JP7315826B2 - Plated steel and method for producing plated steel - Google Patents
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Description
本開示は、めっき鋼材、およびめっき鋼材の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to plated steel and methods of manufacturing plated steel.
例えば、土木・インフラ分野においては、鋼構造物が使用される。鋼構造物は、海岸地域、融雪塩を散布する地域等、腐食環境が厳しい環境に曝される。そのため、長期に渡り腐食を抑え、鋼構造物を維持するために、ステンレス鋼材が使用されている。 For example, steel structures are used in the civil engineering and infrastructure fields. Steel structures are exposed to severe corrosive environments such as coastal areas and areas where snow-melting salt is sprayed. Therefore, stainless steel materials are used to suppress corrosion over a long period of time and maintain steel structures.
一方、ステンレス鋼材は、Cr、Ni等の高コスト合金元素を使用する。そのことから、ステンレス鋼材を利用した鋼構造物の設置は、高コストであることが課題である。そのため、ステンレス鋼材の代用としてプレめっき製品(例えば、Zn-Al-Mg系めっき鋼材)が使用されるようになってきている。 On the other hand, stainless steel materials use high cost alloying elements such as Cr and Ni. For this reason, the installation of steel structures using stainless steel is expensive. Therefore, pre-plated products (for example, Zn-Al-Mg-based plated steel) have come to be used as a substitute for stainless steel.
しかし、大型の鋼構造物、パイプ形状の鋼構造物等は、1)溶接によりめっき層が消失すること、2)切断端面部からの腐食等により、めっき層が消失する部分が存在すること、3)ボルト、ワッシャー等の鋼材部品等はそもそも板材からの製造が困難である。
そのことから、このような部材については、後めっき処理(いわゆる、どぶ漬けめっき処理)が施される。
However, large steel structures, pipe-shaped steel structures, etc., have the following problems: 1) the plating layer disappears due to welding; 3) It is originally difficult to manufacture steel parts such as bolts and washers from plate materials.
For this reason, post-plating (so-called soaking plating) is applied to such members.
後めっき処理としては広く、溶融Znめっき処理が使用されているが、耐食性を向上させるため、Zn-Al-Mg系めっき処理も使用されるようになっている。 Hot-dip Zn plating is widely used as a post-plating treatment, but Zn--Al--Mg-based plating is also being used in order to improve corrosion resistance.
一方、Zn以外の溶融めっき処理による後めっき処理(Zn-Al-Mg系めっき処理等)は、Al、Mg等のめっき成分が、フラックスとの反応性の阻害、何らかの密着性不良が引き起こされるため、1段目に、鋼材に溶融Znめっき処理を施した上で、2段目に、Zn-Al-Mg系めっき浴に鋼材を浸漬して、後めっきする2段めっき法が採用される。 On the other hand, post-plating treatment by hot-dip plating other than Zn (Zn-Al-Mg system plating treatment, etc.) is because plating components such as Al and Mg hinder reactivity with flux and cause some kind of poor adhesion. A two-stage plating method is employed in which the steel material is subjected to hot-dip Zn plating treatment in the first stage, and the steel material is immersed in a Zn--Al--Mg-based plating bath in the second stage for post-plating.
例えば、特許文献1~3等に示される2段めっき手法などは、現在、主に使用されるZn-Al-Mg系めっきの代表的な2段めっき手法である。 For example, the two-step plating method disclosed in Patent Documents 1 to 3, etc. is a representative two-step plating method of Zn--Al--Mg-based plating that is mainly used at present.
ここで、2段めっき法の長所は、通常のめっき法(1段めっき法)と比較すると、2段目のめっき処理に使用されるめっき浴の成分制約が少なくなり、様々なめっき浴を試行錯誤することが可能となることである。
一方、2段めっき法の短所は、1段目のめっき処理に形成しためっき層が何らかの形で、2段目のめっき処理時のめっき層形成反応に関与することである。それにより、めっき層の成分バランス、組織の作り込みの判断が、単純な1段めっきとは異なる。そして、総合的に優れためっき層の構造を確認する必要があると共に、その作り込むための製造方法を明らかにしなければならない。
Here, the advantage of the two-step plating method is that compared to the normal plating method (single-step plating method), there are fewer restrictions on the composition of the plating bath used in the second-step plating process, and various plating baths can be tried. It is possible to make mistakes.
On the other hand, the disadvantage of the two-step plating method is that the plated layer formed in the first-step plating process somehow participates in the reaction for forming the plated layer in the second-step plating process. As a result, the balance of components of the plating layer and the determination of the texture are different from those of simple one-step plating. In addition, it is necessary to confirm the structure of the plated layer that is comprehensively excellent, and to clarify the manufacturing method for incorporating it.
このような背景から、Zn-Al-Mg系めっき浴の2段目のめっき処理においても、反応が複雑になることを回避するため、1段目のめっき処理と比較的成分の近いめっき浴を採用され、Al、Mgといった合金成分濃度も低く抑えられることが多い。 Against this background, in order to avoid complicating the reaction even in the second-stage plating process of the Zn-Al-Mg-based plating bath, a plating bath with relatively similar components to the first-stage plating process is used. In many cases, the concentrations of alloying components such as Al and Mg are kept low.
そのため、2段めっき法による後めっき鋼材(つまり、表層めっき層及び中間めっき層を有するめっき鋼材)では、耐食性の改善の余地があり、市場で要求される、過酷な耐食性環境(海岸地域、融雪塩等を散布する地域等)に対する耐食性の向上が求められているのが現状である。 Therefore, there is room for improvement in corrosion resistance of post-plated steel materials (that is, plated steel materials having a surface layer plating layer and an intermediate plating layer) by the two-step plating method. At present, there is a demand for improved corrosion resistance in areas where salt or the like is sprayed.
そこで、本発明の課題は、めっき層として表層めっき層及び中間めっき層を有するめっき鋼材であって、過酷な耐食性環境に対する耐食性に優れためっき鋼材を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plated steel material having a surface layer plating layer and an intermediate plating layer as plating layers and having excellent corrosion resistance in a severe corrosion-resistant environment.
上記課題を解決する手段は、次の態様を含む。
(1)鋼材と、
前記鋼材の表面上に配され、Fe濃度が3質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される表層めっき層と、前記鋼材と前記表層めっき層との間に配され、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される、層厚が3μm以上の中間めっき層と、を含むめっき層と、 を有し、
前記表層めっき層及び前記中間めっき層の合計の層厚が、8μm以上300μm未満であり、
前記めっき層の平均化学組成が、質量%で、
Zn:65.00%超、
Al:6.5%超~22.5%未満、
Mg:3.0%超~12%未満、
Sn:0%~4.00%未満、
Bi:0%~0.30%未満、
In:0%~0.30%未満、
Ca:0.05%~1.00%未満、
Y :0%~0.30%未満、
La:0%~0.30%未満、
Ce:0%~0.30%未満、
Si:0%~1.00%未満、
Cr:0%~0.25%未満、
Ti:0%~0.25%未満、
Ni:0%~0.25%未満、
Co:0%~0.25%未満、
V :0%~0.25%未満、
Nb:0%~0.25%未満、
Cu:0%~0.25%未満、
Mn:0%~0.25%未満、
Fe:0%~15.0%未満、
Sr:0%~0.50%未満、
Sb:0%~0.50%未満、
B :0%~0.50%未満、及び
不純物からなり、
前記中間めっき層のMg濃度が、質量%で3.0%超である、めっき鋼材。
(2)Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、前記表層めっき層の表面のX線回折像において、
強度和I(Zn)=I(36.30°強度(cps))+I(38.99°強度(cps))+I(43.23°強度(cps))+I(54.34°強度(cps))+I(70.06°強度(cps))、
強度和I(Al)=I(38.47°強度(cps))+I(44.74°強度(cps))+I(65.14°強度(cps))、
強度和I(MgZn2)=I(19.67°強度(cps))+I(20.79°強度(cps))+I(22.26°強度(cps))+I(40.47°強度(cps))+I(41.31°強度(cps))+I(45.378°強度(cps))、
強度和Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn2)
としたとき、下記式1~下記式3を満たす(1)に記載のめっき鋼材。
式1:I(Zn)/Io≦0.70、
式2:0.05≦I(Al)/Io≦0.30
式3:0.25≦I(MgZn2)/Io≦0.70
(3)前記表層めっき層のSn濃度が、質量%で、0.03~2.00%未満であり、
Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、前記表層めっき層の表面のX線回折像において、強度I(Mg-Sn金属間化合物)=I(22.8°強度(cps))が、1000cps以上、又は回折ピークのない11°~12°における平均強度をバックグラウンド強度(cps)とした際に、対し500cps以上高い、(1)又は(2)に記載のめっき鋼材。
(4)前記めっき層は、前記鋼材と前記中間めっき層との間に配され、Fe濃度が30質量%以上85質量%未満)で、層厚1μm以上のAl-Fe合金層から構成される界面合金層を有する、(1)~(3)のいずれか1項に記載のめっき鋼材。
(5)請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のめっき鋼材の製造方法であって、
質量%で、
Zn:65.0%超、
Al:12.0%超~25.0%、
Mg:5.0%超~8.0%未満、
Sn:0~5.00%未満、
Bi:0%~1.0%未満、
In:0%~0.50%未満、
Ca:0.10%~3.00%未満、
Y :0%~0.50%未満、
La:0%~0.50%未満、
Ce:0%~0.50%未満、
Si:0%~1.00%未満、
Cr:0%~0.25%未満、
Ti:0%~0.25%未満、
Ni:0%~0.25%未満、
Co:0%~0.25%未満、
V :0%~0.25%未満、
Nb:0%~0.25%未満、
Cu:0%~0.25%未満、
Mn:0%~0.25%未満、
Fe:0%~5.0%未満、
Sr:0%~0.50%未満、
Sb:0%~0.50%未満、
B :0%~0.50%未満、及び
不純物からなる化学組成を有し、かつ浴温度が浴融点+20℃(ただし、少なくとも420℃超)~520℃の溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴に、層厚30μm以上のめっき層を有するめっき鋼基材であって、Znめっき鋼基材、Zn-Al合金めっき鋼基材、及びZn-Al-Mg合金めっき鋼基材から選択されるめっき鋼基材を、20秒以上240秒未満浸漬した後、引き上げる工程と、
前記めっき鋼基材を前記溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴から引き上げた直後から380℃まで、60秒以内で冷却する工程と、
を有するめっき鋼材の製造方法。
(6)前記めっき鋼基材のめっき層が、Fe濃度が3質量%以上80質量%未満で、層厚10μm以上のZn-Fe合金層から構成される界面合金層を有する、(5)に記載のめっき鋼材の製造方法。
Means for solving the above problems includes the following aspects.
(1) a steel material;
A surface plating layer arranged on the surface of the steel material and composed of a Zn-Al-Mg alloy layer having an Fe concentration of less than 3% by mass, and a surface plating layer arranged between the steel material and the surface plating layer, wherein the Fe concentration is a plating layer comprising a Zn-Al-Mg alloy layer of 3% by mass or more and less than 30% by mass and having a layer thickness of 3 μm or more,
The total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer is 8 μm or more and less than 300 μm,
The average chemical composition of the plating layer is mass%,
Zn: more than 65.00%,
Al: more than 6.5% to less than 22.5%,
Mg: more than 3.0% to less than 12%,
Sn: 0% to less than 4.00%,
Bi: 0% to less than 0.30%,
In: 0% to less than 0.30%,
Ca: 0.05% to less than 1.00%,
Y: 0% to less than 0.30%,
La: 0% to less than 0.30%,
Ce: 0% to less than 0.30%,
Si: 0% to less than 1.00%,
Cr: 0% to less than 0.25%,
Ti: 0% to less than 0.25%,
Ni: 0% to less than 0.25%,
Co: 0% to less than 0.25%,
V: 0% to less than 0.25%,
Nb: 0% to less than 0.25%,
Cu: 0% to less than 0.25%,
Mn: 0% to less than 0.25%,
Fe: 0% to less than 15.0%,
Sr: 0% to less than 0.50%,
Sb: 0% to less than 0.50%,
B: 0% to less than 0.50%, and consists of impurities,
A plated steel material, wherein the intermediate plated layer has a Mg concentration of more than 3.0% by mass.
(2) In the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer, measured under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA using Cu-Kα rays,
Intensity sum I (Zn) = I (36.30° intensity (cps)) + I (38.99° intensity (cps)) + I (43.23° intensity (cps)) + I (54.34° intensity (cps) ) + I (70.06° intensity (cps)),
Intensity sum I (Al) = I (38.47° intensity (cps)) + I (44.74° intensity (cps)) + I (65.14° intensity (cps)),
Intensity sum I (MgZn 2 ) = I (19.67° intensity (cps)) + I (20.79° intensity (cps)) + I (22.26° intensity (cps)) + I (40.47° intensity (cps) )) + I (41.31° intensity (cps)) + I (45.378° intensity (cps)),
Intensity sum Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn 2 )
, the plated steel material according to (1) that satisfies the following formulas 1 to 3 below.
Formula 1: I(Zn)/Io≤0.70,
Formula 2: 0.05≦I(Al)/Io≦0.30
Formula 3: 0.25≤I( MgZn2 )/Io≤0.70
(3) the Sn concentration of the surface plating layer is 0.03 to less than 2.00% by mass;
In the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer, measured using Cu-Kα rays under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA, the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) = I (22. 8° intensity (cps)) is 1000 cps or more, or 500 cps or more when the average intensity at 11° to 12° without a diffraction peak is taken as the background intensity (cps), (1) or (2) Plated steel as described.
(4) The plated layer is disposed between the steel material and the intermediate plated layer, and is composed of an Al—Fe alloy layer having a Fe concentration of 30% by mass or more and less than 85% by mass) and a layer thickness of 1 μm or more. The plated steel material according to any one of (1) to (3), which has an interfacial alloy layer.
(5) A method for producing a plated steel material according to any one of claims 1 to 4,
in % by mass,
Zn: more than 65.0%,
Al: more than 12.0% to 25.0%,
Mg: more than 5.0% to less than 8.0%,
Sn: 0 to less than 5.00%,
Bi: 0% to less than 1.0%,
In: 0% to less than 0.50%,
Ca: 0.10% to less than 3.00%,
Y: 0% to less than 0.50%,
La: 0% to less than 0.50%,
Ce: 0% to less than 0.50%,
Si: 0% to less than 1.00%,
Cr: 0% to less than 0.25%,
Ti: 0% to less than 0.25%,
Ni: 0% to less than 0.25%,
Co: 0% to less than 0.25%,
V: 0% to less than 0.25%,
Nb: 0% to less than 0.25%,
Cu: 0% to less than 0.25%,
Mn: 0% to less than 0.25%,
Fe: 0% to less than 5.0%,
Sr: 0% to less than 0.50%,
Sb: 0% to less than 0.50%,
B: A molten Zn-Al-Mg alloy plating bath having a chemical composition consisting of 0% to less than 0.50% and impurities, and a bath temperature of +20°C (but at least above 420°C) to 520°C. and a plated steel base material having a coating layer with a thickness of 30 μm or more, which is selected from a Zn-plated steel base material, a Zn-Al alloy-plated steel base material, and a Zn-Al-Mg alloy-plated steel base material. a step of immersing the steel base material for 20 seconds or more and less than 240 seconds, and then withdrawing the steel base material;
a step of cooling the plated steel base material to 380° C. within 60 seconds immediately after being pulled up from the molten Zn—Al—Mg alloy plating bath;
A method for producing a plated steel material having
(6) The plating layer of the plated steel substrate has an interfacial alloy layer composed of a Zn—Fe alloy layer having a Fe concentration of 3% by mass or more and less than 80% by mass and a layer thickness of 10 μm or more; A method for producing the plated steel described.
本発明によれば、めっき層として表層めっき層及び中間めっき層を有するめっき鋼材であって、過酷な耐食性環境に対する耐食性に優れためっき鋼材を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a plated steel material which has a surface layer plating layer and an intermediate plating layer as a plating layer, and can provide the plated steel material excellent in corrosion resistance to a severe corrosion-resistant environment.
以下、本発明の一例について説明する。
なお、本明細書において、化学組成の各元素の含有量の「%」表示は、「質量%」を意味する。
「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
「~」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
化学組成の元素の含有量は、元素濃度(例えば、Zn濃度、Mg濃度等)と表記することがある。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「X%又はX+元素記号(例えば19%Al、又は19Al)」との表記は、対象となる元素濃度がX%(例えばAl濃度が19%)であることを示す。なお、「X%又はX+元素記号」と共に表記されているZn濃度は、残部濃度である。例えば、「Zn-10Al-5.1Mg-0.1Ca」又は「Zn-10%Al-5.1%Mg-0.1%Ca」と表記されている場合、Al濃度=10%、Mg濃度=5.1%、Ca濃度=0.1%、Zn濃度=残部を意味する。
「層の断面」とは、層を厚さ方向に沿って切断した断面を示す。
「層の表面」とは、層の厚さ方向に対向する面であって、鋼板外側を向いている面を示す。
An example of the present invention will be described below.
In addition, in this specification, "%" display of content of each element of a chemical composition means "mass %."
A numerical range represented using "to" means a range including the numerical values described before and after "to" as lower and upper limits.
Numerical ranges in which "greater" or "less than" are attached to numerical values written before and after "to" mean ranges that do not include these numerical values as lower or upper limits.
The content of an element in a chemical composition may be expressed as element concentration (for example, Zn concentration, Mg concentration, etc.).
The term "process" includes not only independent steps, but also if the intended purpose of the step is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other steps.
The expression “X% or X+element symbol (for example, 19% Al or 19Al)” indicates that the target element concentration is X% (for example, Al concentration is 19%). The Zn concentration indicated together with "X% or X+element symbol" is the balance concentration. For example, when written as "Zn-10Al-5.1Mg-0.1Ca" or "Zn-10%Al-5.1%Mg-0.1%Ca", Al concentration = 10%, Mg concentration = 5.1%, Ca concentration = 0.1%, Zn concentration = balance.
A “layer cross section” refers to a cross section obtained by cutting a layer along the thickness direction.
The term “layer surface” refers to a surface facing the thickness direction of the layer and facing the outside of the steel sheet.
本発明のめっき鋼材は、鋼材と、めっき層と、を有する。
めっき層は、鋼材の表面上に配され、Fe濃度が3質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される表層めっき層と、鋼材と表層めっき層との間に配され、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満で、Al-Fe金属間化合物相を含むZn-Al-Mg合金層から構成される、層厚が3μm以上の中間めっき層と、を含む。
そして、表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚は、8μm以上300μm未満であり、表層めっき層及び中間めっき層を合わせた平均化学組成、並びに、表層めっき層の平均化学組成は、後述する所定の平均化学組成とし、中間めっき層のMg濃度が、質量%で3%超としている。
The plated steel material of the present invention has a steel material and a plating layer.
The plating layer is arranged on the surface of the steel material, and is arranged between the surface plating layer composed of a Zn-Al-Mg alloy layer having an Fe concentration of less than 3% by mass, and the steel material and the surface plating layer, and the Fe concentration is and an intermediate plated layer having a thickness of 3 μm or more, which is composed of a Zn—Al—Mg alloy layer containing an Al—Fe intermetallic compound phase and containing 3% by mass or more and less than 30% by mass.
The total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer is 8 μm or more and less than 300 μm, and the average chemical composition of the surface plating layer and the intermediate plating layer combined, and the average chemical composition of the surface plating layer will be described later. A predetermined average chemical composition is used, and the Mg concentration of the intermediate plating layer is more than 3% by mass.
本発明のめっき鋼材は、上記構成により、めっき層として表層めっき層及び中間めっき層を有するめっき鋼材であって、過酷な耐食性環境(海岸地域、融雪塩等を散布する地域等)に対する耐食性に優れためっき鋼材となる。 The plated steel material of the present invention is a plated steel material having a surface layer plating layer and an intermediate plating layer as the plating layers, and has excellent corrosion resistance in severe corrosion-resistant environments (coastal areas, areas where snow-melting salts are sprayed, etc.). It becomes a plated steel material.
