JP3189692B2 - 表面外観に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板およびその製造方法 - Google Patents

表面外観に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板およびその製造方法

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  • Coating With Molten Metal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、合金化溶融亜鉛メ
ッキ鋼板の改良に関し、表面外観に優れた合金化溶融亜
鉛メッキ鋼板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】合金化溶融亜鉛メッキ鋼板はプレス成形
性、耐食性、溶接性など種々の特性に優れているため
に、巾広く使用されている。
【0003】最近では、冷延鋼板や電気メッキ鋼板に代
わり、自動車車体の外板用途など、美麗な表面外観を必
要とする用途に使用されるようになった。
【0004】しかしながら、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板
は、冷延鋼板や電気メッキ鋼板と比較し、美麗な表面外
観を得ることが困難である。その一因として、溶融亜鉛
メッキ鋼板の製造ラインにおいて不可避的に発生するド
ロスと呼ばれる金属間化合物が付着することがある。
【0005】通常、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板を製造す
る場合、被メッキ鋼板をメッキ槽内の溶融亜鉛浴に浸漬
し、浴中のシンクロールによって方向転換させてメッキ
槽から引き上げ、ワイピング装置によって所定のメッキ
付着量に調整した後、合金化処理を行い、さらに、調質
圧延を施す。
【0006】このような合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製
造に用いられる製造設備において、被メッキ鋼板や浴中
機器から溶出したFeと、溶融亜鉛浴中のZnやAlと
の化学反応によってFe−Zn系および/またはFe−
Al系の金属間化合物が生成することが避けられない。
通常、浴中に生成したこれらの金属間化合物をドロスと
称している。
【0007】生成したドロスは、溶融亜鉛浴が静かな状
態であれば、溶融亜鉛との比重差によってメッキ槽底部
に沈降し、ボトムドロスとして堆積するか、もしくは浴
面に浮上する。しかしながら、溶融亜鉛浴は被メッキ鋼
板の通過やシンクロールなどの浴中ロールの回転により
常に撹拌されているので、一部のドロスは溶融亜鉛浴中
を浮遊し被メッキ鋼板に付着する。付着したドロスは、
調質圧延時やプレス加工時に押しつぶされ、ドロス欠陥
と呼ばれる点状の欠陥の原因となる。
【0008】このようなドロス欠陥を軽減するために、
一旦操業を停止してボトムドロスをメッキ槽からくみ出
しているが、ドロス欠陥の防止対策としては不十分であ
り、また生産性の低下が大きい。そこで、操業を停止す
ることなく溶融亜鉛浴のドロスを除去する技術が提案さ
れている。
【0009】特開平5−98405号公報などに記載さ
れるように、メッキ槽とは別にサブポットを設け、ドロ
スを含む溶融亜鉛浴をメッキ槽から取り出してサブポッ
トに送り、サブポットで溶融亜鉛浴を清浄化した後、再
びメッキ槽に戻す技術が数多く提案されている。
【0010】さらに、特開平3−211262号公報に
は、被メッキ鋼板に、該鋼板とZn、Alが反応してで
きた微小な直径50μm以下のFe−Zn合金および/
またはFe−Al合金のドロス粒子を付着させたまま引
き出し、次いで合金化処理あるいは調質圧延によって付
着したドロスを消滅させ無害化する溶融亜鉛メッキ鋼板
の製造方法、および、メッキ槽内を通過する被メッキ鋼
板の周囲にカバーを備えて、生成した微小なドロスが直
径50μm以上のドロスに成長する前に、鋼板の随伴流
により巻き上げて鋼板に付着するようにした溶融亜鉛メ
ッキ鋼板の製造装置が提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平5−984
05号公報に代表されるメッキ槽とは別にサブポットを
設ける技術による場合は、溶融亜鉛浴からドロスを除去
するために、溶融亜鉛浴をくみ出すポンプやドロスを沈
降分離するためのサブポットの新設など設備の大規模な
改造を必要とするため、多額の設備投資を必要とする。
また、既存の製造ラインに設置する場合、装置を設置す
るスペースを容易に確保できないという問題がある。さ
らに、装置の保守、点検等に労力を必要とし、必ずしも
