JPH04358050A - 合金化溶融Ｚｎ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】この発明は、自動車用外板、家電
製品用外板等に用いられる合金化溶融Ｚｎめっき鋼板等
の鋼材の製造方法に係わるもので、特に外観品質の極め
て優れた合金化溶融Ｚｎめっき鋼材の製造方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】合金化溶融Ｚｎめっき鋼材とは、鋼材に
溶融Ｚｎめっき処理を施した後、加熱してめっき層表面
のＺｎ層と鋼材素地との間に相互拡散を行わせ、めっき
層全体をＦｅ−Ｚｎ合金としたものである。この合金化
溶融Ｚｎめっき鋼材は、塗装性、耐食性、溶接性等に優
れており、自動車用外板、家電製品用外板等に広く用い
られている。

【０００３】溶融Ｚｎめっき処理の工程で溶融Ｚｎ浴を
使用していると、溶融Ｚｎ浴中のＦｅがその溶解度の限
界を超え、Ｚｎと反応してＦｅ−Ｚｎ合金をつくる。こ
のＦｅ−Ｚｎ合金は溶融Ｚｎ浴よりも比重が僅かに大き
いため、溶融Ｚｎ浴槽の底に砂粒状に沈殿する。これを
ボトムドロスという。 このボトムドロスは溶融Ｚｎ浴との比重差が僅かであり
、鋼材やシンクロールによる随伴流で巻き上げられる。 巻き上げられたボトムドロスは鋼材やシンクロールに付
着し、シンクロールにより鋼材の表面に押しつけられ、
めっき層表面に外観上悪影響を及ぼす。さらに鋼材の表
面にボトムドロスが付着したままプレス成形を行うと、
ボトムドロスが付着した側の鋼材の表面の外観品質が悪
くなるのみならず、ボトムドロスが付着した側と反対側
の鋼材の表面にもこのボトムドロスが転写され、著しく
外観品質を損なう。このようにボトムドロスの付着によ
る外観品質の悪化をドロス欠陥という。

【０００４】溶融Ｚｎめっき鋼材の表面にドロス欠陥が
発生するのを防止するために、一般的には溶融Ｚｎめっ
き処理の工程において、溶融Ｚｎ浴に０．１０〜０．２
０重量％（以下、「％」は「重量％」を意味する）程度
のＡｌを添加する。Ａｌを添加すると溶融Ｚｎ浴中の鋼
材がＺｎと反応するより先にＡｌと優先的に反応し、鋼
材表面に薄いＦｅ２Ａｌ５あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｚｎの
合金層を形成して鋼材表面からのＦｅの溶解を抑制する
。同時に、溶融Ｚｎ浴中に溶解しているＦｅもＡｌと優
先的に反応してＦｅ２Ａｌ５となる。このＦｅ２Ａｌ５
は溶融Ｚｎ浴よりも比重が小さいため、溶融Ｚｎ浴槽の
表面に浮上する。これをトップドロスという。このトッ
プドロスは溶融Ｚｎめっき処理中に定期的かつ簡単に除
去されるものであり、鋼材表面にトップドロスが付着す
ることは防止される。

【０００５】このように、溶融Ｚｎ浴にＡｌを添加して
トップドロスを積極的につくり、ボトムドロスの生成を
減少させてドロス欠陥の発生を防止している。

【０００６】一方、溶融Ｚｎめっき処理を施した後、め
っき層全体をＦｅ−Ｚｎ合金とする合金化処理の工程に
おいて、鋼材表面に形成している薄いＦｅ２Ａｌ５ある
いはＦｅ−Ａｌ−Ｚｎの合金層は、合金化反応を抑制し
、合金化反応速度のムラを発生させて合金化反応時間を
増加させるばかりでなく、鋼材表面の外観品質を劣下さ
せる。したがって、美麗な外観を有する合金化溶融Ｚｎ
めっき鋼材を製造する場合には、溶融Ｚｎめっき処理の
工程で溶融Ｚｎ浴に含まれるＡｌ濃度をできるだけ下げ
なければならない。

【０００７】通常その濃度は、溶融Ｚｎめっき処理の工
程において必要なＡｌ濃度の範囲の下限値付近とされて
いる。

【０００８】このように、溶融Ｚｎめっき処理の工程で
ドロス欠陥の発生を防止するために溶融Ｚｎ浴に添加さ
れるＡｌは、その後の合金化処理の工程で逆に鋼材表面
の外観品質を劣下させているのである。

