JPH01301155A - Ｘ線回折法による合金化亜鉛めっき鋼板の合金化度の測定方法 - 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、亜鉛めっき後に加熱処理を施して製造する合
金化亜鉛めっき鋼板の合金化度をＸ線回折法を用いてめ
っき厚さに影響されることなく非破壊且つ連続的に測定
する方法及び該方法を用いて合金化亜鉛めっき鋼板製造
ラインにおいて合金化度を制御する方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来より亜鉛めっき鋼板の耐食性に加えて、塗装性、塗
膜密着性及び溶接性を付与した合金化亜鉛めっき鋼板が
製造され、様々な分野に使用されている。この合金化亜
鉛めっき鋼板は鋼板に溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき
又は真空蒸着亜鉛めっきを施した後に加熱処理を施し、
亜鉛めっき層と鋼板素地を合金化させて製造されている
。

このように鋼板に亜鉛めっきを施した後に加熱処理を施
した場合、合金化が進むにつれてＦｅとＺｎとの相互拡
散によりζ相（ＦｅＺｒ＋１３）　＊　δ１相（ＦｅＺ
ｒ＋ｖ　）　。

ｒ相（Ｆｅ５Ｚｎ、□）が順次生成してめっき層中を表
面に向かって成長する。従来からの研究で、めっき層表
面までζ相又はδ、相が成長した時点、すなわちめっき
層中の平均Ｆｅ濃度が９〜１１ｗｔ％となった時点で塗
装性等の品質特性が最も良好になると言われている。こ
の理由は、めっき層中の平均Ｆｓ濃度が９％未満ではめ
つき層表面に金属Ｚｎが残存して塗装性、塗膜密着性及
び溶接性において劣っており、１１ｗｔ％を超えると硬
くて脆いｒ相が厚く成長してプレス成型等の加工時にめ
っき層が粉状に剥離するいわゆるパウダリング現象を起
こすからである。このパウダリング現象が著しい場合、
めっき層の耐食性が低下するばかりでなく、プレス成型
等の加工作業にも悪影響を及ぼす。従って適切な合金化
の程度すなわち合金化度となるように合金化処理条件を
制御する必要がある。

従来から以下に説明するように合金化度の種々な測定方
法が知られている。

最も簡易な方法として、合金化直後のめつき層表面の色
調の目視又は光度計による判定や、サンプリング試料の
曲げ・曲げ戻し試験で剥離しためつき層の量の目視判定
（いわゆるパウダリング試験）があるが、いずれも不正
確である。

他方、試料のめつき層中の平均Ｆｅ１ｆｉ度を測定する
化学分析法は、合金化度を表わす平均Ｆｅ１度そのもの
を正確に測定することができる好ましい方法であるが、
サンプリングから測定終了までに長時間を要するため、
合金化処理装置へのフィードバックが遅れるという欠点
を有している。

合金化度を製造ライン内で非破壊且つ連続的に測定する
方法として、Ｘ線の回折特性を合金化亜鉛めっき鋼板の
合金化度の指標として用いる方法が種々提案されている
。このＸ線の回折特性例えばＸ線回折強度は、合金層が
厚い（めっき付着量が多い）場合と薄い場合とでは同一
合金化度でもその測定値は変動する。ところで合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の場合、その製造工程においてめっき
付着量の制御を気体吹拭法で行うため、溶融めっき直後
の鋼板のバタッキや鋼板の反りによりめつき付着量が板
幅方向とライン方向とで変動する。

従ってＸ線の回折特性を用いた合金化度の指標としては
、めっき付着量の大小に影響されないものであることが
望まれ、従来の各種提案もそれぞれそのような考えによ
り示されているものが多い。

