JP5850005B2 - 溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼板を酸洗後、冷間タンデム圧延機にて所定の板厚まで圧延し、さらに表面を溶融亜鉛系めっきする溶融亜鉛系めっき鋼板の製造の際に表面にできる模様の調整方法に関する。

一般に、溶融亜鉛系めっき鋼板の表面には、溶融亜鉛層が凝固する際に、その凝固核を中心に亜鉛（もしくは亜鉛合金）が溶融状態のまま樹枝状に結晶する結果、いわゆるスパングルと称される華紋状の模様が発生する。
近年、めっき条件や母板条件を調整することにより、スパングルの大きさを極小さなものとするか、あるいは完全に無くすことも出来るようになっている。一方で、スパングルの独特の模様を外観上の特徴として、意識的に残した鋼板も製造されている。
スパングルの大きさは当然厳密に一定となるものではなく、数ｍｍから数十ｍｍの範囲でばらつきがある。それぞれの大きさのスパングルがランダムに散在している場合は外観上問題にならないが、スポット状あるいは幅方向、長手方向の線上に大きさの分布が異なる部分が存在する場合は、スパングルのばらつきが視認されるため、いわゆるスパングルムラとよばれる不良となる。

スパングルの大きさを調整する方法として、特許文献1に、「十点平均粗さ（Ｒ_ｚ）が１〜５μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１〜１．５μｍである冷延鋼板に溶融亜鉛めっきを施して得られる、外観性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板」が記載されている。確かに、この方法によると、スパングルの大きさを調整することができる。しかしこの方法で製造した場合、スパングルムラが見られることがある。例えば、アルミニウム-亜鉛-ケイ素を含む溶融亜鉛めっき鋼板であるガルバニウム鋼板を製造すると、スパングルの大きさが局所的かつ連続的に周辺部と異なる異常が見られ、充分均質なスパングル表面が得られずスパングルムラが見られることがある。

スパングルムラをなくす製造方法として、特許文献２に記載のように鋼中成分および熱延工程でのデスケーリングを調整する方法、特許文献３に記載のようにめっき浴温度および鋼板温度を調整する方法、特許文献４に記載のようにスパングル自体を無くすために酸洗やブラスト処理によりめっき用の原板に凹凸を付ける方法が知られている。
しかし、これらの製造方法でもスパングルムラが発生することがあった。特許文献２には鋼板表面の凹凸がスパングルムラの原因になることが示唆されているが、十分な対策が無いと記述されており、スパングルムラを防止できていなかった。特許文献４では酸洗やブラスト処理を行うことによりめっき用原板の表面に凹凸を付けることで溶融亜鉛が凝固する際の結晶核生成サイトとして機能させ、亜鉛結晶を微細化することにより、スパングル模様を抑えて均一な表面外観を得ることが記述されているが、やはり、完全にスパングルムラを無くすことはできなかった。

特開平１１-１５８５９７号公報 特開２００９-２４１０９０号公報 特開２００６-１８３０８０号公報 特開２００８-６９４３７号公報

本発明者等は上記背景技術を検討し、ある分布を持った大きさのスパングルをランダムに発生させれば、スパングルムラとして知覚される外観ムラを安定してなくすことができることを知見し本発明をなした。

本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、冷間タンデム圧延において最終スタンドに供給する鋼板表面を特定範囲の粗面として、最終スタンドをダルロールとし、特定の圧延荷重として冷間ダルロール圧延すれば、特定の分布を持った大きさのスパングルをランダムに発生させることができ、結果として外観ムラを安定して無くすことができることがわかった。

すなわち、本発明は、以下を提供する。
（１）鋼板表面の凹凸の大きさの分布が十点平均粗さ（Ｒｚjis）が１〜５μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１〜１．５μｍである冷延鋼板を、冷間タンデム圧延の最終スタンドに供給し、前記最終スタンドは、圧延荷重を０ｋＮ/ｍｍ超〜４．０ｋＮ/ｍｍ以下でダルロールで圧延する、溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法。
（２）前記溶融亜鉛系めっき鋼板がアルミニウム、亜鉛、珪素を含む合金亜鉛めっき鋼板である（１）に記載の溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法。
（３）前記最終スタンドに用いるダルロールの中心線平均粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以上である（１）または（２）に記載の溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法。

