(57)【要約】【課題】耐酸化性とスポット溶接性の両方に優れ、長期間にわたり腐食せず、かつ、構造材として汎用性のあるアルミニウム系合金めっき被膜を有する鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、Ｃｒ：０．０２〜１０％及びＮｉ：０．０２〜１０％のうち１種又は２種、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有することを特徴とする耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、Ｃｒ：０．０２〜１０％及びＮｉ：０．０２〜１０％のうち１種又は２種、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有することを特徴とする耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【請求項２】
前記Ｆｅが１〜２５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【請求項３】
前記めっき被膜が、さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０２〜５０％及びＣａ：０．０２〜１％の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【請求項４】
前記めっき被膜が、さらに、質量％で、Ｓｉ：０．０２〜２％及びＲＥＭ：０．０２〜１％の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【請求項５】
前記ＲＥＭが、Ｌａ−Ｃｅ合金であることを特徴とする請求項４に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼材に、塗装を施したことを特徴とする耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性に優れた表面処理鋼材、特に、耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼材表面にＺｎ或いはＺｎ系合金のめっきを施したＺｎ系めっき鋼材は、自動車、家電、建材等、幅広い分野で使用されているが、Ｚｎには価格の高騰や資源枯渇等の問題があるため、Ｚｎに替わるめっき用金属が求められている。
【０００３】
一方、アルミニウムは安価で埋蔵量も豊富であり、これをめっきしたアルミニウムめっき鋼板は、耐食性及び耐熱性に優れていることから、Ｚｎ系めっき鋼材同様、家電、建築、自動車用構造材として広く使用されている。
【０００４】
しかし、Ａｌめっき鋼板はＺｎ系めっき鋼板に比しスポット溶接性が劣るという問題がある。これは、めっき成分であるＡｌが、溶接チップのＣｕ合金と反応し電極寿命が低下するためである。このため、従来のアルミニウムめっきでは、亜鉛系めっきの代替は困難である。
【０００５】
そして、近年、腐食性の高い環境下でも、長期間（例えば、数年間）にわたり、腐食、例えば、孔あき腐食が起きない高耐食性鋼材が強く求められていることから、溶融アルミニウムめっき鋼板の耐食性を高める提案が数多くなされている（例えば、特許文献１〜４、参照）。
【０００６】
これら提案は、鋼板組成や、めっき浴組成を工夫し、溶融アルミニウムめっき鋼板の総合的な耐食性の向上を図るものであるが、最近に至り、溶融アルミニウムめっき鋼板の用途が多様化し、厳しい酸化性雰囲気下で使用したり、溶接加工して使用する頻度が増加する中、亜鉛めっき鋼板に比べて劣る耐酸化性や、スポット溶接性を高めることが強く求められている。
【０００７】
特許文献５には、抵抗溶接性に優れたアルミニウムめっき鋼板が開示されているが、めっき層表層のＦｅ濃度管理が必須であり、該鋼板は、汎用性に欠ける。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１７６０２１号公報
【特許文献２】特開平０５−２８７４９２号公報
【特許文献３】特開平０５−３１１３７９号公報
【特許文献４】特開２００４−２５０７３４号公報
【特許文献５】特開２００４−００２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、溶融アルミニウムめっき鋼板のスポット溶接性の限界に鑑み、スポット溶接性、さらに、耐酸化性の両方に優れ、長期間にわたり腐食せず、かつ、構造材として汎用性のあるアルミニウム系合金めっき被膜を有する鋼材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、アルミニウム系合金を溶融めっきした鋼材において、耐酸化性とスポット溶接性の両方を高める手法について鋭意検討した。
