JPH07188886A - 溶融亜鉛合金めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼材中のＳｉ品位が０．０５ｗｔ％未満のリ
ムド鋼材に、現状の溶融亜鉛めっきより格段に優れた耐
食性を有し、良好な外観を有する溶融亜鉛合金めっき皮
膜を形成する。 【構成】 亜鉛の純度が９９．７ｗｔ％以上の亜鉛浴、
あるいは当該亜鉛浴にＡｌを０．０５ｗｔ％以下添加し
た亜鉛浴を用いて、浴温度：４６０℃を超え〜４９０℃
かつ浸漬時間：１分〜１．５分の条件で溶融亜鉛めっき
を施し、その後、亜鉛の純度が９９．７％以上の亜鉛浴
に２〜１０ｗｔ％のＡｌを添加した亜鉛浴を用いて、浴
温度：４００〜４３０℃未満かつ浸漬時間：０．５分〜
１．５分の条件で溶融亜鉛合金めっきを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼材料のどぶ漬け亜
鉛めっき方法に関するものであり、さらに詳しく述べる
ならば、溶融亜鉛二段めっき法に関するものである。

【０００２】特に本発明は、鋼材中のＳｉ品位が０．０
５ｗｔ％未満のリムド鋼材に外観不良がなくかつ耐食性
が良好な溶融亜鉛めっき皮膜を形成できるように溶融亜
鉛二段めっき法を改良したものである。

【０００３】

【従来の技術】一般に、溶融亜鉛めっき鋼の耐食性を向
上させる方法としては、従来から亜鉛めっき付着量を増
大させる方法が採用されていた。亜鉛めっき付着量増大
のためにはめっきの前処理として鉄鋼材料にブラスト処
理する方法や溶融亜鉛めっき浴中への浸漬時間を長くす
る方法があり、何れもＦｅ−Ｚｎ合金層を発達させるこ
とにより亜鉛付着量を増大せんとするものであるが、所
期ほどに耐食性が向上せず、またＦｅ−Ｚｎ合金層がめ
っき皮膜表面にまで達して、いわゆるヤケと称される現
象を生じ、これはめっき外観を損なうとともにめっき製
品の商品価値を損なうものであった。

【０００４】更に近年では、連続溶融亜鉛めっきの分野
にとどまらずにどぶ漬けめっきの分野においても、Ｆｅ
−Ｚｎ合金層の生成を抑制することや耐食性を向上させ
ることを目的としてＡｌ−Ｚｎ合金浴を使用する試みが
行われているが、通常のフラックスを用いた場合には、
浴中のＡｌとフラックス中のＣｌとの反応が優先的に進
むために鋼材とＡｌ−Ｚｎとの合金化反応が阻害され、
所謂不めっきという現象が発生してしまう。

【０００５】この問題点を解決するために、特開昭６０
−１２５３６１号、特公平０１−５１１０号、特開平０
３−１００１５１号などでは専用フラックスを使用する
ことでＡｌ−Ｚｎ合金めっきを形成させる方法を提案し
ている。

【０００６】特開昭５３−４７０５５号、特開平０４−
２８０９５２号、特開平０５−１０６００２号などでは
Ａｌ−Ｚｎ合金浴中に第３元素を添加することにより一
回の浸漬でＡｌ−Ｚｎ合金めっきを形成させようとする
技術が開発されている。一方、特開昭６１−２０１７６
７号等ではＡｌの添加されていないＺｎ浴で一旦どぶ漬
けめっきを行ってめっき皮膜を形成させ、続いてＡｌ−
Ｚｎ合金浴に浸漬することでめっき皮膜中にＡｌを供給
するともに、めっき厚さを薄くできる二段めっき法が開
発されている。なおこの実施例では構造用鋼材（ＳＳ４
１−ＩＳＯ規格ＳＳ４００に相当−）にめっきが施され
ている。

