JP3400289B2 - めっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

めっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、めっき密着性に優
れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関し、特に
自動車用防錆鋼板として多用されている鋼板の製造技術
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、自動車用防錆鋼板としては、優れ
た犠牲防食能の観点から亜鉛系の溶融めっき、あるいは
電気めっき鋼板が開発され、実用化されている。なかで
も、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、製造コストが低廉で
且つ高耐食性を有するので、亜鉛系のめっき鋼板のうち
でも特に実車に多用されている。しかしながら、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板に溶融亜鉛めっきを施した
後、通常500℃近傍の温度域で合金化処理を施し、地
鉄とめっき層である亜鉛との相互拡散によって両者の界
面にZn−Feの金属間化合物を生成させて製造するた
め、電気めっきを施した亜鉛めっき鋼板に比較して、本
質的にめっき層と鋼板との密着性が悪いという問題を有
している。
【0003】そのため、溶融亜鉛めっき、あるいは合金
化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には、めっき浴中
に適当量のAlを添加し、前記密着性を改善する方策が
考えられ、現在生産されている亜鉛系溶融亜鉛めっき鋼
板は、通常、Al含有亜鉛浴を用いて製造されている。
しかしながら、上記の方策のみでは、自動車用鋼板とし
て要求されているめっき層の密着性を常に確保するには
不十分であり、例えば溶融亜鉛めっき浴内のAl濃度の
厳密な管理、合金化温度の適正化などが行われている。
さらに、最近では、特開平1−279738号公報に目
付制御完了後合金化炉内の昇温過程で470℃以上の板
温に到達する間での時間が2.0秒以下の急速加熱を施
し、合金化完了後は冷却過程において板温度が420℃
以下の温度域まで2秒以下で急速冷却することが開示さ
れており、合金化時の急速加熱、急速冷却により良好な
密着性を確保しようとする技術が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の場合、既往の研究によって、めっき層の密着性と
めっきの相構造との間には密接な関係があること、つま
り鋼板と地鉄との界面に形成される鉄含有率の高い金属
間化合物Г相の存在量が多くなると、密着性が劣化して
くることが知られている。先にも述べたように、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板でのめっき層は、亜鉛めっき層と鋼
板との相互拡散により形成されるので、通常の方法で
は、めっき浴にAlが存在していても、めっき層と鋼板
との界面に不可避的にГ相が生成してしまう。さらに、
合金化温度や合金化時の加熱速度、冷却速度等の合金化
条件の適正化を行い、Г相生成をある程度まで抑制可能
であるとしても、その生成を完全に抑制することができ
ない。従って、製品鋼板のめっき密着性も相対的には良
好になるが、十分な水準に到達したとは言い難い。
【0005】本発明は、かかる事情に鑑み、従来よりも
一層めっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を
製造する方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的を
達成するため鋭意研究を重ね、優れためっき密着性を有
する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するには、めっき
後だけの対策では限界があり、めっき前の鋼板性状を適
正化することによって密着性の飛躍的な向上が可能であ
ることを見出した。
【0007】すなわち、本発明は、合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造にあたり、素材となる鋼板の熱間圧延時の
巻取温度を600℃以上とし、溶融めっき後、30℃/
sec以上の昇温速度で470〜510℃まで昇温しこ
の温度域に保持する合金化処理を行い、鉄含有率8〜1
1wt%のZn−Fe合金めっき層を得ることを特徴と
するめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の
製造方法を提供する。この場合、さらに、合金化処理
後、420℃まで30℃/sec以上の冷却速度で冷却
することとすれば、さらにめっき密着性を向上させるこ
とができ好ましい。
【0008】本発明では、素材となる鋼板の巻き取り温
度を限定し、これとめっき層合金化時の昇温速度とを組
合わせ、さらに合金化後の冷却速度の規定も付加したの
で、合金化時にΓ相の出現を抑えることができる。その