【００１１】
その結果、鋼材の表面に、所要量のＣｒ及びＮｉの１種又は２種を含有するＦｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ合金を溶融めっきすると、耐酸化性及びスポット溶接性がともに向上し、長期間にわたり赤錆が発生しないことを見出した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１３】
（１）  質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、Ｃｒ：０．０２〜１０％及びＮｉ：０．０２〜１０％のうち１種又は２種、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有することを特徴とする耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【００１４】
（２）  前記Ｆｅが１〜２５％未満であることを特徴とする前記（１）に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【００１５】
（３）  前記めっき被膜が、さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０２〜５０％及びＣａ：０．０２〜１％の１種又は２種を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【００１６】
（４）  前記めっき被膜が、さらに、質量％で、Ｓｉ：０．０２〜２％及びＲＥＭ：０．０２〜１％の１種又は２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【００１７】
（５）  前記ＲＥＭが、Ｌａ−Ｃｅ合金であることを特徴とする前記（４）に記載の耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【００１８】
（６）  前記（１）〜（５）のいずれかに記載のアルミニウム系合金めっき鋼材に、塗装を施したことを特徴とする耐酸化性及びスポット溶接性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼材。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐酸化性とスポット溶接性の両方に優れ、長期間にわたり腐食せず、かつ、構造材として汎用性のあるアルミニウム系合金めっき被膜を有する鋼材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
本発明のアルミニウム系合金めっき鋼材（本発明鋼材）は、質量％で、Ｆｅ：１〜７５％、Ｃｒ：０．０２〜１０％及びＮｉ：０．０２〜１０％のうち１種又は２種、及び、残部：Ａｌ及び不可避的不純物からなるめっき被膜を有するので、耐酸化性及びスポット溶接性に優れた鋼材である。
【００２２】
本発明鋼材においては、上記組成のめっき被膜が、優れた耐酸化性及びスポット溶接性を担うので、下地鋼材は、特定の鋼材に限定されない。下地鋼材として、熱間圧延材、冷間圧延材を問わず使用できるし、また、普通鋼材を始めとし、極低炭素鋼材、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを多量に含有する高強度鋼材や、ステンレス鋼材、電磁鋼材も使用することができる。また、鋼材は、鋼板、鋼管、構造材、及び、線材のいずれでもよい。
【００２３】
めっき方法は、Ｆｅ−Ａｌ合金系めっき被膜を形成することができる方法であればよい。工業的な見地から、溶融めっき法が好ましいが、水溶液または非水溶媒からの電気めっき、蒸着、ＣＶＤ、溶射なども用いることができる。
【００２４】
なお、めっきの前工程で、鋼材を、アルカリで脱脂した後、無酸化炉−還元炉方法、全還元炉方法、フラックス法、サンドブラスト、ショットブラスト等のいずれかの方法で鋼材の表面を活性化する前処理を行うことが好ましい。
【００２５】
溶融めっき法を用いる場合、めっき層中のＦｅは、めっき浴に、直接、Ｆｅを添加するか、又は、Ｆｅを殆ど含まないＡｌ系溶融めっき浴により、Ａｌ系めっきを付着させた後、めっき浴の熱、又は、めっき後の熱処理により、地鉄から導入する（以下、「合金化」と称する）。
【００２６】
