JPH11286764A - 溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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JPH11286764A
JPH11286764A JP10710898A JP10710898A JPH11286764A JP H11286764 A JPH11286764 A JP H11286764A JP 10710898 A JP10710898 A JP 10710898A JP 10710898 A JP10710898 A JP 10710898A JP H11286764 A JPH11286764 A JP H11286764A
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steel sheet
alloying
hot
sulfur
dip galvanized
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JP10710898A
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English (en)
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Shoichiro Taira
章一郎 平
Michitaka Sakurai
理孝 櫻井
Shuji Nomura
修二 野村
Masaru Sagiyama
勝 鷺山
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面外観が良好で、線状マークが生じず、高
強度でかつめっき皮膜の均一性に優れ、さらに密着性に
優れた溶融亜鉛めっき鋼板、およびさらに合金化ムラを
生じず、耐パウダリング性に優れた合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を下地鋼板の鋼種にかかわらず安定して製造する
ことができる製造方法を提供すること。 【解決手段】 鋼板を非酸化性雰囲気中で焼鈍し、その
後、少なくとも0.05〜0.30%のAlを含む溶融
亜鉛浴に浸漬してめっきを行い溶融亜鉛めっき鋼板を製
造するに際し、焼鈍炉内において、硫黄を含む雰囲気中
で680℃以上の温度で焼鈍して硫黄と鋼板とを反応さ
せ、硫黄または硫黄化合物を鋼板に付着させることによ
り、皮膜の均一性および密着性に優れた溶融亜鉛めっき
鋼板を得る。

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、例えば自動車内
外板として用いられる鋼板を下地鋼板とする溶融亜鉛め
っきおよび合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関
し、特に、自動車内外板として、めっき皮膜の均一性と
密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板およびめっき皮膜の
均一性と耐パウダリング性に優れた合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を下地鋼板の鋼種が変わっても安定して製造する
ことができる溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】車体寿命延長の観点から、合金化溶融亜
鉛めっき鋼板が車体用素材として使用され始めて久し
い。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、電気めっき法に比べ
厚めっき化が容易な溶融亜鉛めっき法により製造される
ため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板には、耐食性に優れ製
造コストが低いこと、めっき層が鉄亜鉛合金となってい
るため、塗料密着性、スポット溶接性に優れること等の
材料的優位性がある。
【0003】一方、硬質な鉄亜鉛合金が厚く被覆されて
いる合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき皮膜の拘束に
より縮み変形が抑制されるので、深絞り性に劣る。そこ
で、深絞り成形が必要な部品には、鋼板の深絞り性の指
標であるr値の高い材料が必要となる。このため、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板の原板としては、C含有量を10
0ppm以下とした上でC、NなどをTiやNbなどで
析出固定し、侵入型固溶原子による深絞り性への悪影響
をなくしたIF鋼が多用されることとなった。ところ
が、IF鋼においては、以下のような問題点がある。
【0004】(1)合金化速度・耐パウダリング性・め
っき密着性 IF鋼においては、アウトバースト反応と呼ばれる「著
しく速い鋼板粒界での鉄亜鉛反応」のために、合金化制
御が難しく、過合金化状態に陥りやすいので、耐パウダ
リング性の低下を招く。また、IF鋼を下地とした溶融
亜鉛めっき鋼板は、粒界での合金化速度が速いことか
ら、めっき皮膜の初期合金層が大きく発達し、密着性の
低下を招いている。
