JPH01222043A - めっき密着性に優れた蒸着亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

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） 本発明はめっき密着性に優れた蒸着亜鉛めっき鋼板の製
造方法に関する。

（従来の技術） 鋼板の表面に亜鉛をめっきした亜鉛めっき鋼板は、亜鉛
の犠牲防食作業により耐食性が鋼板のままよりも優れて
おり、また、比較的安価に製造できるため、さまざまな
用途に使用されている。この亜鉛めっき鋼板を連続的に
製造する方法としては、従来、溶融亜鉛中に鋼帯を浸漬
してめっきする溶融亜鉛めっき法と、めっき溶液中に鋼
帯を浸漬し、電気化学的に亜鉛を鋼帯表面に析出させて
めっきする電気めっき法があった。

溶融亜鉛めっき法ではめっき付着量を、通常、ガスワイ
ピング法で制御するため、現在の技術ではめっき付着量
的３０ｇ／ｒｒ？（片面）以下の薄めつきが困難である
。また、鋼帯の板幅方向と長手方向のめっき付着量の均
一性が電気亜鉛めっき法よりも劣る。電気亜鉛めっき法
ではめっき付着量の増加にともなって生産性が低下し、
厚めつきではコスト高になる。さらに、溶融亜鉛めっき
法、電気亜鉛めっき法とも片面、めっき、差厚めつきが
困難である。これらのめっき方法の欠点を解決するため
、蒸着亜鉛めっき法が開発され、実用化されている。

蒸着亜鉛めっき法によ九ば、めっき付着量が０〜９０ｇ
／　ｒｄまでの両面９片面および差厚めつきが可能であ
り、鋼帯の板幅方向と長手方向のめっき付着量の均一性
も電気亜鉛めっき法と同等である。また、薄めつきも高
速で行なえる。

蒸着亜鉛めっき法でめっき密着性に優れた亜鉛めっき鋼
板を連続的に製造するには、亜鉛を蒸着する前に鋼帯表
面に付着した圧延油等を除去し。

鋼帯表面の酸化膜を還元し、清浄、活性化しなければな
らない。そして、活性化された表面が酸化されることな
く鋼帯を真空中に導入し、鋼帯の表面温度１５０〜３５
０℃で亜鉛を蒸着しなければならない、　鋼帯表面を連
続的に清浄、活性化する前処理方法としては真空中での
電子ビーム加熱法、アルゴンイオン等によるスパッタリ
ング法、ブラッシング法等がある。しかし、電子ビーム
加熱法では少なくともＯ，０Ｏ１ｔｏｒｒ以下の真空圧
に排気する必要がある。連続的に鋼帯表面を電子ビーム
で加熱した後、蒸着する装置としては、コイルごと真空
容器内に挿入し、真空容器内を０．００１ｔｏｒｒ以下
の真空圧に排気する形式の装置がある。しかし、このよ
うな装置では、一つのコイルごとに真空排気しなければ
ならず、また、亜鉛蒸着後、真空容器内を大気圧に戻し
てコイルを取り出さなければならず、生産性が低い。ア
ルゴンイオン等によるスパッタリング法ではスパッタリ
ング速度が遅いことや、電子ビーム加熱法と同様の形式
の装置となり、生産性が低い。また、ブラッシング法で
は銅帯表面をブラッシングした時に生成する鉄粉を回収
する必要があり、装置が複雑になる。

簡便に鋼帯表面を連続的に清浄、活性化し、亜鉛蒸着し
てめっき密着性に優れた蒸着亜鉛めっき鋼板を製造する
装置としては、特開昭６ｌ−７９７５５（特願昭５９−
２０１４２３）に示されている装置がある。

