JPH02153057A - 加工性のよい合金溶融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Ｚｎ系合金溶融めフき鋼板に係り、高い耐食性
めっきと同時に高い加工性を存し、自動車用、建材その
他の用途に適用できる防錆鋼板に関するものである。

［従来の技術］ 亜鉛めっき鋼板は、優れた耐食性めっきを有する低コス
ト鋼板として自動車、建材、家電製品に広く使われてい
るが、近年自動車用鋼板の耐用年数を高める要求が強く
なり、塗装後耐食性めっきを含めた総合的見地より鉄−
亜鉛合金めっき鋼板が使用−されており、かつ、めっき
層の厚手化の要求が強い、また加工製品に優れた外観と
形状が要求されるので、素材とめっき層両方の加工性を
高めることも求められている。

かかる鋼板の製造方法としては電気めっき法による方法
（特開昭５６−１３３４８８号公報）が知られているが
、めっき層の厚手化を実現するには電気使用量が大とな
りコスト的に不利となる。

そこで例えば特開昭６１−２２３１７４号の如く、鋼帯
に溶融亜鉛めっきを施し所定付着量に制御した後、加熱
して地鉄（鋼帯）とめつき金属（亜鉛）とを合金化処理
すこと、また特開昭５９−７００５３号の如く、溶融亜
鉛めっき後、その表面に鉄粉を吹とつけて合金化処理す
る方法等が開発された。しかしながらかかる方法では合
金化処理の間に地鉄とめつき層の界面に硬くて脆い合金
相（ｒ）が発達し易く、成形加工時に合金層が粉状に剥
ａｌｌ（パウダリングと呼ばれる）する欠点等を伴い、
めフき層が、厚くなるほどこの傾向は強くなる。さらに
、従来行程では、合金化処理後の鋼材を常温まで急冷す
るので、固溶炭素を十分に析出させることができず、時
効性等材質の優れた鋼板を製造するのは、容易ではなか
った。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は加工性、耐食性共に優れためっき層を有する防
錆板を容易にかつ低コストで得るためなされたものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスにおいて、鋼板の素地
加工性に係る最大の問題点はめっき後、あるいは、合金
化処理後急冷せざるを得す、過時効処理ができないので
、固溶炭素を原因とする加工性の劣化が避けられないこ
とである。この理由としては、亜鉛の融点が４１９℃と
低いために過時効処理温度として適当な４００℃付近の
温度まで、冷却する間にめフき層を完全に凝固させられ
ず、凝固後ともめっき層が軟貢なため、めっき金属がロ
ール等に付着する事が大きい。そこで本発明者らは、め
っき金属の融点を高めると共に、めっき層と地峡界面に
有害な合金相が生成しない、溶融めっきプロセスを鋭意
検討した結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、１〜１２％Ｆｅ、残Ｚｎ及び不可避
不純物からなる成分のめっき浴を、７００〜９５０℃に
加熱し、鋼材と接触し、めっき鋼材の温度が、　６５０
℃以下に低下する前に冷却速度３０℃／ｓ以上で鋼材の
冷却を開始し、３８０℃以下まで冷却した後該鋼材を３
００〜４５０℃で１分以上保定することを特徴とする、
加工性のよい合金溶融めっき鋼板の製造方法である。

合金化熱処理をしないで溶融めっきにより、合金めっき
層を得るには、めっと洛中の溶融金属を合金とすればよ
い。実際に＾Ｑ−Ｚｎ合金めっきはこの方法により製造
されているが、Ｆｅ−Ｚｎ　。

Ｍｎ−Ｚｎ、　Ｎ１−Ｚｎ、　Ｃｒ−Ｚｎ、　Ｇｏ−Ｚ
ｎ合金めっきは、いずれも電気めっき法しかとられてい
ない。この理由としては、これらの合金Ａｉ　−Ｚｎ合
金以外は、融点が純亜鉛よりもかなり高くなるために、
設備技術上の問題が多くあることの他に、高温では有害
な合金相が短時間で生成するおそれがあり、従来用いら
れることはなかった。しかしながら、融点が高いと高温
で凝固するのでロール等への付着は起こり難くなるとい
う利点がある。そこで本発明者らは、自動車用に需要の
延びているＦｅ−Ｚｎ合金めっきに看目し、合金の溶融
めっきを検討して以下の知見を得た。

溶融亜鉛中に鉄を溶解する方法としては、表面にフラッ
クスを塗布した鉄材や、または鉄表面が酸化されていな
い状態、例えば亜鉛めっき鋼材（板、棒等の形鋼、粒等
）等を溶融亜鉛中へ投入して溶解添加するものである。