ここで、本発明のめっき鋼材は、次の知見により見出された。
従来、2段めっき法による後めっき鋼材(つまり、めっき層として表層めっき層及び中間めっき層を有するめっき鋼材)としては、めっき層の厚みを増大させた溶融Zn後めっき鋼材、2段目のめっき処理により、Zn-Al-Mg系めっき層(例えば、Zn-5%Al-1%Mgのめっき層)を形成した後めっき鋼材が使用されてきた。
Here, the plated steel material of the present invention was discovered based on the following findings.
Conventionally, as a post-plated steel material by a two-step plating method (that is, a plated steel material having a surface layer plating layer and an intermediate plating layer as a plating layer), hot-dip Zn post-plating steel material with an increased thickness of the plating layer, second-step plating After forming a Zn-Al-Mg-based plating layer (for example, a Zn-5%Al-1%Mg plating layer) by treatment, plated steel materials have been used.
これらの後めっき鋼材の耐食性を評価するためには、一般的に塩水噴霧試験(SST)腐食促進試験が使用されている。市場の評価としては、めっき層の層厚50μmで10000時間を耐久することが高耐食性の一つの指標となっている。めっき層の耐食性が高ければ、めっき層を薄くでき、また、めっき層を厚くすれば、より長期間の防錆期間を得ることができる。 In order to evaluate the corrosion resistance of these post-plated steel materials, the salt spray test (SST) accelerated corrosion test is commonly used. As a market evaluation, endurance for 10,000 hours with a layer thickness of 50 μm is one index of high corrosion resistance. If the plating layer has high corrosion resistance, the plating layer can be made thinner, and if the plating layer is made thicker, a longer rust prevention period can be obtained.
そして、より高い耐食性を有するめっき層の成分構成および構造を、後めっき処理(2段目のめっき処理)で付与できれば、Zn-Al-Mg系めっき処理による後めっき鋼材の適用先を拡張することが可能でとなる。それにより、これら後めっき鋼材が、従来、ステンレス鋼材等が使用されてきた部分等にも適用でき、ひいてはコスト低減を実現できることになる。 And if the composition and structure of the plating layer with higher corrosion resistance can be imparted by the post-plating treatment (second-stage plating treatment), the applications of post-plating steel materials by Zn-Al-Mg-based plating treatment will be expanded. is possible. As a result, these post-plated steel materials can be applied to parts where stainless steel materials and the like have conventionally been used, and as a result, cost reduction can be realized.
そこで、発明者らが、過酷な耐食性環境(海岸地域、融雪塩等を散布する地域等)に対する耐食性について検討したところ、次の知見を得た。
なお、発明者らは、過酷な耐食性環境(海岸地域、融雪塩等を散布する地域等)に対する、後めっき鋼材の最低限の耐久するレベルとして、層厚25μm以内で6000時間、層厚50μm以内で11000時間、層厚100μm以内で21000時間以上(すなわち、めっき厚み×200時間+1000時間)のSSTにおいて赤錆発生無を合格達成基準に基づいて検討した。
Therefore, the inventors studied corrosion resistance in severe corrosion-resistant environments (coastal areas, areas where snow-melting salt is sprayed, etc.), and obtained the following findings.
In addition, the inventors have determined that the minimum durability level of post-plated steel materials in severe corrosion-resistant environments (coastal areas, areas where snow-melting salt is sprayed, etc.) is 6000 hours with a layer thickness of 25 μm or less, and a layer thickness of 50 μm or less. 11000 hours at 100 μm, and 21000 hours or more with a layer thickness of 100 μm or less (that is, plating thickness×200 hours+1000 hours) in SST, no occurrence of red rust was examined based on the acceptance criteria.
まず、2段めっき法を実施するための条件として、少なくとも、層厚10μm以上のめっき層(例えば、どぶ漬け溶融Znめっき層(ζ相として5μm以上))を1段目のめっき処理で形成する必要がある。
1段目のめっき層の厚みが十分でないと、2段めっき処理後に、不めっきを生じる。または、2段めっき法により、めっき層全体、又は、中間めっき層が十分な厚みで形成できない。ζ相が、中間めっき層へ変化するため、1段目のめっき層には、あらかじめ、ζ相が形成していた方が好ましい。
そのため、めっき層の化学成分又は組織が適合しても、下記合格条件に至らない後めっき鋼材になる。ただし、めっき層全体の厚さが厚すぎると、2段目のめっき処理の成分が変化しやすくなり、所定のめっき成分内に収まらない場合や、2段目のめっき処理後の外観が極端に悪くなりやすくなるため、下記合格条件に至らない後めっき鋼材になる。
First, as a condition for carrying out the two-step plating method, at least a plating layer having a layer thickness of 10 μm or more (for example, a dipping molten Zn plating layer (5 μm or more as ζ phase)) is formed in the first plating process. There is a need.
If the thickness of the first-stage plating layer is not sufficient, non-plating occurs after the second-stage plating process. Alternatively, the entire plated layer or the intermediate plated layer cannot be formed with a sufficient thickness by the two-step plating method. Since the .zeta. phase changes to the intermediate plating layer, it is preferable that the .zeta.
Therefore, even if the chemical composition or structure of the plating layer is suitable, the post-plated steel material does not meet the following acceptance conditions. However, if the thickness of the plating layer as a whole is too thick, the components of the second plating process will tend to change. Since it tends to deteriorate, it becomes a post-plated steel material that does not meet the following acceptance conditions.
つまり、2段目のめっき処理は、1段目のめっき層(例えば溶融Znめっき層)との反応が関与することから、浸漬時間、浸漬温度を適切に管理し、2段目のめっき処理で、めっき層全体の厚さを適切な範囲としつつ、1段目のめっき層の痕跡を適切に残すようにする。 In other words, the second-stage plating involves a reaction with the first-stage plating layer (for example, hot-dip Zn plating layer). 2) The thickness of the entire plating layer is kept within an appropriate range, and traces of the first plating layer are appropriately left.
具体的には、1段目のめっき層の痕跡として、Al-Fe金属間化合物を含む層厚3μm以上のZn-Al-Mg合金層から構成される中間めっき層を層厚3μm以上で形成すると共に、めっき層全体の厚さ(表層めっき層及び前記中間めっき層の合計の層厚)を8μm以上300μm未満とすることで、過酷な耐食性環境に対する耐食性が高まる。 Specifically, as a trace of the first plated layer, an intermediate plated layer composed of a Zn-Al-Mg alloy layer with a layer thickness of 3 µm or more containing an Al-Fe intermetallic compound is formed with a layer thickness of 3 µm or more. In addition, by setting the thickness of the entire plating layer (total thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer) to 8 μm or more and less than 300 μm, corrosion resistance to severe corrosion resistance environments is enhanced.
つまり、2段めっき法によるめっき層として、表層めっき層として、2段目のめっき浴に由来した組織のZn-Al-Mg合金層と、中間めっき層として、Al-Fe金属間化合物を含む組織としたZn-Al-Mg合金層と、からなり、かつ適切な層厚の複合層とすることで、最表めっき層および中間めっき層ともに高い耐食性を発揮できる。 That is, as the plating layer by the two-step plating method, the surface plating layer is a Zn-Al-Mg alloy layer having a structure derived from the second plating bath, and the intermediate plating layer is a structure containing an Al-Fe intermetallic compound. and a Zn--Al--Mg alloy layer having a suitable layer thickness, both the outermost plating layer and the intermediate plating layer can exhibit high corrosion resistance.
一方、2段めっき法によるめっき層のうち、表層めっき層の化学組成は、1段目のめっき層(例えば、どぶ漬けZnめっき層)と、2段目のめっき処理で使用するめっき浴(以下「2段目のめっき浴」とも称する)の化学成分との影響を受ける。すなわち、1段目のめっき層が形成されためっき鋼基材として、めっき層が厚いめっき鋼基材を使用すると、2段目のめっき浴の化学成分よりも、めっき層全体の化学組成は、Zn濃度が高くなる。また、鋼材(地鉄)よりFeが最大15%程度拡散するため、Al濃度は低くなる傾向にある。 On the other hand, among the plating layers by the two-step plating method, the chemical composition of the surface plating layer is the first plating layer (for example, the dipping Zn plating layer) and the plating bath used in the second plating process (hereinafter referred to as (also referred to as a “second-stage plating bath”). That is, when a plated steel base material having a thick plating layer is used as the plated steel base material on which the first-stage plating layer is formed, the chemical composition of the entire plating layer is Zn concentration increases. In addition, since Fe diffuses by a maximum of about 15% from the steel material (base iron), the Al concentration tends to be low.
また、例えば、1段目のめっき層として溶融Znめっき層が形成された溶融Znめっき鋼基材を2段目のめっき浴に浸漬すると、溶融Znめっき層の表層のη相が溶解すると同時に、溶融Znめっき層の下層(ζ相、δ相)は残存し、表層のη相が2段目のめっき浴の組成のめっき層に置き換わる。それにより、2段目のめっき層を形成することが可能である。2段目のめっき層の表層めっき層は、2段目のめっき浴の浴組成に近いめっき層となるが、浸漬時に、溶融Znめっき層の下層(ζ相、δ相)も変性して、2段目のめっき浴中のAl、地鉄から拡散するFeと反応を繰り返し、中間めっき層へと変化する。中間めっき層は、Alと地鉄成分が反応することから、表層めっき層よりも、これらの成分濃度が高い Further, for example, when a hot-dip Zn-plated steel base material on which a hot-dip Zn-plated layer is formed as the first-stage plating layer is immersed in the second-step plating bath, the η phase of the surface layer of the hot-dip Zn-plated layer dissolves at the same time. The lower layers (ζ phase and δ phase) of the hot-dip Zn plating layer remain, and the surface η phase is replaced with the plating layer having the composition of the second plating bath. Thereby, it is possible to form a second plated layer. The surface plating layer of the second-stage plating layer becomes a plating layer close to the bath composition of the second-stage plating bath. Al in the plating bath of the second step repeats reaction with Fe diffused from the base iron, and changes to an intermediate plating layer. Since the intermediate plating layer reacts with Al and the base iron component, the concentration of these components is higher than that of the surface plating layer.
それらの傾向からすると、2段めっき法によるめっき層では、Zn濃度の変動はあまり見られず、Al等の主要元素濃度は、2段目のめっき浴の成分より最低10%程度の濃度減少が起こり、最大50%程度の成分減少が起こりうる。 Judging from these tendencies, the plating layer by the two-stage plating method does not show much variation in the Zn concentration, and the concentration of major elements such as Al is at least 10% lower than that of the second-stage plating bath. occurs, and a component reduction of up to about 50% can occur.
したがって、めっき層全体の化学組成においては、2段目のめっき浴として、Al濃度が高いめっき浴を用いたとしても、めっき層全体としてみれば、Al濃度が低い場合がある。また、いうまでもなく、めっき層の表層の化学組成の方が、2段目のめっき浴の化学組成に近く、鋼材(地鉄)の界面に近いほど、Fe成分が多く、2段目のめっき浴の化学組成と異なり、組成分布の差が大きいめっき層となる。つまり、表層めっき層と中間めっき層とで、化学組成が異なり、組成分布の差が大きいめっき層となる。 Therefore, regarding the chemical composition of the entire plating layer, even if a plating bath having a high Al concentration is used as the second-stage plating bath, the Al concentration may be low when viewed as the entire plating layer. Needless to say, the chemical composition of the surface layer of the plating layer is closer to the chemical composition of the plating bath in the second stage, and the closer to the interface of the steel material (base iron), the more the Fe component is, and the second stage Unlike the chemical composition of the plating bath, the plating layer has a large difference in composition distribution. That is, the surface plated layer and the intermediate plated layer have different chemical compositions, resulting in a plated layer with a large difference in composition distribution.
これらの成分差を生じることで、本来、1段めっき鋼材、単層のめっき鋼材では発揮できない、めっき層の厚み、複雑な腐食パスを有する高い耐食性が付与できる。 By creating these component differences, it is possible to impart a high corrosion resistance with a thick plating layer and a complicated corrosion path, which cannot be exhibited by a single-layer plated steel material or a single-layer plated steel material.
そして、従来、Zn-Al-Mg系めっき浴の2段目のめっき処理では、反応が複雑になることを回避するため、1段目のめっき処理と比較的成分の近いめっき浴を採用し、Al、Mgといった合金成分濃度も低く抑えられる。それに対して、従来の2段目のめっき処理に使用するZn-Al-Mg系めっき浴に比べ、Al濃度およびMg濃度が比較的高い成分系にした方が、耐食性が高まる。
つまり、2段めっき法によるめっき層全体の組成(表層めっき層及び中間めっき層を合わせた平均化学組成)を、従来の2段めっき法によるめっき層全体の組成に比べ、Al濃度およびMg濃度が比較的高い成分系にした方が、過酷な耐食性環境に対する耐食性が高まる。
Conventionally, in the second-stage plating process using a Zn--Al--Mg-based plating bath, a plating bath with relatively similar components to the first-stage plating process is used in order to avoid complicating the reaction. The concentrations of alloying components such as Al and Mg can also be kept low. On the other hand, compared with the Zn--Al--Mg-based plating bath used in the conventional second-stage plating process, the composition system with relatively high Al concentration and Mg concentration enhances the corrosion resistance.
In other words, the composition of the entire plating layer by the two-step plating method (average chemical composition of the surface plating layer and the intermediate plating layer) is compared to the composition of the entire plating layer by the conventional two-step plating method, and the Al concentration and Mg concentration are A relatively high component system increases the corrosion resistance in a severe corrosion-resistant environment.
2段めっき法によるめっき層のうち、一般腐食環境では、耐食性の主体は、Zn濃度が低く、Al濃度、Mgの濃度が高い最表めっき層が担い、腐食量を抑制しつつ、さらに、過酷な腐食環境下では、中間めっき層においても比較的高いMg濃度とすると、MgZn2相が相当量存在させることができるため、さらなる高い耐食性を発揮できる Among the plating layers produced by the two-stage plating method, the main corrosion resistance in a general corrosive environment is the outermost plating layer, which has a low Zn concentration and a high Al and Mg concentration. In such a corrosive environment, if the Mg concentration is relatively high even in the intermediate plating layer, a considerable amount of MgZn 2 phase can be present, so that even higher corrosion resistance can be exhibited.
以上から、本発明のめっき鋼材は、めっき層として表層めっき層及び中間めっき層を有するめっき鋼材であって、過酷な耐食性環境(海岸地域、融雪塩等を散布する地域等)に対する耐食性に優れためっき鋼材となることが見出された。 As described above, the plated steel material of the present invention is a plated steel material having a surface layer plating layer and an intermediate plating layer as plating layers, and has excellent corrosion resistance to severe corrosion resistance environments (coastal areas, areas where snow melting salt, etc. is sprayed, etc.) It was found to be a plated steel material.
また、発明者らは、過酷な耐食性環境に対する耐食性が付与された、表層めっき層及び中間めっき層の化学組成及び組織についても、詳細に検討した。 The inventors also made detailed studies on the chemical composition and structure of the surface plating layer and the intermediate plating layer, which are endowed with corrosion resistance to severe corrosion-resistant environments.
まず、図1に、本発明のめっき鋼材のめっき層の断面の一例を示すSEMの反射電子像(倍率100倍)を示す。また、図2に、本発明のめっき鋼材の中間めっき層の断面の一例を示すSEMの反射電子像(倍率500倍)を示す。なお、図2は、図1に示すめっき層のうち、中間めっき層の白線で囲まれた領域の拡大断面写真である。
一方、図3に、従来のめっき鋼材のめっき層の断面の一例を示すSEMの反射電子像(倍率2000倍)を示す。
First, FIG. 1 shows a backscattered electron image (magnification: 100) of an SEM showing an example of a cross section of the plating layer of the plated steel material of the present invention. In addition, FIG. 2 shows a backscattered electron image of an SEM (magnification: 500) showing an example of a cross section of the intermediate plating layer of the plated steel material of the present invention. In addition, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional photograph of a region surrounded by a white line of the intermediate plating layer among the plating layers shown in FIG.
On the other hand, FIG. 3 shows a backscattered electron image (magnification: 2000) of an SEM showing an example of a cross section of a plating layer of a conventional plated steel material.
図1~図3中、SLは表層めっき層、MLは中間めっき層、ILは界面合金層、Stは鋼材(地鉄)、ZnはZn相、AlはAl相、MgZn2はMgZn2相、Al-ZnはAl-Zn二元系共晶相、Al-FeはAl-Fe金属間化合物相、Zn(Mg2Sn)は、Zn相中に存在するMg-Sn金属間化合物相(例えばMg2Sn相)を示す。
また、図3中、表層めっき層において、白色を呈する領域がZn相、灰色を呈する領域がAl相及びMgZn2相の少なくとも一方が存在する領域である。
1 to 3, SL is the surface plating layer, ML is the intermediate plating layer, IL is the interfacial alloy layer, St is the steel material (base iron), Zn is the Zn phase, Al is the Al phase, MgZn2 is the MgZn2 phase, Al--Zn is an Al--Zn binary eutectic phase, Al--Fe is an Al--Fe intermetallic compound phase, and Zn (Mg 2 Sn) is an Mg--Sn intermetallic compound phase present in the Zn phase (for example, Mg 2 Sn phase).
In FIG. 3, in the surface plated layer, the white region is the Zn phase, and the gray region is the region in which at least one of the Al phase and the MgZn2 phase exists.
図1に示すめっき鋼材は、めっき鋼基材としてJIS H 8641:2007で規格化されたHDZ45(溶融Znめっき鋼板)に、めっき浴(Zn-Al-Mg合金めっき浴)による2段目のめっき処理を施しためっき鋼材(以下「開発材2段めっき鋼材」とも称する)である。
一方、図3に示す比較めっき鋼材は、めっき鋼基材としてJIS H 8641:2007で規格化されたHDZ45(溶融Znめっき鋼板)に、めっき浴(組成:Zn-5%Al-1%Mg)による2段目のめっき処理を施しためっき鋼材(以下「比較2段めっき鋼材」とも称する)である。この比較2段めっき鋼材は、市場で最も高耐食性とされるめっき鋼材である。
The plated steel material shown in FIG. 1 is HDZ45 (hot-dip Zn-plated steel sheet) standardized by JIS H 8641: 2007 as a plated steel base material, and the second-stage plating is performed using a plating bath (Zn-Al-Mg alloy plating bath). It is a plated steel material that has been treated (hereinafter also referred to as "developed two-stage plated steel material").
On the other hand, the comparative plated steel material shown in FIG. It is a plated steel material (hereinafter also referred to as "comparative two-stage plated steel material") that has undergone a second-stage plating treatment by. This comparative two-stage plated steel is the plated steel with the highest corrosion resistance in the market.
開発2段めっき鋼材は、比較2段めっき鋼材に比べ、表層めっき層のZn濃度が低く、Al濃度、Mgの濃度が高い。つまり、Zn相の割合が低く、Al相およびMgZn2相(特にMgZn2相)が多い。
開発2段めっき鋼材は、1段目のめっき層(溶融Znめっき層)の痕跡を残す中間めっき層にも、Mg濃度が高く、MgZn2相が相当量含まれる。その結果、開発2段めっき鋼材のめっき層全体としては、比較2段めっき鋼材に比べ、Zn相の割合が低く、Al相およびMgZn2相(特にMgZn2相)の割合が多い。
Compared to the comparative two-step plated steel, the developed two-step plated steel has a lower Zn concentration in the surface layer plating layer, and a higher Al concentration and Mg concentration. That is, the proportion of Zn phase is low, and Al phase and MgZn2 phase (especially MgZn2 phase) are high.
In the developed two-step plated steel material, even the middle plated layer that leaves traces of the first plated layer (hot-dip Zn plated layer) has a high Mg concentration and contains a considerable amount of MgZn 2 phase. As a result, the overall coating layer of the developed two-step plated steel has a lower ratio of Zn phase and a higher ratio of Al phase and MgZn2 phase (particularly MgZn2 phase) than the comparative two-step plated steel.
開発2段めっき鋼材は、めっき層にSnが含有するため、Mg-Sn金属間化合物相(例えばMg2Sn相)が生成されている。
さらに、開発2段めっき鋼材は、中間めっき層と地鉄(鋼材)との間に、Al-Fe合金層で構成された界面合金層が形成されている。この中間めっき層には、比較2段めっき鋼材にないMgが高濃度に含有されている。
Since the developed two-stage plated steel material contains Sn in the plating layer, an Mg—Sn intermetallic compound phase (for example, Mg 2 Sn phase) is generated.
