JPH05271908A

JPH05271908A - 複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05271908A
Application number: JP10044392A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fukui; 康福居; Hiroshi Tanaka; 宏田中; Minoru Saito; 実斎藤
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-10-19

Abstract

(57)【要約】【目的】耐食性及び加工性に優れた複層めっき鋼板を
得る。【構成】下地鋼Ｓの表面に第１層Ｌ₁ にＺｎ層，第２
層Ｌ₂ にＴｉ層を積層させた複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板
である。このめっき鋼板は、フード付のＺｎ蒸着装置及
び電子ビームＴｉ蒸着装置が配列された同一真空室内に
めっき原板を走行させることにより連続的に製造され
る。【効果】表層にあるＴｉ層によって耐食性は飛躍的に
向上する。Ｚｎ層及びＴｉ層の延性がよいためプレス成
形加工時のめっき層の剥離が少なくなり、成形が容易に
なる。また、連続法のため、複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板
を低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性に優れた複層Ｚ
ｎ−Ｔｉめっき鋼板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板の耐食性を向上させる手段として、
Ｚｎめっきが従来から採用されている。Ｚｎめっき方法
としては、電気めっき及び溶融めっきが主流であった。
近年では、従来のＺｎめっきよりも優れた耐食性を呈す
るＺｎめっきが望まれている。この要望に応えるため、
溶融Ｚｎめっきにおいては厚目付けでＺｎめっき層を形
成している。また、Ｚｎ−Ａｌ等のＺｎ合金めっきを施
すことも行われている。他方、電気Ｚｎめっきでは、Ｚ
ｎ−Ｎｉ合金めっき鋼板等が製造されている。

【０００３】Ｚｎめっき鋼板の耐食性は、Ｚｎめっき層
を厚く形成することによって向上する。しかし、Ｚｎめ
っき層の厚みを大きくすることには製造上の限界があ
り、必然的に耐食性にも限界がある。たとえば、電気め
っき法で厚いＺｎめっき層を形成するためには、めっき
セル数を多くするか或いは低いライン速度でめっき原板
を通板することが必要になり、製造コストが大幅に高く
なる。また、めっき層を厚くすることによって、プレス
成形時におけるかじり，フレーキング等の欠陥も発生し
易くなる。

【０００４】耐食性を高めるため電気めっき法によって
Ｚｎ−Ｎｉ等のＺｎ合金めっきを施すとき、硬く脆いめ
っき層が形成され易い。このめっき層は、プレス成形加
工時に剥離等の欠陥を発生し、めっき層の欠陥部を起点
とする下地鋼の腐食が進行する原因となる。また、めっ
き層の剥離が発生すると、点状の押し疵、すなわちピン
プル欠陥がプレス成形品に発生する。また、剥離粉が金
型に堆積すると、金型への鋼板の流入抵抗が増加し、鋼
板の破断に至る場合もある。

【０００５】他方、溶融めっき法によってＺｎ−Ａｌ等
の合金めっきを施すとき、下地鋼とめっき層との界面に
合金層が形成される。この合金層も硬く脆いため、プレ
ス成形加工時にめっき層に剥離が生じる原因となる。そ
の結果、剥離部の耐食性低下，プレス成形不良等の問題
が同様に生じる。

【０００６】そこで最近では、耐食性に優れたＺｎ−Ｔ
ｉ合金めっき層を蒸着めっきにより施すことが試みられ
ている。たとえば、特開昭６４−４２５７１号公報で
は、Ｔｉ相を含まないＺｎーＴｉ系金属間化合物からな
る合金めっき層を真空蒸着によって鋼板表面に形成する
ことが紹介されている。Ｚｎ−Ｔｉ系の合金めっき層
は、めっき層自体の耐食性がＴｉ添加によって改善さ
れ、耐穴あき性に優れためっき鋼板が得られる。また、
特開平３−１５３８６３号公報では、最表層部のＴｉ含
有量を１０重量％未満に抑えることにより、めっき鋼板
の燐酸塩処理性を改善している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これまで提案されてい
るＺｎ−Ｔｉ合金めっきは、何れもＺｎ及びＴｉが相互
に合金化しためっき層を形成する。合金化したＺｎ−Ｔ
ｉめっき層は、従来のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層に比較し
て硬質である。そのため、めっきされた鋼板に高加工率
で深絞り等の加工を行うとき、Ｚｎ−Ｔｉ合金めっき層
に亀裂，欠け，剥離等の欠陥が依然として生じ易い。そ
の結果、欠陥発生部を介して下地鋼が雰囲気に晒され、
腐食が進行する原因となる。

