JPH10176254A

JPH10176254A - めっき密着性の良好な溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH10176254A
Application number: JP33861496A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Iwai; 正敏岩井; Masaaki Urai; 正章浦井; Koji Irie; 広司入江; Takafusa Iwai; 隆房岩井; Masaaki Miura; 正明三浦; Ichiro Tsukatani; 一郎塚谷; Takuya Kobayashi; 卓也小林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化皮膜の残存する熱延鋼板に溶融亜鉛系め
っきを施すにあたり、めっき密着性に優れた溶融亜鉛系
めっき鋼板の製造方法を提供すること。【解決手段】酸化皮膜が残存している熱延鋼板に、溶
融亜鉛系めっきを行う前に酸化皮膜の一部を還元する工
程を施すと共に、溶融亜鉛系めっきを行う前または／お
よび溶融亜鉛系めっきを行いつつ、酸化皮膜中にクラッ
クを生じさせる工程を施す、めっき密着性の良好な溶融
亜鉛系めっき鋼板の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化皮膜が残存し
ている鋼板（例えば熱延鋼板）に溶融亜鉛系めっきを施
す方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融亜鉛めっき（例えばＺｎめっ
き、Ｚｎ−５％Ａｌ合金めっき、Ｚｎ−５５％Ａｌ合金
めっき等）を施した溶融亜鉛系めっき鋼板は、その優れ
た耐食性のため自動車、建築物等の多くの分野で使用さ
れている。中でも、熱延鋼板を原板とする溶融亜鉛系め
っき鋼板は、冷延鋼板を原板とするものに比べて安価で
あるため、１．０ｍｍ以上の比較的厚い熱延鋼板が建築
・土木用途を中心に使用されている。

【０００３】ところで、熱延鋼板には、その製造プロセ
ス中に鋼板表面に酸化皮膜が形成されている。酸化皮膜
は厚いものでは１０数μｍに達するものもある。熱延鋼
板に溶融亜鉛系めっきを施す場合、この酸化皮膜のため
に不めっき、或いはめっき密着性不良を引き起こすこと
があり、めっきを施す前に予め酸洗、研磨等により酸化
皮膜を除去することが行われてきた。

【０００４】しかし、酸洗ラインを通板する際に起こり
得る鋼板表面への異物の付着の問題や酸洗コストの問題
等から、酸洗工程を他の方法、具体的には還元法に変更
して簡単に酸化皮膜を除去することができないか、種々
検討されてきた。例えば、特開昭５４−１４７１２５号
には、酸化皮膜付着量をかなり低減した熱延鋼板を還元
性ガス中で焼鈍することにより酸化皮膜を除去し、次い
でめっきに供する方法が開示されている。また、特開平
６−１４５９３７号には、５〜１０μｍの酸化皮膜層を
有する熱延鋼板を、２〜１００％水素雰囲気中３００〜
７５０℃にて還元処理を行った後、溶融亜鉛めっきを行
う方法が開示されている。特開平６−２７９９６７号に
は、酸化皮膜が残存する熱延鋼板の還元条件について処
理時間、温度、水素濃度と酸化皮膜層の厚さの関係を規
定する方法が開示されている。

【０００５】これらの技術は、いずれも酸化皮膜を除去
するという点で酸洗法と同一の方向を指向するものであ
り、還元条件を規定することにより、酸化皮膜をできる
限り多く除去しようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
らが、溶融亜鉛系めっき鋼板に関して詳細に検討したと
ころによれば、酸化皮膜が少しでも残存するときは、上
記しためっき前の還元条件を如何に工夫しても、以下に
述べる理由により溶融亜鉛系めっきのめっき密着性は十
分でなく、実用面において種々の不具合を残しているこ
とが明らかとなった。

【０００７】上記諸公報に記載の条件で熱延鋼板を還元
したものでは、酸化皮膜層表面は還元されて金属鉄とな
っているが、その下には酸化皮膜層が残存していること
が多い。このような状態の鋼板を溶融めっき浴へ浸漬す
ると、鋼板の表面は金属鉄となっているのでめっきの濡
れ性は良好であり、不めっきは発生しないが、めっき層
の下には硬くて脆い酸化皮膜層が残存しているため、め
っき密着性が不良となる。このため、めっき密着性を向
上させるためには、還元条件を強化して酸化皮膜の全部
又は大半を金属鉄に還元し、めっき層下の硬い残存酸化
皮膜をなくす、もしくは悪影響を生じない程度まで、で
きるだけ軽減することが必要であった。特に好ましいの
は酸化皮膜の全てを除去することであった。

