JP2554792B2 - 熱延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 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱延溶融亜鉛めっき鋼
板および合金化溶融めっき鋼板の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に建築用途等の溶融亜鉛めっき鋼板
の原板には、厚物の熱延鋼板（主に１．６ｍｍ以上）が
使用される。これらの鋼板は、通常、酸洗したのちに使
用されることが多いが、酸洗後の表面は、局部的なスケ
ール残りや過酸洗による局部的なスマッド生成がある場
合が多く、さらには表面の凹凸が粗いため、従来のゼン
ジマータイプの溶融Ｚｎめっき法やフラックス処理によ
る溶融Ｚｎめっき法においては、不めっきや、めっき層
中の合金層が局部的に異常発達するなどの問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、本発明
者らが提案中のプレＮｉめっき、急速低温加熱を利用し
た溶融Ｚｎめっき法は、冷延鋼板は勿論のこと、熱延鋼
板の酸洗条件が適正であり、鋼板の凹凸が小であり、ス
ケール残り等がない通常の熱延酸洗材では極めて良好な
めっき性が確保できる優れた方法であるが、特に、熱延
鋼板の酸洗条件が不良であり、過酸洗で鋼板表面の凹凸
が特に大で、スマッド生成量が大であったり、酸洗不足
で局部的なスケール残りが大な場合については、従来法
に比較すると溶融Ｚｎめっき性は向上するものの、本方
法といえども未だ不十分であり、プレＮｉの分布が不均
一になり、局部的にＮｉの不めっきを生じやすく、結果
として局部的な溶融Ｚｎめっき性の不良になることがあ
り、この場合には勿論、溶融Ｚｎめっき後に合金化処理
を施しても合金化不良になりやすいため、さらに、改良
する必要があった。

【０００４】そこで、本発明者らは、種々検討したとこ
ろ、凹凸の粗い、あるいはスケール残り、スマッド生成
が局部的に見られるような熱延酸洗板の表面を一定の粗
度範囲となるようにブラシスクラバー、サンドペーパー
研磨等の機械的研磨、スキンパス、ショットブラスト、
電解研磨等の方法により粗度調整を行った後、プレＮｉ
めっきを施し、所定の雰囲気、加熱条件下で、溶融めっ
きを施したところ、良好なめっき性が得られ、さらにそ
の溶融Ｚｎめっき鋼板に合金化処理を行った場合におい
ても良好な合金めっき層が得られ、めっき密着性にも優
れることが判明した。

【０００５】本発明は上記のように特に表面凹凸が激し
く、スケール残りあるいはスマッド生成が局部的に認め
られるような熱延鋼板酸洗板を使用してＺｎめっき性の
優れた溶融Ｚｎめっき鋼板および加工部のめっき密着性
に優れた合金化溶融Ｚｎめっき鋼板の製造方法を提供す
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず、熱
延酸洗鋼板の表面をサンドペーパー研磨、ブラシスクラ
バー研磨、スキンパス、ショットブラスト、電解研磨な
どの種々の方法で粗度を調整したのち、プレＮｉめっき
後、特定の加熱条件下で加熱後、溶融Ｚｎめっきを施し
溶融Ｚｎめっき鋼板を作製し、さらには４７０〜５５０
℃の範囲内で合金化処理も行って合金化溶融めっき鋼板
を作製し、その性能および構造を調査したところ、不め
っきが解消し、めっき性が良好となり、合金化速度は、
無研磨の場合よりは速くなることを見出した。また、外
観、めっき層組織共に無研磨の場合よりも均一であり、
表面粗度にも依存することがわかり、平均粗度Ｒａで
０．１〜１．５μｍ程度が良好であった。さらに、プレ
Ｎｉめっきの厚みおよびその後の加熱条件を変化させて
溶融めっき性、合金化反応性を外観およびめっき層中の
Ｆｅ％、めっき層組織変化等で観察した。そのうちで
も、特に、鋼板粗度を０．１〜１．５μｍとし、それ
に、プレＮｉめっき層を０．２〜２ｇ／ｍ² 施し、非酸
化雰囲気中で４２０〜５００℃に加熱し、その過程にお
いて３５０℃以上である時間が１５秒以内で溶融Ｚｎめ
っき浴に浸漬した場合に溶融Ｚｎめっき性、合金化反応
性ともに極めて向上することが判明した。これらが、本
発明の製造法のポイントである。

