(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ａｌ：２０％以下、Ｍｇ：１〜１０％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなり、かつ、〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔Ｚｎ相〕、〔Ａｌ相〕、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕の１つ以上を含む金属組織からなるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の母相に、融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有するめっき層を表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる溶融めっき鋼材。
【請求項２】
質量％で、Ａｌ：２０％以下、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなり、かつ、Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔Ｚｎ相〕、〔Ａｌ相〕、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕、〔Ｓｉ相〕、〔Ｍｇ2Ｓｉ相〕の１つ以上を含む金属組織からなるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の母相に、融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有するめっき層を表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる溶融めっき鋼材。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の金属間化合物が、ＴｉＡｌ３、ＮｉＡｌ３、Ｃｏ２Ａｌ９、Ｃｏ４Ａｌ１３、ＣｒＡｌ４、ＣｒＡｌ７、Ｃｒ２Ａｌ１１、Ｍｎ４Ａｌ１１、ＭｎＡｌ６、Ａｌ１１Ｃｅ３、ＣｅＺｎ２Ａｌ２、Ａｌ９Ｉｒ２、Ａｌ１１Ｌａ３、Ａｌ１２Ｍｏ、ＮｂＡｌ３、Ａｌ２Ｓｅ３、ＴａＡｌ３、ＺｒＡｌ３、Ｚｒ２ＺｎＡｌ３、Ａｌ２Ｃａ、Ｔｉ７Ａｌ５Ｓｉ１２、ＦｅＮｉＡｌ９、Ｆｅ３ＮｉＡｌ１０、ＴｉＡｌ２，ＴｉＡｌ，Ｎｉ２Ａｌ３，ＮｉＡｌの１種または２種以上であることを特徴とする表面平滑性に優れる溶融めっき鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき鋼板に係わり、更に詳しくは優れた表面平滑性を有し、種々の用途、例えば家電用や自動車用、建材用鋼板として適用できるめっき鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性の良好なめっき鋼材として最も使用されるものに亜鉛系めっき鋼板がある。この亜鉛系めっき鋼板は自動車、家電、建材分野など種々の製造業において使用されている。また、それ以外にも、めっき鋼線やどぶづけめっきなど種々の分野でめっき鋼材が使用されている。
【０００３】
上記亜鉛系めっき鋼板の耐食性を向上させることを目的として本発明者らは、特許第３１７９４４６号において溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉめっき鋼板を提案した。また、本発明者らは特開２０００−０６４０６１号公報においてこの溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉめっき鋼板にＣａ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎの一種または二種以上を添加することにより、さらに耐食性の優れた塗装鋼板が得られることを明らかにした。
【０００４】
また、特開２００１−２９５０１５号公報においては、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板にＴｉ、Ｂ、Ｓｉを添加することにより表面外観が良好になることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記及びその他これまで開示されためっき鋼板では、表面平滑性が十分に確保されていない。
【０００６】
Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌの三元系合金は３質量％Ｍｇ−４質量％Ａｌ−９３質量％Ｚｎに３元共晶点を持ち、それよりＡｌ濃度が高い場合、初晶としてＡｌ相が晶出する。溶融めっき時のめっき凝固速度が十分に確保されている場合、Ａｌ相が大きく成長しないうちにめっきが凝固するため表面平滑性は問題とならないが、めっき凝固速度が小さい場合、このＡｌ相が先に大きく成長することによってめっき表面に凸凹が形成され、表面平滑性が劣化するという問題点を有している。
【０００７】
