特表 2022-551899 加工性及び耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-14

(54)【発明の名称】加工性及び耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 2/12 20060101AFI20221207BHJP

   C23C 2/28 20060101ALI20221207BHJP

   C23C 2/40 20060101ALI20221207BHJP

   C23C 2/26 20060101ALI20221207BHJP

   C22C 21/00 20060101ALI20221207BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20221207BHJP

   C22C 38/04 20060101ALI20221207BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

C23C2/12

C23C2/28

C23C2/40

C23C2/26

C22C21/00 M

C22C38/00 301T

C22C38/04

C21D9/00 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022521589

(86)(22)【出願日】2020-12-18

(85)【翻訳文提出日】2022-04-11

(86)【国際出願番号】 KR2020018688

(87)【国際公開番号】W WO2021125887

(87)【国際公開日】2021-06-24

(31)【優先権主張番号】10-2019-0172332

(32)【優先日】2019-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】592000691

【氏名又は名称】ポスコ

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＳＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】イ、 スク－キュ

(72)【発明者】

【氏名】ホワン、 ヒョン－ソク

(72)【発明者】

【氏名】キム、 ミョン－ス

(72)【発明者】

【氏名】オー、 ジョン－ギ

(72)【発明者】

【氏名】ミン、 クワン－チ

【テーマコード（参考）】

4K027

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K027AA05

4K027AA23

4K027AB02

4K027AB05

4K027AB48

4K027AC72

4K027AC73

4K027AE23

4K042AA25

4K042BA06

4K042BA14

4K042CA02

4K042CA12

(57)【要約】

本発明は、加工性及び耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板及びこの製造方法に関するものであって、より詳細には熱間成形時に発生するマイクロクラックの発生を抑制し、さらに、焼付性及び耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板及びその製造方法に関するものである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

素地鋼板；及び
前記素地鋼板上に形成された合金化めっき層を含み、
前記合金化めっき層は重量％で、Ｆｅ：３０～５０％、Ｚｎ：１～２０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含み、
前記合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さが２．５μｍ以下である、アルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項2】

前記合金化めっき層の厚さは５～２５μｍである、請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項3】

前記合金化めっき層は、Ｆｅ_２Ａｌ_５の合金相を相分率で、８０％以上含む、請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項4】

前記合金化めっき層内のＡｌ含有量は、重量％で、４０．５～５３．９％である、請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項5】

前記素地鋼板は、重量％で、Ｃ：０．０５～０．３％、Ｓｉ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．５～８％、Ｂ：５０ｐｐｍ以下、残部Ｆｅ及びその他の不可避不純物を含む、請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項6】

前記合金化めっき層内のＳｉ含有量は、重量％で、０．１～０．５％である、請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項7】

熱間プレス成形に用いられるアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法であって、
素地鋼板を用意する段階；
前記素地鋼板を、重量％で、Ｚｎ：３～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴に浸漬してアルミニウムめっき鋼板を得る段階；
アルミニウムめっき後、２００～３００℃で加熱された空気を前記アルミニウムめっき鋼板に供給してアルミニウムめっき鋼板の表面に酸化皮膜を形成する冷却段階；及び
前記冷却後に連続して６５０～７５０℃の加熱温度範囲で１～２０秒維持して熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化によってアルミニウム系合金めっき鋼板を得る段階；を含む、アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項8】

前記合金化処理後に冷却する段階をさらに含む、請求項７に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項9】

前記めっき時の片面当たりのめっき量は２０～１００ｇ／ｍ^２の範囲である、請求項７に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項10】

前記合金化処理後の冷却は空冷である、請求項８に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項11】

前記酸化皮膜は、表面に溶融アルミニウムめっき層の全厚さに対して１０％以上形成される、請求項７に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項12】

下記関係式１を満たすように合金化温度を制御する、請求項７に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。
［関係式１］
１６０－０．４１×［Ｔ］＋３．３５×１０^－４×［Ｔ^２］－０．３×［ｗｔ％Ｚｎ］－３×［ｗｔ％Ｓｉ］≦［ｗｔ％Ｆｅ］≦１８０－０．４１×［Ｔ］＋３．３５×１０^－４×［Ｔ^２］－０．３×［ｗｔ％Ｚｎ］－３×［ｗｔ％Ｓｉ］
［前記関係式１において、［Ｔ］は合金化熱処理温度（℃）を表し、［ｗｔ％Ｚｎ］はめっき浴におけるＺｎ重量％含有量を表し、［ｗｔ％Ｓｉ］はめっき浴におけるＳｉ重量％含有量を表し、［ｗｔ％Ｆｅ］は合金化めっき層におけるＦｅ重量％含有量を表す。］

