JP6822506B2 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、Ｓｉ、Ｍｎを含有する高強度鋼板を母材とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関するものである。
近年、自動車、家電、建材等の分野において、素材鋼板に防錆性を付与した表面処理鋼板、なかでも防錆性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板を含む。）が広く使用されている。また、自動車の燃費向上と衝突安全性向上の観点から、車体材料の高強度化によって薄肉化を図り、車体そのものを軽量化かつ高強度化するために、高強度鋼板の自動車への適用が進んでいる。
一般に溶融亜鉛めっき鋼板は、熱延鋼板または冷延鋼板を母材とし、この母材鋼板をＣＧＬにおいて再結晶焼鈍した後、溶融亜鉛めっきすることにより製造される。また、溶融亜鉛めっき後に合金化処理を行うことにより合金化溶融亜鉛めっき鋼板が製造される。
自動車用途の高強度鋼板は、プレス成形されるため優れた強度−延性バランスを有することが求められる。この要求に対して、Ｓｉ、Ｍｎは鋼の延性を損なわずに高強度化ができる利点があるため、Ｓｉ含有鋼やＳｉ・Ｍｎ含有鋼は高強度鋼板として非常に有用である。しかしながら、Ｓｉ含有鋼やＳｉ・Ｍｎ含有鋼を母材とした高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、以下のような問題がある。
ＣＧＬで高強度鋼板を連続焼鈍する際に、鋼板中のＳｉやＭｎはＦｅの酸化が起こらない還元性ガス雰囲気（Ｆｅ酸化物が還元されるようなガス雰囲気）中でも酸化し、鋼板表面（表層部）にＳｉやＭｎの酸化物が生成する。このＳｉやＭｎの酸化物は、めっき処理時に溶融亜鉛と下地鋼板との濡れ性を低下させ、ＳｉやＭｎをほとんど含まない鋼板に較べて不めっきなどの表面欠陥が著しく発生しやすくなる。
このような問題に対して、従来では、焼鈍炉内の雰囲気の露点を低くすることにより鋼板表面でのＳｉやＭｎの酸化を抑制したり、焼鈍炉内の雰囲気の露点を高めて内部酸化を生じさせることにより鋼板表面でのＳｉやＭｎの酸化を抑制する手法が採られている。しかし、露点を制御するためには大型の装置が必要であり、焼鈍炉内の露点を均一に制御することは難しく、露点のムラが不めっき発生につながる。また、露点を低くした場合には鋼板表層の固溶Ｓｉ、Ｍｎが酸化されないため、Ｓｉ、Ｍｎの欠乏層が形成されず、鋼板表層の組織が硬化して曲げ性に劣ったものとなる。また、露点を高めた場合には鋼板表層で内部酸化層が形成され、この内部酸化物が割れの起点となってやはり曲げ性に劣ったものとなる。したがって、焼鈍炉内の雰囲気の露点を制御するだけでは、上述した問題を解決できない。
一方、Ａｌキルド鋼やＳｉキルド鋼などの鋼板を溶融めっきする際、めっき浴中において鋼板に超音波を印加することでピンホールや不めっきが抑制できることが知られている。例えば、特許文献１には、超音波ホーン先端を溶融金属浴面を介して被めっき材に接近させ、この超音波ホーンから被めっき材に超音波振動を与えながらめっきする方法が示されている。また、特許文献２には、溶融金属めっき浴中でＳｉキルド鋼板や高張力鋼板（０．１２％Ｃ−０．３５％Ｓｉ−０．５３％Ｍｎ）に０．０１秒以上超音波振動を付与する方法が示されている。さらに、特許文献３には、極低炭素Ｔｉ含有ＩＦ鋼やＡｌキルド鋼などの微細な組織を有する鋼板に溶融亜鉛浴中で超音波を印加することにより、溶融亜鉛浴から鋼板界面へのＡｌの供給を促進することで均一なＦｅ-Ａｌ合金層を形成し、ミクロ欠陥を防止する方法が示されている。
特開昭５３−２２１２６号公報 特開昭５７−２３０５３号公報 特開平３−１５８４４９号公報
しかし、特許文献１〜３には通板速度３０ｍｐｍ以下という低速の場合についてしか開示がなく、特許文献１〜３に記載の方法は、事実上、そのような低速の場合にしか適用できない技術であるといえる。すなわち、通板速度を速くした場合、特に６０ｍｐｍを超える通板速度とした場合には、亜鉛めっき浴中でボトムドロスが巻き上がり、これが超音波ホーンに付着し、鋼板に転写されてドロス付着欠陥となる場合があるため、通板速度を低く抑える必要があり、生産性に劣ったものとなる。また、特許文献１〜３の技術をＳｉ、Ｍｎを多く含む高強度鋼板に適用した場合、焼鈍炉の露点を制御しなくても不めっきの無い、外観に優れためっき鋼板が得られるものの、鋼板とめっきの界面に形成された酸化物によってめっき密着性が低下する場合がある。さらに、特許文献１〜３には合金化溶融亜鉛めっきに関する開示はなく、Ｓｉを多く含む高強度鋼板に超音波を印加してめっきした場合、超音波を印加しない場合と同じ合金化処理温度で合金化を行うと、合金化が不十分となり合金化ムラが発生する場合がある。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、Ｓｉ、Ｍｎを含有する高強度鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板であって、不めっきなどがない美麗なめっき外観を有するとともに、めっき密着性にも優れた溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、めっき外観とめっき密着性に優れるとともに、耐パウダリング性、加工性、曲げ性にも優れた溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる製造方法を提供することにある。
本発明者らは、高強度鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造において、上記課題を解決できる方法について鋭意検討した結果、めっき浴中またはめっき浴を出た鋼板に特定の条件で超音波を印加し、且つめっき層の合金化処理を行うことにより、不めっきなどがない良好なめっき外観が得られるとともに、鋼板表層部に形成されたＳｉ、Ｍｎの酸化物がめっき層中に取り込まれることでめっき密着性が改善されることを見出した。さらに、還元焼鈍の雰囲気を特定の露点範囲とすることにより、Ｓｉ、Ｍｎの欠乏層および内部酸化層を適正な範囲とすることができ、これにより曲げ性が改善されることを見出した。
一方、鋼板に超音波を印加することにより溶融亜鉛めっき浴から鋼板へのＡｌの供給が促進されることでＦｅ−Ａｌ合金層の形成が促進されるため、溶融めっき処理した後の合金化処理において、Ｆｅ−Ａｌ合金層がめっき層中へのＦｅの拡散を抑制することにより、所定の合金化率を得るために必要な合金化温度（以下の説明においても「合金化温度」とは「所定の合金化率を得るために必要な合金化温度」を意味する。）が高くなり、これにより鋼板の組織が変化して鋼板の加工性（耐パウダリング性）が低下する場合があることが判った。特にＳｉを含む高強度鋼板では、超音波を印加しない場合であっても合金化温度が高くなりやすいため、超音波を印加することでさらに合金化温度が高くなる傾向があり、鋼板の加工性（耐パウダリング性）が低下しやすいことが判った。そこで、さらに検討を重ねたところ、鋼板に印加する超音波周波数とめっき浴中の有効Ａｌ濃度との関係で合金化処理温度を最適化することにより、これらの課題を解決できることを見出した。
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［1］質量％でＳｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％を含有する鋼板を再結晶焼鈍した後、溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきを施し、次いで、溶融亜鉛めっき浴から引き上げた鋼板のめっき付着量調整を行い、
前記浸漬の開始から前記めっき付着量調整が終了するまでの間に、溶融亜鉛と接触し且つ鋼板との距離が０〜３０ｍｍに設定された超音波発振部材から、鋼板に対して周波数が１０ｋＨｚ以上の超音波を０．０１０〜０．５００秒印加し、