例えば特公昭５８−４７６５９号にはζ相、δ、相、ｒ
相のうちの二相についてのＸ線の回折特性値すなわち回
折強度７回折線の拡がり程度及びピーク角度の一つ以上
を二つの相について求めてその比を算出し、予め求めて
おいたこの比と加工性（合金化度）との関係から加工性
（合金化度）の水準を知る方法が開示されている。また
、特公昭５６−１２３１４号には上記特公昭５８−４７
６５９号と同様にして得た回折強度の比を基準設定値と
比較してその偏差値に応じて合金化処理条件を自動制御
して合金化亜鉛鉄板を製造する方法が示されている。更
に特開昭６１−１４８３５５号には格子面間隔が約１．
２２人のｒ相のＸ線の回折強度と格子面間隔が約１．４
４人のα−Ｆｅ相のＸ線の回折強度とを測定し、予め求
めておいたｒ相のＸ線の回折強度とα−Ｆｅ相のＸ線回
折強度を変数とするめつき層中の平均Ｆｅａ度の関数式
に上記２つの測定値を代入することにより、めっき層中
の平均Ｆｅｆｉ度を測定する方法が示されている。しか
しながら、上記のＸ線回折特性を用いる各方法はいずれ
も二つの相についてＸ線回折特性を測定する方法である
ために、それぞれの測定値の誤差によりその測定値の比
は誤差を更に拡大する場合があって誤った判定をする恐
れがあり、また特開昭６１−１４８３５５号の方法はめ
つき鋼板の製造履歴によって結晶面配向が種々変化する
α−Ｆｅ相について測定するのであるから、合金化度を
正確に測定することができないという問題点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記従来の技術の問題点を解決し、合金化亜鉛
めっき鋼板の合金化度を製造ライン内で非破壊連続的に
、めっき付着量の大小に影響されることなく且つ正確に
測定する方法及び該方法を用いて合金化亜鉛めっき鋼板
製造ラインにおいて合金化度を制御する方法を提案する
ことを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

亜鉛めっき鋼板を合金化処理するとめつき層中の平均Ｆ
ａ濃度が約９ｗｔ％になった時点でｒ相が生成し始め、
ｒ相が成長するにつれてめっき層中の平均Ｆｅ濃度が高
くなる。また、めっき層中の平均Ｆｅ′ａ度の増加に対
してｒ相のＸａ回折強度は単調に増加する。本発明者ら
はこれらの現象に着［１して種々検討の結果、合金相の
うち「相におけるＸ線回折強度丁ｒ測定の際のバックグ
ラウンド強度Ｈｐは、めっき付着量に直線的に比例する
こと及び真の「相のＸ線回折強度（Ｉｒ　−Ｉｆ’　）
が全Ｘ線回折強度■１に占める割合（ＩｒＩＰ）／Ｉｒ
は合金化度が同じならめっき付着量の大小に関係なく同
じであることを究明して、ｒ相のみのＸ線回折強度の測
定によって得られる上記割合を合金化度と対応させるこ
とによって前記課題を解決することのできることを究明
して本発明を完成したのである。

以下に図面によって本発明方法について詳細に説明する
。

第１図は合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめつき層中の平均
Ｆｅ１３度と（Ｉｙ−Ｉｉ’）／Ｉｒとの関係を示す図
、第２図はめつき付着量とバックグラウンド強度ＢＰと
の関係を示す図、第３図はＩＣＰ発光分光分析法で測定
しためつき層中の平均Ｆａ濃度の測定値と本発明法で測
定しためつき層中の平均Ｆｅｄ度の測定値の関係を示す
図、第４図は「相のＸ線回折曲線の一般説明図である。

