JP2017066523A - Al-Mg BASED HOT-DIP METAL COATED STEEL MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐食性及び加工性に優れたAl−Mg系溶融めっき鋼材に関する。 The present invention relates to an Al—Mg hot-dip galvanized steel material excellent in corrosion resistance and workability.
建材分野では、多種多様な溶融めっき鋼板が利用されている。その多くは、Zn系めっき鋼板であるが、近年、Zn系めっき層中に、Alを添加し、耐食性を向上した溶融めっき鋼板の利用が始まっている。長寿命化が望まれる建材分野では、さらなる高耐食性技術が求められており、さらにMgを添加し、高耐食化を実現しためっき鋼板として特許文献1や特許文献2に開示されるめっきも開発されている。 In the building materials field, a wide variety of hot dip plated steel sheets are used. Most of them are Zn-based plated steel sheets, but in recent years, the use of hot-dip plated steel sheets in which Al is added to the Zn-based plated layer to improve corrosion resistance has begun. In the field of building materials where a longer service life is desired, further high corrosion resistance technology is required, and plating disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 has also been developed as a plated steel sheet that achieves high corrosion resistance by adding Mg. ing.
本発明者らは、以前より、Mgを高い濃度で含むZn−Al系溶融めっきを検討している。このようなめっきは、従来にない高い耐食性を発揮できるものとして期待されている。Mgを高い濃度で含む溶融めっき鋼材が実現できれば、従来、高耐食性が重視され溶融めっき鋼材が適用できなかった分野まで、適用できる可能性が高まった。このような環境の一例として、海浜地区での溶融めっき鋼材の使用がある。 The present inventors have been studying Zn-Al-based hot dipping containing Mg at a high concentration. Such plating is expected to exhibit unprecedented high corrosion resistance. If a hot-dip plated steel material containing Mg at a high concentration could be realized, the possibility of being applied to a field where high corrosion resistance was conventionally emphasized and hot-dip plated steel material could not be applied increased. One example of such an environment is the use of hot dip plated steel in the beach area.
海浜地区で使用される溶融めっき鋼材のめっき表面には、海洋性由来の塩化物が多く付着することから、従来、高耐食化したAl含有のZnめっき層であっても、めっき表層にあるアルミナ皮膜が塩化物の付着によって不安定になるため、このような環境で用いることは困難であった。Mgを高濃度で含有する場合、耐食性が向上するため、このような環境においても使用することができるといえる。 Since many marine-derived chlorides adhere to the plating surface of hot-dipped steel used in the beach area, even in the past, even if it is a highly corrosion-resistant Al-containing Zn plating layer, alumina on the plating surface layer Since the film becomes unstable due to adhesion of chloride, it was difficult to use in such an environment. When Mg is contained at a high concentration, the corrosion resistance is improved, so that it can be used in such an environment.
一方、高耐食性めっき鋼材は、めっき層中に耐食性元素が含有されるため、これらの元素とZnまたはAl等との合金化による金属間化合物の生成が進行し、その結果、めっき層の硬質化と延性の低下を招き、複雑な加工時にはめっき層が剥離するパウダリング、フレーキング現象の可能性が高まっている。建材分野においても、ベント曲げ、ロールフォーミング等、様々な加工がめっき鋼材に施されるが、パウダリング、フレーキングが発生すると、めっき鋼材の適用分野を制限してしまう。 On the other hand, since high corrosion resistance plated steel materials contain corrosion resistant elements in the plating layer, the formation of intermetallic compounds by alloying these elements with Zn, Al, or the like proceeds, resulting in the hardening of the plating layer. As a result, ductility is reduced, and the possibility of powdering and flaking phenomenon that the plating layer peels off during complicated processing is increasing. Even in the building material field, various processes such as bent bending and roll forming are applied to the plated steel material. However, when powdering and flaking occur, the application field of the plated steel material is limited.
パウダリング、フレーキング現象を回避するためには、めっき層の軟質化や延性向上を図るために、めっき層中に延性に優れた相を導入することが必要である。通常、これらを実現するためには、純金属に近い、単純金属相でめっき層が構成されることが好ましい。しかし、これらの相の導入は、これまで実施されてきた元素添加による高耐食化技術の流れに逆行し、一般的に耐食性は悪化する方向になる。 In order to avoid powdering and flaking phenomenon, it is necessary to introduce a phase having excellent ductility into the plating layer in order to soften the plating layer and improve ductility. Usually, in order to realize these, it is preferable that the plating layer is composed of a simple metal phase close to a pure metal. However, the introduction of these phases goes against the trend of high corrosion resistance technology by element addition that has been carried out so far, and generally the corrosion resistance tends to deteriorate.
したがって、これまで溶融めっき鋼材において、極めて優れた耐食性と、加工性を両立する溶融めっき鋼材は実現されていなかった。 Therefore, until now, hot dip plated steel materials that have both excellent corrosion resistance and workability have not been realized.
本発明が解決しようとする課題は、耐食性及び加工性を飛躍的に向上させたAl−Mg系溶融めっき鋼材を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an Al—Mg-based hot dipped galvanized steel material with dramatically improved corrosion resistance and workability.
本発明者らが上記課題を解決するために鋭意検討したところ、めっき層中に準結晶相を多量に含有させることで、従来、溶融めっきでは得られなかった耐食性が発現されることを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors to solve the above-mentioned problems, it has been found that the corrosion resistance that has not been obtained by hot dipping has been developed by containing a large amount of a quasicrystalline phase in the plating layer. .
一方、準結晶相は加工性が低いため、準結晶相を含有する溶融めっき層において加工性を高めるためには、めっき層中にAl相を導入させて、準結晶相及びAl相を含む共晶組織をめっき層中に形成させることにより、めっき層の加工性が高まることを見出した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の通りである。
On the other hand, since the quasicrystalline phase has low workability, in order to improve the workability in the hot-dip plated layer containing the quasicrystalline phase, an Al phase is introduced into the plating layer and the quasicrystalline phase including the quasicrystalline phase and the Al phase is included. It has been found that the workability of the plating layer is enhanced by forming a crystal structure in the plating layer.
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) 鋼材と、前記鋼材の表面に配されたAl−Fe合金層及びAl−Mg合金層を含むめっき層とが備えられ、
前記Al−Fe合金層は、前記鋼材表面に形成され、厚さが100nm以上15μm以下であり、
前記Al−Mg合金層は、前記Al−Fe合金層上に形成され、平均円相当径が1μm超の準結晶相と、前記準結晶相内に分散した結晶粒径2μm以下のAl相とを含む共晶組織が5体積%以上含有され、
前記Al−Mg合金層の化学成分組成が、質量%で、
Zn:5%〜83%、
Mg:2.5%〜35%、
Ca:0%〜5%、
Y :0%〜3.5%、
La:0%〜3.5%、
Ce:0%〜3.5%、
Si:0%〜10%、
Cr:0%〜2.5%、
Ti:0%〜2.5%、
Ni:0%〜2.5%、
Co:0%〜0.5%、
V :0%〜0.5%、
Nb:0%〜0.5%、
Cu:0%〜2.5%、
Sn:0%〜2.5%、
Fe:0%〜3%、
Mn:0%〜2.5%、
Sr:0%〜0.5%、
Sb:0%〜0.5%、
Pb:0%〜0.5%
を含有し、Ca+Y+La+Ce≦5を満たし、残部がAl及び不純物からなるAl−Mg系溶融めっき鋼材。
(2) 前記Al−Mg合金層の化学成分組成が、
Zn:5%〜65%、
Mg:2.5%〜30%、
Ca:0.1%〜3%、
Y :0%〜3%、
La:0%〜3%、
Ce:0%〜3%の条件を満たし、
前記Al−Mg合金層中に、10体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の前記共晶組織とを含み、更に、前記初晶Al相と前記共晶組織が合計で70体積%以上含む(1)に記載のAl−Mg系溶融めっき鋼材。
(3) 前記Al−Mg合金層の化学成分組成が、
Zn:5%〜58%、
Mg:2.5%〜25%の条件を満たし、
前記Al−Mg合金層中に、35体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の前記共晶組織とを含み、更に、前記初晶Al相と前記共晶組織が合計で85体積%以上含む(1)または(2)に記載のAl−Mg系溶融めっき鋼材。
(4) 前記Al−Fe合金層の厚みが5μm以下である(1)乃至(3)の何れか一項に記載のAl−Mg系溶融めっき鋼材。
(5) 前記Al−Mg合金層の硬度が100Hv以上である(1)乃至(4)の何れか一項に記載のAl−Mg系溶融めっき鋼材。
(1) A steel material and a plating layer including an Al—Fe alloy layer and an Al—Mg alloy layer disposed on the surface of the steel material are provided,
The Al-Fe alloy layer is formed on the surface of the steel material, and has a thickness of 100 nm or more and 15 μm or less.
The Al—Mg alloy layer is formed on the Al—Fe alloy layer, and includes a quasicrystalline phase having an average equivalent circle diameter of more than 1 μm and an Al phase having a crystal grain size of 2 μm or less dispersed in the quasicrystalline phase. Containing eutectic structure containing 5% by volume or more,
The chemical component composition of the Al-Mg alloy layer is mass%,
Zn: 5% to 83%,
Mg: 2.5% to 35%,
Ca: 0% to 5%,
Y: 0% to 3.5%,
La: 0% to 3.5%,
Ce: 0% to 3.5%
Si: 0% to 10%,
Cr: 0% to 2.5%
Ti: 0% to 2.5%,
Ni: 0% to 2.5%,
Co: 0% to 0.5%,
V: 0% to 0.5%,
Nb: 0% to 0.5%,
Cu: 0% to 2.5%,
Sn: 0% to 2.5%
Fe: 0% to 3%,
Mn: 0% to 2.5%
Sr: 0% to 0.5%,
Sb: 0% to 0.5%,
Pb: 0% to 0.5%
An Al—Mg based hot-dip galvanized steel material satisfying Ca + Y + La + Ce ≦ 5, and the balance being made of Al and impurities.
(2) The chemical composition of the Al-Mg alloy layer is
Zn: 5% to 65%
Mg: 2.5% to 30%,
Ca: 0.1% to 3%,
Y: 0% to 3%
La: 0% to 3%,
Ce: satisfies the condition of 0% to 3%,
The Al—Mg alloy layer includes 10 volume% or more of primary crystal Al phase and 5 volume% or more of the eutectic structure, and the primary crystal Al phase and the eutectic structure total 70 volumes. % Al-Mg hot-dip galvanized steel as described in (1).
(3) The chemical composition of the Al-Mg alloy layer is
Zn: 5% to 58%
Mg: satisfying the condition of 2.5% to 25%,
The Al—Mg alloy layer contains 35% by volume or more of primary crystal Al phase and 5% by volume or more of the eutectic structure, and the primary crystal Al phase and the eutectic structure total 85 volumes. % Al-Mg-based hot dipped galvanized steel material according to (1) or (2).
(4) The Al—Mg hot-dip galvanized steel material according to any one of (1) to (3), wherein the thickness of the Al—Fe alloy layer is 5 μm or less.
(5) The Al—Mg hot-dip galvanized steel material according to any one of (1) to (4), wherein the hardness of the Al—Mg alloy layer is 100 Hv or more.
本発明によれば、耐食性及び加工性に優れたAl−Mg系溶融めっき鋼材を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the Al-Mg type hot dip plated steel material excellent in corrosion resistance and workability can be provided.
以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態のAl−Mg系溶融めっき鋼材(以下、めっき鋼材という)は、鋼材と、鋼材表面に形成されためっき層とからなる。鋼材表面に形成されためっき層は、厚さ100nm以上15μm以下のAl−Fe合金層と、厚さ2μm以上50μm以下のAl−Mg合金層とを含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The Al—Mg hot-dip plated steel material (hereinafter referred to as “plated steel material”) according to this embodiment includes a steel material and a plating layer formed on the surface of the steel material. The plated layer formed on the steel material surface includes an Al—Fe alloy layer having a thickness of 100 nm to 15 μm and an Al—Mg alloy layer having a thickness of 2 μm to 50 μm.
めっき層全体の厚みの上限は例えば60μm以下である。めっき層の厚みはめっき条件に左右されるため、めっき層全体の厚みの下限については特に限定されるものではないが、例えば、通常の溶融めっき法はめっき浴の粘性、比重が関連し、さらにめっき部材の引上速度、ワイピングの強弱によって目付調整されるため、下限は2μm程度である。 The upper limit of the thickness of the entire plating layer is, for example, 60 μm or less. Since the thickness of the plating layer depends on the plating conditions, the lower limit of the thickness of the entire plating layer is not particularly limited. For example, the normal hot dipping method relates to the viscosity and specific gravity of the plating bath, and Since the basis weight is adjusted by the pulling speed of the plated member and the strength of wiping, the lower limit is about 2 μm.
すなわち、本実施形態のめっき鋼材のめっき層は、Al−Fe合金層及びAl−Mg合金層の2層構成である。以下、鋼材及びめっき層について順次説明する。 That is, the plating layer of the plated steel material of the present embodiment has a two-layer configuration of an Al—Fe alloy layer and an Al—Mg alloy layer. Hereinafter, the steel material and the plating layer will be sequentially described.
めっきの下地となる鋼材は、材質に特に制限はない。詳細は後述するが、一般鋼、Niプレめっき鋼などを特に制限はなく用いることができ、Alキルド鋼や一部の高合金鋼も適用することも可能であり、形状にも特に制限はない。鋼材に対して後述する溶融めっき法を適用することで、Al−Fe合金層及びAl−Mg合金層を含むめっき層が形成される。 There are no particular restrictions on the material of the steel material used as the base for plating. Although details will be described later, general steel, Ni pre-plated steel, and the like can be used without particular limitation, Al killed steel and some high alloy steels can also be applied, and there is no particular limitation on the shape. . By applying a hot dipping method, which will be described later, to the steel material, a plating layer including an Al—Fe alloy layer and an Al—Mg alloy layer is formed.
Al−Fe合金層は、鋼材表面に形成されており、組織としてAl3Fe相が主に含まれる。Al−Fe合金層は、地鉄、めっき浴の相互の原子拡散によって形成される。めっき浴中に一定濃度以上のAlが含有されることからAl3Fe相が最も多く形成するが、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ため、部分的には、AlFe相が少量含まれる場合があり、また、Al−Mg合金層に近い部分ではAl5Fe2相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も少量含有される場合がある。プレめっき鋼板をめっき原板として利用した場合も、プレめっき元素が少量含有される場合がある。なお、Al3Fe相、AlFe相、Al5Fe2相の耐食性は大差がない。めっき層中に占めるAl−Fe合金層の厚みは小さく、またAl−Mg合金層と比較しても耐食性は低いため、全体における耐食性差は、これらの相の比率が代わったとしても大差がない。 The Al—Fe alloy layer is formed on the surface of the steel material, and mainly contains an Al 3 Fe phase as a structure. The Al—Fe alloy layer is formed by mutual atomic diffusion of the base iron and the plating bath. Al 3 Fe phase is formed most because Al is contained at a certain concentration or more in the plating bath. However, it takes time for atomic diffusion, and there is a portion where Fe concentration is high near the iron Therefore, in some cases, a small amount of AlFe phase may be included, and in a portion close to the Al—Mg alloy layer, a small amount of Al 5 Fe 2 phase may be included. In addition, since a certain concentration of Zn is contained in the plating bath, the Al—Fe alloy layer may contain a small amount of Zn. Even when a pre-plated steel sheet is used as a plating original sheet, a small amount of a pre-plating element may be contained. Note that the corrosion resistance of the Al 3 Fe phase, AlFe phase, and Al 5 Fe 2 phase is not significantly different. The thickness of the Al-Fe alloy layer in the plating layer is small, and the corrosion resistance is low compared to the Al-Mg alloy layer, so the overall corrosion resistance difference is not much different even if the ratio of these phases is changed. .
