JPS6025503B2 - 鋼材の塗装前処理剤及び塗装前処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉中ろう付の如く無酸化雰囲気において高熱処
理された鋼材の塗装前処理剤及び塗装前処理方法に関す
る。

一般に鋼材表面に塗装を施す場合には、鋼材表面に直接
塗料を吹付けると付着性、耐員虫性等に劣るため、リン
酸亜鉛などの化成皮膜を塗装下地として形成し、この化
成皮膜面に塗膜を形成するようにしている。

一方、鋼材に対し炉中ろう付等の高熱処理を施す場合に
は、鋼材の機械的性質を向上せしめて都材の薄肉化、軽
量化を図るべく、加熱後の鋼材を約５７０００〜７２０
午○の変態点付近まで炉冷し、次いでこれを急冷するよ
うにしている。

しかしながら、このように熱処理を行なうと、鋼材表面
に酸化鉄、酸化鋼、水酸化鉄或いは水酸化鋼などを主成
分とした酸化膜（酸化スケール）が生じる。そして、斯
る酸化スケールを除去しないまま鋼材の表面に化成皮膜
を形成すると、化成皮膜と鋼材との密着性及び化成皮膜
表面への塗料の付着性、或いは化成皮膜表面に形成され
る塗膜の耐蝕性等の化成膜性が極めて劣るものとなる。
したがって塗装下地皮膜を形成するに先だって鋼材表面
の酸化スケールを除去する必要がある。

この酸化スケールの除去手段として従来から、ショット
ブラスト、サンドブラスト或いはバフ掛け等の物理的手
段、又は塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸、シュウ酸、
酒石酸、リンゴ酸などの有機酸による化学的手段を用い
ている。しかしながら、上記の物理的手段を用いる場合
には、鋼材の表面が粗くなり、またショット等の困難な
部位の酸化スケールが除去できず、更にショット粒子を
完全に掃除し‘こくく、ゴミも付着しやすいので均一な
化成皮膜を形成することができない。

そして、例えばショットブラストを行なう場合には吊掛
け、吹付（ブラスト）、ワーク回転吹付及びヱアブロ−
という多数の工程を要し、そのための装置を必要とする
とともに、該装置を設置する場所も確保しなければなら
ないという不利がある。一方イｂ学的手段を用いる場合
には、塩酸、硫酸を用いると水素脆弱による鋼材表面の
劣化、及び水洗不良による黄錆の発生等に原因して化成
皮膜性が著しく悪化し、またリン酸等を用いた場合にも
塩酸、硫酸ほどではないが同様の問題がある。

更に化学的手段による場合は、酸洗、水洗、中和及び防
鏡等の各処理を行なわなければならず、前記物理的手段
と同様に工程数と設備の増加を釆たし、それだけ工場内
における占有面積の問題も生じる。そして、工程数が増
加することは、処理時間が長くなるという不利にもつな
がる。上記の如き従来の不利を鱗決すべく本出願人は先
に、特願昭５６一１４５９６６号として無酸化雰囲気に
おいて高熱処理された鋼材に対する化成皮膜性に優れた
塗装前処理剤及び塗装前処理方法を提案している。

斬る塗装前処理剤はリン酸を主成分とした酸組成物にシ
ュウ酸塩を添加したものであり、リン酸によって発生し
た酸化スケールを溶解せしめ、シュウ酸塩によって化成
皮膜性を向上せしめるようにしたものである。

そして塗装前処理方法は上記の処理剤を炉中ろう付等の
加熱処理において冷却剤として用いたものである。しか
しながら上記の塗装前処理剤はリン酸を主体としている
ため、その溶液は酸性を呈し、このため現状の設備をそ
のまま用いることはできず、耐酸性のものにしなければ
ならず、また消費量も多くコスト的に不利がある。

