JP5488735B2 - 溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法 - Google Patents
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- Coating With Molten Metal (AREA)
Description
[1]成分組成として、C:0.010mass%以上0.250mass%以下、Si:0.05mass%以上1.00mass%以下、Mn:0.10mass%以上1.50mass%以下、P:0.050mass%以下、S:0.010mass%以下、Cr:0.005mass%以上0.100mass%以下、sol.Al:0.005mass%以上0.100mass%以下およびN:0.0010mass%以上0.0080mass%以下を含有する被めっき鋼管に、
70℃での比重が1.10以上1.30以下であり、かつ温度を55℃以上95℃以下とするフラックス処理液を用いてフラックス処理を行い、
次いで前記フラックス処理後の被めっき鋼管の最高温度を105℃以上180℃以下として乾燥処理を行い、
成分組成として、Zn:97.5mass%以上、Fe:1.5mass%以下、Pb:0.10mass%以下、Cd:0.01mass%以下を含有するめっき浴に、前記乾燥後の被めっき鋼管を浸漬して溶融亜鉛めっき処理を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
[2]成分組成として、C:0.010mass%以上0.250mass%以下、Si:0.01mass%以上0.05mass%未満、Cu:0.03mass%以上0.50mass%以下、Mn:0.10mass%以上1.50mass%以下、P:0.050mass%以下、S:0.010mass%以下、Cr:0.005mass%以上0.100mass%以下、sol.Al:0.005mass%以上0.100mass%以下およびN:0.0010mass%以上0.0080mass%以下を含有する被めっき鋼管に、
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[3]前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Cu:0.03mass%以上0.50mass%以下を含有することを特徴とする[1]に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
[4]前記めっき浴の成分組成において、さらに、Sb:0.01mass%以上1.00mass%以下、Bi:0.01mass%以上1.00mass%以下、Sn:0.01mass%以上2.00mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
[5]前記めっき浴の成分組成において、さらに、Ni:0.001mass%以上0.50mass%以下、Ti:0.001mass%以上0.50mass%以下、Al:0.001mass%以上0.50mass%以下、Cu:0.001mass%以上0.50mass%以下、Si:0.001mass%以上0.010mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
[6]前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Ni:0.01mass%以上0.50mass%以下を含有することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
[7]前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Mo:0.005mass%以上0.50mass%以下を含有することを特徴とする[1]〜[6]のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
[8]前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Nb:0.001mass%以上0.100mass%以下、V:0.002mass%以上0.100mass%以下、Ti:0.001mass%以上0.100mass%以下、B:0.010mass%以下、Ca:0.0002mass%以上0.0050mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[7]のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
なお、以下、mass%は、単に%と記すこともある。
