純Ａｌ被覆鋼板およびその製造法
【課題】平滑性および外観均一性が高い純Ａｌ表面を有し、かつ表層部の密着性が良好である比較的低コストな高強度複合金属材料を提供する。
【解決手段】鋼板を芯材に持ち、少なくとも片側表面がＡｌ溶射後に圧延により平滑化されたＡｌ溶射層で構成されるＡｌ被覆鋼板であって、曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にてＡｌ溶射層の剥離が生じない密着性を有し、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有し、前記平滑化されたＡｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上である純Ａｌ被覆鋼板。Ａｌ溶射は、溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に行うことが好ましい。
【解決手段】鋼板を芯材に持ち、少なくとも片側表面がＡｌ溶射後に圧延により平滑化されたＡｌ溶射層で構成されるＡｌ被覆鋼板であって、曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にてＡｌ溶射層の剥離が生じない密着性を有し、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有し、前記平滑化されたＡｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上である純Ａｌ被覆鋼板。Ａｌ溶射は、溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に行うことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射法を用いて被覆した純度の高いＡｌ被覆層を表面に有する純Ａｌ被覆鋼板、およびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
純度の高いアルミニウム（以下「純Ａｌ」という）の加工品は、電気伝導性、熱伝導性、耐食性、エッチング性などに優れることから、それらの特性を活かして種々の用途に適用されている。ただし、純Ａｌ材料はＡｌ合金材料や鋼材などに比べ、強度に劣るという欠点がある。特に高温強度に関しては、純Ａｌ材料に限らずＡｌ系材料であることの本質的特性として、鋼材よりも非常に劣っている。
【０００３】
鋼材の強度特性とＡｌ系材料の耐食性とを兼ね備えた材料として、溶融Ａｌめっき鋼板やＡｌクラッド鋼板などの「Ａｌ被覆鋼板」が知られている。溶融Ａｌめっき鋼板は大量生産に適しており、耐食用途、耐熱用途を中心に種々の分野で広く使用されている。ただし、溶融Ａｌめっき時に基材鋼板の表面が溶融Ａｌと反応するため、いわゆる純Ａｌめっき浴（Ｓｉ等の合金元素を添加していない溶融Ａｌめっき浴）を使用した場合でも溶融Ａｌめっき層中にはＦｅ等の不純物元素が不可避的に混入する。このため、純度９９.０％以上といった純Ａｌめっき層を有する溶融Ａｌめっき鋼板を工業的に安定して製造することは極めて難しい。また、純Ａｌめっき浴で製造された溶融Ａｌめっき鋼板の表面にはスパングルが形成されることから、均一な表面外観が要求される用途では意匠性に劣る場合がある。
【０００４】
これに対しＡｌクラッド鋼板では、純Ａｌのシート材を使用することによって純Ａｌ表面を実現することができる。また、圧延で仕上げられることから表面の平滑性に優れ、スパングルによる意匠性低下の問題も生じない。しかしながら、純Ａｌのシート材を使用すると素材コストが高くなる。また、クラッド圧延には高度な技術が要求され、広幅のクラッド圧延を工業的に低コストで実施することは容易でないと考えられる。このようなことから、Ａｌクラッド鋼板はコスト面において不利であり、純Ａｌ板の代替として広く普及を図ることには無理がある。
【０００５】
高コストのクラッド法によらなくても、接着剤を使用すれば鋼板表面に純Ａｌシートを接合することが可能である。しかし、接着剤は経時劣化しやすいという欠点がある。また、接着剤層は導電性や熱伝導性の妨げになることから、それらの特性を利用する用途には適用できない。
【０００６】
一方、鋼板表面にＡｌを溶射することによってＡｌ被覆鋼板を製造することも可能である。溶射法によれば溶融めっき法に比べ鋼板表面が溶融Ａｌと接している時間が短いため、Ａｌ被覆層中への不純物元素の混入は軽減されるが、それでも高純度のＡｌ表面を形成することは容易でない。また、鋼板表面とＡｌ溶射層との密着性を確保することが難しく、例えば鋼板表面にアンカー効果の高い特殊な凹凸を付与するといった工夫が必要となる（特許文献１）。このため、溶射による純Ａｌ被覆鋼板は普及するに至っていない。
【０００７】
溶融めっき鋼板の表面にＡｌを溶射する技術も知られている（特許文献２）。この場合、２５０〜４５０℃で熱処理することにより溶射金属の密着性が向上するとされる（特許文献２の第１表）。ただし、特許文献２に示されている例のうち、めっき層および溶射金属を共にＡｌとした組み合わせ（実施例４）のものでは、Ａｌの溶射量が３０ｇ／ｍ2（厚さ約１１μｍ）程度と薄い。発明者らの検討によれば、このような薄いＡｌ溶射層の場合、密着性の面では極めて有利となる反面、溶射時にＡｌめっき層中の不純物元素がＡｌ溶射層の表面付近まで拡散する場合があり、例えば純度９９.０％以上といった純Ａｌ表面を安定して実現することは難しいことがわかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−２２３１７５号公報
【特許文献２】特開平３−２７４２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
純度の高いＡｌ表面を有し、スパングル模様がなく、かつ鋼材並みの高強度を有する板状金属材料は、従来一般的な溶融Ａｌめっき鋼板よりも耐食性、電気伝導性、熱伝導性、エッチング性、意匠性などの面で有利であり、通電材料、伝熱材料、建材、器物、印刷用原版など、種々の用途での活用が期待される。そのような公知の金属材料としてはＡｌクラッド鋼板を挙げることができる。しかしながら、Ａｌクラッド鋼板は高コストであることから種々の用途に広く適用することは難しい。
【００１０】
本発明はこのような現状に鑑み、溶融Ａｌめっき鋼板と同等の高強度を有し、平滑性および外観均一性が高い純Ａｌ表面を有し、かつ表層部の密着性が良好である比較的低コストな複合金属材料を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、鋼板を芯材に持ち、少なくとも片側表面がＡｌ溶射後に圧延により平滑化されたＡｌ溶射層で構成されるＡｌ被覆鋼板であって、Ａｌ溶射層は曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にて剥離が生じない密着性を有し、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有し、前記平滑化されたＡｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上である純Ａｌ被覆鋼板によって達成される。上記Ａｌ溶射層は、例えば溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に形成されたものである。
【００１２】
