JP2705386B2 - Si含有鋼板の溶融亜鉛めっき方法 - Google Patents

Si含有鋼板の溶融亜鉛めっき方法

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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、Si含有鋼板を母材と
する不めっきのない表面品質に優れた溶融亜鉛めっき鋼
板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られる溶融亜鉛
めっき方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、家電、建材、自動車等の産業分野
においては溶融亜鉛めっき鋼板が大量に使用されている
が、とりわけ経済性とその防錆機能および塗装後の性能
に優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板が広く用いられてい
る。
【0003】溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、適当な脱脂
洗浄工程を経た後、もしくは脱脂洗浄工程を経ることな
く、鋼板を弱酸化性雰囲気中もしくは還元雰囲気中で予
熱した後、水素+窒素の還元性雰囲気中で焼鈍し、次い
で、めっきに適した温度まで冷却した後、溶融亜鉛浴に
浸漬することにより製造される。焼鈍の前工程の予熱時
には鋼板表面に80nm厚程度の酸化膜が形成される方が溶
融亜鉛との濡れ性の点から望ましいとされており、それ
以上の酸化膜の形成はむしろドロスの発生や溶融めっき
の密着性に悪影響を及ぼすと考えられている。亜鉛浴は
後述の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造の範囲も含める
と0.08〜0.18重量%程度のAlを含むものが用いらてい
る。
【0004】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、前記のよう
にして連続的に溶融亜鉛めっきを施した鋼板を熱処理炉
で 500〜 600℃の材料温度で3〜30秒加熱し、亜鉛層と
鋼板素地との間に相互拡散を行わしめ、めっき層をFe
−Zn合金とすることにより製造される。従って、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層はFe−Znの金属間
化合物からなり、一般にその平均Fe濃度は8〜12重量
%となるように調整されている。合金化溶融亜鉛めっき
鋼板のめっき付着量は通常片面当たり25〜70g/m2であ
り、25g/m2を下回るものは通常の手段において製造する
ことが難しく、70g/m2を上回るものはめっき層の耐パウ
ダリング性を確保することが困難であることから一般に
は供給されていない。また、めっき皮膜中には通常0.12
〜 0.2%重量%前後のAlが含有されていることが多
い。これは合金化溶融亜鉛めっき鋼板と同一設備で製造
される通常の溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層と鋼の界面
で生成される合金層を抑制し、めっき皮膜の加工性を保
持するためにめっき浴に添加されるAlが不可避的にめ
っき皮膜中に混入することもあるが、通常、合金化溶融
亜鉛めっき皮膜の耐パウダリング性を確保し、かつ製造
時におけるドロスの発生を抑制するうえからも0.08〜0.
11重量%程度のAlを混入させることがむしろ適当であ
ると考えられている。めっき浴中のAlはめっき層中に
富化する傾向があるため、0.08〜0.11重量%程度のAl
を含むめっき浴でめっきを行うと、めっき皮膜中のAl
濃度は0.12〜 0.2重量%の範囲となる。
【0005】ところで、従来、溶融亜鉛めっき鋼板およ
び合金化溶融亜鉛めっき鋼板の母材には、主として低炭
素Alキルド鋼板、極低炭素Ti添加鋼板等が用いられ
ていたが、近年、自動車材料の高強度化が要求されるこ
ともあり、Siを 0.2重量%以上含有する鋼板が用いら
れようとしている。Siは鋼の延性を確保したまま強度
を向上させる利点があり、その意味ではSi含有鋼板は
自動車用高強度材料として有望である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Si含
有鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶
融亜鉛めっき鋼板は、下記に述べるように品質面および
生産面で問題がある。
【0007】Si含有鋼板を前述の通常のプロセスで溶
融亜鉛めっきすると、めっき前の焼鈍過程でその雰囲気
中の極微量の水分と鋼板中のSiが反応し、Si−Oxid
e を鋼板表面に形成するため鋼中のSi濃度の増加とと
もに溶融亜鉛との濡れ性が急激に低下する。特に、鋼板
の成形性を向上させるため、Ti添加極低炭素鋼ベース
のSiを添加した鋼板の場合は、再結晶化のための焼鈍
温度が 800℃以上と高温になるため、鋼板表面へのSi