【請求項13】

請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板を熱間プレス成形して得られる、熱間成形部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工性及び耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、熱間成形のためにアルミニウム（Ａｌ）めっき鋼板や亜鉛（Ｚｎ）めっき鋼板が用いられているが、マイクロクラックが発生したり、熱処理時に形成された合金相によって耐食性が劣化する問題点があった。また、熱間成形時にめっき層の液化が発生してロールに融着する問題点があり、９００℃まで急速に昇温させることができず生産性が低下する問題もあった。また、アルミニウム系めっき鋼板の場合には、アルミニウムの犠牲防食性がないため、加工後の耐食性が問題となる場合がある。

【0003】

このような耐食性及び熱間成形性を改善するために、従来において、めっき浴中にＳｉを４％以下添加し、合金化温度７００℃及び合金化時間２０秒にしてめっき層を合金化したアルミニウム合金化めっき鋼板が開示されている。

【0004】

しかしながら、上記条件では、合金化時間が２０秒と長時間かかるため、実践で合金化処理することに困難があり、合金化後に強い冷却が必要であるという問題点がある。また、Ｓｉ含有量が減少するにつれてめっき浴温度が７００℃程度と非常に高くなるため、めっき浴に浸漬されているシンクロールなどの構造物の耐久性が著しく低下する問題点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】韓国特許公開公報１９９７－００４３２５０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一側面によると、熱間成形時に発生するマイクロクラックの発生を抑制し、かつ焼付性及び耐食性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板及びその製造方法を提供しようとする。

【0007】

本発明の課題は、上述した内容に限定されない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、誰でも本発明の明細書の全体にわたる内容から本発明のさらなる課題を理解するのに困難がない。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面は、
素地鋼板；及び
上記素地鋼板上に形成された合金化めっき層を含み、
上記合金化めっき層は重量％で、Ｆｅ：３０～５０％、Ｚｎ：１～２０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含み、
上記合金化めっき層と素地鋼板の界面粗さが２．５μｍ以下である、アルミニウム系合金めっき鋼板を提供する。

【0009】

さらに、本発明のまた別の一側面は、
熱間プレス成形に用いられるアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法であって、
素地鋼板を用意する段階；
上記素地鋼板を、重量％で、Ｚｎ：３～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴に浸漬してアルミニウムめっき鋼板を得る段階；
アルミニウムめっき後、２００～３００℃で加熱された空気を上記アルミニウムめっき鋼板に供給してアルミニウムめっき鋼板の表面に酸化皮膜を形成する冷却段階；及び
上記冷却後に連続して６５０～７５０℃の加熱温度範囲で１～２０秒維持して熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化によってアルミニウム系合金めっき鋼板を得る段階；を含む、アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法を提供する。

【0010】

また、本発明のまた他の一側面は、上述したアルミニウム系合金めっき鋼板を熱間プレス成形して得られる熱間成形部材を提供する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、熱間成形時に発生するマイクロクラックを抑制し、焼付性及び耐食性を向上させたアルミニウム系合金めっき鋼板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】比較例４によって製造されたアルミニウム系合金めっき鋼板の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した写真である。

【図2】発明例１によって製造されたアルミニウム系合金めっき鋼板の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した写真である。

【図3】発明例１から形成された合金化めっき層についてＸＲＤ（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；Ｘ線回折法）を用いて相分析した結果を示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明について詳細に説明する。まず、本発明の一側面であるアルミニウム系合金めっき鋼板について詳細に説明する。

【0014】

従来の技術はアルミニウムめっき浴にＳｉを多量添加することで、めっき層に緻密なＦｅ－Ａｌ－Ｓｉの合金相が形成され、素地鉄がめっき層に拡散することを抑制した。これにより、高い合金化温度及び長い合金化時間が必要であった。

【0015】

これを改善するために、Ｓｉ含有量を０．５～４％の範囲に制限してオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化を試みたが、Ｓｉ含有量が減少するにつれてＡｌ－Ｆｅの合金相が早く生成され、めっき層の融点が高くなる問題点があった。これにより、素地鉄のＦｅがめっき層への拡散が抑制されることによって、オンラインで合金化させ難いという問題点がある。

【0016】

そこで、本発明者らは、上述した従来技術の問題点を解決するため鋭意検討した結果、合金化めっき層の組成及び合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さを制御することにより、上述した従来技術の問題点を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0017】

したがって、本発明によると、２０秒以下の比較的短時間でめっき層の合金化が可能となり、同時に焼付性、耐食性及びめっき層の密着性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板を効果的に提供することができる。

