JPH04276055A - 差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯，鋼板等の鋼材の
両面にそれぞれ異なった目付け量で亜鉛めっき層が形成
された差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼材を製造する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛めっき鋼板は、溶融めっき法や電気
めっき法等で製造されている。なかでも、溶融亜鉛めっ
き法は、厚目付けの亜鉛めっき層を比較的短時間で製造
することができるため、製造コスト及び耐食性の点から
多用されている。また、鋼板表面に形成された亜鉛めっ
き層を下地の鋼板と合金化させるとき、製品の溶接性，
加工性等が改善される。

【０００３】この溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理する
ため、たとえば図１に示す設備が使用されている。アン
コイラー１から巻き戻されたストリップ２は、焼鈍炉３
で８００℃程度の高温に加熱された後、スナウト４を経
て溶融亜鉛浴５に導入される。溶融亜鉛が付着したスト
リップ２は、溶融亜鉛浴５を出た後でガスワイパー６で
処理され、表面に付着している溶融亜鉛の量が調整され
る。次いで、加熱帯７ａ，保持帯７ｂ及び冷却帯７ｃか
らなる合金化炉７で熱処理されることにより、めっき層
のＺｎと下地のＦｅとの間で合金化反応が進行し、Ｆｅ
−Ｚｎ合金層がストリップ２の表面に形成される。合金
化処理された亜鉛めっき鋼板は、コイラー８に巻き取ら
れて製品となる。

【０００４】ところで、自動車等の車体に使用される亜
鉛めっき鋼板は、外側になる面に対しては塗装が施され
るが、内側になる面に関しては塗料が十分に付き回らな
い部位があり、合金化亜鉛めっき層で耐食性を保たせて
いる。そのため、外側面を薄目付け、内側面を厚目付け
にした差厚合金化亜鉛めっき鋼板が要求される。また、
この差厚合金化亜鉛めっき鋼板は、自動車用車体に留ま
らず、種々の分野における構造部材としても望まれてい
るところである。

【０００５】差厚合金化亜鉛めっき鋼板を図１に示した
設備で製造する場合、溶融亜鉛浴５を出たストリップ２
にガスワイパー６から吹き付けられるワイピングガスの
圧力或いは流量を、ストリップ２の両面でそれぞれ変え
る。これによって、ガスワイパー６を通過したストリッ
プ２に付着している亜鉛は、両面で異なる付着量に調整
される。この状態でストリップ２を合金化炉７を通過さ
せることにより、それぞれの面に形成されている溶融亜
鉛めっき層が下地と合金化し、差厚合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】溶融亜鉛めっき層を合
金化処理するとき、めっき層のＺｎと下地のＦｅとの間
で反応が進行し、図２に示すようにＦｅ側からΓ層，δ
１　層，ζ層が順に成長する。これらの層のうち、脆い
Γ層が過度に成長すると、下地に対する合金化Ｚｎめっ
き層の密着性が低下する。その結果、合金化溶融Ｚｎめ
っき鋼板を加工する際にめっき層が剥離し易くなる。

【０００７】両面に等厚の溶融Ｚｎめっき層を形成した
めっき鋼板にあっては、合金化処理炉７の加熱帯７ａで
ストリップ２の表面に加える熱量を調整することによっ
て、Γ層の成長を抑制することが比較的容易である。し
かし、この熱量の調整によりΓ層の成長抑制を図ること
は、差厚溶融亜鉛めっき鋼板に対する合金化処理にその
まま適用することはできない。

【０００８】たとえば、厚目付け側の溶融亜鉛めっき層
の合金化を完全に行わせる条件下では、薄目付け側の溶
融亜鉛めっき層の合金化が過度に進行し、Γ層が厚く成
長する。その結果、薄目付け側の溶融亜鉛めっき層の密
着性が低下する。逆に、薄目付け側の溶融亜鉛めっき層
の合金化完了を目標とした条件を設定するとき、厚目付
け側の溶融亜鉛めっき層の合金化が不完全になり、めっ
き層表面に未合金化部分が残留する。この未合金化部分
は、合金化された表面部分と光沢が異なり、いわゆる焼
けムラとしてユーザに嫌われるものである。

【０００９】そこで、両面それぞれにおける合金化の反
応速度を変えるため、加熱帯７ａでストリップ２の表面
に加える熱量を、厚目付け側では多く、薄目付け側では
少なくすることが考えられる。しかし、このように調整
された熱量は、ストリップ２の内部を伝わる熱流により
打ち消され、ストリップ２両面の温度が実質的に等しく
なる。その結果、熱量の調整により期待したほどに、合
金化の反応速度を制御することはできない。また、精密
な熱量調整を必要とするため、制御系統自体も複雑なも
のが必要となる。

