(57)【要約】【課題】塩害を考慮すべき屋外環境下においてより寿命が長い鋼構造物を造ることができる溶融めっき鋼材とその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃｒを０．４０質量％以上５．００質量％以下含有する低合金鋼材を、Ｚｎを５０質量％以上含むめっき浴に浸漬して得られる溶融めっき鋼材において、めっき層が、Ｃｒを０．０４質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｇを０．２０質量％以上４．００質量％以下、Ｆｅを７質量％以上１５質量％以下含有し、残部がＺｎ、Ａｌ、及び、不可避的不純物からなるＺｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層を有し、該Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層の厚さがめっき層全体の厚さの７０％以上９５％以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを０．４０質量％以上５．００質量％以下含有する低合金鋼材を、Ｚｎを５０質量％以上含むめっき浴に浸漬して得られる溶融めっき鋼材において、めっき層が、Ｃｒを０．０４質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｇを０．２０質量％以上４．００質量％以下、Ｆｅを７質量％以上１５質量％以下含有し、残部がＺｎ、Ａｌ、及び、不可避的不純物からなるＺｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層を有し、該Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層の厚さがめっき層全体の厚さの７０％以上９５％以下であることを特徴とする耐食性に優れた溶融めっき鋼材。
【請求項２】
前記低合金鋼材がＣｒを０．４０質量％以上１．５０質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた溶融めっき鋼材。
【請求項３】
前記低合金鋼材が、Ｃ：０．３０質量％以下、Ｓｉ：０．８０質量％以下、Ｍｎ：１．６０質量％以下、Ｐ：０．２０質量％以下、及び、Ｓ：０．０５質量％以下を含有し、その他、必要に応じ、Ｃｕ：１．００質量％以下、Ｔｉ：１．００質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以下、及び、Ｖ：１．００質量％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐食性に優れた溶融めっき鋼材。
【請求項４】
請求項１、２、又は、３に記載の低合金鋼材に、１段目のめっきとして、フラックス法によって溶融亜鉛めっきを施し、４２０℃以上５５０℃以下で１０〜６０分保持し、次いで、めっき層を冷却して固化しためっき鋼材、又は、めっき層の一部が溶融状態のままのめっき鋼材を、２段目のめっきとして、Ａｌ：４．０〜８．０質量％、Ｍｇ：０．４〜５．０質量％、残部：Ｚｎ及び不可避的不純物のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融浴に、浴温度４２０〜４５０℃で３０秒〜５分間浸漬してめっきを施すことを特徴とする耐食性に優れた溶融めっき鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性に優れた溶融めっき鋼材、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融亜鉛めっきは、鋼材の防食方法として広く用いられている技術である。この溶融亜鉛めっきの耐食性を改善した技術としては、Ｚｎ−Ａｌ合金めっき、さらに、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっきなどがある。Ｍｇを含む合金溶融めっきは、耐食性が優れるため、近年、連続溶融めっきの商品として開発が進んでいる。
【０００３】
ただし、鋼構造物のどぶ漬けめっきでは、Ｍｇを含むめっきに適切なフラックスが開発されていないため、純亜鉛めっき後に、再度、鋼構造物を合金めっき浴に浸漬するという二段めっきが通常は行われている。
【０００４】
