JP3152162B2 - 溶融Ｚｎ系めっき浴浸漬部材およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融Znめっき，合
金化溶融Znめっきさらには溶融Zn−Al合金めっき等の溶
融Zn系めっきを行う際に、溶融Zn系めっき浴に浸漬され
て使用される溶融Zn系めっき浴浸漬部材およびその製造
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば溶融Znめっき鋼板や溶融Zn−Al合
金めっき鋼板等の溶融Zn系めっき鋼板は、耐食性，溶接
性さらには塗装性に優れた表面処理鋼板であり、自動車
用鋼板，土木・建築用鋼板，家電製品用鋼板として、多
用されている。

【０００３】このような溶融Zn系めっき鋼板は、溶融Zn
系めっき浴中に鋼帯を連続的に通板させて溶融Zn系めっ
きを行う連続溶融めっき法により、製造される。したが
って、溶融Zn系めっき浴中には、鋼帯の通板を案内する
サポートロールや鋼帯の通板方向を変更するシンクロー
ル等の溶融Zn系めっき浴浸漬部材が、配置される。

【０００４】ところで、例えばサポートロールの外表面
のうちで鋼帯と接触する作業面には、溶融Zn系めっき浴
中を浮遊するFe−Zn合金であるドロス成分やZn成分等が
付着・生成し、鋼帯表面に押し込み傷等の外観不良を発
生する。そこで、従来より、この外観不良の低減または
解消を図った発明が種々提案されている。

【０００５】例えば、特公平７−30435 号公報には、溶
融金属めっき浴浸漬部材の表面に、Al₂O₃ −TiO₂擬２元
系金属酸化物を溶射してなる保護層を形成することによ
り、溶融金属めっき浴への浸漬の際の合金層巻付きや異
物付着を抑制するとともに、熱衝撃性を改善して被膜剥
離等を防止する発明が、特開平６−299310号公報には、
溶融金属めっき浴に浸漬されるロールの表面温度を周囲
の溶融Zn温度より高くするとともにこのロールの表面を
高度に緻密な保護被膜で覆うことにより、ロール表面へ
のドロスおよびZnの付着をともに物理的に防止する発明
が、特開平５−247613号公報には、溶融金属めっき浴に
浸漬されるサポートロールの表面に特定形状の凹凸面を
形成することにより、ドロス付着を低減するとともに付
着したドロスを容易に剥離させる発明が、さらに、特公
平５−20496 号公報には、溶融金属めっき浴に浸漬され
るロールの表面に付着した異物を除去するために、ドク
ターブレードを設置して機械的に除去する発明が、それ
ぞれ提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の技術によっても、溶融Zn系めっき浴浸漬部材の作業面
に付着するドロス成分やZn成分等に起因する、鋼帯表面
の外観不良を長期間にわたって解消することはできな
い。

【０００７】特公平７−30435 号公報に記載された発明
は、溶融金属めっき浴浸漬部材の作業面に溶射被膜を形
成して保護層とするものであるため、確かにZn合金層の
生成を抑制することは可能となるものの、溶射被膜はZn
との濡れ性が良いため、操業にともなって保護層の表面
にZnが密着・成長する現象である「Znの巻付き」が発生
するおそれがある。そのため、溶融金属めっき浴浸漬部
材の表面におけるドロス塊の成長がかえって促進されか
ねない。また、溶射被膜の表面には大きな凹凸が存在す
るため、異物が付着し易くなるおそれもある。

【０００８】特開平６−299310号公報に記載された発明
では、ロール表面の温度を上昇させると、グループ
(溝) の凹凸部における温度差が大きくなってしまい、
鋼帯表面にグループマークが転写されるおそれがある。
また、保護被膜には、Znとの濡れ性が良いこれまでの保
護被膜をそのまま用いており、Zn巻付きの改善を期待す
ることはできない。

