(57)【要約】      （修正有）【課題】塗装せずに黒色外観が得られ、加工後の黒色外観の保持性に優れる高耐食性の黒色めっきが施された構造部材及び構造部材用黒色めっき鋼板の提供。【解決手段】基材鋼材の表面に、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含み、かつＺｎの黒色酸化物がめっき層中に分布している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を有し、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層の表面の明度はＬ＊値で６０以下である黒色外観を呈する黒色めっき層が形成されているめっき鋼板を素材とした構造部材。前記Ｚｎの黒色酸化物は、Ｚｎ２Ｍｇ相に由来するＺｎの酸化物であり、黒色化は低酸素濃度下、５０〜３５０℃で水蒸気に接触させる構造部材の黒色化方法。形状を問わず、車輌設備用部材、架台（床板）用部材、容器（タンク）用部材、建築用部材、プラント用部材、施設用部材に用いられる黒色めっきが施された構造部材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材鋼材と、
前記基材鋼材の表面に、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含み、かつＺｎの黒色酸化物がめっき層中に分布している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を有し、
前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層表面の明度はＬ＊値で６０以下である黒色めっきが施された構造部材。
【請求項２】
前記Ｚｎの黒色酸化物は、Ｚｎ２Ｍｇ相に由来するＺｎの酸化物である、請求項１に記載の黒色めっきが施された構造部材。
【請求項３】
前記構造部材が、車輌設備用部材、架台（床板）用部材、容器（タンク）用部材、建築用部材、プラント用部材、施設用部材である請求項１または２に記載の黒色めっきが施された構造部材。
【請求項４】
基材鋼材と、
前記基材鋼材の表面に、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含み、かつＺｎの黒色酸化物がめっき層中に分布している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を有し、
前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層表面の明度はＬ＊値で６０以下である構造部材用黒色めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材鋼材の表面に、黒色の外観を呈するめっきが施された構造部材および構造部材用黒色めっき鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製の構造部材は普通鋼、構造用鋼、高張力鋼などの鋼材にめっきや塗装を施したものが用いられる。しかし、鋼材に塗装したものは塗膜が薄い部分や塗膜の疵付き部で鋼材が腐食しやすく、腐食した場合、鋼材の強度に影響を及ぼす懸念があるため、近年では長寿命化の観点から高耐食性を有するめっきを施したものが主に使用されている。
【０００３】
ただし、外観の色調が求められる場合は、めっきを施したものにさらに塗装を施したり、塗装鋼板を用いるケースがある。中でも黒色の外観は、強度が高いという印象を与えることができることや、物陰等では目立ちにくいことから、とくに構造部材やその周辺金物等に使用される。
しかし、めっきを施したものに塗装する場合、高コストになりやすい。さらに、下地のめっきは銀白色をしているため、黒色の外観を得るためには塗膜を厚くして下地色を隠蔽する必要があり、塗装コストが高くなってしまう。また、塗装後は塗膜が厚いため溶接等ができないという問題もある。塗装鋼板の場合は、加工等による塗膜のクラックや疵付き部で下地が見えて、白色を呈する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０９７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、塗装することなく黒色の外観が得られ、加工後においても黒色の外観の保持性に優れる高耐食性の黒色めっきが施された構造部材および構造部材用黒色めっき鋼板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】
