JP3262061B2 - 溶融亜鉛めっき方法 - Google Patents

溶融亜鉛めっき方法

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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、鋼材の連続溶融亜
鉛めっき方法に関する。さらに詳しくは、めっき浴での
ドロスの発生を抑制した溶融亜鉛めっき方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、溶融亜鉛めっき鋼板は安価な
防錆鋼板として、家電、建材、家具、什器等様々な用途
に適用されている。とりわけ、溶融亜鉛めっき後に亜鉛
めっき層をFe−Zn合金化処理した合金化溶融めっき
鋼板は溶接性と塗装後の耐食性がよいので自動車外装用
鋼板に大量に使用されている。このような用途拡大にと
もない、溶融亜鉛めっき鋼板の品質特性、特に表面品質
に対する要求が厳しくなっている。
【0003】溶融亜鉛めっきを施す際にはめっき槽内で
ドロスが発生する。ドロスは母材が溶融亜鉛めっき浴に
浸漬されている間に溶出したFe原子が浴中のZnやA
lと反応して金属間化合物を形成し、それが粒状に凝集
成長したものである。ドロスの内比重が大きいものはめ
っき槽底部に沈積し、比重が軽いものは浴表面に浮上す
る。いずれもシンクロール等のめっき装置に付着して作
業性を損なったり、鋼板に付着して表面欠陥の原因にな
る。鋼板にドロスが付着すると、外観が損なわれるう
え、プレス成形時に鋼板に押し込まれて反対面にプリン
トスルーと称される外観不良が発生する要因になるの
で、ドロスが付着した鋼板は外観が重要視される用途に
は使用できない。
【0004】溶融亜鉛めっき浴のAl濃度を高めて鋼板
からのFeの溶出を抑制するとともに、ドロス化合物の
変態を利用することにより、ドロスの発生をある程度抑
制できる。しかし、めっき浴のAl濃度を増加させてめ
っきすると、めっき層をFe−Zn合金化する際の反応
性が著しく阻害されるので生産性を損なううえ、合金化
反応が不均一になり鋼板の表面性状が悪くなることがあ
る。これらの理由から溶融亜鉛めっき浴のAl濃度を増
加させるのは必ずしもよい方法ではない。
【0005】特開平2−34761号公報には、溶融亜
鉛めっき浴のめっき槽をめっき域、ドロス処理域、Al
除去域に区分し、ドロスを含有するめっき浴をドロス処
理域に導き、Alを添加してドロスと反応させて浴中ド
ロスを浮上させてを除去する。その後Al除去域でドロ
ス除去浴に脱Al剤を添加してAl含有量を調整し、こ
れをめっき域に戻してめっきする方法が開示されてい
る。しかしこの方法では、めっき域以外にドロス処理域
と浴のAl濃度調整域が必要であるので従来の方法に較
べて大型のめっき槽が必要となり、スペースや設備費が
増すので容易にはおこなえない。
【0006】特開平2−133559号公報には、溶融
亜鉛めっき浴のスナウト内部のめっき浴の表面に浮遊す
るドロスを470℃以上に加熱し、めっき浴温度を45
0℃以上、470℃未満に保持してめっきをおこなう方
法が開示されている。この方法は、スナウト内部に存在
するドロスを加熱して軟化させ、めっき浴に浸漬される
鋼板にドロスが接触してもすり疵とならないようにする
ものである。しかしながらこの方法ではスナウト外に存
在するドロスには効果がないうえ、鋼板に付着したドロ
スは従来と同様に表面外観を損ないプリントスルーの原
因にもなるため、ドロス欠陥対策としては不十分であ
る。
【0007】特開平8−502098号公報には、めっ
き浴中に0.005重量%から飽和するまでの量のSi
を含有させた溶融亜鉛めっき浴を用いてめっきする方法
が開示されている。めっき浴にSiを含有させることに
よりFe−Zn系からなるボトムドロスの発生が抑制さ
れるとしている。しかしながら、この様なめっき浴を用
いてめっきすると、めっき浴中のSiによって合金化処
理時の反応性が阻害されるおそれがある。
【0008】ドロスの発生はいわば自然現象であるた