この装置は水平型の弱酸他炉方式のガス還元・焼鈍炉の
冷却部の出口側を溶融亜鉛めっき装置と真空蒸着亜鉛め
っき装置のシールロール室の入口の何れにも接続できる
ようにした溶融亜鉛めっきと蒸着亜鉛めっきの兼用装置
である。この装置ではガス還元焼鈍の炉の冷却部とシー
ルロール室との間に賦圧室が設けられており、冷却部よ
りも高い圧力となるように窒素ガスあるいはアルゴンガ
スな導入して、冷却部からの水素を含むガスが蒸着亜鉛
めっき装置側へ流入し、真空が破れた場合、爆発するの
を防止している。

上記の装置によれば鋼帯表面に付着した圧延油等は弱酸
化炉内で除去され５表面の酸化膜はガス還元・焼鈍炉内
の５０〜７５％Ｈ，−Ｎ、ガスで還元され、活性化する
。そして、鋼帯表面が活性なまま蒸着室に導入されて亜
鉛蒸着されるため、めっき密着性は良好である。また、
溶融亜鉛めっきから蒸着亜鉛めっきへの切り替えやその
逆も容易に行なうことができる。さらに、コイルごとに
真空排気する必要がなく、連続的に鋼帯を装置内へ挿入
することができ、電子ビーム加熱法、スパッタリング法
に比べて生産性が高い。

しかし、上記の装置では以下に示す問題点がある。

（１）ガス還元・焼鈍炉と冷却部の両方に５０〜７５％
Ｈ２の高濃度Ｈ，−Ｎ２雰囲気ガスを導入するため、雰
囲気ガスの使用量は約２７ＯＮｍ’　／ｈと多く、製造
コストが高い。

（２）水平型の弱酸他炉方式のガス還元・焼鈍炉を備え
た連続式溶融亜鉛めっき装置の全長は通常約２００ｍ　
と長く、シールロール室と蒸着室を連結すると装置全体
の長さは約２５０　ｍ　となり、装置自体が大型化し、
装置の設置面積が大きくなる。したがって、上記装置を
設置できる場所は限定され、装置作製に要する費用は多
大となる。

（３）装置の全長が約２５０ｍであり、銅帯が弱酸化炉
内に導入されてから亜鉛蒸着されるまでの所要時間は通
板速度約１００　ｍ　／ｗｉｎで約２分３０秒と長い。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような、従来から行なわれている蒸着亜鉛めっき
の前処理法では多量の高濃度Ｈ，−Ｎ、雰囲気ガスを消
費するため生産コストが高い。また多大の装置設置面積
を必要とし、装置が高価でかつ生産性が低い６本発明は
上記問題点を解決し、小型の安価な装置で生産性よく低
コストでめっき密着性に優れた蒸着亜鉛めっき鋼板を製
造するものである。

（問題解決の手段） カップバーナーを用いた炉の出口側に連続式の蒸着亜鉛
めっき装置を連結することによって上記の問題点は解決
される５ （発明の構成） 本発明はカップバーナーを用いた炉内で鋼帯表面に付着
した圧延油等を除去し、鋼帯表面の酸化物を還元、除去
して鋼帯表面を活性化した後、亜鉛蒸着することを特徴
とする蒸着亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。

本発明の方法においてはカップバーナーを用いた炉を使
用するが、竪型のものが好ましい。本発明の装置は目下
のところ亜鉛およびアルミニウムの真空蒸着めっきに利
用可能であるが、将来における用途を限定されるもので
はない６ 本発明の方法において、炉の燃焼ガス成分中のＣｏ　＋
　Ｈ，の濃度は０〜１５％であることが好ましい。

また炉内の燃焼ガスの温度は好ましくは１０００〜１６
００℃であり、炉内での鋼帯加熱温度は好ましくは５０
０〜８００℃である。また好適な実施態様においては鋼
帯は炉内で加熱後に接続用ダクト中でＨｚ２〜７５％を
含むＮ２ガス中で処理される。