【０００６】
上記の目的は、基材鋼材と、基材鋼材の表面に、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含み、かつＺｎの黒色酸化物がめっき層中に分布している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を有し、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層の表面の明度はＬ＊値で６０以下である、黒色めっきが施された構造部材によって達成することができる。ここで、前記Ｚｎの黒色酸化物は、Ｚｎ２Ｍｇ相に由来するＺｎの酸化物であってもよい。ここで、めっき層中とは、めっき層の表面とめっき層内部の両方を含む。また、「酸化物」とは、酸化物、水酸化物、あるいはその両方を総称している。
【０００７】
そして、本発明の構造物用部材としては、駐車場屋根，立体駐車場，自転車駐輪場のサイクルラック，洗車機等に使用される車輌設備用部材、貯水槽，ポンプ，クーリングタワー，温水器，給湯機，発電機，通信機器，室外機等の架台（床板）用部材、熱交換器，灯油タンク，飼料貯配用タンク，シェルター，ドラム管，ポスト，ボイラ，容器の囲いフェンス，カバー類，樽バンド等の容器（タンク）用部材、建築用基礎鋼製型枠（パネル，スぺーサー，ホルダー，サポート，セパレーター，金具類で構成），ドーム，プレハブ，倉庫，通路，階段，エレベーター，クリーンルーム，天井パネル，断熱パネル，シャッター，サッシ，ワッシャー，免振・耐震・制振設備等に使用される建築用部材、浄化設備，ダクト・ダンパー・換気扇等の空調・換気設備，廃棄物処理設備，排煙設備，樋等に使用されるプラント用部材、景観物，遊具等に使用される施設用部材、折板構造体、トンネル内壁用部材等である。
その他、農業用ハウス（ビニールハウス），園芸用施設，畜舎，堆肥舎等に使用される骨材（形鋼，鋼管等）、フィルムやシートの固定部材、ジョイント等に適している。これらの施設では、従来のガラス張りの構造からフィルムやシート張りの構造へと多用化しており、骨材にフィルムやシートを張った上から押さえ部材（止め部材）を勘合（あるいは楔止め）して固定するのが施工上効率的である。骨材を受け部材として利用して施工する以外にも、各種断面形状で設計された専用の固定部材（押さえ部材，止め部材，受け部材，楔）、ジョイント等を適宜使用して、フィルムやシートを張り上げて各種施設を施工できる。
【０００８】
また、本発明の構造部材用黒色めっき鋼板は、基材鋼材と、前記基材鋼材の表面に、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含み、かつＺｎの黒色酸化物がめっき層中に分布している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を有し、
前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層表面の明度はＬ＊値で６０以下である構造部材用黒色めっき鋼板である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、塗装することなく意匠性に優れた黒色の外観を有し、かつ加工後の黒色外観の保持性に優れる高耐食性の黒色めっきが施された構造部材および構造部材用黒色めっき鋼板を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）黒色めっきが施された構造部材
本発明の黒色めっきが施された構造部材は、基材鋼材と、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層（以下、「めっき層」ともいう）とを有する。本発明の黒色めっきの上層に、さらに無機系、有機系あるいは無機有機複合のクロム含有あるいはクロムフリーの皮膜を有していてもよい。
【００１１】
本発明の黒色めっきが施された構造部材は、１）めっき層中にＺｎの黒色酸化物が分布していること、および２）めっき層の表面の明度がＬ＊値で６０以下（好ましくは４０以下、さらに好ましくは３５以下）であることを特徴とする。めっき層の表面の明度（Ｌ＊値）は、分光型色差計を用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００に準拠した分光反射測定法で測定される。さらに、前記Ｚｎの黒色酸化物は、Ｚｎ２Ｍｇ相に由来するＺｎの酸化物であってもよい。