Al−Fe合金層の化学成分は、Al3Fe相がAl−Fe合金層に主に含まれることから、平均組成がFe:30〜50%、Al:50〜70%、0%超5%以下のZnと不可避不純物とされる。本実施形態では、界面合金層であるAl−Fe合金層の厚みよりもAl−Mg合金層の厚みが大きくなるので、Al−Fe合金層の耐食性への寄与は、Al−Mg合金層と比較すると小さくなるが、Al−Fe合金層は耐食性元素であるAl及びZnを一定濃度以上含有することから、地鉄に対して犠牲防食能と腐食バリア効果はある程度有している。プレめっき鋼板をめっき原板として利用した場合は、溶融めっき後も、めっき原板にプレめっき元素が残存し、地鉄との界面付近にて、Al−Fe合金層に少量のプレめっき元素が検出される場合があるが、Fe元素と置換する固溶状態として存在し、Al−Fe合金層に占める厚みも濃度も極めて低いため、犠牲防食能やバリア効果に影響を与えるものではない。 The chemical composition of the Al—Fe alloy layer is that the Al 3 Fe phase is mainly contained in the Al—Fe alloy layer, so that the average composition is Fe: 30 to 50%, Al: 50 to 70%, and more than 0% to 5%. The following Zn and inevitable impurities are used. In this embodiment, since the thickness of the Al—Mg alloy layer is larger than the thickness of the Al—Fe alloy layer that is the interface alloy layer, the contribution of the Al—Fe alloy layer to the corrosion resistance is compared with that of the Al—Mg alloy layer. However, since the Al—Fe alloy layer contains Al and Zn, which are corrosion resistant elements, at a certain concentration or more, the sacrificial anticorrosive ability and the corrosion barrier effect are provided to some extent with respect to the ground iron. When a pre-plated steel sheet is used as the plating base plate, the pre-plating element remains on the plating base plate even after hot dipping, and a small amount of pre-plating element is detected in the Al-Fe alloy layer in the vicinity of the interface with the base iron. However, it exists as a solid solution that replaces the Fe element, and the thickness and concentration in the Al—Fe alloy layer are extremely low. Therefore, the sacrificial anticorrosive ability and the barrier effect are not affected.
Al−Fe合金層の正確に成分を把握するためには、あらかじめ成分確定した合金にて高周波グロー放電発光分光分析装置(GDS)で定量分析用の検量線を作成し、対象とするめっき層の深さ方向の元素強度分布を把握して成分濃度を決定する。例えばφ5mmのGDS分析にて、深さ方向の成分強度がほぼ平坦になる場所の成分を把握し、5箇所以上の測定結果から、その平均値を採用すれば良い。GDSによる成分把握はAl−Fe合金層に加えて、上層のAl−Mg合金層にも適用可能であるが、正確な成分測定には一定以上の厚み、例えば1μm以上が必要な場合が多い。1μm未満の場合は、EPMAや、TEM−EDS分析の定量分析の方が正確な値が得られる場合が多い。 In order to accurately grasp the components of the Al-Fe alloy layer, a calibration curve for quantitative analysis is prepared with a high-frequency glow discharge optical emission spectrometer (GDS) using an alloy whose components have been determined in advance, and the target plating layer The element concentration distribution in the depth direction is grasped to determine the component concentration. For example, in the φ5 mm GDS analysis, the component at the place where the component intensity in the depth direction becomes almost flat is grasped, and the average value may be adopted from the measurement results at five or more locations. Although the component grasping by GDS can be applied to the upper Al—Mg alloy layer in addition to the Al—Fe alloy layer, a certain thickness or more, for example, 1 μm or more is often required for accurate component measurement. In the case of less than 1 μm, EPMA or TEM-EDS analysis quantitative analysis is often more accurate.
Alを含有する溶融めっき層を作製すると、必然的に界面合金層としてのAl−Fe合金層が形成する。Al−Fe合金層の厚みの下限値は特に制限するものでないが、本実施形態では、界面合金層の形成が最も抑制された場合の厚みが100nm程度になるので、100nmを下限とする。Al−Fe合金層が100nm以上あれば、めっき層と地鉄との密着性を十分に確保できる。 When a hot-dip plated layer containing Al is produced, an Al—Fe alloy layer as an interface alloy layer is inevitably formed. Although the lower limit of the thickness of the Al—Fe alloy layer is not particularly limited, in the present embodiment, the thickness when the formation of the interface alloy layer is most suppressed is about 100 nm, and therefore 100 nm is set as the lower limit. If the Al—Fe alloy layer is 100 nm or more, sufficient adhesion between the plating layer and the ground iron can be secured.
一方で、Al−Fe合金層の厚みの上限は、15μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、2μm以下が更に好ましい。腐食防止の観点からは、Al−Fe合金層は厚い方が好ましいが、厚すぎるAl−Fe合金層は著しくめっき層の加工性を劣化させる原因となる。また、Al−Fe合金層が厚くなると、Al−Fe合金層上に形成するAl−Mg合金層のAl成分が不足し、さらに、めっき密着性、加工性が極端に悪化する傾向になる。よって、Al−Fe合金層の厚みの上限は上記の範囲がよい。特に、厚みを5μm以下にすることで、V曲げ試験等において発生するAl−Fe合金層を起点に発生するめっきのクラック数が減少させることができる。 On the other hand, the upper limit of the thickness of the Al—Fe alloy layer is preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 2 μm or less. From the viewpoint of preventing corrosion, it is preferable that the Al—Fe alloy layer is thick, but an Al—Fe alloy layer that is too thick causes the workability of the plating layer to deteriorate significantly. Moreover, when the Al—Fe alloy layer is thick, the Al component of the Al—Mg alloy layer formed on the Al—Fe alloy layer is insufficient, and the plating adhesion and workability tend to be extremely deteriorated. Therefore, the upper limit of the thickness of the Al—Fe alloy layer is preferably in the above range. In particular, by setting the thickness to 5 μm or less, it is possible to reduce the number of cracks in plating generated starting from an Al—Fe alloy layer generated in a V-bending test or the like.
Al−Fe合金層は、一度形成すると、V曲げ試験等においてめっき層が線上に剥離するフレーキングを引き起こしやすい。後述するが、加工性の乏しい初晶準結晶相がAl−Mg合金層中に存在することによるめっき層の剥離よりも、Al−Fe合金層等に起因する界面を起点とする剥離は、抑制しづらい。これは部分的に存在する初晶準結晶に対して、界面合金層がめっき層全面に形成されているため、パウダリング量がやや多くなる傾向にあるためである。従って、パウダリングを回避するためには、Al−Fe合金層を薄くすることが欠かせない。 Once the Al—Fe alloy layer is formed, it tends to cause flaking in which the plating layer peels off the wire in a V-bending test or the like. As will be described later, exfoliation starting from the interface due to the Al-Fe alloy layer, etc. is suppressed rather than the exfoliation of the plating layer due to the presence of a primary quasicrystalline phase with poor workability in the Al-Mg alloy layer difficult. This is because the amount of powdering tends to be slightly increased because the interfacial alloy layer is formed on the entire plating layer with respect to the partially existing primary crystal quasicrystal. Therefore, in order to avoid powdering, it is indispensable to make the Al—Fe alloy layer thin.
次に、Al−Mg合金層について説明する。Al−Mg合金層は、Al−Fe合金層の上に積層され、平均円相当径が1μm超の準結晶相と準結晶相内に分散した結晶粒径2μm以下のAl相とを含む共晶組織が5体積%以上含有されている。 Next, the Al—Mg alloy layer will be described. The Al—Mg alloy layer is laminated on the Al—Fe alloy layer, and includes a quasicrystalline phase having an average equivalent circle diameter of more than 1 μm and an Al phase having a crystal grain size of 2 μm or less dispersed in the quasicrystalline phase. The structure contains 5% by volume or more.
Al−Mg合金層中に、準結晶相及びAl相からなる共晶組織が形成されるためには、Al−Mg合金層の化学成分組成が、質量%で、Zn:5%〜83%、Mg:2.5%〜35%、を少なくとも満たす必要がある。残部はAl及び不純物である。この組成範囲外の組成は、基本的に準結晶が得られにくい組成であり、さらにめっき層が硬質となりやすい組成であるか、融点が非常に高く、めっき剥離が非常に起こりやすく溶融めっきとして適さない組成範囲である。Al、Mg、Znは準結晶を構成する元素であるから、必ず所定の量をAl−Mg合金層に含有させる必要がある。本実施形態に開示する組成範囲で、適切な製造条件で溶融めっきを製造することで、準結晶相及びAl相を含む共晶組織を5%以上、Al−Mg合金層中に含有させることができる。共晶組織に準結晶相が含有されるため、共晶組織が5%以上体積分率で含まれれば、準結晶相は少なくとも半量以上の3%は含有されることになる。上記組成範囲外になると、Al−Mg合金層に準結晶相以外の金属間化合物が増えて準結晶相と同じように加工性が劣位になる傾向にある。 In order to form a eutectic structure consisting of a quasicrystalline phase and an Al phase in the Al—Mg alloy layer, the chemical composition of the Al—Mg alloy layer is, by mass, Zn: 5% to 83%, It is necessary to satisfy at least Mg: 2.5% to 35%. The balance is Al and impurities. A composition outside this range is basically a composition in which quasicrystals are hardly obtained, and the plating layer tends to be hard, or the melting point is very high, and plating peeling is likely to occur and is suitable as a hot dipping. There is no composition range. Since Al, Mg, and Zn are elements constituting quasicrystals, it is necessary to always include a predetermined amount in the Al—Mg alloy layer. In the composition range disclosed in the present embodiment, the eutectic structure including the quasicrystalline phase and the Al phase may be included in the Al-Mg alloy layer by manufacturing the hot dip plating under appropriate manufacturing conditions. it can. Since the quasicrystalline phase is contained in the eutectic structure, if the eutectic structure is included at a volume fraction of 5% or more, at least half of the quasicrystalline phase is contained at 3% or more. When outside the above composition range, intermetallic compounds other than the quasicrystalline phase increase in the Al—Mg alloy layer, and the workability tends to be inferior like the quasicrystalline phase.
<Zn> 5〜83%
Al−Mg合金層における耐食性の付与、準結晶の形成、および、Zn系一般塗料や化成処理に対しての適性が必要であるため、Zn濃度は5〜83%とする。Znが5%未満となると、耐食性を悪化させるMg相が析出しやすくなる。耐食性を向上させるためには、準結晶相の析出が不可欠であり、Zn濃度が低くなると、準結晶の成長が鈍くなる。また、過度の犠牲防食能が働くMgやMg51Zn20相が必要以上に形成しやすい組成となり、各種Zn系塗料、化成処理との相性が悪くなる。従ってZn量の下限値は5%以上とする。逆にZn量が83%を超えると、めっき層中にZn相が析出しやすくなり、アルカリ耐食性が極めて悪くなる。また準結晶が殆ど形成しなくなる。よってZnの上限値は83%以上とする。Zn量のより好ましい範囲は5〜65%であり、更に好ましい範囲は5〜58%である。めっき層の耐食性、加工性の観点からは、めっき層中のZn濃度はAl濃度を超えない範囲で高い方が好ましい傾向にある。
<Zn> 5 to 83%
The Zn concentration is set to 5 to 83% because it is necessary to provide corrosion resistance in the Al-Mg alloy layer, form quasicrystals, and suitability for a Zn-based general paint and chemical conversion treatment. When Zn is less than 5%, an Mg phase that deteriorates the corrosion resistance tends to precipitate. In order to improve the corrosion resistance, the precipitation of the quasicrystalline phase is indispensable, and when the Zn concentration is lowered, the growth of the quasicrystal becomes dull. In addition, the Mg or Mg 51 Zn 20 phase, which has an excessive sacrificial anticorrosive ability, is more easily formed than necessary, and the compatibility with various Zn-based paints and chemical conversion treatments deteriorates. Therefore, the lower limit of the Zn content is 5% or more. On the other hand, if the Zn content exceeds 83%, the Zn phase tends to precipitate in the plating layer, and the alkali corrosion resistance becomes extremely poor. Further, almost no quasicrystal is formed. Therefore, the upper limit of Zn is 83% or more. A more preferable range of the Zn content is 5 to 65%, and a more preferable range is 5 to 58%. From the viewpoint of corrosion resistance and workability of the plating layer, the Zn concentration in the plating layer tends to be preferably higher in a range not exceeding the Al concentration.
<Mg> 2.5%〜35%
Mgは、準結晶の形成に大きく関係する元素である。Mgが2.5%未満では準結晶相を十分に形成させることが困難になる。また、準結晶相の形成条件は、Mg濃度の他、Al濃度、Zn濃度、Ca、Y、La、Ce濃度と特に関係性がある。一般的に準結晶相の形成は後述するFrank−Kasper相の形成領域と強い関連性があるため、Al濃度が高ければ高い程、Mg濃度は小さくとも準結晶相が形成しやすくなるが、Zn濃度が高くなると、Mg濃度が多く必要となる。またCa、Y、La、CeはMgと準結晶相中で置換するため、Mgの代用として活用することも可能である。本発明者らは経験的に、Al濃度が90%以上では、濃度成分の合計値([Mg濃度]+[Ca,Y,La,Ce濃度])が2.5%以上、Al濃度が80〜90%では5%以上、Al濃度が80〜50%では9%以上、50%未満では10%以上をそれぞれ満たさないと、準結晶相は得られず、本発明にかかるめっき層の構成を形成することができないことを知見した。
一方、Mgが35%を超えると、めっき浴中にドロスが大量に発生してめっきが困難になる。Mg量のより好ましい範囲は2.5〜30%であり、更に好ましい範囲は2.5〜25%である。また耐食性、加工性の観点から準結晶相の割合が一定以上必要で、共晶組織を増加させる、即ちAl初晶を減らす必要があり、Mgを10%以上とすることが好ましい。ただし、この場合はAl濃度を80%未満とした方がより好ましい。成分組成的には、めっき層中のMg濃度は、Al及びZnの濃度を超えない範囲で高い濃度であることが好ましい。
<Mg> 2.5% to 35%
Mg is an element greatly related to the formation of quasicrystals. If Mg is less than 2.5%, it becomes difficult to sufficiently form a quasicrystalline phase. The quasicrystalline phase formation condition is particularly related to the Al concentration, Zn concentration, Ca, Y, La, and Ce concentration in addition to the Mg concentration. In general, the formation of the quasicrystalline phase is strongly related to the formation region of the Frank-Kasper phase, which will be described later. Therefore, the higher the Al concentration, the easier it is to form the quasicrystalline phase even if the Mg concentration is small. As the concentration increases, a higher Mg concentration is required. Further, since Ca, Y, La, and Ce are substituted with Mg in the quasicrystalline phase, it can be used as a substitute for Mg. The inventors have empirically found that when the Al concentration is 90% or higher, the total value of concentration components ([Mg concentration] + [Ca, Y, La, Ce concentration]) is 2.5% or higher and the Al concentration is 80%. If it does not satisfy 5% or more at ˜90%, 9% or more when Al concentration is 80 to 50%, and 10% or less when less than 50%, a quasicrystalline phase cannot be obtained, and the structure of the plating layer according to the present invention It was found that it cannot be formed.
On the other hand, if Mg exceeds 35%, a large amount of dross is generated in the plating bath, and plating becomes difficult. A more preferable range of the amount of Mg is 2.5 to 30%, and a more preferable range is 2.5 to 25%. Further, from the viewpoint of corrosion resistance and workability, the ratio of the quasicrystalline phase is required to be a certain level or more, the eutectic structure needs to be increased, that is, the Al primary crystal needs to be reduced, and Mg is preferably 10% or more. However, in this case, the Al concentration is more preferably less than 80%. In terms of component composition, the Mg concentration in the plating layer is preferably a high concentration within a range not exceeding the concentrations of Al and Zn.
