JP6927146B2 - 化成処理めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化成処理めっき鋼板の製造方法に関する。特に、化成処理としてリン酸亜鉛処理を施すリン酸亜鉛処理鋼板の製造方法に関する。

リン酸亜鉛系被膜を有する鋼板（以下、リン酸亜鉛処理鋼板と称す）は、プレス成形時の摺動抵抗が小さく、鋼板をプレス金型へ流入させやすいため、自動車車体用途を中心に用いられている。

リン酸亜鉛処理鋼板は、例えば、冷延鋼板上に亜鉛めっきを施した後、表面調整液を鋼板表面に吹き掛けリン酸亜鉛結晶の核となる物質を鋼板表面に散布した後、リン酸亜鉛処理を施してリン酸亜鉛被膜を形成させ製造される
リン酸亜鉛処理方法としては、スプレー方式やコーター方式が挙げられる。いずれの処理方法も、反応型の化成処理被膜（リン酸亜鉛被膜）であるため、鋼板表面において反応ムラが発生しやすい。特にスプレー方式は、スプレー時に処理液が不均一となり易く反応ムラが発生しやすい。

そこで特許文献１には、表面調整処理の直後にエアーを吹き付けることで鋼板上に付着した表面調整液を均一にレベリングし、リン酸亜鉛処理の反応ムラを抑制する方法が記載されている。

特開２０１８−１６８３５号公報

特許文献１の技術によれば、リン酸亜鉛処理の反応ムラを抑制することは可能である。しかしながら、エアー量が増大すると、エアー起因のムラが発生してしまう等、抑制しきれないムラが発生する。特に、裏面側の両エッジに白色ムラが頻繁に発生し、ライン幅に対し狭幅の鋼板を製造する場合は、白色ムラが顕著に発生するといった問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、白色ムラなどの反応ムラが軽減された表面性状に優れた化成処理めっき処理鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、めっき液残渣の洗浄工程において、鋼板表面側に噴射する洗浄水（水スプレー）の流量が増大するにつれ、鋼板裏面側の両エッジを中心に白色ムラの悪化傾向が見られるという知見を得た。そこで、鋼板表面側の洗浄水（水スプレー）の流量を鋼板の板幅に基づいて制御することで、白色ムラを解消することが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あり、その要旨は以下の通りである。
［１］めっき鋼板に噴射する洗浄水の流量を、前記めっき鋼板の板幅に基づいて制御する洗浄工程を施した後、表面調整工程および化成処理工程を施すことを特徴とする化成処理めっき鋼板の製造方法。
［２］前記洗浄工程では、前記めっき鋼板の一方の面に前記洗浄水を噴射し、鋼板幅が小さいほど前記洗浄水の流量を少なくすることを特徴とする［１］に記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
［３］ 前記洗浄工程では、前記めっき鋼板の他方の面への洗浄水回り込みを抑制するように、前記一方の面に前記洗浄水を噴射し、鋼板幅が小さいほど前記洗浄水の流量を少なくすることを特徴とする［２］に記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
［４］前記洗浄工程では、前記洗浄水を噴射するノズルの噴射圧力が、０．０５ＭＰａ超えであることを特徴とする［２］または［３］に記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
［５］前記洗浄工程において、前記めっき鋼板表面と、前記洗浄水を噴射するノズル先端との距離は、１００〜４００ｍｍであることを特徴とする［２］〜［４］のいずれかに記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
［６］前記洗浄工程において、前記めっき鋼板の幅が９００〜１２００ｍｍの場合、前記洗浄水の噴射幅を９００〜１０００ｍｍとすることを特徴とする［２］〜［５］のいずれかに記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
［７］前記表面調整工程において、洗浄された前記めっき鋼板に表面調整処理を行う表面調整液は、Ｔｉコロイドを含有し、
前記化成処理工程において、表面調整を施された前記めっき鋼板に化成処理を行う化成処理液は、リン酸亜鉛系処理液であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれかに記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、製造条件を変更することなく、また、大規模な設備改造も実施することなく、反応ムラを軽減することができる。本発明によれば、特に鋼板裏面側の両エッジの白色ムラを軽減することができる。その結果、表面性状に優れた化成処理めっき鋼板が製造できる。

