JPH09324252A - ゼロスパングル溶融亜鉛系めっき鋼板の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融亜鉛系めっき鋼板の製造に当たり、スパ
ングルサイズの小さな高品質のゼロスパングル材を安定
して確実に得ることのできる方法を提供すること。 【解決手段】 溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する際に、
素地鋼板として、表面に鉄粉が１５ｍｇ／ｍ² 以上付着
した鋼板を使用することにより、めっき表面のスパング
ルを微細化し、表面特性の優れたゼロスパングル溶融亜
鉛系めっき鋼板を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板表面に溶融亜
鉛系めっきを施して溶融亜鉛系めっき鋼板を製造するに
際し、めっき層表面のスパングルを微細化し、外観品質
の優れたゼロスパングルの溶融亜鉛系めっき鋼板を製造
する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融亜鉛系めっき鋼板は、鋼板の防錆を
目的として自動車、家電、建材・土木分野を初めとして
広く使用されている。ところで該溶融亜鉛系めっき鋼板
としては、めっき層の表面に冷却凝固時の結晶成長によ
り”スパングル”と称される華模様を咲かせた表面性状
のレギュラースパングル材が知られており、このレギュ
ラースパングル材は、めっき浴中に、スパングル成長作
用（スパングルサイズを大きくする効果）を有するＰｂ
やＳｂを添加することによって製造される。即ち、溶融
亜鉛めっき浴中にＰｂやＳｂを添加するとめっき合金の
融点が下がり、鋼板に付着後、凝固するまでの時間が長
くなって、めっき層における結晶の成長が促進されるの
である。

【０００３】このレギュラースパングル材は、表面が美
麗な華模様を呈するため、その外観を好むユーザーに多
用されている。またスパングル模様は、亜鉛系めっきが
施されていることを外観的に保証する機能を有している
点でも有用である。

【０００４】一方近年では、美観向上の観点から金属光
沢よりも多彩な色彩が要求されることも多くなり、こう
した要求に応える為、溶融亜鉛系めっき鋼板の表面に塗
装を施して使用することも多くなっており、しかも塗装
を施すことにより耐食性も更に向上することから、例え
ば屋根、壁材の様に大気に曝され、腐食され易い環境で
使用される場合には、耐食性向上の観点から塗装を施す
ことが多い。

【０００５】ところが、前述したレギュラースパングル
材を塗装下地に使用した場合には、スパングル模様が塗
膜表面にまで浮き出して塗装外観を損なうことがあり、
また、良好な塗膜密着性が得られ難くなるといった問題
も指摘されている。そのためこうした問題を嫌う用途で
は、スパングルを微細化したミニマムスパングル材、あ
るいはスパングルを殆ど消去したゼロスパングル材が好
まれる。

【０００６】上記ミニマムスパングル材やゼロスパング
ル材は、めっき層が凝固する前に、めっき層表面に冷媒
（水、あるいは水に塩化アンモニウム等の薬液を加えた
水溶液、更には亜鉛粉末と空気の混合物など）を吹き付
け、凝固速度を高めてスパングルの成長を抑制すること
により製造されている。

【０００７】その他の方法として、めっき浴中に添加さ
れるＰｂやＳｂ等のスパングル成長元素の量を少なく抑
えてスパングルを微細化する方法も知られている。例え
ば特公昭３６−２０５６０号公報では、溶融亜鉛めっき
浴中のＡ１量を０．２重量％以下、Ｐｂを０．０５％以
下、Ｓｂ量を０．０２％以下、Ｓｎ量を０．８％以下に
抑えたゼロスパングル材が開示されている。

【０００８】上記の様なミニマムスパングル材やゼロス
パングル材の製法を採用したとしても、スパングルを十
分に微細化できなかった場合には、製品の表面にスパン
グルが顕出して外観が損なわれ、またスパングルが顕出
した鋼板を塗装下地として使用すると、塗装が不均一に
なったり非塗装部を生じることもあるので、こうした問
題を回避するためにも、スパングルは十分に微細化しな
ければならない。

