JPH1053893A

JPH1053893A - めっき鋼板

Info

Publication number: JPH1053893A
Application number: JP15807597A
Authority: JP
Inventors: Makoto Isobe; 誠磯部; Chiaki Kato; 千昭加藤; Kazuhiro Seto; 一洋瀬戸; Masaaki Kono; 雅昭河野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化鉄層を除去することなしにめっきを施し
た鋼板において、残存する酸化鉄層の構造を最適化する
ことによって、めっき密着性を向上する。【解決手段】鋼の素地上に酸化鉄層およびめっき層を
順に積層してなるめっき鋼板であって、該酸化鉄層に、
鋼の素地とめっき層との間を繋ぐ還元鉄または鉄合金か
らなる架橋を所定の密度指数の下に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高い耐食性が要
求される、建築資材、冷暖房・給湯機器用鋼板および自
動車用鋼板等に供するめっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】めっき鋼板の製造は、めっき鋼板用の素
材を熱間圧延後に、鋼板表面を覆う酸化鉄層を酸洗設備
で除去し、さらに必要に応じて冷間圧延を行ってから、
連続式溶融めっき装置や電気めっき装置等にてめっきを
行うのが、一般的である。ここで、酸化鉄層の除去を必
須とするのは、酸化鉄層がめっきを阻害し、まためっき
層の剥離起点となる結果、めっきの密着性を劣化させる
ためである。

【０００３】これに対して、特開平６−２７９９６７号
公報では、溶融亜鉛めっき熱延鋼帯の製造において、酸
化鉄層を除去することなく還元雰囲気ガス中で還元処理
を行った後、溶融亜鉛めっきを行うことが提案され、具
体的には、75％の高濃度Ｈ₂雰囲気にて還元処理を実施
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法によれば、
酸化鉄層を除去することなしに、連続式溶融めっき装置
の加熱炉内で十分に還元して不めっきのない溶融亜鉛め
っきが実現される。しかしながら、還元雰囲気のH₂濃度
が高いために、酸洗コストの削減は出来るが、連続式溶
融めっき装置の加熱炉に要するコストは大幅に増加して
しまう。また、酸化鉄層の還元を必要としない冷延素材
を同一のめっき装置でめっきする場合には、10％以下程
度のH₂濃度に変更する必要がある。なぜなら、酸化鉄層
が存在しない場合は、加熱中の鋼板内部に水素が吸蔵さ
れ、この水素は、めっき後に鋼板が低温になると、鋼中
から排出されめっきとの界面で気化して局所的にめっき
剥離を発生するためである。従って、H₂濃度の変更によ
る生産性の低下やコストの増加をまねくことになるので
ある。

【０００５】そこで、この発明の主目的は、酸化鉄層を
除去することなしにめっきを施した鋼板において、酸化
鉄層を積極的に残存させて残存する酸化鉄層の構造を最
適化することによって、上記の問題を解消した新規なめ
っき鋼板を提供するものである。

【０００６】さらに、この発明の別の目的は、合金鋼、
例えば高張力鋼板またはステンレス鋼板など、溶融めっ
きを不得手とする鋼板に対して、溶融めっきによっても
密着性に優れためっき層が得られる手段を与えることに
ある。

【０００７】すなわち、高張力鋼板やステンレス鋼板な
どの合金鋼板では、溶融めっき処理前の焼鈍工程におい
て、その合金成分、例えばSi、MnおよびCrが選択酸化さ
れて鋼板表面に酸化物として濃化する結果、不めっきや
めっき密着性の低下が不可避に発生していた。そこで、
これら鋼板において溶融めっきを実現させるために、高
張力鋼板では、溶融めっき前に電気めっきを行う手法
（特開昭61−147865号および特開平２−194156号各公報
参照）や、連続溶融めっきラインにおいて酸化してから
還元を行ってめっきを施す手法（特開昭55−122865号お
よび特開平６−41708 号各公報参照）が提案されてい
る。同様に、ステンレス鋼板では、溶融めっき前に電気
めっきを行う手法（特開昭63−47356 号および特開昭63
−235485号各公報参照）や、酸で不動態皮膜を処理した
後に溶融めっきを行う手法（特開平８−225897号公報参
照）が提案されている。このように、合金鋼板に溶融め
っきを施すには、溶融めっきに先立って複雑な工程を経
る必要があるため、より簡便な手法によって溶融めっき
を実現することが望まれていたのである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、酸化鉄層を
残存させたままめっきを施した鋼板において、特に酸化
鉄層の構造とめっき特性との関係を究明するため、まず
酸化鉄層を残存した鋼板を種々の還元条件で還元後にめ
っきを行ってから、各めっき鋼板のめっき特性を調査す
るとともに、各鋼板の酸化鉄層の構造を観察した。その
結果、必ずしも酸化鉄層の表面からの還元深さに比例し
てめっき特性が向上するわけではないことから、還元域
の面積や深さを定量化するのではなく、鋼の素地とめっ
き層とを繋ぐ極く狭い範囲の還元部分を形成すること、
すなわちめっき後の鋼板において、酸化鉄層が鋼の素地
とめっき層との間を繋ぐ還元鉄または鉄合金からなる架
橋を有することが、めっき特性の向上に有利であること
を、新たに見出した。さらに、この架橋は、所定の密度
指数で存在させることによって、優れためっき特性が鋼
板の全面にわたり均一に得られ、局所的なめっき剥離の
ない健全なめっき鋼板が得られることも新たに判明し
た。この発明は、上記の知見に由来するものである。

