JP3444007B2 - 高加工性、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車車体と
して使用される溶融亜鉛めっき鋼板、とくに極低炭素鋼
にＳｉ，Ｍｎを多量添加して高強度化をはかった高加工
性を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車車体などの用途に用いられる鋼板
には、一般に、加工性、耐食性などの特性が優れている
ことが必要である。とりわけ、融雪塩使用地域、海浜地
区で使用される自動車車体用鋼板には特に良好な耐食性
が要求される。このような厳しい腐食環境に耐え、しか
も経済的な鋼板として、鋼板表面に亜鉛めっき、特に溶
融亜鉛めっきを施したもの、あるいは溶融亜鉛めっき後
さらに加熱処理を施してめっき層をＺn −Ｆe 合金とす
ることにより溶接性と塗装後の耐食性を改善したものが
多用されている。

【０００３】一方、近年、地球温暖化の問題がクローズ
アップされるに至り、省エネルギー化、特に自動車の燃
費向上のために車体の軽量化が論じられるようになっ
た。この車体の軽量化を図るための効果的な方策は、車
体に使用される鋼板の高強度化である。そのうえ、自動
車車体においては意匠性が特に重視されることから、用
いられる鋼板には高度な加工に耐えうる加工性も必要で
ある。

【０００４】したがって、上記の用途に用いられる鋼板
としては、高加工性で高強度な特性を有する溶融亜鉛め
っき鋼板が最適であるといえる。

【０００５】ところで、通常の溶融亜鉛めっき鋼板は連
続溶融亜鉛めっき装置（以下、「ＣＧＬ」と略記す
る。）を用いて、圧延油等を燃焼あるいはアルカリなど
による脱脂により除去し、酸洗による板面クリーニン
グ、焼鈍、溶融亜鉛浴への浸漬、ガスワイピングによる
目付量を調整し、また、場合によってはさらに、合金化
などの処理を連続的に行って製造される。

【０００６】このようなＣＧＬによって、上記の高強度
溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると”不めっき”と称する
めっき不良を招くという難点がある。この不めっきは、
高強度を図るために添加されるＳi 、Ｍn 等の成分が焼
鈍時に鋼板表面に酸化濃化し、鋼表面に生成したＳi 、
Ｍn 等の酸化物が溶融亜鉛との濡れ性を著しく劣化させ
るために生ずるものである。

【０００７】そこで、上記の不めっき現象を抑制するた
めの方法が、従来からいくつか提案されている。例え
ば、ＣＧＬに導入する前の鋼板にＮi 系あるいはＦe 系
の電気めっきを行う方法（特開昭６１−１４７８６５号
公報、特開平２−１９４１５６号公報）、あるいはクラ
ッド法によりＳi 、Ｍn 等の含有量の少ない鋼を表層に
してめっきし、濡れ性を改善する方法（特開平３−１９
９３６３号公報）が開示されている。また、燃焼ガス加
熱帯を有するＣＧＬで燃焼ガスの空気比を高くすること
により、鋼板表面に積極的に酸化膜を形成し、その後還
元してめっき濡れ性を改善する方法（特開昭５５−１２
２８６５号公報）、さらには、Ｓi 含有鋼板を対象に、
鋼板を研削後、酸化処理を行い、500 〜600 ℃の温度範
囲で還元してめっきする方法（特開平６−４１７０８号
公報）も提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術のうち、ＣＧＬに鋼板を導入する前に電気
めっきを行う方法は、たしかに高強度鋼板の溶融亜鉛め
っき性は改善するが、電気めっき設備の増設を必要とす
ること、工程数の増加により製造工程を煩雑にするこ
と、また特に多量のＳi 、Ｍn を含有した鋼板ではめっ
き量の増加を必要とし生産性の低下を招くことなどの問
題があった。また、クラッド化によってめっき性を改善
する方法も、同様に製造工程を煩雑化し、生産性の低下
を招いていた。