【０００８】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、Ｚｎ及びＴｉを合金化させること
なくそれぞれの層とすることにより、機械加工性及び耐
食性の双方に優れためっき鋼板を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の複層Ｚｎ−Ｔｉ
めっき鋼板は、その目的を達成するため、下地鋼の表面
にＺｎ層及びＴｉ層が順次積層されていることを特徴と
する。表層部となるＴｉ層は、膜厚０．０１μｍ以上で
形成することが好ましい。

【００１０】この複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板は、先端部
が鋼帯表面に近接し且つ幅が鋼帯の幅以上であるＺｎ蒸
気案内用のフードを設けた蒸発装置で蒸発させたＺｎ蒸
気を前記鋼帯表面に蒸着させ、次いで同一真空室内に配
置した電子ビーム蒸着装置によりＴｉの蒸着を行うこと
により連続的に製造される。また、Ｔｉ蒸着後の鋼帯を
温度３７０℃以下に維持することにより、下地鋼〜Ｚｎ
層及びＺｎ層〜Ｔｉ層間の合金化反応が抑制される。

【００１１】本発明の複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板は、図
１に示すように、下地鋼Ｓの上に第１層Ｌ₁ としてＺｎ
層を形成し、第１層Ｌ₁ の上に第２層Ｌ₂ としてＴｉ層
を形成したものである。第２層Ｌ₂ の厚さは、耐食性向
上の上から０．０１μｍ以上とすることが好ましい。

【００１２】Ｔｉ層の形成は、通常の水溶液を用いる電
気めっき法では熱力学的に不可能であり、融点が高いた
めに溶融めっき法でも不可能である。しかし、蒸着めっ
き法によるとき、Ｔｉ層を鋼板表面に形成することがで
きる。なかでも、真空雰囲気において電子ビーム加熱で
Ｔｉを蒸発させ、鋼板表面に蒸着させる方法が最も生産
性に優れている。また、この方法によるとき、比較的安
価にＴｉ層を形成できる。

【００１３】本発明においては、Ｔｉ層を形成できる真
空蒸着装置をＺｎ層の形成にも兼用する。これにより、
Ｚｎ層及びＴｉ層の形成を同一真空雰囲気で連続的に行
うことができ、耐食性に優れた複層めっき鋼板が効率的
に安価に生産される。

【００１４】Ｚｎ蒸着には、先端部が鋼板に近接し且つ
鋼帯より広幅のＺｎ蒸気案内用のフードが使用される。
Ｚｎ蒸発装置で蒸発させたＺｎ蒸気は、案内用フードを
経てフード先端部から鋼帯に蒸着される。そのため、被
めっき原板の表面以外に流出するＺｎ蒸気がなく、蒸発
したＺｎ蒸気をめっきに効率よく使用することができる
ことは勿論、Ｚｎ蒸気による駆動系の故障，電気絶縁不
良等のトラブル発生も抑制される。

【００１５】案内用フードは、めっき原板よりも広幅に
なっているので、めっき原板表面における幅方向厚さ分
布に優れためっき層が形成される。しかし、めっき原板
の両側からＺｎ蒸気が漏れる虞れがある。洩れ出たＺｎ
蒸気を飛散させないため、両面めっきの場合にはフード
を対向させてそれらの側面を封鎖する。また、片面めっ
きの場合には、フードの終端で鋼板の裏側も取囲むよう
にする。Ｚｎ蒸気がフード内に付着・堆積することは、
フードをＺｎ蒸発温度以上に加熱することにより防止で
きる。

【００１６】

【作用】第２層のＴｉ層によって、めっき層全体の耐食
性が高まる。第１層のＺｎ層及び第２層のＴｉ層は、共
に純金属で延性に富む。そのため、プレス成形等の加工
の際にめっき層が剥離することが少なくなる。すなわ
ち、耐食性及び加工性の高いめっき鋼板とすることがで
きる。

