JPH0987859A

JPH0987859A - 優れた加工性を有する溶融アルミニウム系めっき鋼板の製造法

Info

Publication number: JPH0987859A
Application number: JP24411295A
Authority: JP
Inventors: Yashichi Oyagi; 八七大八木; Jun Maki; 純真木; Takayuki Omori; 隆之大森
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融アルミめっき鋼板は、優れた耐食性を有
しているが合金層が厚いため強度の加工を行った場合、
加工部の耐食性が劣化し実用性能に問題を生じる。特
に、最近燃料タンク材料としてアルシートが期待されて
いるが、加工性の面で危惧されている。現行アルシート
の加工性向上のため各種の検討がなされてきたが、未だ
十分な対策が打たれていない状況にある。【解決手段】（１）鋼板表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎの
１種又は２種以上を０．００３〜１．０μ厚みのめっき
を行った後、その表面を酸化性雰囲気にて０．０５〜
２．０μの厚みに酸化処理し、酸化皮膜を有する状態に
て、溶融アルミニウムめっき浴あるいは溶融アルミニウ
ムを基体とする溶融アルミニウム合金めっき浴に浸漬
し、該めっき皮膜を形成させることを特徴とする優れた
加工性を有する溶融アルミめっき鋼板の製造法。（２）溶融アルミニウムめっき浴中に、Ｔｉ，Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｍｎ，Ｋ，Ｂｉ，Ｃｅ，Ｌａの１種又は２種以上を
０．１〜５．０％含むことを特徴とする前記（１）に係
わる優れた加工性を有する溶融アルミめっき鋼板の製造
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性・耐熱性・
加工性・溶接性等に優れた溶融Ａｌめっき鋼板、あるい
は溶融Ａｌ合金めっき鋼板に関するものであり、自動車
の排気系部品材料、ガソリンタンク材料、暖房用ストー
ブの熱反射板材料、屋根・壁等各種建築材料に幅広く使
用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミめっき鋼板は、溶融めっき
・電気めっき・真空蒸着等の方法で製造可能なことが知
られているが、品質・製造コスト・量産性等総合的にみ
て溶融めっき法が工業的に幅広く採用されている。この
溶融めっき法は、連続鋳造法により鋳造された鋼片スラ
ブを、熱間圧延、表面スケールを除去する酸洗、及び冷
間圧延した鋼板をめっき原板として使用する。この鋼板
を、酸化炉あるいは無酸化炉中において加熱し、鋼板表
面の冷間圧延油を焼却・除去すると共に、水素雰囲気中
での加熱により原板の再結晶焼鈍とめっきに最適な表面
を準備し、溶融アルミ浴に浸漬する。鋼板表面と溶融ア
ルミの反応により良好な濡れ状態が確保され、ガスワイ
ピングによる付着量調整後の冷却により、めっきが完了
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような溶融めっき
プロセスにおいて、純アルミをめっき金属として選択す
ると、素地との反応性が強く、約１０μ前後の合金層が
形成され、絞り加工あるいは折曲げ加工において、合金
層部分の延性が乏しく合金層が破壊され、めっき剥離を
起こす。（特公昭６２−４０４０６号公報、特公昭６３
−４４８２５号公報）シリコンを５〜１０％程度含むＡ
ｌ−Ｓｉ合金をめっき金属として選択すると、かなり合
金化反応が抑制され、めっき金属と鋼板の界面には約３
μ程度の合金層が形成される。合金層が薄くなることに
より加工性はかなり向上する事により、日本国内ではこ
のＡｌ−Ｓｉ合金めっき鋼板が多くの分野に使用されて
いるが、厳しい加工条件下での使用には限界がある。

【０００４】例えば、絞り加工を行う場合、金型（ダイ
スのコーナーＲ）の形状として、板厚の６倍以上の値に
設定する必要がある。その値以下では、絞り加工時の厳
しい圧縮と曲げ戻し後の引っ張り変形により合金層が破
壊され、めっき剥離を生じることが知られている。本発
明は、既存の溶融アルミめっき鋼板の欠点である合金層
起因の加工トラブルを皆無にし、加工性・耐食性・耐熱
性・溶接性等に優れた溶融Ａｌめっき鋼板を得るため、
合金層の厚みを２μ以下、理想的には１μ以下と極めて
薄くすることを最大の目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】溶融アルミめっき鋼板の
合金層厚みを低減するための試みは、過去において、色
々な検討がされている。例えば、鋼板表面にアルミ以外
の他の金属を事前にめっきし反応性をコントロールする
方法、アルミめっき浴あるいは鋼中に色々な元素を添加
し合金化反応を抑制する方法等がその代表的なものであ
る。本発明者らも同様の検討を数多く行ったが、必ずし
も成功するに至っていない。