【０００９】特開平５−247613号公報に記載された発明
では、サポートロール表面にめっき浴流を発生させるた
めに多少の改善は望めるものの、サポートロール表面に
おけるZnとロール成分との化学反応を根本的に低減でき
るものではないため、Zn巻付きや合金層の生成は不可避
的に発生してしまい、ドロス付着抑制を図ることは難し
い。

【００１０】さらに、特公平５−20496 号公報に記載さ
れた発明では、機械的に異物を除去するものであるた
め、除去できる異物は比較的大きなものに限られてしま
い、微小な異物や合金層のような薄膜状に生成された異
物を除去することは難しい。

【００１１】ここに、本発明の目的は、溶融Zn系めっき
を行う際に、溶融Zn系めっき浴浸漬部材の表面に付着し
たドロス成分やZn成分等に起因する、鋼帯表面の外観不
良を長期間にわたって解消することができる溶融Zn系め
っき浴浸漬部材およびその製造法を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために、種々検討を重ねた結果、作業面に溶
射被覆層を備える金属部材に、さらにTi含有塗膜を形成
することにより、溶射被覆層とTi含有塗膜との相乗的効
果により、表面へのドロス成分やZn成分等の付着を根本
的に防止することができ、これにより上記課題を解決す
ることができることを新規に知見し、さらに検討を重ね
て本発明を完成した。

【００１３】本発明は、金属部材の表面のうちの少なく
とも作業面に、溶射被覆層からなる下層とTi含有塗膜か
らなる上層とを有する保護層を備えることを特徴とする
溶融Zn系めっき浴浸漬部材である。

【００１４】上記の本発明にかかる溶融Zn系めっき浴浸
漬部材では、Znとの濡れ性を低下させるため、Ti含有塗
膜を形成するTi含有塗料のTi含有量が、10〜80重量％で
あることが望ましい。

【００１５】また、上記の本発明にかかる溶融Zn系めっ
き浴浸漬部材では、Znとの濡れ性を低下させるため、Ti
含有塗膜の乾燥膜厚は30μm 以上であることが望まし
い。

【００１６】また、上記の本発明にかかる溶融Zn系めっ
き浴浸漬部材では、密着力を向上させるため、Ti含有塗
膜が、焼付け塗膜であることが望ましい。

【００１７】本発明は、別の観点からは、金属部材の表
面のうちの少なくとも作業面に形成された溶射被覆層の
上に、Ti含有塗料を塗布して焼付けを行うことにより、
Ti含有塗膜を形成することを特徴とする溶融Zn系めっき
浴浸漬部材の製造法である。

【００１８】上記の本発明にかかる溶融Zn系めっき浴浸
漬部材の製造法では、Znとの濡れ性を低下させるため、
焼付け温度が100 〜500 ℃であるとともに、焼付け時間
が３〜７時間であることが望ましい。

【００１９】また、上記の本発明にかかる溶融Zn系めっ
き浴浸漬部材の製造法では、密着力を向上させるため、
焼付けを行う前に自然乾燥を行うことが望ましく、この
場合、自然乾燥の乾燥時間は36時間以上であることが望
ましい。

【００２０】さらに、本発明において、「作業面」と
は、溶融Zn系めっき浴浸漬部材が通板される鋼帯に直接
的に作業を行う表面を意味しており、例えば、シンクロ
ールやサポートロールの場合には、鋼帯と接触する外周
面を意味する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以降の説
明では、「％」は「重量％」を意味するものとする。

【００２２】図１は、本実施形態の溶融Zn系めっき浴浸
漬部材５の構成例を示す断面図である。図１に示すよう
に、金属部材１の表面1aには、溶射被覆層からなる下層
２とTi含有塗膜からなる上層３とを有する保護層４が形
成されている。以下、この溶融Zn系めっき浴浸漬部材５
について、分説する。

【００２３】（金属部材１）金属部材１は、溶融Zn系め
っき浴浸漬部材５の本体をなすものであって、例えば溶
融Zn系めっき浴浸漬部材５がシンクロールである場合に
はシンクロール本体である。

