(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  スチールストリップをＡｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、およびＭｇおよび要すれば別の元素を含む溶融めっき浴に通し、該ストリップ上にＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金コーティングを生成する工程、
（ｂ）  該被覆ストリップを冷却する工程
並びに
（ｃ）  該被覆ストリップを熱処理してコーティングの延性を改良する工程、
を包含し、
該Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が下記重量％範囲のアルミニウム元素、亜鉛元素、ケイ素元素、およびマグネシウム元素：
アルミニウム：        ４０〜６０％
亜鉛：                ４０〜６０％
ケイ素：              ０．３〜３％
マグネシウム：        １〜２．５％
を含有し、
該熱処理工程（ｃ）が、該被覆ストリップをホールド温度より低い温度から少なくとも２００℃のホールド温度まで加熱し；該被覆ストリップを該ホールド温度で保持し；および該被覆ストリップを該ホールド温度から１００℃以下の温度まで４０℃／時間以下の冷却速度で徐冷することを包含する、耐食性Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金のコーティングをスチールストリップ上に生成する方法。
【請求項２】
該被覆ストリップを３００℃未満のホールド温度において熱処理する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
被覆ストリップを２７５℃未満のホールド温度において熱処理する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該被覆ストリップをホールド温度において３０分以下保持する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該熱処理済み被覆ストリップをホールド温度から１００℃以下の温度まで３０℃／時間以下の冷却速度で徐冷する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該マグネシウム濃度が１．５ｗｔ．％〜２．５ｗｔ．％である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該ケイ素濃度が３．０ｗｔ．％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該アルミニウム濃度が少なくとも４５ｗｔ．％である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金がクロムおよび／またはマンガンの意図的な添加を含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が、不純物としてまたは意図的な添加として、別の元素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
（ａ）  スチールストリップをＡｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、およびＭｇを含む溶融めっき浴に通し、該ストリップ上にＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金コーティングを生成する工程、
（ｂ）  該被覆ストリップを熱処理して該コーティングの延性を改良する工程、並びに
（ｃ）  ペイントのコーティングを該冷却された熱処理済み被覆ストリップ上に生成する工程
を包含する、
該Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が下記重量％範囲のアルミニウム元素、亜鉛元素、ケイ素元素、およびマグネシウム元素：
アルミニウム：        ４０〜６０％
亜鉛：                ４０〜６０％
ケイ素：              ０．３〜３％
マグネシウム：        １〜２．５％
を含有し、
該熱処理工程（ｂ）が、該被覆ストリップをホールド温度より低い温度から少なくとも２００℃のホールド温度まで加熱し；該被覆ストリップを該ホールド温度で保持し；および該被覆ストリップを該ホールド温度から１００℃以下の温度まで４０℃／時間以下の冷却速度で徐冷することを包含する、塗装金属被覆スチールストリップを生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリップ、概して耐食性金属アロイコーティングを有するスチールストリップに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明は、特に、合金（ｔｈｅ  ａｌｌｏｙ）中にアルミニウム−亜鉛−ケイ素−マンガンを主要元素として含む耐食性金属アロイコーティングに関し、以下、これに基づいて「Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金」と云う。