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JP5355141B2 - Chromate-free coating-coated hot-dip galvanized steel sheet with excellent adhesion between the plating surface and chromate-free coating and method for producing the same - Google Patents

Chromate-free coating-coated hot-dip galvanized steel sheet with excellent adhesion between the plating surface and chromate-free coating and method for producing the same Download PDF

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JP5355141B2 JP2009041347A JP2009041347A JP5355141B2 JP 5355141 B2 JP5355141 B2 JP 5355141B2 JP 2009041347 A JP2009041347 A JP 2009041347A JP 2009041347 A JP2009041347 A JP 2009041347A JP 5355141 B2 JP5355141 B2 JP 5355141B2
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Description

本発明は、溶融亜鉛めっき層の表面にクロムを含まないクロメートフリー皮膜を形成したクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板、およびその製造方法に関するものであり、特に耐白錆性などの耐食性に優れると共に、クロメートフリー皮膜との密着性に優れたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板、およびこうしたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板を製造するための有用な方法に関するものである。   The present invention relates to a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet in which a chromium-free chromate-free film is formed on the surface of a hot-dip galvanized layer, and a method for producing the same, and in particular, is excellent in corrosion resistance such as white rust resistance. The present invention relates to a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet having excellent adhesion to a chromate-free film, and a useful method for producing such a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet.

建築機材、電気製品、自動車等様々な用途で使用されている鋼板は、耐食性を確保するという観点から、鋼板表面に溶融亜鉛めっきを施すことが多い。しかしながら、溶融亜鉛系めっき鋼板においても、耐食性(耐白錆性)が不十分な場合もあり、また塗装下地として使用する場合には塗料との密着性も確保し難いことから、その改善策として溶融亜鉛めっき鋼板表面にクロメート処理を施すことも行われていた。   Steel sheets used in various applications such as building equipment, electrical products, and automobiles are often hot dip galvanized on the steel sheet surface from the viewpoint of ensuring corrosion resistance. However, even in hot-dip galvanized steel sheets, corrosion resistance (white rust resistance) may be insufficient, and when used as a coating base, it is difficult to ensure adhesion with paints. A chromate treatment has also been performed on the surface of a hot dip galvanized steel sheet.

しかしながら、クロメート処理を行った場合には、白錆抑制効果には優れているものの、有害な6価クロムを多量に含むという問題がある。特に、近年においては、環境問題への意識が高くなってくるにつけて、クロメート処理は回避される傾向にあり、殆どの用途でクロムを含まないクロメートフリー皮膜でめっき層の表面を被覆したクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板に移行しつつある。   However, when the chromate treatment is performed, the white rust suppressing effect is excellent, but there is a problem that a large amount of harmful hexavalent chromium is contained. In particular, in recent years, as the awareness of environmental issues has increased, chromate treatment has tended to be avoided, and in most applications, the chromate-free surface is coated with a chromate-free coating that does not contain chromium. It is shifting to a film-coated hot-dip galvanized steel sheet.

クロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板においては、クロメート皮膜に匹敵する高度なバリアー性が必要であり、潤滑性、耐指紋性等の他の付加価値を付与しやすいことから、有機系のクロメートフリー皮膜が開発されている。本発明者も、こうした有機系のクロメートフリー皮膜として、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンに対し、固形物換算にて、シリカ粒子:1〜30質量%、架橋剤:1〜8質量%含む他、タンニン酸および/またはバナジン酸アンモニウムを1〜8質量%の割合で含むものが有用であることを提案している(特許文献1)。この技術では、上記のような有機系のクロメートフリー皮膜を溶融亜鉛めっき鋼板の表面に形成することによって、耐食性は勿論のこと、クロメートフリー皮膜と溶融亜鉛めっき層表面との密着性をも良好にするものである。   Chromate-free coating-coated hot-dip galvanized steel sheet requires advanced barrier properties comparable to chromate coating, and it is easy to add other added values such as lubricity and fingerprint resistance. Has been developed. The inventor of the present invention also has, as such an organic chromate-free film, silica particles: 1 to 30% by mass and a cross-linking agent: 1 in terms of solids with respect to a polyolefin copolymer resin emulsion intermolecularly associated with ion clusters. In addition to ˜8% by mass, it has been proposed that one containing tannic acid and / or ammonium vanadate at a rate of 1 to 8% by mass is useful (Patent Document 1). In this technology, the organic chromate-free film as described above is formed on the surface of the hot-dip galvanized steel sheet, so that not only the corrosion resistance but also the adhesion between the chromate-free film and the hot-dip galvanized layer surface is improved. To do.

しかしながら、ユーザでの使用環境が多様化するにつれて、溶融亜鉛めっき層表面とクロメートフリー皮膜との密着性および耐食性に関して、より高度なバランスが要求されるようになっている。特に、めっき層との反応で生成しためっき表面の凹凸によるアンカー効果が期待できる無機系クロメート皮膜に比べて、有機系のクロメートフリー皮膜はめっき層表面との密着性が劣る傾向がある。   However, as the user's usage environment diversifies, a higher balance is required for the adhesion and corrosion resistance between the hot dip galvanized layer surface and the chromate-free coating. In particular, organic chromate-free coatings tend to have poor adhesion to the plating layer surface compared to inorganic chromate coatings that can be expected to have an anchor effect due to unevenness of the plating surface generated by reaction with the plating layer.

上記したようなめっき表面との密着性を改善する技術として、特許文献2には、フッ化物を含有する処理液から防食皮膜を形成することによって、皮膜形成までの間にめっき表面がフッ化物イオンでエッチングされて、防食皮膜とめっき層との密着性が増し、これによって耐食性を向上させる技術が提案されている。しかしながら、エッチング成分は水溶性であるために、皮膜中に残存すると十分な耐食性が確保できないという問題がある。   As a technique for improving the adhesion to the plating surface as described above, Patent Document 2 discloses that an anticorrosion film is formed from a treatment solution containing fluoride so that the plating surface is fluoride ion before the film formation. Etching is used to increase the adhesion between the anticorrosive film and the plating layer, thereby improving the corrosion resistance. However, since the etching component is water-soluble, there is a problem that sufficient corrosion resistance cannot be secured if it remains in the film.

