JP2010059463A - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき前鋼板表面のスケール残存に起因して合金化処理後のめっき表面が不均一になるのを防止し、塗装後も表面の均一性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できるようにする
【解決手段】母材鋼板を還元焼鈍した後、溶融亜鉛めっきし、さらに合金化処理を行う合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、母材鋼板の表面酸素量Ｙを１５０ｍｇ／ｍ^２以下に規定し、還元焼鈍する前に、前記母材鋼板を加熱して母材鋼板表面の酸素付着量Ｘが２５〜５００ｍｇ／ｍ^２の範囲内で、かつＸとＹが（１）式を満足するように母材鋼板を酸化する処理を行い、引き続き還元処理する。Ｙ×２．５≦Ｘ（１）
【選択図】なし

Description

本発明は、めっき表面の均一性に優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。

自動車、家電、建材等の分野において素材鋼板に防錆性を付与した表面処理鋼板、中でも安価に製造できかつ防錆性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が使用されている。

一般的に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、スラブを熱延、冷延あるいはさらに熱処理した薄鋼板を母材鋼板として用い、連続式溶融亜鉛めっきライン等において、母材鋼板を前処理工程にて脱脂および／または酸洗して洗浄するか、あるいは前処理工程を省略して予熱炉内で母材鋼板表面の油分を燃焼除去した後、非酸化性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で６００〜９００℃程度の温度域に加熱して再結晶焼鈍し、その後、非酸化性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で鋼板をめっきに適した温度まで冷却して大気に触れることなく０．１〜０．２質量％程度のＡｌを添加した溶融亜鉛浴に浸漬して溶融亜鉛めっきし、引き続いて合金化炉内でめっき層を合金化処理して製造する。

近年、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は自動車外板に多用されるようになってきた。この用途では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は塗装して使用され、塗装後に外観ムラが発生しない均一なめっき表面が求められている。しかしながら、溶融亜鉛めっき後にめっき層の合金化処理を行う合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、母材鋼板の外観が均一であっても、鋼板表面の僅かな化学組成の違いによって、溶融亜鉛めっきの際のめっき付着性、合金化処理の際の合金相の成長が異なるため、合金化処理後のめっき表面が不均一になり、めっき外観が劣るだけでなく、塗装後に外観ムラになる。

めっき表面が不均一になる要因の一つに、めっき前鋼板表面のスケール（鉄を主体とする酸化物）残存がある。めっき前鋼板表面にスケールが残存すると、スケールがあるところとスケールが無いところでめっき付着性が異なり、また、合金化処理の際に素地鋼との反応性が異なることから、合金化処理後の皮膜組成、皮膜付着量が異なり、めっき表面が不均一になる。

めっき表面外観の改善のための技術として、例えば、特許文献１に、めっきに先立ち、鋼板表層を０．１μｍ以上除去することが記載されている。このような技術によっても、ここで問題としているスケール残存による欠陥も改善することが期待できる。しかしながら、鋼板表層を均一除去することは容易ではなく、除去のため、例えば砥石を使用すれば砥石でできた傷により、外観の均一性が損なわれるといった弊害を起こすことに繋がる。
特開平８−２６９６６３号公報

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、めっき前鋼板表面のスケール残存に起因して合金化処理後のめっき表面が不均一になるのを防止し、良好なめっき外観を有し、塗装後も外観ムラが発生しない合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の手段は、母材鋼板を還元焼鈍した後、溶融亜鉛めっきし、さらに合金化処理を行う合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、
母材鋼板の表面酸素量Ｙを１５０ｍｇ／ｍ^２以下に規定し、この母材鋼板を加熱酸化し酸化後の母材鋼板表面の酸素量Ｘが２５〜５００ｍｇ／ｍ^２の範囲内で、かつＸとＹが式（１）を満足するようする酸化処理を行い、その後還元焼鈍処理することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。
Ｙ×２．５≦Ｘ ・・・（１）

本発明によれば、めっき前鋼板表面のスケール残存に起因して合金化処理後にめっき表面が不均一になるのを防止し、良好なめっき外観を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できる。本発明法で製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、塗装後も外観ムラが発生しない。

