JP2015017311A - 耐食性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存設備を活かしつつも美感を維持した化成処理鋼板の製造方法および製造装置を提供すること。
【解決手段】 本発明は、亜鉛系めっき鋼板を基材としており、当該基材に無機系の化成処理液を塗布するステップと、前記化成処理液を塗布した鋼板を加熱乾燥するステップと、を少なくとも含み、前記加熱乾燥するステップを、近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせまたは近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせにて行うことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、化成処理鋼板、特に耐食性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法に関する。

家電関連や建材関連、土木関連などの分野においては、耐食性の高い鋼材として、亜鉛めっき、亜鉛合金めっきなどを施した亜鉛系めっき鋼板が使用されている。近年は従来の亜鉛めっきよりもさらに耐食性に優れた鋼材として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が提案されている（特許文献１を参照）。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板に、耐食性以外の機能をさらに付与するためにめっきが施された鋼板に、後処理として化成処理を施すことが多い。耐食性以外の機能としては、一次防錆性や、表面潤滑性や、耐指紋性などが上げられる。化成処理には有機樹脂を含まない無機系の化成処理液や、有機樹脂を含む有機系の化成処理液が用いられ、鋼板に塗布されることにより鋼板表面に塗膜が形成される。

化成処理によって鋼板表面に形成された塗膜は、めっき鋼板を熱風に曝すこと（熱風乾燥）によって乾燥され、化成処理皮膜となる。熱風乾燥は既に知られた技術であり（特許文献２を参照）、天然ガス（ブタンガスなどの炭化水素ガス）を燃焼させた燃焼ガスを熱源として、鋼板に燃焼ガスを吹き付けて対流熱伝達により加熱する方法である。ところで、天然ガスを燃焼させると、水蒸気も同時に発生してしまう。乾燥装置（乾燥オーブン）内で水蒸気が発生することにより、露点が上昇してしまい、鋼板は露点以下で通過することになる。そうすると、鋼板上に形成された化成処理皮膜表面に結露が発生することがある。

ところで、上記無機系の化成処理液に可溶成分が多く含まれていると、結露水で化成処理膜が溶け出し、熱風で化成処理液が溶け出した結露水が蒸発することにより、結露水が付着した部位と付着しなかった部位とが不均一に分布することになり、その結果、鋼板表面がウロコ状のムラとなってしまう。このウロコ状のムラは、化成処理鋼板の外観（美感）を著しく損ねるものである。

一方、化成処理鋼板の製造方法において、塗膜の乾燥に熱風乾燥ではなく、水蒸気の発生がない誘導加熱（特許文献３を参照）や、近赤外線を照射して乾燥させることにより、乾燥後の仕上がり外観がよくなる（ウロコ状のムラが低減される）ことが報告されている（特許文献４を参照）。

特開平１０−２２６８６５号 特開２００３−２７７９５１号公報 特開平９−２６７０７３号公報 特開２０１１−２６６２９号公報

しかしながら、既存設備として熱風乾燥装置を用いている場合において、その全てを誘導加熱装置や近赤外線照射装置に置き換えることは、既存設備の利用の観点やコスト面において困難が伴う。

本発明は、このような問題に鑑みて導出したものであり、既存設備を活かしつつも美感を維持した化成処理鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、以下に示す化成処理鋼板の製造方法に関し、亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布するステップと、前記化成処理液を塗布した鋼板を加熱乾燥するステップとを少なくとも含み、前記加熱乾燥するステップを、誘導加熱と熱風加熱との組み合わせにて行うことを特徴とする。

また、亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布するステップと、前記化成処理液を塗布した鋼板を加熱乾燥するステップと、を少なくとも含み、前記加熱乾燥するステップを、近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせにて行うことを特徴とする。

また、亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布する塗布装置と、前記化成処理液を塗布した鋼板を、誘導加熱と熱風加熱との組み合わせにより加熱乾燥する加熱乾燥装置とを備える。

また、亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布する塗布装置と、前記化成処理液を塗布した鋼板を、近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせにより加熱乾燥する加熱乾燥装置とを備える。

