JP2000034555A

JP2000034555A - めっき被膜の品質に優れた溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板

Info

Publication number: JP2000034555A
Application number: JP10201665A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Taira; 章一郎平; Michitaka Sakurai; 理孝櫻井; Hisato Noro; 寿人野呂; Masaru Sagiyama; 勝鷺山; Satoru Hashimoto; 哲橋本; Kaoru Sato; 馨佐藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】下地鋼板の鋼種に関わらず、めっき被膜の
均一性および密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板、およ
び、合金化ムラが生じず耐パウダリング性に優れた合金
化溶融亜鉛めっき鋼板を提供する。【解決手段】鋼板の表面上に、亜鉛または亜鉛を主体
とする合金を溶融めっきし、次いで、このように溶融亜
鉛めっき被膜が形成された鋼板に合金化処理を施して合
金化溶融亜鉛めっき被膜を形成する。合金化溶融亜鉛め
っき被膜には、０．０１〜０．５ｗｔ．％のＳ（硫黄）
が含有されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、めっき被膜の均
一性および密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板、およ
び、めっき被膜の均一性および耐パウダリング性に優れ
た合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、電気めっ
き法に比べ厚めっき化が容易な溶融亜鉛めっき法により
製造されるため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板には、耐食
性に優れ製造コストが低いこと、ならびに、めっき被膜
が鉄亜鉛合金となっているため、塗料密着性およびスポ
ット溶接性に優れることなどの材料優位性がある。

【０００３】一方、硬質な鉄亜鉛合金が厚く被覆されて
いる合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、被膜の拘束により縮
み変形が抑制されるので、深絞り性に劣る。そこで、深
絞り成形が必要な部品には、鋼板の深絞り性の指標であ
るｒ値の高い材料が必要となる。このため、合金化溶融
亜鉛めっき鋼板の原板としては、Ｃ（炭素）含有量を１
００ｐｐｍ以下とした上でＣやＮ（窒素）などをＴｉ
（チタン）やＮｂ（ニオブ）などで析出固定し、侵入型
固溶原子による深絞り性への悪影響をなくしたＩＦ鋼が
多用されることとなった。ところが、ＩＦ鋼において
は、以下のような問題点がある。（１）合金化速度・耐パウダリング性・めっき密着性：
ＩＦ鋼においては、アウトバースト反応と呼ばれる「著
しく速い鋼板粒界での鉄亜鉛反応」のために、合金化制
御が難しく、過合金状態に陥りやすいので、耐パウダリ
ング性の低下を招く。また、ＩＦ鋼を下地とした溶融亜
鉛めっき鋼板は、粒界での合金化速度が速いことから、
被膜の初期合金相が大きく発達し、密着性の低下を招い
ている。（２）被膜均一性：ｒ値の高い鋼板を得るために、鋼中
には多量のＴｉを添加する場合がある。この際には、熱
延時のスケール生成によるスケールマークや合金化反応
の局部的不均一によるスジ状マークが発生し、表面外観
の低下を招く。また、アウトバースト反応の影響から、
合金化後あるいは合金化前の被膜表面に凹凸を生じる問
題もあり、被膜の均一性という点で劣っている。

【０００４】一般的に、鋼板の強度上昇のために、S ｉ
（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）やP（リン）等の固溶強
化元素の添加を行った鋼板をめっき原板として使用する
場合には、熱延以前の表面不均一性が原因の合金化ムラ
や不めっきなどが生じるという問題がある。とりわけ、
S ｉはめっき前焼鈍時に選択酸化により鋼板表面を覆う
ため、溶融亜鉛との濡れ性が悪くなり不めっきを生じた
り、熱延時に生成する赤スケールが原因となるスジムラ
が発生する。従って、Ｓｉの適用は特に避けられてい
る。また、ＳｉおよびＰは合金化速度を遅くさせるとい
う問題も有している。一方、Ｍｎは、表面品質や合金化
速度に対する大きな悪影響は見られないが、強化能力が
低いことから大量に添加する必要がある。

【０００５】以下に、Ｓｉ含有鋼板の問題点を示す。（３）濡れ性：Ｓｉ含有鋼をめっき原板として使用する
場合には、Ｓｉはめっき前焼鈍時に選択酸化により鋼板
表面を覆うため、溶融亜鉛との濡れ性が悪くなり不めっ
きを生じるため、めっき製品にならないという問題があ
る。（４）スケール性スジムラ：Ｓｉ含有鋼の場合には、熱
延時に生成する赤スケールが原因となるスジムラが発生
するため、Ｓｉの適用は、特に避けられている。熱延時
にデスケーリングを入念に行うなどの配慮をして、熱延
後には判別しにくい程度の軽い赤スケールであったとし
ても、溶融亜鉛めっき後の合金化処理時には、Ｓｉの濃
度差に起因する合金化の不均一から、熱延時の赤スケー
ルと同じように鋼板表面に線状のマークを生じるもので
ある。（５）合金化速度：Ｓｉ含有鋼の場合、ＣＧＬ焼鈍時に
Ｓｉが鋼板表面に選択酸化し、これが、溶融亜鉛との濡
れ性を阻害する。たとえ、不めっきに至らなかった場合
でも、濡れ性阻害に基づく合金化の遅れが生じるという
問題がある。