【０００９】この発明は、鋼の素地上に酸化鉄層および
めっき層を順に積層してなるめっき鋼板であって、該酸
化鉄層は、鋼の素地とめっき層との間を繋ぐ還元鉄また
は鉄合金からなる架橋を、下記式で定義される架橋密度
指数Ｄが20以上で有することを特徴とするめっき鋼板で
ある。記Ｄ＝（Ｄ_L ²＋Ｄ_C ²）^1/2 ここに、Ｄ_L：酸化鉄層断面の任意の一方向における架橋の本数
（本／mm）Ｄ_C：酸化鉄層断面の上記任意の一方向と直角の方向に
おける架橋の本数（本／mm）

【００１０】ここで、酸化鉄層は、酸化鉄と架橋部を形
成する還元鉄または鉄合金との混合になり、これら全て
を含めて酸化鉄層と称する。

【００１１】上記架橋密度指数Ｄは、架橋を互いに平行
な直線として近似して、酸化鉄層の厚み方向断面の任意
の一方向、例えば圧延方向（以下、Ｌ方向と示す）、そ
して任意の一方向と直角の方向、例えばこのＬ方向と直
角の方向（以下、Ｃ方向と示す）の各250 μm 以上にわ
たる観察結果を、それぞれ１mm当たりの架橋本数に換算
し、それら本数から、上記式に従って計算により求めら
れる。

【００１２】また、この発明は、一般的成分組成のめっ
き用鋼板は勿論、焼鈍中に鋼板表面に濃化する成分を含
有する組成である鋼板、例えば高張力鋼板およびステン
レス鋼板に、とりわけ有利に適合する。

【００１３】この発明では、その適合めっき鋼板の断面
を図１に例示するように、酸化鉄層に、鋼の素地とめっ
き層との間を繋ぐ還元鉄または鉄合金からなる架橋を、
上記式で定義される架橋密度指数Ｄが20以上で有するこ
とが肝要である。ここに、架橋は、鋼の素地とめっき層
との間を繋ぐものであれば、その形状は限定されない
が、望ましくは0.5 μm 以上の幅を有するものとする。
なぜなら、幅が0.5 μm以下では、個々の架橋上に形成
するめっき層の密着性が確保できないのみならず、断面
観察により存在を確認して製品を管理する上で好ましく
ない。

【００１４】ここで、架橋密度指数Ｄを20以上としたの
は、図２に、撃芯１／２インチ径、落下荷重２kgおよび
落下距離70cmのボールインパクト試験を種々の架橋密度
指数Ｄになる各鋼板について行った実験結果を示すよう
に、架橋密度指数Ｄが20未満では、めっきの密着力が不
充分で剥離が起こるからである。なお、架橋密度指数Ｄ
の上限はとくに必要としないが、局所的に架橋密度指数
の小さい箇所をなくす観点から、30程度であれば十分有
効である。

