JPS5837163A - 亜鉛被覆鋼板の合金化処理法 - 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】 本発明は亜鉛被覆鋼板の被覆層を高速かつ均一に亜鉛−
鉄合金化するのに好適な亜鉛被覆鋼板の被覆層合金化処
理法に関する。

従来より溶融亜鉛めっき鋼板においては塗膜密着性を改
善するため、溶融亜鉛めっき直後に鋼板を加熱すること
により亜鉛めっき層と鋼素地との間に熱拡散を起させて
亜鉛めっき層を亜鉛−鉄合金化することが行われている
。

この亜鉛めっき層を亜鉛−鉄合金化させた溶融亜鉛−鉄
合金化処理鋼板は優れた塗膜密着性を有しているため、
従来より種々の用途に多量に使用されているが、強いて
いえばその難点は合金化被覆層表面に存在するアルミニ
ウム酸化物である。

すなわち溶融亜鉛めっき鋼板はアルミニウム添加亜鉛浴
でめっきするため、その亜鉛めっき層には微量のアルミ
ニウムが含有されているが、このアルミニウムは合金化
処理時または冷却時に合金層表面に富化し、そのほとん
どが化学的不活性なアルミニウム酸化物となって表面に
散在している。

このためリン酸塩処理等の塗装前処理を施した場合、こ
のアルミニウム酸化物の存在する部位の前処理性は劣り
、均一で緻密な塗装前処理皮膜を形成させることは難し
く、その結果亜鉛−鉄合金本来の優れた塗膜密着性を発
揮しているとはいいがたかった。またこの塗膜密着性の
劣る部位では塗膜と合金層との化学結合が弱いため、塗
膜を透過した水分がその部位の塗膜−合金層界に凝結さ
れ、合金層の腐食促進および塗膜フクレ促進の原因とな
っていた。

このような溶融亜鉛−鉄合金化処理鋼板の問題を改善す
るため、アルミニウムを含まない電気亜鉛めっき鋼・板
や蒸着亜鉛めっき鋼板等を加熱して熱拡散によりその亜
鉛めっき層を合金化したり、あるいは鋼板に直接亜鉛−
鉄合金を電気めっきすることによりアルミニウムを含ま
ない亜鉛−鉄合金化被覆鋼板を得る方法が研究されてい
る。

実際これらの方法により製造した鋼板は前記溶融亜鉛−
鉄合金化処理鋼板より優れた塗膜密着性および塗装後の
耐食性を有しているのであるが、電気亜鉛めっき鋼板や
蒸着亜鉛めっき鋼板の場合、安価で、安定した品質の亜
鉛−鉄合金を形成する合金化処理法が従来開発されてい
ないという問題があった。

すなわち、従来より行われている亜鉛被覆鋼板の唯一の
工業的合金化処理法は高温ガス雰囲気炉を用いて加熱す
る方法である。溶融亜鉛めっき鋼板の場合、この方法に
よれば、めっき直後の板温が約４５００と高温であるた
め、短時間の加熱で合金化可能であった。

しかし電気亜鉛めっき鋼板や蒸着亜鉛めっき鋼板の場合
、めっき直後の板温は１０００以下である。従ってこれ
らの鋼板を溶融亜鉛めっき鋼板に使用していた炉長の雰
囲気炉で合金化処理する場合、その板温の差だけ長く加
熱しなければならないため、ラインスピードを遅くしな
ければならな〜１゜ しかも、高温ガス雰囲気炉による板温上昇速度は遅く、
例えば板厚１．　Ｏｒａｎの電気亜鉛めっき鋼板の場合
、第１図に示すように、８５０ｔ：’の雰囲気で加熱し
ても４５０ｔｌ：’になるまで約７０抄製する。

従って、鋼板め予備加熱にこのような長時間を要したの
では溶融亜鉛めっき鋼板に比べその製品価格は著しく高
価となる。

一方このようなコストアップをさけるため、雰囲気炉を
長くすることも考えられる。しかし溶融亜鉛めっき鋼板
の場合と同等の速度で合金化するにはその炉長は著しく
長くしなければならないため、膨大な費用を必要とする
。また技術的に一基の炉にすることは現在の技術水準で
は困難で複数に分割する必要がある。しかもこの場合各
炉間にガイドロールを設置しなければならないため、そ
のガイドロールに鋼板の溶融亜鉛が付着する。このため
、めっき表面に傷が発生し、製品価格を著しく低下させ
る。従って亜鉛被覆鋼板を高温ガス雰囲気炉で合金化処
理しても、その品質上、又は、価酩上溶融亜鉛−鉄合金
化鋼板には対抗しえないものであった。

