JPH04193937A - 溶融亜鉛めっきステンレス鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、フラックス法によってステンレス富岡材の表
面に密着性及び耐食性に優れた溶融亜鉛めっき層を形成
する方法に関する。

［従来の技術］ 普通鋼の銅帯、鋼板等に亜鉛めっき層を形成する方法は
、電気亜鉛めっき法と溶融亜鉛めっき法に大別される。

電気めっき法は、目付は量のコントロールが容易であり
、比較的薄目付けのめっき銅帯の製造に適用されている
。これに対し、溶融亜鉛めっき法は、溶融亜鉛浴に被め
っき鋼板を通過させてめっきを行うものであるため、目
付は量を精密にコントロールすることが難しいものの、
短時間で大きな目付は量の亜鉛めっき層を形成すること
ができる利点をもっている。そして、用途によっては、
厚目付けの鋼板が要求されることがあり、このような場
合には溶融亜鉛めっき法が採用されている。

溶融亜鉛めっき法は、めっきされる鋼材の表面にある酸
化皮膜を除去する手段に応じて、フラックス法と還元法
とに分類される。

フラックス法では、銅帯表面に塗布したフラックスによ
って表面を活性化させ、溶融亜鉛に対する濡れ性を向上
させる。ここで、塩化亜鉛及び塩化アンモニウムを主成
分とするフラックスが使用されている。また、フッ素化
合物２表面活性剤等を副生分として添加する場合もある
。

還元法では、めっきされる鋼材を水素−窒素雰囲気中で
加熱し、表面層にある酸化物を還元除去する。被めっき
素材が普通鋼である場合、処理された表面層は、活性が
高い状態となって、優れた密着性で溶融亜鉛が付着する
。

ところで、本発明者等は、被めっき素材として従来から
使用されている普通鋼に代えてステンレス鋼を使用する
とき、優れた耐食性を呈する材料が得られることを見い
出し、特開平１−１３２７９２号公報として紹介した。

この場合、従来の亜鉛めっき鋼板に見られるように亜鉛
による犠牲防食作用のみでなく、亜鉛の腐食生成物によ
っても基地のステンレス鋼が防食される。その結果、亜
鉛めっきステンレス鋼板は、通常のステンレス鋼が腐食
を起こす相当過酷な腐食環境においても、優れた耐食性
を持つ構造材料として使用することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、ステンレス鋼材に対して従来のめつき前処理
であるフラックス法を適用しても、ステンレス鋼表面に
ある不動態皮膜を完全に除去することができず、通常の
めつき条件下ではめつきはじきを発生し、多数の欠陥を
含むめっき層が形成される。その結果、目標とする亜鉛
めっきステンレス鋼材を製造することができない。

他方、還元法をステンレス鋼の亜鉛めっきに適用した場
合、水素−窒素雰囲気中での還元処理ではステンレス鋼
表面の不動態皮膜を還元することはできず、むしろ強固
な酸化皮膜が形成される。

そのため、この表面状態を持つステンレス鋼を溶融亜鉛
めっき浴に導入してめっきを行おうとすると、鋼板表面
でめっき金属が弾かれ、膨れ、地肌露出、密着不良等の
欠陥がある不均一な厚みをもつめっき層が形成される。

このように、ステンレス鋼に溶融亜鉛めっきを行う場合
、フラックス法或いは還元法の何れによっても問題があ
る。この問題を回避するため、電気めっき法によって厚
目付けの亜鉛めっき層をステンレス鋼表面に形成しよう
とすると、長時間の電解反応が必要とされ、コスト的に
不利となる。

そこで、本発明は、フラックス法による処理条件を特定
することによって、溶融亜鉛めっき時にステンレス鋼材
の表面を活性状態に保ち、めっき浴成分と鋼材表面との
間の反応を活発に行わせ、めっき密着性１表面性状及び
耐食性に優れた溶融亜鉛めっきステンレス鋼材を製造す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の製造方法は、その目的を達成するために、ステ
ンレス鋼材を表面仕上げした後、濃度２ＯＢｅ　’以上
の塩化亜鉛及び塩化アンモニウムを主成分とするフラッ
クスを塗布し、次いで前記ステンレス鋼材を溶融亜鉛め
っき浴に浸漬することを特徴とする。

ここで、表面仕上げとしては、硝酸−フッ酸系の混酸を
使用した脱脂及び酸洗、研磨仕上げ等を採用することが
できる。或いは、ステンレス鋼材を水素−窒素雰囲気中
で光輝焼鈍し、苛性ソーダを主成分とする浴中で電解脱
脂してもよい。