【０００７】さらにＮｉめっき処理を施した後の浴侵入
板温が低温であり、浴侵入板温に到達する過程において
３５０℃以上である時間が短いことが必須条件である。

【０００８】通常法のように高温加熱でしかも３５０℃
以上に保たれる時間が長い加熱条件下では、プレＮｉめ
っき無しの場合には、鋼板表面の酸化膜が発達しやす
く、溶融Ｚｎめっき性が劣り、合金化が進行しにくかっ
た。また、粗度調整ののち、プレＮｉめっきを施す場合
においても高温加熱でしかも３５０℃以上に保たれる時
間が長すぎる場合においては、プレＮｉ層が加熱中に地
鉄中に拡散してしまい、溶融Ｚｎめっき性、合金化処理
後の加工部の密着性が向上しなかった。従って、プレＮ
ｉめっき有りの場合においてプレめっき後の加熱温度を
できるかぎり低温にし、またＮｉが地鉄中へ拡散しはじ
める温度以上に保たれる時間をできるかぎり短縮するこ
とによって鋼板表面の活性度を保った状態で溶融めっき
および合金化処理を行うことが製造上のポイントと考
え、実験を重ねていった。その結果、熱延酸洗鋼板の表
面の粗度をブラシスクラバー、サンドペーパー研磨等の
機械的研磨、スキンパス、ショットピーニング、電解研
磨により０．１〜１．５μｍにし、そのまま４２０〜５
００℃に加熱し、その過程において３５０℃以上である
時間が１５秒以内で溶融Ｚｎめっき浴に浸漬する場合に
のみめっき性の優れた溶融Ｚｎめっき鋼板が得られた。
また、さらに、適正な合金化条件のもとで合金化処理を
行った場合にのみ、表面外観、加工部のめっき密着性共
に優れた、合金化溶融Ｚｎ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。

【０００９】即ち、熱延酸洗鋼板の表面を平均粗度（Ｒ
ａ）を０．１〜１．５μｍの粗度の範囲になるように粗
度調整を行った後、Ｎｉめっきを０．２〜２ｇ／ｍ² 施
した後、非酸化雰囲気中で板温４２０〜５００℃に加熱
し、鋼板が浴に侵入するまでの過程において３５０℃以
上である時間が１５秒以内でＡｌ ０．０５〜０．４％
含有するＺｎめっきすることを特徴とするめっき性に優
れた溶融Ｚｎめっき鋼板の製造方法ならびに熱延酸洗鋼
板の表面に平均粗度（Ｒａ）０．１〜１．５μｍの範囲
になるように粗度調整を行った後、Ｎｉプレめっきを
０．２〜２ｇ／ｍ² めっきし、非酸化雰囲気中で板温４
２０〜５００℃に加熱し、鋼板が浴に侵入するまでの過
程において３５０℃以上である時間が１５秒以内でＡｌ
０．０５〜０．４％含有するＺｎめっき浴中で溶融め
っきし、ワイピング直上で４７０〜５５０℃で１０〜４
０ｓ合金化加熱処理を行うことを特徴とする加工部のめ
っき密着性に優れた合金化溶融Ｚｎめっき鋼板の製造方
法。

【００１０】なお、本発明でいう非酸化雰囲気とは、無
酸化雰囲気（例えばＨ₂ ３％＋Ｎ₂，Ｏ₂ 数１０ｐｐ
ｍ）、あるいは、還元性雰囲気（例えば、Ｈ₂ １５％＋
Ｎ₂ 雰囲気）のことである。