ところで、溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、微量のAlを含む溶融亜鉛めっき浴に素地鋼板を浸漬して製造される。このとき、めっき浴中にAlを含有させると、溶融亜鉛めっき層と素地鋼板との界面におけるFe−Zn合金層の形成を抑制し、溶融亜鉛めっき層の密着性を高める方向に作用することが知られている。   By the way, the hot dip galvanized steel sheet is usually manufactured by immersing the base steel sheet in a hot dip galvanizing bath containing a small amount of Al. At this time, when Al is contained in the plating bath, the formation of the Fe—Zn alloy layer at the interface between the hot dip galvanized layer and the base steel sheet can be suppressed, and the adhesiveness of the hot dip galvanized layer can be increased. Are known.

めっき層中若しくはめっき浴中のAl濃度に着目してめっき鋼板の特性を改善する技術も、これまで様々提案されている。例えば、特許文献3には、活性化処理でめっき層中のAlを除去した後、酸化処理を施すことによってめっき表面にZn系酸化物を形成し、これによってプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を得る技術が提案されている。この技術では、めっき層表面への調質圧延(スキンパス圧延:以下、「SKP圧延」と呼ぶことがある)でめっき層表層部のAl酸化物が除去されることが示されている。しかしながら、本発明者が実験によって確認したところによれば、めっき層表層部のAl量は低減するものの、完全に除去されている訳ではなく、めっき層中での濃度分布が変化するだけであって、Al量が安定するめっき層表面から深さ200nm程度までのAlのトータル量を測定すると、SKP圧延前後ではAl量に変化が殆どないことが確認されている。即ち、このような技術では、Al量の調整による効果が期待されるほど発揮できていないのが実情である。   Various techniques for improving the properties of the plated steel sheet focusing on the Al concentration in the plating layer or the plating bath have been proposed so far. For example, in Patent Document 3, after removing Al in the plating layer by the activation treatment, an oxidation treatment is performed to form a Zn-based oxide on the plating surface, and thereby hot dip galvanization excellent in press formability. Techniques for obtaining steel sheets have been proposed. In this technique, it is shown that the Al oxide on the surface portion of the plating layer is removed by temper rolling (skin pass rolling: hereinafter referred to as “SKP rolling”) to the surface of the plating layer. However, according to an experiment confirmed by the present inventors, although the Al content in the surface layer portion of the plating layer is reduced, it is not completely removed but only the concentration distribution in the plating layer is changed. When the total amount of Al from the surface of the plating layer where the Al amount is stable to a depth of about 200 nm is measured, it has been confirmed that there is almost no change in the Al amount before and after SKP rolling. In other words, the fact is that such a technique has not been able to demonstrate the effect of adjusting the Al amount as expected.

特許文献4には、めっき層中のAl量、めっき表層とη相中のAl濃度の比を規定することで、スポット溶接性、摺動性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造する技術が提案されている。この技術では、めっき表層のAlはアルカリ溶液に浸漬することで正に除去されており、Al量を調整することによって、有機系のクロメートフリー皮膜とめっき層との
密着性を改善するものではない。
Patent Document 4 proposes a technique for manufacturing a hot-dip galvanized steel sheet having excellent spot weldability and sliding property by defining the Al amount in the plating layer and the ratio of the Al concentration in the plating surface layer and the η phase. Has been. In this technique, Al on the plating surface layer is positively removed by immersing it in an alkaline solution, and adjusting the amount of Al does not improve the adhesion between the organic chromate-free film and the plating layer. .

特開2004−176092号公報JP 2004-176092 A 特開2001−192851号公報JP 2001-192851 A 特開2005−120447号公報JP 2005-120447 A 特開2002−105614号公報JP 2002-105614 A

本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、有機系のクロメートフリー皮膜を被覆した場合であっても、耐白錆性などの耐食性に優れたると共に、クロメートフリー皮膜との密着性に優れたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板、およびこうしたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板を製造するための有用な方法を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances, and the object thereof is excellent in corrosion resistance such as white rust resistance even when an organic chromate-free coating is coated, and a chromate-free coating. It is to provide a useful method for producing a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet having excellent adhesion and a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet.

前記目的を達成し得た本発明のクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板とは、溶融亜鉛めっき層および有機系クロメートフリー皮膜を有するクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板において、前記溶融亜鉛めっき層は、めっき最表面から深さ10nmまでの表層部において、高周波グロー放電発光分光分析で測定したときのAl量が1〜5.0質量%である点に要旨を有するものである。   The chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet of the present invention that can achieve the above-mentioned object is a hot-dip galvanized steel sheet having a hot-dip galvanized layer and an organic chromate-free film. In the surface layer part from the plating outermost surface to a depth of 10 nm, the gist is that the Al amount is 1 to 5.0% by mass when measured by high-frequency glow discharge optical emission spectrometry.

本発明のクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板で用いる有機系クロメートフリー皮膜としては、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンに対し、固形物換算にて、シリカ粒子:1〜30質量%、架橋剤:1〜8質量%を含有するものが好ましいものとして挙げられる。   As an organic chromate-free film used in the chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet of the present invention, silica particles: 1 to 30 in terms of solids with respect to a polyolefin copolymer resin emulsion intermolecularly associated with ion clusters. What contains a mass% and a crosslinking agent: 1-8 mass% is mentioned as a preferable thing.

