具有拉丝外观的Al 系合金镀覆钢材的制作方法
【专利摘要】本发明的Al系合金镀覆钢材为在包含Si和剩余部分的Al及杂质的镀覆层的表面上形成有拉丝的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材，其中，所述镀覆层为：所述镀覆层的每单面的附着量为20～100g/m2；所述镀覆层整体的所述Si的含量为5～12质量％；所述镀覆层的表层的厚度为2μm的区域中的所述Si的最大含量为12～24质量％，所述拉丝为：与所述拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0.3～2.0μm；标准水平300μin的PPI为0；标准水平200μin的PPI小于10；标准水平30μin的PPI为50以上。
【专利说明】具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可使用于电气设备的表层材料、建筑物或车辆等的内装饰材料或外装 饰材料等的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材。
[0002] 本申请基于2012年05月23日在日本提出申请的日本特愿2012-117284号主张 优先权，在此引用其内容。
【背景技术】
[0003] 作为以往的具有拉丝外观的钢材，普遍已知不锈钢材。也就是说，作为不锈钢材的 表面精加工的一种，在JIS-G4305中规定了拉丝精加工（HL精加工）。在该规定中，拉丝精 加工如定义为"通过以带有连续的研磨痕的方式用适当粒度的研磨剂研磨来进行精加工的 加工"那样，是指研磨表面如头发一样长长地连续的表面精加工。图1是表示拉丝精加工的 概要的图。
[0004] 作为普通的拉丝精加工方法，普遍已知如下的加工方法：如图1所示，通过使接触 轮1旋转，从而使架设在接触轮1和惰棍2上的环形纸研磨带3高速旋转，用研磨带研磨从 开卷机4向卷绕机5移动的金属带6的表面（例如参照专利文献1及2)。经拉丝精加工后 的不锈钢材在具有耐腐蚀性的同时还具有独特的表面花纹，因此广泛用于重视设计性的电 气设备的表层材料、建筑材料的内装饰材料或外装饰材料等。
[0005] 但是，由于不锈钢材价格高，因而希望在替代不锈钢材的新的廉价的材料中具备 与不锈钢材同样的高设计性及高耐腐蚀性、具有适合用于电气设备或建筑材料等的拉丝外 观的钢材。
[0006] 因而，本发明人着眼于与不锈钢材同样地耐腐蚀性优良且廉价的Al系合金镀覆 钢材，进行了对其实施拉丝精加工的研究。
[0007] 作为对镀覆层实施拉丝精加工的以往的技术，提出了解决以下问题的技术：如果 要在轻量的Mg系部件的表面上形成镀覆被覆层并通过拉丝精加工在镀覆被覆层表面上形 成拉丝花纹，则镀覆被覆层的基底会露出，耐腐蚀性变差，不能稳定地得到优质的部件。也 就是说，是对在Mg系零件表面具有利用干式镀覆法形成的选自Cu、Cu合金、Au、Au合金、Al 及Al合金中的镀覆被覆层（1)和在该镀覆被覆层（1)上进一步利用湿式镀覆法形成的选 自&1、附、411、0、211、？ &、？1诎、？6、(：〇、511、0(1、1?11及它们的合金中的镀覆被覆层（2)的1% 系零件表面实施拉丝精加工的技术（例如参照专利文献3)。但是，该技术必须双层地设置 厚壁的镀覆被覆层，此外，由于需要组合干式镀覆法和湿式镀覆法，因而将该技术直接应用 于Al系合金镀覆钢材是困难的。
[0008] 此外，还提出了针对高耐腐蚀性Zn系镀覆钢板的拉丝外观的技术，但没有达到可 得到具有不锈钢材那样的高级感的设计性（例如参照专利文献4、5)。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开平1-306162号公报
[0012] 专利文献2 :日本专利第2055570号公报
[0013] 专利文献3 :日本专利第3934810号公报
[0014] 专利文献4 :日本专利第4546848号公报
[0015] 专利文献5 :日本专利第4757608号公报
【发明内容】
[0016] 发明要解决的课题
[0017] 本发明的目的在于提供一种可同样地应用于与具有拉丝外观的不锈钢材的用途 相同的用途的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材。
[0018] 用于解决课题的手段
