JP7769282B1 - Surface-treated steel - Google Patents
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Abstract
この表面処理鋼材は、鋼材と、前記鋼材の表面の少なくとも一部に形成されたZnを含むめっき層と、を有し、前記鋼材の表面のうち前記めっき層が形成されていない部分を非めっき部としたとき、前記非めっき部の少なくとも一部に、ZnとMgとを含有する化合物が存在し、厚さ方向の、第一境界と第二境界との中央部である第一領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090以上であり、前記厚さ方向の、前記第二境界と前記化合物の前記表面との中央部である第二領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090未満である。 This surface-treated steel material has a steel material and a plating layer containing Zn formed on at least a portion of the surface of the steel material. When the portion of the surface of the steel material where the plating layer is not formed is defined as the non-plated portion, a compound containing Zn and Mg is present in at least a portion of the non-plated portion, and at the center of a first region, which is the center between a first boundary and a second boundary in the thickness direction, the atomic ratio of Mg to Zn, Mg/Zn, is 0.090 or more, and at the center of a second region, which is the center between the second boundary and the surface of the compound in the thickness direction, the atomic ratio of Mg to Zn, Mg/Zn, is less than 0.090.
Description
本開示は表面処理鋼材に関する。
本願は、2024年05月16日に、日本に出願された特願2024-080155号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present disclosure relates to surface-treated steel products.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2024-080155, filed on May 16, 2024, the contents of which are incorporated herein by reference.
耐食性の良好な表面処理鋼材として最も使用されるものに亜鉛(Zn)系めっき鋼板がある。この亜鉛系めっき鋼板は自動車、家電、建材分野など種々の製造業において使用されている。例えば建材分野では、建材の長寿命化ニーズから、亜鉛系めっき鋼板の耐食性を向上させるための研究が古くから行われている。
そのような中で、亜鉛系めっき層中に、AlやMgを含有させることで、耐食性を向上させることが検討されてきた。
例えば、特許文献1~3には、一定量のAl及びMgを含有し高耐食化を実現しためっき鋼材が開示されている。
Zinc (Zn)-plated steel sheets are the most widely used surface-treated steel materials with good corrosion resistance. These zinc-plated steel sheets are used in various manufacturing industries, including the automotive, home appliance, and building materials fields. For example, in the building materials field, research has long been conducted to improve the corrosion resistance of zinc-plated steel sheets in response to the need for longer life for building materials.
Under these circumstances, studies have been conducted to improve corrosion resistance by adding Al or Mg to the zinc-based plating layer.
For example, Patent Documents 1 to 3 disclose plated steel materials that contain a certain amount of Al and Mg and achieve high corrosion resistance.
上記特許文献1~3に開示されためっき鋼材(亜鉛系めっき鋼板)は、長期的な平面部耐食性に優れる。しかしながら、めっき鋼材は使用に際し、所定のサイズに切断される場合がある。その際、切断面(切断端面)については、めっき層が形成されていないことになる。また、めっきを行った面であっても、不めっきの部分や、疵付きによってめっき層が剥離したり、切断、打ち抜き、曲げ、絞り加工等によって、めっき層が割れたりすることで、めっき層が形成されていない(鋼板が露出した)部分が存在する場合がある。
本発明者らが検討した結果、特許文献1~3のめっき鋼材では、めっき部の耐食性には優れるものの、腐食初期において、上述したような切断端面、不めっき部、及び/又はめっき層が形成された後に疵付きや加工などによって鋼板が露出した部分(まとめて非めっき部という)に赤錆を生じる場合があることが分かった。そのため、このような非めっき部の赤錆の生成を抑制しうる技術開発が求められている。
The plated steel materials (zinc-based plated steel sheets) disclosed in the above Patent Documents 1 to 3 have excellent long-term flat corrosion resistance. However, when the plated steel materials are used, they may be cut to a predetermined size. In this case, the cut surfaces (cut end surfaces) are left without a plating layer. Furthermore, even on plated surfaces, there may be unplated areas, or areas where the plating layer is not formed (exposed steel sheet) due to scratches that cause the plating layer to peel off, or cracks that occur during cutting, punching, bending, drawing, or the like.
As a result of investigations by the present inventors, it was found that although the plated steel materials of Patent Documents 1 to 3 have excellent corrosion resistance in the plated portion, red rust may form in the early stages of corrosion on the cut end surfaces, unplated portions, and/or portions of the steel sheet exposed by scratches or processing after the plating layer is formed (collectively referred to as unplated portions) as described above. Therefore, there is a need for the development of technology that can suppress the formation of red rust in such unplated portions.
上記のような背景を考慮し、本開示は、Znを含むめっき層(Zn系めっき層)を有する、表面処理鋼板に代表される表面処理鋼材を前提として、非めっき部の赤錆の生成が抑制される表面処理鋼材を提供することを課題とする。 Taking the above background into consideration, the present disclosure aims to provide a surface-treated steel material, such as a surface-treated steel sheet, that has a plating layer containing Zn (Zn-based plating layer), in which the formation of red rust in non-plated areas is suppressed.
本発明者らは、非めっき部の赤錆の生成を抑制する方法を検討した。その結果、非めっき部に、Mg濃度の高い領域とZn濃度の高い領域との二領域からなる化合物を形成させることで、赤錆の生成を抑制することができることを見出した。The inventors investigated methods for suppressing the formation of red rust in non-plated areas. As a result, they discovered that the formation of red rust can be suppressed by forming a compound consisting of two regions in the non-plated areas: a region with a high Mg concentration and a region with a high Zn concentration.
本開示は、上記の知見に鑑みてなされた。本開示の要旨は以下の通りである。
[1]本開示の一態様に係る表面処理鋼材は、表面処理鋼材であって、鋼材と、前記鋼材の表面の少なくとも一部に形成されたZnを含むめっき層と、を有し、前記鋼材の表面のうち前記めっき層が形成されていない部分を非めっき部としたとき、前記非めっき部の少なくとも一部に、ZnとMgとを含有する化合物が存在し、エネルギー分散型X線分析装置付きFE-TEMを用いて、前記非めっき部の前記鋼材の前記表面から前記表面処理鋼材の表面に向けて、前記化合物の厚さ方向に線分析によって連続的にO、Mg、Al、Fe及びZnの濃度分布を測定した際に、Mgの濃度が初めて0.5原子%以上となる位置を第一境界とし、前記第一境界より前記表面処理鋼材の表面側でMgの濃度が初めて0.5原子%未満となる位置を第二境界としたとき、前記第一境界と前記第二境界との間が前記化合物の第一領域であり、前記第二境界と前記化合物の表面との間が前記化合物の第二領域であり、前記厚さ方向の、前記第一境界と前記第二境界との中央部である第一領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090以上であり、かつMg濃度が2.0~50.0原子%であり、前記厚さ方向の、前記第二境界と前記化合物の前記表面との中央部である第二領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090未満であり、かつZn濃度が2.0~50.0原子%である。
[2][1]に記載の表面処理鋼材は、前記めっき層の化学組成が、質量%で、Zn:50.0%超、Al:0.2%超~40.0%未満、Mg:0.2%超~12.5%未満、を含んでもよい。
[3][1]又は[2]に記載の表面処理鋼材は、前記第一領域が、透過電子顕微鏡の電子線回折パターンでハローパターンを示してもよい。
[4][1]~[3]のいずれか一項に記載の表面処理鋼材は、前記非めっき部の前記鋼材の表面のうち、面積率で50%以上に、前記化合物が存在してもよい。
[5][1]~[4]のいずれか一項に記載の表面処理鋼材は、前記第一領域の厚さが0.05μm以上であってもよい。
[6][1]~[5]のいずれか一項に記載の表面処理鋼材は、前記第二領域の厚さが0.05μm以上であってもよい。
The present disclosure has been made in light of the above findings.
[1] A surface-treated steel material according to one aspect of the present disclosure is a surface-treated steel material comprising a steel material and a plating layer containing Zn formed on at least a portion of a surface of the steel material, and when a portion of the surface of the steel material on which the plating layer is not formed is defined as a non-plated portion, a compound containing Zn and Mg is present in at least a portion of the non-plated portion, and when concentration distributions of O, Mg, Al, Fe, and Zn are continuously measured by linear analysis in a thickness direction of the compound from the surface of the steel material in the non-plated portion toward the surface of the surface-treated steel material using an FE-TEM equipped with an energy dispersive X-ray analyzer, a position where the Mg concentration first becomes 0.5 atomic % or more is defined as a first boundary, and When the position on the surface side of the treated steel material where the Mg concentration first becomes less than 0.5 atomic % is defined as a second boundary, the area between the first boundary and the second boundary is a first region of the compound, and the area between the second boundary and the surface of the compound is a second region of the compound, and at the center of the first region, which is the center in the thickness direction between the first boundary and the second boundary, Mg/Zn, which is the atomic ratio of Mg to Zn, is 0.090 or more and the Mg concentration is 2.0 to 50.0 atomic %; and at the center of the second region, which is the center in the thickness direction between the second boundary and the surface of the compound, Mg/Zn, which is the atomic ratio of Mg to Zn , is less than 0.090 and the Zn concentration is 2.0 to 50.0 atomic % .
[2] In the surface-treated steel material described in [1], the chemical composition of the plating layer may include, in mass%, Zn: more than 50.0%, Al: more than 0.2% and less than 40.0%, and Mg: more than 0.2% and less than 12.5%.
[3] In the surface-treated steel material according to [1] or [2], the first region may exhibit a halo pattern in an electron beam diffraction pattern obtained by a transmission electron microscope.
[4] In the surface-treated steel material according to any one of [1] to [3], the compound may be present in an area ratio of 50% or more of the surface of the steel material in the non-plated portion.
[5] In the surface-treated steel material according to any one of [1] to [4], the thickness of the first region may be 0.05 μm or more.
[6] In the surface-treated steel material according to any one of [1] to [5], the second region may have a thickness of 0.05 μm or more.
