JP3599680B2

JP3599680B2 - 溶融亜鉛合金めっき線の製造方法及びその製造装置

Info

Publication number: JP3599680B2
Application number: JP2001117531A
Authority: JP
Inventors: 真道長谷川; 敏夫高間; 淳二榎元
Original assignee: 日亜鋼業株式会社
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: JP2002309360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融亜鉛合金めっき線、その製造方法及びその製造装置
【０００２】
【従来の技術】
溶融亜鉛合金めっき線として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金のめっき浴に鉄線又は亜鉛めっき鉄線を通し、引き上げて水冷したものが知られている。例えば、特開２００１−４９４１４号公報には、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼線は耐食性が高くなること、Ｚｎ−ＡｌめっきではＺｎめっきを行なった後にＺｎ−Ａｌ合金めっきを行なう２段めっきが行なわれていること、しかし、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきでは、特定組成のフラックスを用いれば、１段めっきが可能になることが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金の溶融めっきでは、Ｍｇの存在により線材の耐食性が高くなるものの、従来のようにめっき浴から立ち上がった線材を水で急冷すると、得られるめっき金属線は加工性が低いものになる。特に、めっき層が厚くなるとその加工性低下が顕著になる。
【０００４】
すなわち、急冷されて過冷度が高くなると、めっき層内に多数の結晶核が形成され、この結晶核からＡｌリッチの樹枝状晶が成長し、めっき層全体にわたって微細な樹枝状晶が多数形成されるが、その際、Ｍｇがめっき層全体にわたって均一に分散され、延性が低下することが上記加工性低下の原因と考えられる。
【０００５】
従って、Ｚｎ金属やＡｌ−Ｚｎ合金の溶融めっきの場合はＦｅとの合金層の成長を抑えるためにめっき層を急冷するが、この考え方は、Ｍｇを含むＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金の溶融めっきにはそのまま適用することはできない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の加工性低下の問題を冷却方法の工夫によって解決した。
【０００７】
すなわち、本発明は、溶融亜鉛合金めっき線の製造方法であって、
金属線を、Ａｌが５〜１５％、Ｍｇが１〜３％、残部ＺｎであるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴に通して該めっき浴から立ち上げることによって該金属線の表面にめっき層を形成する工程と、
めっき浴から立ち上がった金属線を、上記めっき層にＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の塊状晶が分散して晶出するように徐冷する工程とを備え、
上記徐冷工程は、上記めっき浴の上方に、第１空冷筒と第２空冷筒とを上下２段に配置して、この両空冷筒を上記めっき浴から立ち上がった金属線が順に通過するようにし、上記第１空冷筒及び第２空冷筒の各々にその下側から冷却用空気を供給することにより、上記めっき層を空冷するものであることを特徴とする
従って、溶融状態にあるめっき層の過冷度が大きくならないから、結晶核の生成量が少なくなり、樹枝状晶は成長せずに、Ｍｇ含有量よりもＡｌ含有量が多い塊状晶が成長する。よって、得られる組織は、Ｆｅ地に続いてＦｅを少量（例えば６〜１１％）含む緻密な組織の合金層を有し、この合金層の上にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇの層が形成され、このＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ層においては、上述のＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の粗大な塊状晶（粒径５〜３０μｍ程度）が分散し、この粗大塊状晶間においてＡｌ含有量よりもＭｇ含有量が多いＺｎ合金が凝固した組織となる。従って、上記加工性の向上に有利になる。
【０００８】
すなわち、上記塊状晶は展延性に富むことから、得られためっき線は曲げ加工を行なっても、亀裂の発生が避けられ、また、上記合金層の存在により、めっき層の剥離も防止される。
【０００９】