め、以上述べたように、従来は発生したドロスの除去方
法を中心にしてドロス欠陥防止方法が検討されてきた。
しかしこれらの方法はいずれも効率的におこなえないう
え、欠陥防止効果も十分ではない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、ドロスに起因する表面欠陥が生じない鋼材
の溶融亜鉛めっき方法を提供することにある。特に、合
金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造にも好適な、ドロスの発
生そのものを効率的に抑制できる方法を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
溶融亜鉛めっき方法にある。
【0011】母材をめっき温度に調整し、めっき浴に浸
漬させて溶融亜鉛めっきする方法において、めっき浴の
温度を435〜455℃の範囲に設定し、母材のめっき
浴浸漬温度をめっき浴の設定温度±10℃の範囲とし、
めっき浴の温度変動を設定温度±3℃の範囲内に抑制し
つつめっきすることを特徴とする鋼材の溶融亜鉛めっき
方法。
【0012】溶融亜鉛めっき浴のAl濃度を高めれば鋼
板から溶出するFe量を抑制できることは従来から報告
されている。しかし上述したように、めっき浴のAl濃
度を高めてめっきするとZnめっき層を合金化する際の
合金化反応が阻害されるため、Alを0.13重量%
(以下、化学組成の%表示は重量%を意味する)を超え
る濃度としためっき浴を用いるのは困難である。
【0013】本発明者等は、鋼板がめっき浴中に浸漬し
ている間に生じる鋼板とZnとの間の反応現象について
詳細な研究をおこなった結果、めっき浴温度を亜鉛付着
量の制御が困難にならない範囲で低温にし、めっき槽内
のめっき浴温度の変動を小さくすることで、溶出するF
e量を著しく抑制できることを見出した。
【0014】めっき浴には鋼板が連続的に浸漬されるた
め、めっき浴のFe濃度は常時飽和に近い状態にある。
めっき浴温度を高くすると溶融亜鉛へのFeの溶解度が
高くなり溶出速度が増すので、鋼板からのFe量の溶出
が促進される。逆にめっき浴温度が低くなるとFeの溶
解度が低下して過飽和になったFeがドロスとして析出
する。従ってめっき浴のドロスの発生を抑制するには、
めっき浴温度を低くし、かつ、めっき浴温度を変動させ
ないでめっきすることが重要である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。
【0016】めっき母材の種類は特に限定するものでは
なく、極低炭素鋼、低炭素鋼、Si、Mn、Pなどを含
有する鋼が対象となる。鋼の強度で言えば、軟鋼や各種
の高張力鋼等である。以下は鋼板を母材にする場合を例
として説明するが、鋼の形態は鋼板に限定する必要はな
く、鋼管、条鋼、形鋼等でもよい。鋼板の品種としては
冷間圧延鋼板でも熱間圧延鋼板でも構わない。
【0017】母材はめっき浴近傍の温度に調整された後
溶融亜鉛めっき槽に送給される。母材は、公知の連続式
溶融亜鉛めっき装置を用いて、めっき前の処理として還
元雰囲気内での高温加熱または焼鈍され、めっき浴温度
近傍まで冷却されるのが好ましいが、この方法に限定さ
れることはなく、例えば高温加熱や焼鈍を経ないでめっ
き浴温度近傍まで直接加熱してめっきする方法でも構わ
ない。
【0018】めっき浴の設定温度:めっき槽内で鋼板が
浸漬されている部分のめっき浴の狙いとする温度(本発
明では、単にめっき浴の「設定温度」と記す)は435
〜455℃の範囲とする。
【0019】めっき浴温度が低いほどドロスの発生が抑
制される。めっき浴温度が455℃を超えると、めっき
浴へのFeの溶出量が著しくなりドロスの発生量が増す
ので、設定温度は455℃以下とする。好ましくは45
0℃以下である。めっき浴温度が過度に低くなると溶融
亜鉛の粘性が増し、めっき浴から引き上げられた後に施
される高圧ガスなどによるめっき付着量の調整が困難に
なる。このため、めっき速度を遅くする必要が生じるの
で生産性を損なう。さらにめっき浴温度が過度に低くな
