JP2769842B2

JP2769842B2 - 合金めっき鋼線の製造方法

Info

Publication number: JP2769842B2
Application number: JP8126189A
Authority: JP
Inventors: 浩大羽; 征雄落合; 達児橋本; 清隆寺島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH02259054A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、亜鉛をベースとする合金めっき鋼線の製造
法に関するもので、さらに詳しくは、めっき後の冷却速
度を制御した疲労特性および曲げ加工性の優れた合金め
っき鋼線の製造法に関するものである。

（従来の技術）鉄鋼材料の耐食性ならびに加工性の向上を目的とし
て、近年多くの亜鉛をベースとする合金めっき技術が開
発されている。例えば、特公昭60-33892号公報にはZn-A
l-Si-Mg系が公表されている。

（発明が解決しようとする課題）上記技術は、溶融状態の合金めっき浴中に鋼材を浸漬
することにより、鋼材の表面に浴組成と同じ組成のめっ
き層を付着せしめる方法であり、耐食性は従来の溶融亜
鉛めっきより優れているものの、疲労特性については劣
っている。

本発明は、良好な疲労特性ならびに曲げ加工性を有す
る合金めっき鋼線の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）本発明の要旨は、以下のとおりである。

（１）線材を所定の線径に伸線加工した後、合金めっき
処理のみの１浴法あるいは亜鉛めっきを施した後合金め
っきをおこなう２浴法により合金めっき処理を行なって
製造される合金めっき鋼線の製造工程において、A1:2〜
12％，残余が実質的にZnからなる組成のめっき浴組成を
用いて鋼線に合金めっきを施した後、めっき後の鋼線を
連続冷却する際に、300℃〜150℃の温度範囲の平均冷却
速度が４℃／秒〜15℃／秒とすることを特徴とした合金
めっき鋼線の製造法。

（２）線材を所定の線径に伸線加工した後、合金めっき
処理のみの１浴法あるいは亜鉛めっきを施した後合金め
っきをおこなう２浴法により合金めっき処理を行なって
製造される合金めっき鋼線の製造工程において、A1:2〜
12％，残余が実質的にZnからなる組成のめっき浴組成を
ベースとし、これにSi:0.01〜１％,Mg:0.01〜0.5％,Na:
0.005〜0.1％およびミッシュメタル:0.01〜0.1％を１種
または２種以上添加した組成からなるめっき浴を用いて
鋼線に溶融めっきを施した後、めっき後の鋼線を連続冷
却する際に、300℃〜150℃の温度範囲の平均冷却速度が
４℃／秒〜15℃／秒とすることを特徴とした合金めっき
鋼線の製造法。

（作用）以下本発明を、作用とともに詳細に説明する。

はじめに、本発明に関わるめっき後の冷却条件につい
て説明する。

本発明者らは、合金めっき鋼線の疲労特性が通常の溶
融亜鉛めっき鋼線と比較して劣化する原因を調査するた
め、めっきのままの鋼線および疲労試験で早期破断した
試料を詳細に観察した結果、疲労特性の劣化する原因が
合金めっき後の冷却段階で生じるめっき層の微細な割れ
であることを発見した。この微細な割れは肉眼では認識
できないため、従来は見逃されていた。本発明者らの研
究により、この微細割れはめっき製造のままの状態です
でに発生しており、めっき後の加工工程で生じたもので
はないことが明らかとなった。

観察結果によると、この微細割れの発生箇所はめっき
表層および合金層に発生している。めっき層ならびに合
金層に発生した割れは、先端が非常にシャ−プになって
いるため、疲労試験の応力付加状態で割れ先端の応力集
中により割れの伝播が容易に進行し、疲労強度を低下せ
しめることが判った。この微細割れの生成理由は、めっ
き後の冷却段階でZn-Al系合金の共析反応（α‐Alとβ
‐Znに分解する反応、平衡状態では275℃）にともなっ
て必然的に発生する変態応力（引張応力）であり、合金
めっき特有の問題であると考えられる。すなわち、溶融
亜鉛めっきの場合のように冷却速度が20〜30℃／秒と大
きい場合には、上記の共析反応が遅れ、合金の延性が乏
しい室温付近で進行するため、変態応力に起因する割れ
が発生すると考えられる。

