耐曲げ戻し性に優れたＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板およびその製造法
【課題】耐食性に優れた溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板において、耐曲げ戻し性が顕著に改善された、屋根用に好適な低コストの塗装鋼板を提供する。
【解決手段】鋼板表面に、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなるめっき層と、そのめっき層より上層に塗膜を有する塗装鋼板において、母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式および（２）式を満たし、好ましくはさらに下記（３）式を満たすように調整されている耐曲げ戻し性に優れたＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板が提供される。
ＨM＞ＨP ……（１）、ＨP≧９０ ……（２）、ＨM≦１４５ ……（３）
【解決手段】鋼板表面に、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなるめっき層と、そのめっき層より上層に塗膜を有する塗装鋼板において、母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式および（２）式を満たし、好ましくはさらに下記（３）式を満たすように調整されている耐曲げ戻し性に優れたＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板が提供される。
ＨM＞ＨP ……（１）、ＨP≧９０ ……（２）、ＨM≦１４５ ……（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高耐食性のＺｎ−Ａｌ系めっき層の上に塗装を施した塗装鋼板であって、特に耐曲げ戻し性を低コストで改善した、屋根等の外装建材に適しためっき塗装鋼板およびその製造法に関する。本明細書では、曲げ加工された部位の曲げ形状を、曲げ加工される前のフラットに近い形状まで逆に変形させて戻す加工を「曲げ戻し」と呼んでいる。
【背景技術】
【０００２】
Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板は、Ｚｎめっき鋼板をベースにしたものよりも耐食性および耐久性に優れることから、屋根等の外装建材用に広く使用されている。このような塗装鋼板で屋根を葺く場合は通常、ロールフォーミング等により曲げ加工が施されるが、施工方法によっては、折り曲げられた形状の加工部の一部について、曲げを戻し再度曲げるといった繰り返し曲げ操作が加えられることがある。
【０００３】
図１は、屋根に施工される折り曲げられた形状の加工部の断面形状を模式的に例示したものである。これは、主に寒冷地の屋根で施工される「蟻掛（ありかけ）加工」と呼ばれる加工の例である。母材１０は、めっき原板である鋼板素材の部分に由来する「鋼」からなる部分である。母材１０の表面には「めっき層＋塗膜」からなる被覆層１１が形成されている。ロールフォーミングによって鋼板の一部がほぼ密着するような曲げ加工が施され、被覆層１１はＡ１、Ａ２、Ａ３などの曲げの内側の箇所で厳しい圧縮変形を受け、Ｂ１、Ｂ２などの曲げの外側箇所で厳しい引張変形を受ける。
【０００４】
図２には、この蟻掛加工部の一部について曲げを戻す操作が加えられる前後における屋根部材の外観を模式的に例示する。図２（ａ）は曲げを戻す前の状態、図２（ｂ）は曲げを戻した後の状態である。屋根の端部を処理する場合、例えば図２（ａ）のように、蟻掛加工部２０と平坦部２２の一部を破線で示される切断位置２１で切断する。次いで、切断位置２１より端の部分で蟻掛加工部２０の曲げを戻して矢印方向に平坦に伸ばし、一旦、図２（ｂ）のような形状とする。その後、さらに所望の折り曲げ加工等を加えることにより、端部の処理を行う。
【０００５】
めっき層がＺｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっきの場合、図２（ｂ）のような曲げが戻された状態においては、曲げられていたときにめっき層が圧縮変形を受けていた箇所（図１のＡ１、Ａ２、Ａ３など）において、めっき層に亀裂が生じやすい。Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっきは防食効果が高いこともあり、このようなめっき層の亀裂自体は通常大きな問題にはならない。しかし、めっき層が割れた箇所において母材の鋼にネッキング（板厚減少）が生じやすく、これが問題となる。このネッキングは、その後の加工工程で母材自体に割れが生じる原因となるからである。本明細書では、このようなネッキングが曲げ戻し時に生じ難く、その後の加工で曲げ戻し箇所の母材に割れが生じ難い性質を「耐曲げ戻し性」と呼んでいる。
【０００６】
図３には、溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した試料の曲げ部（図３（ａ））、およびその後に曲げ戻しを行った試料の曲げを戻した部分（図３（ｂ））の断面形状を例示する。この塗装鋼板は、溶融めっき後に伸び率１％の調質圧延を行い、ロールコーター法で塗料を塗布し、材温２１０℃まで昇温したのち水冷する方法で焼付け塗膜を形成したものである。母材１０の厚さは約０.３５ｍｍ、めっき層１２’の曲げ加工前における断面硬さは約１１５ＨＶである。塗膜は、めっき層１２、１２’の表面に存在しているが、図では省略してある。図３（ｂ）のように、曲げ戻しを行うと、曲げの内側で圧縮変形を受けた側のめっき層１２’には割れが生じ、その割れの部分（すなわち母材１０の表面にめっき層１２’が存在しない部分）において、母材１０にネッキング（板厚減少）が起こる（例えば矢印部分）。これは母材１０の表面のうち、めっき層１２’に割れが生じた箇所ではめっき層１２’による拘束力が働かず、曲げ戻し時にその部分に引張応力が集中するからではないかと考えられる。
【０００７】
このようなネッキングを抑制するには曲げ戻し時にめっき層１２’に割れが生じないか、生じたとしても非常に微細な割れになることが、極めて有効である。そのためにはめっき層が、曲げによる鋼板の変形に追随できるように、十分軟質化されていることが重要である。
【０００８】
そこで、厳しい加工に供される屋根等に溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした塗装鋼板を適用する際には、めっき工程と塗装工程の間で、溶融めっき鋼板を熱処理することにより、めっき層を軟質化することが一般に行われている（特許文献１）。その熱処理は、例えば２００℃程度の温度で５〜２０ｈ程度保持するといった長時間の焼鈍によって行われる。
【０００９】
図４に、溶融めっき後に２２０℃×８ｈの熱処理に供した溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとして焼付け塗装を施した、屋根材として実用化されている従来の塗装鋼板について、図３と同様の調査を行った場合の断面形状を模式的に例示する。塗膜は、図では省略してある。この場合、めっき層１２’の曲げ加工前における断面硬さは約７０ＨＶに軟質化されている。図４（ｂ）のように、曲げの内側で圧縮変形を受けためっき層１２’には極めて微細な割れしか生じず、母材１０にもネッキング（板厚減少）は起こらない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２４９８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板に、めっき層を軟質化する熱処理を施し、その後、焼付け塗装を施した塗装鋼板は、曲げ戻しを行った場合にもめっき層が割れ難く、その結果、母材のネッキングも生じにくい。したがって、このような塗装鋼板は優れた耐食性を有するとともに、耐曲げ戻し性にも優れ、屋根等の外装部材として適したものであると言える。
