JPH04232239A - 耐パウダリング性の優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車の車体、足回
り部品等に用いられる合金化溶融亜鉛めっき鋼板、特に
プレス成形時に要求される耐パウダリング性に優れ、し
かも摩擦特性がコイル内で安定した合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は優れた塗装
後耐食性や溶接性を有するため、自動車用防錆鋼板とし
てその需要が近年増加しており、特に最近では、耐食性
を確保するためめっき皮膜が厚目付化する傾向にある。 この種のめっき鋼板には、優れたプレス成形性とプレス
成形時の耐皮膜剥離性、所謂耐パウダリング性が要求さ
れる。特に最近ではこれらについてより厳しい性能が求
められ、とりわけ上記のような皮膜の厚目付化に伴い、
耐パウダリング性の確保が大きな課題となりつつある。

【０００３】このような耐パウダリング性を改善する方
法として、例えば、特公昭５９−１４５４１号公報等に
示されるように、めっき鋼板を急速加熱で１次加熱して
皮膜の一部を合金化させた後、バッチ焼鈍で２次加熱を
行うという技術が知られているが、この方法は耐パウダ
リング性の改善には有効であるものの、製造コストが高
いという欠点がある。

【０００４】一方、インラインにおいて耐パウダリング
性を改善する技術として、特開昭６４−１７８４３号公
報において、Ａｌ：０．００３〜０．１３％めっき浴で
めっき後、低温（５２０〜４７０℃の範囲で且つＡｌ％
が低いほど低温側）で合金化処理を施すことにより、め
っき表層に耐パウダリング性に有効なζ相を残留させる
という技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は低
温で合金化処理するため、処理時間が長くなり、ライン
速度を遅くするか、設備を大型化することが必要となり
、いずれにしても生産性の低下や設備コストの増大が避
けられない。

【０００６】さらに、通常用いられているガス直火加熱
方式の合金炉では、ストリップ幅方向及び長さ方向での
板温の変動が起りやすいため、上述したような皮膜構造
の厳密な制御は困難であり、得られるめっき皮膜は部分
的に過合金或いはη相（純亜鉛相）が残留したものとな
ってしまう。したがって、得られるめっき鋼板は場所に
よってζ相の量が不均一な、すなわち、鋼板の各部で耐
パウダリング性が不均一なものとなってしまう。また、
ζ相の量は摩擦特性と密接に関係しているため、ζ相の
量が不均一な状態ではプレス成形性も不安定なものとな
ってしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上のような従来の問題
に対し、本発明者らは、まず、溶融亜鉛めっき鋼板の合
金化反応に関して検討を行い、その結果、（１）ζ相は
４９５℃以下の反応により発生し、それ以上では発生し
ないこと、 （２）したがって、４９５℃以下で主要な反応（溶融亜
鉛相がなくなるまでの反応）を起し、その後冷却すれば
、ζ相が残留した皮膜を形成することができること、が
明らかとなった。図１、図２は溶融亜鉛めっき鋼板の４
５０℃、５００℃での恒温合金化反応による相変化の一
例を示すもので、４５０℃での合金化ではζ相が発生す
るのに対し、５００℃での合金化ではζ相はほとんど発
生しない。

【０００８】しかし上述したように、このように低温で
合金化する方法では合金化完了までに長時間を要するた
め、ラインスピ−ドの低下、設備の大型化を余儀なくさ
れる。さらに、通常の直火加熱方式の合金化炉を用いて
上記条件で合金化すると、焼きムラが発生し易く、不均
一な合金層が形成されてしまう。このような焼きムラを
防止しようとすると炉温を上げて合金化する必要がある
が、高温での合金化処理ではζ相が残留せず、耐パウダ
リング性の劣ったものとなる。

【０００９】このようなことから、耐パウダリング性と
プレス成形性の両者を安定的に得る方法について検討を
重ねた結果、以下のような知見を得た。

【００１０】■　　めっき浴中で積極的に合金化反応（
ζ相の生成）を起し、しかもその後の合金化処理を高周
波誘導加熱方式の加熱炉を用いて行うことにより、スト
リップの幅方向、長手方向で均一な量のζ相が残留した
皮膜を短時間の合金化処理で得られること、■　　また
、このようにして得られる合金化めっき皮膜は、上述し
たようなマクロ的な均一性のみならず、ミクロ的にも合
金化反応が均一に起きるため、この面からも優れた耐パ
ウダリング性が得られること、■　　浴条件と高周波誘
導加熱方式の加熱炉出側板温条件を規定することにより
、厳密な皮膜の制御が可能であること、■具体的には、
低Ａｌ浴で且つ浴中Ａｌ量との関係で規定される高めの
侵入板温でめっきを施すことにより、浴中で積極的に合
金化反応（ζ相の発生）を起こすことが可能であり、さ
らに、このようなめっき鋼板に対する高周波誘導加熱方
式の加熱炉を用いた合金化処理を、加熱炉出側での板温
を４９５℃以下に管理して行うことにより、上記■、■
で述べたような皮膜が得られること、