第１図に代表的Zn-Al合金であるZn-4.5Al-0.025 Mg-
0.03Siについて、本発明者らが測定した温度と延性（絞
り値）の関係を示す。150℃〜300℃では絞り値が40％以
上あり、合金は高い延性を有していると考えられる。本
発明の特徴は微細割れ防止のため、合金めっき製造段階
で必然的に生じる変態応力を、めっき層の延性が高い高
温で塑性ひずみとして開放させるための冷却条件を提案
したことである。

めっき後の冷却速度の上限を15℃／秒と規定した理由
は、これ以上では冷却過程で上記の共析反応の進行が遅
れるため、めっき層に微細割れが発生し疲労強度が低下
するためである。

次に冷却速度の下限値について述べる。本発明者らの
実験事実によれば、冷却速度は小さいほど好ましい疲労
特性が得られるが、４℃／秒以下の徐冷ではめっき後ガ
イド類との接触に起因する製品表面疵が増加するため、
４℃／秒を下限とする。

次に冷却速度を制御する温度範囲について述べる。冷
却中、上記共析反応が始まる温度は275℃以下である
が、温度のバラツキを考慮して上限温度を300℃とし
た。また下限温度を150℃としたのは、これ以下の温度
での冷却速度制御は割れの発生防止効果がないためであ
る。冷却速度を請求範囲内に制御する方法は特に規定し
ない。例えば、冷却水の量および温度を制御すること、
ガイド類の予熱、保温装置の設置などの方法がある。

次にめっき浴組成の限定理由について述べる。

Alは耐食性に優れ合金めっきに関して重要な元素の一
つであり、Alが多くなると耐食性が向上する。この効果
が現われる添加量が２％以上であるため、Alの下限値を
２％とした。一方Al量の増加は、めっき温度の上昇によ
る鋼線強度の低下、およびドロスの付着による製品外観
の低下が発生する。このためAlの上限は、めっき作業性
と製品外観の観点から12％とした。

次にSiの限定理由について述べる。

浴のSi添加は、浴中のAlによる鋼製めっき槽やシンカ
ーロールの浸食を防止するためであり、下限を0.01％と
したのは、これ以下では効果が現われないためである。
また上限を１％にしたのは、１％でこの効果が飽和する
ことによる。

次にMgの限定理由について述べる。

Mgは結晶粒界腐食を低減させることにより耐食性を向
上させる。下限を0.01％としたのは、これ以下では結晶
粒界腐食低減効果が期待できないためであり、上限を0.
5％としたのは、これ以上では効果が飽和するためであ
る。

次にNaの限定理由について述べる。

Naはめっき表面の平滑性を高める元素として用いられ
ており、特にZn-Al合金系のめっきの場合は、表面のス
パングル模様の消失に効果がある。この効果が発揮され
る添加量として、下限を0.005％とした。一方過剰の添
加はめっき浴中の酸化物が増加し、製品外観の劣化を招
くため、上限を0.1％とした。

次にミッシュメタルの限定理由について述べる。

ミッシュメタルとは種々の希土類合金を意味し、代表
的なものにCe系、La系がある。これらはいずれも先にMg
のところで述べた結晶粒界腐食低減効果、およびめっき
表面の露出斑点の減少をはかるために用いる。下限を0.
01％としたのは、その効果が現われる最低必要量であ
り、上限を0.1％にしたのは、効果が飽和するためであ
る。以上述べたSi,Mn,Na,ミッシュメタルについては、
請求範囲第２項に示すように、必要に応じて１種または
２種以上添加すれば良い。

（実施例）実施例１以下２浴法の実験例について述べる。

線径5.5mmの硬鋼線材（SWRH62A）を伸線加工により所
定の線径の鋼線としたのち溶融亜鉛めっきを施し、その
後430℃の合金めっき浴に浸漬する方法で実施した。曲
げ加工性ならびに疲労特性の評価は以下の方法で行なっ
た。