【０００６】以上のようなＳｉ含有高強度鋼板と比較し
て品質への悪影響が少ないことから、Ｐ含有高強度鋼板
が多く用いられている。しかしながら、以下に示すよう
な品質上あるいは製造上の問題がある。（６）合金化速度：Ｐ含有高強度鋼板は、Ｐにより合金
化速度が著しく低下するという問題を有する。これは、
焼鈍時に鋼板表面にＰが濃化し、鋼板がめっき浴に浸漬
されたときに、めっき浴中に添加されているＡｌ（アル
ミニウム）と反応し、Ｆｅ−Ｚｎ合金化反応を抑制する
Ｆｅ−Ａｌ合金を厚く生成させ、Ｆｅ−Ｚｎ反応を強固
に抑制するためである。従って、ラインスピードを遅く
することにより合金化時の均熱時間を確保して、合金化
を完了させる方法が採られていたが、この場合には、生
産性が大きく低下する問題がある。（７）耐パウダリング性：上記の生産性低下を防ぐた
め、合金化処理温度を高くすると、ラインスピードをそ
れほど下げることなく、合金化を完了させることができ
るようになる。しかしながら、合金化温度が上昇したこ
とにより、耐パウダリング性の劣化が顕著になった。こ
れは、合金化温度を上昇させると合金化制御が難しくな
り、過合金化し易くなること、および、高温で生成する
合金相は生成する合金相に比べて脆弱であること、等の
理由による。（８）コイル先端・尾端における合金化ムラ：Ｐ含有鋼
では、熱延時の条件変動に起因する合金化ムラが生じ易
い。即ち、冷延コイルの先端・尾端の合金化速度が特に
遅くなり、如何なる手段を講じても合金化できない場合
がある。この現象は、熱延コイルの先端・尾端の熱履歴
が特殊であるために生じるものと推定される。このた
め、コイル先端・尾端の数十メートルが合金化していな
いため、この部分を切り落として廃棄することになり、
歩留まりの低下を招く。

【０００７】また、先端・尾端部を合金化させるため、
合金化処理条件を調整することも操業中オペレーターに
より行われるが、合金化が特に遅い部分に照準を合わせ
て合金化処理するため、コイル中央部に対しては過剰の
合金化処理になり、耐パウダリング性の低下を招く場合
がある。（９）スジ状合金化ムラ：一般に、Ｐ含有鋼においては
鋼中のＰが鋼の粒界に濃化し易く、Ｐが粒界に濃化する
と、めっき後の合金化処理の際に粒界の合金化反応速度
が著しく遅くなる。このため、合金化処理後の表面には
細かいスジムラが生じ表面外観が損なわれ、また、この
スジムラは化成処理性および塗装性などにも悪影響を及
ぼす。（１０）線状マーク：Ｐ含有鋼では、焼鈍時に鋼板表面
にＰが濃化し、鋼板がめっき浴に浸漬されたときに、め
っき浴中に添加されているＡｌと反応し、Ｆｅ−Ｚｎ合
金化反応を抑制するＦｅ−Ａｌ合金を厚く生成させる。
この反応は、浴組成に敏感であり、浴中Ａｌ濃度の僅か
の変動により、Ｆｅ−Ａｌ合金の生成量が大きく変動す
る。従って、めっき浴中のＡｌ分布が局部的に高いある
いは低い部分が存在すると、Ｐ含有鋼の場合には、部分
的な合金化ムラを生じ、線状マークを発生させることが
ある。（１１）製造条件の安定性：溶融亜鉛めっきラインに挿
入される鋼板は多岐にわたっているため、それぞれの鋼
板によって合金化条件が異なる。操業中はオペレータに
より鋼種毎の合金化条件設定を行っているが、大きく条
件が異なる鋼種の接続部では、条件設定変更のために時
間を要するため、過合金や合金化不足を生じ、歩留まり
の低下を招くとともに、安定した製造を行うことができ
ない。例えば、比較的合金化の早いＩＦ鋼の後にＰ含有
鋼が接続されていた場合には、Ｐ含有鋼の先端部では合
金化しない部分が数十メートル発生すること、逆に、Ｐ
含有鋼の後にＩＦ鋼が接続されていた場合には、ＩＦ鋼
の先端部では過合金化によりパウダリング不良を生じる
部分が数十メートル発生することにより切除廃棄する部
分が生じるというものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑みてなされたものであって、めっき被膜の均一性お
よび密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板、ならびに、更
に、合金化ムラが生じず、耐パウダリング性に優れた合
金化溶融亜鉛めっき鋼板を、下地鋼板の鋼種に関わらず
安定して提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決する手段を種々検討した結果、亜鉛めっき被膜中
にＳを含有させることにより、溶融亜鉛めっきおよび合
金化処理過程での、合金化速度の促進、あるいは、局部
的なアウトバースト反応の抑制に効果があることを見出
した。本発明は、このような知見に基づいてなされたも
のである。