【００１１】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴とするところは、Ａｌを含有し、残部
Ｚｎおよび不可避的不純物からなる亜鉛めっき浴でめっ
きを施した後、目付量調整を行い、加熱炉で皮膜中のＦ
ｅ含有量が８〜１２％となるように合金化処理を行う合
金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、浴中Ａｌ
量：０．０５％以上、０．１３％未満、鋼板のめっき浴
中への侵入板温：４９５℃以下、浴温度：４７０℃以下
で、且つ、浴中Ａｌ量と侵入板温とが、　　　　４３７
．５×〔Ａｌ％〕＋４４８≧Ｔ≧４３７．５×〔Ａｌ％
〕＋４２８　　　　　　　　　　　　但し、〔Ａｌ％〕
：浴中Ａｌ量（％）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　Ｔ　　　　　　：侵入板温（℃）を満足する条
件でめっきを行うことにより、浴中でζ相を形成する合
金化反応を積極的に起こし、めっき後、高周波誘導加熱
炉で加熱炉出側の板温が４９５℃以下となるように加熱
し、所定時間保持後冷却するようにしたことにある。

【００１２】

【作用】従来、めっき鋼板の合金化処理を高周波誘導加
熱により行うという技術は、例えば、特公昭６０−８２
８９号公報、特開平２−３７４２５号公報等において知
られている。しかし、これらに開示された技術は、高周
波誘導加熱を単に急速加熱の一手段として用いているに
過ぎない。

【００１３】これに対して本発明は、浴中でζ相を形成
する合金化反応を積極的に起こし、且つこのようにして
形成されためっき皮膜に対し、高周波誘導加熱による合
金化処理を特定の条件で実施することにより、マクロ的
にζ相が非常に均一に形成され、しかも皮膜構造のミク
ロ的な均一性によって全体としてより耐パウダリング性
が改善されためっき鋼板が得られることを見出したもの
である。

【００１４】本発明の製造法において、上述のような優
れた特性のめっき鋼板が得られるのは次のような理由に
よるものと推定される。

【００１５】まず、第１に、合金化処理において高周波
誘導加熱方式を用いることにより、鋼板自体を直接加熱
することができ、しかも、めっき皮膜に接する界面が最
も加熱されるため、雰囲気加熱方式に較べ界面における
Ｆｅ−Ｚｎ反応が短時間でしかもストリップ上の位置に
無関係に均一に起き、このため、鋼板各部で均一な量の
ζ相が残留し、均一な耐パウダリング性が得られるもの
と推定される。

【００１６】第２に、高周波誘導加熱は上記のように鋼
板側からの加熱であるため、微視的にも均一な合金化反
応が生じることによるものと推定される。すなわち、従
来一般に行われているガス加熱による合金化処理では、
皮膜の外側から熱が加えられるため加熱が不均一となり
易く、このため合金化反応が微視的に不均一に生じ易い
。特に結晶粒界は反応性に富むため、所謂アウトバ−ス
ト反応が生じ易く、このようにアウトバ−スト組織が発
生すると、この部分からΓ相が成長し始め、このΓ相の
形成により耐パウダリング性が劣化する。これに対し、
高周波誘導加熱は鋼板側からの加熱であるため、上記の
ような合金化の局部的なバラツキが少なく、また、鋼板
面の酸化物や浴中で生じた合金化抑制物質（Ｆｅ２Ａｌ
５）も容易に拡散するため、ミクロ的にも均一な合金化
皮膜が得られるものと思われる。

