(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛合金めっき鋼材において、めっき層の組成が、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなり、かつ、めっき層内の地鉄との界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下であることを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材。
【請求項２】
亜鉛合金めっき鋼材において、めっき層の組成が、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなるとともに、めっき層の全体厚みが５μｍ以上であり、かつ、めっき層内の地鉄との界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下であることを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材。
【請求項３】
前記めっき鋼材の鋼の成分が、質量％で、Ｃ：０．０２〜１．０２％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下含むことを特徴とする請求項１または２に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材。
【請求項４】
２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段として亜鉛を主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層内の地鉄と界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下の請求項１〜３のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【請求項５】
２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段としてニッケルを主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層内の地鉄と界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下の請求項１〜３のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【請求項６】
２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段として亜鉛を主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層の全体厚みが５μｍ以上の請求項２または３に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【請求項７】
２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段としてニッケルを主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層の全体厚みが５μｍ以上の請求項２または３に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【請求項８】
前記第２段の浴からめっき鋼材を引き上げる際に、当該めっき鋼材を不活性ガスによりパージし、浴表面およびめっき鋼材の酸化を防止することを特徴とする請求項４〜７のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【請求項９】
前記第２段の亜鉛合金めっき浴からめっき鋼材を引き上げた直後に水スプレーまたは気水噴霧または水流による直接水冷により、亜鉛合金めっきを凝固させることを特徴とする請求項４〜８のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸線加工を行い強度を調整し、伸線加工まま、あるいは撚り線加工を行って使用する鋼線や、構造物に使用される形鋼などの耐食性を高めためっき鋼材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
めっき鋼材として亜鉛めっき鋼材や、これよりも耐食性にすぐれた亜鉛一アルミニウム合金めっき鋼材が使用されている。この亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼材は、一般に、鋼材を洗浄、脱脂等により清浄化処理し、次いでフラックス処理を行った後、第１段として亜鉛を主体とする溶融めっきを施し、次いで第2段としてAl添加量１０％のZn−Al合金浴にて溶融めっきすることで作られる。さらに耐食性をあげる方法として、めっき浴中にＭｇを添加した耐食性が高いZn-Al-Mg合金系めっき組成が特開平10-226865に提案されている。
【０００３】
これらのめっきでは１浴目のＺｎめっきにてFe-Znの金属間化合物からなる合金層が形成されるが、この組織は硬く脆いため加工時に割れの原因となる。この合金層はＺｎ浴中に微量のAlを添加することで成長が抑えられるが、フラックスの未反応部を残さずにめっきをつけると２μｍを超えた厚みに成長する。還元炉を用いた直接めっきも一部鋼板では行われるが、還元雰囲気が必要であり、そのために水素ガスまたは一酸化炭素を用いるので安全上設備費がかかり、めっき鋼線のような断面積が小さいものや形鋼などのように形状が複雑なものを連続的にめっきするには適さない。または直接狙いの組成を電気めっきする方法が検討されているが、Zn,Al,Mgのそれぞれの析出電位が異なるため、狙いの組成で析出させることは現時点では困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、伸線加工まま、あるいは撚り線加工を行って使用する鋼線、構造物に使用される鋼材に亜鉛合金めっきを施した高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材とその製造方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。
【００１０】
（１）亜鉛合金めっき鋼材において、めっき層の組成が、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなり、かつ、めっき層内の地鉄との界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下であることを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材。
（２）亜鉛合金めっき鋼材において、めっき層の組成が、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなるとともに、めっき層の全体厚みが５μｍ以上であり、かつ、めっき層内の地鉄との界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下であることを特徴とする高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材。
【００１１】
（３）前記めっき鋼材の鋼の成分が、質量％で、Ｃ：０．０２〜１．０２％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下含むことを特徴とする（１）または（２）に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材。
【００１２】