鋼構造物の寿命を考えて、亜鉛めっきで防食した場合でも、亜鉛めっきが消耗し消失すると、速やかに赤錆が発生し、成長する。亜鉛めっきの補修は、一般に困難であるので、当初の鋼構造体の錆代の設定次第にもよるが、赤錆が発生すると鋼構造物は程なく寿命が尽きることが多い。
【０００５】
また、鋼構造物の防食については、塗装や溶融亜鉛めっき以外に、鋼材そのものが腐食し難い性質を持つ、一般に、耐候性鋼と呼ばれる低合金鋼も使われる。低合金鋼は、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ等を最大で１質量％程度含有する鋼であり、屋外で、無処理で使用しても、赤錆が安定化して、腐食の進行が抑制されるという性質を有している。
【０００６】
このため、亜鉛めっきの優れた防食力と、鋼材そのものが優れた耐食性を有する低合金鋼材を組み合わせれば、寿命が長い鋼構造物を造ることができる可能性があることが推定される。しかし、塩害を考慮すべき屋外環境下での耐食性が十分得られるかどうか不明である。
【０００７】
また、Ｃｒを３質量％以上含有する鋼に、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ合金めっきを施し、めっき層に鋼中のＣｒを拡散させると、Ｃｒが腐食生成物を安定化して、めっき自体の耐食性が向上し、めっき鋼板の耐食性が向上する発明がなされている（特許文献１、参照）。
【０００８】
この発明では、内陸の屋外暴露試験で優れた耐食性を示し、赤錆発生を抑えることができるが、近年、塩害を考慮すべき屋外環境下での耐食性をさらに向上させ、海岸に近い地域での鋼構造物の耐食性の向上を図ることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３-２３１９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、塩害を考慮すべき屋外環境下においてより寿命が長い鋼構造物を造ることができる溶融めっき鋼材と、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実際に、低合金鋼材に、ゼンジマー型連続溶融めっき法で純Ｚｎを溶融めっきした実験では、確かに、鋼材の寿命は長くなったが、これは、単に、低合金鋼材の赤錆発生が、めっきの効果によって遅延しただけであった。
【００１２】
ゼンジマー法で得られるめっきでは、鋼材との合金層の生成量が少なく、事実上、鋼材上にＺｎめっきの層が単に乗っている状態であるので、鋼材とめっきの効果が互いに独立にそれぞれ機能したものである。
【００１３】
鋼構造物のめっきでは、疵等による鋼の露出がない使用条件下では、使用環境でのめっき層の消耗速度が、赤錆発生までの時間、即ち、鋼構造物の寿命を決定する大きな要素となる。
【００１４】
この観点から、種々の亜鉛系めっきのめっき層の消耗速度、特に、塩害を考慮すべき屋外環境下での消耗速度を調査した。その結果、めっき条件によっては、表層のめっき層よりも、めっきプロセス中に生成した鋼材との合金層の消耗速度が小さいことがあることが解った。
【００１５】
また、普通鋼と純Ｚｎめっきの場合には、めっき層や、鋼材との合金層が消失する前に、鋼材との合金層であるＦｅ−Ｚｎ合金層そのものが赤錆を発生することがあり、Ｆｅ−Ｚｎのみの合金層は、消耗速度以外にも問題があることが解った。
【００１６】
種々の合金層の消耗速度を比較すると、Ａｌ、Ｃｒ、及び、Ｍｇが一定量以上含まれるＦｅ−Ｚｎ合金層の消耗速度が最も小さいことが確認された。
【００１７】
ＡｌとＣｒは、合金層の消耗速度の改善に顕著な効果があり、Ｍｇは、腐食液に溶解して流れ出て、Ｍｇ腐食生成物となって表面を覆うことで、Ｆｅ−Ｚｎ合金層の赤錆発生防止と、めっきが消耗して鋼材が大きく露出した場合における赤錆発生の抑制に、それぞれ有効であることが解った。
【００１８】
そして、ＣｒとＭｇが共存する場合には、より低い含有量で消耗速度が小さくなったので、何らかの相乗作用があるものと考えられる。このことから、Ａｌ、Ｃｒ、及び、Ｍｇを含有する、厚いＦｅ−Ｚｎ合金層を有する亜鉛合金めっき鋼材が耐食性に優れることが解る。
【００１９】
この鋼材との合金層は、厚いほど耐食性に優れるが、めっき層がすべて鋼材との合金層となると、表面の金属光沢が無くなり、めっき鋼材としての商品価値に問題が出ることがあるので注意を要する。
【００２０】
