JPH06212384A

JPH06212384A - 珪素含有鋼板の溶融亜鉛めっき方法

Info

Publication number: JPH06212384A
Application number: JP554793A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hori; 雅彦堀; Shigeru Wakano; 茂若野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】Siを 0.2重量％以上含有する鋼板を母材とし、
不めっきの発生がない溶融亜鉛めっき鋼板、または合金
化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する。【構成】(1) Siを 0.2重量％以上含有する鋼板を母材と
して溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、熱間
圧延後の鋼板を酸洗した後、表面を 0.4〜30g/m²研削し
て除去し、次いで冷間圧延を行った後、酸化性雰囲気中
で加熱処理して鋼板表面にFeに換算して 0.5〜5.0g/m²
の酸化鉄層を形成させ、次いで 600〜950 ℃の温度で還
元した後、溶融亜鉛めっきを行う。 (2) 上記(1) の工程で溶融亜鉛めっきを行った後、さら
に合金化熱処理を施して合金化溶融亜鉛めっき鋼板とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に自動車用鋼板と
して好適な、珪素（Si）を含有させた高強度の鋼板を母
材とする溶融亜鉛めっき鋼板、または合金化溶融亜鉛め
っき鋼板を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電、建材、自動車等の産業分野
において溶融亜鉛めっき鋼板が大量に使用されている
が、とりわけ経済性と防錆機能、塗装後の性能の良さが
評価されて合金化溶融亜鉛めっき鋼板が広く用いられて
いる。

【０００３】溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、適当な脱脂
洗浄工程を経た後、または脱脂洗浄を行うことなく、鋼
板を弱酸化性雰囲気もしくは還元性雰囲気で予熱し、次
いで水素と窒素等の保護性または還元性の雰囲気で焼鈍
し、めっき温度付近まで冷却した後溶融亜鉛浴に浸漬す
ることにより製造される。

【０００４】上記の工程における予熱の際には、鋼板表
面に80nm程度の酸化膜が形成される方が溶融亜鉛との濡
れ性の点で好ましいとされるが、それ以上の厚さの酸化
膜は、ドロスの発生を増加させ、溶融めっきの密着性を
損なうという悪影響があると考えられている。溶融亜鉛
浴の中には後述の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造の範
囲も含めると0.08〜0.18％ (以下、特に断らない限り
「％」は「重量％」を意味する) のAl (アルミニウム)
が含まれる。

【０００５】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、連続
的に溶融亜鉛めっきした鋼板を熱処理炉で 500〜600 ℃
の材料温度に３〜30秒加熱して、Fe−Zn合金めっき層を
形成させたものである。めっき層はFe−Znの金属間化合
物からなり、一般にその平均Fe濃度は８〜12％である。
そのめっきの付着量は、通常片面当たり25〜70g/m²であ
り、この範囲以下のものは通常の手段では製造すること
が難しく、またこの範囲を上回るものはめっき層の耐パ
ウダリング性を確保することが困難であるので一般には
供給されていない。

【０００６】合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき皮膜中
には、0.12〜0.2 ％前後のAlが含有されることが多い。
その原因の一つは、通常の溶融亜鉛めっき鋼板の製造に
おいて、めっき皮膜と母材鋼板との界面に合金層が生成
するのを抑制し、皮膜加工性を保持するために浴中にAl
を添加するので、同一の浴を用いて合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を製造すると、そのめっき皮膜にもAlが不可避的
に混入することにある。もう一つの原因は、合金化溶融
亜鉛めっき鋼板のめっき皮膜の耐パウダリング性を確保
し、かつ製造時のドロスの発生を抑制するために、めっ
き浴中にAlを含有させることがむしろ望ましいとされ、
通常0.08〜0.11％程度のAl含有溶融亜鉛浴が使用される
からである。Alはめっき時にめっき層中に富化する傾向
があるため、上記の浴でめっきすれば皮膜中のAl濃度は
0.12〜0.2 ％の範囲となる。

【０００７】上述のようなめっき鋼板の母材としては、
従来低炭素Alキルド鋼板、極低炭素Ti添加鋼板等が主に
使用されてきた。しかし、近年、例えば自動車用材料で
は、軽量化対策の一つとして鋼板の高強度化が要請さ
れ、Siを 0.2％以上含む珪素含有鋼板が用いられようと
している。Siは鋼の延性を確保したまま強度を向上させ
る元素であるから、珪素添加鋼は上記の要請に応える望
ましい鋼材であると言える。