【００１７】第３に、本発明では浴中での合金化反応に
より大部分のζ相が生じているため、続く高周波誘導加
熱による合金化処理において合金化抑制相であるＦｅ２
Ａｌ５の影響を受けにくく、これがミクロ的な均一性と
これによる耐パウダリング性の改善に寄与しているもの
と考えられる。すなわち、本発明において浴中で発生す
るζ相は、浴中で初期に生成するＦｅ２Ａｌ５中でＦｅ
が拡散することにより生じる。つまり、浴中で既にＦｅ
の拡散が生じているということである。したがって、続
く合金化加熱では合金化抑制物質であるＦｅ２Ａｌ５の
量が少なく、特に上記したように高周波誘導加熱は鋼板
側からの加熱であるため、残った合金化抑制物質を容易
に拡散できるものである。これに対し、浴中で積極的に
ζ相を形成させることがない従来の方法では、Ｆｅの拡
散は炉内での加熱によりはじめて且つ急速に生じるもの
であるため、ガス加熱はもとより、合金化処理を高周波
誘導加熱で行っても、Ｆｅ２Ａｌ５の厚い部分は合金化
が遅れ易く、この結果ミクロ的に不均一な合金皮膜とな
り、耐パウダリング性が劣るものとなる。

【００１８】また、プレス成形性に関しても、上記した
ように合金化がマクロ、ミクロに均一になされる結果、
安定的且つ均一なプレス成形性が得られものと考えられ
る。

【００１９】以下、本発明の構成とその限定理由につい
て説明する。本発明では、めっき浴中でζ相を形成する
合金化反応を積極的に起こすため、めっき浴中のＡｌ量
、めっき浴に侵入する際の鋼板の板温及び浴温度が規定
される。

【００２０】Ａｌは浴中でのＦｅ−Ｚｎ反応を抑制する
ために添加されるが、本発明では浴中で積極的に合金化
反応（ζ相の形成）を起させることが重要であり、した
がって浴中Ａｌは低めの含有量とする。しかし、Ａｌ量
が低すぎると浴中でアウトバ−スト反応と呼ばれる局部
的な合金化反応が発生し、最終的にΓ相が厚く形成され
、耐パウダリング性の劣る皮膜となる。このためＡｌ量
の下限を０．０５％とする。一方、Ａｌ量が０．１３％
以上であると浴中でのζ相形成反応が起りにくくなる。 このためＡｌ量は０．１３％未満とする。

【００２１】浴中でζ相を形成させるためには浴中への
侵入板温の管理が重要である。この侵入板温は下記する
ように浴中Ａｌ量との関係でもその上限および下限が規
定されるが、いずれにしても４９５℃を超えるとζ相が
形成されず、したがって、その絶対的な上限を４９５℃
とする。

【００２２】また、侵入板温は浴中Ａｌ量との関係で下
記関係式の条件を満足する必要がある。 　　　　４３７．５×〔Ａｌ％〕＋４４８≧Ｔ≧４３７
．５×〔Ａｌ％〕＋４２８　　　　　　　　　　　　但
し、〔Ａｌ％〕：浴中Ａｌ量（％）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Ｔ　　　　　　：侵入板温（℃
）侵入板温が４９５℃以下でも、浴中Ａｌ量との関係で
上記上限を超えるとζ相の形成が十分でなく、また、ア
ウトバ−ストを生じ、Γ相が生じ易くなる。一方、侵入
板温が上記下限を下回ると合金化が起りにくくなり、浴
中でのζ相の積極的な形成を利用することによる本発明
の作用効果が期待できない。上記に規定する範囲におい
て侵入板温が高いほど、浴中でのζ相の形成量が多く、
したがって最終的な皮膜中のζ相も多くなる。

【００２３】なお、侵入板温が４９５℃を超えると、上
記のようにζ相が形成されないばかりでなく、ポットへ
の入熱量増加により浴温冷却手段等の付加的設備が必要
になり、さらに、浴中でのドロス発生量が増加し、表面
欠陥が多発する等の問題を生じる。

【００２４】めっき浴温度が高いと浴中における合金化
反応（ζ相の形成）が促進されるが、浴温度が高過ぎる
と浴中に浸漬された構造物が侵食され、ドロスが発生す
るなどの問題を生じる。このため、浴温は４７０℃以下
とする。

【００２５】めっきされた鋼板は、高周波誘導加熱炉に
おいて合金化のために加熱処理される。本発明では、上
記のような浴条件の規定に加え、この高周波誘導加熱炉
による加熱処理が大きな特徴であり、上述したように通
常行なわれているガス加熱では、本発明が目的とするよ
うな合金化めっき皮膜は全く得られない。この合金化処
理では、炉出側の板温が４９５℃以下となるように加熱
し、所定時間保持後冷却する。上述したようにζ相を形
成させるためには４９５℃以下での加熱が必要である。 本発明において高周波誘導加熱炉出側の板温を管理する
理由は、その部分が合金化熱サイクルでの最高板温とな
るためである。また、合金相の成長速度はこの付近で最
大となるため、出側板温を管理することにより、その温
度での合金化反応を起すことが可能になる。

