JP2007254772A - 溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】許容できる製造コストの範囲内で、溶融亜鉛めっき鋼板のめっきやけを効果的に抑制する溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】２枚の鋼板を合わせて接合圧延を行う合わせ板繰り返し圧延により、相当ひずみが４．８まで加工することで結晶組織を微細化し、圧延方向に垂直な面において測定される平均結晶粒厚さが、０．６μｍ以下にされた被めっき鋼板を、４５０℃から５００℃の亜鉛溶湯に所定時間浸漬して引き上げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板を溶融亜鉛めっきする際に生じる、いわゆるめっきやけの発生を防止するために、被めっき鋼板の結晶組織を微細化した溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関する。

溶融亜鉛めっき鋼板は、亜鉛の鉄に対するカソード防食効果により耐食性が優れるため、建築用や自動車用等の幅広い用途に用いられている。溶融亜鉛めっき鋼板は、被めっき鋼板を通常４５０℃以上の亜鉛溶湯中に被めっき鋼板を浸漬させた後引き上げて、被めっき鋼板の表面を通常２０〜１００μｍの厚さの亜鉛めっき層で覆うものである。

図３は、溶融亜鉛めっきされた軟鋼板の断面の倍率３５０の断面ＳＥＭ写真である。図３からわかるように、溶融亜鉛めっき層１１は、被めっき鋼板１０の表面に形成される鉄と亜鉛の合金層１２と前記合金層１２上に形成される亜鉛層１３よりなる。ＥＤＸによる定量分析の結果によれば、合金層１２は亜鉛９４％と鉄６％よりなり、亜鉛層１３は亜鉛１００％よりなる。

図３の断面ＳＥＭ写真で観察される合金層１２は、それ自体被めっき鋼板１０に対するカソード防食効果を有する。しかし、それだけではなく合金層１２は、最表面の亜鉛層１３と被めっき鋼板１０の接着を担っている層である。合金層１２が、前記した接着の効果を発揮するには、合金層１２の厚さを厚く（たとえば、溶融亜鉛めっき層１１の半分以上の厚さ）する必要はない。

しかし、粒界に存在する析出物の影響で、合金層１２の形成が促進され、その結果合金層１２が厚くなることがある。合金層１２が極めて厚くなり、その厚さが溶融亜鉛めっき層１１の表面近くまで達することがある。このように合金層１２が厚くなって溶融亜鉛めっき層１１の表面近くまで達する部分は、正常な溶融亜鉛めっき層１１と異なった外観となり、いわゆる「めっきやけ」と称呼される。

前記しためっきやけが発生した部分は、外観上問題となるだけでなく、後工程の塗装を阻害する。そのため、めっきやけが発生した溶融亜鉛めっき鋼板は外観不良品として扱われる。

溶融亜鉛めっき工程のめっきやけの発生を防止するために、次の２つの方法が従来実施されている。

めっきやけの発生を防止する一つの方法は、被めっき鋼板の表面を溶融亜鉛めっき前に研磨をする方法である。しかし、被めっき鋼板が十分に細かく研磨されなければ、効果的にめっきやけを防止できない。そのため、この方法では信頼性のある効果は、通常期待できない。

もう一つの方法は、被めっき鋼板表面に予めＮｉ等の電気めっき層を形成させた後に、溶融亜鉛めっきをする方法である。この方法によれば、Ｎｉ等の電気めっき層がバリア層となって、溶融亜鉛と母材の鋼板中の鉄が直接反応することが妨げられる。そのため、前記合金層１２の厚さが抑制される。この方法は、確かにめっきやけを防止する効果がある。しかし、電気めっきを溶融亜鉛めっき工程に付加することは、製品コストの上昇が大きいため望ましくない。

したがって、従来、許容できる製造コストの範囲内で溶融亜鉛めっき鋼板のめっきやけを効果的に抑制できる方法はなかった。

前記した従来の課題に鑑み、本発明はコスト上昇が許容できる範囲で、溶融亜鉛めっき鋼板の溶融亜鉛めっき工程時に生じるめっきやけを効果的に抑制できる溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法および溶融亜鉛めっき鋼板を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、合わせ板繰り返し圧延により加工して結晶粒を微細化し、圧延方向に垂直な断面の平均結晶粒厚さを０．６μｍ以下にした被めっき鋼板を、４５０℃以上で５００℃以下の亜鉛溶湯中に所定時間浸漬して引き上げることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。