上記のようなクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに当たっては、Al濃度を0.2〜0.3質量%に調整した溶融亜鉛めっき浴中に素地鋼板を浸漬して鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成した後、その冷却過程で400超〜440℃の温度範囲に10〜30秒保持し、引き続き、溶融亜鉛めっき層表面に伸び率:0.5〜2%で調質圧延を施し、その後溶融亜鉛めっき層表面に有機系クロメートフリー皮膜を形成するようにすれば良い。   In producing the chromate-free coating-coated hot-dip galvanized steel sheet as described above, the base steel sheet is immersed in a hot-dip galvanizing bath in which the Al concentration is adjusted to 0.2 to 0.3% by mass, and hot dip galvanized on the steel sheet surface. After forming the plating layer, hold it in the temperature range of more than 400 to 440 ° C. for 10 to 30 seconds in the cooling process, and then subject the hot dip galvanized layer surface to temper rolling at an elongation of 0.5 to 2%. Then, an organic chromate-free film may be formed on the surface of the hot dip galvanized layer.

本発明に係るクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板では、溶融亜鉛めっき層および有機系クロメートフリー皮膜を有するクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板において、溶融亜鉛めっき層は、めっき最表面から深さ10nmまでの表層部において、高周波グロー放電発光分光分析で測定したときのAl量が1〜5.0質量%であるものとすることによって、耐白錆性などの耐食性に優れたると共に、溶融亜鉛めっき層と有機系クロメートフリー皮膜の密着性も良好なものとなり、こうしたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板は自動車ボディ用鋼板等の素材として有用である。   In the chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet according to the present invention, in the chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet having the hot-dip galvanized layer and the organic chromate-free film, the hot-dip galvanized layer has a depth of 10 nm from the outermost surface of the plating. In the surface layer portion, the Al amount when measured by high-frequency glow discharge optical emission spectrometry is 1 to 5.0% by mass, so that the corrosion resistance such as white rust resistance is excellent, and the galvanized layer The chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet is useful as a material for automobile body steel sheets and the like.

クロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板は、プレス成形やロールフォーミング等の加工を受けた後、塗装されずにそのまま裸の状態で使用されるケースが多い。この様な状況で使用されると、加工を受けた部分にクロメートフリー皮膜が残存していることが重要である。加工の際には、クロメートフリー皮膜は多少のダメージを受けるが、めっき層上に皮膜が残存していれば、そのバリアー効果によって、耐食性を発揮することができる。しかしながら、クロメートフリー皮膜が完全に脱落してしまうと、バリアー効果がなくなってしまうことになる。   In many cases, a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet is used as it is without being painted after being subjected to processing such as press forming or roll forming. When used in such a situation, it is important that the chromate-free film remains on the processed part. During the processing, the chromate-free film is somewhat damaged, but if the film remains on the plating layer, the corrosion resistance can be exhibited by the barrier effect. However, if the chromate-free film is completely removed, the barrier effect is lost.

本発明者は、このような状況を憂慮し、クロメートフリー皮膜と溶融亜鉛めっき層表面の密着性を向上させるべく、様々な角度から検討した。その結果、めっき最表面から深さ10nmまでの表層部において、高周波グロー放電発光分光分析で測定したときのAl量を1〜5.0質量%となるようにすれば、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor was concerned about such a situation and studied from various angles in order to improve the adhesion between the chromate-free film and the surface of the hot dip galvanized layer. As a result, in the surface layer portion from the plating outermost surface to a depth of 10 nm, the above object can be achieved if the Al amount is 1 to 5.0% by mass when measured by high frequency glow discharge optical emission spectrometry. As a result, the present invention has been completed.

上記Al量が5.0質量%を超えると、クロメートフリー皮膜と溶融亜鉛めっき層表面の密着性が劣化し始める。このAl量は好ましくは4質量%以下とするのが良い。めっきの表層部でのAl量を5.0質量%以下とすることによって、クロメートフリー皮膜と溶融亜鉛めっき層表面の密着性が向上する理由については、その全てを解明し得た訳ではないが、クロメートフリー皮膜とめっき最表層のZnとの結合に対して、AlおよびAlの酸化物が結合を阻害するように作用するためと考えることができた。   When the amount of Al exceeds 5.0% by mass, the adhesion between the chromate-free film and the surface of the hot dip galvanized layer starts to deteriorate. The amount of Al is preferably 4% by mass or less. The reason why the adhesion between the chromate-free film and the surface of the hot dip galvanized layer is improved by setting the Al content in the surface layer portion of the plating to 5.0% by mass or less has not been clarified. It was considered that Al and an oxide of Al acted to inhibit the bond between the chromate-free film and the Zn of the outermost plating layer.

上記Al量が5.0質量%以下では、その含有量が低下するにつれて、クロメートフリー皮膜の密着力は向上し、剥がれにくいものとなる。しかしながら、めっき表層部でのAl量が1質量%未満になると、クロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板の耐食性が劣化するので、このAl量は1質量%以上とする必要がある。このAl量は好ましくは2質量%以上とするのが良い。   When the amount of Al is 5.0% by mass or less, as the content decreases, the adhesion of the chromate-free coating is improved, and it becomes difficult to peel off. However, if the Al content in the plating surface layer is less than 1% by mass, the corrosion resistance of the chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet deteriorates, so this Al content needs to be 1% by mass or more. The amount of Al is preferably 2% by mass or more.

めっき表層部でのAl量を上記の範囲となるように制御するには、Al濃度を0.2〜0.3質量%に調整した溶融亜鉛めっき浴中に素地鋼板を浸漬して鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成した後、その冷却過程で400超〜440℃の温度範囲に10〜30秒保持し、引き続き、溶融亜鉛めっき層表面に伸び率:0.5〜2%で調質圧延を施すようにすれば良い。この方法における各要件を規定した理由は次の通りである。   In order to control the amount of Al in the plating surface layer so as to be in the above range, the base steel sheet is immersed in a hot dip galvanizing bath in which the Al concentration is adjusted to 0.2 to 0.3% by mass on the surface of the steel sheet. After forming the hot dip galvanized layer, hold it in the temperature range of over 400 to 440 ° C. for 10 to 30 seconds during the cooling process, and continue temper rolling at a stretch rate of 0.5 to 2% on the surface of the hot dip galvanized layer Should be applied. The reasons for specifying each requirement in this method are as follows.