上記塊状晶の粒径は５〜３０μｍであれば上記加工性の向上に有利になる。
【００１０】
上記徐冷工程に関し、めっき浴から立ち上がった金属線は、その上方のターンローラに至るまでにその表面のめっき層を硬化させる必要がある。これに対して、冷却用空気を空冷筒に下側から供給すると、この冷却用空気は、めっき層との熱交換により、空冷筒を上昇するに従って温度が高くなってくる。従って、冷却筒を長くしても、空冷筒の上部では当該冷却用空気の温度が高いことから、冷却効果は高くならない。一方、この冷却を効果的に行なうべく、空冷筒に供給する冷却用空気の温度を低くすると、めっき層が急冷されてしまい、所期の目的を達成することができない。
【００１１】
そこで、上述の如く空冷筒を上下２段にして、その各々に冷却用空気を別個に供給するようにしたものである。これによれば、下段の冷却筒に供給された冷却用空気による冷却効率がその温度上昇によって低くなっても、金属線は上段の冷却筒に至ると、新たな冷却用空気で冷却されることになるから、めっき層を所望温度まで冷却する上で有利になる。従って、下段の冷却筒に供給する冷却用空気を過度に低温にする必要がない。
【００１２】
上記金属線は、めっきを施していない鉄線（軟鋼線又は硬鋼線）であっても、亜鉛めっき鉄線であってもよい。また、めっき浴の温度は４００〜４５０℃が好ましい。これらについては、以下に述べる他の発明も同じである。
【００１３】
上記めっき層の冷却速度は３０℃／秒以下となるようにすることが好ましく、さらに好ましい冷却速度は１５℃／秒以下であり、さらに好ましいのは７℃／秒以下である。
【００１４】
また、めっき層を急冷することなく、所望温度まで速やかに冷却する上で好ましいのは、下段の冷却筒に供給する冷却用空気よりも、上段の冷却筒に供給する冷却用空気の温度を低くすることである。上段の冷却用空気を低温にしても、めっき層は下段の空冷筒で徐冷されているから、上段の空冷筒では急冷にはならない。
【００１５】
また、下段の冷却筒では、冷却用空気がめっき層に対して側面から吹き付けられないようにすること、すなわち、冷却用空気を金属線に沿って流れるように整流して供給することが、めっき層表面に波打ちを生じないようにする上で好ましい。
【００１６】
また、本発明は、溶融亜鉛合金めっき線の製造方法であって、
金属線を、Ａｌが５〜１５％、Ｍｇが１〜３％、残部ＺｎであるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴に通して該めっき浴から立ち上げることによって該金属線の表面にめっき層を形成する工程と、
上記めっき浴から立ち上がった金属線のめっき層を水冷する工程と、
上記めっき層をＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の塊状晶が分散した組織となるように２００℃〜３８０℃の温度に加熱して冷却する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
すなわち、水冷によって急冷されためっき層はＭｇが均一に分散した微細樹枝状晶の組織を有するが、２００℃〜３８０℃の温度に加熱されることにより、Ｚｎ、Ａｌ及びＭｇの相互移動によって冶金学的構造変化を生じ、Ｍｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の粗大塊状晶が分散し、その間にＡｌ含有量よりもＭｇ含有量が多いＺｎ合金が凝固した組織となる。この場合、上記２００℃〜３８０℃の温度に所定時間加熱保持した後に冷却（急冷）しても、上記２００℃〜３８０℃の温度に保持した後に徐冷しても、あるいは上記２００℃〜３８０℃の温度への加熱と冷却とを繰り返してもよい。
【００１８】
また、本発明は、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融めっき線の製造装置であって、
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴と、
上記めっき浴の上方に配置され、該めっき浴から立ち上がる金属線を通過させる第１空冷筒と、
上記第１空冷筒に冷却用の空気を供給する第１空気供給手段と、
上記第１空冷筒の上方に配置され、第１空冷筒を通過した金属線を通過させる第２空冷筒と、
上記第２空冷筒に冷却用の空気を供給する第２空気供給手段とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、溶融状態にあるめっき層を徐冷してＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の粗大な塊状晶（粒径５〜３０μｍ程度）が分散し、この粗大塊状晶間においてＡｌ含有量よりもＭｇ含有量が多いＺｎ合金が凝固した組織とすることができる。そうして、下段の第１冷却筒に供給された冷却用空気による冷却効率がその温度上昇によって低くなっても、金属線は上段の冷却筒に至ると、新たな冷却用空気で冷却されることになるから、めっき層を所望温度まで冷却する上で有利になる。従って、下段の冷却筒に供給する冷却用空気を過度に低温にする必要がない。
