JP6137339B2 - 溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]被めっき鋼材表面にフラックス処理および乾燥処理を行った後、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、Mg:0.001mass%以上0.05mass%以下を含有するめっき浴(galvanizing bath)に被めっき鋼材を浸漬して溶融亜鉛めっき浴浸漬処理を行う溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
[2]前記めっき浴の成分組成において、さらに、Ti:0.001mass%以上0.05mass%以下、V:0.001mass%以上0.05mass%以下のうちから選ばれる1種または2種を含有する[1]に記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
[3]前記めっき浴の成分組成において、さらに、Al:0.001mass%以上0.02mass%以下を含有し、さらに([Mg]+[Ti]+[V])/2≧[Al](ただし、[Mg]、[Ti]、[V]、[Al]は各元素の含有量とする。)を満たす[1]または[2]に記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
[4]前記フラックス処理に於いて、フラックス液に含まれる塩化亜鉛と塩化アンモニウムのモル比が1:1〜1:4、フラックス液に含まれる前記塩化亜鉛と前記塩化アンモニウムの合計のモル濃度が3〜10mol/L、前記塩化亜鉛の濃度が600g/L以下、および前記フラックス液の温度が40℃〜85℃である[1]〜[3]のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
[5]前記フラックス処理後に乾燥処理を行うに際し、下記式(1)を満たす[1]〜[4]のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
FE=9.6×exp(−2500/T)×RH×t0.5≦0.85…(1)
上記式(1)において、
T:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまで滞留する雰囲気における環境温度(K)
RH:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまで滞留する雰囲気における環境相対湿度(%)
t:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまでの滞留時間(分)である。
[6]前記乾燥処理において、乾燥炉内雰囲気の温度が180℃以下、乾燥炉内雰囲気の露点温度が(乾燥炉に進入してくる鋼材表面温度−10)℃以下、乾燥時の鋼材表面の最高到達温度が80℃以上140℃以下、および鋼材の乾燥炉内滞留時間が600秒以下である[1]〜[5]のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
[7][1]〜[6]のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法によって製造された溶融亜鉛めっき鋼材。
本発明では、フラックス処理された被めっき鋼材を浸漬する溶融亜鉛めっき浴の成分組成としては、PbおよびCdがRoHS指令で規制された範囲内である、Pb:0.10mass%以下、Cd:0.01mass%以下を含有するめっき浴とする。ただし、前述したように、JIS H2107(1999)に規定の最純亜鉛地金を使用する場合、通常Pbが0.003mass%以下、Cdが0.002mass%以下であり、このような低濃度あるいは検出限界以下であっても、一向に差し障りはない。
本発明においては、めっき浴中にMgを含有させることを特徴とする。本発明者らは、まず、フラックスが付着した鋼材の溶融亜鉛めっき浴に対する濡れ性について、調査した。具体的には、ハンダの濡れ性評価にも用いられるWilhelmy法(プレート法)の実験装置を組み立て、後述する方法で実験を行った。Wilhelmy法は、液体に板状のサンプルを一定深さ浸漬したときの重量(質量)を測定することにより、液体の密度や表面張力が既知の場合に、その接触角を求めることができる方法の一つである。実験は、溶融亜鉛に対する濡れ性を評価するためのサンプルとして、電縫管(electric resistance welded tube)原板から、表面が平滑で厚さ0.5mmの薄鋼板(50×20mm。以下、濡れ性調査の説明においてサンプルとも称する。)を加工し、脱脂、酸洗、水洗を行った後に、濃度を変化させた塩化亜鉛および塩化アンモニウムからなるフラックス液に浸漬して引き上げ、乾燥させた。その後、サンプルを電子天秤に吊り下げた状態で、溶融亜鉛浴中へ、サンプル下端から10mmを20sec間浸漬し、その間の重量を記録した。サンプルを一定量浸漬している20sec間にも重量は変動する(浴面上のサンプル表面が酸化されて酸化鉄が形成されるため、だんだん濡れにくくなっていく)ため、最大濡れを示す最大重量値から、最小接触角を算出した(具体的には、「γ×L×cosθ=F+S×h×ρ×g」から求める。ここで、γ:表面張力、L:固体試料の周囲長、θ:接触角、F:測定力(試料に働く力)、F=(測定重量−試量重量)×g、S:試料の断面積、h:試料の浸漬距離、ρ:液体(溶融亜鉛)の密度、g:重力加速度である。)。一般に、接触角が90度以下になると濡れている状態であり、濡れ性が良いとされる。なお、蒸留亜鉛と電解亜鉛については、それぞれ表1にしめす電解亜鉛Aと蒸留亜鉛を用いた。
Tiは、フラックスが十分に付着していない被めっき鋼材の溶融亜鉛めっき浴に対する濡れ性を改善する。Tiは、ZnやFeと比較して酸化され易い元素であり、鋼板が溶融亜鉛めっき浴に浸漬するときの鋼板表面の酸化を抑制し、濡れ性を確保する。しかし、溶融亜鉛めっき浴中に単独含有させると、溶融亜鉛めっき浴表面で酸化被膜(oxide layer)を形成し、その酸化被膜は時間とともに成長し続ける。そのため、本発明ではバリア効果を示すMgとの複合含有とする。Tiの含有量は、0.001mass%未満では明確な効果が認められず、0.05mass%より多く含有しても効果は飽和する。したがって、Tiは0.001mass%以上0.05mass%以下の範囲が好ましい。