この金属コーティングは、意図的なアロイング添加として存在するかまたは不可避の不純物として存在する別の元素を含んでいてもよい。従って、用語「Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金」は、そのような別の元素を意図的なアロイング添加として含むかまたは不可避の不純物として含む合金をカバーすると理解される。金属被覆ストリップは、それ自体最終製品として売られていても、片面もしくは両面に適用されるペイントコーティングを有していて塗装最終製品として売られてもよい。
【０００３】
本発明は、これに限るわけではないが、特に、スチールストリップ上のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇコーティングの延性を増加させる方法に関する。
【０００４】
本発明は、これに限るわけではないが、特に、上記Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金で被覆され、任意にペイントで被覆されていてもよく、その後最終用途製品、例えば建材（例えば異形壁（ｐｒｏｆｉｌｅｄ  ｗａｌｌ）およびルーフィング・シート（ｒｏｏｆｉｎｇ  ｓｈｅｅｔｓ））に冷間成形（例えば、ロール成形による。）されるスチールストリップに関する。コーティングの延性は、特に直接冷間成形される領域（例えば引張曲げ）において、そのような最終用途製品（塗装および非塗装）に重要な問題である。
【０００５】
典型的には、本発明のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金は、下記重量％範囲のアルミニウム元素、亜鉛元素、ケイ素元素およびマグネシウム元素：
アルミニウム：        ４０〜６０％
亜鉛：                ４０〜６０％
ケイ素：              ０．３〜３％
マグネシウム：      ０．３〜１０％
を含有する。
【０００６】
典型的には、本発明の耐食性金属アロイコーティングは、溶融めっき法によってスチールストリップ上に生成される。
【０００７】
常套の溶融金属めっき法では、スチールストリップは、概して、１以上の熱処理炉を通り、その後、コーティングポット中に保持される溶融金属アロイの槽に入り、通る。コーティングポットに隣接する熱処理炉は、上記槽の上面に近接した位置に向かって下向きに延びる排出スナウト（ｏｕｔｌｅｔ  ｓｎｏｕｔ）を有する。
【０００８】
この金属アロイは、通常、加熱用誘導子の使用によってコーティングポット中で溶融状態が維持される。ストリップは、通常、槽に浸かる細長い炉進出シュート（ｅｘｉｔ  ｃｈｕｔｅ）またはスナウトの形態の出口末端セクションを通って熱処理炉を出る。槽内で、ストリップは、１以上のシンクロールの周りを通り、槽から上方に取り出され、槽を通ると金属アロイで被覆される。
【０００９】
溶融めっき浴を離れた後、金属アロイ被覆ストリップは、コーティング厚制御ステーション、例えばガスナイフまたはガスワイピングステーション（ｇａｓ  ｗｉｐｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ）、を通り、ここで、被覆面をワイピングガスの噴流に曝してコーティングの厚さを制御する。
【００１０】
次に、金属アロイ被覆ストリップは冷却ステーションを通り、強制冷却を受ける。
【００１１】
その後、要すれば、この被覆ストリップをスキンパス圧延セクション（テンパー圧延セクションとしても知られている。）および張力均質化セクション（ｔｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ  ｓｅｃｔｉｏｎ）に連続に通すことによって、冷却された金属アロイ被覆ストリップを状態調節してもよい。状態調節されたストリップをコイル巻きステーション（ｃｏｉｌｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ）においてコイル巻きする。
【００１２】
最終使用用途に依存して、金属被覆ストリップは、例えばポリマーペイントを用いて、ストリップの片面または両面が塗装されうる。
【００１３】
オーストラリアの国内外で建材、特に異形壁およびルーフィング・シート、に幅広く使用される耐食性金属コーティング組成物は、Ｓｉを含有する５５％Ａｌ−Ｚｎコーティング組成物である。プロファイルド・シートは、通常、塗装された金属アロイ被覆ストリップを冷間成形することによって製造される。典型的には、プロファイルド・シートは、塗装されたストリップをロール成形することによって製造される。
【００１４】
この既知の５５％Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉコーティング組成物へのＭｇの添加は、長年にわたって特許文献で提案されてきた（例えば、新日本製鐵株式会社名義の米国特許第６，６３５，３５９号参照。）が、スチールストリップにおけるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇコーティングはオーストラリアでは商業的に入手できない。