【０００８】しかしながら、上述の様に通常の熱延鋼板
では、酸化皮膜は厚いもので１０数μｍに達するものも
あり、これを全部又は大半を還元するには、還元条件の
コントロールが難しいものとなる他、還元に要する時間
も長くなり、現実の生産ラインとの調整が困難であるば
かりでなく、コスト的にも問題があった。

【０００９】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、その目的は、酸化皮膜が残存している熱
延鋼板等に溶融亜鉛系めっきを施すにあたり、めっき密
着性の良好な溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明のめっき密着性の良好な溶融亜鉛系めっき鋼板の製
造方法は、酸化皮膜が残存している鋼板に、溶融亜鉛系
めっきを行う前に還元性雰囲気中にて酸化皮膜の一部を
還元する工程を含み、且つ、溶融亜鉛系めっきを行う前
または／および溶融亜鉛系めっきを行いつつ、酸化皮膜
中にクラックを生じさせる工程を含む溶融亜鉛系めっき
鋼板の製造方法である。具体的に、クラックを生じさせ
る方法としては、溶融亜鉛系めっきを行うに先だって、
鋼板表面を室温から５００℃までの平均加熱速度を１０
℃／秒以上にして、５００℃以上に加熱する方法、同じ
く溶融亜鉛系めっきを行うに先だって、鋼板を加熱し、
溶融亜鉛系めっき浴への浸漬前に鋼板表面を１０℃／秒
以上の平均冷却速度で５０℃以上冷却する方法、また、
鋼板表面の温度をめっき浴温度よりも５０℃以上高い状
態にして、めっき浴中へ浸漬する方法等が挙げられる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者らが、溶融亜鉛系めっき
鋼板に関して詳細に検討したところ、めっき密着性の良
否は、めっき層下に残存する酸化皮膜層の形態によって
左右されることを見いだした。即ち、溶融亜鉛系めっき
を行う前または／および溶融亜鉛系めっきを行いつつ、
残存する酸化皮膜中にクラックを生じさせ、該クラック
にめっき金属を浸入させることでめっき密着性が著しく
向上することを見いだし、本発明に至ったものである。

【００１２】めっき密着性が向上する理由の詳細は不明
であるが、めっき層下に残存する酸化皮膜層中にクラッ
クが存在し、ここにめっき金属が浸入するといわゆる
「アンカー」的な効果を発揮し、めっき密着性が向上す
ると考えられる。また、このクラックにより酸化皮膜層
が微細に切断されて相互に独立した多数の断片の集合体
状に変化するので、鋼板が変形を受けた際、上記断片が
夫々個別に荷重を受けて対応変位することにより、素地
鋼板と酸化皮膜層との間に負荷されるせん断応力を緩和
する作用を有することも密着性向上の要因の一つと考え
られる。

【００１３】このようなクラックは、具体的には、以下
の様な種々の方法により生じさせることが可能である。溶融亜鉛系めっきを行うに先だって、鋼板表面を、室
温から５００℃までの平均加熱速度を１０℃／秒以上に
して、５００℃以上に加熱する方法。溶融亜鉛系めっきを行うに先だって、鋼板を加熱し、
溶融亜鉛系めっき浴への浸漬前に、鋼板表面を１０℃／
秒以上の平均冷却速度で５０℃以上冷却する方法。鋼板表面の温度をめっき浴温度よりも５０℃以上高い
状態にして、めっき浴中へ浸漬する方法。更に、これらの方法を組み合わせて採用することも効果
的である。例えば、上記を行って、次にを行う、上記を行って、次にを行う、上記を行って、次にを行う、上記を行って、次にを行い、更に次いでを行
う、等である。

