JP4692120B2

JP4692120B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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Publication number: JP4692120B2
Application number: JP2005208409A
Authority: JP
Inventors: 孝徳安達; 高広菅野; 智志米田; 祐治古川; 光明前田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: JP2007023347A

Description

本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係り、とくにプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の安定的製造方法に関する。

一般に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板に比べて溶接性および塗装性に優れることから、自動車車体用を中心として広範な分野で利用されている。通常、自動車車体向け鋼板は、プレス成形を施されて使用に供されている。しかし、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板に比べてプレス成形性が劣るという欠点を有する。これは、プレス金型での摺動抵抗が、冷延鋼板に比べて合金化溶融亜鉛めっき鋼板では大きいことに起因する。

合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板に溶融亜鉛めっき処理を施した後、加熱し溶融亜鉛めっき層中のZnと鋼板のFeとを反応させる合金化処理を施し、Fe−Zn合金相を形成させた合金化溶融亜鉛めっき層としたものである。このFe−Zn合金相は、Fe濃度の増加により硬さ、融点が上昇するため、摺動性の観点から高Fe濃度とすることが好ましく、このため、プレス成形性を重視する合金化溶融亜鉛めっき鋼板では合金化溶融亜鉛めっき層のFe濃度が高めとなる条件に設定した合金化処理を施している。

しかしながら、高Fe濃度の合金化溶融亜鉛めっき層では、めっき層と地鉄界面に硬くて脆いΓ相が形成されやすく、加工時にめっき層が剥離する、いわゆるパウダリングが生じやすいという問題がある。
このような問題に対し、例えば特許文献１には、合金化処理後に、さらに酸化処理を行いめっき層平坦部の表層に10nm以上の厚さの酸化物層を形成する、プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提案されている。特許文献１に記載された技術によれば、安定して優れたプレス成形性を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が容易に得られるとしている。なお、酸化処理として特許文献１には、酸化剤を含む水溶液中に浸漬する、酸化剤を含む水溶液を吹付ける、あるいは酸化剤を含む水溶液中での電解処理などの方法が例示されている。

また、特許文献２には、合金化処理後に、さらに酸化剤を含む水溶液中に浸漬し浸漬時間を調整して酸化処理を行ったのち水洗し、平坦部表面に10nm以上の厚さを有し、表層におけるZn／Al比が2.0以上8.0以下の酸化物層を形成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。特許文献２に記載された技術によれば、プレス成形性に優れしかも化成処理性にも優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られるとしている。

また、特許文献３には、鋼板にｐＨ緩衝作用を有する酸性溶液を接触させてめっき層表面に酸化物層を形成する、プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提案されている。
特開2001−131772号公報特開2002−302753号公報特開2003−306781号公報

鋼板に接触する酸性溶液の量が多いと、Znの溶解が生じてもｐＨが上昇せず、次々とZnの溶解が生じるのみで、酸化物層を形成するまでに長時間を要するうえ、溶融亜鉛めっき層の損傷が激しくなり防錆性が低下することが考えられる。このため、特許文献３に記載された技術では、酸化物層を形成するためには、酸性溶液をめっき鋼板表面に薄い液膜状態で存在させることが望ましく、絞りロール、エアワイピング等で３g/m^２以下の液膜量に調整することが好ましいとしている。

しかしながら、めっき鋼板における酸性溶液の液膜量を適正量に調整しようとして、例えば両チョック押付け型絞りロール７でロール押付け荷重を増加させると、図２に示すように絞りロール７がバレル方向に大きく撓むことになる。その結果、板幅方向の液膜量にばらつきが生じ、板幅方向に均一な酸化物層の形成が妨げられ、板幅方向でプレス成形性が異なるという問題があった。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑み、合金化溶融亜鉛めっき層表面に均一な酸化物層を有しプレス成形性に優れた、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提案することを目的とする。なお、本発明でいう「鋼板」は、鋼板、鋼帯をも含むものとする。

本発明者らは、上記した課題を達成するために、溶融亜鉛めっき層表面に付着される酸性溶液の液膜量均一化について鋭意検討した。その結果、絞りロールに負荷する押付け荷重を適正範囲内でかつ小さな荷重とすることが肝要であり、そのためには、絞りロールを鋼板の搬送方向に、２対以上連設するとよいことに想到した。これにより、酸性溶液の液膜量の板幅方向ばらつきを少なくすることができ、したがって、板幅方向各位置で均一な厚さの酸化物層を形成できることを知見した。