【００１５】
Ｍｇが５５％Ａｌ−Ｚｎコーティング組成物中に含まれると、Ｍｇは製品の性能にある有益な影響、例えば改良されたカットエッジ保護、をもたらすことが証明された。
【００１６】
上記議論は、オーストラリアの国内外で公知の容認されている事柄として見なされない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、様々な温度で３０分間にわたって保持され、次に０．５℃／分の速度で８０℃に冷却された５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇコーティングを有するサンプルの限界曲げ歪みを示す。
【図２】図２は、熱処理済み５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇコーティングを有するサンプルのＣＳＲをホールド温度の関数として示す。
【図３】図３は、バッチ焼鈍、ペイント焼き付けサイクル、および両方の熱処理の組み合わせ後の１５０ｇ／ｍ２  ５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇコーティングの熟成挙動を示す。
【００１８】
本発明者によって、５５％Ａｌ−Ｚｎコーティング組成物へのＭｇの添加がコーティングの延性に大きな悪影響を及ぼすことも証明された。これは、コーティングの微細構造中の粗い金属間相の生成およびコーティングの微細構造中のＡｌリッチなデンドライトとＺｎリッチなインターデンドライト領域とに対するＭｇの硬化効果によって引き起こされる。
【００１９】
特に、硬化効果との関連で、本出願人は、５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ金属コーティングの凝固に続いて、時効硬化反応が起こり、コーティング中のＡｌリッチ相中に溶解された過剰Ｚｎが準安定相として析出することに気づいた。このことは、Ａｌリッチな相の強度の増加をもたらし、結果として潜在的なクラック開始部位の有効性を増加させる。この時効硬化反応は、コーティングの凝固の２〜４週間以内にコーティング硬度の著しい増加をもたらし、この金属アロイ被覆スチール（塗装された金属被覆スチールを含む。）の急コーナーの冷間成形（例えばロール成形）をコーティングの凝固後にすぐに行わなければ、曲げクラッキング（ｂｅｎｄ  ｃｒａｃｋｉｎｇ）の増加が生じうる。場合によっては、このことは大きな問題になりうる。
【００２０】
本出願人は、この時効硬化がＭｇを含むＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉコーティングにおいても生じることを発見した。
【００２１】
本発明は、溶融めっき法によって塗布され、次にコーティングの延性を改良するために熱処理されるスチールストリップ上のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金のコーティングである。
【００２２】
本出願人は、熱処理されないコーティングと比較して、生じるコーティングが引張曲げにおいて低いクラッキングレベルで冷間成形されうることを発見した。本出願人は、更に、熱処理中に得られる利益が長く続くことも発見した。特に、改良された延性は、１２ヶ月以上にわたって保持されうる。
【００２３】
従って、本発明は、スチールストリップを合金で溶融めっきし、次にこの被覆ストリップを熱処理することによって製造されるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金被覆スチールストリップを提供する。
【００２４】
本発明によると、
（ａ）  Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、およびＭｇおよび要すれば別の元素を含む溶融めっき浴にスチールストリップを通し、このストリップ上に合金コーティングを生成する工程、並びに
（ｂ）  この被覆ストリップを熱処理してコーティングの延性を改良する工程
を包含する、スチールストリップにおける耐食性Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金のコーティングの製造方法も提供される。
【００２５】
好ましくは、この方法は、この被覆ストリップを少なくとも１５０℃のホールド温度において熱処理する工程を包含する。
【００２６】
用語「ホールド温度」は、本明細書中、被覆ストリップを加熱し、熱処理サイクルの過程の間に保持する最大温度を意味すると理解される。
【００２７】
より好ましくは、この方法は、少なくとも２００℃のホールド温度において被覆ストリップを熱処理する工程を包含する。
【００２８】
典型的には、この方法は、少なくとも２２５℃のホールド温度において被覆ストリップを熱処理する工程を包含する。
【００２９】