【0005】(2)皮膜均一性 r値の高い鋼板を得るために、鋼中には多量のTiを添
加する場合がある。この際には、熱延時のスケール生成
によるスケールマークや合金化反応の局部的不均一によ
るスジ状マークが発生し、表面外観の低下を招いて、外
板用途へは使用することができない状態となる。また、
アウトバースト反応の影響から、合金化後あるいは合金
化前のめっき皮膜表面に凹凸を生じる問題もあり、皮膜
の均一性という点で劣っている。
【0006】近年、地球温暖化防止の観点から自動車の
燃費向上が叫ばれ、車体軽量化と安全性確保の観点から
素材の高強度・薄物化が強く求められている。一般的に
鋼板の強度上昇にはSi、Mn、P等の固溶強化元素の
添加が行われている。
【0007】しかし、SiまたはPを含有する鋼板をめ
っき原板として使用する場合には、熱延以前の表面不均
一性が原因の合金化ムラや不めっきなどが生じるという
問題がある。とりわけ、Siはめっき前焼鈍時に選択酸
化により鋼板表面を覆うため、溶融亜鉛との濡れ性が悪
くなり不めっきを生じたり、熱延時に生成する赤スケー
ルが原因となるスジムラが発生するため、自動車用外板
へのSiの適用は特に避けられている。また、SiやP
は合金化速度を遅くさせるという問題も有している。一
方、Mnは表面品質や合金化速度に対する大きな悪影響
は見られないが、強化能力が低いことから大量に添加す
る必要がある。
【0008】これらの中でSi含有鋼板は以下のような
問題点がある。 (3)濡れ性 Si含有鋼をめっき原板として使用する場合には、Si
はめっき前焼鈍時に選択酸化により鋼板表面を覆うた
め、溶融亜鉛との濡れ性が悪くなり不めっきを生じるた
め、めっき製品にならないという問題がある。
【0009】(4)スケール性スジムラ Si含有鋼の場合には、熱延時に生成する赤スケールが
原因となるスジムラが発生するため、自動車用外板への
Siの適用は特に避けられている。熱延時にデスケーリ
ングを入念に行うなどの配慮をして、熱延後には判別し
にくい程度の軽い赤スケールであったとしても、溶融亜
鉛めっき後の合金化処理時には、Siの濃度差に起因す
る合金化の不均一から、熱延時の赤スケールと同じよう
に鋼板表面に線状のマークを生じるものである。
【0010】(5)合金化速度 Si含有鋼の場合、CGL焼鈍時にSiが鋼板表面に選
択酸化し、これが、溶融亜鉛との濡れ性を阻害する。た
とえ、不めっきに至らなかった場合でも、濡れ性阻害に
基づく合金化の遅れが生じるという問題がある。
【0011】従来、自動車外板用合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の下地鋼板としては、上記の問題点を含むものの、
自動車用外板用途の品質への悪影響が少しでも小さいも
のとして、P含有高強度鋼板が多く用いられている。し
かしながら、以下に示すような品質上あるいは製造上の
問題がある。
【0012】(6)合金化速度 P含有高強度鋼板は、Pにより合金化速度が著しく低下
するという問題を有する。これは、焼鈍時に鋼板表面に
Pが濃化し、鋼板がめっき浴に浸漬されたときに、めっ
き浴中に添加されているAlと反応し、Fe−Zn合金
化反応を抑制するFe−Al合金を厚く生成させ、Fe
−Zn反応を強固に抑制するためである。したがって、
ラインスピードを遅くすることにより合金化時の均熱時
間を確保して、合金化を完了させる方法が採られていた
が、この場合には、生産性が大きく低下する問題があ
る。
【0013】(7)耐パウダリング性 上記の生産性低下を防ぐため、合金化処理温度を高くす
ると、ラインスピードをそれほど下げることなく、合金
化を完了させることができるようになる。しかしなが
ら、合金化温度が上昇したことにより、耐パウダリング
性の劣化が顕著になった。これは、合金化温度を上昇さ
せると合金化制御が難しくなり、過合金化し易くなるこ
と、および、高温で生成する合金相は低温で生成する合
金相に比べて脆弱であること等の理由による。
【0014】(8)コイル先端・尾端における合金化ム
ラ P含有鋼では熱延時の条件変動に起因する合金化ムラが
生じやすい。すなわち、冷延コイルの先端・尾端の合金
化速度が特に遅くなり、如何なる手段を講じても合金化
できない場合がある。この現象は、熱延コイルの先端・
尾端の熱履歴が特殊であるために生じるものと推定され
る。このため、コイル先端・尾端の数十メートルが合金
化していないため、この部分を切り落として廃棄するこ
とになり、歩留まりの低下を招く。
【0015】また、先端・尾端部を合金化させるため、
合金化処理条件を調整することも操業中オペレーターに
より行われるが、合金化が特に遅い部分に照準を合わせ
て合金化処理するため、コイル中央部に対しては過剰の
合金化処理になり、耐パウダリング性の低下を招く場合
がある。
【0016】(9)スジ状合金化ムラ 一般にP含有鋼においては鋼中のPが鋼の粒界に濃化し
易く、Pが粒界に濃化すると、めっき後の合金化処理の
際に粒界の合金化反応速度が著しく遅くなる。このた
め、合金化処理後の表面には細かいスジムラが生じ表面
外観が損なわれ、また、このスジムラは化成処理性・塗
装性などにも悪影響を及ぼす。
【0017】(10)線状マーク P含有鋼では、焼鈍時に鋼板表面にPが濃化し、鋼板が
めっき浴に浸漬されたときに、めっき浴中に添加されて
