JP3198901B2 - 薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄目付けの溶融亜
鉛めっき鋼板の製造方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】従来、溶融亜鉛めっき鋼板の製造におい
て、めっき皮膜の付着量の制御は、鋼板を亜鉛浴に浸漬
してめっきした直後のガスワイピング(特開平03−1
20348号公報)あるいはワイピングロール(特開平
04−2757号公報)により行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、溶融亜鉛めっき
鋼板に対して、溶接性の向上、加工性の向上および価格
の低廉化への要求が強まったことから、片面当たりの付
着量が40g/m2 以下ないしは30g/m2 以下の溶
融亜鉛めっき鋼板を安定的にかつ生産性高く製造するこ
とが望まれている。しかし、上述のガスワイピング法と
ワイピングロール法は、めっき皮膜の付着量を薄く制御
するには、ライン速度を下げる必要があるり、生産性が
低くなる問題がある。
【0004】本発明は、上記の課題を解決すべくなされ
たもので、薄目付けの溶融亜鉛めっき鋼板を安定的にか
つ生産性高く製造することができる方法を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ための第1の本発明は、重量%で、C:0.001〜
0.0035%、Si:0.1%以下(0重量%を含
む)、Mn:0.08〜2.5%、P:0.005〜
0.15%、S:0.001〜0.02%、Sol.Al:
0.005〜0.1%、N:0.0035%以下(0重
量%を含む)、Nb:0.015〜0.035%を含有
する鋼板を、連続溶融亜鉛めっきライン内で焼鈍後、式
(3) に示す侵入板温T℃まで冷却する工程と、侵入板温
T℃まで冷却した鋼板を,式(2) に示す範囲でAlを含
有した亜鉛浴へ浸漬して表面に亜鉛を付着させる工程
と,鋼板表面に付着した亜鉛の付着量を制御する工程と
を備え,浴中への侵入板温T℃を浴中Al含有量との関
係から式(1) の範囲で設定して、亜鉛浴中で鋼板表面に
形成される初期合金層の相を微細ζ相に制御することを
特徴とする薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であ
る。
【0006】 315+930×Al≦T≦355+930×Al (1) Al≦0.20 (2) 350≦T (3) T:侵入板温(℃)、Al:浴中Al含有量(重量%) また、第2の本発明は、鋼板は,さらにB:0.003
5%以下(0重量%を含む)、Ti:0.05%以下
(0重量%を含む)の1種または2種を含有しているこ
とを特徴とする薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
である。
【0007】第3,第4の発明は,亜鉛付着量を片面あ
たり40g/m2 以下または30g/m2 以下とするこ
とを特徴とする薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
である。
【0008】なお本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方
法は,鋼板を亜鉛浴へ浸漬して亜鉛付着量制御した後必
要により合金化処理や調質圧延を行なう方法も含まれ,
この方法で得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板も含まれ
る。
【0009】また,微細ζ相とは、長径が3μm未満の
ζ結晶からなる相と定義される。ζ結晶の長径の測定方
法は実施例の項で述べる。侵入板温とは、浴へ侵入する
直前の板温を指すべきであるが、設備の構造上その板温
を測定することは困難である。そこで本発明ではスナウ
トに入る直前のロール一での板温(浴から12m前の位
置)を侵入板温とした。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、以下に述べるような、溶融亜鉛めっき鋼板に
関する新しい知見に基づいている。
【0011】第1の知見は、鋼板を亜鉛浴中に侵入させ
た時に鋼板と亜鉛浴の界面に形成されるFe−Alおよ
びFe−Zn合金層、いわゆる初期合金層の形態は、亜
鉛浴のAl濃度と亜鉛浴に侵入する際の鋼板の温度すな
わち侵入板温に依存するというものである。図1は、請