【００１４】上記のクラック発生方法について詳細に説
明する。熱延過程で生成する酸化皮膜は、巻き取り後の
冷却速度が緩慢なため非常に緻密になっている。これを
急速加熱または急速冷却することにより、素地鋼板と酸
化皮膜層との熱膨張率の差異から熱的な応力が生じ、硬
くて脆い酸化皮膜中にクラックが生じるものと推察され
る。実用的なめっき密着性向上効果を発揮する程に十分
なクラックを生じさせるためには、相応の熱的な応力が
必要であるので、加熱時には少なくとも鋼板表面を、室
温から５００℃までの平均加熱速度を１０℃／秒以上に
して、５００℃以上に加熱する必要がある。これ以下の
加熱速度ではクラックの発生が十分でない場合があるか
らである。室温から５００℃までの平均加熱速度を２０
℃／秒以上にすると、より好ましいクラックが形成され
る。

【００１５】実生産ラインにおいては、鋼板内部に平均
加熱速度からの偏位が生じているはずであるが、熱応力
負荷を高めるという観点からは却って好都合である。従
って、本発明の好適実施条件として示す温度や加熱・冷
却速度は全て平均値として理解されるべきであり、部分
的にこの条件を満足しないことがあっても、それによっ
て本発明の技術的範囲を逸脱することにはならない。

【００１６】加熱方法は特に限定されないが、無酸化炉
に通常用いられるラジアントチューブ加熱では比較的厚
板である熱延鋼板を急速加熱するためには能力不足とな
りがちであり、直火式または誘導・通電加熱等の採用が
望まれる。

【００１７】一方、冷却時には鋼板表面を、少なくとも
１０℃／秒以上の平均冷却速度で５０℃以上冷却する必
要がある。１０℃／秒未満の冷却速度の場合、また冷却
温度が５０℃未満の場合にはクラックの発生が十分でな
い場合があるからである。冷却速度は３０℃／秒以上が
望ましく、１００℃／秒以上になると、更に効果的であ
る。冷却方法としては、ガスジェット冷却またはロール
冷却を採用することが望ましい。これらの方法であれ
ば、１０℃／秒以上の冷却速度を容易に達成することが
できる。特にロール冷却装置を用いれば１００℃／秒以
上の冷却速度を達成することも可能であり、めっき密着
性の観点からは極めて有利である。更に、鋼板表面の温
度をめっき浴温度よりも５０℃以上高い状態にして、め
っき浴中へ浸漬することでも、十分な冷却速度を得るこ
とができる。

【００１８】尚、上述した方法の他にも、酸化皮膜層中
にクラックを生じさせる方法としては、機械的な方法を
挙げることができる。例えば、熱延鋼板にスキンパス圧
延を施す方法やテンションレベラーをかける方法であ
る。また、熱延コイルを巻き戻す際に表層に歪みを加え
ることも、板厚の厚い熱延鋼板においては有効であると
考えられる。この様な機械的方法を併用することによ
り、めっき密着性を更に向上させることができる。

【００１９】更に本発明の実施に際しては、上述の酸化
皮膜中にクラックを生じさせる工程と共に、酸化皮膜の
一部を還元する工程が必要である。この場合の還元条件
は、酸化皮膜層の表面のみを還元する程度で十分であ
り、これによって、不めっきの大幅な向上が達成され
る。即ち、上述した従来の還元方法のみを採用する場合
は、酸化皮膜層の全部または大半を還元することが必要
であったのに対し、本発明によってクラックを形成し、
且つ還元法を併用する場合は、酸化皮膜層の一部が残さ
れても、少なくとも表面部が還元される程度に還元が進
んでおれば、不めっき及びめっき密着性の２つの問題は
一層確実に改善される。従って、併用する場合の還元条
件は従来ほど強化しなくても十分である。また、その還
元工程はクラックを生じさせる工程と別であっても構わ
ないが、実生産上は、同時に行えば効率的である。従っ
て、上述した種々のクラック発生工程の一部または全部
を還元雰囲気中で行うことが望ましい。めっきを施すに
先だって、急速加熱または急速冷却することによりクラ
ックを生じさせる方法においては、その加熱中に、また
は急速冷却前の高熱状態において、還元雰囲気中で２０
秒以上、好ましくは３０秒以上の均熱時間を持てば還元
の効果が十分に得られる。均熱温度は５００℃以上であ
れば、更に効果的である。