［作　用］ 本発明者等は、ステンレス鋼の表面仕上げと溶融亜鉛め
っき性との関係を調査・検討し−た結果、ステンレス鋼
の表面性状如何により溶融亜鉛めっきの均質性、密着性
等が変わることを解明した。

そして、表面仕上げに応じて、めっき前処理を適宜変更
する必要があるとの知見を得た。

本発明においては、ステンレス鋼材に対する溶融亜鉛め
っきを、表面仕上げの如何に応じ次のように行う。

ステンレス鋼材の表面仕上げが硝酸−フッ酸の混酸を使
用した仕上げ或いは研磨仕上げの場合には、脱脂及び酸
洗の後で、濃度２０Ｂｅ　’以上の塩化亜鉛及び塩化ア
ンモニウムを主成分とするフラックスを鋼材表面に塗布
する。そして、ステンレス鋼材の表面を活性化した後、
溶融亜鉛めっき浴に導入する。

また、ステンレス鋼材に対する表面仕上げが水素−窒素
雰囲気中における光輝焼鈍仕上げの場合には、苛性ソー
ダを主成分とする浴中で電解脱脂を行い、酸洗後に濃度
２０Ｂｅ　′以上の塩化亜鉛及び塩化アンモニウムを主
成分とするフラックスを鋼材表面に塗布する。そして、
ステンレス鋼材の表面を活性化した後、溶融亜鉛めっき
浴に導入する。

溶融亜鉛めっきされるステンレス鋼材は、使用目的に応
じ各種のものが使用される。たとえば、オーステナイト
系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、二相ステ
ンレス鋼等の各種のものを使用することができる。

本発明に従ったステンレス鋼材の溶融亜鉛めっきは、脱
脂、酸洗、フラックス塗布及び溶融亜鉛めっき浴への浸
漬の各工程を経る。以下に、それぞれの工程について、
詳細に説明する。

脱脂は、ステンレス鋼表面にある油類を除去することを
主目的として行われるものであり、後続工程での処理を
ムラなくする上で有効である。この脱脂は、ステンレス
鋼材の表面仕上げが硝酸−フッ酸の混酸仕上げ（２Ｂ又
は２Ｄ）或いは研磨仕上げである場合、通常の浸漬脱脂
、電解脱脂等でよい。また、混酸仕上げしたステンレス
鋼材の表面に付着する油類の量が少ないことから、脱脂
工程を省略することもできイ。しかし、表面仕上げが研
磨仕上げである場合、ステンレス鋼材の表面に残留して
いる研磨源を除去するためにも、脱脂工程が必要である
。

他方、ステンレス鋼材の表面仕上げとして水素−窒素雰
囲気中における光輝焼鈍仕上げを採用したとき、苛性ソ
ーダを主成分とする浴中での電解脱脂を行う。

光輝焼鈍されたステンレス鋼材の表面には、通常のステ
ンレス鋼表面にある不動態皮膜の主成分とされているク
ロムの酸化物或いは水酸化物の他にシリコンやマンガン
、場合によってアルミニウムの酸化物を含む不動態皮膜
が形成されている。

そのため、光輝焼鈍されたステンレス鋼材の表面は、他
の表面仕上げが施された表面に比較して、薬液に対する
濡れ性が乏しい。特に、シリコンの酸化物を含むとき、
濡れ性が著しく低いものとなっている。

この傾向は、溶融亜鉛めっきに先立って行われるフラッ
クス処理においても同様であり、塗布されたフラックス
のステンレス鋼材表面に対する広がりが不十分であって
、表面にある不動態皮膜を完全に除去できない。その結
果、光輝焼鈍後にフラックス処理したステンレス鋼材を
溶融亜鉛めっき浴に浸漬しても、欠陥のない溶融亜鉛め
っき層を形成することができない。

そこで、光輝焼鈍仕上げしたステンレス鋼に対しては、
通常の脱脂を目的とすること以外に、これら酸化物を除
去して濡れ性を向上させることが必要となる。このよう
な酸化物皮膜を除去するため、本発明は、強アルカリ浴
中での電解処理を採用している。

シリコンの酸化物は、強アルカリ浴中で次の反応式に従
って苛性ソーダ等のアルカリと反応し、溶解除去される
ものと考えられる。

Ｓ　ｉ　０２　＋２ＮａＯＨ＝Ｎａ２Ｓ　ｉ　０３　＋
Ｈ２０Ｎａ２Ｓ　ｉ　０ａ−２Ｎａ″″＋Ｓ　ｉ　Ｏ３
”−ところが、電解脱脂浴としてオルソケイ酸ソーダを
使用した場合、ケイ酸の溶解度が飽和状態にあるため、
同様なシリカの溶解反応が生じない。

