JP2012021175A

JP2012021175A - 電気亜鉛めっき鋼板の製造方法

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Publication number: JP2012021175A
Application number: JP2010157757A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Tsuchimoto; 和明土本; Toru Imokawa; 透妹川; Takahiro Kubota; 隆広窪田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: JP5609344B2

Abstract

【課題】高電気伝導度と低動粘度を両立しためっき浴を用いることで製造コストが低減された電気亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】ZnをZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/L、硫酸をH₂SO₄換算で60〜140g/L含有し、電気伝導度20S/m以上、動粘度1.0mm²/s以下であり、浴温が50℃以上であるめっき浴を用いる。そして、鋼板を陰極として電気亜鉛めっき処理し、鋼板表面に片面当たり5〜30g/m²の電気亜鉛めっき層を形成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、製造コストが低減された電気亜鉛めっき鋼板の製造方法に関するものである。

電気亜鉛めっき鋼板は、皮膜の均一性および外観に優れていることから、自動車、家電、建材用途等に広く用いられている。
電気亜鉛めっき鋼板は、現在、電気亜鉛めっきライン（EGL）設備で製造されており、製造コストを低減するには、電解電圧を低下させることが有効とされている。電解電圧を低下させることで電力費（＝電解電圧×電気量）が減少し、全体のコスト削減につながる。
電解電圧を低下させるには、めっき浴の電気伝導度の上昇と動粘度の低下が有効である。電気伝導度が上昇すると、めっき浴の抵抗により消費される電圧が低下するため、全体の電解電圧が低下する。また、動粘度が低下すると、アノードで発生する気泡の除去を効率的に行えるようになり、電解電圧が低下する。

このように、電解電圧を低く抑えるためには、電気伝導度が高く、動粘度が低いめっき浴を用いることが有効であり、これを実現するための従来技術としては、以下の方法が提案されている。

特許文献１には、硫酸ナトリウム＋硫酸アンモニウム：40g/L以下、無水硫酸：30〜60g/L、Zn：75〜130g/L、Ni：50〜250ppm、Fe：200〜3000ppm、Sn：0.01〜5ppmを含有し、好ましくは50℃で測定した電気伝導度が140mS以上で、かつ、動粘性係数が0.013×10^-2cm²/s以下であるめっき浴を用い、電流密度70〜600A/dm²で、付着量2〜120g/m²のめっき処理を行う亜鉛めっき鋼板の製造方法が開示されている。

特許文献２には、ZnSO₄・7H₂O換算で400〜600g/L含有し、浴温60〜80℃、pH0〜1、流速2m/s以上のめっき浴中において、200〜300A/dm²の電流密度により鋼板を電気亜鉛めっき処理して、鋼板の少なくとも1つの表面上に、鋼板の片面当たり10〜100g/m²の量の電気亜鉛めっき層を形成することが記載されている。

特許文献３には、亜鉛イオンを0.7〜2.0mol/Lと、第二金属イオンとしてニッケルイオン又は鉄イオンを0.1〜2.0mol/L、および平均分子量10⁶〜10⁸の非イオン性ポリアクリルアミドを1〜100ppm含み、pH 0.5〜2.0、浴温40〜70℃の酸性電気亜鉛めっき浴を用いて、電流密度100〜450A/dm²、相対流速30m/min以上で、鋼板に電気めっきを行う電気亜鉛めっき鋼板の製造方法が開示されている。ここでpHを0.5〜2.0とするために必要な硫酸の量は約2〜35g/Lである。

特開平11-200087号公報特開平6-2193号公報特開昭61-127891号公報

しかしながら、特許文献１では、Zn：75〜130 g/Lは、ZnSO₄・7H₂O換算では330〜572 g/Lであり、亜鉛量が多いため、低動粘度の達成が不可能である。また、硫酸添加量が少ないため、高い電気伝導度を達成することができない。さらに、浴中にNi、Fe、Snイオンを含むため、めっき皮膜中にNi、Fe、Snが共析し、耐食性が劣化してしまう。
特許文献２では、亜鉛量が多いため、低動粘度を達成することができない。
特許文献３では、硫酸は35g/L程度以下と推定され、硫酸添加量が少ないため、高い電気伝導度を達成することができない。また、浴中に有機物を含有するため、めっき皮膜中に有機物が共析し、めっき皮膜の硬度が上昇してしまう。