しかし、前記特許第３１７９４４６号に開示される技術では、表面平滑性が劣化するという問題は考慮されていない．また、前記特開２０００−０６４０６１号公報に開示される技術では、塗装後耐食性向上を目的としてＣａ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎの一種または二種以上を添加しているが、表面平滑性が劣化するという問題は考慮されておらず、金属間化合物についても言及されていない。また、前記特開２００１−２９５０１５号公報に開示される技術では、表面外観を劣化させるＺｎ11Ｍｇ2相の生成・成長を抑制する目的としてＴｉとＢを添加しているが、表面平滑性が劣化するという問題は考慮されておらず、金属間化合物についても言及されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、４質量％を超えるような高Ａｌ濃度の場合でも十分な表面平滑性が優れためっき鋼材を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、表面平滑性が優れためっき鋼板の開発について鋭意研究を重ねた結果、Ａｌ：２０質量％以下、Ｍｇ：１〜１０質量％を含有する高Ａｌ含有めっき鋼板であっても、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の母相に、融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有させることにより表面平滑性が向上させることが出来るという新たな知見を見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
すなわち、本発明の趣旨とするところは、以下のとおりである。
【００１１】
（１１）  質量％で、Ａｌ：２０％以下、Ｍｇ：１〜１０％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなり、かつ、〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔Ｚｎ相〕、〔Ａｌ相〕、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕の１つ以上を含む金属組織からなるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の母相に、融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有するめっき層を表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる溶融めっき鋼材。
【００１２】
（２）  質量％で、Ａｌ：２０％以下、Ｍｇ：１〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなり、かつ、Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔Ｚｎ相〕、〔Ａｌ相〕、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕、〔Ｓｉ相〕、〔Ｍｇ2Ｓｉ相〕の１つ以上を含む金属組織からなるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の母相に、融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有するめっき層を表面に有することを特徴とする表面平滑性に優れる溶融めっき鋼材。
【００１３】
（３）  前記（１）または（２）のいずれかに記載の金属間化合物が、ＴｉＡｌ3、ＮｉＡｌ3、Ｃｏ2Ａｌ9、Ｃｏ4Ａｌ13、ＣｒＡｌ4、ＣｒＡｌ7、Ｃｒ2Ａｌ11、Ｍｎ4Ａｌ11、ＭｎＡｌ6、Ａｌ11Ｃｅ3、ＣｅＺｎ2Ａｌ2、Ａｌ9Ｉｒ2、Ａｌ11Ｌａ3、Ａｌ12Ｍｏ、ＮｂＡｌ3、Ａｌ2Ｓｅ3、ＴａＡｌ3、ＺｒＡｌ3、Ｚｒ2ＺｎＡｌ3、Ａｌ2Ｃａ、Ｔｉ7Ａｌ5Ｓｉ12、ＦｅＮｉＡｌ9、Ｆｅ3ＮｉＡｌ10、ＴｉＡｌ2、ＴｉＡｌ、Ｎｉ2Ａｌ3、ＮｉＡｌの１種または２種以上であることを特徴とする表面平滑性に優れる溶融めっき鋼材。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明の溶融めっき鋼材は、Ａｌ：２０質量％以下、Ｍｇ：１〜１０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるめっき層中にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の母相と融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有することを特徴とするめっき鋼材、及び、Ａｌ：２０質量％以下、Ｍｇ：１〜１０質量％、Ｓｉ：０．０１〜２質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるめっき層中にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の母相と融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有することを特徴とするめっき鋼材である。
【００１６】
Ａｌの含有量を２０質量％以下に限定した理由は、２０質量％を超えると耐食性を向上させる効果が飽和するためである。
【００１７】
Ｍｇの含有量を１〜１０質量％に限定した理由は、１質量％未満では耐食性を向上させる効果が不十分であるためであり、１０質量％を超えるとめっき層が脆くなって密着性が低下するためである。
【００１８】