図１は、めっき鋼板の洗浄工程の様子を示す模式図と、鋼板裏面側のエッジ付近に洗浄水が回り込む様子を示す模式図である。

本発明の詳細を以下に説明する。

本発明では、めっき鋼板に噴射する洗浄水の流量を、めっき鋼板の板幅に基づいて制御する洗浄工程を施した後、表面調整工程および化成処理工程を施すことにより、化成処理鋼板が製造される。

本発明では、洗浄工程において、めっき鋼板に噴射する洗浄水の流量を、めっき鋼板の板幅に基づいて制御することを特徴とする。めっき鋼板に噴射する洗浄水の流量を、めっき鋼板の板幅に基づいて制御することにより、表面性状に優れた化成処理めっき鋼板を得ることができる。その理由を以下に説明する。

本発明者らは、リン酸亜鉛処理鋼板の製造工程において、鋼板裏面側の両エッジに発生する白色ムラ（以下、白色ムラを単にムラと称することもある。）の発生原因について調査した。リン酸亜鉛処理鋼板は、例えば、冷延鋼板に硫酸亜鉛浴による電気亜鉛めっきを実施した後、めっき液残渣を洗浄水（水スプレー）により洗浄し、その後、リン酸亜鉛処理時の反応核となるＴｉコロイドを含有させている表面調整液による表面調整を施した後、リン酸亜鉛処理液を鋼板表面に塗布することによりリン酸亜鉛被膜を形成させることにより、得られる。

本発明者らが検討した結果、めっき液残渣の洗浄工程において、鋼板表面側の洗浄水の流量が増大するにつれ、鋼板裏面側の両エッジに白色ムラが非常に高い頻度で発生するという、ムラの悪化傾向が見られることが判明した。そして、鋼板裏面側の両エッジに発生するムラの発生原因は、鋼板表面側のめっき液残渣を洗浄する洗浄水の鋼板表面近傍の幅方向における流量が大きいことで、余分な水量が増大し、洗浄水の流速が高まるため、鋼板裏面側の両エッジ付近に鋼板表面側のめっき液を含んだ洗浄水が回りこむことによる洗浄水溜まりであることがわかった。また、一般的に、鋼板は図１に示すように、上に凸に反りやすくなっており、鋼板裏面側への洗浄水の回り込みが起きやすくなっている。なお、鋼板が上に凸に反っていない場合でも、鋼板裏面側への洗浄水の回り込みは起きると考えられる。

さらに、図１に示すような洗浄水の回り込みの結果、表面調整液中のリン酸塩の核となる成分の吸着が不均一となることで、リン酸亜鉛結晶の付着量が局部的に不均一となり、リン酸亜鉛結晶の形に差異が生まれる。その結果、ムラが発生すると考えた。

したがって、鋼板表面側の洗浄水の流量を抑えることで、鋼板裏面側の両エッジへの洗浄水の回りこみを抑制し、鋼板裏面側の両エッジのめっき液残渣溜まりを解消することができ、その結果、ムラを解消できると考えた。

洗浄水の流量が少なすぎると、洗浄不足によるムラが発生するため、適切な流量設定が必要であり、同一流量でも、鋼板の幅が小さくなるにつれ、裏面への洗浄水の回り込み量は増大するため、幅が小さくなるにつれ、洗浄水の流量を低下させることが重要である。ここで洗浄水の流量とは、単位時間当たりにノズルから噴射される洗浄水量に限定されず、鋼板表面近傍で計測される流量や流速、洗浄水の噴射圧力、洗浄水の噴射幅等、相互に単調増加関係がある各種物理量を含めることとする。

本発明では、洗浄工程では、めっき鋼板の一方の面に洗浄水を噴射し、噴射幅が小さいほど洗浄水の流量を少なくすることが好ましい。図１に示すように、めっき鋼板の一方の面の洗浄水、すなわち、鋼板表面側に噴射する洗浄水により、ムラが発生する。したがって、本発明では、めっき鋼板の一方の面（鋼板表面側）に噴射する洗浄水の流量を抑えることが好ましく、洗浄水については、噴射幅が小さいほど洗浄水の流量を少なくすることが好ましい。例えば、鋼板幅Ｗと洗浄水の流量に対応するＰとは、以下の式（１）の様な近似式を満たすことが好ましい。
Ｐ＜０．００７１×Ｗ−１．４３・・・（１）
ただし、上記式（１）において、
Ｐ：流量（ＭＰａ）
Ｗ：鋼板幅（ｍｍ）
である。