【００２０】
上記第１空冷筒の上端には該第１空冷筒で空冷に供された空気、すなわち、第１冷却筒からの排気が第２空冷筒に入らないように該排気を空冷筒側方に逃がす拡散筒を設けることが好ましい。これにより、上段の第２空冷筒での冷却用空気による空冷に下段の第１空冷筒の排気が悪影響を与えなくなる。
【００２１】
めっき用のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金は、Ａｌが５〜１５％、Ｍｇが１〜３％、残部Ｚｎであることが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る溶融亜鉛合金めっき線の製造方法によれば、金属線をＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴に通してめっき層を形成する工程と、該めっき浴から立ち上がった金属線を、上記めっき層にＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の塊状晶が分散して晶出するように徐冷する工程とを備え、該徐冷工程は、上記めっき浴の上方に、第１空冷筒と第２空冷筒とを上下２段に配置して、この両空冷筒を上記めっき浴から立ち上がった金属線が順に通過するようにし、上記第１空冷筒及び第２空冷筒の各々にその下側から冷却用空気を供給することにより、上記めっき層を空冷するものであるから、Ｍｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の粗大塊状晶間においてＡｌ含有量よりもＭｇ含有量が多いＺｎ合金が凝固した組織が得られ、当該めっき線の曲げ加工性の向上に有利になる。
【００２３】
また、本発明に係る他の溶融亜鉛合金めっき線の製造方法によれば、水冷されたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき層をＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の塊状晶が分散した組織となるように２００℃〜３８０℃の温度に加熱して冷却するようにしたから、Ｍｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の粗大塊状晶が分散し、その間にＡｌ含有量よりもＭｇ含有量が多いＺｎ合金が凝固した組織が得られ、当該めっき線の曲げ加工性の向上に有利になる。
【００２４】
また、本発明に係るＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融めっき線の製造装置によれば、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴の上方に第１空冷筒と第２空冷筒とを配置して該めっき浴から立ち上がる金属線を順に通過させるようにし、この両空冷筒に対して冷却用の空気を供給する空気供給手段を別個に設けたから、めっき層の急冷を避けながら、冷却効率を高めることができ、Ｍｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の粗大な塊状晶が分散し、この粗大塊状晶間においてＡｌ含有量よりもＭｇ含有量が多いＺｎ合金が凝固した組織を得る上で有利になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜実施形態１＞
図１にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融めっき装置を示す。同図において、１５は金属線コイルであって、金属線２としての亜鉛めっき鉄線がコイル状に巻かれている。１７はフラックス槽、３１は乾燥炉、３２はメッキ浴、３３は第１空冷筒、３４は第２空冷筒、３５は水冷槽である。
【００２７】
コイル１５より繰り出された金属線（亜鉛めっき鉄線）２は、フラックス槽１７でのフラックス処理、乾燥炉３１での乾燥を経て、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯が貯留されためっき浴３２に浸漬され、めっき付着量を調節する絞り（図示省略）を通して引き上げられる。引き上げられた金属線２は第１空冷筒３３及び第２空冷筒３４を順に通って空冷され、その上方のターンローラ４５に捲回されて水冷槽３５で水冷され、巻取り機３６に巻き取られる。
【００２８】
第１空冷筒３３の下端には冷却用空気がめっき層に対して側面から吹き付けられないように、すなわち、金属線２に沿って流れるように整流する整流器３７が設けられ、この整流器３７に常温の冷却用空気を供給する第１空気供給手段３８が接続されている。第１空冷筒３３の上端には空冷に供された空気、すなわち、排気が第２空冷筒３４に入らないように該排気を側方に逃す拡散筒３９が設けられている。拡散筒３９は、中心に金属線通過孔を有する蓋によって上端が塞がれ、側壁に複数の空気逃し孔が形成されたものである。第２空冷筒３４にはその下端に第１空気冷却手段３８よりも低温の冷却用空気を供給する第２空気供給手段４１が接続されている。