【0018】

［アルミニウム系合金めっき鋼板］
すなわち、本発明の一側面は、
素地鋼板；及び
上記素地鋼板上に形成された合金化めっき層を含み、
上記合金化めっき層は重量％で、Ｆｅ：３０～５０％、Ｚｎ：１～２０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含み、
上記合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さが２．５μｍ以下であるアルミニウム系合金めっき鋼板を提供する。

【0019】

本発明の一側面に係るアルミニウム系合金めっき鋼板は、素地鋼板及び上記素地鋼板上に形成された合金化めっき層を含み、上記合金化めっき層は、素地鋼板の一面または両面に形成されることができる。

【0020】

本発明の一側面によると、上記合金化めっき層は重量％で、Ｆｅ：３０～５０％、Ｚｎ：１～２０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含む組成を有することができる。このとき、上記合金化めっき層は選択的に、Ｍｎ：３％以下（０％含む）をさらに含むことができ、より好ましくはＭｎ：２％以下（０％含む）をさらに含むことができる。

【0021】

本発明の一側面によると、上記合金化めっき層において、Ｚｎはめっき鋼板の焼付性及び耐食性を向上させるだけでなく、合金化処理後の合金化めっき層の密着性を向上させる重要な役割を果たす。したがって、上記合金化めっき層内のＺｎ含有量が１～２０％であることが好ましい。上記合金化めっき層内のＺｎ含有量が１％未満であると、耐食性の効果が期待できず、上記合金化めっき層内のＺｎ含有量が２０％を超過すると、めっき密着性が劣る問題がある。

【0022】

また、上記合金化めっき層内のＳｉ含有量は０．１～１．５％に制御する。上記合金化めっき層内のＳｉ含有量が０．１％未満であると、合金化めっき層と素地鋼板との間の界面粗さが大きくなり過ぎてめっき層が密着性確保の側面で問題が生じ、上記合金化めっき層内のＳｉ含有量が１．５％を超過すると、Ｆｅ－Ａｌの合金相にＳｉが固溶することで、素地鉄から拡散するＦｅの拡散を抑制することができ、これにより合金化温度が高くなることがあるため、好ましくない。

【0023】

また、本発明の一側面によると、上記合金化めっき層は、選択的にＭｎをさらに含むことができ、これは素地鋼板をアルミニウムめっき浴に浸漬してめっきした後、合金化熱処理を介して素地鋼板に含まれる成分であるＭｎがめっき層側に流入するためである。このような拡散の結果、アルミニウム系合金めっき鋼板の合金化めっき層内には、２％以下のＭｎをさらに含むことができる。Ｍｎ含有量の上限は、めっき密着性の確保の面で２％以下であることが好ましい。Ｍｎは、Ａｌ－Ｆｅ合金相の形成においてＦｅを置換する元素として、素地鉄との密着性を向上させる役割を果たすが、２％以上である場合、Ａｌ－Ｆｅの合金相が緻密なＡｌ－Ｆｅ（Ｍｎ）相に形成されて合金化が遅延されることがある。また、合金化めっき層内のＭｎ含有量は０％である場合を含むため、その下限は別途限定しない。

【0024】

また、本発明の一側面によると、上述した合金化処理によって素地鋼板に含まれるＦｅなどの成分が拡散し、合金化めっき層において、Ｆｅ含有量は重量％で、３０～５０％であることが好ましく、より好ましくは３６～４８％であることができる。上述した組成を満たすことによって本発明で目的とする焼付性、耐食性を確保することができ、まためっき層の密着性も確保することができる。

【0025】

また、本発明の一側面によると、上記合金化めっき層において、Ａｌ含有量は４０～６０％であることが本発明の目的達成のために好ましく、４０．５～５３．９％であることがより好ましい。上記合金化めっき層内のＡｌ含有量を４０％以上として、高融点を有するＦｅ－Ａｌ合金相を形成することで、焼付性及びマイクロクラック発生の抑制効果があり、上記合金化めっき層内のＡｌ含有量を６０％以上である場合、Ａｌ－ｂａｓｅ合金相形成により融点が低くなって熱処理時に焼付性が劣化する問題点がある。

【0026】

また、本発明の一側面によると、上記合金化めっき層の厚さは５～２５μｍであることができる。上記合金化めっき層の厚さを５μｍ以上とすることで耐食性を確保することができ、２５μｍ以下とすることで溶接性を確保することができる。したがって、本発明において合金化めっき層の厚さは５～２５μｍであることが好ましく、より好ましくは５～２０μｍであることができる。

