JP3699691B2

JP3699691B2 - 高耐食性溶融メッキ鋼線およびその製造方法

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Publication number: JP3699691B2
Application number: JP2002139253A
Authority: JP
Inventors: 秀典大橋; 好雄榎並; 富夫木津和
Original assignee: Sakura Tech Corp
Current assignee: Sakura Tech Corp
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: JP2003293109A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金網、落石防止網、護岸工事用の籠マット、ワイヤーロープ、鋼撚り線等の屋外で使用されるメッキ鋼線における耐食性と加工性を高めた高耐食性溶融メッキ鋼線およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼線に耐食性を付与する方法として、Ｚｎメッキが一般的に行なわれている。最近では、一回目に溶融Ｚｎメッキを行ない、引き続いて二回目にＺｎ−Ａｌ合金メッキを行なう二浴法によるＺｎ−６％Ａｌ合金メッキまたはＺｎ−１１％Ａｌ合金メッキが行なわれている。
他方、鋼板の分野では、Ｚｎ−Ａｌ合金メッキの耐食性をさらに高耐食にする方法として、Ｍｇを重量比で３％添加するＺｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金メッキが鋼板用のメッキ製造方法として特開平１０−３０６３５７等に提案されている。
この鋼板分野におけるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキを鋼線に適用すべくＺｎ−６％Ａｌ−３％ＭｇおよびＺｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ合金メッキの試作を行なってきた。ところが、耐食性は良いものの、メッキ層の硬度が高いために、曲げ加工した際に、メッキ層の偏肉による肉厚部及びブツ等の表面欠陥部に集中して剥離及びクラックが多発した。そして、実際的にメッキ鋼線には必ず前述した表面欠陥を多少は伴うので、曲げ加工を避けられない製品であるメッキ鋼線には応用できない問題があった。
また、メッキ付着量についても、外観、偏肉が良好であっても、曲げ加工時のメッキ部の剥離、クラックが発生するため、合金層とメッキ層を合わせたメッキ厚さに限界があり、３００ｇ／ｍ２以上の厚メッキが安定して製造できない問題があった。
また、Ｚｎ−Ａｌ−３％Ｍｇ合金は、Ｚｎ−Ａｌ合金に比較して表面粗度が大きく、表面が梨地状になり、平滑性に乏しく、外観上の問題があった。
また、公知の通常の製造装置による製造方法では、偏肉比は３〜５程度に悪化し、メッキの剥離及びクラックが発生する問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする課題は、第１には、耐食性を有し、同時に、鋼線特有の要求品質である曲げ加工時のメッキ部の剥離及びクラックの問題が解消されているＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金組成の高耐食性溶融メッキ鋼線を、第２には、耐食性、加工性に優れ、且つ、メッキ表面が平滑で表面粗度の小さいＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金組成の高耐食性溶融メッキ鋼線を、第３には、さらに、曲げ加工時にメッキ部に剥離及びクラックが発生し難く、偏肉が少なくて、ブツ、ザラ等の表面欠陥のない外観良好なメッキ層からなる高耐食性溶融メッキ鋼線を、第４には、前記した高耐食性溶融メッキ鋼線を効率良く安定して量産することが可能な高耐食性溶融メッキ鋼線の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を達成するため、高耐食性溶融メッキ鋼線では、２浴法により溶融メッキされ、低速の空気流冷却の後に相対的に高速の空気流で冷却する二段階空冷のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ鋼線において、メッキ層のビッカース硬度が６０〜９０で、合金層のビッカース硬度が１００〜１４０で、メッキ層がＺｎを主成分とし、メッキ層および合金層全体における組成比が、Ｍｇ：０．０３〜０．１５％、Ａｌ：８〜１５％、Ｚｎ：残部からなり、メッキ層と合金層を合わせたメッキ厚さに関して、横断面上の最大厚さを最小厚さで除した偏肉比の平均値が２．０以下であることを特徴とする。