【００２６】本発明は皮膜中のＦｅ含有量が８〜１２％
の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造を目的としている。 皮膜中のＦｅ含有量が１２％を超えると、皮膜が硬質に
なり、耐パウダリング性が劣化する。高周波誘導加熱炉
出側以降合金化を進めると固体内拡散反応により皮膜中
のＦｅ含有量が上昇してしまう。したがって、所定のＦ
ｅ含有量に達した後は、速やかに冷却する必要がある。 一方、Ｆｅ含有量が８％未満では、η相（純亜鉛相）が
表面に残留するため、プレス成形時に焼付け（フレ−キ
ング）と呼ばれる現象が起り好ましくない。

【００２７】従来では、皮膜中のＦｅ含有量により皮膜
構造が一義的に決まると考えられていたが、本発明のよ
うに浴条件を適当に選択し、しかも合金化処理を高周波
誘導加熱で行うことにより、皮膜中のＦｅ含有量にかか
わらず、本発明が目的とするような特定の皮膜構造が得
られる。

【００２８】このようにして得られる合金化めっき皮膜
は、表層側から均一なζ相、δ１相、および極く薄いΓ
相が存在する構造となる。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例を表１ないし表４に示す。こ
の実施例では、Ａｌキルド鋼（０．０３％Ｃ−０．０２
％Ｓｏｌ．Ａｌ）およびＴｉ添加ＩＦ鋼（０．００２５
％Ｃ−０．０４％Ｓｏｌ．Ａｌ−０．０７％Ｔｉ）から
製造された冷延鋼板を素材とし、表１および表２に示さ
れる条件で溶融亜鉛めっきおよび加熱処理を行った。上
記加熱処理はガス加熱方式および高周波誘導加熱方式を
用いた。得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の耐パウダ
リング性およびプレス成形性を表３および表４に示す。

【００３０】本実施例において、鋼板のめっき浴中への
侵入温度は放射型温度計で測定した浸漬直前の鋼板の表
面温度である。また、加熱炉出側の板温は放射型温度計
で測定した鋼板の表面温度である。

【００３１】また、めっき浴中Ａｌ量は下式に定義され
る有効Ａｌ濃度である。 　　　　　　〔有効Ａｌ濃度〕＝〔浴中全Ａｌ濃度〕−
〔浴中鉄濃度〕＋０．０３

【００３２】皮膜中Ｆｅ％は
浴条件、加熱条件および冷却条件に依存する。冷却条件
は本発明の特徴の一つである皮膜構造のマクロ或いはミ
クロな均一性にほとんど影響を及ぼさないが、合金化度
（皮膜中Ｆｅ％）を変化させることにより特性に影響を
及ぼす。したがって、本実施例では冷却用のブロアの風
量、ミストの量を調整し、皮膜中のＦｅ％を制御した。

【００３３】また、製品のζ相の測定方法および各特性
に関する試験、評価方法は以下の通りである。

【００３４】○製品皮膜中ζ相の量：得られた皮膜をＸ
線回折し、ζ相についてはｄ＝１．９００のピ−ク強度
Ｉζ〔４２１〕を、またδ１相についてはｄ＝１．９９
０のピ−ク強度Ｉδ１〔４２９〕をそれぞれ取り、下式
で示すピ−ク強度比をもって皮膜中のζ相の量を表した
。なお、Ｉｂｇはバックグランドであり、Ｚ／Ｄが２０
以下ならば実質的にζ相は存在しない。 　　　　　　Ｚ／Ｄ＝（Ｉζ〔４２１〕−Ｉｂｇ）／（
Ｉδ１〔２４９〕−Ｉｂｇ）×１００

【００３５】○耐
パウダリング性：試験片に防錆油（パ−カ−興産（株）
製　　ノックスラスト５３０Ｆ）を１ｇ／ｍ２塗布した
後、ビ−ド半径Ｒ：０．５ｍｍ、押し付け荷重Ｐ：５０
０ｋｇ押し込み深さｈ：４ｍｍでビ−ド引き抜き試験を
行い、テ−プ剥離後、成形前後の重量変化から剥離量を
算出した。なお、表中の数値は複数の測定値（５×５＝
２５個）の平均値である。