Cは、鋼材の強度を増加させる元素であり、本発明では所望の強度を得るために、0.010mass%以上とする。一方、0.250mass%を超えると、溶接性および溶接熱影響部の靭性を劣化させる。このため、CはC:0.010mass%以上0.250mass%以下とする。なお、強度、靭性の観点から、好ましくは0.010〜0.160mass%である。
Mnは、鋼材の強度を増加させる元素であり、本発明では所望の強度を得るために、0.10mass%以上とする。一方、1.50mass%を超えると、鋼の靭性および溶接性を低下させる。このため、Mnは0.10mass%以上1.50mass%以下とする。なお、強度の維持および耐食性を劣化させる介在物形成の抑制の観点から、好ましくは0.10〜0.80mass%である。
Pは、粒界に偏析して鋼の靭性を低下させる有害な元素であり、できるだけ低減するのが望ましく、0.050mass%を超えると靭性が顕著に低下する。このため、Pは0.050mass%以下とする。なお、0.005mass%未満では製造コストの増大を招くので、好ましくは0.005〜0.050mass%である。
Sは、非金属介在物のMnSを形成して腐食の起点になって耐全面腐食性を低下させる有害な元素であり、できるだけ低減するのが望ましく、0.010mass%を超えると、耐全面腐食性の顕著な低下を招く。このため、Sは0.010mass%以下とする。なお、0.002mass%未満では製造コストの増大を招くので、好ましくは0.002〜0.010mass%である。
Crは、強度向上に添加する元素であるが、0.005mass%未満では、顕著な効果は見られない。また、0.100mass%を超えると効果が飽和するとともに、コストの上昇および溶接性の劣化を招く。このため、Crは0.005mass%以上0.100mass%以下とする。
sol.Alは、脱酸剤として作用する元素であり、本発明では0.005mass%以上とする。一方、0.100mass%を超えると、鋼の靭性が低下する。このため、sol.Alは0.005mass%以上0.100mass%以下とする。なお、0.010〜0.080mass%である。
Nは、靭性の向上および溶接継手部の機械的特性向上のために、0.0010mass%以上とする。しかし、0.0080mass%を超えると、固溶Nの増加をもたらし、溶接条件によっては、継手部靭性を著しく劣化させる。このため、Nは0.0010mass%以上0.0080mass%以下とする。
Siは、一般には脱酸剤として作用するとともに、強度を増加させる元素である。これらの目的のためには、0.01mass%以上含有する必要である。さらに、本発明では、Siは、鋼材表面でのΓ相の形成を抑制するとともに合金相の中でδ相およびζ相の成長を促進させ、耐剥離性の向上に寄与する。この耐剥離性の観点から、0.05mass%以上とする。一方、1.00mass%を超えると、鋼の靭性を劣化させる。このため、Siは0.05mass%以上1.00mass%以下とする。好ましくは、0.16〜0.40mass%である。
Siは、一般には鋼製造の際に脱酸剤として作用するとともに、鋼管の強度を増加させる元素であるため、0.01mass%以上とする。一方、0.05mass%を超えると、前述のようにCuの添加がなくとも、耐剥離性の向上効果を発揮する。このため、Siは0.01mass%以上0.05mass%未満とする。好ましくは、0.02mass%以上0.05mass%未満である。
Cuは、めっき前処理時の鋼材の溶解を抑制し、フラックスの清浄化作用を維持する。すなわち、Siが0.01mass%以上0.05mass%未満の場合にCuを含有することにより、めっき浴に浸漬した際の被めっき鋼管表面の活性度が高くなりδ相の合金化が促進され、鋼表面の合金化反応が活性化される結果、強固な結合が生成する。つまり、本発明において、Cuは0.03mass%以上0.50mass%以下とすることにより、上記Siが充分量なくとも亜鉛めっき層の密着性向上が達成される。Cuが0.03mass%よりも少ないと効果がない。また、0.50mass%を超えると効果が飽和するとともに熱間加工性の劣化を招く。このため、Cuは0.03mass%以上0.50mass%とする。好ましくは、0.10〜0.50%である。
Niは、Cuと複合添加することにより、熱間加工性の劣化を抑制する働きがある。しかし、0.01mass%未満では効果がなく、0.50mass%を超えるとコストの上昇を招く。このため、添加する場合は、0.01mass%以上0.50mass%以下が好ましい。
Moは、強度向上を目的に添加する元素であり、0.005%未満の添加では効果がなく、0.500%を超えるとコストの上昇を招くため、0.005mass%以上0.500%以下が好ましい。
Nbは、強度向上を目的に添加する元素であるが、0.001mass%未満では強度向上への効果がなく、0.100mass%を超えると靭性が劣化する。このため、添加する場合は、0.001mass%以上0.100mass%以下が好ましい。