いるAlと反応し、Fe−Zn合金化反応を抑制するF
e−Al合金を厚く生成させる。この反応は、浴組成に
敏感であり、浴中Al濃度の僅かの変動により、Fe−
Al合金の生成量が大きく変動する。したがって、めっ
き浴中のAl分布が局部的に高いあるいは低い部分が存
在すると、P含有鋼の場合には部分的な合金化ムラを生
じ、線状マークを発生させることがある。
【0018】(11)製造条件の安定性 溶融亜鉛めっきラインに挿入される鋼板は多岐にわたっ
ているため、それぞれの鋼板によって合金化条件が異な
る。操業中はオペレーターにより鋼種毎の合金化条件設
定を行っているが、大きく条件が異なる鋼種の接続部で
は、条件設定変更のために時間を要するため、過合金や
合金化不足を生じ、歩留まりの低下を招くとともに、安
定した製造を行うことができない。例えば、比較的合金
化の早いIF鋼の後にP含有鋼が接続されていた場合に
は、P含有鋼の先端部では合金化しない部分が数十メー
トル発生し、逆に、P含有鋼の後にIF鋼が接続されて
いた場合には、IF鋼の先端部では過合金化によりパウ
ダリング不良を生じる部分が数十メートル発生するた
め、切除廃棄する部分が生じるというものである。
【0019】従来、濡れ性を改善する方法あるいは合金
化反応を促進させる方法としては、溶融めっきに先立っ
て鋼板表面にNi、Fe等の金属あるいは合金をプレめ
っきする方法(例えば、特開昭60−110859号公
報等。以下、従来技術1という。)が提案されている。
また、溶融めっきに先立って鋼板表面に硫黄化合物水溶
液を湿布した後、非酸化性雰囲気で焼鈍する方法(特開
平5−163558号公報。以下、従来技術2とい
う。)が提案されている。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】従来技術1では、前処
理として電解処理によりプレめっきを行うため、プレめ
っきのための設備コストが増大する問題点がある。
【0021】従来技術2においては、プレめっきのよう
な新たな設備は必要としないので、コストの増大を抑え
ることができる。しかしながら、この方法においては、
SがSi、Pの表面濃化を抑制するため、Si含有鋼、
P含有鋼の合金化速度をある程度促進させることができ
るものの、その作用は、S量によって一定であるため、
Si、Pの濃化量が異なる場合、すなわち、粒界で著し
いSi、Pの濃化があった場合や、コイルの先端・尾端
などの、コイル内不均一性を解消することはできない。
また、耐パウダリング性を劣化させるという欠点があ
る。一方、水溶液と鋼板との反応性が低いことから、均
一なSの付着が困難で、効果のバラツキが生じやすいと
いう問題も有している。
【0022】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、自動車内外板として用いた場合に、表面外
観が良好で、線状マークが生じず、高強度でかつめっき
皮膜の均一性に優れ、さらに密着性に優れた溶融亜鉛め
っき鋼板、およびさらに合金化ムラを生じず、耐パウダ
リング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を下地鋼板
の鋼種にかかわらず安定して製造することができる製造
方法を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第1発明は、鋼板を非酸化性雰囲気中で焼鈍し、そ
の後、少なくとも0.05〜0.30%のAlを含む溶
融亜鉛浴に浸漬してめっきを行い溶融亜鉛めっき鋼板を
製造するに際し、焼鈍炉内で硫黄と鋼板とを反応させる
ことを特徴とする、皮膜の均一性および密着性に優れた
溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。
【0024】第2発明は、第1発明の方法において、焼
鈍炉内において、硫黄を含む雰囲気中で、680℃以上
の温度で焼鈍することを特徴とする、皮膜の均一性およ
び密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供
する。
【0025】第3発明は、第1発明の方法において、焼
鈍炉内において、硫黄または硫黄化合物を鋼板表面に付
着させ、680℃以上の温度で焼鈍することを特徴とす
る、皮膜の均一性および密着性に優れた溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法を提供する。
【0026】第4発明は、第1発明ないし第3発明のい
ずれかの方法によって溶融亜鉛めっきした後、さらにめ
っき層の合金化熱処理を行うことを特徴とする、皮膜の
均一性および耐パウダリング性に優れた合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の製造方法を提供する。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。本発明においては、鋼板を非酸化性雰囲気中で
焼鈍し、その後、少なくとも0.05〜0.30%のA
lを含む溶融亜鉛浴に浸漬してめっきを行い溶融亜鉛め
っき鋼板を製造するに際し、焼鈍炉内で硫黄と鋼板とを
反応させる。このように硫黄と鋼板とを反応させるため
には、焼鈍炉内において、硫黄を含む雰囲気中で、68