【０００７】従来、Ａｌ−Ｚｎ合金めっきを施す鋼材に
ついては、高張力鋼のように特定されているもの（特開
平０４−３１１５５３号）もあるが、実施例において特
定されているもの（例えば、特開平０５−１０６００２
号のＳＳ４１，特開昭５３−４７０５５号のＳＰＣＣ
等）もあるが、殆どは意識されていない。

【０００８】古くは、溶融亜鉛めっきはリムド鋼、セミ
キルド鋼及びキルド鋼の何れにも広く適用されると考え
られていた（「鉄鋼製造法」中、丸善株式会社、昭和３
８年２月２０日発行、第２版、第７刷、第３５６〜３５
７頁）が、Ａｌ−Ｚｎ合金皮膜を形成するためには上述
のように解決すべき点が多いために、Ｓｉ含有量が０．
０５ｗｔ％未満のリムド鋼を対象として第３元素をＡｌ
−Ｚｎ合金めっき浴に添加することなくＡｌ−Ｚｎ合金
めっきを行うことまでは検討されていなかった。

【０００９】本発明者らは、上述した従来技術を採用し
て実用規模の鉄鋼材料に対してＡｌ−Ｚｎ合金めっきを
行ったところ、小型の試験用鉄鋼材料には見られなかっ
たような外観不良がリムド鋼に生ずることが判った。こ
の外観不良とは、鉄鋼材料表面に形成された合金めっき
皮膜の随所に見られるザラツキや波形のシワ、めっき皮
膜の脱落（極端にめっき皮膜膜厚が薄くなっている部
分）のことであり、このような外観不良があるとめっき
製品の商品価値を損なうこととなる。

【００１０】上述の理由により、リムド鋼には耐食性が
良好なＡｌ−Ｚｎ合金系溶融亜鉛めっき皮膜を施すこと
ができず、耐食性が劣る通常の溶融亜鉛めっき皮膜を施
すことで満足せざるを得なかった。

【００１１】したがって、本発明は、Ａｌ−Ｚｎ合金系
溶融亜鉛めっきを施す鋼材中のＳｉの品位が０．０５ｗ
ｔ％未満のリムド鋼に適し、外観不良をもたらさないめ
っき方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、現状の溶融亜鉛めっきと比較して５倍以上の耐食性
を有しながら外観不良が発生しない溶融亜鉛合金めっき
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼材中のＳｉ
品位が０．０５ｗｔ％未満のリムド鋼材を、亜鉛の純度
が９９．７ｗｔ％以上の亜鉛浴、あるいは当該亜鉛浴に
Ａｌを０．０５ｗｔ％以下添加した亜鉛浴を用いて 浴温度 ４６０℃を超え〜４９０℃ 浸漬時間 １分〜１．５分 の条件で溶融亜鉛めっきを施す第一工程と、その後、亜
鉛の純度が９９．７ｗｔ％以上の亜鉛浴に２〜１０ｗｔ
％のＡｌを添加した亜鉛浴を用いて 浴温度 ４００〜４３０℃未満 浸漬時間 ０．５分〜１．５分 の条件で溶融亜鉛合金めっきを施す第二工程とにより構
成される溶融亜鉛合金めっき方法にある。

【００１３】

【作用】まず、第一段めっき条件について説明する。亜
鉛めっき浴の純度を９９．７ｗｔ％以上と規定したの
は、これを下回る品位の亜鉛を使用した場合には希望と
する耐食性が得られないためである。例えば、最純亜
鉛、電気亜鉛、ダブルコンデンシング法により得られた
蒸留亜鉛等を使用することができる。Ａｌは添加しなく
ともよいが、添加するとＦｅ−Ｚｎ合金層の過度の成長
を抑制する。添加するＡｌの量を０．０５ｗｔ％以下と
したのは、これ以上のＡｌを添加すると、第一段めっき
の段階から不めっきが発生してしまい、二段浴に浸漬し
てもこの部分にめっき皮膜を形成できないためである。