Vは、強度向上を目的に添加する元素であるが、0.002mass%未満では強度向上への効果がなく、0.100mass%を超えると靭性が劣化する。このため、添加する場合は、0.002mass%以上0.100mass%以下が好ましい。
Tiは、強度および靭性の向上を目的に添加する元素であるが、0.001mass%未満では効果がなく、0.100mass%を超えると効果が飽和する。このため、添加する場合は、0.001mass%以上0.100mass%以下が好ましい。
Bは、強度向上を目的に添加する元素であるが、0.010mass%を超えると靭性が劣化する。このため、添加する場合は、0.010mass%以下が好ましい。
Caは、介在物の形態制御によって延性および靭性を向上させる作用がある。しかし、0.0002mass%未満では効果がなく、0.0050mass%を超えると靭性が劣化する。このため、添加する場合は、0.0002mass%以上0.0050mass%以下が好ましい。なお、耐食性向上の観点からは、0.001〜0.0050mass%がより好ましい。
酸洗処理としては、鋼管の酸洗処理として用いられている既知の定法を用いることができ、例えば、インヒビターを添加した塩酸水溶液に目視で鋼管表面のスケールが落ちるまで浸漬するなどの方法を用いることができる。
フラックス処理とは、酸洗後の鋼管表面をフラックス液で覆い、酸化を抑制するとともに、めっき浴浸漬時にフラックス液が分解することで、鋼管表面を清浄化し、めっき皮膜の形成を促進するためのものである。フラックス液は、塩化アンモニウムおよび塩化亜鉛を主成分とするフラックスを主成分とした水溶液である。通常、フラックス液に鋼管を浸漬後に引き上げ、さらに後述の乾燥を行う必要がある。
本発明において、フラックス液は、比重が1.10以上1.30以下となるように水にフラックスを溶解させたものを使用する。フラックス液の比重は、40℃の水を1とした時の70℃のフラックス液の比重である。フラックス液の比重が1.10よりも小さいと、溶融亜鉛めっき処理時に鋼管表面に十分なフラックス付着量が確保できず、表面の酸化や清浄化が不十分な箇所ができて不めっきが発生しやすくなり、また不めっきが発生せずとも、亜鉛めっき層の耐剥離性が低いものとなる。また、フラックス液の比重が1.30を超えると、フラックス付着量が多くなり過ぎ、めっき浴でのフラックス分解時に多量のガスやドロスが生成して不めっきの要因となる。なお、フラックス付着量が多いと清浄化作用が安定することから、亜鉛めっき層の均一形成と密着性向上のために、フラックス液の比重は、70℃の比重で1.20以上1.30以下がより望ましい。
また、フラックス処理では、フラックスを鋼管表面に均一に塗布するために水溶液を用いるが、余分な水分が鋼管表面に長時間残ると鋼管表面の溶解が起こり、清浄化作用を得られない。そのため、フラックス液の乾燥を促進するためにフラックス液の温度は55℃以上にすることが必要である。これにより、亜鉛めっき層の均一形成が促進される。本発明において、温度保持の安定性と加熱コストの観点を踏まえて、フラックス液の温度は55℃以上95℃以下とする。さらに、高温保持の観点からは65℃以上95℃以下が好ましい。
本発明における乾燥は、フラックス液中の水分を蒸発させ、鋼管表面に安定したフラックス皮膜を均一に形成させる重要な工程である。乾燥は、例えば乾燥炉内で行えばよい。本発明において、乾燥時の被めっき鋼管の最高温度は105℃以上180℃以下とすることを特徴とする。乾燥時の被めっき鋼管の最高温度が180℃を超えると、フラックスの分解が始まり、分解した部分で不めっきが生じやすくなる。また、105℃未満では、不めっきが発生しやすくなり、また不めっきが発生せずとも、亜鉛めっき層の耐剥離性が低いものとなる。この原因に関しては、明瞭にはわかっていないが、フラックス中に結晶水が残るとともに、フラックスの吸湿が生じ、十分に乾燥しないため、被めっき鋼管表面が溶解し、それに伴いフラックスの清浄化作用を得ることができなくなるためと推察される。なお、上記と同様の理由で、乾燥時の被めっき鋼管の最高温度は120℃以上180以下が好ましい。
本発明では、フラックス処理された被めっき鋼管を浸漬する溶融亜鉛めっき浴の成分組成としては、Zn:97.5mass%以上、Fe:1.5mass%以下、Pb:0.10mass%以下、Cd:0.01mass%以下を含有するめっき浴であることを特徴とする。さらに必要に応じて、めっき浴に、Sb:0.01mass%以上1.00mass%以下、Bi:0.01mass%以上1.00mass%以下、Sn:0.01mass%以上2.00mass%以下、Ni:0.001mass%以上0.50mass%以下、Ti:0.001mass%以上0.50mass%以下、Al:0.001mass%以上0.50mass%以下、Cu:0.001mass%以上0.50mass%以下、Si:0.001mass%以上0.010mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有してもよい。
