を４８０℃未満とし、め
っき後連続的に１０℃／ｓ以上の冷速で冷却することに
より、めっき層中に１００μｍ ²以上のＳｉ系物質をめ
っき層の単位断面積当たり６×１０³個以下含有させる
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工性に優れた溶
融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板とその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車、家庭電気製品、建材等の
耐用年数の長期化に対応するため、表面処理鋼板の使用
が拡大している。特にＺｎ−５ｗｔ％Ａｌ溶融めっき鋼
板は、今までの溶融亜鉛めっきに比較して耐食性が優れ
ていることから、建材などを中心に使用されている。ま
た、最近ではＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が開発され
てきており、さらなる耐食性の向上が図られてきてい
る。ところが、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板のめっき皮
膜加工性は、必ずしも十分ではなく、厳しい加工を受け
た部分では耐食性が劣る場合が散見される。これは母材
とめっき皮膜との界面にＦｅ−Ａｌ合金層が形成され、
この層が硬質・脆弱なため、プレス加工時等にパウダリ
ング等が発生したり、加工部が腐食の起点になることが
ある。

【０００３】こうした点を向上させる技術として、Ｆｅ
−Ａｌの合金化反応を抑制する目的でＺｎ−Ａｌ合金の
めっき浴にＳｉを添加してめっきする技術が特開昭５８
−１７７４４６号公報に開示されているが、Ｆｅ−Ａｌ
やＦｅ−Ａｌ−Ｓｉを主体とする金属間化合物の生成を
抑制することが出来ず皮膜の加工性が十分でない。ま
た、特開平９−１４３６５７号公報にはＡｌを０．１〜
１．５％含有するＺｎ−Ａｌ−ＭｇめっきにＴｉ、Ｂ、
Ｓｉ等を微量添加してミクロクラックを抑制する技術が
開示されているが、耐食性が十分でないことや浴ドロス
発生が激しいこと等の問題がある。また、特開平１０−
１７６２３８号公報には、めっき浴中Ａｌを２０〜８０
％とし、鋼成分、特にＳｉ、Ｐ量を限定してＦｅ−Ａｌ
−Ｓｉ反応を抑制して良好な加工性を得る技術が記載さ
れているが、Ａｌ濃度が高すぎるため、通常のめっきラ
インで製造することが出来ず、高コストとなってしまう
と言う問題を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような状況に鑑
み、従来の亜鉛−アルミニウム系合金めっき鋼板の加工
性を改善した溶融亜鉛−アルミニウム系合金めっき鋼板
を提供することが本発明の目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】Ｚｎ−Ａｌ合金めっきの
加工性の劣化は、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ金属間
化合物の生成を抑制することが重要である。そこで、本
発明者らは、めっき浴への添加元素について鋭意検討を
行ったところ、Ｍｇの添加が加工性の劣化抑制に有効で
あることを知見した。これにより、前記金属間化合物の
生成を抑制し、めっき密着性が良好となるのである。ま
た、めっき中のＳｉの存在状態を調査したところ、金属
Ｓｉ、ＳｉＯ₂、Ｍｇ₂Ｓｉ等多岐にわたり、更に詳細な
調査を行ったところ、めっき層中のＳｉ系物質のサイズ
が小さく、分散している方がめっき密着性が良好であり
かつ、摺動性が良好となることを知見した。これは、サ
イズの大きいものの周辺ではＳｉ系物質の濃度が下が
り、特に表層での局所的な摺動抵抗の差が大きくなるた
め、摺動性が不安定化するためと考えられる。

【０００６】つまり、本技術の要旨とするところは、以
下に示す通りである。

【０００７】（１）鋼板の表面に質量％でＡｌ：３〜
１８％、Ｍｇ：２．１〜１０％、残部Ｚｎ及び不可避的
不純物とからなるめっき層を有する鋼板であって、その
めっき層中に更に、ＳｉをＭｇ量の１〜５０％を含み、
１００μｍ²以上の面積のＳｉ系物質をめっき層の単位
断面積当たり６×１０³個以下含有することを特徴とす
る、加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき
鋼板。

【０００８】（２）上記（１）に記載の鋼板のめっき
層中に、更にＦｅ：１％以下含有することを特徴とする
加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼
板。