結果、めっき中の鉄含有率の管理と併せ、従来より著し
く優れためっき密着性を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼
板を製造することが可能になった。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
する。上述のように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の良好
な密着性を確保するためには、合金化処理時にめっき層
と鋼板との界面に現れるГ相を極力抑制することが必要
である。発明者は、まずこのГ相量と合金化条件との関
係について調査し、以下のように、合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板について優れた密着性を得る合金化条件を見出し
た。
【0010】合金化温度に関しては、めっき浴を出た時
の板温を470〜510℃の範囲に昇温、保持すること
が必要条件であり、望ましくは480〜490℃の範囲
での合金化が必要となる。470〜510℃以外の温度
範囲における合金化では、昇温速度等の他の条件を変え
ても良好な密着性を得ることは困難である。470℃未
満の温度で合金化すると、めっき表相にζ相が生成しや
すくなる。ζ相は鉄の固溶限が少ないため、ζ相がZn
−Fe合金層表面に存在すると、δ1 単相の場合に比較
して地鉄からの鉄の拡散が抑制され、結果的に界面の鉄
含有率が上昇してГ相が生成しやすくなる。ζ相のめっ
き表面での出現は、Г相生成を助長するのみならず、他
の性能への影響、例えばプレス加工時のフレーキング性
の劣化、摺動性の劣化などという観点からも不利とな
る。また、合金化温度が510℃を超えるような高温に
なると、Г相が生成しやすくなることは状態図上からも
明らかであり、合金化温度は510℃を超えてはいけな
い。
【0011】本発明では、合金化処理を上記温度範囲で
行うようにしたが、Г相の抑制にはめっき層中の鉄含有
率の調整も極めて重要であり、合金化溶融亜鉛めっき鋼
板製造後のめっき中の鉄含有率を8〜11wt%に管理
する必要がある。鉄含有率を上記範囲とするのは、鉄含
有率が8wt%未満ではめっき表層に未合金のη相が残
存し、耐食性、塗膜密着性等の諸性能に悪影響を与える
ためであり、また、11wt%を超えると、めっき層と
鋼板との界面にГ相が多量に生成するようになり、良好
な密着性を確保するのが困難となるためである。このめ
っき中の鉄含有率は主としてめっき厚さ、合金化処理温
度及び処理時間に支配される。合金化温度が470〜5
10℃の範囲内では合金化処理時間は10〜20sec
が適切である。合金化処理時間が30sec以上になる
と鉄含有量が11wt%を越えるので好ましくない。以
上のように、密着性の良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板
の製造のためには、合金化処理時間の適正な調整等によ
って、鉄含有率を上記範囲内にすることが必要である。
【0012】次に、発明者は、めっき密着性に大きな影
響を与える条件として、合金化時の昇温速度、冷却速度
をある値以上にして高速昇温、高速冷却することが必要
であることも見出した。昇温速度としては、めっきに引
き続いて行われる付着量の調整後、合金化温度への昇温
時に30℃/sec以上の昇温速度で加熱することによ
って、合金化時のГ相生成を極力抑制することが可能と
なる。この理由は、次の通りである。すなわち、合金化
時の昇温速度が低い場合、ζ相が生成しやすい470℃
未満の低温領域に滞留する時間が長くなり、ζ相が生成
した状態で合金化が進行し、先に述べたのと同様の理由
からめっき層と鋼板との界面にГ相が生成しやすくなる
ためである。また、合金化が良好に終了しても、冷却速
度が十分に速くないと、ζ相が生成し易くなる。つま
り、ζ相が存在しうる温度領域を長時間通ることになる
ので、δ1 相からζ相への変態が起こり、先に述べたの
と同様の理由からГ相が生成しやすくなるのである。よ
って、合金化時の冷却速度に関しても、30℃/sec
以上という大きい冷却速度で冷却することが望ましい。
【0013】さて、これまで記した合金化時の昇温速
度、冷却速度だけを規定しただけでは十分な密着性を確
保するには、まだ不十分であった。そこで、発明者は、
めっき前の鋼板性状を最適化することに着眼し、これを
上述の合金化時の昇温速度、冷却速度と組合せることに
よって、密着性を格段に向上させることができることを
見出した。ここでいう鋼板性状の最適化は、熱間圧延時
にある温度以上で鋼板を巻き取ることによって可能とな
る。すなわち600℃以上の温度で巻き取ることによ
り、合金化亜鉛めっき鋼板の密着性が格段に向上するこ
とが明らかになった。その理由は次のとおりと考えられ
る。熱間圧延時の鋼板の巻き取り温度を600℃以上と
すると熱間圧延時に生成される鉄系酸化物層の下に粒界
酸化層が形成される。この粒界酸化層は冷間圧延後も、
鋼板表層に酸化物を分散した形で存在する。この粒界酸
化層は鋼中成分として添加されているMn等の合金元素
が溶融亜鉛めっき製造工程における焼鈍時または昇温時