<Al> 残部
Alは、Al−Mg合金層の化学成分の残部であるが、Al−Mg合金層中のAlは、耐食性を付与する準結晶の形成に大きく関係する元素である。Alが少ないと、MgZn2が多量に形成し、相対的に準結晶相が得にくくなる。また、Alが過剰になると、Al系金属間化合物が形成してアルカリ耐食性、Zn系塗料との相性が悪くなる傾向にある。従って、残部となるAlは、1%以上含まれることが好ましく、40%以上含まれることがより好ましく、55%以上含まれることが更に好ましい。Alが40%以上含まれると、初晶としてAl相が析出しやすい条件となり、加工性が向上するためで、Alが55%以上になるとその効果は顕著となる。但し、前述の通りめっき層中にAlが過剰に存在するとAl系金属間化合物が形成されるためアルカリ耐食性の低下や、Zn系塗料との相性が悪くなる傾向が認められることから、めっき層中のAl濃度は75%以下とする事が好ましく、65%以下とする事がより好ましい。
<Al> Remainder Al is the remainder of the chemical component of the Al—Mg alloy layer, but Al in the Al—Mg alloy layer is an element greatly related to the formation of a quasicrystal that imparts corrosion resistance. When Al is small, MgZn 2 is a large amount of formed relatively quasicrystalline phase becomes difficult to obtain. Further, when Al is excessive, an Al-based intermetallic compound is formed and the alkali corrosion resistance and compatibility with the Zn-based paint tend to be deteriorated. Accordingly, the remaining Al is preferably contained in an amount of 1% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 55% or more. If Al is contained in an amount of 40% or more, it becomes a condition that an Al phase is likely to precipitate as an initial crystal, and the workability is improved. However, as described above, if there is an excessive amount of Al in the plating layer, an Al-based intermetallic compound is formed. Therefore, a decrease in alkali corrosion resistance and a tendency to deteriorate the compatibility with the Zn-based coating are observed. The Al concentration is preferably 75% or less, and more preferably 65% or less.
Al−Mg合金層中に十分な量の共晶組織を形成するためには、Al濃度が8.2%以上にする必要がある。さらに好ましくは16%以上とした方が好ましい。Al濃度が低い場合で共晶組織が得られる場合も、16%未満では、Znが70%以上存在するか、もしくは、Mgが20%以下を満たすことが必要で、Zn、Mg両方の成分条件を満たすことが好ましく、限られた組成範囲でしか共晶組織は得られない。
なお、初晶Al相は、共晶組織中に微細なAl相が十分に含有された後、形成するため、初晶Al相を得るためには、Alは40%以上必要である。
In order to form a sufficient amount of eutectic structure in the Al—Mg alloy layer, the Al concentration needs to be 8.2% or more. More preferably 16% or more. Even when the eutectic structure is obtained when the Al concentration is low, if it is less than 16%, Zn must be 70% or more, or Mg must satisfy 20% or less. The eutectic structure can be obtained only in a limited composition range.
Since the primary Al phase is formed after the fine Al phase is sufficiently contained in the eutectic structure, 40% or more of Al is necessary to obtain the primary Al phase.
また、溶融めっき法によりめっき鋼材を製造した場合は、Al−Mg合金層中に不可避的不純物としてFeがAl−Fe合金層近傍で最大3%程度、混入しうる場合もあるが、めっき表面にまで拡散するFeはほとんどないため、Al−Mg合金層の性能には影響を与えない。 In addition, when a plated steel material is manufactured by the hot dipping method, Fe may be mixed in the Al—Mg alloy layer as an inevitable impurity in the vicinity of the Al—Fe alloy layer, up to about 3%. Since there is almost no Fe diffusing up to, it does not affect the performance of the Al-Mg alloy layer.
また、Al−Mg合金層中に、添加選択元素として、Ca:0〜5%、Y:0%〜3.5%、La:0%〜3.5%、Ce:0%〜3.5%のうちの1種または2種以上を含有させてもよい。ただし、Ca+Y+La+Ce≦5%を満たす必要がある。 Further, in the Al—Mg alloy layer, as addition selection elements, Ca: 0 to 5%, Y: 0% to 3.5%, La: 0% to 3.5%, Ce: 0% to 3.5% 1 type or 2 types or more of% may be contained. However, it is necessary to satisfy Ca + Y + La + Ce ≦ 5%.
<Ca>0〜5%
CaはAlと同様に準結晶の形成に大きく影響を与える元素である。CaはMgと原子半径が近いことから、準結晶相中でMgの位置に置換する。Caは添加しなくても準結晶相は形成できるが、好ましくは0.1%以上は添加するとよい。また、Caが5%を超えると、耐食性が劣る金属間化合物相が形成する。また、めっき層の凝固時の冷却速度が速い場合は、非平衡相の一種であるアモルファス相が形成する。さらに、平面耐食性、Zn系塗料に対しての適性も低下する傾向にある。よって、Caの上限濃度を5%以下とする。
<Ca> 0-5%
Ca, like Al, is an element that greatly affects the formation of quasicrystals. Since Ca has an atomic radius close to that of Mg, it is substituted at the position of Mg in the quasicrystalline phase. Although a quasicrystalline phase can be formed without adding Ca, 0.1% or more is preferably added. On the other hand, when Ca exceeds 5%, an intermetallic compound phase having poor corrosion resistance is formed. Moreover, when the cooling rate at the time of solidification of a plating layer is quick, the amorphous phase which is a kind of non-equilibrium phase forms. Furthermore, planar corrosion resistance and suitability for Zn-based paints also tend to decrease. Therefore, the upper limit concentration of Ca is set to 5% or less.
<Y:0%〜3.5%、La:0%〜3.5%、Ce:0%〜3.5%>
これらの元素は、原子半径が比較的Ca原子に近く、効果もCaと同等の効果があると推定される。一方、比重、融点、およびZn、Mgの相性からCaと同等量に添加するとめっき浴においてドロスの形成量が多くなり、めっき鋼板の作製が困難となる。その結果、耐食性が極めて悪化する。従ってこれらの元素の上限濃度は3.5%以下とする。より好ましくは、それぞれ1〜3%である。
<Y: 0% to 3.5%, La: 0% to 3.5%, Ce: 0% to 3.5%>
These elements have an atomic radius that is relatively close to Ca atoms, and the effects are estimated to be equivalent to Ca. On the other hand, if it is added in an amount equivalent to Ca due to the specific gravity, melting point, and compatibility of Zn and Mg, the amount of dross formed in the plating bath increases, making it difficult to produce a plated steel sheet. As a result, the corrosion resistance is extremely deteriorated. Therefore, the upper limit concentration of these elements is 3.5% or less. More preferably, it is 1 to 3%, respectively.
特に、より厳しい加工で、良好の加工性を達成するためには上述のAl−Fe合金層の厚みを制御する必要がある。さらに、Al−Mg合金層中で、Al相の比率を高め、Al4Ca、Al2Zn2Ca、Al3ZnCa等の析出を抑制する必要もある。従って、Ca、La、Ce等の成分濃度は3%以下に制限した方が好ましい。 In particular, it is necessary to control the thickness of the above-described Al—Fe alloy layer in order to achieve good workability by more severe processing. Furthermore, it is necessary to increase the Al phase ratio in the Al—Mg alloy layer and suppress the precipitation of Al 4 Ca, Al 2 Zn 2 Ca, Al 3 ZnCa, and the like. Therefore, it is preferable to limit the concentration of components such as Ca, La, and Ce to 3% or less.
上記のように、Ca、Y、La、Ceがめっき層中に含有されることで、準結晶相がより形成されやすくなる。一方、Ca濃度が高い場合や、Ca、Y、La、Ceの濃度の合計が高い場合は、準結晶相が途端に形成しなくなる。また、Y、La、Ceが上限値を超えると、準結晶相が形成しにくくなり、めっき自体の性能に悪影響を及ぼすおそれがあるので好ましくない。 As described above, the quasicrystalline phase is more easily formed when Ca, Y, La, and Ce are contained in the plating layer. On the other hand, when the Ca concentration is high or when the total concentration of Ca, Y, La, and Ce is high, the quasicrystalline phase is not formed immediately. Moreover, when Y, La, and Ce exceed the upper limit values, it is difficult to form a quasicrystalline phase, which may adversely affect the performance of plating itself.
また、Al−Mg合金層中に、添加選択元素として、Si:0%〜10%、Cr:0%〜2.5%、Ti:0%〜2.5%、Ni:0%〜2.5%、Co:0%〜0.5%、V:0%〜0.5%、Nb:0%〜0.5%、Cu:0%〜2.5%、Sn:0%〜2.5%、Mn:0%〜2.5%、Sr:0%〜0.5%、Sb:0%〜0.5%、Pb:0%〜0.5%のうちの1種または2種以上を更に含有させてもよい。 Further, in the Al—Mg alloy layer, Si: 0% to 10%, Cr: 0% to 2.5%, Ti: 0% to 2.5%, Ni: 0% to 2. 5%, Co: 0% to 0.5%, V: 0% to 0.5%, Nb: 0% to 0.5%, Cu: 0% to 2.5%, Sn: 0% to 2. One or two of 5%, Mn: 0% to 2.5%, Sr: 0% to 0.5%, Sb: 0% to 0.5%, Pb: 0% to 0.5% You may further contain the above.
<Cr:0%〜2.5%、Ti:0%〜2.5%、>
Ti、Crは、めっき層に準結晶相を好ましく生成させるために必要に応じて含有されてもよい。微量のTi、Crがめっき層に含有されると、準結晶相が生成しやすくなり、準結晶相の構造が安定化すると考えられる。
<Cr: 0% to 2.5%, Ti: 0% to 2.5%>
Ti and Cr may be contained as necessary in order to preferably form a quasicrystalline phase in the plating layer. When a small amount of Ti and Cr are contained in the plating layer, it is considered that a quasicrystalline phase is easily generated and the structure of the quasicrystalline phase is stabilized.
<Si>
Siは、10%以下の濃度でめっき層に含有されると、Ti、Crと同じ様に準結晶相が生成しやすくなる事が確認されている。また、0.1%を超えて添加されると、Al−Fe合金層の成長が鈍化する事が確認されており、めっき層にSiを含有させることはめっき加工性に悪影響を及ぼすAl−Fe合金層を抑制する有効な手段である。
<Si>
It has been confirmed that when Si is contained in the plating layer at a concentration of 10% or less, a quasicrystalline phase is likely to be generated in the same manner as Ti and Cr. Further, it has been confirmed that the growth of the Al—Fe alloy layer is slowed when added in excess of 0.1%, and inclusion of Si in the plating layer has an adverse effect on the plating workability. This is an effective means for suppressing the alloy layer.
しかし、Siはめっき浴中に含有されるMgや、Ca、Y、La、Ceと金属間化合物を形成し、析出しやすい。例えば、Ca2Si、(Ca,La)2Si等は、めっき層中でCaとSiが結合して形成する金属間化合物の代表例である。さらには、Al4Ca、Al2Zn2Ca、Al3ZnCa等の金属間化合物にも少量であるがSiは固溶する傾向にある。そして、これらSiを含有する金属間化合物は、めっき層に含有される物質内で最も活性であるため、高湿度環境や塩分飛来環境下でめっき層の色変化(黄変、黒変)の原因となりやすい。このため、外観品位に優れた製品を提供するためにはSiを添加しない方が良い。完全にこれらの現象を回避する場合は、厳しく濃度を制限する方が好ましく、0.01%未満まで濃度管理することが好ましい。 However, Si forms an intermetallic compound with Mg, Ca, Y, La, and Ce contained in the plating bath, and tends to precipitate. For example, Ca 2 Si, (Ca, La) 2 Si, and the like are representative examples of intermetallic compounds formed by combining Ca and Si in the plating layer. Furthermore, Al 4 Ca, Al 2 Zn 2 Ca, is a small amount in Al 3 intermetallic compound such ZnCa tends Si is a solid solution. And since these intermetallic compounds containing Si are the most active among the substances contained in the plating layer, the cause of the color change (yellowing, blackening) of the plating layer in a high humidity environment or an environment where a salt content comes in. It is easy to become. For this reason, in order to provide a product with excellent appearance quality, it is better not to add Si. In order to completely avoid these phenomena, it is preferable to strictly limit the concentration, and it is preferable to control the concentration to less than 0.01%.
また、Si添加濃度が5%を超えると、めっき浴中にボトムドロスが形成しやすくなり、操業性が低下する場合がある。操業の観点からは、Si濃度は5%以下、さらに好ましくは1%未満がよい。 Moreover, when Si addition density | concentration exceeds 5%, it will become easy to form bottom dross in a plating bath, and operativity may fall. From the viewpoint of operation, the Si concentration is 5% or less, more preferably less than 1%.
以上述べたように、めっき鋼材に特に加工性が要求される場合は、Al−Fe合金層の成長を抑制するために、Al−Mg合金層中のSi量を10%以下にすることが好ましく、操業性を高めるためにはSi量を5%以下にするとよい。Siを添加する場合の下限は、0.01%以上が好ましく、0.1%以上がより好ましい。
また、めっき鋼材のめっきの性能の観点、即ち耐食性、加工性、耐変色性及び操業性を全てバランスよく満足させる観点からは、Si濃度は0.01%未満に管理する事が好ましい。
As described above, when workability is particularly required for the plated steel material, the amount of Si in the Al—Mg alloy layer is preferably 10% or less in order to suppress the growth of the Al—Fe alloy layer. In order to improve operability, the Si content is preferably 5% or less. The lower limit when adding Si is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.1% or more.
Further, from the viewpoint of the plating performance of the plated steel material, that is, from the viewpoint of satisfying all of the corrosion resistance, workability, discoloration resistance and operability in a well-balanced manner, the Si concentration is preferably controlled to less than 0.01%.
<Ni:0%〜2.5%、Co:0%〜0.5%、V:0%〜0.5%、Nb:0%〜0.5%、Cu:0%〜2.5%、Sn:0%〜2.5%>
Co、Ni、V、Nb、Cu及びSnは、上述のSi、Ti、Crと同様に、準結晶の安定生成に効果のある元素である。準結晶の生成に効果のある元素だが、詳細な研究の結果、Si、Ti、Cr等の元素の効果とは異なる添加効果があることが判明した。これらの元素がめっき層中に添加されると、Fe元素のめっき層への拡散が極端に抑制される。これらの元素は、主に鋼材とめっき層との界面付近でAl3Fe金属間化合物に固溶する傾向にある。同時に、Fe11Zn40という金属間化合物が形成しやすくなる。その結果、界面合金層としてのAl−Fe系金属間化合物の形成が抑制され、めっき層中のAl成分の減少など、めっき層中の準結晶相の形成を阻害する要因が減少する。耐食性、準結晶相の形成に良い影響を与えない界面合金層の形成が抑制されることから、めっき層本来の耐食性が発揮される。SST試験等で、通常、界面合金層の厚みが小さい方が、赤錆発生時間が長くなる傾向にある。
<Ni: 0% to 2.5%, Co: 0% to 0.5%, V: 0% to 0.5%, Nb: 0% to 0.5%, Cu: 0% to 2.5% , Sn: 0% to 2.5%>
Co, Ni, V, Nb, Cu, and Sn are elements that are effective in the stable generation of quasicrystals, like the above-described Si, Ti, and Cr. Although it is an element that is effective in the formation of quasicrystals, detailed studies have revealed that it has an additive effect different from the effects of elements such as Si, Ti, and Cr. When these elements are added to the plating layer, the diffusion of Fe element into the plating layer is extremely suppressed. These elements tend to be dissolved in the Al 3 Fe intermetallic compound mainly in the vicinity of the interface between the steel material and the plating layer. At the same time, an intermetallic compound of Fe 11 Zn 40 is easily formed. As a result, the formation of the Al—Fe-based intermetallic compound as the interface alloy layer is suppressed, and factors that inhibit the formation of the quasicrystalline phase in the plating layer, such as the reduction of the Al component in the plating layer, are reduced. Since the formation of the interfacial alloy layer that does not affect the corrosion resistance and the formation of the quasicrystalline phase is suppressed, the original corrosion resistance of the plating layer is exhibited. In the SST test or the like, usually, the smaller the thickness of the interface alloy layer, the longer the red rust occurrence time.