また電気亜鉛めっき鋼板や蒸着亜鉛めっき鋼板の場合亜
鉛めっき層にアルミニウムが含有されていないため、合
金化処理条件範囲は狭く、温度管理は厳格にする必要が
あった。しかしながら前記高温雰囲気炉の場合、幅方向
に温度分布が悪く、。

従って、この炉により幅方向全体にわたり組成が均一で
、かつ適正合金化度の合金層を形成することは困難であ
った。

これらの理由により電気亜鉛めっき鋼板や蒸着亜鉛めっ
き鋼板の亜鉛めっき層を合金化した亜鉛−鉄合金被覆鋼
板は製品化されていないのが実情である。

上記状況に鑑み、本発明者らは電気亜鉛めっき鋼板、蒸
着亜鉛めっき鋼板等めっき層にアルミニウムを含有しな
い亜鉛被覆鋼板を短時間に、かつ幅方向全体にわたり均
一な組成に合金化する合金化処理法を開発すべく鋭意研
究した結果、溶融鉛浴を用いる方法を開発した。

すなわち溶融鉛浴は熱容量が大きく、温度分布も極めて
小さい。従ってこの浴を亜鉛と鉄が熱拡散する温度まで
上昇させれば、亜鉛被覆鋼板は短時間浸漬するだけでそ
の被覆層を均一に合金化できること、および高温ガス雰
囲気炉で合金化処理する場合にはこの溶融鉛浴で予備加
熱すれば、短時間に合金化できることを見出した。

しかし溶融鉛浴に亜鉛被覆鋼板を単に浸漬して引上げた
のではその被覆層」二に鉛が箔状に強固に付着し、これ
を後工程で除去することは困難である。そこで本発明者
らはかかる問題を融点が鉛より高い無機物を亜鉛被覆層
表面に被覆することにより解決した。

従って本発明の第１の特徴は無機物を亜鉛被覆鋼板に被
覆した後溶融鉛浴に浸漬して鉛浴単独で合金化処理を行
う点にあり、また第２の特徴は溶融鉛浴を予備加熱手段
として用い、その後高温ガス雰囲気炉で合金化処理を行
う点にある。

以下本発明を詳細に述べる。　　゛ まず亜鉛被覆鋼板の表面に被覆する無機物であるがこれ
は融点が鉛より高く、溶融鉛浴に浸漬している間に分解
焼失しないものであればよい。具体的にはクロメート系
皮膜、リン酸塩系皮膜および煤皮膜が優れた効果をもた
らす。

４、クロメート系皮膜は化学的処理または電気化学的処
理で形成してもよいが、クロメート付着量は６■／ｙｔ
？以上にする必要がある。６　ｍｖ♀未満では均一な皮
膜が形成されず、溶融鉛浴に浸漬した場合皮膜形成不十
分な部位に鉛が付着する。またこのクロメート系皮膜の
場合溶融鉛浴の温度は４５００以下にする必要があり、
これより高いと皮膜は浸漬後５秒前後で分解し、鉛が付
着する。

リン酸塩系皮膜はスプレー処理または浸漬処理等により
通常形成するが、その皮膜は細かい緻密な結晶であるこ
とが好ましく、付着量は０．５汁昔以上にする必要があ
る。これより少℃・と亜鉛被覆層を十分被覆しきれず、
鉛が付着する部位が生じる。このリン酸塩系皮膜の耐熱
温度＋−ｉ比較的低℃・ので、溶融鉛浴温度は３７０Ｃ
以下にする必要力ｔある。

煤皮膜は亜鉛被覆鋼板表面にカーボン粉末を直接塗布す
る方法あるいは溶融鉛浴上にカーボン粉末を浮遊させて
、亜鉛被覆鋼板が鉛浴に浸入する際その表面に巻込ませ
る方法で形成しても本発明の目的を達成することかで′
きるが、これらの方法の場合カーボンの付着量が多くな
ると（・う難点力；ある。このため溶融鉛浴単独で合金
化処理する場合はもちろんのこと、雰囲気炉で合金化処
理する場合でも煤は燃焼しきれず、カーボン除去工程を
必要とする。従ってこのような工程を解消するため、最
も好ましい煤皮膜の形成法としてしま、アセ９゜チレン
、プロパンおよび天燃ガス等の燃焼ガスを不完全燃焼さ
せて、その不完全燃焼炎を亜鉛被覆鋼板、好ましくは表
面が若干濡れた前記鋼板上に直接接触させて形成する。