本発明者らは、Ｆｅ−Ｚｎ合金層を有する耐食性に優れる亜鉛合金めっき鋼材を製造する場合、融点が低いＡｌとＭｇはめっき浴から供給し、融点が高いＣｒは鋼材から供給することが適切であると考えた。
【００２１】
亜鉛めっき鋼材は、めっき層の消失とともに寿命が尽きる。このため、めっき層は厚いほうが良いのは明らかであるが、通常、ゼンジマー型の連続設備でめっきを行う場合、本発明で示すような厚いめっき層を得ることは極めて困難である。
【００２２】
通常のゼンジマー型の製造方法では、めっき量を、５０μｍ、１００μｍと厚くすることは困難であり、また、鋼材との合金層も薄く均一なものとなる。通板速度を遅くすれば、めっき浴内で合金層を厚くすること、また、めっき後の合金化設備で鋼材との合金層を成長させることは可能である。しかし、通板速度を遅くすると、亜鉛の持ち上げ量、即ち、めっき付着量が少なくなり、また、生産性も悪くなり、本来の設備能力が無駄となる。
【００２３】
このため、前述したように、耐食性確保のための「厚い、鋼材との合金層」と、表面金属光沢のための「最表層の薄い、鋼材との未合金層」を、工業規模で実現するには、連続めっきでない、いわゆる、どぶ漬け溶融めっきが適していると、本発明者らは考えた。
【００２４】
さらに、鋼材との合金層の厚さと、表層の鋼材との非合金層の厚さを制御するためには、初めに、純Ｚｎめっきで厚い鋼材との合金層を成長させ、続いて、Ｍｇを含む、Ｚｎ−Ａｌの共晶浴を利用した低温度での合金めっきを行うことが有利であると考えた。
【００２５】
これは、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇなどの、Ａｌを多く含むめっき浴に浸漬してめっきを行う場合、ＡｌとＦｅの反応が速く、また、不安定であるので、鋼材との合金層の厚さを制御することが困難であるからである。
【００２６】
このような技術的思想の下で、めっき実験及び所定の塩水腐食試験を重ねて、本発明に到った。本発明によれば、塩害を考慮すべき環境下であっても、消耗速度が小さいＦｅ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ−Ｍｇ合金層を厚く成長させためっき層を得ることができる。
【００２７】
本発明は、上記発想及び知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２８】
（１）Ｃｒを０．４０質量％以上５．００質量％以下含有する低合金鋼材を、Ｚｎを５０質量％以上含むめっき浴に浸漬して得られる溶融めっき鋼材において、めっき層が、Ｃｒを０．０４質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｇを０．２０質量％以上４．００質量％以下、Ｆｅを７質量％以上１５質量％以下含有し、残部がＺｎ、Ａｌ、及び、不可避的不純物からなるＺｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層を有し、該Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層の厚さがめっき層全体の厚さの７０％以上９５％以下であることを特徴とする耐食性に優れた溶融めっき鋼材。
【００２９】
（２）前記低合金鋼材がＣｒを０．４０質量％以上１．５０質量％以下含有することを特徴とする前記（１）に記載の耐食性に優れた溶融めっき鋼材。
【００３０】
（３）前記低合金鋼材が、Ｃ：０．３０質量％以下、Ｓｉ：０．８０質量％以下、Ｍｎ：１．６０質量％以下、Ｐ：０．２０質量％以下、及び、Ｓ：０．０５質量％以下を含有し、その他、必要に応じ、Ｃｕ：１．００質量％以下、Ｔｉ：１．００質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以下、及び、Ｖ：１．００質量％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐食性に優れた溶融めっき鋼材。
【００３１】