Furthermore, in the developed two-step plated steel material, an interfacial alloy layer composed of an Al—Fe alloy layer is formed between the intermediate plated layer and the base iron (steel material). This intermediate plated layer contains a high concentration of Mg, which is not found in the comparative two-step plated steel.
そして、中間めっき層の成分・構造により、開発材2段めっき鋼材は、同程度のめっき層の層厚で、比較2段めっき鋼材の耐食性(めっき層の層厚50μmで10000時間を耐久する耐食性)よりも、さらに高い耐食性を示すと考えられる。 Due to the composition and structure of the intermediate plating layer, the developed two-stage plated steel has the same plating layer thickness as the comparison two-stage plated steel (corrosion resistance that can withstand 10,000 hours with a plating layer thickness of 50 μm) ), it is considered to exhibit even higher corrosion resistance.
これらのことから、次の知見を得た。 Based on these findings, the following findings were obtained.
1)2段めっき法によるめっき層のうち、表層めっき層は、従来の2段めっき法によるめっき層に比べ、Zn相の割合を低くし、Al相およびMgZn2相といった合金成分に起因する相を大幅に含有させた方が、さらなる高い耐食性を発揮できる。 1) Among the plating layers by the two-step plating method, the surface plating layer has a lower proportion of the Zn phase than the plating layer by the conventional two-step plating method, and the phases caused by the alloy components such as the Al phase and the MgZn two- phase can exhibit even higher corrosion resistance.
具体的には、表層めっき層の組織、Zn相、Al相、MgZn2相を有する組織とし、Zn相の比率をX線回折で測定される強度(体積分率に相当)で70%未満とし、Al相およびMgZn2相の比率を30%以上とすると、さらなる高い耐食性を発揮できる。 Specifically, the structure of the surface plating layer is a structure having Zn phase, Al phase, and MgZn 2 phase, and the ratio of Zn phase is less than 70% in terms of strength (corresponding to volume fraction) measured by X-ray diffraction. , Al phase and MgZn 2 phase at a ratio of 30% or more, even higher corrosion resistance can be exhibited.
2)表層めっき層にSnを含有すると、Mg-Sn金属間化合物相(例えばMg2Sn相)が生成し腐食の進展方向が複雑化することから、さらなる高い耐食性を発揮できる。 2) When Sn is contained in the surface plating layer, an Mg—Sn intermetallic compound phase (for example, Mg 2 Sn phase) is generated, which complicates the direction in which corrosion progresses, thereby exhibiting even higher corrosion resistance.
3)鋼材(地鉄)と中間めっき層との間に、Al-Fe合金層から構成される界面合金層を形成すると、この層がある程度の耐食性を有することから、さらなる高い耐食性を発揮できる。また、めっき層全体の厚みを増大させることができ、肉厚化による耐食性を得ることができる。また地鉄とめっき層と間での原子の相互拡散により、一定のめっき密着性を確保できる。 3) If an interfacial alloy layer composed of an Al—Fe alloy layer is formed between the steel material (base iron) and the intermediate plating layer, this layer has a certain degree of corrosion resistance, so that even higher corrosion resistance can be exhibited. Moreover, the thickness of the entire plating layer can be increased, and corrosion resistance can be obtained by increasing the thickness. In addition, due to mutual diffusion of atoms between the base steel and the plating layer, a certain degree of plating adhesion can be ensured.
これら知見から、本発明のめっき鋼材は、例えば、次の態様を有していることが好ましいことが見出された。 From these findings, it was found that the plated steel material of the present invention preferably has, for example, the following aspects.
-態様(1)-
Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、表層めっき層の表面のX線回折像において、
強度和I(Zn)=I(36.30°強度(cps))+I(38.99°強度(cps))+I(43.23°強度(cps))+I(54.34°強度(cps))+I(70.06°強度(cps))、
強度和I(Al)=I(38.47°強度(cps))+I(44.74°強度(cps))+I(65.14°強度(cps))、
強度和I(MgZn2)=I(19.67°強度(cps))+I(20.79°強度(cps))+I(22.26°強度(cps))+I(40.47°強度(cps))+I(41.31°強度(cps))+I(45.378°強度(cps))、
強度和Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn2)
としたとき、下記式1~下記式3を満たす。
式1:I(Zn)/Io≦0.70
式2:0.05≦I(Al)/Io≦0.30
式3:0.25≦I(MgZn2)/Io≦0.70
-Aspect (1)-
In the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer measured using Cu-Kα rays and under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA,
Intensity sum I (Zn) = I (36.30° intensity (cps)) + I (38.99° intensity (cps)) + I (43.23° intensity (cps)) + I (54.34° intensity (cps) ) + I (70.06° intensity (cps)),
Intensity sum I (Al) = I (38.47° intensity (cps)) + I (44.74° intensity (cps)) + I (65.14° intensity (cps)),
Intensity sum I (MgZn 2 ) = I (19.67° intensity (cps)) + I (20.79° intensity (cps)) + I (22.26° intensity (cps)) + I (40.47° intensity (cps) )) + I (41.31° intensity (cps)) + I (45.378° intensity (cps)),
Intensity sum Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn 2 )
Then, the following formulas 1 to 3 are satisfied.
Formula 1: I(Zn)/Io≤0.70
Formula 2: 0.05≦I(Al)/Io≦0.30
Formula 3: 0.25≤I( MgZn2 )/Io≤0.70
-態様(2)-
表層めっき層のSn濃度は、質量%、0.03~2.00%未満であり、
Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、表層めっき層表面のX線回折像において、強度I(Mg-Sn金属間化合物)=I(22.8°強度(cps))は、1000cps以上、又は11°~12°におけるバックグラウンド強度(cps)に対し500cps以上高い。
-Aspect (2)-
The Sn concentration of the surface plating layer is 0.03 to less than 2.00% by mass,
In the X-ray diffraction image of the surface plating layer surface, measured using Cu-Kα rays and under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA, the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) = I (22.8 ° intensity (cps)) is greater than or equal to 1000 cps, or greater than or equal to 500 cps over the background intensity (cps) at 11°-12°.
-態様(3)-
めっき層は、鋼材と前記中間めっき層との間に配され、Fe濃度が30質量%以上85質量%未満)で、層厚1μm以上のAl-Fe合金層から構成される界面合金層を有する。
-Aspect (3)-
The plating layer is disposed between the steel material and the intermediate plating layer, and has an interface alloy layer composed of an Al-Fe alloy layer having a thickness of 1 μm or more with an Fe concentration of 30% by mass or more and less than 85% by mass. .
以下、本発明のめっき鋼材の詳細について説明する。 Details of the plated steel material of the present invention will be described below.
(鋼材)
めっきの対象となる鋼材(以下、「めっき原材」とも称することがある)について説明する。
鋼材の形状には、特に制限はない、鋼材は、鋼板の他、鋼管、土木建築材(柵渠、コルゲートパイプ、排水溝蓋、飛砂防止板、ボルト、金網、ガードレール、止水壁等)、家電・自動車部品材(小型ボルト、複雑形状の筐体、パンチングメタル)、など、成形加工された鋼材が挙げられる。成形加工は、例えば、プレス加工、ロールフォーミング、曲げ加工などの種々の塑性加工手法が利用できる。
(steel)
A steel material to be plated (hereinafter sometimes referred to as a "plating raw material") will be described.
There are no particular restrictions on the shape of steel materials. Steel materials include steel plates, steel pipes, civil engineering and construction materials (fences, corrugated pipes, drain covers, sand prevention plates, bolts, wire nets, guardrails, water stop walls, etc.) , home appliances and automobile parts (small bolts, complex-shaped housings, punching metals), and other molded steel materials. Various plastic working methods such as press working, roll forming, and bending can be used for forming.
鋼材の材質には、特に制限はない。鋼材は、例えば、一般鋼、Niプレめっき鋼、Alキルド鋼、極低炭素鋼、高炭素鋼、各種高張力鋼、一部の高合金鋼(Ni、Cr等の強化元素含有鋼等)などの各種の鋼材が適用可能である。
鋼材は、鋼材の製造方法、鋼板の製造方法(熱間圧延方法、酸洗方法、冷延方法等)等の条件についても、特に制限されるものではない。
There are no particular restrictions on the material of the steel material. Steel materials include, for example, general steel, Ni pre-plated steel, Al-killed steel, ultra-low carbon steel, high carbon steel, various high-strength steels, and some high-alloy steels (steel containing strengthening elements such as Ni and Cr), etc. Various steel materials can be applied.
There are no particular restrictions on conditions such as the steel material manufacturing method and the steel sheet manufacturing method (hot rolling method, pickling method, cold rolling method, etc.).
鋼材は、プレめっきされたプレめっき鋼材でもよい。プレめっき鋼材は、例えば、電解処理方法または置換めっき方法により得られる。電解処理方法では、種々のプレめっき成分の金属イオンを含む硫酸浴又は塩化物浴に、めっき原材を浸漬して電解処理することにより、プレめっき鋼材が得られる。置換めっき方法では、種々のプレめっき成分の金属イオンを含み、硫酸でpH調整した水溶液に、めっき原材を浸漬して、金属を置換析出させて、プレめっき鋼材が得られる。
プレめっき鋼材としては、Niプレめっき鋼材が代表例として挙げられる。
すなわち、めっき原材が鋼材であれば、どぶ漬けめっきは可能であり、表面状態、形状には規定がない。
The steel may be pre-plated pre-plated steel. A pre-plated steel material is obtained, for example, by an electrolytic treatment method or a displacement plating method. In the electrolytic treatment method, a pre-plated steel material is obtained by immersing a plating raw material in a sulfuric acid bath or a chloride bath containing metal ions of various pre-plating components and performing electrolytic treatment. In the displacement plating method, a pre-plated steel material is obtained by immersing a plating raw material in an aqueous solution containing metal ions of various pre-plating components and pH-adjusted with sulfuric acid to cause displacement deposition of metals.
Ni pre-plated steel is a representative example of the pre-plated steel.
In other words, dipping plating is possible if the plating raw material is steel, and there are no restrictions on the surface condition and shape.
(めっき層)
次に、めっき層について説明する。
めっき層は、Fe濃度が3質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される表層めっき層と、鋼材と表層めっき層との間に配され、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される中間めっき層と、を含む。
めっき層は、表層めっき層と中間めっき層に加え、Al-Fe合金層から構成される界面合金層を有してもよい。界面合金層(Al-Fe合金層)は、鋼材と中間めっき層との間に有する。
(Plating layer)
Next, the plating layer will be explained.
The plating layer is arranged between the surface plating layer composed of a Zn-Al-Mg alloy layer having an Fe concentration of less than 3% by mass and the steel material and the surface plating layer, and the Fe concentration is 3% by mass or more and 30% by mass. and an intermediate plating layer composed of less than a Zn-Al-Mg alloy layer.
The plating layer may have an interfacial alloy layer composed of an Al—Fe alloy layer in addition to the surface plating layer and the intermediate plating layer. The interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) is provided between the steel material and the intermediate plating layer.
なお、めっき層の表面(つまり、表層めっき層の表面)にめっき層構成元素の酸化被膜が50nm程度形成しているが、めっき層全体の厚さに対して厚さが薄くめっき層に該当しないと見なす。 The surface of the plating layer (that is, the surface of the surface plating layer) has an oxide film of about 50 nm of the constituent elements of the plating layer, but the thickness is thin compared to the thickness of the entire plating layer and does not correspond to the plating layer. Consider.
次にめっき層の化学組成について説明する。
溶融めっき法における、Al-Fe合金層から構成される界面合金層の形成はめっき浴内で反応が完了しているため、Al-Fe合金層形成によるめっき層全体のAl成分、Zn成分の減少は通常、僅かである。
Next, the chemical composition of the plating layer will be explained.
In the hot-dip plating method, the formation of the interfacial alloy layer composed of the Al-Fe alloy layer completes the reaction in the plating bath, so the formation of the Al-Fe alloy layer reduces the Al and Zn components of the entire plating layer. is usually small.
そして、過酷な耐食性環境に対する耐食性を実現するために、めっき層の平均化学組成は、次の通りとする。 In order to achieve corrosion resistance in a severe corrosion-resistant environment, the average chemical composition of the plating layer is as follows.
ただし、Sn、Bi、In、Ca、Y、La、Ce、Si、Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、Cu、Mn、Fe、Sr、Sb、及びBは、選択元素であり、任意成分である。つまり、これら元素は、下限の含有量が0%であり、めっき層中に含まなくてもよい。これら任意成分を含む場合、任意元素の各含有量は、後述する範囲が好ましい。 However, Sn, Bi, In, Ca, Y, La, Ce, Si, Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, Mn, Fe, Sr, Sb, and B are optional elements and is an ingredient. In other words, the lower limit of the content of these elements is 0%, and the plating layer does not have to contain them. When these optional components are included, the content of each optional element is preferably within the range described later.
なお、めっき層の平均化学組成とは、界面合金層(Al-Fe合金層)を有さない場合、表層めっき層及び中間めっき層を合わせた平均化学組成を示し、界面合金層(Al-Fe合金層)を有する場合、表層めっき層、中間めっき層およびAl-Fe合金層を合わせた平均化学組成を意味する。 In addition, the average chemical composition of the plating layer indicates the average chemical composition of the surface layer plating layer and the intermediate plating layer when there is no interfacial alloy layer (Al-Fe alloy layer), and the interfacial alloy layer (Al-Fe alloy layer) means the average chemical composition of the surface plating layer, the intermediate plating layer and the Al—Fe alloy layer.
・Zn:65.00%超(めっき層全体)
Znは、めっき層の主体を構成する元素である。本発明においては、2段めっき手法を採用するため、1段目のめっき層との親和性を有するのに必要な元素である。Zn濃度が少なすぎると、第2元素である、Al濃度が高くなって、Feとの反応性の制御、ならびに、1段めっきとの濡れ性の確保や、本発明の主体である中間めっき層の形成が制御できなくなる。
よって、Zn濃度は、65.00%超とする。Zn濃度は68.00%以上が好ましく、71.00%以上がより好ましい。
なお、Zn濃度の上限は、Znを除く元素及び不純物以外の残部となる濃度である。
・ Zn: more than 65.00% (whole plating layer)
Zn is an element that constitutes the main component of the plating layer. In the present invention, since a two-stage plating method is employed, it is an element necessary to have affinity with the first-stage plating layer. If the concentration of Zn is too low, the concentration of Al, which is the second element, will increase, which will control the reactivity with Fe, ensure the wettability with the first-stage plating, and the intermediate plating layer that is the main subject of the present invention. formation becomes uncontrolled.
Therefore, the Zn concentration should be over 65.00%. Zn concentration is preferably 68.00% or more, more preferably 71.00% or more.
Note that the upper limit of the Zn concentration is the concentration of elements other than Zn and the remainder other than impurities.
・Al:6.5%超~22.5%未満(めっき層全体)
Alは、めっき層中で中間めっき層を形成するために必須の元素である。
Al濃度が少なすぎると、地鉄からのFe成分の供給が少なくなり、中間めっき層を形成しなくなる。
Al濃度が多すぎると上記のように、Feとの反応性が活発となり、中間めっき層の制御ができなくなる。また過剰なAlは、同時にAl相、Al-Fe相の形成量を増やし、中間めっき層に必須のMgZn2相を減らすことになる。その結果、耐食性バランスが崩れて、期待される耐食性を発揮することができなくなる。
よって、Al濃度は、6.5%超~22.5%未満とする。
Al濃度の下限は、10.0%以上が好ましく、15.0%以上がより好ましい。
Al濃度の上限は、21.0%以下が好ましく、20.0%以下がより好ましい。
・ Al: more than 6.5% to less than 22.5% (whole plating layer)
Al is an essential element for forming an intermediate plating layer in the plating layer.
If the Al concentration is too low, the amount of Fe component supplied from the base iron is reduced, and the intermediate plating layer is not formed.
If the Al concentration is too high, as described above, the reactivity with Fe becomes active, making it impossible to control the intermediate plating layer. Excess Al also increases the amount of Al phase and Al--Fe phase formed, and reduces the MgZn 2 phase essential for the intermediate plating layer. As a result, the corrosion resistance balance is lost, and the expected corrosion resistance cannot be exhibited.
Therefore, the Al concentration should be more than 6.5% and less than 22.5%.
The lower limit of Al concentration is preferably 10.0% or more, more preferably 15.0% or more.
The upper limit of the Al concentration is preferably 21.0% or less, more preferably 20.0% or less.
・Mg:3.0%超~7.2%未満(めっき層全体)
Mgは、中間めっき層を構成するMgZn2相を形成するのに必須の元素である。特に多量の元素が含有されることで、中間めっき層中にMgZn2相を多量に形成することができ、従来耐久できなかった腐食環境下での耐食性を得ることができる。
Mg濃度が少なすぎると、中間めっき層中のMg成分が不足して、従来材の2段めっきと似た構造になる。このような場合、過酷な腐食環境では耐食性が得られない。
Mg濃度が多すぎると、Mgは1段目のめっき層との濡れ性が悪くなり、2段めっきを形成すること自体が困難となる。また過剰なMgはMgZn2相の形成を促し、同時にAl相の形成量を減らすことになる。その結果、耐食性バランスが崩れて、期待される耐食性を発揮することができなくなる。
よって、Mg濃度は、3.0%超~7.2%未満とする。
Mg濃度の下限は、3.5%以上が好ましく、4.0%以上がより好ましい。
Mg濃度の上限は、7.0%以下が好ましく、6.3%以下がより好ましい。
・ Mg: more than 3.0% to less than 7.2% (whole plating layer)
Mg is an essential element for forming the MgZn 2 phase that constitutes the intermediate plating layer. In particular, by containing a large amount of elements, a large amount of MgZn2 phase can be formed in the intermediate plating layer, and corrosion resistance under corrosive environments that could not be endured conventionally can be obtained.
If the Mg concentration is too low, the Mg component in the intermediate plating layer becomes insufficient, resulting in a structure similar to that of conventional two-step plating. In such cases, corrosion resistance cannot be obtained in a severely corrosive environment.
If the Mg concentration is too high, the wettability of Mg with the first-stage plating layer becomes poor, making it difficult to form the two-stage plating itself. Also, excess Mg promotes the formation of MgZn 2 phase and at the same time reduces the amount of Al phase formation. As a result, the corrosion resistance balance is lost, and the expected corrosion resistance cannot be exhibited.
Therefore, the Mg concentration should be more than 3.0% and less than 7.2%.
The lower limit of the Mg concentration is preferably 3.5% or higher, more preferably 4.0% or higher.
The upper limit of the Mg concentration is preferably 7.0% or less, more preferably 6.3% or less.
・Sn:0~4.00%未満、Bi:0%~0.30%未満、In:0%~0.30%未満(めっき層全体)
Sn、BiおよびInは、それ自体が耐食性を向上させる元素ではない。むしろ、耐食性の低く、溶けやすいMg2Sn相、Mg3In相等の形成を促し、耐食性が劣化するする元素である。
Sn、BiおよびInの各濃度が多すぎると、これらの形成が活発化して、耐食性が悪化する。
よって、Sn濃度は0~4.00%未満とし、BiおよびInの各濃度は0%~0.30%未満とする。
・Sn: 0% to less than 4.00%, Bi: 0% to less than 0.30%, In: 0% to less than 0.30% (whole plating layer)
Sn, Bi and In are not elements that themselves improve corrosion resistance. Rather, it is an element that promotes the formation of Mg 2 Sn phase, Mg 3 In phase, etc., which have low corrosion resistance and are easily soluble, thereby deteriorating corrosion resistance.
If the respective concentrations of Sn, Bi and In are too high, their formation is activated and corrosion resistance deteriorates.
Therefore, the Sn concentration is set to 0% to less than 4.00%, and the respective concentrations of Bi and In are set to 0% to less than 0.30%.