【０００６】溶融アルミめっきは非常な高温（めっき浴
温：６３０〜７５０℃）で行われる。鋼板は、めっき浴
への浸漬、ガスワイピングによる付着量調整、スパング
ル（アルミの凝固結晶模様）調整のための特殊処理等を
経たのち、急速冷却されるが、６３０℃以上の温度で１
０秒以上の反応時間があり、鋼板表面と溶融アルミは激
しく合金化し、３μ以上の合金層の形成は避けえないも
のであった。

【０００７】本発明者らは、従来とは異なった発想にて
この合金化反応を抑制するため、種々の可能性を検討
し、酸化物を利用する方法を見いだした。すなわち、被
めっき鋼板の表面にＦｅＯを主体とする酸化膜を形成す
ると、Ｆｅと溶融Ａｌとが接触せず合金層を形成しない
こと、さらに、前記ＦｅＯとＮｉ，Ｃｕ，Ｓｎの酸化物
からなる酸化膜は、ＦｅＯのみの酸化膜に比べて溶融Ａ
ｌの濡れ性が極めて良いことを知見し、本発明を完成し
た。

【０００８】本発明は、（１）被めっき鋼板の表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎの１種
または２種以上から成り厚みが０．００３〜１．０μｍ
の予備めっきを行った後、酸化性雰囲気にて前記被めっ
き鋼板および予備めっき成分を含み厚みが０．０５〜
２．０μｍの酸化被膜を生成させ、さらに溶融アルミニ
ウムめっき浴あるいは溶融アルミニウムを基体とする溶
融アルミニウム合金めっき浴に浸漬することを特徴とす
る溶融アルミ系めっき鋼板の製造法。

【０００９】（２）被めっき鋼板の表面に、Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｓｎの１種または２種以上から成り厚みが０．００
３〜１．０μｍの予備めっきを行った後、酸化性雰囲気
にて前記被めっき鋼板および予備めっき成分を含み厚み
が０．０５〜２．０μｍの酸化被膜を生成させ、さらに
Ｔｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｋ，Ｂｉ，Ｃｅ，Ｌａの１種
または２種以上を合計で０．１〜５．０％含有する溶融
アルミニウムめっき浴あるいは溶融アルミニウムを基体
とする溶融アルミニウム合金めっき浴に浸漬することを
特徴とする溶融アルミ系めっき鋼板の製造法である。

【００１０】以下に本発明の内容を詳述する。本発明に
おいては、鋼板表面と溶融アルミの直接の反応をさける
ため、鋼板表面に酸化皮膜を形成させ、酸化皮膜を介し
てめっき皮膜を付着させることを基本思想とする。即
ち、溶融アルミは鋼板と直接反応せず、表面酸化膜と反
応することによりめっきが可能となる。そのためには、
表面酸化膜と溶融アルミとの反応が短時間に起こる必要
がある。

【００１１】鉄の酸化膜と溶融アルミは、短時間では反
応しない。熱力学的には、鉄と酸素の親和力よりアルミ
と酸素の親和力の方が大きいため、アルミによる鉄酸化
物の還元が容易に起こるように思われる。所が、実際問
題としては殆んど反応が進行せず、めっき金属をはじ
き、濡れ不良現象が生じる。本発明では、この問題を解
消するため、鋼板表面に鉄より還元されやすい金属を予
備めっきし、鋼板表面酸化物皮膜組成を変化させること
を主要な要素としている。

【００１２】予備めっきする金属としては、Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｓｎの１種又は２種以上を０．００３〜１．０μ厚
みにめっきする。めっき方法は、電気めっき、化学めっ
き、真空蒸着等、特に特定するものではないが、工業的
には電気めっき法が最も適している。電気めっき法の場
合、めっき電気量の制御で簡単に付着量を制御すること
ができる。例えば、Ｎｉめっきの場合、めっき電流効率
が１００％の場合、９６５００クーロン通電することに
より、Ｎｉ原子量の１／２（２価イオンから析出するた
め）の析出量が期待される。化学めっきの場合には、温
度及び時間により反応をコントロールし析出量を変える
ことができる。

【００１３】めっき厚みの特定理由としては、鋼板表面
酸化膜の最表面組成を変化させることが主要な狙いであ
るため薄くて十分である。下限の０．００３μは、鋼板
表面組成を変化させるに必要な最低限の量であり、上限
の１．０μは、鋼板表面が完全に予備めっき金属に覆わ
れ効果が飽和する点である。予備めっきされた鋼板は、
その表面を酸化性雰囲気にて０．０５〜２．０μの厚み
に酸化処理され、酸化皮膜を有する状態にて、溶融アル
ミニウムめっき浴あるいは溶融アルミニウムを基体とす
る溶融アルミニウム合金めっき浴に浸漬される。

