JPH0651903B2 - 摺動抵抗の高い亜鉛又は亜鉛系合金溶融めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

摺動抵抗の高い亜鉛又は亜鉛系合金溶融めっき鋼板の製造方法

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JPH0651903B2 JP2017890A JP2017890A JPH0651903B2 JP H0651903 B2 JPH0651903 B2 JP H0651903B2 JP 2017890 A JP2017890 A JP 2017890A JP 2017890 A JP2017890 A JP 2017890A JP H0651903 B2 JPH0651903 B2 JP H0651903B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、亜鉛又は亜鉛系合金溶融めっき鋼板の製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、プレめっきを利用した溶融Znめっき方法につい
ては、例えば特公昭46−19282号公報記載の溶融
Znめっき方法が、一般のCGL法(無酸化炉および還
元炉を用いて700℃近傍まで加熱還元することにより
鋼板表面を活性化した後に溶融めっきを行う方法)に代
わって安価に密着性、加工性の良いめっき鋼板を得る優
れた方法としてすでに知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
最近、建築材料などに使用される厚物溶融Znめっき鋼
板の造管材においては、特に、造管時のスリップ防止対
策などの観点から表面の摺動抵抗に優れることが新しく
具備すべき要件となってきた。
しかしながら、従来のプレめっきを用いた溶融Znめっ
き法を以てしても表面の摺動抵抗を向上させることはで
きない。
そこで、本発明者らはこのプレめっきを用いた溶融めっ
き法の特徴を活かしつつ、表面の摺動抵抗の優れためっ
き鋼板を得る方法を見出すために、プレめっき後の前処
理加熱条件、溶融めっき浴条件、さらには、溶融めっき
後の再加熱条件等のバランスを積極的に検討した結果、
めっき層の適度な合金化を進めることにより、めっき層
表面の摺動抵抗を著しく向上させることに成功した。
本発明は上記のようにプレめっき後の前処理加熱、めっ
き浴条件、再加熱条件をコントロールして表面の摺動抵
抗に優れた溶融めっき鋼板を製造する方法を提供するも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、まず、プレめっき後の加熱条件と浴条件
のみをコントロールすることによって、めっき時の合金
化を促進させることにより、摺動抵抗を向上させようと
試みた。その結果、鋼板の表面にNiめっき等を0.1〜
3.0g/m施した後、O濃度5%以下の雰囲気中で
430〜500℃に7℃/sec以上で加熱してそのまま
浴中有効Al濃度0.05〜0.15%、浴温430〜500℃
に制御された亜鉛又は亜鉛系合金浴中に浸漬してめっき
を行なえば、表面の摺動抵抗がこれらの条件の一つをは
ずして製造した場合に比較して向上することが判明し
た。そこで、さらに、その効果を大きくするために、め
っき後の再加熱を組み合わせることを検討し、本発明範
囲の再加熱条件下でのみ、相乗効果が現れることがわか
った。即ち、鋼板の表面にNi,Fe,Co,Cu,S
n,Zn,Pの中から選択した1種を単独で、或いは2
種もしくは3種を合金で0.1〜3.0g/mめっき後、O
濃度5%以下の雰囲気中で430〜500℃に7℃/
sec以上で加熱してそのまま浴中有効Al濃度0.05〜0.15
%、浴温430〜500℃に制御された亜鉛又は亜鉛系
合金浴中に浸漬してめっきを行い、引き上げ後のワイピ
ング直上で450〜550℃の温度範囲で5〜40sec
加熱することにより、めっき密着性は勿論のことなが
ら、表面の摺動抵抗が極めて優れためっき鋼板が得られ
ることを見出し、下記の本発明を完成したものである。
すなわち、本発明は鋼板の表面にNi,Fe,Co,C
u,Sn.Zn,Pの中から選択した1種を単独で、或
いは2種もしくは3種を合金で0.1〜3.0g/mめっき
後、O濃度5%以下の雰囲気中で430〜500℃に
7℃/sec以上で加熱してそのまま浴中有効Al濃度0.05
〜0.15%、浴温430〜500℃に制御された亜鉛又は
亜鉛系合金浴中に浸漬してめっきを行い、引き上げ後の
ワイピング直上で450〜550℃の温度範囲で5〜4
0sec加熱することを特徴とする摺動抵抗の高い亜鉛又
は亜鉛系合金溶融めっき鋼板の製造方法を要旨とするも
のである。