曲げ加工性は、JIS G3537で規定される方法よりもさ
らに厳しい試験条件で評価した。すなわちめっき鋼線と
同一の直径を有する芯棒に８回巻き付けたのち、表面観
察を実施した（1d巻付試験）。後述の表１において観察
結果を○、×、であらわし、○は割れなし、×は割れ発
生を意味する。疲労特性の調査は、鋼線の疲労試験とし
て通常よく用いられる中村式回転曲げ疲労試験機にて疲
労強度を測定した。試験速度は3000rpm、支点間距離は1
00mmで実施し、破断せずに1000万回を達成できる付加応
力を疲労強度と定義した。

表１に実施結果を示す。No.1〜12までが本発明の方法
により製造した合金めっき鋼線である。比較としてNo.1
3〜19を示す。この結果からも判るように、本発明法に
て製造した合金めっき鋼線は比較法と比べて1d巻き付け
性および疲労強度が向上していることが判る。本発明法
のNo.4,5とめっき浴組成が同一であるNo.13,14の水準
は、冷却速度が速いため微細割れが発生し、このために
曲げ加工性および疲労強度が低下したものである。この
現象はAl-Zn2元系のみならず、３元あるいは５元系につ
いても、同様に生じることがNo.7,8,9,10,12とNo.16,1
7,18,19の比較でも理解できる。

実施例２以下１浴法の実験例について述べる。

線径5.5mmの硬鋼線材（SWRH62A）を伸線加工により所
定の鋼線としたのち、表面洗浄を行ない、その後合金め
っき用のフラックス処理を実施して合金めっきを付着さ
せた。曲げ加工性ならびに疲労特性の評価方法は２浴法
の場合と同一の方法で実施した。

結果を表２に示す。S1〜S4が本発明法で製造したもの
で、S5,S6は比較法である。結果は２浴法の実施例の場
合と同様の結果を得た。１浴法の場合においても冷却速
度が速い比較法の水準は、微細割れの発生に起因する疲
労強度の低下が生じるのに対して、本発明法の場合は高
い疲労強度を有していることが判った。これらの結果
は、２元系、多元系あるいは１浴法、２浴法によらず、
めっき層の微細割れに関して冷却条件の制御が重要であ
ることを示唆するものである。実施例の中には鋼線の線
径が1.8〜3.5mmについて記述しているが、線径について
は特に規定するものではなく、用途に応じた他の線径に
も適応できるものである。

（発明の効果）以上述べた如く本発明法に従って製造された合金めっ
き鋼線は、高い疲労強度ならびに優れた曲げ加工性を有
するため、ワイヤーロープ、通信用補強線、ACSR用めっ
き鋼線、めっきバネ、養殖用めっき鋼線等の用途拡大が
出来る。また本発明法は、鋼線のみならず鋼板、形鋼、
鋼管等一般鋼材の合金めっきにも適用可能であり、その
場合、高い疲労強度が安定して得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はめっき浴合金の延性におよぼす温度の影響を示
す図面である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−241151（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−4859（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−226163（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−204167（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−210964（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】線材を所定の線径に伸線加工した後、合金
めっき処理のみの１浴法あるいは亜鉛めっきを施した後
合金めっきをおこなう２浴法により合金めっき処理を行
なって製造される合金めっき鋼線の製造工程において、
A1:2〜12％，残余が実質的にZnからなる組成のめっき浴
組成を用いて鋼線に合金めっきを施した後、めっき後の
鋼線を連続冷却する際に、300℃〜150℃の温度範囲の平
均冷却速度が４℃／秒〜15℃／秒とすることを特徴とし
た合金めっき鋼線の製造法。
【請求項２】線材を所定の線径に伸線加工した後、合金
めっき処理のみの１浴法あるいは亜鉛めっきを施した後
合金めっきをおこなう２浴法により合金めっき処理を行
なって製造される合金めっき鋼線の製造工程において、
A1:2〜12％，残余が実質的にZnからなる組成のめっき浴
組成をベースとし、これにSi:0.01〜１％,Mg:0.01〜0.5
％,Na:0.005〜0.1％およびミッシュメタル:0.01〜0.1％
を１種または２種以上添加した組成からなるめっき浴を
用いて鋼線に溶融めっきを施した後、めっき後の鋼線を
連続冷却する際に、300℃〜150℃の温度範囲の平均冷却
速度が４℃／秒〜15℃／秒とすることを特徴とした合金
めっき鋼線の製造法。