本発明は上述した従来の問題点を改善すべ〈なされたも
のであり、その目的とする処は、炉中ろう付などの如く
無酸化雰囲気において高熱処理された鋼材の表面に、均
一且つ高品質の塗装下地を形成し得るとともに、既存の
設備をそのまま利用して処理工程数の削減及び処理時間
の短縮が図れる鋼材の塗装前処理剤及び塗装前処理方法
を提供するにある。斬る目的を達成すべく第１発明に係
る鋼材の塗装前処理剤はリン酸ヱステルを１〜１５Ｍ％
の割合で含有し、その水溶液が中性ないしはアルカリ性
を呈するようにしたことをその要旨としており、第２発
明に係る鋼材の塗装前処理方法は無酸化雰囲気の加熱炉
内で高熱処理した鋼材を炉冷し、次いでこの鋼材を上記
処理剤によって急冷し、この急冷後塗装下地としての化
成皮膜を鋼材表面に形成するようにしたことをその要旨
としている。

以下に本発明の実施の一例を添付図面に塞いて詳述する
。

第１図は本発明に係る塗装前処理剤を冷却液として用い
た炉中ろう付装置を示すものである。

図中１はプツシヤーであり、このプツシヤー１によって
鋼材を戦層したトレイ２がコンベア３上を図中右方向へ
間欠的に移送される。そして図中右端まで移送されたト
レイ２は下降装置４によって下方のコンベア３上に位置
せしめられ、ブッシャー５によって図中左方向へ間欠的
に移送される。そして左端まで移送されたトレイ２は上
昇装置６によって元の状態まで上昇せしめられ、再び鋼
材を載遣して右方へ移動せしめられる。一方、コンベア
３に沿って上流側には予備加熱室７を設け、この予備加
熱室７に連続して加熱室８を設け、更に加熱室８の下流
側にウオータジャケット式の炉冷室９及び冷却室１０を
蓮設している。

また、上記予備加熱室７の入口部、炉冷室９と炉却室１
０との境界部、及び冷却室１０の出口部の夫々にシャッ
ター１１・・・・・・を取り付け、各室を気密に区画す
るようにし、更に加熱室８、炉袷室９及び冷却室１０の
天井部には分解アンモニアガス等の変性ガス、チッ素ガ
ス還元ガス等の導管１２・・・・・・を接続するととも
に、予備加熱室７の入口近傍、炉冷室９と冷却室１０の
境界部近傍及び冷却室１０の出口近傍の夫々にガス排出
管１３・・・・・・を接続し、炉内を無酸化雰囲気に保
つようにしている。

更に、冷却室１０の下方には冷却槽１４を設け、この冷
却槽１４内にトレイ２を昇降せしめる昇降装置１５を配
し、更に冷却槽１４の下方には冷却液の供給タンク１６
を配設し、この供給タンク１６と冷却槽１４とをパイプ
１７，１７によって連結するとともに、ポンプ１８によ
って冷却液１９を冷却槽１４内に送り込むようにしてい
る。

そして、上記冷却液１９には鋼材表面に酸化スケールが
発生するのを防止し、且つ後に行なう化成皮膜の形成を
阻外しない性質をもつものとし、具体的にはリン酸ェス
テルを１〜１５ｗｔ％含みｐＨが７以上の水溶液で、そ
の温度は５〜４５ｏｏのものを用いる。以上の如き構成
からなる装置において、各接合部にろう材をセットした
鋼材をトレイ２上に載せ、予備加熱室７に送り、ここで
予熱した後、加熱室８に搬送し、この加熱室８において
例えば１１００００〜１１５０ｑ０まで加熱してろう付
を行なう。