めっき付着量調整後の鋼板に対して、溶融亜鉛めっき層の合金化処理を１０〜６０秒間行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、鋼板に対して印加する超音波の周波数が８０ｋＨｚ以下であることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［3］上記［1］または［2］の製造方法において、合金化処理後の溶融亜鉛めっき層のＦｅ濃度が６〜１５質量％であることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、溶融亜鉛めっき浴面を基準とした高さ方向において、めっき浴面下１．５ｍ〜めっき浴面上５．０ｍの範囲内の位置で超音波発振部材から鋼板に超音波を印加することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、再結晶焼鈍を露点が−４０℃以上−２０℃以下の雰囲気で行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの製造方法において、超音波発振部材が回転可能なロールで構成されることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［7］上記［6］の製造方法において、超音波発振部材を構成するロールが、ロール径方向で超音波振動するとともに、鋼板と相対するロール面が鋼板進行方向と同じ方向に移動するように回転することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［8］上記［1］〜［6］のいずれかの製造方法において、超音波発振部材により、溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼板に超音波を印加しつつ、該超音波発振部材により鋼板面に付着した溶融亜鉛を掻き落とすことでめっき付着量調整を行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの製造方法において、合金化処理を下記（1）式および（2）式を満足する合金化処理温度Ｔ（℃）で行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）≦Ｔ≦（３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０） …（1）
Ｔ≦５７０ …（2）
但し ［Ａｌ］：溶融亜鉛めっき浴の浴中有効Ａｌ濃度（mass％）
ｆ：鋼板に印加される超音波の超音波周波数（ｋＨｚ）
［10］上記［1］〜［9］のいずれかの製造方法において、鋼板が、質量％で、Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［11］上記［10］の製造方法において、鋼板が、さらに、質量％で、Ａｌ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．８％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｓｂ：０．００１〜０．１０％、Ｓｎ：０．００１〜０．１０％の中から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［12］質量％で、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％を含有する鋼板の表面に合金化溶融亜鉛めっき層を有するめっき鋼板であって、
合金化溶融亜鉛めっき層のＦｅ濃度が６〜１５質量％であり、
鋼板に含まれる内部酸化物量が０．０５ｇ／ｍ２（酸素Ｏ換算）以下であり、
合金化溶融亜鉛めっき層および合金化溶融亜鉛めっき層と鋼板との界面に存在するＳｉ酸化物の合計量ＭSi（金属Ｓｉ換算量、ｇ／ｍ２）とＭｎ酸化物の合計量ＭMn（金属Ｍｎ換算量、ｇ／ｍ２）が下記（3）式を満足することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
０．０００４≦ＭSi×ＭMn≦０．０４５０ …（3）
［13］上記［12］の高強度溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼板が、質量％で、Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［14］上記［13］の高強度溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼板が、さらに、質量％で、Ａｌ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．８％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｓｂ：０．００１〜０．１０％、Ｓｎ：０．００１〜０．１０％の中から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
本発明によれば、Ｓｉ、Ｍｎを含有する高強度鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板であって、不めっきなどがない美麗なめっき外観を有するとともに、めっき密着性にも優れた溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる。
また、本発明において、焼鈍条件や合金化処理条件などを最適化することにより、めっき外観とめっき密着性に優れるとともに、耐パウダリング性、加工性、曲げ性にも優れた溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる。
本発明において、超音波発振部材から鋼板に超音波を印加する場合の代表的な実施形態を模式的に示すものであり、図１（Ａ）はホーンで構成された超音波発振部材を用いる場合の一実施形態を示す説明図、図１（Ｂ）はロールで構成された超音波発振部材を用いる場合の一実施形態を示す説明図 本発明において、ロールで構成された超音波発振部材を用いる場合におけるロールの振動形態を模式的に示すものであり、図２（Ａ）はロールがロール軸方向で振動する場合を示す説明図、図２（Ｂ）はロールがロール径方向で振動する場合を示す説明図 本発明において、鋼板に対する超音波印加位置が異なる種々の実施形態を模式的に示す説明図 本発明において、鋼板に超音波印加を行う超音波発振部材を用いてめっき付着量調整を行う場合の実施形態を模式的に示すものであり、図４（Ａ）はホーンで構成された超音波発振部材を用いる場合の一実施形態を示す説明図、図４（Ｂ）はロールで構成された超音波発振部材を用いる場合の一実施形態を示す説明図 製造試験の結果を示すもので、良好な耐パウダリング性とめっき外観が得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、合金化処理温度と浴中有効Ａｌ濃度で整理して示したグラフ 製造試験の結果を示すもので、良好な耐パウダリング性とめっき外観が得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、合金化処理温度と鋼板に印加した超音波周波数で整理して示したグラフ
本発明は、所定量のＳｉおよびＭｎを含有する高強度鋼板（母材鋼板）を再結晶焼鈍した後、溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきを施し、次いで、溶融亜鉛めっき浴から引き上げた鋼板のめっき付着量調整を行い、鋼板の溶融亜鉛めっき浴への浸漬開始からめっき付着量調整が終了するまでの間に、所定の条件で超音波発振部材から鋼板に対し超音波を印加し、さらに、めっき付着量調整後の鋼板に対して所定の条件で合金化処理を行うものである。
本発明の製造方法では、上記のように鋼板に対して溶融亜鉛めっき浴中または溶融亜鉛めっき浴を出た直後に所定の条件で超音波を印加するとともに、めっき付着量調整後に溶融亜鉛めっき層の合金化処理を行うことにより、不めっきなどの欠陥の発生防止とめっき密着性の改善を図るものである。従来、Ｓｉ、Ｍｎの酸化物が形成されるとめっき性が低下して不めっきが発生したり、めっき密着性が低下したりするが、本発明の方法ではＳｉ、Ｍｎの酸化物が形成されてもめっき性は低下せず、美麗なめっき外観が得られるとともに、良好なめっき密着性を得ることができる。
本発明の製造方法は、通常、連続溶融亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）で実施される。連続ライン中での鋼板の通板速度は６０〜１５０ｍｐｍとすることが好ましい。通板速度が６０ｍｐｍ未満では、生産性に劣るとともに、焼鈍炉内で鋼板が高温に保持される時間が長くなり、ＳｉやＭｎが選択酸化されて表面酸化物を形成し、超音波を印加したとしても不めっきの原因になったり、めっき密着性が低下したりする場合がある。一方、通板速度が１５０ｍｐｍを超えると、めっき浴中でのボトムドロスの巻き上げが多くなるためドロス付着欠陥が増加したり、付着量の制御が難しくなったり、合金化処理において合金化度の制御が難しくなるなどの問題を生じやすい。