【００１２】
［基材鋼材］
基材鋼材の種類は、特に限定されない。例えば、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼などの鋼材を使用することができる。良好なプレス成形性が必要とされる場合は、低炭素Ｔｉ添加鋼、低炭素Ｎｂ添加鋼などからなる加工性の優れた鋼材が好ましい。また、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｎなどを添加した高強度鋼を用いてもよい。基材鋼材の形状は限定されず、熱延鋼板や冷延鋼板などの帯鋼であってもよいし、Ｈ型鋼、Ｃ型鋼などの形鋼やプレス成形等を実施した後の加工後の鋼材であってもよい。
【００１３】
［溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層］
本発明のめっき層は、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含み、かつ黒色酸化物がめっき層中に分布している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層である。Ａｌ含有量またはＭｇ含有量が上記範囲の下限値より小さい場合、十分な耐食性が得られない。一方、上限値より大きい場合は、めっき工程におけるめっき浴の表面に酸化物（ドロス）の発生が過多となり、美麗なめっき層が得られない。
【００１４】
また、めっき層中には、めっき層と基材鋼材との密着性を向上させるため、０．００５〜２．０質量％の範囲のＳｉを添加しても良い。また、Ｔｉ、Ｂ、Ｔｉ−Ｂ合金、Ｔｉ含有化合物またはＢ含有化合物をめっき層に添加しても良い。これらの化合物の添加量は、Ｔｉが０．００１〜０．１質量％の範囲内になるように、Ｂが０．０００５〜０．０４５質量％の範囲内となるように設定することが好ましい。
【００１５】
めっき層の厚みは、特に限定されないが、３〜１００μｍの範囲内が好ましい。めっき層の厚みが３μｍ未満の場合、取扱時に基材鋼材に達する疵が入りやすくなるため、黒色外観の保持性および耐食性が低下するおそれがある。一方、めっき層の厚みが１００μｍ超でめっき後に加工する場合、圧縮を受けた際のめっき層と基材鋼材との延性が異なるため、加工部においてめっき層と基材鋼材とが剥離してしまうおそれがある。
【００１６】
［黒色酸化物］
本発明の黒色めっき層には、そのめっき層中に分布しているＺｎの黒色酸化物を含有する。ここで、めっき層中とは、めっき層の表面とめっき層内部の両方を含む。また、本明細書における「酸化物」とは、酸化物、水酸化物、あるいはその両方とを総称している。
【００１７】
黒色めっき層中の黒色酸化物の分布はめっき層の断面を光学顕微鏡等で観察することにより確認できる。また、Ｚｎの酸化物の存在は断面からの電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）や表面からのＸ線回折等により確認できる。
【００１８】
本発明の黒色めっきが施された構造部材のめっき層には、黒色の色調を付与する黒色酸化物がめっき層の表面だけでなく内部にも存在する。したがって、本発明の黒色めっきを施した構造部材は、めっき層の表面が削れても黒色外観を維持することができ、黒色外観の保持性に優れている。
【００１９】
また、本発明の黒色めっきを施された構造部材は、塗膜を形成していないため、スポット溶接等の溶接も可能である。
【００２０】
本発明の黒色めっきを施された構造部材は、形状を問わず、例えば、車輌設備用部材、架台（床板）用部材、容器（タンク）用部材、建築用部材、プラント用部材、施設用部材である。
具体的には、駐車場屋根，立体駐車場，自転車駐輪場のサイクルラック，洗車機等に使用される車輌設備用部材、貯水槽，ポンプ，クーリングタワー，温水器，給湯機，発電機，通信機器，室外機等の架台（床板）用部材、熱交換器，灯油タンク，飼料貯配用タンク，シェルター，ドラム管，ポスト，ボイラ，容器の囲いフェンス，カバー類，樽バンド等の容器（タンク）用部材、建築用基礎鋼製型枠（パネル，スぺーサー，ホルダー，サポート，セパレーター，金具類で構成），ドーム，プレハブ，倉庫，通路，階段，エレベーター，クリーンルーム，天井パネル，断熱パネル，シャッター，サッシ，ワッシャー，免振・耐震・制振設備等に使用される建築用部材、浄化設備，ダクト・ダンパー・換気扇等の空調・換気設備，廃棄物処理設備，排煙設備，樋等に使用されるプラント用部材、景観物，遊具等に使用される施設用部材、折板構造体、トンネル内壁用部材等であり、黒色外観が要求されるものに適している。