次いで鋼材を炉冷室９に送り、ここで後に急冷しても熱
による変形が小さい変態点以下の温度、即ち５７０ｑｏ
〜７２０ｑｏ程度まで冷却する。そして炉冷が終った鋼
材を次の冷却室１０に導き、この冷却室１０の下方に配
した冷却槽１４内の冷却液１９に浸漬して急冷する。こ
の後、鋼材を冷却槽１４から引き上げ、冷却室１０から
取り出し次工程へ搬送する。次工程においては、鋼材を
リン酸亜鉛等の化成皮膜処理剤を満した処理槽に浸潰し
、塗装下地を形成する。このようにして下地が形成され
た鋼材表面に塗料を吹付け、焼付乾燥せしめて製品とす
る。第２図は上記冷却液１９のリン酸ェステル濃度（Ｍ
％）と化成皮膜性との関係を示した線図であり、機軸は
リン酸ェステルの濃度、縦軸は化成皮膜性、テンパーカ
ラー発生の有無及び処理物の機械的強度等を総合的に評
価したものであり、従来以上の効果を発揮するには３点
以上であることが必要であり、またリン酸ェステルの濃
度がｌｗｔ％以下ではテンパーカラーの防止が不可能で
あり添加し、ない場合の処理と同じであり、１５Ｍ％以
上では冷却速度が遅くなり、所定の強度を得ることがで
きない。

したがってリン酸ェステルの濃度は１〜１５ｗｔ％でな
ければならず、また４〜１３れ％が最も効果的であるこ
とが図面から分かる。次に本発明の効果を具体的な実験
例と比較例を挙げて説明する。実験例 １ 水酸化ナトリウムで一部中和したトリブチルホスフェー
ト（Ｔ．Ｂ．Ｐ．）５部と水道水９５部とをよく欄拝し
液温を２５±５００とした溶液を、前記炉中ろう付装置
の冷却室下部に設けた急冷用冷却槽内に満しておく。

そして、炭素含有率０．０２〜０．８５％の鋼材からな
るリャフオークの各結合部間に鋼ろう村をセットし、こ
のリャフオークを変性ガス等によって無酸化雰囲気とし
た予備加熱室に投入し予備加熱を行なう。

その後リャフオークを加熱室に移行し１１００〜１１５
０ｑ○で２〜３分間加熱して、ろう材を上記各結合部間
に溶融させて流入充填せしめる。次いで上記りャフオー
クをウオータジヤケット式の炉冷室に導き、約７００℃
まで炉冷を行なう。

この後、リヤフオークを前記処理剤を満した急冷用の冷
却槽内に約１分間浸糟せしめる。この後リャフオークを
冷却槽から取り出し、ェアブローして水切り乾燥を行な
う。このように処理したりャフオークの表面には酸化ス
ケールの発生はみられず、且つ面粗度も良好であった。

而る後、リヤフオークを脱脂処理剤（リドリン＃５３：
日本ペイント製）を５Ｍ％に調整し、且つ５５ｑ０に保
った脱脂槽にて約２分間浸潰して洗浄し、次いで脱脂槽
から取り出して約３の砂間水洗を行なう。

次いで、リン酸亜鉛化成処理剤（グラノジン＃ＣＳＩＯ
ＯＯ：日本ペイント製）を細ｔ％に調整し液溢を５０±
５℃とした溶液を満たした化成皮膜処理槽にリャフオー
クを約３分間浸潰し、その後水切り乾燥を行なう。

次にリャフオークの表面に、水溶性アクリル上塗り塗料
（アクア＃７１００：日本油脂製）を２５〜３０仏の厚
さで吹付塗装し、約１７０００で３０分間熱風炉内で暁
付を行ない、次いで炉から取り出して室温まで冷却する
。

このようにして得られたりャフオークの表面に形成され
た塗膜の外観性、密着性、及び耐蝕性等の塗膜物性は、
従来方法によって酸化スケールを除去したものに比べ大
中に良好であった。

実験例 ２ 水酸化ナトリウムで一部中和したトリオクチルホスフェ
ート（Ｔ．０．Ｐ．）５部と水道水９５部とをよく燈拝
し液温を２５±５００とした溶液を実験例１と同様に冷
却槽内に満たしておく。

一方、炭素含有率０．０２〜０．８５％の鋼材からなる
リャフオークの各結合部間に銅ろう材をセットし、この
リャフオークを実験例１と同様に無酸化雰囲気において
熱処理し、約７００ｑｏまで炉冷する。

