JP2792434B2

JP2792434B2 - 難合金化めっき母材の合金化溶融亜鉛めっき方法

Info

Publication number: JP2792434B2
Application number: JP10926494A
Authority: JP
Inventors: 義博川西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH07316762A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、珪素を含有する鋼板を
めっき母材として連続式溶融亜鉛めっき設備により合金
化溶融亜鉛めっきを行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は優れた耐食
性を有しているので、近年、家電製品、建材用などの他
に、自動車車体用を中心にその素材としての需要が増大
する傾向にある。そして、燃費の節約、更には燃料消費
量の削減による NOxや炭酸ガス(CO₂）排出総量の抑制
（環境の保護）等の観点から車体の軽量化が進んできて
いるため、自動車車体に用いられる鋼板としては、所定
の強度を確保しつつ板厚を減少できる高強度の鋼板が望
まれている。珪素（Si）含有鋼板はこのような要望に応
え得る鋼板で、高い強度を有するとともにその他の機械
的性質にも優れ、適用範囲の拡大が見込まれている。

【０００３】しかしながら、一般に、Si含有鋼板におい
ては、連続式溶融亜鉛めっき設備で亜鉛めっきを施す際
に、その焼鈍過程で、鋼中のSiが鋼板表面に濃化し、Si
酸化物が生成してめっきの濡れ性を劣化させる、という
問題がある。

【０００４】この問題を解決する方法として、例えば、
特開昭55−122865号、特開平４−202630号および特開平
４−202633号の各公報に、無酸化炉でSi含有鋼板の表面
に鉄（Fe）の厚い酸化皮膜を形成させ、この酸化皮膜を
水素を含む還元性雰囲気中で還元した後めっきを施す方
法が開示されている。さらに、特開平５−271891号公報
には、無酸化炉とその後段に設けられる還元炉の雰囲気
をコントロールすることにより鋼板表面に形成される酸
化皮膜厚を制御してめっきの濡れ性の低下を防止する方
法が示されている。

【０００５】一方、Siを含有する高強度鋼板において
は、上記の、焼鈍中に表面に濃化するSi酸化物によるめ
っきの濡れ性の劣化と、それに起因するめっき密着力の
低下の他に、めっき後、直ちに加熱して合金化処理を施
す際に、合金化が著しく遅れるという問題がある。合金
化に必要な時間を確保するためにラインスピードを低下
させると、前述のように、焼鈍中に鋼板表面にSi酸化物
が生成し、めっきの濡れ性を劣化させるので好ましくな
い。例えば、Si含有量が 0.6重量％の鋼板では、焼鈍条
件が同一でも、還元性雰囲気にある焼鈍炉からめっき浴
に浸漬されるまでの在炉時間が10分以上になると不めっ
きが生じるとされており、Si含有鋼をめっき母材として
用いる場合は在炉時間は10分未満に抑えるべきで、でき
るだけ短い方が好ましい。

【０００６】また、充分な合金化処理時間を確保するた
めに合金化処理設備を大型化することは、莫大な設備投
資を必要とし、実質的に不可能である。

【０００７】溶融亜鉛めっきを施した後、バッチ焼鈍あ
るいはそれに類した方法で合金化処理を施すことも考え
られるが、工程が複雑になり、製造コストが嵩むので好
ましくない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況に鑑みてなされたもので、溶融亜鉛めっきおよびその
後の合金化処理が困難なSi含有鋼を母材として、従来の
連続式溶融亜鉛めっき設備を用い、できるだけ操業条件
を変動させずに合金化溶融亜鉛めっき処理を施す方法を
提供することを課題としてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、Si含有量の
異なる数種の高強度鋼板を母材として連続式溶融亜鉛め
っき設備により合金化溶融亜鉛めっきを施し、検討を重
ねた結果、下記〜の知見を得た。なお、連続式溶融
亜鉛めっき設備は、めっき設備の前段に、予め鋼板を予
備加熱する予熱炉と、鋼板をさらに加熱して鋼板表面の
油脂分を揮発分散させる無酸化炉と、さらに鋼板表面の
酸化鉄を還元して表面を活性化させるとともに焼きなま
し焼鈍も同時に行う還元炉、および冷却帯を備えた連続
焼鈍設備を有し、めっき設備の後段には合金化処理設備
を有している。

【００１０】母材鋼板が還元炉に入る前に、予熱炉、
無酸化炉、あるいは直火加熱炉などの前酸化炉で鋼板表
面の酸化を促進させることにより、めっき後の合金化が
促進される。