これらの元素の添加方法には、予め原板となる鋼板に電気めっきや蒸着にてプレめっきしておき、めっき層の形成時にめっき層中に取り込ませる方法と、めっき浴中へのこれら元素を添加する方法がある。Ni、Coなどの高融点金属は、界面付近に多くが残留してしまうが、一般的にプレめっきした方がめっき層中にやや多く取り込まれる傾向にあり、界面合金層の形成の抑制効果も高い。界面付近に濃縮した場合でかつ、めっき層を6μm以下にした場合は、0.5%〜1.0%程度となり、0.5%を超える場合もあるが、多くは界面付近に濃縮しており、めっき層主層から検出されるNi濃度は、0.5%未満であることが多い。一方、CuやSn、微量のNb等は、めっき浴への添加でも容易に溶解し、比較的めっき層中に取り込まれやすく、界面合金層の抑制効果もみられる。 These elements are added in advance by pre-plating the steel plate that is the original plate by electroplating or vapor deposition, and incorporating the elements into the plating layer when forming the plating layer, and adding these elements to the plating bath There is a way to do it. Many refractory metals such as Ni and Co remain in the vicinity of the interface, but generally, pre-plating tends to be a little more incorporated into the plating layer, and also has an effect of suppressing the formation of the interface alloy layer. high. When it is concentrated near the interface and the plating layer is 6 μm or less, it is about 0.5% to 1.0% and may exceed 0.5%, but many concentrate near the interface. The Ni concentration detected from the plating layer main layer is often less than 0.5%. On the other hand, Cu, Sn, trace amounts of Nb, etc. are easily dissolved even when added to the plating bath, are relatively easily taken into the plating layer, and an effect of suppressing the interface alloy layer is also observed.
<Mn:0%〜2.5%>
めっき鋼材の母材である鋼材として、近年、高張力鋼(高強度鋼)が使用されるようになってきた。高張力鋼を使用してめっき鋼材を製造した場合、高張力鋼に含まれるSi、Mn等の元素が、めっき層中に拡散することがある。SiおよびMnのうち、Mnは、Siが有する上述した効果を有さない。しかし、2.5%程度のMnがめっき層に含有されても、準結晶の生成挙動や、めっき層の耐食性に対して影響を与える可能性は小さい。よって、めっき層のMn含有量を0%〜2.5%としてもよい。
<Mn: 0% to 2.5%>
In recent years, high-tensile steel (high-strength steel) has come to be used as a steel material that is a base material for plated steel. When a plated steel material is manufactured using high-tensile steel, elements such as Si and Mn contained in the high-tensile steel may diffuse into the plated layer. Of Si and Mn, Mn does not have the above-described effects of Si. However, even if about 2.5% of Mn is contained in the plating layer, there is little possibility of affecting the quasicrystal generation behavior and the corrosion resistance of the plating layer. Therefore, the Mn content of the plating layer may be 0% to 2.5%.
<Sr:0%〜0.5%、Sb:0%〜0.5%、Pb:0%〜0.5%>
Sr、Sb、Pbは、めっき外観を向上させる元素である。この効果を得るために、めっき層のSr含有量を0%〜0.5%とし、Sb含有量を0%〜0.5%とし、Pb含有量を0%〜0.5%としてもよい。Sr含有量、Sb含有量、およびPb含有量が上記範囲である場合、耐食性への影響はほとんどない。
<Sr: 0% to 0.5%, Sb: 0% to 0.5%, Pb: 0% to 0.5%>
Sr, Sb, and Pb are elements that improve the plating appearance. In order to obtain this effect, the Sr content of the plating layer may be 0% to 0.5%, the Sb content may be 0% to 0.5%, and the Pb content may be 0% to 0.5%. . When the Sr content, Sb content, and Pb content are in the above ranges, there is almost no influence on the corrosion resistance.
次に、Al−Mg合金層を構成する組織について説明する。
本実施形態に開示した成分組成において、Al−Mg合金層を構成する組織は、以下のものが確認されている。すなわち、初晶Al相、初晶準結晶相、準結晶相及びAl相を含む共晶組織である。また、選択元素の種類によって、Al4Ca、Al2Zn2Ca、Al3ZnCa等が含まれる場合がある。更に、微量に含有される相として、MgZn2相、Mg2Zn3相(文献によっては、Mg4Zn7と表記される場合もあるが、同一物質として扱う。)Mg51Zn20相、Mg相、MgZn相等がある。
Next, the structure constituting the Al—Mg alloy layer will be described.
In the component composition disclosed in the present embodiment, the following structures have been confirmed for the Al-Mg alloy layer. That is, it is a eutectic structure including the primary crystal Al phase, primary crystal quasicrystalline phase, quasicrystalline phase and Al phase. Further, there is a case where the type of the selected elements, Al 4 Ca, Al 2 Zn 2 Ca, include Al 3 ZnCa like. Furthermore, MgZn 2 phase, Mg 2 Zn 3 phase (sometimes referred to as Mg 4 Zn 7 in some literature, but treated as the same substance), Mg 51 Zn 20 phase, Mg Phase and MgZn phase.
準結晶相は、準結晶を含む相である。準結晶は、1982年にダニエル・シュヒトマン氏によって初めて発見された結晶構造であり、正20面体(icosahedron)の原子配列を有している。この結晶構造は、通常の金属、合金では得られない特異な回転対称性、例えば5回対称性を有する非周期的な結晶構造で、3次元ペンローズパターンに代表される非周期的な構造と等価な結晶構造として知られている。この金属物質を同定するためには、通常、TEM観察による電子線観察によって、対象相から、正20面体構造に起因する放射状の正10角形の電子線回折像を得ることで確認される。例えば、図1に示す電子線回折像は、準結晶からのみ得られ、他のいかなる結晶構造からも得ることができない。 The quasicrystalline phase is a phase containing a quasicrystal. The quasicrystal is a crystal structure first discovered by Daniel Schuchman in 1982 and has an icosahedral atomic arrangement. This crystal structure is a non-periodic crystal structure with a unique rotational symmetry that cannot be obtained with ordinary metals and alloys, for example, a 5-fold symmetry, and is equivalent to an aperiodic structure represented by a three-dimensional Penrose pattern. Known as a crystal structure. In order to identify this metal material, it is usually confirmed by obtaining a radial regular decagonal electron beam diffraction image resulting from the regular icosahedron structure from the target phase by electron beam observation by TEM observation. For example, the electron diffraction image shown in FIG. 1 is obtained only from a quasicrystal and cannot be obtained from any other crystal structure.
また、本実施形態に開示した成分組成から得られる準結晶相は、化学組成的には、簡易的に、Mg32(Zn、Al)49相として定義されるもので、Zn、Al比率に広がりがあり、X線回折により、JCPDSカード:PDF#00−019−0029、又は、#00−039−0951で同定できる回折ピークを示す。Frank−Kasper相と呼ばれる場合もある。36.3〜8°付近に回折ピークが観察されることが多い。
準結晶の正20面体の結晶構造の形成には、同じくクラスターを有する菱型多面体構造をもつMg32(Zn、Al)49相の形成が影響しているとされる。準結晶相の20面体の結晶構造は3種類以上の結晶構造、例えば、マッカイクラスター、バーグマンクラスター、蔡クラスター型等の報告があり、その結晶構造については現在も研究中である。また、Mg32(Zn,Al)49相は、準結晶研究の初期から準結晶と同じ、近似結晶であることが指摘され、形成時の冷却方式により、部分的にクラスター構造が変化して上記に示す異なる20面体構造を取り得る。本発明における準結晶相の定義とは、近似結晶を指し、準結晶と同等のクラスター構造を有した物質も含め、Mg32(Zn、Al)49相からの変異体と定義する。粗大で数10μm以上の大きさで正20面体構造を取るものも得られれば、数nmの部分的にしか得られない場合もあり(すなわち、1つの結晶相を取り上げても図1の電子線回折像がいかなる場所からも得られる場合もあるが、Mg32(Zn、Al)49相の電子線回折像が得られ、図1の像が部分的にしか得られない場合もある)、準結晶相と近似結晶の区別は明瞭に定義することが現在は区別することが技術的に不可能である。Mg32(Zn、Al)49相中に準結晶相が含まれると推定されるが、部分的に準結晶を切り出すことが困難であり、一方、本発明における準結晶相に関わる性質は、クラスター構造に起因した特異な結晶構造に発現をもとにしていると推定され、近似結晶であるMg32(Zn、Al)49相も、準結晶も同質と扱うことが可能である。このため、簡易的には、XRDで近似結晶のMg32(Zn、Al)49相を探し、準結晶と同性能が得られる可能性を得て、より詳細に準結晶構造を探索する場合は、TEMで対象の結晶相の結晶構造を詳細に探索すれば良い。
Further, the quasicrystalline phase obtained from the component composition disclosed in the present embodiment is simply defined as the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase in terms of chemical composition, and spreads to the Zn, Al ratio. And X-ray diffraction shows a diffraction peak that can be identified by JCPDS card: PDF # 00-019-0029 or # 00-039-0951. It may also be called a Frank-Kasper phase. A diffraction peak is often observed around 36.3 to 8 °.
It is said that the formation of the quasicrystal icosahedral crystal structure is influenced by the formation of a Mg 32 (Zn, Al) 49 phase having a rhomboid polyhedron structure having clusters. The crystal structure of the icosahedral quasicrystalline phase has been reported to include three or more types of crystal structures, such as the Mackay cluster, Bergman cluster, and cocoon cluster types, and the crystal structure is still under study. In addition, it has been pointed out that the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase is an approximate crystal that is the same as the quasicrystal from the early stage of the quasicrystal research, and the cluster structure changes partially due to the cooling method at the time of formation. A different icosahedron structure shown in FIG. The definition of the quasicrystalline phase in the present invention refers to an approximate crystal and is defined as a variant from the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase, including a substance having a cluster structure equivalent to the quasicrystal. In some cases, a coarse crystal having a regular icosahedron structure with a size of several tens of μm or more can be obtained, and only a few nanometers can be obtained (that is, the electron beam shown in FIG. Although a diffraction image can be obtained from any place, an electron diffraction image of the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase can be obtained, and the image of FIG. At present, it is technically impossible to clearly distinguish the crystal phase from the approximate crystal. It is presumed that a quasicrystalline phase is included in the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase, but it is difficult to partially cut out the quasicrystal. It is presumed to be based on the expression of a unique crystal structure resulting from the structure, and the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase, which is an approximate crystal, can be treated as the same quality as the quasicrystal. Therefore, in a simple case, when searching for an approximate crystal Mg 32 (Zn, Al) 49 phase by XRD, obtaining the same performance as a quasicrystal, and searching for a quasicrystal structure in more detail The crystal structure of the target crystal phase may be searched in detail by TEM.
また、その結晶構造から、準結晶は非常に硬質な物質であり、準結晶相自体の硬度は350〜450Hvと考えられ、めっき層はその含有量の増加とともに硬質になるため、本実施形態のめっき層のめっき硬度は100Hv以上となり、より詳しくは、およそ120〜450Hvの範囲となる。準結晶相を多量に含有すると、めっき層の塑性変形能が急速に失われる。従って、塑性変形能を維持するために、本実施形態に係るAl相を含む共晶組織のような軟質な組織をめっき層に導入する必要がある。 Further, from the crystal structure, the quasicrystal is a very hard substance, the hardness of the quasicrystalline phase itself is considered to be 350 to 450 Hv, and the plating layer becomes hard as the content thereof increases. The plating hardness of the plating layer is 100 Hv or more, more specifically, in the range of about 120 to 450 Hv. When a large amount of the quasicrystalline phase is contained, the plastic deformability of the plating layer is rapidly lost. Therefore, in order to maintain the plastic deformability, it is necessary to introduce a soft structure such as a eutectic structure including an Al phase according to the present embodiment into the plating layer.
めっき層中に準結晶相が含有されると、めっきの腐食抵抗が増大し、暴露試験や、複合サイクル腐食試験において耐食性が劇的に改善する。とりわけ海水中における腐食減量が小さくなる傾向にある。たとえば、人工海水に長期間浸漬すると、準結晶相を含有しないめっき鋼材よりも腐食減量が極めて小さくなる。これは塩素に対して皮膜バリア性の弱いAlが準結晶相を含有することで、海水中で安定になり皮膜バリアをさらに強固にするためと考えられる。この効果は準結晶相が体積分率で3%以上含有されていれば、すなわち、共晶組織が5%以上含まれていれば、人工海水中での腐食減厚が小さくなって効果が確認できる。準結晶相が含有されていない場合はこの効果は確認できない。また、Al濃度も通常高い方がより好ましい。 When the quasicrystalline phase is contained in the plating layer, the corrosion resistance of the plating is increased, and the corrosion resistance is dramatically improved in the exposure test and the combined cycle corrosion test. In particular, corrosion weight loss in seawater tends to be small. For example, when immersed in artificial seawater for a long time, the corrosion weight loss becomes extremely smaller than a plated steel material that does not contain a quasicrystalline phase. This is presumably because Al, which has a weak film barrier property with respect to chlorine, contains a quasicrystalline phase, which makes it stable in seawater and further strengthens the film barrier. This effect is confirmed if the quasicrystalline phase contains 3% or more of the volume fraction, that is, if the eutectic structure contains 5% or more, the corrosion thickness reduction in artificial seawater is reduced. it can. If no quasicrystalline phase is contained, this effect cannot be confirmed. Also, it is more preferable that the Al concentration is usually higher.
本実施形態のAl−Mg合金層は、準結晶相及びAl相を含む共晶組織を5体積%以上含む。また、本実施形態のAl−Mg合金層は、5体積%以上の共晶組織の他に、初晶Al相または初晶準結晶相のいずれか一方を含んでいてもよい。なお、初晶Al相は、共晶組織中のAl相が析出する前に形成されるものとして区別される。めっき層の断面を顕微鏡観察した際に、明らかに共晶組織を構成しないAl相は初晶Al相と判断してよい。また、初晶準結晶相は、共晶組織中の準結晶相が析出する前に形成されるものとして区別される。めっき層の断面を顕微鏡観察した際、円相当径で2μm以下のAl相を含まない準結晶相は、初晶準結晶相と判断してよい。 The Al—Mg alloy layer of the present embodiment includes 5% by volume or more of a eutectic structure including a quasicrystalline phase and an Al phase. In addition, the Al—Mg alloy layer of the present embodiment may include either the primary crystal Al phase or the primary crystal quasicrystalline phase in addition to the eutectic structure of 5% by volume or more. The primary crystal Al phase is distinguished as being formed before the Al phase in the eutectic structure is precipitated. When the cross section of the plating layer is observed with a microscope, an Al phase that does not clearly constitute a eutectic structure may be determined as a primary Al phase. The primary crystal quasicrystalline phase is distinguished as being formed before the quasicrystalline phase in the eutectic structure is precipitated. When the cross section of the plating layer is observed with a microscope, a quasicrystalline phase that does not contain an Al phase with an equivalent circle diameter of 2 μm or less may be determined to be a primary quasicrystalline phase.
Al−Mg合金層中での準結晶の析出形態は2形態存在する。1形態目である初晶準結晶相は、準結晶相が初晶として析出するため、塊状組織としてAl−Mg合金層中に析出する。通常この初晶の塊状組織の平均円相当径は、1μm〜300μm程度である。形状は、多角形の場合が多い。 There are two forms of quasicrystal precipitation in the Al—Mg alloy layer. The primary crystal quasicrystalline phase which is the first form is precipitated in the Al—Mg alloy layer as a massive structure because the quasicrystalline phase is precipitated as the primary crystal. Usually, the average equivalent circular diameter of the primary crystal massive structure is about 1 μm to 300 μm. The shape is often a polygon.
2形態目である共晶組織中の準結晶相は、Al相との共晶組織として存在する。共晶組織中の準結晶相は、平均円相当径が1μm超であることが好ましい。平均円相当径が1μm以下の準結晶相は、耐食性が低下する傾向にある。共晶組織として準結晶相が存在する場合、準結晶相中には、相当円直径で、結晶粒径2μm以下のAl相が体積分率で約20〜50%の割合で分散している。また、準結晶相よりもAl相の融点が高いため、共晶組織は、準結晶中からAl相が析出した構造を有する。ただし、Al濃度が高くなると、準結晶中に分散するAl相の体積分率が上昇する。結晶粒径2μm以下とは、実験的に得られた数値であり、これ以上大きなAl相が形成されることはなく、また、形成されたとしても耐食性への影響はない。結晶粒径が2μmを超えるAl相は、共晶組織を構成せず、初晶Al相を構成するものと判断してよい。 The quasicrystalline phase in the eutectic structure which is the second form exists as a eutectic structure with the Al phase. The quasicrystalline phase in the eutectic structure preferably has an average equivalent circle diameter of more than 1 μm. A quasicrystalline phase having an average equivalent circle diameter of 1 μm or less tends to have a reduced corrosion resistance. When a quasicrystalline phase exists as a eutectic structure, an Al phase having an equivalent circular diameter and a crystal grain size of 2 μm or less is dispersed in the quasicrystalline phase at a volume fraction of about 20 to 50%. Further, since the melting point of the Al phase is higher than that of the quasicrystalline phase, the eutectic structure has a structure in which the Al phase is precipitated from the quasicrystal. However, as the Al concentration increases, the volume fraction of the Al phase dispersed in the quasicrystal increases. The crystal grain size of 2 μm or less is a numerical value obtained experimentally, and no larger Al phase is formed, and even if formed, it does not affect the corrosion resistance. It may be determined that an Al phase having a crystal grain size exceeding 2 μm does not constitute a eutectic structure but constitutes a primary crystal Al phase.