【００１２】
しかしながら、めっき層を軟質化する熱処理は例えば５〜２０ｈといった長時間の加熱を必要とする。このため、生産性は低下し、コストが増大するという問題を有している。
【００１３】
また、めっき層を軟質化する熱処理は、鋼に高い降伏伸び（１０％前後）を与えることから加工成形時に顕著なストレッチャーストレイン（図７参照）を発生させ、良好な成形性を阻害する。
【００１４】
本発明はこのような観点に立ち、耐食性に優れた溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板において、「耐曲げ戻し性」顕著に改善された、屋根用に好適な低コストの塗装鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者らは詳細な検討の結果、めっき層を軟質化する処理を行わなくても、母材がめっき層よりも硬くなるようにコントロールすることによって、耐曲げ戻し性が顕著に改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
すなわち本発明では、鋼板表面に、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなるめっき層と、そのめっき層より上層（すなわち表層側）に塗膜を有する塗装鋼板において、母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式および（２）式を満たし、好ましくはさらに下記（３）式を満たすように調整されている耐曲げ戻し性に優れた屋根用に好適なＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板が提供される。
ＨM＞ＨP ……（１）
ＨP≧９０ ……（２）
ＨM≦１４５ ……（３）
【００１７】
ここで、めっき層組成において「残部実質的にＺｎからなる」とは、本発明の効果を阻害しない範囲で、ＡｌとＺｎ以外の元素の混入が許容されることを意味する。例えば、溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき浴に含まれている場合が多い元素として、Ｓｉ：０.２〜３.０質量％以下、Ｆｅ：１.５質量％以下、Ｍｇ：０.５質量％以下が挙げられ、その他、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｂ、Ｓｒ等の不純物の混入が許容される。
【００１８】
「母材」はめっき原板として使用される鋼板素地に由来する「鋼」の部分である。母材およびめっき層の断面硬さは、圧延方向および板厚方向に平行な鋼板断面（以下「Ｌ断面」という）について測定される硬さである。めっき層の断面硬さは、例えばマイクロビッカース硬度計により荷重５ｇで測定することができる。その際、コーンの先端がめっき層断面のα−Ａｌ部に位置するようにすればよい。母材の断面硬さＨMおよびめっき層の断面硬さＨPは、それぞれ母材およびめっき層の厚さ中心部付近をｎ＝５で測定した場合の平均値が採用される。「めっき塗装鋼板」はめっき層の上に塗膜を有する鋼板を意味する。
【００１９】
上記塗装鋼板の母材はＣ：０.０４〜０.２０質量％を含むＡｌキルド鋼が採用できる。
母材の平均結晶粒径は、Ｌ断面についてＪＩＳ Ｇ０５１１に準拠した切片法により測定された値で、例えば７〜５０μｍの範囲にある。
【００２０】
また本発明では上記塗装鋼板の製造法として、再結晶焼鈍後の硬さが１００〜１４５ＨＶとなる性質の冷延鋼板をめっき原板として、再結晶を伴う加熱後にＡｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなる溶融めっき浴に通板する「溶融めっき工程」、得られた溶融めっき鋼板に伸び率０.２〜４％の圧延を施す「調質圧延工程」、および、塗料を塗布した後、在炉時間５ｍｉｎ以内で材温（到達板温）１９０〜２５０℃まで加熱し、水冷する「塗装・焼付け工程」を有する製造法が提供される。溶融めっき工程後には、炉温１３０℃以上の温度域に鋼板を１ｈ以上保持する熱履歴を付与しないことが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、本来耐食性に優れる溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板において、耐曲げ戻し性が顕著に改善された。この塗装鋼板を屋根等の外装材に使用すれば、施工時の鋼材割れが防止されるとともに、めっき層を焼鈍して軟質化した塗装鋼板に比べてストレッチャーストレインが発生し難く、加工成形性に富む。また、めっき層を軟質化するための長時間の加熱が不要であるため、生産性の向上およびコスト低減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
発明者らは溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板を用いて、曲げ戻し時における母材のネッキングの発生状況を詳細に調査してきた。その結果、ネッキングを防止するためには、１つには従来材のようにめっき層を軟質化することが有効であることが確認された。この場合、図４に示されるように、曲げの内側で圧縮変形を受けためっき層１２’は、それ自体が軟質であることによって曲げ戻し時に充分に変形し、割れが顕著に抑制される。めっき層に割れが生じなければ下地の母材が不均一に変形する現象は起こり難く、したがってネッキングもほとんど生じない。
【００２３】
ところが、めっき層を軟質化しなくても、母材がめっき層よりも硬くなるようにコントロールされている場合には、曲げ戻し時に母材のネッキングが顕著に抑制されることが明らかになった。すなわち、本発明のめっき塗装鋼板では母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式を満たすようにコントロールする。
ＨM＞ＨP ……（１）
【００２４】
図５に、後述の実施例２における本発明の塗装鋼板について、図３と同様の調査を行った場合の断面形状を例示する。この場合、加工前におけるめっき層１２’の断面硬さは１０５ＨＶであり、母材硬さは１２５ＨＶである。図５（ｂ）のように、めっき層１２’は曲げ戻し後に若干割れている。しかし、母材のネッキングは顕著に抑制されている。そのメカニズムについては現時点で未解明な部分も多いが、母材の表面のうち、めっき層１２’が存在している箇所では、めっき層より母材の方が硬いために、曲げ戻し時にめっき層１２’からの拘束力が母材表面にほとんど働かず、その結果、めっき層１２’が存在する箇所と存在しない箇所で曲げ戻し時に母材に付与される応力の差が非常に小さくなることが考えられる。なお、めっき層１２側が製品としての「保証面」である。
【００２５】
図５に示される塗装鋼板では、蟻掛加工を用いた屋根の施工において、曲げ戻し箇所での母材の割れが発生せず、良好な加工性を有することが確認されている。また、加工によりめっき層に生じる割れは、屋根の外観を損なうものではなく、鋼板の耐食性についても充分に維持されることが確認されている。
【００２６】
溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板におけるめっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）は、溶融めっき後に調質圧延を行うこと、あるいは熱処理を行うことによって、コントロールすることができる。調質圧延を行えば、溶融めっきままの硬さよりも若干硬くなる。熱処理を行えば軟質化させることができる。
