JP2000219952A - 意匠性に優れたZn−Al−Si合金めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
意匠性に優れたZn−Al−Si合金めっき鋼板の製造方法Info
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Abstract
備で、不めっきやめっき密着性の低下を伴わずに、均一
にスパングル模様が開華した意匠性に優れた溶融Zn−Al
−Si合金めっき鋼板を製造する。 【解決手段】 焼鈍炉に、H2+N2混合ガスに加えて、水
および/または水蒸気を添加し、炉内の露点を−40℃〜
+10℃、好ましくは−30℃〜0℃という高めの範囲に管
理する。
Description
適した、高耐食性で意匠性に優れた溶融Al−Zn系めっき
鋼板の製造方法に関する。
めっき鋼板が使用されていたが、近年、より高耐食性・
高耐久性を有する溶融Al−Zn系めっき鋼板の使用量が増
加している。このうち、めっき皮膜中にAlを約55%、Si
を1〜2%含有する溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板は、
表面に美麗なスパングル模様を有していることから、意
匠性もひとつの特徴である。
板を連続式溶融めっき設備で製造する場合、表面のスパ
ングル模様には、製造チャンスごとにコイル間で、さら
には同じコイル内でも長手方向および幅方向で、大きさ
のバラツキがよく見られる。例えば、母材コイルが変わ
ると、同じめっき条件でめっきしても、スパングルの大
きさが異なることがしばしばある。特に、非常に微細な
スパングルが形成される場合があり、このような製品は
意匠性が劣るため、外観が重要視される用途には通常用
いることができない。
ル模様のバラツキを抑える技術としてこれまでに下記の
手法が提案されている。まず、母材鋼板に関しては次の
提案がある: (1) 特開平9−235661号公報:鋼板表面を0.05μm以上
研削する、 (2) 特開平10−18009 号、同10−18013 号各公報:鋼板
表面の粗さとうねりを制御する、 (3) 特開平10−18010 号、同10−18012 号各公報:鋼板
表面の集合組織、結晶粒径を制御する。
以上とする、 (5) 特開平9−25550 号公報:めっき設備のスナウト内
の露点、水素濃度、浴温を管理する。
れぞれ以下のような問題がある。まず、(1) 、(2) 、
(3) の手法では、圧延工程などの、連続式めっき設備の
前の工程に制約をかけることになり、また、条件に外れ
た鋼板をめっき原板として用いることができなくなる。
ル模様を制御できる点で好都合であるが、浴中ロールの
昇降装置等の設備を新たに設ける必要があり、コスト的
に不利である。また、浸漬時間を長くしすぎると、スパ
ングルが全体に微細化し、本来の溶融Zn−Al−Si合金め
っき鋼板の持つ意匠性が損なわれる。
より、めっき浴からの亜鉛蒸気の発生を抑えるものであ
る。めっき浴から蒸発した亜鉛蒸気がスナウト壁面で凝
縮して付着し、鋼板表面やめっき浴に落下付着して、め
っきの欠陥もしくはスパングルのムラの原因となる。従
って、この手法は、例えばめっき母材(例、コイルの変
更)に起因するような一般に見られるスパングル模様の
バラツキをそれ以上には悪化させないというだけであ
り、めっき母材に起因するバラツキそれ自体を抑えるこ
とはできない。
わずに、連続式溶融めっき設備で、スパングル模様のバ
ラツキの少ない溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板を製造す
る方法を提供することである。
Al−Si合金めっき鋼板のスパングル模様のバラツキを抑
える操業条件について検討した結果、めっき密着性の確
保に必要なめっき金属との合金化反応を促進するため、
めっき前の鋼板表面を活性化する目的で還元雰囲気下に
行われる焼鈍において、鋼板の反応性を抑制した方がス