【０００９】凝固前のめっき層表面に冷媒を吹き付けて
スパングルサイズを調整しようとする場合、冷媒を吹き
付ける急冷装置の設置位置（即ち、急冷凝固位置）を、
ラインスピードや板厚、めっき浴への侵入温度、めっき
付着量等に応じて適正に設定しなければならず、この位
置が不適切であると、スパングルを十分に微細化できな
くなる。しかして従来の急冷装置は、冷却区間が比較的
短くまたスポット的に急冷する方式のものであり、また
その設置位置は、作業員がスパングルサイズを目視観察
しながら調整を行うものであり、そのため、急冷装置が
めっき層凝固位置よりも下流側あるいは上流側にずれる
と、めっき層が急冷凝固されなくなってスパングルは十
分に微細化されない。

【００１０】また急冷装置の設置可能位置にも制限があ
り、該設置位置が上・下に僅かにずれただけでも急冷効
果が著しく変わり、満足のいくスパングル微細化効果が
得られなくなる。更に上記の様な冷媒噴射方式では、ノ
ズルが目詰まりを起こし易いため、常時安定したスパン
グル微細化効果を得るには綿密なメンテナンスが必要と
なる。

【００１１】一方、前述した様にめっき浴中のスパング
ル形成元素（ＰｂやＳｂ等）濃度を低く抑えることによ
ってもスパングルを微細化できるが、これらの元素濃度
を低くしてもスパングルの微細化には限度があり、十分
に微細化するには、前記と同様に、めっき層が凝固する
際にめっき層表面への冷媒吹付けを併用しなければなら
ない。

【００１２】そこでこうした問題の改善策として、例え
ば特開昭６１−６４８６３号公報には、めっき浴中に微
量のＭｇを添加することによってスパングルの微細化を
促進する方法、特開平７−１８３９９号公報には、冷媒
として使用する水溶液の組成やｐＨを適正にコントロー
ルすることにより、ノズルの目詰まりを防止する方法等
が提案されている。しかしながらこれらの方法でも、ス
パングルを安定して十分に微細化できる訳ではない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであり、スパングルサイズの
小さいゼロスパングル材を安定して確実に得ることので
きる方法を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の製法とは、溶融亜鉛系めっき鋼板を製
造する方法において、素地鋼板として、表面に鉄粉が１
５ｍｇ／ｍ² 以上付着した鋼板を使用し、該鉄粉をスパ
ングル生成核として作用させることによって、めっき表
面のスパングルを微細化するところにその特徴が存在す
る。尚本発明を実施する際に用いられる好ましいめっき
浴としては、Ａｌ含有量が０．１〜０．３重量％、Ｐｂ
含有量が０．０５重量％以下、Ｓｂ含有量が０．０２重
量％以下である溶融亜鉛系めっき浴が挙げられ、この様
なＡｌ含有量でＰｂ，Ｓｂ含有量の規制された溶融亜鉛
系めっき浴を使用することによって、加工性やめっき密
着性に優れ且つスパングル径のより小さなゼロスパング
ル材をより確実に得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明では、タンデム圧延機など
を用いて製造した鋼板を洗浄設備で洗浄した後、還元性
雰囲気中で、好ましくは間接加熱タイプの焼鈍炉で焼鈍
してから溶融亜鉛系めっきを行う際に、洗浄後の鋼板表
面に付着する鉄粉量を１５ｍｇ／ｍ²以上とし、それに
よりスパングルサイズの微細化を図るものであり、スパ
ングルとの関係ではこれまで全く認識されたことのない
鉄粉の付着量を高めることによって、スパングルの微細
化を安定して確実に達成することに成功したものであ
る。以下、本発明に至った実験の経緯を追って詳細に説
明して行く。

【００１６】本発明者らは、タンデム圧延機を用いて圧
延を行ない、次いで還元性雰囲気で間接加熱タイプの焼
鈍を行なう連続溶融亜鉛系めっきライン（ＣＧＬ）を使
用し、条件を様々に変化させてゼロスパングル材の製造
を行なった時のスパングルサイズの変化を調査した。こ
の場合、タンデム圧延機による圧延の後焼鈍を行なうに
当たっては、圧延鋼板の表面に付着する油分が焼鈍炉内
へ持ち込まれない様にするため洗浄設備を設け、鋼板表
面をアルカリ洗浄液で洗浄する方法を採用した。