以下、本発明で行われる再結晶焼鈍、溶融亜鉛めっき、超音波の印加、合金化処理などについて順に説明する。なお、高強度鋼板（母材鋼板）の成分組成などについては、後に詳述する。
本発明では、鋼板を溶融亜鉛めっき浴に浸漬する前に、鋼板の再結晶焼鈍を行う。通常、再結晶焼鈍は還元雰囲気中で行うが、ＮＯＦ型ＣＧＬやＤＦＦ型ＣＧＬのように、加熱帯において酸化させた後に還元処理（還元焼鈍）してもよい。再結晶焼鈍（還元焼鈍）は従来から行われている方法に準じて行えばよく、特に限定するものではない。例えば、放射加熱方式の焼鈍炉において水素を含む還元性雰囲気中で６００〜９００℃程度の温度で還元処理するのが一般的ではあるが、これに限定されるものではない。また、加熱帯において酸化させた後に還元処理（還元焼鈍）する場合も、加熱帯で鋼板表面に生成した酸化皮膜を還元することができる方法であれば本発明の効果を妨げるものではなく、むしろ表面酸化物起因の不めっきを抑制する効果が期待できる。
還元焼鈍時の雰囲気は水素−窒素系が好ましく、水素濃度は１〜９０vol％が好ましい。水素濃度が１vol％未満では還元が不十分であり、９０vol％以上では経済的に不利になる。
還元焼鈍における雰囲気の露点は−４０℃以上−２０℃以下とすることが好ましい。本発明では、鋼板に対してめっき浴中またはめっき浴を出た直後に特定の条件で超音波を印加するとともに、めっき層の合金化処理を行うことにより、不めっきなどの欠陥の発生防止とめっき密着性の改善を図るものであるが、さらに還元焼鈍の雰囲気の露点を上記範囲とすることにより、鋼板表層部の固溶Ｓｉ、Ｍｎが表面で酸化され、鋼板表層部にＳｉ、Ｍｎの欠乏層が形成されることで鋼板表層組織が軟化し、鋼板の曲げ性が向上する。また、内部酸化層は形成されないため、内部酸化層を起点とした割れも発生せず、この面からも曲げ性が向上する。
還元焼鈍の雰囲気の露点が−４０℃未満では、鋼板表層部の固溶Ｓｉ、Ｍｎの酸化が抑制されるため、鋼板表層部にＳｉ、Ｍｎの欠乏層が形成されず、鋼板表層部の組織が硬化するので曲げ性が向上しにくい。また、露点を−４０℃未満とするには、露点を下げるための特別の設備が必要であり、設備コストがかかる。一方、露点が−２０℃超では、鋼板表層部に内部酸化層が形成され、この内部酸化層を起点に割れが発生しやすいため、この場合も曲げ性が向上しにくい。また、露点を−２０℃超とするには、露点を上げるための特別の設備が必要であり、設備コストがかかる。以上の観点から、還元焼鈍の雰囲気の露点は−４０℃以上−２０℃以下が好ましく、−３５℃以上−２５℃以下がより好ましい。
上記のように再結晶焼鈍された鋼板は、所定の温度まで冷却された後、溶融亜鉛めっき浴に浸漬され、溶融亜鉛めっきが施される。
溶融亜鉛めっき浴には、ドロスの発生抑制や合金化温度の適正化などの目的で適量のＡｌが添加されるが、浴中有効Ａｌ濃度は０．０７〜０．１７０質量％とすることが好ましい。ここで浴中有効Ａｌ濃度とは、浴中Ａｌ濃度から浴中Ｆｅ濃度を差し引いた値である。浴中有効Ａｌ濃度が０．０７質量％未満ではボトムドロスの発生量が増加し、ドロスが鋼板に付着して欠陥になりやすい。一方、浴中有効Ａｌ濃度が０．１７０質量％を超えるとトップドロスの発生量が増加し、やはりドロスが鋼板に付着して欠陥になりやすいとともに、Ａｌの添加によるコストアップにつながる。また、合金化処理において、後述する合金化処理温度Ｔが最適化されるように、超音波周波数とあわせて適正な浴中有効Ａｌ濃度に調整することが好ましい。
また、溶融亜鉛めっき浴中にはＡｌ以外に、必要に応じて、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｂなどの中から選ばれる１種以上を適量添加してもよい。
溶融亜鉛めっきのその他の条件に特に制限ないが、通常、めっき浴温度を４４０〜５００℃とし、板温４４０〜５５０℃の鋼板をめっき浴中に浸漬させて溶融亜鉛めっきを行うことが好ましい。
本発明では、鋼板の溶融亜鉛めっき浴への浸漬開始から、溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼板のめっき付着量調整が終了するまでの間に、超音波発振部材（超音波印加部材）から鋼板に対して所定の条件で超音波を印加（超音波振動を付与）する。これにより溶融亜鉛めっきの濡れ性が改善し、ＳｉやＭｎの表面酸化物の上であっても、溶融亜鉛が均一に濡れ広がることで不めっきの存在しない美麗なめっき外観を得ることができるとともに、後に行われる合金化処理によってＳｉやＭｎの酸化物がめっき層に取り込まれることにより優れためっき密着性が得られる。
鋼板に超音波を印加する超音波発振部材は、溶融亜鉛と接触している必要があり、且つ鋼板との距離を０〜３０ｍｍに設定する。鋼板との距離が０ｍｍとは鋼板に接しているということである。
超音波発振部材が溶融亜鉛と接触した状態で鋼板に超音波を印加しないと、超音波の印加が溶融亜鉛めっきの濡れ性の改善に有効に作用しない。つまり、鋼板との距離が０〜３０ｍｍ以内にある溶融亜鉛に超音波が付与されることで、溶融亜鉛めっきの濡れ性が改善されるということである。また、超音波発振部材と鋼板の距離が３０ｍｍを超えると、鋼板に対して超音波が有効に作用せず、濡れ性の改善効果が得られない。このため、溶融亜鉛めっき浴中の鋼板に超音波発振部材から超音波を印加する場合には、超音波発振部材と鋼板との距離を０〜３０ｍｍに設定すればよいが、溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼板に超音波発振部材から超音波を印加する場合には、少なくとも鋼板面に付着した溶融亜鉛に超音波発振部材を接触させた状態にする必要がある。
本発明で使用する超音波発振部材の形式に特別な制限はないが、通常、超音波振動子（ランジュバン型振動子など）の振動が伝達されるホーン（いわゆる超音波ホーン）やロールなどで構成された超音波発振部材が用いられる。
図１は、超音波発振部材１から鋼板Ｓに超音波を印加する場合の代表的な実施形態を模式的に示したものであり、図１（Ａ）はホーン２で構成された超音波発振部材１から鋼板Ｓに超音波を印加する場合の一実施形態を、図１（Ｂ）はロール３（回転可能なロール）で構成された超音波発振部材１から鋼板Ｓに超音波を印加する場合の一実施形態を、それぞれ示している。図１（Ａ）,（Ｂ）に鋼板Ｓと超音波発振部材１の距離３０ｍｍを示すが、超音波発振部材１は鋼板Ｓに対して、この距離３０ｍｍ以内で超音波を印加（付与）する。なお、標準的なサイズとして、鋼板Ｓの厚さは１ｍｍ前後、超音波発振部材１のサイズ（ホーン２の厚さやロール３の径）は数十〜数百ｍｍ程度であるが、図１は模式図であるため、鋼板Ｓの厚さに対して、超音波発振部材１と鋼板Ｓとの距離（３０ｍｍ）、超音波発振部材１のサイズを小さく表している。
ここで、超音波発振部材１と鋼板Ｓ間でのドロス巻き込みを防止するなどの観点からは、図１（Ｂ）に示すようなロール３（回転可能なロール）で構成された超音波発振部材１を用いることが好ましい。超音波発振部材１がロール３の場合、鋼板Ｓに対して線で対向するためドロスの巻き込みが生じにくく、しかもロール３の回転により鋼板Ｓとの間にドロスが溜まりにくいためである。この超音波発振部材１は、超音波振動子の振動がロール３に伝達され、このロール３から鋼板Ｓに超音波振動が付与される。
超音波振動子の振動をロール３に伝達するために、通常、ロール３のロール軸に超音波振動子の振動が付与され、超音波振動子によりロール３をロール軸方向またはロール径方向に振動させる。
図２は、そのロール３の振動形態を模式的に示したものであり、超音波発振器４の超音波振動子が超音波振動を伝達できるようにロール軸３０に機械的に接続又は連係されることにより、超音波振動子の振動がロール軸３０を介してロール３（ロール本体）に伝達される。超音波発振器４の超音波振動子のロール軸３０への取付形態により、図２（Ａ）ではロール３がロール軸方向で超音波振動し、図２（Ｂ）ではロール３がロール径方向で超音波振動する。