【0027】

一方、本発明の一側面によると、上記合金化めっき層は、上述した製造過程中でめっき後の合金化処理によって、素地鋼板に含まれるＦｅ（またはＭｎ）などは、Ａｌ及びＺｎの含有量が高いアルミニウムめっき層に拡散し、その結果、主にＦｅ及びＡｌの金属間化合物からなる合金化めっき層が形成されることができる。

【0028】

特にこれを限定するものではないが、上記合金化めっき層を主に成すＦｅ－Ａｌ系金属間化合物の合金相としては、Ｆｅ_３Ａｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、ＦｅＡｌ_３などが挙げられ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｉなどの元素は、上記合金化めっき層内に固溶して存在することができる。

【0029】

特に、本発明の一側面によると、上記単層の合金化めっき層は、Ｆｅ_２Ａｌ_５の合金相を相分率で、８０％以上含むことができ、より好ましくはＦｅ_２Ａｌ_５の合金相を９０％以上含むことができる。また、本発明の一側面によると、上記単層の合金化めっき層は、Ｆｅ_２Ａｌ_５をベースに（すなわち、相分率で８０％以上）Ｚｎ、Ｍｎ及び／またはＳｉなどが固溶した合金相からなることができる。

【0030】

また、本発明の一側面によると、上記合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さが２．５μｍ以下であり、より好ましくは０．０３～２．５μｍの範囲であることができる。これにより、良好なめっき層の密着性を確保することができる。なお、本明細書において、上記界面粗さ（Ｒａ）とは、合金化めっき層と素地鋼板との間に形成された界面について、下記数学式１のようにプロファイル中心線から上／下にずれる程度を算術的に計算した平均値を意味する。したがって、数学的には、粗さ曲線のすべての山（ｐｅａｋ）と谷（ｖａｌｌｙ）の面積の合計と同一面積を有する長方形の面積の高さ（振幅）に該当する。このとき、上記界面粗さ（Ｒａ）はアルミニウム系合金めっき鋼板に対する厚さ方向（圧延方向と垂直な方向を意味する）への断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、合金化めっき層と素地鋼板の界面を観察することによって測定することができる。
［数学式１］

【数1】

（上記数学式１において、Ｒａは上述の合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さを表し、ｌは測定しようとする界面線の全長さを表し、Ｚ（ｘ）はｘ軸の長さ方向に沿った界面線の位置変化を表す関数である。）

【0031】

本発明の一側面によると、上述しためっき鋼板に含まれる素地鋼板は、熱間プレス成形用鋼板として、熱間プレス成形に用いられる限り、特に限定しない。但し、一つの非制限的な例を挙げると、素地鋼板としてＭｎを１～１０％の範囲で含む鋼板を用いることができる。或いは、より好ましくは素地鋼板として、重量％で、Ｃ：０．０５～０．３％、Ｓｉ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．５～８％、Ｂ：５０ｐｐｍ以下、残部Ｆｅ及びその他の不可避不純物を含む組成を有する素地鋼板を用いることができる。

【0032】

すなわち、本発明によると、熱間成形時に発生するプレスダイ（ｄｉｅ）やロールに付着するめっき層の焼付を抑制することができるとともに、耐食性及びめっき層の密着性に優れたアルミニウム系合金めっき鋼板を提供することができる。

【0033】

［アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法］
以下、本発明の一側面に係る熱間プレス成形に用いられる、アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法に対する一例を説明すると、以下のとおりである。但し、下記の熱間プレス成形用アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法は一例として、本発明の熱間プレス成形用アルミニウム系合金めっき鋼板が必ずしも本製造方法によって製造される必要があるとの意味ではない。

【0034】

本発明のまた他の一側面は、
熱間プレス成形に用いられるアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法であって、
素地鋼板を用意する段階；
上記素地鋼板を、重量％で、Ｚｎ：３～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴に浸漬してアルミニウムめっき鋼板を得る段階；
アルミニウムめっき後、２００～３００℃で加熱された空気を上記アルミニウムめっき鋼板に供給してアルミニウムめっき鋼板の表面に酸化皮膜を形成する冷却段階；及び
上記冷却後に連続して６５０～７５０℃の加熱温度範囲で１～２０秒維持して熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化によってアルミニウム系合金めっき鋼板を得る段階；を含む、アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法を提供する。

【0035】

まず、アルミニウム合金めっき鋼板を製造するために素地鋼板を用意する。上記素地鋼板については、上述の説明を同様に適用することができる。

【0036】

次に、本発明の一側面に係るアルミニウム系合金めっき鋼板は、素地鋼板の表面に重量％で、Ｚｎ：３～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴を用いて溶融アルミニウムめっきを行い、めっき工程に連続して冷却した後、続いてすぐ熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化処理を行うことで得られる。