【０００９】（３）上記（１）または（２）に記載の
鋼板のめっき層中に、更にＰｂ、Ｓｎのうちの少なくと
も１種類以上を０．０１〜２．０％含有することを特徴
とする加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっ
き鋼板。

【００１０】（４）上記（１）乃至（３）のいずれか
に記載の鋼板のめっき層上に無機酸化物皮膜を７０ｍｇ
／ｍ²〜２ｇ／ｍ²の範囲で有することを特徴とする加工
性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板。

【００１１】（５）上記（１）乃至（３）のいずれか
に記載の鋼板のめっき層上に有機樹脂皮膜を１００ｍｇ
／ｍ²〜２．０ｇ／ｍ²有することを特徴とする加工性に
優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板。

【００１２】（６）溶融亜鉛−アルミニウム合金めっ
き鋼板を製造するに際し、めっき浴温を４８０℃未満と
することにより、めっき層中に１００μｍ²以上の面積
のＳｉ系物質をめっき層の単位断面積当たり６×１０³
個以下含有させることを特徴とする上記（１）乃至
（５）のいずれかに記載の加工性に優れた溶融亜鉛−ア
ルミニウム合金めっき鋼板の製造方法。

【００１３】（７）溶融亜鉛−アルミニウム合金めっ
き鋼板を製造するに際し、めっき浴温を４８０℃未満と
し、めっき後連続的に１０℃／ｓ以上の冷速で冷却する
ことにより、めっき層中に１００μｍ²以上の面積のＳ
ｉ系物質をめっき層の単位断面積当たり６×１０³個以
下含有させることを特徴とする前記（１）乃至（５）の
いずれかに記載の加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウ
ム合金めっき鋼板の製造方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、めっき層中に含有させる元素について説明する。
めっき層中のＡｌは耐食性の向上のために添加される。
３％未満では耐食性が劣り、１８％を超えると耐食性向
上効果が飽和すると共に加工性が劣化するため、３〜１
８％とした。

【００１５】Ｍｇは一般には耐食性向上効果があること
から添加されることが多いが本発明ではＦｅ−Ａｌ−Ｓ
ｉ金属間化合物の生成を抑制するために添加される。
２．１％未満ではＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ金属間化合物の生成
を抑制することが出来ず、めっき密着性が悪化する。ま
た１０％を超えるとドロス発生が多く、めっきが困難に
なるため、２．１〜１０％とする。

【００１６】Ｓｉは本発明にとり重要な元素であり、加
工性の向上のために添加する。Ｍｇ添加量の１％未満で
は、めっき密着性と摺動性の双方とも劣化する。一方、
Ｍｇ添加量の５０％を超えると浴ドロスが多くなりすぎ
るため、Ｍｇ添加量の１〜５０％とする。

【００１７】Ｓｉ系物質のめっき層中のサイズについて
は、１００μｍ²を超えるものがあると周辺での密着性
が劣化し易くなり、このサイズ以上のＳｉ系物質がめっ
き層の単位断面積当たり６×１０³個を超えると、めっ
き密着性と摺動性が共に劣化するため、１００μｍ²以
上のＳｉ系物質数は６×１０³個／ｍｍ²以下とした。

【００１８】Ｆｅはめっき釜材や鋼板から不純物として
めっき浴中に混入し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ金属間化合物を
生成しめっき密着性に悪影響をおよぼすと共に、めっき
層中のＳｉがドロスアウトし易くなり、摺動性向上効果
が劣化するので１％以下とする。

【００１９】ＰｂやＳｎは、摺動性改善のために必要に
応じて添加される元素であり、摺動性の改善のために
は、少なくとも０．０１％の添加が必要である。２％を
超えるとめっき密着性が劣化するので、０．０１〜２％
とした。

【００２０】次に製造方法について説明する。使用する
めっき原板には特に限定はなく、製鋼方法や鋼の強度、
熱延酸洗材、冷延材等製品によらず使用可能である。め
っきは、ゼンジミアタイプ、フラックスタイプ、また
は、プレめっきタイプ等の製造方法によらず、本技術は
適用可能である。めっき浴温は高すぎるとめっき浴への
鋼板やめっき釜やめっき機材からのＦｅの混入が起こ
り、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ金属間化合物が生成
し、めっき密着性が劣化する。また、めっき釜やめっき
機材の溶食を引き起こすことにつながる。これを抑制す
るため、めっき浴温は４８０℃未満とする。めっき後の
冷却速度はＳｉ系物質の局所的な析出を抑制し、めっき
密着性や摺動性を確保するため１０℃／ｓ以上とする。
また、耐黒変性、耐食性の水系後処理を施しても特に問
題なく、もちろん、調質圧延を行ってもかまわない。