本開示の上記態様によれば、非めっき部の赤錆の生成が抑制される表面処理鋼材を提供することができる。 According to the above aspect of the present disclosure, it is possible to provide a surface-treated steel material in which the formation of red rust in non-plated areas is suppressed.
本開示の一実施形態に係る表面処理鋼材(本実施形態に係る表面処理鋼材)について、説明する。 We will now explain the surface-treated steel material according to one embodiment of the present disclosure (the surface-treated steel material according to this embodiment).
本実施形態に係る表面処理鋼材1は、図1に示すように、鋼材11と、鋼材11の表面の少なくとも一部に形成されたZnを含むめっき層12と、を有する。
また、本実施形態に係る表面処理鋼材1は、鋼材11の表面のうちめっき層12が形成されていない部分を非めっき部41としたとき、非めっき部41の少なくとも一部に、ZnとMgとを含有する化合物31が存在する。
図1では、表面101のうち、めっき浴と接触し、めっき層が形成された面がめっき面103であり、めっき浴から引き上げた後に、鋼材を所定のサイズに切断する際に露出した面が端面102である。端面102は、めっき面103に交差する方向であり、多くの場合、めっき面103に対して略垂直方向である。
As shown in FIG. 1 , the surface-treated steel material 1 according to this embodiment has a steel material 11 and a plating layer 12 containing Zn formed on at least a part of the surface of the steel material 11 .
Furthermore, in the surface-treated steel material 1 according to this embodiment, when the portion of the surface of the steel material 11 on which the plating layer 12 is not formed is defined as the non-plated portion 41, a compound 31 containing Zn and Mg is present in at least a portion of the non-plated portion 41.
1 , the surface of the surface 101 that comes into contact with the plating bath and on which the plating layer is formed is the plated surface 103, and the surface that is exposed when the steel material is cut to a predetermined size after being pulled up from the plating bath is the end surface 102. The end surface 102 is in a direction that intersects with the plated surface 103, and in many cases is in a direction that is approximately perpendicular to the plated surface 103.
<鋼材>
本実施形態に係る表面処理鋼材1は、化合物31に大きな特徴がある。そのため、鋼材11については特に限定されない。鋼材11は、適用される製品や要求される強度や板厚等によって決定すればよく、例えば、JIS G 3131:2018、JIS G 3113:2018等に記載された熱間圧延鋼板(熱延鋼板)やJIS G 3141:2021、JIS G 3135:2018等に記載された冷間圧延鋼板(冷延鋼板)を用いることができる。また、上述の通り、鋼材は、鋼板以外の鋼管、鋼線、鋼から成る各種部材等の鋼材を用いることができる。
以下、本実施形態に係る表面処理鋼材が、表面処理鋼板(鋼材が鋼板である場合)を例として説明する。
<Steel>
The surface-treated steel material 1 according to this embodiment has a significant feature in the compound 31. Therefore, the steel material 11 is not particularly limited. The steel material 11 may be determined based on the product to which it is applied, the required strength, plate thickness, etc. For example, a hot-rolled steel plate (hot-rolled steel plate) described in JIS G 3131:2018, JIS G 3113:2018, etc., or a cold-rolled steel plate (cold-rolled steel plate) described in JIS G 3141:2021, JIS G 3135:2018, etc., can be used. As described above, the steel material can be a steel material other than a steel plate, such as a steel pipe, a steel wire, or various members made of steel.
Hereinafter, the surface-treated steel material according to this embodiment will be described as an example of a surface-treated steel plate (when the steel material is a steel plate).
<めっき層>
本実施形態に係る表面処理鋼材(表面処理鋼板)1は、鋼材11の表面の少なくとも一部に形成されたZnを含むめっき層12を有する。
本実施形態において、Zn系めっき層とは、Znの濃度(含有量)が、50.0質量%超であるめっき層である。
めっき層12は、鋼板11のめっき面103(表裏面(切断されためっき鋼板であれば、端面以外の表面となる場合が多い))の全体(面積率で100%)に形成されていれもよいが、不めっきや疵付き等による剥離によって形成されていない部分(非めっき部41)が存在していてもよい。非めっき部の面積率はめっき面全体の10%以下が好ましい(0%でもよい)。
めっき層12は表面101の、めっき面103以外の面(図1では端面102)の一部にも形成されていてもよいが、めっき層形成後に所定のサイズに切断された表面処理鋼板の場合は端面(切断端面)にはめっき層が形成されていないことが多い。
<Plating layer>
The surface-treated steel material (surface-treated steel sheet) 1 according to this embodiment has a plating layer 12 containing Zn formed on at least a part of the surface of a steel material 11 .
In this embodiment, the Zn-based plating layer is a plating layer in which the concentration (content) of Zn is more than 50.0 mass %.
The plating layer 12 may be formed on the entire plating surface 103 (front and back surfaces (in the case of a cut plated steel sheet, this will often be the surface other than the end faces)) of the steel sheet 11 (100% in terms of area ratio), but there may also be areas (non-plated portions 41) where no plating is formed due to peeling caused by scratches or the like. The area ratio of the non-plated portions is preferably 10% or less of the entire plating surface (it may be 0%).
The plating layer 12 may also be formed on a portion of the surface 101 other than the plated surface 103 (end surface 102 in Figure 1), but in the case of a surface-treated steel sheet that has been cut to a predetermined size after the plating layer has been formed, the plating layer is often not formed on the end surface (cut end surface).
本実施形態に係る表面処理鋼板1では、めっき層12を、Zn系めっき層とした上で特定の処理を行うことで、非めっき部41においても、赤錆の生成が抑制される(耐赤錆性が向上する)。
その原因については必ずしも明らかではないが、後述する特定の処理を行うことで、非めっき部41において、Zn系めっき層に含まれるZnと処理液に含まれるMgとが、所定の化合物を生成するためであると考えられる。
めっき層12がZn系めっき層でない場合、化合物31の形成効果が十分に得られない。また、鋼板11にMgが含有されていたとしても、特定の処理を行わない場合には、鋼板中に含まれるMg量は微量であり、また、鋼板からのMgの溶出は少ないため、同様の効果は得られない。
また、Zn系めっき層にMgが含まれていても、特定の処理を行わない場合、所定の二領域構造とならず、十分な効果が得られない。
In the surface-treated steel sheet 1 according to this embodiment, the plating layer 12 is made a Zn-based plating layer and then subjected to a specific treatment, thereby suppressing the formation of red rust even in the non-plated portion 41 (improving red rust resistance).
The reason for this is not entirely clear, but it is thought that by performing a specific treatment described below, the Zn contained in the Zn-based plating layer and the Mg contained in the treatment solution in the non-plated portion 41 form a specific compound.
If the plating layer 12 is not a Zn-based plating layer, the effect of forming the compound 31 cannot be sufficiently obtained. Furthermore, even if the steel sheet 11 contains Mg, unless a specific treatment is performed, the amount of Mg contained in the steel sheet is very small and the amount of Mg eluted from the steel sheet is small, so the same effect cannot be obtained.
Furthermore, even if the Zn-based plating layer contains Mg, unless a specific treatment is carried out, the desired two-region structure is not formed, and sufficient effects cannot be obtained.
めっき層12(Zn系めっき層)において、Zn以外の元素の濃度(含有量)は限定されない。しかしながら、めっき層の化学組成が、質量%で、Zn:50.0%超、Al:0.2%超、40.0%未満、Mg:0.2%超、12.5%未満を含むことが好ましい。In the plating layer 12 (Zn-based plating layer), the concentrations (contents) of elements other than Zn are not limited. However, it is preferable that the chemical composition of the plating layer contains, by mass, more than 50.0% Zn, more than 0.2% but less than 40.0% Al, and more than 0.2% but less than 12.5% Mg.
また、めっき層の化学組成は、必要に応じて、さらに、Sn、Bi、In、Ca、Y、La、Ce、Si、Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、Cu、Mn、Fe、Sr、Sb、Pb、及びBの1種以上を含んでもよい。
すなわち、めっき層の化学組成が、質量%で、Al:0.2%超、40.0%未満、Mg:0.2%超、12.5%未満、Sn:0%以上、20.0%以下、Bi:0%以上、5.0%未満、In:0%以上、2.0%未満、Ca:0%以上、3.0%以下、Y:0%以上、0.50%以下、La:0%以上、0.50%未満、Ce:0%以上、0.50%未満、Si:0%以上、2.50%未満、Cr:0%以上、0.25%未満、Ti:0%以上、0.25%未満、Ni:0%以上、0.25%未満、Co:0%以上、0.25%未満、V:0%以上、0.25%未満、Nb:0%以上、0.25%未満、Cu:0%以上、0.25%未満、Mn:0%以上、0.25%未満、Fe:0%以上、5.00%以下、Sr:0%以上、0.50%未満、Sb:0%以上、0.50%未満、Pb:0%以上、0.50%未満、B:0%以上、0.50%未満を含み、残部が50.0%超のZn、及び不純物であってもよい。この場合、めっき層の形成された部分も含めて、表面処理鋼板として、優れた耐食性が得られるので好ましい。
Furthermore, the chemical composition of the plating layer may further include one or more of Sn, Bi, In, Ca, Y, La, Ce, Si, Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, Mn, Fe, Sr, Sb, Pb, and B, as necessary.