ただし、Mg2Sn相、Mg3In相等の金属間化合物相がめっき層中に分散すると腐食パスに変化をもたらすことができる。すなわち、通常腐食は、1点を中心に奥行方向に表面から進行するが、より腐食しやすい場所を敢えてめっき層中に含有させることで、一点突破型の腐食を防ぐことができる。その結果として、腐食経路が複雑となって、腐食が中間めっき層、並びに界面合金層に到達する期間を長くできる。仮に腐食が、中間めっき層、界面合金層に到達すると、犠牲防食作用が周囲に働くため、一気に腐食が進行しやすくなるため、できる限りこれらの界面に腐食を到達させないのが高耐食化のポイントである。垂直方向に部材が置かれた際には、このような腐食を考慮することはほとんど不要であるが、平置き状態に置かれた際には、この腐食経路が重要な要素となる。そのため、めっき層にある程度のSn、Bi、In等を含ませ、これらの相を微細分散させることで、達成することができる。
つまり、Sn、BiおよびInは、適量含有が好ましい。一方、Mg2Sn相、Mg3In相等等の金属間化合物相は、硬いため、めっき多量に形成するとめっき層の密着性等に悪影響を及ぼす。
よって、Sn濃度の下限は、0%超えが好ましく、0.05%以上がより好ましく、0.10%以上がさらに好ましい。
BiおよびInの各濃度の下限は、0%超えが好ましく、0.10%以上が好ましい。
Sn濃度の上限は、3.00%以下が好ましく、1.00%以下がより好ましい。
BiおよびInの各濃度の上限は、0.25%以下が好ましい。
However, when intermetallic compound phases such as Mg 2 Sn phase and Mg 3 In phase are dispersed in the plating layer, the corrosion path can be changed. That is, normal corrosion progresses from the surface in the depth direction centering on one point, but single-point breakthrough corrosion can be prevented by including more easily corroded locations in the plating layer. As a result, the corrosion path becomes complicated, and the period during which corrosion reaches the intermediate plating layer as well as the interfacial alloy layer can be lengthened. If corrosion reaches the intermediate plating layer and interfacial alloy layer, the sacrificial anti-corrosion action will act on the surroundings, making it easier for corrosion to progress all at once. is. When the member is placed vertically, such corrosion considerations are largely unnecessary, but when the member is placed flat, this corrosion path becomes an important factor. Therefore, it can be achieved by including a certain amount of Sn, Bi, In, etc. in the plating layer and finely dispersing these phases.
That is, Sn, Bi and In are preferably contained in appropriate amounts. On the other hand, the intermetallic compound phases such as the Mg 2 Sn phase and the Mg 3 In phase are hard, and therefore, when formed in a large amount, they adversely affect the adhesion of the plating layer.
Therefore, the lower limit of the Sn concentration is preferably over 0%, more preferably 0.05% or more, and even more preferably 0.10% or more.
The lower limit of each concentration of Bi and In is preferably over 0%, preferably 0.10% or more.
The upper limit of the Sn concentration is preferably 3.00% or less, more preferably 1.00% or less.
The upper limit of each concentration of Bi and In is preferably 0.25% or less.
・Ca:0.05%~1.00%未満(めっき層全体)
Caは、めっき浴の濡れ性を確保するのに必要な元素である。
Ca濃度が少なすぎると、すなわち、本発明のめっき層を形成するためのめっき浴のように、高濃度のMgを含有するめっき浴では、Mgの酸化被膜が多量に形成してしまい、2段めっき浴浸漬時の1段めっき浴との濡れ性確保をすることができなくなり、めっき層を形成すること自体が困難となる。
Ca濃度が多すぎるとめっき層中に硬い金属間化合物を多量に形成して、めっき層が脆くなり、鋼材との密着性確保することが困難となる。
よって、Ca濃度は、0.05%~1.00%未満とする。
Ca濃度の下限は、0.10%以上が好ましい。
Ca濃度の上限は、0.50%以下が好ましい。
・ Ca: 0.05% to less than 1.00% (whole plating layer)
Ca is an element necessary to ensure the wettability of the plating bath.
If the Ca concentration is too low, that is, in a plating bath containing a high concentration of Mg, such as the plating bath for forming the plating layer of the present invention, a large amount of Mg oxide film is formed, resulting in a two-stage It becomes impossible to ensure the wettability with the first-stage plating bath when immersed in the plating bath, and it becomes difficult to form the plating layer itself.
If the Ca concentration is too high, a large amount of hard intermetallic compounds are formed in the plating layer, making the plating layer brittle and making it difficult to ensure adhesion to the steel material.
Therefore, the Ca concentration should be 0.05% to less than 1.00%.
The lower limit of Ca concentration is preferably 0.10% or more.
The upper limit of Ca concentration is preferably 0.50% or less.
・Y :0%~0.30%未満、La:0%~0.30%未満、Ce:0%~0.30%未満(めっき層全体)
Y、LaおよびCeは、Caと同じ働きをする元素である。
Y、LaおよびCeの各濃度が多すぎると、これらも金属間化合物を形成する。
よって、Y、LaおよびCeの各濃度は0%~0.30%未満とする。
Y、LaおよびCeの各濃度の下限は、0%超えが好ましく、0.05%以上がより好ましい。
Y、LaおよびCeの各濃度の上限は、0.25%以下が好ましい。
・ Y: 0% to less than 0.30%, La: 0% to less than 0.30%, Ce: 0% to less than 0.30% (whole plating layer)
Y, La and Ce are elements that have the same function as Ca.
If the respective concentrations of Y, La and Ce are too high, they also form intermetallic compounds.
Therefore, each concentration of Y, La and Ce is set to 0% to less than 0.30%.
The lower limit of each concentration of Y, La and Ce is preferably over 0%, more preferably 0.05% or more.
The upper limit of each concentration of Y, La and Ce is preferably 0.25% or less.
・Si:0%~1.00%未満(めっき層全体)
Siは、めっき層の耐食性を向上させる元素である。めっき層中に耐食性の高い、Mg-Si系化合物、Ca-Si系化合物を形成する。
Si濃度が多すぎると、めっき層のめっき密着性が悪化し、さらには、Feのめっき浴中への拡散を抑制するため、中間めっき層も形成しづらくなる。
よって、Si濃度は0%~1.00%未満とする。
Si濃度の下限は、0%超えが好ましく、0.05%以上がより好ましく、0.10%以上がさらに好ましい。
Si濃度の上限は、0.50%以下が好ましく、0.40%以下がより好ましい。
・ Si: 0% to less than 1.00% (whole plating layer)
Si is an element that improves the corrosion resistance of the plating layer. A Mg--Si compound and a Ca--Si compound having high corrosion resistance are formed in the plating layer.
If the Si concentration is too high, the plating adhesion of the plating layer deteriorates, and furthermore, diffusion of Fe into the plating bath is suppressed, making it difficult to form an intermediate plating layer.
Therefore, the Si concentration should be 0% to less than 1.00%.
The lower limit of the Si concentration is preferably over 0%, more preferably 0.05% or more, and even more preferably 0.10% or more.
The upper limit of the Si concentration is preferably 0.50% or less, more preferably 0.40% or less.
・Cr:0%~0.25%未満、Ti:0%~0.25%未満、Ni:0%~0.25%未満、Co:0%~0.25%未満、V :0%~0.25%未満、Nb:0%~0.25%未満、Cu:0%~0.25%未満、Mn:0%~0.25%未満(めっき層全体)
Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、CuおよびMnは、めっき浴に添加することが可能な元素である。これら元素がめっき浴中に含有されると、めっき層を構成する相に置換状態で、存在するか、又は微細な金属間化合物を形成し、これらの作用によって、わずかながら耐食性に変化をもたらすことができる元素である。
Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、CuおよびMnの各濃度が多すぎると、金属間化合物の形成が多くなり、めっき層本来の構造及び耐食性を発揮できなくなる。
よって、Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、CuおよびMnの各濃度は0%~0.25%未満とする。
Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、CuおよびMnの各濃度の下限は、0%超えが好ましく、0.05%以上がより好ましく、0.1%以上がさらに好ましい。
・Cr: 0% to less than 0.25%, Ti: 0% to less than 0.25%, Ni: 0% to less than 0.25%, Co: 0% to less than 0.25%, V: 0% to Less than 0.25%, Nb: 0% to less than 0.25%, Cu: 0% to less than 0.25%, Mn: 0% to less than 0.25% (whole plating layer)
Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu and Mn are elements that can be added to the plating bath. When these elements are contained in the plating bath, they exist in a substitution state in the phases constituting the plating layer, or form fine intermetallic compounds, and these effects slightly change the corrosion resistance. is an element that can
If the respective concentrations of Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu and Mn are too high, the formation of intermetallic compounds increases, and the original structure and corrosion resistance of the plating layer cannot be exhibited.
Therefore, each concentration of Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, and Mn should be 0% to less than 0.25%.
The lower limit of each concentration of Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu and Mn is preferably over 0%, more preferably 0.05% or more, and even more preferably 0.1% or more.
・Fe:0%~15.0%未満(めっき層全体)
溶融めっき法によって、めっき層を形成する場合、表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)、中間めっき層(Al-Fe金属間合物を含むZn-Al-Mg合金層)および界面合金層(Al-Fe合金層)に一定のFe濃度が含有される。
Fe濃度が15.0%未満までは、2段めっき法によるめっき層に含まれても性能に悪影響がないことが確認されている。Feの多くは、Al-Fe合金層に含まれていることが多いため、この層の厚みが大きいと一般的にFe濃度は大きくなる。
・ Fe: 0% to less than 15.0% (whole plating layer)
When forming a plating layer by a hot dip plating method, a surface plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer), an intermediate plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer containing an Al-Fe metal intermetallic layer) and an interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) contains a constant Fe concentration.
It has been confirmed that up to a Fe concentration of less than 15.0%, there is no adverse effect on performance even if Fe is included in the plating layer formed by the two-stage plating method. Since most of Fe is often contained in the Al—Fe alloy layer, the Fe concentration generally increases as the thickness of this layer increases.
・Sr:0%~0.50%未満、Sb:0%~0.50%未満、B :0%~0.50%未満(めっき層全体)
Sr、SbおよびBも、上記の元素と同じく、添加可能な元素で、同じ作用をもたらすが、Zn、およびAlとの親和性が高いため、前記元素より、多量の濃度を含有させることができる元素である。
Sr、SbおよびBの各濃度が多すぎると効果が飽和するだけでなく、ドロスが増加し作業性が低下する。
よって、Sr、SbおよびBの各濃度は0%~0.50%未満とする。
Sr、SbおよびBの各濃度の下限は、0%超えが好ましく、0.05%以上がより好ましく、0.1%以上がさらに好ましい。
Sr、SbおよびBの各濃度の上限は、0.40%以下が好ましく、0.30%以下がより好ましい。
・ Sr: 0% to less than 0.50%, Sb: 0% to less than 0.50%, B: 0% to less than 0.50% (whole plating layer)
Like the above elements, Sr, Sb and B are also elements that can be added, and bring about the same effects. is an element.
Too high concentrations of Sr, Sb and B not only saturate the effect, but also increase dross and lower workability.
Therefore, each concentration of Sr, Sb and B is set to 0% to less than 0.50%.
The lower limit of each concentration of Sr, Sb and B is preferably over 0%, more preferably 0.05% or more, and even more preferably 0.1% or more.
The upper limit of each concentration of Sr, Sb and B is preferably 0.40% or less, more preferably 0.30% or less.
・不純物(めっき層全体)
不純物は、原材料に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に含有させたものではない成分を指す。例えば、めっき層には、鋼材(地鉄)とめっき浴との相互の原子拡散によって、不純物として、Fe以外の成分も微量混入することがある。
・Impurities (whole plating layer)
Impurities refer to components contained in raw materials or components mixed in during the manufacturing process and not intentionally included. For example, the plating layer may contain a small amount of components other than Fe as impurities due to mutual atomic diffusion between the steel material (base iron) and the plating bath.
(表層めっき層)
表層めっき層は、Fe濃度が3質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される。
(Surface plating layer)
The surface plated layer is composed of a Zn--Al--Mg alloy layer having an Fe concentration of less than 3% by mass.
表層めっき層の平均化学組成は、一般的な耐食性環境に対する耐食性を実現するために、次の平均化学組成とする。 The average chemical composition of the surface plating layer is the following average chemical composition in order to achieve corrosion resistance in general corrosion-resistant environments.
ここで、一般的な腐食環境とは、通常の屋外、田園環境、SOx濃度の低い腐食環境、海岸地域でも直接、海水飛沫が当たらない環境などを指す。なお2段めっき鋼材における過酷な腐食環境とは、例えば、海岸地域等で直接、海水飛沫の接触に晒されるような領域や、融雪塩の散布環境で常時水濡れ環境にあるような状態を想定している。 Here, the general corrosive environment refers to a normal outdoor environment, a rural environment, a corrosive environment with a low SOx concentration, and an environment where seawater droplets do not directly hit even in a coastal area. Severe corrosive environments for two-stage plated steel materials are assumed to be, for example, coastal areas where they are directly exposed to seawater splashes, and conditions where they are constantly wet with water in environments where snowmelt salt is sprayed. are doing.
表層めっき層のめっき成分は、すなわち、2段めっき浴に用いるめっき浴成分に必ず、1段目の成分Zn、Feが含有されたものである。すなわち、Zn、Feについては、2段めっき浴の成分に影響を与え、これらの成分は、通常、表層めっき層で多くなる。一方、他の元素については、これらの元素が増加した分、相対的に低くなる傾向にある。例えば、Znはめっき浴より、0~+10%の範囲で、表層めっき層で高くなる可能性があり、Feは1%前後まで含有される場合がある。一方、表層めっき層で減少する元素の代表として、Alがあり、これは中間めっき層へ移動するため、表層めっき層で元の2段めっき浴の成分の1/5程度まで下がる場合がある。他の成分については増減が定められないが、Al成分の減少が、Zn、Fe成分の増加に比べて大きいときは、相対的に高くなり、Al成分の減少が小さいときは、その他の元素も低下する。 The plating components of the surface plating layer, that is, the plating bath components used in the two-stage plating bath always contain the components Zn and Fe of the first stage. That is, Zn and Fe affect the components of the two-step plating bath, and these components are usually greater in the surface layer plating layer. On the other hand, other elements tend to be relatively low due to the increase in these elements. For example, Zn may be higher than the plating bath in the range of 0 to +10% in the surface layer plating layer, and Fe may be contained up to around 1%. On the other hand, Al is a representative element that decreases in the surface layer plating layer, and since it moves to the intermediate plating layer, the surface layer plating layer may decrease to about 1/5 of the original two-stage plating bath composition. The increase or decrease of other components is not specified, but when the decrease in Al component is large compared to the increase in Zn and Fe components, the increase is relatively high, and when the decrease in Al component is small, the other elements are also included. descend.
具体的には、めっき層の平均化学組成で説明した限定理由と同様な理由で、表層めっき層の平均化学組成は、
Zn:70.00%超、
Al:3.0%超~25.0%未満、
Mg:5.0%超~12.0%未満、
Sn:0%~5.00%未満、
Bi:0%~0.30%未満、
In:0%~0.30%未満、
Ca:0.05%~1.00%未満、
Y :0%~0.30%未満、
La:0%~0.30%未満、
Ce:0%~0.30%未満、
Si:0%~1.00%未満、
Cr:0%~0.25%未満、
Ti:0%~0.25%未満、
Ni:0%~0.25%未満、
Co:0%~0.25%未満、
V :0%~0.25%未満、
Nb:0%~0.25%未満、
Cu:0%~0.25%未満、
Mn:0%~0.25%未満、
Fe:0%~3.0%未満、
Sr:0%~0.50%未満、
Sb:0%~0.50%未満、
B :0%~0.50%未満、及び
不純物からなる平均化学組成とする。
Specifically, for the same reason as the reason for limitation explained in the average chemical composition of the plating layer, the average chemical composition of the surface plating layer is
Zn: more than 70.00%,
Al: more than 3.0% to less than 25.0%,
Mg: more than 5.0% to less than 12.0%,
Sn: 0% to less than 5.00%,
Bi: 0% to less than 0.30%,
In: 0% to less than 0.30%,
Ca: 0.05% to less than 1.00%,
Y: 0% to less than 0.30%,
La: 0% to less than 0.30%,
Ce: 0% to less than 0.30%,
Si: 0% to less than 1.00%,
Cr: 0% to less than 0.25%,
Ti: 0% to less than 0.25%,
Ni: 0% to less than 0.25%,
Co: 0% to less than 0.25%,
V: 0% to less than 0.25%,
Nb: 0% to less than 0.25%,
Cu: 0% to less than 0.25%,
Mn: 0% to less than 0.25%,
Fe: 0% to less than 3.0%,
Sr: 0% to less than 0.50%,
Sb: 0% to less than 0.50%,
B: Average chemical composition consisting of 0% to less than 0.50% and impurities.
次に、表層めっき層の構成相について説明する。
表層めっき層は、Zn相、Al相およびMgZn2相を有することがよい。そして、耐食性向上の観点から、Zn相の割合を低くし、Al相およびMgZn2相の割合を高めることが好ましい。
Next, the constituent phases of the surface plated layer will be described.
The surface plated layer preferably has a Zn phase, an Al phase and a MgZn2 phase. From the viewpoint of improving corrosion resistance, it is preferable to lower the proportion of the Zn phase and increase the proportions of the Al phase and the MgZn2 phase.
ここで、Zn相、Al相およびMgZn2相の存在及び割合は、Cu-Kα線を使用したX線回折(XRD)により確認することができる。
通常、XRDで、Znの回折ピークであれば、例えば、JCPDSカード:PDF#00-004-0831が代表される。表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)において、Zn相を同定するのに最適な回折ピークは、36.30°、38.99°、43.23°54.34°および70.06°である。
また、XRDで、Alの回折ピークであれば、例えば、JCPDSカード:PDF#00-004-0787が代表される。表層めっき層(Zn-Al-Mgめっき層)において、Al相を同定するのに最適な回折ピークは、38.47°、44.74°、および65.14°である。
また、XRDで、MgZn2の回折ピークであれば、例えば、JCPDSカード:PDF#00-034-0457、が代表される。表層めっき層(Zn-Al-Mgめっき層)において、MgZn2相を同定するのに最適な回折ピークは、19.67°、20.79°、22.26°、41.31°、および45.378°である。
Here, the presence and ratio of Zn phase, Al phase and MgZn2 phase can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) using Cu-Kα rays.
Usually, in XRD, if it is a diffraction peak of Zn, for example, JCPDS card: PDF#00-004-0831 is represented. In the surface plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer), the optimum diffraction peaks for identifying the Zn phase are 36.30°, 38.99°, 43.23°, 54.34° and 70.06° is.
Further, in XRD, if it is an Al diffraction peak, for example, JCPDS card: PDF#00-004-0787 is representative. In the surface layer plating layer (Zn-Al-Mg plating layer), the optimum diffraction peaks for identifying the Al phase are 38.47°, 44.74° and 65.14°.
Moreover, in XRD, if it is a diffraction peak of MgZn2 , for example, JCPDS card: PDF#00-034-0457 is represented. In the surface plating layer (Zn-Al-Mg plating layer), the optimum diffraction peaks for identifying the MgZn 2 phase are 19.67°, 20.79°, 22.26°, 41.31°, and 45°. .378°.
そして、Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、表層めっき層の表面のX線回折像において、
強度和I(Zn)=I(36.30°強度(cps))+I(38.99°強度(cps))+I(43.23°強度(cps))+I(54.34°強度(cps))+I(70.06°強度(cps))、
強度和I(Al)=I(38.47°強度(cps))+I(44.74°強度(cps))+I(65.14°強度(cps))、
強度和I(MgZn2)=I(19.67°強度(cps))+I(20.79°強度(cps))+I(22.26°強度(cps))+I(40.47°強度(cps))+I(41.31°強度(cps))+I(45.378°強度(cps))、
強度和Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn2)
としたとき、下記式1~下記式3を満たすことが好ましい。
Then, in the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer, measured under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA using Cu-Kα rays,
Intensity sum I (Zn) = I (36.30° intensity (cps)) + I (38.99° intensity (cps)) + I (43.23° intensity (cps)) + I (54.34° intensity (cps) ) + I (70.06° intensity (cps)),
Intensity sum I (Al) = I (38.47° intensity (cps)) + I (44.74° intensity (cps)) + I (65.14° intensity (cps)),
Intensity sum I (MgZn 2 ) = I (19.67° intensity (cps)) + I (20.79° intensity (cps)) + I (22.26° intensity (cps)) + I (40.47° intensity (cps) )) + I (41.31° intensity (cps)) + I (45.378° intensity (cps)),
Intensity sum Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn 2 )
, it is preferable that the following formulas 1 to 3 are satisfied.