また、本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線では、２浴法により溶融メッキされ、低速の空気流冷却の後に相対的に高速の空気流で冷却する二段階空冷のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ鋼線において、メッキ層のビッカース硬度が６０〜９０で、合金層のビッカース硬度が１００〜１４０で、メッキ層がＺｎを主成分とし、メッキ層および合金層全体における組成比が、Ｍｇ：０．０３〜０．１５％、Ａｌ：８〜１５％、Ｚｎ：残部からなり、メッキ表面の円周方向の表面粗度がＲａ：１．０μｍ以下で、メッキ層と合金層を合わせたメッキ厚さに関して、横断面上の最大厚さを最小厚さで除した偏肉比の平均値が２．０以下で、前記メッキ厚さが５５３〜７４０ｇ／ｍ²であることを特徴とする。
そして、本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線の製造方法では、２浴法による高耐食性溶融メッキ鋼線の製造方法において、線材にＺｎを主成分とする溶融Ｚｎメッキを行なった後、組成比が、Ｍｇ：０．０３〜０．１５％、Ａｌ：８〜１５％、Ｚｎ：残部からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキを行ない、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ浴面からメッキ絞り部を経て立ち上がる複数本の線材を、加圧空気部下部の下側冷却部と加圧空気部上部の上側冷却部からなる空冷装置に通過させて、前記加圧空気部の空気噴出口から前記上側冷却部内に形成された線材ごとの各整流空間部に流入して、前記上側冷却部上端出口より流出する高速の主冷却空気と、この主冷却空気流に吸引されて前記下側冷却部下端の入口から前記下側冷却部内に形成された線材ごとの各整流空間部に流入して前記主冷却空気に合流する相対的に低速の副冷却空気とで前記空冷装置内で二段階に空冷して製造することを特徴とする。
【０００５】
本発明におけるＡｌ重量比については、下限を８％以上にすることで高耐食性が確保され、上限を１５％にすることにより厚メッキ製品にできることを確認し、８〜１５％とした。Ｍｇ重量比は０．１５％以下で巻付テストの合格率が１００％になることを確認し、硬度が下がって加工性が向上し且つ高耐食が得られる０．０３〜０．１５％とした。メッキ層と合金層を合わせたメッキ厚さに関して、横断面上の最大厚さを最小厚さで叙した偏肉比の平均値を２．０以下に設定することは、高耐食である反面、半面硬度が高くて低加工性のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ鋼線を曲げ加工性良好にする重要な項目である。２浴法においては、１次メッキと二次メッキを連続的または断続的のどちらの方式で行なっても良い。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図８〜図１３には本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線を製造するのに採用した製造装置を例示しており、１次メッキとしての溶融Ｚｎメッキ槽１と、二次メッキとしてのＺｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ槽２を連続状に配設してあると共に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ槽２のメッキ浴面２ａにおけるメッキ絞り部３の上部には空冷装置４を、この空冷装置４の上部には水冷装置８を、それぞれ配設していて、複数本の線材Ｌが、溶融Ｚｎメッキ槽１を通過した後、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ槽２内のシンカーローラー９を経てメッキ浴面２ａから無酸化性の雰囲気ガスで覆われたメッキ絞り部３を通過して同時に立ち上がり、空冷装置４および水冷装置５を通過する過程でメッキ層Ｌ１を空冷そして水冷された後にトップローラー１０を経てドラム（図示せず）に同時に巻き取られるようにしてある。水冷装置８は用途に応じて使用しなくても良い。