【０００９】また、鋼板表面を一旦酸化したあと還元し
て溶融めっきを行う方法は、これを、多量の合金元素を
含有し800 ℃を超える再結晶焼鈍を必要とする、高加工
性、高強度鋼板に適用しても、Ｓi 、Ｍn の表面への濃
化を充分に抑制することが困難であった。さらに、Ｓi
含有鋼を対象として提案された、研削後、酸化、還元す
る方法は、これを、多量のＳi , Ｍn を添加した鋼板に
対して適用してもめっき性の改善は得られるものの、研
削不良あるいは鋼板の形状不良に由来する研磨疵や研削
残りにより、筋状欠陥や不めっき欠陥を招来するという
問題があった。さらに、研削設備追加という新たな設備
投資と工程の煩雑化をも招いてしまうという問題もあっ
た。

【００１０】さらにまた、一般の高強度鋼板の溶融亜鉛
めっき鋼板では、溶融亜鉛めっき後に施す合金化処理
で、合金化が鋼中成分により阻害され、めっき表面に純
亜鉛相が存在する”焼けむら”と呼ばれる欠陥が生じ易
いという問題のほか、これを避けるために合金化温度を
高くすると、過合金化によりめっき層の鋼板への密着性
が低下するという問題もあった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、多量のＳi 、Ｍ
n を含有する場合に、新たな設備投資を伴うことなく、
上記従来技術が抱えていた問題を解決して、めっき性を
改善し、不めっきのない高加工性、高強度溶融亜鉛めっ
き鋼板を製造する技術を提案することにある。また、本
発明の目的は、めっき後の合金化を容易にし、めっき表
面の焼けむらおよびめっき層の密着性が良好な高強度溶
融亜鉛めっき鋼板を製造する技術を提案することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の問題
を解決すべく、多量のＳｉおよびＭｎを含有する高強度
鋼板について、めっき濡れ性、焼けむら及びめっき密着
性に及ぼす鋼板表面におけるＭｎ、Ｓｉ成分の濃化程度
の影響、これら成分濃化を抑制するために必要な濃化層
の除去、還元および酸化などの各処理条件について鋭意
研究した結果、次の知見を得た。 ・不めっきの抑制には、めっき濡れ性を阻害するＳi ,
Ｍn の表面濃化層が、めっき浴への導入時に存在しない
ことが必要であり、合金化の向上には、鋼板表面近傍で
これら鋼中添加成分が低濃度であることが好ましい。 ・鋼板の再結晶焼鈍後に表面濃化層を酸洗により除去す
ると、溶融亜鉛めっき前の還元において、再度の表面濃
化が起こり難い。 ・還元前に、Ｆe が酸化する雰囲気で加熱することによ
り、鋼板表面の濃化を更に抑制できる。 ・Ｓi , Ｍn を高濃度に含有する鋼板においては、Ｆe
酸化層の還元温度を６００℃以上の高温にすることが、
めっき浴との反応向上に必要である。 ・このようにようにしてめっきされた鋼板は加熱合金化
により耐パウダリング性等も健全な合金化溶融亜鉛めっ
きをすることができる。 ・表面濃化層を研削によって除去する場合には鋼板形状
により研削残りが現れて不めっきが起こり、研削面に微
小な疵が入った場合には合金化後に筋状の欠陥となる。

【００１３】本発明は、上記の知見に基づき完成された
ものであり、その要旨構成は次のとおりである。なお、
本発明はとくに引張強さが４５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、ｒ
値が１．６以上を示す高加工性、高強度の溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造に際して有利に適合する。 (1) Ｓｉ：０．３〜２．０wt％およびＭｎ：０．８〜
３．０wt％を含有する鋼板を再結晶焼鈍したのち、鋼板
表面の鋼中成分濃化層を酸洗により除去し、次いで酸化
処理により鋼板表面にＦｅ換算で１００〜２０００ｍｇ
／ｍ² の酸化物層を形成し、さらに６００℃〜再結晶温
度の温度範囲で還元処理を行ったのち、溶融亜鉛めっき
処理を行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板
の製造方法。