好ましくは、この方法は、３００℃未満のホールド温度において被覆ストリップを熱処理する工程を包含する。
【００３０】
より好ましくは、この方法は、２７５℃未満のホールド温度において被覆ストリップを熱処理する工程を包含する。
【００３１】
好ましくは、この方法は、被覆ストリップをホールド温度において４５分以下保持する工程を包含する。
【００３２】
より好ましくは、この方法は、被覆ストリップをホールド温度において３０分以下保持する工程を包含する。
【００３３】
好ましくは、この方法は、熱処理済み被覆ストリップをホールド温度から１００℃以下の温度まで徐冷する工程を包含する。
【００３４】
本出願人は、熱処理済み被覆ストリップの冷却速度が熱処理によって得られる軟化作用の持続性、すなわち改良された延性、に影響を及ぼすこと、および冷却速度が「緩慢な」冷却速度であることが望ましいことを発見した。
【００３５】
より好ましくは、この方法は、熱処理済み被覆ストリップをホールド温度から８０℃以下の温度まで徐冷する工程を包含する。
【００３６】
好ましくは、冷却速度は４０℃／時間以下である。
【００３７】
より好ましくは、冷却速度は３０℃／時間以下である。
【００３８】
この方法の熱処理工程は、バッチベースで行われても連続ベースで行われてもよい。
【００３９】
典型的には、本発明のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金は、下記重量％範囲のアルミニウム元素、亜鉛元素、ケイ素元素、およびマグネシウム元素：
アルミニウム：        ４０〜６０％
亜鉛：                ４０〜６０％
ケイ素：              ０．３〜３％
マグネシウム：      ０．３〜１０％
を含有する。
【００４０】
好ましくは、マグネシウム濃度は８ｗｔ．％未満である。
【００４１】
好ましくは、マグネシウム濃度は３ｗｔ．％未満である。
【００４２】
好ましくは、マグネシウム濃度は少なくとも０．５ｗｔ．％である。
【００４３】
好ましくは、マグネシウム濃度は１ｗｔ．％〜３ｗｔ．％である。
【００４４】
より好ましくは、マグネシウム濃度は１．５ｗｔ．％〜２．５ｗｔ．％である。
【００４５】
好ましくは、ケイ素濃度は３．０ｗｔ．％未満である。
【００４６】
好ましくは、ケイ素濃度は１．６ｗｔ．％未満である。
【００４７】
好ましくは、ケイ素濃度は１．２ｗｔ．％未満である。
【００４８】
好ましくは、ケイ素濃度は０．６ｗｔ．％未満である。
【００４９】
好ましくは、アルミニウム濃度は少なくとも４５ｗｔ．％である。
【００５０】
典型的には、アルミニウム濃度は少なくとも５０ｗｔ．％である。
【００５１】
Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金は、意図的な添加、すなわち、クロムおよび／またはマンガンの不純物レベルと見なされる濃度レベルを超える添加を含まない。
【００５２】
Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金は、別の元素を不純物として含んでいても意図的な添加として含んでいてもよい。
【００５３】
好ましくは、ストリップ上のコーティングは３０ミクロン以下である。
【００５４】
本発明によると、上記方法によって生成される金属被覆スチールストリップも提供される。
【００５５】
好ましくは、金属被覆スチールストリップは最終用途製品、例えば建材（例えば、異形壁およびルーフィング・シート）、に冷間成形される。
【００５６】
本発明によると、
（ａ）  Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、およびＭｇおよび要すれば別の元素を含む溶融めっき浴にスチールストリップを通し、このストリップ上に合金コーティングを生じる工程、
（ｂ）  被覆ストリップを熱処理してコーティングの延性を改良する工程；
（ｃ）  この熱処理済み被覆ストリップをホールド温度から１００℃以下の温度まで徐冷する工程；並びに
（ｄ）  ペイントのコーティングを冷却された熱処理済み被覆ストリップ上に生成する工程
を包含する、塗装金属被覆スチールストリップの成形方法もまた提供される。
【００５７】
好ましくは、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ合金および熱処理工程は上に定義されたとおりである。
【００５８】
本発明によると、上記方法によって生成される塗装金属被覆スチールストリップもまた提供される。
【００５９】
好ましくは、金属被覆スチールストリップは最終用途製品、例えば建材（例えば異形壁およびルーフィング・シート）、に冷間成形される。
【実施例】
【００６０】
本発明は、出願人によって行われる実施例ベースである。
【００６１】
特に、実施例を、
（ａ）  ５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇコーティングの延性の改良が焼鈍熱処理によって達成されるか否か、
（ｂ）  最適保持温度、および