That is, the chemical composition of the plating layer is, in mass %, Al: more than 0.2% and less than 40.0%, Mg: more than 0.2% and less than 12.5%, Sn: 0% or more and 20.0% or less, Bi: 0% or more and less than 5.0%, In: 0% or more and less than 2.0%, Ca: 0% or more and 3.0% or less, Y: 0% or more and 0.50% or less, La: 0% or more and less than 0.50%, Ce: 0% or more and less than 0.50%, Si: 0% or more and less than 2.50%, Cr: 0% or more and less than 0.25%, Ti: 0% or more and 0.25% or less. %, Ni: 0% or more and less than 0.25%, Co: 0% or more and less than 0.25%, V: 0% or more and less than 0.25%, Nb: 0% or more and less than 0.25%, Cu: 0% or more and less than 0.25%, Mn: 0% or more and less than 0.25%, Fe: 0% or more and less than 5.00%, Sr: 0% or more and less than 0.50%, Sb: 0% or more and less than 0.50%, Pb: 0% or more and less than 0.50%, B: 0% or more and less than 0.50%, with the balance being more than 50.0% of Zn and impurities. In this case, excellent corrosion resistance can be obtained as a surface-treated steel sheet, including the portion where the plating layer is formed, and this is preferable.
めっき層12の好ましい化学組成の理由について説明する。断りがない限り、めっき層の化学組成における各元素の濃度(含有量)に関する%は質量%である。The reasons for the preferred chemical composition of the plating layer 12 are explained below. Unless otherwise specified, the percentages for the concentration (content) of each element in the chemical composition of the plating layer are mass percentages.
[Al:0.2%超、40.0%未満]
Alは、亜鉛系めっき層において、耐食性を向上させるために有効な元素である。そのため、含有させてもよい。上記効果を十分に得る場合、Al濃度を0.2%超とすることが好ましい。
一方、Al濃度が40.0%以上であると、めっき層の犠牲防食作用が低下する。そのため、Al濃度は40.0%未満であることが好ましい。Al濃度は、より好ましくは、25.0%未満である。
[Al: more than 0.2% and less than 40.0%]
Al is an element effective in improving the corrosion resistance of a zinc-based coating layer. Therefore, Al may be contained. To fully obtain the above effect, the Al concentration is preferably more than 0.2%.
On the other hand, if the Al concentration is 40.0% or more, the sacrificial corrosion protection effect of the plating layer is reduced. Therefore, the Al concentration is preferably less than 40.0%, and more preferably less than 25.0%.
[Mg:0.2%超、12.5%未満]
Mgは、めっき層の耐食性を高める効果を有する元素である。耐食性向上効果を得る場合、Mg濃度を0.2%超とすることが好ましい。Mg濃度は、1.0%以上であることがより好ましく、3.0%以上であることがさらに好ましい。
一方、Mg濃度が12.5%以上であると、耐食性向上の効果が飽和する上、めっき層の加工性が低下する場合がある。また、めっき浴のドロス発生量が増大する等、製造上の問題が生じる。そのため、Mg濃度を12.5%未満とすることが好ましい。
[Mg: more than 0.2% and less than 12.5%]
Mg is an element that has the effect of improving the corrosion resistance of the plating layer. To obtain the effect of improving corrosion resistance, the Mg concentration is preferably more than 0.2%. The Mg concentration is more preferably 1.0% or more, and even more preferably 3.0% or more.
On the other hand, if the Mg concentration is 12.5% or more, the effect of improving corrosion resistance will saturate and the workability of the coating layer may decrease. Furthermore, problems in manufacturing, such as an increase in the amount of dross generated in the coating bath, may occur. Therefore, it is preferable that the Mg concentration be less than 12.5%.
[Sn:0%以上、20.0%以下]
[Bi:0%以上、5.0%未満]
[In:0%以上、2.0%未満]
これらの元素は、耐食性、犠牲防食性の向上に寄与する元素である。そのため、いずれか1種以上を含有させてもよい。上記効果を得る場合、それぞれ、濃度を0.05%以上とすることが好ましく、0.1%以上とすることがより好ましい。
これらのうちでは、Snが、低融点金属でめっき浴の性状を損なうことなく容易に含有させることができるので、好ましい。
一方、Sn濃度が20.0%超、Bi濃度が5.0%以上、又はIn濃度が2.0%以上であると、耐食性が低下する。そのため、それぞれ、Sn濃度を20.0%以下、Bi濃度を5.0%未満、In濃度を2.0%未満とすることが好ましい。
[Sn: 0% or more, 20.0% or less]
[Bi: 0% or more, less than 5.0%]
[In: 0% or more, less than 2.0%]
These elements contribute to improving corrosion resistance and sacrificial corrosion protection. Therefore, one or more of them may be contained. To obtain the above effects, the concentration of each element is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more.
Of these, Sn is preferred because it is a low melting point metal and can be easily incorporated into the plating bath without impairing the properties of the plating bath.
On the other hand, if the Sn concentration exceeds 20.0%, the Bi concentration is 5.0% or more, or the In concentration is 2.0% or more, the corrosion resistance decreases. Therefore, it is preferable that the Sn concentration is 20.0% or less, the Bi concentration is less than 5.0%, and the In concentration is less than 2.0%, respectively.
[Ca:0%以上、3.0%以下]
Caは、操業時に形成されやすいドロスの形成量を減少させ、めっき製造性の向上に寄与する元素である。そのため、Caを含有させてもよい。この効果を得る場合、Ca濃度を0.1%以上とすることが好ましい。
一方、Ca濃度が高いとめっき層の平面部の耐食性そのものが劣化する傾向にあり、溶接部周囲の耐食性も劣化することがある。そのため、Ca濃度は3.0%以下であることが好ましい。
[Ca: 0% or more, 3.0% or less]
Ca is an element that reduces the amount of dross that is likely to form during operation and contributes to improving the productivity of plating. Therefore, Ca may be contained. To obtain this effect, the Ca concentration is preferably 0.1% or more.
On the other hand, if the Ca concentration is high, the corrosion resistance of the flat surface of the plating layer itself tends to deteriorate, and the corrosion resistance around the weld may also deteriorate. Therefore, the Ca concentration is preferably 3.0% or less.
[Y:0%以上、0.50%以下]
[La:0%以上、0.50%未満]
[Ce:0%以上、0.50%未満]
Y、La、Ceは、耐食性の向上に寄与する元素である。この効果を得る場合、これらのうち1種以上を、それぞれ0.05%以上含有することが好ましい。より好ましくは0.10%以上である。
一方、これらの元素の濃度が過剰になるとめっき浴の粘性が上昇し、めっき浴の建浴そのものが困難となることが多く、めっき性状が良好な鋼材を製造できないことが懸念される。そのため、Y濃度を0.50%以下、La濃度を0.50%未満、Ce濃度を0.50%未満とすることが好ましい。
[Y: 0% or more, 0.50% or less]
[La: 0% or more and less than 0.50%]
[Ce: 0% or more, less than 0.50%]
Y, La, and Ce are elements that contribute to improving corrosion resistance. To obtain this effect, it is preferable to contain at least one of these elements in an amount of 0.05% or more, more preferably 0.10% or more.
On the other hand, if the concentrations of these elements are excessive, the viscosity of the coating bath increases, making it difficult to prepare the coating bath itself, and there is a concern that steel products with good coating properties cannot be produced. Therefore, it is preferable that the Y concentration be 0.50% or less, the La concentration be less than 0.50%, and the Ce concentration be less than 0.50%.
[Si:0%以上、2.50%未満]
Siは、耐食性の向上に寄与する元素である。また、Siは、鋼板上にめっき層を形成するにあたり、鋼板表面とめっき層との間に形成される合金層が過剰に厚く形成されることを抑制して、鋼板とめっき層との密着性を高める効果を有する元素でもある。これらの効果を得る場合、Si濃度を0.10%以上とすることが好ましい。Si濃度は、より好ましくは0.20%以上である。
一方、Si濃度が2.50%以上になると、めっき層中に過剰なSiが析出し、耐食性が低下するだけでなく、めっき層の加工性が低下する。従って、Si濃度を2.50%未満とすることが好ましい。Si濃度は、より好ましくは1.50%以下である。
[Si: 0% or more and less than 2.50%]
Si is an element that contributes to improving corrosion resistance. Furthermore, when forming a plating layer on a steel sheet, Si is also an element that has the effect of suppressing the formation of an excessively thick alloy layer between the steel sheet surface and the plating layer, thereby enhancing the adhesion between the steel sheet and the plating layer. To obtain these effects, the Si concentration is preferably 0.10% or more. The Si concentration is more preferably 0.20% or more.
On the other hand, if the Si concentration is 2.50% or more, excessive Si precipitates in the plating layer, which not only reduces the corrosion resistance but also reduces the workability of the plating layer. Therefore, the Si concentration is preferably less than 2.50%. The Si concentration is more preferably 1.50% or less.
[Cr:0%以上、0.25%未満]
[Ti:0%以上、0.25%未満]
[Ni:0%以上、0.25%未満]
[Co:0%以上、0.25%未満]
[V :0%以上、0.25%未満]
[Nb:0%以上、0.25%未満]
[Cu:0%以上、0.25%未満]
[Mn:0%以上、0.25%未満]
これらの元素は、耐食性の向上に寄与する元素である。この効果を得る場合、これらの元素の1種以上の濃度を0.05%以上とすることが好ましい。
一方、これらの元素の濃度が過剰になるとめっき浴の粘性が上昇し、めっき浴の建浴そのものが困難となることが多く、めっき性状が良好な鋼材を製造できないことが懸念される。そのため、各元素の濃度をそれぞれ0.25%未満とすることが好ましい。
[Cr: 0% or more, less than 0.25%]
[Ti: 0% or more and less than 0.25%]
[Ni: 0% or more, less than 0.25%]
[Co: 0% or more, less than 0.25%]
[V: 0% or more and less than 0.25%]
[Nb: 0% or more, less than 0.25%]
[Cu: 0% or more and less than 0.25%]
[Mn: 0% or more and less than 0.25%]
These elements contribute to improving corrosion resistance. To obtain this effect, it is preferable that the concentration of one or more of these elements is 0.05% or more.
On the other hand, if the concentrations of these elements are excessive, the viscosity of the coating bath increases, which often makes it difficult to prepare the coating bath itself, and there is a concern that steel products with good coating properties cannot be produced. Therefore, it is preferable that the concentrations of each element be less than 0.25%.