−Oxideの析出が一層顕著になり濡れ性の確保がさらに
困難となる。このため、このようなSi含有鋼板の溶融
亜鉛めっきでは亜鉛が付いていない不めっき部分が発生
するという問題がある。
【0008】かかる問題に対して、予め酸化雰囲気中で
鋼板を加熱し、その表面に酸化鉄を形成することにより
濡れ性が改善されることが知られている。しかし、Si
含有量が 0.2重量%以上の鋼板の場合には、通常の溶融
亜鉛めっきプロセスにおける酸化雰囲気、例えば無酸化
炉の空燃比を1〜1.35とする酸化雰囲気での予熱では濡
れ性が改善されるまでの十分な酸化鉄が形成されないば
かりか、めっき後に合金化処理する場合の合金化速度が
著しく遅く、生産能率が大きく阻害されるという欠点が
ある。
【0009】また、溶融亜鉛との濡れ性を改善する別の
方法として、溶融亜鉛めっきに先だって鋼板の表面にN
i、Fe等の金属を下地めっきする方法も知られている
が、この方法はコストの上昇を招くほか、Si含有量の
高い鋼板では十分な効果が得られず、さらに、Si含有
量の高い鋼板の場合には合金化処理が非常に難しいとい
う問題がある。
【0010】このようなことから、自動車用高強度材料
として魅力のあるSi含有鋼板もこれを溶融亜鉛めっき
ないしは合金化処理する合理的な手段を欠いているのが
実情である。
【0011】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、Si含有鋼板を母材とする不めっきの
ない表面品質に優れた溶融亜鉛めっき鋼板および合金化
溶融亜鉛めっき鋼板を能率よく製造することができる溶
融亜鉛めっき方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Si含有
鋼板の溶融亜鉛めっきにおける鋼板と溶融亜鉛との濡れ
性に関して鋭意検討した結果、下記の知見を得た。
【0013】 焼鈍前の予熱段階で鋼板表面に酸化鉄
を形成することが、還元焼鈍後の鋼板の溶融亜鉛との濡
れ性の改善に有効であるが、Si含有鋼板はSi含有量
の増加にともない酸化速度が大きく低下するため、従来
の溶融めっきプロセスでの無酸化炉方式等の酸化力では
到底酸化が進まず、酸化鉄の形成に限界がある。これは
燃焼ガスを用いる方式では酸素分圧が不十分なためであ
る。
【0014】 焼鈍前の予熱雰囲気の酸素分圧を0.25
気圧以上に保持して高い温度で加熱すると、酸化が促進
されて濡れ性を改善するに必要な十分な酸化鉄が形成さ
れる。
【0015】 さらに予熱後の焼鈍雰囲気の露点を一
定の範囲に調整すると、Si−Oxideの表面濃化が抑制
されて濡れ性が一段と向上する。
【0016】本発明は、このような知見を基に完成した
ものであって、その要旨は下記の溶融亜鉛めっき方法に
ある。
【0017】(1) Siを 0.2重量%以上含有する鋼板
を非酸化雰囲気中で焼鈍した後、溶融亜鉛浴に浸漬して
溶融亜鉛めっきを行うに際し、焼鈍前の工程で予め鋼板
を酸素分圧0.25気圧以上の雰囲気中で 550℃以上の温度
に予熱することを特徴とするSi含有鋼板の溶融亜鉛め
っき方法。
【0018】(2) 焼鈍雰囲気の露点が−20℃以上−5
℃以下である上記に記載のSi含有鋼板の溶融亜鉛め
っき方法。
【0019】
【作用】以下、本発明を更に詳細に説明する。
【0020】本発明の溶融亜鉛めっき方法は、Siを
0.2重量%以上含有する鋼板を対象とする。Si含有量
が 0.2重量%未満の鋼板は、前述した通常の溶融亜鉛め
っき方法、即ち、鋼板を弱酸化性雰囲気中もしくは還元
雰囲気中で予熱した後、水素+窒素の還元性雰囲気中で
焼鈍し、めっきに適した温度まで冷却した後、溶融亜鉛
浴に浸漬して溶融亜鉛めっきする方法でも不めっきのな
い製品が得られるが、Si含有量が 0.2重量%以上の鋼
板は、この溶融亜鉛めっき方法では不めっきが発生し、
品質に優れた製品を得ることができない。本発明の目的
は、この不めっきを解消し、品質に優れた製品を得るこ
とにあるので、従来のめっき方法では不めっきが発生
し、品質に優れた製品を得ることのできないSiを0.2
重量%以上含有する鋼板を対象とする。
【0021】前記不めっきは焼鈍前の予熱工程で鋼板表
面に酸化鉄を形成し、鋼板と溶融亜鉛との濡れ性を高め
てやれば減少する。しかし、本発明が対象としているよ
うなSiを 0.2%重量以上含有する鋼板の場合には、酸
化鉄を形成する速度が非常に小さく、従来の無酸化炉に
代表される弱酸化性雰囲気の加熱では十分な酸化鉄が形
成されない。例えば、Si含有量が 0.3重量%以上の鋼
板の場合、Si含有量が0.01重量%の鋼板と比較して酸
化鉄の形成速度が 1/7から1/10である。さらに、0.02%
重量のTiを含みSi含有量が 0.3重量%以上の極低炭
素鋼の場合には、これよりもさらに酸化鉄の形成速度は
小さい。
【0022】このような酸化鉄が形成されにくいSi含
有鋼板の表面に、焼鈍前の予熱工程で十分な酸化鉄を形
成させるためには、その予熱雰囲気を酸素富化雰囲気と
する必要がある。しかし、その酸素富化雰囲気の酸素分
圧が0.25気圧より低いと、十分な量の酸化鉄を形成する