本発明によれば、特別な装置や工程が必要なく簡易な製造方法で、表面のスパングルムラのない溶融亜鉛系めっき鋼板が提供される。

５スタンドからなるタンデムミルで冷間圧延する際のロールの配置例を示す模式図である。鋼帯１の進行方向および圧延後の最終冷延板２が矢印で示される。 図２Ａは、スパングルムラが発生した場合の原板サンプルの圧延方向と圧延方向線上に発生した凸部の様子を示す模式図である。図２Ｂは、スパングルムラが発生しない場合の原板サンプルの圧延方向と表面状態とを示す模式図である。１目盛りは、５０μｍ（平面）、２．５μｍ（厚さ）である。 図３Ａは、ダルロールによる鋼板の圧延状態を示す断面模式図である。図３Ｂは、図３Ａの一部拡大図であり、圧延方向の線上に形成される凸部と、ダルロール粗さプロファイルによって形成される鋼板断面の粗面を説明する断面模式図である。 比較例の圧延加重、圧下率とスパングルムラとの関係を示すグラフである。 実施例の圧延加重、圧下率とスパングルムラとの関係を示すグラフである。 比較例の圧縮加重、圧下率とスパングルムラとの関係を示すグラフである。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の溶融亜鉛系めっき用鋼板は、低炭素鋼スラブを熱間圧延した後、酸洗し、さらに冷間圧延して製造される。製造された溶融亜鉛系めっき用鋼板は、焼鈍、溶融亜鉛系めっき、必要な場合は加熱合金化処理をされて、合金化溶融亜鉛系めっき鋼板を得る。
酸洗条件は、従来から行われている方法で実施できる、例えば、５０℃以上の塩酸中に鋼板を浸漬する。

＜冷間圧延工程＞
本発明の溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法は冷間圧延工程に特徴を有する。
冷間圧延には、図１に例示するような複数スタンドからなるタンデム・ミルを使用する。図１の装置例は、４段式の圧延スタンドを全部で５スタンド直列に配置したもので、第１スタンドに高粗度のワーク・ロール３を、第２〜４スタンドにブライト・ワーク・ロール４を、最終スタンドにダル加工ワーク・ロール５を配置している。鋼帯１の進行方向および圧延後の最終冷延板２が矢印で示される。

しかしながら、本発明では、圧延機の段数スタンド数は図１の例に限られるものではない。最終スタンドに配置するロールはダル加工ワークロールであり、ロールの表面粗度が２．０μｍ以上３．０μｍ以下とするのが好ましい。この理由は、この範囲であれば本発明の圧延荷重範囲で所定の表面状態を作り込むことが容易となり、冷間圧延後に行う溶融亜鉛系めっき処理でのスパングルムラを抑えることができるからである。原板粗さの影響を最小限にするため、前段側で高粗度のロールを使用することが好ましく、第１スタンドに高粗度のワーク・ロール３を用いたが、これに限ることはなく、高粗度のワーク・ロール３は、最終スタンドから３番目までに少なくとも１ケ所配置すればよい。ただし、第１スタンドへの適用を規準として、後段側にスタンド数を増やしていくことが好ましい。

なお、本発明では、高粗度のロール３の種類は、ショット・ダル加工ロールでもスクラッチ・ダル加工ロールのいずれでも良い。これは、冷延後の鋼板表面に適切なメタル・フローを付与するには、該ロールの表面粗度が大きいことのみが必要十分条件だからである。ただし所定の圧下率を付与するためにスクラッチ・ダル加工ロールであることが好ましい。それ以外のスタンドで使用するブライトロールのＲａは、０．５μｍ以下、さらには０．３μｍ以下が好ましい。０．５μｍを超えて大きいと、最終スタンドでの粗さ制御が困難となり効果が得られないからである。
タンデム・ミルを用い、本発明に係る製造方法では、どのように冷延鋼板を製造するかを、図１に示した５スタンドのタンデム・ミルでの例で、以下に説明する。