【0037】

具体的には、素地鋼板を溶融アルミニウムめっき浴に浸漬してめっきを行い、上記めっき浴の組成は、Ｚｎ：３～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むことができ、より好ましくは、Ｚｎ：５～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むことができる。または、上記溶融アルミニウムめっき浴は、Ｚｎ：５％以上３０％以下、Ｓｉ：０．１％以上０．５％未満、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むこともできる。

【0038】

また、本発明の一側面によると、上記アルミニウムめっき浴には、本発明の目的を損なわない範囲で追加の元素をさらに添加することができる。

【0039】

本発明の一側面によると、上記アルミニウムめっき浴に添加されるＺｎは重量％で、３～３０％添加することが好ましい。上記Ｚｎ含有量が３０％を超えると、めっき浴のアッシュ（ａｓｈ）が多量発生するため、粉塵発生などにより作業性が劣る問題が生じる。また、上記Ｚｎ含有量が３％未満であると、めっき浴の溶融点が大きく減少せず、合金化時のＺｎの蒸発によりめっき層中にＺｎが残留しなくなって、耐食性の向上が得られない。但し、本発明の効果をより極大化するために、上記Ｚｎ含有量の下限は５％であることが好ましく、上記Ｚｎ含有量の上限は２０％であることがより好ましい。

【0040】

また、本発明の一側面によると、上記アルミニウムめっき浴に添加されるＳｉは重量％で、０．１～１．５％であることが好ましい。上記アルミニウムめっき浴中のＳｉ含有量が０．１％未満であると合金化めっき層と素地鋼板との間の界面粗さが大きくなり過ぎてめっき密着性の向上効果が得られず、上記アルミニウムめっき浴中のＳｉ含有量が１．５％を超過するとＦｅ－Ａｌの合金相にＳｉが固溶することで、素地鉄から拡散するＦｅの拡散を抑制するため、合金化温度が高くなる問題点がある。

【0041】

一方、本発明の一側面によると、上記めっき浴の温度は、めっき浴の溶融点（Ｔｂ）に対して２０～５０℃程度高く管理（すなわち、Ｔｂ＋２０℃～Ｔｂ＋５０℃の範囲に制御）することが好ましい。上記めっき浴の温度をＴｂ＋２０℃以上に制御することで、めっき浴の流動性によるめっき付着量の制御が可能となり、上記めっき浴の温度をＴｂ＋５０℃以下に制御することで、めっき浴中の構造物浸食を防止することができる。

【0042】

また、本発明の一側面によると、上記めっき時の片面当たりのめっき量（めっき層の片面当たりの付着量）は２０～１００ｇ／ｍ^２であることができ、これは素地鋼板を溶融アルミニウムめっき浴に浸漬した後、エアワイピング（ａｉｒ ｗｉｐｐｉｎｇ）工程を適用することで制御され得る。上記めっき時の片面当たりのめっき量が２０ｇ／ｍ^２以上であると、耐食性効果が発揮され、上記めっき時の片面当たりのめっき量が１００ｇ／ｍ^２以下であると、めっき層を全体的に合金化可能となる効果がある。

【0043】

次いで、アルミニウムめっき後、２００～３００℃で加熱された空気を上記アルミニウムめっき鋼板に供給してアルミニウムめっき鋼板の表面に酸化皮膜を形成するように冷却することができる。このような冷却段階は、均一な合金層を形成する手段であるという点で本発明において重要である。すなわち、冷却時に２００～３００℃で加熱された空気をアルミニウムめっき鋼板に供給して露出させることで、アルミニウムめっき鋼板の表面には酸化皮膜（アルミニウム酸化膜；ＡｌＯ_ｘ）を形成する。

【0044】

本発明の一側面によると、上述したように合金化処理前に、酸化皮膜をアルミニウムめっき鋼板の表面に溶融アルミニウムめっき層の全厚さに対して１０％以上（より好ましくは１０％以上２０％以下）形成することができる。上述したように、酸化皮膜を１０％以上形成することで、めっき層に含まれるＺｎが合金化処理過程で揮発することを防止することができ、これにより優れた焼付性、耐食性及びめっき層の密着性を確保することができる。

【0045】

次に、上述した冷却後にすぐ連続して熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化処理を行うことができる。このような合金化熱処理によって素地鋼板のＦｅ及び／またはＭｎがアルミニウムめっき層に拡散し、これによりめっき層の合金化が行われることができる。

