JP2015193879A - 溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性と表面外観が良好な溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板のより有利な製造方法を提供する。
【解決手段】Ａ１：ほぼ６質量％、Ｍｇ：ほぼ３質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｔｉ：０.０５質量％、Ｂ：０.０１質量％を亜鉛中に含有する溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金浴を建浴し、種々の板厚の低炭素冷延鋼帯を通板して溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板を製造する。めっき浴温度は４３０℃、めっき後の冷却速度は、７℃／ｓｅｃとする。また、エアジエットクーラー５の出側の鋼板温度は、この組成のめっき層の凝固温度である約３４０℃よりも低い３３０℃以下となるように制御し、トップロール６の直前で２３０℃以下に冷却する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐食性と表面外観の良好な溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の製造方法に関する。

溶融亜鉛中にアルミニウムとマグネシウムを適量含有させためっき浴を用いた溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板は耐食性に優れるので、従来より種々の研究開発が進められてきた。代表的な溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板としては、そのめっき層が［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ_２Ｍｇの三元共晶組織］の素地中に［初晶Ａｌ相］、または「初晶Ａｌ相］と［Ｚｎ単相］が混在する金属組織を有するものであり、特許文献１、特許文献２にその技術が開示されている。

この溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の製造においては、通常、そのめっき浴組成として、Ａｌ：約４重量％付近、Ｍｇ：約３重量％の近傍が選択される。これは、特許文献２に開示されているとおり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇの三元平衡状態図上でＡｌ：約４重量％付近、Ｍｇ：約３重量％の近傍において融点が最も低くなる三元共晶点（融点：３４３℃）が見られるため、めっき浴組成をこの三元共晶点付近としたほうが有利であることによる。
しかし、この三元共晶点近傍の浴組成を採用した場合には、めっき層の組織中にＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相が局部的に晶出する現象が起きる。詳細には、めっき層の金属組織が［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₁₁Ｍｇ₂の三元共晶組織］の素地自体あいは該素地中に〔Ａｌ初晶〕または〔Ａｌ初晶〕と〔Ｚｎ単相〕が混在してなるＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相となる。この局部的に晶出したＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相は他の相よりも変色しやすく、放置しておくと、この部分が非常に目立った色調となり、めっき鋼板の表面外観を著しく悪くする。したがって、溶融溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板としての製品価値を著しく低下させる。また、局部的に晶出したＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相は、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の耐食性も悪くする。

そこで、特許文献１が開示しているように、めっき浴温とめっき後の冷却速度をコントロールすることにより、めっき層に局部的にＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相を発生させずにめっき層を凝固させることが行われてきた。また、特許文献２には、めっき浴中に適量のＴｉ、Ｂを添加することにより局部的にＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相が発生することが抑制され、Ｔｉ、Ｂ無添加の場合に比べ、局部的なＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相を発生させずに溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の製造が可能となるめっき浴温とめっき後の冷却速度の制御範囲がより広くなることが開示されている。

特開平１０−２２６８６５号公報 特開平１０−３０６３５７号公報

しかし、このように開示されている従来技術に沿って溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板を製造しても、製造条件（板厚、めっき付着量、製造ラインの通板速度等）によっては、製造された溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板のめっき層表面に局部的にＺｎ₁₁Ｍｇ₂系の相を発生して黒っぽい斑点状の模様（以下、黒点と記載することがある）として観察されることがあり、めっき鋼板の表面外観や耐食性を損ねるという問題があった。

発明者らは、従来技術に沿って製造した溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板であって、めっき層が完全に凝固したあとであっても、めっき層温度がおよそ２３０℃以上の状態でめっき層に組成歪みが加わると、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき層が塑性歪み誘起相変態を起こし、Ｚｎ_２Ｍｇの相からＺｎ_１１Ｍｇ_２の相に変化してしまうことを初めて見い出した。

具体的には、鋼板を溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴に連続的に浸漬して引き上げられ、そのまま上方に搬送され、めっき層が完全に凝固したあとであっても、めっき層温度がおよそ２３０℃以上の状態で、一般的な連続溶融めっきラインにおいてトップロールと呼ばれるめっき鋼板の搬送方向を９０°転換するロールにめっき鋼板が巻きつけられたとき、めっき層の表層がトップロール表面の微小な凹凸と接触し、その接触面圧によりめっき層の表層にせん断歪みが加わったことが原因であると考えられた。

従って、めっき層温度が２３０℃以下となるまでめっき鋼板を冷却してから巻き付けロールと接触するように製造条件を設定することにより、めっき層の凝固後にＺｎ_１１Ｍｇ_２系の相が発生してめっき鋼板の表面外観や耐食性を損ねるという問題は解決できる。製造条件としては、板厚、めっき浴温、めっき付着量、通板速度、めっき後の冷却速度、巻き付けロールの表面粗度などが上げられる。