めっき浴中にAlを含有させると、溶融亜鉛めっき層と素地鋼板との界面におけるFe−Zn合金層の形成を抑制し、溶融亜鉛めっき層の密着性を高める方向に作用することは上述した通りであるが、こうした効果を発揮させるためには、めっき浴中のAl濃度は0.2質量%以上とする必要がある。しかしながら、めっき浴中のAl濃度が過剰になると、浴中機器の浸食が激しくなり寿命が極端に短くなるため、Al濃度は0.3質量%以下とする必要がある。   As described above, when Al is contained in the plating bath, the formation of the Fe—Zn alloy layer at the interface between the hot dip galvanized layer and the base steel sheet is suppressed and the adhesiveness of the hot dip galvanized layer is increased. However, in order to exert such an effect, the Al concentration in the plating bath needs to be 0.2% by mass or more. However, if the Al concentration in the plating bath becomes excessive, the erosion of the equipment in the bath becomes intense and the life becomes extremely short, so the Al concentration needs to be 0.3% by mass or less.

本発明で用いるめっき浴(溶融亜鉛めっき浴)の残部成分は、Znおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、素地鋼板などから不可避的に混入する元素として、Ti、Mn、Mg、Pb、Ni、Co、Sb、As、In、Cu、Fe等が挙げられる。これらの不可避不純物元素は、おおむね、合計で0.02%程度以下の範囲で含有していてもよい(めっき層中に反映して含有されていても良い)。こうした元素を含有しても本発明の効果が損なわれないことを本発明者らは確認している。   The remaining components of the plating bath (hot galvanizing bath) used in the present invention are Zn and inevitable impurities. Examples of the inevitable impurities include Ti, Mn, Mg, Pb, Ni, Co, Sb, As, In, Cu, and Fe as elements inevitably mixed from a base steel plate. These inevitable impurity elements may be generally contained in a total range of about 0.02% or less (may be included in the plating layer). The present inventors have confirmed that the effects of the present invention are not impaired even if such elements are contained.

Al濃度を上記のように調製しためっき浴を用いて溶融亜鉛めっき鋼板では、めっき表層部のAl量は比較的多い状態(7〜10質量%程度)となる。このめっき表層部のAl量は、めっき浴温度、ラインスピード等によって影響され、上記Al量はばらつきを示すことになる。そこで、本発明では、めっき表層部にAlを拡散させるために、めっき後の冷却工程において、溶融亜鉛めっき層が凝固する400℃超から440℃の温度域を、少なくとも10秒間かけて冷却する。具体的には、上記の温度域を10秒間以上かけて冷却(徐冷)しても良いし、上記温度域内の所定温度で等温保持してもよい。   In the hot dip galvanized steel sheet using the plating bath having the Al concentration prepared as described above, the amount of Al in the plating surface layer portion is relatively large (about 7 to 10% by mass). The amount of Al in the plating surface layer is affected by the plating bath temperature, line speed, etc., and the amount of Al will show variation. Therefore, in the present invention, in order to diffuse Al in the plating surface layer portion, in the cooling step after plating, the temperature range from 400 ° C. to 440 ° C. at which the hot-dip galvanized layer solidifies is cooled for at least 10 seconds. Specifically, the above temperature range may be cooled (slow cooling) over 10 seconds or may be kept isothermal at a predetermined temperature within the above temperature range.

亜鉛の融点は約420℃であり、400℃以下の温度域で長時間保持しても、Alは拡散せず、溶融亜鉛めっき層の最表層近傍(表層部)におけるAl量を確保することができない。一方、440℃を超えて高温になると、ZnとFeの合金化反応が促進され、素地鋼板と溶融亜鉛めっき層との密着性が低下する。好ましい温度域は405℃以上435℃以下であり、より好ましくは410℃以上430℃以下である。   The melting point of zinc is about 420 ° C. Even if it is kept for a long time in a temperature range of 400 ° C. or less, Al does not diffuse, and the amount of Al in the vicinity of the outermost surface layer (surface layer portion) of the hot dip galvanized layer can be secured. Can not. On the other hand, when the temperature exceeds 440 ° C., the alloying reaction of Zn and Fe is promoted, and the adhesion between the base steel sheet and the hot dip galvanized layer is lowered. A preferable temperature range is 405 ° C. or higher and 435 ° C. or lower, and more preferably 410 ° C. or higher and 430 ° C. or lower.

本発明では、このように溶融亜鉛めっき層が凝固するまでの時間を少なくとも10秒とし、凝固までの時間を延ばすことによって、溶融亜鉛めっき層内のAlが少なくとも上記の最表層近傍付近まで拡散する時間を確保することができる。このときの時間(以下、「保持時間」と呼ぶ)が10秒未満では、Alの拡散が不十分となる。好ましくは13秒以上、より好ましくは15秒以上である。保持時間の上限は、その後のSKP圧延による表層Al量の調整を考慮すると、30秒以下であることが好ましく、25秒以下であることがより好ましい。   In the present invention, the time until the hot dip galvanized layer is solidified is set to at least 10 seconds, and the time until solidification is extended, whereby Al in the hot dip galvanized layer diffuses to at least the vicinity of the outermost layer. Time can be secured. If the time (hereinafter referred to as “holding time”) at this time is less than 10 seconds, the diffusion of Al becomes insufficient. Preferably it is 13 seconds or more, more preferably 15 seconds or more. The upper limit of the holding time is preferably 30 seconds or less, more preferably 25 seconds or less, considering the adjustment of the surface layer Al amount by the subsequent SKP rolling.