【００１１】その際、前酸化炉での酸化により生成す
る酸化スケール中のFeが、合金化の初期の過程で比較的
速やかにめっき皮膜中のZnと反応する。母材鋼板がSi含
有鋼の場合は、母材からめっき皮膜中へのFeの拡散は非
常に遅く、その速度はSi含有量の増大に伴い益々小さく
なる。

【００１２】前酸化時における鋼板表面でのスケール
の生成は、母材鋼板のSi含有量ならびに雰囲気温度に大
きく依存する。従って、めっき後、適正な合金化度とな
るように合金化処理を施すためには、母材鋼板のSi含有
量に応じて前酸化時の温度をコントロールする必要があ
る。なお、適正な合金化度は、めっき目付量が30〜90g/
m²では６〜14％であり、特に、目付量が60g/m²以上の厚
目付では７〜11％が好ましいとされている。

【００１３】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は、下記の合金化溶融亜鉛めっき方法に
ある。

【００１４】連続式溶融亜鉛めっき設備でSi含有量が
0.1〜2.0 重量％の鋼板を母材として合金化溶融亜鉛め
っきを行うに際し、前酸化炉での加熱を、露点が30℃以
下の雰囲気中で、空燃比を 0.8〜1.25とし、かつ、前酸
化炉内での最高到達鋼板温度が下記 (1)式を満たすよう
に行うことを特徴とする難合金化めっき母材の合金化溶
融亜鉛めっき方法。

【００１５】 700＋100 ×ｌｎ〔Si〕≦Ｔ≦ 830＋50×ｌｎ〔Si〕・・・ (1) ただし、Ｔ：前酸化炉内での最高到達鋼板温度
（℃）〔Si〕：母材鋼板のSi含有量 (重量％）で、ｌｎ〔Si〕
は母材鋼板のSi含有量の自然対数を意味する。

【００１６】

【作用】以下に、本発明で定めた諸条件について説明す
る。なお、「％」は、特に断らない限り「重量％」を意
味する。

【００１７】本発明方法で対象とするめっき母材は、Si
含有量が 0.1〜2.0 ％の鋼板である。Si含有量が 0.1％
未満の場合は、強度などの機械的性質に優れた鋼板が得
られないばかりでなく、本発明方法で規定する前酸化炉
の雰囲気では鋼板表面に非常に厚い酸化スケールが形成
され、この酸化スケールが還元炉で還元されて生成する
還元鉄層が合金化反応を著しく促進するので適正合金化
度の範囲を超え、加工時に、パウダリング等のめっき皮
膜の剥離を引き起こすので好ましくない。また、前酸化
工程の後の還元工程で、ハースロール (搬送ロール) に
スケールが付着し、鋼板表面に押し疵などが発生する原
因にもなる。

【００１８】一方、Si含有量が 2.0％より多いと、本発
明方法で定める前酸化処理を施してもめっき後の合金化
の促進効果が期待できない上に、酸化層を形成させるた
めに高温にしなければならないので前酸化時の温度が上
がり過ぎ、再結晶温度を超えて鋼板が軟化するので、Si
を添加しても機械的性質の向上が期待できなくなる。

【００１９】なお、母材鋼板に含まれる炭素（Ｃ）につ
いては、その含有量が0.02％未満ではめっきの濡れ性が
劣化するとともに合金化速度が低下し、0.15％を超える
と強度が上がりすぎるので、0.02〜0.15％であることが
好ましい。また、燐（Ｐ）についても、含有量が0.04％
を超えると合金化が著しく遅れる可能性があるので、0.
04％以下に抑えるのが好ましい。

【００２０】上記のSi含有鋼板を母材として前酸化炉で
処理する際の空燃比は 0.8〜1.25、好ましくは、後述の
実施例に記載するように 0.9〜1.2 とする。空燃比が
0.8よりも小さいと、酸化ポテンシャルが小さく、鋼板
温度（最高到達鋼板温度を意味する。以下においても同
じ）を上げても適正合金化に必要な酸化スケールが生成
せず、また、発熱量が小さくなるので、鋼板温度を十分
高めることも困難となる。一方、空燃比が1.25を超える
場合は、燃焼ガスが安定化しないため、鋼板上にすすが
付着してめっき欠陥が発生したり、前酸化炉内の温度分
布が不均一になって鋼板表面に均一な酸化スケールが生
成せず、合金化処理を施した場合に、部分的な合金化ム
ラが発生する原因となる。

【００２１】前酸化炉内の雰囲気ガスの露点は、高いほ
ど酸化スケールを生成させるために有利である。しか
し、露点が30℃を超えると酸化スケールの生成促進効果
が小さくなるほか、酸化スケールが還元されにくくなる
ので好ましくない。従って、前酸化炉内の雰囲気ガスの
露点は、30℃以下、好ましくは−40℃〜０℃とする。