【００１１】以下、図面を用いて本発明について詳細に
説明する。

【００１２】図１は、鋼板の表面粗度と溶融Ｚｎめっき
性および合金化性の関係を示した図である。プレＮｉめ
っきが０．５ｇ／ｍ² の場合である。熱延酸洗板（ＳＳ
４１１．６ｍｍ）に研磨の程度を変えることにより、粗
度を変化させ、表面研磨ののち、プレＮｉめっき層を
０．５ｇ／ｍ² めっき後、Ｏ₂ ６０ｐｐｍのＨ₂ ３％＋
Ｎ₂ の雰囲気中で通電加熱で板温４５０℃まで、３５０
℃以上に保たれる時間が２秒の加熱を行い、Ａｌ ０．
２％含有する４５０℃のＺｎめっき浴中で３秒間溶融め
っきし溶融Ｚｎめっき鋼板を作製し、溶融Ｚｎめっき性
は不めっきの有無、ボールインパクト試験によるめっき
密着性（５段階評価１が最良）の総合で３段階評価を行
った。また、めっき後のワイピング直上で５００℃で１
５秒合金化加熱処理を行って合金化溶融Ｚｎめっき鋼板
を作製し、合金化度は、外観およびめっき層中のＦｅ含
有率で総合して３ランク評価した。Ｂランク以上を合格
とした。評価基準は次の通りである。

【００１３】 １）溶融Ｚｎめっき性 評点 溶融めっき性 不めっきの有無 めっき密着性（Ｂ．Ｉ．評点） Ａ 無し １ 最良 Ｂ 無し ２ Ｃ 一部あり ３〜５ 鋼板の表面粗度が０．１〜１．５μｍの場合にめっき
性、合金化性共に良好である。

【００１４】なお、ここでは、鋼板に粗度を付与する手
段としてサンドペーパー研磨法のみについて示したが、
スキンパス、ショットブラスト、ブラシスクラバーある
いは電解酸洗、電解研磨による結果も同様であった。

【００１５】図２は、前処理加熱板温と加工部のめっき
密着性の関係を示した図である。熱延酸洗板（３．２ｍ
ｍ）にサンドペーパーにより、Ｒａ０．５μｍの粗度を
施しＮｉめっき層を０．５ｇ／ｍ² めっき後、Ｏ₂ ６０
ｐｐｍのＨ₂ ３％＋Ｎ₂ 雰囲気中で通電加熱で板温４５
０℃まで３５０℃以上に保たれる時間が５秒で加熱し、
Ａｌ ０．１５％含有する４５０℃のＺｎめっき浴中で
３秒間溶融めっきし、ワイピング後直ちに、５００℃で
２０ｓの合金化処理を行い合金化溶融Ｚｎめっき鋼板を
作製し、加工部のめっき密着性を評価した。加工性試験
は２５ｍｍカップ絞り試験を行い、テープテストによる
黒化度を調べた。評価は、各々５段階で評価した。評価
基準は次の通りである。

【００１６】 この図より、溶融めっき前の加熱板温が４２０〜５００
℃の範囲で加工部のめっき密着性が良好である合金化溶
融Ｚｎめっき鋼板が得られることは明らかである。所定
温度を超えると加工部のめっき密着性が劣化し、また、
４２０℃未満では溶融めっきの際に不めっきを生じやす
い。

【００１７】また、図３に加熱温度とプレＮｉめっき層
の地鉄中への拡散量の関係を示す。熱延酸洗鋼板（Ａｌ
キルドＳＰＨＣ１．６ｍｍ）の表面粗度をブラシスクラ
バーで１．０μｍに調整後、Ｎｉめっきを０．５ｇ／ｍ
² めっき後、Ｏ₂ ６０ｐｐｍのＨ₂ ３％＋Ｎ₂ 雰囲気中
で通電加熱で所定の温度まで１０秒加熱を行ったのち、
Ｎｉめっき層の残存率をオージェ分析による深さ方向分
析により求めた。加熱温度約３５０℃でプレＮｉ層が地
鉄中へ拡散しはじめることは明白であり、５００℃を超
えるとほとんど残存しなくなる。

【００１８】次に、Ｎｉめっき後、浴侵入温度に到達す
るまでの過程において、Ｎｉが拡散しはじめる温度３５
０℃に到達した後、浴侵入温度になるまでの時間と加工
部のめっき密着性の関係を図４に示す。