ロール３は、モーターなどの駆動装置で回転できるようにし、鋼板Ｓと相対するロール面が鋼板進行方向と同じ方向に移動するように回転（鋼板Ｓの移動方向に対して順回転）させてもよいし、鋼板Ｓと相対するロール面が鋼板進行方向とは逆方向に移動するように回転（鋼板Ｓの移動方向に対して逆回転）させてもよい。また、前者の場合には、ロール３の周速を鋼板Ｓの通板速度に一致させてもよい。また、ロール３を無駆動とし、鋼板Ｓに接触させることにより回転するような機構としてもよい。
ここで、溶融亜鉛めっき浴中にロール３を配置する場合、例えば、次のような形態を採ることができる。ロール３が無駆動のロールの場合には、シンクロールの支持機構と同様に、保持手段のアームにロール軸３０を支持させ、ロール３を浴中に保持すればよい。一方、ロール３が駆動ロールの場合には、例えば、ポット両側壁に設けた軸受にロール軸３０を支持させ、ポット外側に設けられた駆動装置でロール軸３０を回転させる、などの形態を採ることができる。
以上のようなロール３で構成された超音波発振部材１から鋼板Ｓに超音波を印加することにより、超音波ホーンに較べて超音波発振部材１と鋼板Ｓの対向面が少ないためドロスの巻き込みが生じにくく、しかもロール３の回転により鋼板Ｓとの間にドロスが溜りにくいため、超音波発振部材１と鋼板Ｓの間にドロスを巻き込んで発生する欠陥が抑制できる。また、ロール３が鋼板の移動方向に対して順回転する場合には、超音波発振部材１が意図せずに鋼板Ｓに接触しても鋼板Ｓに傷がつくことが抑制できるとともに、超音波発振部材１の摩耗も軽減できる。したがって、上述した種々の実施形態のなかでも、以上のような効果を特に期待できる実施形態としては、図２（Ａ）に示すように、ロール３がロール径方向で超音波振動するとともに、鋼板と相対するロール面が鋼板進行方向と同じ方向に移動するように回転（鋼板Ｓの移動方向に対して順回転）することが好ましい。また、ロール３のロール周速が鋼板Ｓの通板速度と同じであることが特に好ましい。
鋼板に対して印加する超音波の周波数は１０ｋＨｚ以上とする。超音波周波数が１０ｋＨｚ未満では濡れ性改善の効果が得られない。一方、超音波周波数が８０ｋＨｚを超えると合金化ムラが生じやすくなり、また、超音波印加による効果が飽和するとともに、高価な超音波発振部材が必要となるので、超音波周波数は８０ｋＨｚ以下が好ましい。以上の観点から、より好ましい超音波周波数は１５ｋＨｚ以上、４０ｋＨｚ以下である。また、合金化処理において、後述する合金化処理温度Ｔが最適化されるように、浴中有効Ａｌ濃度とあわせて、超音波周波数を適正な範囲に調整することが好ましい。
超音波を印加する時間は０．０１０〜０.５００秒とする。ここで、超音波を印加する時間とは、鋼板が、鋼板表面から超音波発振部材までの垂直距離が３０ｍｍ以内の範囲にある時間とする。すなわち、図１において鋼板Ｓが範囲Ｌを通過する時間であり、図中ドットを付した部分が鋼板Ｓ表面から超音波発振部材１までの垂直距離が３０ｍｍ以内の範囲（領域）である。
超音波を印加する時間が０．０１０未満では、濡れ性改善の効果が十分に得られず、また印加時間を制御すること自体も難しくなる。一方、超音波を印加する時間が０．５００秒を超えると、形成されたＦｅ−Ａｌ合金層が分厚く成長して、合金化処理において合金化ムラになりやすい。また、超音波を印加する時間が長くなると、超音波発振部材の設置に必要な距離が長くなり、装置が大型化してしまう問題もある。以上の観点から、超音波を印加する時間は０．０１５〜０.２００秒が好ましい。
超音波発振部材の振幅は特に規定しないが、１〜１０μｍ程度が好ましい。振幅が１μｍ未満では制御が難しくなり、濡れ性改善の効果が小さくなりやすい。一方、１０μｍを超えると振幅が大きすぎて鋼板に傷がつく原因となる。
鋼板に超音波を印加する位置は、鋼板の溶融亜鉛めっき浴への浸漬開始から、溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼板のめっき付着量調整が終了するまでの間であればよい。図３（Ａ）〜（Ｃ）は超音波印加位置が異なる種々の実施形態を模式的に示しており、図において、５は溶融亜鉛めっき浴、６はシンクロール、７はめっき付着量調整用のガスワイピングノズルである。
図３（Ａ）の実施形態では、ホーン式の超音波発振部材１を用い、鋼板Ｓの片面に対する超音波印加を鋼板Ｓが溶融亜鉛めっき浴５に浸漬した直後の位置で、鋼板Ｓの他の片面に対する超音波印加を鋼板Ｓがシンクロール６に巻き付いた位置で、それぞれ行っている。また、図３（Ｂ）の実施形態では、ロール式の超音波発振部材１を用い、鋼板Ｓの両面に対する超音波印加を鋼板Ｓが溶融亜鉛めっき浴５から引き上げられた位置（同じ位置）で行っている。また、図３（Ｃ）の実施形態では、ホーン式の超音波発振部材１を用い、鋼板Ｓの両面に対する超音波印加を鋼板Ｓが溶融亜鉛めっき浴５から引き上げられる直前の位置（同じ位置）で行っている。なお、溶融亜鉛めっき浴５に浸漬した鋼板Ｓに超音波を印加する場合、通常、超音波発振源である超音波振動子はめっき浴の温度に耐えられるような耐熱性を有しないため、ホーン式やロール式の超音波発振部材１のみがめっき浴中に浸漬され、超音波振動子はめっき浴外に置かれ、その振動が超音波発振部材１に伝えられる。
ここで、溶融亜鉛めっき浴５中で鋼板Ｓに超音波を印加した場合、特に溶融亜鉛めっき浴５の深い位置で超音波を印加した場合、超音波発振部材１と鋼板Ｓの間にボトムドロスが巻き込まれやすくなり（この巻き込まれたボトムドロスが鋼板に転写されてドロス付着欠陥になる）、また、超音波発振部材１のメンテナンスや設置スペース面での制約が生じやすい。一方、亜鉛溶融めっき浴５から引き上げられた鋼板Ｓに対してめっき浴面上の高い位置で超音波を印加した場合、溶融亜鉛の凝固が一部始まっているため超音波印加の効果が小さくなる。以上の理由から、鋼板Ｓに超音波を印加する位置は、めっき浴面を基準とした高さ方向において、めっき浴面下（下方）１．５ｍ〜めっき浴面上（上方）５．０ｍの範囲内（図３（Ｃ）の矢印の範囲内）が好ましく、また、めっき浴面下１．０ｍ〜めっき浴面上３．０ｍの範囲内がより好ましく、さらに、めっき浴面〜めっき浴面上２．０ｍの範囲内が特に好ましい。
超音波発振部材１は１箇所に設置してもよいし、複数箇所に設置してもよいが、鋼板Ｓの幅方向全体に超音波を印加するためには、鋼板幅方向および鋼板長手方向に複数の超音波発振部材１を設置するのが好ましい。例えば、５０ｍｍ幅以上３００ｍｍ幅以下の超音波発振部材１を２個以上、４０個以下設置するのが好ましい。
また、超音波は鋼板Ｓの片面にのみ印加してもよいが、超音波を印加しない鋼板面には効果が及ばないため、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように鋼板両面に印加するのが好ましく、特に同じ位置で鋼板両面に超音波を印加するのが好ましい。
溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼板に対しては、表面に付着した溶融亜鉛の一部を掻き落とすことによりめっき付着量調整が行われる。この調整後のめっき付着量（溶融亜鉛めっき鋼板のめっき付着量）は特に制限はないが、めっき付着量が少な過ぎると耐食性が低下するとともに、付着量の制御自体が難しくなり、一方、多過ぎるとめっき密着性が低下するので、通常、片面あたりのめっき付着量は２５〜８０ｇ／ｍ２程度が好ましい。
めっき付着量調整を行う方法に特別な制限はないが、通常は、図３に示すようなガスワイピングが行われ、ガスワイピングのガス圧やガスワイピングノズル−鋼板間距離などを調整することにより溶融亜鉛の掻き落し量が調整され、めっき付着量調整がなされる。
一方、本発明では、鋼板Ｓに超音波印加を行う超音波発振部材１をめっき付着量調整手段（溶融亜鉛の掻き落し手段）として用い、めっき付着量調整を行ってもよい。図４は、その場合の実施形態を模式的に示している。図４（Ａ）はホーン２で構成された超音波発振部材１を用いる場合を、図４（Ｂ）はロール３（回転可能なロール）で構成された超音波発振部材１を用いる場合を、それぞれ示しているが、いずれの場合も、超音波発振部材１は鋼板Ｓに超音波を印加するとともに、鋼板Ｓと所定の間隔をとることにより、鋼板面に付着した溶融亜鉛の一部を下方に掻き落とし、めっき付着量を調整する。なお、標準的なサイズとして、鋼板Ｓの厚さは１ｍｍ前後、めっき皮膜の厚さは１０μｍ前後、超音波発振部材１のサイズ（ホーン２の厚さやロール３の径）は数十〜数百ｍｍ程度であるが、図４は模式図であるため、鋼板Ｓの厚さに対して、めっき皮膜の厚さを大きく、超音波発振部材１のサイズを小さく表している。
