(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．０００１〜０．３％、
Ｓｉ：０．０１〜４％、
Ｍｎ：０．０１〜２％、
Ｐ ：０．１％以下、
Ａｌ：０．００１〜４％を含有し、
更に
Ｃｒ：０．００１〜２５％、
Ｎｉ：０．００１〜１０％のいずれか１種または２種以上を含有し
残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、
表面に、質量％で、
Ａｌが質量％で０．２％以下、
Ｓｎ：０．００１〜１０％を含有し、
Ｌｉ：０．００１〜３％、
Ｇａ：０．００１〜５％、
Ｓｒ：０．００１〜３％、
Ｙ ：０．００１〜２％、
Ｚｒ：０．００１〜２％、
Ｎｂ：０．００１〜２％、
Ｂａ：０．００１〜３％、
Ｃｅ：０．００１〜８％、
Ｃａ：０．００１〜３％、
Ｍｎ：０．００１〜５％のうち、いずれか１種または２種以上をさらに含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる溶融Ｚｎめっき層を有することを特徴とする外観の良好な溶融Ｚｎめっき高強度鋼材。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ ：０．０００１〜０．３％、
Ｓｉ：０．５〜４％、
Ｍｎ：０．０１〜２％、
Ｐ ：０．１％以下、
Ａｌ：０．００１〜４％を含有し、
更に
Ｃｒ：０．００１〜２５％、
Ｎｉ：０．００１〜１０％のいずれか１種または２種以上を含有し
残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、
表面に、質量％で、
Ａｌ：０．２％超〜０．５％を含有し、
Ｓｎ：０．００１〜０．０１％、
Ｌｉ：０．００１〜３％、
Ｇａ：０．００１〜５％、
Ｓｒ：０．００１〜３％、
Ｙ ：０．００１〜２％、
Ｚｒ：０．００１〜２％、
Ｎｂ：０．００１〜２％、
Ｂａ：０．００１〜３％、
Ｃｅ：０．００１〜８％、
Ｃａ：０．００１〜３％、
Ｍｎ：０．００１〜５％のうち、いずれか１種または２種以上をさらに含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる溶融Ｚｎめっき層を有することを特徴とする外観の良好な溶融Ｚｎめっき高強度鋼材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の溶融Ｚｎめっき高強度鋼材をめっき後にＺｎ融点以上の温度に加熱保持して、下地鋼材からＺｎ中にＦｅを拡散させることで、Ｆｅ−Ｚｎ合金を形成させ、前記めっき層を合金化溶融Ｚｎめっき層とすることを特徴とする外観の良好な合金化溶融Ｚｎめっき高強度鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材、家電製品、自動車などに適する外観の良好な溶融Ｚｎめっき高強度鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融Ｚｎめっきは鋼材の防食を目的として施され、建材、家電製品、自動車など広範囲に使用されている。その製造法としては、連続ラインに於いて、脱脂洗浄後、非酸化性雰囲気にて加熱し、Ｈ2 及びＮ2 を含む還元雰囲気にて焼鈍後、めっき浴温度近傍まで冷却し、溶融Ｚｎ浴に浸漬後、冷却、もしくは再加熱してＦｅ−Ｚｎ合金相を生成させた後に冷却、というゼンジマー法があり、鋼板の処理に多用されている。めっき前の焼鈍については、脱脂洗浄後、非酸化性雰囲気中での加熱を経ず直ちにＨ2 及びＮ2 を含む還元雰囲気にて焼鈍を行う、全還元炉方式も行われる場合がある。また、鋼材を脱脂、酸洗した後、塩化アンモニウムなどを用いてフラックス処理を行って、めっき浴に浸漬、その後冷却、というフラックス法も行われている。
【０００３】
これらのめっき処理で用いられるめっき浴中には溶融Ｚｎの脱酸のために少量のＡｌが添加されている。ゼンジマー法においてＺｎめっき浴は質量％で０．１％程度のＡｌを含有している。この浴中のＡｌはＦｅとの親和力がＦｅ−Ｚｎよりも強いため、鋼がめっき浴に浸漬した際、鋼表面にＦｅ−Ａｌ合金相すなわちＡｌの濃化層が生成し、Ｆｅ−Ｚｎの反応を抑制することが知られている。Ａｌの濃化層が存在するために、得られためっき層中のＡｌ含有率は通常、めっき浴中のＡｌ含有率より高くなる。
【０００４】
近年、特に自動車車体に於いて燃費向上を目的とした車体軽量化の観点から、高強度鋼板の需要が高まりつつある。安価な強化法として鋼中へのＳｉ添加が行われるが、鋼中のＳｉの含有率が質量％で０．３％を超えると、通常のＡｌを含有しためっき浴を用いたゼンジマー法ではめっき濡れ性が大きく低下し、不めっきが発生するため外観品質が悪化するという問題があった。この原因としては、還元焼鈍時に鋼板表面にＳｉ酸化物が濃化し、Ｓｉ酸化物の溶融Ｚｎに対する濡れ性が悪いためであると言われている。
【０００５】