【０００８】しかしながら、珪素含有鋼板は、溶融亜鉛
めっきの母材としては大きな欠点を持っている。上記の
通常のプロセスに従って珪素含有鋼板を処理すると、焼
鈍過程で雰囲気中の極微量の水分と鋼板中のSiが反応
し、鋼板表面に溶融亜鉛との濡れ性を損なうSi−Oxide
が生成する。従って、鋼中のSi濃度の増加にともない不
めっきが多発するようになる。珪素含有鋼板の表面に予
め酸化雰囲気での加熱によりFe酸化物を形成することで
濡れ性が改善されることは公知である。しかし、Si含有
量が 0.2％を超えると従来のプロセスにおける酸化雰囲
気 (例えば無酸化炉の空燃比を１〜1.35とした雰囲気)
で予熱しただけでは、鋼中のSiが鋼の酸化を抑制する作
用を有しているため濡れ性の回復が難しい。

【０００９】また、珪素含有鋼板を母材として合金化溶
融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には、合金化処理速度
が著しく遅れそのため生産能率が落ちるという難点があ
る。

【００１０】とりわけ鋼の成形性を向上させるためにTi
添加極低炭素鋼をベースとするSi添加鋼を母材とする場
合は、再結晶化のための焼鈍温度が 800℃以上となるた
め鋼板表面へのSi−Oxide の析出が一層顕著になり濡れ
性の確保がさらに困難となる。

【００１１】上記の問題点を解決する方法として、従来
溶融めっきに先立ってNi、Fe等の下地めっきを施すこと
が知られているが、余分なめっき工程が付加されるため
工程が増えて製造コストの上昇を招くにもかかわらず、
Si含有量の高い鋼では、溶融亜鉛との濡れ性改善に十分
な効果が得られず、さらに均一な合金化処理が非常に難
しい等の問題がある。

【００１２】上述のように、材料的には魅力のある珪素
含有鋼も、これに適切な溶融亜鉛めっき、または合金化
溶融亜鉛めっきを施す実際的な方法が見当たらないのが
現状である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の溶融
亜鉛めっきプロセスにおいては満足な溶融亜鉛めっき被
膜の形成が不可能であり、かつ合金化処理を施す場合そ
の生産性が非常に低い珪素含有鋼を母材とするめっき鋼
板を製造する実用的な方法の開発を課題としてなされた
ものである。

【００１４】本発明の目的は、Siを 0.2％以上含有する
鋼板を母材として不めっき点の発生がないめっきを施
し、かつその合金化処理速度を十分に大きくし、経済的
に溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を製造する方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、Siを 0.2
％以上含有する鋼板に溶融亜鉛めっきを施す際の鋼と溶
融亜鉛との濡れ性を向上させ、また合金化処理を行うも
のについてはその処理速度を促進させるために様々な検
討を行った。その結果、母材鋼板を熱間圧延し、酸洗し
た後にその表面を 0.4g/m²以上研削し、次いで冷間圧延
し、溶融めっきライン（ＣＧＬ）内で加熱処理をして
0.5g/m²以上の酸化鉄を形成させ、その後は通常の還元
焼鈍および溶融めっき（必要な場合は、さらに合金化処
理）を施すことにより、溶融めっき時の濡れ性が向上
し、合金化処理を施した場合には合金化速度が早くなる
ことを見出した。

【００１６】上記のように、母材表面を研削した後、酸
化性雰囲気中で加熱処理する工程を導入することにより
溶融めっき時の濡れ性を向上させることができるのは、
研削によって鋼板表面に残存するスケールを除去すると
同時に加工変質層が形成され、酸化性雰囲気中での加熱
処理の際、通常の酸化で得られる酸化物よりも均一でか
つ緻密な酸化物が大量に得られ、続いて行われる還元焼
鈍時にやはり均一でかつ緻密な還元鉄層が形成され、こ
の還元鉄層が焼鈍時における鋼板表面へのSi拡散のバリ
ヤーとして働き、濡れ性を損なうSi−Oxide の生成が抑
制されることによるものと推定される。なお、加工変質
層とは、研削加工により結晶粒がアモルファスに近い細
粒に変化した部分（細粒層）で、冷間圧延した後におい
ても変質層として残っている。

【００１７】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
もので、下記の溶融亜鉛めっき方法、または合金化溶融
亜鉛めっき鋼板の製造方法を要旨とする。