そして、このリャフオークを前記処理液を満した冷却槽
内に約３硯砂間浸潰し、次いで冷却槽から取り出し、ェ
アブローによって水切り乾燥を行なう。このように処理
したりャフオークの表面には酸化スケールの発生はみら
れず、外観も良好であった。

この後、実験例１と同様の化成皮膜処理及び塗装処理を
リャフオークに施す。

このようにして得られたＩＪャフオ−クの表面に形成さ
れた塗膜の外観性、密着性及び耐蝕性等の塗膜物性は極
めて良好であった。

実験例 ３ 水酸化ナトリウムで一部中和したトリオクチルホスフェ
ート（Ｔ．０．Ｐ．）４部、防錆剤（ＮＣ＃５００：デ
ルタリサーチ製）１部及び水道水９５部をよく縄拝し液
温を２５±５℃とした溶液を実験例１と同様に冷却槽内
に満しておく。

一方、炭素含有率０．０２〜０．８５％の鋼材からなる
リャフオークにろう材をセットすることなく予備加熱室
に没入し、次いで加熱室に搬送し、無酸化雰囲気におい
て約９００ｏｏで５分間加熱し、次いで炉冷室に導き約
６５０午０まで炉冷する。

そして、このリャフオークを前記処理液を満した冷却槽
内にて約３硯砂間浸潰し、次いで冷却槽から取り出し、
ェアブローによって水切り乾燥を行なう。このように処
理したりャフオークの表面には酸化スケールの発生はみ
られず且つ外観も良好であつた。

この後、実験例１と同様の化成皮膜処理を施し、次いで
リャフオ−クの表面に、水落性アクリル上塗り塗料（ア
クア＃７１００：日本油脂製）を２０〜２５仏の厚さで
吹付塗装し、約１７０℃で３び分間熱風乾燥せしめ、室
温まで冷却する。

このようにして得られたりャフオーク表面の塗膜物性は
前記実験例と同様極めて良好であった。

実験例 ４水酸化ナトリウムで一部中和したトリオクチ
ルホスフェート（Ｔ．０．Ｐ．）６部、非イオン界面活
性剤（ノニオンＨＳ−２１０：日本油脂製）２部及び水
道水９２邦をよく燈拝し液温を２５±５℃とした溶液を
実験例１と同様に冷却槽内に満しておく。

一方、実験例１と同様のりャフオークに無酸化雰囲気に
おいて、１１２０〜１１５０ｑ○で３分間加熱した後７
００００まで炉冷する。そしてこの炉冷したりャフオー
クを前記冷却槽内にて約３町砂間浸薄急冷した後、冷却
槽から取り出しェアプローして水切り乾燥を行なう。こ
のようにして得られたりャフオーク表面には酸化スケー
ルの発生はみられず、外観も良好であつた。

この後、実験例１と同様の化成皮膜処理及び塗装処理を
リャフオークに施す。

このようにして得られたリヤフオーク表面の塗膜の外観
性、密着性及び耐蝕性等の塗膜物性は従釆に比べ大中に
良好なものであった。実験例 ５ 水酸化ナトリウムで一部中和されたトリオクチルホスフ
ェート（Ｔ．０．Ｐ．）１５部、非イオン界面活性剤（
ノニオンＨＳ−２１０：日本油脂製）２部及び水道水斑
部をよく蝿拝し、液温を２５±５℃とした溶液を実験例
１と同様に冷却槽内に満しておく。

一方、実験例１と同様のりャフオークに同様の漆酸化雰
囲気における高熱処理を施し、約７００℃まで炉冷した
ものを前記冷却槽内に約３現砂、間浸漬急冷した後、冷
却槽から取り出しェァブローによって水切り乾燥を行な
う。

このように処理したりヤフオーク表面には酸化スケール
の発生はみられず外観性も良好であった。この後、実験
例１と同様の化成皮膜処理及び塗装処理をリャフオーク
に施す。