【００１４】(2) 上記溶融亜鉛めっき処理を行ったの
ち、さらに合金化処理を行うことを特徴とする上記(1)
に記載の製造方法。

【００１５】(3) 上記溶融亜鉛めっき処理ののち、また
は引き続いて行う上記合金化処理ののち、さらに上層め
っきを行うことを特徴とする上記(1) または(2) に記載
の製造方法。

【００１６】

【作用】以下に、本発明について具体的に説明する。ま
ず、めっき素材となる鋼板は、高加工性を得る目的か
ら、Ｃ量は極低炭と一般に呼ばれる０．０２wt％以下が
好ましい。よって、強化元素であるＳｉおよびＭｎを多
量に含有する必要がある。すなわち、これらの元素はい
ずれも鋼の強化に有用な元素であり、Ｓｉが0.3 ｗｔ％
未満、Ｍｎが0.8 ｗｔ％未満では、いずれも引張強さ４
５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上かつ加工性のよい鋼板は強度が得
られない。一方、Ｓｉが2.0 ｗｔ％超え、Ｍｎが3.0 ｗ
ｔ％超えになると、強度増加への添加効果が飽和してく
るとともに加工性の低下をひきおこす。また、Ｓi 、Ｍ
n を複合添加するのは、Ｓi 単独添加ではＣ：０．０２
wt％以下の極低炭素鋼で、冷却時にオーステナイトから
フェライトに変態する温度（Ａr₁変態点）が過度に高く
なって、熱延時の好適な仕上げ温度の確保を困難にした
り、熱延後の変態温度の上昇と熱延後の経過時間の増大
により熱延組織を粗大化させてしまうためであり、Ｍn
単独添加では、極低炭素鋼を昇温してフェライトからオ
ーステナイトに変態する温度（Ａc₁変態点）が低くなり
過ぎて、再結晶温度が高く取れずに再結晶に長時間を要
し好ましくないからである。したがって、Ｓｉは0.3 〜
2.0 ｗｔ％およびＭｎは0.8 〜3.0 ｗｔ％の範囲で添加
する必要がある。なお、好ましい添加範囲はＳｉは0.5
〜2.0 ｗｔ％、Ｍｎは1.5 〜3.0 ｗｔ％の範囲である。

【００１７】さらに、Ti、Nbは鋼中Ｃと反応し析出物を
形成して、Ｃを無害化して高加工性を得るのに有効であ
るので、［Ti］^* ／48＋［Nb］／93≧Ｃ／12を満足して
添加することが好ましい。ここで、［Ti］^* は［Ti］−
48（［Ｎ］／14＋［Ｓ］／32）が０以上のときは、 ［Ti］^* ＝［Ti］−48（［Ｎ］／14＋［Ｓ］／32） ０以下のときは、［Ti］^* ＝０とする。ただし、［T
i］、［Nb］、［Ｎ］および［Ｓ］はいずれも鋼中の各
元素量（wt％）を表す。これら成分のほかに、Ｎｉ，Ｃ
u , Ｐ, Ｃr , Ｍo およびＢ等の成分を、強度の増加、
耐食性の向上等の要求度に応じて適宜添加することもで
きる。

【００１８】このような成分範囲に調整された鋼は、ま
ず熱延および冷延によって板厚を調整した後、焼鈍（通
常は生産性の高い連続焼鈍）により再結晶焼鈍される。
連続焼鈍を行う場合には専用の連続焼鈍装置（ＣＡＬ）
を用いるのが好ましいが、ＣＧＬによってもめっき浴を
空通しすることにより可能である。この連続焼鈍雰囲気
としては、多量のスケールの発生を防止するために、鋼
に対し還元性が好ましい。例えば、数％Ｈ₂ −Ｎ₂ より
なる一般的な雰囲気でよい。連続焼鈍での鋼板到達温度
は鋼の成分組成および目標材質によって異なるが、７５
０〜９５０℃の温度範囲が好ましい。