パングル模様が全体として均一な大きさに揃う傾向があ
ることを見出した。
した後、溶融めっき浴に浸漬すると、安定して美麗なス
パングルを得ることができる。しかし、この場合には、
鋼板表面の反応性が大きく阻害されてしまい、鋼板表面
とめっき浴がほとんど反応しなくなるため、めっき密着
性が全く得られず、不めっきも発生しやすくなる。
っきを発生させない範囲で、鋼板表面の反応性を適度に
抑制することにより、スパングル模様のバラツキを抑え
るという観点から検討した結果、焼鈍炉内に水または水
蒸気を導入して、炉内の還元雰囲気ガスの露点を−40℃
〜+10℃、好ましくは−30℃〜0℃の範囲に管理するこ
とにより、これが可能となることが判明した。
3.5 重量%、残部:Znおよび不可避不純物からなるめっ
き組成を有する溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板を、ライ
ン内焼鈍炉を備えた連続式溶融めっき設備で製造する際
に、焼鈍炉内の還元雰囲気ガスの露点を−40℃〜+10℃
に管理することを特徴とする、めっき表面のスパングル
が均一に開華した意匠性に優れた溶融Zn−Al−Si合金め
っき鋼板の製造方法である。
合金めっき鋼板の製造方法について詳しく説明する。
めっきを施す母材鋼板の鋼種については特に制限されな
い。例えば、Alキルド鋼、Ti, Nb等を添加した極低炭素
鋼、C、P、Si、Mn等を加えた410N級以上の高強度鋼等
を用いることができる。また、母材鋼板は冷延鋼板と熱
延鋼板のいずれでもよく、それらの圧延条件についても
特に制限されない。
の前処理を施した後、ライン内焼鈍装置を備えた連続式
溶融めっき設備を用いてZn−Al−Si合金めっきを施す。
Zn−Al−Si合金めっきの組成はAl:30〜70重量%、Si:
0.05〜3.5 重量%、残部:Znおよび不可避不純物であ
る。Al含有量は、これより高くても低くても表面の美
麗なスパングル模様が発現せず、Si含有量は低すぎると
やはりスパングル模様が発現せず、高すぎると不めっき
の表面欠陥が生じやすくなる。好ましい範囲は、Al:45
〜65重量%、Si: 1.0〜2.0 重量%で、さらに好ましく
はAl:50〜60重量%である。
内焼鈍炉を備えているものであればどのようなものでも
よい。この種の連続式溶融めっき設備は溶融亜鉛めっき
用に開発されたのものであり、一般に、主要装置とし
て、鋼板表面清浄化装置 (酸化炉、無酸化炉等) 、焼鈍
炉、溶融めっき装置、冷却装置、化成処理装置を備えて
いる。
作では、鋼板をまず酸化炉または無酸化炉で加熱して、
鋼板表面に付着した油分を除去し、表面を清浄化する。
この加熱により鋼板表面が酸化状態または弱酸化状態に
なるので、次の焼鈍炉内で還元雰囲気下に焼鈍を行う。
この還元雰囲気での焼鈍により、歪みの除去という焼鈍
本来の作用に加えて、鋼板表面の酸化鉄が還元されて表
面が活性化される。それにより鋼板表面とめっき金属と
の合金化反応が容易になり、めっき密着性が確保され
る。従って、還元雰囲気での焼鈍はめっき密着性を得る
のに必要な処理である。
スと乾燥N2ガスとを一緒に焼鈍炉に供給することにより
保持される。従来は、鋼板表面をできるだけ活性化する
ように、焼鈍炉には乾燥H2ガスと乾燥N2ガスだけを供給
して、焼鈍炉内の還元雰囲気ガスの露点をなるべく低く
なるように管理していた。焼鈍炉は厳密な密閉系ではな
いため、いくらかの水分が混入するが、それでも従来の
焼鈍炉内ガスの露点は−40℃を下回るのが普通である。
の反応性を高めてしまうと、鋼板を溶融めっき槽に浸漬
した時に、恐らく鋼板とめっき金属との反応が速く起こ
りすぎることが原因で、スパングルが不均一に開華する
ことを本発明者らは見出した。そのため、本発明では、
スパングルを均一に開華させる目的で、鋼板表面の反応
性を、不めっきやめっき密着性の低下が発生しない範囲
で抑制する。即ち、還元雰囲気に保持されている焼鈍炉