この問題を解決する手段としては、特開平４−２７６０５７号公報に開示されているように、あらかじめ空気比を０．９〜１．２の雰囲気中で加熱を行ってＦｅ酸化物を生成させた後、Ｈ2 を含む還元帯にて酸化物の厚みを５００Å以下にした後、Ｍｎ、Ａｌを添加した浴でめっきを行うという方法があるが、実ラインでは様々な添加元素を含む多様な品種の鋼板が通板されており、酸化物の厚みを制御することには相当の困難が伴う。
【０００６】
また、他の抑制手段として、特開平３−２８３５９号公報、特開平３−６４４３７号公報等に見られるように、特定のめっきを付与することでめっき性の改善を行っているが、この方法では、溶融めっきライン焼鈍炉前段に新たにめっき設備を設けるか、もしくは、あらかじめ電気めっきラインにおいてめっき処理を行わなければならず、大幅なコストアップとなるという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決し、不めっきが抑制され、外観の優れた溶融Ｚｎめっき高強度鋼材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、種々検討を行った結果、めっきに特定の元素を適正濃度含有させることで、高強度鋼材の溶融Ｚｎめっき濡れ性が向上することを見いだした。また、この効果は、めっき相中Ａｌ濃度を低減することでさらに強められることを見いだし本発明に至ったもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０００１〜０．３％、Ｓｉ：０．０１〜４％、Ｍｎ：０．０１〜２％、Ｐ：０．１％以下、Ａｌ：０．００１〜４％を含有し、更にＣｒ：０．００１〜２５％、Ｎｉ：０．００１〜１０％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、表面に、質量％で、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｎ：０．００１〜１０％を含有し、Ｌｉ：０．００１〜３％、Ｇａ：０．００１〜５％、Ｓｒ：０．００１〜３％、Ｙ：０．００１〜２％、Ｚｒ：０．００１〜２％、Ｎｂ：０．００１〜２％、Ｂａ：０．００１〜３％、Ｃｅ：０．００１〜８％、Ｃａ：０．００１〜３％、Ｍｎ：０．００１〜５％のうち、いずれか１種または２種以上を、さらに含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる溶融Ｚｎめっき層を有することを特徴とする外観の良好な溶融Ｚｎめっき高強度鋼材。
【０００９】
（２）質量％で、Ｃ：０．０００１〜０．３％、Ｓｉ：０．５〜４％、Ｍｎ：０．０１〜２％、Ｐ：０．１％以下、Ａｌ：０．００１〜４％を含有し、更にＣｒ：０．００１〜２５％、Ｎｉ：０．００１〜１０％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、表面に、質量％で、Ａｌ：０．２超０．５％以下を含有し、Ｓｎ：０．００１〜１０％、Ｌｉ：０．００１〜３％、Ｇａ：０．００１〜５％、Ｓｒ：０．００１〜３％、Ｙ：０．００１〜２％、Ｚｒ：０．００１〜２％、Ｎｂ：０．００１〜２％、Ｂａ：０．００１〜３％、Ｃｅ：０．００１〜８％、Ｃａ：０．００１〜３％、Ｍｎ：０．００１〜５％のうち、いずれか１種または２種以上を、さらに含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる溶融Ｚｎめっき層を有することを特徴とする外観の良好な溶融Ｚｎめっき高強度鋼材。
【００１０】
（３）前記（１）または（２）に記載の溶融Ｚｎめっき高強度鋼材をめっき後にＺｎ融点以上の温度に加熱保持して、下地鋼材からＺｎ中にＦｅを拡散させることで、Ｆｅ−Ｚｎ合金を形成させ、前記めっき層を合金化溶融Ｚｎめっき層とすることを特徴とする外観の良好な合金化溶融Ｚｎめっき高強度鋼材にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。発明者らは、質量％にてＣ：０．０００１〜０．３％、Ｓｉ：０．０１〜４％、Ｍｎ：０．０１〜２％、Ｐ：０．１％以下、Ｃｒ：０．０１〜２５％、Ｎｉ：０．００１〜１０％、Ａｌ：０．００１〜４％を含有し、更にＣｒ：０．００１〜２５％、Ｎｉ：０．００１〜１０％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる種々の鋼材を１０％Ｈ2−Ｎ2雰囲気中８００℃にて９０秒間焼鈍を行い、４５０〜４７０℃の組成を種々変化させたＺｎめっき浴に３秒間浸漬を行い、めっき鋼材を製造した。
【００１２】