【００１４】また、一段浴の浴温度の下限を４６０℃と
したのは、これ以下の温度ではリムド鋼材ではめっき皮
膜構造層の形成が不十分で薄い膜厚のものしかできず、
二段めっき後の皮膜組織に十分な耐食性が期待できなく
なるためであり、上限を４９０℃としたのはこれを超え
た温度ではめっき皮膜中のＦｅ−Ｚｎ合金層に組成の変
化が生じ、二段めっき後の外観不良発生を助長してしま
うためである。浸漬時間の下限の１分は二段めっきの下
地としてのＦｅ−Ｚｎ合金層の厚みを得るための最低条
件であり、上限を１．５分としたのはこれを超えるとＦ
ｅ−Ｚｎ合金層が必要以上に成長してしまい、ヤケが発
生したり加工性を阻害してしまうためである。

【００１５】なお、好ましい第一段めっきの条件は、浴
温度４６０℃を超え〜４８０℃である。

【００１６】次に、第二段めっき条件について説明す
る。溶融亜鉛浴に添加するＡｌの下限を２ｗｔ％とした
のはこれ以下では期待する耐食性が得られないためであ
り、上限を１０ｗｔ％としたのはこれ以上では浴の凝固
点が上昇してめっき浴温度が上り外観不良を引き起こし
てしまうからである。また、二段浴の浴温度の下限を４
００℃としたのは、これ以下の温度では浴の粘度が上昇
してめっき表面性状が悪化してしまうためである。上限
を４３０℃未満としたのはこれ以上の温度ではリムド鋼
では外観が悪化する。すなわち、Ｓｉ品位が０．５ｗｔ
％未満の鉄鋼材料表面に形成される一段目のめっき層
は、Ｓｉ品位が０．１５ｗｔ％以上の所謂、キルド鋼の
表面に形成されるものと皮膜構造組織が幾分異なり、さ
らに二段めっき層の皮膜構造組織も、一段目のめっき層
と鋼材中のＳｉの影響を受けてＳｉ品位が０．１５ｗｔ
％以上の鋼材のものとは異なるので、Ｓｉ品位が０．０
５ｅｔ％未満の鉄鋼材料では４３０℃以上では外観不良
を発生させるような特異的なめっき皮膜構造組織が形成
されるためである。

【００１７】浸漬時間の下限０．５分は高い耐食性を得
るためのめっき皮膜構造組織の形成に必要な最低の反応
時間であり、上限を１．５分としたのはこれ以上では効
果が飽和してしまい、逆に組織の反応が進行し続けると
外観不良を引き起こしてしまうことになるからである。

【００１８】なお、好ましい第二段めっきの条件は、Ａ
ｌ量４〜８ｗｔ％，浴温度４２０〜４３０℃未満であ
る。

【００１９】尚、先にも述べたように、鋼材中のＳｉ品
位が０．１０％を超える鉄鋼材料（キルド鋼）について
は、本出願人の特開昭６１−２０１７６７号に示す条件
により高い耐食性を有し、かつ外観不良がない溶融亜鉛
合金めっき皮膜を得ることができる。これは、かかるキ
ルド鋼ではザラツキ、波形のシワ、めっき皮膜の脱落な
どの外観不良が発生しないからである。また、本発明を
キルド鋼に適用すると、前掲公開公報ほどではないが良
好な溶融亜鉛合金めっき皮膜を形成することができる。

【００２０】またＡｌ濃度が５〜３０ｗｔ％の溶融亜鉛
合金めっき皮膜は、従来の溶融亜鉛めっきに比較して、
ＪＩＳ−Ｚ−２３７１に規定される塩水噴霧試験条件で
５倍以上の耐食性を有する。以下、実施例により本発明
をさらに詳しく説明する。