（ｃ）  熱処理コーティング（次のペイント焼き付けサイクル（ＰＢＣ）熱処理シミュレーションが行われた熱処理コーティングを含む。）の熟成挙動
を決定するために行った。
【００６２】
５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ合金で被覆されたコーティング密度１５０ｇ／ｍ２（すなわち、ストリップサンプルのそれぞれの面に７５ｇ／ｍ２）のスチールストリップのサンプルに実施例を行い、次にサンプルを様々なホールド温度範囲に加熱し、サンプルをその温度において予め決定された時間３０分間にわたって保持し、次に熱処理済みサンプルを周囲温度に冷却することによって熱処理した。
【００６３】
実施例は、更に、いくつかのサンプルに対するペイント焼き付けサイクル（ＰＢＣ）熱処理シミュレーションも含んだ。ＰＢＣ処理は、サンプルをピーク金属温度２３０℃に約７℃／秒において加熱する工程、次の水焼き入れ工程を包含した。
【００６４】
図１は、さまざまな温度で上記予め決定された時間（３０分間）にわたって保持され、次に０．５℃／分の速度で８０℃に冷却された５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ（コーティング密度１５０ｇ／ｍ２）コーティングを有するサンプルの限界曲げ歪（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｂｅｎｄ  ｓｔｒａｉｎ、ＣＢＳ）、すなわち、クラッキングを開始するのに必要とされるコーティングの歪、を示す。
【００６５】
図１は、ＣＢＳが、得られたままの（ａｓ−ｒｅｃｅｉｖｅｄ）被覆サンプル（すなわち、周囲温度におけるサンプルポイント）の５．３％から、２２５〜２５０℃の範囲のホールド温度において熱処理された被覆サンプルの最大８．３％まで増加したことを示す。このことは、コーティングの延性の５６％増加（著しい改良）に相当する。この図は、更に、ＣＢＳがホールド温度１５０℃において増加を開始することも示す。
【００６６】
サンプルのコーティング延性を評価するためにクラッキング度（ｃｒａｋｉｎｇ  ｓｅｖｅｒｉｔｙ）の半定量測定も使用した。
【００６７】
クラック度評価（ＣＳＲ）は、５５％Ａｌ−Ｚｎコーティング界でコーティング延性の尺度として一般的に使用される無次元引張曲げクラック度システムである。２Ｔベンドを製造し、立体顕微鏡下で倍率１５倍で見る。そのようにしてベンドのクラッキングを標準セットと比較し、０〜１０の数を割り当てる（０はクラッキングが見えないことを示し、１０は激しいクラッキングを示す。）。従って、低いＣＳＲ評価が高い評価よりも好ましい。
【００６８】
図２は、熱処理済み５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ（１５０ｇ／ｍ２）コーティングを有するサンプルのＣＳＲをホールド温度の関数として示す。図から２２５℃がこの試験おける最適ホールド温度であることが明らかである。更に、図からＣＳＲがホールド温度１５０℃において改良しはじめたことも明らかである。
【００６９】
図３は、（ａ）３ヶ月以下熟成された、上で証明された最適ホールド温度２２５℃において上記予め決定された時間３０分間にわたって熱処理された５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ合金のコーティングを有するサンプル、（ｂ）ペイント焼き付けサイクル処理した項目（ａ）に記載のサンプル、（ｃ）得られたままの５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ合金のコーティングを有するサンプル、および（ｄ）ペイント焼き付けサイクル処理しか受けていない５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ合金のコーティングを有するサンプルの熟成挙動を示す。
【００７０】
熱処理済みコーティングに関しては、焼鈍コーティングが次のペイント焼き付けサイクル熱処理を行われても、得られたままの延性への著しい逆戻りが３ヶ月で観測されなかった。これらの結果の外挿は、ホールド温度２２５℃における予め決定された時間３０分間にわたる熱処理が１２ヶ月よりも長い期間有効であるという結論をもたらす。
【００７１】
上記実施例は、ストリップ上の５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇ合金のコーティングの熱処理がコーティングの延性を改良したということを示す。
【００７２】
本発明の精神および範囲から逸脱することなしに上記本発明に多くの変更が行われうる。
【００７３】
一例として、実施例を５５％Ａｌ−Ｚｎ−１．５％Ｓｉ−２％Ｍｇコーティングに対して行ったが、本発明は、更にＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇコーティングにも一般的に適用可能である。
【図１】
0005815947.tif 000002
【図２】
0005815947.tif 000003
【図３】
0005815947.tif 000004