下記式1を満たすと、従来の2段めっき法によるめっき層に比べ、Zn相の割合が低く、例えば、Zn相が体積分率70%未満で有することを示している。
一方、式2~式3を満たすと、従来の2段めっき法によるめっき層に比べ、Al相およびMgZn2相の割合が多く、例えば、Al相およびMgZn2相が体積分率30%以上で有することを示している。
そして、下記式1~下記式3を満たすことにより、さらなる高い耐食性が発揮される。なお、耐食性向上の観点から、下記式1-2~式3-2を満たすことがより好ましい。
When the following formula 1 is satisfied, the ratio of the Zn phase is lower than that of the plated layer formed by the conventional two-step plating method, for example, the Zn phase has a volume fraction of less than 70%.
On the other hand, when the formulas 2 and 3 are satisfied, the ratio of the Al phase and the MgZn2 phase is higher than that of the plating layer formed by the conventional two-step plating method. indicates that it has
By satisfying the following formulas 1 to 3, further high corrosion resistance is exhibited. From the viewpoint of improving corrosion resistance, it is more preferable to satisfy the following formulas 1-2 to 3-2.
式1:I(Zn)/Io≦0.70
式2:0.05≦I(Al)/Io≦0.30
式3:0.25≦I(MgZn2)/Io≦0.70
Formula 1: I(Zn)/Io≤0.70
Formula 2: 0.05≦I(Al)/Io≦0.30
Formula 3: 0.25≤I( MgZn2 )/Io≤0.70
式1-2:I(Zn)/Io≦0.60
式2-2:0.10≦I(Al)/Io≦0.25
式3-2:0.30≦I(MgZn2)/Io≦0.50
Formula 1-2: I (Zn) / Io ≤ 0.60
Formula 2-2: 0.10 ≤ I (Al) / Io ≤ 0.25
Formula 3-2: 0.30≦I(MgZn 2 )/Io≦0.50
次に、表層めっき層において、防食性を向上させるための「Sn含有効果」について説明する。
表層めっき層にSnを含むと、Mgとの間で、MgZn2相に比べ、Mg-Sn金属間化合物相を形成する。そのため、表層めっき層にMg-Sn金属間化合物相が存在すると、さらなる高い耐食性が発揮される。
そして、高い耐食性を発揮するには、Mg-Sn金属間化合物相を形成するには、表層めっき層のSn濃度は、0.03~2.00%未満が好ましい。
Next, the "effect of containing Sn" for improving the corrosion resistance of the surface plating layer will be described.
When Sn is included in the surface plating layer, it forms an Mg--Sn intermetallic compound phase with Mg, compared to the MgZn 2 phase. Therefore, when the Mg—Sn intermetallic compound phase is present in the surface plating layer, higher corrosion resistance is exhibited.
In order to exhibit high corrosion resistance and to form an Mg—Sn intermetallic compound phase, the Sn concentration in the surface plating layer is preferably 0.03 to less than 2.00%.
ここで、Mg-Sn金属間化合物相は、下記(1)~(5)に該当する金属間化合物相を包含する。なお、Mg-Sn金属間化合物相は、Si等の元素を侵入型固溶していてもよい。
(1)Mg2Sn相
(2)Mg9Sn5相
(3)Snの一部にBi、In、Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、Cu、及びMnの少なくとも1種が置換した置換Mg2Sn相およびMg9Sn5相(Mg2Sn相およびMg9Sn5相の置換体の相)
(4)Mgの一部にCa、Y、La及びCeの少なくとも1種が置換した置換Mg2Sn相およびMg9Sn5相(Mg2Sn相およびMg9Sn5の置換体の相)
(5)Mgの一部にCa,Y,La及びCeの少なくとも1種が置換し、かつSnの一部にBi、In、Cr、Ti、Ni、Co、V、Nb、Cu、及びMnの少なくとも1種が置換した置換Mg2Sn相およびMg9Sn5相(Mg2Sn相およびMg9Sn5の置換体の相)
なお、これらMg2Sn相およびMg9Sn5の置換体の相を「Mg2Snの置換体の相と総称する場合がある。
Here, the Mg—Sn intermetallic compound phase includes intermetallic compound phases corresponding to the following (1) to (5). The Mg—Sn intermetallic compound phase may contain an element such as Si in an interstitial solid solution.
(1) Mg 2 Sn phase (2) Mg 9 Sn 5 phase (3) Part of Sn is substituted with at least one of Bi, In, Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, and Mn Substituted Mg 2 Sn phase and Mg 9 Sn 5 phase (phases of substitutes of Mg 2 Sn phase and Mg 9 Sn 5 phase)
(4) Substituted Mg 2 Sn phase and Mg 9 Sn 5 phase in which at least one of Ca, Y, La and Ce is substituted for part of Mg (Mg 2 Sn phase and Mg 9 Sn 5 substituted phase )
(5) At least one of Ca, Y, La and Ce is substituted for a portion of Mg, and Bi, In, Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, and Mn are substituted for a portion of Sn. Substituted Mg 2 Sn phase and Mg 9 Sn 5 phase with at least one substitution (Mg 2 Sn phase and substituted phase of Mg 9 Sn 5 )
The Mg 2 Sn phase and the Mg 9 Sn 5 -substituted phase are sometimes collectively referred to as the "Mg 2 Sn-substituted phase."
表層めっき層にMg-Sn金属間化合物相が存在は、Cu-Kα線を使用したX線回折(XRD)により確認することができる。
通常、XRDでMg2Snの回折ピークであれば、例えば、JCPDSカード:PDF#00-007-0274、#00-006-0190、#00-002-1087で代表される。しかし、表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)において、Mg-Sn金属間化合物相を同定するのに最適な回折ピークは、Zn相、MgZn2相、Al相と回折ピークが重複しない22.8°である。Mg-Sn金属間化合物相を同定するのに用いる回折ピークは、22.8°の他、23.3°、及び24.2°が他のめっき層の構成相と重なりあわず、Zn-Al-Mg合金を同定するのに都合のよい回折ピークである。
The presence of the Mg—Sn intermetallic compound phase in the surface plating layer can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) using Cu—Kα rays.
Usually, XRD diffraction peaks of Mg 2 Sn are represented by, for example, JCPDS cards: PDF#00-007-0274, #00-006-0190, and #00-002-1087. However, in the surface plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer), the optimum diffraction peak for identifying the Mg-Sn intermetallic compound phase is the Zn phase, MgZn 2 phase, Al phase and the diffraction peaks do not overlap 22 .8°. The diffraction peaks used to identify the Mg—Sn intermetallic compound phase were 22.8°, 23.3°, and 24.2°, which did not overlap with other constituent phases of the plating layer, and Zn—Al - is a convenient diffraction peak for identifying Mg alloys.
具体的には、Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、前記表層めっき層表面のX線回折像において、強度I(Mg-Sn金属間化合物)=I(22.8°強度(cps))が、1000cps以上、又は11~12°におけるバックグラウンド強度(cps)に対し500cps以上高いと、表層めっき層にMg-Sn金属間化合物相が十分な量で存在している指標となる。
強度I(Mg-Sn金属間化合物)が1000cps以上又は11~12°におけるバックグラウンド強度(cps)に対し500cps強度であれば、表層めっき層に分散する程度のMg-Sn金属間化合物が入っていることの指標になり、強度が高いほど多量に含有されていることを示す。
ただし、強度I(Mg-Sn金属間化合物)が5000cpsを超えるような強度であると、耐食性が悪化することから好ましくない。
Specifically, in the X-ray diffraction image of the surface layer plating layer surface measured using Cu-Kα rays under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA, the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) = When I (22.8 ° intensity (cps)) is 1000 cps or more, or 500 cps or more higher than the background intensity (cps) at 11 to 12 °, the surface plating layer has a sufficient amount of Mg-Sn intermetallic compound phase. It is an index that exists in
If the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) is 1000 cps or more, or if the intensity is 500 cps against the background intensity (cps) at 11 to 12 °, the Mg-Sn intermetallic compound is dispersed in the surface plating layer. The higher the strength, the higher the content.
However, if the strength I (Mg—Sn intermetallic compound) exceeds 5000 cps, the corrosion resistance deteriorates, which is not preferable.
なお、バックグラウンドの強度の算出方法として、近年はバックグラウンド除去等をおこなうことができるソフトウェアがあるが、得られた回折ピーク強度のデータから、2θと強度(cps)グラフを作成し、11~12°で確認される平坦部の近似線(直線)を作成する。本開示のめっき層表面からは、15°、25°に回折ピークはあらわれないため、単純に、11°、12°の強度cpsの平均値をとれば、11~12°におけるバックグラウンド強度が判明する。 As a method for calculating the intensity of the background, there is software that can remove the background in recent years, but from the data of the obtained diffraction peak intensity, create a 2θ and intensity (cps) graph, An approximation line (straight line) of the plateau confirmed at 12° is created. From the plated layer surface of the present disclosure, no diffraction peaks appear at 15 ° and 25 °, so simply taking the average value of the intensity cps at 11 ° and 12 ° will reveal the background intensity at 11 to 12 °. do.
(中間めっき層)
次に、中間めっき層について説明する。
中間めっき層は、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される。
(Intermediate plating layer)
Next, the intermediate plated layer will be explained.
The intermediate plated layer is composed of a Zn--Al--Mg alloy layer having an Fe concentration of 3% by mass or more and less than 30% by mass.
中間めっき層の平均化学組成は、特に制限はないが、Mg濃度は3.0%超とする。Mg濃度は3%超であると、耐食性を有するMgZn2相が増加する。そのため、さらなる高い耐食性が発揮される。そして、Mg濃度は、3.0%超~15.0%未満が好ましい。
Mg濃度の下限は、3.2%、3.5%、4.0%であってもよい。
Mg濃度の上限は、10.0%、8.0%、6.0%であってもよい。
The average chemical composition of the intermediate plating layer is not particularly limited, but the Mg concentration should be over 3.0%. When the Mg concentration is over 3%, the MgZn2 phase with corrosion resistance increases. Therefore, even higher corrosion resistance is exhibited. The Mg concentration is preferably more than 3.0% and less than 15.0%.
The lower limit of Mg concentration may be 3.2%, 3.5%, 4.0%.
The upper limit of Mg concentration may be 10.0%, 8.0%, 6.0%.
次に、Zn-Al-Mg合金層の構成相について説明する。
中間めっき層は、Feを3質量%以上30質量%未満で含有する。そして、中間めっき層中のFeは、Alとの反応により、例えば、Al-Fe金属間化合物相として含む。
Al-Fe金属間化合物相は、Al5Feが主体の相である。Al-Fe金属間化合物相は、Al5Fe以外にも、AlFe、Al3Fe、Al5Fe2などが含まれる場合もある。
Al-Fe金属間化合物相は、めっき層にSiが含有する場合、Al-Fe-Si金属間化合物相となることがある。同定されるAl-Fe-Si金属間化合物相としては、AlFeSi相があり、異性体として、α、β、q1,q2-AlFeSi相等が存在する。
AlとFeの配合比は、上記以外も考えられるが、AlFe比率変化による耐食性変化はほとんどなく、Al:Fe=1:1~5:2の範囲で、これらの相割合での性能変化は小さく、めっき層全体の耐食性に影響を与えるほどではない。すなわち、Al-Fe金属間化合物は、FeよりもAlとの結合作用にあって、Feに対して一定の犠牲防食性を有し(従って、Al-Fe金属間化合物相が消滅するまで地鉄は腐食しない)、金属間化合物であるため、いかなる環境でも絶縁性が高く腐食しにくい物質であり(一方で、Feが腐食するとやや黄色の酸化物(Fe3O4)が形成することがある、ただし周囲に多量のMg成分があれば、この黄色錆は殆ど目立たない)、めっき層の丈夫な骨組み(柱)として作用を有する。
Next, the constituent phases of the Zn--Al--Mg alloy layer will be described.
The intermediate plated layer contains 3% by mass or more and less than 30% by mass of Fe. Fe in the intermediate plated layer is contained as, for example, an Al--Fe intermetallic compound phase by reaction with Al.
The Al—Fe intermetallic compound phase is a phase mainly composed of Al 5 Fe. The Al—Fe intermetallic compound phase may contain AlFe, Al 3 Fe , Al 5 Fe 2 and the like in addition to Al 5 Fe.
The Al--Fe intermetallic compound phase may become an Al--Fe--Si intermetallic compound phase when Si is contained in the plating layer. The identified Al--Fe--Si intermetallic compound phase includes the AlFeSi phase, and α, β, q1, q2-AlFeSi phases and the like exist as isomers.
Al and Fe compounding ratios other than those mentioned above are conceivable, but there is almost no change in corrosion resistance due to changes in the AlFe ratio. , not so much as to affect the corrosion resistance of the entire plating layer. That is, the Al--Fe intermetallic compound has a certain sacrificial anti-corrosion property against Fe due to its binding action with Al rather than with Fe (therefore, until the Al--Fe intermetallic compound phase disappears, does not corrode ) , and since it is an intermetallic compound, it is highly insulating and resistant to corrosion in any environment. However, if there is a large amount of Mg component in the surroundings, this yellow rust is hardly conspicuous) and acts as a strong framework (column) of the plating layer.
また、中間めっき層は、Al-Fe金属間化合物相以外に、Al-Fe金属間化合物の間を、例えば、MgZn2相、Zn-Al相(または成分濃度によっては、Al-Zn相)、Mg2Sn相、Zn-Al-MgZn2三元共晶組織、Zn相、Mg2Si相を有していてもよい。また、中間めっき層には、その他の金属間化合物相として少量ではあるが、Al-Ca-Si金属間化合物相、Al-Ca金属間化合物相、Mg-Ca-Si金属間化合物相、Zn-Al-Mg系めっき浴に添加された、Sn、Bi、In、B元素と、Zn、Al、Mg原子を取り込んで結合した化合物相を有していてもよい。
これらの相は、基本的には、表層めっき層と同様の性質を有しており、腐食することで白錆を生み出す。また微量の金属間化合物相を除き、Al-Fe金属間化合物相よりも、必ず卑な電気化学的関係にあるため、腐食時にAl-Fe金属間化合物相より腐食が先行する。
In addition to the Al--Fe intermetallic compound phase, the intermediate plating layer includes, for example, MgZn 2 phase, Zn--Al phase (or Al--Zn phase, depending on the component concentration), between Al--Fe intermetallic compounds, It may have Mg 2 Sn phase, Zn—Al—MgZn 2 ternary eutectic structure, Zn phase, and Mg 2 Si phase. In addition, although the amount of other intermetallic compound phases in the intermediate plating layer is small, Al—Ca—Si intermetallic compound phase, Al—Ca intermetallic compound phase, Mg—Ca—Si intermetallic compound phase, Zn- It may have a compound phase in which Sn, Bi, In, and B elements added to the Al—Mg-based plating bath and Zn, Al, and Mg atoms are incorporated and bonded.
These phases basically have the same properties as the surface plating layer, and corrode to produce white rust. Moreover, except for a small amount of the intermetallic compound phase, it is always in a less noble electrochemical relationship than the Al—Fe intermetallic compound phase, so corrosion precedes the Al—Fe intermetallic compound phase during corrosion.
そして、中間めっき層にこれら複数の相が取り込まれるのは、本発明のめっき鋼材の特徴で、従来のZn-Al-Mg系めっき鋼材では、中間めっき層にMgを取り込むことはほぼ不可能である、そのため、従来のZn-Al-Mg系めっき鋼の中間めっき層の多くは、Zn、Fe又はAl、すなわち、Zn-Fe相、Al-Fe相のみが、ほぼ100%近い状態で存在している。これは、Zn、Alとは異なり、本来MgはFeとの反応性が低いため、めっき時に界面側に移動することができず、めっき層表面で凝固してしまうためである。 It is a feature of the plated steel material of the present invention that these multiple phases are incorporated into the intermediate plating layer, and it is almost impossible to incorporate Mg into the intermediate plating layer in conventional Zn-Al-Mg-based plated steel materials. Therefore, many of the intermediate plating layers of conventional Zn-Al-Mg-based plated steels have Zn, Fe or Al, that is, only Zn-Fe phases and Al-Fe phases in a state close to 100%. ing. This is because, unlike Zn and Al, Mg inherently has low reactivity with Fe, so that it cannot move to the interface side during plating and solidifies on the plating layer surface.
本発明のめっき鋼材においては、高濃度のMg、及びAl、Zn、その他の元素の濃度範囲を適切に管理することでMgをめっき中間めっき層に取り込むことが可能となった。
めっき層の中間めっき層は、これらの化合物相から構成されるが、中間めっき層は、如何なる腐食環境においても耐食性が安定している。Zn、Al、Mgのみから構成される金属層は、一般的な腐食環境、大気環境下などでは、高い耐食性を示すが、水中、海水中等では、比較的早く腐食してしまう。これは、地鉄との電位差が大きいため、過度の犠牲防食性が働くことと推定している。
In the plated steel material of the present invention, it is possible to incorporate Mg into the intermediate plating layer by appropriately controlling the concentration range of high-concentration Mg, Al, Zn, and other elements.
The intermediate plating layer of the plating layer is composed of these compound phases, and the intermediate plating layer has stable corrosion resistance in any corrosive environment. A metal layer composed only of Zn, Al, and Mg exhibits high corrosion resistance in a general corrosive environment, an atmospheric environment, etc., but corrodes relatively quickly in water, seawater, or the like. This is presumed to be due to excessive sacrificial corrosion resistance due to the large potential difference with the base iron.
一方、Al-Fe金属間化合物相はFeとの電位差が小さく、過度の犠牲防食性が働くことが少ないことから、水中、海水中など、液体が接した状態、これらの水しぶきがかかるような状態でも腐食速度が安定している。そして、Al-Fe金属間化合物相間を占める、上記、Zn,Al、Mgから成る金属間化合物相が、Al-Fe腐食による黄色錆を目立たなくし、さらに、Al-Fe金属間化合物相の腐食順位を遅くすることで単純な金属層だけのめっき層では達成できない耐食性を発揮できる。
これには、Mgの濃度が大きくかかわっており、めっき浴、及び中間めっき層内でのこの元素の割合を高めることで、Zn,Al、Feのみから構成された場合は、Al-Fe金属間化合物相間の腐食も早く、Al-Fe金属間化合物相の腐食も早い。さらに赤錆が目立つようになってしまう。
On the other hand, the Al—Fe intermetallic compound phase has a small potential difference with Fe, and does not exhibit excessive sacrificial corrosion resistance. However, the corrosion rate is stable. The intermetallic compound phase composed of Zn, Al, and Mg, which occupies the space between the Al—Fe intermetallic compound phases, makes the yellow rust due to Al—Fe corrosion inconspicuous, and further, the corrosion order of the Al—Fe intermetallic compound phase. By slowing down, it is possible to exhibit corrosion resistance that cannot be achieved with a plating layer consisting of only a simple metal layer.
This is greatly related to the concentration of Mg, and by increasing the ratio of this element in the plating bath and intermediate plating layer, when it is composed only of Zn, Al, and Fe, the Al-Fe intermetallic Corrosion between compound phases is also rapid, and corrosion of Al--Fe intermetallic compound phases is also rapid. Furthermore, red rust becomes conspicuous.
(界面合金層)
界面合金層は、Fe濃度が30質量%以上85質量%未満のAl-Fe合金層から構成される。
(interface alloy layer)
The interfacial alloy layer is composed of an Al—Fe alloy layer having an Fe concentration of 30% by mass or more and less than 85% by mass.