さらに、市販のＦｅ−Ｉｎ合金を溶融亜鉛中へ投入すれ
ば速やかに所望する濃度の合金が得られる。

鉄溶解添加量としては１〜１２％が適当であり、１％未
満であればＦｅ−Ｚｎ合金めっきとしての耐食性めっき
、塗料密看性等が得られ難く、１２％を超えると浴温度
を９５０℃を超えて上昇させねばらなず、浴の酸化消失
の可能性が大きくなる上に、製品用億として現在のとこ
ろ殆ど無いのでこの範囲に限定する。

亜鉛中の鉄量の制御は例えば、鉄量を増加する場合は鉄
溶解量を増加させ、鉄量を減少させる場合は、亜鉛を追
加投入して鉄量を希釈することにより、目的とする鉄量
に制御するものである。

めっきに適する浴温度は７００〜９５０℃である。上記
鉄量のばあい、めっき金属と地峡界面に有害なｒ相が生
成し易い。７００℃以上であればｒ相は不安定であるか
ら界面で一時的に生成しても直ちに溶解消失し、発達し
ない。９５０℃を超えると、浴の酸化消失の可能性が大
きくなり、不活性雰囲気に常時制御する必要があり、技
術的困難が大きくなる。さらに、めつき後の冷却帯が不
必要に長くなり、設備が高価なものとなり経済的にも不
利である。そこで、浴温度範囲を７００〜９５０℃に限
定するものである。この温度範囲は通常の冷間加工鋼材
の焼純温度域を包含しているので、めっきと焼鈍を同時
に行なうこともできる。

溶融めっきの方法は、どの様なものでもよい。例えば、
鋼板を還元処理後めつき浴中に浸漬するゼンジマータイ
プ、フラックス法、また、鋼材に下地めっきを施した後
、前処理加熱なしでめっきしてもよい。さらに、ロール
コータ−１電磁ポンプ、メニスカスメツキ等の片面めっ
き法等もできる。

めっき後の冷却は３つの理由で重要である。

第一の理由は冷却中にｒ相を生成させないことにあり、
温度が６５０℃より低下すると「相が熱力学的に安定と
なのるので、冷却に時間がかかると、めっき層−地鉄界
面にｒ相が発達する。

従って、めつぎ後のめつき鋼板温度８５０℃超から冷却
するものであり、また、ｒ相の厚みを実用上差し支えな
い範囲に抑制するには、３０℃／ｓ以上の冷却速度で３
８０℃以下まで冷却することが必要である。第二の理由
はめつき層の表面を平滑にすることである。全率固溶型
以外の合金が凝固するときは、より安定な相から凝固し
、合金成分の移動が起こるので、一般的には表面は凹凸
を呈し、徐冷であるほど程度が激しくなる。しかし冷却
速度が３０℃／ｓ以上で冷却すれば表面の平滑度は保た
れる。従って、１２％Ｆｅ合金で液相が存在する７００
℃以下の温度域を急冷すれば、加工性良好で表面が平滑
なめつき鋼板が得られる。第三の理由は固溶炭素を過時
効処理中に効率よく析出させるために、析出核となる転
位を多数導入することにある。この効果は、冷却速度が
大なるほど、また冷却温度が低いほど大きいが、冷却速
度が３０℃／ｓ以上で、冷却温度は４５０℃以下で効果
が明らかとなる。以上の理由により冷却条件をめっき後
鋼材の温度が６５０℃以下に低下する以前に冷却速度３
０℃／ｓ以上で鋼材の冷却を開始し、　３８０℃以下ま
で冷却すると限定する。めっき層は、冷却中に６００℃
付近の温度で凝固が完了するので、それ以後ロール等へ
の付着は起こらない、なお、めフき温度から６５０℃ま
での温度範囲では、鋼板の品質を左右するような現象は
起こらないので、この間に目付量を制御すると共に鋼板
を、めっき浴の出口から冷却帯まで移動するものである
。

冷却終了後のめつき鋼板は、３００〜４５０℃の温度に
保定され、この間に固溶炭素をセメンタイトとして析出
させ６、鋼板の延性を高めるとともに時効性を改善する
。この時に温度が３００℃未満ではセメンタイト析出に
長時間を必要とするだけでなく、セメンタイトが微細と
なりすぎ鋼板が硬質化する。また４５０℃を超えると固
溶炭素が残存し、時効性が改善されない。そこで冷却後
の鋼板保定温度を３００〜４５０℃に限定する。保定時
間は通常の連続焼鈍法と同様、１〜３分でよい、保定温
度は一定である必要はなく、保定中に変化してもよい。