【００３６】○耐パウダリング性の板幅方向最大偏差：
操業条件が安定した箇所で、コイル長さ方向５点、コイ
ル幅方向５点（両エッジ、１／４の位置およびセンタ−
部）で上記耐パウダリング性をそれぞれ測定し、最大値
と最小値の差をとった。

【００３７】○摩擦係数：試験片に防錆油（パ−カ−興
産（株）製　　ノックスラスト５３０Ｆ）を１ｇ／ｍ２
塗布した後、工具鋼ＳＫＤ１１製の圧子を荷重４００ｋ
ｇで押し付け、１ｍ／ｍｉｎの引き抜き速度で引き抜き
を行い、引き抜き荷重と押し付け荷重との比を摩擦係数
とした。なお、表中の数値は複数の測定値（５×５＝２
５個）の平均値である。

【００３８】○摩擦係数の板幅方向最大偏差：耐パウダ
リング性と同一箇所で摩擦係数をそれぞれ測定し、最大
値と最小値の差をとった。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】表１ないし表４において、比較例１および
比較例２は侵入板温が高過ぎるために浴中でζ相が形成
されず、合金化加熱を高周波誘導加熱で行っても製品皮
膜中にはζ相がまったく存在していない。このため耐パ
ウダリング性が劣っている。

【００４４】比較例３、比較例４および比較例９は、侵
入板温が低いためにめっき浴中でζ相を形成するような
合金化反応が生じていない例である。これらの比較例で
は、加熱を４９５℃以下で行っているため製品皮膜中に
はζ相は存在するものの、浴中でのζ相の形成がなかっ
たため、合金化反応のミクロ的な不均一性により耐パウ
ダリング性が劣っており、またそのバラツキも大きい。

【００４５】比較例５はめっき浴中ではζ相が形成され
ているものの、高周波誘導加熱での加熱温度が高過ぎる
ため製品皮膜中にはζ相は存在していない。このため耐
パウダリング性が劣っている。

【００４６】比較例６〜比較例８、比較例１０は、浴中
でζ相が形成させた後、加熱をガス加熱で行なった例で
ある。このうち比較例６は加熱温度が高過ぎるため製品
皮膜中にはζ相は存在しておらず、また、焼きムラのた
め局部的に厚いΓ相が形成されているため、耐パウダリ
ング性が極めて悪く、また、そのバラツキも大きい。比
較例７および比較例８は、加熱温度が低いため製品皮膜
中にはζ相は存在しているものの、焼きムラにより局部
的にΓ相が厚く形成されたり、或いはη相が局部的に残
留し、このため耐パウダリング性、プレス成形性とも板
幅方向で大きなバラツキを生じており、したがって、こ
れら特性値自体も悪い。また、合金化相のミクロ的な均
一性にも劣っており、この面からも耐パウダリング性に
劣っている。比較例１０も焼きムラによって特性のバラ
ツキが大きく、また、上記と同様の理由により特性値自
体も悪い。

【００４７】従来例１〜従来例４は、浴中でζ相が形成
されておらず、特に、従来例３は加熱を高周波誘導加熱
で行なっているにもかかわらず、比較例２と同様合金化
反応のミクロ的な不均一性により耐パウダリング性が劣
り、またそのバラツキも大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融亜鉛めっき鋼板の４５０℃での恒温合金化
反応による相変化の一例を示すものである。

【図２】溶融亜鉛めっき鋼板の５００℃での恒温合金化
反応による相変化の一例を示すものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ａｌを含有し、残部Ｚｎおよび不可避
   的不純物からなる亜鉛めっき浴でめっきを施した後、目
   付量調整を行い、加熱炉で皮膜中のＦｅ含有量が８〜１
   ２％となるように合金化処理を行う合金化溶融亜鉛めっ
   き鋼板の製造方法において、浴中Ａｌ量：０．０５％以
   上、０．１３％未満、鋼板のめっき浴中への侵入板温：
   ４９５℃以下、浴温度：４７０℃以下で、且つ、浴中Ａ
   ｌ量と侵入板温とが、４３７．５×〔Ａｌ％〕＋４４８
   ≧Ｔ≧４３７．５×〔Ａｌ％〕＋４２８但し、〔Ａｌ％
   〕：浴中Ａｌ量（％）Ｔ　　　　　　：侵入板温（℃）
   を満足する条件でめっきを行うことにより、浴中でζ相
   を形成する合金化反応を積極的に起こし、めっき後、高
   周波誘導加熱炉で加熱炉出側の板温が４９５℃以下とな
   るように加熱し、所定時間保持後冷却することを特徴と
   する耐パウダリング性の優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼
   板の製造方法。