本発明の化成処理鋼板の製造方法は、基材となる鋼板（亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板、特に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系溶融めっき鋼板）の表面に、無機系の化成処理液を塗布するステップと、前記化成処理液を塗布した鋼板を加熱乾燥するステップとを含むものである。化成処理液には、有機樹脂を含まない無機系のものと有機樹脂を含む有機系のものとがあるが、本発明については特に無機系の化成樹脂を用いた場合にについて記載する。ただし、有機系の化成処理液を用いた場合を否定するものではない。

加熱乾燥は、誘導加熱と熱風加熱との組み合わせで行う。特に誘導加熱装置は、鋼板がオーブンに通板する際の入側にのみ設置する。誘導加熱装置内に鋼板を通板させると、鋼板自体が加熱され、鋼板の熱が化成処理液の塗膜にも伝わり、塗膜を乾燥させる。誘導加熱方式による加熱は、熱風乾燥とは異なり加熱方式に起因した水蒸気は発生しないため乾燥オーブン内の露点が上昇することがなく、従って、低温の鋼板が乾燥オーブン内に入っても、鋼板表面に結露水が付着することはない。誘導加熱で鋼板に形成された塗膜を乾燥させた後、熱風加熱により乾燥を完了させる。これにより、鋼板にウロコ状のムラを発生させることなく鋼板を乾燥させることができる。誘導加熱装置の導入はオーブンの入側のみであるので、従来の熱風加熱の設備を活かした状態、つまり設備コストを抑えつつも美感を維持した化成処理鋼板を製造することができる。

加熱乾燥は、近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせで行うこともできる。特に近赤外線照射加熱の装置は、鋼板がオーブンに通板する際の入側にのみ設置する。近赤外線照射加熱装置内に鋼板を通板させると、近赤外線が鋼板に形成された化成処理液の塗膜を直接加熱し、さらに近赤外線の一部が透過して、鋼板のめっき層を加熱する。そして、めっき層で反射した近赤外線がさらに塗膜を直接加熱する。近赤外照射加熱方式による加熱は、熱風乾燥とは異なり加熱方式に起因した水蒸気は発生しないため乾燥オーブン内の露点が上昇することがなく、従って、低温の鋼板が乾燥オーブン内に入っても、鋼板表面に結露水が付着することはない。これにより、鋼板にウロコ状のムラを発生させることなく鋼板を乾燥させることができる。さらには、従来の熱風加熱の設備を活かした状態で近赤外線照射加熱の装置を導入することから、設備コストを抑えつつも美感を維持した化成処理鋼板を製造することができる。

本発明によれば、既存設備を活かしつつも美感を維持した化成処理鋼板の製造方法を提供することができる。

本発明の化成処理鋼板の製造に関する概略図である。 既存の乾燥装置を用いた場合と本発明の乾燥装置を用いた場合との昇温カーブを比較する図である。

本発明における鋼板の製造方法について、図１を用いながら説明する。図１は、溶融めっき処理後から熱風乾燥を終了するまでの工程を示す図である。鋼板１０はめっき槽（図示せず）に浸漬させてめっきを形成させる。

ところで、本発明において基材となる鋼板は、電気めっき法、溶融めっき法、蒸着めっき法などで製造される亜鉛めっき鋼板または亜鉛合金めっき鋼板である。亜鉛合金めっきの例には、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき，Ｚｎ−Ｍｇ合金めっき，Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき，Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきなどが含まれる。本発明を説明するために、特にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系溶融めっき鋼板を用いるが、基材となる鋼板としては、亜鉛系めっきを施した後に、合金化処理をした合金化亜鉛めっき系鋼板であってもよい。

鋼板１０にめっきを形成させた後、鋼板１０に化成処理液を塗布する。化成処理液２００をコーターパン（パン皿）２２０に注入し、ピックアップロール３００を化成処理液２００に浸すことにより、化成処理液２００をピックアップする。そして、ピックアップロール３００に接したアプリケーターロール３２０に鋼板１０を接触させて、化成処理液２００を鋼板１０の一方の面に塗布する。鋼板１０の裏面には、次のように化成処理液４００を塗布する。つまり、化成処理液４００をコーターパン（パン皿）４２０に注入し、ピックアップロール５００を化成処理液４００に浸すことにより、化成処理液４００をピックアップする。そして、ピックアップロール５００に接したアプリケーターロール５２０に鋼板１０を接触させて、化成処理液４００を鋼板１０のもう一方の面に塗布する（以上、ロールコート法）。