本発明は、かかる知見に基き、さらに検討して完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成する溶融亜鉛めっき処理工程と、加熱し該溶融亜鉛めっき層の合金化を行い合金化溶融亜鉛めっき層とする合金化処理工程と、該合金化溶融亜鉛めっき層を平坦化する調質圧延工程と、さらに、該平坦化された合金化溶融亜鉛めっき層の表面に酸性溶液を接触させて酸性溶液の液膜を付着させ、該酸性溶液と前記合金化溶融亜鉛めっき層とを反応させて該合金化溶融亜鉛めっき層の表面に酸化物層を形成する酸化物層形成工程とを順次鋼板に施し合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに当たり、前記付着した酸性溶液の液膜を、連設した２対以上の絞りロールで押し付け圧力を0.2MPa以下として絞り、前記酸性溶液と前記合金化溶融亜鉛めっき層と反応させることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、表面に厚さばらつきの少ない酸化物層を形成でき、均一なプレス成形性を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。

本発明では、鋼板に、溶融亜鉛めっき処理工程と、合金化処理工程と、調質圧延工程と、酸化物層形成工程とを順次施し、合金化溶融亜鉛めっき鋼板とする。
本発明の実施に好適な合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインの一例を図１に示す。
鋼板Ｓは、焼鈍炉１で好ましくは500〜1000℃に加熱され、大気に触れることなく連続的に溶融亜鉛めっき浴２に導かれ、溶融亜鉛めっき処理工程を施され、表面に溶融亜鉛めっき層が形成される。なお、片面当たりのめっき付着量は15〜150g/m^２とすることが外観と耐食性確保の観点から好ましい。

ついで鋼板Ｓは、溶融亜鉛めっき浴２から引き上げられ、ガスワイピング等（図示せず）により所定のめっき付着量に調整されたのち、合金化炉３に導かれて、合金化処理工程を施される。合金化処理工程では、鋼板Ｓは所定温度に加熱される。これにより、溶融亜鉛めっき層では、Feが拡散しFe−Zn合金化反応が生じてFe−Zn合金相が形成され、合金化溶融亜鉛めっき層となる。合金化処理における所定温度は耐パウダリング性を確保する観点から440〜500℃とすることが好ましい。

合金化炉で加熱されめっき層が合金化された鋼板Ｓは、ついで冷却装置４で室温近傍まで冷却される。
室温近傍まで冷却された鋼板Ｓは、ついで調質圧延機５に導かれ調質圧延工程を施される。調質圧延工程により、めっき層表面の凸部が平坦化されめっき表面に平坦部が形成される。めっき表面に平坦部を存在させることはプレス成形時の摺動性向上に有効である。一方、凹部は潤滑油を保持する機能を有しプレス成形時の油切れ防止に有効に作用する。

調質圧延工程を施された鋼板Ｓは、ついで酸性溶液接触装置６に導かれ、酸性溶液と接触し、鋼板表面に酸性溶液の液膜を付着させられる。使用する好ましい酸性溶液としては、めっき層中のZnを溶解できるようにｐＨ1.0〜4.0程度に調整された塩酸、硫酸、硝酸等、あるいは塩化物、硫酸塩、硝酸塩等の化合物類を添加した溶液等が例示できる。酸性溶液接触装置６は、鋼板と酸性溶液との接触ができ、鋼板表面に酸性溶液の液膜が付着できればよく、とくに限定されないが、酸性溶液への浸漬処理が行なえる装置、酸性溶液のスプレーが可能な装置、あるいは酸性溶液の塗布が行なえる装置等が例示できる。

本発明では、酸性溶液接触装置６で酸性溶液の液膜を付着させられた鋼板Ｓは、直ちに酸性溶液の液膜量を所定量となるように絞りロール７で酸性溶液の絞りを行なう。本発明では、酸性溶液の絞りは、２対以上の絞りロールを連設して行なうものとする。図１では、２対の絞りロール71，72を配設した場合を示す。
２対以上を連設した絞りロール７を用いて酸性溶液の絞りを行なうことにより、鋼板に付着した酸性溶液の液膜量を徐々に減少させることができ、一対の絞りロールに負荷する押付け圧力を適正かつ小さな圧力とすることができる。これにより各絞りロールの撓みが最小となり、板幅方向に均一な液膜量とすることが可能となる。また、２対以上の絞りロールを連設して酸性溶液の液膜の絞りを行なうことにより、一対のみの絞りロールで行なう場合に比べて、絞りロールの押付け圧力を同じとしても、付着する液膜量を少なく調整することができる。液膜量が多いと、亜鉛の溶解が生じても溶液のpHが上昇せず、次々と亜鉛の溶解が生じるのみであり、酸化物層を形成するまでに長時間を有することになる。液膜厚さを少なくすることができると、結果的に生成する酸化物層の厚さを厚くかつ均一にすることができることになる。絞りロールの対の数は、めっき層表面に形成される酸化物層の厚みによって適正な数を決定することが好ましい。後述する厚みの酸化物層を形成するためには２対の絞りロールを連結して液膜の絞りを行うことが好ましい。

なお、本発明では、めっき層表面に酸化物層を、その厚みの板幅方向のバラツキが小さくなるように形成するため、各絞りロールの押付け圧力は0.2MPa以下とすることが好ましい。なお、2対の絞りロールを用いる場合、前段、後段の押付け圧力は同じでも異なっていてもよくそれぞれ0.2MPa以下とすることが好ましい。なお、押付け圧力は、図２に示す押付け荷重のかかるロール端部に圧力計を配設して測定することができる。