【００１０】請求項１記載の発明は、鋼板の少なくとも
一方の表面上に、亜鉛または亜鉛を主体とする合金を溶
融めっきして形成された溶融亜鉛めっき被膜を有する溶
融亜鉛めっき鋼板において、前記溶融亜鉛めっき被膜
は、０．０１〜０．５ｗｔ．％のＳ（硫黄）を含有する
ことに特徴を有するものである。

【００１１】請求項２記載の発明は、鋼板の少なくとも
一方の表面上に、亜鉛または亜鉛を主体とする合金を溶
融めっきした後合金化処理を施すことによって形成され
た合金化溶融亜鉛めっき被膜を有する合金化溶融亜鉛め
っき鋼板において、前記合金化溶融亜鉛めっき被膜は、
０．０１〜０．５ｗｔ．％のＳ（硫黄）を含有すること
に特徴を有するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明について具体的に説
明する。まず、本発明においては、溶融亜鉛めっき被膜
および合金化溶融亜鉛めっき被膜中にＳを含有させるた
めに、溶融亜鉛めっき処理を施す直前の鋼板表面には所
定量のＳを存在させておく必要がある。鋼板表面に存在
するＳとしては、Ｓ元素の形態だけでなく、硫化鉄、硫
化マンガンなどの硫化物や、硫酸マンガン、硫酸ニッケ
ルなどの硫酸塩などＳ成分を含んでいれば特に制限はな
い。また、鋼板表面にＳを存在させる手法として、Ｓを
含有する溶液を鋼板に塗布する方法や、電気めっき法、
無電解めっき法、蒸着法など、外部から鋼板表面へのＳ
の付着を目的とするものから、熱処理により鋼板中のＳ
を表面偏析する方法など、どのような手段で行ってもよ
い。

【００１３】上記のように、鋼板表面に存在するＳは、
Ｓｉ、Ｐなどの表面濃化元素の鋼板表面への偏析を抑制
するため、Ｓｉ添加鋼におけるＳｉの選択酸化による不
めっきやＳｉ、Ｐ添加鋼における表面濃化元素による被
膜の合金化の遅延を抑制することができる。また、ＩＦ
鋼の場合に鋼板粒界で発生する溶融亜鉛と鋼板の直接反
応、いわゆる、「アウトバースト反応」も抑制する効果
が有るため、粒内と粒界とで不均一にＦｅ−Ｚｎ合金化
反応が進行することなく、亜鉛めっき−鋼板界面全体で
合金化が進行し、均一なめっき被膜を形成することがで
きる。

【００１４】鋼板表面のＳは、溶融亜鉛浴に浸漬、ある
いは、その後の合金化処理での溶融亜鉛と鋼板との反応
により、亜鉛めっき被膜中への溶解反応が生じるため、
被膜中にＳを含有させることができる。

【００１５】本発明において、亜鉛めっき被膜中に含有
させるＳを０．０１〜０．５ｗｔ．％としたのは、０．
０１ｗｔ．％未満では、合金化速度の促進、あるいは、
局部的なアウトバースト反応の抑制効果が十分ではな
く、０．５ｗｔ．％を超えると合金化速度が過剰に促進
されることにより、鋼板−めっき界面に非常に脆弱なＦ
ｅ−Ｚｎ合金相（Γ、Γ₁相）が容易に形成され、被膜
中の合金化度の制御が非常に困難になるためである。な
お、合金化制御の容易性から被膜中のＳ量が０．０３〜
０．３ｗｔ．％の範囲にあるとより好ましい。

【００１６】亜鉛めっき被膜中に含有するＳ量は、めっ
き被膜断面のE ＰＭＡ分析やＳＩＭＳ分析、あるいはめ
っき被膜のみを酸で溶解した後に原子吸光法やＩＣＰ法
で分析すれば定量可能である。