具体的には、前処理しない鋼材、又は、前処理した鋼材を、所要のＦｅ濃度、及び、Ｃｒ及び／又はＮｉ濃度のＦｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ合金めっき浴か、又は、Ｆｅを殆ど含まない、所要のＣｒ及び／又はＮｉ濃度の（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ合金めっき浴に、３〜６０秒程度浸漬して、鋼材表面に、所要厚のＦｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ合金系めっき被膜、又は、Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ合金系めっき被膜を形成する。
【００２７】
Ｆｅを殆ど含まない（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ合金めっき浴を用いる場合には、浴温は、６００〜７００℃が好ましく、この温度で、めっき被膜の合金化が進行し、Ｆｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ系合金めっき被膜が生成するが、鋼材を、めっき浴から引き上げた後、めっき被膜を加熱し、Ｆｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ系合金層の形成を促進してもよい。
【００２８】
次に、めっき被膜の成分組成に係る限定理由について説明する。なお、％は、質量％を意味する。
【００２９】
めっき被膜中のＦｅが１％未満であると、鋼材をめっき浴から引き上げた後、めっき被膜を加熱しても、耐酸化性とスポット溶接性に優れたＦｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌ系合金めっき被膜が生成しない。鋼材と密着するＦｅ−Ａｌ系合金めっき被膜を形成するためには、１％以上のＦｅが必要であるので、Ｆｅの下限を１％とする。
【００３０】
めっき被膜中のＦｅが、７５％を超えると、Ｆｅ3Ａｌが生成し、めっき被膜が脆くなり、下地鋼材に達するクラックが増大し、加工時に、めっき被膜が破壊し、剥離脱落するため、所要の耐食性とスポット溶接性が得られないことがある。それ故、Ｆｅの上限を７５％にした。
【００３１】
Ｆｅは、より優れた耐酸化性とスポット溶接性を得ることができる点で、１〜６０％が好ましいが、より好ましくは、１〜２５％未満である。さらに好ましくは１０〜２５％未満である。この範囲では、対酸化性、スポット溶接性のみならず塩水噴霧試験より厳しいサイクル腐食試験環境においても塗装後の耐食性が良好である。
【００３２】
Ｃｒ及び／又はＮｉは、めっき被膜の耐酸化性を高めるために添加するが、０．０２％未満であると、耐酸化性向上効果が得られないので、いずれも、下限を０．０２％とする。
【００３３】
一方、Ｃｒ及び／又はＮｉが１０％を超えて添加しても、増量分に応じて耐酸化性が向上せず、飽和するし、また、コスト高となるので、いずれも、上限を１０％とする。
【００３４】
本発明鋼材のめっき被膜は、Ｆｅ、及び、Ｃｒ及び／又はＮｉの他、（ｉ）Ｍｇ：０．０２〜５０％及びＣａ：０．０２〜１％の１種又は２種、及び／又は、（ii）Ｓｉ：０．０２〜２％及びＲＥＭ（希土類元素）：０．０２〜１％の１種又は２種、を含有する。
【００３５】
Ｍｇ及び／又はＣａは、めっき被膜の耐食性、特に加工部や切断端面の耐食性を高めるために添加するが、０．０２％未満であると、耐食性向上効果が得られないので、ともに、下限を０．０２％とする。
【００３６】
一方、Ｍｇが５０％を超えると、めっき被膜自体が活性化し、耐食性が低下するので、Ｍｇの上限を５０％とする。また、Ｃａが１％を超えると、めっき被膜の加工性、切断性が低下するので、Ｃａの上限を１％とする。
【００３７】
めっき被膜中にＳｉ及び／又はＲＥＭが存在すると、耐酸化性がより向上するとともに、裸耐食性や塗装後の耐食性についての改善効果も認められるが、いずれも、０．０２％未満では、耐酸化性向上効果が発現しないので、Ｓｉ及びＲＥＭの下限は、０．０２％とする。
【００３８】
一方、めっき被膜中にＳｉが多量に存在すると、Ｆｅ−（Ｃｒ、Ｎｉ）−Ａｌの合金化を抑制するように作用し、その結果、加熱に長時間を要することになるので、Ｓｉの上限は、２％とする。
【００３９】
また、めっき被膜中のＲＥＭ量を増大しても、耐酸化性は、１％超えると、増量に応じて向上せず、飽和するので、ＲＥＭの上限は、１％とする。
【００４０】
ＲＥＭとしては、工業的に安価であるミッシュメタルとしてめっき浴に添加することできるＬａ−Ｃｅ合金が好ましいが、他のＲＥＭ、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなども、上記耐食性向上効果を発現するので、添加材として使用することができる。
【００４１】
本発明鋼材は、耐酸化性とスポット溶接性に優れているとともに、優れた耐食性能を持つので、裸使用で種々の用途に用いることができるが、塗装をすることで、さらに、製品寿命を延長することができる。
