(57)【要約】【課題】Ｚｎ系めっき鋼材を種々の方法で溶接する際、溶接熱影響部における液体金属脆化割れの発生を抑制可能な、溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材を提供する。【解決手段】鋼材と該鋼材表面に付与した溶融Ｚｎ系めっき層との界面に、質量％で、Ｐ：０．０１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｓ：０．０１〜１２％、Ｍｏ：０．０１〜２５％、Ｗ：０．０１〜４０％、Ｃｏ：０．０１〜５０％、Ｓｎ：０．０１〜３０％、Ｍｎ：０．０１〜２５％の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなるＮｉ合金めっき層を有することを特徴とする溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材と該鋼材表面に付与した溶融Ｚｎ系めっき層との界面に、質量％で、
Ｐ：０．０１〜１１％、
Ｂ：０．０１〜１３％、
Ｓ：０．０１〜１２％、
Ｍｏ：０．０１〜２５％、
Ｗ：０．０１〜４０％、
Ｃｏ：０．０１〜５０％、
Ｓｎ：０．０１〜３０％、
Ｍｎ：０．０１〜２５％、
の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなるＮｉ合金めっき層を有することを特徴とする溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【請求項２】
前記Ｎｉ合金めっき層の厚みが０．０１〜５μｍである請求項１記載の溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【請求項３】
前記溶融Ｚｎ系めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１％超１０％以下を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である請求項１記載の溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【請求項４】
前記溶融Ｚｎ系めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１％超１０％以下、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である請求項１記載の溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、建材、自動車等の構造部材に使用される溶融Ｚｎ系めっき鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｚｎめっき鋼材は、建材及び自動車の構造部材の耐食性向上を目的として幅広く用いられている。Ｚｎめっきに下地鋼に達するような疵が付いた場合、下地鋼に対してＺｎめっき層は電気化学的に卑であるから、下地鋼をカソードとしてアノード溶解し、絶縁性の腐食生成物を生成することで、その後のめっきの腐食を抑制する。初期に生成するのは、塩基性塩化Ｚｎや塩基性炭酸Ｚｎを主体とする絶縁性の腐食生成物である。この腐食生成物は時間を経るとＺｎＯに変化する。ＺｎＯは塩基性塩化Ｚｎに比べてポーラスであるため、めっきの腐食を抑制できない。そこで、最近では、絶縁性の腐食生成物を安定化させることによる耐食性の向上を目的として、Ｚｎめっき中にＡｌ、Ｍｇ又はＳｉを添加したＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき等のＺｎ系めっきを鋼材表面に施した、耐食性に優れたＺｎ系めっき鋼材が特開平１０−２２６８６５号公報（特許文献１）及び特開２０００−６４０６１号公報（特許文献２）で知られている。
【０００３】
また、これらＺｎ系めっき鋼材を用いて管状に成形後、突合せ端部を高周波誘導溶接及び高周波抵抗溶接（以下、電縫溶接という）等により溶接した鋼管や角管も多く使用されている。しかし、これらＺｎ系めっき鋼材を溶接する際に、鋼材の溶接熱影響部（以下、溶接ＨＡＺ部という）では、溶接入熱により溶融されたＺｎ系めっきが鋼材表面に溶融状態のまま残留しやすく、かつ、鋼材組織は結晶粒が成長、粗大化した組織となりやすい。このような状態で鋼材に引用応力が働いた場合には、鋼材の溶接ＨＡＺ部組織によっては、溶融めっきが鋼材表面の結晶粒界に侵入して粒界が脆化した領域、つまり脆化域が形成され、割れが発生する場合がある。特に被溶接部材が著しく拘束された状態での溶接時に溶接ＨＡＺ部の脆化域で割れが発生することがある。
【０００４】
一方、従来から、鋼材を溶接して得られた溶接構造物を高温溶融Ｚｎ合金めっき浴中でめっき処理する際にも、溶接構造物の溶接部、特に溶接止端部〔溶接ビード（溶接金属）と鋼材との境界〕近傍に残留した引張応力（以下、残留引張応力という）やめっき浴中で発生する熱歪み等が作用し同様な割れが発生することが知られていた。これらのように、高温である種の液体金属がある種の固体金属表面に接触し、かつ固体金属表面にある大きさの引張応力が作用する場合に、固体金属表面に脆化域が形成され、割れが発生する現象を液体金属脆化割れ：ＬＭＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ）と称され、例えば、文献Ａ．Ｋ．  Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，Ｊ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔａｌｓ，１９１４，ｐ．１０８（非特許文献１）で知られている。