【００２４】また、金属部材１は、溶融Zn系めっき浴に
浸漬されても問題を生じないとともに、その表面への溶
射被覆層２の形成が可能な材料により構成されていれば
よい。DCH-23，SS系，SUS 系等の一般鋼材を例示するこ
とができる。

【００２５】（溶射被覆層２）溶射被覆層２は、金属部
材１の作業面に形成される。また、溶射被覆層２は、従
来より公知である溶射被覆層であってよく、WC系溶射
(例えばWC-12Co やMoサーメット等) を例示することが
できる。さらに、溶射条件等も従来の条件をそのまま用
いればよく、限定を要さない。なお、溶射被覆層２の表
面には、溶射により、微小な凹凸が多数付与される。

【００２６】（Ti含有塗膜３）溶射被覆層２の上には、
Ti含有塗膜３が形成されている。以下、溶融Zn系めっき
浴浸漬部材５におけるTi含有塗膜３の有効性を実験デー
タとともに詳細に説明する。

【００２７】50×150 ×５(mm)の寸法のステンレス鋼板
(SUS316L) を８枚製作し、これらのステンレス鋼板の表
面に、表１に示す成分を主体とし乾燥膜厚が約50〜200
μｍの塗膜をそれぞれ形成して、試料No.1〜試料No.8を
形成した。

【００２８】なお、塗膜の形成は、スプレー塗布後に２
日間の自然乾燥を行ってから300 ℃で４時間焼き付ける
ことにより、行った。また、表１において、Ti含有塗膜
（TiＣ含有塗膜，TiB₂含有塗膜，TiＮ含有塗膜，TiO₂含
有塗膜）におけるTi含有量は、30％であった。

【００２９】これらの試料No.1〜試料No.8を、500 ℃の
溶融Znめっき浴中に180 時間浸漬させた。そして、定期
的に引き上げることにより試料No.1〜試料No.8の表面を
観察し、各試料No.1〜試料No.8の溶融Znに対する反応性
を調査した。結果を、表１に併せて示す。なお、表１に
おいては、○は反応しなかったことを、△は僅かに反応
したことを、さらに×は顕著に反応したことをそれぞれ
示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示すように、試料No.1, 試料No.4,
試料No.6〜試料No.8の反応性は低かったが、特にTi含有
塗膜を備える試料No.1, 試料No.4, 試料No.6, 試料No.8
のZn濡れ性はいずれも非常に低く、より有効であった。

【００３２】この理由は、次のように考えられる。すな
わち、塗膜中にTi成分を含有すると、TiとZnとの反応性
が低く、Zn系めっき浴中におけるZnとの濡れ性が低くな
る。そのため、Ti含有塗膜３を形成した溶融Zn系めっき
浴浸漬部材５の表面におけるZn合金層の生成やZnの巻付
きが抑制されると考えられる。

【００３３】また、溶射被覆層２の表面には微小な凹凸
が残存するが、Ti含有塗膜３を形成することにより、こ
の凹凸は吸収されてTi含有塗膜３の表面は、溶射面に比
較すると平滑度が著しく向上する。これにより、異物が
さらに付着し難くなると考えられる。

【００３４】したがって、溶融Zn系めっき浴浸漬部材５
におけるTi含有塗膜３として、TiO₂，TiB₂，TiＮ，TiＣ
等を含有する塗膜が例示される。このようなTi含有塗膜
３として一般の白色塗膜が知られている。本実施形態に
おけるTi含有塗膜３にも、この白色塗膜を用いることが
でき、市販の白色塗料を成分調整等を行わずに直接溶融
Zn系めっき浴浸漬部材の表面に塗布すればよい。このよ
うに、本実施形態では、上層：溶射被覆層２，下層：Ti
含有塗膜３からなる２層構造の保護層４を用いて、金属
部材１の保護を行うものである。