【００２２】前酸化時の加熱方式としては、鋼板を挟ん
で側面からバーナーの燃焼フレームを放出させ、その輻
射熱により炉内を急速加熱する無酸化炉方式、あるいは
鋼板にバーナーの燃焼フレームを直接あてる直火バーナ
ー方式のいずれでもよいが、炉内の雰囲気の安定性を保
つ上から輻射熱を用いる無酸化炉方式が好ましい。

【００２３】前酸化炉内での鋼板温度を前記のように規
定したのは、前酸化時のスケールの生成量および母材か
らめっき層中へのFeの拡散速度が鋼板のSi含有量により
異なるからである。鋼板温度が 700＋100 ×ｌｎ〔Si〕
（℃）よりも低ければ、前酸化時に、ラインスピードを
低下させずに適正な合金化度とするのに必要なスケール
量を得ることが困難となり、一方、鋼板温度が 830＋50
×ｌｎ〔Si〕（℃）よりも高ければ、酸化スケール量が
多すぎて合金化度が14％を超え、パウダリング等、加工
時のめっき剥離が多くなるので好ましくない。また、前
酸化スケール量が増大すると、ハースロールにスケール
が付着し、押し疵発生の原因になもなる。

【００２４】上記の本発明方法を用いれば、めっき後の
合金化処理が困難なSi含有鋼に対して、従来使用してい
る連続式溶融亜鉛めっき設備を用い、その操業条件を大
幅に変動させずに溶融亜鉛めっきおよびその後の合金化
処理を行うことができる。

【００２５】

【実施例】表１に示す化学組成を有するＡ〜Ｇの鋼板
（板厚はいずれも 1.6mm）をめっき母材とし、連続式溶
融亜鉛めっき設備で前酸化時の鋼板温度を変えて溶融亜
鉛めっきを行い、次いで合金化処理を施して合金化溶融
亜鉛めっき鋼板を作製し、合金化度を調査した。

【００２６】前酸化には無酸化炉を使用し、空燃比を0.
95、露点を０℃とした。また、還元炉での処理条件は以
下のとおりである。

【００２７】雰囲気：N₂75体積％＋H₂25体積％ (露点
＝−40℃) 鋼板温度： 790〜900 ℃、処理時間： 120秒めっき浴は下記の浴温および浴組成とし、めっき後、目
付量が片面当たり40〜55g/m²になるよう調節した。めっ
き浴中への侵入材温は 470℃とした。

【００２８】浴温： 460℃ 浴組成：Al＝0.11〜0.14％ (残部は亜鉛) めっき後の合金化処理は、合金化度を調節するため、鋼
板温度を 500〜630 ℃の範囲で変化させた。

【００２９】合金化度の評価は、目視観察およびパウダ
リング試験により行った。すなわち、目視観察では、合
金化後の試験片の外観を目視で観察して合金化が表面ま
で均一に行われているか否かを判定し、また、パウダリ
ング試験では、下記の試験を行ってパウダリング量を求
め、実用上問題ないレベルかどうかを判定した。

【００３０】パウダリング試験は、合金化処理を施した
後の鋼板から切り出した試験片（円板）を下記の条件で
円筒絞り加工し、加工後の試験片の外側壁部にテープを
貼着した後剥がすことによって加工に伴い剥離しためっ
き皮膜を試験片面から完全に取り除き、加工前の試験片
の重量とテープ剥離後の試験片の重量の差から剥離量
（これを、パウダリング量という。すなわち、試験片１
個あたりのパウダリング量である）を求めることによっ
て行った。パウダリング量が20mg／個以下の場合、実用
上問題がなく、パウダリング性が良好とした。

【００３１】〔円筒絞り加工条件〕ブランク径：90mmφ ポンチ径：50mmφ (肩Ｒ＝５mm) ダイス径：54mmφ (肩Ｒ＝５mm) しわ抑え厚： 1.0トン潤滑：防錆油を使用試験結果を図１および図２に示す。図１は目視観察によ
り合金化度を調査した結果で、図中の○印は表面まで均
一に合金化されている場合、＊印は合金化が不十分な場
合である。また、図２はパウダリング試験により合金化
度を評価した結果で、図中の○印はパウダリング量が20
mg／個以下の場合、＊印はパウダリング量が20mg／個を
超える場合である。