【００２７】
めっき層の硬さをコントロールするための熱処理は１３０〜２５０℃の温度域で実施できるが、下記（２）式を外れて軟質化しないように留意する。例えば上記温度域での保持時間が１ｈ以上にならないようにする。
ＨP≧９０ ……（２）
（２）式を外れるまで熱処理によりめっき層を軟質化させると、鋼の降伏伸びが大きくなり、加工時にストレッチャーストレインが発生し、加工成形性が著しく悪くなる。また、軟質化のための熱処理時間が長くなり、従来材に対するコスト低減効果が小さい。
【００２８】
ただし、溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板の場合、溶融めっき後に行われることがある調質圧延の伸び率が４％以内であれば、めっき層の断面硬さＨPは通常１００〜１２０ＨＶの範囲となる。この範囲において前記（１）式を満たしていれば、充分な耐曲げ戻し性が得られることから、溶融めっき後には特にめっき層を軟質化するような処理を施さなくても良い。
【００２９】
母材の断面硬さＨM（ＨＶ）は、主にめっき原板として採用する鋼板の組成（特にＣ含有量）によってコントロールすることができる。溶融めっき後の調質圧延によっても若干硬質化させることができる。めっき層の硬さをコントロールするために１３０〜２５０℃程度の熱処理を行った場合は、Ｃ含有量によって母材が硬質化する場合と、わずかに軟質化する場合がある。いずれにしても、前記（１）式を満たすようにコントロールすればよい。ただし、あまり母材が硬くなると曲げ加工や曲げ戻しの施工性が悪くなるので、下記（３）式を満たす範囲とすることが望ましい。
ＨM≦１４５ ……（３）
【００３０】
母材のＬ断面における平均結晶粒径は７〜５０μｍに調整されていることが曲げ戻し時の母材のネッキングを抑止する上で望ましい。
【００３１】
めっき層の組成は、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎとする。この範囲においてＺｎの犠牲防食効果とＡｌの耐久性向上効果がバランス良く発揮され、屋根用として好適な高耐食性を有するカラー塗装鋼板を構築することができる。特にＡｌ含有量は５５±２.５質量％の範囲に設定することが一層好ましい。
【００３２】
母材となるめっき原板は、Ｃ：０.０４〜０.２０質量％を含むＡｌキルド鋼であることが望ましい。この範囲において、前記（１）式および（３）式を満たすように塗装・焼き付け後の母材の硬さをコントロールすることが容易になる。
より具体的には、質量％で、Ｃ：０.０４〜０.２０質量％好ましくは０.０７〜０.１１質量％、Ｓｉ：０.３０質量％以下、Ｍｎ：０.６０質量％以下、Ｐ：０.０５０質量％以下、Ｓ：０.０２５質量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼が挙げられる。不純物元素として、Ｓｎ含有量は０.１５質量％以下であることが望ましい。
【００３３】
〔製造工程〕
本発明の塗装鋼板は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、めっき原板として、再結晶焼鈍後の硬さが１２０〜１４５ＨＶとなる性質の冷延鋼板を用意する。このような性質を有するかどうかは、別途実験により予め確認しておけばよい。めっき原板の板厚は、屋根用の場合、例えば０.３５〜０.４０ｍｍ程度とする。
【００３４】
次に、このめっき原板に、還元雰囲気で再結晶を伴う加熱を施し、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなる溶融めっき浴中に通板することによって溶融めっきを施す。この溶融めっき工程は、還元炉、溶融めっき浴、めっき付着量調整手段、めっき層冷却帯を備えた既存の連続溶融めっきラインを用いて実施することができる。通板条件は従来の溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの作業標準に従うことができる。めっき層厚さは片面当たり１０〜２７μｍ程度とすればよい。
【００３５】
溶融めっき後には伸び率０.２〜４％の調質圧延を施す。これによりめっき面が平滑化され、塗装用原板としてふさわしいめっき鋼板が得られる。調質圧延率が高すぎると鋼の硬化が大きくなり好ましくない。この調質圧延は連続溶融めっきラインに付属のインラインミルを使用して行うと効率的である。
【００３６】
（１）式および（２）式を満たす範囲でめっき層を軟質化させる場合は、この段階で１３０〜２５０℃の範囲に鋼板を保持する熱処理を施すことができる。ただし、前述のように母材硬さをコントロールすることによって（１）式を満たすことが可能であり、（２）式については熱処理を施さなくても満たすことが可能である。したがって、生産性やコストを考慮すると、溶融めっき後には、１３０℃以上の温度域に１ｈ以上保持する熱履歴を付与しないことが好ましい。
【００３７】
次に、塗装を行う。塗料としては、ポリエステル系、エポキシ系等の一般的なカラー鋼板用塗料が使用できる。塗料をめっき面の片面または両面に、ロールコーター法等により塗布し、その後、在炉時間５ｍｉｎ以内で材温（ここでは到達板温を意味する）１９０〜２５０℃まで加熱し、水冷することにより焼付けを行う。焼付け後の塗膜厚は１０〜２５μｍ程度とすればよい。通常、この範囲の塗膜厚であれば、２０〜６０ｓｅｃ程度の在炉時間で良好な結果が得られる。
【実施例】
【００３８】
《実施例１》
表１に示す鋼種ＡのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として、連続溶融めっきラインを用いてＺｎ−５５質量％Ａｌ合金めっきを施した。この連続溶融めっきラインでは、水素＋窒素ガスの還元雰囲気中で材温が約７００℃まで昇温する条件で熱処理を行い、その後、材温が約５６０℃になった時点でめっき浴に浸漬した。上記熱処理により、めっき原板は再結晶化する。めっき浴の温度は約６００℃であり、分析の結果、Ｚｎ−５５質量％Ａｌめっき浴中には、Ｓｉ：１.５質量％、Ｆｅ：０.５質量％が含まれていた。めっき浴を出た鋼板はほぼ鉛直方向に引き上げられる過程でガスワイピングノズルによりめっき付着量が調整され、その後、空冷されてめっき層が凝固した。めっき層厚さは両面とも約２２μｍとした。めっき後の鋼板について、インラインミルにより伸び率１％の調質圧延を施した。
【００３９】
このめっき鋼板に対し、めっき層を軟質化する熱処理を施すことなく、塗装を行った。塗料はポリエステル系のものを用意し、めっき鋼板の両面にロールコーター法で塗布した。塗布前には通常の洗浄および脱脂を行った。焼付けは在炉時間約３０ｓｅｃで材温が約２１０℃になるまで昇温し、その後水冷する条件で行った。焼付け後の塗膜厚さは製品において保証面とする側で約１７μｍである。このようにして得られためっき塗装鋼板を供試材として、以下の調査を行った。
【００４０】
〔断面硬さ測定〕
供試材のＬ断面（圧延方向と板厚方向に平行な断面）が観察できるように樹脂に埋め込んだ試料を作製した。めっき層断面の硬さはマイクロビッカース硬度計を用いて荷重５ｇにてめっき層の厚さ方向中央部を測定した。母材断面の硬さはビッカース硬度計を用いて荷重５ｋｇにて母材の厚さ方向の中央部を測定した。いずれも、圧延方向にランダムな５箇所の位置で測定し、ｎ＝５の平均値をめっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）および母材の断面硬さＨM（ＨＶ）とした。
【００４１】
〔母材の結晶粒径測定〕
上記の樹脂に埋め込んだ試料を用いて、ＪＩＳ Ｇ０５５１に準拠した切片法で母材の平均結晶粒径（μｍ）を求めた。
【００４２】
〔１８０°繰り返し曲げ試験〕
供試材から圧延方向が長手方向となる幅５０ｍｍの短冊状試料を切り出し、以下の手順で繰り返し曲げを行うことによって耐曲げ戻し性を調べた。曲げ軸は圧延方向に対し直角方向である。