[Fe:0%以上、5.00%以下]
Feはめっき層を製造する際に、めっき層に混入する。5.00%程度まで含有されることがあるが、この範囲であれば本実施形態に係る表面処理鋼板の効果への悪影響は小さい。そのため、Fe濃度を5.00%以下とすることが好ましい。
[Fe: 0% or more, 5.00% or less]
Fe is mixed into the coating layer when the coating layer is produced. It may be contained up to about 5.00%, but within this range, the adverse effect on the effects of the surface-treated steel sheet according to this embodiment is small. Therefore, the Fe concentration is preferably 5.00% or less.
[Sr:0%以上、0.50%未満]
[Sb:0%以上、0.50%未満]
[Pb:0%以上、0.50%未満]
Sr、Sb、Pbがめっき層中に含有されると、めっき層の外観が変化し、スパングルが形成されて、金属光沢の向上が確認される。この効果を得る場合、Sr、Sb、Pbの1種以上の濃度を0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすることがより好ましい。
一方、これらの元素の濃度が過剰になるとめっき浴の粘性が上昇し、めっき浴の建浴そのものが困難となることが多く、めっき性状が良好な鋼材を製造できないことが懸念される。そのため、各元素の濃度をそれぞれ0.50%未満とすることが好ましい。
[Sr: 0% or more, less than 0.50%]
[Sb: 0% or more, less than 0.50%]
[Pb: 0% or more, less than 0.50%]
When Sr, Sb, and Pb are contained in the plating layer, the appearance of the plating layer changes, spangles are formed, and an improvement in metallic luster is confirmed. To obtain this effect, the concentration of one or more of Sr, Sb, and Pb is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.
On the other hand, if the concentrations of these elements are excessive, the viscosity of the coating bath increases, which often makes it difficult to prepare the coating bath itself, and there is a concern that steel products with good coating properties cannot be produced. Therefore, it is preferable that the concentrations of each element are each less than 0.50%.
[B:0%以上、0.50%未満]
Bは、めっき層中に含有させるとZn、Al、Mg等と化合し、様々な金属間化合物をつくる元素である。この金属間化合物は耐LME性を改善する効果がある。この効果を得る場合、B濃度を0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすることがより好ましい。
一方、B濃度が過剰になるとめっきの融点が著しく上昇し、めっき操業性が悪化してめっき性状の良い表面処理鋼板が得られないことが懸念される。そのため、B濃度を0.50%未満とすることが好ましい。
[B: 0% or more and less than 0.50%]
When B is contained in a plating layer, it combines with Zn, Al, Mg, etc. to form various intermetallic compounds. These intermetallic compounds have the effect of improving LME resistance. To obtain this effect, the B concentration is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.
On the other hand, if the B concentration is excessive, the melting point of the coating will rise significantly, which may lead to deterioration in coating operability and failure to obtain a surface-treated steel sheet with good coating properties. Therefore, it is preferable that the B concentration is less than 0.50%.
[残部:Zn及び不純物]
めっき層の化学組成において、上述した元素以外はZn及び不純物であればよい。めっき層12におけるZnの濃度は、50.0%超であることが好ましく、70.0%以上がより好ましく、85.0%以上がさらに好ましい。
不純物とは、製造の過程で混入する元素である。不純物は通常、その濃度が合計で0.5%以下であるが、合計で0.1%以下であれば好ましい。
[balance: Zn and impurities]
The chemical composition of the plating layer may contain Zn and impurities other than the above-mentioned elements. The Zn concentration in the plating layer 12 is preferably greater than 50.0%, more preferably 70.0% or more, and even more preferably 85.0% or more.
Impurities are elements that are mixed in during the manufacturing process. The total concentration of impurities is usually 0.5% or less, and preferably 0.1% or less.
めっき層12の付着量は限定されないが、耐食性向上のため片面当たり10g/m2以上であることが好ましい。一方、付着量が片面当たり250g/m2を超えても耐食性が飽和する上、経済的に不利になる。そのため、片面当たり付着量は250g/m2以下であることが好ましい。 Although there are no limitations on the coating weight of the plating layer 12, it is preferable that it be 10 g/ m2 or more per side to improve corrosion resistance. On the other hand, if the coating weight exceeds 250 g/ m2 per side, the corrosion resistance will saturate and it will be economically disadvantageous. Therefore, it is preferable that the coating weight per side be 250 g/ m2 or less.
めっき層の化学組成は、以下の方法で測定することが出来る。
まず、地鉄(鋼板)の腐食を抑制するインヒビターを含有した酸(例えば10質量%の塩酸に1質量%のヒビロン(A-6)(スギムラ化学工業株式会社製)を加えた酸)でめっき層を剥離溶解した酸液を得る。次に、得られた酸液をICP分析で測定することで、めっき層12の化学組成を得ることができる。
The chemical composition of the plating layer can be measured by the following method.
First, the plating layer is stripped and dissolved using an acid containing an inhibitor that suppresses corrosion of the base steel (steel sheet) (for example, an acid obtained by adding 1 mass % of Hibilon (A-6) (manufactured by Sugimura Chemical Industry Co., Ltd.) to 10 mass % hydrochloric acid) to obtain an acid solution. Next, the obtained acid solution is measured by ICP analysis to obtain the chemical composition of the plating layer 12.
また、めっき層の付着量は以下の方法で測定することが出来る。
表面処理鋼板から30mm×30mmのサンプルを採取し、このサンプルに対し、地鉄(鋼材)の腐食を抑制するインヒビターを含有した酸(例えば10質量%の塩酸に1質量%のヒビロン(A-6)(スギムラ化学工業株式会社製)を加えた酸)でめっき層を剥離溶解し、剥離溶解後のめっき鋼板の重量変化を測定し、その結果から、付着量を算出する。
The coating weight of the plating layer can be measured by the following method.
A 30 mm x 30 mm sample is taken from the surface-treated steel sheet, and the plating layer is stripped and dissolved from this sample with an acid containing an inhibitor that suppresses corrosion of the base steel (steel material) (for example, an acid obtained by adding 1 mass % of Hibilon (A-6) (manufactured by Sugimura Chemical Industry Co., Ltd.) to 10 mass % hydrochloric acid), and the change in weight of the plated steel sheet after the stripping and dissolution is measured, and the coating weight is calculated from the results.
<化合物>
本実施形態に係る表面処理鋼板1は、鋼板11の表面101(めっき面103、端面102)の非めっき部41の少なくとも一部に、Mgを含有する化合物31が存在する。本実施形態に係る表面処理鋼板では、化合物31は、第一領域R1と第二領域R2とからなる。
ここで、エネルギー分散型X線分析装置付きFE-TEMを用いて、非めっき部の、鋼板の表面に化合物が形成されている位置において、鋼板の表面から表面処理鋼板(表面処理鋼材)の表面(化合物の表面にさらに別の層が形成されていない場合には化合物の表面でもある)に向けて、化合物の厚さ方向(通常鋼板の板厚方向と同じ)に線分析によって連続的にO、Mg、Al、Fe及びZnの濃度分布を測定した際に、Mgの濃度が初めて0.5原子%以上となる位置を第一境界IF1とし、第一境界IF1より表面処理鋼板1の表面側(図2の場合には上側)でMgの濃度が初めて0.5原子%未満となる位置を第二境界IF2とし、第二境界IF2より表面処理鋼板1の表面側(図2の場合には上側)の、Znの濃度が初めて0.05原子%未満となる位置を化合物の表面SFCとしたとき、第一境界IF1と第二境界IF2との間が第一領域R1であり、第二境界IF2と化合物の表面SFCとの間が第二領域R2である。
後述するように、第一領域R1と第二領域R2とでは、耐食性向上の機構が異なると考えられ、二領域構造とすることで、相乗効果によりいずれか一領域の場合に比べてより優れた赤錆生成抑制効果が得られると考えられる。
それぞれについて説明する。
<Compound>
In the surface-treated steel sheet 1 according to this embodiment, compounds 31 containing Mg are present in at least a part of the non-plated portion 41 of the surface 101 (plated surface 103, end surface 102) of the steel sheet 11. In the surface-treated steel sheet according to this embodiment, the compounds 31 are composed of a first region R1 and a second region R2.
Here, when the concentration distributions of O, Mg, Al, Fe, and Zn were measured continuously by linear analysis in the thickness direction of the compound (usually the same as the thickness direction of the steel sheet) from the surface of the steel sheet to the surface of the surface-treated steel sheet (surface-treated steel material) at the position where the compound is formed on the surface of the steel sheet in the non-plated portion, using an FE-TEM equipped with an energy dispersive X-ray analyzer, the Mg concentration became 0.5 atomic % or more for the first time. When the position is defined as a first boundary IF1, the position on the surface side of the surface-treated steel sheet 1 from the first boundary IF1 (upper side in the case of Figure 2) where the Mg concentration becomes less than 0.5 atomic % for the first time is defined as a second boundary IF2, and the position on the surface side of the surface-treated steel sheet 1 from the second boundary IF2 (upper side in the case of Figure 2) where the Zn concentration becomes less than 0.05 atomic % for the first time is defined as the surface SFC of the compound, the area between the first boundary IF1 and the second boundary IF2 is a first region R1, and the area between the second boundary IF2 and the surface SFC of the compound is a second region R2.
As will be described later, it is believed that the mechanisms for improving corrosion resistance are different between the first region R1 and the second region R2, and that by using a two-region structure, a synergistic effect can be achieved that is superior to the case where only one region is used, thereby suppressing red rust formation.
Each one will be explained below.