上記曲げ試験における「曲げ半径」は曲げ部内側に押し当てる治具の曲率半径であり、密着性を評価する側の表面が曲げ外側となるように曲げ試験を行う。「剥離が生じない」とは、曲げ加工部の外側表面を目視（ルーペを用いてもよい）で観察したときに、表層部の明らかな剥離（本来の位置からの浮き上がり）が観測されない場合を意味する。すなわち、クラックが生じていない場合や、クラックが生じていても剥離が生じていない場合や、剥離が生じていることが目視では確認できない場合はいずれも「剥離が生じない」と判定される。
【００１３】
ＲａはＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に規定される算術平均粗さ、ＲｙはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に規定される最大高さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１で規定される最大高さ粗さＲｚに相当するもの）である。
【００１４】
「Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度」は、平滑化されたＡｌ溶射層の表面分析（表面酸化皮膜を分析装置内で除去した金属相についての例えばＥＤＸ、ＡＥＳ、ＸＰＳなどの手法を用いた分析）によって求めることができる。
【００１５】
また本発明では、上記純Ａｌ被覆鋼板の製造方法として、
溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に純度９９.０％以上のＡｌを溶射して平均厚さ２０〜２００μｍのＡｌ溶射層を形成する工程、
前記溶射後の鋼板に２０〜７０％の圧延を施す工程、
前記圧延後の鋼板に３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す工程、
を有する純Ａｌ被覆鋼板の製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、溶射法を利用して、純度の高いＡｌ表面を有する密着性の良好なＡｌ被覆鋼板が提供可能となった。このＡｌ被覆鋼板は表面の平滑性および外観均一性が高く、かつ溶融Ａｌめっき鋼板並みの高強度を有する。また、クラッド法に比べ素材コストが安く、特殊な圧延技術も必要ない。このため本発明の純Ａｌ被覆鋼板は、従来溶融Ａｌめっき鋼板を適用していて表面のＡｌ純度向上や意匠性の改善を図りたい用途、あるいは従来純Ａｌ板を使用していて高強度化（特に高温強度の向上）を図りたい用途における代替材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の純Ａｌ被覆鋼板の断面構造を模式的に例示した図。
【図２】純Ａｌ被覆鋼板の曲げ加工部についての断面写真。
【図３】純Ａｌ被覆鋼板の曲げ加工部および平坦部についての断面写真。
【図４】純Ａｌ被覆鋼板の曲げ加工部および平坦部についての断面写真。
【図５】純Ａｌ溶射後に行う圧延の圧延率とＡｌ溶射層表面のＲａとの関係を示すグラフ。
【図６】純Ａｌ溶射後に行う圧延の圧延率とＡｌ溶射層表面のＲｙとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述のように、溶融Ａｌめっき鋼板では表面のＡｌ純度を例えば９９.０％以上に安定して維持することは容易でなく、特にＦｅの混入が嫌われる用途では使用できない。一方、特許文献２に開示されるように、溶融Ａｌめっき鋼板の表面に１１μｍ程度の薄いＡｌ溶射層を形成させた場合には、溶射法においても密着性（耐剥離性）の良好なＡｌ被覆を実現することが可能である。ただし、Ａｌ溶射層がこのように薄いと、鋼中あるいはＡｌめっき層中から拡散する不純物元素によってＡｌ溶射層表面のＡｌ純度が低下しやすい。
【００１９】
そこで発明者らは鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
（１）溶融Ａｌめっき鋼板の当該溶融Ａｌめっき層の上に、純Ａｌを平均厚さ２０μｍ以上の付着量で溶射することによって、鋼板の構成元素や溶融Ａｌめっき層中の不純物元素がＡｌ溶射層の表面まで拡散してくる現象が抑制される。
（２）このようにＡｌ溶射量を増大させるとＡｌ溶射層の密着性が悪くなるが、溶射後に以下の工程を実施することにより、密着性が顕著に改善される。
（i）２０〜７０％の圧延を施す。
（ii）前記圧延後の鋼板に３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す。
（３）さらに、上記（i）の工程で圧延率を２０％以上とすることにより、溶射後のＡｌの凹凸表面が顕著に平滑化される。
本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。
【００２０】
図１に、本発明の純Ａｌ被覆鋼板の断面構造を模式的に例示する。鋼板からなる芯材１の最表層部がＡｌ溶射層２によって被覆されている。このＡｌ溶射層２は圧延によって平滑化された平滑表面３を有している。Ａｌ溶射層２は純度の高い金属Ａｌであり、その少なくとも表層部のＡｌ純度は９９.０％以上である。このようなＡｌ純度の高い被覆層は、溶融Ａｌめっき鋼板の当該Ａｌめっき層の表面上に純Ａｌを溶射することによって好適に実現することができる。その場合、鋼板からなる芯材１とＡｌ溶射層２の間にはＡｌめっき層１０が介在することになる。芯材１は溶融Ａｌめっき鋼板の「めっき原板」の部分に相当する。芯材１とＡｌめっき層１０の界面には鋼板とめっき金属が反応して生じたＦｅ−Ａｌ系合金層あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金層（図示せず）が介在し、これによって芯材１とＡｌめっき層１０はタイトに接合している。Ａｌめっき層１０の存在は、芯材１中の元素（Ｆｅなど）がＡｌ溶射層２へ拡散することを抑止する。また、Ａｌめっき層１０を介在させると、芯材１の表面に直接Ａｌを溶射する場合よりも、溶射層２の密着性が改善される。なお、Ａｌめっき層１０とＡｌ溶射層２の密着性をより向上させるためには、溶射前にＡｌめっき層１０の表面をショットブラストなどにより粗面化しておくことが効果的である。溶射時における溶射Ａｌの付着量は平均厚さで２０〜２００μｍであるが、平滑化されたＡｌ溶射層２は溶射後に圧延を受けているため、その平均厚さは圧延率に応じて溶射時の平均厚さより薄くなっている。
【００２１】
〔Ａｌ溶射層の密着性〕
本発明の純Ａｌ被覆鋼板は、溶射後に圧延を受けて平滑化されたＡｌ溶射層を有している。Ａｌ溶射層の密着性を向上させる対策として、Ａｌめっき層の上に溶射することや、被溶射表面を粗面化しておくことが有効となるが、溶射付着量が２０μｍ以上と厚い場合には、板が曲げ変形を受けたときにＡｌ溶射層が下地から剥離しやすく、上記のような対策だけでは不十分である。そこで本発明では後述の圧延および熱処理を組み合わせた工程を経ることによりＡｌ溶射層の密着性を確保している。発明者らの検討によれば、曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にてＡｌ溶射層の剥離が生じない密着性を有していれば、ライン通板時に剥離が生じることはなく、また平板として利用される種々の用途においてＡｌ溶射層は十分な密着性を有していると評価できる。
【００２２】
〔表面平滑性〕