本発明によれば、耐食性と表面外観が良好な溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板のより有利な製造方法とその製造装置を提供できる。

本発明に従う、連続溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の製造設備の一例を示す概略図である。 表１のＮｏ．３に示した連続溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の、めっき層のＸ線回折による相の同定結果である。 表１のＮｏ．３に示した連続溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の、めっき層の金属組織写真である。

図１に示す設備を用い、Ａ１：ほぼ６質量％、Ｍｇ：ほぼ３質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｔｉ：０.０５質量％、Ｂ：０.０１質量％を亜鉛中に含有する溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金浴を建浴し、種々の板厚の低炭素冷延鋼帯を通板して溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板を製造した。めっき浴温度は４３０℃、めっき後の冷却速度は、７℃／ｓｅｃとした。また、エアジエットクーラー５の出側の鋼板温度は、この組成のめっき層の凝固温度である約３４０℃よりも低い３３０℃以下となるように制御した。すなわち、該クーラー内でめっき層の凝固が完了するように製造条件を設定した。その他の製造条件は、表１に示したとおりである。

トップロール６は、直径１２００ｍｍであり、その外周面の全面にタングステン−コバルト系合金の溶射を施したものである。また、トップロール６の直前には放射温度計７を設置し、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板がトップロールに巻き付けられる直前のめっき層温度を測定した。
溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板は、トップロール６の後でトップロールと同一仕様のもうひとつの巻き付けロールを経て、図示しないウォータークエンチ槽に導入して冷却し、テンションリールに巻き取って製品となった。

３通りの板厚の低炭素冷延鋼帯を通板して製造した溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板から、表面外観観察用のサンプルを切り出し、目視により黒点模様発生の有無を評価した。その結果は、それぞれの製造条件と合わせて表１に示す。

図２は、表１のＮｏ．３に示した溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板から切り出した評価用サンプルの、めっき層についてのＸ線回折による相の同定結果である。また、図３は、図２と同じ評価用サンプルのめっき層の金属組織写真である。

図２によれば、黒点模様が観察されたＮｏ．３の溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板には、Ｚｎ_２Ｍｇの相以外にＺｎ_１１Ｍｇ_２の相が認められた。ＺｎやＺｎ_２Ｍｇ、Ａｌの相は［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ_２Ｍｇの三元共晶組織］の素地に由来するものである。また、図３によれば、めっき層の表層の１０μｍ程度の領域だけが、写真上で左方向へ流れたような変形を受けた金属組織を呈している。このめっき層は、Ｎｏ．３の溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板がトップロール６に巻き付けられた時にトップロールに接触した面のめっき層であり、巻き付けられた時にロールの微小な凹凸と接触してせん断変形（塑性歪み）が加わったことによる変形であると考えられる。

このように、めっき層が完全に凝固した後であっても、めっき層の温度が２３０℃以上でめっき層に塑性歪みが加わると、Ｚｎ_２Ｍｇ相はＺｎ_１１Ｍｇ_２相に変態してしまう。これが原因となって、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金めっき鋼板の表面に黒点状の外観不良が発生することが明らかとなった。
従って、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の凝固しためっき層の表面に最初に塑性歪みが加わるときのめっき層温度は２３０℃以下であるように制御することで、表面外観が良好な溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が製造可能となる。

１ 炉
２ 鋼帯
３ めっき浴
４ ワイピングノズル
５ エアージェットクーラー
６ トップロール
７ 放射温度計

Claims (7)

1. 鋼板を溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴に連続的に浸漬して引き上げ、めっき層を凝固させて製造する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法であって、
   前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の凝固しためっき層の表面に最初に塑性歪みが加わるときのめっき層温度は２３０℃以下であることを特徴とする溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
2. 前記塑性歪みは、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板とロールとの巻き付けにより加えられるものである請求項１に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
3. 前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴は、Ａｌ：１〜２２質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％、残部Ｚｎ及び不可避的不純物を含む請求項１または２に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
4. 前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴は、Ｓｉ：０．０００１〜２．０質量％、Ｔｉ：０．００１〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含む請求項３に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
5. 鋼板を溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき層を凝固させて製造する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造装置であって、
   前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の凝固しためっき層はロールとの巻き付けにより最初に塑性歪みが加えられ、
   そのときのめっき層温度２３０℃以下であるように構成された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造装置。
6. 前記ロールは、方向転換ロールである請求項５に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造装置。
7. 前記方向転換ロールは、その表面にセラミックスを溶射したロールであり、ロールの外周に耐熱フェルトを巻回したものである請求項６に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造装置。