また共晶組織の構成は、めっき作製時の冷却速度にも影響し、めっき層凝固時の冷却速度が緩やかであると、Al相が結合・成長を繰り返し、初晶として析出するAl相が増え、共晶組織中のAl相の含有される体積分率がやや小さくなる。一方、めっき層の凝固時に急冷させると、共晶組織中に含有されるAl相の体積分率がやや多くなる。 The structure of the eutectic structure also affects the cooling rate at the time of plating production. If the cooling rate at the time of solidification of the plating layer is slow, the Al phase repeats bonding and growth, and the Al phase that precipitates as the primary crystal increases. The volume fraction contained in the Al phase in the eutectic structure is slightly reduced. On the other hand, if the plating layer is rapidly cooled during solidification, the volume fraction of the Al phase contained in the eutectic structure slightly increases.
Al−Mg合金層中でのAl相の析出形態も2形態存在する。1形態目である初晶Al相は、Al相が初晶として析出するため、塊状組織としてAl−Mg合金層中に析出している。通常この初晶の塊状組織の平均円相当径は、1μm〜300μm程度である。形状は、楕円形であることが多い。 There are also two forms of precipitation of the Al phase in the Al-Mg alloy layer. The primary crystal Al phase which is the first form is precipitated in the Al—Mg alloy layer as a bulk structure because the Al phase is precipitated as the primary crystal. Usually, the average equivalent circular diameter of the primary crystal massive structure is about 1 μm to 300 μm. The shape is often elliptical.
第2形態目である共晶組織中のAl相は、準結晶相との共晶組織として存在するものであり、上述の通りである。 The Al phase in the eutectic structure which is the second form exists as a eutectic structure with the quasicrystalline phase and is as described above.
本実施形態では、Al濃度が35〜45%の間に存在する共晶線を境に、初晶として準結晶相が析出するか、または、Al相が析出するので、初晶準結晶相と初晶Al相が混在する場合は、ほとんどない。すなわち、初晶としてAl相または準結晶相のどちらが析出かは、Al−Mg合金層のAl量により決まる。 In the present embodiment, the quasicrystalline phase is precipitated as the primary crystal or the Al phase is precipitated at the eutectic line existing between Al concentration of 35 to 45%. There is almost no case where the primary crystal Al phase coexists. That is, whether the Al phase or the quasicrystalline phase is precipitated as the primary crystal is determined by the amount of Al in the Al—Mg alloy layer.
図2には一例として、初晶準結晶相と共晶組織から構成されるめっき層の光学顕微鏡像を示す。また、図3には別の例として、初晶Al相と共晶組織から構成されるめっき層の光学顕微鏡像を示す。図4には共晶組織の反射電子像を示す。図2において、矢印1で示す箇所に初晶準結晶相が析出し、矢印2で示す箇所には共晶組織が析出している。また、図3において、矢印3で示す箇所に初晶Al相が析出し、矢印4で示す箇所には共晶組織が析出している。更に、図4において、矢印5で示す箇所に準結晶相が析出し、矢印6で示す箇所にはAl相が析出していることがわかる。 As an example, FIG. 2 shows an optical microscope image of a plating layer composed of a primary crystal quasicrystalline phase and a eutectic structure. FIG. 3 shows, as another example, an optical microscope image of a plating layer composed of a primary crystal Al phase and a eutectic structure. FIG. 4 shows a backscattered electron image of the eutectic structure. In FIG. 2, the primary crystal quasicrystalline phase is precipitated at the position indicated by arrow 1, and the eutectic structure is precipitated at the position indicated by arrow 2. Further, in FIG. 3, the primary crystal Al phase is precipitated at the position indicated by the arrow 3, and the eutectic structure is precipitated at the position indicated by the arrow 4. Further, in FIG. 4, it can be seen that a quasicrystalline phase is precipitated at a position indicated by an arrow 5 and an Al phase is precipitated at a position indicated by an arrow 6.
Al−Mg合金層中の初晶Al相、初晶準結晶相、共晶組織等の体積分率は、めっきの加工性に直結する。めっきの加工性は、V曲げ試験等で容易に評価可能である。V曲げ試験とは、鋼製品の試験に関するJIS規格(用語JIS G 202、JIS Z2248)等におけるVブロック法(曲げ試験評価)による評価を指す。本発明で評価に使用したV曲げ試験において、内側半径R値が小さい方が、塑性変形が加わる領域が狭いため、通常、パウダリング量が少なくなる。R値が大きい方が、塑性変形が加わる領域が広いため、パウダリング量が多くなる傾向にある。これは準結晶相が極めて脆い物質であることに起因し、少量の歪が加わるだけで容易に破壊するためである。 The volume fractions of the primary crystal Al phase, primary crystal quasicrystalline phase, eutectic structure, etc. in the Al—Mg alloy layer are directly linked to the workability of plating. The workability of plating can be easily evaluated by a V bending test or the like. The V bending test refers to an evaluation by a V block method (bending test evaluation) in JIS standards (terms JIS G 202, JIS Z2248) relating to steel product testing. In the V-bending test used for evaluation in the present invention, the smaller the inner radius R value, the narrower the region to which plastic deformation is applied. A larger R value tends to increase the amount of powdering because the region to which plastic deformation is applied is wider. This is because the quasicrystalline phase is a very brittle substance and easily breaks with a small amount of strain.
共晶組織が5体積%以上含有されると、めっき層に塑性変形能が生じ始める。例えば、1R−90°V曲げ等加工試験における谷部テープ剥離におけるパウダリング量が減少する。共晶組織が5体積%未満では、加工性の改善効果が小さい。共晶組織の体積分率は大きい方が好ましく、30体積%以上が好ましく、50体積%以上がより好ましく、80体積%以上が更に好ましい。また、共晶組織においては、準結晶の体積分率が低く、Al相の体積分率が高い方がよい。共晶組織としてAl相が含まれることで、加工時のパウダリングの発生を抑制できる。 When the eutectic structure is contained in an amount of 5% by volume or more, plastic deformability starts to occur in the plating layer. For example, the amount of powdering in valley tape peeling in a 1R-90 ° V bending process test is reduced. When the eutectic structure is less than 5% by volume, the workability improvement effect is small. The volume fraction of the eutectic structure is preferably large, preferably 30% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, and still more preferably 80% by volume or more. In the eutectic structure, it is preferable that the volume fraction of the quasicrystal is low and the volume fraction of the Al phase is high. By including an Al phase as a eutectic structure, generation of powdering during processing can be suppressed.
また、Al−Mg合金層中に初晶準結晶相が含有されると、加工時に部分的な剥離を引き起こしやすい。初晶準結晶相はその結晶粒のサイズにも依存するが、加工部位に初晶準結晶相が位置すると、粒内割れを引き起こし、そのままめっき層が欠落してしまいパウダリング剥離を引き起こす場合がある。その体積分率や、加工部面積によっても剥離量が変化するが、加工の観点からは、初晶準結晶相は存在しない方が好ましい。 In addition, when the primary crystal quasicrystalline phase is contained in the Al—Mg alloy layer, partial peeling tends to occur during processing. Although the primary crystal quasicrystalline phase depends on the size of the crystal grain, if the primary crystal quasicrystalline phase is located at the processing site, it may cause intragranular cracking, and the plating layer may be lost as it is, causing powdering peeling. is there. Although the amount of peeling varies depending on the volume fraction and the area of the processed part, it is preferable that the primary crystal quasicrystalline phase does not exist from the viewpoint of processing.
また、Al−Mg合金層中に初晶Al相が含有されると、R値の緩い加工においても塑性変形が可能となる。Al−Mg合金層中に含有される初晶Al相は、より多い方が好ましい。10体積%以上の初晶Al相が含有されると、5R−V曲げ加工試験における谷部テープ剥離におけるパウダリング量が減少する。より好ましくは、初晶Al相が35体積%以上含有される方が良い。35体積%以上の初晶Al相が含有されることで、さらに厳しい加工に対してパウダリング量が減少する。例えば、V曲げ加工の後の、曲げ戻しにおいてもパウダリング量を少なくすることができる。
共晶組織と初晶Al相との加工性を比較すると、Al相の方が加工性に富む。本発明に開示する組成ではAl相単相とすることは不可能ではあるが、共晶線付近(Al濃度が35〜45%の間に存在する共晶組成)では共晶組織単相にすることは可能である。
Further, when the primary crystal Al phase is contained in the Al—Mg alloy layer, plastic deformation is possible even in processing with a low R value. It is preferable that the primary crystal Al phase contained in the Al—Mg alloy layer is larger. If the primary crystal Al phase is contained in an amount of 10% by volume or more, the amount of powdering in the valley tape peeling in the 5R-V bending test is reduced. More preferably, the primary Al phase is contained in an amount of 35% by volume or more. By containing 35% by volume or more of the primary Al phase, the amount of powdering is reduced for more severe processing. For example, the amount of powdering can be reduced in bending back after V bending.
When the workability between the eutectic structure and the primary Al phase is compared, the Al phase is richer in workability. In the composition disclosed in the present invention, it is impossible to make an Al phase single phase, but in the vicinity of a eutectic line (eutectic composition existing between 35% to 45% Al concentration), a single phase eutectic structure is used. It is possible.
Al−Mg合金層中に含有される初晶Al相、初晶準結晶相、共晶組織中のAl相及び準結晶相はいずれも、めっき層の耐食性に寄与する。いずれも強固な不動態皮膜を有しており、腐食促進試験での錆発生が抑制される。特に、初晶Al相が併存することで加工性が向上したAl−Mg合金層は、加工部耐食性において、厳しい加工部でのめっき剥離やクラック発生が抑制されるため、曲げ試験片での耐食性が改善される。
Al−Mg合金層には、犠牲防食能に富むZn、Mgが一定濃度以上含有されるため、めっき層に発生するクラックによる耐食性劣化は何ら問題がない。クラックは腐食初期の段階で直ちに腐食生成物で塞がれ、腐食の進行を抑制するためである。まためっき層のパウダリングも加工部面積の5%未満で部分的あれば、周囲のめっきが腐食し覆い隠され、若干、腐食速度が大きくなるものの、めっきの性能を大きく損なうものではない。一方で、地鉄とめっき層の界面からめっき層が剥離して、加工部面積に対して20%以上の剥離が見られると、めっき層の腐食速度が極端に大きくなり、パウダリング部からの赤錆発生が早くなる傾向にある。
The primary crystal Al phase, primary crystal quasicrystalline phase, Al phase and quasicrystalline phase in the eutectic structure contained in the Al—Mg alloy layer all contribute to the corrosion resistance of the plated layer. All have a strong passive film, and the occurrence of rust in the accelerated corrosion test is suppressed. In particular, the Al-Mg alloy layer, which has improved workability due to the coexistence of the primary Al phase, suppresses plating peeling and cracking at severely processed parts in the processed part corrosion resistance. Is improved.
Since the Al—Mg alloy layer contains Zn and Mg having a high sacrificial anticorrosive ability at a certain concentration or more, there is no problem with deterioration of corrosion resistance due to cracks generated in the plating layer. This is because cracks are immediately closed with corrosion products in the early stage of corrosion, and the progress of corrosion is suppressed. Further, if the powdering of the plating layer is partially less than 5% of the processed part area, the surrounding plating is corroded and covered, and the corrosion rate is slightly increased, but the plating performance is not greatly impaired. On the other hand, when the plating layer peels off from the interface between the base metal and the plating layer, and a peeling of 20% or more with respect to the processed part area is seen, the corrosion rate of the plating layer becomes extremely large, and the powdering part Red rust tends to occur more quickly.
また、Al−Mg合金層中の初晶Al相または初晶準結晶相と、共晶組織との体積分率の合計が70体積%以上になると、V曲げ試験片の内部での耐食性がより改善される。さらに好ましくは、85%以上であるとよい。 Further, when the total volume fraction of the primary crystal Al phase or primary crystal quasicrystalline phase in the Al-Mg alloy layer and the eutectic structure becomes 70% by volume or more, the corrosion resistance inside the V-bending specimen is further improved. Improved. More preferably, it is 85% or more.
特に、本実施形態においては、めっき層に塑性変形能を持たせるために、めっき層中で塑性変形能を与える相として初晶Al相を含有させる必要がある。初晶Al相は共晶組織よりもさらに加工性に優れた組織となる。本実施形態で開示される組成は、準結晶が得られると同時にAl相も含有可能な組成範囲である。 In particular, in the present embodiment, in order to impart plastic deformability to the plating layer, it is necessary to contain the primary crystal Al phase as a phase that imparts plastic deformability in the plating layer. The primary Al phase is a structure that is more excellent in workability than the eutectic structure. The composition disclosed in the present embodiment is a composition range in which an Al phase can be contained at the same time that a quasicrystal is obtained.
特に、Al−Mg合金層の化学成分組成が、Zn:5%〜65%、Mg:2.5%〜30%、Ca:0.1%〜3%、Y:0%〜3%、La:0%〜3%、Ce:0%〜3%の条件を満す場合、Al−Mg合金層中に、10体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の共晶組織とを含むものとなり、更に、初晶Al相と共晶組織とが合計で70体積%以上含むものとなる。このようなAl−Mg合金層を備えためっき鋼材は、加工性が良好になる。この場合のAl量は40%以上がよい。 In particular, the chemical composition of the Al-Mg alloy layer is Zn: 5% to 65%, Mg: 2.5% to 30%, Ca: 0.1% to 3%, Y: 0% to 3%, La : When satisfying the conditions of 0% to 3% and Ce: 0% to 3%, in the Al-Mg alloy layer, the primary crystal Al phase of 10% by volume or more and the eutectic structure of 5% by volume or more are contained. In addition, the total amount of primary Al phase and eutectic structure is 70% by volume or more. The plated steel material provided with such an Al—Mg alloy layer has good workability. In this case, the amount of Al is preferably 40% or more.
また、Al−Mg合金層の化学成分組成が、Zn:5%〜58%、Mg:2.5%〜25%の条件を満たす場合、Al−Mg合金層中に、35体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の共晶組織とを含むものとなり、更に、初晶Al相と共晶組織とが合計で85体積%以上含むものとなる。このようなAl−Mg合金層を備えためっき鋼材は、加工性が更に良好になる。具体的には、V曲げ試験等でパウダリング量が抑制されるようになる。この場合のAl量は55%以上がよい。 Further, when the chemical composition of the Al—Mg alloy layer satisfies the conditions of Zn: 5% to 58% and Mg: 2.5% to 25%, the Al—Mg alloy layer has an initial content of 35% by volume or more. The crystal Al phase and the eutectic structure of 5% by volume or more are contained, and the primary crystal Al phase and the eutectic structure contain 85% by volume or more in total. The plated steel material provided with such an Al—Mg alloy layer is further improved in workability. Specifically, the amount of powdering is suppressed in a V-bending test or the like. In this case, the Al content is preferably 55% or more.
次に、本実施形態のめっき鋼材の製造方法について詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of the plated steel material of this embodiment is demonstrated in detail.
本実施形態においてめっき原板となる鋼材としては、普通鋼、アルミキルド鋼、高張力鋼等、いずれの鋼材を使用しても問題はなく、鋼材種に特に制限はない。原板としてプレめっき鋼板を使用することも問題はない。 In the present embodiment, there is no problem even if any steel material such as ordinary steel, aluminum killed steel, high-tensile steel, etc. is used as the steel plate to be the plating original plate, and the steel material type is not particularly limited. There is no problem in using a pre-plated steel plate as the original plate.