ると、めっきたれ(溶融亜鉛の凝固部分が垂れて凸状に
なったもの)などの表面欠陥が発生しやすくなるので好
ましくない。このため、設定温度は435℃以上とす
る。より好ましくは440℃以上である。
【0020】鋼板の浸漬温度:めっき浴に浸漬される際
の鋼板の温度は、めっき浴温度変動を抑制するために、
めっき浴温度に近い温度にするのがよい。鋼板の浸漬温
度がめっき浴の設定温度に対して10℃を超えて高くな
ると、浸漬される鋼板近傍のめっき浴の温度が上昇し、
鋼板から溶出するFe量が増加すると共に、めっき浴温
度の変動が激しくなるので好ましくない。
【0021】鋼板の浸漬温度がめっき浴の設定温度より
も10℃を超えて低くなる場合には、めっき浴の温度を
設定温度に保持するためにめっき浴加熱手段からの入熱
を過度に大きくする必要があり、めっき槽内各部の温度
差が拡大するおそれがある。さらに、めっき浴中に設け
られているシンクロールの温度が低下し、めっき浴に溶
解していたFeがシンクロール表面に析出してドロスに
なる。これらの不都合を避けるために鋼板の浸漬温度
は、めっき浴の設定温度−10℃以上とする。このた
め、鋼板の浸漬温度はめっき浴の設定温度±10℃の範
囲にする。より好ましくは、設定温度以上、設定温度+
10℃以下の範囲とするのがよい。
【0022】めっき浴の温度変動:めっき槽内のめっき
浴全体を均一な温度にするのが望ましいが、めっき槽内
には高温かつ大量の溶融金属があるので局所的に温度差
が生じやすい。しかしめっき浴槽内での温度差が過度に
大きくなると、低温部で過飽和のFeが析出し、ドロス
が発生する原因になる。
【0023】この温度は、経時的な変動も問題になる。
たとえば、めっき浴温度が高くなりFeの固溶量が増し
た後にめっき浴温度が低下すると、Feの溶解度が減少
するために過剰のFe分がドロスとして析出する。この
ようにめっき浴の温度変動が繰り返される度にドロスが
発生する。本発明では、めっき浴の温度変動によるドロ
スの発生を抑制するために、めっき浴の温度変動を設定
温度に対して±3℃以内に限定する。
【0024】めっき浴の温度を設定温度に保持し、さら
にめっき槽内のめっき浴の温度変動を抑制するには、め
っき槽からの放熱と入熱をバランスさせるのがよい。こ
のため、上述のようにめっき浴に浸漬される鋼板温度の
管理に加えて、さらに、めっき槽またはめっき浴を加熱
する手段を設けるのがよい。加熱手段は公知の方法でよ
く、例えば誘導加熱装置や電気抵抗加熱装置などを、め
っき槽の底部や側壁面など必要な部分に設け、鋼板浸漬
温度やめっき浴温度の変化に応じて入熱量を制御するの
がよい。
【0025】本発明の対象とするめっき浴は、公知の溶
融亜鉛めっき並びに合金化溶融亜鉛めっき製造時に用い
られる亜鉛めっき浴であればよい。一般に浴中Al濃度
は0.05〜0.5%の範囲であれば問題なく、Fe、
Pb、Sb、 Ni、Cr、Cd、Sn、Bi、Mg、
Ti等が不可避的に少量含まれていても、本発明の効果
は変わらない。
【0026】
【実施例】(実施例1)化学組成が、重量%で、C:
0.002%、Si:0.01%、Mn:0.25%、
P:0.01%、solAl:0.025%、Ti:
0.03%、残部がFeおよび不可避的不純物からな
る、厚さ0.5mm、幅60mmの冷間圧延鋼帯を母材
とした。狭幅鋼帯の連続処理が可能な溶融亜鉛めっき設
備を用いてこの鋼帯を連続的にめっきした。
【0027】図1は、鋼帯の通板状況と温度測定場所を
示すためのめっき槽断面の模式図である。カーボン製の
めっき槽4にAlを0.10%含有し、さらにFeを飽
和するまで含有させた50kgの溶融亜鉛めっき浴2を
満たした。図1のめっき槽4内の湯面または槽低面から
の距離dが100mmの場所で〜で示す5個所に磁
製管で保護した熱電対を配設した。めっき浴の設定温度
はの熱電対で測定される温度であり、めっき作業中は
この温度が設定値を保つように、めっき槽の下部に設
けられている加熱装置6からの入熱量が自動的にオン−
オフして調整される。めっき開始前には5個所の温度が
いずれも設定温度で均一になるように調整した。