前記課題を解決するため、請求項２に記載の発明は、合わせ板繰り返し圧延により相当ひずみが４．８以上となるように加工して、結晶粒を微細化し、圧延方向に垂直な断面の平均結晶粒厚さを０．６μｍ以下にした被めっき鋼板を、４５０℃以上で５００℃以下の亜鉛溶湯中に所定時間浸漬して引き上げることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。

請求項１および２の発明によれば、合わせ板繰り返し圧延により結晶粒が微細化され、結晶粒界が均一化された被めっき鋼板が、溶融亜鉛めっきされる。その結果、図３に示す合金層１２が厚くなることが抑制される。

前記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、圧延方向に垂直な断面の平均結晶粒厚さが０．６μｍ以下の被めっき鋼板と、前記被めっき鋼板を４５０℃以上で５００℃以下の亜鉛溶湯中に所定時間浸漬して引き上げることにより、前記被めっき鋼板上に形成された亜鉛めっき層と、からなることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板である。

請求項３に記載の発明によれば、結晶粒が微細化され、結晶粒界が均一化された被めっき鋼板が溶融亜鉛めっきされることにより、図３に示す合金層１２が厚くなることが抑制される。
特許第２９６１２６３号公報

本発明によれば、合わせ板繰り返し圧延工程を被めっき鋼板が受けることによって、被めっき鋼板の結晶組織が微細化されるとともに、その結晶粒界が均一化される。この結晶組織が微細化されて結晶粒界が均一化される作用によって、前記した合金層１２を厚くする結晶粒界の析出物が分散されるとともに、それらの偏析等がなくなる。その結果、溶融亜鉛めっき鋼板のめっきやけが効果的に抑制される。

以下、図１および図２を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を示す概略図である。図１（ａ）は、合わせ板繰り返し圧延工程を示す概略図である。図１（ｂ）は溶融亜鉛めっき工程を示す概略図である。

まず、図１（ａ）を参照して、合わせ板繰り返し圧延工程について説明する。本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を構成する合わせ板繰り返し圧延工程は、積層工程Ａ、合わせ板圧延工程Ｂ、切断工程Ｃおよび表面処理工程Ｄの４つからなる合わせ板圧延を繰り返して行うものである。

図１(ａ)に示す積層工程Ａでは、表面が清浄化された２枚の同一形状の被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａが積層され、厚さｔ_ｉの積層鋼板３が作製される。この際、積層鋼板３の一端がスポット溶接機４により溶接され、被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａが互いに接合される。この溶接により、次工程の合わせ板圧延工程Ｂにおいて、積層ずれが生じないようにする。ただし、合わせ板繰り返し圧延の初回の合わせ板圧延では、積層されていない厚さｔ_ｉの単一の積層鋼板３を用いるので積層工程Ａは行わない。

次の合わせ板圧延工程Ｂにおいて、圧延ロール５、５は、圧下率が５０％になるように隙間が調整されている。積層鋼板３は、積層工程Ａで溶接された一端を先頭にして、圧延ロール５，５の隙間を通されて圧延される。その結果、積層鋼板３を構成しているもとの被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａが完全に接合された単一の合わせ板圧延鋼板２ができる。単一の合わせ板圧延鋼板２には、被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａの界面は存在しない。合わせ板圧延鋼板２の厚さは、合わせ板圧延工程Ｂでの圧下率が５０％なので、積層鋼板３の厚さｔ_ｉの半分のｔ_Ｏになる。合わせ板繰り返し圧延の各繰り返しの合わせ板圧延工程Ｂにおいて、同一の被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａの圧延方向は常に同一である。

合わせ板圧延鋼板２は、次の切断工程Ｃにおいて、一対のせん断刃６、６により、長手方向の中心で切断されて２等分される。その結果、２枚の略同一形状の切断済鋼板１ｂ、１ｂが作製される。合わせ板圧延鋼板２の両端は、必要に応じて切断前にトリミングされる。