には 550℃で20秒以上加熱保持する必要があり、保持時
間が長くなって生産性が大きく低下する。従って、生産
性を損なうことなく十分な量の酸化鉄を形成するには、
予熱は酸素分圧0.25気圧以上の雰囲気中で 550℃以上の
温度で行うのがよい。予熱温度が 550℃より低いと、酸
化速度が小さくて40秒以上の加熱保持を要し、生産性が
低下することになる。この加熱温度は高い方が酸化鉄の
形成に有利であるので上限は特に設けないが、過度に高
い温度では酸化鉄が過剰に形成されるため、次の還元帯
での還元に長時間を要することになる他、炉内の通板中
に酸化膜が剥離し易くなる等の悪影響が現れるので、上
限温度を 850℃程度とするのが望ましい。
【0023】酸素分圧0.25気圧以上の予熱雰囲気は、例
えば、溶融めっきの予熱炉(従来の無酸化炉に相当)を
燃焼方式ではなくラジアントチュウブ加熱方式とし、こ
こに不活性ガスと酸素の混合ガスを供給することで達成
される。酸素濃度の高い予熱部と水素濃度の高い還元炉
は途中に不活性ガスのみの緩衝帯を設けるか、シールロ
ール等で分離するのが望ましい。こうすれば酸素分圧と
加熱温度を独立に制御することができる。従来の燃焼ガ
ス方式では加熱温度と空気/燃料比が必ずしも独立では
ないためかかる制御が困難である。
【0024】予熱後は非酸化雰囲気中で鋼板を 700〜 9
00℃に加熱して焼鈍する。この焼鈍雰囲気の露点は通常
の−35℃〜−30℃でもよいが、−20℃以上−5℃以下と
するのがよい。Si含有鋼板は低い露点で焼鈍するとそ
の焼鈍過程で鋼板表面にSi−Oxide が濃化し、高い露
点で焼鈍すると鋼中のマンガン等の易酸化性元素が濃化
するためむしろSiの濃化が抑制される傾向にある。焼
鈍過程で鋼板表面にSi−Oxide が濃化したり、酸化マ
ンガン等の濃化層が厚く形成されると不めっきが発生し
やすくなる。露点を−20℃以上−5℃以下とすれば、S
i−Oxide の濃化や酸化マンガン等の濃化層の形成が防
止されるので、一段と不めっきが生じにくくなる。な
お、焼鈍の非酸化雰囲気の構成ガスは少なくとも5%以
上の水素が含まれていることが必要で、水素濃度は高い
方が望ましい。残部は通常コストの点から窒素で構成さ
れるが、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることも可
能である。
【0025】焼鈍後は、通常通りめっきに適した温度ま
で冷却してから亜鉛浴に浸漬して溶融亜鉛めっきを施せ
ばよく、さらに、合金化処理するのであれば熱処理炉で
450〜600 ℃の材料温度で3〜30秒間加熱すればよい。
【0026】
【実施例1】表1に示す組成の極低炭素鋼冷延鋼板の未
焼鈍材(板厚0.8mmt) から 250mm×100mm の供試材を切
り出し、所定雰囲気での熱処理が可能でかつ還元雰囲気
から直接溶融めっきが可能な竪型溶融めっき装置を用い
てこれらの供試材に溶融亜鉛めっきを施した。
【0027】溶融亜鉛めっきは、前記装置内で表2に示
す条件で予熱および焼鈍(酸素濃度2ppm でN2+40%H2
の雰囲気)した後、 460℃の鋼板温度に冷却し、全Al濃
度0.127%、全Fe濃度 0.020%の亜鉛浴中に1秒間浸漬
して行った。めっき後はガスワイパーにより亜鉛付着量
を片面当たり約50g/m2に調整した。めっき後、不めっき
の発生状況を調査した結果を同じく表2に示す。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2−1】
【0030】
【表2−2】
【0031】表2から、本発明例はいずれも不めっきが
発生しておらず、表面品質に優れていることがわかる。
これに対して、予熱における酸素分圧或いは加熱温度が
本発明で規定する条件から外れた比較例には不めっきが
発生している。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、Si含有鋼板を本
発明の溶融亜鉛めっき方法でめっきすれば、不めっきの
ない表面品質に優れた溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融
亜鉛めっき鋼板を経済的に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C22C 38/00 301 C22C 38/00 301T 38/14 38/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Siを 0.2重量%以上含有する鋼板を非酸
    化雰囲気中で焼鈍した後、溶融亜鉛浴に浸漬して溶融亜
    鉛めっきを行うに際し、焼鈍前の工程で予め鋼板を酸素
    分圧0.25気圧以上の雰囲気中で 550℃以上の温度に予熱
    することを特徴とするSi含有鋼板の溶融亜鉛めっき方
    法。
  2. 【請求項2】焼鈍雰囲気の露点が−20℃以上−5℃以下
    である請求項1に記載のSi含有鋼板の溶融亜鉛めっき
    方法。
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