内のガスの露点を、−40℃〜+10℃という従来より高い
露点範囲に管理する。その結果、焼鈍された鋼板表面の
反応性が適度に抑えられて、めっき金属との反応が均一
に進行するようになり、スパングルの大きさが均一で、
意匠性に優れためっき鋼板が製造される。
と、鋼板表面の還元による活性化が不十分となり、鋼板
−めっき界面に成長する合金層が十分または均一に成長
しないため、めっきの密着性に劣り、甚だしい場合には
不めっきが発生する。一方、この露点が−40℃を下回る
と、鋼板表面の反応性が高すぎて、反応が不均一に起こ
り易くなるため、スパングルの大きさが不均一になり、
バラツキが大きくなる。スパングル不均一化の機構の詳
細は不明だが、本発明者らは鋼板表面の還元の進行でめ
っき浴との反応性が高くなりすぎるためと推定してい
る。操作条件や測定バラツキを考えると、焼鈍炉内の露
点を−30℃〜0℃の範囲に管理して溶融めっきを行うこ
とが好ましい。
燥N2ガスだけを供給すると、焼鈍炉内の露点は−40℃を
下回る。従って、焼鈍炉内の露点を−40℃〜+10℃、好
ましくは−30℃〜0℃の範囲に管理するために、焼鈍炉
に水分を水および/または水蒸気の形で供給する必要が
ある。この水分は、H2ガスまたはN2ガスの一方または両
方に未乾燥のガスを使用することでも供給できるが、露
点を厳密に管理することが困難となるので、焼鈍炉に乾
燥H2ガスと乾燥N2ガスの配管系とは別に、制御された量
の水および/または水蒸気を供給できる配管系を付設し
て、露点を計測しながら露点管理に必要な量の水分を制
御した量で供給することが好ましい。
でよい。即ち、通常はH2とN2との混合ガスであり、H2濃
度は5〜15%の範囲内とすることが好ましい。
っき浴侵入時の鋼板温度以上であればよい。好ましい焼
鈍温度は 650〜800 ℃である。焼鈍炉内の温度プロファ
イルも特に制限されない。焼鈍温度がめっき浴侵入時の
鋼板温度と同一温度である場合には、焼鈍炉内は一定温
度に保持されることになる。それより焼鈍温度が高くな
ると、焼鈍炉内には加熱、冷却といった温度変化が見ら
れるので、炉内は、冷却帯、または加熱帯と冷却帯、ま
たは加熱帯と均熱帯と冷却帯、に区分される。冷却帯の
後に、めっき槽侵入温度に保持する低温保持帯を有する
場合もある。
の入側または加熱帯から冷却帯までの間である。従っ
て、低温保持帯は焼鈍炉内に含まれない。焼鈍炉内の鋼
板の滞在時間 (即ち、焼鈍時間) は通常は3〜5分間程
度である。
ついて発明で規定する範囲に管理する必要はないが、炉
内は露点のそれほど変動しないので、できれば全帯域を
そのように管理する。露点が変動する場合には、最高到
達板温度域付近で露点が本発明で規定する範囲内となる
ようにすることが好ましい。
面が活性化された鋼板は、必要により冷却帯で冷却され
た後、鋼板を周囲雰囲気から遮断する目的で設置された
スナウトを経て、めっき浴に浸漬され、Zn−Al−Si合金
めっきが施される。このスナウト内でも、必要により鋼
板はさらにめっき浴侵入温度まで冷却される。めっき浴
侵入温度は、通常はめっき浴温度と同じ温度から約30℃
高温までの温度範囲である。
化を防止するために、不活性雰囲気に保持される。この
スナウト内の雰囲気ガスの露点が高すぎると、めっき前
の鋼板表面に酸化膜が厚く形成されるため、密着性不良
や不めっきを生じやすくなる。一方、この露点が低すぎ
ると、低沸点成分である亜鉛の溶融めっき浴からの蒸発
が激しくなり、スナウト壁面に亜鉛粉が付着し、鋼板表
面に落下することで、不めっきが生じやすくなる。本発
明者らが検討した結果、スナウト内の雰囲気ガスの露点
を−60℃〜−10℃の範囲で制御することで、めっき密着
性と不めっき抑制が両立できることが判明した。スナウ
ト内露点のより好ましい範囲は−20℃〜−50℃である。
の不めっきやめっき密着性といった品質には影響を及ぼ
す。しかし、スナウト内は不活性ガス雰囲気に保持さ
れ、かつ鋼板の滞在時間が短いので、鋼板表面の反応