まず、最初の第１スタンドにロール表面のＲａが１μｍと高い円筒研磨・ダル加工・ロール３を配置して、熱延原板１を圧延し、該原板表面のＲａを１．５μｍ程度とする。その原板１を、引き続き、第２〜４スタンドでＲａが０．３μｍのブライト・ロール４を用いて圧延し、母板の表面粗さの影響を除いた平滑な表面にする。

最終スタンドに供給する鋼板表面の凹凸の大きさの分布は、十点平均粗さ（Ｒｚ_jis）が１〜３μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１０〜０．４μｍである。ここで十点平均粗さ、中心線平均粗さとも接触式表面粗さ計で測定した値である。測定条件は、カットオフ０．８ｍｍ、測定長４ｍｍであり、鋼板巾方向に１０個測定した場合の平均値である。

そして、第５スタンドで、ダル仕上げロール５で最終調整を行い、所望の溶融亜鉛系めっき用の冷延原板２を得る。このとき本発明の方法では、最終スタンドのダルロールで圧延荷重を０ｋＮ/ｍｍ超〜４．０ｋＮ/ｍｍ以下で圧延して溶融亜鉛系めっき用鋼板を得る。

＜冷間圧延後の工程＞
焼鈍は、冷延による延伸組織が十分に再結晶する条件であればよく、例えば７５０℃以上８５０℃以下の均熱温度で３０秒以上１５０秒以内で加熱する。好ましくは、８００℃で１２０秒、等の工程が挙げられる。
焼鈍後は、溶融亜鉛系めっき、加熱合金化処理を行う。溶融亜鉛系めっきの成分は特に限定されず公知の亜鉛、または亜鉛系合金めっき（以下亜鉛めっきを含めて亜鉛系めっきという）をすることができる。亜鉛系めっき鋼板とは、例えば、亜鉛めっき鋼板、亜鉛−ニッケルめっき鋼板、亜鉛−鉄めっき鋼板、亜鉛−クロムめっき鋼板、亜鉛−アルミニウムめっき鋼板、亜鉛−アルミニウム−ケイ素めっき鋼板、亜鉛−チタンめっき鋼板、亜鉛−マグネシウムめっき鋼板、亜鉛−マンガンめっき鋼板等の溶融めっき鋼板であり、亜鉛を含む溶融めっきが施された鋼板であれば特に制限されない。
亜鉛系めっき浴の温度は４４０℃〜５００℃で、鋼板をめっき浴に浸漬して引き上げる。特に、本発明はめっき金属として、アルミニウム（Ａｌ）５５質量％＋亜鉛（Ｚｎ）４３．４質量％＋珪素（Ｓｉ）１．６質量％の合金を用いて溶融めっきし、ガルバリウム鋼板を製造する場合に本発明の溶融亜鉛系めっき用鋼板を用いるとスパングルムラを防止する効果が最も顕著となるので好ましい。本発明の溶融亜鉛系めっき用鋼板が特にガルバリウム鋼板を製造する場合に、特にスパングルムラがみられない理由は、不明であるが、表面粗さプロフィールにおける、特に凸部の形態・分布が影響していると考えられる。Ａｌはめっき層表面に強固な不動態皮膜を形成して、めっき層の耐食性を上げる。
溶融亜鉛系めっき後、ワイピングでめっき付着量が３５〜５０ｇ／ｍ²となるよう調整する。好ましくは窒素ガスによるガスワイビングを行う。
加熱合金化する場合は、温度は４８０〜５６０℃とすることが好ましい。以上のような条件で製造することで、外観品位に優れた溶融亜鉛系めっき鋼板を製造できる。

通常、溶融亜鉛系めっき鋼板は、製鋼工程で成型されたスラブを、熱間圧延、酸洗、冷間圧延により所定の厚みに圧延した後、連続溶融めっきラインにより焼鈍と鋼板表面へのめっき層形成が連続的に行われることにより製造される。冷間圧延工程で最終スタンドにダルロールを用いると、原板における不純物による表面欠陥や、各製造工程における微小な疵の影響を最小限にできる利点がある。冷間圧延後の鋼板表面には主にロールのダル目が転写することによる凹凸が形成されるが、これまでこの鋼板表面の凹凸とスパングルムラ発生の関係は明確になっていなかった。
本発明者らは、冷間圧延後の鋼板の粗さプロフィールを調整することにより、適当な大きさと分布を有するスパングルを残しても、それがムラとして視認されない方法があるのではないかと考え、粗さとスパングルムラ発生との関係の調査を実施した。