めっき浴は、真空溶解炉等で作製した所定成分組成の合金を使用し、これら合金を大気中で溶解する。通常、溶融めっきを実施するためには、めっき浴温度を合金の融点よりも15℃から20℃以上高い温度にする必要である。本実施形態のめっき浴においては、融点近傍の操業は、めっきの粘性が高くなること、また準結晶相が析出しめっき浴中で沈殿しやすいため、合金融点+20℃と500℃のいずれか高い温度とする必要がある。さらに好ましくは合金融点+15℃と540℃以上のいずれか高い温度である方がよい。また、ボトムドロス形成と沈殿を回避するため、めっき浴内は十分に撹拌されている方が好ましい。 As the plating bath, alloys having a predetermined component composition prepared in a vacuum melting furnace or the like are used, and these alloys are melted in the atmosphere. Usually, in order to carry out hot dip plating, it is necessary to make the plating bath temperature 15 to 20 ° C. higher than the melting point of the alloy. In the plating bath of this embodiment, the operation near the melting point is that the viscosity of the plating becomes high, and because the quasicrystalline phase precipitates and easily precipitates in the plating bath, either the melting point of the alloy + 20 ° C. or 500 ° C. Or higher temperature. More preferably, the alloy melting point + 15 ° C. or 540 ° C. or higher, whichever is higher. Moreover, in order to avoid bottom dross formation and precipitation, it is preferable that the inside of the plating bath is sufficiently stirred.
特にAl濃度が30%以上の低融点の合金では、めっき浴全体の比重が軽くなる一方で、Znを多く含有する準結晶は比重が重いため、浴温が準結晶の析出温度以下浴温では直ちに沈殿が生じてしまい、めっき浴が下部(準結晶)、上部(液相めっき浴)と二相分離して、めっき浴の成分維持が困難となる。また、製造するめっき鋼板にも、固体、粒状のドロスが多く付着してしまう。また組織制御の観点からも、液相から析出した十分に小さい準結晶から組織制御を実施しないと、めっき層中に粗大な準結晶相が点在し加工性が劣る原因ともなりかねない。操業性の観点、組織制御の観点から、準結晶組成が完全溶解する540℃以上を浴温設定した方が好ましい。
540℃以上の高温浴では、地鉄とめっき浴の反応によって形成するAl−Fe合金層が過剰に形成されるため、後述するようにAl−Fe合金化反応の反応時間を短縮するなどAl−Fe合金層の成長を抑制する手段を講じる必要がある。
In particular, in the low melting point alloy with an Al concentration of 30% or more, the specific gravity of the entire plating bath is light, while the quasicrystal containing a large amount of Zn has a high specific gravity, so that the bath temperature is below the precipitation temperature of the quasicrystal. Precipitation occurs immediately, and the plating bath separates into two phases from the lower part (quasicrystal) and the upper part (liquid phase plating bath), making it difficult to maintain the components of the plating bath. Moreover, many solid and granular dross will adhere also to the plated steel plate to manufacture. Also, from the viewpoint of structure control, unless the structure control is performed from a sufficiently small quasicrystal precipitated from the liquid phase, coarse quasicrystalline phases may be scattered in the plating layer, which may cause inferior workability. From the viewpoint of operability and structure control, it is preferable to set the bath temperature to 540 ° C. or higher at which the quasicrystalline composition is completely dissolved.
In a high-temperature bath of 540 ° C. or higher, an Al—Fe alloy layer formed by the reaction between the base iron and the plating bath is excessively formed. Therefore, as will be described later, the reaction time of the Al—Fe alloying reaction is shortened. It is necessary to take measures to suppress the growth of the Fe alloy layer.
しかし浴温が540℃を超える高温条件では、めっき浴中のAl、地鉄との反応が激しくなり過剰な厚みのAl−Fe合金層が形成されるとともに、めっき層中のAlの消費が促進されるため成分バランスがくずれ、組織制御が難しくなる。このため、合金融点が525℃超となり、めっき浴温が540℃を超える温度となるような場合には、浴温が540℃から高くなり過ぎないようにすることが好ましい。
例えば、めっき時のワイピングの温度降下幅を考慮して、融点が535℃以上のめっき浴は、融点+15℃を目安に出来る限り、融点に近い温度でワイピングを完了するよう浴温を設定した方が良い。ワイピング時の温度降下幅を小さくするためには、ワイピング部をヒーターで加熱し、N2ホットガスによる冷却等を使用すれば、融点+10℃等でも可能であり、めっき原板が3mm以上の厚板の場合は、ほとんどワイピングにおける温度降下を無視でき、融点+5℃等でも十分に溶融めっき可能である。
However, under high temperature conditions where the bath temperature exceeds 540 ° C, the reaction with Al and the iron in the plating bath becomes intense, and an excessively thick Al-Fe alloy layer is formed, and the consumption of Al in the plating layer is promoted. Therefore, the component balance is lost, and the tissue control becomes difficult. For this reason, when the alloy melting point exceeds 525 ° C. and the plating bath temperature exceeds 540 ° C., it is preferable that the bath temperature is not excessively increased from 540 ° C.
For example, considering the temperature drop width of wiping during plating, for plating baths with a melting point of 535 ° C or higher, the bath temperature should be set so that wiping is completed at a temperature close to the melting point as much as possible with a melting point of + 15 ° C Is good. In order to reduce the temperature drop at the time of wiping, if the wiping part is heated with a heater and cooling with N 2 hot gas is used, it is possible to have a melting point + 10 ° C., etc. In the case of, the temperature drop in wiping can be almost ignored, and sufficient hot dipping is possible even at a melting point of + 5 ° C.
めっき鋼材の製造は、ゼンジマー法を採用することが好ましく、無酸化環境、800℃にて水素で還元された鋼材をそのままめっき浴に浸漬させる。浸漬時間は、めっき層のAl−Fe合金層の厚みにも影響を与えるが、通常、0.5秒もあれば十分である。浸漬後は、N2ガス吹き付けによる付着量調整を実施する。 For the production of the plated steel material, it is preferable to employ the Sendzimer method, and the steel material reduced with hydrogen at 800 ° C. in a non-oxidizing environment is immersed in the plating bath as it is. The immersion time also affects the thickness of the Al—Fe alloy layer of the plating layer, but usually 0.5 seconds is sufficient. After the immersion, the amount of adhesion is adjusted by spraying N 2 gas.
なお、本実施形態の製造方法によりめっき鋼材を製造した場合、めっき浴の成分組成比率が、Al−Mg合金層の化学成分組成となる。めっき浴浸漬時のAl−Fe合金層の生成によるAl−Mg合金層のAl成分、Zn成分の減少は通常、僅かである。Al−Mg合金層と比較して、通常、Al−Fe合金層の厚みは十分に小さく、さらにAl−Mg合金層には、十分なAl元素が含有されているためである。よって、めっき浴の成分組成は、所望の組成のAl−Mg合金層が得られるように調整すればよい。 In addition, when a plated steel material is manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, the component composition ratio of the plating bath is the chemical component composition of the Al—Mg alloy layer. The reduction of the Al component and the Zn component of the Al—Mg alloy layer due to the formation of the Al—Fe alloy layer during immersion in the plating bath is usually slight. This is because the thickness of the Al—Fe alloy layer is usually sufficiently smaller than that of the Al—Mg alloy layer, and the Al—Mg alloy layer contains sufficient Al element. Therefore, what is necessary is just to adjust the component composition of a plating bath so that the Al-Mg alloy layer of a desired composition may be obtained.
Al濃度が比較的高いめっき浴中に、表面が還元された鋼材を浸漬させると、FeとAlとが直ちに反応し、界面合金層であるAl−Fe合金層が形成する。Al−Fe合金層は爆発的に生成してめっき層中のAl濃度を減少させ、準結晶相、共晶組織、Al相の形成に悪影響を与えることから、冷却時間を厳しく管理する必要がある。高温状態程、この反応速度が大きい。
浸漬時間を含めて、めっき層を500℃以下までに冷却する時間は、少なくとも5秒以下であることが好ましい。例えば、めっき浴温を600℃とした場合は、平均20℃/秒以上の冷却速度にて500℃以下まで冷却しなければならない。5秒を超えるものは、Al−Fe合金層の成長によってAl−Mg合金層のAl成分低下が起こり、準結晶構造、共晶組織が得られにくくなるほか、耐食性劣化、加工性劣化が確認されるようになり、表面外観も悪化する。
500℃以下の温度では、Al−Fe合金層が成長するには低い温度であり、また、めっき浴の成分よっては凝固反応が開始するため、極端にAl−Fe合金層の成長が抑制される。めっきの密着性を確保するためには、ある程度の厚みでAl−Fe合金層の形成が必要であるが、500℃以上の温度領域を0.5秒以上とすることで密着性に十分な厚みのAl−Fe合金層が形成される。
When the steel material whose surface is reduced is immersed in a plating bath having a relatively high Al concentration, Fe and Al immediately react to form an Al—Fe alloy layer which is an interface alloy layer. Since the Al-Fe alloy layer is explosively formed to reduce the Al concentration in the plating layer and adversely affect the formation of the quasicrystalline phase, eutectic structure, and Al phase, it is necessary to strictly control the cooling time. . The higher the temperature, the greater the reaction rate.
The time for cooling the plating layer to 500 ° C. or less including the immersion time is preferably at least 5 seconds or less. For example, when the plating bath temperature is 600 ° C., it must be cooled to 500 ° C. or less at an average cooling rate of 20 ° C./second or more. For those longer than 5 seconds, the Al component of the Al-Mg alloy layer decreases due to the growth of the Al-Fe alloy layer, making it difficult to obtain a quasicrystalline structure and a eutectic structure, as well as deterioration in corrosion resistance and workability. And the surface appearance is also deteriorated.
At a temperature of 500 ° C. or lower, the temperature is low for the growth of the Al—Fe alloy layer, and the solidification reaction starts depending on the components of the plating bath, so that the growth of the Al—Fe alloy layer is extremely suppressed. . In order to ensure the adhesion of the plating, it is necessary to form an Al—Fe alloy layer with a certain thickness, but by setting the temperature region of 500 ° C. or more to 0.5 seconds or more, the thickness is sufficient for the adhesion. An Al—Fe alloy layer is formed.
更に、本実施形態では、準結晶相や共晶組織を含むめっき層を作製するために、500℃以下の温度領域における冷却速度を調整する必要がある。
準結晶相は、Al、Mg、Znから構成され、さらにクラスター構造(正20面体、菱型多面体等)を含むため、クラスター構造原子やその内部に多種多様な元素を含有しうる。また500℃〜400℃が安定的に存在しうる領域である。本実施形態に係る共晶組織は、準結晶相からAlが相分離して形成する組織であり、その形成には、原子拡散が必要である。溶融状態から急冷を実施すると、準結晶相や過飽和固溶体が形成する場合があり、共晶組織は形成しない。そのため共晶組織を形成する上でも冷却速度の制御は必須である。また、めっき浴のAl濃度によって、めっき層の凝固メカニズムが異なる。以下、Al濃度が40%未満の場合と、40%超の場合について説明する。
Furthermore, in this embodiment, in order to produce a plating layer including a quasicrystalline phase or a eutectic structure, it is necessary to adjust the cooling rate in a temperature range of 500 ° C. or lower.
The quasicrystalline phase is composed of Al, Mg, and Zn, and further includes a cluster structure (regular icosahedron, rhombohedral polyhedron, etc.), and thus can contain a variety of elements in the cluster structure atom and the inside thereof. Moreover, it is the area | region which 500-400 degreeC can exist stably. The eutectic structure according to the present embodiment is a structure formed by Al separating from the quasicrystalline phase, and atomic diffusion is required for the formation. When quenching from a molten state, a quasicrystalline phase or a supersaturated solid solution may be formed, and a eutectic structure is not formed. For this reason, it is essential to control the cooling rate in forming a eutectic structure. Further, the solidification mechanism of the plating layer varies depending on the Al concentration of the plating bath. Hereinafter, the case where the Al concentration is less than 40% and the case where it exceeds 40% will be described.
<Al濃度が40%未満の場合>
めっき浴のAl濃度が40%未満の場合、めっき層の凝固中に最初に形成する相は準結晶相である。初晶である準結晶相の析出は融点〜約470℃までにほぼ完了する。その後、470℃付近で液相の共晶反応が起き、準結晶相から徐々にAl相が分離されて共晶組織を形成する。Al相の相分離による共晶組織の生成は、温度が200℃に低下するまで起きる。470℃〜200℃の温度領域では、相分離したAl相が結合を繰り返して成長する。
<When Al concentration is less than 40%>
When the Al concentration of the plating bath is less than 40%, the first phase formed during solidification of the plating layer is a quasicrystalline phase. Precipitation of the quasicrystalline phase which is the primary crystal is almost completed by the melting point to about 470 ° C. Thereafter, a liquid phase eutectic reaction occurs at around 470 ° C., and the Al phase is gradually separated from the quasicrystalline phase to form a eutectic structure. Generation of a eutectic structure due to phase separation of the Al phase occurs until the temperature drops to 200 ° C. In the temperature range of 470 ° C. to 200 ° C., the phase-separated Al phase grows by repeated bonding.
水冷、強ミスト冷却など急冷却を実施すると、準結晶相内に過飽和に含有されたAlが分離できず、準結晶相が多量に形成する傾向にあり、共晶組織が形成しなくなる。また、過飽和に含有された成分元素が、室温付近で徐々に分離析出する時効効果も発生や、急激な熱膨張率の変化による残留応力の発生によってめっき層内の準結晶に多量のクラックが形成し、加工性の観点からも好ましくない。従って、470℃〜200℃までの平均冷却速度の上限値を30℃/秒とする。より好ましくは、20℃/秒、10℃/秒とする方が良い。水冷、ミスト冷却等は通常、50〜1000℃/秒の冷却速度を得るため、これらの冷却手段の使用は好ましくない。すなわち、500℃までAl−Fe合金層の形成を抑制するため、急冷されためっき層は、めっき層中に健全な準結晶を含む共晶組織を形成するため、500℃以下で一度、緩やかな冷却プロセスを実施する必要がある。ただし、470℃〜200℃の温度範囲で緩やかに冷却すると、相分離したAl相が結合を繰り返し、粗大なAl相となって延性に優れた共晶組織の割合が極端に減少することから、470℃〜200℃の温度範囲の冷却速度を3℃/秒以上とする。すなわち、470℃〜200℃の温度範囲は共晶組織が生成する範囲であると同時に、Al相が固相分離、結合する範囲であるので長時間の保持を実施してはならない。従って5〜20℃/秒の冷却速度がこの温度範囲の冷却速度として適切である。 When rapid cooling such as water cooling or strong mist cooling is performed, Al contained in supersaturation in the quasicrystalline phase cannot be separated, and a quasicrystalline phase tends to be formed in a large amount, and a eutectic structure is not formed. In addition, the aging effect of the component elements contained in supersaturation gradually separating and precipitating near room temperature, and the generation of residual stress due to a sudden change in thermal expansion coefficient, a large number of cracks are formed in the quasicrystals in the plating layer. However, it is not preferable from the viewpoint of workability. Accordingly, the upper limit value of the average cooling rate from 470 ° C. to 200 ° C. is set to 30 ° C./second. More preferably, 20 ° C./second and 10 ° C./second are better. Since water cooling, mist cooling, etc. usually obtain a cooling rate of 50 to 1000 ° C./second, the use of these cooling means is not preferred. That is, in order to suppress the formation of the Al—Fe alloy layer up to 500 ° C., the rapidly cooled plating layer forms a eutectic structure including a healthy quasicrystal in the plating layer. A cooling process needs to be carried out. However, when it is slowly cooled in the temperature range of 470 ° C. to 200 ° C., the phase separation of the Al phase repeats bonding, and the proportion of the eutectic structure excellent in ductility becomes extremely reduced by becoming a coarse Al phase, The cooling rate in the temperature range of 470 ° C. to 200 ° C. is set to 3 ° C./second or more. That is, the temperature range of 470 ° C. to 200 ° C. is a range in which a eutectic structure is formed, and at the same time is a range in which the Al phase is solid-phase separated and bonded, so that it should not be kept for a long time. Therefore, a cooling rate of 5 to 20 ° C./second is appropriate as a cooling rate in this temperature range.