空冷装置４は、加圧空気部５と、加圧空気部５下部の下側冷却部６と、加圧空気部５上部の上側冷却部７からなり、この空冷装置４を通過する複数本の線材Ｌが、加圧空気部５の空気噴出口５ａから上側冷却部７内に流入して同上側冷却部７上端の出口７ａより流出する高速の主冷却空気ａと、主冷却空気流に自然吸引されて下側冷却部６下端の入口６ａから同下側冷却部６内に流入して主冷却空気ａに合流する低速の副冷却空気ｂとで、それぞれ同時に二段階に空冷されるようにしてある。
【０００７】
加圧空気部５は、二又状左右先部５ｂ間に、前後に並列状の複数本の線材Ｌが同時に通過可能な長孔状の線材通し部５ｃを形成していると共に、左右の先部５ｂ上面に左右一対の空気噴出口５ａを上側冷却部７における各整流空間部７ｂと連通状にそれぞれ開口形成していて、各空気噴出口５ａから２０〜５０ｍ／ｓ程度の風速の主冷却空気ａが整流空間部７ｂに噴出するようにしてある。
【０００８】
下側冷却部６は、横断面略長四角形状の筒体の内部に副冷却空気ｂの乱流を抑制する複数の乱流防止板６ｂを各線材Ｌの通過軌道脇に沿いそれぞれ左右対向状に配設してあると共に、前後および左右に隣接する各乱流防止板６ｂで隔てられた複数の整流空間部６ｃを形成していて、上側冷却部７内を流れる主冷却空気流に吸引されて、５〜１５ｍ／Ｓの風速の副冷却空気ｂが入口６ａから整流空間部６ｃ内に流入して乱流を抑制されて整流された状態で、メッキ絞り部３通過直後における複数の線材Ｌのメッキ層Ｌ１を同時に冷却するようにしてある。
【０００９】
上側冷却部７は、横断面略長四角形状の筒体の内部に主冷却空気ａの乱流を抑制する複数の乱流防止板７ｃを各線材Ｌの通過軌道脇に沿いそれぞれ左右対向状に配設してあると共に、前後および左右に隣接する各乱流防止板７ｃで隔てられた複数の整流空間部７ｂを形成していて、空気噴出口５ａから噴出する主冷却空気ａが整流空間部７ｂ内に流入して乱流を抑制されて整流された状態で、副冷却空気ｂによる冷却直後の複数の線材Ｌにおけるメッキ層Ｌ１を同時に冷却するようにしてある。
【００１０】
そして、空冷装置４における加圧空気部５と下側冷却部６と上側冷却部７は、相互に位置出しすることで一体的に組み付けて形成してあり、空冷装置５のメンテナンス時或いは線材Ｌの断線時等に装脱着して迅速に対応し得るようにしてある。
【００１１】
このことにより、低速と高速の二つの速度が異なる整流空気すなわち主冷却空気ａと副冷却空気ｂがひとつの空冷装置４に発生することによって、メッキ絞り部３通過直後における偏肉が発生し易い高温のメッキ層を低速の副冷却空気ｂという整流空気で冷却し、しかる後に、副冷却空気ｂによる冷却直後の比較的偏肉が発生しにくい低温のメッキ層Ｌ１を高速の主冷却空気ａという整流空気で冷却することにより、メッキ層Ｌ１は偏肉を防止されて効率的に冷却されることになる。
【００１２】
次に、前記した製造装置により製造した本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線の一例を説明する。
線材（軟鋼線材ＪＩＳＧ３５０５ＳＷＲＭ６Ｋ、４ｍｍ）Ｌに通常の条件で溶融Ｚｎメッキ槽１による１次メッキとしてのＺｎメッキを行なった後、比較のため、図１および図２の条件で、Ｚｎ−６％Ａｌ合金メッキした各比較品と、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ槽２による二次メッキとしてのＺｎ−１１％Ａｌ−Ｍｇ合金メッキした本発明品を得た。Ｍｇ重量比については、３％、２％、１．５％、０．８％、０．３％、０．１５％、０．０８％、０．０３％、０％の９種類で行なった。そして、比較品および本発明品について、耐食性、加工性、メッキ層硬度、合金層硬度、メッキ層表面粗度の各項目について総合的に確認した。
【００１３】
耐食性評価：ＪＩＳＺ２３７１に示す塩水噴霧テストを連続５００時間行なった後、腐食生成物を同ＪＩＳに基づき酢酸アンモン溶液で除去し、試験前後の重量差により腐食原料を求めた。結果は図１、図２、図４に示す。