特に冷間タンデム圧延最終スタンドの粗さ転写形態とスパングルムラの関係に着目した。冷間タンデム圧延機にて厚み０．８ｍｍの冷間圧延したサンプルを鋼板表面の凹凸を３種類に変えて用意し、ラボ圧延機にて冷間タンデム圧延機の最終スタンドを模擬した冷間圧延機で圧延荷重、圧下率を変更して冷間圧延実験を実施したのち、焼鈍、亜鉛系めっきを行った。

焼鈍は８００℃で１２０秒、溶融亜鉛系めっきは、浴温４６０℃のＺｎ−０．１３質量％Ａｌめっき浴、または４３．４質量％Ｚｎ−５５質量％Ａｌ＋１．６質量％Ｓｉの合金めっきを用いてに３秒浸し、ワイピングでめっき付着量が４５ｇ／ｍ²となるよう調整し、５００℃の温度で合金化処理した。なお、スパングルムラに対する鋼板表面凹凸の影響を調査するため、サンプル端部にめっきしない部分を残した。

実験の結果、図４〜６に示すように、特定の圧延荷重・圧下率範囲でスパングルムラが発生することがわかった。本調査では、ムラは全て長手方向に走るものであり、幅方向の一部分だけが他に比べてスパングルが小さくなっていた。同一サンプル内でめっきしない部分における粗さを測定したが、スパングルムラに対応した粗さの違いは見られなかった。
溶融亜鉛系めっきの合金成分、Ｚｎ−０．１３質量％Ａｌめっき、または４３．４質量％Ｚｎ−５５質量％Ａｌ＋１．６質量％Ｓｉめっきによる上記傾向の変動は見られなかったが、４３．４質量％Ｚｎ−５５質量％Ａｌ＋１．６質量％Ｓｉめっきの方がより圧下率と圧延荷重の好適範囲が狭かった。図４〜６は、４３．４質量％Ｚｎ−５５質量％Ａｌ＋１．６質量％Ｓｉ溶融めっきの結果を示す。

図２に鋼板サンプルのめっき前の表面の三次元粗さプロフィールを示す。図２Ａでは溶融亜鉛系めっき後スパングルムラが発生したサンプルの冷間圧延終了状態の鋼板表面の凹凸を示している。図２Ａでは、圧延方向の線との角度が１２０度〜６０度で交差する圧延方向線上にあらわれる直線または曲線状の凸部（以下、線上凸部という）が矢印で示されている。一方図２Ｂでは、鋼板表面の凹凸で、圧延方向の線上に交差する凸部が見られなかった。図２Ｂの溶融亜鉛系めっき用鋼板を溶融亜鉛系めっきしたところスパングルムラは発生しなかった。
スパングルムラが発生した線上凸部が形成される図２Ａの圧延条件では、図３Ｂに示すように冷間タンデム圧延において、ロール表面の凹凸部の凸部が鋼板表面に食い込み相対滑りを起こすことによって圧延方向と交差する方向に線上凸部が形成されていることがわかった。
線上凸部が見られない冷間タンデム圧延後のサンプルは、その後溶融亜鉛系めっきしてもその表面にスパングルムラがみられない。なお、該当線上凸部の形態、分布、高さ、長さについて、スパングルムラの発生した部位に対応した変化は見られなかった。すなわち、転写した粗さに不均一があってそれに対応してスパングルムラが発生するのではなく、スパングルムラの発生が全体的な粗さによって決まることを明らかにしたのである。
この線上凸部の有無で表面粗さパラメータＲ_ｓｋ（ゆがみ度）、Ｒ_ｋｕ（とがり度）で整理したところ、−６≦Ｒ_ｓｋ≦０．２、または、２．２≦Ｒ_ｋｕ≦２．８の範囲でスパングルムラを防止できることがわかった。