【００３５】（製造条件）次に、本発明にかかる溶融Zn
系めっき浴浸漬部材５の製造法を、説明する。すなわ
ち、本発明により、溶融Zn系めっき浴浸漬部材５は、金
属部材１の作業面に形成された溶射被覆層２の上に、Ti
含有塗料を塗布して焼付けを行ってTi含有塗膜３を形成
することにより、製造される。この製造法では、Ti含有
塗料の塗布は、公知の手段により行われればよく、刷毛
塗りやスプレー塗りが例示される。

【００３６】ここで、試料No.1, 試料No.4, 試料No.6,
試料No.8に用いたTi含有塗料を、シンクロールの表面に
スプレー塗布して塗膜を形成し、溶融Zn系めっき浴中に
浸漬・配置することにより、性能評価を行った。なお、
塗膜の形成は、塗布後自然乾燥しただけのものと、塗布
後３〜４日間自然乾燥してから200 〜300 ℃で５〜６時
間焼付けしたものとを比較した。結果を表２にまとめて
示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２に示すように、塗布しただけでは塗膜
剥離が発生するため、塗布後に自然乾燥および焼付けを
行ったところ、充分な密着力を有し、溶融Zn系めっき浴
浸漬部材の保護層として充分に実用性のある塗膜が得ら
れた。

【００３９】そこで、本発明者らは、さらに、Ti含有塗
料とこのTi含有塗料の溶融Zn系めっき浴浸漬部材への塗
装条件とについて、好適条件があるのではと考え、詳細
に検討した結果、以下の好適条件（１）〜（４）を得
た。

【００４０】以下、これらの好適条件（１）〜（４）に
ついて、説明する。 （１）Ti含有塗料のTi含有量：10〜80％ 図２は、Ti含有塗料のTi含有量と、形成されたTi含有塗
膜３のZn濡れ性との関係を示すグラフである。図２にグ
ラフで示すように、Zn濡れ性は、Ti含有量：10〜80％の
範囲で特に低くなり、80％を超えると高くなる。したが
って、Ti含有塗膜の形成に用いるTi含有塗料におけるTi
含有量は、10〜80％の範囲が望ましい。さらに望ましく
は、20〜60％である。

【００４１】（２）乾燥膜厚：30μm 以上 図３は、Ti含有塗膜３の乾燥膜厚と、形成されたTi含有
塗膜３のZn濡れ性との関係を示すグラフである。図３に
グラフで示すように、Ti含有塗膜３の乾燥膜厚は30μm
以上が好ましい。乾燥膜厚が30μm 未満であると保護性
能が不足して金属部材１とZnとの反応が起こり易くな
り、Zn濡れ性が高くなってZn巻付きが発生することがあ
る。Zn濡れ性の観点からは上限は不要であるが、厚過ぎ
ると塗装不良 (流れ) を生じて、平滑な塗膜表面を得難
くなって異物の付着を誘発するおそれがあるため、300
μm 以下とすることがさらに望ましい。

【００４２】（３）塗布後の自然乾燥 塗布後には、自然乾燥を行うことが望ましい。塗布後に
自然乾燥を行わずに直ちに焼付けを行うと、Ti含有塗膜
３と溶射被覆層２との密着力が不足し、Ti含有塗膜３が
剥離し易くなる。

【００４３】図４は、自然乾燥の有無と、Ti含有塗膜３
および溶射被覆層２の密着力との関係の一例を示すグラ
フである。図４にグラフで示すように、自然乾燥を行う
ことにより、Ti含有塗膜３の密着力は、略倍増する。こ
の自然乾燥は、常温下で36時間以上行うことが望まし
い。乾燥時間が36時間未満であると、密着力が不足する
ことがあるからである。

【００４４】（４）焼付け 溶融Zn系めっき浴浸漬部材５では、密着力を向上させる
ためにTi含有塗膜３が焼付け塗膜であることが望まし
い。焼付けを行わないと、Ti含有塗膜３の密着力が低下
して耐久性が維持され難いとともに、Zn濡れ性が高いた
めにZn巻付きを防止に難いからである。