その他、農業用ハウス（ビニールハウス），園芸用施設，畜舎，堆肥舎等に使用される骨材（形鋼，鋼管等）、フィルムやシートの固定部材、ジョイント等の黒色外観が要求されるものに適している。これらの施設では、従来のガラス張りの構造からフィルムやシート張りの構造へと多用化しており、骨材にフィルムやシートを張った上から押さえ部材（止め部材）を勘合（あるいは楔止め）して固定するのが施工上効率的である。骨材を受け部材として利用して施工する以外にも、各種断面形状で設計された専用の固定部材（押さえ部材，止め部材，受け部材，楔）、ジョイント等を適宜使用して、フィルムやシートを張り上げて各種施設を施工できる。
【００２１】
（実施形態２）黒色めっきを施した構造部材の製造方法
本発明の黒色めっきを施した構造部材の製造方法は、１）溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっきを施すステップと、２）溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっきを施した鋼材を密閉容器内で水蒸気に接触させるステップとを有する。また、構造部材への加工は、めっきを施すステップの前でもよいし、めっきを施した後でもよいし、水蒸気に接触させるステップの後でもよい。さらに無機系、有機系あるいは無機有機複合のクロム含有あるいはクロムフリーの皮膜を施すステップを有していてもよく、その実施はめっきを施した後であればよく、水蒸気に接触させた後でもよいし、加工前でもよいし、加工後でもよい。
【００２２】
［めっきを施すステップ］
本発明の黒色めっきを施した構造部材は、基材鋼材に対し、Ａｌが０．１〜２２．０質量％、Ｍｇが０．１〜１０．０質量％を含むＺｎの合金めっき浴を用いた溶融めっきを行うことにより製造される。このようにすることで、Ａｌ：０．１〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０．０質量％を含有するＺｎからなり、かつＺｎ２Ｍｇ相がめっき層中に分布しているめっき層を形成することができる。また、合金めっき浴には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｂ、Ｔｉ−Ｂ合金、Ｔｉ含有化合物、Ｂ含有化合物を添加してもよい。また、溶融めっき法は一般的な連続式の溶融めっき鋼板製造方法でもよいし、ドブ漬けと呼ばれるバッチ式の浸せき法でもよい。たとえば、連続式の溶融めっき鋼板製造方法の場合、めっき浴温を４３０℃とし、めっき後の冷却は空冷方式とし、めっき浴温からめっき層凝固までの平均冷却速度を１１℃／秒とすることで、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を製造することができる。なお、めっき方法によっては冷却速度が十分に確保できない場合やめっき組成などにより、めっき層中に金属間化合物であるＺｎ１１Ｍｇ２が析出する場合がある。このＺｎ１１Ｍｇ２が析出しためっき層でも黒色めっきが得られるため、本発明の範疇であり、その性能は変化するものではない。
【００２３】
また、めっき層中の各成分の含有量の値は、めっき層に含まれる各金属成分の質量をめっき層に含まれる全金属の質量で除したものを百分率で表したものである。すなわち、酸化物に含まれる酸素および水、水素の質量は、めっき層中の成分として含まれない。したがって、水蒸気に接触させて黒色化させる黒色化処理の際に金属成分の溶出が起こらない場合、黒色化処理の前後においてめっき層中の各成分の含有量の値は変化しない。
【００２４】
［水蒸気に接触させるステップ］
本ステップはめっき層を密閉容器内で水蒸気と接触させることにより、めっき層の表面の明度（Ｌ＊値）を６０以下（好ましくは４０以下、さらに好ましくは３５以下）にまで低下させて黒色化するステップである。以下、このステップを黒色化処理ともいう。めっき層の表面の明度（Ｌ＊値）は、分光型色差計を用いて測定される。
【００２５】