真空蒸着時の鋼帯の温度は好ましくは１５０〜３５０℃
である。

本発明の装置のうち真空蒸着部の構造１機能、操作は前
特開昭６１−７９７５５に開示されている。カップバー
ナーを用いる炉は公知である。ジーラス炉と称せられる
ものがよく知られている６ただしこれは竪型である。

（発明の好適実施態様） 添付第１図において、■の部分は竪型炉方式の溶融亜鉛
めっき装置である。竪型炉２には図示されないカップバ
ーナーが複数個、縦と横に配置されている。カップバー
ナーには空気と燃料ガス（例えばブタンガス）の量比（
空気／燃料ガス、以下、空燃比と称す）が１以下となる
ように混合されたガスが供給され、燃焼するようになっ
ている。

空燃比が１以下では燃焼ガス中にＣＯとＨ２を含み。

還元性雰囲気となる。燃焼ガス中のＣＯ＋　８２濃度が
０．５〜１５％、燃焼ガス温度１０００〜１６００℃、
鋼帯の表面温度５００〜８００℃の場合、鋼帯表面に付
着した圧延油等が除去され、ｍ布表面の酸化物が還元さ
れ、＃Ａ帯衣表面活性化する。冷却部３ではＨ２を２〜
７５％含むＮ２ガスが導入されており、鋼帯を冷却する
とともに竪型炉２内で清浄、活性化したままの鋼帯表面
を保持するようになっている。冷却部３は電気抵抗加熱
装置あるいはラジアントチューブ方式の加熱装置等によ
り、鋼帯１を加熱することもできる０本装置でＨ２を含
む雰囲気ガスを必要とするのは冷却部３のみである。冷
却部３で表面温度が約４５０℃に温度制御された鋼帯１
はスナウト４を経て、亜鉛めっき浴５に浸漬され、亜鉛
めっきされる。このような装置は例えば、「溶融亜鉛め
っき、塗装」　（学校法人鉄鋼短期大学、昭和５７年刊
）の１６頁に記載されて当業者間に公知である。

■の部分は連続式の蒸着亜鉛めっき装置である。

連続式の蒸着亜鉛めっき装置は最近いくつかの様式が提
案されているが、ここに例示するのは特開昭６１−７９
７５５に示されている装置である。本装置は連結ダクト
７を介して竪型炉方式の溶融亜鉛めっき装置の出口側６
に連結されている。賦圧室８には窒素ガスあるいはアル
ゴンガスが導入され、竪型炉方式の溶融亜鉛めっき装置
の冷却部３よりも圧力が高くなっており、冷却部３から
のＨ２を含むＮ２ガスが蒸着室１０に流入しないように
なっている。

蒸着室１０の前にシールロール室９が、蒸着室１０’の
後にシールロール室９′が、蒸着室１０．１０’の間に
中間シールロール室１１が設けられている。各シールロ
ール室９　、９　’、１１と蒸着室１０．１０’は図示
されない排気装置で排気され、蒸着室１０．１０’内の
真空圧が０．１ｔｏｒｒ以下となるようになっている。

蒸着室１０．１０’には図示されない供給源から亜鉛蒸
気が供給され、蒸着亜鉛めっきするようになっている。

なお、片面めっきの場合はいずれか一つの蒸着室のみ使
用すればよい。

溶融亜鉛めっきする場合、鋼帯１は竪型炉２に導入され
、表面温度が５００〜８００℃に加熱され１表面に付着
している圧延油等が焼鈍、除去されるとともに表面の酸
化膜が還元され、活性化する。その後、網帯は冷却部３
に導入され、表面温度が約４５０℃に温度制御された後
、スナウト４を経て。

亜鉛浴５に浸漬され、亜鉛めっきされる。この場合、蒸
着亜鉛めっき装置■は連結ダクト７の部分で切り放され
ており、亜鉛めっきされた鋼帯１は上方に導かれ処理さ
れる。