【００２１】

【実施例】亜鉛どぶ漬けめっき用鉄鋼材料を用いて、め
っきの前処理として通常どぶ漬けの溶融亜鉛めっきで実
施されている、脱脂、酸洗、プレフラキシングを行った
後、本発明法の条件でのめっき処理、各臨界値を逸脱し
た条件でのめっき処理、並びに通常実施されているどぶ
漬け溶融亜鉛めっき処理の各試料を作成し、外観と耐食
性の比較を行った。

【００２２】尚、外観評価用試料は、寸法が幅５０ｍｍ
×長さ３００ｍｍ〜幅１ｍ×長さ１．５ｍの鋼板を曲げ
加工や溶接等を行った製品形状のままの鉄鋼材料を使用
し、通常の溶融亜鉛めっきの外観を基準として目視観察
により製品価値の有無を○×により判断するとともに、
×の場合は外観不良の発生形態を記録することとした。

【００２３】耐食性評価用試料は、形状に依存して生じ
る差の要因が評価に混入するのを防ぐために、めっきし
た鉄鋼材料から板幅５０ｍｍ×板長さ１００ｍｍの大き
さの試料を切り出して評価試験を行った。耐食性の評価
は、ＪＩＳ−Ｚ−２３７１に規定する塩水噴霧試験方法
によって腐食促進化試験を実施し、一定時間が経過した
時点での腐食減量（ｇ／ｍ2 ）の測定と、試料の表面に
赤サビが発生するまでの時間の測定を実施することとし
た。このようにして作成した試料相互の耐食性の比較に
当たっては、耐食性倍率を（１）式に示す方法により数
値化した。 赤サビ発生時間基準での耐食性倍率＝ （本発明品の赤サビ発生時間／通常のどぶ漬け亜鉛めっき品の赤サビ発生時間） ×（通常のどぶ漬け亜鉛めっき品の平均膜厚／本発明品の平均膜厚）・・（１）

【００２４】これらの結果については図１、２の表１、
２に示す。図１（表１）はめっきした製品の外観を評価
した結果を示し、Ｎｏ．１〜５は本発明法に相当し、こ
の内Ｎｏ．１〜３は第二段浴のＡｌ品位を変化させた場
合であり、Ｎｏ．４〜５は第一段めっき及び第二段めっ
きの条件を変化させたものである。一方、Ｎｏ．６〜１
４は比較法並びに従来法に相当し、比較法ではめっき条
件と鋼材組成とを変えた場合である。鋼材中のＳｉ品位
が０．０５ｗｔ％未満のものについては本発明法の条件
を外れると、外観不良が発生し、一方が鋼材中のＳｉ品
位が０．０５ｗｔ％以上のものについては本発明法の条
件を外れても、外観不良が発生しないことが判る。尚、
従来法とはどぶ漬け溶融亜鉛めっきの条件である。

【００２５】図２（表２）は、めっきした製品から板幅
５０ｍｍ×板長１００ｍｍに切り出された試料の評価面
以外を所定の塗料によりマスキングしてから、ＪＩＳ−
Ｚ−２３７１に規定する塩水噴霧試験を実施した結果で
あり、評価が容易になるように同一鋼材について本発明
法と従来法（どぶ漬け溶融亜鉛めっき法）との耐食性の
比較を行ったものである。尚、腐食減量の測定時間を２
４０時間目としたのは、この段階で従来法の試料に赤サ
ビの発生が見られ、終点と判断したためであり、本発明
法の赤サビ発生時間を３０００時間を超えるとしたの
は、マスキング部分の劣化が始まりこれ以降は正確な評
価が不可能になったからである。

【００２６】表２の結果からも判るように、塩水噴霧試
験開始後２４０時間の時点での腐食減量には本発明法と
従来法では大きな違いがあり、赤サビ発生時間基準での
耐食性倍率は、現状のどぶ漬け溶融亜鉛めっきと比較し
て５倍以上の耐食性を有する。尚、外観不良の形態であ
る波ジワとは、めっき皮膜の一部が隆起して表面が洗浄
に盛り上がった現象を、ザラツキとは波ジワよりも隆起
の度合いが少なくその分布が細かな現象を、脱落とはめ
っきで形成された皮膜が欠損し局部的に膜厚が薄くなっ
ている現象を言う。これらの外観不良を参考図の写真に
示す。