以上のように、従来技術では、高い電気伝導度と低い動粘度を両立した電気亜鉛めっき浴を用いて電気亜鉛めっき鋼板を製造することは実現不可能であった。

本発明は、かかる事情に鑑み、高電気伝導度と低動粘度を両立しためっき浴を用いることで電力費を削減し製造コストが低減された電気亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、めっき浴のZn濃度、硫酸濃度、温度を適正範囲に制御することにより、高電気伝導度と低動粘度を両立させ、このようなめっき浴を用いて電気亜鉛めっき処理することで電力費を削減し製造コストを低減して電気亜鉛めっき鋼板を製造することができることを見出した。
従来、電気亜鉛めっき浴の電気伝導度上昇のためには、ZnSO₄濃度を増加させるもしくはNaSO₄などの電気伝導度補助剤を添加するのが一般的であった。一方、動粘度を下げるためには、H₂SO₄濃度およびZnSO₄濃度を低減させることが有効であるとされていた。
そこで、本発明者は、高電気伝導度と低動粘度を両立した浴の開発を目指して鋭意研究を重ねた。その結果、まず、めっき浴の電気伝導度を高くするには、従来のZnSO₄濃度増加や電気伝導度補助剤添加よりも、H₂SO₄濃度を従来と比較して大幅に増加させることが有効であることを見出した。更に、H₂SO₄高濃度浴（60g/L以上）では、ZnSO₄濃度を逆に下げることにより、電気伝導度をより向上させることができ、同時に動粘度も低下させることができることを見出した。これにより、高電気伝導度と低動粘度の両立が可能となった。

本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
[１] 鋼板を陰極として電気亜鉛めっき処理を施すことにより電気亜鉛めっき鋼板を製造する電気亜鉛めっき鋼板の製造方法において、
ZnをZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/L、硫酸をH₂SO₄換算で60〜140g/L含有し、電気伝導度20S/m以上、動粘度1.0mm²/s以下であり、浴温が50℃以上であるめっき浴を用いて、
鋼板表面に片面当たり5〜30g/m²の電気亜鉛めっき層を形成することを特徴とする電気亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、電気亜鉛めっき処理を施すにあたり、高電気伝導度と低動粘度が両立しためっき浴を用いることができる。その結果、電解電圧の低下が実現され、電力費の低減効果を得ることができる。以上より、製造コストが低減された電気亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の対象とするめっき鋼板は、酸性浴を用いて電気亜鉛めっき処理することにより得られる電気亜鉛めっき鋼板である。性能面（耐食性、加工性、白色度等）と操業面のバランスから、めっき皮膜中の亜鉛含有量の好ましい範囲は98mass％以上である。

そして、本発明では、前記電気亜鉛めっき鋼板を製造するにあたり、ZnをZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/L、硫酸をH₂SO₄換算で60〜140g/L含有し、電気伝導度20S/m以上、動粘度1.0mm²/s以下であり、浴温が50℃以上であるめっき浴を用いて、鋼板を陰極として電気亜鉛めっき処理し、鋼板表面に片面当たり5〜30g/m²の電気亜鉛めっき層を形成することとする。また、200〜500A/dm²の電流密度で電気亜鉛めっき処理することが好ましい。これらは本発明の重要な要件である。

以下に、本発明の詳細について説明する。
本発明では、Zn濃度、硫酸濃度、浴温を所定の範囲に制御することにより、高電気伝導度と低動粘度を両立させためっき浴を実現することが可能となった。

めっき浴中には、ZnをZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/L、硫酸をH₂SO₄換算で60〜140g/L含有する。
ZnがZnSO₄・7H₂O換算で100g/L未満では、電解中に鋼板界面での亜鉛イオンが欠乏し、めっき焼けが生じてしまう。めっき焼けが生じると、明度（L値）が低下するとともに電流効率が低下するため、目標付着量のめっきに必要な電力費が増加してしまう。280g/Lより多いと、電気伝導度が低下し、動粘度が上昇してしまう。以上より、ZnはZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/Lの範囲とする。
硫酸濃度がH₂SO₄換算で60g/L未満では、高い電気伝導度を達成することができない。一方、140g/Lより多量に存在すると、電解中の水素発生量が増加し、めっき焼けを生じる。以上より、硫酸濃度はH₂SO₄換算で60〜140g/Lの範囲とする。好ましくは、60〜120g/Lである。

めっき浴の温度は、50℃以上とする。
50℃よりも低いと、浴の電気伝導度が低下し動粘度が増加する。上限は特に定めないが、温度上昇によりめっき浴の蒸発量が増えるので、90℃程度までが現実的であり好ましい。

ZnがZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/L、硫酸がH₂SO₄換算で60〜140g/L、浴温が50℃以上、これらのめっき浴の条件を満たすことにより、電気伝導度20S/m以上、動粘度1.0mm²/s以下のめっき浴が得られる。これにより、電解電圧の低下が実現され、電気亜鉛めっき鋼板を製造するにあたっての電力費を低減させることが可能となる。