本発明において、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系の母相とは、〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔Ｚｎ相〕、〔Ａｌ相〕、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕の１つ以上を含む金属組織のことである。また、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系の母相とは、〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔Ｚｎ相〕、〔Ａｌ相〕、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕、〔Ｓｉ相〕、〔Ｍｇ2Ｓｉ相〕の１つ以上を含む金属組織のことである。
【００１９】
ここで、〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕とは、Ａｌ相と、Ｚｎ相と、金属間化合物Ｚｎ2Ｍｇ相との三元共晶組織であり、この三元共晶組織を形成しているＡｌ相は例えばＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇの三元系平衡状態図における高温での「Ａｌ”相」（Ｚｎを固溶するＡｌ固溶体であり、少量のＭｇを含む）に相当するものである。この高温でのＡｌ”相は常温では通常は微細なＡｌ相と微細なＺｎ相に分離して現れる。また、該三元共晶組織中のＺｎ相は少量のＡｌを固溶し、場合によってはさらに少量のＭｇを固溶したＺｎ固溶体である。この三元共晶組織中のＺｎ2Ｍｇ相は、Ｚｎ−Ｍｇの二元系平衡状態図のＺｎ：約８４質量％の付近に存在する金属間化合物相である。状態図で見る限りそれぞれの相にはＳｉが固溶しているかいないか、固溶していても極微量であると考えられるがその量は通常の分析では明確に区別できないため、この３つの相からなる三元共晶組織を本明細書では〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕と表す。
【００２０】
また、〔Ａｌ相〕とは、前記の三元共晶組織の素地中に明瞭な境界をもって島状に見える相であり、これは例えばＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇの三元系平衡状態図における高温での「Ａｌ”相」（Ｚｎを固溶するＡｌ固溶体であり、少量のＭｇを含む）に相当するものである。この高温でのＡｌ”相はめっき浴のＡｌやＭｇ濃度応じて固溶するＺｎ量やＭｇ量が相違する。この高温でのＡｌ”相は常温では通常は微細なＡｌ相と微細なＺｎ相に分離するが、常温で見られる島状の形状は高温でのＡｌ”相の形骸を留めたものであると見てよい。状態図で見る限りこの相にはＳｉが固溶しているかいないか、固溶していても極微量であると考えられるが通常の分析では明確に区別できないため、この高温でのＡｌ”相（Ａｌ初晶と呼ばれる）に由来し且つ形状的にはＡｌ”相の形骸を留めている相を本明細書では〔Ａｌ相〕と呼ぶ。この〔Ａｌ相〕は前記の三元共晶組織を形成しているＡｌ相とは顕微鏡観察において明瞭に区別できる。
【００２１】
また、〔Ｚｎ相〕とは、前記の三元共晶組織の素地中に明瞭な境界をもって島状に見える相であり、実際には少量のＡｌさらには少量のＭｇを固溶していることもある。状態図で見る限りこの相にはＳｉが固溶しているかいないか、固溶していても極微量であると考えられる。この〔Ｚｎ相〕は前記の三元共晶組織を形成しているＺｎ相とは顕微鏡観察において明瞭に区別できる。
【００２２】
また、〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕とは、前記の三元共晶組織の素地中に明瞭な境界をもって島状に見える相であり、実際には少量のＡｌを固溶していることもある。状態図で見る限りこの相にはＳｉが固溶しているかいないか、固溶していても極微量であると考えられる。この〔Ｚｎ2Ｍｇ相〕は前記の三元共晶組織を形成しているＺｎ2Ｍｇ相とは顕微鏡観察において明瞭に区別できる。
【００２３】
また、〔Ｓｉ相〕とは、めっき層の凝固組織中に明瞭な境界をもって島状に見える相であり、例えばＺｎ−Ｓｉの二元系平衡状態図における初晶Ｓｉに相当する相である。実際には少量のＡｌ固溶していることもあり、状態図で見る限りＺｎ、Ｍｇは固溶していないか、固溶していても極微量であると考えられる。この〔Ｓｉ相〕はめっき中では顕微鏡観察において明瞭に区別できる。
【００２４】
また、〔Ｍｇ2Ｓｉ相〕とは、めっき層の凝固組織中に明瞭な境界をもって島状に見える相であり、例えばＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉの三元系平衡状態図における初晶Ｍｇ2Ｓｉに相当する相である。状態図で見る限りＺｎ、Ａｌは固溶していないか、固溶していても極微量であると考えられる。この〔Ｍｇ2Ｓｉ相〕はめっき中では顕微鏡観察において明瞭に区別できる。
【００２５】
以上、述べためっき層凝固組織の一例を図１に示す。図１の上段の図１（ａ）は、本発明におけるめっき鋼材のめっき層の顕微鏡写真（倍率２５００倍）であり、該写真中の各組織の分布状態を図示したものが下段の図１（ｂ）である。この図からも判るように、本発明におけるめっき鋼材のめっき層の顕微鏡写真によって明確に各組織を特定することが出来る。
【００２６】
本発明では、表面平滑性を向上させるためにこのＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ系の母相、または、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系の母相に融点が６００℃以上の金属間化合物を０．００１〜０．５質量％含有させる。融点が６００℃以上の金属間化合物を含有させて表面平滑性が向上する理由は、高融点の金属間化合物が結晶の核となり〔Ａｌ相〕の結晶が数多く晶出し、結果的に〔Ａｌ相〕の結晶成長が抑制されるためだと考えられる。