[第一領域]
第一領域においては、厚さ方向の、第一境界と第二境界との中央部である第一領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090以上である。
上記のような、Mg濃度が比較的高い領域は、環境中水分にMg系腐食生成物が溶解する際に生じる鋼面近傍のpHの上昇に起因して、鋼板の表面を不働態化する作用(アノード反応抑制)を有する。
そのため、化合物領域の下領域(化合物の鋼板側の領域)として、上記のような領域を有することで、優れた赤錆生成抑制効果が得られる。
Mg/Znが0.090未満では、Mg濃度が低く、十分な効果が得られない。好ましくは、Mg/Znが0.090以上でかつ、Mg濃度が2.0~50.0原子%である。Mg濃度が低いと、効果が十分でない場合がある。一方、Mg濃度が50.0原子%超であっても、化合物の形成の効果が飽和する。
また、Mg/Znの上限は限定されないが、Mg濃化の効果が飽和するのでMg/Znは50.00以下であってもよい。
[First area]
In the first region, the atomic ratio of Mg to Zn, Mg/Zn, is 0.090 or more in the center of the first region, which is the center between the first boundary and the second boundary in the thickness direction.
The above-described region with a relatively high Mg concentration has the effect of passivating the surface of the steel sheet (inhibiting the anodic reaction) due to an increase in pH near the steel surface that occurs when Mg-based corrosion products dissolve in the water in the environment.
Therefore, by having the above-described region as the lower region of the compound region (the region of the compound on the steel sheet side), an excellent effect of suppressing red rust formation can be obtained.
If the Mg/Zn ratio is less than 0.090, the Mg concentration is low and a sufficient effect cannot be obtained. Preferably, the Mg/Zn ratio is 0.090 or more and the Mg concentration is 2.0 to 50.0 atomic %. If the Mg concentration is low, the effect may be insufficient. On the other hand, even if the Mg concentration exceeds 50.0 atomic %, the effect of compound formation becomes saturated.
There is no upper limit to the Mg/Zn ratio, but since the effect of enriching Mg is saturated, the Mg/Zn ratio may be 50.00 or less.
第一領域の厚さは、0.05μm以上であることが好ましい。0.05μm未満では、赤錆生成抑制効果が小さくなる。厚さの上限は限定されないが、厚さが増すと剥離の可能性が高まるため30.00μm以下であってもよい。The thickness of the first region is preferably 0.05 μm or more. If it is less than 0.05 μm, the effect of inhibiting red rust formation will be reduced. There is no upper limit to the thickness, but since an increased thickness increases the possibility of peeling, it may be 30.00 μm or less.
第一領域は、透過電子顕微鏡の電子線回折パターンでハローパターンを示すことが好ましい。この場合、非晶質であることで化合物の異方性がなくなり、腐食の起点が減少するので、さらに赤錆生成抑制効果が向上する。
透過電子顕微鏡の電子線回折パターンでハローパターンを示すとは、図3に示すように、電子線回折を行った際に、ハロー状(ぼやけたリング状)のコントラストのパターンが観察されることをいう。
ハローパターンは、図3の右側の写真に示すような、点状の回折パターンの場合も含む。
The first region preferably exhibits a halo pattern in the electron beam diffraction pattern of a transmission electron microscope. In this case, the amorphous nature of the first region eliminates the anisotropy of the compound, reducing the number of corrosion initiation points, thereby further improving the effect of inhibiting red rust formation.
The expression "exhibiting a halo pattern in an electron beam diffraction pattern obtained by a transmission electron microscope" means that a halo-shaped (blurred ring-shaped) contrast pattern is observed when electron beam diffraction is performed, as shown in FIG.
The halo pattern also includes a point-like diffraction pattern as shown in the photograph on the right side of FIG.
[第二領域]
第一領域においては、厚さ方向の、第二境界と化合物の表面との中央部である第二領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090未満である。
上記のような、Zn濃度が比較的高い領域は、絶縁作用、Mgの多い下領域からのMgの流出防止作用(Mgは溶解度が大きく、水に流れ出しやすい)、物理的保護作用(腐食因子の鋼面への到達を阻害)を有する。
そのため、化合物領域の上領域(化合物の表面側の領域)として、上記のような領域を有することで、優れた赤錆生成抑制効果が得られる。
Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090以上であると、Zn濃度が低く、十分な効果が得られない。好ましくは、Mg/Znが0.090未満かつ、Zn濃度が2.0~50.0原子%である。Zn濃度が2.0原子%未満では効果が十分でない場合がある。一方、Zn濃度が50.0原子%超であっても化合物形成の効果は飽和する。
[Second area]
In the first region, the atomic ratio of Mg to Zn, Mg/Zn, is less than 0.090 at the center of the second region, which is the center between the second boundary and the surface of the compound in the thickness direction.
The region with a relatively high Zn concentration as described above has an insulating effect, an effect of preventing Mg from leaking out from the lower region where there is a lot of Mg (Mg has high solubility and easily leaks into water), and a physical protective effect (preventing corrosion factors from reaching the steel surface).
Therefore, by having the above-described region as the upper region of the compound region (region on the surface side of the compound), an excellent effect of inhibiting red rust formation can be obtained.
If the atomic ratio of Mg to Zn, Mg/Zn, is 0.090 or more, the Zn concentration is low and sufficient effects cannot be obtained. Preferably, the Mg/Zn ratio is less than 0.090 and the Zn concentration is 2.0 to 50.0 atomic %. If the Zn concentration is less than 2.0 atomic %, the effect may be insufficient. On the other hand, even if the Zn concentration exceeds 50.0 atomic %, the effect of compound formation saturates.
前記第二領域の厚さは、0.05μm以上であることが好ましい。0.05μm未満では、赤錆生成抑制効果が小さくなる。厚さの上限は限定されないが、厚さが増すと剥離の可能性が高まるため30.00μm以下であってもよい。The thickness of the second region is preferably 0.05 μm or more. If it is less than 0.05 μm, the effect of inhibiting red rust formation will be reduced. There is no upper limit to the thickness, but since an increased thickness increases the possibility of peeling, it may be 30.00 μm or less.
第一領域中央部のMg濃度、Mg/Zn、第二領域中央部のZn濃度、Mg/Znは以下の方法で求めることができる。
表面処理鋼板の、化合物が形成された位置から、厚さ方向の断面が観察できるように、クライオFIB(Focused Ion Beam)法にて試験片を切り出す。FIB法による切り出しは、SEM観察により加工位置を決定するが、SEM観察前に電子照射保護膜としてAuを蒸着させ、炭素から構成される保護膜を形成した後、加速電圧40~5kVで行う。試料保持メッシュはCuメッシュを使用する。化合物が形成された位置は、微小部XRDにて判断する。すなわち、微小部XRDにて、Feが検出され、Zn、Al、Mgのいずれかを含む金属単体の相もしくは金属間化合物相が検出されず、金属層以外の相が検出された箇所を化合物の形成された位置とする。
微小部XRDは、X線源をCr管球とし、照射径をΦ300μm、印加電圧を35kV、印加電流を25mA、スキャン範囲を20~120°とした条件で実施する。
切り出した試験片の断面構造を、透過電子顕微鏡(TEM)にて、例えば10000倍にて、観察する。視野内に化合物の厚さ方向にすべて入らない場合は複数視野で分析してもよい。
エネルギー分散型X線分析装置付きFE-TEMを用いて、試験片の、鋼板の表面から表面処理鋼板の表面に向けて、線分析によって連続的にO、Mg、Al、Fe及びZnの濃度分布を測定する。分析の結果、Mgの濃度が初めて0.5原子%以上となる位置を第一境界IF1とし、第一境界IF1より表面処理鋼板の表面側でMgの濃度が初めて0.5原子%未満となる位置を第二境界IF2とする。
TEM-EDSを用いて、各領域の中央部(CP1、CP2)のそれぞれ5点以上の点で、Zn及びMgの定量分析を行う。分析に際しては、O、Mg、Al、Fe及びZnを分析対象の元素とする。
各領域のZn濃度、Mg濃度の各点の平均値を、各領域のZn濃度、Mg濃度として採用する。観察及びEDS分析は、加速電圧:200kV、プローブ径:1nmΦとして測定する。例えば、使用する透過電子顕微鏡は、JEM-2100F(日本電子社製)を例示でき、EDS測定装置はJED-2300T(日本電子社製)を例示でき、FIB装置はNB5000(日立ハイテクノロジーズ社製)を例示できる。
The Mg concentration and Mg/Zn in the center of the first region and the Zn concentration and Mg/Zn in the center of the second region can be determined by the following method.
Test pieces are cut out from the surface-treated steel sheet at the position where the compound is formed using the cryo-FIB (Focused Ion Beam) method so that a cross section in the thickness direction can be observed. The cutting position using the FIB method is determined by SEM observation, but before SEM observation, Au is evaporated as an electron irradiation protective film, and a protective film composed of carbon is formed, and then the cutting is performed at an acceleration voltage of 40 to 5 kV. A Cu mesh is used as the sample holding mesh. The position where the compound is formed is determined by micro-XRD. That is, the position where Fe is detected in the micro-XRD, and no phase of a simple metal containing Zn, Al, or Mg or an intermetallic compound phase is detected, but a phase other than the metal layer is detected, is considered to be the position where the compound is formed.
The micro-XRD is performed using a Cr tube as the X-ray source under the conditions of an irradiation diameter of Φ300 μm, an applied voltage of 35 kV, an applied current of 25 mA, and a scan range of 20 to 120°.
The cross-sectional structure of the cut-out test piece is observed under a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of, for example, 10,000. If the entire compound cannot be included in the field of view in the thickness direction, multiple fields of view may be used for analysis.
Using an FE-TEM equipped with an energy dispersive X-ray analyzer, the concentration distributions of O, Mg, Al, Fe, and Zn are continuously measured by linear analysis of the test piece from the surface of the steel sheet toward the surface of the coated steel sheet. As a result of the analysis, the position where the Mg concentration first becomes 0.5 atomic % or more is designated as a first boundary IF1, and the position where the Mg concentration first becomes less than 0.5 atomic % on the surface side of the coated steel sheet from the first boundary IF1 is designated as a second boundary IF2.
Quantitative analysis of Zn and Mg was performed at five or more points in the center of each region (CP1, CP2) using TEM-EDS. The elements analyzed were O, Mg, Al, Fe, and Zn.