化成処理液を塗布する方法としては、上記ロールコート法のほか、スピンコート法、スプレー法等などで行うことが可能である。

鋼板１０に化成処理液２００，４００を塗布した後、鋼板表面に形成された塗布膜を水洗いすることなく乾燥させる。本発明にかかる乾燥設備（オーブン）は、入側に誘導加熱設備６００を設置し、誘導加熱の設備に連結させるように、既設の熱風加熱装置７００を設置している。誘導加熱を行うことにより、加熱方式に起因した水蒸気を発生させることなく鋼板１０を乾燥させることができる。誘導加熱を行った後、既設の熱風加熱装置７００にて、乾燥操作の仕上げを行う。

誘導加熱における乾燥温度は、４０℃以上２５０℃以下であることが好ましく、６０℃以上２００℃以下であることがより好ましい。なお、６０℃以上であれば、既設の熱風加熱装置の能力を最大限使用することができるので、結果的に乾燥時間を短縮することができる。一方、乾燥温度が４０℃よりも低いと、既設の熱風加熱装置の条件を調整したとしても、ウロコ状のムラが発生してしまう。

鋼板を乾燥させるにあたり、オーブンの入側に設置する設備は、誘導加熱設備６００に代えて、近赤外線照射加熱設備６５０とすることができる。近赤外線照射加熱設備６５０に連結させるように、既設の熱風加熱装置７００を設置することができる。近赤外線照射加熱を行うことにより、加熱方式に起因した水蒸気を発生させることなく鋼板１０を乾燥させることができる。近赤外線照射加熱を行った後、既設の熱風加熱装置７００にて、乾燥操作の仕上げを行う。

近赤外線照射加熱における乾燥温度は、誘導加熱における乾燥温度の場合と同様、４０℃以上２５０℃以下であることが好ましく、６０℃以上２００℃以下であることがより好ましい。６０℃以上であれば、乾燥時間を短縮することができる。一方、２５０℃を越えると、化成処理液の塗布膜に含まれる有機成分が熱分解することがあり、化成処理皮膜の特性が損なわれることがある。

このように、熱風乾燥を行う前に誘導加熱または近赤外線照射加熱を行うことにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、誘導加熱の場合は、短時間で鋼板自体を加熱することができることにより、鋼板の上に形成されためっき層を通して化成処理液の塗膜を乾燥することができる。また、近赤外線照射加熱の場合は、短時間で化成処理液の塗膜を直接に加熱することができ、また塗膜を透過した一部の近赤外線がめっき層の表層を加熱することから間接的に塗膜が加熱されたり、めっき層で反射した一部の近赤外線が塗膜を直接加熱したりすることにより、化成処理液の塗膜を乾燥することができる。また、誘導加熱の加熱装置または近赤外線照射の加熱装置の設置においては、オーブン全域に採用するのではなく、オーブンの入側にのみ採用することから、現実的な工業コストで美感を維持した化成処理鋼板を製造することが可能である。

鋼板１０の乾燥が終了すると、冷却装置８００にて鋼板１０を冷却する。冷却装置８００はエアージェットクーラーであることが好ましいが、これに限られない。

図２は、既存の乾燥装置を用いた場合と本発明の乾燥装置を用いた場合との昇温カーブを比較する図である。本発明の乾燥装置として、近赤外線照射加熱装置６５０と既存の熱風乾燥装置７００とを組み合わせたものを用いた。鋼板温度は加熱装置前（横軸０秒）と加熱装置後（横軸約４秒）について接触式板温計を用い、他のプロットは計算により導出した。

図２の（Ａ）は、乾燥装置を熱風乾燥のみによって構成した場合の、鋼板１０の温度変化を示す。乾燥装置に鋼板１０が送り込まれた直後は鋼板の温度が初期温度の約５０℃付近であるが、およそ４秒後に鋼板１０が目標温度の約１６０℃に到達する。５０℃付近で一定となっているのは、本願発明の近赤外線照射加熱装置６５０の入口を0秒としており、熱風乾燥設備のみの場合、０秒から約０．３秒間は加熱していないことによるものである。

