JP3233045B2 - 溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】この発明は、酸洗等の脱スケ
ール処理を施さない熱延鋼板を素材とする溶融亜鉛系め
っき鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、連続溶融めっき設備で製造される
溶融亜鉛系めっき鋼板は、熱延鋼板の表面に生成してい
る酸化膜(スケール)を予め酸洗工程で除去し、めっき
設備において還元処理を経た後、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酸洗に
よるスケール除去を行うのは、鋼板のめっき浴浸漬時に
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、スケールによって鋼板とめっき金属との反
応が妨げられることによりめっき密着性が劣化するため
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し、スケールを完全に除去
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号等では、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1mg/cm2
下の鋼帯を、還元性ガス雰囲気の連続焼鈍炉において5
00℃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6−279
967号が提案する溶融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、したがって、通
常得られる3〜5mg/cm2程度のスケール付着量の
熱延鋼板にそのまま適用することは不可能であり、あえ
て適用しようとすると薄スケール化のための付帯設備が
必要となり、コストの増大を招く。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、この方法では、鋼板を焼鈍する前に焼鈍
条件を決定するために熱延鋼板のスケール厚さを測定す
る必要がある。ところが、鋼板のスケール厚さは熱延条
件に依存するためコイル毎に異なり、また通常は1本の
コイル中でもトップ部分とボトム部分で異なる。したが
って、適切な還元条件を決定するためには、コイル毎
に、しかも1本のコイルにつき最低数ヶ所のスケール厚
さを測定しなくてはならないが、このような測定はめっ
き鋼板製造の連続処理性を著しく阻害し、生産性に深刻
な影響を与える。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、酸洗等の脱スケール
処理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、めっき密着性に優れた溶融亜鉛系
めっき鋼板を高い生産性で製造することができる方法を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るための本発明は、表面にスケール層を有する熱延鋼板
を脱スケール処理することなく連続溶融めっきラインに
装入し、熱処理炉の還元性ガス雰囲気中において、当該
熱延鋼板の熱間圧延における仕上温度及び巻取温度に応
じて、下記(1)式を満足する条件で還元処理した後、溶
融めっきを施すことを特徴とする溶融亜鉛系めっき鋼板
の製造方法である。 H×t×exp(−1/RT)≧10.4×FT+1.6×CT−9050 … (1) 但し H :熱処理炉還元帯の水素濃度(%) t :熱処理炉還元帯での鋼板通過時間(sec) RT :熱処理炉還元帯での最高到達板温(℃) FT :熱間圧延における仕上温度(℃) CT :熱間圧延における巻取温度(℃)
【0006】
【発明の実施の形態】先に述べたように、通常、熱延鋼
板はその表面に3〜5mg/cm2程度のスケール層を
有しており、このスケール層は鋼板とめっき皮膜との間
の反応を妨げる障害壁として作用し、不めっきやめっき
密着性劣化の原因となる。したがって、従来はこのスケ
ール層をめっき前の酸洗工程において除去していた。し
かし、この方法では酸洗工程のために莫大な設備コスト
と処理コストがかかる。また、特開平6−279967
号に開示されている、スケール層の厚さに応じて還元条
件を強化することにより、酸洗工程を経ずにめっき皮膜
の密着性を確保する方法では、還元条件を決定するため
に還元工程前にスケール厚さを測定する必要があり、生
産の連続性を阻害する。
【0007】これに対して本発明では、熱間圧延条件と
連続溶融めっきラインでの還元処理条件を相互的に規制
するという従来にない手法により、酸洗工程を経ること
なく、また事前にスケール厚さを測定することなく、め
っき密着性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板を得ることを
可能にした。以下、本発明をなすに至った知見とこれに
基づく本発明の詳細を説明する。本発明者らによる第一
の知見は、鋼板上に未還元スケール層が残存していて
も、鋼板と溶融めっき皮膜との間で、十分な反応が起こ
る条件が存在することを突き止めたことにある。すなわ
ち、表面にスケールが生成した熱延鋼板を還元性ガス雰
囲気中で熱処理した場合、スケール表層から還元が進行
し、鋼板面に還元Fe層が形成されるが、通常行われる
ような操業条件での還元処理では、スケールを完全に還
元することは難しい。しかしながら、このように未還元
スケール層が残存した状態でも良好なめっき密着性が得
られる以下に述べるような条件が存在していることが判
った。
【0008】すなわち、熱延鋼板表面に生成したスケー
ルは、母材鋼板とは異なる物理的性質(熱膨張係数等)
を有するため、熱間圧延→巻取→冷却の過程において鋼
板に機械的加工や冷却などによる変形応力が加わるとス
ケールは微細に破壊し、無数のクラックを有するように
なる。このようなスケール層を有する鋼板を連続溶融め
っきラインで還元処理すると、スケール層の表層側から
還元が進行するだけでなくクラックに沿って還元が進行
し、還元されたFeが母材鋼板(地鉄)とスケール表層
とを連絡(連結)する還元Feの連絡路を形成すること
が判った。そして、この鋼板が溶融めっき浴に浸漬され
ると、還元Feの連絡路が合金相を介して地鉄とめっき
皮膜とを連絡(連結)することになるため、スケールが
残存した状態でも良好なめっき密着性が得られることが
判った。
【0009】さらに、この還元Feの連絡路は、より高
密度に且つ大きく形成されるほど母材鋼板とめっき皮膜
との密着性が高まること、すなわち、皮膜の密着性は還