蒸着亜鉛めっきする場合、蒸着亜鉛めっき装置■は竪型
炉方式の溶融亜鉛めっき装置Ｉの出口側６に連結ダクト
７を介して連結される。鋼帯は溶融亜鉛めっきの場合と
同様、竪型炉２内で加熱された後、冷却部３を経て蒸着
亜鉛めっき装置■に導入される。この時、鋼帯１は蒸着
亜鉛めっき装置■に導入される時点の表面温度が約４５
０℃となるように冷却部３で冷却あるいは加熱される。

連結ダクト７、賦圧室８、シールロール室９を経て蒸着
室ｌＯに導入された時点で鋼帯１の表面温度は１５０〜
３５０℃まで降下しており、蒸着された亜鉛が鋼帯表面
から再び蒸発する再蒸発現象を起こすことなく蒸着亜鉛
めっきされる。蒸着された亜鉛原子の潜熱により、鋼帯
温度が上昇し、蒸着亜鉛めっきされていない面の表面温
度は２００〜４００℃まで上昇する。しかし、鋼帯１が
中間シールロール室１１を経て、蒸着室１０′に導入さ
れる間に蒸着亜鉛めっきされていない面の表面温度は１
５０〜３５０℃まで降下しており、再蒸発現象を起こす
ことなく蒸着亜鉛めっきされる。なお、片面亜鉛めっき
する場合はどちらか一方の面のみ蒸着亜鉛めっきすれば
よい。蒸着亜鉛めっき後、銅帯はシールロール室９′を
経て、大気中に導出される。

本発明は以上述べたように蒸着亜鉛めっきの前処理法と
してカップバーナーを用いた竪型炉方式の前処理法を用
いるものである。鋼帯の還元・焼鈍は竪型炉のみで行な
うので、短時間で鋼帯の清浄、活性化ができ、しかも弱
酸他炉方式のガス還元・焼鈍炉を泪いた前処理法と同様
に良好なめっき密着性を得ることができる。なお、必要
であれば竪型炉の前に脱脂、酸洗槽を設けてもよい。

（実施例） 本発明者らが作製した装置は、実質的に第１図に示す装
置である。竪型炉２と冷却部３を合わせた長さは約１５
ｍ、蒸着亜鉛めっき装置の長さは約５０ｍ、全体の長さ
は約６５ｍである。

この装置を用いて鋼帯に溶融亜鉛めっきと蒸着亜鉛めっ
きを施した。

鋼帯：　０．８ｍｍ厚さＸ　１０００ｍｍ幅の圧延まま
の低炭素鋼通板速度：　５０ｍ／ｍｉｎ 溶融亜鉛めっき 竪型炉内の カップバーナーの熱容量：　５０，０００Ｋｃａｌ／ｈ
・本竪型炉の燃焼ガス中のＣｏ　＋　Ｈ２濃度：０．５
〜１５％竪型炉の燃焼ガス温度：　１０００〜１６００
℃竪型炉内での鋼帯表面温度：５００〜８００℃冷却部
の雰囲気ガス組成＝２〜７５％Ｈ，−Ｎ２冷却部の雰囲
気ガス使用量：約１５ＯＮｍ’／ｈめっき浴組成二市販
蒸留亜鉛＋０．１８％Ａ１めっき浴温度：約４６０℃ めっき浴浸漬時の鋼帯表面温度：約り５０℃蒸着亜鉛め
っき 竪型炉内の カップバーナーの熱容量：　５０，０ＯＯＫｃａｌ／ｈ
・本竪型炉の燃焼ガス中のｃｏ　＋　８２濃度＝０．５
〜１５％竪型炉の燃焼ガス温度：　１０００〜１６００
℃竪型炉内での鋼帯表面温度：５００〜８００℃冷却部
の雰囲気ガス組成：２〜７５％Ｈｚ　−Ｎ２冷却部の雰
囲気ガス使用量：約１５ＯＮｍ’／ｈ冷却部出口での銅
帯表面温度：４５０℃蒸着亜鉛二市販電解亜鉛 亜鉛蒸発温度：５００℃ 賦圧室ガス組成二Ｎ２ 賦圧室圧カニ大気圧＋３〜１０ｍｍＨ，０蒸着室真空圧
：　０．０１〜Ｏ，１ｔｏｒｒ蒸着亜鉛めっき時の鋼帯
表面温度＝１５０〜３５０℃最初は蒸着亜鉛めっき装置
を連結せずに溶融亜鉛めっきを施した。この場合、蒸着
亜鉛めっき装置が連結されていないので、めっき済みの
鋼帯は上方に導いて処理した。めっき済みの銅帯から２
゜ｔｎｍ幅Ｘ　５０ｍｍ長さのｆ（Ｊ離試験用の試験片
を切り出し。