（４）前記（１）、（２）、又は、（３）に記載の低合金鋼材に、１段目のめっきとして、フラックス法によって溶融亜鉛めっきを施し、４２０℃以上５５０℃以下で１０〜６０分保持し、次いで、めっき層を冷却して固化しためっき鋼材、又は、めっき層の一部が溶融状態のままのめっき鋼材を、２段目のめっきとして、Ａｌ：４．０〜８．０質量％、Ｍｇ：０．４〜５．０質量％、残部：Ｚｎ及び不可避的不純物のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融浴に、浴温度４２０〜４５０℃で３０秒〜５分間浸漬してめっきを施すことを特徴とする耐食性に優れた溶融めっき鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ゼンジマー型連続溶融めっき法による溶融亜鉛めっきと低合金鋼の組み合わせによる効果を超えて、塩害を考慮すべき屋外環境下でも、より寿命が長い鋼構造物を造ることができる溶融めっき鋼材を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００３４】
本発明は、消耗速度が小さい“鋼材との合金層”を厚く成長させためっき層を得ることを基本思想とし、具体的には以下のとおりである。
【００３５】
本発明の耐食性に優れた溶融めっき鋼材（以下「本発明鋼材」ということがある。）は、Ｃｒを０．４０質量％以上５．００質量％以下含有する低合金鋼材を、Ｚｎを５０質量％以上含むめっき浴に浸漬して得られる溶融めっき鋼材において、めっき層が、Ｃｒを０．０４質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｇを０．２０質量％以上４．００質量％以下、Ｆｅを７質量％以上１５質量％以下含有し、残部がＺｎ、Ａｌ、及び、不可避的不純物からなるＺｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層を有し、該Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層の厚さがめっき層全体の厚さの７０％以上９５％以下であることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明の耐食性に優れた溶融めっき鋼材の製造方法（以下「本発明方法」ということがある。）は、Ｃｒを０．４０質量％以上５．００質量％以下含有する低合金鋼材に、１段目のめっきとして、フラックス法によって溶融亜鉛めっきを施し、４２０℃以上５５０℃以下で１０〜６０分保持し、次いで、めっき層を冷却して固化しためっき鋼材、又は、めっき層の一部が溶融状態のままのめっき鋼材を、２段目のめっきとして、Ａｌ：４．０〜８．０質量％、Ｍｇ：０．４〜５．０質量％、残部：Ｚｎ及び不可避的不純物のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融浴に、浴温度４２０〜４５０℃で３０秒〜５分間浸漬してめっきを施すことを特徴とする。
【００３７】
連続溶融めっき設備を用い、低合金鋼−純Ｚｎめっき鋼板のめっき層を合金化した試験において、鋼材との合金層のＣｒ濃度が０．０９質量％以上であれば、鋼材との合金層の耐食性（耐赤錆性）が向上することを、本発明者らは確認した。
【００３８】
上記試験に用いた低合金鋼は、０．１〜２．０質量％程度のＣｒを含み、Ｃｒの他、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ等の添加元素を１質量％未満含有するが、鋼材との合金層の耐食性の向上に寄与したのはＣｒだけであることも確認した。
【００３９】
溶融Ｚｎめっきにおいて生成する鋼材との合金層は、成分組成にもよるが、通常、Ｆｅを１０質量％程度含んでいて、オーダー的には、低合金鋼のＣｒ量の約１／１０が、鋼材との合金層のＣｒ量となる。それ故、鋼材との合金層の耐赤錆性を向上させるためには、低合金鋼は０．９質量％以上のＣｒが必要になる。その結果、Ｃｒを多く含む、ごく一部の低合金鋼のみが、めっきによる利点を享受できることになる。
【００４０】
本発明者らは、０．０９質量％という閾値を下げるため、種々の試験を行った。その結果、鋼材との合金層に微量のＭｇが存在すれば、Ｃｒが０．０９質量％未満でも、鋼材との合金層の耐食性が向上することが解った。
【００４１】
この耐食性向上現象をさらに検討すると、鋼材との合金層に、０．２質量％以上のＭｇと、０．０４質量％以上のＣｒが共存すれば、鋼材との合金層の耐食性向上効果が発現することが解った。
【００４２】
Ｍｇは、めっきの耐食性を改善する元素として周知であり、既に、種々の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板が製造、販売されている。Ｍｇの添加で、Ｚｎめっき又はＺｎ−Ａｌめっきの耐食性を改善するためには、相当量のＭｇ添加が必要で、現在、日本で製造されているＭｇを含む溶融めっきのＭｇ量は、最も低い商品で０．５質量％である。