【００１５】また、この発明は、従来は溶融めっきの適
用が限られていた、高張力鋼板やステンレス鋼板など、
焼鈍中、具体的には焼鈍から焼鈍後に溶融めっき浴へ鋼
板が浸入するまでの過程において、鋼板表面に濃化する
成分を含有する組成になる鋼板に、とりわけ有利に適合
する。すなわち、この種の鋼板を酸化鉄層を除去したの
ち連続溶融めっきラインで処理すると、焼鈍中、或いは
焼鈍後に溶融めっき浴へ鋼板が浸入するまでの間に、炉
内に存在する微量の酸素または水蒸気により、鋼中のS
i、MnおよびCrなどが選択酸化されて鋼板表面に酸化物
として濃化する結果、不めっきやめっき密着性不良が発
生する不利があった。ところが、この発明に従って架橋
の介在下に酸化鉄層を残存させると、鋼中のSi、Mnおよ
びCrなどの成分は、酸化鉄層と鋼の素地との界面におい
て、酸化鉄の酸素を奪い取って酸化物となり、鋼中に析
出するため、これら成分の鋼板表面への析出は回避され
る。従って、めっき密着性を阻害する要因は解消される
上、架橋によって鋼の素地とめっき層とが強固に繋がる
ため、めっき密着性は格段に向上するのである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に従うめっき鋼
板を得る具体的手法について、溶融亜鉛めっきによる場
合を例に説明する。さて、めっき鋼板の鋼の素地となる
鋼素材は、熱間圧延設備にて所定の板厚まで圧延された
のち、溶融めっき設備に搬入される。ここで、めっき鋼
板用素材の成分は、特に限定する必要はなく、めっき鋼
板において必要とされる特性に従って、製鋼段階で適宜
調整すればよい。すなわち、めっき用鋼板の一般的成分
組成は勿論、従来は適用が限られていた、高張力鋼板お
よびステンレス鋼板など、焼鈍中に鋼板表面に濃化する
成分を含有する組成になる鋼板も使用することができ
る。ここに、焼鈍中に鋼板表面に濃化する成分として
は、Si、Mn、Cr、Al、Ti、Nb、ＰおよびＢなどがあり、
これら成分の合計量が１wt％をこえる組成の鋼板におい
て、焼鈍中に表面濃化が著しい。

【００１７】ちなみに、溶融めっきを施した高張力鋼板
は、自動車の内板、シャーシおよび補強材のほか、建
材、ビルの床材やテラス材、建設現場のガード材、そし
て形枠などに使用でき、溶融めっきを施したステンレス
鋼板は、自動車の排気ガス系統の各種材料や厳しい環境
（海浜地区等）で使用する建材などに使用できる。

【００１８】なお、熱間圧延工程では、その仕上げ圧延
の直前に充分なデスケーリングを行うことや、最終仕上
げ圧延温度を低くして、酸化鉄層の厚みを薄くすること
が好ましい。ちなみに、仕上げ圧延後の冷却条件にもよ
るが、最終仕上げ圧延温度が850 ℃前後で酸化鉄層の厚
みはおよそ８μm になる。この酸化鉄層の厚みは、鋼中
成分の増加に従って減少する傾向にある。

【００１９】次いで、溶融めっき設備では、始めに焼鈍
炉で還元処理を行って、その後にめっき浴に浸漬してめ
っきを施し、溶融亜鉛系のめっき鋼板が得られる。ここ
で、熱間圧延工程にて鋼板表面に生成した酸化鉄層は、
焼鈍炉で完全に還元されないため、その表面に酸化鉄層
が残存するが、めっき浴での浸漬に先立って、めっき後
の鋼板において、酸化鉄層内に密度指数Ｄが20以上の架
橋を形成するために、例えば次の処理を施しておくこと
が、肝要である。

【００２０】すなわち、熱間圧延後の鋼板を焼鈍炉に装
入するに先立ち、鋼板の酸化鉄層に鋼板厚み方向に、架
橋密度指数に対応した数のクラックを導入する処理を行
う。このクラックの導入は、スキンパス圧延、曲げ戻し
加工および引張り加工等の手法が有利に適合する。その
後の焼鈍炉での好適処理条件を例示すると、水素濃度：
30％以下、温度：770 ℃以上、より好ましくは770 〜95
0 ℃および時間：20〜150 秒間である。しかし、条件は
鋼種や酸化鉄層の厚みによっても異なり、例えば、8.5
μm 厚の酸化鉄層が生成した鋼板では、１％をこえる圧
下率でスキンパス圧延を行った後、溶融めっき設備の焼
鈍炉にて、20％水素雰囲気中で800 ℃，60秒の処理を行
うと、密度指数Ｄが20以上の架橋を有する酸化鉄層が得
られる。なお、スキンパス圧延、曲げ戻し加工および引
張り加工の条件は、酸化鉄層の厚みと共に、求める鋼板
の材質によって決定することが好ましい。一方、過度の
クラック導入処理は還元焼鈍までの搬送等で酸化鉄層の
剥離をまねくため、架橋密度指数Ｄが400 以下程度とな
る処理を行うことが好ましい。

