JP3198905B2 - 溶融亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents

溶融亜鉛系めっき鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術野】この発明は、酸洗処理を施さな
い熱延鋼板を素材とする溶融亜鉛系めっき鋼板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛め
っき鋼板、溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板等の
従来の溶融亜鉛系めっき鋼板は、熱延鋼板の表面に付着
した酸化膜(スケール)を酸洗工程で除去した後、溶融
めっきすることにより製造されてきた。このように溶融
めっき前にスケール除去を行うのは、スケールがめっき
金属をはじくことよって不メッキを生じさせたり、めっ
き密着性に悪影響を与えるためであり、このため従来の
溶融亜鉛系めっき鋼板の製造ではめっき前に鋼板を酸洗
処理することが不可欠であるとされてきた。しかし、酸
洗工程を設置するには莫大な設備コストがかかり、また
酸洗を行うことは操業コストの増大につながるため、酸
洗工程の簡略化若しくは工程そのものを省略できる技術
の開発が望まれていた。
【0003】このような背景の下で、特開昭54−14
7125号や特開平6−279967号では、酸洗工程
を省略するための熱延鋼板の処理方法ないしは溶融亜鉛
めっき鋼板の製造法が提案されている。これらのうち、
特開昭54−147125号が提案する熱延鋼帯の処理
方法は、熱間圧延されたスケール付着量が1mg/cm
2以下の鋼帯を、還元性ガス雰囲気の連続焼鈍炉におい
て500℃以上で60秒以上保持して焼鈍することによ
りスケール除去を行う方法である。また、特開平6−2
79967号が提案する溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法
は、熱延鋼帯を酸洗処理することなく、還元性ガス雰囲
気中において還元温度、還元時間及び水素濃度をスケー
ル厚さに応じて制御した還元処理を行った後、連続的に
溶融亜鉛めっきを行う製造法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのうち
前者の処理法はスケール付着量が1mg/cm2以下と
極めて薄い場合にのみ適用可能であり、通常得られる3
〜5mg/cm2程度のスケール付着量の熱延鋼板では
適用が不可能である。また、後者の製造法は通常のスケ
ール厚さを有する熱延鋼板にも適用可能な方法である
が、スケールを還元処理するために必要とされる温度、
時間、水素濃度が増すため、操業コストや設備コストを
増大させるという難点がある。したがって本発明の目的
は、通常の工程で得られる熱延鋼板を素材とし、酸洗工
程を経ることなく且つ操業コストや設備コストを増大さ
せることなく製造可能で、しかも良好なめっき密着性を
有する溶融亜鉛系めっき鋼板を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を達成するため種々の実験と検討を行い、その結
果以下のような知見を得た。 (a) スケール層を有する熱延鋼板を還元性ガス雰囲気中
で熱処理した場合、スケール層は表層側から順次Feに
還元される。したがって、還元性ガス雰囲気中で熱処理
される熱延鋼板は、経時的にスケール表層にFe層を持
つ構造を経た後、スケール全量がFeへと還元される。 (b) 上記のようにスケール表層にFe層を持つ熱延鋼板
に溶融亜鉛系めっきを施した場合、めっき層自体は適切
に形成されるものの、鋼板に曲げ歪みを与えた際に鉄−
スケール界面に割れが生じてめっきの剥離を起し易く、
めっき密着性に極めて劣る。
【0006】(c) 一方、スケール層に多数のクラック、
特に好ましくはスケール層の厚さ方向を貫通して地鉄ま
で達するようなクラック(亀裂)が多数存在する場合、
このスケール層の上層に溶融亜鉛系めっきを施すと曲げ
歪みに対するめっき層の密着性が著しく向上する。この
ようなめっき密着性向上のメカニズムについて調査、検
討を行った結果、クラックの生成によりめっき密着性が
向上するメカニズムには次のような2つのケースがある
ことが判明した。 スケール層の上層に溶融亜鉛系めっきを施すと亜鉛
系めっき金属の一部がクラック内に浸入してクラック内
部にめっき金属が充填された状態となり、この充填めっ
き金属層によるアンカー作用によってめっき層の密着性
が向上する。特に、クラックがスケール層を貫通して地
鉄まで達するような状態に形成された場合には、クラッ
ク内にスケール層厚方向を貫通する、つまり上下で地鉄
と亜鉛系めっき層にそれぞれ接する充填めっき金属層が
形成されるため、特に優れためっき密着性が得られる。
【0007】 スケール層にクラックを生じさせた状
態で鋼板を還元熱処理した場合、特にクラックの周辺が
優先的に還元される傾向があり、この還元作用によりク
ラック内側にスケールが還元されて生成したFe層が形
成されることがある。このクラック内側のFe層は当然