The average values of the Zn concentration and Mg concentration at each point in each region are used as the Zn concentration and Mg concentration of each region. Observation and EDS analysis are performed at an acceleration voltage of 200 kV and a probe diameter of 1 nmΦ. For example, the transmission electron microscope used can be a JEM-2100F (manufactured by JEOL Ltd.), the EDS measurement device can be a JED-2300T (manufactured by JEOL Ltd.), and the FIB device can be an NB5000 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
第一領域が、透過電子顕微鏡の電子線回折パターンでハローパターンを示すかどうかは、透過電子顕微鏡の電子線回折を行って判断する。透過電子顕微鏡の電子線回折は、FIB-TEMを用いて以下の条件で行う。
上記の定量分析に用いた試験片に対し、プローブ径を10nm程度として、電子線回折を行い、その回折パターンを観察する。図3のいずれかのようなパターンが観察された場合、ハローパターンを示すと判断する。
Whether the first region exhibits a halo pattern in an electron beam diffraction pattern obtained by a transmission electron microscope is determined by performing electron beam diffraction using a transmission electron microscope. The electron beam diffraction using a transmission electron microscope is performed using an FIB-TEM under the following conditions.
The specimen used in the quantitative analysis was subjected to electron beam diffraction using a probe diameter of approximately 10 nm, and the resulting diffraction pattern was observed. If any of the patterns shown in Figure 3 was observed, it was determined to exhibit a halo pattern.
第一領域及び第二領域の厚さは、上記で得られた第一境界と、第二境界との距離、又は第二境界と化合物の表面との距離を測定することで求める。距離の測定は、それぞれ、3箇所で行い、その平均を、第一領域及び第二領域の厚さとする。The thickness of the first and second regions is determined by measuring the distance between the first and second boundaries obtained above, or the distance between the second boundary and the surface of the compound. Distance measurements are taken at three locations, and the average of these measurements is taken as the thickness of the first and second regions.
非めっき部に上記化合物が存在することで、耐食性向上効果(耐赤錆性向上効果)は得られるものの、表面処理鋼板の全体で十分な効果を得る場合、めっき層が形成されていない非めっき部のうち、面積率で50%以上が、化合物で覆われている(被覆率が50面積%以上である)ことが好ましい。覆われる面積率は100%でもよい。 The presence of the above compounds in the non-plated areas improves corrosion resistance (improves red rust resistance), but to obtain a sufficient effect for the entire surface-treated steel sheet, it is preferable that 50% or more of the area of the non-plated areas where no plating layer is formed is covered with the compounds (a coverage rate of 50% or more). The coverage rate may be 100%.
被覆率は、μ-XRFを用いて、以下の方法で求めることができる。
微小部XRDにて、Feが検出され、Zn、Al、Mgのいずれかを含む金属単体の相もしくは金属間化合物相が検出されない箇所を非めっき部とする。微小部XRDは、X線源をCr管球とし、照射径をΦ300μm、印加電圧を35kV、印加電流を25mA、スキャン範囲を20~120°とした条件で実施する。
この非めっき部に対し、分析対象元素をMg、Al、Fe及びZnとし、μ-XRFでMgのマッピング分析を行い、μ-XRFスペクトルの強度を測定し、測定対象となった非めっき部の面積に対して、Mg濃度が0.5原子%以上の領域の面積の割合を「化合物の被覆率」とする。その際、μ-XRFは以下の測定条件とする。
測定雰囲気:真空
管電圧:15kV
管電流:50μA
管球:Rh管球
スキャンスピード:4.00mm s-1
X線スポットサイズ:30μm
The coverage can be determined by the following method using μ-XRF.
The non-plated area is defined as a location where Fe is detected by micro-XRD, but no phase of a simple metal containing Zn, Al, or Mg or no intermetallic compound phase is detected. Micro-XRD is performed using a Cr tube as the X-ray source, with an irradiation diameter of Φ300 μm, an applied voltage of 35 kV, an applied current of 25 mA, and a scan range of 20 to 120°.
The non-plated portion is analyzed using μ-XRF, with Mg mapping analysis performed on the non-plated portion, with Mg, Al, Fe, and Zn as the target elements, and the intensity of the μ-XRF spectrum is measured. The ratio of the area of the region with an Mg concentration of 0.5 atomic % or more to the area of the non-plated portion being measured is defined as the "compound coverage." The μ-XRF measurement conditions are as follows:
Measurement atmosphere: vacuum Tube voltage: 15 kV
Tube current: 50μA
Tube: Rh tube Scan speed: 4.00 mm s
X-ray spot size: 30 μm
<製造方法>
本実施形態に係る表面処理鋼板は、製造方法によらず上記の特徴を有していればその効果は得られるが、以下の工程を含む製造方法によって製造することができる。
(I)鋼板(母材鋼板)の表面に、Znを含むめっき層を形成するめっき工程と、
(II)めっき層の形成された鋼板(めっき鋼板)に、切断及び/又は打ち抜きを行うことで、めっき鋼板を任意の形状とする加工工程と、
(III)非めっき部に所定の化合物を形成する化合物形成工程。
各工程について、好ましい条件を説明する。
<Manufacturing method>
The surface-treated steel sheet according to this embodiment can obtain the effects as long as it has the above-mentioned characteristics regardless of the manufacturing method, but can be manufactured by a manufacturing method including the following steps.
(I) a plating step of forming a plating layer containing Zn on a surface of a steel sheet (base steel sheet);
(II) a processing step of cutting and/or punching the steel sheet (plated steel sheet) on which the plating layer has been formed into a desired shape;
(III) A compound forming step of forming a predetermined compound in the non-plated portion.
Preferable conditions for each step will be explained.
[めっき工程]
めっき工程では、鋼板などの鋼材を、Znを含むめっき浴に浸漬する、又は電気めっきを行うことで、表面にZnを含むめっき層を形成する。めっき層の形成条件については特に限定されない。十分なめっき密着性が得られるように通常の方法で行えばよい。
また、めっき工程に供する鋼材や、その製造方法については限定されない。表面処理鋼板の場合は、めっき浴に浸漬する鋼板として、例えば、JIS G 3131:2018、JIS G 3113:2018等に記載された熱間圧延鋼板(熱延鋼板)やJIS G 3141:2021、JIS G 3135:2018等に記載された冷間圧延鋼板(冷延鋼板)を用いることができる。また、鋼板以外の鋼管、鋼線、鋼から成る各種部材等の鋼材を用いることができる。
めっき浴の組成は、得たいめっき層の化学組成に応じて調整すればよい。
鋼材をめっき浴から引き上げた後は、必要に応じて、ワイピングによって、めっき層の付着量を調整することができる。
[Plating process]
In the plating process, a steel material such as a steel sheet is immersed in a plating bath containing Zn or electroplated to form a plating layer containing Zn on the surface. The conditions for forming the plating layer are not particularly limited. A conventional method may be used so as to obtain sufficient plating adhesion.
Furthermore, the steel material to be subjected to the plating step and its manufacturing method are not limited. In the case of a surface-treated steel sheet, the steel sheet to be immersed in the plating bath can be, for example, a hot-rolled steel sheet (hot-rolled steel sheet) described in JIS G 3131:2018, JIS G 3113:2018, etc., or a cold-rolled steel sheet (cold-rolled steel sheet) described in JIS G 3141:2021, JIS G 3135:2018, etc. In addition, steel materials other than steel sheets, such as steel pipes, steel wires, and various members made of steel, can also be used.
The composition of the plating bath may be adjusted depending on the chemical composition of the plating layer to be obtained.
After the steel material is pulled out of the plating bath, the coating weight of the plating layer can be adjusted by wiping, if necessary.
[加工工程]
加工工程では、切断及び/又は打ち抜きを行うことで、めっき鋼板を任意の形状とする。切断又は打ち抜きを行うと、切断部にめっき層が形成されていない端面が形成される。打ち抜き部にも同様に端面が形成される。
加工工程では、さらに、曲げ加工、絞り加工などを行って形状を変化させてもよい。この場合、めっき面に非めっき部が生じる場合がある。
[Processing process]
In the processing step, the plated steel sheet is cut and/or punched to form a desired shape. When cutting or punching is performed, an end surface without a plating layer is formed at the cut portion. An end surface is also formed at the punched portion.
In the processing step, the shape may be changed by bending, drawing, etc. In this case, non-plated portions may be generated on the plated surface.
[化合物形成工程]
化合物形成工程では非めっき部に所定の化合物を形成する。化合物形成工程は、以下の第一処理と第二処理とを含む。
(第一処理)
加工工程後の鋼板の非めっき部を、Cl-:1.0~100.0 mM、SO4
2-:0.1~10.0 mM、Mg2+:1.0~100.0 mM、CO3
2-:1.0~100.0 mMを含有し、pHが4.5~7.0かつ液温が25~60℃の溶液に、1.0~20.0時間、接触させる。
(第二処理)
第一処理後の鋼板を、Cl-:1.0~100.0 mM、SO4
2-:0.1~10.0 mM、Na+:1.0~100.0 mM、CO3
2-:1.0~100.0 mMを含有し、pHが4.5~7.0かつ液温が25~60℃の溶液に、1.0~20.0時間、接触させる。
第一処理及び第二処理において、非めっき部が溶液に接触するのであれば、めっき部も溶液に接触させてもよい。
[Compound formation process]
In the compound forming step, a predetermined compound is formed in the non-plated portion. The compound forming step includes the following first and second treatments.
(First treatment)
The non-plated portion of the steel sheet after the processing step is brought into contact with a solution containing Cl − : 1.0 to 100.0 mM, SO 4 2− : 0.1 to 10.0 mM, Mg 2+ : 1.0 to 100.0 mM, and CO 3 2− : 1.0 to 100.0 mM, having a pH of 4.5 to 7.0 and a liquid temperature of 25 to 60°C, for 1.0 to 20.0 hours.