上述したようなムラ（白色ムラ）について、ライン幅に対し狭幅の鋼板を製造する場合、白色ムラが顕著に発生するといった問題がある。したがって、製造する鋼板幅が小さい程、スプレー噴出幅を狭めることで、洗浄水の流量調整と同様の効果が得られると考えられる。そこで本発明では、鋼板幅が９００〜１２００ｍｍの場合、洗浄水の噴射幅を９００〜１０００ｍｍとすることが好ましい。

なお、めっき鋼板の一方の面（鋼板表面側）に噴射する洗浄水の流量は、板幅が小さいほど洗浄水の流量を少なくする相関関係を満たせばよく、より好ましくは上記の様な近似式に従って流量を設定する事が望ましいが、上記式に限られない。上記式ではＷとＰとを含む一次直線による近似式の例を示したが、他の変数を含む近似式としたり、二次曲線としてもよい。また、上記相関関係を満たす範囲内で、適宜設備仕様に合せて流量を設定してよい。具体的な流量の設定は、鋼板裏面側の両エッジに発生するムラの発生有無、めっき鋼板の他方の面（鋼板裏面側）への洗浄水回り込み状態を確認しながら適宜行えばよい。

また、さらにめっき鋼板の一方の面（鋼板表面側）に噴射する洗浄水の流量の下限値を設定することにより、鋼板表面のエッジ白ムラ、飛散ムラを抑制できる。本発明では、洗浄水の流量に対応するノズル噴射圧力の下限値が、０．０５ＭＰａ超えであることが好ましく、０．０７ＭＰａ超えであることがより好ましい。

また、洗浄水を吹きつける際の、ノズル先端と鋼板との距離は１００〜４００ｍｍとすることが好ましい。

また、鋼板表面への洗浄水の吹きつけのノズルの形状は特に制限が無く、スリット状のノズルやスプレー式のノズルが挙げられる。

なお、鋼板裏面側の洗浄水の流量については、特段制御する必要はなく、０．１ＭＰａ程度であればよい。

本発明に用いるめっき鋼板としては特に限定されないが、亜鉛めっき鋼板または亜鉛系めっき鋼板であることが好ましい。亜鉛めっき鋼板または亜鉛系めっき鋼板については特に限定がなく、純亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌめっき鋼板やＺｎ−Ｎｉめっき鋼板等の合金めっき鋼板のいずれについても用いることができる。また、めっき処理方法についても特に限定がなく、電気めっき、溶融めっき、蒸着めっき等いずれも用いることができる。

本発明では、表面調整工程において、洗浄されためっき鋼板に塗布する表面調整液は、Ｔｉコロイドを含有し、化成処理工程において、表面調整を施されためっき鋼板に塗布する化成処理液は、リン酸亜鉛系処理液であることが好ましい。

リン酸亜鉛系処理を行う前に表面調整処理を行うことで、リン酸亜鉛系処理時にリン酸亜鉛系処理液とめっきとの反応性を増大させることができる。

表面調整液中には、Ｔｉコロイドを含有することが好ましい。表面調整液中にＴｉコロイドを含有させることで、Ｔｉコロイドは分散性が高いためその後のリン酸亜鉛処理時の反応核となりリン酸亜鉛被膜を形成することができる。しかしながら、表面調整液中にＴｉコロイドを含有する場合、表面調整液が不均一な散布状態となれば、リン酸亜鉛結晶の付着量が局部的に不均一となり、リン酸亜鉛結晶の形に差異が生まれ易くなる。これに対して、本発明では、表面調整液が不均一な散布状態になったとしても、その直後に気体を吹き付けることで、表面調整液が均一にレベリングされ、その後のリン酸亜鉛処理時も反応ムラが抑えられた均一な反応状態になると考えられる。