その後、めっき鋼材表面の不めっき部面積を測定することでめっき性を評価した。不めっきの発生が抑制される理由の詳細については不明であるが、めっき浴中に添加されたＡｌと鋼板表面に生成したＳｉＯ2 との濡れ性が悪いため不めっきが発生すると考えられる。すなわち、Ｚｎ浴に添加したＡｌの悪影響を除去する元素を添加することで不めっきの発生を抑制することが可能となる。発明者らが鋭意検討した結果Ｌｉ，Ｇａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂａ，Ｃｅ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｇａを適正な濃度範囲で添加することで表記目的を達成出来ることが判明した。これらの元素はＺｎ浴中に添加しているＡｌより優先的に酸化皮膜を形成し、鋼材表面に生成しているＳｉ系の酸化皮膜との反応性を高めるものと推定される。
【００１３】
Ａｌ量を０．５％以下としたのは、０．５％を超えてＡｌを添加すると合金化反応を著しく抑制してしまい、合金化溶融Ｚｎめっき層を形成することが困難となるためである。
Ｌｉ量を０．００１〜３質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｌｉ量が上限の３質量％を超えるとめっき浴中にてＬｉ−Ｚｎ化合物およびＬｉ酸化物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
【００１４】
Ｇａ量を０．００１〜５質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｇａ量が上限の５質量％を超えると不めっき抑制効果の向上はなく、製造コストの観点において不利となる。
【００１５】
Ｓｒ量を０．００１〜３質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｓｒ量が上限の３質量％を超えるとめっき浴中にてＳｒ−Ｚｎ化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
Ｙ量を０．００１〜２質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｙ量が上限の２質量％を超えるとめっき浴中にてＹ−Ｚｎ化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
【００１６】
Ｚｒ量を０．００１〜２質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｚｒ量が上限の２質量％を超えるとめっき浴中にてＺｒ−Ｚｎ化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
Ｎｂ量を０．００１〜２質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｎｂ量が上限の２質量％を超えるとめっき浴中にてＮｂ−Ｚｎ化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
【００１７】
Ｂａ量を０．００１〜３質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｂａ量が上限の３質量％を超えるとめっき浴中にてＢａＺｎ13化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
Ｃｅ量を０．００１〜８質量％の範囲内としたのは、この範囲において、不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｃｅ量が上限の８質量％を超えるとめっき浴中にてＣｅ−Ｚｎ化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
【００１８】
Ｃａ量を０．００１〜３質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｃａ量が上限の３質量％を超えるとめっき浴中にてＣａ−Ｚｎ化合物およびＣａ酸化物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
Ｍｎ量を０．００１〜５質量％の範囲内としたのは、この範囲において不めっきが発生せず、良好な外観のめっきが得られるためである。Ｍｎ量が上限の５質量％を超えるとめっき浴中にてＭｎ−Ｚｎ化合物が析出し、めっき層中に取り込まれることで外観が著しく低下する。
【００１９】
また、不めっきを抑制する効果はめっき層のＡｌ含有量を低減することで更に顕著になり、０．２質量％以下であれば不めっきが全く無く、極めて良好な外観を呈するめっきが可能となる。ただし、この場合は本来Ａｌが果たしていた機能を発揮する元素を別途添加する必要がある。Ａｌが果たしていた機能のうち第一はＺｎ浴の酸化を抑制しトップドロスといわれるＺｎ酸化物が生成を抑制することである。また、第二の機能はめっき浴への鋼板溶解を抑制し、Ｆｅ−Ｚｎ系の化合物であるボトムドロスの生成を抑制することである。
【００２０】