<Al濃度が40%以上の場合>
めっき浴のAl濃度が40%以上の場合、めっき層の凝固中に最初に形成する相はAl相である。初晶であるAl相の析出は融点〜約470℃までにほぼ完了する。その後、470℃付近で液相の共晶反応が起き、準結晶相から徐々にAl相が分離されて共晶組織を形成する。Alの相分離によって共晶組織の生成は、温度が200℃に低下するまで起きる。470℃〜200℃までは、相分離したAl相が結合を繰り返し成長する。
<When Al concentration is 40% or more>
When the Al concentration of the plating bath is 40% or more, the first phase formed during solidification of the plating layer is the Al phase. Precipitation of the Al phase as the primary crystal is almost completed by the melting point to about 470 ° C. Thereafter, a liquid phase eutectic reaction occurs at around 470 ° C., and the Al phase is gradually separated from the quasicrystalline phase to form a eutectic structure. Formation of a eutectic structure by the phase separation of Al occurs until the temperature drops to 200 ° C. From 470 ° C. to 200 ° C., the phase-separated Al phase repeats bonding and grows.
急冷却を実施すると準結晶が成長せず、Mg、Znを過飽和に含有する過飽和固溶体のAl相が多量に形成する傾向にあり、共晶組織が形成しなくなる。共晶組織の形成に成分分離が必要なのは、上述の準結晶相に成分元素が含まれる場合と同じである。よって、470〜200℃までの平均冷却速度の上限値を30℃/秒とする。
水冷、ミスト冷却等は通常、50〜1000℃/秒の冷却速度を得るため、これらの冷却手段の使用は好ましくない。一方、470℃〜200℃の温度範囲で緩やかに冷却すると、相分離したAl相が結合を繰り返し、粗大なAl相となって延性に優れた共晶組織の割合が極端に減少することから、470℃〜200℃の温度範囲の冷却速度を3℃/秒以上とする。最適条件の温度範囲は、上述の5〜20℃/秒の冷却速度がこの温度範囲の冷却速度で同じである。
When the rapid cooling is performed, the quasicrystal does not grow, and a supersaturated solid solution Al phase containing Mg and Zn in a supersaturation tends to be formed in a large amount, so that a eutectic structure is not formed. The component separation is necessary for the formation of the eutectic structure as in the case where the quasicrystalline phase contains a component element. Therefore, the upper limit of the average cooling rate from 470 to 200 ° C. is set to 30 ° C./second.
Since water cooling, mist cooling, etc. usually obtain a cooling rate of 50 to 1000 ° C./second, the use of these cooling means is not preferred. On the other hand, when slowly cooling in the temperature range of 470 ° C. to 200 ° C., the phase separation of the Al phase repeats bonding, and the proportion of the eutectic structure excellent in ductility becomes extremely reduced as a coarse Al phase, The cooling rate in the temperature range of 470 ° C. to 200 ° C. is set to 3 ° C./second or more. As for the temperature range of the optimum condition, the cooling rate of 5 to 20 ° C./second is the same as the cooling rate in this temperature range.
200℃以下の温度域での冷却については、すでに組織が決定しているため、めっき層内の組織は温度履歴により変化しないが、大気中での冷却を実施する場合は、めっき層表面が緩やかに空気中の酸素と結合して、酸化被膜を形成する。酸化被膜はその後の化成処理や、外観不良等も引き起こす。従って、100℃以下、より好ましくは室温近くまで急冷(ミスト冷却、水冷可)して酸化被膜の生成を抑制することを実施した方が好ましい。例えば、200℃から100℃まで10℃/秒以上で冷却すれば、めっき層表面に形成する酸化被膜は200nm未満であることが確認されており、その後の性能や外観に影響を与えない。
以上により、本実施形態のめっき鋼材が製造される。
For cooling in a temperature range of 200 ° C. or lower, the structure has already been determined, so the structure in the plating layer does not change due to the temperature history, but when cooling in the atmosphere, the surface of the plating layer is gentle. In combination with oxygen in the air, an oxide film is formed. The oxide film also causes a subsequent chemical conversion treatment and a poor appearance. Therefore, it is preferable that the formation of an oxide film is suppressed by rapid cooling (mist cooling or water cooling) to 100 ° C. or lower, more preferably close to room temperature. For example, when cooling from 200 ° C. to 100 ° C. at 10 ° C./second or more, it is confirmed that the oxide film formed on the surface of the plating layer is less than 200 nm, and does not affect the subsequent performance and appearance.
The plated steel material of this embodiment is manufactured by the above.
次にめっき層の解析手段について述べる。
準結晶相の特定には、TEM観察が必須である。めっき鋼材より、FIB加工を使用してTEMサンプルを作製し、準結晶相の存在は、Mg32(Zn、Al)49相の回折像や、放射状の正10角形の電子線回折像により確認できる。めっき成分によっては、Mg32(Zn、Al)49相の回折像が結晶内で部分的に正10角形になることや結晶粒界等で部分的に正10角形の電子線回折像が現れることもある。また、事前に、XRD(X線回折)を実施し、簡易的に、Mg32(Zn、Al)49相、JCPDSカード:PDF#00−019−0029、又は、#00−039−0951で同定できる回折ピークと一致していることを確認することが好ましい。これらの回折ピーク、回折像が得られれば、クラスター構造を有するMg32(Zn、Al)49相、準結晶が存在することが確証できる。
Next, a plating layer analysis means will be described.
TEM observation is essential to specify the quasicrystalline phase. A TEM sample is prepared from the plated steel material using FIB processing, and the presence of the quasicrystalline phase can be confirmed by a diffraction pattern of the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase or a radial regular decagonal electron diffraction pattern. . Depending on the plating component, the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase diffraction image may be partially a regular decagon within the crystal or a regular decagonal electron beam diffraction image may appear at the grain boundary or the like. There is also. In addition, XRD (X-ray diffraction) is performed in advance, and it is simply identified with Mg 32 (Zn, Al) 49 phase, JCPDS card: PDF # 00-019-0029 or # 00-039-0951. It is preferable to confirm that it matches the diffraction peak that can be formed. If these diffraction peaks and diffraction images are obtained, it can be confirmed that the Mg 32 (Zn, Al) 49 phase and quasicrystal having a cluster structure exist.
Al−Mg合金層中の各相の体積分率の測定方法について述べる。めっき層の任意の断面、少なくとも3視野以上(500×500μm)をSEM−反射電子像で撮影する。別途TEM観察によって得られた実験結果から、SEM−反射電子像における準結晶相、共晶組織、Al相を特定する。所定の視野において、成分マッピング像を把握し、めっき層中における準結晶相と同じ成分組成場所を特定し、画像処理によって、めっき層におけるそれぞれの相を特定する。画像解析装置によって、準結晶相領域を範囲選択された画像を用意し、Al−Mg合金層中に占める各相の割合を測定する。同様に処理した3視野からの平均値から、めっき層における準結晶相の面積率を体積分率として採用する。尚、SEM−反射電子像の観察倍率は観察する組織の形状や大きさが特定できるよう調整すればよく、成分マッピングの解像度は分析対象となる組織の成分が特定できるよう調整すればよい。 A method for measuring the volume fraction of each phase in the Al—Mg alloy layer will be described. An arbitrary cross section of the plating layer, at least 3 fields of view (500 × 500 μm) is taken with an SEM-reflected electron image. The quasicrystalline phase, eutectic structure, and Al phase in the SEM-reflected electron image are specified from the experimental results obtained separately by TEM observation. In a predetermined field of view, the component mapping image is grasped, the same component composition location as the quasicrystalline phase in the plating layer is specified, and each phase in the plating layer is specified by image processing. An image in which the range of the quasicrystalline phase region is selected is prepared by an image analyzer, and the ratio of each phase in the Al—Mg alloy layer is measured. The area ratio of the quasicrystalline phase in the plating layer is adopted as the volume fraction from the average value from three similarly processed visual fields. The observation magnification of the SEM-reflected electron image may be adjusted so that the shape and size of the tissue to be observed can be specified, and the resolution of component mapping may be adjusted so that the component of the tissue to be analyzed can be specified.
めっき層中の各相の成分組成の把握には、めっき層断面におけるSEM−EDS、EPMA等による定量分析によって判別する。めっき層の成分の把握には、少なくとも異なる3視野における同様の組織構造の場所から点分析によって成分を把握し、その平均値を採用する。組織の広がりが存在する場合は、EPMAマッピング像から、特定の範囲における組成の平均値を採用する方が正確な値を取得することが可能である。 The component composition of each phase in the plating layer is determined by quantitative analysis using SEM-EDS, EPMA or the like in the cross section of the plating layer. In order to grasp the components of the plating layer, the components are grasped by point analysis from the location of the same structure in at least three different visual fields, and the average value is adopted. When there is tissue spread, it is possible to obtain an accurate value from the EPMA mapping image by adopting the average value of the composition in a specific range.
めっき層全体の成分組成の把握には、地鉄の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、剥離溶液をICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分光法による成分確認が好ましい。意図して添加した元素の他、意図しない通常0.1%未満の不純物元素濃度の測定においては、最小濃度0.005%程度までの成分把握が可能である。Al−Fe合金層の厚みが1μm以上で厚い場合は、酸溶解時間を短くして、Al−Fe合金層を溶解させないように測定用溶液を作製しなければならない。また、別途複数回にようGDSによる定量分析法を利用するか、EPMAライン・マッピング等による成分把握をする方が好ましい。 In order to grasp the component composition of the entire plating layer, it is preferable to dissolve the plating layer in an acid solution to which an inhibitor that suppresses corrosion of the base iron is added, and to confirm the component by ICP (high frequency inductively coupled plasma) emission spectroscopy. In addition to the element added intentionally, in the measurement of the impurity element concentration which is usually less than 0.1% which is not intended, it is possible to grasp the component up to the minimum concentration of about 0.005%. When the thickness of the Al—Fe alloy layer is 1 μm or more, the acid solution time must be shortened to prepare a measurement solution so as not to dissolve the Al—Fe alloy layer. In addition, it is preferable to use a quantitative analysis method by GDS or to grasp the component by EPMA line mapping or the like as multiple times.
めっき層の硬度測定にはビッカース硬度を使用する。μビッカース測定装置等でめっき表面から圧痕をうち、30点平均硬度を求めれば、めっき層のおよその硬度が推定される。 Vickers hardness is used to measure the hardness of the plating layer. If a 30-point average hardness is obtained from an indentation from the plating surface with a μ Vickers measuring device or the like, the approximate hardness of the plating layer can be estimated.
めっき層の加工性は、上記に述べたプレスによるV曲げ試験が好ましい。本発明における加工性の評価において、R値の大きいV曲げにおいてパウダリング量が多くなる傾向にあることは上述のとおりである。より厳しい加工を評価する際には、V曲げ、180℃曲げ、0T曲げ試験を実施して、再度平板に戻した上でテープ剥離を行う、曲げ曲げ戻し試験によって評価することが好ましい。 The workability of the plating layer is preferably a V-bending test using the press described above. In the evaluation of workability in the present invention, the amount of powdering tends to increase in V bending with a large R value as described above. When more severe processing is evaluated, it is preferable to perform a bending and bending back test in which a V-bending, 180 ° C. bending, and 0T bending test is performed and the tape is peeled after returning to a flat plate again.
めっき層の耐食性を評価する場合は、暴露試験による腐食状況の確認が最も好ましいが、塩水噴霧試験(SST)、複合サイクル腐食試験(CCT)等を使用して、短期間で評価することも可能である。所定期間経過後の白錆・赤錆発生状況、及び腐食減量評価によって耐食性の優劣をつける。 When evaluating the corrosion resistance of the plating layer, it is most preferable to check the corrosion status by an exposure test, but it is also possible to evaluate in a short time using a salt spray test (SST), a combined cycle corrosion test (CCT), etc. It is. We give superiority or inferiority in corrosion resistance by evaluating the occurrence of white rust and red rust after a predetermined period of time and evaluating corrosion weight loss.
以下、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the conditions in the examples are one example of conditions adopted for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is limited to this one example of conditions. Is not to be done. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.
表1A及び表1Cに示すめっき層組成となるように、所定量の純金属インゴットを使用して、真空溶解炉で作製し、これを溶解して大気中でめっき浴を建浴した。めっき浴成分は、ICP発光分光分析法を利用して、相違なきことを確認し、めっき浴より製造されためっき層成分もめっき浴と同じ成分になることを確認した。尚、表1A、表1C記載のめっき成分の中で空欄となっているのは当該成分元素を添加しておらず、その濃度が0.005%未満であることを示す。また、Si濃度においては、添加の意図を問わず、ICP分析値を表示した。 A predetermined amount of pure metal ingot was used in a vacuum melting furnace so as to have the plating layer composition shown in Table 1A and Table 1C, and this was melted to build a plating bath in the atmosphere. It was confirmed that the plating bath components were the same using ICP emission spectroscopy, and that the plating layer components produced from the plating bath were the same components as the plating bath. In the plating components shown in Tables 1A and 1C, a blank column indicates that the component element is not added and the concentration is less than 0.005%. In addition, for the Si concentration, the ICP analysis value was displayed regardless of the intention of addition.
めっき鋼材の作製には、バッチ式溶融めっき装置を使用した。めっき浴温は融点+15℃とした。ただし、融点が535℃以下のものは、操業性、組織制御を考慮して全て550℃に設定した。 A batch-type hot dipping apparatus was used for the production of the plated steel material. The plating bath temperature was a melting point + 15 ° C. However, those having a melting point of 535 ° C. or lower were all set to 550 ° C. in consideration of operability and structure control.
本装置は、溶融めっきラインを想定した構造になっており、めっき原板加熱部、スナウト部、溶融めっき浴部、ワイピング部、冷却部が全てN2−5%H2環境下で行える装置である。めっき浴に接するスナウト内の酸素濃度20ppm以下に設定した。めっき浴温度は表1B及び表1Dに示す。 This device has a structure that assumes a hot dipping line, and the plating plate heating part, snout part, hot dipping bath part, wiping part, and cooling part can all be performed in an N 2 -5% H 2 environment. . The oxygen concentration in the snout in contact with the plating bath was set to 20 ppm or less. The plating bath temperature is shown in Table 1B and Table 1D.
めっき原板として、板厚0.8mmの冷延鋼板(炭素濃度0.2質量%)を用いた。鋼板は、100mm×200mmに切断したものをめっきに供した。溶融めっき時の板温はめっき原板中心部の温度をモニタリングした。表1A及び表1Cにおいて、原板の欄にNiと記載した試験例は、上記冷延鋼板にNiめっきを付着量約2.0g/m2で事前にワット浴で施したNiめっき鋼板をめっき原板とした。 A cold-rolled steel plate (carbon concentration: 0.2% by mass) having a thickness of 0.8 mm was used as the plating original plate. The steel plate cut to 100 mm × 200 mm was subjected to plating. The plate temperature during the hot dipping was monitored at the center of the plating plate. In Table 1A and Table 1C, the test example in which Ni is described in the column of the original plate is a Ni-plated steel plate in which Ni plating is applied to the cold-rolled steel plate in a Watt bath in advance with an adhesion amount of about 2.0 g / m 2. It was.
めっき浴浸漬前、酸素濃度を20ppm以下の炉内においてN2−5%H2ガスで、800℃、1分間保持してめっき原板表面を還元し、N2ガスで空冷して浸漬板温度が融点+40℃に到達した後、めっき浴に約3秒浸漬した。めっき浴浸漬後、引上速度100mm/秒で引上げた。引上げ時、N2ワイピングガスでめっき付着量調整を行った。ワイピングは、融点直上+5℃以内で完了している。めっき厚みは20μm(±2μm)で調整した。冷却時に、N2ガス冷却を実施し、表1A及び表1Cに示す冷却速度室温までめっき鋼板を冷却した。このようにして各種のめっき鋼材を製造した。 Before immersion in the plating bath, the surface of the plating original plate is reduced by holding it at 800 ° C. for 1 minute in a furnace having an oxygen concentration of 20 ppm or less with N 2 -5% H 2 gas, and then cooled with N 2 gas to cool the immersion plate temperature. After reaching the melting point + 40 ° C., it was immersed in a plating bath for about 3 seconds. After immersion in the plating bath, the film was pulled up at a pulling rate of 100 mm / sec. At the time of pulling up, the plating adhesion amount was adjusted with N 2 wiping gas. The wiping is completed within + 5 ° C. just above the melting point. The plating thickness was adjusted to 20 μm (± 2 μm). During cooling, N 2 gas cooling was performed, and the plated steel sheets were cooled to the cooling rates shown in Tables 1A and 1C to room temperature. Thus, various plated steel materials were manufactured.