先ず本発明による合金化亜鉛めっき層中の（平均Ｆｅ濃
度）の測定原理を説明する。

Ｆ相のＸ線回折強度■１及びバックグラウンド強度１ｉ
Ｉをピーク角度２θと共に示せば第４図の如くになる。

また、溶融亜鉛めっき鋼板を実験室規模で合金化処理し
て作製した合金化溶ｋＡ、ｉｌ！鉛めつき鋼板の格子面
間隔約１．２２人のｒ相のＸ線回折強度■、とバックグ
ラウンド強度Ｈｐとを測定し、それから求めた（ＩｒＩ
Ｐ）／Ｉｒとめつき層中の平均Ｆｅｉ度との関係を示す
と第１図となる。第１図中の実線はめつき層中の平均Ｆ
ｅ）４度に対する（ＩｒＪＰ）／Ｉｒの回帰直線である
。なお、工、及びＨＰの測定には直径４５ｍの試験片を
用いた。まためっき層中の平均Ｆｅａ度は、上記の如く
にしてＦ相のＸ線回折強度■、及びバックグラウンド強
度■イを測定した後に試験片を２５％濃度のＨＣＩＩ水
溶液に浸漬してめっき層を溶解した溶解液をＩＣＰ発光
分光分析法で分析してＫｌ’ｌ定した。その際、めつへ
層溶解前後の試験片重量差からめつき付着量（従ってめ
っき付着量とはＺｎのみでなくＦｅと溶融亜鉛めっき金
属中のＡＱ及びＳＬとの合計敬である）を測定し、めっ
き付着量の大小に従って３つのグループに分けて第１図
中にプロットの表示を異にして区別し、めっき付着量大
小の影響有無の状況を判り易くした。第１図に示すよう
に、（Ｉｒ　　ＩＰ）／Ｉｒとめつき層中の平均Ｆｅ７
１度の関係は、めっき付着量の大小と無関係に一つの回
帰直線で表されるのである。めっき層中の平均Ｆｅ′ａ
度に対する（　Ｉｐ−Ｔｉ’　）　／　Ｉｒの相関係数
は０．９８、回帰直線に対する（Ｉｒ　　−ＩＢｒ）／
Ｉｒの標準偏差値は０．０２で、めっき層中の平均ＦＯ
濃度と（工ｒ　−律）／　Ｉｒの間には強い正の相関が
あり、しかもバラツキ範囲が非常に狭い。従って、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板のｒ相のＸ線回折強度■１及びバ
ックグラウンド強度■いを測定して（ｒｒ−Ｉｔｌ）／
ｒｒを算出し。

これと予め求めておいためつき層中の平均Ｆｅ濃度に対
する（Ｔｒ　　Ｉｐ）　／　ｉｒの直線回帰式とから合
金化度（めっき層中の平均Ｆｅ７１度）を正確に測定で
きるのである。

どの程度正確に測定できるかを次の例により説明する。

第３図は本発明法により各試験片の■、とＨｐとを測定
して得た（ＩｒｒＰ）／Ｉｒと第１図の回帰直線とから
求めためつき層中の平均Ｆ　ｅ　′ａ度のＫ１１ｌ定値
（以下Ｍ　Ｆｅで示す）と、上記の測定後にその試験片
を２５％濃度のＨＣｉｌ、水溶液に浸漬溶解させてその
溶液をＩＣＰ発光分光分析法で分析して測定して求めた
めつき層中の平均Ｆｅ′Ｉ３度の測定値（以下、ＣＦｎ
で示す）との関係を示すものであり、直線はＣＦｅに対
するＭＦｏの回帰直線である。ＣＦｅに対するＭＦ。

の相関係数は０．９８１回帰直線に対するＭ　Ｆｅの標
準偏差値は０．４であり、本発明に係る測定法によるめ
っき層中の平均Ｆｅ４１度の測定値はＩＣＰ発光分光分
析法による測定値と良く一致している。

ここで目ｒ　−ＩＦ）　／　Ｉｒとめつき層中の平均Ｆ
ｅ濃度との関係が、めっき付着量の大小とは無関係に一
つの回帰直線で表わされる理由は次のようである。

上記めっき付着量（ｇ　／　ｍ　）とバックグラウンド
強度Ｉ？とをプロットした第２図から、めっき付着量の
増加に対してバックグラウンド強度■ｉｊは直線的に増
加していることが判る。このめっき付着量とバックグラ
ウンド強度ＩＰとが直線的関係にある理由は次のように
推測される。バックグランド強度■ｐが生ずるのは、試
料からの散乱Ｘ線及び試料からの蛍光Ｘ線が検出器内に
取り込まれることが原因となっている。この内、散乱Ｘ
線はＦｅとＺｎの散乱印紙がほぼ等しく、めっき層中の
平均Ｆｅ濃度が約８〜２０％の範囲ではめつき付着量の
増加に対するバックグランド強度坪の増加に余り寄与し
ない。蛍光Ｘ線はめつき層のＦｅとＺｎ及び鋼素地のＦ
ｅが励起されて発生するものであるから、鋼素地からの
Ｆｅの蛍光Ｘ線強度はめつき層を通過する際にめっき層
に吸収されるためにめっき付着量が多くなるほど減少し
、逆にめっき層からの蛍光Ｘ線強度はめつき層による吸
収の影響が小さくてめっき付着にが多くなるほど増加す
る。そして更に。