(Second treatment)
The steel sheet after the first treatment is brought into contact with a solution containing Cl − : 1.0 to 100.0 mM, SO 4 2− : 0.1 to 10.0 mM, Na + : 1.0 to 100.0 mM, and CO 3 2− : 1.0 to 100.0 mM, having a pH of 4.5 to 7.0 and a liquid temperature of 25 to 60°C, for 1.0 to 20.0 hours.
In the first and second treatments, if the non-plated portion is brought into contact with the solution, the plated portion may also be brought into contact with the solution.
第一処理では、Mg2+を含む溶液に接触させることで、Mg濃度の比較的高い第一領域が形成される。第一領域中のMgは、溶液中のMgによるが、めっき中にMgが含まれる場合、第一領域中のMg濃度がより高くなり、端面耐食性がより向上する。めっき中のMg濃度の増加に伴い第一領域中のMg濃度も増加する。
溶液の各イオン濃度、又はpHが上記範囲外であると、十分な効果が得られない。
また、液温が25℃未満、又は接触時間が1.0時間未満では、十分な反応が起こらず、十分な効果が得られない。
一方、液温が60℃超であると、化合物形成速度が低下傾向となる。また、接触時間が20.0時間超であると、効果が飽和する上、生産性が低下する。
フッ素化合物は、非めっき部上に形成する化合物のMg濃度が低下するため、第一処理に用いる溶液に含まないことが望ましい。
In the first treatment, a first region with a relatively high Mg concentration is formed by contacting the plate with a solution containing Mg 2+ . The amount of Mg in the first region depends on the amount of Mg in the solution, but if Mg is included in the plating, the Mg concentration in the first region becomes higher, further improving the edge corrosion resistance. As the Mg concentration in the plating increases, the Mg concentration in the first region also increases.
If the ion concentration or pH of the solution is outside the above range, sufficient effects cannot be obtained.
If the liquid temperature is less than 25° C. or the contact time is less than 1.0 hour, the reaction will not occur sufficiently, and sufficient effects will not be obtained.
On the other hand, if the liquid temperature exceeds 60° C., the compound formation rate tends to decrease. Furthermore, if the contact time exceeds 20.0 hours, the effect saturates and productivity decreases.
It is desirable that the solution used in the first treatment does not contain fluorine compounds, since these compounds reduce the Mg concentration in the compound formed on the non-plated portion.
第二処理では、Mg2+を含まない上記溶液に接触させることで、Zn濃度の高い第二領域が形成される。
溶液の各イオン濃度、又はpHが上記範囲外であると、十分な効果が得られない。
また、液温が25℃未満、又は接触時間が1.0時間未満では、十分な反応が起こらず、十分な効果が得られない。
一方、液温が60℃超であると、化合物形成速度が低下傾向となる。また、接触時間が20.0時間超であると、効果が飽和する上、生産性が低下する。
In the second treatment, the second region having a high Zn concentration is formed by contacting the above solution that does not contain Mg 2+ .
If the ion concentration or pH of the solution is outside the above range, sufficient effects cannot be obtained.
If the liquid temperature is less than 25° C. or the contact time is less than 1.0 hour, the reaction will not occur sufficiently, and sufficient effects will not be obtained.
On the other hand, if the liquid temperature exceeds 60° C., the compound formation rate tends to decrease. Furthermore, if the contact time exceeds 20.0 hours, the effect saturates and productivity decreases.
めっき工程後、化合物形成工程前には、各種化成処理、塗装処理を行ってもよい。めっき層の表面の凹凸状の模様を利用する、Cr、Ni、Auなどのめっき層をさらに形成し、さらに塗装して意匠を付与することも可能である。After the plating process and before the compound formation process, various chemical conversion treatments and painting processes may be performed. It is also possible to apply a design by forming an additional plating layer of Cr, Ni, Au, etc., utilizing the uneven pattern on the surface of the plating layer, and then painting it.
本実施形態に係る表面処理鋼材は、めっき層上に皮膜を形成してもよい。皮膜は、1層又は2層以上を形成することができる。めっき層直上の皮膜の種類としては、例えば、クロメート皮膜、りん酸塩皮膜、クロメートフリー皮膜が挙げられる。これら皮膜を形成する、クロメート処理、りん酸塩処理、クロメートフリー処理は既知の方法で行うことができる。
クロメート処理には、電解によってクロメート皮膜を形成する電解クロメート処理、素材との反応を利用して皮膜を形成させ、その後余分な処理液を洗い流す反応型クロメート処理、処理液を被塗物に塗布し水洗することなく乾燥して皮膜を形成させる塗布型クロメート処理がある。いずれの処理を採用してもよい。
電解クロメート処理としては、クロム酸、シリカゾル、樹脂(りん酸、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、酢酸ビニルアクリルエマルション、カルボキシル化スチレンブタジエンラテックス、ジイソプロパノールアミン変性エポキシ樹脂等)、及び硬質シリカを使用する電解クロメート処理を例示することができる。
りん酸塩処理としては、例えば、りん酸亜鉛処理、りん酸亜鉛カルシウム処理、りん酸マンガン処理を例示することができる。
クロメートフリー処理は、特に、環境に負荷なく好適である。クロメートフリー処理には、電解によってクロメートフリー皮膜を形成する電解型クロメートフリー処理、素材との反応を利用して皮膜を形成させ、その後、余分な処理液を洗い流す反応型クロメートフリー処理、処理液を被塗物に塗布し水洗することなく乾燥して皮膜を形成させる塗布型クロメートフリー処理がある。いずれの処理を採用してもよい。
The surface-treated steel material according to this embodiment may have a coating formed on the plating layer. One or more coatings may be formed. Examples of the coatings that may be formed directly on the plating layer include chromate coatings, phosphate coatings, and chromate-free coatings. The chromate treatment, phosphate treatment, and chromate-free treatment that form these coatings can be performed by known methods.
Chromate treatments include electrolytic chromate treatments that form a chromate film by electrolysis, reactive chromate treatments that form a film by utilizing a reaction with the material and then wash away excess treatment solution, and paint-on chromate treatments that apply a treatment solution to the substrate and dry it without rinsing with water to form a film. Any of these treatments may be used.
Examples of electrolytic chromate treatments include electrolytic chromate treatments using chromic acid, silica sol, resins (phosphoric acid, acrylic resins, vinyl ester resins, vinyl acetate acrylic emulsions, carboxylated styrene butadiene latex, diisopropanolamine-modified epoxy resins, etc.), and hard silica.
Examples of the phosphate treatment include zinc phosphate treatment, zinc calcium phosphate treatment, and manganese phosphate treatment.
Chromate-free treatments are particularly suitable because they do not place a burden on the environment. Chromate-free treatments include electrolytic chromate-free treatments that form a chromate-free film by electrolysis, reactive chromate-free treatments that form a film by utilizing a reaction with the material and then wash away excess treatment liquid, and paint-on chromate-free treatments that apply a treatment liquid to the substrate and dry it without rinsing with water to form a film. Any of these treatments may be used.
さらに、めっき層直上の皮膜の上に、有機樹脂皮膜を1層もしくは2層以上有してもよい。有機樹脂としては、特定の種類に限定されず、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はこれらの樹脂の変性体等を挙げられる。ここで変性体とは、これらの樹脂の構造中に含まれる反応性官能基に、その官能基と反応し得る官能基を構造中に含む他の化合物(モノマーや架橋剤など)を反応させた樹脂のことを指す。 Furthermore, one or more organic resin coatings may be formed on the coating directly on the plating layer. The organic resin is not limited to a specific type, and examples include polyester resin, polyurethane resin, epoxy resin, acrylic resin, polyolefin resin, and modified versions of these resins. Here, modified versions refer to resins in which reactive functional groups contained in the structure of these resins have been reacted with other compounds (monomers, crosslinkers, etc.) that contain functional groups capable of reacting with the functional groups contained in the resin structure.
このような有機樹脂としては、1種又は2種以上の有機樹脂(変性していないもの)を混合して用いてもよいし、少なくとも1種の有機樹脂の存在下で、少なくとも1種のその他の有機樹脂を変性することによって得られる有機樹脂を1種又は2種以上混合して用いてもよい。また有機樹脂皮膜中には任意の着色顔料や防錆顔料を含んでもよい。水に溶解又は分散することで水系化したものも使用することができる。 Such organic resins may be a mixture of one or more organic resins (unmodified), or a mixture of one or more organic resins obtained by modifying at least one other organic resin in the presence of at least one organic resin. The organic resin film may also contain any coloring pigment or anti-rust pigment. Water-based organic resins that have been dissolved or dispersed in water may also be used.
鋼材として、JIS G 3131:2018を満足する、板厚が4.5mmの、熱延鋼板を準備した。
この鋼板に対し、溶融めっきを行い、表1~表2に記載の化学組成を有するZn系めっき層を形成した。めっき層中の不純物の濃度(含有量)は合計で0.1質量%以下であった。
また、めっき層の付着量は、めっき面の表裏面とも135g/m2とした。
得られためっき鋼板(表面処理鋼板)を電動シャーで切断し、めっき層を有する部分とめっき層を有しない(鋼板が露出した)部分とを有する端面を形成した。めっき面には非めっき部は形成されなかった。
このめっき鋼板の、端面に、表3、表4の条件で溶液に接触させる第一処理を行った。ただし、試料番号2-23で接触させた溶液(溶液2-23)は、以下のようにフッ化物を含む溶液であった。
Cl-:10.0 mM、SO4
2-:5.0 mM、Mg2+: 20.0 mM、フッ化物:1.0 mg/L
その後、端面に、表3、表4の条件で溶液に接触させる第二処理を行った。これにより、化合物を形成させた。
As the steel material, a hot-rolled steel plate having a thickness of 4.5 mm and satisfying JIS G 3131:2018 was prepared.
