JPH01279738A - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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JPH01279738A
JPH01279738A JP10885188A JP10885188A JPH01279738A JP H01279738 A JPH01279738 A JP H01279738A JP 10885188 A JP10885188 A JP 10885188A JP 10885188 A JP10885188 A JP 10885188A JP H01279738 A JPH01279738 A JP H01279738A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する
ものである。詳しくは、耐パウダリング性、耐フレーキ
ング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法で
ある。
(従来の技術) 合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融めっき鋼板をめっき
後加熱して素地鋼板の鉄をめっき層中に拡散させ、鉄〜
亜鉛合金相を形成したものである。
一般の亜鉛めっき鋼板と比較して塗装耐食性や溶接に優
れていることから、自動車、家電建材分野で広く使用さ
れている(特開昭62−124266号公報、62−1
30268号公報等)。
近年、耐食性の要求がますます高まり、従来の冷延鋼板
や純亜鉛系めっき鋼板に替わり合金化溶融亜鉛めっき鋼
板が要望されている。しかも使用−部位の拡大につれて
より厳しい加工を受ける部位に適用されることになり、
プレス性等の加工性の向上が強く望まれるようになった
(発明が解決しようとする課題) しかし、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は前述したように熱
拡散処理で製造するため、鉄素地界面近傍では鉄濃度の
高いFe=Zn合金相(「相やr。
相の金属間化合物であるが、ここでは「相として総称す
る)が生成する。合金化程度の増加につれてr相厚が増
加するため、めっき密着性が劣化する。例えば、「相が
厚くなるとプレス加工時にめっき層がパウダリング状に
剥離し易くなり、製品に押し疵等が発生し、歩留まり低
下あるいは型洗浄の頻度増加等の実害が生ずる。F相生
放置を極力抑制する制御技術が望まれている。特に目付
量の増加とともにこの傾向は顕著となる。
一方、r相を低減するため合金化程度を小さくすると、
めっき層の表面ではFe濃度の比較的低いFe=Zn合
金相(ζ相)やFeが固溶したままの亜鉛相(η相)が
残存し易くなる。合金化程度の減少につれてその厚さも
増大する。この傾向は目付量の増加につれて顕著となる
このようなη相あるいはぐ相がめつき層表面に多く残存
すると、こらの合金層は比較的軟質なためプレス加工時
に型かじり生じ易く、いわゆるフレーキングとなって金
型ビード部付近に堆積しりり、型ダイスの中に落下した
りして、これもまたプレス工程での歩留まり低下や作業
性を低下させることになる。
以上に述べたプレス加工時の問題を考えると、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の理想的なめっき層構造は、鉄素地界
面からめっき層表面までFe濃度勾配がなく、均一なδ
、相から構成されていることが望ましいが、熱拡散処理
で合金化する限り極めて困難である。
目付量が小さいほどr相やζ相の生成量が減少するため
、上述の問題は比較的軽減される。しかし、最近のよう
に適用部位の拡大に伴い、より厳しい加工を受けること
から、従来よりも格段に加工性に優れた合金化溶融亜鉛
めっき鋼板が強く要望されるようになっている。日付量
を30g/n?以下に低減することで加工性をかなり改
善できるが、最近では防錆性の向上も同時に要求される
ことから、45 g/rrr以上、望ましくは50g/
m2以上の目付量が要求されている。実用途では耐食性
を目標水準に確保することがと大前提となるため、単純
に薄目付化で対処することは許されない。