[0019] 本发明为了解决上述课题、实现上述目的而采用以下手段。即：
[0020] (1)本发明的一个方式的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材是在包含Si和剩余 部分的Al及杂质的镀覆层的表面上形成有拉丝的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材，其 中，上述镀覆层为：上述镀覆层的每单面的附着量为20?100g/m 2 ;上述镀覆层整体的上 述Si的含量为5?12质量％ ;上述镀覆层的表层的厚度为2 μ m的区域中的上述Si的最 大含量为12?24质量％，上述拉丝为：与上述拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0.3? 2. 0 μ m ;标准水平300 μ in的PPI为0 ;标准水平200 μ in的PPI小于10 ;标准水平30 μ in 的PPI为50以上。
[0021] (2)根据上述⑴所述的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材，其中，可以是：在与 上述拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0. 3?I. 0 μ m的情况下，标准水平300 μ in的PPI 为0 ;标准水平200 μ in的PPI为0 ;标准水平100 μ in的PPI小于10 ;标准水平30 μ in的 PPI为50以上。
[0022] (3)上述（1)或（2)所述的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材可以在上述镀覆层 的表面上具有1?l〇〇〇mg/m 2的化学转化处理层。
[0023] (4)上述（1)或（2)所述的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材可以在上述镀覆层 的表面上具有厚度为0. 5?100 μ m的透明皮膜层。
[0024] (5)根据上述（3)所述的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材，其中，可以在上述化 学转化处理层的表面上形成有厚度为〇. 5?100 μ m的透明皮膜层。
[0025] 发明效果
[0026] 上述方式的具有拉丝外观的Al系合金镀覆钢材由于具备良好的拉丝外观，且耐 腐蚀性及耐变色性也优良，因而能够应用于与以往的具有拉丝外观的不锈钢材的用途同样 的用途。而且，能够以与高价的不锈钢材相比更廉价的价格供给。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是表示拉丝精加工的概要的图。
[0028] 图2是表示距离镀覆层表面的深度和Si浓度的关系的图。
[0029] 符号说明
[0030] 1接触轮
[0031] 2 惰辊
[0032] 3研磨带
[0033] 4开卷机
[0034] 5卷绕机
[0035] 6金属带
【具体实施方式】
[0036] 以下，对本发明的一个实施方式详细地进行说明。
[0037] 作为具有拉丝外观的钢材，有实施了拉丝精加工的不锈钢材，但不锈钢材是高价 的。因而，本发明人们从廉价地确保耐腐蚀性的观点出发，着眼于镀覆钢材。此外，不锈钢材 的金属感一方面具有高级感，但另一方面亮度稍微降低。因而，作为镀覆的种类，研究了 Al 系合金镀覆。Al无彩色、不带颜色，是反射率高的金属。此外，虽然Al本身是活泼的金属， 但由于形成极薄的氧化皮膜，因此也不会像例如Zn那样立即产生白锈。因此，通过Al系合 金镀覆钢材的应用，可廉价地实现与不锈钢材同样的无彩色。另外，对不锈钢材进行镜面精 加工时的反射率为70%左右，但对Al系合金镀覆钢材进行镜面精加工时的反射率为75? 90%，与不锈钢材相比，Al系合金镀覆钢材更可得到明亮的无彩色。
[0038] 作为Al系合金镀覆钢材的表面处理的方法，有电镀、热浸镀、蒸镀等。可是，由于 Al只从非水溶剂产生电沉积，所以电镀在工业上是不适合的。此外，蒸镀有制膜速度慢的问 题，工业上也不适合。Al系合金镀覆钢材的表面处理的方法没有特别的限定，但优选使用工 业上最适宜的方法即热浸镀。
[0039] 接着，示出限定Al系合金镀覆钢材的镀覆层的组成的理由。