【００１０】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、プレめっき層を介して厚目付け側
の溶融亜鉛めっき層と下地との合金化反応を行わせるこ
とにより、薄目付け側に比較して厚目付け側の合金化反
応を促進させ、両面共に良好な表面性状及び密着性をも
つ合金化溶融亜鉛めっき層が形成された差厚めっき鋼板
を製造することを目的とする。

【００１１】

【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、ＺｎとＦｅとの合金化反応を促
進させるプレめっき層を被めっき鋼材の片面に形成させ
た後、前記被めっき鋼材を溶融亜鉛浴に浸漬させ、次い
で溶融亜鉛が付着した前記被めっき鋼板を両面から加熱
することを特徴とする。

【００１２】プレめっき層は、Ｆｅ，Ｆｅ−Ｂ，Ｎｉ又
はＮｉ合金等があり、電気めっき，ストライクめっき等
によって被めっき鋼板の片面に形成される。プレめっき
層の目付け量は、１〜２０ｇ／ｍ２　の範囲にすること
が好ましい。

【００１３】

【作　　用】合金化反応は、溶融亜鉛層と被めっき鋼材
との間の界面状態によって律速される。すなわち、Ｚｎ
とＦｅとの間の反応を阻害する被めっき鋼材の表面にバ
リアーが存在するとき、合金化反応が遅延する。他方、
界面が活性に維持されていると、溶融亜鉛層と下地との
間で拡散反応が活発に行われ、合金化反応が短時間で完
了する。

【００１４】本発明者等は、通常使用される溶融亜鉛浴
に含まれている若干のＡｌがこの種のバリアーを形成す
る原因であると推察した。すなわち、Ａｌは、溶融亜鉛
浴に導入された被めっき鋼帯，鋼板等の鋼材に優先的に
拡散し、鋼材表面にＦｅ２Ａｌ５合金層を形成する。合
金化反応は、形成されたＦｅ２Ａｌ５合金層を破壊しな
がら、めっき層の亜鉛と下地のＦｅとの間で進行する。 そこで、Ｆｅ２Ａｌ５合金層の破壊を迅速に行うことが
可能であれば、溶融亜鉛めっき層の合金化が短時間で完
了する。

【００１５】本発明者等の調査・研究により、Ｆｅ２Ａ
ｌ５合金層の迅速な破壊には、Ｆｅ，Ｆｅ−Ｂ，Ｎｉ，
Ｎｉ合金等のプレめっきが有効であることが判った。本
発明は、このプレめっきが呈する作用を差厚溶融亜鉛め
っき鋼材の合金化処理に応用したものである。すなわち
、厚目付け側ではプレめっき層を介して溶融亜鉛めっき
層を鋼材表面に形成し、薄目付け側では溶融亜鉛めっき
層を鋼材表面に直接形成する。この状態で合金化処理を
行うとき、厚目付け側の合金化反応が促進され、合金化
反応に要する時間が厚目付け側及び薄目付け側でほぼ同
じになる。

【００１６】その結果、厚目付け側の溶融亜鉛めっき層
に、表面光沢が異なる未合金化部分を残すことがない。 また、薄目付け側の溶融亜鉛めっき層にも、過度のΓ層
を成長させることがない。その結果、密着性及び表面性
状が優れた差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。 このプレめっきは、表層に濃縮され易く且つ合金化速度
を遅らせるＰ，Ｓｉ，Ｍｎ等を含有する鋼に対しても有
効である。

【００１７】本発明は、具体的には図３に示した構成の
設備を使用して実施される。この設備が、図１の設備と
異なるところは、焼鈍炉３の上流側に電気めっき槽９を
配置している点である。電気めっき槽９では、導入され
たストリップ２の片面に所定の目付け量でプレめっき層
が形成される。片面めっき装置としては、これまで種々
のものが開発されているので、ここでは詳細な説明を省
略する。

【００１８】電気めっき槽９でストリップ２の片面に形
成されるプレめっき層は、後続する合金化処理工程にお
ける合金化反応を有効に促進させる上で、目付け量１〜
２０ｇ／ｍ２　の範囲にすることが好ましい。目付け量
が１ｇ／ｍ２　未満であると、被めっき鋼材表面を活性
状態に維持する傾向が弱く、合金化の反応速度向上に与
える影響が小さくなる。２０ｇ／ｍ２　を超える目付け
量でプレめっき層を形成しても、目付け量の増加に伴っ
た合金化反応の迅速化が行われない。また、プレめっき
層は、電流効率の悪い電気めっきやストライクめっき等
で形成するため、過度の目付け量は生産コストからして
も有効ではない。