【００１７】また、Ｚｎ層及びＴｉ層の被覆を蒸着法で
行うことにより、同一真空中で連続して被覆ができるた
め、生産性が非常に高くなり、安価なめっき鋼板が得ら
れる。しかも、フード付きのＺｎ蒸発装置を使用するこ
とにより、Ｚｎ蒸気が効率良くめっき層に変換され、Ｚ
ｎ蒸気による装置の故障もなくなる。また、Ｔｉ蒸着を
熱効率のよい電子ビーム加熱法で行うとき、安価に且つ
生産性よくＴｉ層を形成できる。

【００１８】

【実施例】本実施例においては、表１に示す組成を持
ち、板厚０．５ｍｍ，板幅１００ｍｍの鋼板をめっき原
板として使用した。めっき原板に脱脂及び酸洗を施した
後、図２に示した蒸着めっき装置を使用して複層Ｚｎ−
Ｔｉめっき層を形成した。

【００１９】

【表１】

【００２０】めっき原板１０は、図２に示すようにペイ
オフリール１１から巻き戻され、デフレクタロール１
２，１４で案内されて、真空室２０に導入される。真空
室２０内で更にデフレクタロール１４，１５で案内さ
れ、真空室２０から送り出された後、巻取りリール１６
に巻き取られる。

【００２１】真空室２０の入側及び出側には、複数のロ
ールで構成された入側真空シール２１及び出側真空シー
ル２２がそれぞれ設けられている。入側真空シール２１
と出側真空シール２２との間の真空室２０は、めっき原
板１０が通過するスリットを備えた隔壁２３によって前
処理ゾーン２４及びめっきゾーン２５に区分されてい
る。前処理ゾーン２４及びめっきゾーン２５は、それぞ
れ真空ポンプ２６及び２７によって１×１０^-3Ｐａ程度
の真空度に減圧されている。

【００２２】前処理ゾーン２４には、めっき原板１０の
走行方向に沿って高周波加熱装置３１及びイオンビーム
エッチング装置３２が配列されている。前処理ゾーン２
４に送り込まれためっき原板１０は、高周波加熱装置３
１によって所定の温度に昇温された後、イオンビームエ
ッチング装置３２から出射されたイオンビーム３３に晒
される。これにより、めっき原板１０の表面は、めっき
金属に対して活性な状態に調質される。イオンビームエ
ッチングは、表２に示す条件で行った。なお、イオンビ
ームの原料ガスＡｒをイオンビームエッチング装置３２
に導入するため、真空室２０の内部は０．０５Ｐａ程度
の真空度に低下した。

【００２３】

【表２】

【００２４】めっきゾーン２５には、めっき原板１０の
走行方向に沿ってＺｎ蒸着装置４０及びＴｉ蒸着装置５
０が配列されている。図２の例では、Ｚｎ蒸着装置４０
を、高周波加熱装置３１及びイオンビームエッチング装
置３２と共に縦方向にして真空室２０内に配列し、側方
にＴｉ蒸着装置５０を設けている。しかし、配置形態
は、これに拘束されるものではなく、蒸着めっき装置が
据え付けられるスペースや真空室２０の内部形状等を考
慮して適宜定められる。

【００２５】Ｚｎ蒸着装置４０は、Ｚｎ源４１から蒸発
したＺｎ蒸気をめっき原板１０の表面に向けて流す案内
用フード４２を備えている。案内用フード４２は、めっ
き原板１０よりも広幅の開口部４３をもっており、開口
部４３にめっき原板１０が通過するスリット４４が形成
されている。更に、片面めっきを行う図２のラインで
は、案内用フード４２の終端部４５をめっき原板１０の
背面側に回り込ませ、案内用フード４２の内部から漏れ
出るＺｎ蒸気の量を抑えている。