【０００９】近年、合金化溶融Ｚｎめっき鋼材の需要の
増加に比例して合金化溶融Ｚｎめっき鋼材の本来の特質
である塗装性、耐食性、溶接性に加え、外観の美麗さが
ますます強く要求されている。特公昭６３−５８２２５
　号公報には、溶融Ｚｎ浴に浸漬する前の段階であるい
は溶融Ｚｎ浴に浸漬中の段階で、軟化焼鈍した鋼板表面
にワイヤブラシ、砥粒ベルトによる研磨、研削またはシ
ョットブラスト等の機械加工を施して新生面を付与し、
溶融Ｚｎめっき処理の工程でＡｌ富化層の形成を抑制し
、これにより合金化処理の工程で合金化反応速度を向上
させる方法が開示されている。また特開昭５８−１０４
１６３号公報には、溶融Ｚｎ浴へ浸漬する前の還元焼鈍
に先立って硫酸浴、塩化物浴等の中で鋼板の表面に厚さ
　０．１〜　２．０μｍの鉄めっきを施し、溶融Ｚｎめ
っき処理の工程で溶融Ｚｎ浴中のＡｌを鉄めっき中の酸
素と反応させ、鋼板表面近傍の溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃度を
低下させて緻密なＦｅ−Ａｌ合金層の生成を防止し、こ
れにより合金化処理の工程において合金化反応速度を向
上させる方法が開示されている。これらの方法には、合
金化処理の時間が短縮したり、合金化溶融Ｚｎめっき層
の耐剥離性が向上するという利点はあるものの、この方
法で製造した合金化溶融Ｚｎめっき鋼板としての外観品
質は未だ不充分である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】溶融Ｚｎめっき処理の
工程で溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃度を増加させ、合金化溶融Ｚ
ｎめっき鋼材の表面にドロス欠陥が発生するのを防止す
ると、生成した鋼材表面の薄いＦｅ２Ａｌ５あるいはＦ
ｅ−Ａｌ−Ｚｎの合金層が、つぎの合金化処理の工程で
合金化反応を抑制し、合金化反応時間を増加させるのみ
でなく、合金化反応を不均一に進行させる。その結果、
合金化反応が進んだ部分は凸になり、合金化反応が遅れ
た部分は凹になり、合金化反応が終了した時点で鋼材の
表面は凹凸状の外観を呈し（これを凹凸欠陥という）、
製品として極めて外観品質の劣るものになる。溶融Ｚｎ
浴のＡｌ濃度を増加させて溶融Ｚｎめっき処理を施した
例として、前記の特公昭６３−５８２２５　号公報には
溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃度を　０．２％とした実施例が、特
開昭５８−１０４１６３号公報には溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃
度を０．１６％とした実施例がある。しかし、実質的に
は溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃度を高めに設定して溶融Ｚｎめっ
き処理を施す合金化溶融Ｚｎめっき鋼材の製造は行われ
ていない。通常、溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃度を溶融Ｚｎめっ
き処理の工程におけるＡｌ濃度の管理範囲の下限付近で
ある０．１０％程度としている。

【００１１】本発明の目的は、表面にドロス欠陥が発生
しない高Ａｌ濃度の溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっき処理
を行い、その後合金化処理を施しても、凹凸欠陥のない
優れた外観品質を有する合金化溶融Ｚｎめっき鋼材を製
造する方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、Ａｌを
含む溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっき処理を施す前に、鋼
材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成させて合金化溶融Ｚｎ
めっき鋼材を製造する製造方法にある。

【００１３】本願発明の方法は、ドロス欠陥を発生させ
ないために相当量のＡｌを含む溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎ
めっき処理を施すことを前提とする。本発明は、予め鋼
材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成しておけば、その後の
合金化処理は迅速に進行し、表面に凹凸欠陥のない優れ
た外観品質を有する合金化溶融Ｚｎめっき鋼材を得るこ
とができるという知見に基づいてなされたものである。

【００１４】ここで、鋼材とは、主に冷延鋼板、冷延鋼
帯、熱延鋼板および熱延鋼帯を意味する。

【００１５】

【作用】Ａｌを含む溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっき処理
を施す前に、鋼材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成する理
由は以下のとおりである。