【００１９】たとえば、Ｆｅをプレめっき層とするとき
、めっき条件は次の通りである。 　　　　めっき浴の組成：ＦｅＳＯ４・７Ｈ２　Ｏ　　
　　　　２００ｇ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｎａ２　ＳＯ４　　　　　　　　　　　　　
　　９０ｇ／ｌ　　　　浴温：　　６０℃ 　　　　電流密度：　　１００Ａ／ｄｍ２，　　　　電
流効率：　　２５％

【００２０】Ｆｅ−Ｂをプレめっき
層とするとき、めっき条件は次の通りである。 　　　　めっき浴の組成：ＦｅＳＯ４・７Ｈ２　Ｏ　　
　　　　２００ｇ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｎａ２　ＳＯ４　　　　　　　　　　　　　
　　９０ｇ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　酒石酸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
０．５ｇ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｈ３　ＢＯ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　３０ｇ／ｌ　　　　浴温：　　５０℃ 　　　　電流密度：　　１００Ａ／ｄｍ２，　　　　　
　電流効率：　　３０％

【００２１】また、Ｎｉをプレ
めっき層とするとき、めっき条件は次の通りである。 　　　　めっき浴の組成：ＮｉＳＯ４・６Ｈ２　Ｏ　　
　　　　４００ｇ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｎａ２　ＳＯ４　　　　　　　　　　　　　
１００ｇ／ｌ　　　　浴温：　　６０℃ 　　　　電流密度：　　６０Ａ／ｄｍ２，　　　　　　
電流効率：　　８０％

【００２２】ただし、以上に掲げ
ためっき浴及びめっき条件は、本発明を拘束するもので
はない。この他に、従来から提案されている各種めっき
浴等を使用することは、勿論可能である。形成されたＦ
ｅ或いはＦｅ−Ｂのプレめっき層に含まれているＦｅは
、合金化処理の際に溶融亜鉛層に拡散して、Ｚｎ−Ｆｅ
合金層に取り込まれる。そこで、合金化処理後のめっき
層の平均Ｆｅ濃度に相当する量に相当するように、プレ
めっき層の目付け量を調節してもよい。これにより、合
金化に必要なＦｅ分がプレめっき層から補給され、合金
化処理を一層迅速に行わせることができる。

【００２３】図４は、プレめっきされたストリップ２が
電気めっき槽９から出た後の表面状態を模式的に表した
ものである。図４（ａ）はプレめっきされた側表面を、
図４（ｂ）は無処理側表面をそれぞれ示す。

【００２４】溶融亜鉛浴５を通過したストリップ２の表
面に付着している溶融亜鉛は、ガスワイパー６で付着量
が調整される。そのため、加熱帯７ａに導入されるスト
リップ２の表面は、図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ模
式的に示すように、異なった厚みの溶融亜鉛が付着して
いる。このとき、大きな層厚の溶融亜鉛はプレめっき層
を介して下地のＦｅに接しており、小さな層厚の溶融亜
鉛は下地のＦｅに直接接触している。

【００２５】このように異なる厚みで溶融亜鉛が付着し
ているストリップ２に、保持帯７ｂを経て冷却帯７ｃを
通過する間に合金化反応を施す。このとき、プレめっき
層の有無に応じて、両面の間の合金化反応速度が異なる
。その結果、合金化されためっき層は、厚目付け側及び
薄目付け側共に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すようにΓ
層の成長が抑制され且つ焼けムラのない合金層となる。

【００２６】

【実施例】以下の実施例においては、Ｆｅ−Ｂのプレめ
っき層を被めっき鋼帯の片面に形成する場合を説明する
。

【００２７】実施例１：板厚０．７ｍｍの極低炭素鋼鋼
帯の片面に、Ｂ２０ｐｐｍを含有するＦｅ−Ｂプレめっ
き層を目付け量６ｇ／ｍ２　（厚み換算で約１μｍ）で
施した。プレめっきは、次のめっき浴を使用した電流密
度１００Ａ／ｄｍ２　の電気めっきにより行った。 プレめっき浴の組成 ＦｅＳＯ４・７Ｈ２　Ｏ　　　　２５０ｇ／ｌＮａ２　
ＳＯ４　　　　　　　　　　　　　８０ｇ／ｌ酒石酸　
　　　　　　　　　　　　　　　０．５ｇ／ｌＨ３　Ｂ
Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　３０ｇ／ｌ浴温：
　　５０℃

【００２８】プレめっきされた被めっき鋼帯は、焼鈍炉
で８００℃に加熱された後、ラインスピード１２０ｍ／
分で溶融亜鉛浴に導入された。溶融亜鉛浴としては、０
．１０重量％のＡｌを含有し、温度４６０℃に保持され
たものを使用した。