本発明の粗面の測定は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に従って行った。

すなわち図２Ａで示される線上凸部が見られない図２Ｂの条件は、冷間圧延の最終スタンドで、ロール表面の凹凸の凸部が鋼板表面に食い込み相対滑りを起こさない条件である。冷間タンデム圧延において、鋼板表面の凹凸の大きさの分布が十点平均粗さ（Ｒ_ｚjis）が１〜５μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１〜１．５μｍである冷延鋼板を、冷間タンデム圧延の最終スタンドに供給し、最終スタンドを、圧延荷重を０ｋＮ/ｍｍ超〜４．０ｋＮ/ｍｍ以下でダルロールで圧延して鋼板を得る製造方法であることがわかった。圧延荷重が０ｋＮ/ｍｍであるということはすなわち圧延しないということであり、スパングルムラを防止することができず、０ｋＮ/ｍｍ超である必要があるが０近傍では条件設定のバラツキが大きいので０．１ｋＮ/ｍｍ〜４．０ｋＮ/ｍｍが好ましく、１．０ｋＮ/ｍｍ〜４．０ｋＮ/ｍｍがさらに好ましい。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。

（１）用材
低炭素鋼材（ＳＧＣＣ相当、ＪＩＳ ＺＧ３３０２）を、３．０ｍｍから仕上げ厚０．７８ｍｍにまで以下の条件で冷間圧延した。
冷間タンデム圧延機を用いた。詳細には、第１から４スタンドはワークロール径６００ｍｍで、ロール表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．３μｍ（円筒研磨）であった。最終スタンドである第５スタンドはワークロール径３８０ｍｍで、ロール表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）が、２．２μｍ（放電ダル加工）であった。
鋼板表面の凹凸を３種類に変えて用意し、ラボ圧延機にて冷間タンデム圧延機の最終スタンドを模擬した冷間圧延機で圧延荷重、圧下率を変更して冷間圧延実験を実施したのち、焼鈍、亜鉛系めっきを行った。
鋼板表面の凹凸は、
１）十点平均粗さ（Ｒ_ｚjis）が０．８μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１μｍである鋼板を溶融亜鉛系めっき用鋼板を用いた場合の結果を図４に示した。
２）十点平均粗さ（Ｒ_ｚjis）が１〜５μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１〜１．５μｍである鋼板を溶融亜鉛系めっき用鋼板を用いた場合の結果を図５に示した。
３）十点平均粗さ（Ｒ_ｚjis）が５μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、１．８μｍである鋼板を溶融亜鉛系めっき用鋼板に用いた場合の結果を図６に示した。

焼鈍は８００℃で１２０秒、溶融亜鉛系めっきは、浴温４６０℃のＺｎ−０．１３質量％Ａｌめっき浴、または４３．４質量％Ｚｎ−５５質量％Ａｌ＋１．６質量％Ｓｉの合金めっきを用いてに３秒浸し、ワイピングでめっき付着量が４５ｇ／ｍ²となるよう調整し、５００℃の温度で合金化処理した。

図４〜６に示す○：スパングルムラなしと、×：スパングルムラありの評価は、目視にて行った。

１ 熱延原板（鋼帯）
２ 最終冷延板
３ 高粗度ロール
４ ブライト・ロール
５ 最終スタンドのダル仕上げ用ロール

Claims (3)

1. 鋼板表面の凹凸の大きさの分布が十点平均粗さ（Ｒｚjis）が１〜５μｍであり、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．１〜１．５μｍである冷延鋼板を、冷間タンデム圧延の最終スタンドに供給し、前記最終スタンドは、圧延荷重を０ｋＮ/ｍｍ超〜４．０ｋＮ/ｍｍ以下でダルロールで圧延する、溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法。
2. 前記溶融亜鉛系めっきが亜鉛単独または亜鉛とアルミニウムおよび珪素からなる群から選択される少なくとも１つとを含む溶融亜鉛系めっきである請求項１に記載の溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法。
3. 前記最終スタンドに用いるダルロールの中心線平均粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以上である請求項１または２に記載の溶融亜鉛系めっき用鋼板の製造方法。