【００１６】外観品質の優れた合金化溶融Ｚｎめっき鋼
材を得るためには、第一に、溶融Ｚｎめっき処理の工程
で鋼材の表面にドロス欠陥が発生するのを防止する必要
がある。

【００１７】そのために、溶融Ｚｎ浴のＡｌ濃度をでき
るだけ高めに設定して溶融Ｚｎめっき処理を施す。これ
はＡｌが溶融Ｚｎ浴中に溶解しているＦｅと優先的に反
応してトップドロスを生成させ、ドロス欠陥の原因であ
るボトムドロスの生成を減少させるからである。溶融Ｚ
ｎ浴のＡｌ濃度は０．１４〜　３．０％が望ましい。

【００１８】通常Ａｌ濃度が０．１４〜　３．０％とい
うように高い溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっき処理を施し
た後、合金化処理を施すと鋼材表面に凹凸欠陥が発生す
る。その理由は、Ａｌ濃度が低い場合に比べて、溶融Ｚ
ｎめっき処理の工程で鋼材の表面に形成されるＦｅ２Ａ
ｌ５あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｚｎの合金層が厚くなるため
、その厚い合金層が合金化処理の工程で合金化反応を抑
制し、合金化反応速度を不均一にさせるからである。

【００１９】したがって第二に、合金化処理の工程で鋼
材の表面に凹凸欠陥が発生するのを防止する必要がある
。そのために本願発明の方法では、溶融Ｚｎ浴に浸漬す
る前に予め鋼材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成しておく
のである。予め鋼材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成する
ことによりなぜ合金化反応が均一の速度で促進されるの
か正確な原因は不明であるが、その原因を次のように推
定することができる。Ａｌを含む溶融Ｚｎ浴中での溶融
Ｚｎめっき処理において鋼材の表面に形成されるＦｅ２
Ａｌ５が合金化反応を抑制すると考えると、溶融Ｚｎめ
っき処理を施す前に、予め鋼材の表面にＦｅ−Ｚｎ合金
層を存在させることにより、溶融Ｚｎめっき処理におい
て合金化反応を抑制するＦｅ２Ａｌ５の形成を防止して
いると考えられる。即ち、合金化処理の直前でのめっき
被膜と鋼材の界面に存在する合金層は、予め鋼材の表面
にＦｅ−Ｚｎ合金層を存在させない場合、Ｆｅ２Ａｌ５
に近いもの（若干のＺｎを含む）であるのに対し、本願
発明の製造方法のように予め鋼材の表面にＦｅ−Ｚｎ合
金層を存在させた場合には、ＦｅＺｎ７　またはＦｅＺ
ｎ１３に近いものとなり、合金化反応を抑制するものが
存在しないためであろう。

【００２０】予め鋼材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成す
る方法としては、鋼材表面にＺｎを真空蒸着、イオンプ
レーティングあるいはスパッタリング等のドライプレー
ティング法により凝固させその後拡散処理する方法、ま
たは電気Ｚｎめっきを行いその後拡散処理する方法、さ
らには直接Ｆｅ−Ｚｎ合金の電気めっきを施す方法があ
る。これらの方法における処理条件は、工業的に実施さ
れている通常の条件でよい。なお、ドライプレーティン
グ後または電気Ｚｎめっき後の拡散処理については、雰
囲気温度　４２０〜　５７０℃、処理時間　２秒以下で
行うことが望ましい。形成するＦｅ−Ｚｎ合金層の厚み
は、均一で切れ目が無ければよく、厚みを均一とするた
めに０．１０μｍ以上とし、Ｆｅ−Ｚｎ合金層の形成の
前処理を簡易にするために１．０　μｍ以下とするのが
望ましい。また、Ｆｅ−Ｚｎ合金層の組成は、Ｆｅ濃度
が　１〜２０％、Ｚｎ濃度が９９〜７７％、その他が不
純物であることが望ましい。不純物としてＡｌ濃度が　
３％程度まで許容される。