ここで、図４（Ｂ）に示すようにロール３（回転可能なロール）で構成された超音波発振部材１を用いる場合には、鋼板Ｓと相対するロール面が鋼板進行方向とは逆方向に移動するようにロール３を回転（鋼板Ｓの移動方向に対して逆回転）させ、鋼板面に付着した溶融亜鉛の一部を下方に掻き落とす。
また、図４は鋼板片面についてのみ示しているが、通常、鋼板の他の片面でも、同じ位置で同様のめっき付着量調整が行われる。
本発明では、上記のようにめっき付着量調整を行った溶融亜鉛めっき鋼板を加熱し、めっき層の合金化処理を行う。この合金化処理を行わないと、めっき層と鋼板の界面に形成されたＳｉ、Ｍｎの酸化膜（酸化物）によりめっき密着性が低下する。合金化処理を行うことにより、鋼板と亜鉛が反応するとともに酸化膜がめっき層中に取り込まれ、めっき密着性が向上する。Ｓｉ、Ｍｎの酸化膜が形成されていても、Ｆｅ−Ａｌ合金層の形成および合金化反応は酸化膜の間隙から進行する。
この合金化処理の処理時間は１０〜６０秒とする。１０秒未満では合金化が十分に進行せず、合金化ムラができてめっき外観が劣ったものとなる。一方、６０秒を超えると、合金化が過度に進行して耐パウダリング性が劣化する。
この合金化処理は下式を満足する合金化処理温度Ｔ（℃）で行うことが好ましい。
（２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）≦Ｔ≦（３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０） …（1）
Ｔ≦５７０ …（2）
但し ［Ａｌ］：溶融亜鉛めっき浴の浴中有効Ａｌ濃度（mass％）
ｆ：鋼板に印加される超音波の超音波周波数（ｋＨｚ）
上記（1），（2）式で規定される合金化処理温度Ｔの限定理由について、以下に説明する。
鋼板に超音波を印加することにより溶融亜鉛めっき浴（または鋼板に付着した溶融亜鉛）から鋼板へのＡｌの供給が促進され、鋼板とめっき界面のうちＳｉ、Ｍｎの酸化膜の間隙においてＦｅ−Ａｌ合金層が形成されることにより、合金化温度が高くなる。
合金化処理の合金化処理温度、溶融亜鉛めっきの際に鋼板に印加する超音波の周波数、および溶融亜鉛めっき浴の浴中有効Ａｌ濃度が、製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板の耐パウダリング性とめっき外観に及ぼす影響を調べるため、以下のような製造試験を実施した。質量％で、Ｃ：０．１２％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：２．７％を含有する鋼板を母材鋼板とし、これを焼鈍温度８３０℃、焼鈍雰囲気の露点−３５℃、Ｈ２濃度１５％、焼鈍温度での保持時間１２０秒の条件で還元焼鈍した後、異なる浴中有効Ａｌ濃度の溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきした。一部の製造例では、めっき浴中において超音波発振部材（超音波ホーン）から鋼板に対して異なる超音波周波数で超音波を印加した（超音波印加時間０．０２秒）。また、他の製造例では、鋼板に対する超音波印加は行わなかった。めっき浴から出た鋼板をめっき付着量調整した後、合金化処理温度４５０〜６７０℃、合金化処理時間２５秒で合金化処理を実施した。このようにして製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の耐パウダリング性とめっき外観を、後述する実施例と同様の方法で測定・評価した。図５は、その結果を合金化処理温度と浴中有効Ａｌ濃度で整理して示したものであり、図６は、その結果を合金化処理温度と超音波周波数で整理して示したものである。
図５において、●は超音波を印加しない（０ｋＨｚ）場合に、後述する実施例と同様の方法で耐パウダリング性を評価した場合（以下に述べる「耐パウダリング性」の評価についても同様。）にランク１〜２（優良）が得られ、かつ後述する実施例と同様の方法で合金化ムラを評価した場合（以下に述べる「合金化ムラ」の評価についても同様。）にランク１（優良）が両立できた合金化処理温度を示している。また、◇は４０ｋＨｚの超音波を印加した場合にランク１〜２（優良）の耐パウダリング性と、ランク１（優良）の合金化ムラの無いめっき外観が両立できた合金化処理温度を示している。
また、図６において、●は浴中有効Ａｌ濃度が０．１０５mass％の場合に、◇は浴中有効Ａｌ濃度が０．０８８mass％の場合に、それぞれランク１〜２（優良）の耐パウダリング性と、ランク１（優良）の合金化ムラの無いめっき外観が両立できた合金化処理温度を示している。
図５において、超音波を印加しない場合、浴中有効Ａｌ濃度の増加するとＦｅ−Ａｌ合金層の形成が促進され、適正な合金化処理温度が上昇する。適正な合金化処理温度の上限（実線上限）は（Ｔ＝３５×log（２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０）、適正な合金化処理温度の下限（実線下限）はＴ＝２５×log（２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）であった。周波数４０ｋＨｚの超音波を印加した場合には、さらにＦｅ−Ａｌ合金層の形成が促進されるため、超音波を印加しなかった場合と比較して同じＡｌ濃度でも適正な合金化処理温度が上昇し、適正な合金化処理温度の上限（破線上限）はＴ＝３５×log（４２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０）、適正な合金化処理温度の下限（破線下限）はＴ＝２５×log（４２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）であった。さらに、図６において、超音波周波数の増加とともにＦｅ−Ａｌ合金層の形成が促進されるため、適正な合金化処理温度は上昇し、浴中有効Ａｌ濃度が０．１０５質量％と高い場合には、適正な合金化処理温度の上限（実線上限）はＴ＝（３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．０１５）＋１５０）、適正な合金化処理温度の下限（実線下限）はＴ＝（２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．０１５）＋２０）であり、浴中有効Ａｌ濃度が０．０８８質量％と低い場合には、適正な合金化処理温度の上限（破線上限）はＴ=３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．０３２）＋１５０）、適正な合金化処理温度の下限（破線下限）はＴ＝（２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．０３２）＋２０）であった。
図５および図６に示す結果から、以下のような知見が得られた。すなわち、合金化処理温度が（２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）℃未満になると、合金化の進行が遅れるため表面の色調ムラが生じてめっき外観が低下しやすい。また、めっき層と鋼板の界面に形成された酸化物によりめっき密着性も低くなることが判った。一方、合金化処理温度が（３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０）℃を超えると耐パウダリング性が低下する。さらに、図６に示されるように、超音波周波数が高くなるに従い必要な合金化処理温度が高くなり、また、図５に示されるように、浴中有効Ａｌ濃度が低くなるに従い必要な合金化処理温度が低下する。すなわち、特に良好な耐パウダリング性とめっき外観を得るためには、超音波周波数、浴中有効Ａｌ濃度を制御するとともに、溶融めっき後の合金化処理温度も精密に制御することが好ましいこと、つまり下記（1）式の条件を満足するのが好ましいことが分かる。
（２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）≦Ｔ≦（３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０） …（1）
但し ［Ａｌ］：溶融亜鉛めっき浴の浴中有効Ａｌ濃度（mass％）
ｆ：鋼板に印加される超音波の超音波周波数（ｋＨｚ）
なお、合金化温度を低下させるためには浴中有効Ａｌ濃度を低くする必要があるが、一般的に浴中有効Ａｌ濃度を低くするとめっき浴中のボトムドロスが増加し、特に超音波発振部材を使用して通板速度を上げた場合にボトムドロスが巻き上げられ、このドロスが超音波発振部材に付着して鋼板に転写され、ドロス付着欠陥となる場合がある。このような問題に対しては、本発明の方法において超音波発振部材の形態や位置を最適化することで対応でき、美麗なめっき外観を得ることが可能であるため、浴中有効Ａｌ濃度を低くすることが可能である。