種々検討の結果、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有していることが、エッチングに供される原板として使用される場合や、均質な平滑表面のもつ意匠性を重視する場合において、特に有用である。
【００２３】
〔Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度〕
Ａｌ溶射層表層部の高純度化による電気伝導性、熱伝導性、耐食性、エッチング性などの特性改善効果を十分に享受するためには、Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上となっていることが極めて効果的である。本発明の純Ａｌ被覆鋼板の製造法に従えば、Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度がスリーナイン以上のものを得ることも可能である。
【００２４】
〔芯材〕
本発明の純Ａｌ被覆鋼板の製造法では溶融Ａｌめっき鋼板を使用するので、その「めっき原板」が芯材に相当することとなる。芯材は主として強度を担う。めっき原板の鋼種は用途に応じて選択することができる。一般的には普通鋼冷延鋼板が適用できるが、耐食性を重視する用途ではステンレス鋼板を採用してもよい。規格材としては、例えばＪＩＳ Ｇ３１４１：２００９に規定される冷延鋼板（鋼帯を含む）や、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるオーステナイト系またはフェライト系のステンレス鋼板が例示できる。具体的な成分範囲を例示すると以下のようになものが挙げられる。
【００２５】
普通鋼；
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.５％、Ｍｎ：０.００５〜２.５％、Ｐ：０.００１〜０.５％、Ｓ：０.００１〜０.５％、Ａｌ：０.００１〜０.５％、Ｎｉ：０.００１〜１.０％、Ｃｒ：０.００１〜１.０％、Ｃｕ：０〜０.１％、Ｔｉ：０〜０.５％、Ｎｂ：０〜０.５％、Ｎ：０〜０.０５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するもの。
【００２６】
オーステナイト系ステンレス鋼；
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜４.０％、Ｍｎ：０.００１〜２.５％、Ｐ：０.００１〜０.０４５％、Ｓ：０.０００５〜０.０３％、Ｎｉ：６.０〜２８.０％、Ｃｒ：１５.０〜２６.０％、Ｍｏ：０〜７.０％、Ｃｕ：０〜３.５％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.１％、Ｎ：０〜０.３％、Ｂ：０〜０.０１％、Ｖ：０〜０.５％、Ｗ：０〜０.３％、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、ＲＥＭ（希土類元素）の合計：０〜０.１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するもの。
【００２７】
フェライト系ステンレス鋼；
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.２％、Ｍｎ：０.００１〜１.２％、Ｐ：０.００１〜０.０４％、Ｓ：０.０００５〜０.０３％、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｒ：１０.０〜３２.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０〜１.０％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜５.０％、Ｎ：０〜０.０２５％、Ｂ：０〜０.０１％、Ｖ：０〜０.５％、Ｗ：０〜０.３％、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、ＲＥＭ（希土類元素）の合計：０〜０.１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するもの。
【００２８】
芯材の板厚は用途に応じて設定することができる。あまり薄いと強度が不足しやすく、過剰に厚いと曲げ加工部でＡｌ溶射層の剥離が生じやすくなる。芯材は溶融Ａｌめっき鋼板の「めっき原板」に由来するものであるが、溶射後の圧延（後述）によって板厚が減じられることを考慮して適切な板厚のめっき原板を使用すればよい。
【００２９】
〔溶融Ａｌめっき〕
溶射に供するための溶融Ａｌめっき鋼板は、従来一般的な溶融Ａｌめっき法によって得ることができる。溶融Ａｌめっき浴の組成は、Ｓｉ含有量を０〜１２質量％とすることができる。Ｓｉを添加することによりめっき原板とＡｌめっき層の間に生成するＦｅ−Ａｌ系合金層の過剰成長を抑制することができる他、融点が低下するので浴温を低下させることができる。なお、浴中にはＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ等の不純物元素が不可避的に混入する場合がある。めっき付着量は５〜５０μｍの範囲で設定すればよい。後述の粗面化処理を行う場合は、それによって鋼素地が露出しないように、粗面化条件に応じて必要なＡｌめっき層厚さを確保する。例えばアルミナ粒子やガラスビーズを用いたショットブラストにより粗面化する場合は、１０μｍ以上のＡｌめっき層を形成しておくことが望ましい。
【００３０】
〔粗面化処理〕
Ａｌ溶射層の密着性を向上させるうえで、溶射前にＡｌめっき層の表面を粗面化しておくことが有効である。このため必要に応じて粗面化処理を行うことができる。具体的にはショットブラストやワイヤブラシによる機械的な粗面化手段が比較的容易に採用できる。ショットブラストの場合、例えばアルミナ粒子やガラスビーズを用いる方法が好適である。
【００３１】
〔溶射〕
本発明の製造法では、Ａｌめっき層の表面上に純Ａｌを溶射する。溶射金属（純Ａｌ）の付着量は平均厚さ２０μｍ以上とする必要がある。多くの実験の結果、これより溶射金属付着量が少ないと芯材の構成元素（Ｆｅなど）や、Ａｌめっき層中の不純物元素がＡｌ溶射層の表層部まで拡散により到達しやすく、純度の高い金属Ａｌ表面を安定して実現することが難しい。溶射金属の平均厚さは２５μｍ以上とすることがより好ましく３０μｍ以上あるいは３５μｍ以上に管理してもよい。ただし、あまり厚いとＡｌ溶射層の密着性が低下して問題となる場合がある。また、過剰なＡｌ溶射はコスト増を招く。種々検討の結果、溶射金属（純Ａｌ）付着量は平均厚さ２００μｍ以下の範囲で設定できる。１００μｍ以下とすることがより好ましく、６０μｍ以下あるいは５０μｍ以下に管理してもよい。
【００３２】
溶射方法は従来公知の手法が採用できる。例えばアーク溶射法、プラズマ溶射法、ガスフレーム溶射法などが挙げられる。一般的には溶融Ａｌめっき鋼板を鋼帯の状態で水平方向に移動させながら、その表面上に溶射ノズルから吐出させた溶射金属（純Ａｌ）をコーティングする。広幅の鋼帯を通板させる場合は板面内での溶射金属付着量が均一になるように板幅方向に複数の溶射ノズルを配置すればよい。また、目標の溶射金属付着量に応じて鋼帯の進行方向にも複数の溶射ノズルを配置することができる。溶融Ａｌめっき鋼板の両面にＡｌ溶射層を形成させる場合は、被溶射面が上向きとなるように片面ずつ溶射を行えばよい。ライン内にそれぞれの面が上向きとなる複数の溶射セクションを設けて１回の通板で両面の溶射を実施することも可能である。溶射金属のＡｌ純度は９９.０質量％以上とする必要がある。さらに高純度（例えばスリーナイン以上）のＡｌを溶射することがより好ましい。溶射金属の供給源としては例えば高純度Ａｌのワイヤーが使用できる。