【００２９】
−実施例及び比較例−
図１に示す設備を用いて軟鋼線にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっきを施して実施例に係るめっき金属線を形成した。軟鋼線の直径は５ｍｍ、めっき用金属はＡｌ１１％、Ｍｇ２％のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金、軟鋼線の線速は１０ｍ／ｍｉｎ．めっき浴温度は４２５℃とした。めっき金属線はターンローラ３６に至るまでに２００〜２５０℃の温度にまで冷却するようにした。冷却速度は５〜１０℃／秒である。
【００３０】
また、空冷に代えて冷却水ノズルによって冷却水をめっき金属線に吹き付ける水冷を採用する他は実施例と同じ条件で比較例に係るめっき金属線を形成した。比較例の場合、ノズルで吹き付ける冷却水の温度は２０℃とした。
【００３１】
図２（Ａ）は実施例のめっき層の組織を示す走査型電子顕微鏡による断面写真、図２（Ｂ）は比較例のめっき層の組織を示す走査型電子顕微鏡写真、図３は図２（Ａ）の走査型電子顕微鏡写真を図４〜図６の元素分布写真に対応するように加工した参考顕微鏡写真、図４〜図６は実施例のめっき層のエネルギー分散型Ｘ線分析装置によるＺｎ、Ａｌ及びＭｇの各元素の分布を示す写真である。図７は図２（Ｂ）の走査型電子顕微鏡写真を図８〜図１０の元素分布写真に対応するように加工した参考顕微鏡写真、図８〜図１０は比較例のめっき層のエネルギー分散型Ｘ線分析装置によるＺｎ、Ａｌ及びＭｇの各元素の分布を示す写真である。
【００３２】
図２によれば、実施例及び比較例のいずれもＦｅ地に続いてＦｅを含有する緻密な組織の合金層が形成され、この合金層の上にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇの層が形成されている。
【００３３】
実施例の場合、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ層においては、粒径が５〜３０μｍ程度の粗大な塊状晶が分散している。この塊状晶は、図４〜図６から明らかなように、Ａｌ分の多いＺｎ合金（Ａｌ含有量２０％前後）であり、Ｍｇは微量しか含まれていない。そして、この粗大塊状晶間において、Ｍｇ分の多いＺｎ合金が凝固した組織となっている。この塊状晶間は、主としてＺｎ−ηとＭｇ₂Ｚｎ₁₁ の金属間化合物とによって形成され、Ａｌは微量しか含まれていない。
【００３４】
一方、比較例のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ層は、図８〜図１０から明らかなように、上述の緻密な合金層側のＡｌリッチ層と、表面側のＺｎリッチ層とに分かれ、ＭｇはＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ層の全体にわたって均一に分布している。そして、表面側のＺｎリッチ層は微細な樹枝状晶が多数形成された緻密な組織となっている。
【００３５】
上記実施例及び比較例のめっき金属線に巻付試験及び金網加工試験を行なったところ、実施例では表面に異常は認められなかったが、比較例では表面に亀裂が発生した。
【００３６】
なお、上記実施形態では亜鉛めっき鉄線にＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき処理を施すようにしたが、鉄線を牽引して亜鉛めっきを施し、水冷した後に、そのまま（一旦巻き取ることなく）上記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき処理を施すようにしてもよい。＜実施形態２＞
上記実施形態の空冷に代えて、冷却水ノズルによって冷却水をめっき金属線に吹き付ける水冷を採用して、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき層を急冷硬化させた。得られためっき金属線に２００℃の温度に４時間加熱した後に徐冷する熱処理を施した。得られためっき層の組織は図２（Ａ）と同様に、粒径が５〜３０μｍ程度の粗大な塊状晶が分散したものになった。この塊状晶は、Ａｌ分の多いＺｎ合金（Ａｌ含有量２０％前後）であり、Ｍｇは微量しか含まれていない。そして、この粗大塊状晶間において、Ｍｇ分の多いＺｎ合金が凝固した組織となった。この塊状晶間は、主としてＺｎ−ηとＭｇ₂Ｚｎ₁₁ の金属間化合物とによって形成され、Ａｌは微量しか含まれていない。
【００３７】