一方、上述した製造試験で得られた鋼板の加工性を後述する実施例と同様の方法で調べたところ、所望の加工性（強度−延性バランス）を得るためには、合金化処理温度を５７０℃以下とすることが好ましいことが分かった。合金化処理温度が５７０℃を超えると、再結晶焼鈍（還元焼鈍）時に形成された鋼板組織のうち延性を確保するために必要な残留オーステナイト相がパーライト相に分解したり、強度を確保するためのマルテンサイト相の焼き戻しが起こり、十分な加工性（強度−延性バランス）が得られないおそれがある。以上の観点から、より好ましい合金化処理温度は５５０℃以下である。
なお、合金化処理の加熱方法に特別な制限はなく、ガス加熱、インダクション加熱、通電加熱などのような従来から行われている加熱方法を採ればよい。
合金化処理後の溶融亜鉛めっき層のＦｅ濃度（合金化度）も特別な制限はないが、６〜１５質量％程度のＦｅ濃度（合金化度）が好ましい。Ｆｅ濃度が６質量％未満では合金化反応が不十分な部分で合金化ムラになったり、めっき密着性が低下するおそれがあり、一方、１５質量％を超えると耐パウダリング性が低下するおそれがある。
次に、本発明において溶融亜鉛めっきされる母材鋼板について説明する。なお、以下の説明において、各元素の含有量の単位は「質量％」であるが、便宜上「％」で示す。
本発明において溶融亜鉛めっきされる母材鋼板は、固溶強化元素としてＳｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％を含有する高強度鋼板である。この高強度鋼板の引張強さは特に限定されないが、一般に引張強さＴＳが４４０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることが好ましい。この母材鋼板は、冷延鋼板、熱延鋼板のいずれでもよい。
また、母材鋼板のより具体的な成分組成としては、基本成分として、Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１００％以下を含有することが好ましく、さらに必要に応じて、強度と延性のバランスを制御することなどを目的として、Ａｌ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．８％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｓｂ：０．００１〜０．１０％、Ｓｎ：０．００１〜０．１０％の中から選ばれる１種以上を含有することができる。以下、これらの限定理由について説明する。
・Ｓｉ：０．１〜２．５％
Ｓｉは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素である。Ｓｉ量が０．１％未満では高強度を得るために高価な合金元素が必要になり、経済的に好ましくない。一方、Ｓｉ量が２．５％を超えると、合金化温度が高温化するため本発明の製造条件を適用しても所望の機械特性を得ることが困難になり、また、合金化ムラなど外観不良が生じ、めっき密着性も劣ったものとなる。このためＳｉ量は０．１〜２．５％とする。
・Ｍｎ：１．０〜３．０％
Ｍｎは鋼の高強度化に有効な元素であり、機械特性や強度を確保するためには１．０％以上含有する必要がある。一方、Ｍｎ量が３．０％を超えると溶接性やめっき密着性が低下し、強度と延性のバランスの確保が困難になる場合がある。このためＭｎ量は１．０〜３．０％とする。
・Ｃ：０．３％以下
Ｃ量が０．３％を超えると溶接性が劣化するため、Ｃ量は０．３％以下とすることが好ましい。一方、Ｃは、鋼組織として残留オーステナイト相やマルテンサイト相などを形成させることで加工性を向上させやすくするため、Ｃ量は０．０２５％以上とすることが好ましい。
・Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、不可避的に含有される元素であるため下限は規定しない。Ｐ量が０．１００％を超えると溶接性が劣化する場合がある。このためＰ量は０．１００％以下とすることが好ましい。
・Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、不可避的に含有される元素であるため下限は規定しない。Ｓ量が０．０１０％を超えると溶接性が劣化する場合がある。このためＳ量は０．０１０％以下とすることが好ましい。
・Ａｌ：０．０１〜１．０％
Ａｌは炭化物の生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進するのに有効な元素である。また、製鋼工程で脱酸剤として添加される元素である。こうした効果を得るには、Ａｌ量を０．０１％以上とする必要がある。一方、Ａｌ量が１．０％を超えると、鋼板中の介在物が多くなり延性を劣化させる。このため、Ａｌを添加する場合、Ａｌ量は０．０１〜１．０％とすることが好ましい。
・Ｍｏ：０．０５〜１．０％
Ｍｏは強度の調整に有効な元素であるが、Ｍｏ量が０．０５％未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、Ｍｏ量が１．０％を超えるとコストアップを招く。このため、Ｍｏを添加する場合、Ｍｏ量は０．０５〜１．０％とすることが好ましい。
・Ｎｂ：０．００５〜０．０５％
Ｎｂも強度の調整に有効な元素であるが、Ｎｂ量が０．００５％未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、Ｎｂ量が０．０５％を超えるとコストアップを招く。このためＮｂを添加する場合、Ｎｂ量は０．００５〜０．０５％とすることが好ましい。
・Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉも強度の調整に有効な元素であるが、Ｔｉ量が０．００５％未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、Ｔｉ量が０．０５％を超えるとめっき密着性が劣化しやすい。このため、Ｔｉを添加する場合、Ｔｉ量は０．００５〜０．０５％とすることが好ましい。
・Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕには残留オーステナイト相の形成を促進する効果があるが、Ｃｕ量が０．０５％未満では残留オーステナイト相の形成促進効果が得られにくい。一方、Ｃｕ量が１．０％を超えるとコストアップを招く。このためＣｕを添加する場合、Ｃｕ量は０．０５〜１．０％とすることが好ましい。
・Ｎｉ：０．０５〜１．０％
Ｎｉにも残留オーステナイト相の形成を促進する効果があるが、Ｎｉ量が０．０５％未満では残留オーステナイト相の形成促進効果が得られにくい。一方、Ｎｉ量が１．０％を超えるとコストアップを招く。このためＮｉを添加する場合、Ｎｉ量は０．０５〜１．０％とすることが好ましい。
・Ｃｒ：０．０１〜０．８％
Ｃｒは焼入れ性の向上に有効な元素であるが、Ｃｒ量が０．０１％未満では焼入れ性の向上効果が得られにくく、強度と延性のバランスが劣化する場合がある。一方、Ｃｒ量が０．８％を超えるとコストアップを招く。このためＣｒを添加する場合、Ｃｒ量は０．０１〜０．８％とすることが好ましい。
・Ｂ：０．０００５〜０．００５％
Ｂも鋼の焼入れ性の向上に有効な元素であるが、Ｂ量が０．０００５％未満では焼入れ性の向上効果が得られにくい。一方、Ｂ量が０．００５％を超えると鋼板表面でのＳｉの酸化を促進させ、めっき外観の劣化を招く。このためＢを添加する場合、Ｂ量は０．０００５〜０．００５％とすることが好ましい。
・Ｓｂ：０．００１〜０．１０％
Ｓｂは脱窒、脱硼等を抑制して、鋼の強度低下抑制に有効な元素であるが、Ｓｂ量が０．００１％未満ではその効果が得られにくく、一方、０．１０％を超えると靭性や耐せん断部割れ性の低下を招く。このためＳｂを添加する場合、Ｓｂ量は０．００１〜０．１０％とすることが好ましい。
・Ｓｎ：０．００１〜０．１０％
Ｓｎも脱窒、脱硼等を抑制して、鋼の強度低下抑制に有効な元素であるが、Ｓｎ量が０．００１％未満ではその効果が得られにくく、一方、０．１０％を超えると靭性や耐せん断部割れ性の低下を招く。このためＳｎを添加する場合、Ｓｎ量は０．００１〜０．１０％とすることが好ましい。