蛍光Ｘ線の励起効率はＦｅよりもＺｎの方が高いこと、
Ｆｅの蛍光Ｘ線がＺｎに吸収される時の質量吸収係数よ
りもＺｎの蛍光Ｘ線がＺｎに吸収される時の質量吸収係
数の方が小さいこと、めっき層の主成分はＺｎであって
めっき層中のＺｎの蛍光Ｘ線強度はＦｅの蛍光Ｘ線強度
に比べてきわめて大きいこと、これらのことが総合され
てめっき付着量の増加とともに主としてＺｎの蛍光Ｘ線
の寄与によってバックグラウンド強度Ｉｊｌが直線的に
増加するのである。

また、めっき層中の平均Ｆｅ濃度が等しい場合、めっき
付着量が多くなるほどｒ相の絶対量も多くなり、ｒ相の
Ｘ８回折強度丁、が大きくなる。しかしながら、めっき
付着量が多くなると第２図により説明したようにバック
グラウンド強度Ｈｐも直線的比例関係で大きくなるため
、真の「相のＸ線回折強度（Ｉｒ　　ｔＰ）がバックグ
ラウンド強度坪を含めたＸ線回折強度■、に占める割合
（Ｉｒ　　ＩＩ’）／Ｉｒはめつき付着量が変わっても
変化しないのである。従つて予めめっき層中の平均Ｆｅ
′ａ度と（Ｉｒ　　−ＩＢｒ）／Ｉｒとの関係を得てお
けば、ｒ相のみについてＸ線回折強度Ｉｒとバックグラ
ウンド強度岸とを測定して上記比を算出することにより
めっき付着量の大小と無関係に簡単に合金化度を得るこ
とができる。

そしこのような測定操作を製造ライン内の合金化処理後
の鋼板走行域内の鋼板表裏の適宜な個所で非破壊、連続
的に行うことは容易であり、合金化度均一化のための条
件調整動作、すなわち合金化用の加熱炉の温度調整及び
／又は鋼板の通板速度の変更を直ちに実施することがで
きるのである。

なおｒ相のＸ線回折強度■１を測定する場合、格子面間
隔約１．２２人以外の「相の結晶格子面を用いても、同
様の結果が得られることが確認できた。

また、めっき後に加熱処理を施して作製した合金化電気
亜鉛めっき鋼板１合金化蒸着亜鉛めっき鋼板の合金化度
めっき層中の平均Ｆｅ濃度の測定についても同様の結果
が得られ、本発明に係る測定法はめつき後に加熱処理を
施して製造する合金化亜鉛めっき鋼板すべてに適応でき
る。

〔実施例〕

合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインにおいて本発明
に係る測定法を用いてめっき層中の平均Ｆａ濃度を測定
した６ ■１及びＩｌｌの測定は以下に示す条件で行った。

Ｘ線管球：　Ｃｒ（Ｃｒ−Ｋ　ａ　、　、波長ｄ　＝２
．２８９６２人）管電圧：　４０ＫＶ 管電流：　７０ｍＡ ダイバージェンス・スリット：４゜ レシービング・スリット：４′′ ソーラー・スリット：４″ フィルター：Ｖ 検出器：シンチレーション・カウンター格子面間隔：約
１．２２人 ■１及びＩＰの測定は合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表裏
とも板幅方向及びライン方向のそれぞれ１０個所及び２
００００個所い、得られた（Ｉｒ　　ＩＰ）　／　Ｔｒ
と予め上記と同じ工ｒ、ｉ、測定条件で作成しておいた
第１図と同様の回帰直線とからめつき層中の各個所にお
ける平均Ｆｃ１度を求めた。

このようにして求めためつき層中の平均Ｆｅ′ａ度を合
金化処理条件へフィードバックして合金化用の加熱炉の
雰囲気温度を調整することにより、めっき層中の平均Ｆ
６濃度が９〜１１ｗｔ％の範囲となるように合金化処理
条件を制御したゆこうして製造した各合金化亜鉛めっき
鋼板の５０コイルのトップ部、センタ一部、エンド部の
両サイド部とセンタ一部から表裏とも試験片を採取し、
前記ＩＣＰ発光分光分析法でめっき層中の平均Ｆｅ濃度
を測定した。

その結果、全試験片の９０％が９〜１１ｗｔ％の範囲内
であった。９〜１１νｔ％の範囲から外れたものも８〜
１２ｗｔ％の範囲内であった。サンプリングした全試験
片について板厚の３倍の曲げ半径で１８０°の曲げ・曲
げ戻しを行い、内側に曲げた部分にセロハンテープを貼
着して剥離試験を行った後、めっき層の表面と断面とを
走査型電子顕微鏡を用いて倍率１０００倍で［９し、め
っき層の耐パウダリング性を評価した。評価基準を以下
に示す。