【００２７】

【発明の効果】どぶ漬けめっきに使用される鉄鋼材料
は、種々の組成を有した鋼材が溶接されていることが多
いが、本発明法によるとこのような場合にもこれらの異
種鋼材に共通する方法で耐食性と外観が良好な皮膜を得
ることができる。また、本発明法により得られる皮膜の
耐食性は非常に優れているために、過酷な環境条件でも
長期間に渡って防錆効果の維持が期待される。このこと
はめっき用亜鉛地金、鉄鋼材料等の資源の有効利用とな
るのみならず、メンテナンス費用の削減にも繋がり、産
業分野全般に極めて有意義な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】製品の外観を示す表である。

【図２】製品の耐食性を示す表である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】次に、第二段めっき条件について説明す
る。溶融亜鉛浴に添加するＡｌの下限を２ｗｔ％とした
のはこれ以下では期待する耐食性が得られないためであ
り、上限を１０ｗｔ％としたのはこれ以上では浴の凝固
点が上昇してめっき浴温度が上り外観不良を引き起こし
てしまうからである。また、二段浴の浴温度の下限を４
００℃としたのは、これ以下の温度では浴の粘度が上昇
してめっき表面性状が悪化してしまうためである。上限
を４３０℃未満としたのはこれ以上の温度ではリムド鋼
では外観が悪化する。すなわち、Ｓｉ品位が０．０５ｗ
ｔ％未満の鉄鋼材料表面に形成される一段目のめっき層
は、Ｓｉ品位が０．０５ｗｔ％以上の所謂、キルド鋼の
表面に形成されるものと皮膜構造組織が幾分異なり、さ
らに二段めっき層の皮膜構造組織も、一段目のめっき層
と鋼材中のＳｉの影響を受けてＳｉ品位が０．０５ｗｔ
％以上の鋼材のものとは異なるので、Ｓｉ品位が０．０
５ｗｔ％未満の鉄鋼材料では４３０℃以上では外観不良
を発生させるような特異的なめっき皮膜構造組織が形成
されるためである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】尚、先にも述べたように、鋼材中のＳｉ品
位が０．０５ｗｔ％以上の鉄鋼材料（キルド鋼）につい
ては、本出願人の特開昭６１−２０１７６７号に示す条
件により高い耐食性を有し、かつ外観不良がない溶融亜
鉛合金めっき皮膜を得ることができる。これは、かかる
キルド鋼ではザラツキ、波形のシワ、めっき皮膜の脱落
などの外観不良が発生しないからである。また、本発明
をキルド鋼に適用すると、前掲公開公報ほどではないが
良好な溶融亜鉛合金めっき皮膜を形成することができ
る。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年６月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】製品の外観を示す図表である。

【図２】製品の耐食性を示す図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材中のＳｉ品位が０．０５ｗｔ％未満
   のリムド鋼材を、亜鉛の純度が９９．７ｗｔ％以上の亜
   鉛浴、あるいは当該亜鉛浴にＡｌを０．０５ｗｔ％以下
   添加した亜鉛浴を用いて 浴温度 ４６０℃を超え〜４９０℃ 浸漬時間 １分〜１．５分 の条件で溶融亜鉛めっきを施す第一工程と、その後、亜
   鉛の純度が９９．７ｗｔ％以上の亜鉛浴に２〜１０ｗｔ
   ％のＡｌを添加した亜鉛浴を用いて 浴温度 ４００〜４３０℃未満 浸漬時間 ０．５分〜１．５分 の条件で溶融亜鉛合金めっきを施す第二工程とにより構
   成される溶融亜鉛合金めっき方法。