のことながらスケール表層のクラック口の周囲も含めて
形成されるため、スケール層の上層に亜鉛系めっき層を
設けた場合に、クラック内側およびクラック口の周辺に
生成したFe層および/またはこのFe層が亜鉛系めっ
き金属と反応して生成した合金層(この合金層は、溶融
めっき金属の一部がクラック内に浸入した場合に生じ
る)が上層の亜鉛系めっき層と接した状態になり、この
Fe層および/または合金層によるアンカー作用により
めっき層の密着性が向上する。特に、クラックがスケー
ル層を貫通して地鉄まで達するような状態に形成された
場合には、クラック内側にスケール層厚方向を貫通す
る、つまり、上下で地鉄と亜鉛系めっき層にそれぞれ接
するFe層および/または合金層が形成されるため、特
に優れためっき密着性が得られる。
【0008】(d) このようなメカニズムによる曲げ歪み
に対するめっき密着性の向上はクラックの形成密度が大
きいほど顕著であり、具体的にはクラック長さの合計
(スケール層表面でのクラックの合計長さ)が500c
m/cm2以上の場合にめっき密着性が著しく向上す
る。そして、このようなめっき密着性を特に効果的に得
るには、クラックをスケール層の厚さ方向を貫通して地
鉄まで達するような状態に形成させることが好ましい。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その
構成は以下の通りである。
【0009】
【0010】[1] 地鉄表面にスケール層を有し、該ス
ケール層の上層に亜鉛系めっき層を有する溶融亜鉛系め
っき鋼板であって、前記スケール層には、少なくとも下
記(a)、(b)の条件うちのいずれかを満足するクラッ
クが、スケール層表面の合計長さで500cm/cm
以上形成されていることを特徴とする溶融亜鉛系めっき
鋼板。 (a) クラックが地鉄に達するとともに、該クラックに
亜鉛系めっき金属が充填され、該クラック内の充填めっ
き金属層の上下が地鉄および前記亜鉛系めっき層に接し
ている。 (b) クラックが地鉄に達するとともに、クラックの内
側にスケールが還元されて生成したFe層および/また
は該Fe層が亜鉛系めっき金属と反応して生成した合金
層が形成され、該Fe層および/または合金層の上下が
地鉄及び前記亜鉛系めっき層に接している。
【0011】[2] 上記[1]のめっき鋼板において、スケ
ール層の表層にスケールの一部が還元されることにより
生成したFe層および/または該Fe層が亜鉛系めっき
金属と反応して生成した合金層を有する溶融亜鉛系めっ
き鋼板。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細と限定理由に
ついて述べる。本発明が対象とする溶融亜鉛系めっき鋼
板には、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼
板、溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板等をはじめ
とする、亜鉛めっき層または亜鉛系合金めっき層を有す
る各種の溶融めっき鋼板が含まれる。本発明の溶融亜鉛
系めっき鋼板は、素材原板となる熱延鋼板の地鉄表面に
スケール層が存在し、このスケール層にはクラックが特
定の形成密度(単位面積当たりの合計長さ)で形成され
る。
【0013】このようなクラックが形成されたスケール
層は表面が亜鉛系めっき層によって覆われる。
【0014】スケール層に形成されるクラックの形態と
しては、特に優れためっき密着性を得るために、スケー
ル層の厚さ方向を貫通して地鉄まで達するようなクラッ
クが形成されることが好ましい。したがって、クラック
内部が下記(a)、(b)のうちのいずれかの条件 (構成)を満足している。 (a) クラックが地鉄に達するとともに、該クラックに
亜鉛系めっき金属が充填され、該クラック内の充填めっ
き金属層の上下が地鉄および前記亜鉛系めっき層に接し
ている。 (b) クラックが地鉄に達するとともに、クラックの内
側にスケールが還元されて生成したFe層および/また
は該Fe層が亜鉛系めっき金属と反応して生成した合金
層が形成され、該Fe層および/または合金層の上下が
地鉄及び亜鉛系めっき層に接している。なお、言うまで
もなく上記(b )の構成においてクラック内部にめっき
金属が充填されることは何ら問題はなく、この場合のク
ラックは実質的に(a )及び(b )の条件を兼ね備えたも
のとなる。
【0015】クラックはその形成密度(単位面積当たり
の合計長さ)が重要であり、上記の条件を満足するクラ
ックがスケール層表面での合計長さで500cm/cm
2以上形成されることが必要である。クラックの形成密
度が500cm/cm2未満では十分なめっき密着性が
得られない。図1は、スケール層表面でのクラック(こ
の場合は、スケール層の厚さ方向を貫通するクラック)
の単位面積当りの合計長さ(m/cm2)とめっき鋼板
に曲げ歪みを与えることにより評価しためっき密着性と
の関係を示したものであり、これによればスケール層表
面でのクラックの合計長さが500cm/cm2以上に