【００２１】さらに、酸化鉄層厚みを薄くすることによ
って、還元焼鈍のＨ₂濃度の低減、還元時間の短縮ある
いはクラック導入処理の軽減を可能にするため、熱間圧
延では酸化鉄層を薄くする処理を行うことが好ましい。

【００２２】また、酸化鉄層における架橋が密度指数
Ｄ：20未満では、衝撃或いは曲げ加工により、酸化鉄層
内もしくは酸化鉄層と鋼板との界面を起点として剥離を
起こして、めっき鋼板としての実用に耐えないことは、
上述したとおりである。ちなみに、図１に例示した適合
めっき鋼板について、その圧延（Ｌ）方向における架橋
本数は13.6本／mmであり、ここに示されないが、これと
直角のＣ方向の架橋本数は20本／mmであるから、架橋密
度指数Ｄは、Ｄ＝（13.6²＋20²）^1/2＝24.2となる。
ここで、図１に示しためっき鋼板断面の顕微鏡観察にお
いては識別されないが、残留酸化鉄層は、その表面が焼
鈍中に還元されるかめに還元鉄を介してめっと層と接し
ている場合もある。

【００２３】なお、焼鈍炉において高濃度の水素雰囲気
を用いて且つ長時間の保持を行えば、酸化鉄層が完全に
還元されて良好なめっきが当然得られるが、著しく経済
性を欠くことから工業生産において採用できないことは
勿論、従来のめっき処理に必須の酸化鉄層の除去工程を
省略したことによる、この発明に特有の経済的効果が相
殺されることからも採用できない。

【００２４】ちなみに、溶融めっき設備を、酸化鉄層を
有する熱延板と冷延板とに兼用する場合は、熱延板の酸
化鉄層を全て還元するために高Ｈ₂雰囲気で処理する
と、冷延板の処理までに雰囲気を入れ替える必要があ
る。なぜなら、例えば酸化鉄層を有する熱延板の後に、
そのまま高Ｈ₂雰囲気で冷延板を処理すると、冷延板の
焼鈍中にその鋼板内に水素が吸蔵され、めっき後に排出
された水素が行き場を失って、めっきとの界面で気化し
て局所的なめっき剥離を生じてしまうからである。

【００２５】上記手順にて、溶融めっき設備の焼鈍炉内
で部分還元され酸化鉄層に密度指数Ｄが20以上の架橋を
形成することによって、表面が活性化された鋼板に、溶
融亜鉛系のめっきを施すに当たり、鋼板を予め溶融金属
の温度付近に冷却した後にめっき浴内に導入、そして浸
漬することが好ましい。例えば、0.15〜0.2 wt％のAlを
含有するめっき浴にて行う溶融亜鉛めっきでは、浴温を
450 〜500 ℃とするのが一般的であるが、めっき層と還
元鉄との界面に生成するZn−Fe合金の成長を抑制するた
めに、500 ℃以下程度に冷却した後に導入することが望
ましい。また、浸漬に換えて、片面のみをメニスカス法
により溶融亜鉛系金属に接触させて片面めっきを行うこ
とも可能である。

【００２６】ここで、亜鉛系のめっき浴としては、Znお
よびFeの他に、種々の性能向上を目的として、Al、Mg、
Mn、Ni、Co、Cr、Si、Pb、Sb、BiおよびSn等を単独或い
は複合して含有することが可能である。

【００２７】最後に、浸漬によりめっきされた鋼板は、
ガスワイピング等により20〜250 ｇ／m²の範囲の必要目
付量に調整した後、放冷、空冷または水冷などの冷却を
行ってから、必要によりレベラーや調質圧延を施して、
製品となる。また、耐食性等の向上のために、冷却後或
いは調質圧延後に、クロメート処理やりん酸塩処理等を
行うことも可能であり、さらに塗装を行うことも有効で
ある。同様に、後処理として潤滑処理を行うことも可能
である。