以上述べたように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は優れた
特徴を有することから多用される動向にあり、また加工
条件も一層厳しい部位に適用されることから、耐パウダ
リング性、耐フレーキング性に優れた合金化溶融亜鉛め
っき鋼板を安定して製造する方法が強く望まれている。
本発明は、上述した問題点を有利にかつ確実に解決する
ために、耐パウダリング性・耐フレーキング性に優れた
δ、主体の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供
するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、A I  : 0.04〜0.12wt%、
残Zn及び不可避的不純物からなる亜鉛めっき浴でめっ
きを施し、次いで日付量制御を行なった後、合金化炉で
加熱して合金化処理を行なうに際して、目付制御完了後
合金化炉内の昇温過程で470℃以上の板温に到達する
までの時間が2.0秒以下の急速加熱を施し、合金化完
了後は冷却過程において板温度が420℃以下の温度域
まで2秒以下で急速冷却することを特徴とする合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。めっき浴内の浸漬
時間を2.5秒以下とすること、めっき浴内の浸漬時間
を2.5秒以下とし、かつ合金化最高板温度を470〜
51O℃の範囲で加熱合金化処理すること、目付量を4
5〜90g/m2とすること、合金化亜鉛めっき鋼板の
上層に哲を主体とし、残部亜鉛からなる電気めっきを施
すことは好ましい。
(作 用) 亜鉛めっき浴中のA1を0.04〜0.12wt%(浴
中の有効AI濃度で表わし、以下同じ)にする理由は、
この値より低いAI濃度であるとめっき浴中において合
金層の生成反応が増大し、めっき浴内でζ相を主体とす
るFe=Zn合金層が厚く生成し、この合金層は合金化
完了直後もめっき層表面に残存して耐フレーキング性を
劣化させる。また、合金化完了直後も更に加熱を行う場
合もしくは合金化完了後の冷却速度が小さい場合はこの
ζ相は比較的容易に固相拡散反応するため、過合金化反
応が進行し易く、結果的により鉄濃度の高い「相に変態
するため、耐パウダリング性を劣化させる。
一方、AIが0.12wt%超になると、めっき浴内に
おいてAl fi度の高い三元合金層が生成し、Fe〜
Zn合金化反応を抑制することになる。このため、合金
化炉による過熱化処理において合金化が困難となり、生
焼けと称する金属光沢状のめっき外観となるか、または
生焼けを防止するため加熱合金化温度を上げると過合金
化反応が進行し易くなり、やはり合金化完了後の冷却途
中において「相に変態し耐パウダリング性を劣化させる
ことにりなり不利である。この場合に必要な合金化加熱
板温度は540 ’C以上となるため、合金化完了後の
冷却度を大きくして過合金化反応を抑制するには、冷却
のための設備が増大し、また合金化炉の加熱能力も大き
くする必要がある。
上記浴AI濃度範囲でめっきを行なうと、浴内でAIの
選択的優先反応によりAl 1度の高いバリアー層が生
成し、Fe=Zn合金化反応を抑制するが、その抑止時
間は比較的短い。したがって、めっき浴を出てから目付
は制御を行い、次いで合金化炉で過熱を行なうまでの途
中の昇温過程においてFe=Zn合金化反応が開始する
。めっき浴を出た直後の目付制御を完了してから合金化
炉内の最高板温度に到達するまでの途中の昇温過程は4
20℃以上〜470℃以下き止較的低温度付近にあり、
このため生成する合金層の主体はぐ相であり、前述した
浴内で生成するζ相と同様の問題があり、耐フレーキン
グ性を劣化させる。
このような昇温過程での反応を抑制するには、浴内のA
I濃度を0.1ht%以上に高めることが有効であるが
、前述したようにめっき外観や耐パウダリング性などの
品質を損ねるだけでなく、経済的にも操業コストや設備
コストを増大させる。
この時間を有利に解決するため種々検討した結果、めっ
き浴を出てから合金化炉による昇温過程において、47
0 ’Cに到達するまでの加熱時間を2.0秒以下に確
保することで上述した浴A1濃度範囲においても昇温過