[0040] 如果对不含有Si的纯Al镀覆钢材实施与不锈钢材同等的拉丝精加工，则拉丝的 峰部塌边或拉丝坍塌，不能得到具有良好外观的拉丝，还有露出Al-Fe合金层的部分。此 夕卜，还有在拉丝精加工用研磨带中发生网眼堵塞的问题。作为如此不能得到良好的拉丝的 理由，可列举出在维氏硬度大约为120Hv左右下纯Al镀覆钢材的为软质，此外在纯Al镀覆 钢材的情况下，硬且脆的金属间化合物（Al-Fe合金层）在母材（钢板）与镀覆层之间显著 地生长等。由于在维氏硬度大约为1050HV左右下Si为硬质，所以通过在镀覆层中适度地 含有Si,会提高镀覆层的硬度。此外，一直添加到共晶组成会使Al-Si系的液相线温度降 低，对于抑制Al-Fe合金层生长是有效的。为了呈现该镀覆层硬度提高和Al-Fe合金层生 长的抑制效果，优选镀覆层整体中的Si含量的下限为5质量％。
[0041] 另一方面，如果在镀覆层中添加 Si,则Al系合金镀覆钢材的色度及亮度产生变 化，伴随着镀覆层中的Si含量的提高逐渐地成为发暗的外观。作为该理由，可列举出如果 Al-Si为共晶合金，特别是如果超过共晶组成的A1-12. 6质量％ Si,则因反射率比Al低的 初晶Si结晶而亮度显著地下降。进而，当超过共晶组成时液相线温度增高，因而变得反而 可促进Al-Fe合金层生长。因此，镀覆层整体中的Si含量的上限考虑到实际操作的变动优 选为12质量％。进而，由于从测色结果中发现因镀覆层的Si含量增加而使色度向蓝色方 向转移的倾向，因此优选将镀覆层整体中的Si含量规定为12质量％。
[0042] 作为适合进行拉丝精加工的镀覆层的附着量，优选母材（钢材）的每单面为20? 100g/m 2。特别是，镀覆层的附着量更优选母材的每单面为40?80g/m2。在镀覆层的附着 量小于20g/m 2的情况下，由于镀覆层薄因而使耐腐蚀性变得不足，而且在拉丝精加工中钢 材基体变得容易露出。在镀覆层的附着量大于l〇〇g/m2的情况下，镀覆层变得过厚，不仅不 能得到外观均匀的镀覆层，而且镀覆层变得容易剥离，从成本的观点出发也不是优选的。因 此，镀覆层的附着量优选为20?100g/m 2。
[0043] 此外，镀覆层表层的厚度为2μπι的区域中的Si的最大含量优选为12?24质 量％。以下，对其理由进行说明。
[0044] 为了在镀覆层表面形成漂亮的拉丝，需要在镀覆层的形成过程中将残留在镀覆层 表面的凝固花纹（即锌花）除去。因此，在拉丝形成前，为了使镀覆层的表面粗糙度Ra达 到0. 5 μ m以下，需要进行镀覆层的平坦化处理。
[0045] 这里，本申请发明人在进行镀覆层的平坦化处理时面对如下问题：在从表面将镀 覆层表层磨削到2 μ m左右的深度后形成拉丝的情况下，随着时间的经过，镀覆层表面变色 (即耐变色性下降）。
[0046] 本申请发明人对该原因进行了锐意的调查，结果发现：如图2所示，在镀覆层的表 层（从表面到2μπι左右的深度的区域）中，相对于主体Si浓度（比距离表面2μπι更深的 区域的Si浓度），Si以最大值2倍左右的浓度存在。图2中例示出主体Si浓度（基底Si 浓度）为10%时的Si浓度曲线。也就是说，认为在镀覆层的平坦化处理时，由于将上述这 样的Si浓化层（镀覆层的表层的厚度为2 μ m的区域）除去，因而使耐变色性下降。
[0047] 因而，本申请发明人基于上述调查结果，以残留Si浓化层的状态形成了拉丝，结 果发现：只要Si浓化层中的Si的最大含量为12?24质量％，耐变色性就提高（详细情况 参照后述的实施例）。
[0048] 因此，镀覆层的表层的厚度为2μπι的区域（Si浓化层）中的Si的最大含量优选 为12?24质量％。另外，为了使Si浓化层残留，作为镀覆层的平坦化处理，优选采用预表 皮光轧（用粗糙度低的辊进行的轻度轧制）。
[0049] 为了在Al系合金镀覆钢材的表面（即镀覆层的表面）上形成外观优良的拉丝，优 选将与拉丝成直角方向的（C方向）的表面粗糙度Ra规定为0. 3?2. 0 μ m，更优选规定为 0. 3?I. 0 μ m。当C方向的表面粗糙度Ra小于下限时，拉丝变得不明显，进行拉丝精加工 变得无用。此外，相反当表面粗糙度Ra大于上限时，拉丝变得过粗，不能成为漂亮的拉丝， 损害作为拉丝的设计性，失去商品价值。另外，关于表面粗糙度Ra,按照由JIS B060 (1997) 规定的测定法，采用〇. 8mm的标准长度进行了测定。