【００４５】焼付けは、100 〜500 ℃，３〜７時間の条
件で行うことが望ましい。図５は、焼付け時間と、形成
されたTi含有塗膜３のZn濡れ性との関係を、焼付け温度
毎に示すグラフである。

【００４６】図５にグラフで示すように、焼付け温度が
100 ℃未満であると塗膜の密着力が低下して耐久性が低
下したり塗膜のセラミック化が不足してZn濡れ性が良く
なり易く、一方焼付け温度が500 ℃を超えると効果が飽
和する。したがって、100 ℃以上500 ℃以下の温度で焼
付けを行うことが、望ましい。さらに、望ましくは、20
0 〜400 ℃である。

【００４７】また、図５に示すグラフにおいて、焼付け
時間が３時間未満であると焼付け不足となり、一方焼付
け時間７時間超であると過酸化の影響で塗膜の密着力が
低下し、いずれの場合にも塗膜の耐久性が低下する。し
たがって、焼付け時間は３〜７時間が望ましい。さらに
望ましくは、４〜６時間である。さらに、本発明を実験
データを参照しながら、さらに詳細に説明する。

【００４８】

【実施例】図６は、連続溶融Znめっき設備10を示す略式
説明図である。Znめっき槽11には、約460 ℃の溶融Znめ
っき浴12が収容され、このめっき浴12に連続的に鋼帯13
が通板されることにより、溶融Znめっきが行われてい
る。

【００４９】鋼帯13は、めっき浴12に下方向きに送ら
れ、めっき浴12中に回転自在に支持されて配置されるシ
ンクロール14の作業面 (外周面) 14a の一部に巻き付い
て上方へ方向変換され、サポートロール15,16 の作業面
(外周面) 15a,16a に両面を案内されて、めっき浴12外
へ導かれる。

【００５０】本実施例では、この連続溶融Znめっき設備
10における溶融Znめっき浴浸漬部材であるサポートロー
ル15の作業面15a に、本発明における保護層５を形成し
た。すなわち、ロール径:260mm, ロール胴長:1400mm で
あって DCH−23からなるサポートロール15の作業面15a
に、WC−12Coを溶射してWC系溶射被覆層２を100 μm 形
成した。

【００５１】そして、WC系溶射被覆層２の表面に、表３
に示す組成のTi含有塗料を刷毛塗りし、約48時間自然乾
燥した後、350 ℃で５時間焼き付けることにより、乾燥
膜厚が約100 μm のTi含有塗膜３を形成した。

【００５２】

【表３】

【００５３】このようにして、本実施例のサポートロー
ル15を製造し、図６に示す連続溶融Znめっき設備10に組
み込んで、操業した。そして、操業開始後３日経過時お
よび６日経過時のそれぞれにおいて、本実施例のサポー
トロール15を抜き出して、作業面へのZn付着量を測定す
るとともに、操業開始後１日経過時、２日経過時，３日
経過時，４日経過時，５日経過時および６日経過時のそ
れぞれにおいて、鋼帯への押し込み欠陥等の外観不良を
調査した。

【００５４】なお、Zn付着量は、抜き出した時のサポー
トロール15の重量W₁と、10％硫酸による酸洗後における
サポートロール15の重量W₂との差 (W₁−W₂) として、求
めた。一方、比較例として、作業面15a にWC−12Coを溶
射してWC系溶射被覆層２を100 μm 形成しただけのサポ
ートロール15を製造し、本実施例と同様に、作業面への
Zn付着量測定と鋼帯外観不良調査とを行った。

【００５５】Zn付着量の測定結果を図７にグラフで示す
とともに、鋼帯外観不良の調査結果を表４にまとめて示
す。なお、表４では、操業時に鋼帯の表面にロール表面
への異物巻付きに起因した押し込み傷が発生したものを
×として示し、発生しなかったものを○として示した。

