JP2618308B2 - 高Si含有量高張力亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

高Si含有量高張力亜鉛めっき鋼板

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JP2618308B2
JP2618308B2 JP4062611A JP6261192A JP2618308B2 JP 2618308 B2 JP2618308 B2 JP 2618308B2 JP 4062611 A JP4062611 A JP 4062611A JP 6261192 A JP6261192 A JP 6261192A JP 2618308 B2 JP2618308 B2 JP 2618308B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はめっき密着性の良好な高
Si含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する
もので、更に詳しくは、鋼中Si濃度が0.3%以上の
高Si含有鋼板に対して、亜鉛めっき外観の均一性、密
着性等を確保するための急速酸化による前焼鈍した後、
水素含有雰囲気中での焼鈍後溶融めっきする、特にめっ
き密着性の良好な高Si含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板
にある。
【0002】
【従来の技術】従来、建材等での構造用部材として多様
される裸鋼材の高寿命化或いは意匠向上にあたっては、
一定の成形加工後に、めっきや塗装と言った何らかの後
処理が、需要家でなされていたが、工程省略による使用
鋼材の低コスト化から、供給鋼材の表面処理化が強く要
求される状況にある。このなかで最近では特に、高張力
鋼板の表面処理化要求が高まりつつある。この高張力鋼
板の防錆力向上を主目的とした表面処理方法としては、
生産性の点から容易に厚めっき化が可能なゼンジマー式
溶融亜鉛めっき法がある。このゼンジマー式溶融亜鉛め
っき法を用いて、酸素を含む酸化炉中で鋼板表面の圧延
油を除去し、適度な酸化膜を形成せしめた後、水素を含
む雰囲気中で還元焼鈍後、炉内で板温を調節し、めっき
する方法が既に特開昭55−122865号公報で知ら
れている。すなわち酸素を含まない無酸化炉方式では、
鋼表面の油を除去することが出来るが、酸化性雰囲気が
弱いため、酸化され易いSi,Mn,Alが表面に拡散
酸化されるため、これらの酸化物が鋼表面を形成する。
これらの酸化物は還元炉中では還元されずめっきの濡れ
不良、めっき密着不良の原因となる。そのために鋼板の
表面に酸化膜の厚み400〜10,000Åになるよう
に酸化した後、水素を含む雰囲気で焼鈍し、溶融めっき
するというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は上記のように無酸化炉の空気比を高くして加熱し、
Fe酸化膜を生成した後、還元加熱すると、良好なめっ
き性が得られるという知見のみであって、実際の操業ラ
インにおけるラインスピード,炉温,ヒートサイクル等
が常に変化する連続ラインにおいては、一定の高空気比
においてもめっき性は安定せず、実用化には問題点があ
った。そこで、本発明は高生産性のラインにあって、従
来法とは異なる方法により、不めっきを伴うことなく、
安定した品位で均一外観の優れためっき密着性の良好な
高Si含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板を得る方法を提供
することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決
し、その目的を達成するために、本発明の要旨とすると
ころは、鋼材(母材)の成分系及び重量濃度はC;0.