[0050] 此外，在与拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0. 3?2. Ομπι的情况下，优选将 标准水平300 μ in的峰数（ΡΡΙ :Peaks Per Inch)规定为0、将标准水平200 μ in的PPI规 定为小于10、将标准水平30 μ in的PPI规定为50以上。关于标准水平，采用了基于SAEJ 911、在超过负标准水平一 H后超过正标准水平+H时计数为1个波峰的方法。
[0051] 在标准水平为200 μ in以上的情况下，当PPI大于上述数值时，产生钢材基体露出 或镀覆层局部变薄的部位，有对耐腐蚀性带来影响的可能性。另一方面，在标准水平30 μ in 的PPI小于50的情况下，拉丝变得不明显。
[0052] 此外，在与拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0. 3?1. 0 μ m的情况下，优选将标 准水平300 μ in的PPI规定为0、将标准水平200 μ in的PPI规定为0、将标准水平100 μ in 的PPI规定为小于10、将标准水平30 μ in的PPI规定为50以上。这是基于与表面粗糙度 Ra为0.3?2. Ομπι时同样的理由。也就是说，在标准水平为100μ in以上的情况下，当 PPI大于上述数值时，产生钢材基体露出或镀覆层局部变薄的部位，有对耐腐蚀性带来影响 的可能性。另一方面，在标准水平30 μ in的PPI小于50的情况下，拉丝变得不明显。由该 表面粗糙度Ra及PPI规定的拉丝具有赋予柔和印象的拉丝外观。此外，由于拉丝的磨削 量减小，因而在研磨带的网眼堵塞的缓和等连续作业性方面具有优势。这里峰数PPI按照 SAEJ911-1986的规定、以测定长度为1英寸进行了测定。
[0053] 为了形成满足上述的表面粗糙度Ra、峰数PPI的要件的拉丝，优选使用#150? #320左右的带式打磨机（研磨带）进行拉丝精加工。或者也可以采用从表面形成拉丝花纹 的辊进行转印的方法。从设计性的观点出发，只要仅对成为加工制品的表面的一侧进行拉 丝精加工就足够，但也可以对两面进行拉丝精加工。
[0054] 在进行了拉丝精加工后，优选通过对镀覆层实施铬酸盐处理或无铬酸盐处理来进 行一次防锈处理。其目的是防止变色和改善后述的透明皮膜层的密合性，在对镀覆层进行 了拉丝精加工后，进行通过铬酸盐处理或无铬酸盐处理形成防锈被膜层的一次防锈处理。 在进行铬酸盐处理的情况下，例如能够应用利用作为主成分含有铬酸和反应促进剂的铬酸 盐处理液进行的铬酸盐处理，将铬酸盐附着量规定为1?200mg/m 2。在铬酸盐附着量小于 lmg/m2的情况下，不能得到充分的防锈效果。此外，在铬酸盐附着量大于200mg/m2的情况 下，不仅拉丝精加工变得不明显，而且防锈效果饱和，经济上变得成本高。此外，即使利用无 铬酸盐处理（非铬酸盐处理），也能够与铬酸盐处理同样地进行一次防锈处理。
[0055] 作为可使用于无铬酸盐处理（非铬酸盐处理）的处理液，可列举出不含环境上有 害的六价铬的处理液，例如含有Zr、Ti的盐等的处理液或含有硅烷偶联剂的处理液等。在 这些无铬酸盐处理中，形成以Ti、Zr、P、Ce、Si、Al、Li等为主成分的不含铬的无铬酸盐处理 层（化学转化处理层）。优选将该无铬酸盐处理层的附着量规定为1?l〇〇〇mg/m 2。在无 铬酸盐处理层的附着量小于lmg/m2的情况下，不能得到充分的防锈效果。此外，在无铬酸 盐处理层的附着量大于l〇〇〇mg/m 2的情况下，不仅拉丝精加工变得不明显，而且防锈效果饱 和，经济上变得成本高。
[0056] 此外，当对Al系合金镀覆钢材实施拉丝精加工、在大气中放置时，镀覆层表面氧 化、变色。当变色时，拉丝精加工变得不明显，损害拉丝的外观。进而，如果Al系合金镀覆 层与硬质的物体冲撞则容易损伤。因此，如果在实施了拉丝精加工的镀覆表面上以〇. 5? 100 μ m的厚度形成透明树脂被膜层，就能改善耐变色性及耐损伤性。透明树脂被膜层可通 过使用有机透明涂料等的公知的涂装方法来形成。作为这样的有机透明涂料，可具体地列 举出丙烯酸系烧结透明涂料、氨基甲酸酯系透明涂料、环氧系透明涂料、聚酯系透明涂料、 聚醚砜系透明涂料、三聚氰胺醇酸系透明涂料等。此外，也可以使用这些涂料的混合物。作 为有机透明涂料的涂装方法，可具体地列举出辊涂法、帘式涂布法、喷射枪法、静电法等方 法。其中，优选棍涂法、帘式涂布法。