に表面濃化するのを著しく抑制し、引き続いて行われる
合金化処理時に鉄の拡散速度を向上させる作用を持つ。
よって上記理由により、熱間圧延時の巻き取り温度を規
定することにより全体的に合金化速度が早くなり、上述
の合金化処理時の昇温速度を上げる効果がさらに有効と
なる。
【0014】合金化時の昇温速度を30℃/sec以上
にするための具体的手段としては、ガス加熱、インダク
ション・ヒーティングなどを挙げることができる。本発
明では、昇温速度を30℃/sec以上に確保できれ
ば、その手段を特に限定するものではない。さらに、合
金化処理後に420℃までの冷却速度を30℃/sec
以上確保するには、ガス冷却やミスト冷却又はフォグ冷
却等のように水を噴霧して冷却する等の手段が挙げられ
るが、前記した昇温速度を高める手段と同様に、本発明
では、その手段を特に限定するものではない。
【0015】本発明は、熱間圧延時の巻取温度を規定す
ることにより実現するものであるが、熱間圧延後から溶
融めっきまでの工程としては特にこれを限定するもので
はなく、めっき素材としては冷間圧延鋼板、熱延鋼板の
いづれでもよい。
【0016】
【実施例】以下本発明の実施例を挙げて説明する。Ti
−Nb系の極低炭素軟鋼板を実ラインで表1に示す各巻
き取り条件温度で製造した。この材料を、実験室規模で
酸洗、冷間圧延し、実験室で竪型溶融めっき装置を用
い、アルカリ電解脱脂、塩酸酸洗に引き続き、以下の条
件で焼鈍し、溶融亜鉛めっきを行った。 (焼鈍条件) 雰囲気 : 5%H2 −N2 露点 : −40℃ 昇温速度 : 10℃/sec 焼鈍温度 : 800℃ 冷却時間 : 20sec. 但し、焼鈍後の冷却は、雰囲気ガスを鋼板に吹き付ける
ことにより行った。また、鋼板に取り付けた熱電対によ
って鋼板の温度を測定し、最も冷却速度の遅くなるめっ
き浴浸入直前の冷却速度を検出してそれも表1に示し
た。 (溶融めっき条件) めっき浴濃度: Al:0.14wt%、Fe:0.04wt%、 Pb:0.008wt% 浴温 : 475℃ 浸入板温 : 475℃ 浸漬時間 : 1sec. めっき付着量: 50g/m2 次に、以上の方法で製造した溶融亜鉛めっき鋼板を、直
接通電方式の加熱炉に装入し、一定温度で合金化処理を
行い、窒素ガスを吹き付けて冷却した。昇温速度の調整
は、投入電力を適宜変更することにより行い、冷却速度
の調整は窒素ガス流量を適宜変更することにより行っ
た。表1には、板温420℃以上での昇温速度、合金化
温度、合金化時間、さらに合金化処理後の板温が420
℃になるまでの冷却速度も記載してある。
【0017】
【表1】
【0018】上記のようにして得られた合金化溶融亜鉛
めっき鋼板のめっき層を、インヒビター入りの塩酸に溶
解させ、ICP発光分光分析法でめっき層中の鉄含有量
を分析した結果を表1に示す。さらに、めっき層の性能
試験としては、サンプル・サイズ:幅40mm×長さ1
00mmのサンプルを90度曲げ戻した時のテープ剥離
しためっきを、めっき剥離量として螢光X線分析するパ
ウダリング性試験を行い、めっき剥離量として螢光X線
にて測定したcps(count/sec)を指標と
し、このcps値も合わせて表1に示した。
【0019】
【発明の効果】表1に示すように、熱間圧延時の巻き取
り温度、焼鈍後の冷却速度、合金化処理時の昇温速度、
合金化温度、冷却速度、さらにめっき層中の鉄含有率を
それぞれ適正化することによって、合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板のめっき密着性を飛躍的に向上させることができ
る。本発明によれば、従来に比し格段とめっき密着性に
優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができ
るようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−31620(JP,A) 特開 平1−279738(JP,A) 特開 平6−256857(JP,A) 特開 平9−41111(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】 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造にあた
    り、素材となる鋼板の熱間圧延時の巻取温度を600℃
    以上とし、溶融めっき後、30℃/sec以上の昇温速
    度で470〜510℃まで昇温しこの温度域に保持する
    合金化処理を行い、鉄含有率8〜11wt%のZn−F
    e合金めっき層を得ることを特徴とするめっき密着性に
    優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 さらに、合金化処理後、420℃まで3
    0℃/sec以上の冷却速度で冷却することを特徴とす
    る請求項1記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛
    めっき鋼板の製造方法。
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