［１］１８０°２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を行う。
［２］手で曲げ戻し、万力で締め付けることにより平坦な形状に戻す。
［３］［１］と曲げ線が変わらないようにして［１］と同じ方向に１８０°２Ｔ曲げを行う。
［４］手で曲げ戻し、万力で締め付けることにより平坦な形状に戻す。
以降［３］［４］を繰り返す。
［２］［４］のように曲げ戻した時点でサイクル数を１回、２回、と数える。
各サイクルの曲げ戻しを終了した時点で、試料の曲げ加工部を顕微鏡で観察し、母材の割れが認められるまで上記操作を繰り返す。
このような試験を常温、および０℃の大気雰囲気中で行った。耐曲げ戻し性の評価は、耐曲げ戻し性が良好であると一般に認められている後述の従来例１の結果と比較し、母材の割れが認められるまでのサイクル数が「従来例１の回数」以上のものを実用上問題なしと判断して○（良好）、それより少ないものを×（不良）と判定した。
【００４３】
〔パイプ押し付け加工試験〕
塗装鋼板（板厚０.３５ｍｍ）を５０ｍｍφのパイプの表面に手で押し付ける加工を施し、加工後の鋼板の表面性状を観察した。表面に折れ線が目立たず、美麗な外観が維持されたものを○（良好）、表面に明らかに外観を損なう不均一な折れ線が生じたものを×（不良）と評価した。
【００４４】
《実施例２》
表１に示す鋼種ＢのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００４５】
《実施例３》
表１に示す鋼種ＣのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００４６】
《比較例１》
表１に示す鋼種ＤのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００４７】
《従来例１》
表１に示す鋼種ＣのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと、および伸び率１％の調質圧延が施された溶融めっき鋼板に対して、塗装前に、２２０℃×８ｈ保持、炉冷の条件でめっき層を軟質化する熱処理を加えたこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
なお、この塗装鋼板は、寒冷地の屋根材に使用されて、耐曲げ戻し性については良好であると評価されている商品と類似の特性を有するものである。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
〔結果について〕
本発明例に該当する各実施例のめっき塗装鋼板は、母材がめっき層よりも硬くなるようにコントロールされて前記（１）式を満たしていることにより、めっき層を軟質化する熱処理が施されていないにも関わらず、めっき層を軟質化する熱処理が施された従来例１のものと同様の優れた耐曲げ戻し性を呈した。また、パイプ押し付け加工試験においても良好な結果が得られた。図６に、実施例２におけるパイプ押し付け加工試験後の鋼板表面の外観写真を例示する。他の実施例でも図６と同様に美麗な外観が維持された。
【００５１】
これに対し、比較例１のものは母材の硬さが低く、（１）式を満たさなかったことにより、耐曲げ戻し性に劣った。これは、繰り返し曲げ試験の曲げ戻し時にめっき層が割れた箇所で母材のネッキングが起こり、それに起因して繰り返し曲げの比較的早期の段階で母材のネッキング箇所に応力集中が起こり母材の割れに至ったものと考えられる。従来例１はめっき層を軟質化する処理が施されているので、耐曲げ戻し性は改善されている。しかし、熱処理により高い降伏伸びが付与されているため、加工時に顕著なストレッチャーストレインの発生や加工成形性に劣る懸念がある。事実、パイプ押し付け加工試験で、図７に示すような不均一な折れ線が表面に発生した。また、めっき層を軟質化する処理を挿入することによるコスト増が否めない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】塗装鋼板を使用した屋根で形成されることがある蟻掛加工部の断面形状を模式的に示した図。
【図２】蟻掛加工部の一部に曲げを戻す操作が加えられる前後における屋根部材の外観を模式的に例示した図。
【図３】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理なし）について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した曲げ部、およびその後に曲げ戻しを行った部分の断面形状を例示した図。
【図４】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理あり）について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した曲げ部、およびその後に曲げ戻しを行った部分の断面形状を例示した図。
【図５】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした本発明の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理なし）について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した曲げ部、およびその後に曲げ戻しを行った部分の断面形状を例示した図。
【図６】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした本発明の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理なし）について、５０ｍｍφのパイプに押し付ける加工を施した場合の表面外観を示す図面代用写真。
【図７】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理あり）について、５０ｍｍφのパイプに押し付ける加工を施した場合の表面外観を示す図面代用写真。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 母材
１１ 被覆層
１２ めっき層
１２’ 曲げの内側で圧縮変形を受けた側のめっき層
２０ 蟻掛加工部
２１ 切断位置
２２ 平坦部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高耐食性のＺｎ−Ａｌ系めっき層の上に塗装を施した塗装鋼板であって、特に耐曲げ戻し性を低コストで改善した、屋根等の外装建材に適しためっき塗装鋼板およびその製造法に関する。本明細書では、曲げ加工された部位の曲げ形状を、曲げ加工される前のフラットに近い形状まで逆に変形させて戻す加工を「曲げ戻し」と呼んでいる。
【背景技術】
【０００２】
Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板は、Ｚｎめっき鋼板をベースにしたものよりも耐食性および耐久性に優れることから、屋根等の外装建材用に広く使用されている。このような塗装鋼板で屋根を葺く場合は通常、ロールフォーミング等により曲げ加工が施されるが、施工方法によっては、折り曲げられた形状の加工部の一部について、曲げを戻し再度曲げるといった繰り返し曲げ操作が加えられることがある。
【０００３】
図１は、屋根に施工される折り曲げられた形状の加工部の断面形状を模式的に例示したものである。これは、主に寒冷地の屋根で施工される「蟻掛（ありかけ）加工」と呼ばれる加工の例である。母材１０は、めっき原板である鋼板素材の部分に由来する「鋼」からなる部分である。母材１０の表面には「めっき層＋塗膜」からなる被覆層１１が形成されている。ロールフォーミングによって鋼板の一部がほぼ密着するような曲げ加工が施され、被覆層１１はＡ１、Ａ２、Ａ３などの曲げの内側の箇所で厳しい圧縮変形を受け、Ｂ１、Ｂ２などの曲げの外側箇所で厳しい引張変形を受ける。