【００２１】

【実施例】板厚　０．８ｍｍ、板幅　５００ｍｍ、長さ
　５００ｍｍの低炭素アルミキルド鋼の鋼板の表面にＺ
ｎを真空蒸着させ、その後雰囲気温度　５２０℃、圧力
１０−６Ｔｏｒｒ、処理時間約　２秒で拡散処理を行い
、あるいは前記鋼板の表面に電気Ｚｎめっき処理を行い
その後雰囲気温度　５２０℃、処理時間約　２秒で拡散
処理を行って、表１に示すＦｅ−Ｚｎ合金層を形成した
。合金層のＦｅ濃度およびＡｌ濃度をＸ線マイクロアナ
ライザーで解析したところ、合金層の組成はＦｅＺｎ７
　およびＦｅＺｎ１３であることもわかった。なお、合
金層の厚みを走査形電子顕微鏡で確認した。

【００２２】

【表１】

【００２３】Ｆｅ−Ｚｎ合金層を形成させた後、鋼板の
表面にフラックス処理を施し、次いで浴温が　４６０℃
で、Ａｌ濃度が表１に示す濃度の溶融Ｚｎ浴に鋼板を浸
漬し、目付量を７０ｇ／ｍ２とする溶融Ｚｎめっき処理
を施した。その後雰囲気温度　５２０℃、処理時間１０
秒で合金化処理を行った。

【００２４】得られた合金化溶融Ｚｎめっき鋼板の表面
を光学顕微鏡により１０倍の倍率で観察し、外観品質の
良否を表面のドロス欠陥および凹凸欠陥の発生状況から
判断した。ドロス欠陥は１ｍ２あたりの鋼板表面に存在
するドロスの個数で判定し、「ドロス欠陥が皆無（表１
では記号『◎』）」、「ドロス欠陥が５個／ｍ２未満（
表１では記号『○』）」および「ドロス欠陥が１０個／
ｍ２未満（表１では記号『△』）」ならば良とし、「ド
ロス欠陥が１０個／ｍ２以上が存在して商品価値に問題
あり（表１では記号『×』）」ならば不良とした。また
、凹凸欠陥は鋼板表面に凹凸模様の存在有無で判定し、
「凹凸模様が皆無で美麗な外観を有する（表１では記号
『◎』）」および「凹凸模様が殆どない（表１では記号
『○』）」ならば良とし、「凹凸模様が存在して商品価
値に問題あり（表１では記号『×』）」ならば不良とし
た。その結果を表１に併記した。

【００２５】試験Ｎｏ．１〜１５は本発明例である。い
ずれもＡｌ濃度が０．１４〜　３．０％と高い溶融Ｚｎ
浴中で溶融Ｚｎめっき処理を施したのでドロス欠陥は少
ない。しかも事前に鋼板表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成
したため、Ａｌ濃度の高い溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっ
き処理を施したにもかかわらず、その後の合金化処理は
１０秒という短時間で十分に進行し、鋼板の表面には凹
凸欠陥も発生していない。即ち、優れた外観品質を有す
る合金化溶融Ｚｎめっき鋼板を得ることができた。

【００２６】試験Ｎｏ．１６　も本発明例である。０．
１０％のＡｌ濃度の溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっき処理
を施したので、ややドロス欠陥は増加したものの、事前
に鋼板表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成したため、合金化
処理による凹凸欠陥がなく、実用上問題のない合金化溶
融Ｚｎめっき鋼板を得ることができた。

【００２７】試験Ｎｏ．１７　は比較例である。Ａｌ濃
度が０．１５％と高い溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめっき処
理を施したので、ドロス欠陥は少ない。しかし、予め鋼
板表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成しなかったため、合金
化処理によって凹凸欠陥が発生し、部分的に合金化され
ていない部分がみられた。

【００２８】なお、この実施例における合金化処理時間
は、１０秒としたが、この合金化処理時間は、従来の合
金化溶融Ｚｎめっき鋼板の製造方法における合金化処理
時間に比べてやや短時間である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、表面にドロス欠
陥のみならず合金化反応の不均一に起因する凹凸欠陥も
ない、美麗な外観を有する合金化溶融Ｚｎめっき鋼材を
製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ａｌを含む溶融Ｚｎ浴中で溶融Ｚｎめ
   っきを施す前に、鋼材表面にＦｅ−Ｚｎ合金層を形成さ
   せることを特徴とする合金化溶融Ｚｎめっき鋼材の製造
   方法。