【００４３】
鋼材との合金層にＭｇとＣｒが共存すると耐食性が向上する現象については、鋼材との合金層にＣｒが存在すると、Ｍｇが０．２質量％という低濃度でも、鋼材との合金層の耐食性が向上するということもできる。
【００４４】
よって、本発明鋼材の“鋼材との合金層”において共存すＣｒとＭｇについて、Ｃｒは０．０４質量％以上とし、Ｍｇは０．２０質量％以上とする。好ましくは、Ｃｒ０．０８質量％以上、Ｍｇ０．４０質量％以上である。
【００４５】
鋼材との合金層においてＭｇと共存すＣｒの上限は０．５０質量％とする。めっき層のＣｒ濃度が０．５０質量％程度になると、Ｃｒの存在だけでめっき層の耐食性は向上する。しかし、Ｃｒが０．５０質量％を超えると、めっき層にＭｇが存在しても、Ｍｇの効果が発現しない場合があることが確認された。これは、Ｍｇの溶出が早すぎるためであると考えられる。それ故、鋼材との合金層のＣｒ濃度は０．５０質量％以下とする。
【００４６】
一方、鋼材との合金層においてＣｒと共存すＭｇが、４．００質量％を超えると、Ｍｇは密度が小さく体積％で大きいため、先行して溶出した後には合金層がポーラスになり耐食性が低化する傾向が見られたため、上限を４．００質量％とする。好ましくは２．００質量％以下である。
【００４７】
鋼材との合金層にＣｒとＭｇが共存する場合、単独では耐食性の向上に寄与しないような低濃度でも、鋼材との合金層の耐食性が向上する理由については、微量のＣｒがめっき層に存在すると、Ｚｎ−ＭｇやＦｅ−Ｍｇのめっき層に比べ、Ｍｇがイオンとして溶解し易くなり、腐食初期でＭｇ2+が溶出し、その後のＭｇ（ＯＨ）2の表面皮膜の形成が進むからであると考えられる。
【００４８】
前述したように、溶融Ｚｎめっきで形成される鋼材との合金層は、成分組成にもよるが、Ｆｅを１０質量％程度含んでいる。このことを踏まえ、本発明鋼材のＺｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層のＦｅ濃度は、７質量％以上１５質量％以下とする。
【００４９】
上記Ｆｅ濃度が７質量％未満であると、ＺｎとＦｅの合金化反応の進行が不十分で、合金層のＣｒ量を満足することができない可能性があるので、上記Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層のＦｅ濃度は７質量％以上とする。好ましくは１０質量％以上である。
【００５０】
一方、上記Ｆｅ濃度が１５質量％を超えると、ＺｎとＦｅの合金化反応が進行しすぎて、腐食初期から赤錆が目立つことになるので、上記Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金層のＦｅ濃度は１５質量％以下とする。好ましくは１２質量％以下である。
【００５１】
本発明鋼材における鋼材との合金層は、Ｃｒ：０．０４質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｇ：０．２０質量％以上４．００質量％以下、Ｆｅ：７質量％以上１５質量％以下を含有し、さらに、所要量のＡｌを含有し、残部：Ｚｎ、及び、不可避的不純物からなるものであが、Ａｌ量は、上記鋼材との合金層の組成を規定する要件としない。理由は後述する。
【００５２】
Ｍｇを含有するめっき層から腐食初期にＭｇが溶解して、Ｆｅ面が露出している端面の防錆能が向上することは知られている。通常、Ｚｎ系溶融めっき鋼材の鋼材との合金層はＦｅリッチであるので、腐食初期から赤錆が目立つ傾向にあるが、本発明鋼材は、鋼材との合金層の上記性質を改善するものである。
【００５３】
本発明鋼材における鋼材との合金層は、厚さ、構造、及び／又は、組成において、ばらつきが生じ易く、鋼材との合金層において安定した耐食性が得られ難い。本発明者らの試験結果によれば、安定した耐食性を得るためには、鋼材との合金層の厚さを、平均で約２０μｍ以上とすることが必要である。
【００５４】
鋼材との合金層の厚さが２０μｍ未満の場合に、めっきの消耗や、赤錆発生が速い試験例があった。これは、鋼材との合金層が固くてクラック等が入り易く、水分等がクラックを通って鉄に接触し、犠牲防食によりめっきが消耗し易いためであると考えられる。
【００５５】
通常の連続ラインでの合金化亜鉛めっき鋼板の製造では、１０μｍ程度の鋼材との合金層を生成するように特化した設備構成であるので、このような鋼材との厚い合金層を形成することは事実上不可能である。