【００２８】以上、溶融亜鉛めっき鋼板を例に説明を行
ったが、この発明のめっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板
に限らず、他の溶融めっき鋼板または電気めっき鋼板に
も同様に適用可能である。例えば、55％Al−Znめっき
や、Alめっき、Pbめっき、SnめっきおよびZn−Niめっき
などのめっき鋼板が適合する。いずれにしても、還元処
理後も残存する酸化鉄層に、めっき後に密度指数Ｄの架
橋を形成すればよく、めっき形式に捕らわれずに、優れ
ためっき特性の鋼板が得られるのである。連続式溶融亜
鉛めっき装置では、焼鈍炉に連続してめっき槽が配され
るのが普通であるから、この発明に特に好適である。

【００２９】なお、架橋は還元鉄または鉄合金よりなる
が、これはめっき以前の焼鈍中にＨ₂によって酸化鉄が
還元されて還元鉄となるか、またはこの還元鉄が溶融め
っき、例えばAlを含む溶融めっきにて、めっき液との反
応により界面に溶融めっき成分、例えばAlおよびZnとの
合金を形成することを意味する。

【００３０】

【実施例】表１に示す鋼組成のスラブを熱間圧延し、0.
9 mm厚の酸化鉄層を有する熱延板とした。次いで、この
熱延板に、スキンパス圧延等の前処理を施した後、60×
200 mmの試験片に切断し、アセトンで洗浄後、縦型の溶
融金属めっきシミュレータで還元処理を施し、その後亜
鉛系めっきを行った。表２および表３に前処理と還元処
理の条件を、そして表４および表５にめっきの条件を、
それぞれ示す。かくして得られためっき鋼板について、
めっき後の断面観察から求めた残存酸化鉄層の厚みおよ
び架橋密度指数を測定するとともに、めっき密着性を評
価した。各測定結果を表２および表３に、そして評価結
果を表４および表５に、それぞれ示す。

【００３１】なお、めっき密着性は、ボールインパクト
試験および180 度外曲げ試験により評価した。すなわ
ち、ボールインパクト試験は、１／２インチ直径の半球
状凸面を持つ撃芯を供試面の裏側に当て、供試面側には
半球状凹形の受け皿をあてがって、２kgの重りを70cmの
高さから落下させて撃芯を叩き、突き出された供試面に
セロハン粘着テープを貼り付けてから引き剥がして、め
っき鋼板の表面を観察した。また、180 度外曲げ外曲げ
試験は、予めビニール粘着テープを供試面に張り、スペ
ーサーに0.9 mmの鋼板を入れ油圧プレス機で180 度外曲
げ後、ビニールテープを引き剥がし、めっき鋼板の表面
を観察した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】表２ないし５から、酸化鉄層を挟んでめっ
き層と鋼の素地を繋ぐ架橋の密度指数Ｄが20以上であれ
ば、ボールインパクト試験および180 度外曲げ試験のい
ずれも良好な結果が得られていることがわかる。

【００３８】

【発明の効果】この発明によれば、酸化鉄層を除去する
ことなくめっきを施して得ためっき鋼板において、優れ
ためっき密着性を鋼板の全面で均一に与えることがで
き、めっき鋼板を低コストにて提供し得る。また、高張
力鋼板やステンレス鋼板などの溶融めっきが難しい鋼板
に対しても、溶融めっきによって密着性の優れためっき
層が容易に形成される方途を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】めっき鋼板の断面を示す写真および酸化鉄層の
厚み方向断面の圧延方向における架橋本数の測定例であ
る。

【図２】めっき密着性と架橋密度指数Ｄとの関係を示す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬戸一洋千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者河野雅昭千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼の素地上に酸化鉄層およびめっき層を
順に積層してなるめっき鋼板であって、該酸化鉄層は、
めっき層と鋼の素地とを繋ぐ還元鉄または鉄合金からな
る架橋を、下記式で定義される架橋密度指数Ｄが20以上
で有することを特徴とするめっき鋼板。記Ｄ＝（Ｄ_L ²＋Ｄ_C ²）^1/2 ここに、Ｄ_L：酸化鉄層断面の任意の一方向における架橋の本数
（本／mm）Ｄ_C：酸化鉄層断面の上記任意の一方向と直角の方向に
おける架橋の本数（本／mm）
【請求項２】請求項１において、鋼の素地が、焼鈍中
に鋼板表面に濃化する成分を含有する組成であるめっき
鋼板。
【請求項３】請求項２において、鋼の素地が高張力鋼
であるめっき鋼板。
【請求項４】請求項２において、鋼の素地がステンレ
ス鋼であるめっき鋼板。