【００３３】
〔圧延〕
本発明では溶射金属（純Ａｌ）の付着量を上述のように厚くする必要があるが、溶射金属が厚くなると内部に存在するボイド等の欠陥が増大し、Ａｌ溶射層の密着性は低下するようになる。そこで本発明では、溶射後に適切な圧延および熱処理（後述）を組み合わせて行うことによって、Ａｌ溶射層の密着性を改善させる。また同時にこの圧延によって表面の平滑性を向上させる。種々検討の結果、上記のＡｌ溶射後に２０％以上の冷間圧延を施すことによって、後述の熱処理と組み合わせたときにＡｌ溶射層の密着性が顕著に向上することがわかった。これより圧延率が低いと、良好な密着性を安定して確保するための熱処理条件を見出すことが難しい。２５％以上の圧延率とすることがより好ましく、３０％以上の圧延率に管理してもよい。熱処理前に行う圧延によってＡｌ溶射層の密着性（耐剥離性）が顕著に向上するメカニズムについては現時点で必ずしも明確ではないが、溶射直後の状態では、Ａｌ溶射層の内部や、Ａｌめっき層とＡｌ溶射層の界面近傍にボイドなどの欠陥が多数存在すると考えられ、圧延により一定以上の圧下を加えることによりこれらの欠陥が押しつぶされて金属同士の接触性が向上し、後の熱処理による原子拡散によってＡｌ溶射層の内部やＡｌめっき層とＡｌ溶射層の界面部分に存在する欠陥が大幅に減少することが密着性向上の要因となっているものと推察される。
【００３４】
一方、Ａｌ溶射後に２０％以上の冷間圧延を施すことは、前述した平滑表面を形成する上で極めて有効であることがわかった。溶射後に圧延すると、圧延率の増加に伴ってＲａおよびＲｙが小さくなり平滑性は向上するが、圧延率２０％程度で平滑性向上効果は飽和に近づき、安定して上述のＲａおよびＲｙの値が得られるようになる。
【００３５】
圧延率の上限については特にこだわらなくてよいが、過剰な圧延はコスト増を招く。通常、７０％以下の圧延率とすればよい。６０％以下あるいは５０％以下の圧延率に管理してもよい。最終的な板厚（Ａｌめっき層やＡｌ溶射層を含めた全体の板厚）を例えば０.２〜２.０ｍｍの範囲で設定することにより、上述の曲げ試験で評価される良好な密着性を実現するための適正条件（圧延率と熱処理条件の組み合わせ）を見つけやすい。なお、この圧延前に５７０℃以下の範囲で予備的に熱処理を施してもよい。
【００３６】
〔熱処理〕
上記の圧延を終えた材料に対して、３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す。「保持時間」とは、材料表面の温度が前記温度範囲内に存在する時間を意味する。保持温度が低すぎる場合や保持時間が短すぎる場合はＡｌ溶射層の密着性を十分に向上させることが難しくなる。３５０℃以上の保持温度とすることがより好ましい。保持温度が高すぎると芯材からＦｅ、Ｓｉ等の元素がＡｌ溶射層の表層部まで拡散しやすくなり、好ましくない。保持時間が長すぎると密着性向上効果は飽和し、不経済となる。熱処理の雰囲気は大気、Ｎ2ガス、Ａｒガス、Ｈ2ガス、あるいはそれらの混合ガス、真空雰囲気などとすることができる。なお、熱処理後にはさらに調質圧延を施しても構わない。その場合、調質圧延率は３０％以下とすることが好ましい。
【実施例１】
【００３７】
板厚０.４ｍｍの普通鋼冷延鋼板をめっき原板として、９質量％Ｓｉ−Ａｌめっき浴（不純物としてＦｅが約１.５質量％含まれる）を用いて溶融Ａｌめっきを施し、片面あたりのめっき付着量が２５μｍの溶融Ａｌめっき鋼板を得た。めっき原板（芯材）の化学組成は、質量％で、Ｃ：０.０５％、Ａｌ：０.０２２％、Ｓｉ：０.００３％、Ｍｎ：０.１５％、Ｐ：０.０１２％、Ｓ：０.００８％、Ｎｉ：０.０２％、Ｃｒ：０.０２％、Ｃｕ：０.０１％、Ｎ：０.００２３％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００３８】
この溶融Ａｌめっき鋼板の片側表面に、アルミナ粒子を用いたショットブラスト処理を施した後、アーク溶射法により純Ａｌを溶射した。Ａｌ供給源として使用した材料は純度９９.９％の純Ａｌワイヤーである。溶射金属（純Ａｌ）付着量は平均厚さ１３０μｍとした。溶射後の鋼板に対して、冷間圧延と、その後に大気雰囲気での熱処理を施し、純Ａｌ被覆鋼板を得た。圧延率および熱処理条件は種々の組み合わせで行った。その組み合わせの中には圧延を省略したもの（圧延率０％）および熱処理を省略したものも入れてある。
【００３９】
得られた各純Ａｌ被覆鋼板について、Ａｌ溶射層表層部のＡｌ濃度をＥＤＸにより測定したところ、いずれもＡｌ濃度は９９.０質量％以上であることが確認された。
【００４０】
次に、各純Ａｌ被覆鋼板について、曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験を行った。その際、Ａｌ溶射層が曲げの外側になるようにした。曲げ試験後の試験片を顕微鏡および目視で観察することにより、以下の基準にてＡｌ溶射層の密着性を評価した。
◎（密着性；優秀）：曲げ加工部断面の顕微鏡観察によりＡｌ溶射層にクラックが見られないもの。
○（密着性；良好）：上記の顕微鏡観察によりＡｌ溶射層にクラックが認められるが、曲げ加工部外側表面の目視観察によりＡｌ溶射層に「剥離が生じない」（前述）と判定されるもの。
×（密着性；不良）：上記◎、○以外のもの。
結果を表１に示す。図２〜４には、曲げ加工部の断面写真を例示する。図３、４には参考のため平坦部の断面写真も併記する。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１および図２〜４からわかるように、Ａｌ溶射後に本発明規定範囲の条件で圧延および熱処理を施すことにより、Ａｌ溶射層の密着性が顕著に改善される。
【実施例２】
【００４３】
実施例１で作製した溶融Ａｌめっき鋼板を用いて、実施例１と同様の手法で純Ａｌの溶射を行い、溶射金属（純Ａｌ）付着量が平均厚さ１３０μｍである板材を得た。このＡｌ溶射後の板材に種々の圧延率で冷間圧延を施した後、大気中４００℃×１５ｈの熱処理を行い、Ａｌ被覆鋼板を得た。各Ａｌ被覆鋼板についてＡｌ溶射層の表面粗さを圧延方向に対して平行方向に測定し、ＲａおよびＲｙを求めた。図５に圧延率とＲａの関係を、図６に圧延率とＲｙの関係をそれぞれ示す。試験数ｎ＝３の平均値をプロットした。これらのグラフからわかるように、Ａｌ溶射後に２０％以上の圧延を行うことにより、安定して高い表面平滑性が得られる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 芯材
２ Ａｌ溶射層
３ 平滑表面
１０ Ａｌめっき層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射法を用いて被覆した純度の高いＡｌ被覆層を表面に有する純Ａｌ被覆鋼板、およびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
純度の高いアルミニウム（以下「純Ａｌ」という）の加工品は、電気伝導性、熱伝導性、耐食性、エッチング性などに優れることから、それらの特性を活かして種々の用途に適用されている。ただし、純Ａｌ材料はＡｌ合金材料や鋼材などに比べ、強度に劣るという欠点がある。特に高温強度に関しては、純Ａｌ材料に限らずＡｌ系材料であることの本質的特性として、鋼材よりも非常に劣っている。
