JP3976391B2 - 表面外観に優れた電気Ｚｎめっき鋼帯の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ムラ，模様等の表面欠陥のない表面外観に優れた電気Ｚｎめっき鋼帯を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気Ｚｎめっき鋼板は、自動車部品，家電製品等の用途に無塗装で使用されることが多く、溶融Ｚｎめっき鋼板に比較して一段と優れた表面肌が要求される。表面肌を悪化させるムラ，模様等の発生原因は、電気めっき装置に由来するものとめっき原板の表面性状に由来するものに分類される。
電気めっき装置に由来する原因は、電気めっき装置の改善によって解消できる。しかし、めっき原板の表面性状に由来する原因は、めっき原板が種々の製造工程を経て製造されることから特定が難しく、仮に特定できたとしても抜本的な解決に至らないのが現状である。しかも、原板段階では確認できず、電気Ｚｎめっき後に初めて確認されるものもある。
【０００３】
そこで、特開平９−２０２９９２号公報では、電気めっきに先立って鋼帯表面にニッケルめっき層を形成することにより、Ｚｎ析出用の鋼帯表面を均質化している。また、特開平９−２０９９１号公報では、チオ尿素，アルキルチオ尿素等の硫黄化合物を脱脂後の鋼帯表面に塗布して焼鈍することにより、電気めっきされる鋼帯表面を調質している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ニッケルプレめっきは、専用の設備を電気めっきラインに組み込む必要があり、高価なニッケルを消費することから製造コストを上昇させる結果にもなる。また、めっき前の酸洗浴にめっき浴を添加する場合には、めっき液濃度を管理する設備が必要となる。硫黄化合物を塗布する方法でも、薬剤の消費により製造コストが上昇し、特別な塗布装置や洗浄水中の濃度管理設備が要求される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、焼鈍に先立つ電解洗浄工程で鋼帯表面を一定の特性にすることにより、新たな設備増加や工程増加を招くことなく、ムラ，模様等がなく、良好な表面肌をもつ電気Ｚｎめっき鋼帯を製造することを目的とする。
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、複数の電解槽を直列配置した電解洗浄ラインで、鋼帯を貴な電位及び卑な電位に交互に、かつ最終段階で鋼帯を貴な電位に維持して電解洗浄した後、水素含有窒素雰囲気中で焼鈍し、次いで電気Ｚｎめっきすることを特徴とする。
【０００６】
【作用】
電気Ｚｎめっき層の表面にムラ，模様等の欠陥を発生させる原因は、電気Ｚｎめっきに先立って材質調整のために施される焼鈍プロセスにある。めっき原板は、通常、冷間圧延後、電解洗浄→焼鈍の焼鈍プロセスを経て用意されるが、焼鈍工程では、圧延油残渣が鋼帯表面に焼き付き、雰囲気ガスから元素が鋼帯表面に析出する反応等がある。また、鋼帯内部からＳｉ，Ｍｎ等の易酸化元素が鋼帯表面に拡散して濃化する反応も生じる。圧延油残渣，析出元素，表面濃化層等は、電気Ｚｎめっき工程で鋼帯表面に析出するＺｎの析出状態を部分的に変動させ、表面肌を不均一にする原因となる。
【０００７】
本発明者等は、焼鈍工程で欠陥発生原因が生じることを前提とし、欠陥発生を抑制する方法について種々調査検討した。その結果、焼鈍に先立つ電解洗浄工程で電解最終電極極性によって欠陥発生が大幅に変わることを見出した。電解洗浄工程では、複数の電解槽を直列配置し、鋼帯をプラス及びマイナス電位に交互に維持しながら電解洗浄するが、このときの電解最終電極極性が欠陥発生に及ぼす影響は次のように推察される。
【０００８】
電解最終電極極性をプラスとするとき、電解洗浄層を通過する鋼帯がマイナスになる。卑な電位に維持された鋼帯表面では水素気泡が発生し、水素の還元力によって鋼帯表面が活性化される。活性化された表面は、電解洗浄された鋼帯をリンスするとき、不均一な酸化皮膜を鋼帯表面に形成させる。不均一な酸化皮膜は、焼鈍後の鋼帯表面を観察しても検出されないが、後続する焼鈍工程で成長し、電気めっき槽に持ち込まれる。その結果、鋼帯表面の酸洗反応及び電解析出反応が不均一になり、形成された電気Ｚｎめっき層にムラ，泡模様等の欠陥を発生させる。
他方、電解洗浄時の最終電極極性をマイナスにすると、貴な電位に維持された鋼帯表面が電解洗浄される。この状態では、鋼帯表面から酸素気泡が発生する。発生した酸素ガスは、鋼帯表面に均一な酸化皮膜を形成させる。この表面状態をもつ鋼帯は、水を用いてリンスしても酸化皮膜が不均一に成長することがない。
【０００９】