（４）２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段として亜鉛を主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層内の地鉄と界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下の（１）〜（３）のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【００１３】
（５）２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段としてニッケルを主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層内の地鉄と界面に存在するＦｅ−Ｚｎ合金層が２μｍ以下の（１）〜（３）のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【００１４】
（６）２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段として亜鉛を主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層の全体厚みが５μｍ以上の（２）または（３）に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【００１５】
（７）２段に分けてめっきを施す亜鉛合金めっき鋼材の製造方法において、第１段としてニッケルを主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第２段として、質量％で、Ａｌ：８〜２５％、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１％以上、残部Ｚｎからなる亜鉛合金めっき浴でめっきを施し、めっき層の全体厚みが５μｍ以上の（２）または（３）に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【００１８】
（８）前記第２段の浴からめっき鋼材を引き上げる際に、当該めっき鋼材を不活性ガスによりパージし、浴表面およびめっき鋼材の酸化を防止することを特徴とする（４）〜（７）のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【００１９】
（９）前記第２段の亜鉛合金めっき浴からめっき鋼材を引き上げた直後に水スプレーまたは気水噴霧または水流による直接水冷により、亜鉛合金めっきを凝固させることを特徴とする（４）〜（８）のいずれかの項に記載の高耐食性を有し加工性に優れた亜鉛合金めっき鋼材の製造方法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、めっき鋼材においてめっき層内の地鉄との界面に存在するFe-Zn合金層が２μｍ以下であることを特徴とするめっき鋼材であり、めっき層の全体厚みが5μｍ以上であることを特徴とするめっき鋼材である。
【００２１】
めっきにおいて形成されるFe-Zn合金層は金属間化合物層であるため、めっき皮膜の密着性を上げる効果がある。ただし、この層は硬くて脆いため加工を行うと剥離しやすくなる傾向がある。そこで、この層の厚みと加工性の関係を調査した結果、２μｍを超えると加工性が顕著に低下することが判明した。そこでFe-Zn合金層は２μｍ以下とする。この合金層は薄いほど良好な加工性が得られ、理想的には０μｍとすることがのぞましい。
【００２２】
めっき鋼材の耐食性はめっき組成とその厚みで確保されるが、通常のめっき製品は使用時に表面に傷が付いて耐食性が低下する。それを防ぐためには厚みを多くすることが必要である。めっきの厚みを変えた実験の結果、加工性が厳しい用途では５μｍ未満のめっき層では、加工による疵が地鉄まで達してしまうことがわかった。そこでめっき層の厚みは５μｍ以上とする。
【００２３】
めっき組成としては耐食性と加工性の点から、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系が望ましい。その範囲としては、Ａｌが８％未満では十分な耐食性が得られず、２５％を超えるとＡｌが粗大に成長するため加工に割れやすくなるため、Ａｌは８〜２５％とする。
【００２４】
また、さらにＭｇを添加することも耐食性向上には有効である。その範囲としては０．１％未満ではＭｇによる耐食性向上の効果を得ることができず、５．０％を超えると組織が硬くなるため、Ｍｇは０．１〜５．０％とする。さらに耐食性を上げるためにＳｉを０．１％以上添加する。
【００２５】
本発明のめっきは、全ての鋼材に適用可能であるが、特に、めっき線のように低炭素から高炭素までの製品を同一の製造工程で扱うものには有利である。その鋼の代表成分は、質量％で、Ｃ：０．０２〜１．０２％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
【００２６】
また、このめっき線の製造方法としては、第１段として亜鉛またはニッケルを主体とする成分の電気めっきを施し、次いで第2段として所定の成分に調整されためっき浴に浸漬する溶融めっき法が適している。電気めっきは鋼材の上にめっき成分を析出させるものであるから合金層を形成しない。しかし、Zn,Al,Mgの３成分を狙いの組成で析出させる方法がないため、直接電気めっきを行うことは困難である。そこで第１段目に合金層を形成しない亜鉛またはニッケルの電気めっきを行いめっきを付着させる下地を作り、２段目に合金めっき浴に浸漬することによりZnめっきを合金めっきに置換する。第１段目で付着した亜鉛またはニッケルは合金浴中で溶解し、そのままめっき層に残ることはない。さらに亜鉛合金浴にAlが添加された場合にはFe-Znの合金層がほとんど形成されないため、合金層厚みが２μｍ以下にすることが可能となる。
【００２７】
また、前記第２段の浴からめっき鋼材を引き上げる際に、当該めっき鋼材を不活性ガスによりパージすると、浴表面およびめっき鋼材の酸化を防止することができ、耐食性を低下させる酸化物がめっき層に混入しないため、耐食性が向上する。そこでめっき鋼材の引き上げ部にはアルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを流して酸化を防止することが望ましい。
【００２８】
さらに、前記第２段のめっき浴からめっき鋼材を引き上げた直後に、水スプレー、気水噴霧または水流による直接水冷を行うことが望ましい。直接水冷により、通常の空冷ままで凝固させる場合と比較してめっき合金の凝固完了時期が早くなり、連続的なめっき工程の場合、引き上げ部分の長さを短くすることが可能になり、設備費が安くなる。また、水冷を行うことにより空冷と比較して組織が微細になるため、加工性が向上する。
【００２９】
【実施例】
表面に電気めっき法にて純ZnあるいはNiめっきを施した4mm径のJIS G 3505 SWRM6鋼線に表１に示す組成の合金めっきを行い、本発明のめっき鋼線を作製し、耐食性と加工性を評価した。
【００３０】
耐食性はJIS  Z2371に基づいて塩水噴霧を500時間行い、腐食生成物を除去後の重量と試験前重量の差より腐食減量を求め、腐食減量がZnめっきの1/2以下のものを合格とした。また、加工性は、減面率約２０％のダイスにて３回伸線加工を行い2.8mmに加工しためっき線の表面を観察し、割れおよび剥離がないものを合格とした。
【００３１】
表１にめっき組成、耐食性、加工性の関係を調査した結果を示す。本発明例はいずれも良好な結果を示す。
【００３２】
比較例の１〜５は合金層厚みが本発明の範囲外のものである。いずれも加工性が劣る結果となっている。比較例の６〜１０はめっきの組成が本発明の範囲から外れた場合であり、耐食性または加工性が劣る結果となった。
【００３３】
【表１】
0003769222.tif 000002
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のめっき鋼線において高耐食性を有し、加工背に優れる亜鉛合金鍍金鋼材を得られる。