生産性の改善につながらない。
【0012】また、特開平3−211262号公報に提
案の技術による場合、付着した直径50μm以下のドロ
スを、合金化処理時間中のFe、Al、Znの拡散によ
り消滅させるため、合金化処理条件に制約が生じ、パウ
ダリング性など表面品質以外の品質の劣化が懸念され
る。調質圧延により無害化させる場合も同様に調質圧延
条件に制約が生じ、合金化溶融亜鉛亜鉛メッキ鋼板の材
質など表面品質以外の品質の劣化が懸念される。
【0013】また、付着するドロスを直径50μm以下
の大きさに制限するために、メッキ槽内のカバーが必要
であり、設備投資と保守作業の労力が必要である。
【0014】本発明は、表面外観に優れた合金化溶融亜
鉛メッキ鋼板を提供すること、また、頻繁な操業停止を
必要とせず、かつ、既存の製造設備に対して改造を必要
とせずに前記鋼板を製造可能にする製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見
を得た。
【0016】(1)溶融亜鉛浴中で生成したドロスは、
最初は微粒子として浴中に浮遊し、次第に大型のドロス
に成長する。成長したFe−Zn系のドロスはボトムド
ロスとしてメッキ槽底部に堆積する。
【0017】(2)鋼板へのドロスの付着は、このよう
に浴中に発生し成長したドロスが浴の流れによってメッ
キ槽底部から巻き上げられ、浴中ロールによって鋼板表
面に押し付けられることによっておきる。
【0018】(3)鋼板よりも硬いドロスが表面に付着
した鋼板を調質圧延やプレス加工すると、その部分の変
形能が他の部分と異なるために、膨れ状欠陥となり、塗
装後も認識される場合がある。
【0019】(4)ドロスの大きさと塗装後の表面外観
との関係を調査した結果、図1に示すように溶融亜鉛浴
中で推定直径が130μm以下のドロスが、溶融亜鉛メ
ッキ鋼板に付着し、合金化処理後にメッキ皮膜に残留し
ても、塗装により隠蔽されるので、表面外観になんら悪
影響を及ぼさない。
【0020】(5)浴中に存在するボトムドロスの堆積
量、浴の攪拌条件、すなわちラインスピードとボトムド
ロスの巻き上げ状況の関係について調査したところ、製
造条件を図2に示す範囲に制御することにより、特殊な
付帯設備なしに、推定直径が130μm超えのドロスを
舞上がらせないことが可能である。
【0021】図2は、ボトムドロスの堆積量、ラインス
ピード、シンクロール径とボトムドロスの巻き上げ状況
の関係を示す図であり、横軸はシンクロール下端からメ
ッキ槽底部に堆積したボトムドロスまでの距離L(m
m)とシンクロール径D(mm)との比L/D、縦軸は
ラインスピードS(m/分)である。図中の斜線領域は
推定直径が130μm超えのボトムドロスの巻き上げが
認められなかった領域であり、この領域は、S≦20
8.4×L/D−27.9の関係を満足する領域であ
る。
【0022】したがって、シンクロール下端からメッキ
槽底部に堆積したボトムドロスまでの距離L(mm)、
シンクロール径D(mm)、ラインスピードS(m/
分)を、S≦208.4×L/D−27.9の関係を満
足するように、製造条件を制御すれば、推定直径が13
0μm超えのドロスがメッキ槽底部から巻き上げられる
ことを防止できる。
【0023】(6)溶融亜鉛浴中で大きさが推定直径1
30μm以下のドロスが、被メッキ鋼板の通過とともに
メッキ槽外に排出されることにより、推定直径130μ
mを超えて有害な大きさまで成長するドロス数が減少す
る。
【0024】本発明は、前記した知見に基づいてなされ
たものであり、その要旨は、下記の式(3)で算出され
る浴中での推定直径dが130μm以下であるFe−Z
n系および/またはFe−Al系のドロスを、表面に連
続的に付着させる合金化溶融亜鉛メッキ鋼板およびその
製造方法である。
【0025】 d=(3/2×R2 ×H)1/3 ・・・(3) ここで、 R:合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの表面
観察の結果から得られるドロスの平均直径(μm) H:合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの断面
観察の結果から得られるドロスの平均厚さ(μm)
【0026】
【発明の実施の形態】本発明の合金化溶融亜鉛メッキ鋼
板は、その表面に付着したドロスの表面観察の結果から
得られるドロスの平均直径をR(μm)、断面観察の結
果から得られるドロスの平均厚さをH(μm)とした場
合、d=(3/2×R2 ×H)1/3 から算出される浴中
での推定直径dが130μm以下のFe−Zn系および
/またはFe−Al系のドロスが付着したものであれ
ば、どのような製造方法によるものでもよい。本発明に