以下、本発明について詳細に説明する。
第1図は、鋼板表面にNiを0.5g/mめっき後O
濃度2%の雰囲気中で450℃まで10℃/secで昇温
し、そのまま浴中有効Al濃度を変化させた浴温450℃
の溶融Zn浴中に3sec浸漬、引き上げ、ワイピングし
た後、再加熱を種々の温度で15sec行った場合のめっ
き面の摺動抵抗の変化を示したものである。なお、摺動
抵抗の指標としては、表面硬度(ビッカース硬度)と静
止摩擦係数の測定値を用いた。
評価基準は次の通りである。
評価 表面硬度(HV) 摩擦係数(μ) 5…………150〜250 0.15〜0.18 4…………120〜150 0.14〜0.15 3………… 90〜120 0.13〜0.14 2………… 70〜90 0.12〜0.13 1………… 70未満 0.12未満 (*評価3以上が合格) この図より、めっき浴中の有効Al濃度0.15%以下でめ
っきを行い、且つ、450℃以上で再加熱を行うと、摺
動抵抗の高いめっき鋼板が得られることが明らかである
(浴中有効Alとは、ドロス分など以外のめっき層に寄与
する有効なAlのことである)。この条件下のめっき層を
分析したところ、Fe比率が1〜8%であり、めっき層
表層まで素地からFeが拡散し、合金化が進んでおり、
なお且つNiが素地近傍でAlと結合し、合金層中にも一
部Niが存在することが判明した。合金層は大部分がζ
相(FeZn13)、δ相(FeZn)より成って
いた。詳細は未だ明らかではないが、摺動抵抗が高くな
ったのは、めっき層の適度の合金化と合金層中のNiの
存在、あるいはNi−Al化合物の形成が相乗的に作用し
ているのではないかと考えられる。浴中有効Al濃度が0.
15%を超えると摺動抵抗が低いのは、Alが地鉄あるいは
Niと結合し強固なバリヤー層を作るため、めっき層の
合金化が進まないことによるものと思われる。浴中有効
Alの下限はめっき密着性の観点から0.05%とした。ま
た、再加熱温度が450℃未満では摺動抵抗は向上しな
い。これも、めっき層の合金化が不十分なためである。
再加熱温度の上限については密着性の観点から550℃
とする。即ち、Niには地鉄界面近傍の合金層であるΓ
相(FeZn21)の成長を抑制する作用があると思わ
れるが、550℃を超えると、Niがめっき層中の表面近
傍まで拡散してしまい、そのためΓ相が発達しすぎて密
着性が劣化するものと思われる。再加熱時間は5〜40
secとする。5sec未満ではめっき層の合金化が不足し、
40secを超えると合金化が進みすぎ、Γ相が発達しす
ぎてめっき密着性が劣化する。再加熱の方法について
は、特に限定しないが、加熱炉あるいは、バーナー加熱
が望ましい。
また、めっき前処理加熱温度、浴温度についても同様に
調べたところ、430℃以上で摺動抵抗に対して効果が
現れることもわかった。浴中でのめっき反応時において
も温度上昇とともに合金化が進行することによるものと
思われる。しかしながら、500℃を超えると、Γ相が
成長しすぎて摺動抵抗および密着性が劣化する。前処理
加熱の方法については特に限定はしないが、炉内の輻射
加熱、通電加熱等が適用できる。さらに、この前処理加
熱温度および加熱速度が本発明の1つのポイントとなる
条件であるが、500℃以下の加熱では、プレNiめっ
きの加熱後の状態変化が少なく、溶融めっきおよび再加
熱後のめっき面の摺動抵抗、密着性が良好であった。5
00℃を超えるとNiが加熱中に鋼板中に拡散してしま
い、明らかに両性能の低下が認められた。加熱速度につ
いては7℃/sec以上が必要である。これだと、前処理
加熱の雰囲気がO濃度が5%以内であれば、プレめっ
きの酸化はそれほど進行せず、良好なめっき密着性が得
られる。O濃度が本実験の2%以外でも5%以内であ
れば優れた摺動抵抗が得られることも確認した。さらに
めっき浴浸漬時間については1〜10secの範囲では同
様に良好な性能が得られた。
第2図は、Niプレめっき量を変化させて、O2%雰
囲気中で450℃まで10℃/secで加熱した後、45
0℃で3secめっき後、450℃で15秒再加熱した場
合の摺動抵抗の変化を示したものである。浴中の有効Al
濃度が0.1%と0.15%の場合である。Ni付着量が0.1g
/m以上の場合において、目付量の増加と共に摺動抵
抗が飛躍的に向上する。このメカニズムは明らかではな
いが、浴中の有効Al濃度とプレNi量とは適正な割合に
おいて、何らかの相関関係を有しており、摺動抵抗に寄
与しているものと思われる。Ni付着量が0.1g/m
満では、摺動抵抗および密着性が劣化する。これは、N
i付着量が0.1g/m未満では前処理加熱の段階で下
地鋼の酸化が進行することに起因していると考えられ、
Niが0.1g/m以上であれば5%O雰囲気、7℃
/secで加熱した場合でも酸化はほとんど進行せず良好