本発明は、以上からなるめっき浴を用いて、鋼板を陰極として電気亜鉛めっき処理する。
電流密度は200〜500A/dm²が好ましい。本発明では、特に200A/dm²以上の高電流密度で電気亜鉛めっき処理する場合に顕著な効果が得られる。一方、電流密度が500A/dm²以下であれば、亜鉛イオンの拡散が間に合わなくなることがなく、めっき焼けが生じることがないので好ましい。
なお、電気亜鉛めっき処理を行うにあたって、上述しためっき浴および電流密度以外は特に限定しないが、以下の条件で行うことが好ましい。
電極（陽極）の種類は、特に限定するものではないが、めっき浴中への不純物の溶解を考慮すると、酸化イリジウム電極を用いることが好ましい。
めっき浴流速は1.0m/min以上が、電解界面の拡散層の薄膜化の観点から好ましい。
また、電気亜鉛めっき浴に不可避的に侵入する不純物等、何らかの元素が添加されている場合もあるが、本発明の効果が損なわれない限り適用可能である。

以上により、鋼板表面に片面当たり5〜30g/m²の電気亜鉛めっき層を形成した電気亜鉛めっき鋼板が製造される。めっき付着量は、片面当たり5〜30g/m²とする。5g/m²より少ないと良好な耐食性が得られず、30g/m²より多いとコストが増加してしまう。

さらに、本発明の電気亜鉛めっき鋼板は、表面に化成処理皮膜、および／または有機樹脂を含有する塗膜を有することにより表面処理鋼板とすることもできる。
化成処理皮膜は、例えば、クロメート処理液またはクロムフリー化成処理液を塗布し水洗することなく鋼板温度として８０〜３００℃となる加熱乾燥処理を行うクロメート処理またはクロムフリー化成処理により形成できる。これら化成処理皮膜は単層でも複層でもよく、複層の場合には複数の化成処理を順次行えばよい。

また、本発明の電気亜鉛めっき鋼板は用途に応じて、めっき層または化成処理皮膜の表面には有機樹脂を含有する単層又は複層の塗膜を形成することができる。この塗膜としては、例えば、ポリエステル系樹脂塗膜、エポキシ系樹脂塗膜、アクリル系樹脂塗膜、ウレタン系樹脂塗膜、フッ素系樹脂塗膜等が挙げられる。また、上記樹脂の一部を他の樹脂で変性した、例えばエポキシ変性ポリエステル系樹脂塗膜等も適用できる。さらに上記樹脂には必要に応じて硬化剤、硬化触媒、顔料、添加剤等を添加することができる。

上記塗膜を形成するための塗装方法は特に規定しないが、塗装方法としてはロールコーター塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装等が挙げられる。有機樹脂を含有する塗料を塗装した後、熱風乾燥、赤外線加熱、誘導加熱等の手段により加熱乾燥して塗膜を形成することができる。
ただし、上記表面処理鋼板の製造方法は一例であり、これに限定されるものではない。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
常法で製造した板厚0.7mmの冷延鋼板に対して、脱脂処理、酸洗処理を施し、次いで、表１に示すめっき浴組成、下記に示す条件で電気亜鉛めっき処理を行い、電気亜鉛めっき鋼板を製造した。なお、片面あたりの亜鉛めっき付着量は、亜鉛めっきを希硫酸で溶解し、溶解液中の亜鉛濃度をICP（Inductively Coupled Plasma）質量分析装置により測定し、付着量に換算して求めた。
電解条件
電流密度：表１に示す
浴温、亜鉛めっき付着量：表1に示す
電極：酸化イリジウム
流速：2.0m/sec
以上より得られた電気亜鉛めっき鋼板に対して、以下に示すように、電力費、Ｌ値、電流効率を求め、評価した。
電力費
一般的な亜鉛めっき浴（電気伝導度10S/m、動粘度1.0mm²/s）を用い、それ以外は上記と同様の条件で同亜鉛付着量とした電気亜鉛めっき鋼板を製造した際の電力費と比較してどの程度の電力費が必要かで評価した。
○：80%以下
×：80%〜100%
明度（Ｌ値）
分光色差計（日本電色工業(株)製 SD5000）を用いてSCE（正反射光除去）により、JIS Z 8722：2009に準拠して、明度（Ｌ値）を測定し、以下のように評価した。
◎：80≦L値
○：78≦L値＜80
×：Ｌ値＜78

表１より、本発明例では電力費が低く抑えられ、電気亜鉛めっき鋼板を製造コストを低減して製造可能であるのがわかる。
一方、比較例では、Ｌ値が高い電気亜鉛めっき鋼板を製造する場合は電力費が高く製造コストの低減が図れていない。もしくは、めっき焼けが生じてしまい、L値が低下し、電力費も低減できていない。

Claims

鋼板を陰極として電気亜鉛めっき処理を施すことにより電気亜鉛めっき鋼板を製造する電気亜鉛めっき鋼板の製造方法において、
ZnをZnSO₄・7H₂O換算で100〜280g/L、硫酸をH₂SO₄換算で60〜140g/L含有し、電気伝導度20S/m以上、動粘度1.0mm²/s以下であり、浴温が50℃以上であるめっき浴を用いて、
鋼板表面に片面当たり5〜30g/m²の電気亜鉛めっき層を形成することを特徴とする電気亜鉛めっき鋼板の製造方法。