【００２６】Ｚｎ蒸気は、めっき原板１０の表面に蒸着
し、Ｚｎ層を形成する。Ｚｎ蒸着後のめっき原板１０
は、Ｔｉ蒸着装置５０に送り込まれる。Ｔｉ蒸着装置５
０では、電子銃５１から出射された電子ビーム５２をル
ツボに収容されているＴｉ源５３に照射する。これによ
り、Ｔｉ源５３が加熱され、Ｔｉ蒸気が発生する。Ｔｉ
蒸気は、めっき原板１０の表面に蒸着しＴｉ層を形成す
る。このとき、鋼板とＺｎ蒸着層との間及びＺｎ蒸着層
とＴｉ蒸着層との間で合金化反応が生じないように、Ｔ
ｉ蒸着後のめっき原板１０を３７０℃以下の温度に保持
することが有効である。Ｚｎ蒸着及びＴｉ蒸着は、表３
に示す条件下で行った。

【００２７】

【表３】

【００２８】蒸着したＴｉ層の膜厚は、図３に示すよう
に耐食性向上に影響していた。なお、耐食性は、ＪＩＳ
Ｚ２３７１に準拠した塩水噴霧試験を行い、表面に発
生した赤錆が面積率で５％に達するまでの時間で評価し
た。図３から明らかなように、Ｔｉ層の膜厚が０．０１
μｍ以上になると、耐食性の向上がみられる。耐食性
は、Ｔｉ層の膜厚が増加するに従って良好になってい
る。そして、膜厚１μｍのＴｉ層が形成されためっき鋼
板では、通常のＺｎめっき鋼板に比較して５．５倍の耐
食性が示された。しかし、膜厚０．０１μｍ未満のＴｉ
層では効果はなく、通常のＺｎめっき鋼板の耐食性と同
等の耐食性であった。

【００２９】プレス成形加工時のめっき層の剥離を評価
するため、めっきした面を高さ４ｍｍで０．５Ｒのビー
ド側に向け、加圧力５００ｋｇｆ，引抜き速度２００ｍ
ｍ／分で試験片を引き抜くドロービード試験を行い、試
験後に剥離しためっき層の量を調べた。その結果を表４
に示す。なお、表４においては、Ｎｉ１２重量％を含有
するＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を厚み３μｍで形成しため
っき鋼板を比較例とした。

【００３０】本発明に従った複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板
は、電気めっきで形成したＺｎ−Ｔｉ合金めっき鋼板に
比較し１／１０以下のめっき剥離量であり、非常に剥離
し難いことがわかる。これは、各めっき層が延性に富む
純Ｚｎ及び純Ｔｉで形成されているためである。

【００３１】

【表４】

【００３２】本実施例においては、案内用フード４２を
備えたＺｎ蒸発装置４０を使用しているため、Ｚｎ蒸気
の付着に起因した駆動系，電気系等のトラブル発生が皆
無であった。それに加えて、電子ビームによって効率的
にＴｉ蒸着を行えることによる電子銃への負荷の低減が
あるため、４８０時間以上の連続運転をすることができ
た。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、第１層のＺｎ層の上に第２層としてＴｉ層を積層さ
せ、複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板としている。この層構成
によって耐食性及び加工性が大幅に改善される。しか
も、連続的に蒸着Ｚｎ層及び蒸着Ｔｉ層が形成されるた
め、効率よく安定に低コストで複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼
板が製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板の断面

【図２】複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板の製造装置の概略

【図３】複層Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板のＴｉ膜厚と耐食
性の関係を示す図Ｓ下地鋼Ｌ₁ 第１層（Ｚｎ層）Ｌ₂ 第２層
（Ｔｉ層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地鋼の表面にＺｎ層及びＴｉ層が順
次積層されていることを特徴とする複層Ｚｎ−Ｔｉめっ
き鋼板。
【請求項２】請求項１記載のＴｉ層は、膜厚０．０１
μｍ以上であることを特徴とする複層Ｚｎ−Ｔｉめっき
鋼板。
【請求項３】先端部が鋼帯表面に近接し且つ幅が鋼帯
の幅以上であるＺｎ蒸気案内用のフードを設けた蒸発装
置で蒸発させたＺｎ蒸気を前記鋼帯表面に蒸着させ、次
いで同一真空室内に配置した電子ビーム蒸着装置により
Ｔｉの蒸着を行うことを特徴とする複層Ｚｎ−Ｔｉめっ
き鋼板の連続製造方法。
【請求項４】請求項３記載のＴｉ蒸着した後の鋼帯を
３７０℃以下の温度に保持することを特徴とする複層Ｚ
ｎ−Ｔｉめっき鋼板の連続製造方法。