【０００３】
鋼材の強度特性とＡｌ系材料の耐食性とを兼ね備えた材料として、溶融Ａｌめっき鋼板やＡｌクラッド鋼板などの「Ａｌ被覆鋼板」が知られている。溶融Ａｌめっき鋼板は大量生産に適しており、耐食用途、耐熱用途を中心に種々の分野で広く使用されている。ただし、溶融Ａｌめっき時に基材鋼板の表面が溶融Ａｌと反応するため、いわゆる純Ａｌめっき浴（Ｓｉ等の合金元素を添加していない溶融Ａｌめっき浴）を使用した場合でも溶融Ａｌめっき層中にはＦｅ等の不純物元素が不可避的に混入する。このため、純度９９.０％以上といった純Ａｌめっき層を有する溶融Ａｌめっき鋼板を工業的に安定して製造することは極めて難しい。また、純Ａｌめっき浴で製造された溶融Ａｌめっき鋼板の表面にはスパングルが形成されることから、均一な表面外観が要求される用途では意匠性に劣る場合がある。
【０００４】
これに対しＡｌクラッド鋼板では、純Ａｌのシート材を使用することによって純Ａｌ表面を実現することができる。また、圧延で仕上げられることから表面の平滑性に優れ、スパングルによる意匠性低下の問題も生じない。しかしながら、純Ａｌのシート材を使用すると素材コストが高くなる。また、クラッド圧延には高度な技術が要求され、広幅のクラッド圧延を工業的に低コストで実施することは容易でないと考えられる。このようなことから、Ａｌクラッド鋼板はコスト面において不利であり、純Ａｌ板の代替として広く普及を図ることには無理がある。
【０００５】
高コストのクラッド法によらなくても、接着剤を使用すれば鋼板表面に純Ａｌシートを接合することが可能である。しかし、接着剤は経時劣化しやすいという欠点がある。また、接着剤層は導電性や熱伝導性の妨げになることから、それらの特性を利用する用途には適用できない。
【０００６】
一方、鋼板表面にＡｌを溶射することによってＡｌ被覆鋼板を製造することも可能である。溶射法によれば溶融めっき法に比べ鋼板表面が溶融Ａｌと接している時間が短いため、Ａｌ被覆層中への不純物元素の混入は軽減されるが、それでも高純度のＡｌ表面を形成することは容易でない。また、鋼板表面とＡｌ溶射層との密着性を確保することが難しく、例えば鋼板表面にアンカー効果の高い特殊な凹凸を付与するといった工夫が必要となる（特許文献１）。このため、溶射による純Ａｌ被覆鋼板は普及するに至っていない。
【０００７】
溶融めっき鋼板の表面にＡｌを溶射する技術も知られている（特許文献２）。この場合、２５０〜４５０℃で熱処理することにより溶射金属の密着性が向上するとされる（特許文献２の第１表）。ただし、特許文献２に示されている例のうち、めっき層および溶射金属を共にＡｌとした組み合わせ（実施例４）のものでは、Ａｌの溶射量が３０ｇ／ｍ2（厚さ約１１μｍ）程度と薄い。発明者らの検討によれば、このような薄いＡｌ溶射層の場合、密着性の面では極めて有利となる反面、溶射時にＡｌめっき層中の不純物元素がＡｌ溶射層の表面付近まで拡散する場合があり、例えば純度９９.０％以上といった純Ａｌ表面を安定して実現することは難しいことがわかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−２２３１７５号公報
【特許文献２】特開平３−２７４２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
純度の高いＡｌ表面を有し、スパングル模様がなく、かつ鋼材並みの高強度を有する板状金属材料は、従来一般的な溶融Ａｌめっき鋼板よりも耐食性、電気伝導性、熱伝導性、エッチング性、意匠性などの面で有利であり、通電材料、伝熱材料、建材、器物、印刷用原版など、種々の用途での活用が期待される。そのような公知の金属材料としてはＡｌクラッド鋼板を挙げることができる。しかしながら、Ａｌクラッド鋼板は高コストであることから種々の用途に広く適用することは難しい。
【００１０】
本発明はこのような現状に鑑み、溶融Ａｌめっき鋼板と同等の高強度を有し、平滑性および外観均一性が高い純Ａｌ表面を有し、かつ表層部の密着性が良好である比較的低コストな複合金属材料を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、鋼板を芯材に持ち、少なくとも片側表面がＡｌ溶射後に圧延により平滑化されたＡｌ溶射層で構成されるＡｌ被覆鋼板であって、Ａｌ溶射層は曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にて剥離が生じない密着性を有し、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有し、前記平滑化されたＡｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上である純Ａｌ被覆鋼板によって達成される。上記Ａｌ溶射層は、例えば溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に形成されたものである。
【００１２】
上記曲げ試験における「曲げ半径」は曲げ部内側に押し当てる治具の曲率半径であり、密着性を評価する側の表面が曲げ外側となるように曲げ試験を行う。「剥離が生じない」とは、曲げ加工部の外側表面を目視（ルーペを用いてもよい）で観察したときに、表層部の明らかな剥離（本来の位置からの浮き上がり）が観測されない場合を意味する。すなわち、クラックが生じていない場合や、クラックが生じていても剥離が生じていない場合や、剥離が生じていることが目視では確認できない場合はいずれも「剥離が生じない」と判定される。
【００１３】
ＲａはＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に規定される算術平均粗さ、ＲｙはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に規定される最大高さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１で規定される最大高さ粗さＲｚに相当するもの）である。
【００１４】
「Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度」は、平滑化されたＡｌ溶射層の表面分析（表面酸化皮膜を分析装置内で除去した金属相についての例えばＥＤＸ、ＡＥＳ、ＸＰＳなどの手法を用いた分析）によって求めることができる。
【００１５】
また本発明では、上記純Ａｌ被覆鋼板の製造方法として、
溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に純度９９.０％以上のＡｌを溶射して平均厚さ２０〜２００μｍのＡｌ溶射層を形成する工程、
前記溶射後の鋼板に２０〜７０％の圧延を施す工程、
前記圧延後の鋼板に３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す工程、