【００１８】(1) Siを 0.2％以上含有する鋼板を母材と
して溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、熱間
圧延後の鋼板を酸洗した後、その表面を 0.4〜30g/m²研
削して除去し、次いで冷間圧延を行った後、酸化性雰囲
気中で加熱処理して鋼板表面にFeに換算して 0.5〜5.0
g/m²の酸化鉄層を形成させ、次いで 600〜950 ℃の温度
で還元した後、溶融亜鉛めっきを行うことを特徴とする
珪素含有鋼板の溶融亜鉛めっき方法。

【００１９】(2) 上記(1) に記載の工程で溶融亜鉛めっ
きを行った後、さらに合金化熱処理を施す合金化溶融亜
鉛めっき鋼板の製造方法。

【００２０】

【作用】以下、本発明において定めた諸条件について作
用効果と条件限定の理由を説明する。

【００２１】本発明で対象とする鋼板は前記のようにSi
含有量が 0.2％以上の鋼板である。

【００２２】Si含有量が 0.2％未満であれば、従来の技
術の工夫で対応が可能であり、敢えて本発明方法を適用
する必要がない。

【００２３】熱延鋼板は酸洗によりスケールが除去され
た後その表面が研削される。熱間圧延を行った直後に研
削しても効果はあるが、熱間圧延の直後では鋼板の表面
は粗面であるばかりでなく、スケールが厚く付着してお
り、10g/m²を超える研削が必要で、コスト面で不利であ
る。

【００２４】研削の方法には何ら制約はないが、通常の
研削用ブラシロールが比較的好適である。ブラシの寿命
の点から湿式の研削が有利である。研削量は 0.4g/m²か
ら30g/m²までに限定される。 0.4g/m²未満では熱間圧延
時に生成し、酸洗後においても残存しているSi系の酸化
物層の除去が不十分であり、かつ研削により鋼板の表面
に導入される加工変質層（細粒層）の量も不十分で、次
工程の加熱処理時におけるFeの酸化速度が小さく、酸化
が不十分となる。研削量が30g/m²を超えるとSi系酸化物
の除去および表面の細粒層化による濡れ性改善の効果は
飽和し、製品歩留りの低下が大きくなる。

【００２５】研削を受けた鋼板は次に冷間圧延される。
これは冷延鋼板を製造する際に通常行われている冷間圧
延でよく、板厚 2.3〜4.0mm から 0.4〜1.6mm 程度に圧
延される。

【００２６】次いで、必要に応じて２〜３％のNaOH水溶
液等によるアルカリ脱脂処理をされた後、酸化性雰囲気
中での加熱により酸化され、その表面にFeに換算して
0.5〜5.0g/m² の量に相当する酸化鉄が形成される。雰
囲気としては、CO₂、O₂、H₂O等の酸化性ガスを含む雰
囲気が用いられる。酸化量がFe換算量で 0.5g/m²未満で
は不めっきが生じやすく、 5.0g/m²を超えると次工程で
の酸化鉄の還元が不十分となりやすく、やはり不めっき
が発生しやすくなる。

【００２７】酸化処理の温度は特に限定されないが、反
応速度が比較的速く、かつ反応量が過剰にならないとい
う観点から、材料温度として 500〜700 ℃程度とするの
が適当である。処理時間は、材料温度が 500〜700 ℃に
到達した後のこの温度範囲における滞留時間が０〜30秒
程度であれば、ライン速度を変更する必要もなく、所定
の酸化量を得ることが可能である。

【００２８】表面に酸化鉄層を形成させた鋼板は、次の
工程で 600〜950 ℃の温度で還元処理される。なお、こ
の還元処理は先に行われた冷間圧延後の焼鈍処理を兼ね
て行われる。この目的のためには、水素５％（以下、気
体についての「％」は「体積％」を意味する）以上を含
み残部が非酸化性ガス（通常窒素）からなる露点が−15
℃以下の雰囲気を用いるのがよい。処理温度が 600℃よ
り低いと冷間加工を受けた鋼板を十分焼鈍することがで
きず、かつ酸化物の還元が不十分となる場合があり、一
方、 950℃を超えると鋼板が軟化し、操業に際して平坦
性を保持することが困難になる。還元処理温度の上限は
820℃とするのが好ましい。処理時間は15〜250 秒でよ
い。