表面調整処理の方法としては、めっき鋼板を表面調整液中に浸漬する方法、めっき鋼板に表面調整液をスプレーする方法等が挙げられる。

リン酸亜鉛系処理液としては、特に限定はしない。通常用いられるリン酸亜鉛系処理液を用いることができる。Ｚｎイオン、リン酸イオンの他に硝酸イオン、Ｆ化合物等を含有するものを用いることができる。Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕを含有させることもできる。

鋼板のリン酸亜鉛処理法としては、特に限定しない。スプレー方式やコーター方式等、従来から用いられている方法を好適に用いることができる。スプレーを用いてリン酸亜鉛被膜を形成することが好ましい。本発明は、実施例としてスプレー方式のリン酸亜鉛処理を行なっているが、原理上、コーター方式のリン酸亜鉛処理にも適用される。

本発明を実施例により更に詳細に説明する。

冷間圧延後焼鈍を施した板厚0.7〜0.8ｍｍの鋼板上に、付着量が４０ｇ／ｍ^２となるように電気亜鉛めっきを施した。次いで、表２に示す流量の洗浄水でめっき液の洗浄を行った後、鋼板の表面上に表面調整液（チタンコロイド系処理液、日本パーカライジング（株）製ＰＬ−ＺＮ３．０ｇ／Ｌ）を塗布し４０℃に３秒浸漬させることで表面調整処理を行った。次いで、表１に示す浴組成からなるリン酸亜鉛系処理液を鋼板表面に吹き付けることで、リン酸亜鉛系被膜を１．５ｇ／ｍ^２形成しリン酸亜鉛処理鋼板を製造した。リン酸亜鉛系処理液の鋼板表面への吹き付けはスプレーを用いた。

以上により得られたリン酸亜鉛処理鋼板に対して、鋼板表面のムラを目視にて観察した。鋼板表裏面については、エッジ部の白色ムラ（エッジ白色ムラ）の有無を確認するとともに、鋼板表面については飛散ムラの有無も確認した。なお、エッジ白色ムラとは、鋼板エッジ部と中心部でリン酸塩被膜の結晶形態に差異が生まれることで発生するムラである。また、飛散ムラとは、表面調整液のスプレー散布にて、液の散布が不均一であることで飛散状に発生するムラである。

また、各ムラの判定において、○は均一でムラなし、△は一部にムラ有り、×は全面にムラ有りである。鋼板裏面の評価結果（エッジ白色ムラ）が○であり、かつ鋼板表面の評価結果（エッジ白色ムラおよび飛散ムラ）に×がないものを合格とした。

以上により得られた結果を条件と併せて表２に示す。

表２より、本発明によれば、洗浄水の流量を変更することでムラが軽減され、表面性状に優れた化成処理めっき鋼板を得ることができる。

Claims (5)

1. 少なくとも、めっき鋼板の表面側の上方に設けられたスプレーノズルから噴射する洗浄水の流量を、前記めっき鋼板の板幅に基づいて制御する洗浄工程を施した後、表面調整工程および化成処理工程を施し、前記洗浄工程では、前記めっき鋼板の裏面側であるめっき鋼板の下側の面への洗浄水回り込みを抑制するように、前記めっき鋼板の表面側である上側の面に前記洗浄水を噴射し、鋼板幅が小さいほど前記洗浄水の流量を少なくすることを特徴とする化成処理めっき鋼板の製造方法。
2. 前記洗浄工程では、前記洗浄水を噴射するノズルの噴射圧力が、０．０５ＭＰａ超えであることを特徴とする請求項１に記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
3. 前記洗浄工程において、前記めっき鋼板表面と、前記洗浄水を噴射するノズル先端との距離は、１００〜４００ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
4. 前記洗浄工程において、前記めっき鋼板の幅が９００〜１２００ｍｍの場合、前記洗浄水の噴射幅を９００〜１０００ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。
5. 前記表面調整工程において、洗浄された前記めっき鋼板に表面調整処理を行う表面調整液は、Ｔｉコロイドを含有し、
   前記化成処理工程において、表面調整を施された前記めっき鋼板に化成処理を行う化成処理液は、リン酸亜鉛系処理液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の化成処理めっき鋼板の製造方法。

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