0℃以上の温度で焼鈍すればよい。
【0028】このように、鋼板を、硫黄を含む雰囲気中
で680℃以上の温度で焼鈍すると、鋼板表面へのS成
分の吸着(付着)が生じる。その後少なくとも0.05
〜0.30%のAlを含む溶融亜鉛浴に浸漬してめっき
を行うと、Fe−Zn結晶(ζ相)が、微細かつ均一に
生成し、皮膜均一性および密着性に優れた溶融亜鉛めっ
き鋼板が得られる。
【0029】さらにその後、めっき層の合金化熱処理を
行うと、微細かつ均一に生成したFe−Zn結晶(ζ
相)を起点として合金化反応が進行し、皮膜の均一性お
よび耐パウダリング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼
板となる。
【0030】焼鈍後の鋼板表面に吸着したS成分は、鋼
板中に含まれるPやSiなどの表面濃化元素の濃化量を
低下させる効果があるため、溶融亜鉛浴に浸漬した後の
めっき層中には、Fe−Zn結晶(ζ相)が微細かつ均
一に生成する。また、Siなどの易酸化元素の選択酸化
も抑制するため、不めっきの発生も防ぐことができる。
一方、IF鋼の場合に鋼板粒界で発生する溶融亜鉛と鋼
板の直接固液反応、いわゆる「アウトバースト反応」
も、鋼板表面に付着したS成分が抑制する効果を有して
いるため、微細かつ均一なFe−Zn結晶(ζ相)だけ
が存在する。したがって、本発明によれば、下地鋼板の
鋼種を問わず、Fe−Zn結晶(ζ相)を微細かつ均一
に生成させることができる。
【0031】本発明において、Fe−Zn結晶(ζ相)
を微細かつ均一に生成させた後、さらにめっき層の合金
化熱処理を行うと、微細かつ均一に生成したFe−Zn
結晶(ζ相)を起点として合金化反応が進行するため、
合金化が促進されるとともに、皮膜の均一性が向上し、
さらには良好な耐パウダリング性を有する皮膜を形成す
ることができる。したがって、鋼種が変わったり、浴中
Al濃度が変動した場合や、付着するS量が変動した場
合でも、これらの変動要因に無関係に一定のFe−Zn
合金化反応が進行するため、操業安定性にも優れてい
る。
【0032】本発明において、溶融亜鉛浴中に含まれる
Al量を0.05〜0.30%と規定したのは、0.0
5%未満ではFe−Al合金の生成量が少ないため、F
e−Zn反応抑制効果が小さく、耐パウダリング性が劣
化し、0.30%を超えるとFe−Al合金の生成量が
多すぎるため、Fe−Zn反応抑制効果が大きすぎ、合
金化させることができなくなるからである。
【0033】また、本発明において、焼鈍炉内で硫黄と
鋼板とを反応させるために、硫黄を含む非酸化性雰囲気
で焼鈍する場合に、680℃以上の温度で行うこととし
たのは、鋼板を還元するためであり、また、Sは680
℃以上の温度域では安定に析出するが、それ以下の温度
ではCの析出が優先的であることから、S成分を均一に
吸着させることが困難であるためである。
【0034】本発明において、雰囲気中のS成分源とし
ては、硫黄単体、または硫化水素(H2S)や二酸化硫
黄(SO2)など、硫黄を含んでいれば特に制限はな
い。しかしながら、焼鈍雰囲気中に含まれている必要が
あることから、焼鈍温度で気体として存在するものであ
る必要がある。これら硫黄単体または硫黄化合物を焼鈍
炉に導入することにより、硫黄単体または硫黄化合物が
鋼板表面に付着する。
【0035】鋼板の焼鈍は、通常用いられているラジア
ントチューブ方式の焼鈍炉、あるいは直火加熱方式の焼
鈍炉を用いることができる。溶融亜鉛めっき装置全体の
効率を考えると、これらのうち昇温速度を速くすること
ができる直火加熱方式のほうが好ましい。
【0036】本発明のめっき鋼板の溶融亜鉛めっきある
いは合金化溶融亜鉛めっき層中には、耐食性向上などを
目的として、主元素であるZn,Fe,Alの他に、A
s,Bi,Cd,Ce,Co,Cr,In,La,L
i,Mg,Mn,Ni,O,P,Pb,S,Sb,S
n,Ti,Zr等のうち1種または2種以上を含有させ
てもよく、これらを含有していても本発明の効果は損な
われない。
【0037】合金化処理工程においては、ガス加熱方
式、誘導加熱方式、直接通電加熱方式などの方法を採用
することができるが、合金化炉加熱方式の相違によって
本発明の効果に変わりはない。
【0038】本発明は、自動車用外板用途への適用を主
目的としているため、下地鋼板は冷延鋼板が主である
が、本発明は自動車の強度部材である骨組み構造部材や
足廻り部品のような熱延鋼板下地の場合にも本発明の効
果は得られる。また、本発明は、自動車部品に限らず、
建材、電機、家電などの用途にも適用することができ
る。
【0039】
【実施例】表1に示す10種類の冷延成分の鋼板を供試
材とし、溶融亜鉛めっきシミュレーターを用いて焼鈍し
めっきを行った。焼鈍条件は、550℃×30秒、70
0℃×30秒、850℃×30秒の3水準とし、10%
2−N2(露点−40℃)を基準として、硫黄、硫化水
素、二酸化硫黄を混入させた雰囲気で中で焼鈍を行っ
た。
【0040】
【表1】
【0041】溶融亜鉛めっきは、Alを0.12%含む
460℃亜鉛めっき浴を用いて、侵入板温460℃、浸
漬時間3秒にてめっきした。めっき後、N2ガスワイパ
ーにより亜鉛付着量を片面当たり60g/m2に調整し
た。
【0042】めっき後のサンプルは、不めっき発生状