【００２０】原板となる熱延鋼板等の鋼種、製造方法は
特に限定されるものではないが、生成している酸化皮膜
層の厚さは薄い方が望ましい。酸化皮膜層の厚さは熱延
仕上げ温度、巻き取り温度及び仕上げ後の冷却条件等に
より変化するので、材質等に影響のない範囲で、仕上げ
温度・巻き取り温度を低減することや仕上げ後の冷却速
度をできるだけ速くすること等を行い、酸化皮膜層を可
能な限り薄くしておくことが望ましい。また、巻き取り
温度を低下することにより、酸化皮膜層中の脆いヘマタ
イト（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）の比率が下がり、変形能が大きいマ
グネタイト（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ）が主体の酸化皮膜層となる効
果も期待できる。更に、上述の様に、スキンパス圧延や
レベラー加工を施しても構わない。クラック発生後、溶
融亜鉛系めっきを施すが、浴中成分等、めっき条件につ
いては特に制限がない。また、めっき後、合金化処理を
施してもよい。

【００２１】以下実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではな
く、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施するこ
とは全て本発明の技術的範囲に包含される。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）表１の鋼種Ａで示される成分の鋼を常法に
よりスラブとし、仕上げ温度８９０℃、巻き取り温度６
５０℃で２．３ｍｍ厚の熱延鋼板とした。酸化皮膜層の
厚さは４〜７μｍであった。これを１００×２００（ｍ
ｍ）に切断して図１に示す溶融めっき実験装置にて溶融
亜鉛めっき（Ｚｎ−０．２％Ａｌ浴使用）を行った。試
料は、めっきを施す前に、５％Ｈ₂ −Ｎ₂ 雰囲気中にお
いて、室温から５００℃までの平均加熱速度を種々変化
させ酸化皮膜層中にクラックを発生させると共に、均熱
温度を５００℃として、均熱時間を種々変化させ酸化皮
膜層の還元を行った。その後、亜鉛浴中に浸漬させ、め
っき密着性及び不めっき部の有無を調査した。めっき密
着性は、ＪＩＳＧ３３０２に規定された曲げ試験に
より、曲げ部外側のめっき層の剥離状態を４段階で評価
した。結果を表２に示す。

【００２３】表２より、平均加熱速度が遅い場合にはめ
っき密着性が不十分であり、十分な密着性を得るには１
０℃／秒以上が必要である。また、均熱時間を２０秒以
上にすれば、不めっきの発生も十分に抑制できる。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】（実施例２）表１の鋼種Ａ〜Ｃで示される
成分の鋼を連続鋳造し、質量約２０ｔのスラブを得た。
このスラブを種々の条件で熱間圧延し、２．３ｍｍ厚の
熱延鋼板とした。更に、直火式加熱帯（無酸化炉）を持
つ連続溶融亜鉛めっきラインで、無酸化炉（空燃比０．
９）での加熱条件および還元炉（１５％Ｈ₂ −Ｎ₂ 雰囲
気中）での均熱条件を変化させて、酸化皮膜層の還元を
行うと共にクラックを発生させた。その後、鋼板は４６
０℃まで５〜８℃／秒の冷却速度にて冷却した後、浴温
４６０℃のＺｎ−０．２％Ａｌ浴中に浸漬させ、めっき
密着性及び不めっき部の有無を調査した。めっき密着性
の評価は実施例１と同様である。実験条件及び結果を表
３に示す。

【００２７】表３より、酸化皮膜層が比較的厚い場合で
も平均加熱速度を１０℃／秒以上とすることで、めっき
密着性が向上する。さらに、均熱温度、均熱時間を調整
することで不めっきの防止も可能となる。

【００２８】

【表３】

【００２９】（実施例３）巻き取り温度を７００℃、６
５０℃、５８０℃と３水準に変化させた低炭素アルミキ
ルド鋼熱延鋼板を製造した。板厚は１．４ｍｍであっ
た。これらの熱延鋼板の酸化皮膜層の厚さを断面の顕微
鏡観察によって測定した。また、酸化皮膜層中のヘマタ
イト比率をＸ線回折法により測定した。その結果を表４
に示す。尚、酸化皮膜層中のヘマタイト以外は全てマグ
ネタイトであった。

【００３０】表４中に示す原板Ｄ〜Ｆを１００×２００
（ｍｍ）に切断して、めっき原板とし、図１に示す溶融
めっき実験装置を用いて溶融めっきを実施した。めっき
浴はＡｌを０．２％含有する亜鉛浴及びＡｌを５％含有
する亜鉛浴の２種を使用した。