【００５６】
しかし、鋼構造物のどぶ漬けめっきの場合は、容易に２０μｍ以上の鋼材との合金層を生成することができるので、多くの場合、合金層の厚さについて特に考慮する必要はない。本発明方法においては、耐食性の向上のために、この鋼材との合金層を厚く形成することが重要である。
【００５７】
通常、どぶ漬けめっきの場合、浸漬を浴温４５０〜４８０℃で行い、浸漬時間によって鋼材との合金層の厚さを制御するが、浸漬中は、鋼材との合金層が成長すると同時に溶解もするので、浸漬時間を長くし、かつ、浴温を高くすれば、鋼材との合金層が厚くなるというわけではない。
【００５８】
鋼材との合金層を厚くする方法としては、鋼材成分としてＰを添加して、鋼材との合金層のめっき浴中への溶解を抑制する等の、浸漬時間や浸漬温度以外の方法を採用することが望ましい。
【００５９】
本発明方法では、一段目のめっきとしてフラックス法等によって、含Ｃｒ鋼材に純Ｚｎめっきを行い、Ｃｒを含有する厚いＦｅ−Ｚｎ合金層を成長させる。めっき時間は、必要なめっき厚と鋼材の厚さ等によって異なるが、多くの場合は、５分以上の長時間となる。
【００６０】
さらに、上記めっきを施しためっき鋼材を、Ｍｇ含有のめっき浴に浸漬して、鋼材との合金層にＭｇを拡散させる。この２回目のめっきは、Ａｌ：５質量％とＭｇを含有するＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ浴で行う。めっき浴にＡｌを５質量％含有させると、多くの利点がある。
【００６１】
まず、Ｚｎ−５％Ａｌは共晶を形成し、純Ｚｎよりも約４０Ｋ融点が低い。融点が低いと、低温で溶融めっきができるので、一段目のめっきで生成したＦｅを含む鋼材との合金層が、めっき浴に溶解して薄くなることが抑制され、同時に、めつき浴の汚染が抑制される。
【００６２】
実際には、鋼材との合金層の上に存在する純Ｚｎ層をより速く置換除去するために、めっき浴温度は、共晶組成の融点ぎりぎりではなく、純Ｚｎの融点よりも少し高い４２０〜４５０℃が好ましい。即ち、めっき浴温度は、４２０〜４５０℃が、鋼材との合金層の厚さを所要の厚さに維持し、かつ、生産性を高めるうえで好ましい。
【００６３】
次に、鋼材との合金層と、鋼材との非合金層の厚さを制御するため、めっき後の放冷時の合金化反応を抑制することが必要である。特に、本発明鋼材のめっき層においては、鋼材との非合金層を薄くしているので、鋼材との合金層がめっき表面に達する、いわゆる、めっき焼けを起こし易い。このため、２段目のめっきに際しては、めっき浴温を低くして、めっき焼けを起こし難くしている。
【００６４】
さらに、めっき浴がＡｌを多く含むと、めっき浴の流動性が良くなり、鋼材との非合金層の厚さが薄くなり易い。また、鋼材との合金層にＡｌを拡散させて、Ｆｅ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｒ−Ｍｇ合金層を形成すれば、鋼材との合金層の耐食性がさらに向上する。
【００６５】
２段目のめっきの際のめっき時間は、めっき浴温度や、１段目で生成した鋼材との合金層の厚さによっても異なるが、３０秒から５分程度とする。１段目のめっきで生成した鋼材との合金層へのＡｌ、Ｍｇの拡散侵入は、鋼材との合金層の厚さや、めっき浴温度にもよるが、１分以内でも進行すること、さらに、めっき浴中で鋼材との合金層が溶解することを考えると、長時間の浸漬が効果的とは限らない。
【００６６】
鋼材との合金層のＡｌ濃度について、Ａｌ濃度が２質量％以上６０質量％未満の範囲で増加すると、耐食性が良好になる傾向にある。この傾向と、鋼材との合金層のＭｇ量及び／又はＣｒ量との関係は見いだされなかった。
【００６７】
しかし、２段目のめっきに際しては、めっき浴の温度を下げるために、Ａｌ濃度を約５質量％にするので、鋼材との合金層のＡｌ濃度を、５０質量％や、６０質量％という高い濃度にすることは非常に困難である。
【００６８】
現実には、鋼材との合金層のＡｌ濃度は、条件によって大きく変動するので制御困難であり、成り行きに任せざるを得ないのが実情である。このため、鋼材との合金層のＡｌ濃度は、本発明鋼材の要件としない。
【００６９】
非合金めっき層の厚さは、めっき層の厚さと耐食性の関係から、薄いほうが効果的である。しかし、上述のように、非合金めっき層の厚さが薄すぎると、めっき層の表面光沢が失われ、めっき焼けが生じ易くなるので、非合金めっき層の厚さは、一定の厚さが必要である。