【０００５】
従来、溶接継ぎ手を高温溶融めっき浴中でめっきする際に発生する液体金属脆化割れ（ＬＭＥ）を抑制するための手法としては、鋼材の成分規定による組織制御が試みられており、ＬＭＥ炭素当量式がＪＩＳ（例えば、鋼材用はＪＩＳ  Ｇ３２１９−１９９５、また、鋼管用はＪＩＳ  Ｇ  ３４７４−１９９５）で規格化されている。また、特開平５−１５６４０６号公報（特許文献３）では、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきが施される鋼材に対して鋼材の各成分を限定するとともに、特にＢに対しては０．０００２質量％以下の厳しい制約を設けている。
【０００６】
また、従来の自動車、建築分野においては、普通鋼材を溶接後、その溶接構造物をＺｎめっき浴中でめっき処理する、後付けめっき処理が主流であったが、近年、工程省略、製造コスト削減の観点からめっき後の鋼材又はその成形部材を溶接する、プレめっき鋼材の溶接施工が適用されるようになり、溶接時に発生するめっき割れを抑制するための技術に対する産業上の意義が大きくなってきた。
また、耐食性に優れた鋼管を製造する方法として、生産性向上及び製造コスト低減の観点から、従来の電縫鋼管製品を後付けめっき処理する方法に替えて、近年、Ｚｎ系めっき鋼板を用いて管状に成形後、突合せ端部を電縫溶接する方法も実用化されている。
【０００７】
しかし、造管後の電縫溶接時には、大きなスプリングバック力（加工反力）、成形歪または熱収縮力が作用するため、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき等のＺｎ系めっきの成分系の種類によっては、９００℃より低い温度域で溶接ＨＡＺ部表面に残留した溶融Ｚｎ系めっきが鋼材表面から粒界に浸入して、液体金属脆化割れが起こる。
【０００８】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１０−２２６８６５号公報）
（２）特許文献２（特開２０００−６４０６１号公報）
（３）特許文献３（特開平５−１５６４０６号公報）
（４）非特許文献１（Ａ．Ｋ．  Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，Ｊ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔａｌｓ，１９１４，ｐ．１０８）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を踏まえ、例えば、めっき鋼材、特に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき等を施したＺｎ系めっき鋼材を種々の方法で溶接する際、溶接熱影響部における液体金属脆化割れの発生を抑制可能な、溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記の課題に対して鋭意検討した結果、鋼材に特定組成、付着量のＮｉ合金めっきを付与した後に溶融Ｚｎ系めっきを行うことで、鋼材成分の制約無しで溶接時における溶接ＨＡＺ部における割れの発生を抑制可能であることを見出した。本発明は、上記知見に基づき完成されたもので、その要旨は次の通りである。
（１）鋼材と該鋼材表面に付与した溶融Ｚｎ系めっき層との界面に、質量％で、Ｐ：０．０１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｓ：０．０１〜１２％、Ｍｏ：０．０１〜２５％、Ｗ：０．０１〜４０％、Ｃｏ：０．０１〜５０％、Ｓｎ：０．０１〜３０％、Ｍｎ：０．０１〜２５％、の１種又は２種以上を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなるＮｉ合金めっき層を有することを特徴とする溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
【００１１】
（２）前記Ｎｉ合金めっき層の厚みが０．０１〜５μｍである（１）記載の溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
（３）前記溶融Ｚｎ系めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１％超１０％以下を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（１）記載の溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材。
（４）前記溶融Ｚｎ系めっきが、質量％で、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１％超１０％以下、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物である（１）記載の溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の下地鋼材については、特に制約を設けない。熱間圧延、冷間圧延材を問わず使用でき、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを多量に含有する高強度鋼に対し、めっきを行ってもよい。発明者らは、板厚３．２ｍｍのアルミキルド鋼板を塩酸酸洗にてスケール除去した後、Ｎｉ合金めっきを行い、その後、溶融めっきを行った。