１８０°曲げを行ない１曲げ部の外側にセロテープを貼
付けた後、剥しめっき密着性を調査した。その結果、め
っき層のセロテープへの転写は全く認められず、めっき
密着性は良好であった。

次いで蒸着亜鉛めっき装置を連結し、前記条件で蒸着亜
鉛めっきを施した。蒸着亜鉛めっきした鋼帯のめっき屡
の剥離試験を行なった結果、めっき層のセロテープへの
転写は全く認められず、溶融亜鉛めっきした場合と同様
に良好なめっき密着性を得た。蒸着亜鉛めっきに先だっ
て行なったオージェ電子分析装置による＃Ａ鋼帯表面深
さ方向の元素分析結果では、圧延ままの状態ではｍｔｒ
表面に厚み約１０００人のＦｅ酸化物が存在していた。

しかし、前記条件でめっき前処理を施し、蒸着室内で亜
鉛を蒸着せずに室温まで冷却した後、大気中に導出した
鋼帯のオージェ電子分析結果では、鋼帯表面からＯは検
出されず、鋼帯表面に存在するＦｅ酸化物は完全に還元
されていた。

燃焼ガス中のＣｏ　十Ｈ，濃度０．１％、その他の条件
は前記と同条件で蒸着亜鉛めっきした。この場合、剥離
試験においてめっき暦が全面剥離した。本条件で鋼帯に
めっき前処理を施し、蒸着室内で亜鉛を蒸着せずに室温
まで冷却した後、大気中に導出した鋼帯のオージェ電子
分析を行なった結果、鋼帯表面に厚み約５００〜８００
人のＦｅ酸化物が残存していた。燃焼ガス中のＣｏ　＋
　８２濃度０．１％では圧延ままの鋼帯表面に存在する
厚み約１０００人のＦｅ酸化物を還元、除去することが
できず、めっき密着性が不良となる。

竪型炉の燃焼ガス温度９００°Ｃ１竪型炉内での鋼帯表
面温度４００℃、その他の条件は前記と同条件で蒸着亜
鉛めっきした。この場合、剥離試験においてめっき層が
局部的に剥離した０本条件で鋼帯にめっき前処理を施し
、蒸着室内で亜鉛を蒸着せずに室温まで冷却した後、大
気中に導出した銅帯のオージェ電子分析結果では、鋼帯
表面に厚み２００〜４００人のＦｅ酸化物が局部的に残
存していた。

本条件では圧延ままの鋼帯の表面に存在する厚み約１０
００人のＦｅ酸化物を完全に還元、除去することはでき
ず、めっき密着性が局部的に不良となる。

燃焼ガス中のＣｏ　十Ｈ，濃度２０％、その他の条件は
前記と同条件で蒸着亜鉛めっきした。この場合も剥離試
験においてめっき層が局部的に剥離した。

本条件で鋼帯にめっき前処理を施し、蒸着室内で亜鉛を
蒸着せずに室温まで冷却した後、大気中に導出した銅帯
のオージェ電子分析結果では、鋼帯表面に局部的にＣが
検出された。燃焼ガス中のＣｏ　＋　Ｈ，濃度が１５％
以上になるとＣｏ２＋Ｃｇ２ＣＯ Ｇｏ、＋２Ｈ，ｇｃ＋２Ｈ２０ の反応によって生成するＣの鋼帯表面への付着が著しく
なり、また、鋼帯表面に付着している圧延油が完全に除
去できなくなる。そのため、めっき密着性が局部的に不
良になる。