界面合金層(Al-Fe合金層)は、組織としてAl5Fe相が主相の層である。Al-Fe合金層は、地鉄(鋼材)並びに1段目及び2段目のめっき浴の相互の原子拡散によって形成する。製法として溶融めっき法を用いた場合、Al元素を含有するめっき層では、Al-Fe合金層が形成され易い。少なくとも、2段目のめっき浴中に一定濃度以上のAlが含有されることから、Al5Fe相が最も多く形成する。しかし、原子拡散には時間がかかり、また、地鉄に近い部分では、Fe濃度が高くなる部分もある。そのため、界面合金層は、部分的には、AlFe相、Al3Fe相、Al5Fe2相などが少量含まれる場合もある。また、めっき浴中にZnも一定濃度含まれることから、Al-Fe合金層には、Znも少量含有される。 The interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) is a layer whose main phase is the Al 5 Fe phase as a structure. The Al—Fe alloy layer is formed by mutual atomic diffusion of the base iron (steel material) and the first and second plating baths. When hot-dip plating is used as a manufacturing method, an Al—Fe alloy layer is likely to be formed in a plating layer containing Al element. At least, since the second-stage plating bath contains Al at a certain concentration or more, the Al 5 Fe phase is formed most. However, atomic diffusion takes a long time, and there are areas where the Fe concentration is high in areas close to the base iron. Therefore, the interfacial alloy layer may partially contain a small amount of an AlFe phase, an Al 3 Fe phase, an Al 5 Fe 2 phase, or the like. In addition, since the plating bath contains Zn at a certain concentration, the Al—Fe alloy layer also contains a small amount of Zn.
耐食性においては、Al5Fe相、Al3Fe相、AlFe相、およびAl5Fe2相のいずれの相であっても大差がない。ここでいう耐食性とは、溶接の影響を受けない部分での耐食性である。めっき層中に占める、界面合金層の厚みは小さく、また表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)及び中間めっき層と比較しても耐食性は低いため、めっき層全体における耐食性は、これらの相の比率が代わったとしても大差がない。 In terms of corrosion resistance, there is no great difference between the Al 5 Fe phase, the Al 3 Fe phase, the AlFe phase, and the Al 5 Fe 2 phase. The corrosion resistance referred to here is the corrosion resistance of portions not affected by welding. The thickness of the interfacial alloy layer, which occupies the plating layer, is small, and the corrosion resistance is lower than that of the surface plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer) and the intermediate plating layer. Even if the phase ratio is changed, there is no big difference.
ここで、めっき層中にSiを含有する場合、Siは、特に界面合金層(Al-Fe合金層)中に取り込まれ易く、Al-Fe金属間化合物相はAl-Fe-Si金属間化合物相となることがある。同定される金属間化合物相としては、AlFeSi相があり、異性体として、α、β、q1,q2-AlFeSi相等が存在する。そのため、Al-Fe合金層は、これらAlFeSi相等が検出されることがある。これらAlFeSi相等を含むAl-Fe合金層をAl-Fe-Si合金層とも称する。
なお、Al-Fe-Si合金層も表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)及び中間めっき層の合計の厚さに対し、厚みは小さいため、めっき層全体における耐食性において与える影響は小さい。
Al-Fe金属間化合物の構成は、中間めっき層とほぼ同じようなものだが、中間めっき層は、針状、柱状、枝状等の形態を呈するのに対し、界面合金層は層状に形成する違いがある。すなわち、界面合金層において、Al-Fe金属間化合物は、めっき層の厚み方向に平行に成長しやすく、さらに全面に広がってから、めっき表面へ成長する。
Here, when Si is contained in the plating layer, Si is particularly easily incorporated into the interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer), and the Al—Fe intermetallic compound phase is the Al—Fe—Si intermetallic compound phase. can be The identified intermetallic compound phase includes the AlFeSi phase, and α, β, q1, q2-AlFeSi phases and the like exist as isomers. Therefore, these AlFeSi phases and the like may be detected in the Al--Fe alloy layer. The Al--Fe alloy layer containing these AlFeSi phases and the like is also called an Al--Fe--Si alloy layer.
Since the Al--Fe--Si alloy layer is also smaller than the total thickness of the surface layer plating layer (Zn--Al--Mg alloy layer) and the intermediate plating layer, it has little effect on the corrosion resistance of the entire plating layer.
The composition of the Al—Fe intermetallic compound is almost the same as that of the intermediate plating layer, but the intermediate plating layer exhibits needle-like, columnar, branch-like, etc. forms, while the interfacial alloy layer is formed in layers. There is a difference. That is, in the interfacial alloy layer, the Al—Fe intermetallic compound tends to grow parallel to the thickness direction of the plating layer, spreads over the entire surface, and then grows onto the plating surface.
また、めっき原材(めっき原板など)に各種プレめっき鋼材を使用した場合、プレめっきの付着量により、界面合金層(Al-Fe合金層)の構造が変化することがある。具体的には、Al-Fe合金層周囲に、プレめっきに用いた純金属層が残存する場合、表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)、又は1段目のめっき処理によるめっき層の構成成分とプレめっき成分が結合した金属間化合物相(例えば、Al3Ni相等)が合金層を形成する場合、Al原子およびFe原子の一部が置換したAl-Fe合金層が形成する場合、または、Al原子、Fe原子およびSi原子の一部が置換したAl-Fe-Si合金層を形成する場合等がある。いずれにせよ、これらの合金層も表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)及び中間めっき層の合計の厚さに対し、界面合金層そのものは、中間めっき層、金属層に比べると厚みは小さいため、めっき層全体における耐食性において与える影響は小さい。 In addition, when various pre-plated steel materials are used as the plating raw material (plating base plate, etc.), the structure of the interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) may change depending on the amount of pre-plating deposited. Specifically, when the pure metal layer used for pre-plating remains around the Al-Fe alloy layer, the surface layer plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer) or the plating layer by the first plating process When an intermetallic compound phase (for example, an Al 3 Ni phase, etc.) in which a constituent component and a pre-plating component are combined forms an alloy layer, when an Al—Fe alloy layer in which some of the Al atoms and Fe atoms are substituted is formed, Alternatively, an Al--Fe--Si alloy layer in which part of Al atoms, Fe atoms and Si atoms are substituted may be formed. In any case, these alloy layers also have a total thickness of the surface layer plating layer (Zn-Al-Mg alloy layer) and the intermediate plating layer, and the interfacial alloy layer itself is thicker than the intermediate plating layer and the metal layer. Since it is small, it has little effect on the corrosion resistance of the entire plating layer.
また、界面合金層(Al-Fe合金層)には、表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)を構成する相(Zn相、MgZn2相等)も、一部取り込まれることもある。 Further, the interfacial alloy layer (Al--Fe alloy layer) may partially incorporate the phases (Zn phase, MgZn 2 phase, etc.) constituting the surface plated layer (Zn--Al--Mg alloy layer).
つまり、界面合金層(Al-Fe合金層)とは、Al5Fe相を主体とする合金層以外に、上記種々の態様の合金層を包含する層である。 In other words, the interfacial alloy layer (Al--Fe alloy layer) is a layer including alloy layers of the above-described various aspects in addition to the alloy layer mainly composed of the Al 5 Fe phase.
なお、各種プレめっき鋼材のうち、Niプレめっき鋼材にめっき層を形成した場合、界面合金層(Al-Fe合金層)として、Al-Ni-Fe合金層が形成されることになる。Al-Ni-Fe合金層も、表層めっき層(Zn-Al-Mg合金層)及び中間めっき層の合計の厚さに対し、厚みは小さいため、めっき層全体における耐食性において与える影響は小さい。 Among various pre-plated steel materials, when a plating layer is formed on a Ni pre-plated steel material, an Al--Ni--Fe alloy layer is formed as an interfacial alloy layer (Al--Fe alloy layer). The Al--Ni--Fe alloy layer also has a smaller thickness than the total thickness of the surface plating layer (Zn--Al--Mg alloy layer) and the intermediate plating layer, and thus has little effect on the corrosion resistance of the entire plating layer.
界面合金層(Al-Fe合金層)はAl5Fe相が主構成となる場合が多いので、Al-Fe合金層の化学組成は、Fe:30~85%、Al:15~75%、Zn:10%以下、および残部:不純物を含む組成が例示できる。 Since the interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) is often composed mainly of the Al 5 Fe phase, the chemical composition of the Al—Fe alloy layer is Fe: 30 to 85%, Al: 15 to 75%, Zn : 10% or less, and the balance: a composition containing impurities can be exemplified.
(めっき層の層厚)
次に、めっき層の層厚について説明する。
めっき層表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚が8μm未満であると、高い耐食性が発揮され難くなる。
どぶ漬け2段めっきの製法から判断して、通常、少なくとも5μm以上はめっき層厚を得ることが多い。一方、ネジ山部など凹凸形状によって極端に薄くなる部位があり、この部分で、薄いもので8μm程度である。遠心分離などのタレ切りを実施すれば、特殊部位では3~5μmともなりうるが、耐食性劣化の部位となるため、少なくとも8μm以上あった方が好ましい。
そのため、表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚は、8μm以上とする。表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚は、10μm以上が好ましく、25μm以上がより好ましい。
(Thickness of plating layer)
Next, the layer thickness of the plating layer will be described.
When the total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer is less than 8 μm, it becomes difficult to exhibit high corrosion resistance.
Judging from the manufacturing method of two-stage dipping, a plating layer thickness of at least 5 μm is usually obtained in many cases. On the other hand, there are portions such as screw threads that are extremely thin due to the uneven shape, and the thinnest portion is about 8 μm at these portions. If centrifugal separation or other sagging removal is performed, the thickness of the special portion can be as high as 3 to 5 μm.
Therefore, the total layer thickness of the surface plated layer and the intermediate plated layer is set to 8 μm or more. The total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer is preferably 10 μm or more, more preferably 25 μm or more.
一方、表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚が300μm超えになると、凝固時の熱収縮などの歪が過大となり、めっき層にクラックが発生し、かえって耐食性が劣化する可能性があるため、表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚は、300μm未満とする On the other hand, if the total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer exceeds 300 μm, strain such as thermal contraction during solidification becomes excessive, cracks occur in the plating layer, and corrosion resistance may deteriorate. , The total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer shall be less than 300 μm
なお、表層めっき層及び中間めっき層の合計の層厚の上限は、厚い方が耐食性に有利である。通常、どぶ漬けめっきでは、100μm前後のめっき製品がつくられることが多いが、凹凸形状の部位によっては100μm狙いのものであってもタレ発生し、部分的に300μm前後までめっき層の厚みが増す場合がある。タレ形状、外観悪化、突起物などになるため、外観重視の場合は、150μm以下にした方が好ましい。 Regarding the upper limit of the total layer thickness of the surface layer plating layer and the intermediate plating layer, the thicker the layer, the better the corrosion resistance. Normally, dipping plating produces a plated product with a thickness of around 100 μm, but depending on the unevenness, sagging occurs even if the target is 100 μm, and the thickness of the plating layer partially increases to around 300 μm. Sometimes. It is preferable that the thickness is 150 μm or less when the appearance is important, because it causes sagging, deterioration of the appearance, projections, and the like.
表層めっき層の層厚も、薄すぎると、高い耐食性が発揮され難くなる。そのため、表層めっき層の層厚は、1μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。
一方、表層めっき層の層厚が厚すぎると、めっき外観が劣化するとなることがある。そのため、表層めっき層の層厚は、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。
If the layer thickness of the surface plating layer is too thin, it becomes difficult to exhibit high corrosion resistance. Therefore, the layer thickness of the surface plating layer is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more.
On the other hand, if the layer thickness of the surface layer plating layer is too thick, the plating appearance may deteriorate. Therefore, the layer thickness of the surface plating layer is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.
中間めっき層の層厚が3μm未満であると、高い耐食性が発揮され難くなる。すなわち、腐食が、容易に地鉄界面に到達しやすい構造となる。そのため、中間めっき層の合計の層厚は、3μm以上とする。中間めっき層の層厚は、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。
一方、中間めっき層の合計の層厚が厚すぎると、亀裂が入りやすくなり、何らかの衝撃で剥離しやすい構造になる。そのため、中間めっき層の層厚は、175μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。
中間めっき層は、めっき層、及び地鉄の原子拡散によって生じる層である。通常、平板のめっき鋼材であれば、めっき層の全厚の1/5~2/3範囲が適切な厚みで形成されることが多い。すなわち、2μm~200μmの範囲で形成する。部材形状によって、部分的には、形成量が変化することがあり、下限値が全厚の1/50~1/5となる場合も存在する。
If the layer thickness of the intermediate plating layer is less than 3 μm, it becomes difficult to exhibit high corrosion resistance. That is, the structure is such that corrosion can easily reach the base metal interface. Therefore, the total layer thickness of the intermediate plating layers is set to 3 μm or more. The layer thickness of the intermediate plating layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more.
On the other hand, if the total layer thickness of the intermediate plating layer is too thick, cracks are likely to occur, resulting in a structure that is likely to peel off due to some impact. Therefore, the layer thickness of the intermediate plating layer is preferably 175 μm or less, more preferably 100 μm or less.
The intermediate plated layer is a layer generated by atomic diffusion of the plated layer and the base iron. Generally, in the case of plated plated steel, the plated layer is often formed with an appropriate thickness in the range of 1/5 to 2/3 of the total thickness. That is, it is formed within a range of 2 μm to 200 μm. Depending on the shape of the member, the amount of formation may partially change, and there are cases where the lower limit is 1/50 to 1/5 of the total thickness.
界面合金層(Al-Fe合金層)は、上層の表層めっき層および中間めっき層が溶出および錆化しても界面合金層のみが残存し、地鉄(鋼材)を防食する場合がある。これは、電気化学的に、界面合金層を構成するAl-Fe合金層が表層めっき層および中間めっき層を構成するZn-Al-Mg層より貴になるが、地鉄(鋼材)より卑に位置するためである。そのため、界面合金層(Al-Fe合金層)も一定の耐食性を有している。ただし、耐食性効果は、微量である程度の厚みが必要である。また、上層の中間めっき層と地鉄(鋼材)との密着性も高める。
そのため、界面合金層(Al-Fe合金層)が形成されている場合、界面合金層の層厚は、1μm以上が好ましい。
The interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) may remain even if the upper surface plating layer and the intermediate plating layer are eluted and rusted to prevent corrosion of the base iron (steel material). Electrochemically, the Al--Fe alloy layer that constitutes the interfacial alloy layer is more noble than the Zn--Al--Mg layer that constitutes the surface plating layer and the intermediate plating layer, but is less noble than the base iron (steel). Because it is located. Therefore, the interfacial alloy layer (Al--Fe alloy layer) also has a certain degree of corrosion resistance. However, the anti-corrosion effect requires a thickness of a very small amount. In addition, the adhesion between the upper intermediate plating layer and the base iron (steel material) is also enhanced.
Therefore, when an interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) is formed, the layer thickness of the interfacial alloy layer is preferably 1 μm or more.
一方、界面合金層(Al-Fe合金層)の層厚が厚すぎると、上層の表層めっき層および中間めっき層のAl成分が不足し、さらに、めっき層の密着性、加工性が極端に悪化する傾向にある。そのため、界面合金層の層厚は、5μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましい。 On the other hand, if the interfacial alloy layer (Al—Fe alloy layer) is too thick, the Al component in the upper surface plating layer and the intermediate plating layer will be insufficient, and the adhesion and workability of the plating layer will be extremely deteriorated. tend to Therefore, the layer thickness of the interfacial alloy layer is preferably 5 μm or less, more preferably 2 μm or less.
(めっき層の特性に関する各種測定方法)
次に、めっき層の特性に関する各種測定方法について説明する。
(Various measurement methods regarding the properties of the plating layer)
Next, various methods for measuring the properties of the plating layer will be described.
-めっき層の平均化学組成-
めっき層の平均化学組成は、次の方法により測定する。
まず、地鉄(鋼材)の腐食を抑制するインヒビターを含有した酸でめっき層を剥離溶解した酸液を得る。次に、得られた酸液をICP分析で測定することで、めっき層の化学組成を得ることができる。酸種は、めっき層を溶解できる酸であれば、特に制限はない。
-Average chemical composition of plating layer-
The average chemical composition of the plating layer is measured by the following method.
First, an acid solution is obtained by stripping and dissolving the plating layer with an acid containing an inhibitor that suppresses the corrosion of the base iron (steel material). Next, the chemical composition of the plating layer can be obtained by measuring the obtained acid solution by ICP analysis. The acid species is not particularly limited as long as it is an acid capable of dissolving the plating layer.
-めっき層の構成層の各平均化学組成-
めっき層の構成層(つまり、表層めっき層、中間めっき層、および界面合金層)の各平均化学組成は、例えば、GDS(高周波グロー放電分光分析)を利用する。具体的には、例えば、次の通り測定する。
まず、GDS(高周波グロー放電分光分析)で各元素の定量分析の検量線を得る。その後、対象とする層の深さ方向の化学成分を測定する。例えば、作製しためっき鋼材のサンプルから30mm角を数枚採取し、GDS用サンプルとする。めっき層の表面に対してアルゴンイオンスパッタを実施し、深さ方向の元素強度プロットを得る。
一方、各元素純金属板等の標準試料を作製し、あらかじめ元素強度プロットを得る。
そして、GDSによる元素強度プロットを、標準試料による元素強度プロットから濃度換算することで、各元素濃度を算出する。
この操作を、10回以上実施し、各々の場所における成分の平均値を採用する。
-Each average chemical composition of the constituent layers of the plating layer-
Each average chemical composition of the constituent layers of the plating layer (that is, the surface plating layer, the intermediate plating layer, and the interfacial alloy layer) uses, for example, GDS (high frequency glow discharge spectroscopy). Specifically, for example, it is measured as follows.
First, a calibration curve for quantitative analysis of each element is obtained by GDS (high frequency glow discharge spectroscopy). After that, the chemical components in the depth direction of the target layer are measured. For example, several pieces of 30 mm square are taken from the produced plated steel sample and used as a GDS sample. Argon ion sputtering is performed on the surface of the plating layer to obtain an element intensity plot in the depth direction.
On the other hand, a standard sample such as a pure metal plate for each element is prepared, and an element intensity plot is obtained in advance.
Then, the concentration of each element is calculated by converting the element intensity plot of the GDS from the element intensity plot of the standard sample.
This operation is performed 10 or more times and the mean value of the component at each location is taken.
なお、スパッタ速度は、例えば、約0.04~0.1μm/秒の範囲とする。 Note that the sputtering speed is, for example, in the range of approximately 0.04 to 0.1 μm/sec.
具体的な測定条件としては、例えば、次の通りである、
測定装置としては、例えば、堀場製作所製のマーカス型高周波グロー放電発行分析装置(GD-Profiler2)を利用する。
測定条件は、例えば、放電面積4mmφ、RF出力35W、アルゴン圧600Paとする。
測定間隔は、例えば、初期60秒を0.02秒間隔、以降を0.5秒間隔とする。
Specific measurement conditions include, for example, the following:
As a measuring device, for example, a Marcus-type high-frequency glow discharge emission analyzer (GD-Profiler 2) manufactured by Horiba, Ltd. is used.
Measurement conditions are, for example, a discharge area of 4 mmφ, an RF output of 35 W, and an argon pressure of 600 Pa.
The measurement interval is, for example, 0.02 seconds for the initial 60 seconds and 0.5 seconds thereafter.
表層めっき層の平均化学組成を測定する場合、各々のGDS分析点において、表面からFe元素強度が全体の元素分析の3%未満(つまり、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満)までの領域を表層めっき層とし、表層めっき層の層厚に対応する幅の元素強度プロットを得る。この得られた元素強度プロットから求められる各元素濃度の成分平均値を採用する。ただし、最表層の酸化層の影響を除去するために、表面から深さ1μmまでの元素強度プロットを無視する。 When measuring the average chemical composition of the surface plating layer, at each GDS analysis point, the Fe element strength from the surface to less than 3% of the total elemental analysis (that is, the Fe concentration is 3% by mass or more and less than 30% by mass) A region is defined as a surface layer plating layer, and an element intensity plot of a width corresponding to the layer thickness of the surface layer plating layer is obtained. The component average value of each element concentration obtained from the obtained element intensity plot is employed. However, in order to remove the influence of the outermost oxide layer, the element intensity plots from the surface to a depth of 1 μm are ignored.