【0028】母材は前処理として70℃の3%NaOH
水溶液中に浸漬し、水洗し、乾燥した後、通板速度3m
/分で、水素20体積%、残り窒素からなる露点が−5
0℃の雰囲気中で820℃に加熱し30秒間保持する還
元焼鈍を施した後、めっき浴浸漬温度まで冷却した。次
に、設定温度に保持された溶融亜鉛めっき浴2に浸漬
し、シンクロール3を介して上方に引き上げ、ノズル
(図示せず)から高圧ガスを吹き付けてめっき付着量を
調整して連続的にめっきした。
【0029】母材の浸漬温度と浴温設定値は変更しない
で1時間連続的にめっきし、その間に生じるの設定温
度からの変動量を測定した。また、1時間連続めっきし
た後のめっき浴を遠心分離器に移し、めっき浴に含有さ
れている固相分を遠心分離器を用いて分離し、固相分の
重量を測定してドロス発生量を評価した。また、1時間
連続めっきした後シンクロールを引き上げ、その表面を
目視観察してシンクロール表面でのドロスの発生状況を
観察した。さらにめっき後の製品表面を目視検査し、め
っきたれの発生状況を以下の基準で判定した。
【0030】 ◎:めっきたれがまったく無い、 ○:少量発生しているが問題ないレベル、 ×:多量に発生し不合格。
【0031】この様な調査を、母材の浸漬温度とめっき
浴設定温度を種々の範囲で変更しておこない、ドロスの
発生に対するこれらの要因の影響状況を調査した。これ
らの評価結果をめっき条件と共に表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】表1に示されているように、本発明の規定
する範囲内の条件でめっきした試番1〜10はいずれも
ドロスの発生量が少なく、シンクロール表面にもドロス
の付着が無く、めっき後の鋼板表面にはドロスが無く良
好であった。めっき浴の設定温度を440〜450℃と
した場合が特に良好であった。これに対し、めっき浴設
定温度が435℃に満たなかった試番11ではめっきた
れが発生した。めっき浴設定温度が455℃を超えた試
番12ではドロス発生量が多く、鋼板表面がよくなかっ
た。鋼板の浸漬温度が低すぎた試番13では浴温変動も
大きく、ドロスが多く、シンクロールにもドロスが付着
し、めっき後の鋼板の外観がよくなかった。めっき浴の
温度の変動が大きすぎた試番14および15ではドロス
発生量が多く、鋼板表面がよくなかった。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、溶融亜鉛めっき鋼材の
製造時に鋼材にドロスが付着するのを防止できるので、
建材、自動車、家電等の構成部材として好適な、良好な
表面品質特性を備えた溶融亜鉛めっき鋼材を効率的に製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】めっき槽断面の模式図である。
【符号の説明】
1・・・鋼帯、2・・・めっき浴、3・・・シンクロー
ル、4・・・めっき槽、5・・・スナウト、6・・・加
熱装置、7・・・保温材、〜・・・熱電対。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 洋三 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−53744(JP,A) 特開 平7−180017(JP,A) 特開 平1−316444(JP,A) 特開 平3−188250(JP,A) 実開 平7−31852(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材をめっき温度に調整し、めっき浴に浸
    漬させて溶融亜鉛めっきする方法において、めっき浴の
    温度を435〜455℃の範囲に設定し、母材のめっき
    浴浸漬温度をめっき浴の設定温度±10℃の範囲とし、
    めっき浴の温度変動を設定温度±3℃の範囲内に抑制し
    つつめっきすることを特徴とする鋼材の溶融亜鉛めっき
    方法。
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