以上述べた基本成分および任意添加成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
次に、本発明により製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板について説明する。
この合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、本発明の製造法において、上述したような特定の露点（露点−４０℃以上−２０℃以下）の雰囲気で還元焼鈍された後、溶融亜鉛めっき及び合金化処理を経て製造されたものであり、その合金化溶融亜鉛めっき層（以下、説明の便宜上「合金化めっき層」という）のＦｅ濃度（合金化度）は６〜１５質量％であることが好ましい。合金化めっき層のＦｅ濃度が６質量％未満では、合金化反応が不十分な部分で合金化ムラになったり、めっき密着性が低下するおそれがあり、一方、１５質量％を超えると耐パウダリング性が低下するおそれがある。なお、合金化めっき層のＦｅ濃度は、例えば、めっき鋼板の合金化めっき層をインヒビターを含む塩酸で溶解し、塩酸中のＦｅ量とＺｎ量などの残部成分量をＩＣＰで測定することにより求めることができる。
本発明により製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、その下地鋼板の組成は上述したとおりであるが、下地鋼板（鋼板表層部）のＳｉ酸化物やＭｎ酸化物による内部酸化物量は０．０５ｇ／ｍ２（酸素Ｏ換算）以下と十分に低いレベルとなる。鋼板表層部にＳｉやＭｎの内部酸化物が存在すると、この内部酸化物が割れの起点となって曲げ性が低下しやすいが、内部酸化物量が０．０５ｇ／ｍ２（酸素Ｏ換算）以下であれば、良好な曲げ性が得られる。ここで、還元焼鈍時に形成されたＳｉやＭｎの酸化物のうち、鋼板表面から深さ０．５μｍ程度までに存在する酸化物は、鋼板表面の酸化物とともに合金化処理時にめっき層に取り込まれるが、さらに鋼板内部側に存在していた酸化物が「内部酸化物」として鋼板中に残存する。
内部酸化物量は、めっき層除去後の下地鋼板（地鉄）の表層部の鋼中酸素量を測定することで求めることができ、鋼中酸素量は「インパルス炉溶融−赤外線吸収法」で測定することができる。ここで、めっき層直下の鋼板表層部の内部酸化物量を求めるには、測定された鋼中酸素量から母材自体が含有する酸素量を差し引く必要があるため、同様にめっき層を除去した試料の表裏の表層部を１００μｍ以上機械研磨した試料について鋼中酸素量を別途測定し、この鋼中酸素量をめっき層を除去したままの試料の鋼中酸素量から差し引くことで、鋼板表層部の鋼中酸素量を算出し、これを単位面積あたりの内部酸化物量に換算して鋼板表層部の内部酸化物量（酸素Ｏ換算、ｇ／ｍ２）とする。なお、めっき層を除去する場合、例えば、めっき鋼板を２０質量％ＮａＯＨ−１０質量％トリエタノールアミン水溶液１９５ｃｃと３５質量％過酸化水素溶液７ｃｃの混合液に浸漬すればよく、これによりめっき層のみを除去することができる。
本発明により製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、露点が上述した所定の範囲に制御された雰囲気での還元焼鈍を経ることにより、鋼板表層部の固溶Ｓｉ、Ｍｎが表面で酸化され、鋼板表層部にＳｉ、Ｍｎの欠乏層が形成されることで鋼板表層組織が軟化し、良好な曲げ性が得られる。この合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、還元焼鈍時に鋼板表層部に形成されたＳｉおよびＭｎの酸化物の一部が合金化処理時にめっき層中に取り込まれるため、めっき層（合金化溶融亜鉛めっき層）にはそのＳｉ酸化物とＭｎ酸化物が含まれる。
そして、この合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、母材鋼板の成分組成と還元焼鈍条件（雰囲気の露点）の最適化によって、全体の酸化物量が抑えられ且つ鋼板表層部にＳｉ，Ｍｎの欠乏層が形成されることにより、めっき層およびめっき層と鋼板との界面に存在するＳｉ酸化物の合計量ＭSi（金属Ｓｉ換算量、ｇ／ｍ２）とＭｎ酸化物の合計量ＭMn（金属Ｍｎ換算量、ｇ／ｍ２）の積（ＭSi×ＭMn）が下記（3）式を満足するものとなる。
０．０００４≦ＭSi×ＭMn≦０．０４５０ …（3）
ここで、ＭSi×ＭMnが０．０００４未満の場合は、鋼板表層部にＳｉ、Ｍｎの欠乏層が適切に形成されていないということであり、このため鋼板表層部の組織がマルテンサイト単相に近づき、硬度が高くなって曲げ性が低下する。一方、ＭSi×ＭMnが０．０４５０超の場合、鋼板表層部に生成するＳｉ，Ｍｎ酸化物の絶対量が多くなり、Ｓｉ，Ｍｎ酸化物の一部がめっき層に取り込まれたとしても、残ったＳｉ，Ｍｎ酸化物によりめっき密着性が低下する。以上の観点から、ＭSi×ＭMnのより好ましい範囲は０．００１０〜０．０３００である。
めっき層およびめっき層と鋼板との界面に存在するＳｉ酸化物量ＭSiおよびＭｎ酸化物量ＭMnは、例えば、以下のようにして求めることができる。めっき鋼板を、２０質量％ＮａＯＨ−１０質量％トリエタノールアミン水溶液１９５ｃｃと３５質量％過酸化水素溶液７ｃｃの混合液に浸漬してめっき層を溶解させ、溶解液を濾過した後、ＩＣＰ発光分析により溶液中のＳｉ量およびＭｎ量を測定し、単位面積あたりのＳｉ量Ｍ１ Si（金属Ｓｉ換算、ｇ／ｍ２）およびＭｎ量Ｍ１ Mn（金属Ｍｎ換算、ｇ／ｍ２）に換算する。また、めっき鋼板をインヒビターを含有したふっ酸溶液に浸漬してめっき層を溶解させ（めっき層と鋼板との界面に存在する酸化物も溶解する）、溶解液を濾過した後、ＩＣＰ発光分析により溶解液中のＳｉ量およびＭｎ量を測定し、単位面積あたりのＳｉ量Ｍ２ Si（金属Ｓｉ換算、ｇ／ｍ２）およびＭｎ量Ｍ２ Mn（金属Ｍｎ換算、ｇ／ｍ２）に換算する。そして、Ｓｉ酸化物量ＭSiおよびＭｎ酸化物量ＭMnを下式で求める。すなわち、Ｍ１ Si、Ｍ１ Mnとして、めっき層中に固溶しているＳｉ、Ｍｎ量（酸化物でないもの）が測定され、また、Ｍ２ Si、Ｍ２ Mnとして、めっき層およびめっき層と鋼板との界面に存在する全Ｓｉ量、全Ｍｎ量（酸化物、酸化物でないもの両方を含む）が測定される結果、下式によりＭSi、ＭMnがめっき層およびめっき層と鋼板との界面に存在する酸化物量として測定される。
ＭSi＝Ｍ２ Si−Ｍ１ Si
ＭMn＝Ｍ２ Mn−Ｍ１ Mn
表１に示す化学成分の鋼を溶製して得た鋳片を熱間圧延し、酸洗した後、冷間圧延して板厚１．２ｍｍの冷延鋼板とした。この冷延鋼板を母材鋼板とし、以下のようにして合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。ＡＲＴ型焼鈍炉を有するＣＧＬにおいて、冷延鋼板をＮ２−１０％Ｈ２雰囲気中で還元焼鈍（表２および表３に示す焼鈍温度で１２０秒保持）した後、溶融亜鉛めっき浴（めっき浴温度４６０℃）に浸漬して溶融亜鉛めっきを施し、鋼板をめっき浴から引き上げた後、ガスワイピングで片面あたりのめっき付着量（目付量）を約５０ｇ／ｍ２に調整し、次いで、合金化処理を行った。鋼板がめっき浴に浸漬された後、めっき浴から引き上げられてガスワイピングによるめっき付着量調整が行われるまでの間で、超音波発振部材により鋼板の両面（鋼板両面の同じ位置）に超音波を印加した。超音波発振部材としては図１に示すようなホーンまたはロールを使用し、振幅を５μｍとした。
超音波発振部材に使用したロールは、図２（Ｂ）に示す振動形態のロールであり、鋼板と相対するロール面が鋼板進行方向と同じ方向に移動するように回転駆動（鋼板の移動方向に対して順回転駆動）させた。ロール周速は鋼板の通板速度と同じにした。
なお、一部の実施例（比較例）は、超音波印加または／および合金化処理を行わない条件で実施した。
製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、めっき外観を評価するとともに、めっき密着性、鋼板加工性（引張特性）、曲げ性、耐パウダリング性を調査した。以下に、それらの測定方法および評価方法を示す。
・めっき外観
製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の外観を目視観察し、不めっき、合金化ムラ、ドロス付着欠陥の有無を検査した。不めっき、合金化ムラ、ドロス付着欠陥のそれぞれについて、１コイルを１０等分した位置から１０００ｍｍ×１０００ｍｍのサイズの鋼板を各１枚、計１０枚採取し、いずれの鋼板からも欠陥が認められないものを優良（○:ランク１）、１〜２枚の鋼板で欠陥が認められるものを良好（△:ランク２）、３枚以上の鋼板で欠陥が認められるものを不良（×:ランク３）とした。