切断済鋼板１ｂ、１ｂは、次の表面処理工程Ｄにおいて、清浄化される。表面処理工程Ｄでは、合わせ板圧延工程Ｂで圧延ロール５の焼きつき防止のため、潤滑剤として圧延ロール５に塗布されているグリース等が脱脂により除去される。さらに切断済鋼板１ｂ、１ｂは、スチールワイヤーブラシ８により、ブラッシングされ、その表面が清浄化される。この処理は、次回の合わせ板圧延工程Ｂにおいて、圧延後の切断済鋼板１ｂ、１ｂの接合強度を高め、接合不良をなくすために必要である。清浄化された切断済鋼板１ｂ、１ｂは、前記した被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａとなって、前記した積層工程Ａ、圧延工程Ｂ、切断工程Ｃおよび表面処理工程Ｄよりなる合わせ板圧延を繰り返し受ける。

本実施形態の溶融亜鉛めっきの製造方法を構成する合わせ板繰り返し圧延工程では、前記した４つの工程からなる合わせ板圧延が６回繰り返される。その結果、圧延の場合の相当ひずみ、ε＝（２√３）×ｌｎ（ｔ_ｉ／ｔ_ｏ）^６≒４．８（図１（ａ）参照）の圧延加工を受けた鋼板が作製される。この鋼板が、図１（ｂ）に示す次工程の溶融亜鉛めっき工程に用いられる被めっき鋼板２ａとなる。

被めっき鋼板２ａの特徴は、その結晶組織が極めて微細化されているということである。合わせ板繰り返し圧延の各回の合わせ板圧延における合わせ板圧延工程Ｂにおいて、被合わせ板圧延鋼板１ａ、１ａの各結晶粒は薄く引き延ばされ扁平になるが、その際各結晶粒は、圧延加工によって新たに生じる微細な転位が絡み合った構造のセルに分割される。合わせ板圧延工程Ｂが繰り返されると、隣り合ったセル間の方位差が増大して、前記したセルは大傾角粒界に囲まれた超微細結晶粒となる。その結果、被めっき鋼板２ａの結晶組織は極めて微細化している。

軟鋼板（ＳＳ４００ ＪＩＳ Ｇ３１０１、以下「軟鋼板」という）につき、前記した合わせ板繰り返し圧延を行い、その結晶粒の微細化について調べたところ、次の結果を得た。試験した軟鋼板の結晶粒のサイズを、圧延方向に垂直な断面における圧延面垂直方向の結晶粒の厚さの平均である平均結晶粒厚さ（以下「結晶粒厚さ」という）を測定して評価した。結晶粒厚さの測定は、試験した軟鋼板の圧延方向に垂直な断面について、リニアインタセプト法により行った。前記した合わせ板繰り返し圧延の前後で、試験した軟鋼板の結晶粒厚さは次のように変化した。試験した軟鋼板の結晶粒厚さは、合わせ板繰り返し圧延の前は約２５μｍであった。しかし、合わせ板繰り返し圧延の後は前記した理由により結晶粒の微細化が進み、試験した軟鋼板の結晶粒厚さは０．１１μｍとなった。このとき、試験した軟鋼板の圧延方向に垂直な断面における圧延面平行方向の結晶粒の平均長さは、０．４から０．５μｍであった。

次に図１（ｂ）を参照して、溶融亜鉛めっき工程について説明する。溶融亜鉛めっき工程では、４５０℃以上で５００℃以下に保持された亜鉛溶湯７中に、前記した合わせ板繰り返し圧延受けた被めっき鋼板２ａが、所定時間浸漬された後に引き上げられる。この処理により、被めっき鋼板２ａの表面に２０μｍから１００μｍの厚さの溶融亜鉛めっき層が形成された溶融亜鉛めっき鋼板２ｂが作製される。

溶融亜鉛めっき工程においては、溶融亜鉛めっき層の厚さは、亜鉛溶湯７の温度および引き上げ速度に依存する。すなわち、亜鉛溶湯７の温度が低い方が、溶融亜鉛めっき層は厚くなり、また、引き上げ速度が遅い方が薄くなる。

以下、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板２ｂの製造方法により製造された溶融亜鉛めっき鋼板の構成および効果について説明する。