本発明者らは、めっき前鋼板表面に存在するスケール（鉄を主体とする酸化物）に起因する合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき表面の不均一の改善、解消について検討を行った。その結果、めっき前の還元焼鈍に先立って、鋼板表面を酸化させ、その後、酸化物を還元することにより、合金化処理後のめっき表面の不均一が改善され、良好なめっき外観を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できるようになることを見出した。本発明はこの知見に基づくものである。

以下、本発明について詳しく説明する。なお、本発明では、鋼板表面のスケール量（鉄を主体とする酸化物の量）を、鋼板表面の酸素量で規定する。

本発明では、母材鋼板を還元焼鈍する前に、加熱炉で母材鋼板を加熱して酸化する酸化処理を行う。酸化処理を行った後母材鋼板を還元焼鈍し、その後溶融亜鉛めっきし、さらに合金化処理を行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する。

母材鋼板は、表面の酸素量Ｙを１５０ｍｇ／ｍ^２以下に規定する。母材鋼板表面の酸化物量が酸素量で評価したときに１５０ｍｇ／ｍ^２超になると、加熱炉で鋼板表面を酸化させた後還元しても、もともとの母材鋼板表面のスケールによる表面の不均一は解消されず、スケールが多く残存した領域が還元後も残存し、合金化処理後にスケールに起因するめっき表面の不均一が発生するためである。

母材鋼板表面の酸素量Ｙを１５０ｍｇ／ｍ^２以下にすることは、熱延によるスケールの噛み込みを抑制するため、熱延時のデスケーリングの強化を行うことにより、また、熱延後行う酸洗工程における酸洗時間の延長、酸洗温度を上げることなど、酸洗条件の適正化により、達成される。

表面の酸素量が上記範囲内にある母材鋼板を、加熱炉で酸化する。その際、酸化後の母材鋼板表面の酸素量Ｘが２５〜５００ｍｇ／ｍ^２の範囲内で、かつ酸化後の表面の酸素量Ｘと酸化前の表面の酸素量Ｙが式（１）を満足するようにする。
Ｙ×２．５≦Ｘ （１）

加熱炉で酸化後の鋼板表面の酸素量Ｘを２５ｍｇ／ｍ^２以上５００ｍｇ／ｍ^２以下に規定するのは次の理由による。２５ｍｇ／ｍ^２未満では酸素量が少ないため、母材鋼板表面に不均一に存在していたスケールを均一化できず、スケールが多く残存した領域が残存し、還元焼鈍後もスケールが部分的に多く残存してしまうために、めっき付着性が異なり、合金化処理後に均一な外観が得られなくなる。５００ｍｇ／ｍ^２超ではスケール量が多過ぎるためその後の還元焼鈍工程においてスケールを十分に還元することができず、スケールが還元されている部分とスケールが残存する部分が共存するようになり、合金化処理後に均一なめっき外観が得られなくなる。

酸化後の母材鋼板表面の酸素量Ｘを、酸化前の母材鋼板表面の酸素量Ｙに対して、Ｙ×２．５≦Ｘを満足するように規定するのは次の理由により。ＸがＹとの差が小さいと母材鋼板表面に不均一に存在していたスケールを均一にできない。母材鋼板表面のスケールの不均一性を解消して酸化処理後にスケールを均一に存在せしめるには、酸化処理後に初期酸化物量の２．５倍以上の酸化物を存在せしめる必要がある。

鋼板を酸化する加熱炉には、鋼板に直接火炎を当てて加熱する直火タイプと、ラジアントチューブを備えた加熱炉内の雰囲気温度を高くして加熱するラジアントタイプの、主に二つのタイプがある。加熱炉内で鋼板表面の酸素量を上記関係を満足するように酸化させることができれば、加熱炉のタイプは問わないが、短時間に効率よく酸化させることを考慮すると、直火タイプの方が好ましい。

直火タイプの加熱炉の場合は、加熱炉バーナーに供給する空気と燃料の比である空気比を適宜制御することで鋼板表面の酸素量が上記を満足するように鋼板を酸化させることができる。例えば、空気比を増加させ１に近づけていくことにより酸化量を増加させることができ、さらに１以上にすることで酸化量をさらに増加させることができる。