求項1で成分を限定された鋼(Nb−Ti系IF鋼)に
ついて、亜鉛浴のAl濃度と侵入板温と初期合金相との
関係を調査した結果である。図1に示す通り、亜鉛浴の
Al濃度が低く侵入板温が高いほど、下地鋼板の結晶粒
界を起点にδ1相が形成されたアウトバースト組織が形
成される。アウトバースト組織の発生領域よりも高Al
濃度・低侵入板温側の領域では、微細なζ相が形成され
る。更に高Al濃度・低侵入板温側の領域では、粗大な
ζ相が形成され、更に高Al濃度・低侵入板温側の領域
になると再び微細なζ相およびFeAl合金組織が出現
する。
【0012】第2の知見は、溶融亜鉛めっき鋼板のめっ
き付着量は、初期合金層の形態に依存するというもので
ある。粗大化したζ相から成る初期合金層が生成する場
合と、アウトバースト組織が生成する場合は、鋼板によ
る溶融亜鉛の持ち上げ量が増し、ワイピング後のめっき
付着量が増加する。これは、初期合金層が溶融亜鉛を引
き留めるアンカーの役割をしているためと推定される。
一方、微細なζ相から成る初期合金層が生成されれば、
付着量は少なくなる。
【0013】以上の知見から、本発明者らは亜鉛浴のA
l濃度と侵入板温を任意の値に設定することによって、
初期合金層を制御し、ひいては付着量を制御することが
できる。特に、(1),(2),(3)式を満たす範囲
にAl濃度と侵入板温を設定すれば、初期合金層が微細
なζ相になり、付着量を安定的かつ効果的に小さくする
ことができることを見出だした。
【0014】初期合金層の形態の亜鉛浴のAl濃度およ
び侵入板温への依存性は、下地の鋼種成分により異なる
ため、本発明では、下地鋼板を上記成分に限定した。本
発明の鋼は、Nb−TiIF鋼であり、深絞り性に優れ
ることを特徴としている。以下各成分の添加理由及び限
定理由をそれぞれ説明する。
【0015】C:0.001〜0.0035%;Cは銑
鉄中に含有され、深絞り性に悪影響を与える成分である
が、含有量を下限未満にするためには、高度な脱炭処理
が必要が必要となり製造コストが上昇し、上限を越える
と深絞り性が悪化するため、いずれも不適当である。上
限を越える場合は、Cを固定するために多量のTiが必
要となるが、これも製造コストを上昇させる。
【0016】Si:0.1%以下;Siは上限を越える
と皮膜のめっき性を劣化させるため、不適当である。 Mn:0.08〜2.5%;Mnは熱間加工性を確保す
るための成分であるが、下限未満では熱間脆性による表
面キズを完全に防止できず、上限を越えると深絞り性が
劣化し、いずれも不適当である。
【0017】P:0.005〜0.15%;Pは鋼板の
強度を確保するための成分であるが、下限未満では所望
の効果が得られず、上限を越えると深絞り性が劣化し、
いずれも不適当である。
【0018】S:0.001〜0.02%;Sは鋼中に
不可避不純物として含有され、熱間脆性の原因となる。
Tiを添加することによってTiSとして固定され、か
かる悪影響は抑制されるが、Ti添加量を減らす溜めに
は、S含有量も低い方が望ましい。上限を越えると加工
性が悪化し、下限未満にするためには高度な脱硫処理が
必要となり、製造コストが上昇するため、いずれも不適
当である。
【0019】Sol.Al:0.005〜0.1%;Sol.A
lは鋼の脱酸のための成分であるが、下限未満では所望
の効果が得られず、上限を越えると効果が飽和するた
め、いずれも不適当である。
【0020】N:0.0035%以下;Nは上限を越え
ると加工性が劣化するため不適当である。 Nb:0.015〜0.035%Nbは鋼中のCをNb
Cとして固定し、鋼の熱間脆性を防ぐと共に、深絞り性
を向上させるための成分である。下限未満では所望の効
果が得られず、上限を越える場合には製造コストが上昇
するため、いずれも不適当である。
【0021】Ti:0.05%以下;Tiは鋼中のN,
S,CをそれぞれTiN,TiS,TiCとして固定
し、鋼の熱間脆性を防ぐと共に、深絞り性を向上させる
ための成分である。上限を越えると、鋼板フェライト粒
界の清浄度が向上し、アウトバースト反応が容易に起こ
るようになるため、0.05%、好ましくは0.03%
とする。
【0022】B:0.0035%以下BはTiと同様に
鋼中のN,S,Cを固定し、鋼の熱間脆性を防ぐと共
に、深絞り性を向上させるための成分である。Tiを補
うために添加するが、上限を越えると効果が飽和するた
め、不適当である。
【0023】次に製造条件の限定理由を説明する。鋼板