供される合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の下地鋼板になんら
制限はない。また、製造時の被メッキ鋼板のメッキ槽へ
の侵入板温、溶融亜鉛浴組成、溶融亜鉛浴温度、メッキ
付着量等のメッキ条件、合金化処理温度、合金化処理時
間、合金化処理装置の種類等の合金化処理条件などにも
なんら制限はない。
【0027】合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着している
ドロスは、溶融亜鉛浴中での大きさが推定直径130μ
m以下のドロスに限定される。推定直径130μm以下
のドロスを付着させる手段になんら制限はない。
【0028】例えば、シンクロール下端からメッキ槽底
部に堆積したボトムドロスまでの距離L(mm)と製造
ラインで使用中のシンクロール径D(mm)に応じて、
ラインスピードS(m/分)を、S≦208.4×L/
D−27.9の関係を満足する範囲内で操業することに
より、なんら付帯設備を設置することなく、浴中に浮遊
するドロスを推定直径130μm以下のものに制御する
ことが可能である。もちろん、前記先行技術に記載され
るように、溶融亜鉛浴浄化装置を新たに設置して、溶融
亜鉛浴中に浮遊するドロスを推定直径130μm以下に
制限してもよい。
【0029】溶融亜鉛浴中での大きさが推定直径130
μm以下のドロスが被メッキ鋼板の走行とともにメッキ
槽外に排出されるので、推定直径130μmを超えて有
害な大きさまで成長してメッキ槽底部に堆積するボトム
ドロスの堆積量も減少する。したがって、堆積したボト
ムドロスを除去するための操業停止が不要もしくは必要
な回数が大幅に減少する。
【0030】
【実施例】板厚0.7mmの冷延鋼板を被メッキ鋼板と
して用い、通常の連続合金化溶融亜鉛メッキ鋼板製造ラ
インで、操業条件を調整して種々の大きさのドロスが付
着した合金化溶融亜鉛メッキ鋼板を製造し供試体とし
た。
【0031】本発明の供試材は、直径Dが760mmの
シンクロールを用い、シンクロール下端からメッキ槽底
部に堆積したボトムドロスまでの距離Lが400mmの
時に、ラインスピードS(m/分)を、S≦208.4
×L/D−27.9を満足する範囲で操業し、浴中に推
定直径130μm以下のドロスが浮遊している条件で製
造した。
【0032】本発明の範囲外の供試材は、前記のシンク
ロールを用い、シンクロール下端からメッキ槽底部に堆
積したボトムドロスまでの距離Lが400mmの時に、
ラインスピードS(m/分)を、S>208.4×L/
D−27.9を満足させ、浴内を強攪拌して、浴中に推
定直径130μmを超えたドロスが浮遊している条件で
製造した。
【0033】また、溶融亜鉛浴のAl濃度と浴温はそれ
ぞれ0.13wt%、460℃で一定としたが、ワイピ
ング、合金化処理条件は通常の製造条件の範囲で変更
し、種々のメッキ付着量、皮膜組成に調整し、調質圧延
を行った。
【0034】このようにして製造した供試材に塗装し、
表面外観について調査した。塗装後の供試材の外観は以
下のように評価した。日本パーカーライジング(株)製
の「PB−L3080」を使用して、供試材に化成処理
を施し、次いで、関西ペイント(株)製の「El−20
00」、「TP−37グレー」、「TM−13(R
C)」を使用して、それぞれ、ED塗装、中塗り塗装、
上塗り塗装を行った後、目視により4段階評価を行っ
た。
【0035】1:ドロス欠陥なし 2:小型ドロス欠陥有り 3:中型ドロス欠陥有り 4:大型ドロス欠陥有り また、塗装後の供試材から塗膜を剥離した後、最大のド
ロス欠陥部に付着していたドロスを観察し、ドロスの浴
中での推定直径dについて調査した。
【0036】ドロスの浴中での推定直径dは、最大のド
ロス欠陥部に付着していたドロスの平均直径R、平均厚
さHに基づいて、d=(3/2×R2 ×H)1/3 から求
めた。
【0037】ドロスの平均直径Rは、図3の模式図に示
されるように、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板表面をSEM
観察して求めた。
【0038】ドロスの平均厚さHは、図4の模式図に示
されるように、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したド
ロスの断面をSEM観察して求めた。
【0039】なお、塗装後、ドロス欠陥が観察されない
供試材についても、塗膜剥離後の供試材表面を詳細に観
察し、付着していたドロスの最大のものについて、同様
に浴中での推定直径dについて調査した。
【0040】製造条件と調査結果を表1に示す。また、
付着したドロスの推定直径dと塗装後表面外観の関係を
図1に示す。
【0041】
【表1】
【0042】図1からわかるように、本発明の範囲外で