【００２９】以上の工程で処理された鋼板は 380〜550
℃程度に冷却され、めっき後合金化を行わない場合はAl
を0.03〜３％程度含有する溶融亜鉛浴中に、合金化処理
を行う場合はAlを0.03〜0.12％程度含有する溶融亜鉛浴
中に浸漬されてめっきされ、さらにガスワイピングで付
着量を所定範囲に調整されて溶融亜鉛めっき鋼板として
の製品になる。

【００３０】合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合
は、上記の工程でめっきした鋼板を合金化処理炉に通
し、 450〜600 ℃に１〜120 秒加熱してめっき皮膜を合
金化する。

【００３１】以上のように、本発明方法を適用すること
により、一般に酸化速度が小さく酸化鉄を形成しにくい
珪素含有鋼板の表面に研削効果を利用して十分な酸化鉄
層を形成させ、これを還元してSiの鋼板表面への拡散を
抑制する機能を付与し、不めっきのない表面特性に優れ
た溶融亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を製造することができる。

【００３２】本発明方法は、熱間圧延後の鋼板を酸洗し
た後、冷間圧延を行う前に鋼板表面を研削し、その後の
還元処理を冷間圧延後の焼鈍を兼ねて行う点に特徴があ
り、研削を行わない通常の方法に比べて同一の還元（焼
鈍）温度でのSiの鋼板表面への濃化を低減することがで
きる。

【００３３】

【実施例】表１に示す化学組成の高Si鋼を熱間圧延し、
次いで酸洗した後、砥石（日本特殊研砥製 PVA砥石；C1
207M、C320S 等）を用いて片面当たり25g/m²以下の範囲
で研削し、板厚3.6mm にした。次いで、パススケジュー
ル 3.6mm→ 2.4mm→ 1.6mm→ 1.2mm→ 1.0mm→ 0.8mmで
冷間圧延をおこなって冷延鋼板（鋼種Ａ〜Ｄ、板厚0.80
mm、未焼鈍材) とし、 250mm×100mm に裁断して供試材
とした。この鋼板をシンナーで溶剤脱脂し、60℃の 2.0
％NaOH水溶液中でアルカリ脱脂した後、所定雰囲気での
熱処理が可能でかつ還元雰囲気から直接溶融めっきが可
能な竪型溶融めっき装置を用いて溶融めっきを行った。
すなわち、鋼板を必要に応じてこの装置内で、表２に示
すａ〜ｅの各種雰囲気および加熱条件で予熱酸化した
後、N₂＋25％H₂の雰囲気で還元を施し、 460℃の鋼板温
度に冷却した後、Al濃度が0.03〜3.0 ％の溶融亜鉛浴中
で溶融めっきを行った。還元条件を表３に示す。めっき
時間は１秒とし、ガスワイパーにより亜鉛付着量を片面
当たり約60g/m²に調整した。

【００３４】めっき後不めっきの発生状況を調査した。
さらに、Al濃度が0.03〜0.12％の溶融亜鉛浴中でめっき
したものについては、 500℃の塩浴中で合金化処理を行
い、めっき皮膜中のFe濃度が10％になったときの時間を
合金化所要時間として測定した。実際のめっきラインで
の合金化を考慮すると、20秒以内で合金化できれば合理
的でかつ生産性のよい合金めっきが可能であると判断さ
れる。めっきの評価および合金化処理を行ったものにつ
いては合金化所要時間を表３に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３（１）】

【００３８】

【表３（２）】

【００３９】表３に示す結果に見られるように、本発明
例ではすべて不めっきがなく、合金化溶融亜鉛めっき鋼
板ではいずれも20秒以内の比較的短時間で合金化処理が
できている。

【００４０】

【発明の効果】本発明方法によれば、珪素含有鋼を母材
とする溶融亜鉛めっき鋼板、または合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を不めっきの発生なしに製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 2/40 // Ｃ２１Ｄ 9/46 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Siを 0.2重量％以上含有する鋼板を母材と
して溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、熱間
圧延後の鋼板を酸洗した後、その表面を 0.4〜30g/m²研
削して除去し、次いで冷間圧延を行った後、酸化性雰囲
気中で加熱処理して鋼板表面にFeに換算して 0.5〜5.0
g/m²の酸化鉄層を形成させ、次いで 600〜950 ℃の温度
で還元した後、溶融亜鉛めっきを行うことを特徴とする
珪素含有鋼板の溶融亜鉛めっき方法。
【請求項２】請求項１に記載の工程で溶融亜鉛めっきを
行った後、さらに合金化熱処理を施す合金化溶融亜鉛め
っき鋼板の製造方法。