Znはめっき浴の主成分であり、亜鉛めっき層の主成分となる元素でもある。本発明においては、JIS H8641(2007)に記載されているように、めっき浴中のZn組成は97.5mass%以上とする。これよりも少ない領域では、JISに規定されるめっき浴の範囲外となり、更に、防食性についても低下する。
Feは、通常積極的に添加するものではないが、めっき作業においては、常に、鋼管より溶出し浴中に混入したり、めっき槽の材料が鉄系材料の場合は、そこから浴中への溶出も起こる結果、常に、浴中に存在するものであり、通常の浴中Fe濃度である上記範囲に規定した。なお、1.5%を超える状態は、FeとZnの化合物であるドロスがめっき浴中に浮遊している状態であり、めっき品質が著しく劣化する。
PbはRoHS指令でも規制される環境負荷物質であるため、0.10%以下とする。通常、亜鉛めっき層中の鉄−亜鉛合金相の中にはPbが取り込まれないため、亜鉛めっき層中のPbの濃度はめっき浴中の濃度よりも低くなるのが常である。したがって、めっき浴組成のPb濃度を規定することにより、亜鉛めっき層中のPb濃度も0.10%以下にすることができる。
CdはRoHS指令でも規制される環境負荷物質であり、0.01%以下に制限する。通常、亜鉛めっき層中の鉄−亜鉛合金相の中にはCdが取り込まれないため、亜鉛めっき層中のCdの濃度はめっき浴中の濃度よりも低くなるのが常である。したがって、めっき浴組成のCd濃度を規定することにより、亜鉛めっき層中のCd濃度も0.01%以下にすることができる。
Sbは溶融亜鉛の表面張力を下げ、めっき浴中での鋼管表面の濡れ性を上げて、所期のめっき性を向上させる。その効果を得るためにはめっき浴中に0.01%以上含まれていることが必要であり、1.00%を超えて含まれても効果は飽和する。以上より、Sbは0.01mass%以上1.00mass%以下が好ましい。
Biは溶融亜鉛の表面張力を下げ、めっき浴中での鋼管表面の濡れ性を上げて、所期のめっき性を向上させる。その効果を得るためにはめっき浴中に0.01%以上含まれていることが必要であり、1.00%を超えて含まれても効果は飽和する。以上より、Biは0.01mass%以上1.00%が好ましい。
Snは溶融亜鉛の表面張力を下げ、めっき浴中での鋼管表面の濡れ性を上げて、所期のめっき性を向上させる。その効果を得るためにはめっき浴中に0.01%以上含まれていることが必要であり、2.00%を超えて含まれても効果は飽和する。以上より、Snは0.01mass%以上2.00mass%以下が好ましい。
Niは硬いΓ相の成長を抑制し、δ相およびζ相の形成を促進する。そのため、亜鉛めっき層が剥離しにくく耐剥離性が向上する。その効果を得るためにはめっき浴中に0.001%以上含まれていることが必要であり、0.50%を超えて含まれても効果が飽和する。以上より、Niは0.001mass%以上0.50mass%以下が好ましい。なお、より効果を得るためには、Niは0.01〜0.50%がより好ましい。
Tiは硬いΓ相の成長を抑制し、δ相およびζ相の形成を促進する。そのため、耐剥離性が向上する。その効果を得るためにはめっき浴中に0.001%以上含まれていることが必要であり、0.50%を超えて含まれても効果が飽和する。このため、Tiは0.001mass%以上0.50mass%以下が好ましい。なお、より効果を得るためには、Tiは0.01〜0.50%がより好ましい。
Alは、鉄−亜鉛合金相の成長を抑制するが、その中でも特に硬いΓ相の成長を抑制する。そのため、耐剥離性が向上する。その効果を得るためにはめっき浴中に0.001%以上含まれていることが必要であり、0.50%を超えて含まれても効果が飽和する。以上より、Alは0.001mass%以上0.50mass%以下が好ましい。なお、より効果を得るためには、Alは0.01〜0.50%がより好ましい。
Cuは硬いΓ相の成長を抑制し、δ相およびζ相の形成を促進する。そのため、耐剥離性が向上する。その効果を得るためにはめっき浴中に0.001%以上含まれていることが必要であり、0.50%を超えて含まれても効果が飽和する。以上より、0.001mass%以上0.50mass%以下が好ましい。なお、より効果を得るためには、Cuは0.01〜0.50%がより好ましい。
Siは硬いΓ相の成長を抑制し、δ相およびζ相の形成を促進する。そのため、耐剥離性が向上する。その効果を得るためにはめっき浴中に0.001%以上含まれていることが必要であり、0.010%を超えて含まれても効果が飽和する。以上より、Siは0.001mass%以上0.010mass%以下が好ましい。
上記めっき浴に被めっき鋼管を浸漬することにより、本発明の溶融亜鉛めっき鋼管を得ることができる。なお、被めっき鋼管をめっき浴から引き上げる際、もしくは引き上げた後、被めっき鋼管の外面と内面に空気もしくはスチームを吹き付け、めっき付着量を調整してもよい。