結果は、図１、図２、図４に示す如く、Ｚｎ−６％Ａｌ−Ｍｇ合金層およびＺｎ−１１％Ａｌ−Ｍｇ合金層ともに、Ｍｇが３．０〜０．８％の間では耐食性は大差なく良好である。また、Ｍｇが０．８〜０．０３％の間ではＭｇの量に比例して順次耐食性が低下するものの、０．０８％Ｍｇで０％Ｍｇのものと比較して約２倍程度の耐食性を有し、０．０３％Ｍｇで０％Ｍｇのものと比較して約１．７程度の耐食性の改善効果があり、Ｍｇは少量でも大きな効果が認められた。また、Ｍｇの量が同じであれば、耐食性はＺｎ−１１％Ａｌ−Ｍｇ合金層がＺｎ−６％Ａｌ−Ｍｇ合金層を上回っており、特にＭｇが１．５％以下の低い領域でこの傾向が大きく認められる。そして、Ａｌ重量比については、下限を８％以上にすることで高耐食性が確保され、上限を１５％にすることにより厚メッキ製品にできることを確認した。
【００１４】
加工性評価：線材Ｌを６ｍｍ（１．５×ｄ）の鋼線に６回巻き付けて、メッキ層表面を目視確認し判定した。剥離がないこと及び鋼線が見えるような大きなクラックがないことを巻付テストの合格条件とし、各比較品および本発明品ともにそれぞれ２０本宛てテストを行なった。結果は図１、図２に示す。加工性は、メッキ層の硬度による影響を受けるため、各テスト品毎のメッキ層と合金層の硬度についての測定を併せて行なった（図１、図２、図５、図６参照）。
加工性の評価結果は、両者ともＭｇ量の低下に伴いメッキ層と合金層の硬度が低下して合格率が向上する。Ｍｇ重量比は１．５％以下で合格率が大幅に向上し、０．８％以下で合格率が１００％になることを確認した。Ｍｇ重量比は、硬度が下がって加工性が向上し且つ高耐食が得られる０．０３〜１．５％とした。特に加工性が向上するＭｇ０．０３〜０．８％未満は厚めっき用として好適である。Ｍｇ重量比によるメッキ層の硬度変化を図５に、合金層の硬度変化を図６に示している。
【００１５】
メッキ層表面粗度評価：ＪＩＳＢ０６０１に基づき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金層の円周方向の中心線平均粗さＲａを測定することで行い、結果を図７に示している。
結果は、Ｍｇ重量比の低下とともにＲａが低下しており、Ｍｇが合金浴の溶湯の流動性を低下する添加元素であり、メッキ層凝固時にメッキ層表面に微細な収縮引による表面のへこみが発生していることを示している。
Ｚｎ−１１％Ａｌ−Ｍｇ合金層の場合、Ｍｇが１．５％で中心線平均粗さＲａは１．０μｍ以下、Ｍｇが０．８％でＲａは０．８μｍ以下を示しており、０．２μｍ程度のバラツキを考慮すると、Ｍｇが１．５％でＲａは１．２μｍ以下、Ｍｇが０．８％でＲａは１．０μｍ以下となる。
【００１６】
厚メッキ実績および耐食性評価：Ｍｇ重量比の低下にともない耐食性は低下するが、逆にメッキ層の硬度低下に伴いメッキ層の加工性が向上して、厚メッキが可能となり、結果としてはＭｇが０．０３％〜１．５％の低いＭｇ重量比のものでも、Ｍｇ１．６〜３％の高いＭｇ重量比のものと同等以上の耐食性を示すことになる（図３参照）。
【００１７】
【発明の効果】
Ａ．請求項１により、耐食性を有し、同時に、鋼線特有の要求品質である曲げ加工時におけるメッキ部の剥離及びクラックの発生の心配がなく、しかも、耐食性については、Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線に比較して約１．５〜３倍の高耐食性を有していて、偏肉が少なくて、良好な耐食性及び曲げ加工性を要望されるメッキ鋼線として有用である。
Ｂ．請求項２により、耐食性を有し、同時に、鋼線特有の要求品質である曲げ加工時におけるメッキ部の剥離及びクラックの発生の心配がなく、しかも、耐食性については、Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線に比較して約１．５〜３倍の高耐食性を有していて、良好な耐食性、曲げ加工性、表面粗度と、曲げ加工時にメッキ部に剥離及びクラックが発生し難く、偏肉が少なくて、ブツ、ザラ等の表面欠陥のない外観良好なメッキ層を要望されるメッキ鋼線として有用である。
Ｃ．請求項３により、メッキ絞り部通過直後の線材における高温で流動性が大きく偏肉の発生し易いメッキ層を、整流されている低速の副冷却空気で冷却し、そして、この副冷却空気による冷却直後の低温で流動性が低く偏肉しにくいメッキ層を、整流されている高速の主冷却空気で冷却するようにしてあるため、偏肉を抑制した効率的冷却が可能である。したがって、偏肉比が従来品と同等以上に少なくて、しかも、外観良好で、高加工性を有する高耐食性溶融メッキ鋼線を効率良く安定して量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較品の塩水噴霧テスト結果、巻付テスト結果、メッキ層硬度、合金層硬度を示しているデーター表。