【０００４】
図２には、この蟻掛加工部の一部について曲げを戻す操作が加えられる前後における屋根部材の外観を模式的に例示する。図２（ａ）は曲げを戻す前の状態、図２（ｂ）は曲げを戻した後の状態である。屋根の端部を処理する場合、例えば図２（ａ）のように、蟻掛加工部２０と平坦部２２の一部を破線で示される切断位置２１で切断する。次いで、切断位置２１より端の部分で蟻掛加工部２０の曲げを戻して矢印方向に平坦に伸ばし、一旦、図２（ｂ）のような形状とする。その後、さらに所望の折り曲げ加工等を加えることにより、端部の処理を行う。
【０００５】
めっき層がＺｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっきの場合、図２（ｂ）のような曲げが戻された状態においては、曲げられていたときにめっき層が圧縮変形を受けていた箇所（図１のＡ１、Ａ２、Ａ３など）において、めっき層に亀裂が生じやすい。Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっきは防食効果が高いこともあり、このようなめっき層の亀裂自体は通常大きな問題にはならない。しかし、めっき層が割れた箇所において母材の鋼にネッキング（板厚減少）が生じやすく、これが問題となる。このネッキングは、その後の加工工程で母材自体に割れが生じる原因となるからである。本明細書では、このようなネッキングが曲げ戻し時に生じ難く、その後の加工で曲げ戻し箇所の母材に割れが生じ難い性質を「耐曲げ戻し性」と呼んでいる。
【０００６】
図３には、溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した試料の曲げ部（図３（ａ））、およびその後に曲げ戻しを行った試料の曲げを戻した部分（図３（ｂ））の断面形状を例示する。この塗装鋼板は、溶融めっき後に伸び率１％の調質圧延を行い、ロールコーター法で塗料を塗布し、材温２１０℃まで昇温したのち水冷する方法で焼付け塗膜を形成したものである。母材１０の厚さは約０.３５ｍｍ、めっき層１２’の曲げ加工前における断面硬さは約１１５ＨＶである。塗膜は、めっき層１２、１２’の表面に存在しているが、図では省略してある。図３（ｂ）のように、曲げ戻しを行うと、曲げの内側で圧縮変形を受けた側のめっき層１２’には割れが生じ、その割れの部分（すなわち母材１０の表面にめっき層１２’が存在しない部分）において、母材１０にネッキング（板厚減少）が起こる（例えば矢印部分）。これは母材１０の表面のうち、めっき層１２’に割れが生じた箇所ではめっき層１２’による拘束力が働かず、曲げ戻し時にその部分に引張応力が集中するからではないかと考えられる。
【０００７】
このようなネッキングを抑制するには曲げ戻し時にめっき層１２’に割れが生じないか、生じたとしても非常に微細な割れになることが、極めて有効である。そのためにはめっき層が、曲げによる鋼板の変形に追随できるように、十分軟質化されていることが重要である。
【０００８】
そこで、厳しい加工に供される屋根等に溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした塗装鋼板を適用する際には、めっき工程と塗装工程の間で、溶融めっき鋼板を熱処理することにより、めっき層を軟質化することが一般に行われている（特許文献１）。その熱処理は、例えば２００℃程度の温度で５〜２０ｈ程度保持するといった長時間の焼鈍によって行われる。
【０００９】
図４に、溶融めっき後に２２０℃×８ｈの熱処理に供した溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとして焼付け塗装を施した、屋根材として実用化されている従来の塗装鋼板について、図３と同様の調査を行った場合の断面形状を模式的に例示する。塗膜は、図では省略してある。この場合、めっき層１２’の曲げ加工前における断面硬さは約７０ＨＶに軟質化されている。図４（ｂ）のように、曲げの内側で圧縮変形を受けためっき層１２’には極めて微細な割れしか生じず、母材１０にもネッキング（板厚減少）は起こらない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２４９８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板に、めっき層を軟質化する熱処理を施し、その後、焼付け塗装を施した塗装鋼板は、曲げ戻しを行った場合にもめっき層が割れ難く、その結果、母材のネッキングも生じにくい。したがって、このような塗装鋼板は優れた耐食性を有するとともに、耐曲げ戻し性にも優れ、屋根等の外装部材として適したものであると言える。
【００１２】
しかしながら、めっき層を軟質化する熱処理は例えば５〜２０ｈといった長時間の加熱を必要とする。このため、生産性は低下し、コストが増大するという問題を有している。
【００１３】
また、めっき層を軟質化する熱処理は、鋼に高い降伏伸び（１０％前後）を与えることから加工成形時に顕著なストレッチャーストレイン（図７参照）を発生させ、良好な成形性を阻害する。
【００１４】
本発明はこのような観点に立ち、耐食性に優れた溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板において、「耐曲げ戻し性」顕著に改善された、屋根用に好適な低コストの塗装鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者らは詳細な検討の結果、めっき層を軟質化する処理を行わなくても、母材がめっき層よりも硬くなるようにコントロールすることによって、耐曲げ戻し性が顕著に改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
すなわち本発明では、鋼板表面に、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなるめっき層と、そのめっき層より上層（すなわち表層側）に塗膜を有する塗装鋼板において、母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式および（２）式を満たし、好ましくはさらに下記（３）式を満たすように調整されている耐曲げ戻し性に優れた屋根用に好適なＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板が提供される。
ＨM＞ＨP ……（１）
ＨP≧９０ ……（２）
ＨM≦１４５ ……（３）
【００１７】
ここで、めっき層組成において「残部実質的にＺｎからなる」とは、本発明の効果を阻害しない範囲で、ＡｌとＺｎ以外の元素の混入が許容されることを意味する。例えば、溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき浴に含まれている場合が多い元素として、Ｓｉ：０.２〜３.０質量％以下、Ｆｅ：１.５質量％以下、Ｍｇ：０.５質量％以下が挙げられ、その他、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｂ、Ｓｒ等の不純物の混入が許容される。
【００１８】
「母材」はめっき原板として使用される鋼板素地に由来する「鋼」の部分である。母材およびめっき層の断面硬さは、圧延方向および板厚方向に平行な鋼板断面（以下「Ｌ断面」という）について測定される硬さである。めっき層の断面硬さは、例えばマイクロビッカース硬度計により荷重５ｇで測定することができる。その際、コーンの先端がめっき層断面のα−Ａｌ部に位置するようにすればよい。母材の断面硬さＨMおよびめっき層の断面硬さＨPは、それぞれ母材およびめっき層の厚さ中心部付近をｎ＝５で測定した場合の平均値が採用される。「めっき塗装鋼板」はめっき層の上に塗膜を有する鋼板を意味する。