１：めっき層に変化なし ２：局部的に極く僅かな剥離あり ３：大きなりラックと局部的な剥離あり４：めっき層全
面が剥離 評価基準１ど２とは耐パウダリング性良好、３と４とは
耐パウダリング性不良で不良品と判定されるものである
、サンプリングした全試験片の内、９５％の試験片は評
価基準１と２であった。塗装性。

塗膜密着性及び溶接性についても調査した結果、不良品
と判定されたものは全試験片の内で僅かに０．１％であ
った。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明に係る測定法によればめっき
直後に加熱処理を施して製造する合金化亜鉛めっき鋼板
の製造ライン内において、従来から合金化度を表すもの
として用いられているめっき層中の平均Ｆｅ濃度を非破
壊、連続的に測定できることは勿論、その測定はめつき
条件の変動によるめっき付着量の大小変動にも影響され
ることがなく、またｒ相のみが測定対象であることから
非常に正確に測定することができる。

そしてこの本発明に係る測定法によるめっき層中の平均
Ｆｅ濃度の測定値から、速やかに合金化処理条件を適正
範囲内に制御することにより１表裏とも耐パウダリング
性等の品質特性に優れた合金化亜鉛めっき鋼板が製造で
きるのである。

その結果、従来は出荷試験として各コイルからサンプリ
ングした試験片を化学分析し、めっき層中の平均Ｆｅｆ
ｉ度を測定していたが、本発明に係る測定法を用いた合
金化度の制御法により充分な品質管理が行える上、出荷
試験を省略することができるので製造工程の短縮及び省
力化がもたらされ、製造コストが安くなるばかりか、更
にめっき層中の平均Ｆｅ濃度の算出においてめっき付着
量による補正を必要とせずまた簡単な一次関数式を用い
るのみであるから１本発明に係る測定法を用いた合金化
度の制御法を自動化する場合でも小容量の演算装置でよ
く、装置作製に要する費用も安価で済む利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめつき層中の平均
Ｆｅ’ｆｆＪ度と（Ｉｒ　　Ｉ！’　）／　Ｉｒとの関
係を示す図、第２図はめつき付着量とバックグラウンド
強度Ｔ？との関係を示す図、第３図はＩＣＩ’発光分光
分析法で測定しためつき層中の平均Ｆｅ濃度の測定値と
本発明法で測定しためつき層中の平均Ｆｅ′ａ度の測定
値の関係を示す図、第４図はｒ相のＸ線回折曲線の一般
説明図である。 特許出願人　日新製鋼株式会社　　− ′ｌ′ ′・―、・′ （Ｉｒ−Ｉｒ）／ｌ「 バックグラウンド５釦隻Ｃ（Ｘ１００　ｃ、ｐ、ｓ、）
第３図 基 （ＩＣＰ受光受光分析分析 法４°図 よ 屯 ＼、Ｉ ２θ　（崖）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　合金化亜鉛めつき鋼板のＦｅ−Ｚｎ金属間化合物相
   のうちのΓ相のＸ線回折強度（Ｉ＿ｒ）とバックグラウ
   ンド強度（Ｉ＾Ｂ＿ｒ）とから（Ｉ＿ｒ−Ｉ＾Ｂ＿ｒ）
   ／Ｉ＿ｒを算出して合金化度を測定することを特徴とす
   るＸ線回折法による合金化亜鉛めつき鋼板の合金化度の
   測定方法。 ２　合金化亜鉛めつき鋼板製造ラインにおいて合金化処
   理され走行して来る合金化亜鉛めつき鋼板のＦｅ−Ｚｎ
   金属間化合物相のうちのΓ相のＸ線回折強度（Ｉ＿ｒ）
   とバックグラウンド強度（Ｉ＾Ｂ＿ｒ）とを非破壊且つ
   連続的に測定して該測定値から（Ｉ＿ｒ−Ｉ＾Ｂ＿ｒ）
   ／Ｉ＿ｒを算出し、該算出値が所定の値の範囲内に入る
   ように合金化処理条件を調整することを特徴とする合金
   化亜鉛めつき鋼板製造ラインにおける合金化度の制御方
   法。