以上述べたように、竪型炉方式のめっき前処理法を用い
て蒸着亜鉛めっきする場合、めっき前処理条件が以下の
範囲でのみ、めっき密着性が良好になる。

竪型炉の燃焼ガス中の Ｃｏ　＋　Ｈ，濃度二０．５〜１５％ 竪型炉の燃焼ガス温度：　１０００〜１６００℃竪型炉
内での鋼帯表面温度：５００〜８００℃冷却部の雰囲気
ガス組成：２〜７５％Ｈ２−Ｎ２冷却部出口での鋼帯表
面温度：４５０℃したがって１本発明、におけるめっき
前処理条件は上記の範囲に限定する。

（発明の効果） 本発明により、カップバーナーを用いた炉方による前処
理法でも弱酸化炉方式のガス還元・焼鈍法を用いた場合
と同様にめっき密着性に優れた蒸着亜鉛めっき鋼板の製
造が可能である。しかも、竪型を用いる場合には装置の
全長は約６５ｍで、弱酸化炉方式のガス還元・焼鈍法を
用いた場合の装置に比べて１７４の長さでよく、設置面
積が小さく、装置自在が小型で比較的簡単な構造で安価
に作製できる。また、１コイル通板する時間は弱酸化炉
方式のガス還元・焼鈍法を用いた場合の装置に比べて約
１／２であり、生産性も高い。さらに、雰囲気ガスは冷
却部で使用するのみで雰囲気ガスの使用量も約１７２と
なり、製造コストの面でも有利である。

なお、竪型炉および冷却部と蒸着亜鉛めっき装置は新た
に作製してもよいが、既設の竪型炉方式の溶融亜鉛めっ
き装置の冷却部出口に蒸着亜鉛めっき装置を連結しても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施態様概念を示す装置の長手方
向の断面図である。第１図において■は竪型炉方式の溶
融めっき装置、■は蒸着亜鉛めっき装置、１は鋼帯、２
は竪型炉、３は冷却部、４はスナウト、５は亜鉛浴、６
は冷却部の出口側、７は連結ダクト、８は賦圧室、９，
９′はシールロール室、　１０．１０’は蒸着室、１１
は中間シールロール室である。 特許出原人日新製鋼株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カップバーナーを用いた炉内で鋼帯表面に付着した
   圧延油等を除去し、鋼帯表面の酸化物を還元、除去して
   鋼帯表面を活性化した後、亜鉛蒸着することを特徴とす
   る蒸着亜鉛めっき鋼板の製造方法。 ２、請求項１に記載の方法であって、炉内の燃焼ガス成
   分中のＣＯ＋Ｈ＿２濃度が０〜１５％である蒸着めっき
   鋼板の製造方法。 ３、請求項１に記載の方法であって、炉内の燃焼ガス温
   度が１０００〜１６００℃である蒸着亜鉛めっき鋼板の
   製造方法。 ４、請求項１に記載の方法であって、炉内での鋼帯の加
   熱温度が５００〜８００℃である蒸着亜鉛めっき鋼板の
   製造方法。 ５、請求項１に記載の方法であって、鋼帯を炉内で加熱
   した後、Ｈ＿２を２〜７５％含むＮ＿２ガス中で鋼帯の
   表面温度を制御し、亜鉛蒸着時の鋼帯表面温度が１５０
   〜３５０℃となるようにした蒸着亜鉛めっき鋼板の製造
   方法。 ６、請求項１〜５の何れかの項に記載の方法であって、
   カップバーナーを用いた炉を竪型に配置する方法。