溶接部の割れの評価方法としては、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、板厚５ｍｍの低炭素アルミキルド厚手鋼材１の内側に、評価対象となるめっき鋼材２を嵌め込み溶接３し、さらに、めっき鋼材２上に直径３０ｍｍ長さ３０ｍｍの低炭素アルミキルド丸鋼４を円周溶接５することによって、円周溶接５の溶接ビードのクレータ部（終端部）に溶接割れ部６での発生する割れの深さを測定し評価した。厚手鋼材１にめっき鋼材２を溶接することにより、めっき鋼材２を円周溶接５する際の拘束条件を厳しくした。
【００１３】
なお、溶接部の割れ深さは、溶接部断面を観察し、鋼材表面から割れの伸展している板厚方向の長さを測定することによって求めた。
その結果、Ｎｉめっき中に合金を添加しなかった場合、円周溶接後に顕著な割れが発生するのに対して、Ｎｉめっき中に、質量％で、Ｐ：０．０１〜１１％、Ｂ：０．０１〜１３％、Ｓ：０．０１〜１２％、Ｍｏ：０．０１〜２５％、Ｗ：０．０１〜４０％、Ｃｏ：０．０１〜５０％、Ｓｎ：０．０１〜３０％、Ｍｎ：０．０１〜２５％、の１種又は２種以上を含有させることで、溶接割れの発生が抑制可能であることを見出した。
【００１４】
溶接割れの発生が抑制される理由の詳細は不明であるが、溶接時にＮｉ合金めっき中の添加元素がめっき層中のＺｎの下地鋼粒界への浸入を抑制しているためであると推定される。鋼材へのＮｉ合金めっきの付与法として、水溶液又は非水溶媒からの電気めっき法、溶融めっき法、気相めっき法等のいずれの方法を用いてもよい。Ｎｉめっき層中にＰ、Ｂ、Ｓ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｎの１種以上を上記濃度で含有させると、溶接時の熱影響部における割れの発生が抑制されるが、上記濃度より低い場合は添加効果が認められず、また、上記濃度を超えて含有する場合、上記添加元素とＮｉとの金属間化合物の生成によって、Ｎｉめっき自体の加工性が悪化して、Ｚｎ系めっきの密着性が低下するため、めっき疵部の耐食性が十分に得られない。
【００１５】
Ｎｉ合金めっきの厚みは、特に限定するものではないが、０．０１μｍ未満では、溶接割れの抑制効果が発現しない恐れがあり、また、５μｍ超では、溶接割れ抑制効果が飽和するとともに、製造コストが増大することから、０．０１〜５μｍのめっき厚みとすることが好ましい。
上記Ｎｉ合金めっきの表面に施される溶融Ｚｎ系めっきとしては、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金めっきが好ましい。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきは、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１％超１０％以下、残部Ｚｎ及び不可避不純物からなるめっき組成が好ましく、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきは、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：１％超１０％以下、Ｓｉ：０．０１〜２％、残部Ｚｎ及び不可避不純物からなるめっき組成が好ましい。
【００１６】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金めっき中のＡｌ含有率を２〜１９％としたのは、２％未満では耐食性が十分確保できないためであり、１９％超では耐食性が飽和するためである。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金めっき中のＭｇ含有率を１％超１０％以下としたのは、１％以下では耐食性が十分確保できないためであり、１０％超ではめっき層が脆くなり、めっき密着性が低下するためである。
【００１７】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっき中のＳｉ含有率を０．０１〜２％としたのは、０．０１％未満では下地鋼とＡｌの反応層が成長し、めっき密着性が十分確保できないためであり、２％超ではめっき密着性が飽和するためである。
溶融Ｚｎ系めっきの付着量は、特に制限を設けないが、平面部の耐食性の保持を考慮すると５ｇ／ｍ２  以上、加工性の観点から３５０ｇ／ｍ２  以下であることが好ましい。溶融Ｚｎ系めっき付与前に、Ｎｉ合金めっき後の鋼材をオーステナイト−フェライト二相領域まで加熱しても、溶融Ｚｎ系めっき後の溶接性を低下させることはない。本発明の溶融Ｚｎ系めっき層の上に、各種後処理、例えば、クロメート処理、クロメートフリー処理、りん酸塩処理、潤滑性向上処理、導電性向上処理等を施しても良い。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例によって、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
板厚３．２ｍｍの低炭素アルミキルド鋼材に対し、アルカリ脱脂、塩酸酸洗を行った後、表１〜９に示すような成分及び厚みのＮｉ合金めっきを電気めっき法により付与した。作製したＮｉ合金めっき材に対し、Ｎ２−５ｖｏｌ％Ｈ２  雰囲気中で４５０℃まで加熱を行い、表１０に示す組成の溶融Ｚｎ系めっきを４２０〜４６０℃の溶融金属浴に浸漬し、ガスワイピングにより付着量を９０ｇ／ｍ２  に制御した後、室温まで冷却することで試料を製造した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