Vは、フラックスが十分に付着していない被めっき鋼材の溶融亜鉛めっき浴に対する濡れ性を改善する。Vは、ZnやFeと比較して酸化され易い元素であり、鋼板が溶融亜鉛めっき浴に浸漬するときの鋼板表面の酸化を抑制し、濡れ性を確保する。しかし、溶融亜鉛めっき浴中に単独含有させると、溶融亜鉛めっき浴表面で酸化被膜を形成し、その酸化被膜は時間とともに成長し続ける。そのため、本発明ではバリア効果を示すMgとの複合含有とする。Vの含有量は、0.001mass%未満では明確な効果が認められず、0.05mass%より多く含有しても効果は飽和する。したがって、Vは0.001mass%以上0.05mass%以下の範囲が好ましい。
Alには、フラックスが十分に付着していない被めっき鋼材の溶融亜鉛めっき浴に対する濡れ性を改善する効果はないものの、Alはめっき層の表面に光沢を付与するため、光沢のあるめっき外観向上の効果がある。また、Alは、ZnやFeと比較して酸化され易い元素であり、溶融亜鉛めっき浴の表面を薄い酸化被膜で覆うことにより、Znの酸化物生成を抑制するバリア効果を示す。しかし、AlはFeとの結合性が強い元素であり、多量に含有させるとFeとZnの合金相成長を阻害して不めっきの原因となる。Alの含有量は、0.001mass%未満では明確な光沢付与効果が認められず、0.02mass%より多く含有しても効果が飽和する。さらに、Mg、TiおよびVの合計の含有量の半分を超えて含有すると、濡れ性改善効果を阻害するおそれがある。以上より、Alを含有する場合は、0.001mass%以上0.02mass%以下の範囲とし、かつ([Mg]+[Ti]+[V])/2≧[Al](ただし、[Mg]、[Ti]、[V]、[Al]は各元素の含有量とする。)を満たすこととする。なお、Tiが含有されていない場合は、[Ti]=0として計算する。VとAlが含有されていない場合も、[V]と[Al]は同様に扱う。
酸洗処理としては、鋼材の酸洗処理として用いられている既知の方法を用いることができる。例えば、インヒビターを含有した塩酸水溶液に目視で鋼材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。酸洗処理の前工程として、必要に応じ、脱脂工程および水洗工程を行なっても良い。
本発明では、フラックス液に含まれる塩化亜鉛と塩化アンモニウムのモル比が1:1〜1:4、フラックス液に含まれる前記塩化亜鉛と前記塩化アンモニウムのモル数の合計がモル濃度として3mol/L〜10mol/L、前記塩化亜鉛の濃度が600g/L以下、および前記フラックス液の温度が40℃〜85℃として、フラックス処理を行うことが好ましい。
本発明では、フラックス処理後に乾燥処理を行うに際し、下記式(1)を満たすことが好ましい。
FE=9.6×exp(−2500/T)×RH×t0.5≦0.85…(1)
上記式(1)において、
T:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまでの間に滞留する雰囲気における環境温度(K)
RH:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまでの間に滞留する雰囲気における環境相対湿度(%)
t:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまでの間の滞留時間(分)である。
フラックスは、鋼材表面を酸化から保護するためのものである。しかしながら、フラックス液は、塩化アンモニウムを含んでいるため、液性は弱酸性を示し、鋼材すなわち鉄分の溶出を助長する。フラックス中に溶出した鉄分の除去にもフラックスは使用されるため、フラックス処理から乾燥処理までの環境状態によっては、鉄分の溶出によるフラックスの劣化が進行する。したがって、フラックス処理後、迅速に乾燥させることが好ましい。
Claims (5)
- 被めっき鋼材表面に、フラックス液に含まれる塩化亜鉛と塩化アンモニウムのモル比が1:1〜1:4、フラックス液に含まれる前記塩化亜鉛と前記塩化アンモニウムの合計のモル濃度が3〜10mol/L、前記塩化亜鉛の濃度が600g/L以下、および前記フラックス液の温度が40℃〜85℃とするフラックス処理および乾燥処理を行った後、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、Mg:0.001mass%以上0.05mass%以下を含有するめっき浴に被めっき鋼材を浸漬して溶融亜鉛めっき浴浸漬処理を行う溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
- 前記めっき浴の成分組成において、さらに、Ti:0.001mass%以上0.05mass%以下、V:0.001mass%以上0.05mass%以下のうちから選ばれる1種または2種を含有する請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
- 前記めっき浴の成分組成において、さらに、Al:0.001mass%以上0.02mass%以下を含有し、さらに([Mg]+[Ti]+[V])/2≧[Al](ただし、[Mg]、[Ti]、[V]、[Al]は各元素の含有量とする。)を満たす請求項1または2に記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
- 前記フラックス処理後に乾燥処理を行うに際し、下記式(1)を満たす請求項1〜3のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
FE=9.6×exp(−2500/T)×RH×t0.5≦0.85…(1)
上記式(1)において、
T:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまで滞留する雰囲気における環境温度(K)
RH:フラックス処理後の被めっき鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまで滞留する雰囲気における環境相対湿度(%)
t:フラックス処理後の鋼材がフラックス槽を出てから乾燥炉に入るまでの滞留時間(分)である。 - 前記乾燥処理において、乾燥炉内雰囲気の温度が180℃以下、乾燥炉内雰囲気の露点温度が(乾燥炉に進入してくる鋼材表面温度−10)℃以下、乾燥時の鋼材表面の最高到達温度が80℃以上140℃以下、および鋼材の乾燥炉内滞留時間が600秒以下である請求項1〜4のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
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