【００２１】特に、めっき後のめっき層上に、更に、Ｓ
ｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｅ、Ｃａの酸化物から選ばれ
る少なくとも１種以上の無機酸化物を被覆させること
は、本発明の効果を更に向上させる。この場合、例えば
燐酸塩等の複合酸化物とすることも何ら問題ない。これ
らの合計が、７０ｍｇ／ｍ²未満であると、摺動性向上
効果がない。これらの合計が２ｇ／ｍ²を超えると、か
えって摺動性が劣化するので７０ｍｇ／ｍ²〜２ｇ／ｍ²
の範囲とする。

【００２２】また、この代わりに有機樹脂皮膜を被覆さ
せることも本発明の効果を向上させる。１００ｍｇ／ｍ
²未満では、この効果が少なく、２ｇ／ｍ²を超えると加
工性がかえって劣化するので１００ｍｇ／ｍ²〜２ｇ／
ｍ²の範囲とする。有機樹脂としては、水系樹脂、溶剤
系樹脂、粉体系樹脂、無溶剤系樹脂のどのような形態で
も良い。ここで言う水系樹脂とは水溶性樹脂のほか、本
来水不溶性でありながらエマルジョンやサスペンジョン
のように水不溶性樹脂が水中に微分散された状態になり
うるもの（水分散性樹脂）を含めて言う。有機樹脂とし
て使用できる樹脂としては、特に制限はないが、ポリオ
レフィン系樹脂、アクリルオレフィン系樹脂、ポリウレ
タン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹
脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アルキド系
樹脂、フェノール系樹脂、その他の加熱硬化型の樹脂な
どを例示でき、架橋可能であることがより好ましい。有
機樹脂は２種類以上を混合してあるいは共重合して使用
しても良い。また、必要により各種メラミン樹脂、アミ
ノ樹脂等の架橋剤を添加しても良い。有機樹脂に加えて
微粒シリカや潤滑剤の若干の添加も問題ない。

【００２３】これら、無機酸化物或いは有機皮膜を形成
させるための塗布方法としては、スプレー、カーテン、
フローコーター、ロールコーター、バーコーター、刷毛
塗り、浸漬及びエアナイフ絞り等のいずれの方法を用い
ても良い。また、到達焼き付け温度は８０〜２５０℃と
するのが望ましい。８０℃未満では、塗料中の水が完全
に揮発しづらいため耐食性が低下し、２５０℃を超える
と有機物である樹脂のアルキル部分が熱分解等の変性を
起こしたり、皮膜の硬化が進みすぎて耐食性や加工性が
低下したりするため好ましくない。７０〜１６０℃がよ
り好ましい。また、乾燥設備については特に規制するも
のではないが、熱風吹き付けによる方法や、ヒーターに
よる間接加熱方法、赤外線による方法、誘導加熱による
方法、並びにこれらを併用する方法が採用できる。ま
た、使用する有機樹脂の種類によっては、紫外線や電子
線などのエネルギー線によって硬化させることも出来
る。

【００２４】

【実施例】（実施例１）鋼スラブを溶製して通常の方法
で薄鋼板を製造した板厚０．８ｍｍのＳＰＣＣ板をめっ
き原板とした。めっきはゼンジミアタイプの連続溶融亜
鉛めっきラインにて加熱、焼鈍、めっきを行った。焼鈍
雰囲気は、１０％水素、残９０％窒素ガス雰囲気であ
り、露点を−３０度とした。焼鈍温度は７３０℃、焼鈍
時間は３分である。めっき浴はＡｌ：２．５〜２０％、
Ｍｇ：１．５〜１０．５％、Ｓｉ：Ｍｇ添加量の０．５
％〜６０％、Ｆｅ：０〜１．５％、残Ｚｎ及び不可避的
不純物に調整しためっき浴を使用し、めっき浴温３９０
〜５００℃でめっきを行った。めっき後は通常のワイピ
ングによりめっき付着量を片面当たり１００ｇ／ｍ²と
した。めっき後、調質圧延を１％行い、その後、クロメ
ート処理を２０〜３０ｍｇ／ｍ²の付着量で実施した。
このように製造されためっき鋼板のＳｉ系物質について
は、めっき断面のＥＰＭＡ観察を実施し、任意の１００
μｍ平方の視野毎に観察し、１００μｍ²以上のものの
個数を数え、めっき断面のめっき層断面積当たりの個数
として表した。得られためっき鋼板を表１に示す。