況、初期合金相形態の観察、0T曲げ試験によるめっき
密着性評価を行い、さらに、誘導加熱装置により、45
0,475,500,525,550,575,600
℃で20秒の合金化処理を行って、表層まで合金化でき
る温度により、合金化速度を比較した。また、皮膜中の
鉄含有率が10%±0.5%となるように合金化温度を
調整し、20秒間の合金化処理を行ったサンプルを用い
て、合金化ムラの発生状況を観察するとともに、90度
曲げ試験を行って耐パウダリング性を評価した。
【0043】以上のようにして製造した溶融亜鉛めっき
鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、めっき
品質を評価した結果を製造条件とともに表2、3に示
す。なお、これらの表に示しためっき品質に関する評価
事項と評価基準は以下の通りである。
【0044】*1.不めっき(目視判定) ○:良好 ×:不めっきが認められる
【0045】*2.初期合金相(SEM観察) ○:微細なζ相が均一に生成 ×:ζ相がまばらに生成 B:アウトバースト状組織
【0046】*3.めっき密着性 ○:良好 ×:めっき剥離発生
【0047】*4.合金化速度 ●:速すぎる ○:良好 △:やや遅い ×:非常に遅い
【0048】*5.合金化ムラ(目視判定) ○:良好 △:微細なスジムラが認められる ×:明瞭なスジムラが認められる
【0049】*6.耐パウダリング性(90°曲げ) ○:良好 ×:不合格
【0050】
【表2】
【0051】
【表3】
【0052】表2、3に示すように、本発明例では全て
のめっき品質評価事項について良好な結果が得られたの
に対し、硫黄を含んだ雰囲気での焼鈍を行わないか、焼
鈍条件が本発明範囲内から外れる比較例は、上記めっき
品質評価事項のいずれかが劣っていた。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自動車内外板として用いた場合に、表面外観が良好で、
線状マークが生じず、高強度でかつめっき皮膜の均一性
に優れ、さらに密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板、お
よびさらに合金化ムラを生じず、耐パウダリング性に優
れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を下地鋼板の鋼種にかか
わらず安定して製造することができる製造方法を得るこ
とができる。
フロントページの続き (72)発明者 鷺山 勝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板を非酸化性雰囲気中で焼鈍し、その
    後、少なくとも0.05〜0.30%のAlを含む溶融
    亜鉛浴に浸漬してめっきを行い溶融亜鉛めっき鋼板を製
    造するに際し、焼鈍炉内で硫黄と鋼板とを反応させるこ
    とを特徴とする、皮膜の均一性および密着性に優れた溶
    融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の製造方法において、焼鈍炉内
    において、硫黄を含む雰囲気中で、680℃以上の温度
    で焼鈍することを特徴とする、皮膜の均一性および密着
    性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の製造方法において、焼鈍炉内
    において、硫黄または硫黄化合物を鋼板表面に付着さ
    せ、680℃以上の温度で焼鈍することを特徴とする、
    皮膜の均一性および密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかの方
    法によって溶融亜鉛めっきした後、さらにめっき層の合
    金化熱処理を行うことを特徴とする、皮膜の均一性およ
    び耐パウダリング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板
    の製造方法。
JP10710898A 1998-04-03 1998-04-03 溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 Pending JPH11286764A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004307964A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Nippon Steel Corp 極低炭素鋼を母材とするめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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JP2004307964A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Nippon Steel Corp 極低炭素鋼を母材とするめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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