性、従ってスパングルへの影響は小さい。即ち、スパン
グルの開華状況は、スナウトより前の焼鈍炉において決
定されるのである。
通常の乾燥H2と乾燥N2の配管系に加えて、露点上昇のた
めに水および/または水蒸気の配管系を設置することが
できる。その場合には、スナウトに別に乾燥H2と乾燥N2
を投入できる配管系を設けることで、スナウト内の露点
を焼鈍炉とは別に制御することが好ましい。その結果、
スパングルが均一に開華した意匠性に優れた溶融Zn−Al
−Si合金めっき鋼板を、密着性や不めっきの問題を伴わ
ずに得ることができる。
質、性能、操業に影響を及ぼさない限り特に制限され
ず、従来より溶融Zn−Al−Si合金めっきに採用されてい
る条件と同様でよい。めっき付着量は、普通には片面当
たり30〜150 g/m2の範囲内である。めっきは通常は鋼板
の両面に施すが、既知の手段で片面めっきにすることも
可能である。
っきを施した鋼板は、化成処理せずに使用しても、高い
耐食性を示すことができる。しかし、連続式溶融めっき
設備に設置されている化成処理装置において、適当な化
成処理を施してもよく、それによりさらに耐食性が向上
する。化成処理は、リン酸亜鉛処理とすることも可能で
あるが、クロメート処理の方が耐食性改善に有効である
ので好ましい。
型のいずれの処理法でもよく、また処理液組成や処理方
法も特に制限されず、従来のものから適当に選択するこ
とができる。好ましいクロメート処理法は、短い処理時
間で耐食性の向上効果が大きい塗布型クロメート処理で
ある。クロメート処理により形成するクロメート皮膜の
付着量は、Cr金属換算量として3〜150 mg/m2 の範囲内
でよい。
ようにクロメート処理を施し、または施さずに、薄膜の
樹脂被覆を施すこともできる。被覆に適した樹脂種とし
ては、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキ
シ、ビニルブチラール等が挙げられる。この樹脂被覆
は、溶剤系の樹脂塗料も使用できるが、樹脂を水に分散
ないし溶解させた水系の樹脂塗料を用いて行うことが好
ましい。樹脂の被覆厚みは5μm以下とすることが好ま
しい。樹脂被覆がこれより厚膜になると、コスト増大に
加えて成形時に樹脂カスが発生し、外観が悪化する。よ
り好ましい被覆厚みは 0.5〜3.0 μmの範囲である。
0.6 mm×幅920 mm) を用いた。この鋼帯に、無酸化炉と
焼鈍炉とを備えた連続式溶融めっき設備を用いて、表1
に示す条件 (詳細な焼鈍条件は表3に示す) で溶融Zn−
Al−Si合金めっきを施した。焼鈍炉は加熱帯域と冷却帯
域を備え、炉内の最高到達板温度域付近の位置に、乾燥
H2、乾燥N2、水蒸気用の流量制御可能な配管系をそれぞ
れ独立に設置し、近接して設置した水素濃度計および露
点計で炉内のガス雰囲気および露点を計測しながら、そ
れぞれの流量を調整することで、炉内雰囲気と露点を所
定値に制御した。焼鈍温度は焼鈍炉内の最高到達板温度
を意味する。
スパングル均一性、めっき密着性および不めっきを、次
に説明するようにして評価した。これらの試験結果を、
焼鈍炉内およびスナウト内の露点および焼鈍温度と共に
表3以下にまとめて示す。
ルを準備し、これらのサンプルを、そのスパングルの大
きさにより、0 (非常に微細) から8 (非常に粗大) に
分類した。この数値をスパングルコードとする。
影し、その写真上で、実際の長さで30 mm に相当する線
分を横切るスパングル境界線の数をカウントして、次式
によりスパングル径を求めた: スパングル径=30mm/境界線の数 このスパングル径の測定を、1標準サンプルあたり5回
繰り返し、その平均値を「スパングル径」とした。この
スパングル径とスパングルコードとの対応は、表2のよ
うになる。
ングルの大きさ (スパングル径) は、上記標準サンプル
と目視で比較対照して、スパングルの大きさが最も近い
標準サンプルのスパングルコードを記録したものであ
る。目視結果が、2つの標準サンプルの中間である場合