【００１９】
上記塗装鋼板の母材はＣ：０.０４〜０.２０質量％を含むＡｌキルド鋼が採用できる。
母材の平均結晶粒径は、Ｌ断面についてＪＩＳ Ｇ０５１１に準拠した切片法により測定された値で、例えば７〜５０μｍの範囲にある。
【００２０】
また本発明では上記塗装鋼板の製造法として、再結晶焼鈍後の硬さが１００〜１４５ＨＶとなる性質の冷延鋼板をめっき原板として、再結晶を伴う加熱後にＡｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなる溶融めっき浴に通板する「溶融めっき工程」、得られた溶融めっき鋼板に伸び率０.２〜４％の圧延を施す「調質圧延工程」、および、塗料を塗布した後、在炉時間５ｍｉｎ以内で材温（到達板温）１９０〜２５０℃まで加熱し、水冷する「塗装・焼付け工程」を有する製造法が提供される。溶融めっき工程後には、炉温１３０℃以上の温度域に鋼板を１ｈ以上保持する熱履歴を付与しないことが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、本来耐食性に優れる溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板において、耐曲げ戻し性が顕著に改善された。この塗装鋼板を屋根等の外装材に使用すれば、施工時の鋼材割れが防止されるとともに、めっき層を焼鈍して軟質化した塗装鋼板に比べてストレッチャーストレインが発生し難く、加工成形性に富む。また、めっき層を軟質化するための長時間の加熱が不要であるため、生産性の向上およびコスト低減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
発明者らは溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板を用いて、曲げ戻し時における母材のネッキングの発生状況を詳細に調査してきた。その結果、ネッキングを防止するためには、１つには従来材のようにめっき層を軟質化することが有効であることが確認された。この場合、図４に示されるように、曲げの内側で圧縮変形を受けためっき層１２’は、それ自体が軟質であることによって曲げ戻し時に充分に変形し、割れが顕著に抑制される。めっき層に割れが生じなければ下地の母材が不均一に変形する現象は起こり難く、したがってネッキングもほとんど生じない。
【００２３】
ところが、めっき層を軟質化しなくても、母材がめっき層よりも硬くなるようにコントロールされている場合には、曲げ戻し時に母材のネッキングが顕著に抑制されることが明らかになった。すなわち、本発明のめっき塗装鋼板では母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式を満たすようにコントロールする。
ＨM＞ＨP ……（１）
【００２４】
図５に、後述の実施例２における本発明の塗装鋼板について、図３と同様の調査を行った場合の断面形状を例示する。この場合、加工前におけるめっき層１２’の断面硬さは１０５ＨＶであり、母材硬さは１２５ＨＶである。図５（ｂ）のように、めっき層１２’は曲げ戻し後に若干割れている。しかし、母材のネッキングは顕著に抑制されている。そのメカニズムについては現時点で未解明な部分も多いが、母材の表面のうち、めっき層１２’が存在している箇所では、めっき層より母材の方が硬いために、曲げ戻し時にめっき層１２’からの拘束力が母材表面にほとんど働かず、その結果、めっき層１２’が存在する箇所と存在しない箇所で曲げ戻し時に母材に付与される応力の差が非常に小さくなることが考えられる。なお、めっき層１２側が製品としての「保証面」である。
【００２５】
図５に示される塗装鋼板では、蟻掛加工を用いた屋根の施工において、曲げ戻し箇所での母材の割れが発生せず、良好な加工性を有することが確認されている。また、加工によりめっき層に生じる割れは、屋根の外観を損なうものではなく、鋼板の耐食性についても充分に維持されることが確認されている。
【００２６】
溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板をベースにした塗装鋼板におけるめっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）は、溶融めっき後に調質圧延を行うこと、あるいは熱処理を行うことによって、コントロールすることができる。調質圧延を行えば、溶融めっきままの硬さよりも若干硬くなる。熱処理を行えば軟質化させることができる。
【００２７】
めっき層の硬さをコントロールするための熱処理は１３０〜２５０℃の温度域で実施できるが、下記（２）式を外れて軟質化しないように留意する。例えば上記温度域での保持時間が１ｈ以上にならないようにする。
ＨP≧９０ ……（２）
（２）式を外れるまで熱処理によりめっき層を軟質化させると、鋼の降伏伸びが大きくなり、加工時にストレッチャーストレインが発生し、加工成形性が著しく悪くなる。また、軟質化のための熱処理時間が長くなり、従来材に対するコスト低減効果が小さい。
【００２８】
ただし、溶融Ｚｎ−５０〜６０％Ａｌ合金めっき鋼板の場合、溶融めっき後に行われることがある調質圧延の伸び率が４％以内であれば、めっき層の断面硬さＨPは通常１００〜１２０ＨＶの範囲となる。この範囲において前記（１）式を満たしていれば、充分な耐曲げ戻し性が得られることから、溶融めっき後には特にめっき層を軟質化するような処理を施さなくても良い。
【００２９】
母材の断面硬さＨM（ＨＶ）は、主にめっき原板として採用する鋼板の組成（特にＣ含有量）によってコントロールすることができる。溶融めっき後の調質圧延によっても若干硬質化させることができる。めっき層の硬さをコントロールするために１３０〜２５０℃程度の熱処理を行った場合は、Ｃ含有量によって母材が硬質化する場合と、わずかに軟質化する場合がある。いずれにしても、前記（１）式を満たすようにコントロールすればよい。ただし、あまり母材が硬くなると曲げ加工や曲げ戻しの施工性が悪くなるので、下記（３）式を満たす範囲とすることが望ましい。
ＨM≦１４５ ……（３）
【００３０】
母材のＬ断面における平均結晶粒径は７〜５０μｍに調整されていることが曲げ戻し時の母材のネッキングを抑止する上で望ましい。
【００３１】
めっき層の組成は、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎとする。この範囲においてＺｎの犠牲防食効果とＡｌの耐久性向上効果がバランス良く発揮され、屋根用として好適な高耐食性を有するカラー塗装鋼板を構築することができる。特にＡｌ含有量は５５±２.５質量％の範囲に設定することが一層好ましい。
【００３２】
母材となるめっき原板は、Ｃ：０.０４〜０.２０質量％を含むＡｌキルド鋼であることが望ましい。この範囲において、前記（１）式および（３）式を満たすように塗装・焼き付け後の母材の硬さをコントロールすることが容易になる。
より具体的には、質量％で、Ｃ：０.０４〜０.２０質量％好ましくは０.０７〜０.１１質量％、Ｓｉ：０.３０質量％以下、Ｍｎ：０.６０質量％以下、Ｐ：０.０５０質量％以下、Ｓ：０.０２５質量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼が挙げられる。不純物元素として、Ｓｎ含有量は０.１５質量％以下であることが望ましい。
【００３３】
〔製造工程〕
本発明の塗装鋼板は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、めっき原板として、再結晶焼鈍後の硬さが１２０〜１４５ＨＶとなる性質の冷延鋼板を用意する。このような性質を有するかどうかは、別途実験により予め確認しておけばよい。めっき原板の板厚は、屋根用の場合、例えば０.３５〜０.４０ｍｍ程度とする。