の焼鈍温度は常法に従い、AC3点以下である。侵入板温
が(1)式の範囲よりも高い場合は、初期合金層がアウ
トバースト組織になり付着量が増大する。また(1)式
の範囲よりも低い場合は、初期合金層が粗大なζ相にな
り、やはり付着量が増大する。さらに侵入板温が低くな
れば、再び微細なζ相が出現するが、同時に不均一なF
e−Al合金層も形成されるため、皮膜の密着性の劣化
と合金化のムラを招く。したがって、侵入板温は(1)
式の範囲に限定した。
【0024】下地鋼板は、ライン内で焼鈍された後、冷
却され亜鉛浴に浸漬されるため、高い生産性を維持しな
がら侵入板温を低くすることは困難である。また、低温
の鋼板を亜鉛浴に浸漬すると、浴の熱エネルギーを奪う
ことになり、製造コストが増大する。さらに、侵入板温
を低くし過ぎると、初期合金層が十分形成されず、皮膜
密着性などの品質が劣化する。以下の理由から侵入板温
は350℃以上に限定した。
【0025】亜鉛浴中のAl濃度が0.20重量%を越
える場合は、Fe−Znの合金化反応が起こり難く合金
化処理が困難になるとともに、製造コストが増大する。
したがって、亜鉛浴中のAl濃度は0.20重量%以下
に限定した。
【0026】なお,本発明では侵入板温を限定している
ので亜鉛浴の温度は特に限定されず,常法に従って45
0℃〜480℃とする。浸漬処理した後,鋼板表面に付
着した亜鉛の付着量を制御する。その制御方法は,鋼板
を亜鉛浴に浸漬してめっきした直後のガスワイピングあ
るいはワイピングロールなど公知の方法を適用できる。
なお、付着量を片面当たり40g/m2以下と限定した
理由は、その範囲で本発明の効果が発揮されるためであ
り、30g/m2 以下ではさらに顕著となる。
【0027】このようにして、ワイピング時に鋼板とめ
っき皮膜の界面に形成されている初期合金相を、微細な
ζ相になるように制御することにより、ワイピングをよ
り効果的に行えるようにし、結果として、片面当たりの
付着量が40g/m2 以下ないしは30g/m2 以下の
薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板を、安定にかつ生産性高く
製造することが可能となる。
【0028】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。 (1)製造条件 表1に、本願の実施例および比較例に使用した下地鋼板
の成分を示す。表1に記載した鋼種を溶製後、熱延し、
巻き取り後に酸洗し、冷間圧延を施した後、溶融亜鉛め
っきライン内で焼鈍し、溶融亜鉛に浸漬することにより
亜鉛をめっきし、ガスワイピングを施した。その後、一
部は合金化処理を施し合金化溶融亜鉛めっき鋼板とし、
残りは合金化処理を施さずに溶融亜鉛めっき鋼板とし
た。実施例および比較例に共通の製造条件を表2に示
す。本発明の実施例を表3に示す。また、比較例を表
4、表5に示す。ここで、表3〜表5の初期合金層の相
の欄に記載の微細ζは微細ζ相(結晶の長径が3μm未
満),粗大ζは粗大ζ相(結晶の長径が3μm以上)、
OBはアウトバースト組織を示している。
【0029】表1に記載した鋼板成分の分析値はICP
による分析値である。表3および表4、表5に記載した
浴中Al濃度は、浴から採取した試験片をICPで分析
した値である。
【0030】(2)初期合金層の観察 表3および表4、表5に記載した実施例および比較例の
うち、合金化処理を施さないものについては、初期合金
層の観察を行った。初期合金層の観察は、SEMにより
行われた。作製した溶融亜鉛めっき鋼板の、幅方向に端
から4分の1、中央、4分の3の位置のそれぞれ表裏、
合計6ヶ所から試験片を切り出し、めっき皮膜を塩酸で
溶解させて初期合金層を露出させた後、SEMで真上か
ら1500倍の倍率で観察し、最も大きな面積を占める
相をこのめっき鋼板の初期合金相とした。また、観察さ
れた範囲で最も大きな結晶の長径を初期合金層の結晶粒
径とした。
【0031】(3)付着量の測定 付着量の測定は、皮膜を塩酸で溶解させ、その前後の重
量差を測定することによって行われた。表3および表
4、表5に記載した付着量の値は、試験片の幅方向に端
から4分の1、中央、4分の3の位置のそれぞれ表裏、
合計6ヶ所の平均値である。
【0032】(4)比較例 比較例のNo.1,2,5,6,9,10,13,1
4,17,18,21,22,25,26,29,3
0,33,34は、侵入板温が(1)式の設定よりも低
いため、初期合金層が粗大なζ相になり、付着量が増大