なめっき密着性が得られる。Ni付着量の上限は特に制
約はないが、経済的な観点から3.0g/mとする。以
上の結果は、前処理加熱雰囲気が弱酸化性の場合につい
て述べたきたが、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気でも同
様な結果であった。また、プレめっきの種類についても
Niプレめっきについてのみ説明したが、Fe,Co,
Cu,Sn,Zn,Pの単独めっきおよびNi−P,F
e−Ni,Ni−Zn,Co−P,Ni−Fe−P等の
2元系あるいは3元系の合金めっきにおいても同様の結
果が得られた。また、溶融めっき浴についてもZn浴の
みについて説明したが、Zn−Sb,Zn−Mg,Zn
−Sn等の合金浴でも同様に本発明を適用することがで
きる。
下地鋼板の制約を特に受けないのも本プレめっき法の利
点の一つである。高合金ハイテン材や低炭素鋼板などに
も適用できる。
〔実施例〕
第1表に本発明の実施例を示す。*印が比較材である。
下地に熱延鋼板SPHC(1.2mm)の酸洗材を用い、N
iめっきは、硫酸酸性浴中で電流密度25A/dm
行った。前処理加熱はO2%の炉内で10℃/secで
昇温した。さらに、3sec溶融めっき後、再加熱は空気
中で炉内加熱を行った。種々実験条件を変化させてサン
プルを作成した。
摺動抵抗の評価は、前述の5点法で行った。また、めっ
き密着性の評価はボールインパクト試験で実施し、10
点法で評価した。10点は剥離皆無であり、1点は前面
剥離を示す。6点以上が合格とする。
No.1〜13に示す通り、Niプレめっき付着量0.1〜3
g/m、前処理加熱温度430〜500℃、浴温43
0〜500℃、浴中の有効Al濃度0.05〜0.15%、めっき
後の再加熱温度450〜550℃の範囲で製造した本発
明鋼板は摺動抵抗、めっき密着性共に優れる。これに比
較して、Niめっき付着量が0.1g/m未満の場合(N
o.14)、浴中の有効Al濃度が0.05%未満あるいは0.15
%を超える場合(No.15、16)、摺動抵抗、密着性
が劣る。また、前処理加熱板温、昇温速度、浴温、めっ
き後の加熱温度および加熱時間が本発明範囲を逸脱する
場合(No.17〜25)にも両性能が劣化する。
また、No.26〜30は、Niめっき以外の単独めっ
き、および合金めっきをプレめっきとして使用した場合
である。これらもNiめっき同様、優れた摺動抵抗を示
す。
さらに、No.31〜33は、めっき浴としてZn合金浴
を使用した場合である。この場合にもZn浴同様に得ら
れためっき鋼板は優れた性能を示した。
最後に、No.1〜13の結果からみて、Niプレめっき
の場合にはNo.2,3,9,10に見られるように特
に、浴中の有効のAl濃度が0.11〜0.12%、Ni付着量が
0.5〜0.8g/mの範囲の時に摺動抵抗が最も優れ、好
ましい条件であることは明白である。
〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、プレめっきを利用して
従来にない摺動抵抗およびめっき密着性に優れた亜鉛又
は亜鉛系合金溶融めっき鋼板が安価に製造でき、その工
業的意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、プレNiめっきを0.5g/m施し、O
度2%の雰囲気中で、前処理加熱板温450℃に10℃
/secで昇温し、浴温450℃で種々の浴中の有効Al濃
度のもとで、3secめっきを行い、めっき後の再加熱温
度を変化させた場合(加熱時間15sec)の摺動抵抗の変
化を示した図、第2図は、O2%雰囲気中で前処理加
熱板温450℃に10℃/secで昇温後、浴温450
℃、めっき浸漬時間3sec、浴中の有効Al濃度0.1%およ
び0.15%のもとで製造した場合のプレNi付着量の変化
に伴う摺動抵抗の変化を示した図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼板の表面にNi,Fe,Co,Cu,S
    n,Zn,Pの中から選択した1種を単独で、或いは2
    種もしくは3種を合金で0.1〜3.0g/mめっき後、O
    濃度5%以下の雰囲気中で430〜500℃に7℃/
    sec以上で加熱してそのまま浴中有効Al濃度0.05〜0.15
    %、浴温430〜500℃に制御された亜鉛又は亜鉛系
    合金浴中に浸漬してめっきを行い、引き上げ後のワイピ
    ング直上で450〜550℃の温度範囲で5〜40sec
    加熱することを特徴とする摺動抵抗の高い亜鉛又は亜鉛
    系合金溶融めっき鋼板の製造方法。
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