当該めっき層を密閉容器内で水蒸気と接触させることで、めっき層中にＺｎの黒色酸化物が生成し、黒色の外観が得られる。そのメカニズムは明らかとなっていないが、発明者らは以下のように考えている。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
めっき層を密閉容器内で水蒸気と接触させることにより、めっき層中の各金属成分が酸化あるいは水酸化する。以下、酸化（物）および水酸化（物）を総称して「酸化（物）」とする。このとき、めっき層中の成分のうち、比較的酸化されやすいＡｌやＭｇはＺｎの酸化物から酸素を奪う。酸素を奪われたＺｎの酸化物は不定比となり、例えばＺｎＯ１−ｘのような酸素欠乏型の酸化物となる。このように不定比な酸化物が生成すると、その欠陥準位に光がトラップされるため、酸化物が黒色外観を呈することとなり、黒色めっきが得られる。また、ＡｌやＭｇは酸化しやすいために、めっき層の内部に存在しているＡｌやＭｇも酸化し、これがめっき層の内部への酸素の侵入経路となることでめっき層内部のＺｎも酸化し、前述したような不定比の酸化物が生成する。このため、めっき層の表面だけでなく、めっき層内部にも黒色を呈する不定比の酸化物が分布することになるため、めっき層の表面に疵等が付いたとしても黒色外観の保持性が確保できる。
【００２７】
また、めっき層の中でも、Ｚｎ２Ｍｇはとくに酸化しやすく、さらにＺｎとＭｇが近接しているため、Ｚｎの不定比酸化物の生成を促進させる。また、前述したようにＺｎ１１Ｍｇ２でも同様の効果が得られる。
【００２８】
水蒸気との接触による黒色化処理において、水蒸気がない場合は黒色化が起こらない。また、黒色化処理を行う雰囲気中の酸素が多いと黒色化が起こらず、安定的に処理するための酸素濃度は１３％以下であることが好ましい。このため、黒色化処理は密閉容器内で行うことが好ましい。
【００２９】
黒色化処理の温度は５０〜３５０℃以下の範囲が好ましい。温度が５０℃未満の場合、黒色化速度が遅く、生産性が低下する。一方、３５０℃超の場合、黒色化速度が非常に速くなりその制御が困難となる。また、めっき層が融解したり、鋼材とめっき層の合金化が生じるため、美麗な黒色めっき層が得られにくい。
【００３０】
黒色化処理の水蒸気の相対湿度は３０〜１００％ＲＨの範囲内が好ましい。水蒸気の相対湿度が３０％ＲＨ未満の場合、黒色化速度が非常に遅く、生産性が低下してしまう。黒色化処理の処理時間は、温度や相対湿度、圧力、酸素濃度などやめっき層の組成（ＡｌやＭｇの濃度）、必要とする明度などに応じて適宜設定される。
【００３１】
（実施形態３）黒色めっきが施された構造部材の製造方法
黒色めっきが施された基材鋼材を構造部材へ加工、成形する方法は特に限定されない。例えば、コイル状の鋼板をスリットしてロールフォーミングにより加工する方法、打ち抜いてからプレス成形機により成形する方法、シャーリング等により切板状に切断してからプレスブレーキ等により曲げ加工する方法等を適宜用いることができる。
【００３２】
また、これらの構造部材を組み立てる場合は、ボルト、ナットやねじ、リベットなどの接合用副部材を用いたり、かしめることにより機械接合してもよいし、接着剤や接着テープを用いて接着接合してもよい。また、ボルト、ナットやねじ、リベットなどの接合用副部材を用いる場合は、黒色塗装や黒色めっきなどの処理を施したものを用いることもできる。
【００３３】
また、これらの構造部材は表面に塗装を施されていないため、これらを組み立てたり接合したりするために溶接を用いることができる。そのために、スポット溶接機、アーク溶接機、プロジェクション溶接機やレーザー溶接機などを用いることができる。溶接を用いた場合は、溶接部およびその近傍は、めっき金属が溶融したものが黒色めっき層の表面に付着して白色を呈したり、黒色酸化物が消失したり、基材鋼材が露出したりする場合がある。その場合は、黒色塗料などによるタッチアップ（補修）を実施してもよい。
【００３４】
（実施形態４）構造部材用黒色めっき鋼板
本発明の構造部材用黒色めっき鋼板は、実施形態１において説明した［基材鋼材］に対し、実施形態２において説明した［めっきを施すステップ］を行い、次に［水蒸気に接触させるステップ］をこの順に行うことで製造することができる。このようにして製造された構造部材用黒色めっき鋼板は、めっき層の中に［黒色酸化物］が分布している  溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層であり、前記めっき層の表面の明度は、Ｌ＊値で６０以下であることから黒色の外観を呈する。