【００５６】

【表４】

【００５７】図７および表４に示す結果から、本実施例
のサポートロール15によれば、作業面へのZn付着量が略
半減されて、従来は新サポートロール15の使用開始時か
ら略３日目に発生していた鋼帯の押し込み傷を、使用開
始時から６日目を経過した時点でも発生させないことと
なった。

【００５８】さらに、本実施例のサポートロール15−1,
15−2,15−3 と、従来例のサポートロール15−4,15−5,
15−6 とについて、作業面へのZn付着による作業面再形
成までに要する期間（ロール寿命）を測定した。結果
を、図８にグラフで示す。

【００５９】図８に示すグラフにより、本実施例によ
り、ロール作業面へのZn付着量を略半減できるため、ロ
ール寿命を略倍増できたことがわかる。これにより、ロ
ール原単位を低減することができた。

【００６０】

【変形形態】以上説明してきた実施形態および実施例で
は、溶融Zn系めっき浴浸漬部材としてサポートロールを
用いたが、本発明にかかる溶融Zn系めっき浴浸漬部材は
サポートロールに限定されるものではなく、シンクロー
ルやスナップロール、さらには溶融Zn系めっき槽フレー
ム等にも適用される。

【００６１】また、実施例では、サポートロールの作業
面にだけ本発明における保護層を形成したが、本発明は
このような態様に限定されるものではなく、ロールの外
表面のうちの作業面を除いた部分（例えば、ロール側面
や軸支用小径部等）に対しても、保護面を形成すること
ができる。これにより、Zn付着量が低減され、同様に、
ロール寿命を延長することができる。

【００６２】さらに、本実施例では、「溶融Zn系めっ
き」が溶融Znめっきである場合を例にとったが、本発明
はかかる態様に限定されるものではなく、溶融Zn−Al合
金めっきにも適用される。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる溶融Zn系めっき浴浸漬部材によれば、金属部材に、
溶射被覆層からなる下層とTi含有塗膜からなる上層とを
有する保護層を形成して、溶融Zn系めっき浴浸漬部材を
構成するため、ドロス成分やZn成分等の付着を顕著に抑
制することができ、これにより、鋼帯表面の外観不良を
長期間にわたって解消するとともに溶融Zn系めっき浴浸
漬部材の寿命を延長することができる。

【００６４】また、本発明にかかる溶融Zn系めっき浴浸
漬部材の製造法では、上記の本発明にかかる溶融Zn系め
っき浴浸漬部材を確実かつ簡単に製造することができ
る。

【００６５】かかる効果を有する本発明の意義は、極め
て著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の溶融Zn系めっき浴浸漬部材の構成例
を示す断面図である。

【図２】Ti含有塗料のTi含有量と、形成されたTi含有塗
膜のZn濡れ性との関係を示すグラフである。

【図３】Ti含有塗膜の乾燥膜厚と、形成されたTi含有塗
膜のZn濡れ性との関係を示すグラフである。

【図４】自然乾燥の有無と、Ti含有塗膜および溶射被覆
層の密着力との関係の一例を示すグラフである。

【図５】焼付け時間と、形成されたTi含有塗膜のZn濡れ
性との関係を、焼付け温度毎に示すグラフである。

【図６】連続溶融Znめっき設備を示す略式説明図であ
る。

【図７】Zn付着量の測定結果を示すグラフである。

【図８】ロール寿命の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 金属部材 1a 表面 ２ 溶射被覆層（下層） ３ Ti含有塗膜（上層） ４ 保護層 ５ 本発明にかかる溶融Zn系めっき浴浸漬部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属部材の表面のうちの少なくとも作業
   面に、溶射被覆層からなる下層とTi含有塗膜からなる上
   層とを有する保護層を備えることを特徴とする溶融Zn系
   めっき浴浸漬部材。
2. 【請求項２】 金属部材の表面のうちの少なくとも作業
   面に形成された溶射被覆層の上に、Ti含有塗料を塗布し
   て焼付けを行うことにより、Ti含有塗膜を形成すること
   を特徴とする溶融Zn系めっき浴浸漬部材の製造法。