【0046】

具体的には、本発明において、上記合金化熱処理温度は６５０～７５０℃の範囲であり、維持時間は１～２０秒であることができる。本発明において、オンライン合金化処理は、溶融アルミニウムめっき後に昇温して熱処理する工程を意味する。本発明によるオンライン合金化熱処理方式では、溶融アルミニウムめっき後にめっき層が冷却されて固まる前に合金化のための熱処理が開始されるため、短時間で合金化が可能である。従来知られているアルミニウムめっき鋼板のめっき層の成分系では合金化速度が遅くて短時間で十分な合金化を完了させることができなかったため、めっきの直後にすぐ熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化方法を適用することが難しかった。しかしながら、本発明では、合金化速度に影響を及ぼすめっき浴の組成及び製造条件などを制御することで、１～２０秒の比較的短い熱処理時間にも関わらず、アルミニウムめっき層の合金化を達成することができる。

【0047】

本発明の一側面によると、上記合金化熱処理温度は６５０～７５０℃の範囲であることができる。上記合金化熱処理温度は熱処理される鋼板の表面温度を基準とし、上記熱処理温度が６５０℃未満であると、めっき層の合金化が不十分となる問題が発生することがあり、一方、上記熱処理温度が７５０℃を超えると、過合金化して密着性が劣化するだけでなく、合金化された鋼板の冷却が容易でないため、トップロール（ｔｏｐ ｒｏｌｌ）にめっき層が脱落してロールに付着する問題が生じる。

【0048】

また、本発明の一側面によると、上記合金化熱処理時の維持時間は１～２０秒の範囲で行うことができる。本発明において、上記合金化熱処理時の維持時間とは、鋼板において上記加熱温度（偏差±１０℃含む）が維持される時間を意味する。上記維持時間を１秒以上とすることで十分な合金化が可能となり、上記維持時間を２０秒以下とすることで生産性確保の効果がある。

【0049】

本発明の一側面によると、本発明の効果をより向上させるために、上記合金化熱処理時の維持時間の下限は２秒であり、より好ましくは５秒であることができる。同様に、上記合金化熱処理時の維持時間の上限は１５秒であり、より好ましくは１０秒であることができる。

【0050】

上述したように、従来技術ではＳｉが含まれることでＦｅの拡散が抑制されるため、２０秒以下の短時間で合金化が行われることが不可能であったのに対し、本発明によると、めっき浴の組成及び合金化熱処理時の条件を制御することで、２０秒以下という比較的短時間で合金化が行われることができる。

【0051】

一方、本発明の一側面に係るアルミニウム合金めっき鋼板の製造方法は、上記合金化処理後に冷却する段階をさらに含むことができる。

【0052】

本発明の一側面によると、上記冷却は、鋼板の表面温度を基準にして、３００℃以下まで５～５０℃／ｓの平均冷却速度で冷却することができる。一方、上記冷却は空冷（Ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ）、水冷（ｍｉｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ）であり、本発明の一側面によると、最も好ましくは上記冷却は水冷（ｍｉｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ）であることができる。

【0053】

一方、本発明の一側面によると、より好ましくは上記平均冷却速度を１０～３０℃／ｓとすることで、ｏｎ－ｌｉｎｅ上で従来の溶融めっきラインを用いて追加設備なしに冷却することができる効果がある。また、本発明の一側面によると、上記冷却は５～２０秒間行うことができ、上記冷却時間を１０秒以上とすることで十分な冷却効果が発揮されることができる。

【0054】

一方、本発明の一側面によると、本発明によって製造されるめっき鋼板において、合金化めっき層中のＦｅ含有量は下記のような関係式１で表すことができ、合金化中の熱処理温度及びめっき浴におけるＺｎ、Ｓｉ含有量を適正範囲に制御することで優れた焼付性、耐食性及び／またはめっき層の密着性の効果を容易に発揮することができる。
［関係式１］
１６０－０．４１×［Ｔ］＋３．３５×１０^－４×［Ｔ^２］－０．３×［ｗｔ％Ｚｎ］－３×［ｗｔ％Ｓｉ］≦［ｗｔ％Ｆｅ］≦１８０－０．４１×［Ｔ］＋３．３５×１０^－４×［Ｔ^２］－０．３×［ｗｔ％Ｚｎ］－３×［ｗｔ％Ｓｉ］
［上記関係式１において、［Ｔ］は合金化熱処理温度（℃）を表し、［ｗｔ％Ｚｎ］はめっき浴におけるＺｎ重量％の含有量を表し、［ｗｔ％Ｓｉ］はめっき浴におけるＳｉ重量％含有量を表し、［ｗｔ％Ｆｅ］は合金化めっき層におけるＦｅ重量％含有量を表す。］