【００２７】
ここで表面平滑性の悪いめっきとは、めっき表面に数百μｍ〜数ｍｍ間隔の凸凹が形成された状態を示し、目視でも十分確認できる。断面を光学顕微鏡で確認するとめっきが厚い部分と薄い部分に分かれており、極端な場合、薄い部分が厚い部分の半分以下となることもある。
【００２８】
本発明において、めっき中に含有する金属間化合物の融点を６００℃以上に限定した理由は、めっき浴温より低い融点では表面平滑性を向上させることができないためである。
【００２９】
金属間化合物の含有量を０．００１〜０．５質量％に限定した理由は、０．００１質量％未満では表面平滑性を向上させる効果が不十分であるためであり、０．５質量％を超えると金属間化合物自身がめっき後の外観を悪化させるためである。
【００３０】
金属間化合物の添加方法については特に限定するところはなく、金属間化合物の微粉末を浴中に混濁させる方法や、金属間化合物を浴に溶解させる方法等が適用できる。特にＴｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｉｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃａ等、４００〜６００℃のＺｎ−Ａｌ合金液体に微量溶解し、凝固時、Ａｌ相が晶出する前に金属間化合物として晶出する元素を添加した浴は表面平滑性を向上させる効果が大きい。
【００３１】
上記のような性質を持つ元素を添加した浴を使用して溶融めっきしためっき層中には、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系の母相、または、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系の母相とＴｉＡｌ3、ＮｉＡｌ3、Ｃｏ2Ａｌ9、Ｃｏ4Ａｌ13、ＣｒＡｌ4、ＣｒＡｌ7、Ｃｒ2Ａｌ11、Ｍｎ4Ａｌ11、ＭｎＡｌ6、Ａｌ11Ｃｅ3、ＣｅＺｎ2Ａｌ2、Ａｌ9Ｉｒ2、Ａｌ11Ｌａ3、Ａｌ12Ｍｏ、ＮｂＡｌ3、Ａｌ2Ｓｅ3、ＴａＡｌ3、ＺｒＡｌ3、Ｚｒ2ＺｎＡｌ3、Ａｌ2Ｃａ、Ｔｉ7Ａｌ5Ｓｉ12、ＦｅＮｉＡｌ9、Ｆｅ3ＮｉＡｌ10、ＴｉＡｌ2、ＴｉＡｌ、Ｎｉ2Ａｌ3、ＮｉＡｌの１種または２種以上の金属間化合物を含有することになる。
【００３２】
これらの金属間化合物もめっき層の凝固組織中に明瞭な境界をもって島状に見える。また、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系の浴から晶出させた場合には少量のＳｉを固溶していることもある。
【００３３】
めっき層中には、これ以外にＦｅ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｓｎを単独あるいは複合で０．５質量％以内含有してもよい。また、Ｐ、Ｂ、Ｂｉ、３族元素を合計で０．５質量％以下含有しても本発明の効果を損なわず、その量によってはさらに耐食性が改善される等好ましい場合もある。
【００３４】
本発明の下地鋼材としては、鋼板のみならず、線材、形鋼、条鋼、鋼管など種々の鋼材が使用できる。鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板共に使用でき、鋼種もＡｌキルド鋼、Ｔｉ、Ｎｂ等を添加した極低炭素鋼板、およびこれらにＰ、Ｓｉ、Ｍｎ等の強化元素を添加した高強度鋼、ステンレス鋼等種々のものが適用できる。
【００３５】
本発明品の製造方法については、特に限定することなく鋼板の連続めっき、鋼材や線材のどぶづけめっき法など種々の方法が適用できる。下層としてＮｉプレめっきを施す場合でも通常行われているプレめっき方法を適用すれば良い。本発明品は冷却速度が小さい場合でも表面平滑性が良好なめっきが得られるため、大きな冷却速度が取りにくいドブ漬けめっきや、板厚の厚い材料への溶融めっきにおいてその効果が顕著となる。
めっきの付着量については特に制約は設けないが、耐食性の観点から１０ｇ／ｍ2以上、加工性の観点から３５０ｇ／ｍ2以下で有ることが望ましい。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
まず、厚さ２．０ｍｍの冷延鋼板を準備し、これに４００〜６００℃で浴中の添加元素量を変化させたＺｎ合金めっき浴で３秒溶融めっきを行い、Ｎ2ワイピングでめっき付着量を１４０ｇ／ｍ2に調整し、冷却速度１０℃／ｓ以下で冷却した。得られためっき鋼板のめっき組成を表１に示す。
【００３７】
平滑性は波長領域２００μｍ以上の粗度を測定し、１μｍ以下のものを合格とした。
【００３８】
評価結果を表１に示す。番号１、２３はめっき層中に金属間化合物を含有しないため平滑性が不合格となった。これら以外はいずれも良好な平滑性を示した。
【００３９】
【表１】
0004171232.tif 000002
【００４０】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明により、めっき凝固速度が小さい場合でも表面に凸凹が形成されず表面平滑性が優れためっき鋼板を製造することが可能となり、工業上極めて優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】めっき層凝固組織の一例を示す図で、（ａ）は、本発明におけるめっき鋼材のめっき層の顕微鏡写真（倍率２５００倍）であり、（ｂ）は該写真中の各組織の分布状態を示した図である。
【図１】
0004171232.tif 000003