この点から、光輝焼鈍仕上げしたステンレス鋼材の電解
脱脂は、少なくともｐＨ１，，３ｉ、５以上の苛性ソー
ダ溶液中で行うこと、が必要とされる。

脱脂浴としては、有機溶媒或いはアルカリ性の溶液が使
用される。溶融亜鉛めっきに先立ってステンレス鋼材の
表面に塗布されるフラックスは酸性の溶液であるため、
酸洗は、これらの溶液の混合を防止するための中和或い
はリンスを主目的として行われる。

酸洗に使用される酸は、ステンレス鋼の不動態化を防止
するため、塩酸、低濃度の硫酸等の非酸化性酸が使用さ
れる。特に、高合金のステンレス鋼をめっき素材とする
とき、活性化を目的として酸洗液中での電解が行われる
。このとき、不溶性陽極を対極として使用する場合、塩
酸系の電解浴では対極から塩素ガスが発生するので好ま
しくない。したがって、このような場合には、硫酸系の
電解浴を使用する。また、電解浴の酸濃度は、液の電気
伝導性を高くして浴電圧を低（維持するために、２〜２
０％程度に保つことが好ましい。

表面仕上げされたステンレス鋼材に対し、フラックス処
理が施される。このフラックス処理として、濃度２０Ｂ
ｅ　′以上の塩化亜鉛及び塩化アンモニウムを主成分と
するフラックスがステンレス鋼材の表面に塗布される。

フラックスの濃度を２０Ｂｅ　′以上とするのは、後述
する実施例で示したように、ステンレス鋼材の溶融亜鉛
めっき浴に対する濡れ性を向上させ、不めっき発生率を
減少させるためである。

フラックスの濃度が２０Ｂｅ　′以下であると、不めっ
きが多数発生し、品質の優れた溶融亜鉛めっき層をステ
ンレス鋼材の表面に形成することができない。このフラ
ックスは、フッ素化合物や表面活性剤等を副成分として
含むことができる。ただし、フッ素化合物の添加によっ
て、めっき装置が腐食される問題が生じる場合がある。

この点、濃度２０Ｂｅ″以上のフラックスを使用するこ
とによってステンレス鋼に対する溶融亜鉛めっきが可能
となるため、特に腐食性に問題があるフッ素化合物を添
加する必要はない。

フラックスを塗布したステンレス鋼材は、溶融亜鉛めっ
き浴への浸漬に先立って乾燥処理を受ける。このときの
乾燥温度は、フラックスの主成分がステンレス鋼に対し
て腐食性のある塩化物であることから、３００℃以下に
保持することが望ましい。乾燥温度を３００’Ｃ以下に
設定するとき、ステンレス鋼が塩化物によって侵される
ことがない。

これに対し、３ＱＯ℃を超える高温で乾燥を行うと、塩
化物の腐食作用が強く発現され、ステンレス鋼材の表面
に赤色の腐食生成物が生成する。

この腐食生成物が表面に付着した状態でステンレス鋼材
を溶融亜鉛めっき浴に浸漬するとき、付着生成物が付着
した部分が不めっきとなる。なお、溶融亜鉛めっき浴に
浸漬される前にステンレス鋼材が侵されることがないよ
うにライン速度を速くするとき、３００℃以上の温度で
乾燥を行うこともできる。

溶融亜鉛めっき浴としては、通常の普通鋼を対象として
開発された組成をもつものを使用することができる。た
とえば、アルミニウムを０．１３〜０．１９重量％の割
合で亜鉛に添加した浴をはじめとして、４〜５重量％或
いは約５５重量％のアルミニウムを添加した浴等がある
。

［実施例］ 以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

夾血±ユニ 表面仕上げが異なる板厚０．４ｍｍのステンレス鋼帯５
ＬＩＳ４３０を、市販の脱脂剤を使用し浸漬脱脂した後
、１５％塩酸で酸洗した。次いで、ステンレス鋼帯の表
面に濃度の異なるフラックスを塗布し、２００℃で乾燥
させた。そして、０１８重量％のＡｆｆを添加した温度
４６０℃の溶融亜鉛めっき浴にステンレス鋼帯を導入し
て、溶融亜鉛めっきを行った。