【００１７】そして本発明者らは、溶融亜鉛系めっき層
のスパングルに影響を及ぼすと思われる様々の因子につ
いて色々の角度から検討を行った。その結果、洗浄後の
鋼板表面に付着する鉄粉量を適正に制御してやれば、特
別の急冷凝固法を採用することなく通常の空冷法を採用
した場合でも、スパングルを著しく微細化できることを
知った。即ち従来例では、スパングルの微細化手段とし
て、めっき層が凝固する際の冷却条件（急冷凝固条件）
やめっき浴の組成制御等が採用されてきたのであるが、
本発明によれば、めっき原板の表面性状、殊にその表面
に付着する鉄粉量を制御することによってスパングルを
微細化できる、という全く新たな見知を得たのである。

【００１８】ＣＧＬで溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する
際には、めっき原板として、通常、タンデム冷間圧延機
で圧延した鋼板が用いられる。タンデム冷間圧延では、
圧延油を使用して圧延を行うが、圧延ロールと鋼板の激
しい摩擦によって鋼板表面からの鉄粉の剥離が起こり、
これが再度ロール圧下を受けて鋼板表面に付着する。該
鋼板表面には上記の様に圧延油も付着しており、間接加
熱タイプの焼鈍炉を有するＣＧＬで溶融亜鉛系めっきを
行う場合には、焼鈍炉内に油分が持ち込まれるとこれが
炭化して表面性状を著しく悪化させるので、焼鈍炉へ送
り込む前に入側洗浄設備に通して油分の除去が行なわれ
る。

【００１９】このとき従来は、鋼板表面に付着している
鉄粉も同時に除去されると考えられ、また鋼板表面に付
着残存する鉄粉は、焼鈍炉内のロールで剥離、堆積して
押し疵発生の原因となり、あるいはめっき浴中に持ち込
まれてドロスを多発させるといった問題を起こす可能性
もあるところから、極力少なくすることが望ましいと考
えられており、事実、通常の溶融亜鉛めっきに用いられ
る素地鋼板表面に付着する鉄粉の量は１０ｍｇ／ｍ² 程
度以下と考えられる。

【００２０】ましてや、このときに除去し切れないで残
存する鉄粉が溶融亜鉛系めっきの表面性状に如何なる影
響を及ぼすかといったことについては、これまで全く検
討されたことがない。ところが本発明者らが種々研究を
重ねたところによると、圧延工程で付着し、洗浄工程で
除去されないで残存した鉄粉量が多くなる程、スパング
ルは確実に微細化すること、そして残存する該鉄粉量を
１５ｍｇ／ｍ² 以上にしてやれば、めっき後に通常の空
冷法を採用した場合でも、目視では識別できない程度に
スパングルが微細化されることを知った。鉄粉量の上限
は特に制限されないが、上記のスパングル微細化効果は
約２５ｍｇ／ｍ² でほぼ飽和する他、鉄粉付着量が多く
なり過ぎると、めっき層表面の平滑性が却って損なわれ
るので、鉄粉付着量は２５ｍｇ／ｍ² 以下に抑えること
が望ましい。

【００２１】鋼板表面に付着する鉄粉量によってスパン
グルが微細化される機構については、必ずしも明確にさ
れている訳ではないが、鋼板表面に付着した該鉄粉がめ
っき層凝固時の凝固核として作用し、スパングルの個数
が多くなって各々のスパングルが微細化されるものと考
えている。

【００２２】洗浄後の鋼板表面に付着残存する鉄粉量
は、洗浄設備の構成、即ちアルカリディップ、アルカリ
スクラバー、電解脱脂、湯洗スクラバー、高圧洗浄など
各設備の設置の有無や洗浄条件、例えばスクラバーブラ
シの段数、材質、回転速度、電解脱脂の時間、電解密
度、さらにはアルカリ洗浄液の組成や温度など複雑な要
因に左右される。このうちアルカリスクラバーブラシの
回転速度をコントロールる方法は、大幅な設備改造を伴
うことなく、油分は確実に除去しつつ付着鉄分をある程
度残存できる様に制御することができる。即ち、従来の
スクラバーブラシの回転速度は、ブラシと鋼板の相対速
度で８００ｍ／ｍｉｎ以上となる様に操業が行なわれて
いるが、これを６００ｍ／ｍｉｎ程度以下に低減してや
れば、鉄粉付着量を１５ｍｇ／ｍ² 程度以上にすること
が可能となる（後記図２参照）。また、スクラバーブラ
シと鋼板の相対速度のみでなく、スクラバーブラシの段
数や材質等を変えることによっても、油分は確実に除去
しながら付着鉄粉をある程度残存させることができ、設
備状況に応じていずれの方法を採用することも可能であ
る。