図２は、本実施形態の製造方法で製造された溶融亜鉛めっき鋼板の断面の模式図である。前記した合わせ板繰り返し圧延された被めっき鋼板２ａを、溶融亜鉛めっきした溶融亜鉛めっき鋼板２ｂの基本的な構成は、図３に示す従来の鋼板を溶融亜鉛めっきした溶融亜鉛めっき鋼板と同様であり。表面が溶融亜鉛めっき層１１で覆われ、最表面の亜鉛層１３と被めっき鋼板２ａの間には合金層１２が形成されている。合金層１２の厚さは、断面にわたって一様ではない。

次に本実施形態の製造方法で製造された溶融亜鉛めっき鋼板の効果について説明する。

本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法の一部を構成する、前記した合わせ板繰り返し圧延により製造された溶融亜鉛めっき鋼板と合わせ板圧延されていない鋼板の違いは、前記した結晶粒サイズの違いである。そこで、両鋼板のめっきやけの発生しやすさを次のようにして比較した。

めっきやけは、図２に示す溶融亜鉛めっき層の厚さｔ_ＤＺに対して、合金層１２の平均厚さｔ_Ａが厚いときに発生しやすくなる。図３の溶融亜鉛めっき層の断面ＳＥＭ写真からもわかるように、合金層１２の厚さは均一ではなく、局部的に厚くなったり薄くなったりしている。そのため、溶融亜鉛めっき層の厚さｔ_ＤＺに対して、合金層１２の平均厚さｔ_Ａの比率が高い場合に、合金層１２が表面に達する部分が生じるめっきやけがよりおこりやすくなる。そこで、ｔ_Ａとｔ_ＤＺの比を合金層比率（図２参照）として、この合金層比率の大小により、めっきやけの発生しやすさを判定する。

めっきやけの発生しやすさを判定するために以下の試験を行った。前記した合わせ板繰り返し圧延された軟鋼板および合わせ板圧延を受けていない軟鋼板のそれぞれに溶融亜鉛めっきをして、それぞれの溶融亜鉛めっき鋼板につき、結晶粒厚さ、溶融亜鉛めっき層の厚さ１１のｔ_ＤＺおよび合金層１２の厚さｔ_Ａを測定した。合金層１２の厚さｔ_Ａは、図２に示す合金層１２の任意の山の高さｈ_Ｐと任意の谷の高さｈ_Ｂをそれぞれ各５点ずつ測定し、これらの１０点の高さの平均値とした。ｔ_Ａおよびｔ_ＤＺから合金層比率を算出した（図２参照）。

表１は、前記した合わせ板繰り返し圧延された軟鋼板と合わせ板圧延されていない軟鋼板につき、４５０℃から５００℃の亜鉛溶湯温度で溶融亜鉛めっきをして、その合金層比率を比較した表である。表１において、試料１、３、５、７および８は本実施形態に対応する実施例である。試料２、４、６、９および１０は比較例である。

表1において、試料２、４および６は、合わせ板圧延を受けていない軟鋼板である。他の試料はすべて前記した合わせ板繰り返し圧延の加工を受けたものであり、それらの相当ひずみは４．８である。また、試料７乃至１０は、前記した合わせ板繰り返し圧延後、熱処理されたものである。試料７乃至１０の結晶粒厚さは、この熱処理中におきた再結晶により、熱処理されていない試料１、３および５よりも大きくなっている。試料７乃至１０の結晶粒厚さは、熱処理温度および時間で調整された。

表１に示す試験結果から、次のことがわかる。亜鉛溶湯温度が４５０℃の場合、前記した合わせ板繰り返し圧延の加工をされ、結晶粒厚さが０．１１μｍである試料１の合金層比率は、合わせ板圧延されていない試料２の合金層比率よりも低い。同様に、亜鉛溶湯温度が４８０℃の場合、前記した合わせ板繰り返し圧延の加工をされた試料３の合金層比率は、合わせ板圧延されていない試料４の合金層比率よりも低い。

亜鉛溶湯温度が５００℃の場合、前記した合わせ板繰り返し圧延の加工をされた試料５および試料７乃至１０のうち、結晶粒厚さが０．６μｍ以下の試料５、７および８の合金層比率は、合わせ板圧延されていない試料６に比べて低い。一方、結晶粒厚さが２．０μｍ以上の試料９および１０の合金層比率は、試料６に比べて同等あるいは高い。