【００１７】本発明に供する下地鋼板は、熱延鋼板およ
び冷延鋼板のいずれでもよく、鋼種はＡｌキルド鋼、Ｉ
Ｆ鋼、各種固溶元素を含有した高強度鋼板など、特に制
限はない。

【００１８】また、本発明のめっき鋼板の溶融亜鉛めっ
き被膜あるいは合金化溶融亜鉛めっき被膜中には、耐食
性向上などを目的として、主元素であるＺｎ、Ｆｅ、Ａ
ｌや上記Ｓの他に、Ａｓ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃ
ｒ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｏ、Ｐ、Ｐ
ｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ等のうち１種または２種以
上を含有させてもよく、これらを含有していても本発明
の効果は損なわれない。

【００１９】

【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。表１に
示すように、代表的なＡｌキルド鋼、ＩＦ鋼、Ｐ添加ハ
イテンまたはＳｉ添加ハイテンを供試材とし、めっきを
施す直前の鋼板表面にＳを濃化させたサンプルを調製
し、溶融亜鉛めっき処理を行った。

【００２０】溶融亜鉛めっきは、溶融亜鉛めっきシュミ
レータにより、Ａｌを０．１２ｗｔ．％含む亜鉛めっき
浴を用いて、侵入板温４６０℃、浸漬時間３秒にてめっ
きした。めっき後、Ｎ₂ガスワイパーにより亜鉛付着料
を片面当たり６０ｇ／ｍ²に調整した。めっき後サンプ
ルの一部は、５００℃で２０秒の合金化処理を行って、
被膜中の合金化度の評価を行った。

【００２１】なお、めっきを施す直前の鋼板表面にＳを
濃化させるために、本実施例中では以下の３つの手法を
試みた。鋼板に予め浸硫処理を行い、その後鋼板を焼鈍する
ことにより、ＭｎＳ、ＴｉＳなどの硫化物を鋼板中に含
有している成分との反応により生成させる。

【００２２】鋼板を予め９００℃以上の温度で焼鈍
し、鋼板中に含まれるＳを表面偏析させる。鋼板をＨ₂Ｓ＋Ｎ₂雰囲気で焼鈍し、鋼板とＨ₂Ｓ
とを反応させることにより表面にＳを吸着させる。

【００２３】以上のようにして製造した溶融亜鉛めっき
鋼板ならびに合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、めっ
き品質を評価した結果を製造条件と共に表１に示した。

【００２４】

【表１】なお、表１に示しためっき品質に関する評価事項と評価
基準は以下の通りである。＊１．めっき外観（目視判定）〇：良好 ×：不めっきが認められる＊２．合金化速度 ●：速すぎる〇：良好 △：やや遅い ×：非常に遅い＊３．合金化ムラ（目視判定）〇：良好 ×：スジムラが認められる＊４．耐パウダリング性（９０°曲げ）〇：良好 ×：不合格表１に示すように、本発明例（供試材Ｎｏ．２〜４、７
〜９、１２〜１４、１７〜１９、２２〜２４、２７〜２
９）では、全てのめっき品質評価事項について良好な結
果が得られた。

【００２５】これに対し、めっき被膜中に含有するＳ量
が本発明範囲内から外れる比較例（供試材Ｎｏ．１、
５、６、１０、１１、１５、１６、２０、２１、２５、
２６）は、上記めっき品質評価事項のいずれかが劣って
いた。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スジムラや不めっきを生じず、均一なめっき被膜を有す
る溶融亜鉛めっき鋼板ならびに合金化溶融亜鉛めっき鋼
板を、下地鋼板の鋼種に関わらず安定して製造すること
ができ、かくして、工業上有用な効果がもたらされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野呂寿人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者鷺山勝東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者橋本哲東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐藤馨東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4K027 AA02 AB07 AB28 AB42 AB43 AB44 AC15 AC73 AE21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板の少なくとも一方の表面上に、亜鉛
または亜鉛を主体とする合金を溶融めっきして形成され
た溶融亜鉛めっき被膜を有する溶融亜鉛めっき鋼板にお
いて、前記溶融亜鉛めっき被膜は、０．０１〜０．５ｗ
ｔ．％のＳ（硫黄）を含有することを特徴とするめっき
被膜の品質に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】鋼板の少なくとも一方の表面上に、亜鉛
または亜鉛を主体とする合金を溶融めっきした後合金化
処理を施すことによって形成された合金化溶融亜鉛めっ
き被膜を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、前
記合金化溶融亜鉛めっき被膜は、０．０１〜０．５ｗ
ｔ．％のＳ（硫黄）を含有することを特徴とするめっき
被膜の品質に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。