このようにして溶融亜鉛めっきされたステンレス鋼板の
表面状態をＵ察した。その結果、電気亜鉛めっきの目付
は量と溶融亜鉛めっきの不めっき率との間に、第１図に
示した関係があることが判った。第１図における不めっ
き率は、溶融亜鉛めっき後のステンレス鋼帯から１０１
００ｍｍＸ１ｏＯサイズの試験片を切り出し、この試験
片に５ｍｍＸ５ｍｍの格子を当てて、不めっきが存在す
る格子の数を百分率で表した。なお、ここでいう不めっ
きとは、ピンホール状の局部的なめっき欠陥である。

第１図から明らかなように、光輝焼鈍仕上げしたステン
レス鋼帯から切り出された試験片では、フラックス濃度
を変化させても、めっきはじきが発生し、溶融亜鉛めっ
きができなかった。他方、硝酸−フッ酸の混酸仕上げ及
び研磨仕上げしたものにあっては、フラックスの濃度が
増加するに伴って不めっき率が減少していることが判か
る。そして、濃度２０Ｂｅ　’以上のフラックスを使用
したものにあっては、高品質の溶融亜鉛めっきステンレ
ス鋼板が製造された。

！１輿ｌ： 実施例１と同じ光輝焼鈍仕上げしたステンレス鋼帯を４
０ｇ／βの苛性ソーダ溶液中に浸漬し、１０Ａ／ｄｍ”
の電流密度で電解処理した。その後、実施例１と同様に
して、溶融亜鉛めっきを行った。

めっきされたステンレス鋼帯の表面状態は、電解脱脂の
処理時間に応じて変化した。すなわち、電解脱脂の処理
時間が長くなるに従って光輝焼鈍時に形成されたＳ　ｉ
　Ｏ２を含有する不動態皮膜の除去が進行するため、溶
融亜鉛に対する濡れ性が向上する。そこで、ステンレス
鋼表面にあるＳｉ量と不めっき発生率との関係を調べた
ところ、第２図に示すような結果が得られた。なお、第
２図におけるＳｉ量は、グロー放電発光型分光分析装置
によって測定した。

第２図から明らかなように、ステンレス鋼表面のＳｉ濃
度の減少に伴って、溶融亜鉛めっき性が向上しているこ
とが判かる。特に、Ｓｉの発光強度が２０以下において
は、不めっき等の欠陥がない溶融亜鉛めっきステンレス
鋼帯が製造された。

このように、難めっき材である光輝焼鈍仕上げのステン
レス鋼材に対しても、電解脱脂を取り入れた表面状態の
調整によって、フラックス法による溶融亜鉛めっきが可
能となる。

なお、以上の実施例で、被めっき材としてフェライト系
ステンレス鋼５ＵＳ４３０を使用した。

しかし、本発明は、これに拘束されるものではなく、オ
ーステナイト系ステンレス鋼や他の鋼種に対しても同様
に適用することができる。また、めっき浴としても、ア
ルミニウム濃度の異なるものやアルミニウムを含有しな
いものを使用することができる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、濃度２０Ｂ
ｅ’以上のフラックスを使用することにより、ステンレ
ス鋼材の表面状態如何に拘らず、不めっき等の欠陥がな
く密着性に優れた溶融亜鉛めっき層をステンレス鋼材の
表面に形成することが可能となる。そして、得られた製
品は、ステンレス鋼に亜鉛めっきを行った場合における
亜鉛の腐食生成物による防食作用も活用して、密着性及
び耐食性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融亜鉛めっきしたステンレス鋼帯における不
めっき発生率をフラックス濃度との関係で表したグラフ
、第２図はステンレス鋼帯表面のＳｉ量と不めっき発生
率の関係を表したグラフである。 Ｓｉ量（式） フラックス濃度（Ｂｅ’　）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステンレス鋼材を表面仕上げした後、濃度２０Ｂ
   ｅ′以上の塩化亜鉛及び塩化アンモニウムを主成分とす
   るフラックスを塗布し、次いで前記ステンレス鋼材を溶
   融亜鉛めっき浴に浸漬することを特徴とする溶融亜鉛め
   っきステンレス鋼材の製造方法。
2. （２）請求項１記載の表面仕上げを、硝酸−フッ酸系の
   混酸を使用した酸洗により行うことを特徴とする溶融亜
   鉛めっきステンレス鋼材の製造方法。
3. （３）請求項１記載の表面仕上げが研磨仕上げであるこ
   とを特徴とする溶融亜鉛めっきステンレス鋼材の製造方
   法。
4. （４）請求項１記載の表面仕上げとして、ステンレス鋼
   材を水素−窒素雰囲気中で光輝焼鈍し、苛性ソーダを主
   成分とする浴中で電解脱脂することを特徴とする溶融亜
   鉛めっきステンレス鋼材の製造方法。