付着した酸性溶液の液膜量を調整された鋼板Ｓは、反応ゾーン８に導かれ、大気に晒され酸化溶液を乾燥・濃縮するとともにめっき層と酸性溶液とを反応させ、酸化物層の形成を促進させる。反応ゾーン８は、鋼板Ｓが大気に晒される放置時間で１〜120ｓとすることが好ましい。放置時間が短いと酸性溶液の乾燥・濃縮が不十分となり、所望厚さの酸化物層が形成されない。一方、放置時間が長すぎると、ライン長が長くなりすぎるという問題がある。上記した各絞りロールの押付け圧力とした上で、上記した放置時間を確保することにより、めっき層表面に10nm以上の厚さの酸化物層を形成できることになる。

反応ゾーン８を通過した鋼板Ｓは、ついで、洗浄装置９に導かれ、表面に残存する酸性溶液成分を洗い流す洗浄処理を施されることが好ましい。鋼板表面に酸性溶液成分が残存すると、実際の製品となった際に腐食が促進されることがある。なお、洗浄装置９としては、鋼板を水洗する水洗処理装置、あるいは酸性溶液を中和する中和処理装置（図示せず）と水洗処理装置とを組み合わせた装置等が例示できる。

洗浄処理を施された鋼板Ｓは、ついで乾燥装置１０に導かれ、鋼板表面に付着した水分を完全に除去する乾燥処理を施されることが好ましい。
つぎに、実施例に従い本発明をさらに詳細に説明する。

図１に示す、酸性溶液接触装置６の下流側に絞りロール７として２対71,72の絞りロールを連設した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを用いて、溶融亜鉛めっき処理工程と、合金化処理工程と、調質圧延工程と、さらに酸化物層形成工程とを順次施し合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。なお、めっき層の付着量は片面当たり48ｇ／m^２とし、合金化処理は500℃で、調質圧延の伸び率は0.8％とした。

酸化物層形成工程では、調質圧延を施された合金化溶融亜鉛めっき鋼板を酸性溶液接触装置６に導き、硫酸酸性溶液（ｐＨ：2.0、液温：50℃）に浸漬接触させたのち、押付け圧力を0.40〜0.15MPaの範囲で変化し、１対（比較例）、または２対（本発明例）の絞りロール７を使用して付着した酸性溶液を絞り、反応ゾーン８で10ｓ間放置し、反応を促進させた。

反応ゾーン８を通過した鋼板は、洗浄装置９で水洗され、乾燥装置１０で乾燥されて、製品板とした。
得られた製品板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）について、表面に形成された酸化物層の厚さを、鋼板長さ方向の任意の５個所について、幅方向中央部および幅方向両端部（板幅端から50mm内側の位置）の計15個所で測定した。
酸化物層の厚さの測定は次のとおりとした。

上記した各個所から採取した試験片について、蛍光Ｘ線分析により酸素カウントを測定し、予め求めておいた検量線から酸化物厚みを求めた。なお、検量線は、蛍光Ｘ線分析により酸化物層の厚さが既知の標準試料の酸素カウントを測定して、作成した。
得られた結果を表１に示す。なお、幅方向中央部の酸化物層厚さは長さ方向の５個所の平均値を示す。また、幅方向端部の酸化物層厚さは、測定した10個所の平均値を求め、幅方向中央部の酸化物層厚さ（平均値）に対する比で表示した。

本発明例は、酸化物層の厚さを幅方向のばらつきなく形成することができる。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、いずれも酸化物層厚さが減少するか、あるいは酸化物層厚さは厚いが幅方向のばらつきが大きくなっている。

本発明の実施に好適な合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインの一例を模式的に示す説明図である。酸性溶液の絞り時における絞りロールの撓み状況を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１焼鈍炉
２溶融亜鉛めっき浴
３合金化炉
４冷却装置
５調質圧延機
６酸性溶液接触装置
７、71、72 絞りロール
８反応ゾーン
９洗浄装置
10 乾燥装置

Claims

鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成する溶融亜鉛めっき処理工程と、加熱し該溶融亜鉛めっき層の合金化を行い合金化溶融亜鉛めっき層とする合金化処理工程と、該合金化溶融亜鉛めっき層を平坦化する調質圧延工程と、さらに、該平坦化された合金化溶融亜鉛めっき層の表面に酸性溶液を接触させて酸性溶液の液膜を付着させ、該酸性溶液と前記合金化溶融亜鉛めっき層とを反応させて該合金化溶融亜鉛めっき層の表面に酸化物層を形成する酸化物層形成工程とを順次鋼板に施し合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに当たり、前記付着した酸性溶液の液膜を、連設した２対以上の絞りロールで押し付け圧力を0.2MPa以下として絞り、前記酸性溶液と前記合金化溶融亜鉛めっき層と反応させることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。