【００２９】溶融亜鉛浴を通過した後の被めっき鋼帯表
面に付着する溶融亜鉛から、製品段階における目付け量
で厚目付け側６０ｇ／ｍ２　、薄目付け側３０ｇ／ｍ２
　となるように、ガスワイピングにより余剰の溶融亜鉛
を除去した。そして、厚目付け側及び薄目付け側共に温
度５００℃で１０秒間保持する合金化処理を施した。

【００３０】得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼帯の両面
に形成されているめっき層のＦｅ含有量を測定した。厚
目付け側のめっき層には、９．５重量％のＦｅが含まれ
ていた。他方、薄目付け側のめっき層には、９．３重量
％のＦｅが含まれていた。このときの各めっき層の組織
を図６（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。このように厚
目付け側及び薄目付け側共に同一の合金化処理時間であ
るにも拘らず、厚目付け側めっき層の合金化反応がＦｅ
−Ｂプレめっき層によって促進され、めっき層中のＦｅ
濃度が実質的に同じ値になっている。しかも、厚目付け
側で未合金化部分が形成されておらず、また薄目付け側
でΓ層が過度な成長も検出されなかった。

【００３１】実施例２：板厚０．７ｍｍの極低炭素チタ
ン添加鋼を被めっき鋼帯とし、その片面或いは両面に所
定のＦｅ−Ｂプレめっき層を形成した後、差厚めっきを
施し、合金化処理を行った。表１は、このときの操業諸
元を示す。Ｆｅ−Ｂプレめっき（Ｂ含有量２０ｐｐｍ）
は、実施例１と同様に硫酸系Ｆｅ−Ｂめっき浴を使用し
て行った。また、溶融亜鉛浴としては、０．１０重量％
のＡｌを含有し、４６０℃に保持したものを使用した。

【００３２】得られた差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼帯の
両面に形成されためっき層に含まれるＦｅ濃度及び表面
外観を測定した。測定結果を、表１に併せて示す。なお
、表１における表面外観は合金化処理後の肌を目し観察
し、灰白色で良好な表面を呈するものを○、焼けムラに
より表面外観が不良なものを×で評価した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、本発明例にあっ
ては、Ｆｅ濃度及び表面外観共に、厚目付け側と薄目付
け側との間に実質的な相違は見られなかった。また、下
地に対する密着性も差がなく、加工性に優れた差厚合金
化溶融亜鉛めっき鋼帯であった。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によると
き、合金化反応を促進させるプレめっき層を厚めっき側
表面に形成した被めっき鋼材を溶融亜鉛浴に導入し、そ
れぞれの表面に付着する溶融亜鉛の付着量を調整した後
、合金化処理を行っている。そのため、厚目付け側での
合金化反応が迅速になり、層厚の如何に拘らず厚めっき
層及び薄めっき層共に同等な合金化反応を受け、ほぼ同
じＦｅ濃度の合金化溶融亜鉛層が形成される。そのため
、従来の差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼板に見られたよう
な厚目付け側での焼けムラや薄目付け側での密着不良等
の欠陥を生じることなく、密着性及び表面性状に優れた
合金化溶融亜鉛めっき層をもつ差厚めっき鋼材が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　従来の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設
備を示す。

【図２】　　溶融亜鉛めっき層の合金化処理で形成され
る層構成を示す。

【図３】　　本発明に従った合金化溶融亜鉛めっき鋼板
の製造設備を示す。

【図４】　　プレめっき層が形成された側のストリップ
表面と、無処理の側のストリップ表面とを対比して模式
的に示す。

【図５】　　合金化炉の加熱帯に送り込まれるプレめっ
き層が形成された側のストリップ表面と、無処理の側の
ストリップ表面とを対比して模式的に示す。

【図６】　　合金化処理後のプレめっき層が形成された
側のストリップ表面と、無処理の側のストリップ表面と
を対比して金属組織を示す写真。

【符号の説明】

１：アンコイラー　　　　　　　　　　２：ストリップ
　　　　　　　　３：焼鈍炉 ４：スナウト　　　　　　　　　　　　　　５：溶融亜
鉛浴　　　　　　　　６：ガスワイパー ７：合金化炉　　　　　　　　　　　　　　７ａ：加熱
帯　　　　　　　　　　７ｂ：保持帯 ７ｃ：冷却帯　　　　　　　　　　　　　　８：コイラ
ー　　　　　　　　　　９：電気めっき槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＺｎとＦｅとの合金化反応を促進させ
   るプレめっき層を被めっき鋼材の片面に形成させた後、
   前記被めっき鋼材を溶融亜鉛浴に浸漬させ、次いで溶融
   亜鉛が付着した前記被めっき鋼板を両面から加熱するこ
   とを特徴とする差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼材の製造方
   法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のプレめっき層は、Ｆｅ
   ，Ｆｅ−Ｂ，Ｎｉ又はＮｉ合金であることを特徴とする
   差厚合金化溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。