【００７０】
このため、めっき層の全面が金属光沢を有するという意味で、鋼材との合金層の最小の厚さが２０μｍの場合、鋼材との非合金化めっき層の厚さは１μｍが必要であるとして、鋼材との合金層の厚さは、めっき層の全厚の９５％を上限とした。好ましくは９０％以下である。
【００７１】
全めっき量（めっき金属使用量）が耐食性に寄与するという観点からは、鋼材との合金層の厚さのめっき層の全厚に対する比率の下限は、９５％に近いことが望ましい。しかし、複雑な形状で部分的に溶融金属の流れが悪く、めっき層が厚くなり易い部位があること、また、異なる鋼種が接合されていて、めっき反応が部分的に異なる可能性もあること考慮し、鋼構造物全体において、鋼材との合金層の厚さのめっき層の全厚に対する比率の下限を７０％とした。好ましくは８０％以上である。
【００７２】
鋼材との合金層においてＭｇと共存するＣｒは０．０４質量％以上０．５０質量％以下である。この濃度は、前述したように、低合金鋼材のＣｒ量の約１／１０であり、Ｃｒは低合金鋼材から供給する。それ故、本発明鋼材の基材である低合金鋼材のＣｒは０．４０質量％以上５．００質量％以下とする。好ましくは、０．４０質量％以上１．５０質量％以下である。
【００７３】
なお、鋼材との合金層において所要量のＣｒを確保する方法として、鋼材のＣｒ量を増加する方法、又は、ＺｎとＦｅの合金化反応を促進する方法が考えられるが、合金化反応を進めると、合金層のＦｅ量が増加し、赤錆が目立ち易くなるので、鋼材のＣｒ量を増加する方法が望ましい。
【００７４】
本発明鋼材の基材である低合金鋼材の成分組成については、めっき層へ供給するＣｒを確保するため、かつ、他の成分元素はめっき層の耐食性に影響を及ぼさないので、Ｃｒ量のみで規定した。
【００７５】
それ故、本発明鋼材の基材である低合金鋼材は、Ｃｒを０．４０質量％以上５．００質量％以下含有するものであればよく、特定の成分組成の低合金鋼材に限定されないが、めっき後の耐食性及び／又は機械特性を確保するうえで、Ｃ：０．３０質量％以下、Ｓｉ：０．８０質量％以下、Ｍｎ：１．５０質量％以下、Ｐ：０．２０質量％以下、及び、Ｓ：０．０５質量％以下を含有し、その他、必要に応じ、Ｃｕ：１．００質量％以下、Ｔｉ：１．００質量％以下、Ｎｉ：１．００質量％以下、及び、Ｖ：１．００質量％以下の１種又は２種以上を含有するものが好ましい。
【００７６】
ここで、好ましい低合金鋼材の成分組成について説明する。
【００７７】
Ｃ：０．３０質量％以下
Ｃは、鋼材の強度を確保する元素であるが、０．３０質量％を超えると、硬度が上昇し、延性や靱性が低下するので０．３０質量％以下とする。
【００７８】
Ｓｉ：０．８０質量％以下
Ｓｉは、鋼材の強度の向上に寄与する元素であるが、０．８０質量％を超えると、硬度が上昇し、延性や靱性が低下するので０．８０質量％以下とする。
【００７９】
Ｍｎ：１．５０質量％以下
Ｍｎは、鋼材の強度の向上に寄与する元素であるが、１．６０質量％を超えると、硬度が上昇し、延性や靱性が低下するので１．６０質量％以下とする。
【００８０】
Ｐ：０．２０質量％以下
Ｐは、鋼材の強度の向上に寄与するとともに、めっき層のめっき浴への溶解を抑制する元素であるが、０．２０質量％を超えると、硬度が上昇し、延性や靱性が低下するので０．２０質量％以下とする。
【００８１】
Ｓ：０．０５質量％以下
Ｓは、不純物元素であり、鋼材の機械特性を阻害する元素であるので少ない方が好ましい。０．０５質量％を超えると、延性や靱性が低下するので、０．０５質量％以下とする。好ましくは０．０３質量％以下である。
【００８２】
低合金鋼材は、上記成分元素の他、必要に応じ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖの１種又は２種以上を含有してもよい。
【００８３】
Ｃｕ：１．００質量％以下
Ｃｕは、鋼材の耐食性を高める元素であるが、１．００質量％を超えると、添加効果が飽和するとともに、鋼材の機械特性が低下するので、１．００質量％以下とする。下限は０を含むが、原材料から、不可避的に０．０１質量％程度は混入するので、実用鋼材としては、０．０１質量％が下限である。
【００８４】
Ｔｉ：１．００質量％以下
Ｔｉは、鋼材の強度の向上に寄与する元素であるが、１．００質量％を超えると、添加効果が飽和するとともに、延性や靱性が低下するので、１．００質量％以下とする。下限は０を含むが、原材料から、不可避的に０．０１質量％程度は混入するので、実用鋼材としては、０．０１質量％が下限である。