【００２３】尚、洗浄の後で鋼板が焼鈍炉等を通板する
際には、鋼板には圧延時ほどの摩擦力が加わることはな
く、スパングルのサイズに影響を及ぼす程の鉄粉の剥離
・脱落は起こらない。

【００２４】圧延工程で鋼板表面に付着する鉄粉の形状
は偏平状であり、広がり方向の径は概５〜１００μｍの
範囲に分布しているが、この範囲では該鉄粉の大きさは
めっき層表面のスパングルの大きさに殆んど影響せず、
また該付着鉄粉は偏平状であり、溶融亜鉛系めっき製品
としての他の品質特性には全く影響しない。

【００２５】上記の様に本発明では、洗浄後の鋼板表面
に付着する鉄粉量を１５ｍｇ／ｍ²以上にすることによ
って、急冷凝固法などを併用することなく通常の空冷法
を採用したときでも、スパングルを十分に微細化するこ
とができるが、要求品質の程度によっては、めっき層の
凝固前に、前述の如くめっき層表面に適正な条件で冷媒
を吹き付けて急冷凝固を行ない、スパングルをより一層
微細化することも有効である。

【００２６】本発明では、上記の様に鋼板表面に付着す
る鉄粉量を規定したところにその特徴があり、めっき浴
組成については特に制限されないが、ゼロスパングル材
を得るうえで特に好ましいめっき浴組成は、Ａｌ：０．
１〜０．３重量％、Ｐｂ濃度：０．０５重量％以下、Ｓ
ｂ：０．０２重量％以下、残部：実質的にＺｎよりなる
めっき浴であり、こうした成分組成のめっき浴を使用す
ることによって、スパングルが一段と微細化された高品
質のゼロスパングル材をより確実に得ることができる。

【００２７】即ちめっき浴中のＡｌは、溶融亜鉛系めっ
き層の加工性を高めるうえで有効な成分であり、素地鋼
板の表面に極く薄いＡｌ−Ｆｅ系合金層を形成し、素地
鋼板とめっき層の合金化を抑制する作用も発揮する。こ
うしたＡｌの作用を有効に発揮させるには、めっき浴中
のＡｌ含有量を０．１重量％以上にするのがよく、これ
未満では、めっき鋼板を加工する際に、めっき層に亀裂
等が発生し易くなる。但し、こうしたＡｌによる加工性
改善効果は約０．３重量％で飽和し、それを超えて過度
に多く含有させると、鋼板に対するめっき材の親和性が
低下して部分的にめっきされない部分（不めっき部）が
生じ易くなったり、めっき浴中にＡｌ系酸化物よりなる
ドロスが多量生成し、これがめっき表面に付着してめっ
き鋼板の表面平滑性を阻害する恐れも生じてくる。

【００２８】またＰｂおよびＳｂは、前述の如くいずれ
もスパングル成長作用を有する元素であり、Ｐｂ含有量
が０．０５重量％を超え、あるいはＳｂ含有量が０．０
２重量％を超えると、そのスパングル成長作用によって
スパングルの成長が起こり易くなり、特にめっき後に空
冷したときにスパングルの粗大化が起こり易くなる傾向
が生じてくる。尚スパングルサイズは、鋼板表面に付着
する鉄粉量によっても変わってくるが、上記の量を超え
るＰｂやＳｂを含むめっき浴を用いた場合は、スパング
ルを十分に微細化するのに急冷凝固処理が必要となり、
本発明の目的が有効に生かし難くなる。ＰｂおよびＳｂ
のより好ましい上限値は、夫々０．０２重量％以下およ
び０．０１重量％以下である。めっき浴の残部成分はＺ
ｎと不可避不純物であるが、この他必要に応じて、Ｍ
ｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ等を少量含有させることも可能で
ある。