【００３２】図１から、表面まで合金化するのに必要な
前酸化時の鋼板温度（Ｔ）は、Si含有量が 0.1〜2.0 ％
の範囲に対して、Ｔ≧ 700＋100 ×ｌｎ〔Si〕（℃）で
あることがわかる。また、図２に示されるように、パウ
ダリング性が良好な前酸化時の鋼板温度は、同じくSi含
有量が 0.1〜2.0 ％の範囲に対して、Ｔ≦ 830＋50×ｌ
ｎ〔Si〕（℃）である。

【００３３】すなわち、適正合金化度とするための前処
理時の鋼板温度は図１および図２を満たす場合で、鋼板
温度の下限は目視観察により合金化が表面まで均一に行
われていると判定される最低の鋼板温度であり、上限は
良好なパウダリング性を示すと評価される最高の鋼板温
度である。この下限および上限によって規定される範囲
が前記 (1)式で表される鋼板温度である。

【００３４】次に、表１に示したＣの鋼板をめっき母材
として、連続式溶融亜鉛めっき設備で溶融亜鉛めっきを
行い、合金化処理を施して合金化溶融亜鉛めっき鋼板と
し、合金化度に対する前酸化時の空燃比および雰囲気ガ
スの露点の影響を調査した。

【００３５】無酸化炉内での鋼板温度は 750℃に固定し
た。還元炉での処理条件およびめっき条件は前記の試験
の場合と同じとし、合金化処理では、鋼板板温を 560℃
に固定した。

【００３６】合金化度の調査では、前記の試験の場合と
同様に目視観察により合金化状態を調べると共に、めっ
き皮膜の合金化度を求めた。なお、合金化度（合金層中
のFeの含有量）は、めっき皮膜を溶解し、原子吸光法に
よりFe、ZnおよびAlの濃度を測定して求めた。また、め
っき皮膜における欠陥の発生等、異常の有無についても
目視で観察した。

【００３７】調査結果を表２に示す。表中の評価の欄の
○印は合金化度が７〜11％（前記のように、特に厚目付
で好ましいとされる範囲）、△印は合金化度が６％以上
７％未満または11％超え14％以下、×印は合金化度が６
％未満または14％超えであることを表し、合金化度が６
〜14％を適正な合金化度とした。

【００３８】表２に示したように、空燃比が 0.8未満(N
o.１) では、合金化処理が不十分であり、空燃比が1.25
よりも大きい場合(No.11) は、不完全燃焼に起因するす
すの付着によるめっき欠陥が発生するとともに、合金化
度が適正な範囲を超え、不良であった。 No.２および N
o.10では、空燃比がそれぞれ下限および上限の場合で、
めっき皮膜の外観は良好であったが、合金化度の評価は
△印であり、合金化の評価を○印とするための空燃比は
0.9〜1.2 とするのが好ましいことがわかる。

【００３９】また、露点が30℃を超える場合(No.７) は
合金化が進みすぎるために合金化度が適切な範囲を超
え、 No.６（露点が30℃）では合金化度の評価は△印で
あった。評価を○印とするためには、露点を０℃以下に
抑えることが望ましい。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】本発明方法を用いれば、めっき後の合金
化処理が困難なSi含有鋼をめっき母材として用いても、
連続式溶融亜鉛めっき設備により、生産性を落とさずに
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることが可能となる。

【００４３】この鋼板は、自動車メーカーを中心とし
た、高強度、高加工性を有し、かつ、防錆性が要求され
る高張力鋼の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の開発、実用化
の要請に応え得るもので、自動車車体等の薄肉化、軽量
化が可能で、燃費向上や省資源化など、産業上、経済上
における効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】目視観察による合金化度の調査結果で、適正な
合金化度に対する母材鋼板のSi含有量と前酸化時の鋼板
温度の影響を示す図である。

【図２】パウダリング試験による合金化度の評価結果
で、適正な合金化度に対する母材鋼板のSi含有量と前酸
化時の鋼板温度の影響を示す図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 38/02 Ｃ２２Ｃ 38/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続式溶融亜鉛めっき設備でSi含有量が
0.1〜2.0 重量％の鋼板を母材として合金化溶融亜鉛め
っきを行うに際し、前酸化炉での加熱を、露点が30℃以
下の雰囲気中で、空燃比を 0.8〜1.25とし、かつ、前酸
化炉内での最高到達鋼板温度が下記 (1)式を満たすよう
に行うことを特徴とする難合金化めっき母材の合金化溶
融亜鉛めっき方法。 700＋100 ×ｌｎ〔Si〕≦Ｔ≦ 830＋50×ｌｎ〔Si〕・・・ (1) ただし、Ｔ：前酸化炉内での最高到達鋼板温度
（℃）〔Si〕：母材鋼板のSi含有量 (重量％）