発明者らが鋭意検討した結果、上述のＬｉ，Ｇａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂａ，Ｃｅ，Ｃａ，Ｍｎにもこれらの効果があるが、さらにＳｎを適正濃度で添加することで、さらにその効果が増すことが明らかになった。適正なＳｎ濃度は０．００１〜１０質量％であり、０．００１質量％以下では効果が発揮されず、また１０質量％を超えて添加しても効果が飽和し、製造コストの観点に於いて不利となる。
【００２１】
めっき付着量については、特に制約は設けないが、耐食性の観点から片面付着量で５ｇ／ｍ2 以上であることが望ましい。本発明の溶融Ｚｎめっき鋼材上に塗装性、溶接性を改善する目的で上層めっきを施すことや、各種の処理、例えば、クロメート処理、りん酸塩処理、潤滑性向上処理、溶接性向上処理等を施しても、本発明を逸脱するものではない。
また、めっき層を合金化溶融Ｚｎめっき層とし、塗料密着性、塗装後耐食性、溶接性などに優れる合金化溶融Ｚｎめっき高強度鋼材を製造する場合は、鋼材に溶融Ｚｎめっき後、直ちにＺｎ融点以上の温度に加熱保持して、下地鋼材からＺｎ中にＦｅを拡散させることで、Ｆｅ−Ｚｎ合金を形成させる。
【００２２】
次に本発明における鋼材成分の限定理由について述べる。
Ｃ量の範囲を０．０００１〜０．３質量％の範囲内としたのは、強度を確保するためにＣ量の下限を０．０００１質量％とし、加工性を保持可能な上限として０．３質量％とした。
Ｓｉ量の範囲を０．０１〜４質量％の範囲内としたのは、材質上強度を確保するためである。また、鋼中Ｓｉの上限を４質量％としたのは、材質上これ以上Ｓｉを添加すると強度の向上はなく、逆に加工性に悪影響を及ぼすためである。
【００２３】
Ｍｎ量を０．０１〜３質量％の範囲としたのは、０．０１質量％以上で強化効果が現れること、３質量％を上限としたのは、これ以上添加すると伸びに悪影響を及ぼすためである。
Ｐ量の上限を０．１質量％としたのは、これを超える量の添加では加工性に悪影響を及ぼすためである。
Ａｌ量を０．００１〜４質量％の範囲としたのは、０．００１質量％以上で強化効果が現れること、４質量％を超えると製造コストの観点で不利となるためである。
【００２４】
さらに、本発明が対象とする鋼は、強度のさらなる向上を目的としてＣｒ、Ｎｉの１種または２種以上を含有する。
Ｃｒ量を０．００１〜２５質量％の範囲としたのは、０．００１質量％以上で強化効果が現れること、２５質量％を上限としたのは、これを超える量の添加では、加工性に悪影響を及ぼすためである。
Ｎｉ量を０．００１〜１０質量％の範囲としたのは、０．００１％以上で強化効果が現れること、１０質量％を上限としたのは、これを超える量の添加では、加工性に悪影響を及ぼすためである。
【００２５】
本発明が対象とする鋼材としては、この他に合金元素として、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ｓ、Ｏ、希土類元素の１種または２種以上を該鋼材の要求性能に応じて、もしくは、不可避不純物としてさらに含有しても構わない。また、鋼材は、線、管、板等、その形状を問わない。
【００２６】
【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。
表１に示すような組成の鋼材を、１０％Ｈ2 −Ｎ2 雰囲気中８００℃にて９０秒間還元を行い、浴組成を種々変化させ４６０℃のＺｎめっき浴に３秒間浸漬することでめっきを行った。また、一部の鋼材については、Ｆｅ−Ｚｎ合金化処理として、めっき後の鋼材を４６０〜５５０℃の温度範囲で加熱して、めっき層中のＦｅ含有率が質量％で５〜２０となるよう調節した。めっき表面のドロス巻き込み状況の目視観察および不めっき部面積の測定によりめっき性を評価した。
作製しためっきはめっき相をインヒビターを含有した５％塩酸溶液で溶解し化学分析に供し組成を求めた。
【００２７】
表２より本発明の鋼材（表中１〜７、９、１０、１２、１３、１７〜２０、２２〜２８は、不めっき発生が少なく、外観も良好である。それに比較して本発明の範囲を逸脱する場合（表中２９〜４１）は、通常不めっきの発生が多いあるいは外観が不良である。２９はＡｌ以外の元素を全く含まない場合で、めっきが殆ど濡れない。また３０はＡｌ濃度が上限値を超えた場合で合金化反応が殆ど進行しなかった。３１〜３９はＡｌ以外の添加元素濃度が適正値上限を超えた場合で、添加元素とＺｎの化合物起因のドロス巻き込み等で外観に劣るめっきとなった。４０〜４１はＡｌ濃度が０．２質量％以下であるにもかかわらずＳｎを適正濃度添加しなかった場合でめっき外観に若干劣る。
【００２８】
【表１】
0004968701.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004968701.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
本発明のめっき鋼材は不めっきの発生が抑制され外観が良好であり、建材、家電製品、自動車車体用途等に有効である。