This steel sheet was subjected to hot-dip plating to form a Zn-based plating layer having the chemical composition shown in Tables 1 and 2. The concentration (content) of impurities in the plating layer was 0.1 mass % or less in total.
The coating weight of the plating layer was 135 g/m 2 on both the front and back surfaces of the plated surface.
The obtained plated steel sheet (surface-treated steel sheet) was cut with an electric shear to form an end face having a portion with a plated layer and a portion without a plated layer (where the steel sheet was exposed). No non-plated portion was formed on the plated surface.
The end surface of this plated steel sheet was subjected to a first treatment in which it was brought into contact with a solution under the conditions shown in Tables 3 and 4. However, the solution brought into contact with sample number 2-23 (solution 2-23) was a solution containing fluoride as follows:
Cl − : 10.0 mM, SO 4 2− : 5.0 mM, Mg 2+ : 20.0 mM, fluoride: 1.0 mg/L
Thereafter, the end surface was subjected to a second treatment in which it was brought into contact with a solution under the conditions shown in Tables 3 and 4. This resulted in the formation of a compound.
得られた表面処理鋼板に対し、上述の要領で、非めっき面の化合物の被覆率、形成された化合物の第一領域、第二領域の厚さ、第一領域中央部のMg濃度、Mg/Zn、第二領域中央部のZn濃度、Mg/Zn、第一領域のハローパターンの有無を測定した。ただし、二領域構造とならなかった例については、被覆率、第一領域のハローパターンの有無については評価しなかった。また、第一領域、又は第二領域の中央部のMg/Znが本開示の範囲外の例についても、第一領域のハローパターンの有無については評価しなかった。
結果を表3~表6に示す。
The obtained surface-treated steel sheets were measured in the manner described above for the coverage of the compound on the non-plated surface, the thickness of the first and second regions of the formed compound, the Mg concentration and Mg/Zn ratio in the center of the first region, the Zn concentration and Mg/Zn ratio in the center of the second region, and the presence or absence of a halo pattern in the first region. However, for examples that did not have a two-region structure, the coverage and the presence or absence of a halo pattern in the first region were not evaluated. Furthermore, for examples in which the Mg/Zn ratio in the center of the first region or the second region was outside the range of the present disclosure, the presence or absence of a halo pattern in the first region was not evaluated.
The results are shown in Tables 3 to 6.
また、表面処理鋼板に対し、暴露試験を行い、90日後の端面における赤錆の面積率を求めた。
暴露条件は、以下の通りとした。
処理した切断端面が上部になるように鋼板サンプルを水平から30°傾斜させ、南向きに設置して大気曝露試験を実施した。
曝露後、サンプルのうち、めっき層が形成されていない面積に対する、赤錆が生成した面積の割合によって以下のように評価し、S、AA、A、又はBであれば、耐赤錆性が良好であり、S、AA、Aであれば耐赤錆性に優れると判断した。
赤錆が生成した面積の割合が100%を超えるものは、めっき層が形成されていない部分だけでなく、その周囲にも赤錆が生成した場合である。
S :60%超、70%以下
AA:70%超、80%以下
A :80%超、90%以下
B :90%超、100%以下
C :100%超
結果を表5、表6に示す。
Furthermore, an exposure test was carried out on the surface-treated steel sheets, and the area ratio of red rust on the edge surface after 90 days was determined.
The exposure conditions were as follows:
The steel plate sample was tilted 30° from the horizontal so that the treated cut end surface was at the top, and was placed facing south, and an atmospheric exposure test was carried out.
After exposure, the sample was evaluated as follows based on the ratio of the area where red rust had formed to the area where no plating layer had been formed. If the sample was rated S, AA, A, or B, it was determined that the red rust resistance was good, and if the sample was rated S, AA, or A, it was determined that the red rust resistance was excellent.
When the percentage of the area where red rust has formed exceeds 100%, red rust has formed not only in the areas where no plating layer is formed, but also in the surrounding areas.
S: More than 60%, 70% or less AA: More than 70%, 80% or less A: More than 80%, 90% or less B: More than 90%, 100% or less C: More than 100% The results are shown in Tables 5 and 6.
表1~6から分かるように、端面に所定の化合物を有する表面処理鋼板の場合、端面の耐赤錆性に優れていた。
一方、端面に所定の化合物が形成されていない場合には、端面の耐赤錆性が劣っていた。
As can be seen from Tables 1 to 6, the surface-treated steel sheets having the specified compounds on the edge surfaces had excellent red rust resistance on the edge surfaces.
On the other hand, when the predetermined compound was not formed on the end surface, the end surface had poor red rust resistance.
本開示によれば、非めっき部の赤錆の生成が抑制される表面処理鋼材を提供することができる。そのため、産業上の利用可能性が高い。 This disclosure makes it possible to provide a surface-treated steel material that suppresses the formation of red rust in non-plated areas. Therefore, it has high industrial applicability.
1 表面処理鋼板(表面処理鋼材)
11 鋼板
12 めっき層(Zn系めっき層)
31 化合物
41 非めっき部
101 表面
102 端面
103 めっき面
IF1 第一境界
IF2 第二境界
R1 第一領域
R2 第二領域
SFC 化合物の表面
CP1 第一領域中央部
CP2 第二領域中央部
1. Surface-treated steel sheet (surface-treated steel material)
11 Steel plate 12 Plating layer (Zn-based plating layer)
31 Compound 41 Non-plated portion 101 Surface 102 End face 103 Plated surface IF1 First boundary IF2 Second boundary R1 First region R2 Second region SFC Surface of compound CP1 Center of first region CP2 Center of second region
Claims (11)
鋼材と、
前記鋼材の表面の少なくとも一部に形成されたZnを含むめっき層と、
を有し、
前記鋼材の表面のうち前記めっき層が形成されていない部分を非めっき部としたとき、前記非めっき部の少なくとも一部に、ZnとMgとを含有する化合物が存在し、
エネルギー分散型X線分析装置付きFE-TEMを用いて、前記非めっき部の前記鋼材の前記表面から前記表面処理鋼材の表面に向けて、前記化合物の厚さ方向に線分析によって連続的にO、Mg、Al、Fe及びZnの濃度分布を測定した際に、Mgの濃度が初めて0.5原子%以上となる位置を第一境界とし、前記第一境界より前記表面処理鋼材の表面側でMgの濃度が初めて0.5原子%未満となる位置を第二境界としたとき、
前記第一境界と前記第二境界との間が前記化合物の第一領域であり、前記第二境界と前記化合物の表面との間が前記化合物の第二領域であり、
前記厚さ方向の、前記第一境界と前記第二境界との中央部である第一領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090以上であり、かつMg濃度が2.0~50.0原子%であり、
前記厚さ方向の、前記第二境界と前記化合物の前記表面との中央部である第二領域中央部において、Znに対するMgの原子比であるMg/Znが0.090未満であり、かつZn濃度が2.0~50.0原子%である、
ことを特徴とする表面処理鋼材。 A surface-treated steel material,
Steel and
a plating layer containing Zn formed on at least a part of a surface of the steel material;
and
When a portion of the surface of the steel material on which the plating layer is not formed is defined as a non-plated portion, a compound containing Zn and Mg is present in at least a part of the non-plated portion,
When the concentration distributions of O, Mg, Al, Fe, and Zn were continuously measured by linear analysis in the thickness direction of the compound from the surface of the steel material in the non-plated portion toward the surface of the surface-treated steel material using an FE-TEM equipped with an energy dispersive X-ray analyzer, the position where the Mg concentration first becomes 0.5 atomic % or more was defined as a first boundary, and the position where the Mg concentration first becomes less than 0.5 atomic % on the surface side of the surface-treated steel material from the first boundary was defined as a second boundary,
a first region of the compound is between the first boundary and the second boundary, and a second region of the compound is between the second boundary and a surface of the compound,
In a first region central portion, which is a central portion between the first boundary and the second boundary in the thickness direction, Mg/Zn, which is an atomic ratio of Mg to Zn, is 0.090 or more, and the Mg concentration is 2.0 to 50.0 atomic %;
In a second region central portion, which is a central portion between the second boundary and the surface of the compound in the thickness direction, Mg/Zn, which is an atomic ratio of Mg to Zn , is less than 0.090, and the Zn concentration is 2.0 to 50.0 atomic %.
A surface-treated steel material characterized by:
Zn:50.0%超、
Al:0.2%超~40.0%未満、
Mg:0.2%超~12.5%未満、
を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の表面処理鋼材。 The chemical composition of the plating layer is, in mass%,
Zn: more than 50.0%,
Al: more than 0.2% to less than 40.0%;
Mg: more than 0.2% to less than 12.5%
The surface-treated steel material according to claim 1, comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の表面処理鋼材。 the first region exhibits a halo pattern in an electron diffraction pattern obtained by a transmission electron microscope;
2. The surface-treated steel material according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の表面処理鋼材。 the first region exhibits a halo pattern in an electron diffraction pattern obtained by a transmission electron microscope;
3. The surface-treated steel material according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の表面処理鋼材。 the compound is present in an area ratio of 50% or more of the surface of the steel material in the non-plated portion;
The surface-treated steel material according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の表面処理鋼材。 The thickness of the first region is 0.05 μm or more.
The surface-treated steel material according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項5に記載の表面処理鋼材。 The thickness of the first region is 0.05 μm or more.
6. The surface-treated steel material according to claim 5.
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の表面処理鋼材。 The thickness of the second region is 0.05 μm or more.
The surface-treated steel material according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項5に記載の表面処理鋼材。 The thickness of the second region is 0.05 μm or more.
6. The surface-treated steel material according to claim 5.
ことを特徴とする請求項6に記載の表面処理鋼材。 The thickness of the second region is 0.05 μm or more.
7. The surface-treated steel material according to claim 6.
ことを特徴とする請求項7に記載の表面処理鋼材。 The thickness of the second region is 0.05 μm or more.
8. The surface-treated steel material according to claim 7.
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