を有する純Ａｌ被覆鋼板の製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、溶射法を利用して、純度の高いＡｌ表面を有する密着性の良好なＡｌ被覆鋼板が提供可能となった。このＡｌ被覆鋼板は表面の平滑性および外観均一性が高く、かつ溶融Ａｌめっき鋼板並みの高強度を有する。また、クラッド法に比べ素材コストが安く、特殊な圧延技術も必要ない。このため本発明の純Ａｌ被覆鋼板は、従来溶融Ａｌめっき鋼板を適用していて表面のＡｌ純度向上や意匠性の改善を図りたい用途、あるいは従来純Ａｌ板を使用していて高強度化（特に高温強度の向上）を図りたい用途における代替材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の純Ａｌ被覆鋼板の断面構造を模式的に例示した図。
【図２】純Ａｌ被覆鋼板の曲げ加工部についての断面写真。
【図３】純Ａｌ被覆鋼板の曲げ加工部および平坦部についての断面写真。
【図４】純Ａｌ被覆鋼板の曲げ加工部および平坦部についての断面写真。
【図５】純Ａｌ溶射後に行う圧延の圧延率とＡｌ溶射層表面のＲａとの関係を示すグラフ。
【図６】純Ａｌ溶射後に行う圧延の圧延率とＡｌ溶射層表面のＲｙとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述のように、溶融Ａｌめっき鋼板では表面のＡｌ純度を例えば９９.０％以上に安定して維持することは容易でなく、特にＦｅの混入が嫌われる用途では使用できない。一方、特許文献２に開示されるように、溶融Ａｌめっき鋼板の表面に１１μｍ程度の薄いＡｌ溶射層を形成させた場合には、溶射法においても密着性（耐剥離性）の良好なＡｌ被覆を実現することが可能である。ただし、Ａｌ溶射層がこのように薄いと、鋼中あるいはＡｌめっき層中から拡散する不純物元素によってＡｌ溶射層表面のＡｌ純度が低下しやすい。
【００１９】
そこで発明者らは鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
（１）溶融Ａｌめっき鋼板の当該溶融Ａｌめっき層の上に、純Ａｌを平均厚さ２０μｍ以上の付着量で溶射することによって、鋼板の構成元素や溶融Ａｌめっき層中の不純物元素がＡｌ溶射層の表面まで拡散してくる現象が抑制される。
（２）このようにＡｌ溶射量を増大させるとＡｌ溶射層の密着性が悪くなるが、溶射後に以下の工程を実施することにより、密着性が顕著に改善される。
（i）２０〜７０％の圧延を施す。
（ii）前記圧延後の鋼板に３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す。
（３）さらに、上記（i）の工程で圧延率を２０％以上とすることにより、溶射後のＡｌの凹凸表面が顕著に平滑化される。
本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。
【００２０】
図１に、本発明の純Ａｌ被覆鋼板の断面構造を模式的に例示する。鋼板からなる芯材１の最表層部がＡｌ溶射層２によって被覆されている。このＡｌ溶射層２は圧延によって平滑化された平滑表面３を有している。Ａｌ溶射層２は純度の高い金属Ａｌであり、その少なくとも表層部のＡｌ純度は９９.０％以上である。このようなＡｌ純度の高い被覆層は、溶融Ａｌめっき鋼板の当該Ａｌめっき層の表面上に純Ａｌを溶射することによって好適に実現することができる。その場合、鋼板からなる芯材１とＡｌ溶射層２の間にはＡｌめっき層１０が介在することになる。芯材１は溶融Ａｌめっき鋼板の「めっき原板」の部分に相当する。芯材１とＡｌめっき層１０の界面には鋼板とめっき金属が反応して生じたＦｅ−Ａｌ系合金層あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金層（図示せず）が介在し、これによって芯材１とＡｌめっき層１０はタイトに接合している。Ａｌめっき層１０の存在は、芯材１中の元素（Ｆｅなど）がＡｌ溶射層２へ拡散することを抑止する。また、Ａｌめっき層１０を介在させると、芯材１の表面に直接Ａｌを溶射する場合よりも、溶射層２の密着性が改善される。なお、Ａｌめっき層１０とＡｌ溶射層２の密着性をより向上させるためには、溶射前にＡｌめっき層１０の表面をショットブラストなどにより粗面化しておくことが効果的である。溶射時における溶射Ａｌの付着量は平均厚さで２０〜２００μｍであるが、平滑化されたＡｌ溶射層２は溶射後に圧延を受けているため、その平均厚さは圧延率に応じて溶射時の平均厚さより薄くなっている。
【００２１】
〔Ａｌ溶射層の密着性〕
本発明の純Ａｌ被覆鋼板は、溶射後に圧延を受けて平滑化されたＡｌ溶射層を有している。Ａｌ溶射層の密着性を向上させる対策として、Ａｌめっき層の上に溶射することや、被溶射表面を粗面化しておくことが有効となるが、溶射付着量が２０μｍ以上と厚い場合には、板が曲げ変形を受けたときにＡｌ溶射層が下地から剥離しやすく、上記のような対策だけでは不十分である。そこで本発明では後述の圧延および熱処理を組み合わせた工程を経ることによりＡｌ溶射層の密着性を確保している。発明者らの検討によれば、曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にてＡｌ溶射層の剥離が生じない密着性を有していれば、ライン通板時に剥離が生じることはなく、また平板として利用される種々の用途においてＡｌ溶射層は十分な密着性を有していると評価できる。
【００２２】
〔表面平滑性〕
種々検討の結果、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有していることが、エッチングに供される原板として使用される場合や、均質な平滑表面のもつ意匠性を重視する場合において、特に有用である。
【００２３】
〔Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度〕
Ａｌ溶射層表層部の高純度化による電気伝導性、熱伝導性、耐食性、エッチング性などの特性改善効果を十分に享受するためには、Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上となっていることが極めて効果的である。本発明の純Ａｌ被覆鋼板の製造法に従えば、Ａｌ溶射層表層部のＡｌ純度がスリーナイン以上のものを得ることも可能である。
【００２４】
〔芯材〕
本発明の純Ａｌ被覆鋼板の製造法では溶融Ａｌめっき鋼板を使用するので、その「めっき原板」が芯材に相当することとなる。芯材は主として強度を担う。めっき原板の鋼種は用途に応じて選択することができる。一般的には普通鋼冷延鋼板が適用できるが、耐食性を重視する用途ではステンレス鋼板を採用してもよい。規格材としては、例えばＪＩＳ Ｇ３１４１：２００９に規定される冷延鋼板（鋼帯を含む）や、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるオーステナイト系またはフェライト系のステンレス鋼板が例示できる。具体的な成分範囲を例示すると以下のようになものが挙げられる。
【００２５】
普通鋼；
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.５％、Ｍｎ：０.００５〜２.５％、Ｐ：０.００１〜０.５％、Ｓ：０.００１〜０.５％、Ａｌ：０.００１〜０.５％、Ｎｉ：０.００１〜１.０％、Ｃｒ：０.００１〜１.０％、Ｃｕ：０〜０.１％、Ｔｉ：０〜０.５％、Ｎｂ：０〜０.５％、Ｎ：０〜０.０５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するもの。
【００２６】
オーステナイト系ステンレス鋼；