【００２５】めっき浴のドロスについては、目視で判定
し、良好であるものを○、ややドロスの発生が見られる
ものを×とし、○を合格とした。加工性評価はインパク
ト試験と摺動性試験を実施した。密着性試験はインパク
ト試験を行い、直径１２ｍｍのダイスと直径１２ｍｍの
ポンチを使用し、質量１．６ｋｇの重錘を１ｍの高さか
ら落下させ、張出成形部分を粘着テープで剥離し、めっ
き皮膜の剥離程度を目視で判定した。皮膜の剥離が認め
られない場合を○（合格）、粉末状の剥離が一部に見ら
れるものを△、皮膜の剥離が見られるものを×とし、
△、×を不合格とした。

【００２６】また、摺動性試験は、円筒カップ絞り試験
を行った。ポンチ径５０φ、ポンチ肩５Ｒ、ダイス肩５
Ｒ、絞り比２．１とし、無塗油で成形速度５ｍｍ／ｍｉ
ｎとし、絞り抜きを連続的に１００個実施し、試験後の
カップと金型とを目視観察を行い、摺動性の状況を判定
した。めっき剥離やカップの金型への凝着が生じなかっ
た場合を○（合格）、粉末状の剥離が起こったものを
△、カップの金型への凝着が生じ、カップが割れたもの
を×とし、△及び×を不合格とした。

【００２７】表１にこれらの結果を示す。Ｎｏ．１から
Ｎｏ．３０は本発明例であり、加工性が良好である。Ｎ
ｏ．３１からＮｏ．４４は比較例であり、Ｎｏ．３１は
Ａｌが多すぎるため、Ｎｏ．３２はＭｇが少なすぎるた
め加工性が悪い。Ｎｏ．３３はＭｇが多すぎるため、ド
ロスが多く、不合格である。Ｎｏ．３４からＮｏ．３６
はＳｉが小さすぎるため加工性が悪い。Ｎｏ．３７はＳ
ｉが多すぎるため、ドロスが多く、また、加工性が悪
い。Ｎｏ．３８からＮｏ．４０は、Ｆｅが多すぎるた
め、加工性が悪い。Ｎｏ．４１、Ｎｏ．４２は、冷速が
小さすぎＳｉ系物質が多すぎるため加工性が悪い。Ｎ
ｏ．４３、Ｎｏ．４４は浴温が高すぎるため、加工性が
悪い。

【００２８】

【表１】

【００２９】（実施例２）鋼スラブを溶製して通常の方
法で薄鋼板を製造した板厚０．８ｍｍのＳＰＣＣ板をめ
っき原板とした。めっきは表２のようなめっき組成のも
のを、ゼンジミアタイプの連続溶融亜鉛めっきラインに
て加熱、焼鈍、めっきを行った。焼鈍雰囲気は、１０％
水素、残９０％窒素ガス雰囲気であり、露点を−３０度
とした。焼鈍温度は７３０℃、焼鈍時間は３分である。
めっき後は通常のワイピングによりめっき付着量を９０
ｇ／ｍ^２とした。めっき後、調質圧延を１％行った。そ
の後後処理を行った。後処理は無機酸化物を被覆し、合
計で７０ｍｇ／ｍ^２から２４００ｍｇ／ｍ^２の範囲で行
った。試験は円筒深絞りによる、限界絞り比を求めた。
ポンチ径５０φ、ポンチ肩３Ｒ、ダイス肩３Ｒ、絞り比
は２．１から２．３とした。無塗油で成形速度５ｍｍ／
ｍｉｎとした。この結果を表２に示す。Ｎｏ．４５から
Ｎｏ．８６までは本発明例を示す。Ｎｏ．８７からＮ
ｏ．９０が、比較例であり、Ｎｏ．８７、Ｎｏ．８８は
めっき上の酸化物皮膜処理厚みが小さすぎる。Ｎｏ．８
９，Ｎｏ．９０は膜厚が厚く、摺動性が悪い。