03〜0.20%,Si;0.3〜2.0%,Mn;
0.5〜2.0%,P;0.03%以下,S;0.01
%以下,Ca;0.0003〜0.0060%,Al;
0.01〜0.10%から成る鋼材の表層にFe Si
とSiO との混合層0.001〜1μmを付与せ
しめ、該Fe SiO とSiO との混合層の上部に
Fe層0.01〜1μmを付与せしめ、且つFe層の上
部に亜鉛めっきを施した事を特徴とする高Si含有量高
張力亜鉛めっき鋼板である。
【0005】以下本発明を詳細に述べる。本発明におい
て、鋼中にSi濃度が0.3%以上の高Si含有鋼の場
合には、一般には難めっき材と呼ばれ、鋼中のSi,M
n,Al,Pなどが、鋼板表面の加熱によって、酸化物
として鋼板表層に拡散されるため、これら酸化物が濃化
し、鋼表面を形成する。そのため、これらの酸化物は、
還元炉中でも還元されず、めっきの濡れ性を阻害し、め
っき密着性を悪くする。従ってこれら難めっき材を対象
とした鋼材への溶融亜鉛めっきを高生産性のラインにお
いて、不めっきのない、しかも均一外観の優れためっき
を可能としたことにある。そのための焼鈍条件として、
めっき浴に浸漬する際に、めっき性を阻害するFe,S
i酸化膜が残存していないことを示すものである。
【0006】図1は本発明の鋼板を示す概要図である。
図1に示す(a)は亜鉛めっきを施す前の鋼材(母材)
である。この母材の成分系は表1に示す。本鋼材の発明
に必要な要件は、高防錆性である溶融亜鉛めっき鋼板
において、経済性,点溶接性を損ねることなく、自動車
部材用熱延鋼板にとって重要になったバーリング性と延
性の向上を両立させた技術であり、本発明者は鋭意検討
の結果本発明に至らしめた。
【0007】
【表1】
【0008】以下本発明の各構成要件の限定理由につい
て詳述する。Cは強度確保のために必要であり、最小限
0.03%必要である。しかし、0.20%を超えると
点溶接性が劣化する。そのためCは0.05〜0.18
%とした。Siは本発明において最も重要な元素であ
る。本発明においては、延性とバーリング性の向上を意
図している。本発明において克服したのは、後で述べる
熱延条件との組合せにより組織を最適化すると共にこの
Siの含有により延性とバーリング性の両者を向上させ
たことである。この現象を発揮するためには最小限Si
は0.3%以上必要である。上限は、めっき濡れ性、め
っき密着性、経済性、点溶接性を考慮し、2.0%まで
とした。Mnは、強度確保のために必要な元素であり0.
5%以上の含有が必要である。上限は、強度安定性、経
済性、点溶接性などを総合的に判断し2.0 %とし
た。
【0009】Pは、点溶接性を低下させると共にAr3
変態点を上昇させる元素であるために徹底的にその含有
量を下げる必要があり、0.03%以下とした。好まし
くは0.01%以下に下げた方が良い。さらにこれは、
合金化処理を施す際にも有効である。また、Sは点溶接
性,バーリング性の観点よりこれまた徹底的に下げる必
要があり0.010%以下にする必要がある。好ましく
は0.002%以下に下げた方が良い。さらに硫化物系
介在物の形態制御のためにCaを添加する。0.000
3%未満の添加では形態制御の効果はなく0.005%
を超える添加は形態制御の効果が飽和するだけでなく、
逆にCa系の介在物が増加するために悪影響がでるので
上限をここに定めた。Alは、脱酸剤として必要であ
る。0.01%未満ではその効果がなく0.10%を超
えるとアルミナ系介在物が増加し、鋼の延性を劣化させ
る。本発明が意図する製品段階の組織は、Siを含有す
ることにより延性が向上するベイナイトと場合によって
は熱延急冷中に生成する粒界の角ばったフェライトから
なる。図1に示す(b)は、鋼材(母材)(a)の表層
部に0.001〜1μmの厚さを持つFe2 SiO4
SiO2 との混合層である。(c)はFe2 SiO4
SiO2 との混合層(b)の表層部に0.01〜1μm
の厚さを持つFe層である。
【0010】図2は本発明に係る設備概略図であって、
冷間圧延後の鋼帯1を予熱炉2で予め加熱した後、鋼板