【0055】

一方、本発明のまた他の一側面は、上述したアルミニウム合金めっき鋼板を熱間プレス成形して得られる熱間成形部材を提供する。

【0056】

上記熱間プレス成形は、当技術分野で一般的に用いられる方法を利用することができる。例えば、めっき鋼板を８００～９５０℃の温度範囲で３～１０分加熱した後、プレス（ｐｒｅｓｓ）を用いて上記加熱された鋼板を所望の形状に熱間成形することができるが、これに限定されるものではない。

【0057】

また、上記熱間プレス成形部材の素地鋼板の組成は、上述した素地鋼板の組成と同一であることができる。

【0058】

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、下記実施例は、本発明を例示して、より詳細に説明するためのものにすぎず、本発明の権利範囲を限定するためのものではない点に留意する必要がある。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項と、それから合理的に類推される事項によって決定されるものであるためである。

【実施例】

【0059】

（実施例）
まず、素地鋼板として下記表１の組成を有する厚さ１．２ｍｍの熱間プレス成形用冷延鋼板を用意した後、素地鋼板を浸漬して超音波洗浄することで表面に存在する圧延油などの物質を除去した。

【0060】

【表1】

【0061】

この後、これを還元性雰囲気で維持されている炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）で焼鈍温度８００℃、焼鈍時間５０秒で熱処理した後、上記素地鋼板を下記表２に示しためっき浴組成及びめっき浴温度条件でめっき浴に浸漬してアルミニウムめっきを行った。上記めっき浴の浸漬時の浸漬温度はめっき浴の温度と同様に維持し、めっき浴の温度はそれぞれのめっき成分系の溶融点（Ｔｂ）に対して一括して４０℃上昇させた温度でめっき浴を維持した。めっき量は、合金化を比較するためにエアワイピング（ａｉｒ ｗｉｐｐｉｎｇ）を用いて片面６０ｇ／ｍ^２に一定に維持した。

【0062】

続いて、アルミニウムめっきされた鋼板を２００～３００℃で加熱された空気を上記アルミニウムめっき鋼板に供給することで、溶融アルミニウムめっき層の全厚さを基準にして１０％以上の酸化皮膜が形成されるように制御して冷却を行った。この後、下記表２に示した合金化熱処理条件で合金化熱処理を行い、この後、鋼板の表面温度を基準に、３００℃以下まで空冷によって冷却してアルミニウム合金めっき鋼板を製造した。

【0063】

【表2】

【0064】

一方、上述の方法で製造されたアルミニウム合金めっき鋼板において、合金化めっき層における各成分含有量及び合金化めっき層の厚さを測定して下記表３に示した。上記合金化めっき層における成分はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｔｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；誘導結合プラズマ分光法）を用いて湿式方法で測定し、厚さは電子顕微鏡を用いて断面を観察して測定した。また、界面粗さ（Ｒａ）はアルミニウム系合金めっき鋼板に対する厚さ方向（圧延方向と垂直な方向を意味する）への断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、合金化めっき層と素地鋼板との界面を観察することで測定した。

【0065】

また、上記発明例１から形成された合金化めっき層について、ＸＲＤ（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；Ｘ線回折法）を用いて相分析した結果を図３に示し、合金化めっき層は、Ｆｅ_２Ａｌ_５またはＦｅＡｌ_３をベースにした合金相で相分率８０％以上（すなわち、合金化めっき層は合金相としてＦｅ_２Ａｌ_５及びＦｅＡｌ_３の合計の相分率を８０重量％以上）となることを確認した。

【0066】

一方、アルミニウム合金めっき鋼板の特性評価のために、下記方法で焼付性、耐食性、めっき密着性及び生産性を評価し、評価結果を下記表３に示した。

【0067】

［焼付性］
このように製造されためっき鋼板について、めっきの物性評価のために９００℃の条件で５分間加熱した後、合金化めっき層がダイ（ｄｉｅ）に融着しているかを目視で観察し、下記の基準で評価した。
○：焼付なし
×：めっき層の溶融によるダイ吸着が発生

【0068】

［耐食性］
めっき鋼板に対して塩水噴霧実験を行った後に７２０時間放置し、その後に表面に形成された腐食生成物を除去して表面に形成されている腐食生成物の最大深さを測定した。

【0069】

耐食性：７２０時間塩水噴霧実験を行った後、表面に形成された腐食生成物を除去し、腐食によって形成された腐食の深さを測定して下記の基準値（７０μｍ）以下である場合を良好とした。
○：７０μｍ以下
×：７０μｍ超過

【0070】

［めっき密着性］
めっき密着性は、合金化後にめっき層を６０°ベンディング（ｂａｎｄｉｎｇ）実験した後、ベンディングの内部にテープを貼って剥離した後、テープに付着しているめっき層の広さを測定し、下記の基準で評価した。
○：４ｍｍ以下
×：４ｍｍ超過