これは、上記熱処理により、先に急冷されためっき層中のＺｎ、Ａｌ及びＭｇが相互に拡散移動して、冶金学的構造変化を生じたためと考えられる。すなわち、一種の拡散焼きなまし効果が得られた得られたものと考えられる。
【００３８】
なお、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき→水冷→上記熱処理を連続的に行なうインライン方式を採用しても、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき及び水冷の処理を行なった後、めっき線を一旦巻き取り、しかる後に必要な長さ取り出して上記熱処理を行なうようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金溶融めっき設備を示す図。
【図２】（Ａ）は実施例のめっき層の金属組織を示す走査型電子顕微鏡写真。（Ｂ）は比較例のめっき層の金属組織を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図３】図２（Ａ）の走査型電子顕微鏡写真を図４〜図６の元素分布写真に対応するように加工した参考顕微鏡写真、
【図４】実施例のめっき層のＺｎ元素の分布を示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置による写真。
【図５】実施例のめっき層のＡｌ元素の分布を示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置による写真。
【図６】実施例のめっき層のＭｇ元素の分布を示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置による写真。
【図７】図２（Ｂ）の走査型電子顕微鏡写真を図８〜図１０の元素分布写真に対応するように加工した参考顕微鏡写真、
【図８】比較例のめっき層のＺｎ元素の分布を示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置による写真。
【図９】比較例のめっき層のＡｌ元素の分布を示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置による写真。
【図１０】比較例のめっき層のＭｇ元素の分布を示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置による写真。
【符号の説明】
２金属線
３２Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴
３３第１空冷筒
３４第２空冷筒
３５水冷槽
３８第１空気供給手段
３９拡散筒
４１第２空気供給手段

Claims

金属線を、Ａｌが５〜１５％、Ｍｇが１〜３％、残部ＺｎであるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴に通して該めっき浴から立ち上げることによって該金属線の表面にめっき層を形成する工程と、
めっき浴から立ち上がった金属線を、上記めっき層にＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の塊状晶が分散して晶出するように徐冷する工程とを備え、
上記徐冷工程は、上記めっき浴の上方に、第１空冷筒と第２空冷筒とを上下２段に配置して、この両空冷筒を上記めっき浴から立ち上がった金属線が順に通過するようにし、上記第１空冷筒及び第２空冷筒の各々にその下側から冷却用空気を供給することにより、上記めっき層を空冷するものであることを特徴とする溶融亜鉛合金めっき線の製造方法。
金属線を、Ａｌが５〜１５％、Ｍｇが１〜３％、残部ＺｎであるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴に通して該めっき浴から立ち上げることによって該金属線の表面にめっき層を形成する工程と、
上記めっき浴から立ち上がった金属線のめっき層を水冷する工程と、
上記めっき層をＭｇ含有量よりもＡｌ含有量が多いＺｎ合金の塊状晶が分散した組織となるように２００℃〜３８０℃の温度に加熱して冷却する工程とを備えていることを特徴とする溶融亜鉛合金めっき線の製造方法。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき浴と、
上記めっき浴の上方に配置され、該めっき浴から立ち上がる金属線を通過させる第１空冷筒と、
上記第１空冷筒に冷却用の空気を供給する第１空気供給手段と、
上記第１空冷筒の上方に配置され、第１空冷筒を通過した金属線を通過させる第２空冷筒と、
上記第２空冷筒に冷却用の空気を供給する第２空気供給手段とを備えていることを特徴とする溶融亜鉛合金めっき線の製造装置。
請求項３に記載の溶融亜鉛合金めっき線の製造装置において、
上記第１空冷筒の上端には、該第１空冷筒で空冷に供された空気を上記第２空冷筒に入らないように該第１空冷筒側方に逃がす拡散筒が設けられていることを特徴とする溶融亜鉛合金めっき線の製造装置。