に対して垂直に火炎を噴射するバーナーを用いた加熱炉
3で鋼帯の表面生成酸化膜量を1000Åを超えない範
囲で制御しながら、加熱した後、次の還元帯である均熱
炉4及び焼鈍炉5に入る前に、加熱炉での、表面生成酸
化膜量を酸化膜厚計6を用いて実測し、この実測値に基
づいて、前記還元能力をヒートサイクル、ラインスピー
ド、還元帯水素濃度を用いて計算し、最適範囲(S領
域)になるように焼鈍炉5で還元をし、更に、入側酸化
膜厚を酸化膜厚計による実測値を用いて、学習計算させ
る。すなわち、前述の計算に基づいた値によって、入側
計算酸化膜厚+a(Å)≦還元能力(Å)≦入側計算酸
化膜厚+b×(酸化膜厚)2(Å)を満足すべき焼鈍条件
を制御するものである。Siの係数値等は計算機内に鋼
種ごとに計算を記憶させるものであるが、計算モデルに
ついて、メインテナンスフリーとするために、学習計算
を行わせることが必要である。この学習計算は入側酸化
膜厚について酸化膜厚計の実測値を用いて、係数値等は
絶えず学習を行うことによって、精度アップを図ってい
る。これによって計算によるフィード、フォワードの制
御精度を高めるものである。引続き徐冷帯7および急冷
帯8にて、800〜820℃の鋼帯温度を450〜50
0℃に急冷する。その後の鋼帯は、ホットブライドル、
スナウトを経て、還元雰囲気状態で亜鉛浴10に浸漬さ
れ、ワイピング装置で付着量が調整され、溶融亜鉛めっ
き鋼板が得られる。
【0011】以上のことを模式的に説明したのが、図
に示す模式図である。すなわち、図3はFeの酸化、還
元バランス及び鋼中Siの濃化を時間の変化として表し
たもので、鋼帯は酸化帯において酸化され、鉄酸化膜厚
は増加する。この際、鋼中に存在しFeよりも酸素との
親和力の強いSiと酸化鉄とが反応してSiO が生
成、さらに酸化鉄とSiO との反応によって難還元性
のFe SiO が生成し、Fe SiO とSiO
との混合層が形成される。続いて鋼帯は還元帯に至る。
還元帯は、Feにとっては還元性雰囲気、一方、Siに
とっては酸化性雰囲気である。従って、還元帯において
は、まず表層に生成した鉄酸化膜の還元が進行するが、
時間t 経過後に鉄酸化膜の還元が終了すると、引き続
いてSiの濃化が開始される。すなわち、鋼中のSiは
雰囲気中の酸素と反応すべく表層にむけて移動し、表層
から拡散してきた酸素との反応によってSiO が生成
する。その結果、Si濃化開始に伴って酸化帯で形成さ
れたFe SiO とSiO との混合層の厚みは急速
に増大する。また、図4は種々の酸化、還元バランスの
軌跡と還元帯出側での層構造とを模式的に示したもので
酸化還元過程は、酸化帯での鉄酸化膜生成に対して還
元帯での鉄酸化膜の還元が不足しており、亜鉛浴中に入
る際、未だ酸化膜が残っているため、めっき特性は不良
となる。一方、酸化還元過程では、鉄酸化膜の還元の
終了が早すぎ、鉄酸化膜の還元終了と同時にSiの濃化
が開始するので、Fe SiO とSiO との混合層
の厚みが増大して表層にまで達しているため、鋼帯と浴
との反応が阻害され、良好なめっき密着性を得ることは
できない。また、酸化還元過程では、Fe SiO
とSiO との混合層の成長時間は酸化還元過程に比
較して短く、混合層は表層には達していないものの、後
述する酸化還元過程、に比較して厚くなっている。
この混合層は非常に脆いため、厚く成長するとしばしば
この部分からの剥離が発生し、結果として良好な品位の
めっき鋼板を得ることができない。これに対して、、
は本発明に係るものであり、鉄酸化膜の還元が十分に
行われ、かつ、Fe SiO とSiO との混合層の
厚みは適正なる範囲内にあり、めっき密着性は良好とな
る。すなわち、実操業ラインの種々の操業変動因子によ
らず、安定した品位で均一外観の優れためっき密着性の
良好な高Si含有高張力溶融亜 鉛めっき鋼板を得るため
には、めっき前の鋼帯の厚み方向の層構造を以下とする
必要がある。
【0012】Fe2 SiO4 とSiO2 の混合層の厚み
は焼鈍前の厚みが0.001μmであり、これ以下には
成り得ない。また、1μmを越えるとこの部分からの剥