上記のようにしてめっきの表層部にAlを拡散させた後は、伸び率:0.5〜2%の範囲でSKP圧延を行なう。このようなSKP圧延を行なうことによって、めっき表層部のAl量を1〜5.0質量%の範囲に調整できることになる。このようなSKP圧延を行なうことは、めっき表層部のAlが破壊されたり、または削り取られる訳ではなく、SKP圧延によって、めっき表層部のAlがめっき層中に押し込まれる結果、めっき表層部でのAl量に変化が生じることになる。こうした状況は、めっき層中でのAl量が安定するとされる最表層(めっき最表面からおよそ200nmまでの深さ)のAlのトータル量を測定すると、SKP圧延前後で量的な変化が殆どないことによって確認できた。   After Al is diffused in the surface layer portion of the plating as described above, SKP rolling is performed in the range of elongation: 0.5 to 2%. By performing such SKP rolling, the amount of Al in the plating surface layer portion can be adjusted to a range of 1 to 5.0% by mass. Performing such SKP rolling does not destroy or scrape the Al in the plating surface layer portion, but as a result of the SKP rolling pushing the Al in the plating surface layer portion into the plating layer, A change occurs in the amount of Al. In such a situation, when the total amount of Al in the outermost layer (depth from the plating outermost surface to a depth of approximately 200 nm) is measured, the amount of Al in the plating layer is stable, and there is almost no quantitative change before and after SKP rolling. It was confirmed by

上記のような作用を発揮させるためには、SKP圧延時の伸び率を0.5〜2%程度とする必要があるが、このときの伸び率が0.5%未満では溶融亜鉛めっき鋼板上にスパングルが残るため、外観上問題となる。逆に、伸び率が2%を超えると、SKPのワークロールZnのピックアップが発生しやすなり、品質、操業性の両面の問題が発生することにもなる。   In order to exert the above effects, it is necessary to set the elongation at the time of SKP rolling to about 0.5 to 2%. However, if the elongation at this time is less than 0.5%, This causes a problem in appearance because spangles remain. On the other hand, if the elongation exceeds 2%, pick-up of the SKP work roll Zn is likely to occur, and problems in both quality and operability may occur.

上記溶融亜鉛めっき層の残部成分は、Znおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、素地鋼板などから不可避的に混入する元素として、Ti、Mn、Mg、Pb、Ni、Co、Sb、As、In、Cu、Fe等が挙げられる。これらの不可避不純物元素は、おおむね、合計で0.02%程度以下の範囲で含有していてもよい。こうした元素を含有しても本発明の効果が損なわれないことを本発明者は確認している。   The remaining components of the hot dip galvanized layer are Zn and inevitable impurities. Examples of the inevitable impurities include Ti, Mn, Mg, Pb, Ni, Co, Sb, As, In, Cu, and Fe as elements inevitably mixed from a base steel plate. These inevitable impurity elements may be contained in a range of approximately 0.02% or less in total. The inventor has confirmed that the effects of the present invention are not impaired even if such elements are contained.

上記しためっき条件以外は、従来汎用されている方法を採用することができる。例えば、めっき浴の温度は、おおむね、470〜450℃程度に制御し、めっき浴への浸漬時間は、おおむね、2〜10秒とすることが好ましい。   Other than the above plating conditions, conventionally used methods can be employed. For example, the temperature of the plating bath is generally controlled to about 470 to 450 ° C., and the immersion time in the plating bath is preferably about 2 to 10 seconds.

本発明のクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板は、上記のようにして得られる溶融亜鉛めっき鋼板の表面に有機系クロメートフリー皮膜を形成するものである。クロメートフリー皮膜としては、無機系皮膜も知られているが、無機系皮膜はめっき表面のAl濃化層の影響を受けず、元来良好な反応性を有している。即ち、無機系クロメートフリー皮膜では、本発明によるようなめっき表層部のAl量の制御による効果を有効に発揮できないことになる。こうしたことから、本発明では溶融めっき層表面に形成するクロメートフリー皮膜として有機系のものに限定した。   The chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet of the present invention forms an organic chromate-free film on the surface of the hot-dip galvanized steel sheet obtained as described above. As the chromate-free film, an inorganic film is also known, but the inorganic film is not affected by the Al concentrated layer on the plating surface and originally has a good reactivity. In other words, the inorganic chromate-free film cannot effectively exhibit the effect of controlling the Al content of the plating surface layer as in the present invention. For these reasons, in the present invention, the chromate-free film formed on the surface of the hot dipped layer is limited to an organic type.

こうした有機系クロメートフリー皮膜としては、従来から知られているものも使用できるが、前記特許文献1に提案したものが好ましいものとして挙げられる。先に提案した技術では、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンに対し、固形物換算にて、シリカ粒子:1〜30質量%、架橋剤:1〜8質量%を含有するものを提案しているが、このような有機系のクロメートフリー皮膜を溶融亜鉛めっき鋼板の表面に形成することによって、クロメートフリー皮膜とめっき層表面との密着性を更に向上させると共に、耐食性をも向上したものとなる。   As such an organic chromate-free film, those conventionally known can be used, but those proposed in Patent Document 1 are preferable. In the previously proposed technique, the polyolefin copolymer resin emulsion intermolecularly associated with the ion clusters contains silica particles: 1 to 30% by mass and crosslinking agent: 1 to 8% by mass in terms of solids. However, by forming such an organic chromate-free coating on the surface of a hot-dip galvanized steel sheet, the adhesion between the chromate-free coating and the surface of the plating layer can be further improved and corrosion resistance can be improved. It will be improved.

上記のような有機系クロメートフリー皮膜は、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンに、固形物換算にて、シリカ粒子:1〜30質量%、架橋剤:1〜8質量%を含む他、必要によってタンニン酸および/またはバナジン酸アンモニウムを1〜8質量%の割合で含む水系樹脂塗料を、溶融亜鉛系めっき鋼板の表面に塗布し、鋼板を加熱して前記塗料を乾燥させることによって形成することができる。   The organic chromate-free film as described above is a polyolefin copolymer resin emulsion that is intermolecularly associated with ion clusters, in terms of solids, silica particles: 1 to 30% by mass, cross-linking agent: 1 to 8% by mass. In addition, if necessary, a water-based resin paint containing tannic acid and / or ammonium vanadate at a ratio of 1 to 8% by mass is applied to the surface of the hot dip galvanized steel sheet, and the steel sheet is heated to dry the paint. Can be formed.