最初にめっき鋼材から10mm角を切り出し、3か所からFIBサンプリングを実施し、円相当径1μm以上の本明細書で定義する準結晶相が確認されたものについては「○」、確認されなかったものは「×」とした。結果を表1B及び表1Dに示す。
準結晶のうち、相内にAl相を分散しておらず、もしくは多角形をしているもので、初晶準結晶と思われるものが観察されたものは、「○」とした。
First, a 10 mm square was cut out from the plated steel material, FIB sampling was performed from three places, and “○” was not confirmed for those in which the quasicrystalline phase defined in this specification having an equivalent circle diameter of 1 μm or more was confirmed. The thing was set as "x". The results are shown in Table 1B and Table 1D.
Among the quasicrystals, those in which the Al phase was not dispersed in the phase or were polygonal, and those that were considered to be primary crystal quasicrystals were observed as “◯”.
さらに、めっき層内部の構成相の体積分率を測定するため、めっき層断面を埋め込み研磨後、SEM−EPMA断面観察を行い、反射電子像、定量・点分析から組織を特定し、めっき層断面における共晶組織、Al相面積率をコンピューター画像解析で算出した。同じめっき鋼板から、3サンプル採取し、3視野の平均値を体積率(面積率)とした。結果を表1B及び表1Dに示す。なお、初晶Al相は、共晶組織に含まれるAlと明確に区別できた。 Furthermore, in order to measure the volume fraction of the constituent phase inside the plating layer, after embedding and polishing the plating layer cross section, SEM-EPMA cross section observation is performed, the structure is identified from the backscattered electron image, quantitative / point analysis, and the plating layer cross section The eutectic structure and the Al phase area ratio were calculated by computer image analysis. Three samples were taken from the same plated steel sheet, and the average value of the three fields of view was taken as the volume ratio (area ratio). The results are shown in Table 1B and Table 1D. The primary Al phase was clearly distinguishable from Al contained in the eutectic structure.
めっき鋼板から30mm角を切り出し、めっき表面においてビッカース硬度を測定した。荷重は10gfとし、平均30点をビッカース硬度とした。
めっき層の海水耐性を調べるために、テープで50mm角の窓を設けためっき鋼板を作製し、人工海水(八洲薬品製)、平均流速3m/分になるように設けられた水槽に浸漬して70時間浸漬した。浸漬後、めっき鋼板表面に付着した腐食生成物を5%クエン酸で取り除き腐食減量を測定した。腐食減量、密度から、腐食減厚みに換算して海水耐性を評価した。評価基準は以下の通りとした。結果を表1B及び表1Dに示す。
A 30 mm square was cut out from the plated steel sheet, and the Vickers hardness was measured on the plated surface. The load was 10 gf, and an average of 30 points was Vickers hardness.
In order to investigate the seawater resistance of the plating layer, a plated steel sheet with a 50 mm square window is prepared with tape and immersed in an artificial seawater (manufactured by Yashima Pharmaceutical) and a water tank provided with an average flow rate of 3 m / min. Soaked for 70 hours. After immersion, the corrosion products adhering to the surface of the plated steel sheet were removed with 5% citric acid, and the corrosion weight loss was measured. Seawater resistance was evaluated in terms of corrosion weight loss and density, converted to corrosion thickness reduction. The evaluation criteria were as follows. The results are shown in Table 1B and Table 1D.
AAA:腐食減厚が1μm未満
A:腐食減厚が1〜3μm
B:腐食減厚が3μm超
AAA: Corrosion thickness is less than 1 μm A: Corrosion thickness is 1 to 3 μm
B: Corrosion thickness is over 3μm
めっき層の加工性を評価するため、V曲げ加工(JIS Z 2248)を使用した。めっき鋼板を50×90mmに切断し、1R−90°V字金型プレスで成型体を使用した。さらに厳しい加工性を評価するために、5R−90°V字金型プレスで成型体を使用した。準結晶を含有する硬質なめっき鋼板においては、R値が緩い方が剥離面積は大きくなる傾向にある。谷部においてテープ剥離を実施した。曲げ加工部上に巾24mmのセロハンテープを押し当てて引き離し、セロハンテープの長さ90mmの部分を目視で判断した。評価基準は以下の通りとした。結果を表1B及び表1Dに示す。 In order to evaluate the workability of the plating layer, V bending (JIS Z 2248) was used. The plated steel plate was cut into 50 × 90 mm, and the molded body was used with a 1R-90 ° V-shaped die press. In order to evaluate more severe workability, the molded body was used with a 5R-90 ° V-shaped die press. In a hard plated steel sheet containing a quasicrystal, the peeled area tends to increase when the R value is looser. Tape peeling was performed in the valley. A cellophane tape having a width of 24 mm was pressed against the bent portion and pulled apart, and a 90 mm long portion of the cellophane tape was visually determined. The evaluation criteria were as follows. The results are shown in Table 1B and Table 1D.
AAA:剥離部分が発生せず
AA:剥離部分が点状に部分的に剥離(加工部面積に対して5%未満)
A:剥離部分が線上に剥離した部分がある(加工部面積に対して5〜20%未満)
B:剥離部分がほぼ剥離 (加工部面積に対して20%以上)
AAA: Peeling part does not occur AA: Peeling part is partly peeled off (less than 5% with respect to the processed part area)
A: There is a part where the peeled part is peeled on the line (less than 5 to 20% with respect to the processed part area)
B: Exfoliation part is almost exfoliation (20% or more with respect to the processing part area)
より厳しい加工を評価するために2R−90°V字金型プレスで成型した後、さらに平板金型で平板に曲げ戻し加工を実施する。V字加工後、谷部だった場所に、巾24mmのセロハンテープを押し当てて引き離し、セロハンテープの長さ90mmの部分を目視で判断した。評価基準は以下の通りとした。結果を表1B及び表1Dに示す。 In order to evaluate more severe processing, after molding with a 2R-90 ° V-shaped die press, a flat plate is further bent back into a flat plate. After processing the V-shape, a cellophane tape having a width of 24 mm was pressed against the place where it was a valley, and the cellophane tape was pulled apart to visually determine the portion of the cellophane tape having a length of 90 mm. The evaluation criteria were as follows. The results are shown in Table 1B and Table 1D.
AAA:剥離部分が発生せず
AA:剥離部分が点状に部分的に剥離(加工部面積に対して5%未満)
A:剥離部分が線上に剥離した部分がある(加工部面積に対して5〜20%未満)
B:剥離部分がほぼ剥離 (加工部面積に対して20%以上)
AAA: Peeling part does not occur AA: Peeling part is partly peeled off (less than 5% with respect to the processed part area)
A: There is a part where the peeled part is peeled on the line (less than 5 to 20% with respect to the processed part area)
B: Exfoliation part is almost exfoliation (20% or more with respect to the processing part area)
加工部耐食性は、V字加工後のサンプル5R−90°V字曲げサンプル、及び2R−90°曲げ曲戻し平板サンプルを使用して評価した(テープ剥離試験実施済みサンプルを使用している。)。V曲げ谷部を上面にして、もしくは、谷部後曲げ戻し部を上面にしてJASOM609−91を使用して、いずれの場合も、加工部からの赤錆発生で判定した。評価基準は以下の通りとした。結果を表1B及び表1Dに示す。 The processed portion corrosion resistance was evaluated using a sample 5R-90 ° V-bend sample after V-shaped processing and a 2R-90 ° bent-back flat plate sample (samples subjected to tape peeling test were used). . JASOM 609-91 was used with the V-bent valley as the upper surface, or the valley-back bent back portion as the upper surface, and in each case, determination was made based on the occurrence of red rust from the processed portion. The evaluation criteria were as follows. The results are shown in Table 1B and Table 1D.
AAA:JASO 240サイクル後の赤錆なし
A:JASO 180〜240サイクル後の赤錆なし
B:JASO 180サイクル未満で赤錆発生
AAA: No red rust after 240 cycles of JASO A: No red rust after 180-240 cycles of JASO B: Red rust occurs in less than 180 cycles of JASO
高湿度環境下でのめっき外観変化を確認するため、めっき鋼板切り板サンプル(50×50mm)を大気環境下、温度85℃、湿度98%の恒温恒湿槽内に2週間放置し、試験後の外観を目視で評価した。結果を表1B及び表1Dに示す。 In order to confirm the change in appearance of the plating under high humidity environment, the plated steel sheet sample (50x50mm) was left in a constant temperature and humidity chamber at 85 ° C and 98% humidity for 2 weeks in the atmospheric environment. The appearance of was visually evaluated. The results are shown in Table 1B and Table 1D.
AAA:黄変・黒変観察されず(黄変面積5%未満)
AA:黄変有(黄変面積5%以上)
A:黄変に加え、黒変有(黄変または黒変面積5%以上)
AAA: Yellowing / blackening not observed (yellowing area less than 5%)
AA: Yellowing present (yellowing area 5% or more)
A: In addition to yellowing, blackening (yellowing or blackening area 5% or more)
表1A〜表1Dに示すように、本発明のめっき鋼材は、耐食性及び加工性の両方に優れていることがわかる。
特に、No.28、34、35、36、40及び45は、Al−Mg合金層の化学成分組成が、Zn:5%〜65%、Mg:2.5%〜30%、Ca:0.1%〜3%、Y:0%〜3%、La:0%〜3%、Ce:0%〜3%の条件を満たし、かつ、10体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の共晶組織とを含み、初晶Al相と共晶組織が合計で70体積%以上なので、耐食性及び加工性がより向上した。
また、No.42、43、47、50、52、53、54、55、58、59、60、61、62、63、64、65及び66は、Al−Mg合金層の化学成分組成が、Zn:5%〜58%、Mg:2.5%〜25%の条件を満たし、かつ、35体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の共晶組織とを含み、初晶Al相と共晶組織が合計で85体積%以上なので、耐食性及び加工性がより一層向上した。
As shown in Table 1A to Table 1D, it can be seen that the plated steel material of the present invention is excellent in both corrosion resistance and workability.
In particular, no. 28, 34, 35, 36, 40 and 45, the chemical composition of the Al—Mg alloy layer is Zn: 5% to 65%, Mg: 2.5% to 30%, Ca: 0.1% to 3 %, Y: 0% to 3%, La: 0% to 3%, Ce: 0% to 3%, 10% by volume or more of primary Al phase and 5% by volume or more of eutectic In addition, since the primary Al phase and the eutectic structure are 70% by volume or more in total, the corrosion resistance and workability are further improved.
No. 42, 43, 47, 50, 52, 53, 54, 55, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 and 66, the chemical composition of the Al-Mg alloy layer is Zn: 5% ~ 58%, Mg: satisfying the conditions of 2.5% to 25%, and containing 35% by volume or more of primary Al phase and 5% by volume or more of eutectic structure, primary crystal Al phase and eutectic Since the structure is 85% by volume or more in total, the corrosion resistance and workability are further improved.
一方、比較例のめっき鋼材は、耐食性及び加工性の評価項目において「B」評価が含まれており、耐食性または加工性のいずれか一方または両方が満足しない結果となった。 On the other hand, the plated steel material of the comparative example included “B” evaluation in the evaluation items of corrosion resistance and workability, and either or both of corrosion resistance and workability were not satisfied.
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。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but 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 come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1…準結晶相、2…共晶組織、3…Al相、4…共晶組織、5…準結晶相、6…Al相。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Quasicrystalline phase, 2 ... Eutectic structure, 3 ... Al phase, 4 ... Eutectic structure, 5 ... Quasicrystalline phase, 6 ... Al phase.
Claims (5)
前記Al−Fe合金層は、前記鋼材表面に形成され、厚さが100nm以上15μm以下であり、
前記Al−Mg合金層は、前記Al−Fe合金層上に形成され、平均円相当径が1μm超の準結晶相と、前記準結晶相内に分散した結晶粒径2μm以下のAl相とを含む共晶組織が5体積%以上含有され、
前記Al−Mg合金層の化学成分組成が、質量%で、
Zn:5%〜83%、
Mg:2.5%〜35%、
Ca:0%〜5%、
Y :0%〜3.5%、
La:0%〜3.5%、
Ce:0%〜3.5%、
Si:0%〜10%、
Cr:0%〜2.5%、
Ti:0%〜2.5%、
Ni:0%〜2.5%、
Co:0%〜0.5%、
V :0%〜0.5%、
Nb:0%〜0.5%、
Cu:0%〜2.5%、
Sn:0%〜2.5%、
Fe:0%〜3%、
Mn:0%〜2.5%、
Sr:0%〜0.5%、
Sb:0%〜0.5%、
Pb:0%〜0.5%
を含有し、Ca+Y+La+Ce≦5を満たし、残部がAl及び不純物からなるAl−Mg系溶融めっき鋼材。 A steel material, and a plating layer including an Al-Fe alloy layer and an Al-Mg alloy layer disposed on the surface of the steel material,
The Al-Fe alloy layer is formed on the surface of the steel material, and has a thickness of 100 nm or more and 15 μm or less.
The Al—Mg alloy layer is formed on the Al—Fe alloy layer, and includes a quasicrystalline phase having an average equivalent circle diameter of more than 1 μm and an Al phase having a crystal grain size of 2 μm or less dispersed in the quasicrystalline phase. Containing eutectic structure containing 5% by volume or more,
The chemical component composition of the Al-Mg alloy layer is mass%,
Zn: 5% to 83%,
Mg: 2.5% to 35%,
Ca: 0% to 5%,
Y: 0% to 3.5%,
La: 0% to 3.5%,
Ce: 0% to 3.5%
Si: 0% to 10%,
Cr: 0% to 2.5%
Ti: 0% to 2.5%,
Ni: 0% to 2.5%,
Co: 0% to 0.5%,
V: 0% to 0.5%,
Nb: 0% to 0.5%,
Cu: 0% to 2.5%,
Sn: 0% to 2.5%
Fe: 0% to 3%,
Mn: 0% to 2.5%
Sr: 0% to 0.5%,
Sb: 0% to 0.5%,
Pb: 0% to 0.5%
An Al—Mg based hot-dip galvanized steel material satisfying Ca + Y + La + Ce ≦ 5, and the balance being made of Al and impurities.
Zn:5%〜65%、
Mg:2.5%〜30%、
Ca:0.1%〜3%、
Y :0%〜3%、
La:0%〜3%、
Ce:0%〜3%の条件を満たし、
前記Al−Mg合金層中に、10体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の前記共晶組織とを含み、更に、前記初晶Al相と前記共晶組織が合計で70体積%以上含む請求項1に記載のAl−Mg系溶融めっき鋼材。 The chemical component composition of the Al-Mg alloy layer is
Zn: 5% to 65%
Mg: 2.5% to 30%,
Ca: 0.1% to 3%,
Y: 0% to 3%
La: 0% to 3%,
Ce: satisfies the condition of 0% to 3%,
The Al—Mg alloy layer includes 10 volume% or more of primary crystal Al phase and 5 volume% or more of the eutectic structure, and the primary crystal Al phase and the eutectic structure total 70 volumes. The Al—Mg hot-dip galvanized steel material according to claim 1, which includes at least%.
Zn:5%〜58%、
Mg:2.5%〜25%の条件を満たし、
前記Al−Mg合金層中に、35体積%以上の初晶Al相と、5体積%以上の前記共晶組織とを含み、更に、前記初晶Al相と前記共晶組織が合計で85体積%以上含む請求項1または請求項2に記載のAl−Mg系溶融めっき鋼材。 The chemical component composition of the Al-Mg alloy layer is
Zn: 5% to 58%
Mg: satisfying the condition of 2.5% to 25%,
The Al—Mg alloy layer contains 35% by volume or more of primary crystal Al phase and 5% by volume or more of the eutectic structure, and the primary crystal Al phase and the eutectic structure total 85 volumes. The Al—Mg-based hot-dip galvanized steel material according to claim 1 or claim 2 containing at least%.
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