【図２】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線および比較品の塩水噴霧テスト結果、巻付テスト結果、メッキ層硬度、合金層硬度を示しているデーター表。
【図３】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線および比較品の巻付テストおよび厚メッキ実績を示しているデーター表。
【図４】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線および比較品の塩水噴霧テスト結果を示しているグラフ。
【図５】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線および比較品のメッキ層硬度を示しているグラフ。
【図６】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線および比較品の合金層硬度を示しているグラフ。
【図７】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線および比較品の表面粗度を示しているグラフ。
【図８】本発明の高耐食性溶融メッキ鋼線を製造するのに採用した製造装置を例示している概略図。
【図９】側面図。
【図１０】図９の（１０）−（１０）縦断面図。
【図１１】図９の（１１）−（１１）縦断面図。
【図１２】図９の（１２）−（１２）縦断面図。
【図１３】図９の（１３）−（１３）縦断面図。
【符号の説明】
Ｌ線材
Ｌ１メッキ層
１溶融Ｚｎメッキ槽
２Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ槽
２ａメッキ浴面
３メッキ絞り部
４空冷装置
５加圧空気部
５ａ空気噴出口
５ｂ二又状左右先部
５ｃ線材通し部
６下側冷却部
６ａ入口
６ｂ乱流防止板
６ｃ整流空間部
７上側冷却部
７ａ出口
７ｂ整流空間部
７ｃ乱流防止板
８水冷装置
９シンカーローラー
１０トップローラー
ａ主冷却空気
ｂ副冷却空気

Claims

２浴法により溶融メッキされ、低速の空気流冷却の後に相対的に高速の空気流で冷却する二段階空冷のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ鋼線において、メッキ層のビッカース硬度が６０〜９０で、合金層のビッカース硬度が１００〜１４０で、メッキ層がＺｎを主成分とし、メッキ層および合金層全体における組成比が、Ｍｇ：０．０３〜０．１５％、Ａｌ：８〜１５％、Ｚｎ：残部からなり、メッキ層と合金層を合わせたメッキ厚さに関して、横断面上の最大厚さを最小厚さで除した偏肉比の平均値が２．０以下であることを特徴とする高耐食性溶融メッキ鋼線。
２浴法により溶融メッキされ、低速の空気流冷却の後に相対的に高速の空気流で冷却する二段階空冷のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ鋼線において、メッキ層のビッカース硬度が６０〜９０で、合金層のビッカース硬度が１００〜１４０で、メッキ層がＺｎを主成分とし、メッキ層および合金層全体における組成比が、Ｍｇ：０．０３〜０．１５％、Ａｌ：８〜１５％、Ｚｎ：残部からなり、メッキ表面の円周方向の表面粗度がＲａ：１．０μｍ以下で、メッキ層と合金層を合わせたメッキ厚さに関して、横断面上の最大厚さを最小厚さで除した偏肉比の平均値が２．０以下で、前記メッキ厚さが５５３〜７４０ｇ／ｍ²であることを特徴とする高耐食性溶融メッキ鋼線。
２浴法による高耐食性溶融メッキ鋼線の製造方法において、線材にＺｎを主成分とする溶融Ｚｎメッキを行なった後、組成比が、Ｍｇ：０．０３〜０．１５％、Ａｌ：８〜１５％、Ｚｎ：残部からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキを行ない、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金メッキ浴面からメッキ絞り部を経て立ち上がる複数本の線材を、加圧空気部下部の下側冷却部と加圧空気部上部の上側冷却部からなる空冷装置に通過させて、前記加圧空気部の空気噴出口から前記上側冷却部内に形成された線材ごとの各整流空間部に流入して、前記上側冷却部上端出口より流出する高速の主冷却空気と、この主冷却空気流に吸引されて前記下側冷却部下端の入口から前記下側冷却部内に形成された線材ごとの各整流空間部に流入して前記主冷却空気に合流する相対的に低速の副冷却空気とで前記空冷装置内で二段階に空冷して製造することを特徴とする高耐食性溶融メッキ鋼線の製造方法。