ある推定直径130μmを超えたドロスが付着した合金
化溶融亜鉛メッキ鋼板は、メッキ付着量、皮膜組成によ
らず、ドロス欠陥が観察され表面外観が劣っていた。
【0043】一方、本発明の範囲内である推定直径13
0μm以下のドロスが付着した合金化溶融亜鉛メッキ鋼
板は、メッキ付着量、皮膜組成によらず、優れた表面外
観を有しており、特に塗装後はドロスの付着がない合金
化溶融亜鉛メッキ鋼板と同様の優れた表面外観を有して
いた。
【0044】また、表1からわかるように、シンクロー
ル下端からメッキ槽底部に堆積したボトムドロスまでの
距離L(mm)、シンクロール径D(mm)、ラインス
ピードS(m/分)が、S≦208.4×L/D−2
7.9の関係を満足するラインスピードが80m/分以
下の条件で製造したものは、付着したドロスの推定直径
は本発明範囲内の130μm以下で表面外観に優れてい
た。一方、S≦208.4×L/D−27.9を満足し
ないラインスピードが90m/分以上の条件で製造した
ものは、メッキ付着量、皮膜組成によらず、推定直径が
130μm超えのドロスが付着しており、ドロス欠陥が
観察され表面外観が劣っていた。
【0045】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
頻繁なライン停止によるドロス除去作業を必要とせず、
また、既存の製造設備に対して改造を必要とすることな
く、優れた表面外観を有する合金化溶融亜鉛メッキ鋼板
を製造することができる。
【0046】また、本発明の合金化溶融亜鉛メッキ鋼板
は、表面外観、特に塗装後の表面外観に優れるので、自
動車車体の外板などの美麗な表面外観が必要な用途に使
用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ドロスの浴中での推定直径と塗装後の表面外観
の関係を示す図。
【図2】130μm超えのドロスが浮遊しない操業条件
範囲を示す図。
【図3】合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの
平均直径の測定方法を示す模式図。
【図4】合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの
平均厚さの測定方法を示す模式図。
【符号の説明】
1 ドロス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 正典 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 永山 隆治 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 岩渕 正洋 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−336669(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に、下記の式(1)で算出される浴
    中での推定直径dが130μm以下であるFe−Zn系
    および/またはFe−Al系のドロスを付着させたこと
    を特徴とする合金化溶融亜鉛メッキ鋼板。 d=(3/2×R2 ×H)1/3 ・・・(1) ここで、 R:合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの表面
    観察の結果から得られるドロスの平均直径(μm) H:合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの断面
    観察の結果から得られるドロスの平均厚さ(μm)
  2. 【請求項2】 合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造に際し
    て、その表面に、下記の式(2)で算出される浴中での
    推定直径dが130μm以下であるFe−Zn系および
    /またはFe−Al系のドロスを、連続的に付着させる
    ことを特徴とする合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方
    法。 d=(3/2×R2 ×H)1/3 ・・・(2) ここで R:合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの表面
    観察の結果から得られるドロスの平均直径(μm) H:合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に付着したドロスの断面
    観察の結果から得られるドロスの平均厚さ(μm)
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