したがって、表１の結果から、合金層比率は、被めっき鋼板の結晶粒厚さに依存することがわかる。すなわち、結晶粒厚さが０．６μｍ以下の鋼板では、合金層比率は０．５より低い。一方、結晶粒厚さが２．０μｍ以上の鋼板では、合金層比率は０．５より高い。

前記したように合金層比率は、めっきやけの発生しやすさに対応するものとみなせるから、めっきやけの発生しやすさは被めっき鋼板の結晶粒厚さに依存するものである。したがって、合わせ板繰り返し圧延され、結晶粒厚さが０．６μｍ以下の軟鋼板の場合、合わせ板繰り返し圧延されていない軟鋼板に比べて、めっきやけは発生しにくくなっている。

一方、合わせ板繰り返し圧延された軟鋼板でも、結晶粒厚さが２μｍ以上の場合には、合金層比率は合わせ板繰り返し圧延されていない軟鋼板と比べて、同等以上であり、めっきやけが発生しにくくなっているとはいえない。

以上から、次のことがいえる。合わせ板繰り返し圧延により、結晶粒厚さを０．６μｍ以下にされた、被めっき鋼板２ａ（図１（ａ）、（ｂ）参照）を本実施形態の所定条件で溶融亜鉛めっきする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、めっきやけを効果的に抑制することができる。この効果は、被めっき鋼板２ａの結晶組織が微細化されたことに起因するものである。したがって、結晶粒厚さを０．６μｍ以下にされた被めっき鋼板２ａが本実施形態の所定条件で溶融亜鉛めっきされることにより、作製された溶融亜鉛めっき鋼板は、めっきやけが効果的に抑制された溶融亜鉛めっき鋼板である。

また、本実施形態で用いた合わせ板繰り返し圧延は、通常の圧延装置および切断装置により実施可能なものであり、効率的な装置レイアウトおよび工程フローを組むことにより、コスト上昇を許容範囲に抑えることができる。

本発明の実施形態は前記した、実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲でその構成要素の態様の変更が可能である。たとえば、合わせ板繰り返し圧延の工程では、１回の合わせ板圧延工程Ｂでの合わせ板の枚数を増やし、３枚にすることも可能である。

また、合わせ板圧延の回数を増やす等により、相当ひずみを４．８よりも大きくし、被めっき鋼板の結晶粒をさらに微細化することもできる。

本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を示す概略図であり、（ａ）は、合わせ板繰り返し圧延工程を示す概略図、（ｂ）は溶融亜鉛めっき工程を示す概略図 である。 本実施形態の製造方法で製造された溶融亜鉛めっき鋼板の断面の模式図である。 溶融亜鉛めっきされた軟鋼板の断面の倍率３５０の断面ＳＥＭ写真である。

符号の説明

１ａ 被合わせ板圧延鋼板
１ｂ 切断済鋼板
２ 合わせ板圧延鋼板
２ａ 被めっき鋼板（合わせ板繰り返し圧延済）
２ｂ 溶融亜鉛めっき鋼板
３ 積層鋼板
４ スポット溶接機
５ 圧延ロール
６ せん断刃
７ 亜鉛溶湯
８ スチールワイヤブラシ
１０ 被めっき鋼板
１１ 溶融亜鉛めっき層
１２ 合金層
１３ 亜鉛層

Claims (3)

1. 合わせ板繰り返し圧延により加工して結晶粒を微細化し、圧延方向に垂直な断面について測定される平均結晶粒厚さを０．６μｍ以下にした被めっき鋼板を、４５０℃以上かつ５００℃以下の亜鉛溶湯中に所定時間浸漬して引き上げること、
   を特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
2. 合わせ板繰り返し圧延による相当ひずみが４．８以上であること、
   を特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
3. 圧延方向に垂直な断面について測定される平均結晶粒厚さが０．６μｍ以下の被めっき鋼板と、
   前記被めっき鋼板を４５０℃以上かつ５００℃以下の亜鉛溶湯中に所定時間浸漬して引き上げることにより、前記被めっき鋼板上に形成された亜鉛めっき層と、
   からなることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。