また、参考例(サンプルNo.58〜62)に示すように、従来から鋼管の溶融亜鉛めっきに使用されているJIS H2107(1999)に規定の蒸留亜鉛地金1種(Zn:98.5%以上、Pb:1.3%以下、Cd:0.4%以下、Fe:0.025%以下)を使用して製造したものは、めっき浴成分以外の条件が本発明の範囲外であるにもかかわらず、加工性に優れたものとなっている。ここで、めっき浴成分のFe含有量が蒸留亜鉛地金1種より高くなっているのは、めっき実施時に被めっき鋼管や浴を構成する材料からFeの溶出があるためである。
Claims (7)
- 成分組成として、C:0.010mass%以上0.250mass%以下、Si:0.05mass%以上1.00mass%以下、Mn:0.10mass%以上1.50mass%以下、P:0.050mass%以下、S:0.010mass%以下、Cr:0.005mass%以上0.100mass%以下、sol.Al:0.005mass%以上0.100mass%以下およびN:0.0010mass%以上0.0080mass%以下、Cu:0.03mass%以上0.50mass%以下を含有する被めっき鋼管に、
70℃での比重が1.10以上1.30以下であり、かつ温度を55℃以上95℃以下とするフラックス処理液を用いてフラックス処理を行い、
次いで前記フラックス処理後の被めっき鋼管の最高温度を105℃以上180℃以下として乾燥処理を行い、
成分組成として、Zn:97.5mass%以上、Fe:1.5mass%以下、Pb:0.10mass%以下、Cd:0.01mass%以下を含有するめっき浴に、前記乾燥後の被めっき鋼管を浸漬して溶融亜鉛めっき処理を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。 - 成分組成として、C:0.010mass%以上0.250mass%以下、Si:0.01mass%以上0.05mass%未満、Cu:0.03mass%以上0.50mass%以下、Mn:0.10mass%以上1.50mass%以下、P:0.050mass%以下、S:0.010mass%以下、Cr:0.005mass%以上0.100mass%以下、sol.Al:0.005mass%以上0.100mass%以下およびN:0.0010mass%以上0.0080mass%以下を含有する被めっき鋼管に、
70℃での比重が1.10以上1.30以下であり、かつ温度を55℃以上95℃以下とするフラックス処理液を用いてフラックス処理を行い、
次いで前記フラックス処理後の被めっき鋼管の最高温度を105℃以上180℃以下として乾燥処理を行い、
成分組成として、Zn:97.5mass%以上、Fe:1.5mass%以下、Pb:0.10mass%以下、Cd:0.01mass%以下を含有するめっき浴に、前記乾燥後の被めっき鋼管を浸漬して溶融亜鉛めっき処理を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。 - 前記めっき浴の成分組成において、さらに、Sb:0.01mass%以上1.00mass%以下、Bi:0.01mass%以上1.00mass%以下、Sn:0.01mass%以上2.00mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
- 前記めっき浴の成分組成において、さらに、Ni:0.001mass%以上0.50mass%以下、Ti:0.001mass%以上0.50mass%以下、Al:0.001mass%以上0.50mass%以下、Cu:0.001mass%以上0.50mass%以下、Si:0.001mass%以上0.010mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
- 前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Ni:0.01mass%以上0.50mass%以下を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
- 前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Mo:0.005mass%以上0.50mass%以下を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
- 前記被めっき鋼管の成分組成において、さらに、Nb:0.001mass%以上0.100mass%以下、V:0.002mass%以上0.100mass%以下、Ti:0.001mass%以上0.100mass%以下、B:0.010mass%以下、Ca:0.0002mass%以上0.0050mass%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼管の製造方法。
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