【００２９】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

【００３０】実施例 連続溶融亜鉛系めっきライン（ＣＧＬ）を使用し、下記
の条件で溶融亜鉛系めっき鋼板の製造を行なった。 （条件） 被処理鋼板 種類：タンデム冷間圧延鋼板 板厚：１．０ｍｍ 入側洗浄 洗浄設備：アルカリディップ→アルカリスクラバー→ア
ルカリ電解脱脂→湯洗スクラバー→湯洗リンス アルカリディップ：浸漬時間２ｓｅｃ アルカリスクラバー：ブラシ材質（ナイロン）、段数
（２段／面）、ブラシ／鋼板相対速度（５００〜１００
０ｍ／ｍｉｎ） 電解脱脂：時間（２ｓｅｃ）、電流密度（１５Ａ／ｄｍ
² ） 洗浄液：液成分（ＮａＯＨ系アルカリ洗浄液）、液温７
０℃ 焼鈍 焼鈍炉：オールラジアントチューブ間接加熱炉（縦型） 雰囲気ガス：Ｎ₂ −Ｈ₂ 混合ガス（Ｈ₂ ：５〜２５％） 到達板温：７００〜８００℃ 溶融亜鉛系めっき めっき浴組成：Ａｌ：０．２５重量％、Ｐｂ：０．０１
重量％、残部：実質的にＺｎ めっき浴温度：４６０℃ 浴侵入板温 ：４６０℃ めっき付着量：１４０ｇ／ｍ²

【００３１】上記方法を実施するに際し、入側洗浄時の
アルカリスクラバーブラシ／鋼板相対速度を変えること
によって、洗浄後の鋼板に付着残存する鉄粉量を変化さ
せた。尚鉄粉量は、洗浄設備出側で鋼板表面にセロテー
プを貼付して剥離し、テープに付着した鉄粉を塩酸に溶
解した後、ＩＣＰ分析（誘導結合高周波プラズマ分光分
析）により定量化した。またスパングルのサイズは、め
っき層の表面を画像解析し、円相当直径を求めた。該円
相当直径が０．５ｍｍ以下のものでは、スパングルの目
視での識別は困難であり、ゼロスパングル材として非常
に優れたものと評価できる。

【００３２】結果は図１に示した通りであり、鋼板表面
に付着残存する鉄粉量を１５ｍｇ／ｍ² 以上にして溶融
亜鉛系めっきを行なったものは、めっき後に急冷処理を
実施せずとも、スパングルを目視で識別できない程度に
微細化し得ることが分かる。また図２は、アルカリスク
ラバーブラシと鋼板との相対速度と洗浄後に残存する鉄
粉付着量の関係を整理して示したグラフであり、この図
からも明らかである様に、上記実験条件の下では、上記
相対速度を６００ｍ／ｍｉｎ程度以下に抑えれば、残存
する鉄粉付着量を１５ｍｇ／ｍ² 程度以上にすることが
可能となる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、洗
浄後の鋼板表面に付着残存する鉄粉量を規定することに
より、めっき後に急冷処理を実施しなくとも、スパング
ルを安定して微細化することができ、表面性状に優れ、
また、その後の塗装処理によって優れた表面性状の塗装
めっき鋼板を与える溶融亜鉛系めっき鋼板を提供し得る
ことになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】洗浄後の鋼板表面に付着する鉄粉量とめっき後
のスパングルサイズの関係を示す図である。

【図２】アルカリスクラバーブラシと鋼板の相対速度と
洗浄後に残存する鉄粉付着量の関係を整理して示したグ
ラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する方法に
   おいて、素地鋼板として、表面に鉄粉が１５ｍｇ／ｍ²
   以上付着した鋼板を使用することにより、めっき表面の
   スパングルを微細化することを特徴とするゼロスパング
   ル溶融亜鉛系めっき鋼板の製法。
2. 【請求項２】 Ａｌ含有量が０．１〜０．３重量％、Ｐ
   ｂ含有量が０．０５重量％以下、Ｓｂ含有量が０．０２
   重量％以下である溶融亜鉛系めっき浴を使用する請求項
   １に記載の製法。