【００１９】熱延酸洗鋼板（ＳＰＨＣ１．６ｍｍ）にブ
ラシスクラバーにより０．５μｍの粗度を施し、プレＮ
ｉめっき層を０．５ｇ／ｍ² めっき後、Ｏ₂ ６０ｐｐｍ
のＨ₂ ３％＋Ｎ₂ の雰囲気中で板温４５０℃まで加熱し
たのち、Ａｌ ０．１５％含有する４５０℃のＺｎめっ
き浴中で３秒間溶融めっきし、ワイピング後直ちに５０
０℃２０ｓ合金化処理をおこなって合金化溶融Ｚｎめっ
き鋼板を作製し、加工部のめっき密着性を評価した。目
付量は６０ｇ／ｍ² とした。本発明の範囲である３５０
℃に到達してから、浴侵入温度に到達するまでの時間が
１５秒以内である場合に、加工部のめっき密着性が良好
であることは明白である。

【００２０】研磨をサンドペーパー研磨、スキンパス、
電解研磨、電解酸洗により行った場合も同様であった。

【００２１】これらの結果より、本発明においては、鋼
板の表面粗度が一定の範囲になるように研磨等で表面調
整を行っていること、プレＮｉめっきを所定量施すこ
と、その後の加熱温度が低温であること、３５０℃に到
達してから浴侵入板温に到達するまでの時間が短いこと
が、めっき性の優れた溶融Ｚｎめっき鋼板および加工部
のめっき密着性に優れた合金化溶融Ｚｎめっき鋼板を製
造する上での大きなポイントである。

【００２２】なお、加熱の方法については、特に限定し
ないが、鋼板を直接通電加熱する方法、誘導加熱方式、
赤外加熱方式など種々の方法が適用できる。

【００２３】薄板から、３ｍｍ超の厚板まで加熱速度の
設定が迅速に対応しやすく、コンパクトな設備が可能と
いう点では、直接通電加熱する方法が有効である。

【００２４】プレＮｉめっきの付着量を０．２ｇ／ｍ²
以上としたのは、これ以上でＮｉによる溶融Ｚｎめっき
性、合金化反応の向上効果が認められたためである。ま
た、０．２ｇ／ｍ² 未満では、Ｎｉ無しの場合とほぼ同
等である。上限を２ｇ／ｍ²としたのは、これを超える
と地鉄の合金化が進みにくくめっき層中にＮｉ含有率が
高くなりすぎるためである。

【００２５】また、浴中Ａｌ量の下限を０．０５％とし
たのは、これ未満だと合金化処理時において、合金化が
進み過ぎ、地鉄界面にΓ相が生成しすぎ、合金層のめっ
き密着性、加工部の耐赤錆性が向上しないためである。
また、浴中Ａｌの上限を０．４％としたのはＡｌが０．
４％を超えると、めっき時において外観が白っぽくなっ
たり、Ｎｉ−Ａｌ−Ｚｎ以外にＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ系バリ
ヤー層が形成され易く、合金化処理時において合金化が
進まないためである。

【００２６】合金化処理温度は４７０〜５５０℃が最適
である。４７０℃未満では合金化が進みにくく、５５０
℃を超えると合金化が進みすぎ、地鉄界面にΓ相が発達
しやすくなり、めっき密着性が劣化する。合金化時間に
ついては、合金化温度とのバランスで決まるが、１０〜
４０秒の範囲が適当である。１０秒未満では合金化が進
みにくく４０秒を超えると合金化が進みすぎ、Γ相が発
達しやすくなり、めっき密着性、耐赤錆性が劣化する。

【００２７】めっき付着量については特に制約は設けな
いが、耐食性の観点から、１０ｇ／ｍ² 以上、加工性の
観点からすると１５０ｇ／ｍ² 以下であることが望まし
い。以上の結果は、Ｚｎめっき浴のみの場合について説
明したが、さらにめっき浴中に合金元素としてＮｉ，Ｓ
ｂ，Ｐｂを単独あるいは複合で０．２％以下微量に含有
した合金化溶融Ｚｎめっき鋼板の場合にも結果は同様で
あった。なお、浴温については、Ｚｎ浴であっても、Ｚ
ｎに微量に合金元素を含有した場合であっても、通常の
４３０〜５００℃の条件が使用できる。