ラジアントタイプの加熱炉の場合、加熱炉内の雰囲気を制御して鋼板表面の酸素量が上記を満足するように鋼板を酸化させる。例えば加熱炉中の酸素濃度を制御し、その濃度を上げることにより酸化量を増加させることができる。

上記のようにして加熱炉で加熱して酸化した鋼板を還元焼鈍する。還元焼鈍は還元雰囲気で行い鋼板表面の酸化物を還元する。還元雰囲気は通常採用される還元雰囲気でよい。また、還元焼鈍では、鋼板を６００〜９００℃の温度域に加熱して再結晶焼鈍する。

還元焼鈍後、冷却、溶融亜鉛めっきを順次施し、その後合金化処理を施すことで、めっき表面が不均一になるのが防止され、めっき外観が良好で、塗装後も外観ムラの発生しない合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。

以下、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する。

本発明の効果を確認するために、直火タイプの加熱炉を備える連続式溶融亜鉛めっき設備で以下の製造実験を行った。

母材鋼板として、板厚０．７５ｍｍ、板巾１５００ｍｍで、表面スケール量の異なる冷延鋼板を準備した。この母材鋼板を直火タイプの加熱炉で加熱して酸化する酸化処理を行った後、引き続き還元焼鈍（Ｈ_２：４ｖｏｌ％−Ｎ_２雰囲気中で鋼板を６００℃まで６０秒で昇温し、その後６００〜８５０℃の温度域を１００秒で昇温し、８５０℃で２０秒保持。）、冷却を経てめっき浴中Ａｌ濃度０．１４質量％、浴温４６０℃のＡｌ含有Ｚｎ浴に浸漬し、めっき付着量を片面あたり４５〜５５ｇ／ｍ^２に調整し、さらに合金化処理を５２０℃で行い、めっき皮膜中のＦｅ％が９〜１１質量％の範囲になるようにして、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を作製した。

加熱炉バーナーの空気比を変えることで、加熱炉で酸化後の鋼板表面の酸化物量を調整した。例えば、比較例２３は直火炉の空気比を０．９３とした。加熱炉で酸化後の鋼板表面の酸化物量（酸素量）は、加熱炉直後のオンライン赤外線干渉型酸化物計で測定を行った。

作製した合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき外観を評価した。めっき外観の評価は、板巾×長さ１０００ｍｍのサンプルを採取して目視で以下の基準により評価した。なお、軽微な欠陥とは、周囲との境界が不明瞭で欠陥のサイズがコイル長手方向に５ｍｍ以下のものをいい、これよりも長いもの若しくは周囲との境界が明瞭で目立つものを重度の欠陥とした。
◎：外観良好（欠陥がまったく観察されない）
○：外観良好（軽微な欠陥が片面当り３個以下観察される）
△：外観不良（軽微な欠陥が片面当り３個超観察される）
×：外観不良（重度の欠陥が１個でも観察される）

その製造実験の条件と実験材の評価結果をまとめて表１に示す。

表１から明らかなように、加熱炉で酸化前の鋼板表面の酸素量Ｙおよび加熱炉で酸化処理後の鋼板表面の酸素量Ｘが本発明範囲内である発明例では、外観評価が良好で、良好なめっき外観を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られている。めっき外観が良好なものは、塗装後の外観はムラの発生はなく、良好であった。

本発明は、良好なめっき外観を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法として利用できる。本発明法で製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、塗装後も外観ムラがないので、自動車外板用途に使用する合金化溶融亜鉛めっき鋼板として利用することができる。

Claims (1)

1. 母材鋼板を還元焼鈍した後、溶融亜鉛めっきし、さらに合金化処理を行う合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、
   母材鋼板の表面酸素量Ｙを１５０ｍｇ／ｍ^２以下に規定し、この母材鋼板を加熱酸化し酸化後の母材鋼板表面の酸素量Ｘが２５〜５００ｍｇ／ｍ^２の範囲内で、かつＸとＹが式（１）を満足するようする酸化処理を行い、その後還元焼鈍処理することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
   Ｙ×２．５≦Ｘ ・・・（１）