そして得られたりャフオーク表面に形成された塗膜の外
観性密着性及び耐蝕性等の塗膜物性は極めて良好であっ
た。次に本発明によらない例を比較例として以下に示し
、本発明の効果をより明確にする。比較例 １ 実験例１に示したりャフオークを無酸化雰囲気において
、予備加熱室及び加熱に搬送して１１２０〜１１５ぴ０
で３分間熱処理を施し、次いで、約７００℃まで炉冷す
る。

そして炉冷せしめたりャフオークを、２５±５℃の水を
張った急冷用冷却槽に約３硯砂間浸潰し、その後冷却槽
から取り出しェアブローによって水切り乾燥を行なう。
このように処理したりヤフオークの表面全面には酸化ス
ケールが発生しており、ブルー及びテンパーカラーを呈
していた。

更に上記りャフオークに実験例１と同様の化成皮膜処理
及び塗装処理を施す。

このようにして得られたりャフオーク表面の塗膜は外観
性、密着性及び耐蝕性等全ての面において前記各実験例
に示したものに比べ大きく劣っていた。

比較例 ２ リン酸チタン１部、非イオン界面活性剤（／ニオンＨＳ
−２１０：日本油脂製）２部及び水道水９７部をよく燈
拝し、液温を２５±５００とした溶液を実験例１と同様
に冷却槽に満しておく。

一方、実験例１と同様にリャフオ−クを９００℃の無酸
化雰囲気で５分間加熱処理し約７００℃まで炉冷して、
これを前記の冷却槽内に約３現酸程浸潰して急冷し、冷
却槽から取り出しヱアブローにて水切り乾燥を行なう。

このようにして処理したりヤフオークの表面は黒味の強
いテンパカラーを呈し、酸化スケールが全面に生じてい
た。更に上記りャフオ−クに実験例１と同様の化成皮膜
処理及び塗膜処理（ただし膜厚は２０〜２５〆）を施し
て得られたりャフオーク表面に形成された塗膜は、前記
比較例１と同様に塗膜物性において極めて劣るものであ
った。

比較例 ３ リン酸ナトリウム５部、非イオン界面活性剤１部及び水
道水９４部をよく燈拝し、液溢を２５±５℃とした溶液
を実験例１と同様に冷却槽に満しておく。

一方、実験例１と同様にリヤフオークを９００℃の無酸
化雰囲気で５分間加熱処理し、約７００ｑｏまで炉冷し
て、これを前記の冷却槽内に約３胸程浸薄して急冷し、
冷却槽から取り出しェアブローにて水切り乾燥を行なう
。

このようにして処理したりャフオークの表面はブルーテ
ンパーを呈し、部分的に黄錆が発生していた。更にこの
リャフオークに実験例１と同様の化成皮膜処理及び塗膜
処理（ただし膜厚は２０〜２５＃）を施した。

このようにして得られたりヤフオーク表面に形成された
塗膜は密着性、耐蝕性、外観等の塗膜物性において前記
実験例と比べ大中に低下していた。比較例 ４ リン酸二水素ナトリウム３部、非イオン界面活性剤（ノ
ニオンＨＳ−２１０：日本油脂製）１部及び水道水９６
部をよく蝿拝し、液温を２５±５℃とした溶液を実験例
１と同様に冷却槽に撤しておく。

一方、実験例１と同様にリャフオークを９００００の無
酸化雰囲気で５分間加熱処理し、約６００００まで炉冷
し、次いで前記の冷却槽内に約３の砂程浸潰して急冷し
、冷却槽から取り出しェアブローにて水切り乾燥を行な
う。このように処理したりャフオークの表面には酸化ス
ケールが発生し、部分的に薫鏡が発生していた。更にこ
のリャフオークに実験例１と同様の化成皮膜処理及び塗
膜処理（ただし膜厚は２０〜２５山）を施した。