上記水系樹脂塗料における樹脂成分として、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンが用いられる。このポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンは、エチレン性不飽和カルボン酸成分を1〜40質量%の範囲で含み、(メタ)アクリル酸エステル成分を含んでいてもよいオレフィン−エチレン性不飽和カルボン酸共重合体樹脂をアイオノマー化し、更に、架橋剤にて架橋して高分子化してなるポリオレフィン系共重合体樹脂であることが好ましい。   As the resin component in the water-based resin coating, a polyolefin copolymer resin emulsion intermolecularly associated with ion clusters is used. This polyolefin-based copolymer resin emulsion contains an ethylenically unsaturated carboxylic acid component in the range of 1 to 40% by mass and may contain a (meth) acrylic acid ester component. It is preferably a polyolefin copolymer resin obtained by ionizing a polymer resin and further polymerizing by crosslinking with a crosslinking agent.

上記イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンは、カルボキシル基を有するポリオレフィン系共重合体を製造する第1の工程と、かくして得られたポリオレフィン系共重合体をアイオノマー化する第2の工程と、更に得られたアイオノマー樹脂を高分子化する第3の工程を経ることによって得ることができる。   The polyolefin copolymer resin emulsion intermolecularly associated with the ion cluster includes a first step of producing a polyolefin copolymer having a carboxyl group and a second step of ionizing the polyolefin copolymer thus obtained. And the third step of polymerizing the obtained ionomer resin.

イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体エマルジョンの製造において、第1工程である共重合体の製造工程は次の通りである。まず、第1の単量体としてのオレフィンと、第2の単量体としてのエチレン性不飽和カルボン酸1〜40質量%とを含み、必要に応じて、その他の共重合可能な第3の単量体成分からなる単量体混合物を水性分散媒中で温度200〜300℃、圧力1000〜2000気圧の条件下で共重合させて、カルボキシル基を有するポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンを調製する。   In the production of a polyolefin copolymer emulsion intermolecularly associated with ion clusters, the production process of the copolymer, which is the first step, is as follows. First, an olefin as a first monomer and 1 to 40% by mass of an ethylenically unsaturated carboxylic acid as a second monomer, if necessary, other copolymerizable third A monomer mixture comprising monomer components is copolymerized in an aqueous dispersion medium at a temperature of 200 to 300 ° C. and a pressure of 1000 to 2000 atmospheres to prepare a polyolefin copolymer resin emulsion having a carboxyl group. .

上記で用いるエチレン性不飽和カルボン酸としては、例えば(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等を挙げることができるが、このうち特に好ましいのは(メタ)アクリル酸である。また、第1の単量体としてのオレフィンとしては、通常、エチレン、プロピレン等の脂肪族α−オレフィンやスチレン等の芳香族ビニル化合物が好ましく用いられる。従って、本発明で好ましく用いられるポリオレフィン系共重合体樹脂としては、例えば、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体樹脂、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体樹脂、エチレン−スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体樹脂等を挙げることができる。   Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid used above include (meth) acrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and the like. Among these, (meth) acrylic acid is particularly preferable. In addition, as the olefin as the first monomer, an aliphatic α-olefin such as ethylene or propylene or an aromatic vinyl compound such as styrene is usually preferably used. Therefore, examples of polyolefin copolymer resins preferably used in the present invention include ethylene- (meth) acrylic acid copolymer resins, styrene- (meth) acrylic acid copolymer resins, and ethylene-styrene- (meth). Examples thereof include acrylic acid copolymer resins.

上記第1および第2の単量体に加えて、必要に応じて、第3の単量体として、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル等の(メタ)アクリル酸エステル、スチレン、ビニルトルエン、クロロエチレン等のスチレン系単量体、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル、N−メチロール(メタ)アクリルアミド等のN−置換(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル等の1種または2種以上を用いることができる。   In addition to the first and second monomers, if necessary, the third monomer may be, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, or the like. (Meth) acrylic acid esters, styrene monomers such as styrene, vinyltoluene and chloroethylene, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxyalkyl (meth) acrylate such as hydroxypropyl (meth) acrylate, N-methylol 1 type (s) or 2 or more types, such as N-substituted (meth) acrylamide, such as (meth) acrylamide, epoxy-group-containing (meth) acrylic acid ester, such as glycidyl (meth) acrylate, and (meth) acrylonitrile can be used.

上記のようなポリオレフィン系共重合体樹脂において、エチレン性不飽和カルボン酸成分が40質量%よりも多くなると、その後の乳化アイオノマー工程と高分子量化工程を経て得られるイオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンを皮膜形成材料として用いても、得られる樹脂被覆溶融亜鉛系めっき鋼板が十分な耐食性を発揮することができない。また、エチレン性不飽和カルボン酸成分が1質量%よりも少なくなると、得られるポリオレフィン系共重合体樹脂を水溶性または水分散性とすることが困難であり、本発明で用いるエマルジョンを得ることができない。   In the polyolefin copolymer resin as described above, when the ethylenically unsaturated carboxylic acid component exceeds 40% by mass, the polyolefin is intermolecularly associated by an ion cluster obtained through the subsequent emulsion ionomer process and high molecular weight process. Even if the copolymer resin emulsion is used as a film forming material, the resulting resin-coated hot-dip galvanized steel sheet cannot exhibit sufficient corrosion resistance. Further, when the ethylenically unsaturated carboxylic acid component is less than 1% by mass, it is difficult to make the resulting polyolefin copolymer resin water-soluble or water-dispersible, and an emulsion used in the present invention can be obtained. Can not.