鉄濃度が高くなるにつれ、合金浴の粘性が増加しめっき
作業や目付量制御が困難となることがあるが、この様な
ときは、Ｓｉ、　Ｔｉ、　Ｃｄの１ｆ！または２種以上
を０゜０１％以上添加すれば、浴の粘性が低下して作業
が容易になる。これらの添加材は量を増す程効果が上が
るが、Ｏ，Ｓ９６でその効果が飽和する０で上限は０．
５零が好ましく、このＳｉ、　Ｔｉは耐食性向上の効果
も併せて得られる。

従来の溶融亜鉛めっき浴に添加されている＾２について
は、使い分けることができる。八又は地鉄とめっ＠層界
面でへ！−Ｆｅ−ＺｎＢ元合金を形成し、Ｆｅ−Ｚｎ合
金の発達を抑制すると言われており、０．３上程度まで
の添加により、冷却条件を緩和させることができる。一
方、めつき浴中にＦｅ溶解させる本発明では、多量のＡ
２添加は浴中でのΔ１−Ｆｅ合金（従来トップドロスと
いわれている）形成の原因となるので、確実なドロスフ
リーを目指す場合はＡ２添加を省略する。尚、従来ボト
ムドロスとよばれるＦｅ−Ｚｎ合金は本発明では、はと
んど溶解しており、浴中に晶出することはほとんどない
。

この様な本発明方法によるめっき鋼帯（板）と、溶融亜
鉛めっき後加熱により合金化処理した従来のめりき鋼板
とは、めっ合理の結晶粒が本発明めっき鋼板においては
、等方的かつ微細であるのに対し、従来法による合金め
っき層では、全体的に縦方向（板厚方向）に伸長してい
ると共に、地峡とめっき層界面には、加熱を原因とする
合金相の発達が無く、両者は大きく異なる。

結晶粒が等方的であると、発錆の主原因となるＣ１’″
等のアニオンが粒界を浸食しながら地峡に達することが
遅れるが、伸長粒の場合は、早期に地鉄に到達するので
、本発明めっき鋼板は従来鋼板より耐食性めっきに優れ
ると認められる。又、本発明めっき鋼板は従来法の合金
化熱処理が不要のため、加工性に最も悪影響を及ぼすｒ
相を殆ど生成させること無く任意成分の合金層を任意の
目付量で有することができるが、従来法では、加工性の
良い厚目付鋼板を得ることも、合金層成分を制御するこ
とも著しく困難である。

鉄の１部または全部をＮ１．　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｇｏの
１種または２［以上で置換すると、耐食性が向上するの
で、コストよりも耐食性が重要な場合は、このようにす
ればよい。

更に耐食性等をより向上させる場合は、前記Ｆｅ−”ｉ
ｎ系合金にＭｇ、Ｐ等の１種又は２ｆ！以上を溶解添加
することにより確実にできる。この場合Ｍｇは０．０１
％、ＰはＱ、ＱＯ１零未満の添加では、その効果が小さ
い、　Ｍｇ添加は裸耐食性向上に著効があるが、０．５
ｋを超えて添加すると黒色の酸化物が浴表面に生成しめ
っき外観を損ねる。Ｐは０．５９６を超えて添加しても
効果は飽和する。よって、Ｍｇ：０．０１〜０．５亀、
Ｐ：０．００１零〜０．５零に限定する。

次にめっき量としては例えば１０ｇ／＋’以上でよく、
上限としては現在のめっき鋼材の用途の上限である約２
００ｇ／ｍ”で十分であるが、特に制限は無い。

この様なめつき層の上層に例えば、電気めっき、蒸着め
っき、等の非溶融め）きにより亜鉛４０％未満、鉄６０
％以上の合金めっき、鉄めっき、亜鉛−ニッケル合金め
っき、亜鉛−クロム合金めっき鉄−燐合金めっき、等の
めっき層を１層又は２層以上生成させ、より耐食性、塗
装性等の使用性能を向上させることができる。