する。
【0033】No.43,44,47,48,51,5
2,55,56,59,60,63,64,67,6
8,71,72,75,76も、めっき後に合金化して
いるため初期合金層は観察できないが、同じ理由で付着
量が増大すると考えられる。
【0034】No.3,4,7,8,11,12,1
5,16,19,20,23,24,27,28,3
1,32,35,36は、侵入板温が(1)式の設定よ
りも高いため、初期合金層がアウトバースト組織になり
付着量が増大する。
【0035】No.45,46,49,50,53,5
4,57,58,61,62,65,66,69,7
0,73,74,77,78も、めっき後に合金化して
いるため初期合金層は観察できないが、同じ理由で付着
量が増大すると考えられる。No.37〜42,79〜
84は、下地鋼板の成分が本発明の限定範囲を外れてい
るため付着量が増大する。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】
【表4】
【0040】
【表5】
【0041】
【発明の効果】実験の結果から、溶融亜鉛めっきライン
における鋼板の侵入板温を、浴中のAl濃度に応じて制
御することにより、初期合金相を制御し、ひいては付着
量を制御することができる。特に、浴中Al濃度と侵入
板温を(1),(2),(3)式を満たす範囲に設定し
た場合は、ワイピング条件が同じであれば、浴中Al濃
度と侵入板温を他の範囲に設定した場合に比べて、めっ
きの付着量を少なくすることができる。したがって、本
発明により薄目付けの溶融亜鉛めっき鋼板を安定的にか
つ生産性高く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の亜鉛浴のAl濃度と侵入板温の範囲を
示す図。横軸が浴中Al含有量(重量%)、縦軸が侵入
板温(℃)で、斜線部が請求範囲である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 2/16 C23C 2/16 (72)発明者 山下 敬士 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 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.001〜0.003
    5%、Si:0.1%以下(0重量%を含む)、Mn:
    0.08〜2.5%、P:0.005〜0.15%、
    S:0.001〜0.02%、Sol.Al:0.005〜
    0.1%、N:0.0035%以下(0重量%を含
    む)、Nb:0.015〜0.035%を含有する鋼板
    を、連続溶融亜鉛めっきライン内で焼鈍後、式(3) に示
    す侵入板温T℃まで冷却する工程と、侵入板温T℃まで
    冷却した鋼板を,式(2) に示す範囲でAlを含有した亜
    鉛浴へ浸漬して表面に亜鉛を付着させる工程と,鋼板表
    面に付着した亜鉛の付着量を制御する工程とを備え,浴
    中への侵入板温T℃を浴中Al含有量との関係から式
    (1) の範囲で設定して、亜鉛浴中で鋼板表面に形成され
    る初期合金層の相を微細ζ相に制御することを特徴とす
    る薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 315+930×Al≦T≦355+930×Al (1) Al≦0.20 (2) 350≦T (3) T:侵入板温(℃)、Al:浴中Al含有量(重量%)
  2. 【請求項2】 鋼板は,さらにB:0.0035%以下
    (0重量%を含む)、Ti:0.05%以下(0重量%
    を含む)の1種または2種を含有していることを特徴と
    する請求項1に記載の薄目付け溶融亜鉛めっき鋼板の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 付着量を片面あたり40g/m2 以下と
    することを特徴とする請求項1または2に記載の薄目付
    け溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 付着量を片面あたり30g/m2 以下と
    することを特徴とする請求項1に記載の薄目付け溶融亜
    鉛めっき鋼板の製造方法。
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