上記水性分散媒としては、水または水と親水性有機溶媒との混合物が用いられる。親水性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール等の低級脂肪酸アルコールや、エチレングリコールメチルエーテル等のグリコールエーテル、エチレングリコールアセテート等のグリコールエステル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル、ジメチルホルムアミド、ジアセチルアルコール等が用いられる。   As the aqueous dispersion medium, water or a mixture of water and a hydrophilic organic solvent is used. Examples of the hydrophilic organic solvent include lower fatty acid alcohols such as methanol, ethanol and n-propanol, glycol ethers such as ethylene glycol methyl ether, glycol esters such as ethylene glycol acetate, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, dimethylformamide, and diacetyl. Alcohol or the like is used.

第1の工程で得られたポリオレフィン系共重合体樹脂は、次いで乳化アイオノマー化される。このアイオノマー化は、通常、温度80〜300℃、圧力1〜20気圧の条件下に適宜の陽イオンを用いて行う。このとき用いる陽イオンとしては、金属イオンが好ましく、例えばリチウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛、ナトリウム、カルシウム、鉄、アルミニウム等の金属イオンが挙げられる。   The polyolefin copolymer resin obtained in the first step is then converted into an emulsion ionomer. This ionomerization is usually performed using an appropriate cation under conditions of a temperature of 80 to 300 ° C. and a pressure of 1 to 20 atmospheres. The cation used at this time is preferably a metal ion, and examples thereof include metal ions such as lithium, potassium, magnesium, zinc, sodium, calcium, iron, and aluminum.

尚、イオンクラスターにより分子会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンは、アミンで中和したものであることが好ましい。こうしたアミンの添加で中和させることによって、エマルジョン粒子の粒子径が小さくなり、造膜性が向上して水の透過性を抑制する効果が発揮されて皮膜の耐食性が向上することになる。上記中和は、これまでアンモニアによって行われるのが一般的であるが、こうしたアンモニア等の中和剤と比べて、アミンの融点が高いので、塗布乾燥時の造膜速度が穏やかになり、エマルジョン粒子の融着・レベリング性が向上して緻密な皮膜が形成されることになる。このとき用いるアミンの種類としては、例えばイソプロパノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、モノエタノールアミン、N,n−ブチルジエタノールアミン等が挙げられる。   The polyolefin copolymer resin emulsion molecularly associated with ion clusters is preferably neutralized with an amine. By neutralizing with such an amine addition, the particle size of the emulsion particles is reduced, the film forming property is improved, and the effect of suppressing water permeability is exhibited, thereby improving the corrosion resistance of the coating. The neutralization is generally carried out with ammonia so far, but since the melting point of amine is higher than that of neutralizing agents such as ammonia, the film-forming speed during coating and drying becomes gentle, and the emulsion The fusion and leveling properties of the particles are improved, and a dense film is formed. Examples of the amine used at this time include isopropanolamine, N, N-diethylethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, monoethanolamine, N, n-butyldiethanolamine and the like.

上記アイオノマー化した樹脂には、架橋剤を添加して架橋させることによって、イオンクラスターにより分子会合したポリオレフィン系共重合体を得ることができる。このとき用いる架橋剤としては、イオンクラスターにより分子会合したポリオレフィン系共重合体樹脂のカルボキシル基を架橋できるものであれば、その種類については限定されるものではなく、例えばエポキシ基、イソシアネート基、カルボキシイミド基、アジリジニル基等を有する有機化合物等が採用できるが、特に耐食性のみならず、安定性や架橋効率の点でエポキシ系架橋剤が好ましい。   By adding a crosslinking agent to the ionomerized resin and crosslinking it, a polyolefin-based copolymer that is molecularly associated with an ion cluster can be obtained. The cross-linking agent used at this time is not limited as long as it can cross-link the carboxyl group of a polyolefin-based copolymer resin molecularly associated with an ion cluster. For example, an epoxy group, an isocyanate group, a carboxy group can be used. An organic compound having an imide group, an aziridinyl group, or the like can be used, but an epoxy-based crosslinking agent is particularly preferable in terms of not only corrosion resistance but also stability and crosslinking efficiency.

この架橋剤の皮膜中の含有量は1〜8質量%(固形物換算)程度とするのが良い。架橋剤の含有量が1質量%よりも少なくなると、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂中の架橋反応が不十分になるので、耐食性に劣る皮膜となる。また、架橋剤の含有量が8質量%を超えると、水系塗料がゲル化し、めっき鋼板への塗布ができなくなる。尚、架橋反応は、通常、温度:30〜200℃程度、圧力:常圧〜20気圧程度の条件下で行うことが好ましい。   The content of the crosslinking agent in the film is preferably about 1 to 8% by mass (in terms of solids). When the content of the cross-linking agent is less than 1% by mass, the cross-linking reaction in the polyolefin-based copolymer resin intermolecularly associated with the ion clusters becomes insufficient, resulting in a film having poor corrosion resistance. Moreover, when content of a crosslinking agent exceeds 8 mass%, a water-system coating material gelatinizes and it becomes impossible to apply | coat to a plated steel plate. The crosslinking reaction is usually preferably performed under conditions of a temperature of about 30 to 200 ° C. and a pressure of about normal pressure to 20 atm.

上記した有機系クロメートフリー皮膜は、固形物換算にて、シリカ粒子を1〜30質量%の割合で含むものである。このシリカ粒子は、得られる皮膜に優れた耐食性・塗装性を付与し、更には加工時の皮膜の疵付き、黒化現象の発生等を抑制するのに有効である。こうした効果を発揮させるためには、シリカ粒子が固形物換算で1質量%以上含有させる必要がある。しかしながらシリカ粒子の含有量が30質量%を超えると、シリカ粒子が溶接電極チップに堆積し、スパークを引き起こすことで電極チップが損傷を受け、電極寿命が極端に短くなる。   The above-mentioned organic chromate-free film contains silica particles at a ratio of 1 to 30% by mass in terms of solid matter. The silica particles are effective for imparting excellent corrosion resistance and paintability to the resulting film, and for suppressing the occurrence of wrinkling of the film during processing, the occurrence of blackening, and the like. In order to exhibit such an effect, it is necessary to contain 1 mass% or more of silica particles in terms of solid matter. However, when the content of the silica particles exceeds 30% by mass, the silica particles are deposited on the welded electrode tip and cause sparks, thereby damaging the electrode tip and extremely shortening the electrode life.