には、その2つの標準サンプルのコードの中間値(例、
コード2と3の中間の場合は2.5)であるとした。
相当する線分を横切る全部のスパングルについて、1つ
づつ球形近似してその直径 (等積球径) を求め、全ての
スパングルの直径の標準偏差値 (σ) を算出し、σ値の
大きさによって、表2に示すように、0 (非常に均一)
から5 (非常にバラツキ大) までの6段階で評価した。
2以下が合格レベルである。
きされた鋼帯の全幅)について、ロックフォーマーを用
いて密着曲げを行い、板幅方向で全幅にわたって剥離の
生じないものだけを合格 (○) とし、残りを不合格
(×) とした。
の不めっき欠陥が認められないものを合格 (○) とし、
この不めっきが認められるものを不合格 (×) とした。
果を、焼鈍炉内のガスの露点とスパングル均一性の結果
(コード番号) との関係として示す。上の表およびこれ
らの図面から分かるように、本発明に従って露点を管理
した焼鈍炉内で焼鈍してから溶融Zn−Al−Si合金めっき
することにより、めっき密着性を損なわずに、スパング
ルをほぼ均一に開華させることができる。
囲より高くなると、密着性不良や不めっきが発生する。
逆に、この露点が本発明の範囲より低くなると、スパン
グルのバラツキが大きくなり、めっき外観 (意匠性) が
悪化する。
内のスパングルのバラツキ (特にスパングルの微細化)
が抑制され、めっき密着性が良好で意匠性に優れた溶融
Zn−Al−Si合金めっき鋼板を安定的して製造することが
可能となる。
っき (焼鈍温度600 ℃) の結果を、焼鈍炉内のガスの露
点とスパングルバラツキの関係について示す。
っき (焼鈍温度700 ℃) の結果を、焼鈍炉内のガスの露
点とスパングルバラツキの関係について示す。
っき (焼鈍温度800 ℃) の結果を、焼鈍炉内のガスの露
点とスパングルバラツキの関係について示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 Al:30〜70重量%、Si:0.05〜3.5 重量
%、残部:Znおよび不可避不純物からなるめっき組成を
有する溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板を、ライン内焼鈍
炉を備えた連続式溶融めっき設備で製造する際に、焼鈍
炉内の還元雰囲気ガスの露点を−40℃〜+10℃に管理す
ることを特徴とする、めっき表面のスパングルが均一に
開華した意匠性に優れた溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板
の製造方法。 - 【請求項2】 焼鈍炉内のガスの露点を−30℃〜0℃に
管理する、請求項1記載の溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼
板の製造方法。 - 【請求項3】 焼鈍炉内のガスの露点を水および/また
は水蒸気の添加により管理する請求項1または2記載溶
融Zn−Al−Si合金めっき鋼板の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項に記載
の方法で製造された溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板に、
クロメート処理を施すことを特徴とする、化成処理溶融
Zn−Al−Si合金めっき鋼板の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1ないし3のいずれか1項に記載
の方法で製造された溶融Zn−Al−Si合金めっき鋼板また
は請求項4記載の方法で製造された化成処理溶融Zn−Al
−Si合金めっき鋼板に、厚さ5μm以下の薄膜樹脂被覆
を施すことを特徴とする、有機被覆溶融Zn−Al−Si合金
めっき鋼板の製造方法。
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