【００１４】酸化処理の厚みについては、０．０５μ以
下と薄い場合、局部的に酸化膜のより薄い部分があり、
その部分にて素地の鉄と溶融アルミとの反応が起り、局
部的合金化反応が進行するため好ましくない。一方、
２．０μの酸化膜厚みは、素地の鉄と溶融アルミとの反
応を遮断するためには十分な厚みであるが、形成された
酸化膜はアルミによる還元を受ける際、アルミの酸化物
として鋼板〜めっき皮膜界面に残留する。酸化物も合金
層と同様硬くて脆い性質を有しており、２．０μ以上の
酸化膜の存在は加工性を劣化させることになるため、酸
化膜厚みは２．０μを上限値とした。

【００１５】酸化膜厚の制御は、温度、時間と雰囲気
（Ｏ₂濃度）に依存する。通常、溶融アルミめっきライ
ンでは、ＣＯＧ（コークス炉ガス）を熱源として使用す
る。従って、ＣＯＧを燃焼する際の空燃比（空気量／Ｃ
ＯＧ量、完全燃焼の場合＝１）を変化させ、雰囲気のコ
ントロールを行う。目的とする酸化膜厚みは、温度・時
間・雰囲気を変えた予備実験を行い、条件設定する。例
えば、酸化膜厚０．４μの場合、約２０秒の時間で室温
より６５０℃まで空燃比１．２で加熱すれば、１．０μ
の場合、約２０秒の時間で室温より８００℃まで空燃比
１．２で加熱すれば、それぞれ目標厚みの酸化膜が得ら
れる。

【００１６】このようにして形成された酸化皮膜を有す
る鋼板を、溶融アルミニウムあるいは溶融アルミニウム
合金めっき浴に浸漬しめっきを行うわけであるが、めっ
き浴温度は特に限定されるものでない。通常、めっき金
属の融点より５０〜１００℃高い温度がめっき浴温とし
て採用される。めっき浴に浸漬される時間は数秒以下で
あり、短時間で鋼板表面とめっき金属が反応して「濡れ
る」必要がある。完全に「濡れる」ことにより、欠陥の
少ないめっき鋼板を得ることができる。短時間での濡れ
性を確保するためには、浴組成の改善が必要とされる。
アルミニウムあるいはシリコン等、通常使用されている
めっき成分のみでは、短時間での濡れ性を確保する面で
不安があり、濡れ促進成分の存在が必要とされる。

【００１７】濡れ促進成分としては、Ｔｉ，Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｍｎ，Ｋ，Ｂｉ，Ｃｅ，Ｌａが有効であり、これら
の１種又は２種以上を、０．１〜５．０％溶融アルミニ
ウムめっき浴に添加することで良好な濡れ性が確保され
る。これらの成分は、鋼板表面酸化膜と溶融アルミニウ
ムとの反応のトリガーとして働き濡れ性を促進させる効
果を有する。溶融アルミニウム中での溶解度は各成分で
ことなるが０．１％は効果が期待できる下限濃度であ
り、５．０％は効果が飽和すると共に、添加成分によっ
てはめっき浴の融点が上昇することを勘案して上限値を
設定した。

【００１８】以下に本発明の実施例を示す。

【実施例】Ｃ含有量０．００４％の極低炭素鋼の冷延済
み鋼板（板厚０．８ｍｍ）を表面清浄後、表１に示した
種類の予備めっきを行った後、溶融アルミめっきライン
の無酸化炉にて鋼板の加熱と共に表面を酸化させた。酸
化は予備試験にて求めた条件にて、酸化膜厚みが変化す
るような条件設定を行った。酸化処理後、窒素雰囲気に
保たれた炉内にて、母材の極低炭素鋼が十分焼鈍される
温度と時間保持したのち、アルミニウムめっき浴に導入
した。めっき浴成分も表１に示した内容で種々変更さ
せ、めっき浴中にて鋼板表面酸化膜と溶融アルミが反応
し、十分な濡れ性が確保される条件を設定し、最終的に
はガスワイピングによる付着量制御を行い冷却した。