また、中間めっき層の平均化学組成を測定する場合、各々のGDS分析点において、Fe元素強度が全体の元素分析の3%以上30%未満(つまり、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満)となる領域を中間めっき層とし、中間めっき層の層厚に対応する幅の元素強度プロットを得る。この得られた元素強度プロットから求められる各元素濃度の成分平均値を採用する。 Also, when measuring the average chemical composition of the intermediate plating layer, at each GDS analysis point, the Fe element intensity is 3% or more and less than 30% of the entire elemental analysis (that is, the Fe concentration is 3% or more and less than 30% by mass. ) is defined as an intermediate plating layer, and an element intensity plot with a width corresponding to the layer thickness of the intermediate plating layer is obtained. The component average value of each element concentration obtained from the obtained element intensity plot is employed.
また、界面合金層の平均化学組成を測定する場合は、各々のGDS分析点において、Fe元素強度が全体の元素分析の30%以上85%未満(つまり、Fe濃度が30質量%以上85質量%未満)となる領域を界面合金層とする。界面合金層の層厚に対応する幅の元素強度プロットを得る。この得られた元素強度プロットから求められる各元素濃度の成分平均値を採用する。 Further, when measuring the average chemical composition of the interfacial alloy layer, at each GDS analysis point, the Fe element intensity is 30% or more and less than 85% of the entire elemental analysis (that is, the Fe concentration is 30% by mass or more and 85% by mass less than) is defined as the interfacial alloy layer. An elemental intensity plot is obtained with a width corresponding to the layer thickness of the interfacial alloy layer. The component average value of each element concentration obtained from the obtained element intensity plot is adopted.
ここで、GDS分析において、中間めっき層と界面合金層と界面付近で、Fe元素強度が30%以上(つまり、Fe濃度が30質量%以上)に達した後、Fe元素強度(つまりFe濃度)が一時的に30%未満に減少する箇所(具体的には界面合金層の表層部分)が現れる場合があるが、その個所の元素強度プロットは無視する。そして、再度、Fe元素強度が30%以上(つまり、Fe濃度が30質量%以上)に達した時点から、界面合金層とみなす。 Here, in the GDS analysis, after the Fe element strength reaches 30% or more (that is, the Fe concentration is 30% by mass or more) near the interface between the intermediate plating layer and the interface alloy layer, the Fe element strength (that is, the Fe concentration) Although there may appear a place (specifically, the surface layer portion of the interfacial alloy layer) where is temporarily reduced to less than 30%, the element intensity plot at that place is ignored. Then, when the Fe element strength reaches 30% or more (that is, the Fe concentration is 30% by mass or more) again, it is regarded as the interfacial alloy layer.
なお、EPMAやSEM-EDSによる元素分析値から、表層めっき層、中間めっき層、界面合金層の個別の化学組成を得ることもできる。 It is also possible to obtain individual chemical compositions of the surface plating layer, the intermediate plating layer, and the interfacial alloy layer from elemental analysis values by EPMA or SEM-EDS.
-X線回折(XRD)の測定条件-
X線回折(XRD)の強度は、線源には、Cu、Co等用いることが可能だが、最終的にはCu線源に合わせた回折角度に計算、変更する必要がある。X線出力は、40kV、150mAとする。測定範囲は、5°~90°、ステップは、0.01°程度が好ましい。特定の回折角度での強度(cps)を得るためには、前後±0.05°の平均値を得る。すなわち23.3°の強度は、22.25°~22.35°の平均値を得る。なお強度の平均値算出前にピークを明瞭化するためのバックグランド除去等の措置は講じないことでそれぞれの強度指標を得る必要がある。
なお、最表層の酸化層の影響を除去するために、表面から深さ1μmまで切削後の表層めっき層の表面に対して、X線回折(XRD)の強度測定を実施する。
-X-ray diffraction (XRD) measurement conditions-
Although the X-ray diffraction (XRD) intensity can be used as a radiation source such as Cu, Co, etc., it is finally necessary to calculate and change the diffraction angle to match the Cu radiation source. The X-ray output is 40 kV and 150 mA. It is preferable that the measurement range is 5° to 90° and the step is about 0.01°. To obtain the intensity (cps) at a particular diffraction angle, take an average value of ±0.05° before and after. That is, the intensity at 23.3° gets an average value between 22.25° and 22.35°. In addition, it is necessary to obtain each intensity index without taking measures such as background removal for clarifying the peak before calculating the average value of the intensity.
In addition, in order to remove the influence of the oxide layer of the outermost layer, the intensity of X-ray diffraction (XRD) is measured with respect to the surface of the surface layer plating layer after cutting from the surface to a depth of 1 μm.
具体的な測定条件は、例えば、次の通りである。
測定装置としては、例えば、リガク社製X線回折装置(RINT1500)、RINT1000広角ゴニオメーターを使用する。
測定条件は、例えば、X線出力40kV-150mA、スキャンスピード2°/min、ステップ0.01°、スキャン範囲5~90°、入射スリット1°、受光スリット1°、0.15mmとする。
Specific measurement conditions are, for example, as follows.
As a measuring device, for example, an X-ray diffractometer (RINT1500) manufactured by Rigaku Corporation and a RINT1000 wide-angle goniometer are used.
The measurement conditions are, for example, an X-ray output of 40 kV-150 mA, a scan speed of 2°/min, a step of 0.01°, a scan range of 5 to 90°, an incident slit of 1°, a receiving slit of 1°, and 0.15 mm.
-めっき層の層厚-
めっき層の各層の層厚は、次の通り測定する。
めっき層の各層の平均化学組成を測定するときに、GDS分析点におけるFe元素強度(つまり、Fe濃度)により設定された領域幅を、各層(表層めっき層、中間めっき層、界面合金層)の層厚として求める。
そして、このGDSを10個所で実施した各領域幅の平均値を、各層(表層めっき層、中間めっき層、界面合金層)の層厚とする。
-Layer thickness of plating layer-
The layer thickness of each layer of the plating layer is measured as follows.
When measuring the average chemical composition of each layer of the plating layer, the region width set by the Fe element strength (that is, Fe concentration) at the GDS analysis point is defined as each layer (surface plating layer, intermediate plating layer, interfacial alloy layer) Calculated as layer thickness.
Then, the average value of the width of each region obtained by performing this GDS at 10 locations is taken as the thickness of each layer (surface plating layer, intermediate plating layer, interfacial alloy layer).
(めっき鋼材の製造方法)
次に、本発明のめっき鋼材の製造方法の一例について説明する。
(Manufacturing method of plated steel)
Next, an example of the method for producing the plated steel material of the present invention will be described.
本発明のめっき鋼材は、めっき原材(めっき原板など)の表面(つまり、片面又は両面)に、2段めっき法(具体的には、2段溶融めっき法)によりめっき層を形成することで得られる。 The plated steel material of the present invention is obtained by forming a plating layer on the surface (that is, one side or both sides) of the plating raw material (plating base plate, etc.) by a two-step plating method (specifically, a two-step hot dip plating method). can get.
具体的には、本発明のめっき鋼材の製造方法としては、
浴温度が浴融点+20℃(ただし、少なくとも420℃超)~520℃の溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴に、層厚30μm以上のめっき層を有するめっき鋼基材を、20秒以上240秒未満浸漬した後、引き上げる工程と、
めっき鋼基材を溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴から引き上げた直後から380℃まで、60秒以内で冷却する工程を有するめっき鋼材の製造方法が例示できる。
Specifically, the method for producing the plated steel material of the present invention includes:
A plated steel base material having a plating layer with a thickness of 30 μm or more is placed in a molten Zn-Al-Mg alloy plating bath with a bath temperature of +20° C. (but at least above 420° C.) to 520° C. for 20 to 240 seconds. After immersing less than, pulling up;
A method for producing a plated steel material can be exemplified, which includes a step of cooling the plated steel base material to 380° C. within 60 seconds immediately after pulling it out of the molten Zn—Al—Mg alloy plating bath.
ここで、溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴は、Zn:65.0%超、Al:12.0%超~25.0%、Mg:5.0%超~8.0%未満、Sn:0~5%未満、Bi:0%~1%未満、In:0%~0.5%未満、Ca:0.10%~3.00%未満、Y :0%~0.5%未満、La:0%~0.5%未満、Ce:0%~0.5%未満、Si:0%~1.0%未満、Cr:0%~0.25%未満、Ti:0%~0.25%未満、Ni:0%~0.25%未満、Co:0%~0.25%未満、V :0%~0.25%未満、Nb:0%~0.25%未満、Cu:0%~0.25%未満、Mn:0%~0.25%未満、Fe:0%~5%未満、Sr:0%~0.5%未満、Sb:0%~0.5%未満、B :0%~0.5%未満、及び不純物からなる化学組成が例示できる。 Here, the molten Zn-Al-Mg alloy plating bath contains Zn: more than 65.0%, Al: more than 12.0% to 25.0%, Mg: more than 5.0% to less than 8.0%, Sn : 0% to less than 5%, Bi: 0% to less than 1%, In: 0% to less than 0.5%, Ca: 0.10% to less than 3.00%, Y: 0% to less than 0.5% , La: 0% to less than 0.5%, Ce: 0% to less than 0.5%, Si: 0% to less than 1.0%, Cr: 0% to less than 0.25%, Ti: 0% to Less than 0.25%, Ni: 0% to less than 0.25%, Co: 0% to less than 0.25%, V: 0% to less than 0.25%, Nb: 0% to less than 0.25%, Cu: 0% to less than 0.25%, Mn: 0% to less than 0.25%, Fe: 0% to less than 5%, Sr: 0% to less than 0.5%, Sb: 0% to 0.5% %, B: 0% to less than 0.5%, and a chemical composition consisting of impurities.
一方、めっき鋼基材(つまり、1段目のめっき処理されためっき鋼材)は、Znめっき鋼基材、Zn-Al合金めっき鋼基材、及びZn-Al-Mg合金めっき鋼基材から選択されるめっき鋼基材が例示できる。
これらの中でも、めっき鋼基材としては、Znめっき鋼基材が好適である。Znめっき鋼基材としては、JIS H 8641:2007で規格化されたHDZ(HDZ45、55等)などが代表的なめっき鋼基材として例示できる。
On the other hand, the plated steel base material (that is, the plated steel material plated in the first stage) is selected from a Zn-plated steel base material, a Zn-Al alloy-plated steel base material, and a Zn-Al-Mg alloy-plated steel base material. An example is a plated steel substrate.
Among these, a Zn-plated steel substrate is suitable as the plated steel substrate. HDZ (HDZ45, 55, etc.) standardized by JIS H 8641:2007 can be exemplified as a representative plated steel base material for the Zn-plated steel base material.
本発明のめっき鋼材の製造方法において、めっき鋼基材として、層厚30μm以上のめっき層を有するめっき鋼基材を適用し、2段目のめっき処理として、上記所定のめっき浴温、浸漬時間、冷却時間の条件のめっき処理を適用することで、めっき層全体の厚さを適切な範囲としつつ、1段目のめっき層の痕跡を適切に残すことができる。 In the method for producing a plated steel material of the present invention, a plated steel base material having a plating layer with a layer thickness of 30 μm or more is used as the plated steel base material, and as the second-stage plating treatment, the predetermined plating bath temperature and immersion time are performed. By applying the plating process with the cooling time conditions, it is possible to appropriately leave traces of the first-stage plating layer while keeping the thickness of the entire plating layer in an appropriate range.
つまり、所定のめっき層の平均化学を有し、1段目のめっき層の痕跡として、Al-Fe金属間化合物を含む層厚3μm以上のZn-Al-Mg合金層から構成される中間めっき層を層厚3μm以上で形成される共に、めっき層全体の厚さ(表層めっき層及び前記中間めっき層の合計の層厚)を8μm300μm未満であるめっき鋼材が得られる。 That is, an intermediate plating layer composed of a Zn-Al-Mg alloy layer having a layer thickness of 3 μm or more containing an Al-Fe intermetallic compound and having a predetermined average chemistry of the plating layer as a trace of the first plating layer is formed with a layer thickness of 3 μm or more, and the thickness of the entire plating layer (the total thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer) is 8 μm and less than 300 μm.
また、上記条件で、2段目のめっき処理を実施することで、一段目のめっき層と二段目のめっき浴が反応し、中間めっき層が形成される。そのため、上述した所定の相構成の表層めっき層および中間めっき層を有するめっき鋼材が得られる。 Further, by performing the second-stage plating process under the above conditions, the first-stage plating layer and the second-stage plating bath react to form an intermediate plating layer. Therefore, a plated steel material having a surface layer plating layer and an intermediate plating layer with the predetermined phase composition described above can be obtained.
ここで、本発明のめっき鋼材の製造方法において、2段目のめっき処理の前処理として、1段目のめっき層の表面の洗浄を目的として、希塩酸処理、フラックス処理(例えば、塩化アンモニウム水溶液、ZnCl2水溶液等のフラックスにめっき鋼基材を浸漬、乾燥する処理)を施してもよい。 Here, in the method for producing a plated steel material of the present invention, as a pretreatment for the second-stage plating treatment, for the purpose of cleaning the surface of the first-stage plating layer, dilute hydrochloric acid treatment, flux treatment (for example, aqueous ammonium chloride solution, A process of immersing the plated steel base material in a flux such as a ZnCl 2 aqueous solution and drying it) may also be performed.
また、本発明のめっき鋼材の製造方法では、既に1段目のめっき層が形成され基材温度が下がっためっき鋼基材に、2段目のめっき処理を施す方法を説明したが、鋼材に対して、1段目、2段目のめっき処理を間をおかずに連続的に実施する方法でもよい。 In addition, in the method for producing a plated steel material of the present invention, the method of applying the second-stage plating treatment to the plated steel substrate on which the first-stage plating layer has already been formed and the substrate temperature has been lowered has been described. On the other hand, a method in which the first-stage and second-stage plating processes are performed continuously without an interval may be used.
以下、本発明のめっき鋼材に適用できる後処理について説明する。 Post-treatments that can be applied to the plated steel material of the present invention are described below.
本発明のめっき鋼材には、めっき層上に皮膜を形成してもよい。皮膜は、1層または2層以上を形成することができる。めっき層直上の皮膜の種類としては、例えば、クロメート皮膜、りん酸塩皮膜、クロメートフリー皮膜が挙げられる。これら皮膜を形成する、クロメート処理、りん酸塩処理、クロメートフリー処理は既知の方法で行うことができる。 A film may be formed on the plating layer of the plated steel material of the present invention. The coating can form one layer or two or more layers. Examples of the types of films directly on the plating layer include chromate films, phosphate films, and chromate-free films. Chromate treatment, phosphate treatment, and chromate-free treatment for forming these films can be performed by known methods.
クロメート処理には、電解によってクロメート皮膜を形成する電解クロメート処理、素材との反応を利用して皮膜を形成させ、その後余分な処理液を洗い流す反応型クロメート処理、処理液を被塗物に塗布し水洗することなく乾燥して皮膜を形成させる塗布型クロメート処理がある。いずれの処理を採用してもよい。 Chromate treatment includes electrolytic chromate treatment, in which a chromate film is formed by electrolysis, reactive chromate treatment, in which a film is formed by using a reaction with the material, and then excess treatment liquid is washed away, and treatment liquid is applied to the object to be coated. There is a coating type chromate treatment that forms a film by drying without washing with water. Either process may be adopted.
電解クロメート処理としては、クロム酸、シリカゾル、樹脂(りん酸、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、酢酸ビニルアクリルエマルション、カルボキシル化スチレンブタジエンラテックス、ジイソプロパノールアミン変性エポキシ樹脂等)、および硬質シリカを使用する電解クロメート処理を例示することができる。 Electrolytic chromate treatment using chromic acid, silica sol, resin (phosphoric acid, acrylic resin, vinyl ester resin, vinyl acetate acrylic emulsion, carboxylated styrene-butadiene latex, diisopropanolamine-modified epoxy resin, etc.), and hard silica. Chromate treatment can be exemplified.
りん酸塩処理としては、例えば、りん酸亜鉛処理、りん酸亜鉛カルシウム処理、りん酸マンガン処理を例示することができる。 Examples of phosphate treatment include zinc phosphate treatment, zinc calcium phosphate treatment, and manganese phosphate treatment.
クロメートフリー処理は、特に、環境に負荷なく好適である。クロメートフリー処理には、電解によってクロメートフリー皮膜を形成する電解型クロメートフリー処理、素材との反応を利用して皮膜を形成させ、その後、余分な処理液を洗い流す反応型クロメートフリー処理、処理液を被塗物に塗布し水洗することなく乾燥して皮膜を形成させる塗布型クロメートフリー処理がある。いずれの処理を採用してもよい。 Chromate-free treatment is particularly suitable because it does not burden the environment. Chromate-free treatment includes electrolytic-type chromate-free treatment that forms a chromate-free film by electrolysis, reaction-type chromate-free treatment that forms a film by using a reaction with the material, and then rinses off the excess treatment solution. There is a coating-type chromate-free treatment in which a coating is applied to an object to be coated and dried without washing with water to form a film. Either process may be adopted.
さらに、めっき層直上の皮膜の上に、有機樹脂皮膜を1層もしくは2層以上有してもよい。有機樹脂としては、特定の種類に限定されず、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はこれらの樹脂の変性体等を挙げられる。ここで変性体とは、これらの樹脂の構造中に含まれる反応性官能基に、その官能基と反応し得る官能基を構造中に含む他の化合物(モノマーや架橋剤など)を反応させた樹脂のことを指す。 Furthermore, one or more organic resin films may be provided on the film directly on the plating layer. The organic resin is not limited to a specific type, and examples thereof include polyester resins, polyurethane resins, epoxy resins, acrylic resins, polyolefin resins, modified products of these resins, and the like. Here, the modified product is a reaction of the reactive functional group contained in the structure of these resins with another compound (monomer, cross-linking agent, etc.) containing a functional group capable of reacting with the functional group in the structure. It refers to resin.
このような有機樹脂としては、1種又は2種以上の有機樹脂(変性していないもの)を混合して用いてもよいし、少なくとも1種の有機樹脂の存在下で、少なくとも1種のその他の有機樹脂を変性することによって得られる有機樹脂を1種又は2種以上混合して用いてもよい。また有機樹脂皮膜中には任意の着色顔料や防錆顔料を含んでもよい。水に溶解又は分散することで水系化したものも使用することができる。 As such an organic resin, one or two or more organic resins (unmodified) may be mixed and used, or in the presence of at least one organic resin, at least one other One or a mixture of two or more organic resins obtained by modifying the organic resin may be used. Further, the organic resin film may contain any color pigment or rust preventive pigment. A water-based product obtained by dissolving or dispersing in water can also be used.
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, each of these examples does not limit the present invention.
表1~表2に示す化学組成となるように、所定量の純金属インゴットを使用して、真空溶解炉で、インゴットを溶解した後、大気中で、2段目のめっき処理のめっき浴を建浴した。めっき鋼板の作製には、バッチ式溶融めっき装置を使用した。そして、2段目のめっき処理を実施し、めっき鋼材を作製した。 Using a predetermined amount of pure metal ingots so as to have the chemical compositions shown in Tables 1 and 2, melt the ingots in a vacuum melting furnace, and then heat the plating bath for the second plating process in the atmosphere. I built a bath. A batch-type hot-dip plating apparatus was used to produce the plated steel sheets. Then, a second-stage plating treatment was performed to produce a plated steel material.
2段目のめっき処理を施す対象のめっき鋼基材(1段目のめっき処理が施されためっき鋼材)としては、次の鋼板、又はボルトを使用した。
1)どぶ漬け亜鉛めっき鋼板(JIS H 8641:2007で規格化されたHDZ45相当する、200mm×150mm×4.5mmの溶融亜鉛めっき鋼板)
2)どぶ漬け亜鉛めっき六角ボルト(JIS H 8641:2007で規格化されたHDZ35相当する、長さ100mm、直径M16で、めっき層の層厚はネジ山部で100μm相当の六角ボルト半ネジ)。
The following steel plate or bolt was used as the plated steel base material to be subjected to the second-stage plating treatment (the plated steel material subjected to the first-stage plating treatment).
1) Dipped galvanized steel sheet (200 mm × 150 mm × 4.5 mm hot-dip galvanized steel sheet equivalent to HDZ45 standardized by JIS H 8641: 2007)
2) Dipped galvanized hexagon bolts (half-threaded hexagon bolts with a length of 100 mm, a diameter of M16, equivalent to HDZ35 standardized in JIS H 8641:2007, and a plated layer thickness of 100 μm at the thread portion).