【００３４】
次に、このめっき原板に、還元雰囲気で再結晶を伴う加熱を施し、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなる溶融めっき浴中に通板することによって溶融めっきを施す。この溶融めっき工程は、還元炉、溶融めっき浴、めっき付着量調整手段、めっき層冷却帯を備えた既存の連続溶融めっきラインを用いて実施することができる。通板条件は従来の溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきの作業標準に従うことができる。めっき層厚さは片面当たり１０〜２７μｍ程度とすればよい。
【００３５】
溶融めっき後には伸び率０.２〜４％の調質圧延を施す。これによりめっき面が平滑化され、塗装用原板としてふさわしいめっき鋼板が得られる。調質圧延率が高すぎると鋼の硬化が大きくなり好ましくない。この調質圧延は連続溶融めっきラインに付属のインラインミルを使用して行うと効率的である。
【００３６】
（１）式および（２）式を満たす範囲でめっき層を軟質化させる場合は、この段階で１３０〜２５０℃の範囲に鋼板を保持する熱処理を施すことができる。ただし、前述のように母材硬さをコントロールすることによって（１）式を満たすことが可能であり、（２）式については熱処理を施さなくても満たすことが可能である。したがって、生産性やコストを考慮すると、溶融めっき後には、１３０℃以上の温度域に１ｈ以上保持する熱履歴を付与しないことが好ましい。
【００３７】
次に、塗装を行う。塗料としては、ポリエステル系、エポキシ系等の一般的なカラー鋼板用塗料が使用できる。塗料をめっき面の片面または両面に、ロールコーター法等により塗布し、その後、在炉時間５ｍｉｎ以内で材温（ここでは到達板温を意味する）１９０〜２５０℃まで加熱し、水冷することにより焼付けを行う。焼付け後の塗膜厚は１０〜２５μｍ程度とすればよい。通常、この範囲の塗膜厚であれば、２０〜６０ｓｅｃ程度の在炉時間で良好な結果が得られる。
【実施例】
【００３８】
《実施例１》
表１に示す鋼種ＡのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として、連続溶融めっきラインを用いてＺｎ−５５質量％Ａｌ合金めっきを施した。この連続溶融めっきラインでは、水素＋窒素ガスの還元雰囲気中で材温が約７００℃まで昇温する条件で熱処理を行い、その後、材温が約５６０℃になった時点でめっき浴に浸漬した。上記熱処理により、めっき原板は再結晶化する。めっき浴の温度は約６００℃であり、分析の結果、Ｚｎ−５５質量％Ａｌめっき浴中には、Ｓｉ：１.５質量％、Ｆｅ：０.５質量％が含まれていた。めっき浴を出た鋼板はほぼ鉛直方向に引き上げられる過程でガスワイピングノズルによりめっき付着量が調整され、その後、空冷されてめっき層が凝固した。めっき層厚さは両面とも約２２μｍとした。めっき後の鋼板について、インラインミルにより伸び率１％の調質圧延を施した。
【００３９】
このめっき鋼板に対し、めっき層を軟質化する熱処理を施すことなく、塗装を行った。塗料はポリエステル系のものを用意し、めっき鋼板の両面にロールコーター法で塗布した。塗布前には通常の洗浄および脱脂を行った。焼付けは在炉時間約３０ｓｅｃで材温が約２１０℃になるまで昇温し、その後水冷する条件で行った。焼付け後の塗膜厚さは製品において保証面とする側で約１７μｍである。このようにして得られためっき塗装鋼板を供試材として、以下の調査を行った。
【００４０】
〔断面硬さ測定〕
供試材のＬ断面（圧延方向と板厚方向に平行な断面）が観察できるように樹脂に埋め込んだ試料を作製した。めっき層断面の硬さはマイクロビッカース硬度計を用いて荷重５ｇにてめっき層の厚さ方向中央部を測定した。母材断面の硬さはビッカース硬度計を用いて荷重５ｋｇにて母材の厚さ方向の中央部を測定した。いずれも、圧延方向にランダムな５箇所の位置で測定し、ｎ＝５の平均値をめっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）および母材の断面硬さＨM（ＨＶ）とした。
【００４１】
〔母材の結晶粒径測定〕
上記の樹脂に埋め込んだ試料を用いて、ＪＩＳ Ｇ０５５１に準拠した切片法で母材の平均結晶粒径（μｍ）を求めた。
【００４２】
〔１８０°繰り返し曲げ試験〕
供試材から圧延方向が長手方向となる幅５０ｍｍの短冊状試料を切り出し、以下の手順で繰り返し曲げを行うことによって耐曲げ戻し性を調べた。曲げ軸は圧延方向に対し直角方向である。
［１］１８０°２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を行う。
［２］手で曲げ戻し、万力で締め付けることにより平坦な形状に戻す。
［３］［１］と曲げ線が変わらないようにして［１］と同じ方向に１８０°２Ｔ曲げを行う。
［４］手で曲げ戻し、万力で締め付けることにより平坦な形状に戻す。
以降［３］［４］を繰り返す。
［２］［４］のように曲げ戻した時点でサイクル数を１回、２回、と数える。
各サイクルの曲げ戻しを終了した時点で、試料の曲げ加工部を顕微鏡で観察し、母材の割れが認められるまで上記操作を繰り返す。
このような試験を常温、および０℃の大気雰囲気中で行った。耐曲げ戻し性の評価は、耐曲げ戻し性が良好であると一般に認められている後述の従来例１の結果と比較し、母材の割れが認められるまでのサイクル数が「従来例１の回数」以上のものを実用上問題なしと判断して○（良好）、それより少ないものを×（不良）と判定した。
【００４３】
〔パイプ押し付け加工試験〕
塗装鋼板（板厚０.３５ｍｍ）を５０ｍｍφのパイプの表面に手で押し付ける加工を施し、加工後の鋼板の表面性状を観察した。表面に折れ線が目立たず、美麗な外観が維持されたものを○（良好）、表面に明らかに外観を損なう不均一な折れ線が生じたものを×（不良）と評価した。
【００４４】
《実施例２》
表１に示す鋼種ＢのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００４５】
《実施例３》
表１に示す鋼種ＣのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００４６】
《比較例１》
表１に示す鋼種ＤのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００４７】
《従来例１》
表１に示す鋼種ＣのＡｌキルド鋼冷延鋼板（板厚０.３５ｍｍ）をめっき原板として使用したこと、および伸び率１％の調質圧延が施された溶融めっき鋼板に対して、塗装前に、２２０℃×８ｈ保持、炉冷の条件でめっき層を軟質化する熱処理を加えたこと以外、実施例１と同様の方法で実験を行った。
なお、この塗装鋼板は、寒冷地の屋根材に使用されて、耐曲げ戻し性については良好であると評価されている商品と類似の特性を有するものである。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
〔結果について〕
本発明例に該当する各実施例のめっき塗装鋼板は、母材がめっき層よりも硬くなるようにコントロールされて前記（１）式を満たしていることにより、めっき層を軟質化する熱処理が施されていないにも関わらず、めっき層を軟質化する熱処理が施された従来例１のものと同様の優れた耐曲げ戻し性を呈した。また、パイプ押し付け加工試験においても良好な結果が得られた。図６に、実施例２におけるパイプ押し付け加工試験後の鋼板表面の外観写真を例示する。他の実施例でも図６と同様に美麗な外観が維持された。
【００５１】