前記亜鉛−鉄合金溶融めっ籾は用途に応じて鋼板（帯）
の両面又は片面にめっきし、父上記非溶融めっきも両面
又は片面にめっきするものである。

［実　施　例］ 次に本発明の実施例を比較例と共に挙げる。

表１にめっき浴成分がＦｅ−Ｚｎ合金である時のめっき
条件とめっき鋼板の品質を示す。

めっきは０．７ｃｍ＋厚のＢＡＦ焼鈍された深絞り用Ａ
旦キルド鋼を原板として用い、還元性雰囲気炉中で加熱
通光後、直ちに表に示した成分を有する浴中へ３秒間浸
漬せしめ、浴中より引縫上げた後鋼板温度が冷却開始温
度まで低下した時点より窒素ガスを強制的に吹き付は冷
却終了温度まで冷却し、その後過時効処理温度に係定し
てから、室温まで空冷した。比較例であるＮｏ、１５゜
１６は従来の合金化亜鉛めっき鋼板製造法によった。め
っき後の鋼板に１％のスキンバス圧延を施しし方向にＪ
ＩＳＳ号の引張試験片を採取して引張試験に供した。

本発明範囲であるＮｏ、１〜７はいずれも良好な曲げ加
工性と耐食性を示し、特にＮｏ、３〜５はめっき層の量
が９０ｇ／ｍ２と超厚目付であるにもかかわらず、パウ
ダリングが起こらない。また時効特性も優れており、高
度の加工に耐えられるものである。比較例Ｎｏ、８はめ
っき層の鉄量不十分で耐食性がやや劣り、Ｎｏ、９．１
０は冷却開始温度が低（Ｎｏ、１１は、冷却速度不足で
地鉄との界面に発達した合金相のために曲げ加工性が劣
っている。

Ｎｏ、１５ｊ８は従来行程材であり、時効特性が劣るた
め高度の加工はできない、さらに１５はめっき層が厚く
ないので、曲げ加工性は良いが、耐食性が不足しており
、１６はめ）ぎ層が厚いために合金化に時間がかかり、
曲げ加工性が劣っている。

表２にはめっき浴成分中の各種金属で置換した場合の、
めっき鋼板品質を示すが、いずれも良好である。

表３にはＭｇとＰを添加したときの効果を示す。どちら
も塩水噴霧試験時の赤錆発生率を改善する。

注１：曲げ加工性は０．８ｍｍ板にめっ鮒鋼板をＵ字形
に曲げ密着した後事状に戻し、曲げ部内側にセロハンテ
ープを粘付け、これを剥離して曲げ部のめっき金属の剥
離幅を測定 Ｑ　：　１．Ｏａ＋ｍ以内、△：　２．Ｏｍ＋ｎ以内１
．Ｏａｖ超（実用上差支なし）　、ｘ　：　２．Ｏｍｍ
超注２：耐食性めっきは７０℃乾燥３時間−塩水（３ｋ
ｘ５０℃）２時間−室温放置２時間→塩水噴霧試験（Ｊ
ＩＳ　ｚ２３７１準拠）１．５時間−湿ｍ　（８０’！
湿度、５０℃）　１５．４時間、このサイクルで１０サ
イクル処理した後の赤錆発生面積（豹を測定 ０　：　５に以下　６２１０％以下５零超（実用上差支
なし）％Ｘ：１０％超 注３＝めっき鋼板は、Ｃ：０．０３％、　　Ｍｎ：０．
１５ｋ。

Ｐ：０．００１．　Ｓ：０．００１！に、　５ｏｆＬ、
Ａｌ：０．０３９６゜残Ｆｅ及び不純物からなる０、７
ｍｍ厚。

［発明の効果］ かくすることにより、耐食性、加工性を向上せさせるこ
とができ、かつ工業的に確実に高生産性を維持しつつ生
産することができ、工業的に大きな効果を発揮すること
ができる等の優れた効果が得られる。

他４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　１〜１２ｗｔ％Ｆｅ、残Ｚｎ及び不可避不純物より
   なる成分のめっき浴を７００〜９５０℃に加熱し鋼材と
   接触せしめ、めっき後鋼材の温度が６５０℃以下に低下
   する以前に冷却速度３０℃／ｓ以上で鋼材の冷却を開始
   し、３８０℃以下まで冷却した後、該鋼材を３００〜４
   ５０℃に１分以上保定する事を特徴とする、加工性のよ
   い合金溶融めっき鋼板の製造方法。 ２　めっき浴成分をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの１
   種または２種以上合計で１〜１２ｗｔ％、残Ｚｎおよび
   不可避不純物とする請求項１記載の加工性のよい合金溶
   融めっき鋼板の製造方法。 ３　めっき浴成分にＳｉ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：
   ０．０１〜０．５％、Ｃｄ：０．０１〜０．５％、Ｍｇ
   ：０．０１〜０．５％、Ｐ：０．００１〜０．５％、の
   いずれか１種または２種以上を含む請求項２記載の加工
   性のよい合金溶融めっき鋼板の製造方法。