電解最終電極極性による影響は、後続する焼鈍工程で一層顕著になる。焼鈍工程では、通常、１〜３体積％Ｈ₂ −Ｎ₂ ，露点−２０〜０℃の還元性雰囲気中に鋼帯を６００〜８００℃に加熱している。焼鈍される鋼帯の表面に不均一な酸化皮膜が形成されていると、その不均一な酸化皮膜によって鋼帯表面の酸化条件が異なり、酸化され易い部分と酸化されにくい部分とで酸化反応の進行状況が変動し、酸化皮膜の不均一性が一層助長される。不均一な酸化皮膜が生成・成長した鋼帯を電気めっきすると、前処理，酸洗性に差がでることや表面抵抗が部分的に異なることから電解電流分布、ひいてはＺｎ等のめっき金属の析出量に変動が生じる。その結果、電気めっきされた鋼帯表面に泡模様等が発生するものと推察される。
【００１０】
他方、最終電極極性をマイナスとして電解洗浄した鋼帯にあっては、鋼帯表面に形成されている均一酸化皮膜が一種のバリアー層として働き、焼鈍時に圧延油の焼付き，雰囲気ガスからの析出元素，易酸化性元素の表面濃化等があっても酸化反応が局部的に促進されることなく、鋼帯表面の酸化反応を緩慢に且つ均一にする。この鋼帯を電気めっき槽に送り込み電気めっきすると、電流密度分布の均一化が図られ、鋼帯表面全域に渡ってめっき金属の析出量が一定化される。このようなことから、最終電極極性をマイナスとして電解洗浄した鋼帯には、むらや模様等が発生し難いものと推察される。事実、この推論は、後述の実施例でも支持されている。
【００１１】
【実施例】
板厚１．０ｍｍの低炭素鋼冷間圧延材を連続焼鈍設備で焼鈍する前に、７０℃のＮａＯＨ２％水溶液に浸漬し、電流密度４Ａ／ｄｍ² で電解洗浄した。電解洗浄工程では、電解槽を２セル直列配置し、最終セルにおける電極極性をマイナスとした。電解洗浄された鋼帯を水でリンスした後、焼鈍炉に導入し、３体積％Ｈ₂ −Ｎ₂ ，露点−２０〜０℃の還元性雰囲気中で７００℃に加熱した。
焼鈍後の鋼帯を連続電気Ｚｎめっきラインに搬送し、３０ｇ／ｌ，温度４０℃の硫酸水溶液で前酸洗した後、ｐＨ１の硫酸浴（ＺｎＳＯ₄ ３００ｇ／ｌ，Ｎａ₂ ＳＯ₄ １００ｇ／ｌ，Ｈ₂ ＳＯ₄ ３０ｇ／ｌ）を用いて電流密度１００Ａ／ｄｍ² で電気Ｚｎめっきした。電解条件は、目付け量が２０ｇ／ｍ² となるように設定した。
【００１２】
得られた電気Ｚｎめっき鋼帯の表面を目視観察し、電気Ｚｎめっき層表面の模様発生状況を調査した。目視観察では、模様等の外観不良は検出できなかった。泡模様の発生とラインスピードとの関係を調査したところ、図１に示すように５０ｍ／分を超えるラインスピードでは、泡模様がほとんど検出されない健全な表面肌をもつ電気Ｚｎめっき鋼帯であった。この場合、ラインスピードを意図的に遅くし、且つ電流密度を上げ、電解反応の影響がでやすい条件下で電気めっきした場合に初めて泡模様が僅かに検出されるに止まった。
【００１３】
他方、電解洗浄工程で最終電極極性をプラスにして電解洗浄した鋼帯を同様に焼鈍し、電気Ｚｎめっきした場合、図２にみられるように１．５Ａ／ｄｍ² を超える電流密度ではラインスピードの如何に拘らず多量の泡模様が電気Ｚｎめっき層の表面に検出された。
この対比から明らかなように、電解洗浄時の最終電極極性をマイナスにして鋼帯を電解洗浄することにより、鋼帯表面が均質化され、電気めっき時の電解析出反応が表面全域にわたって均一になることが判る。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、電解洗浄工程で最終電極極性をマイナスにして鋼帯を電解洗浄することにより、引き続く焼鈍工程で鋼帯表面の酸化反応が局部的に変動することを抑え、表面を均質化した鋼帯を電気めっき槽に送り込んでいる。そのため、電気めっき工程では、めっき金属の電解析出反応が鋼帯表面全域に渡って均一化され、むら，模様等のない良好な表面肌をもつ電気Ｚｎめっき鋼帯が製造される。この方法では、硫黄化合物の塗布やニッケルプレめっき等の余分な工程を必要とせず、電解洗浄時の最終電極極性をマイナスに設定するだけの簡単な操作であるため、従来の製造ラインを用いて高品質の電気Ｚｎめっき鋼帯が安価に製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電解洗浄時の最終電極極性をマイナスにして電解洗浄した鋼帯を電気Ｚｎめっきした場合のラインスピード及び電解電流密度が泡模様の発生に及ぼす影響を示したグラフ
【図２】 電解洗浄時の最終電極極性をプラスにして電解洗浄した鋼帯を電気Ｚｎめっきした場合のラインスピード及び電解電流密度が泡模様の発生に及ぼす影響を示したグラフ

Claims (1)

1. 複数の電解槽を直列配置した電解洗浄ラインで、鋼帯を貴な電位及び卑な電位に交互に、かつ最終段階で鋼帯を貴な電位に維持して電解洗浄した後、水素含有窒素雰囲気中で焼鈍し、次いで電気Ｚｎめっきすることを特徴とする表面外観に優れた電気Ｚｎめっき鋼帯の製造方法。

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