【００３０】

【表２】

【００３１】（実施例３）鋼スラブを溶製して通常の方
法で薄鋼板を製造した板厚０．８ｍｍのＳＰＣＣ板をめ
っき原板とした。めっきは表３のようなめっき組成のも
のを、ゼンジミアタイプの連続溶融亜鉛めっきラインに
て加熱、焼鈍、めっきを行った。焼鈍雰囲気は、１０％
水素、残９０％窒素ガス雰囲気であり、露点を−３０度
とした。焼鈍温度は７３０℃、焼鈍時間は３分である。
めっき後は通常のワイピングによりめっき付着量を９０
ｇ／ｍ^２とした。めっき後、調質圧延を１％行い、溶剤
脱脂後に表３に示す有機樹脂皮膜を施した。試験は円筒
深絞りによる、限界絞り比を求めた。ポンチ径５０φ、
ポンチ肩３Ｒ、ダイス肩３Ｒ、絞り比は２．１から２．
３とした。無塗油で成形速度５ｍｍ／ｍｉｎとした。こ
の結果を表３に示す。Ｎｏ．１２６〜１２９は比較例で
あり、Ｎｏ．１２６、Ｎｏ．１２７は有機樹脂皮膜の皮
膜厚が本発明範囲より小さいため、またＮｏ．１２８、
Ｎｏ．１２９は逆に有機樹脂皮膜の皮膜厚が厚すぎるた
めにいずれも摺動性が悪い。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、加工性に優れた溶融亜
鉛−アルミニウム系合金めっき鋼板を製造することが可
能となり、自動車、建材等の産業上きわめて大きな効果
を有している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋彰君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者小松久芳君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者三宅豪君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者小野澤元君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者森本康秀富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者西村一実姫路市広畑区富士町１番地新日本製鐵株式会社広畑製鐵所内 (72)発明者本田和彦君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内Ｆターム(参考） 4K027 AA05 AA22 AB02 AB44 AC51 AC64 AC87 AE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板の表面に質量％でＡｌ：３〜１８
％、Ｍｇ：２．１〜１０％、残部Ｚｎ及び不可避的不純
物とからなるめっき層を有する鋼板であって、そのめっ
き層中に更に、ＳｉをＭｇ量の１〜５０％を含み、１０
０μｍ²以上の面積のＳｉ系物質をめっき層の単位断面
積当たり６×１０³個以下含有することを特徴とする、
加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼
板。
【請求項２】請求項１に記載の鋼板のめっき層中に、
更にＦｅ：１％以下含有することを特徴とする加工性に
優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の鋼板の
めっき層中に、更にＰｂ、Ｓｎのうちの少なくとも１種
類以上を０．０１〜２．０％含有することを特徴とする
加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼
板。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の鋼板のめっき層上に無機酸化物皮膜を７０ｍｇ／ｍ²
〜２ｇ／ｍ²の範囲で有することを特徴とする加工性に
優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板。
【請求項５】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の鋼板のめっき層上に有機樹脂皮膜を１００ｍｇ／ｍ²
〜２．０ｇ／ｍ²有することを特徴とする加工性に優れ
た溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板。
【請求項６】溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板
を製造するに際し、めっき浴温を４８０℃未満とするこ
とにより、めっき層中に１００μｍ²以上の面積のＳｉ
系物質をめっき層の単位断面積当たり６×１０³個以下
含有させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のい
ずれかに記載の加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム
合金めっき鋼板の製造方法。
【請求項７】溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板
を製造するに際し、めっき浴温を４８０℃未満とし、め
っき後連続的に１０℃／ｓ以上の冷速で冷却することに
より、めっき層中に１００μｍ²以上の面積のＳｉ系物
質をめっき層の単位断面積当たり６×１０³個以下含有
させることを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の加
工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板の
製造方法。