程でのく相を主体とする合金層生成反応が実質的に抑制
されるため、前述したようにめっき浴内で生成するζ相
を抑制する効果と同様に、耐フレーキング性や耐パウダ
リング性の劣化も無く有利に解決できることが判明した
470″Cまでの昇温時間が2秒より大きい場合は、こ
の温度域においてはぐ相を主体とするFe −Zn合金
化反応が生起し、反応速度も比較的高いため、前述した
ζ相に起因するめっき品質劣化の問題が生ずる。すなわ
ち、ζ相がめつき表層に残存すると耐フレーキング性が
劣化するし、一方このζ層を消滅させるため加熱温度を
高くしたり、加熱時間を長くすると過合金化反応により
ζ相の生成が起こり易く、耐パウダリング性を劣化させ
ることになる。
更に、合金化完了後は極力急速に冷却し過合金化反応を
抑制することが必要である。この冷却条件について検討
した結果、合金化完了後は板温度が420“Cまで冷却
するまでの所要時間を2秒以下に急冷することが肝要で
あることを見いだした。
前述の浴AI ?a度と昇温速度条件でめっきを行なっ
た場合は、めっき表面にはぐ相はかなり少なくδ1相主
体の合金層となるため、耐フレーキング性の問題は生じ
ないが、めっき表面には耐フレーキング性を劣化させな
い程度に残存する少量のζ相は冷却過程の比較的低温度
でも早い反応速度で「相に変態するため耐パウダリング
性を劣化させる問題がある。一方、反応速度は比較的遅
いがδ、相相体体この冷却過程で「相に変態するため極
力急冷し、これら「相の生成反応を抑制することが重要
である。冷却過程での「相の生成反応は、合金化完了後
420℃以下の温度域まで2秒以下で急冷することで抑
制できる。「相の生成反応は420℃以下では実質的に
起きないが、これ以上の温度の場合はかなり早い速度で
「相が生成するため、420 ’C以上の温度域で2秒
より長い時間過熱されると「相厚が増大するため、耐パ
ウダリング性が劣化する問題がある。
なお、合金化完了時点における板温度は一般には合金化
炉内において最高板温度に到達する時点とほぼ同一時点
にある。しかし、必ずしもその必要はなく、例えば最高
板温度に加熱されてからその後の比較的緩慢に冷却され
る途中で、例えば調整冷却炉や板の保有熱などにより合
金化を完了する場合は、その合金化完了時点の温度域か
ら420℃の板温度までの冷却時間を2秒以下とすれば
よい。このように合金化完了時点が冷却途中にある場合
は、全めっき層の中で80%以上を470〜510℃の
比較的高い温度域で合金化反応を進めておくことが望ま
しい。その理由は、めっき層の20%以上が合金化され
ないままで、470℃以下の温度域で加熱により合金化
を完了すると、前述したようにめっき表面にζ相が多(
残存し易くなり耐フレーキング性の劣化が生ずるからで
ある。
次に浸漬時間の作用について言及する。浴内の合金化反
応は前述のA1濃度範囲で充分抑制できるが、更に望ま
しくは浴内の浸漬時間を2.5秒以下とすることが有利
である。ここでいう浸漬時間とは、ストリップがめつき
浴内に浸漬してからめっき浴を出てガスワイピング法な
どにより目付は制御が完了するまでの時間を言う。浸漬
時間が2.5秒より長くなると、前述のAI濃度範囲に
おいては鋼種や溶融めっきラインにおける熱処理条件や
雰囲気組成の変動などによって浴内でのAIの反応性が
異なるため、充分なAIバリアー層が形成されないこと
があり、Fe=Zn合金化反応が浴内で進行し、有効に
ζ相の生成を抑制できなくなる。したがって、これらの
実操業における変動を考慮すると、浸漬時間を2.5秒
以下とすることが望ましい。
浸漬時間の設定は、調帯がスナウトを経由してめっき浴
内に侵入してから目付制御位置までの長さを調整したり
、銅帯の通板速度を調整することが可能である。
一方、合金化熱処理炉で過熱する場合に、最高板温度を
470℃以上かつ510℃以下の温度範囲で合金化する
ことが望ましい。470℃より低いと素地から溶出する
Feの反応速度に対して亜鉛中のFeの拡散速度が比較
的大きいためFe1度の低い合金層が生成することにな
り、ζ相の厚さ増大し合金化完了後も残存するため、耐
フレーキング性を劣化させることになるため望ましくな
い。一方、合金化板温度が510℃より高べなると、素
地鉄の溶出速度が増大するためδ1相が生成し易くなる