【００１９】連続焼鈍にて再結晶焼鈍された鋼板には、
Ｓi 、Ｍn が表面に酸化物として濃化する。この表面濃
化層を酸洗除去後、次工程となるＣＧＬへ鋼板を導入す
る必要がある。表面濃化層の除去量は０．５〜５ｇ／ｍ
² の範囲で行うのが好ましい。酸洗による溶解除去では
酸洗槽内または酸洗槽浸漬前に研磨を採用することがで
きる。これらにより効率的に濃化層が除去される。この
酸洗装置（酸洗槽）はＣＧＬの入り側あるいはＣＡＬの
出側に設置するのが生産性の上から好ましいが、熱延鋼
板のスケールを冷延前に除去するために用いられる酸洗
ラインを用いることも充分可能である。

【００２０】次いで、表面濃化層を除去した鋼板に、所
定の酸化および還元処理を施して溶融亜鉛めっきを行
う。これらの一連の工程は、燃焼ガス加熱炉と輻射式の
還元炉を有するＣＧＬ、あるいは酸化ガス帯および還元
ガス帯からなる加熱炉を有するＣＧＬで処理することが
好ましい。具体的には、まずＦe の酸化雰囲気で加熱
し、鋼板表面にＦe の酸化層をＦe換算で１００〜２０
００ｍｇ／ｍ² 形成した後、引き続きＦe の還元雰囲気
で６００℃〜再結晶焼鈍温度に昇温して、鋼板表面のＦ
e 酸化物層を還元し、大気に触れることなくめっき浴温
程度まで冷却後めっき浴に導き溶融亜鉛めっきを行う。
なお、ＣＧＬでの鋼板の酸化、還元処理は、燃焼ガス加
熱帯を有するゼンジミアタイプのＣＧＬを用いても、あ
るいは鋼板を輻射または電磁誘導等で加熱しながらＦe
の酸化雰囲気帯、還元雰囲気帯へ導くものでもよい。ま
た、酸化のみを別設備で行い、その後ＣＧＬで還元、め
っきを行ってもよい。

【００２１】この酸化処理における鋼板表面の酸化層の
量は、Ｆe 換算で１００〜２０００ｍｇ／ｍ² が必要で
ある。１００ｍｇ／ｍ² 未満の酸化量では、めっき濡れ
性の改善は不十分になる。また、２０００ｍｇ／ｍ² を
超えるとＦe 酸化物層が多すぎて剥離し、焼鈍炉内を汚
染したり、剥離した箇所のめっき濡れ性を劣化させる。

【００２２】また、還元処理は、は６００℃〜再結晶温
度の温度範囲で行う必要がある。処理温度が６００℃未
満では、鋼板表面の活性化が不十分となり、めっき性が
足りずに不めっきを起こすほか、Ｆe 酸化物の還元に多
大の時間を必要とする。一方、再結晶温度を超えるとＳ
i 、Ｍn が再び濃化する傾向にあり、不めっきを招くこ
とになる。なお、還元の雰囲気は数％〜数十％のＨ₂ を
含有するＮ₂ が好ましく、還元量は酸化量の８０％以上
とするのがよく、還元時間は１０〜６０ｓｅｃ程度に調
整するのが生産上好ましい。

【００２３】このように酸化、還元された鋼板を、通常
の溶融亜鉛めっきの場合と同様に、５００℃前後に降温
後、通常の温度と組成の溶融亜鉛めっき浴に導入して亜
鉛めっきし、めっき浴から立ち上がる時にガスワイピン
グにより目付量を調整する。また、必要に応じて、その
後、直ちに加熱合金化処理し、あるいはさらに、合金化
処理後にＦｅ−Ｐめっき、Ｆｅ−Ｚｎめっきなどの上層
めっきを施してめっき特性の改善をはかることが可能で
ある。