この方法により形成された煤皮膜は細かく緻密であるた
め薄くても十分鉛の利殖を防止する。

この煤皮膜は鉛付着防止のために、０．１／Ｊ以上の厚
さを必要とし、この厚さは前記不完全燃焼炎による場合
、炎を亜鉛被覆鋼板上に数秒間接触させるだけで形成す
ることができる。通常この程度の厚みの煤皮膜は目視的
には媒の付着が確認できない程度で、雰囲気炉で合金化
処理中燃焼してしまい、容易に除去される。

煤皮膜の耐熱性は前２者に比べると著しく高く、溶融鉛
浴が６００Ｃ以下では全（分解しなｌ、１゜このため合
金化処理には溶融鉛浴温度を高くすることができるので
好都合であるが、溶融鉛浴は５００Ｃを越えると鉛蒸気
が発生し始め、作業環境を汚すので、５０００以下にす
るのが好まし℃１゜次に本発明の場合、無機物を上述の
ようにして被覆した後溶融鉛浴に浸漬する。この浸漬の
際の溶・融鉛浴の温度としては上記のように被覆する無
機物の種類により制限があるが、浸漬すると亜鉛被覆鋼
板の昇温速度は極めて速く、短時間で平衡温度に達する
。

第２図の（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は溶融鉛浴の温度が異
なる場合の亜鉛被覆鋼板の昇温カーブを示すもので、浸
漬後２秒経過するとほぼ平衡温度に達する。

通常亜鉛被覆鋼板は板温か約４００Ｃになると急激に被
覆層の合金化が始まるので、溶融鉛浴単独で合金化処理
する場合、４００〜５００Ｃのものに浸漬すると、板厚
１．０　Ｍ、亜鉛被覆量２０　ｆ／ｌｒ？以内では１０
秒以内に完全に合金化される。

一方溶融鉛浴で予備加熱し、その後高温ガス雰囲気炉で
合金化処理する場合、亜鉛被覆鋼板は上述の如く、溶融
亜鉛浴に短時間浸漬するだけで溶融亜鉛めっき鋼板の場
合とほぼ同温度に加熱されるので、その後の合金化処理
時間は溶融亜鉛めっき鋼板の場合と同時間にすることが
できる。

この方法の場合、溶融鉛浴単独で合金化処理する方法に
比べ処理時間は薄板で１８秒以内と若干長くなるが、幅
方向の合金組成は高温ガス雰囲気炉単独の合金化処理場
合より均一になる。

なお上記いずれの方法の場合とも、溶融鉛浴は無酸化性
または還元性雰囲気におき、鉛の酸化を防ＩＩｒ、、す
るようにするのが好ましい。

以上のようにして合金化処理した後溶融鉛浴単独で合金
化処理したものはブラッシングにより表面に残存してい
る無機物を除去する。しかし溶融鉛浴と高温ガス雰囲気
炉の併用により合金化処理したものは雰囲気炉により無
機物は焼失して除去されるので、ブラッシング工程は省
略できる。とくにこの雰囲気炉は煤皮膜の除去に極めで
有効で、７５０Ｃの場合煤は瞬時に焼失する。

次に実施例により本発明を説明する。

実施例１ 寸法０．６　ｔＸ３００Ｘ３００ｍｒｎ、付着量１０５
’／ｍ”ノミ気亜鉛めっき鋼板に表１の条件でクロメー
ト処理を施し、それを４００Ｃの溶融鉛浴に１２秒浸漬
して合金化処理し、その後速かに引上げた。また比較の
ため、前記電気亜鉛めっき鋼板を雰囲気炉のみで加熱し
、合金化処理した。

表１ その結果本発明処理のものは表面に鉛の付着がまったく
なかったが比較処理１のものは箔状の鉛が表面のかなり
の部分を占めた状態で付着した。

また本発明処理および比較処理１の被覆層はち相、δ１
相およびｒ相からなる合金層で、純亜鉛層は全くなく、
また板幅方向における各相のＸ線回折強度比は同じであ
った。

一方比較処理２の被覆層は本発明処理材と同様合金相組
成を有していたが、板幅方向の各相のＸ線回折強度比は
異なり、とくに端面近くではく相強度は著しく低下し、
逆にＳｔ相強度は著しく高くなっていた。

以上の結果より溶融鉛付着防止にはクロメート付着量を
ある一定値以上にする必要があり、雰囲気炉のみによる
合金化処理では板幅方向の合金層組成を均一にすること
ができないことがわかる。

実施例２ 板厚０．６　ｒｒｍ、亜鉛付着量２０．！９／ｎ？　の
電気亜鉛めっき鋼板に表２の条件でリン酸塩処理を施し
、それを３７０Ｃの溶融鉛浴に３秒浸漬して予備加熱し
、その後本発明処理したものについてのみ速かに８５０
Ｃのプロパンガス燃焼雰囲気中で１３秒加熱して合金化
処理した。