おいてめっき密着性が著しく改善されていることが判
る。また、スケール層表面に亜鉛系めっき層を適切に形
成させるためには、スケール層の表層にスケールの還元
によるFe層(および/またはこのFe層が亜鉛系めっ
き金属と反応することにより生成した合金層)が形成さ
れることが好ましい。
【0016】酸洗処理を経ない熱延鋼板を素材原板とし
て上記の溶融亜鉛系めっき鋼板を適切に得るには、熱延
鋼板のスケール表層にスケールの還元によるFe層を形
成させること、及びスケール層に先に述べたようなクラ
ックを形成させることが必要である。スケール表層にス
ケールの還元によるFe層を形成させるためには、スケ
ールが付着した熱延鋼板を還元性ガス雰囲気中で500
℃以上の温度で熱処理することが好ましい。熱処理温度
が500℃未満ではスケール層の表層の還元に要する時
間が大幅に増大するため好ましくない。なお、クラック
の内側にスケールの還元によって生成するFe層も上記
還元ガス雰囲気中での熱処理により形成させることがで
きる。
【0017】また、スケール層にクラックを導入する一
般的な方法としては、例えばスキンパス、テンションレ
ベラー、ベンディングロール等を用いて鋼板に歪みを付
加する方法、鋼板面にワイヤーブラシ、グラインダー、
ショットブラスト、サンドブラスト、グリッドブラスト
等を適用してクラックを導入する方法等が考えられ、こ
れらのうち任意の方法でクラックを導入することができ
る。また、このように機械的手段を用いてクラックを形
成させる以外に、例えば熱延における圧下率、仕上温
度、巻取温度等を適宜調整することにより所望のクラッ
クを形成してもよい。
【0018】
【実施例】表1に示す成分組成の鋼を転炉にて精錬した
後、連続鋳造してスラブとし、これを直ちにまたは再加
熱後、熱間圧延した。熱延巻取り後の鋼板を常温まで冷
却した後、酸洗処理することなく溶融亜鉛めっきライン
に導入し、ライン内の還元炉(炉内ガス雰囲気:N2
10%H2)で鋼板表面のスケール表層の還元を行った
後、溶融亜鉛めっきを施した。溶融亜鉛めっき浴は、浴
組成をZn−0.5%Al、浴温を450℃とし、ライ
ンスピードは130m/minとした。この実施例で
は、スケール層にクラックを導入するためにテンション
レベラーを用いて鋼板に5%の歪みを付加した。
【0019】溶融亜鉛めっき層のめっき密着性の評価
は、めっき鋼板に2Tの180°の曲げを与え、曲げを
与えた面に対してテープ剥離試験を実施することにより
行った。その評価基準は以下の通りである。 評点1:めっきが全面剥離したもの 評点2:めっきの剥離が著しいもの 評点3:めっきの剥離が若干見られるもの 評点4:めっきの剥離はないがクラックが見られるもの 評点5:めっきの剥離、クラックともに見られないもの
【0020】表2に各溶融亜鉛めっき鋼板のスケール層
のクラック形成密度及び曲げ試験で評価しためっき密着
性の結果を示す。表2において、実施例1、2、4〜6
は熱延鋼板のスケール層にクラックが適切に導入されて
いるため、優れためっき密着性が得られている。これに
対して実施例3はスケール層のクラックが少ないため、
めっき密着性が劣っている。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、通常
の工程で得られる熱延鋼板を素材とし、酸洗工程を経る
ことなく且つ操業コストや設備コストを増大させること
なく、めっき密着性が良好な溶融亜鉛系めっき鋼板を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶融亜鉛系めっき鋼板のスケール層表面のクラ
ック形成密度と鋼板曲げ試験により評価しためっき密着
性との関係を示すグラフ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地鉄表面にスケール層を有し、該スケー
    ル層の上層に亜鉛系めっき層を有する溶融亜鉛系めっき
    鋼板であって、前記スケール層には、少なくとも下記(a
    )、(b)の条件うちのいずれかを満足するクラック
    が、スケール層表面の合計長さで500cm/cm
    上形成されていることを特徴とする溶融亜鉛系めっき鋼
    板。 (a) クラックが地鉄に達するとともに、該クラックに
    亜鉛系めっき金属が充填され、該クラック内の充填めっ
    き金属層の上下が地鉄および前記亜鉛系めっき層に接し
    ている。 (b) クラックが地鉄に達するとともに、クラックの内
    側にスケールが還元されて生成したFe層および/また
    は該Fe層が亜鉛系めっき金属と反応して生成した合金
    層が形成され、該Fe層および/または合金層の上下が
    地鉄及び前記亜鉛系めっき層に接している。
  2. 【請求項2】 スケール層の表層にスケールの一部が還
    元されることにより生成したFe層および/または該F
    e層が亜鉛系めっき金属と反応して生成した合金層を有
    する請求項1に記載の溶融亜鉛系めっき鋼板。
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