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜４.０％、Ｍｎ：０.００１〜２.５％、Ｐ：０.００１〜０.０４５％、Ｓ：０.０００５〜０.０３％、Ｎｉ：６.０〜２８.０％、Ｃｒ：１５.０〜２６.０％、Ｍｏ：０〜７.０％、Ｃｕ：０〜３.５％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.１％、Ｎ：０〜０.３％、Ｂ：０〜０.０１％、Ｖ：０〜０.５％、Ｗ：０〜０.３％、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、ＲＥＭ（希土類元素）の合計：０〜０.１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するもの。
【００２７】
フェライト系ステンレス鋼；
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.２％、Ｍｎ：０.００１〜１.２％、Ｐ：０.００１〜０.０４％、Ｓ：０.０００５〜０.０３％、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｒ：１０.０〜３２.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０〜１.０％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜５.０％、Ｎ：０〜０.０２５％、Ｂ：０〜０.０１％、Ｖ：０〜０.５％、Ｗ：０〜０.３％、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、ＲＥＭ（希土類元素）の合計：０〜０.１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するもの。
【００２８】
芯材の板厚は用途に応じて設定することができる。あまり薄いと強度が不足しやすく、過剰に厚いと曲げ加工部でＡｌ溶射層の剥離が生じやすくなる。芯材は溶融Ａｌめっき鋼板の「めっき原板」に由来するものであるが、溶射後の圧延（後述）によって板厚が減じられることを考慮して適切な板厚のめっき原板を使用すればよい。
【００２９】
〔溶融Ａｌめっき〕
溶射に供するための溶融Ａｌめっき鋼板は、従来一般的な溶融Ａｌめっき法によって得ることができる。溶融Ａｌめっき浴の組成は、Ｓｉ含有量を０〜１２質量％とすることができる。Ｓｉを添加することによりめっき原板とＡｌめっき層の間に生成するＦｅ−Ａｌ系合金層の過剰成長を抑制することができる他、融点が低下するので浴温を低下させることができる。なお、浴中にはＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ等の不純物元素が不可避的に混入する場合がある。めっき付着量は５〜５０μｍの範囲で設定すればよい。後述の粗面化処理を行う場合は、それによって鋼素地が露出しないように、粗面化条件に応じて必要なＡｌめっき層厚さを確保する。例えばアルミナ粒子やガラスビーズを用いたショットブラストにより粗面化する場合は、１０μｍ以上のＡｌめっき層を形成しておくことが望ましい。
【００３０】
〔粗面化処理〕
Ａｌ溶射層の密着性を向上させるうえで、溶射前にＡｌめっき層の表面を粗面化しておくことが有効である。このため必要に応じて粗面化処理を行うことができる。具体的にはショットブラストやワイヤブラシによる機械的な粗面化手段が比較的容易に採用できる。ショットブラストの場合、例えばアルミナ粒子やガラスビーズを用いる方法が好適である。
【００３１】
〔溶射〕
本発明の製造法では、Ａｌめっき層の表面上に純Ａｌを溶射する。溶射金属（純Ａｌ）の付着量は平均厚さ２０μｍ以上とする必要がある。多くの実験の結果、これより溶射金属付着量が少ないと芯材の構成元素（Ｆｅなど）や、Ａｌめっき層中の不純物元素がＡｌ溶射層の表層部まで拡散により到達しやすく、純度の高い金属Ａｌ表面を安定して実現することが難しい。溶射金属の平均厚さは２５μｍ以上とすることがより好ましく３０μｍ以上あるいは３５μｍ以上に管理してもよい。ただし、あまり厚いとＡｌ溶射層の密着性が低下して問題となる場合がある。また、過剰なＡｌ溶射はコスト増を招く。種々検討の結果、溶射金属（純Ａｌ）付着量は平均厚さ２００μｍ以下の範囲で設定できる。１００μｍ以下とすることがより好ましく、６０μｍ以下あるいは５０μｍ以下に管理してもよい。
【００３２】
溶射方法は従来公知の手法が採用できる。例えばアーク溶射法、プラズマ溶射法、ガスフレーム溶射法などが挙げられる。一般的には溶融Ａｌめっき鋼板を鋼帯の状態で水平方向に移動させながら、その表面上に溶射ノズルから吐出させた溶射金属（純Ａｌ）をコーティングする。広幅の鋼帯を通板させる場合は板面内での溶射金属付着量が均一になるように板幅方向に複数の溶射ノズルを配置すればよい。また、目標の溶射金属付着量に応じて鋼帯の進行方向にも複数の溶射ノズルを配置することができる。溶融Ａｌめっき鋼板の両面にＡｌ溶射層を形成させる場合は、被溶射面が上向きとなるように片面ずつ溶射を行えばよい。ライン内にそれぞれの面が上向きとなる複数の溶射セクションを設けて１回の通板で両面の溶射を実施することも可能である。溶射金属のＡｌ純度は９９.０質量％以上とする必要がある。さらに高純度（例えばスリーナイン以上）のＡｌを溶射することがより好ましい。溶射金属の供給源としては例えば高純度Ａｌのワイヤーが使用できる。
【００３３】
〔圧延〕
本発明では溶射金属（純Ａｌ）の付着量を上述のように厚くする必要があるが、溶射金属が厚くなると内部に存在するボイド等の欠陥が増大し、Ａｌ溶射層の密着性は低下するようになる。そこで本発明では、溶射後に適切な圧延および熱処理（後述）を組み合わせて行うことによって、Ａｌ溶射層の密着性を改善させる。また同時にこの圧延によって表面の平滑性を向上させる。種々検討の結果、上記のＡｌ溶射後に２０％以上の冷間圧延を施すことによって、後述の熱処理と組み合わせたときにＡｌ溶射層の密着性が顕著に向上することがわかった。これより圧延率が低いと、良好な密着性を安定して確保するための熱処理条件を見出すことが難しい。２５％以上の圧延率とすることがより好ましく、３０％以上の圧延率に管理してもよい。熱処理前に行う圧延によってＡｌ溶射層の密着性（耐剥離性）が顕著に向上するメカニズムについては現時点で必ずしも明確ではないが、溶射直後の状態では、Ａｌ溶射層の内部や、Ａｌめっき層とＡｌ溶射層の界面近傍にボイドなどの欠陥が多数存在すると考えられ、圧延により一定以上の圧下を加えることによりこれらの欠陥が押しつぶされて金属同士の接触性が向上し、後の熱処理による原子拡散によってＡｌ溶射層の内部やＡｌめっき層とＡｌ溶射層の界面部分に存在する欠陥が大幅に減少することが密着性向上の要因となっているものと推察される。
【００３４】
一方、Ａｌ溶射後に２０％以上の冷間圧延を施すことは、前述した平滑表面を形成する上で極めて有効であることがわかった。溶射後に圧延すると、圧延率の増加に伴ってＲａおよびＲｙが小さくなり平滑性は向上するが、圧延率２０％程度で平滑性向上効果は飽和に近づき、安定して上述のＲａおよびＲｙの値が得られるようになる。
【００３５】
圧延率の上限については特にこだわらなくてよいが、過剰な圧延はコスト増を招く。通常、７０％以下の圧延率とすればよい。６０％以下あるいは５０％以下の圧延率に管理してもよい。最終的な板厚（Ａｌめっき層やＡｌ溶射層を含めた全体の板厚）を例えば０.２〜２.０ｍｍの範囲で設定することにより、上述の曲げ試験で評価される良好な密着性を実現するための適正条件（圧延率と熱処理条件の組み合わせ）を見つけやすい。なお、この圧延前に５７０℃以下の範囲で予備的に熱処理を施してもよい。