表２ その結果溶融鉛浴から引上げるとき、本発明処理したも
のの表面には鉛の付着が全くなかったが。

比較処理したものの表面には鉛が箔状に付着していた。

本発明処理材の被覆層はり相、　ｌ、相、およびｒ相か
らなる良好な組成の合金であった。

なお比較処理材に合金化処理を施さなかったのは加熱に
よシ鉛蒸気が発生し、環境汚染の危険があったからであ
る。

実施例３ 板厚１・Ｏｍｍ　、亜鉛付着量１０ｇ／？Ｆ１″の電気
亜鉛めっき鋼板をプロパンガスの不完全燃焼炎で表３の
条件で加熱してその表面に煤皮膜を形成した後、５００
Ｃの溶融鉛浴に２秒浸漬して予備加熱し、その後速かに
８５０ｃのゲタ／ガス燃焼雰囲気中で６秒加熱して合金
化処理した。

表３ （注）処理方式のウェット式は鋼板表面をわずかにぬら
した状態で煤を付着させる方法であり、ドライ方式は鋼
板表面が乾いた状態で煤を付着させる方法である。

その結果、溶融鉛浴に浸漬して引上げるとき、本発明処
理材には鉛は全く付着しなかったが、比較処理材には鉛
が箔状に付着した。また本発明材の被覆層は良好に合金
化され、〈相、５ノ相および「相からなっていた。一方
比較材は実施例２同様の理由により合金化処理は行わな
かった。

上記の如く、本発明は亜鉛被覆鋼板の表面に融点が鉛よ
り高い無機物を被覆した後熱容量が大きく、温度分布の
均一な溶融鉛浴に浸漬して合金化処理または予備加熱す
るのである′から短時間に合金化または予備加熱するこ
とができ、かつ合金層組成も表面全体にわたり均一とな
る。

また予備加熱後高温ガス雰囲気炉で合金化処理するにし
ても、鋼板が溶融亜鉛めっき鋼板の場合と同様高温にな
っているので、高温ガス雰囲気炉−単独で終始合金化処
理する場合に比べて合金此処−理時間を短縮できる。

しかも本発明の場合、主たる設備は溶融鉛槽だけである
ので、設備費もあまりかからない。

従って本発明によれば、塗装性に優れた亜鉛−鉄合金化
鋼板を安価に製造することができ１価格的に溶融亜鉛−
鉄合金化鋼板と十分対抗しえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気亜鉛めっき鋼板を８５０Ｃの高温ガス雰囲
気炉で終始加熱した場合の板温上昇速度を示すグラフで
ある。第２図は無機物を表面に被覆した電気亜鉛めっき
鋼板を溶融鉛浴に浸漬した場合の溶融鉛浴温度と板温上
昇の関係を示すグラフで、（ａ）は浴温が３７０Ｃの場
合、（ｂ）は４００Ｃの場合、（Ｃ）は５００Ｃの場合
を示している。 特許出願人 日新製鋼株式会社 代理人 進藤　満 第１図 、＊７熱時間■ン 第　２　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱による亜鉛被覆層と鋼素地との拡散反応を利
   用して被覆層を合金化する亜鉛被覆鋼板の合金化処理法
   において、前記合金化は亜鉛被覆層表面に融点が鉛より
   高い無機物を被覆した後鋼板を溶融鉛浴に浸漬すること
   により行うことを特徴とする亜鉛被覆鋼板の合金化処理
   法。
2. （２）無機物の被覆として、クロメート系皮膜を６ｍｍ
   １以上被覆することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の亜鉛被覆鋼板の合金化処理法。
3. （３）無機物の被覆として、リン酸塩系皮膜を０．５Ｌ
   ！−Ｒ以上被覆することを特徴とする亜鉛被覆鋼板の合
   金化処理法。
4. （４）無機物の被覆として、煤皮膜を０．１）Ｊ以上被
   覆することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の亜
   鉛被覆鋼板の合金化処理法、（５）加熱による亜鉛被覆
   層と鋼素地との拡散反応を利用して被覆層を合金化する
   亜鉛被覆鋼板の合金化処理法において、前記合金化は亜
   鉛被覆層表面に融点が鉛より高い無機物を被覆した後鋼
   板を溶融鉛浴に浸漬して予備加熱し、その灸雰囲気炉で
   加熱することにより行うことを特徴とする亜鉛被覆鋼板
   の合金化処理法。