ため前記問題は無いが、合金化完了後の冷却過程でも温
度が高いため、めっき表面に残存する少量のぐ相はもち
ろん、δ1相も「相への変態反応が比較的早い速度で進
行するため、耐パウダリング性が著しく劣化する問題が
ある。特にこの傾向は目付量の増加とともに顕著となり
、良好な品質を確保することが困難となる。この問題を
解決するには冷却速度を早くすることが考えられるが、
水冷却法などの簡易な方法では効果がないことから冷却
速度を確保するための特殊な設備が必要となり、設備コ
ストが増大する難点があり好ましくない。
以上述べたように、合金化熱処理炉としては、めっき後
昇温過程の象、速加熱、合金化完了後の急速冷却、それ
に板温の最適温度範囲の制御が重要である。この合金化
熱処理炉の熱源としては、ガス燃焼加熱、電気抵抗加熱
、赤外線加熱、高周波加熱などの方法を採用することが
できる。また、通板速度が変化する場合は、熱源を通板
方向に多段に配置することでそれらのオン・オフを適切
に行い、通板速度に応じて過熱帯や冷却帯の有効長さが
調整できることが望ましい。
本発明は目付量に因らず適用可能である。目付量が少な
くても(通常45 g/rrr以下)本発明の適用によ
り「相やく相の少ないδ、相主体のめっき層構造にでき
ることから、より過酷な成形加工を受ける用途や部品へ
当合金化溶融亜鉛めっき鋼板を適用しても、耐フレーキ
ング性や耐パウダリング性を確実に防止できる利点があ
る。しかし、本発明を適用することで最も有利性を発揮
できるのは目付量45g/n(以上、とりわけ50g/
m2以上の厚めつきの合金化溶融亜鉛めっき網板の場合
である。加熱拡散法で合金化する場合は素地からめっき
表面へFeの濃度分布は次第に低下するため素地側では
F相が、めっき表面側ではぐ相が厚く成長し易くなる。
したがって、本発明の適用によりδ、相相体体合金相に
制御することは耐)iラダリング性と耐フレーキング性
を確実に防止できる利点がある。
本発明は合金化溶融亜鉛めっき鋼板に適用するものであ
るが、両面めっきまたは片面めっきのいずれにも適用で
きる。また少なくとも片面に合金化溶融亜鉛めっき層を
有するものであれば特に限定されるものではない。例え
ば、表裏差厚めつき鋼板(例えば、片面の目付130g
/m、他面は60g/m2の合金化溶融亜鉛めっき鋼板
)や片面合金化溶融亜鉛めっき鋼板(片面は目付量30
g/%の合金化処理めっき層で、他面は100g/m2
合金化処理をしていない通常の溶融亜鉛めっき層)など
に有利に適用できる。
更に、このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板の上層に、
例えばカチオン電着塗装性を向上させるため、鉄60%
以上で残部が亜鉛、または当該合金にNi 、Co、C
r、Mn  :Si 、P、、Cu。
B等の1種または2種以上を含有させた合金層を目付量
=2〜5g/n(の範囲で電気めっき法により付与する
ことで耐パウダリング性・耐フレーキング性を有するカ
チオン電着性に優れためっき鋼板を得ることができる。
(実施例) 次に本発明の実施例を比較例とともに表1に示す。
注1:溶融亜鉛めっきは連続めっきラインで打法2:め
っき浴中AI濃度は有効A14度で、全Al fi度か
ら浴中Fe濃度を差し引いたものである。
注3:浸漬時間は、銅帯がスナウト部で浴内に浸入して
からめっき浴を出てガスワンピングによる目付量制御を
完了するまでの通過時間を示す。銅帯の通板速度は約 60〜120m/分であるが、ジンクロールの位置を可
変型として浸漬長さを調整することで浸漬時間を設定し
た。
注4=めっき区分 ASE:表裏等厚めっきの合金化溶融亜鉛めっき鋼板を
示す。
ASD二表裏差厚めつきの合金化合金化溶融亜鉛めっき
鋼板である。片 面の目付量は30〜40g/n? で、他面の日付量を表1に示す LGD :表裏差厚めつき鋼板で、片面は目付量90/
110g/ボの非 合金化めっき(純亜鉛層)面で、 他面は合金化処理めっき面で目 付量を表1に示す。
注5:昇温時間は、めっき浴面上の目付制御位置から合
金化炉で板温か470℃に到達する位置までの距離を通
板速度で割って算出した時間を示す。合金化はガス燃焼
過熱型のものである。バーナーを数段に配置し、通板速
度に応じて燃焼をオン/オフすることで昇温度速度を調