そして、2段目のめっき処理は、下記の3通りを実施した。なお、めっき鋼基材の一部のめっき層を削って、Kタイプ熱電対を付け、めっき処理中の温度管理を実施した。 Then, the second-stage plating treatment was carried out in the following three ways. A part of the plated layer of the plated steel base material was removed, and a K-type thermocouple was attached to control the temperature during the plating process.
・製法A:設定めっき浴温度を浴融点+40℃と設定し、めっき鋼基材をフラックス(ZnCl2/NaCl/SnCl2=220g/20g/10g/L)に80℃で30秒浸漬した後、150℃の乾燥炉で十分に乾燥させた。その後、めっき鋼基材を、大気中でめっき浴に240秒浸漬した後、めっき浴から引き揚げた。そして、圧縮空気ガスの吹付等にて、めっき浴からめっき鋼基材を引き上げ直後から380℃まで、60秒以内で冷却し、その後室温まで自然放冷した。 ・Manufacturing method A: After setting the set plating bath temperature to the bath melting point + 40 ° C. and immersing the plated steel base material in flux (ZnCl 2 /NaCl / SnCl 2 = 220 g / 20 g / 10 g / L) at 80 ° C. for 30 seconds, It was sufficiently dried in a drying oven at 150°C. After that, the plated steel substrate was immersed in the plating bath in air for 240 seconds, and then withdrawn from the plating bath. Immediately after the plated steel substrate was lifted from the plating bath, it was cooled to 380° C. within 60 seconds by spraying compressed air gas or the like, and then naturally cooled to room temperature.
・製法B:設定めっき浴温度を浴融点+40℃と設定し、めっき鋼基材をフラックス(ZnCl2/NaCl/SnCl2=220g/20g/10g/L)に80℃で30秒浸漬した後、150℃の乾燥炉で十分に乾燥させた。その後、めっき鋼基材を大気中でめっき浴に240秒浸漬した後、めっき浴から引き揚げた。そして、めっき鋼基材を400℃以上に設定された大気炉に入れて、めっき浴からめっき鋼基材を引き上げ直後から380℃まで60秒超で冷却し、その後室温まで自然放冷した。 ・Manufacturing method B: After setting the set plating bath temperature to the bath melting point + 40 ° C. and immersing the plated steel base material in flux (ZnCl 2 /NaCl / SnCl 2 = 220 g / 20 g / 10 g / L) at 80 ° C. for 30 seconds, It was sufficiently dried in a drying oven at 150°C. After that, the plated steel substrate was immersed in the plating bath in air for 240 seconds, and then pulled out of the plating bath. Then, the plated steel substrate was placed in an atmospheric furnace set at 400° C. or higher, and immediately after the plated steel substrate was lifted from the plating bath, it was cooled to 380° C. in more than 60 seconds, and then naturally cooled to room temperature.
・製法C:設定めっき浴温度を浴融点+10℃と設定し、めっき鋼基材をフラックス(ZnCl2/NaCl/SnCl2=220g/20g/10g/L)に80℃で30秒浸漬した後、150℃の乾燥炉で十分に乾燥させた。その後、めっき鋼基材を大気中でめっき浴に20秒浸漬した後、めっき浴から引き揚げた。そして、引き揚げ後、直ちにめっき鋼基材を遠心分離機にかけて、タレ切りを行った。遠心分離は380℃以上の温度域にて完了した。遠心分離機からめっき鋼基材を取り出し後、約380℃に到達してから、水温25℃の100L水に水没した。なお、めっき浴からめっき鋼基材を引き上げ直後から380℃までの冷却は、60秒以内で完了した。 ・Manufacturing method C: The set plating bath temperature is set to the bath melting point + 10°C, and the plated steel base material is immersed in flux (ZnCl 2 /NaCl/SnCl 2 =220g/20g/10g/L) at 80°C for 30 seconds, It was sufficiently dried in a drying oven at 150°C. After that, the plated steel substrate was immersed in the plating bath in the air for 20 seconds and then pulled out of the plating bath. Then, immediately after being pulled up, the plated steel substrate was subjected to a centrifugal separator to remove sagging. Centrifugation was completed in the temperature range above 380°C. After the plated steel substrate was taken out from the centrifuge and reached about 380°C, it was submerged in 100 L water at a water temperature of 25°C. The cooling to 380° C. immediately after the plated steel substrate was lifted from the plating bath was completed within 60 seconds.
(評価)
-各種の測定-
得られためっき鋼板から試料を切り出した。そして、既述の方法にしたがって、下記事項を測定した。
・めっき層の平均化学組成および層厚(表中「厚さ」と表記)
・中間めっき層の平均化学組成(Mg濃度)および層厚(表中「厚さ」と表記)
・界面合金層の層厚(表中「厚さ」と表記)
・表層めっき層の表面のX線回折像における和強度比(I(Zn)/Io、I(Al)/Io、I(MgZn2)/Io)
・表層めっき層の表面のX線回折像における、強度I(Mg-Sn金属間化合物)(表中、I(Mg2Sn)と表記)、および強度I(Mg-Sn金属間化合物)と11°~12°におけるバックグラウンド強度との差分(表中「BG差分」と表記)
なお、表中、強度I(Mg-Sn金属間化合物)(表中、I(Mg2Sn)と表記)の欄において、
「〇」は、強度I(Mg-Sn金属間化合物)が1000cps以上であること、
「-」は、意図的にSnが添加されておらず、めっき層中にMg-Sn金属化合物の回折ピーク位置で明瞭な回折ピークが得られないこと
「×」は、 BG差分が100未満で判定であることを示す。
また、実施例相当の鋼板の、表層めっき層のFe濃度は3質量%未満であり、中間めっき層のFe濃度は3質量%以上30質量%未満であり、界面合金層のFe濃度は30質量%以上85質量%未満であることが確認した。
(evaluation)
-Various measurements-
A sample was cut out from the obtained plated steel sheet. Then, the following items were measured according to the method described above.
・Average chemical composition and layer thickness of plating layer (denoted as “thickness” in the table)
・Average chemical composition (Mg concentration) and layer thickness of the intermediate plating layer (denoted as “thickness” in the table)
・Layer thickness of interfacial alloy layer (denoted as “thickness” in the table)
・ Sum intensity ratio (I (Zn) / Io, I (Al) / Io, I (MgZn 2 ) / Io) in the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer
・ In the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer, the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) (indicated as I (Mg2Sn) in the table) and the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) and 11 ° ~ Difference from background intensity at 12° (denoted as “BG difference” in the table)
In the table, in the column of strength I (Mg—Sn intermetallic compound) (denoted as I (MgSn) in the table),
"○" indicates that the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) is 1000 cps or more,
"-" indicates that Sn is not intentionally added, and a clear diffraction peak cannot be obtained at the diffraction peak position of the Mg-Sn metal compound in the plating layer. "×" indicates that the BG difference is less than 100. Indicates judgment.
Further, in the steel sheets corresponding to the examples, the Fe concentration of the surface plating layer is less than 3% by mass, the Fe concentration of the intermediate plating layer is 3% by mass or more and less than 30% by mass, and the Fe concentration of the interfacial alloy layer is 30% by mass. % or more and less than 85% by mass.
-耐食性(SST)-
耐食性の評価方法は、塩水噴霧試験(JIS Z 2371:2015に規格される耐食性試験)を実施した。サンプル数N=10個で実施して、全てのサンプルが、めっき鋼材のめっき層表面の赤錆抑制時間として(めっき層の厚み×200時間+1000時間)を超えたものをS評価とした。サンプル数N(=10個)のうち、6サンプル以上が上記基準を満たした場合(つまりめっき層表面の赤錆発生が4サンプル以内であった場合)は、A評価とした。赤錆発生したサンプルが5サンプル以上であった場合、B評価とした。
なお、めっき鋼材がボルトの場合、ネジ山部の耐食性を立掛けて評価し、その他の部位は塗装して、ネジ山部のみの赤錆発生時間を評価した。
- Corrosion resistance (SST) -
As a method for evaluating corrosion resistance, a salt spray test (corrosion resistance test specified in JIS Z 2371:2015) was performed. The number of samples was N = 10, and all the samples exceeded the red rust suppression time (thickness of the plating layer x 200 hours + 1000 hours) on the surface of the plating layer of the plated steel material. When 6 samples or more out of the number of samples N (=10) satisfied the above criteria (that is, when red rust was generated on the surface of the plating layer within 4 samples), it was evaluated as A. A B evaluation was given when five or more samples had red rust.
When the plated steel material was a bolt, the corrosion resistance of the screw thread portion was evaluated by standing it upright, and the other parts were painted to evaluate the red rust generation time only on the screw thread portion.
-ハンマ試験-
ハンマ試験は、JIS H0401:2013に規定された方式の試験で実施した。 サンプルは50mm角の厚さ4.5mmのサンプルをめっき鋼板から採取して、これを利用した。
打撃は、4mm間隔で平行に5点行い、その打痕間の剥離、及び浮き上がりを調べた。 ただし、角または端から10mm以内は試験対象外とし、また同一箇所を2回以上叩かない。
ハンマ試験を行った結果、打痕間に連続した浮きあがり、または剥離がない場合は、合格とする。
なお、めっき鋼材がボルトの場合、同評価の代わりに目視による評価方法を実施した。具体的には、ルーペを使用した目視により、ネジ山部の不めっき箇所を確認し、明瞭な不めっき箇所0.3mmφ以上の不めっき部分が存在しないことを合格条件とした。
- Hammer test -
The hammer test was carried out according to the method specified in JIS H0401:2013. A 50 mm square sample with a thickness of 4.5 mm was taken from a plated steel sheet and used.
Five points of impact were applied in parallel at intervals of 4 mm, and peeling and lifting between the impact marks were examined. However, areas within 10 mm from corners or edges are excluded from the test, and the same point should not be hit more than twice.
If the hammer test shows that there is no continuous lifting or peeling between the dents, it is acceptable.
When the plated steel material was a bolt, visual evaluation was performed instead of the same evaluation. Specifically, the unplated portion of the screw thread portion was confirmed by visual observation using a magnifying glass, and the acceptance condition was that there was no clear unplated portion of 0.3 mmφ or more.
上記結果から、本発明のめっき鋼材に該当する実施例は、比較例に比べ、過酷な耐食性環境に対する耐食性を有することがわかる。
本発明のめっき鋼材に該当する実施例は、ハンマ試験も合格しており、めっき層の密着性も高いことがわかる。
From the above results, it can be seen that the examples corresponding to the plated steel materials of the present invention have corrosion resistance to severe corrosion-resistant environments compared to the comparative examples.
The examples corresponding to the plated steel materials of the present invention also passed the hammer test, and it can be seen that the adhesion of the plated layer is high.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention.
Claims (5)
前記鋼材の表面上に配され、Fe濃度が3質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される表層めっき層と、前記鋼材と前記表層めっき層との間に配され、Fe濃度が3質量%以上30質量%未満のZn-Al-Mg合金層から構成される、層厚が3μm以上の中間めっき層と、を含むめっき層と、を有し、
前記表層めっき層及び前記中間めっき層の合計の層厚が、8μm以上300μm未満であり、
前記めっき層の平均化学組成が、質量%で、
Zn:65.00%超、
Al:6.5%超~22.5%未満、
Mg:3.0%超~12%未満、
Sn:0%~4.00%未満、
Bi:0%~0.30%未満、
In:0%~0.30%未満、
Ca:0.05%~1.00%未満、
Y :0%~0.30%未満、
La:0%~0.30%未満、
Ce:0%~0.30%未満、
Si:0%~1.00%未満、
Cr:0%~0.25%未満、
Ti:0%~0.25%未満、
Ni:0%~0.25%未満、
Co:0%~0.25%未満、
V :0%~0.25%未満、
Nb:0%~0.25%未満、
Cu:0%~0.25%未満、
Mn:0%~0.25%未満、
Fe:0%~15.0%未満、
Sr:0%~0.50%未満、
Sb:0%~0.50%未満、
B :0%~0.50%未満、及び
不純物からなり、
前記中間めっき層のMg濃度が、質量%で3.0%超である、めっき鋼材。 steel and
A surface plating layer arranged on the surface of the steel material and composed of a Zn-Al-Mg alloy layer having an Fe concentration of less than 3% by mass, and a surface plating layer arranged between the steel material and the surface plating layer, wherein the Fe concentration is a plating layer including an intermediate plating layer having a layer thickness of 3 μm or more, which is composed of a Zn-Al-Mg alloy layer of 3% by mass or more and less than 30% by mass,
The total layer thickness of the surface plating layer and the intermediate plating layer is 8 μm or more and less than 300 μm,
The average chemical composition of the plating layer is mass%,
Zn: more than 65.00%,
Al: more than 6.5% to less than 22.5%,
Mg: more than 3.0% to less than 12%,
Sn: 0% to less than 4.00%,
Bi: 0% to less than 0.30%,
In: 0% to less than 0.30%,
Ca: 0.05% to less than 1.00%,
Y: 0% to less than 0.30%,
La: 0% to less than 0.30%,
Ce: 0% to less than 0.30%,
Si: 0% to less than 1.00%,
Cr: 0% to less than 0.25%,
Ti: 0% to less than 0.25%,
Ni: 0% to less than 0.25%,
Co: 0% to less than 0.25%,
V: 0% to less than 0.25%,
Nb: 0% to less than 0.25%,
Cu: 0% to less than 0.25%,
Mn: 0% to less than 0.25%,
Fe: 0% to less than 15.0%,
Sr: 0% to less than 0.50%,
Sb: 0% to less than 0.50%,
B: 0% to less than 0.50%, and consists of impurities,
A plated steel material, wherein the intermediate plated layer has a Mg concentration of more than 3.0% by mass.
強度和I(Zn)=I(36.30°強度(cps))+I(38.99°強度(cps))+I(43.23°強度(cps))+I(54.34°強度(cps))+I(70.06°強度(cps))、
強度和I(Al)=I(38.47°強度(cps))+I(44.74°強度(cps))+I(65.14°強度(cps))、
強度和I(MgZn2)=I(19.67°強度(cps))+I(20.79°強度(cps))+I(22.26°強度(cps))+I(40.47°強度(cps))+I(41.31°強度(cps))+I(45.378°強度(cps))、
強度和Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn2)
としたとき、下記式1~下記式3を満たす請求項1に記載のめっき鋼材。
式1:I(Zn)/Io≦0.70、
式2:0.05≦I(Al)/Io≦0.30
式3:0.25≦I(MgZn2)/Io≦0.70 In the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer measured using Cu-Kα rays and under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA,
Intensity sum I (Zn) = I (36.30° intensity (cps)) + I (38.99° intensity (cps)) + I (43.23° intensity (cps)) + I (54.34° intensity (cps) ) + I (70.06° intensity (cps)),
Intensity sum I (Al) = I (38.47° intensity (cps)) + I (44.74° intensity (cps)) + I (65.14° intensity (cps)),
Intensity sum I (MgZn 2 ) = I (19.67° intensity (cps)) + I (20.79° intensity (cps)) + I (22.26° intensity (cps)) + I (40.47° intensity (cps) )) + I (41.31° intensity (cps)) + I (45.378° intensity (cps)),
Intensity sum Io=I(Zn)+I(Al)+I(MgZn 2 )
The plated steel material according to claim 1, which satisfies the following formulas 1 to 3 when
Formula 1: I(Zn)/Io≤0.70,
Formula 2: 0.05≦I(Al)/Io≦0.30
Formula 3: 0.25≤I( MgZn2 )/Io≤0.70
Cu-Kα線を使用し、X線出力が40kV及び150mAである条件で測定した、前記表層めっき層の表面のX線回折像において、強度I(Mg-Sn金属間化合物)=I(22.8°強度(cps))が、1000cps以上、又は回折ピークのない11°~12°における平均強度をバックグラウンド強度(cps)とした際に、対し500cps以上高い、
請求項1又は請求項2に記載のめっき鋼材。 The Sn concentration of the surface plating layer is 0.03 to less than 2.00% in mass%,
In the X-ray diffraction image of the surface of the surface plating layer, measured using Cu-Kα rays under the conditions that the X-ray output is 40 kV and 150 mA, the intensity I (Mg-Sn intermetallic compound) = I (22. 8° intensity (cps)) is 1000 cps or more, or 500 cps or more when the average intensity at 11° to 12° without a diffraction peak is taken as the background intensity (cps),
The plated steel material according to claim 1 or 2.
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のめっき鋼材。 The plating layer is arranged between the steel material and the intermediate plating layer, and has an Fe concentration of 30% by mass or more and less than 85% by mass) and an interface alloy layer composed of an Al-Fe alloy layer having a layer thickness of 1 μm or more. having
The plated steel material according to any one of claims 1 to 3.
質量%で、
Zn:65.0%超、
Al:12.0%超~25.0%、
Mg:5.0%超~8.0%未満、
Sn:0~5.00%未満、
Bi:0%~1.0%未満、
In:0%~0.50%未満、
Ca:0.10%~3.00%未満、
Y :0%~0.50%未満、
La:0%~0.50%未満、
Ce:0%~0.50%未満、
Si:0%~1.00%未満、
Cr:0%~0.25%未満、
Ti:0%~0.25%未満、
Ni:0%~0.25%未満、
Co:0%~0.25%未満、
V :0%~0.25%未満、
Nb:0%~0.25%未満、
Cu:0%~0.25%未満、
Mn:0%~0.25%未満、
Fe:0%~5.0%未満、
Sr:0%~0.50%未満、
Sb:0%~0.50%未満、
B :0%~0.50%未満、及び
不純物からなる化学組成を有し、かつ浴温度が浴融点+20℃(ただし、少なくとも420℃超)~520℃の溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴に、層厚30μm以上のめっき層を有するめっき鋼基材であって、Znめっき鋼基材、Zn-Al合金めっき鋼基材、及びZn-Al-Mg合金めっき鋼基材から選択されるめっき鋼基材を、20秒以上240秒未満浸漬した後、引き上げる工程と、
前記めっき鋼基材を前記溶融Zn-Al-Mg合金めっき浴から引き上げた直後から380℃まで、60秒以内で冷却する工程と、
を有し、
前記めっき鋼基材のめっき層が、Fe濃度が3質量%以上80質量%未満で、層厚10μm以上のZn-Fe合金層から構成される界面合金層を有するめっき鋼材の製造方法。 A method for producing a plated steel material according to any one of claims 1 to 4,
in % by mass,
Zn: more than 65.0%,
Al: more than 12.0% to 25.0%,
Mg: more than 5.0% to less than 8.0%,
Sn: 0 to less than 5.00%,
Bi: 0% to less than 1.0%,
In: 0% to less than 0.50%,
Ca: 0.10% to less than 3.00%,
Y: 0% to less than 0.50%,
La: 0% to less than 0.50%,
Ce: 0% to less than 0.50%,
Si: 0% to less than 1.00%,
Cr: 0% to less than 0.25%,
Ti: 0% to less than 0.25%,
Ni: 0% to less than 0.25%,
Co: 0% to less than 0.25%,
V: 0% to less than 0.25%,
Nb: 0% to less than 0.25%,
Cu: 0% to less than 0.25%,
Mn: 0% to less than 0.25%,
Fe: 0% to less than 5.0%,
Sr: 0% to less than 0.50%,
Sb: 0% to less than 0.50%,
B: A molten Zn-Al-Mg alloy plating bath having a chemical composition consisting of 0% to less than 0.50% and impurities, and a bath temperature +20°C (but at least above 420°C) to 520°C. and a plated steel base material having a plating layer with a thickness of 30 μm or more, which is selected from a Zn-plated steel base material, a Zn-Al alloy-plated steel base material, and a Zn-Al-Mg alloy-plated steel base material. a step of immersing the steel base material for 20 seconds or more and less than 240 seconds, and then withdrawing the steel base material;
a step of cooling the plated steel base material to 380° C. within 60 seconds immediately after being pulled up from the molten Zn—Al—Mg alloy plating bath;
has
A method for producing a plated steel material, wherein the plated layer of the plated steel substrate has an interfacial alloy layer composed of a Zn—Fe alloy layer having an Fe concentration of 3% by mass or more and less than 80% by mass and a layer thickness of 10 μm or more.
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