【００８５】
Ｎｉ：１．００質量％以下
Ｔｉは、鋼材の耐食性を高める元素であるが、１．００質量％を超えると、添加効果が飽和するとともに、鋼材の機械特性が低下するので、１．００質量％以下とする。下限は０を含むが、原材料から、不可避的に０．０１質量％程度は混入するので、実用鋼材としては、０．０１質量％が下限である。
【００８６】
Ｖ：１．００質量％以下
Ｖは、鋼材の強度の向上に寄与する元素であるが、１．００質量％を超えると、添加効果が飽和するとともに、延性や靱性が低下するので、１．００質量％以下とする。下限は０を含むが、原材料から、不可避的に０．０１質量％程度は混入するので、実用鋼材としては、０．０１質量％が下限である。
【実施例】
【００８７】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００８８】
（実施例１）
表１に示す成分組成の低合金鋼板に、フラックス法で溶融Ｚｎめっきを施した後、溶融Ｚｎの凝固前に、５％Ａｌ−０．８％Ｍｇ−Ｚｎ浴、又は、５％Ａｌ−０．４％Ｍｇ−Ｚｎ浴に浸漬して、めっきを施した。
【００８９】
【表１】
2015040334.tif 000002
【００９０】
１段目のめっきにおいては、鋼材との合金層の厚さは約４０μｍを狙いとし、比較材には、Ｃｒを含有しない普通鋼を用い、２段目のめっきにおいては、５％Ａｌ−Ｚｎめっき浴を用いて試作しためっき鋼板を用いた。
【００９１】
光学顕微鏡による断面組織の観察では、非合金化めっき層の厚さは３〜８μｍであり、めっき層全体に占める鋼材との合金層の厚さは８０〜９０％であった。
【００９２】
１）鋼材との合金層の成分組成の分析は、めっき層の表層約１０μｍを研削して除去した後、残っためっき層を全て、インヒビター入の５％ＨＣｌで剥離し、その後、剥離液をＩＣＰ分析（高周波誘導プラズマ発光分析）して行った。鋼材との合金層と鋼材との非合金層の厚さの比率は、めっき断面の組織を顕微鏡で観察して行った。
【００９３】
２）耐食性の評価は、
(1)ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１  に準拠した塩水噴霧試験（ＳＳＴ）により、６０日後の腐食減量を測定して行い、また、
(2)日本自動車技術会規格ＪＡＳＯ  Ｍ６０９−９１  に準拠した腐食試験（ＪＡＳＯ）により（ただし、ＳＳＴには０．５質量％ＮａＣｌ溶液を用いた。）、１８０サイクルでの腐食減量を測定して行った。
【００９４】
なお、腐食減量は、白錆を剥離液（重クロム酸アンモニウム／アンモニア＝１０／１５（ｇ／Ｌ））で溶解し、溶解の前後の重量変化により算出した。
【００９５】
耐食性試験の結果を表２に示す。
【００９６】
【表２】
2015040334.tif 000003
【００９７】
表２に示すように、０．２質量％以上のＭｇと、０．０４質量％以上のＣｒの両者が鋼材との合金層に共存すると、ＭｇとＣｒが単独で存在する場合の加算効果よりも、はるかに大きな耐食性向上効果が発現することを確認できる。
【００９８】
（実施例２）
表１に示す記号Ｃの低合金鋼板に、実施例１と同様の条件で溶融めっきを施した。２段目のめっき浴を、Ｍｇを順次めっき浴に添加して、Ｍｇ：０〜５．６％とした以外は、全て実施例１と同じである。得られためっき鋼板は、実施例１と同じ評価基準でＳＳＴにて評価した。なお、めっき浴のＭｇ濃度が５．６％の条件では、均一なめっきが得られなかったため評価は実施していない。
【００９９】
耐食性試験の結果を表３に示す。
【０１００】
【表３】
2015040334.tif 000004
【０１０１】
表３に示すように、０．０６質量％のＣｒと０．２質量％以上のＭｇの両者が鋼材との合金層に共存すると、ＣｒとＭｇが単独で存在する場合の加算効果よりも、はるかに大きな耐食性向上効果が発現することを確認できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
前述したように、本発明によれば、ゼンジマー型連続溶融めっき法による溶融亜鉛めっきと低合金鋼の組み合わせによる効果を超えて、塩害を考慮すべき屋外環境下でも、より寿命が長い鋼構造物を造ることができる溶融めっき鋼材を得ることができる。よって、本発明は、めっき鋼材製造産業において利用可能性が高いものである。