整した。
注6=最高温度は合金化炉出側付近で板温か最も高くな
る温度を示す。
注7:冷却時間は金属光沢が消失した合金化完了位置か
ら冷却されて板温か470℃になる位置までの距離を通
板速度で割って算出した時間である。なお、冷却は空冷
または気水冷却法を採用し、表に示す冷却時間を調節し
た。
注8:上層めっきのめっき組成は20%Znで残部はF
eであり、上述したような条件で合金化溶融亜鉛めっき
鋼板を製造した後、めっきラインの出側に設置された電
気めっきセルを利用して所定目付量を伸子のビニルテー
プを貼り、IT密着曲げ加工を施し、再度曲げ部を開い
てテープを剥し、テープに黒く付着しためっき層の黒化
度を目視により相対評価した。
」丑= (良) 〇−△−× (劣) (○は実用上問題がないと判定) 注10:耐フレーキング性は角ビード部引張り試験法で
評価した。試験片の寸法は17WX450Lで、前処理
としてアセトン脱脂後、防錆油(ノックスラスト530 (日本バーカーライジング(株)製)を約1 g/n(
塗布したものを試験に供した。
一方、ビード経常は突き出し高さH:6胴、幅D:6m
mで肩部半径は2Rである。
角と一ドの基本形状を第1図に示す。なお、試験片は、
ビードの押え荷重100〜300kgfの範囲で数段階
の荷重でテストし、引張り速度500mm/分で連続的
に300皿はど長手方向に引っ張った後、ビードに接し
た両側をテープテストし、その黒化度から耐フレーキン
グ性を判定した。
耐フレーキング性の評価は、押え荷重 の高い領域までめっき!11離の生じないものを良好と
し、低荷重においても容易に剥離するものを低ランクに
評価した。
(良) O−Δ−Y (劣) (○は実用上問題がないと判定) (発明の効果) 本発明を適用することにより、合金化溶融亜鉛めっきM
Fiの耐パウダリング性・耐フレーキング性が確実に向
上し、自動車・家電・建材分野でプレス加工など過酷な
成形を受ける用途に好適なものとなる。また、本発明の
適用により高品質・高性能な合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を比較的容易にかつ安価に製造でき、優れた効果を有利
にかつ確実に発揮できる。このように、本発明により製
造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の性能向上効果は顕
著であり、今後更に拡大するニーズに的確pこ応えられ
ることから、工業的価値は極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は耐フレーキング性の評価試験方法を示す図であ
る。 1・・・ポンチ、2・・・ダイス、3・・・試験片。 代理人 弁理士  秋 沢 政 光 信1名 7i1図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Al:0.04〜0.12wt%、残Zn及び不
    可避的不純物からなる亜鉛めっき浴でめっきを施し、次
    いで目付量制御を行なった後、合金化炉で加熱して合金
    化処理を行なうに際して、目付制御完了後合金化炉内の
    昇温過程で470℃以上の板温に到達するまでの時間が
    2.0秒以下の急速加熱を施し、合金化完了後は冷却過
    程において板温度が420℃以下の温度域まで2秒以下
    で急速冷却することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき
    鋼板の製造方法。
  2. (2)めっき浴内の浸漬時間を2.5秒以下とする請求
    項1記載の方法。
  3. (3)めっき浴内の浸漬時間を2.5秒以下とし、かつ
    合金化最高板温度を470〜510℃の範囲で加熱合金
    化処理する請求項1記載の方法。
  4. (4)目付量を45〜90g/m^2とする請求項1〜
    3のいずれかの項記載の方法。
  5. (5)合金化亜鉛めっき鋼板の上層に鉄を主体とし、残
    部亜鉛からなる電気めっきを施す請求項1〜3のいずれ
    かの項記載の方法。
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