これに対し、比較例１のものは母材の硬さが低く、（１）式を満たさなかったことにより、耐曲げ戻し性に劣った。これは、繰り返し曲げ試験の曲げ戻し時にめっき層が割れた箇所で母材のネッキングが起こり、それに起因して繰り返し曲げの比較的早期の段階で母材のネッキング箇所に応力集中が起こり母材の割れに至ったものと考えられる。従来例１はめっき層を軟質化する処理が施されているので、耐曲げ戻し性は改善されている。しかし、熱処理により高い降伏伸びが付与されているため、加工時に顕著なストレッチャーストレインの発生や加工成形性に劣る懸念がある。事実、パイプ押し付け加工試験で、図７に示すような不均一な折れ線が表面に発生した。また、めっき層を軟質化する処理を挿入することによるコスト増が否めない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】塗装鋼板を使用した屋根で形成されることがある蟻掛加工部の断面形状を模式的に示した図。
【図２】蟻掛加工部の一部に曲げを戻す操作が加えられる前後における屋根部材の外観を模式的に例示した図。
【図３】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理なし）について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した曲げ部、およびその後に曲げ戻しを行った部分の断面形状を例示した図。
【図４】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理あり）について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した曲げ部、およびその後に曲げ戻しを行った部分の断面形状を例示した図。
【図５】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした本発明の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理なし）について、２Ｔ曲げ（Ｔは板厚）を施した曲げ部、およびその後に曲げ戻しを行った部分の断面形状を例示した図。
【図６】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした本発明の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理なし）について、５０ｍｍφのパイプに押し付ける加工を施した場合の表面外観を示す図面代用写真。
【図７】溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ合金めっき鋼板をベースとした従来の塗装鋼板（めっき層の軟質化処理あり）について、５０ｍｍφのパイプに押し付ける加工を施した場合の表面外観を示す図面代用写真。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 母材
１１ 被覆層
１２ めっき層
１２’ 曲げの内側で圧縮変形を受けた側のめっき層
２０ 蟻掛加工部
２１ 切断位置
２２ 平坦部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面に、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなるめっき層と、そのめっき層より上層に塗膜を有する塗装鋼板において、母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式および（２）式を満たす耐曲げ戻し性に優れたＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
ＨM＞ＨP ……（１）
ＨP≧９０ ……（２）
【請求項２】
母材がＣ：０.０４〜０.２０質量％を含むＡｌキルド鋼である請求項１に記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
【請求項３】
さらに下記（３）式を満たす請求項１または２に記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
ＨM≦１４５ ……（３）
【請求項４】
母材の平均結晶粒径が７〜５０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
【請求項５】
再結晶焼鈍後の硬さが１００〜１４５ＨＶとなる性質の冷延鋼板をめっき原板として、再結晶を伴う加熱後にＡｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなる溶融めっき浴に通板する「溶融めっき工程」、得られた溶融めっき鋼板に伸び率０.２〜４％の圧延を施す「調質圧延工程」、および、塗料を塗布した後、在炉時間５ｍｉｎ以内で材温１９０〜２５０℃まで加熱し、冷却する「塗装・焼付け工程」を有する請求項１〜４のいずれかに記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板の製造法。
【請求項６】
溶融めっき工程後には、１３０℃以上の温度域に１ｈ以上保持する熱履歴を付与しない請求項５に記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板の製造法。
【請求項１】
鋼板表面に、Ａｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなるめっき層と、そのめっき層より上層に塗膜を有する塗装鋼板において、母材の断面硬さＨM（ＨＶ）と、めっき層の断面硬さＨP（ＨＶ）が下記（１）式および（２）式を満たす耐曲げ戻し性に優れたＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
ＨM＞ＨP ……（１）
ＨP≧９０ ……（２）
【請求項２】
母材がＣ：０.０４〜０.２０質量％を含むＡｌキルド鋼である請求項１に記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
【請求項３】
さらに下記（３）式を満たす請求項１または２に記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
ＨM≦１４５ ……（３）
【請求項４】
母材の平均結晶粒径が７〜５０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板。
【請求項５】
再結晶焼鈍後の硬さが１００〜１４５ＨＶとなる性質の冷延鋼板をめっき原板として、再結晶を伴う加熱後にＡｌ：５０〜６０質量％、残部実質的にＺｎからなる溶融めっき浴に通板する「溶融めっき工程」、得られた溶融めっき鋼板に伸び率０.２〜４％の圧延を施す「調質圧延工程」、および、塗料を塗布した後、在炉時間５ｍｉｎ以内で材温１９０〜２５０℃まで加熱し、冷却する「塗装・焼付け工程」を有する請求項１〜４のいずれかに記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板の製造法。
【請求項６】
溶融めっき工程後には、１３０℃以上の温度域に１ｈ以上保持する熱履歴を付与しない請求項５に記載のＺｎ−Ａｌ系めっき塗装鋼板の製造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１５６７２９（Ｐ２００８−１５６７２９Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４９００６（Ｐ２００６−３４９００６）
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【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２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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