【００２８】熱延酸洗板としては種々の鋼種が使用でき
る。

【００２９】

【作用】このように熱延酸洗鋼板の溶融Ｚｎめっきおよ
び合金化溶融Ｚｎめっき反応時において、鋼板表面粗度
の影響が大である理由については、未だ明白ではない
が、表面粗度が、一種の表面の反応性（活性化度）の支
配要因になっていることが考えられる。

【００３０】表面粗度が、一定の範囲にあると、地鉄表
面の活性化度が大でありプレＮｉめっき、溶融Ｚｎとの
反応性がよくなることが考えられる。また、酸洗後の部
分的なスマッド、あるいはスケール残りが粗度調整の際
に完全に除去され鋼板が均一に活性化することも考えら
れる。

【００３１】さらに、その後にＮｉめっきを施す場合に
おいては、粗度が一定の範囲にあると、Ｎｉが、地鉄表
面を均一に薄い層で覆い、地鉄の酸化を防ぐと共に、地
鉄自体の活性度も高く、鋼板面に活性点が均一に存在す
るため、溶融Ｚｎめっき時、および合金化反応時におい
てＮｉが溶出後、直ちに反応しやすい。活性度が向上す
ることも考えられる。適度の表面粗度、Ｎｉめっきによ
り、反応の活性点が均一に分布するようになり、粒界の
効果等が緩和されるものと思われる。

【００３２】それに対して、表面粗度が小でありすぎる
とＮｉめっきを施す場合においては、Ｎｉが地鉄表面を
均一に厚く覆いすぎ、溶融Ｚｎめっき時、合金化処理時
においてＮｉがなかなか溶出せず、地鉄の溶出が起こり
にくく合金化反応は進みにくい。また、研磨が不十分で
あると地鉄表面のスマッド、スケール残り等も十分に除
去されず、地鉄の活性度が十分にならないことも考えら
れる。

【００３３】また、表面粗度が大でありすぎると、鋼板
の凸部、凹部の分布に伴って、地鉄の溶出が不均一にな
ること、また、Ｎｉが地鉄表面を均一に覆わず、凸部に
集中して析出するようになることと、地鉄自体の活性点
も凸部に局所集中するようになり、溶融Ｚｎめっき反応
も、合金化反応も不均一に局所的に進行しやすくなるも
のと考えられる。

【００３４】さらに、本発明範囲で得られためっき層を
解析したところ、本発明範囲のＮｉプレめっき後の前処
理加熱板温および３５０℃に到達してから浴侵入板温ま
で到達するまでの時間の場合にはプレＮｉ層の地鉄中へ
の拡散は小であるのに対して、従来技術範囲の加熱温度
が高く、加熱時間が長い場合には加熱時においてＮｉが
ほとんど地鉄中に拡散しＦｅ−Ｎｉの固溶体層に変化し
ていた。この加熱時におけるＮｉの状態の相違が、その
後の溶融めっきおよび合金化処理時において、めっき層
構成の差異を引き起こしたものと考えられる。

【００３５】本発明法で製造した合金化溶融Ｚｎめっき
鋼板のめっき層中にはＺｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ａｌが比較的
均一に分布しており、Ｚｎ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｆｅ系４元系
合金層よりなる構造を呈していた。また、地鉄界面のΓ
相も０．８μｍ以内に薄く抑制されていた。詳細は未だ
明らかではないが、Γ相の成長が抑制されたのは、本発
明の場合、加熱時にそのまま残存しているプレＮｉ層が
溶融めっき時において、Ｆｅ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｎｉ系のバ
リヤー層を地鉄界面で形成していることが認められたこ
とから、それが、合金化処理の段階においてΓ相成長の
バリヤーとなるものと考えられる。加工部のめっき密着
性に優れるのは、Γ相の抑制によるものと考えられる。