離が生じるので、これ以下に抑える必要がある。Fe層
の厚みはめっき密着性の確保の観点から、0.01μm
以上必要である。また、1μmを越えると脆いFe−Z
n合金が生成し加工性が劣化するので、これ以下に抑え
る必要がある。図1に示す(d)はFe層(c)の表層
部に3〜50μmの厚さを持つ亜鉛めっき層である。表
2に第2の発明である亜鉛めっきの成分を示す。この亜
鉛めっき鋼板は耐食性に優れ、建材、家電関係に主に用
いられる。
【0013】Pbは0.02%を越えると界面部が経時
剥離を引きおこすので、これ以下に抑える必要がある。
Sbはスパングル模様の核となるもので、最適なスパン
グル模様を生成する条件は0.10%以上でかつ0.3
0%以下である。これをはずすと生成しない。表3に第
3の発明である亜鉛めっきの成分を示す。この亜鉛めっ
き鋼板も主として、建材、家電関係に用いられる。Al
は0.05%未満であると、めっき界面に脆いFe−Z
n層が生成し、めっき密着性を損なう。0.35%を越
えると外観が損なわれるため、これ以下に抑える必要が
ある。Pbはスパングル模様の核となるもので、最適な
スパングル模様を生成する条件は0.10%以上でかつ
0.30%以下である。これをはずすと生成しない。
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】
【発明の効果】本発明において鋼中にSi濃度が0.3
%以上の高Si含有鋼の場合には、従来はめっき前の鋼
帯の表層部にFeSiO SiO との混合層が生
じ密着性の良好な亜鉛めっき鋼板が出来なかった課題を
解決し、めっき前の鋼帯の表層部にFe層を生成させる
事により、めっき密着性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鋼板を示す概要図、
【図2】本発明に係る設備概略図、
【図3】酸化、還元バランス及びFe SiO とSi
との混合層厚さを時間の変化として模式的に示した
図、
【図4】酸化、還元バランス及びFe SiO とSi
との混合層厚さの軌跡を模式的に示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−293758(JP,A) 特開 平4−268057(JP,A) 特開 平4−263057(JP,A) 特開 平4−254562(JP,A) 特開 平4−254552(JP,A) 特開 平4−141566(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼材(母材)の成分系及び重量濃度は
    C;0.03〜0.20%,Si;0.3〜2.0%,
    Mn;0.5〜2.0%,P;0.03%以下,S;
    0.01%以下,Ca;0.0003〜0.0060
    %,Al;0.01〜0.10%から成る鋼材の表層に
    Fe SiO とSiO との混合層0.001〜1μ
    mを付与せしめ、該Fe SiO とSiO との混合
    の上部にFe層0.01〜1μmを付与せしめ、且つ
    Fe層の上部に亜鉛めっきを施した事を特徴とする高S
    i含有量高張力亜鉛めっき鋼板。
  2. 【請求項2】 亜鉛めっきの成分系及び重量濃度はA
    l;0.05〜0.35%,Pb;0.020%以下,
    Sb;0.10〜0.30%,残部はZnである事を特
    徴とする請求項1記載の高Si含有量高張力亜鉛めっき
    鋼板。
  3. 【請求項3】 亜鉛めっきの成分系及び重量濃度はA
    l;0.05〜0.35%,Pb;0.10〜0.30
    %,残部はZnである事を特徴とする請求項1記載の高
    Si含有量高張力亜鉛めっき鋼板。
JP4062611A 1992-03-18 1992-03-18 高Si含有量高張力亜鉛めっき鋼板 Expired - Lifetime JP2618308B2 (ja)

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