[0057] 另外，这样的透明树脂被膜层可以直接形成在镀覆层表面上，或者可以形成在形 成于镀覆层表面上的化学转化处理层（例如无铬酸盐处理层等）的表面上。
[0058] 实施例
[0059] 以下，基于实施例对本发明详细地进行说明。
[0060] 使用了板厚为0. 6mm的低碳钢板作为镀覆原板。用无氧化炉式的连续热浸镀生产 线，对上述镀覆原板进行加热处理、退火处理及镀覆处理，从而在镀覆原板上形成镀覆层。 关于退火气氛，形成含10%氢、剩余部分为90%氮气的气氛，将露点规定为-30°c。退火温 度为730°C，退火时间为3分钟。镀覆浴组成通过在Al中添加 Si来进行调整。将镀覆浴温 度设定在各镀覆组成的液相线温度+20°C，在镀覆浴中浸渍2秒后，利用氮气摩擦接触法控 制镀覆层附着量。
[0061] 在形成镀覆层后，进行采用预轧的平滑化处理，在使表面粗糙度Ra达到0. 5 μ m 后，采用砂纸粒度号不同的带式打磨机，按照板材穿过速度为0. 25m/秒、研磨时间为3秒的 条件进行拉丝精加工。此外，关于砂纸粒度号为#120、#150,通过使按压压力变化调查了对 标准水平300 μ m、200 μ m的PPI的影响。关于与拉丝成直角方向的表面粗糙度（Ra)及峰数 (PPI)，采用粗糙度计进行了调查。另外，在PPI在某标准水平下没有满足本发明例时，没有 以其它标准水平实施测定，在表中记为此外，根据JIS Z2331的盐水喷雾试验24小时 后的生锈状况调查了镀覆层的损伤状态，将从拉丝凹部发现生锈的情况规定为不合格。其 结果不于表1。
[0062] 如表1所示，No. 4?7满足表面粗糙度（Ra)、峰数（PPI)的条件，为具有漂亮的拉 丝外观的高耐腐蚀性镀覆钢材。No. 4、5适合要求鲜明的清晰性的情况，No. 6、7适合要求稍 微柔和的外观的情况。此外，关于No. 4、5,当板材穿过距离大于500m时逐渐地产生带式打 磨机的网眼堵塞，成为在连续作业时需要略微注意的结果。
[0063] 与此相对，采用#120号的带式打磨机进行了拉丝处理的No. 1?2和采用#150号 的带式打磨机以高按压压力进行了拉丝处理的No. 3具有深的拉丝损伤，从拉丝凹部发现 了生锈。No. 8虽进行了拉丝精加工，但带式打磨机为#500号的过细的粗度，没有满足本发 明规定的拉丝的要件，在外观不能明确地观察到拉丝。由以上的试验结果得出，只有满足本 发明规定的要件的镀覆钢板才能成为具有漂亮的拉丝外观的镀覆钢板。
[0064]
【权利要求】
1. 一种具有拉丝外观的A1系合金镀覆钢材，其特征在于，其为在包含Si和剩余部分的 A1及杂质的镀覆层的表面上形成有拉丝的具有拉丝外观的A1系合金镀覆钢材，其中， 所述镀覆层为： 所述镀覆层的每单面的附着量为20?100g/m2 ; 所述镀覆层整体的所述Si的含量为5?12质量％ ; 所述镀覆层的表层的厚度为2 y m的区域中的所述Si的最大含量为12?24质量％， 所述拉丝为： 与所述拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0. 3?2. 0 y m ; 标准水平300 ii in的PPI为0 ; 标准水平200 ii in的PPI小于10 ; 标准水平30 ii in的PPI为50以上。
2. 根据权利要求1所述的具有拉丝外观的A1系合金镀覆钢材，其特征在于， 在与所述拉丝成直角方向的表面粗糙度Ra为0. 3?1. 0 y m的情况下， 标准水平300 ii in的PPI为0 ; 标准水平200 ii in的PPI为0 ; 标准水平100 y in的PPI小于10 ; 标准水平30 ii in的PPI为50以上。
3. 根据权利要求1或2所述的具有拉丝外观的A1系合金镀覆钢材，其特征在于，在所 述镀覆层的表面上具有1?l〇〇〇mg/m2的化学转化处理层。
4. 根据权利要求1或2所述的具有拉丝外观的A1系合金镀覆钢材，其特征在于，在所 述镀覆层的表面上具有厚度为〇. 5?100 y m的透明皮膜层。
5. 根据权利要求3所述的具有拉丝外观的A1系合金镀覆钢材，其特征在于，在所述化 学转化处理层的表面上形成有厚度为0. 5?100 y m的透明皮膜层。
【文档编号】B24B21/04GK104334765SQ201380026337
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2012年5月23日
【发明者】后藤靖人, 黑崎将夫, 桑名达也, 须田秀昭 申请人:新日铁住金株式会社