元Feの連絡路の密度と大きさに依存することが明らか
になった。また、本発明者らが得た第二の知見は、上記
還元Feの連絡路の密度と大きさは還元前の平均スケー
ル厚さと還元処理条件に依存するという点である。具体
的には、スケールが厚いほど還元Feの連絡路が形成さ
れにくくなり、めっき皮膜の密着性は低下する。一方、
熱処理炉の還元力が高いほど、還元Feの連絡路がより
高密度に且つ大きく形成され、めっき皮膜の密着性は向
上することが判った。
【0010】さらに、本発明者らが得た第三の知見は、
還元前の平均スケール厚さは、鋼板の熱間圧延条件によ
って決定されるという点である。すなわち、熱間圧延の
仕上温度と巻取温度が高いほど、形成されるスケール層
の厚さが厚くなることが判明した。以上の3つの知見事
実は、未還元スケール層上のめっき皮膜の密着性は還元
Fe連絡路の量(形成密度および大きさ)に依存し、還
元Fe連絡路の量は還元前の平均スケール厚さと還元条
件に依存し、還元前の平均スケール厚さは熱延条件によ
って決定されるというものである。したがって、熱延条
件と還元条件を相互的に制御することによって、未還元
スケール層内に必要な量の還元Fe連絡路を形成すれ
ば、めっき皮膜の密着性を確保することができる。
【0011】以下、本発明法の詳細を説明する。まず、
熱延鋼板表面に生成するスケール量は熱間圧延時の仕上
温度と巻取温度によって決まり、その関係はほぼ下記
(2)式で表されることが判った。 Sh=0.0356×FT+0.0056×CT−26.95 … (2) 但し Sh:熱間圧延後の鋼板スケール層の平均厚さ(μ
m) FT:熱間圧延における仕上温度(℃) CT:熱間圧延における巻取温度(℃)
【0012】さらに、めっき後に十分な皮膜密着性を得
るのに必要な量(形成密度および大きさ)の還元Fe連
絡路を形成するためには、連続溶融めっきラインの熱処
理炉(還元炉)において、下記(3)式の条件で還元すれ
ばよいことが判った。 0.00342×H×t×exp(-1/RT)-Sh+4≧0 … (3) 但し Sh:熱間圧延後の鋼板スケール層の平均厚さ(μ
m) H :熱処理炉還元帯の水素濃度(%) t :熱処理炉還元帯での鋼板通過時間(sec) RT:熱処理炉還元帯での最高到達板温(℃)
【0013】上記(2)式と(3)式をまとめたものが下記
(1)式である。 H×t×exp(−1/RT)≧10.4×FT+1.6×CT−9050 … (1) 但し H :熱処理炉還元帯の水素濃度(%) t :熱処理炉還元帯での鋼板通過時間(sec) RT :熱処理炉還元帯での最高到達板温(℃) FT :熱間圧延における仕上温度(℃) CT :熱間圧延における巻取温度(℃)
【0014】したがって、上記(1)式を満足する条件で
熱間圧延および還元処理を実施すれば、酸洗工程を省略
してもめっき密着性に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板を製
造することができる。このため本発明では、上記(1)式
を満足する条件で熱間圧延及び連続溶融めっきラインで
の還元処理を行う。また、本発明によれば、従来技術の
ように還元工程の前に熱延鋼板のスケール厚さを測定す
る必要がなく、このため高い生産性が得られる。なお、
本発明の製造法では、溶融めっきされた鋼板は必要に応
じて合金化処理される。本発明が製造の対象とする溶融
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−アルミニウム系合金めっ
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。
【0015】
【実施例】低炭素Alキルド鋼のスラブを種々の熱延条
件(仕上温度および巻取温度)で熱間圧延した後、該熱
延鋼板(板厚1.0mm)を酸洗処理することなく連続
溶融めっきラインに装入し、熱処理炉の還元帯(N2
2ガス雰囲気)で還元条件を種々変えて還元処理し、
引き続き溶融亜鉛めっきを施した。溶融亜鉛めっき条件
は、めっき浴中Al濃度:0.16wt%、めっき浴
温:465℃、侵入板温:475℃、めっき付着量(両
面の合計付着量):150g/m2とした。なお、他の
製造条件は連続溶融めっき設備で通常採用される標準的
な条件とした。得られた溶融亜鉛めっき鋼板についてめ
っき密着性の評価を行った。その結果を、熱延条件およ
び還元処理条件とともに表1〜表5に示す。なお、めっ
き密着性の評価は、めっき鋼板に2t曲げを加え、曲げ
部外面にテープ剥離試験を実施し、めっき皮膜が剥離し
なかったものを○、剥離したものを×とした。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】
【0020】
【表5】
【0021】
【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て、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、めっき密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を高
い生産性で製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上杉 基 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 味野 圭介 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10−46308(JP,A) 特開 平10−46307(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40 C21D 8/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にスケール層を有する熱延鋼板を脱
    スケール処理することなく連続溶融めっきラインに装入
    し、熱処理炉の還元性ガス雰囲気中において、当該熱延
    鋼板の熱間圧延における仕上温度及び巻取温度に応じ
    て、下記(1)式を満足する条件で還元処理した後、溶融
    めっきを施すことを特徴とする溶融亜鉛系めっき鋼板の
    製造方法。 H×t×exp(−1/RT)≧10.4×FT+1.6×CT−9050 … (1) 但し H :熱処理炉還元帯の水素濃度(%) t :熱処理炉還元帯での鋼板通過時間(sec) RT :熱処理炉還元帯での最高到達板温(℃) FT :熱間圧延における仕上温度(℃) CT :熱間圧延における巻取温度(℃)
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