【００１９】実施例１と２は、予備めっき量効果を示す
ものであるが、本発明の付着量範囲内であれば良好な性
能を示す。実施例３と４は、Ｃｕ及びＳｎの予備めっき
と０．５％Ｍｇ添加浴の組合せで極めて良好な性能が得
られる例を示した。実施例５以降は、めっき浴中への添
加元素の有効例を示した。実施例８以降では、Ａｌ−８
％Ｓｉ浴を基本めっき浴として採用した。各めっき条件
におけるめっき鋼板の性能は表１に示した通りであり、
本発明に関わるめっき鋼板（実施例１〜１１）は、めっ
き性・加工性・耐食性共優れた性能を有することが確認
された。

【００２０】

【表１】

【００２１】［試験方法］めっき性：めっき後の鋼板表面の不めっき発生状態を観
察し、以下の評価基準でめっき性を判定した。 × 不めっき発生が認められるもの。〇肉眼では殆ど不めっきが認められないもの。 ◎ 全く不めっきが認められないもの。成形性：鋼板からブランク寸法２００ｍｍφの円板を切
出し、ポンチ径１００ｍｍφ、ダイス肩Ｒ＝２．０ｍｍ
にて円筒絞り成形を行い、成形後のカップ外面にスクラ
ッチ疵を入れテープ剥離試験を行う。評価基準は以下の
通り。 ×× めっき皮膜が全面剥離したもの。 × 全面剥離ではないが、激しい剥離が認められたも
の。〇肉眼では殆ど剥離が認められないもの。 ◎ 全く剥離が認められないもの。耐食性：上記成形試験後の絞りカップの内面に腐食液
（１００ｐｐｍの蟻酸溶液）を注入し、４５℃にて１０
日後の腐食状態を観察する。 ×× 素地の鉄まで全面激しく腐食されたもの。 × 局部的に素地の鉄まで局部的に激しく腐食されたも
の。〇肉眼ではさほど腐食の認められないもの。 ◎ 殆ど腐食の認められないもの。

【００２２】比較例実施例と同一の極低炭素鋼板（板厚０．８ｍｍ）を、表
１（Ａ〜Ｇ）に示した条件にて溶融アルミめっきを行っ
た。比較例Ａの場合、予備めっきのＮｉ付着量が少なく
十分な濡れ性が得られずめっき性の劣るものであった。
比較例Ｂの場合、予備めっきのＮｉ付着量が多く濡れ性
は十分であったが、金属Ｎｉが残留し、出来た（合金層
＋酸化層）厚みが過大なため、加工性及び耐食性の劣る
ものであった。比較例Ｃの場合、鋼板の酸化処理のみ行
ったため濡れ不良による不めっき多発。比較例Ｄの場
合、予備めっきを行ったが酸化処理がないため、めっき
性は良好だが合金層過多のため、加工性及び耐食性不
良。比較例Ｅの場合、酸化処理とＭｇ添加浴を組合せた
が、濡れ性不良。比較例Ｆの場合、通常の純アルミニウ
ムめっきであり、合金層過多のため加工性及び耐食性不
良。比較例Ｇの場合、８％Ｓｉを含むアルミニウム合金
めっきであるが、合金層過多のため加工性及び耐食性不
良。

【００２３】また、酸化物皮膜厚みは非常に薄く、顕微
鏡では厳密な測定が困難である。そこで、予備的に、各
種条件で形成された酸化物皮膜の厚みを溶融めっきを行
わずに重量法と偏光法を併用して測定して求めておき、
溶融めっきまで行った場合の酸化物皮膜の厚みとした。

【００２４】

【発明の効果】本発明によって、合金層が実質的に形成
されず、成形性・耐食性等に優れた溶融アルミ系めっき
鋼板の提供が可能となった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被めっき鋼板の表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓ
ｎの１種または２種以上から成り厚みが０．００３〜
１．０μｍの予備めっきを行った後、酸化性雰囲気にて
前記被めっき鋼板および予備めっき成分を含み厚みが
０．０５〜２．０μｍの酸化被膜を生成させ、さらに溶
融アルミニウムめっき浴あるいは溶融アルミニウムを基
体とする溶融アルミニウム合金めっき浴に浸漬すること
を特徴とする溶融アルミ系めっき鋼板の製造法。
【請求項２】被めっき鋼板の表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓ
ｎの１種または２種以上から成り厚みが０．００３〜
１．０μｍの予備めっきを行った後、酸化性雰囲気にて
前記被めっき鋼板および予備めっき成分を含み厚みが
０．０５〜２．０μｍの酸化被膜を生成させ、さらにＴ
ｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｋ，Ｂｉ，Ｃｅ，Ｌａの１種ま
たは２種以上を合計で０．１〜５．０％含有する溶融ア
ルミニウムめっき浴あるいは溶融アルミニウムを基体と
する溶融アルミニウム合金めっき浴に浸漬することを特
徴とする溶融アルミ系めっき鋼板の製造法。