【表４】
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【００２３】
【表５】
2005002415.tif 000007
【００２４】
【表６】
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【００２５】
【表７】
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【００２６】
【表８】
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【００２７】
【表９】
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【００２８】
【表１０】
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【００２９】
１．溶接性評価
溶接は、パルスＭＡＧアーク溶接で、溶接電流２００Ａ、溶接電圧２３Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接ワイヤにはＹＧＷ−１２を使用した。なお、溶接部の割れの検査は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、円周溶接５の溶接ビードで割れの発生し易い溶接終端部における断面観察にて割れ深さを測定し、めっき鋼材の板厚に対する割れ深さの比を割れ深さ率として求め、下記基準で評価した。
溶接性評価（◎、○で合格）
◎：溶接割れ皆無
○：割れ深さ率＜５％
×：割れ深さ率≧５％
【００３０】
２．耐食性評価
耐食性の評価方法は、めっき鋼材を１５０ｍｍ×７０ｍｍの大きさに切り出し、切断端面をシールし、カッターナイフにて下地鋼に至る疵を５０ｍｍ長さで２本、互いに直交するように付与し、耐食性評価試料とした。この試料に対して、サイクル腐食試験を１０サイクル行い、めっき平面部及び疵部からの赤錆の発生状況を調査した。サイクル試験は、塩水噴霧２時間→乾燥４時間→湿潤２時間を１サイクルとした。
【００３１】
平面部耐食性評価（◎、○で合格）
◎：平面部の赤錆発生皆無
○：平面部の赤錆発生微小
×：平面部の赤錆発生大
疵部耐食性評価（◎、○で合格）
◎：疵部の赤錆発生皆無
○：疵部の赤錆発生微小
×：疵部の赤錆発生大
【００３２】
【表１１】
2005002415.tif 000013
【００３３】
【表１２】
2005002415.tif 000014
【００３４】
【表１３】
2005002415.tif 000015
【００３５】
【表１４】
2005002415.tif 000016
【００３６】
【表１５】
2005002415.tif 000017
【００３７】
【表１６】
2005002415.tif 000018
【００３８】
【表１７】
2005002415.tif 000019
【００３９】
【表１８】
2005002415.tif 000020
【００４０】
【表１９】
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【００４１】
【表２０】
2005002415.tif 000022
【００４２】
【表２１】
2005002415.tif 000023
【００４３】
【表２２】
2005002415.tif 000024
【００４４】
【表２３】
2005002415.tif 000025
【００４５】
【表２４】
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【００４６】
【表２５】
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【００４７】
表１１〜２５に溶融Ｚｎ径めっき鋼材の溶接性及び耐食性の評価結果を示す。Ｎｏ．１〜２７、２９〜８８、９０〜１１９、１２１〜１５６、１５８〜１９６、１９８〜２３９、２４１〜２７６、２７８〜３１３及び３１５〜３２７は、本発明例である。本発明の溶融Ｚｎ系めっき鋼材は、溶接割れの発生が抑制されており、さらに、平面部及び疵部における赤錆発錆も皆無もしくは微小である。一方、本発明例の範囲を逸脱するＮｏ．２８、８９、１２０、１５７、１９７、２４０、２７７、３１４、及び３２８〜３３０は、溶接割れの抑制ができていないことが分かる。
以上の実施例では溶接方法としてアーク溶接を用いたが、同様にレーザ溶接、スポット溶接、プロジェクション溶接を用いた試験においても、溶接性については問題なかった。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、建材、自動車などの構造部材として溶接して使用される溶融Ｚｎ系めっき鋼材を種々の方法で溶接する際に、溶接ＨＡＺ部における液体金属脆化割れの発生を抑制可能な、溶接性に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼材を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】アーク溶接によるめっき鋼材の溶接性評価方法を示す図である。
【符号の説明】
１    厚手鋼材
２    めっき鋼材
３    嵌め込み溶接
４    丸鋼
５    円周溶接
６    溶接割れ部
【図１】
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