【００４２】
なお、塗装する塗料は、特定の塗料に限られない。ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂などを用いることができる。塗装方法については、例えば、ロールコーター、バーコーター、スプレー、カーテンフロー、電着のいずれを用いてもよく、特定の塗装方法に限定されない。
【００４３】
また、必要に応じ、塗装下地処理として、クロメートフリー系化成処理、クロメート系化成処理、燐酸亜鉛系化成処理等を施してもよい。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００４５】
（実施例１）
板厚０．８ｍｍの低炭素アルミキルド鋼板を、Ｎ2−１５％Ｈ2雰囲気中、８００℃で還元し、焼鈍し、次いで、浴温６５０℃のめっき浴に３秒浸漬し、引き上げ後、エアワイピングで、付着量を、片面４０ｇ／ｍ2に調整し、７００〜８００℃にて５〜６０秒加熱した後、窒素ガスにて、直ちに冷却して、上記鋼板の表面にめっき被膜を形成した。
【００４６】
めっき被膜を化学分析した結果を、表１及び表２に示す。
【００４７】
めっき被膜を有する鋼板から、寸法：５０ｍｍ×５０ｍｍの試料片を切り出し、大気中にて、５００℃で１０００時間加熱し、加熱前後の質量差から、めっき被膜の単位面積当りの酸化増量を測定した。
【００４８】
評価は、下記に示す５段階の評価基準（評点）を設定して行い、評点３以上を合格とした。結果を、表１及び２に併せて示す。
【００４９】
評点：酸化増量
５：０．５ｇ／ｍ2未満
４：０．５ｇ／ｍ2以上１ｇ／ｍ2未満
３：１ｇ／ｍ2以上２ｇ／ｍ2未満
２：２ｇ／ｍ2以上５ｇ／ｍ2未満
１：５ｇ／ｍ2以上
【００５０】
表１及び表２に示す酸化増量から、本発明鋼材は、耐酸化性に優れていることが解る。
【００５１】
（実施例２）
実施例１で得ためっき鋼板同士を、溶接電源：単相交流、電極材質：Ｃｕ−Ｃｒ合金、電極形状：ドーム型、電極先端径：６ｍｍ、加圧力：２４００Ｎ、溶接電流：１０ｋＡ、溶接時間：１０サイクル（周波数：５０Ｈｚ）の溶接条件で、抵抗溶接し、形成される溶接ナゲット径が４√ｔ（ｔ：めっき鋼板の厚さ）未満となるまでの連続打点数を測定した。
【００５２】
評価は、下記に示す５段階の評価基準（評点）を設定して行い、評点３以上を合格とした。結果を、表１及び表２に併せて示す。
【００５３】
評点：連続打点数
５：３０００超
４：２０００〜３０００
３：１０００〜２０００
２：５００〜１０００
１：５００未満
【００５４】
表１及び表２に示す連続打点数から、本発明鋼材は、スポット溶接性に優れていることが解る。
【００５５】
（実施例３）
実施例１で得ためっき被膜表面に、Ｃｒ6+を含まない化成被膜を２ｇ／ｍ2施した後、プライマーとして、エポキシ変性ポリエステル塗料（日本ペイント製 Ｐ−０２）をバーコーターで塗布し、熱風乾燥炉にて、板温２００℃で焼き付け、膜厚５μｍの塗膜を形成した。さらに、ポリエステル塗料（日本ペイント製 ＮＳＣ−３００ＨＱ）を塗布し、熱風乾燥炉にて、板温２２０℃で焼き付けて、膜厚２０μｍの塗膜を形成した。
【００５６】
寸法：１５０ｍｍ×７０ｍｍの試料を切り出し、該試料の表面に、カッターナイフで、５０ｍｍ長さの、互いに交差するカット疵を付与した。この試料につき、塩水噴霧試験（ＪＩＳ−Ｚ２３７１）を２５００時間行い、試験後、疵部からの塗膜膨れ幅の最大値を測定した。
【００５７】
また、塗膜を有する鋼板から、寸法：１５０ｍｍ×７０ｍｍの試料片を切り出し、カッターナイフで、５０ｍｍ長さの、互いに交差するカット疵を付与した後、サイクル腐食試験(ＪＡＳＯ Ｍ ６０９−９１)を５００サイクル行い、試験後、疵部からの塗膜膨れ幅の最大値を測定した。
【００５８】
評価は、下記に示す５段階の評価基準（評点）を設定して行い、評点３以上を合格とした。結果を、表１及び表２に併せて示す。
【００５９】
評点：塗膜膨れ幅
５：１ｍｍ未満
４：１ｍｍ以上２ｍｍ未満
３：２ｍｍ以上５ｍｍ未満
２：５ｍｍ以上１０ｍｍ未満
１：１０ｍｍ以上
【００６０】
表１及び表２に示す塗膜膨れ幅から、本発明鋼材は、塗装後耐食性にも優れていることが解る。
【００６１】
【表１】
2009120943.tif 000002
【００６２】
【表２】
2009120943.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００６３】
前述したように、本発明によれば、耐酸化性とスポット溶接性の両方に優れ、長期間にわたり腐食せず、かつ、構造材として汎用性のあるアルミニウム系合金めっき被膜を有する鋼材を提供することができる。したがって、本発明は、各種製造産業や建築産業において、汎用構造材として利用可能性が大きいものである。