【0071】

［生産性］
生産性は合金化に要する時間を測定して、下記の基準で評価した。
◎：１５秒未満
○：１５秒以上２０秒以下
×：２０秒超過

【0072】

【表3】

【0073】

上記表３に示したように、本発明で規定するめっき層の組成及び製造条件を満たす発明例１～７の場合、焼付性、耐食性及びめっき密着性がいずれも良好であり、これにより熱間成形時に発生するプレスダイやロールにめっき層が焼付したり、マイクロクラックが発生することを防止することができた。

【0074】

一方、本発明で規定するめっき浴のＺｎ含有量を満たさないか、または製造条件を満たさない比較例１～１２の場合、焼付性、耐食性及びめっき密着性のうち１つ以上の特性が良好でなく、これによって熱間成形時にプレスダイやロールにめっき層が焼付したり、マイクロクラックが発生するなどの問題が生じた。

【0075】

特に、上記比較例４によって製造されたアルミニウム系合金めっき鋼板の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した写真を図１に示した。この場合、合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さが２．５μｍを超過し、耐食性及びめっき密着性が良好でなかった。

【0076】

一方、発明例１によって製造されるアルミニウム系合金めっき鋼板の断面を走査電子顕微鏡を用いて観察した写真を図２に示した。この場合、合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さが２．５μｍ以下を満たし、焼付性、耐食性及びめっき密着性のいずれにおいても優れる。

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2022-04-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

素地鋼板；及び
前記素地鋼板上に形成された合金化めっき層を含み、
前記合金化めっき層は重量％で、Ｆｅ：３０～５０％、Ｚｎ：１～２０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含み、
前記合金化めっき層と素地鋼板との界面粗さが２．５μｍ以下である、アルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項2】

前記合金化めっき層の厚さは５～２５μｍである、請求項１に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項3】

前記合金化めっき層は、Ｆｅ_２Ａｌ_５の合金相を相分率で、８０％以上含む、請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項4】

前記合金化めっき層内のＡｌ含有量は重量％で、４０．５～５３．９％である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項5】

前記素地鋼板は、重量％で、Ｃ：０．０５～０．３％、Ｓｉ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．５～８％、Ｂ：５０ｐｐｍ以下、残部Ｆｅ及びその他の不可避不純物を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項6】

前記合金化めっき層内のＳｉ含有量は、重量％で、０．１～０．５％である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板。

【請求項7】

熱間プレス成形に用いられるアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法であって、
素地鋼板を用意する段階；
前記素地鋼板を、重量％で、Ｚｎ：３～３０％、Ｓｉ：０．１～１．５％、残部Ａｌ及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴に浸漬してアルミニウムめっき鋼板を得る段階；
アルミニウムめっき後、２００～３００℃で加熱された空気を前記アルミニウムめっき鋼板に供給してアルミニウムめっき鋼板の表面に酸化皮膜を形成する冷却段階；及び
前記冷却後に連続して６５０～７５０℃の加熱温度範囲で１～２０秒維持して熱処理するオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）合金化によってアルミニウム系合金めっき鋼板を得る段階；を含む、アルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項8】

前記合金化処理後に冷却する段階をさらに含む、請求項７に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項9】

前記めっき時の片面当たりのめっき量は２０～１００ｇ／ｍ^２の範囲である、請求項７又は請求項８に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項10】

前記合金化処理後の冷却は空冷である、請求項８又は請求項９に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項11】

前記酸化皮膜は、表面に溶融アルミニウムめっき層の全厚さに対して１０％以上形成される、請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。

【請求項12】

下記関係式１を満たすように合金化温度を制御する、請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板の製造方法。
［関係式１］
１６０－０．４１×［Ｔ］＋３．３５×１０^－４×［Ｔ^２］－０．３×［ｗｔ％Ｚｎ］－３×［ｗｔ％Ｓｉ］≦［ｗｔ％Ｆｅ］≦１８０－０．４１×［Ｔ］＋３．３５×１０^－４×［Ｔ^２］－０．３×［ｗｔ％Ｚｎ］－３×［ｗｔ％Ｓｉ］
［前記関係式１において、［Ｔ］は合金化熱処理温度（℃）を表し、［ｗｔ％Ｚｎ］はめっき浴におけるＺｎ重量％含有量を表し、［ｗｔ％Ｓｉ］はめっき浴におけるＳｉ重量％含有量を表し、［ｗｔ％Ｆｅ］は合金化めっき層におけるＦｅ重量％含有量を表す。］

【請求項13】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアルミニウム系合金めっき鋼板を熱間プレス成形して得られる、熱間成形部材。

【国際調査報告】