ここで、不めっきとは、目視で黒色点状に認められる欠陥であって、ＳＥＭ-ＥＤＸで表面若しくは断面観察、分析を行った場合にＺｎの付着が認められず、地鉄の露出が確認できるものである。合金化ムラとは、目視でめっきの色味の違いによりムラが認められる欠陥であり、ＳＥＭ-ＥＤＸやＩＣＰで分析した場合に、めっき皮膜のなかでＦｅ濃度が周囲と比較して１％以上異なる部分を有する。ドロス付着欠陥とは、目視でめっきに点状若しくは線状の凹部または凸部が確認できる欠陥であり、欠陥部分の断面をＳＥＭ-ＥＤＸで分析した場合に、亜鉛めっきや地鉄とは明確に異なるドロスの付着が認められる。ドロスの成分は、主としてトップドロスＦｅ２Ａｌ５、ボトムドロスＦｅＺｎ７であるが、平衡組成からずれている場合や、Ａｌ酸化物、Ｆｅ酸化物、Ｚｎ酸化物が含まれている場合もある。
・めっき密着性
めっき鋼板から採取された試験片に対して、ボール重量１０００ｇ，３０００ｇ、ボール落下高さ１００ｃｍのボールインパクト条件でボールインパクト試験を行い、その加工部をテープ剥離し、めっき層の剥離の有無を目視判定し、以下のように評価した。
○：ボール重量３０００ｇでめっき層の剥離無し
△：ボール重量３０００ｇでめっき層の剥離有り、ボール重量１０００ｇでめっき層の剥離無し
×：ボール重量１０００ｇでめっき層の剥離有り
・耐パウダリング性
めっき鋼板から採取された試験片にセロハンテープを貼り、そのテープ貼着部に９０度曲げ・曲げ戻しの加工を施し、この曲げ加工部の内側（圧縮加工側）に、曲げ加工部と平行に幅２４ｍｍのセロハンテープを押し当てて引き剥がした。このセロハンテープの長さ４０ｍｍの部分に付着した亜鉛量を蛍光Ｘ線によるＺｎカウント数として測定し、Ｚｎカウント数を単位長さ（１ｍ）当たりに換算した量（蛍光Ｘ線カウント数）を求め、下記の基準に照らしてランク１〜２のものを優良（○）、ランク３のものを良好（△）、ランク４以上のものを不良（×）と評価した。
ランク１ 蛍光Ｘ線カウント数：５００未満
ランク２ 蛍光Ｘ線カウント数：５００以上１０００未満
ランク３ 蛍光Ｘ線カウント数：１０００以上２０００未満
ランク４ 蛍光Ｘ線カウント数：２０００以上３０００未満
ランク５ 蛍光Ｘ線カウント数：３０００以上
・鋼板加工性（引張特性）
めっき鋼板から採取されたＪＩＳ５号試験片を用い、圧延方向を引張方向としてＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した方法で引張特性を測定してＴＳ×ＥＬを求め、ＴＳ×ＥＬ＞１２０００のものを鋼板加工性に優れると評価した。
・曲げ性
めっき鋼板から、鋼板の圧延方向に対して平行な方向が曲げ試験の軸方向となるように、幅３０ｍｍ×長さ１００ｍｍの短冊状の試験片を採取し、この試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４８に準拠して曲げ試験を行った。この曲げ試験は、押込み荷重を１００ｋＮ、押付け保持時間を５秒とする条件で、９０°Ｖ曲げ試験を行った。この９０°Ｖ曲げ試験において、曲げ頂点の稜線部を４０倍のマイクロスコープ（株式会社ハイロックス製「ＲＨ−２０００」）で観察し、亀裂長さが２００μｍ以上の亀裂が認められなくなった際の曲げ半径を最小曲げ半径（Ｒ）とし、Ｒを板厚（ｔ）で除した値（Ｒ／ｔ）を求めた。このＲ／ｔに基づき、曲げ性を以下のように評価した。
○：Ｒ／ｔが３．０以下
△：Ｒ／ｔが３．０超４．５以下
×：Ｒ／ｔが４．５超
以上の結果を製造条件ととともに表２〜表５に示す。
表２〜表５によれば、本発明例の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、不めっき、ドロス付着欠陥、合金化ムラがない美麗なめっき外観を有するとともにめっき密着性にも優れている。また、焼鈍条件や合金化処理条件を最適化した本発明例は、さらに鋼板加工性、耐パウダリング性、曲げ性にも優れている。
Figure 0006822506
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１ 超音波発振部材
２ ホーン
３ ロール
４ 超音波発振器
３０ ロール軸
Ｓ 鋼板

Claims (11)

  1. 質量％でＳｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％を含有する鋼板を再結晶焼鈍した後、溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきを施し、次いで、溶融亜鉛めっき浴から引き上げた鋼板のめっき付着量調整を行い、
    前記浸漬の開始から前記めっき付着量調整が終了するまでの間に、溶融亜鉛と接触し且つ鋼板との距離が０〜３０ｍｍに設定された超音波発振部材から、鋼板に対して周波数が１０ｋＨｚ以上の超音波を０．０１０〜０．５００秒印加し、
    めっき付着量調整後の鋼板に対して、溶融亜鉛めっき層の合金化処理を１０〜６０秒間行うことを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  2. 鋼板に対して印加する超音波の周波数が８０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  3. 合金化処理後の溶融亜鉛めっき層のＦｅ濃度が６〜１５質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  4. 溶融亜鉛めっき浴面を基準とした高さ方向において、めっき浴面下１．５ｍ〜めっき浴面上５．０ｍの範囲内の位置で超音波発振部材から鋼板に超音波を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  5. 再結晶焼鈍を露点が−４０℃以上−２０℃以下の雰囲気で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  6. 超音波発振部材が回転可能なロールで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  7. 超音波発振部材を構成するロールが、ロール径方向で超音波振動するとともに、鋼板と相対するロール面が鋼板進行方向と同じ方向に移動するように回転することを特徴とする請求項６に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  8. 超音波発振部材により、溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼板に超音波を印加しつつ、該超音波発振部材により鋼板面に付着した溶融亜鉛を掻き落とすことでめっき付着量調整を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  9. 合金化処理を下記（1）式および（2）式を満足する合金化処理温度Ｔ（℃）で行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
    （２５×log（ｆ＋２）−３００×log（０．１２−［Ａｌ］）＋２０）≦Ｔ≦（３５×log（ｆ＋２）−２５０×log（０．１２−［Ａｌ］）＋１５０） …（1）
    Ｔ≦５７０ …（2）
    但し ［Ａｌ］：溶融亜鉛めっき浴の浴中有効Ａｌ濃度（mass％）
    ｆ：鋼板に印加される超音波の超音波周波数（ｋＨｚ）
  10. 鋼板が、質量％で、Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  11. 鋼板が、さらに、質量％で、Ａｌ：０．０１〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．８％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｓｂ：０．００１〜０．１０％、Ｓｎ：０．００１〜０．１０％の中から選ばれる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１０に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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