【００３１】めっき工程は、まず鋼板を１０％Ｈ₂ −Ｎ
₂ ガス雰囲気中で、室温から７８０℃まで５℃／秒の加
熱速度で加熱し、その後７８０℃にて、３０秒均熱して
還元を行った。その後、そのまま炉冷するか、またはガ
スジェットもしくはロール冷却をシミュレートした水冷
冷却板によって冷却速度を変化させて該鋼板を冷却し
た。その後、４６０℃のめっき浴に浸漬、引き上げの工
程を行った。尚、炉冷の場合の冷却速度は２〜５℃／秒
である。また、めっき付着量は１２０ｇ／ｍ² で一定と
した。鋼板の温度は鋼板表面に溶接した熱電対により測
定した。

【００３２】めっきした鋼板はＪＩＳＧ３３０２に規
定された曲げ試験により、めっき密着性を評価した。す
なわち、めっきされた板厚１．４ｍｍの鋼板を１８０°
曲げに付し、曲げ部の外側表面を観察して評価した。結
果及び実験条件を表５、６に示す。

【００３３】表５、６より、冷却速度が１０℃／秒未満
の試料Ｎｏ．２５〜２７、４５は、めっき密着性が不良
であるのに対し、冷却速度が１０℃／秒以上であるＮ
ｏ．２８〜３１、３３〜３７、４６、４７は良好なめっ
き密着性を示す。たとえ、冷却速度が１０℃／秒以上で
も冷却温度域が５０℃未満のＮｏ．３２では、めっき密
着性が良好とはならない。また、めっき浴への浸漬時に
鋼板温度と浴温との間に５０℃以上の温度差があれば、
５０℃／秒程度の冷却速度にて急冷されるため、Ｎｏ．
３８、３９のように、めっき密着性は良好になる。尚、
Ｎｏ．４１〜４４はめっき前の急冷とめっき浴浸漬時の
急冷とを併用した実施例である。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、素
地鋼板と溶融亜鉛系めっき層との間に残存する酸化皮膜
中にクラックを生じさせ、該クラック中にめっき金属を
浸透させることにより、めっき密着性の良好な溶融亜鉛
系めっき鋼板を提供し得ることになった。また、該クラ
ックは溶融亜鉛系めっきを施すに先だって、またはめっ
きを行いつつ、急速加熱または急速冷却することにより
生じさせ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いた溶融めっき装置の概略
図である。

【符号の説明】１熱電対２サンプル昇降装置３ガス入口４サンプル着脱扉５赤外線加熱ヒーター６ガスジェット冷却器７ゲートバルブ８水冷冷却板９ガスワイピング１０ヒーター１１サンプル１２溶融めっき浴１３るつぼ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩井隆房兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者三浦正明兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者塚谷一郎兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者小林卓也兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化皮膜が残存している鋼板に溶融亜鉛
系めっきを施す溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法におい
て、溶融亜鉛系めっきを行う前に酸化皮膜の一部を還元
する工程を含み、且つ、溶融亜鉛系めっきを行う前また
は／および溶融亜鉛系めっきを行いつつ、酸化皮膜中に
クラックを生じさせる工程を含むことを特徴とするめっ
き密着性の良好な溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】溶融亜鉛系めっきを行うに先だって、鋼
板表面を、室温から５００℃までの平均加熱速度を１０
℃／秒以上にして、５００℃以上に加熱し、酸化皮膜中
にクラックを生じさせる請求項１記載の溶融亜鉛系めっ
き鋼板の製造方法。
【請求項３】溶融亜鉛系めっきを行うに先だって、鋼
板を加熱し、鋼板表面を１０℃／秒以上の平均冷却速度
で５０℃以上冷却することにより酸化皮膜中にクラック
を生じさせる請求項１または２記載の溶融亜鉛系めっき
鋼板の製造方法。
【請求項４】溶融亜鉛系めっきを行うに先だって行わ
れる酸化皮膜の一部還元工程は、５００℃以上の還元性
雰囲気中での２０秒以上の均熱保持工程である請求項１
〜３のいずれかに記載の溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方
法。
【請求項５】溶融亜鉛系めっきを行うに際し、鋼板表
面の温度をめっき浴温度よりも５０℃以上高い状態にし
て、めっき浴中へ浸漬し、酸化皮膜中にクラックを生じ
させつつ溶融亜鉛系めっきを行う請求項１〜４のいずれ
かに記載の溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方法。