【００２４】以上述べた工程を経ることによって、多量
のＳi 、Ｍn に起因する不めっき、めっき表面の焼けむ
らおよびめっき層の密着性を改善することができ、加工
性を兼ね備えた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を、特に新た
な設備投資をすることなく、また、従来のＣＧＬ製造設
備を特に変更することなく、比較的高い生産性を維持し
つつ、容易に製造することが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明の効果について実施例ととも
に説明する。表１に示す成分組成の鋼を真空溶解炉で溶
製し、１２５０℃に再加熱後、仕上げ温度９００℃の熱
延に続いて、コイル巻取り相当の処理として６００℃、
２ｈｒの均熱処理を行った。その後、室温で酸洗脱スケ
ール後、圧下率７０％で冷延を行い板厚を０．７ｍｍと
した。これを７０ｍｍ×１８０ｍｍに剪断し、電解脱脂
および塩酸酸洗を行い供試材とした。これらの供試材に
ついて、実連続焼鈍炉の条件を模した焼鈍処理を行った
後、室温にて酸洗または研磨により表面濃化層を除去
し、その後、縦型のＣＧＬシミュレーターを用いて、酸
化、還元および溶融亜鉛めっきを行った。

【００２６】

【表１】 ここで、焼鈍雰囲気を５％Ｈ₂ −Ｎ₂ （露点−２０℃）
とし、また酸化雰囲気を１％Ｏ₂ −Ｎ₂ 、還元雰囲気を
１５％Ｈ₂ −Ｎ₂ （露点−２０℃）とした。めっき浴に
は 0.14 wt％のＡl を含有する４７５℃の溶融亜鉛を用
い、鋼板温度を４７５℃として、３ｓｅｃ間のめっきを
行った後、ガスワイピングにより約６０ｇ／ｍ² の目付
量に調整した。

【００２７】表２に、これら焼鈍、酸化、還元、めっき
及び合金化の各処理条件と処理後のめっき状況、合金化
後の外観評価を示す。ここで、めっき状況は不めっきの
個数および面積から、合金化後の外観は表面のη相の残
り具合と色むらから、それぞれ４段階（優←−→
劣）で評価した。また、耐パウダリング性は、めっき表
面にセロテープを貼り付け、９０度内曲げ戻ししてセロ
テープを剥がし、セロテープに付着しためっき量を目視
で観察し、同様に４段階に評価した。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、Ｓi 、Ｍn のよ
うな表面濃化元素を含有し、従来、溶融亜鉛めっきが困
難であった鋼板であっても、めっき状況、合金化後の外
観評価、耐パウダリング性のいずれも優れていることが
わかる。これに対し、比較例では、上記特性のうちの少
なくともいずれか一つが劣っていることがわかる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、Ｓi 、Ｍn を多量に含
有する鋼板であっても、めっき性が改善され、不めっき
のない高加工性、高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造でき
る。また、本発明によれば、合金化処理後の、めっき表
面の焼けむらがなく、めっき層の密着性に優れた高加工
性、高強度溶融亜鉛めっき鋼板が製造可能となる。さら
に、本発明によれば、新たな設備投資を必要とせず、ま
た従来のＣＧＬ製造設備を特に変更することなく、簡便
な工程で、経済的に、高生産性を維持することができる
ので、産業の進歩への寄与は極めて大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−256920（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−243751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−291923（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−272011（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉ：０．３〜２．０wt％およびＭｎ：
   ０．８〜３．０wt％を含有する鋼板を再結晶焼鈍したの
   ち、鋼板表面の鋼中成分濃化層を酸洗により除去し、次
   いで酸化処理により鋼板表面にＦｅ換算で１００〜２０
   ００ｍｇ／ｍ² の酸化物層を形成し、さらに６００℃〜
   再結晶温度の温度範囲で還元処理を行ったのち、溶融亜
   鉛めっき処理を行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛め
   っき鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】上記溶融亜鉛めっき処理を行ったのち、さ
   らに合金化処理を行うことを特徴とする請求項１に記載
   の製造方法。
3. 【請求項３】上記溶融亜鉛めっき処理ののち、または引
   き続いて行う上記合金化処理ののち、さらに上層めっき
   を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の製造方法。