【００３６】
〔熱処理〕
上記の圧延を終えた材料に対して、３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す。「保持時間」とは、材料表面の温度が前記温度範囲内に存在する時間を意味する。保持温度が低すぎる場合や保持時間が短すぎる場合はＡｌ溶射層の密着性を十分に向上させることが難しくなる。３５０℃以上の保持温度とすることがより好ましい。保持温度が高すぎると芯材からＦｅ、Ｓｉ等の元素がＡｌ溶射層の表層部まで拡散しやすくなり、好ましくない。保持時間が長すぎると密着性向上効果は飽和し、不経済となる。熱処理の雰囲気は大気、Ｎ2ガス、Ａｒガス、Ｈ2ガス、あるいはそれらの混合ガス、真空雰囲気などとすることができる。なお、熱処理後にはさらに調質圧延を施しても構わない。その場合、調質圧延率は３０％以下とすることが好ましい。
【実施例１】
【００３７】
板厚０.４ｍｍの普通鋼冷延鋼板をめっき原板として、９質量％Ｓｉ−Ａｌめっき浴（不純物としてＦｅが約１.５質量％含まれる）を用いて溶融Ａｌめっきを施し、片面あたりのめっき付着量が２５μｍの溶融Ａｌめっき鋼板を得た。めっき原板（芯材）の化学組成は、質量％で、Ｃ：０.０５％、Ａｌ：０.０２２％、Ｓｉ：０.００３％、Ｍｎ：０.１５％、Ｐ：０.０１２％、Ｓ：０.００８％、Ｎｉ：０.０２％、Ｃｒ：０.０２％、Ｃｕ：０.０１％、Ｎ：０.００２３％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００３８】
この溶融Ａｌめっき鋼板の片側表面に、アルミナ粒子を用いたショットブラスト処理を施した後、アーク溶射法により純Ａｌを溶射した。Ａｌ供給源として使用した材料は純度９９.９％の純Ａｌワイヤーである。溶射金属（純Ａｌ）付着量は平均厚さ１３０μｍとした。溶射後の鋼板に対して、冷間圧延と、その後に大気雰囲気での熱処理を施し、純Ａｌ被覆鋼板を得た。圧延率および熱処理条件は種々の組み合わせで行った。その組み合わせの中には圧延を省略したもの（圧延率０％）および熱処理を省略したものも入れてある。
【００３９】
得られた各純Ａｌ被覆鋼板について、Ａｌ溶射層表層部のＡｌ濃度をＥＤＸにより測定したところ、いずれもＡｌ濃度は９９.０質量％以上であることが確認された。
【００４０】
次に、各純Ａｌ被覆鋼板について、曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験を行った。その際、Ａｌ溶射層が曲げの外側になるようにした。曲げ試験後の試験片を顕微鏡および目視で観察することにより、以下の基準にてＡｌ溶射層の密着性を評価した。
◎（密着性；優秀）：曲げ加工部断面の顕微鏡観察によりＡｌ溶射層にクラックが見られないもの。
○（密着性；良好）：上記の顕微鏡観察によりＡｌ溶射層にクラックが認められるが、曲げ加工部外側表面の目視観察によりＡｌ溶射層に「剥離が生じない」（前述）と判定されるもの。
×（密着性；不良）：上記◎、○以外のもの。
結果を表１に示す。図２〜４には、曲げ加工部の断面写真を例示する。図３、４には参考のため平坦部の断面写真も併記する。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１および図２〜４からわかるように、Ａｌ溶射後に本発明規定範囲の条件で圧延および熱処理を施すことにより、Ａｌ溶射層の密着性が顕著に改善される。
【実施例２】
【００４３】
実施例１で作製した溶融Ａｌめっき鋼板を用いて、実施例１と同様の手法で純Ａｌの溶射を行い、溶射金属（純Ａｌ）付着量が平均厚さ１３０μｍである板材を得た。このＡｌ溶射後の板材に種々の圧延率で冷間圧延を施した後、大気中４００℃×１５ｈの熱処理を行い、Ａｌ被覆鋼板を得た。各Ａｌ被覆鋼板についてＡｌ溶射層の表面粗さを圧延方向に対して平行方向に測定し、ＲａおよびＲｙを求めた。図５に圧延率とＲａの関係を、図６に圧延率とＲｙの関係をそれぞれ示す。試験数ｎ＝３の平均値をプロットした。これらのグラフからわかるように、Ａｌ溶射後に２０％以上の圧延を行うことにより、安定して高い表面平滑性が得られる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 芯材
２ Ａｌ溶射層
３ 平滑表面
１０ Ａｌめっき層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を芯材に持ち、少なくとも片側表面がＡｌ溶射後に圧延により平滑化されたＡｌ溶射層で構成されるＡｌ被覆鋼板であって、Ａｌ溶射層は曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にて剥離が生じない密着性を有し、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有し、前記平滑化されたＡｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上である純Ａｌ被覆鋼板。
【請求項２】
Ａｌ溶射層は、溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に形成されたものである請求項１に記載の純Ａｌ被覆鋼板。
【請求項３】
溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に純度９９.０％以上のＡｌを溶射して平均厚さ２０〜２００μｍのＡｌ溶射層を形成する工程、
前記溶射後の鋼板に２０〜７０％の圧延を施す工程、
前記圧延後の鋼板に３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す工程、
を有する純Ａｌ被覆鋼板の製造法。
【請求項１】
鋼板を芯材に持ち、少なくとも片側表面がＡｌ溶射後に圧延により平滑化されたＡｌ溶射層で構成されるＡｌ被覆鋼板であって、Ａｌ溶射層は曲げ半径５ｍｍの９０°曲げ試験にて剥離が生じない密着性を有し、Ｒａが０.５μｍ以下かつＲｙが１０μｍ以下の平滑表面を有し、前記平滑化されたＡｌ溶射層表層部のＡｌ純度が９９.０％以上である純Ａｌ被覆鋼板。
【請求項２】
Ａｌ溶射層は、溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に形成されたものである請求項１に記載の純Ａｌ被覆鋼板。
【請求項３】
溶融Ａｌめっき鋼板のＡｌめっき層の表面上に純度９９.０％以上のＡｌを溶射して平均厚さ２０〜２００μｍのＡｌ溶射層を形成する工程、
前記溶射後の鋼板に２０〜７０％の圧延を施す工程、
前記圧延後の鋼板に３００〜４５０℃で１〜３０ｈ保持する熱処理を施す工程、
を有する純Ａｌ被覆鋼板の製造法。
【図１】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−４６７９１（Ｐ２０１２−４６７９１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９９６１（Ｐ２０１０−１８９９６１）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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