一方、近赤外線照射加熱装置６５０と熱風乾燥装置７００とを組み合わせた場合（図２の（Ｂ）参照）については、およそ４秒後に目標温度の約１６０℃に到達する点においては（Ａ）と共通している。しかし、鋼板１０を近赤外線照射加熱装置６５０に通板させた直後から鋼板１０の温度が約５０℃から約８０℃まで急速に上昇している。これは、近赤外線照射加熱装置６５０の照射ランプが鋼板１０に形成された化成処理液の塗膜を直接加熱することができることから鋼板１０自体の温度を短時間で急速に上昇させることができることによると考えられる。鋼板１０の温度を急速に上昇させた後は、熱風乾燥装置７００にて熱風乾燥を行うことにより、（Ａ）の場合と同様、ほぼ直線的に鋼板１０の温度が上昇し、目標温度の約１６０℃に到達する。このように、近赤外線照射加熱装置６５０を用いることにより、加熱方式に起因した水蒸気を発生させず、鋼板１０の温度を急速に上昇させることができるため、鋼板１０の表面にウロコ状のムラが発生しない。

発明者らは、本発明における乾燥装置（近赤外線照射加熱装置と熱風乾燥装置との組み合わせ、または誘導乾燥装置と熱風乾燥装置との組み合わせ）の比較として、乾燥装置全てが従来の熱風乾燥装置の場合と、乾燥装置全てを近赤外線照射加熱装置の場合における、鋼板に発生するウロコ状のムラの発生率について検討した。乾燥装置全体に従来の熱風乾燥装置を用いた場合は、ウロコ状のムラの発生率を１とした場合、近赤外線照射加熱装置と熱風乾燥装置とを組み合わせた場合は、ウロコ状のムラの発生率０であった。また、誘導乾燥装置と熱風乾燥装置とを組み合わせた場合は、ウロコ状のムラの発生率０であった。乾燥装置全てを近赤外線照射加熱装置の場合におけるウロコ状のムラの発生率０であった。

上記の結果を導入コストの側面から比較すると、乾燥装置全てを近赤外線照射加熱装置とする場合のコストは非常に大きくなるが、近赤外線照射加熱装置と熱風乾燥装置との組み合わせ、または誘導乾燥装置と熱風乾燥装置との組み合わせで、乾燥する鋼板は、熱風乾燥装置よりも前に近赤外線加熱装置または誘導加熱装置に送り込む乾燥方法であれば、導入コストは最小限で済み、かつ既存設備（熱風乾燥装置）を利用することが可能な上、鋼板にウロコ状のムラを発生させずに美感を維持した化成処理鋼板を製造することができる。

なお、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。特に、本実施例において用いた鋼板はＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系溶融めっき鋼板を基材としているが、これに限られるものではない。

１０ 鋼板
２００，４００ 化成処理液
２２０，４２０ コーターパン
３００，５００ ピックアップロール
３２０，５２０ アプリケーターロール
３４０ バックアップロール
６００ 誘導加熱設備
６５０ 近赤外線照射加熱装置
７００ 熱風加熱装置
８００ 冷却装置

Claims (4)

1. 亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布するステップと、
   前記化成処理液を塗布した鋼板を加熱乾燥するステップと、
   を少なくとも含み、前記加熱乾燥するステップを、誘導加熱と熱風加熱との組み合わせにて行う
   ことを特徴とする化成処理鋼板の製造方法。
2. 亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布するステップと、
   前記化成処理液を塗布した鋼板を加熱乾燥するステップと、
   を少なくとも含み、前記加熱乾燥するステップを、近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせにて行う
   ことを特徴とする化成処理鋼板の製造方法。
3. 亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布する塗布装置と、
   前記化成処理液を塗布した鋼板を、誘導加熱と熱風加熱との組み合わせにより加熱乾燥する加熱乾燥装置と、
   を備える、化成処理鋼板の製造装置。
4. 亜鉛系めっき鋼板を基材とし、当該基材に無機系の化成処理液を塗布する塗布装置と、
   前記化成処理液を塗布した鋼板を、近赤外線照射加熱と熱風加熱との組み合わせにより加熱乾燥する加熱乾燥装置と、
   を備える、化成処理鋼板の製造装置。