【００３６】

【実施例】第１表に本発明の製造方法および得られた試
料の実施例を示す。＊印が本発明以外の製造法で作製さ
れた比較材である。下地に第２表に示すそれぞれの組成
よりなる熱延酸洗鋼板（１．６ｍｍ）用いた。表面調整
は、サンドペーパー研磨、スキンパス、ショットブラス
ト、ブラシスクラバー研磨、電解酸洗および電解研磨に
より、表面粗度を変化させ、プレＮｉめっきを硫酸酸性
浴中で電気めっきで付着量を変化させて施した後、前処
理加熱をＯ₂ ６０ｐｐｍ、Ｈ₂ ３％＋Ｎ₂ 雰囲気中で浴
侵入板温３５０℃到達から浴侵入板温に到達するまでの
時間を変化させておこなった後、浴温４５０℃、３ｓｅ
ｃで溶融めっきを行った。さらには、ワイピングした
後、合金化加熱処理を４５０〜５５０℃、５〜４０秒行
い、種々のめっき層組成よりなる試料を作製した。めっ
き付着量は６０ｇ／ｍ² とした。溶融Ｚｎめっき性、合
金化溶融Ｚｎめっき外観、加工部のめっき密着性の評価
は前述の試験法、評価基準に従って評価した。

【００３７】Ｎｏ．１〜３９に示す通り、本発明範囲の
製造方法で得られた鋼板は、溶融めっき性、合金化度、
加工部の密着性共に優れる。

【００３８】これに比較して、地鉄の研磨後の表面粗
度、プレＮｉめっき層の付着量、板温３５０℃到達から
浴侵入板温に到達するまでの時間、浴中Ａｌ、合金化処
理条件が本発明範囲を逸脱する場合（Ｎｏ．４０〜５
７）、めっき性、合金化度及び加工部のめっき密着性が
劣る。

【００３９】さらに、Ｎｏ．５８〜６０は、めっき浴中
に他の合金元素を微量に含有する場合であり、この場合
にも優れた性能を示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明の製造方法によれ
ば熱延酸洗板を用いた溶融Ｚｎめっき鋼板および合金化
溶融Ｚｎめっき鋼板としては従来にないめっき性、合金
化性、加工部のめっき密着性等の性能が得られることか
ら、その工業的意義は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は鋼板の表面粗度と溶融Ｚｎめ
っき性および合金化性の関係を示した図。

【図２】前処理加熱板温と加工部のめっき密着性の関係
を示した図。

【図３】加熱板温とプレＮｉめっきの残存率の関係を示
した図。

【図４】板温が３５０℃に到達してから浴侵入板温に到
達するまでの時間と加工部のめっき密着性の関係を示し
た図。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱延酸洗鋼板の表面を平均粗度（Ｒａ）
   ０．１〜１．５μｍの粗度の範囲になるように粗度調整
   を行った後、Ｎｉプレめっき層を０．２〜２ｇ／ｍ² め
   っきし非酸化雰囲気中で板温４２０〜５００℃に加熱
   し、鋼板が浴に侵入するまでの過程において３５０℃以
   上である時間が１５秒以内でＡｌ ０．０５〜０．４
   ％含有するＺｎめっき浴に浸漬して溶融めっきすること
   を特徴とするめっき性に優れた熱延溶融Ｚｎめっき鋼板
   の製造方法。
2. 【請求項２】 熱延酸洗鋼板の表面を平均粗度（Ｒａ）
   ０．１〜１．５μｍの粗度の範囲になるように粗度調整
   を行った後、Ｎｉプレめっき層を０．２〜２ｇ／ｍ² め
   っきし非酸化雰囲気中で板温４２０〜５００℃に加熱
   し、鋼板が浴に侵入するまでの過程において３５０℃以
   上である時間が１５秒以内でＡｌ ０．０５〜０．４
   ％含有するＺｎめっきに浸漬して溶融めっきし、ワイピ
   ング後直ちに４７０〜５５０℃で１０〜４０秒合金化加
   熱処理を行うことを特徴とする加工部のめっき密着性に
   優れた熱延合金化溶融Ｚｎめっき鋼板の製造方法。