このようにして得られたりャフオーク表面に形成された
塗膜は密着性、耐蝕性、外観等の塗膜物性において大中
に低下していた。比較例 ５ 水酸化ナトリウムで一部中和されたトリオクチルホスフ
ヱート（Ｔ．０．Ｐ．）０．５部、非イオン界面活性剤
（ノニオンＨＳ−２１０：日本油脂製）２部及び水道水
動８５部をよく蝿辞し、液温を２５±５℃とした溶液を
実験例１と同様に冷却槽に満しておく。

一方、実験例１と同様に無酸化雰囲気で加熱処理し、約
７００ｑｏまで炉冷したりャフオークを前記冷却槽に約
３現砂程浸潰して急冷し、次いで冷却槽から取り出しェ
アプローにて水切り乾燥を行なう。

このようにして処理したりャフオークの全面には酸化ス
ケールが生じ且つブルー及びテンパーカラーを呈してい
た。更にこのリャフオークに実験例１と同様の化成皮膜
処理及び塗膜処理（ただし膜厚は２０〜２５仏）を施し
た。

このようにして得られたりャフオーク表面に形成された
塗膜はその物性において前記比較例と同様、大中に劣る
ものであった。以上の実験例及び比較例をまとめて〔表
〕に示した。

〔表〕

前記した実験例、比較例及び〔表〕から明らかな如く、
本発明に係る処理剤を冷却剤として用いて鋼材を急冷し
た場合には従釆例と比べ、急冷後に酸化スケールが発生
せず、また化成皮膜性も良く、且つこの化成皮膜表面に
形成される塗膜の物性も大中に向上することが分かる。

尚、実験例においては、リン酸ェステルとしてトリブチ
ルホスフヱート、及びトリオクチルホスフェートを用い
たが、リン酸ェステルはこれらに限らず、一般式Ｐ○（
ＯＲ）３、Ｐ○（ＯＲ）２０日或いはＰ○（ＯＲ）（Ｏ
Ｈ）２のいずれかによって示されるものであればよい。
また添加するアルカリとして水酸化ナトリウムを示した
がこれ以上のものでもよい。以上の説明で明らかな如く
本発明によれば、無酸化雰囲気において高熱処理された
鋼材に塗装を施す際の前処理剤をリン酸ヱステルを１〜
１５Ｗｔ％とし且つＰＨが７以上のものとし、更にこの
処理剤を急袷用冷却液として鋼材を急冷処理するように
したので、急冷時に鋼材表面に酸化スケールが発生する
ことなく、後の化成皮膜処理及び塗膜処理を効果的に行
なうことができ、化成皮膜性、塗膜物性を大中に向上せ
しめることができる。

更に本発明に係る処理剤は酸性を呈しないので、設備を
耐酸性のものに変更することなく、したがって既存設備
をそのまま利用して高熱処理等を行なうことができ、従
来の物理的手段或いは化学的手段に比べ、工場内での占
有面積を可及的に小さくでき、工程数及び処理時間も大
中に減少し得る等多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施の一例を示すものであり、第１図は
本発明に係る塗装の前処理剤及び前処理方法を適用した
炉中ろう付装置の概略側面図、第２図は処理液中のリン
酸ェステル濃度と化成皮膜性との関係を示した線図であ
る。 尚、図面中７は予備加熱室、８は加熱室、９は炉冷室、
１０は冷却室、１４は冷却槽、１９は冷却液である。 図 船 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リン酸エステルを１ｗｔ％乃至１５ｗｔ％含有して
   なり、且つその水溶液が中性乃至はアルカリ性を呈する
   ことを特徴とする無酸化雰囲気において高熱処理された
   鋼材の塗装前処理剤。 ２ 無酸化雰囲気の加熱炉内で高熱処理した鋼材を炉冷
   室に導いて炉冷し、次いでリン酸エステルを１ｗｔ％乃
   至１５ｗｔ％含有し、その水溶液が中性乃至はアルカリ
   性を呈する冷却液によつて上記鋼材を急冷し、この後塗
   装下地としての化成皮膜を鋼材表面に形成するようにし
   たことを特徴とする鋼材の塗装前処理方法。