上記のようなシリカ粒子の効果を最大限に発揮させるためには、シリカ粒子の平均粒径は1〜9nm程度であることが好ましい。シリカ粒子の平均粒径が小さくなるほど、皮膜の耐食性は向上する。しかしながら、極端に小さい粒径のシリカ粒子を用いても、耐食性の向上効果がそれに対応して大きくなるものではなく、塗料中での安定性が劣化してゲル化し易くなる。こうした観点から、シリカ粒子は平均粒径で1nm以上であることが好ましい。他方、シリカ粒子があまり大きくなると、皮膜の造膜性が劣化して、耐食性が低下することになるので平均粒径で9nm以下とするのが良い。   In order to maximize the effect of the silica particles as described above, the average particle diameter of the silica particles is preferably about 1 to 9 nm. The smaller the average particle size of the silica particles, the better the corrosion resistance of the coating. However, even if silica particles having an extremely small particle size are used, the effect of improving the corrosion resistance does not increase correspondingly, and the stability in the coating is deteriorated and gelation tends to occur. From such a viewpoint, the silica particles preferably have an average particle diameter of 1 nm or more. On the other hand, if the silica particles become too large, the film forming property of the film deteriorates and the corrosion resistance decreases, so the average particle size is preferably 9 nm or less.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより以下の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包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples as a matter of course, and appropriate modifications are made within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is also possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

[実施例1]
実験機を用いてAlキルド鋼(冷延鋼板、板厚:0.8mm)を下記の条件で溶融亜鉛めっきし、次いでクロメートフリー皮膜を被覆してクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板を得た。このときAlキルド鋼(素地鋼板)は、C:0.05%、Si:0.02%、Mn:0.19%、Al:0.047%、P:0.015%、S:0.012%を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼板である。
[Example 1]
Using an experimental machine, Al killed steel (cold rolled steel sheet, plate thickness: 0.8 mm) was hot dip galvanized under the following conditions, and then the chromate free film was coated to obtain a chromate free film coated hot dip galvanized steel sheet. At this time, Al killed steel (base steel plate) is C: 0.05%, Si: 0.02%, Mn: 0.19%, Al: 0.047%, P: 0.015%, S: 0.00. A steel plate containing 012%, the balance being iron and inevitable impurities.

Alキルド鋼には、片面に、K熱電対をスポット溶接で取り付け、実験中の板温を測定した。   A K thermocouple was attached to one side of the Al killed steel by spot welding, and the plate temperature during the experiment was measured.

溶融亜鉛めっきは、上記Alキルド鋼板を、H2を5体積%含有するN2ガス雰囲気で、850℃×1分間焼鈍した後、460℃の溶融亜鉛めっき浴に、侵入板温を460℃として浸漬し、ガスワイピングによって狙いめっき付着量が70g/m2となるように調整して行った。溶融亜鉛めっき浴の組成は、下記表1に示す量のAlを含有し、残部はZnおよび不可避不純物である。 In hot dip galvanizing, the above Al killed steel sheet is annealed at 850 ° C. for 1 minute in an N 2 gas atmosphere containing 5% by volume of H 2, and then the intrusion plate temperature is set to 460 ° C. in a hot dip galvanizing bath at 460 ° C. It was immersed and adjusted by gas wiping so that the plating adhesion amount was 70 g / m 2 . The composition of the hot dip galvanizing bath contains the amount of Al shown in Table 1 below, with the balance being Zn and inevitable impurities.

上記のようにして溶融亜鉛めっきを行なった後、下記表1に示す保持温度まで、純N2ガス雰囲気下、3℃/秒の冷却速度で冷却した。次いで、N2ガス雰囲気中にて、赤外線ヒーターを用いて上記の温度で10秒間等温保持した。その後、純N2ガス雰囲気中で室温まで、20℃/秒の冷却速度で冷却した。尚、この実施例では、実験機を用い、溶融亜鉛めっき浴から出た鋼板を炉内で保持しているため、440℃以下、400℃超の温度域を通過する時間は、上記保持温度で保持した時間(10秒間)とほぼ等しくなっている。 After hot dip galvanization as described above, the steel was cooled to the holding temperature shown in Table 1 below at a cooling rate of 3 ° C./second in a pure N 2 gas atmosphere. Subsequently, it was kept isothermally at the above temperature for 10 seconds using an infrared heater in an N 2 gas atmosphere. Thereafter, it was cooled to room temperature in a pure N 2 gas atmosphere at a cooling rate of 20 ° C./second. In this example, since the steel plate taken out from the hot dip galvanizing bath is held in the furnace using an experimental machine, the time for passing through the temperature range of 440 ° C. or lower and higher than 400 ° C. is the above holding temperature. It is almost equal to the holding time (10 seconds).

次いで、常温まで冷却した溶融亜鉛めっき鋼板を、ラボスキンパス圧延(ラボSKP圧延)により、伸び率:0.1〜2.0%狙いで圧延を行なった。その後、レベラーを用いて平坦度の矯正を行った。   Next, the hot-dip galvanized steel sheet cooled to room temperature was rolled by lab skin pass rolling (lab SKP rolling) with an aim of elongation: 0.1 to 2.0%. Thereafter, the flatness was corrected using a leveler.

このようにして表面を平坦化させた溶融亜鉛めっき層を、高周波グロー放電発光分光分析法(GD−OES)で溶融亜鉛めっき層の最表面から10nmの位置(表面層)におけるAlの量を測定した。測定に用いた測定装置と測定条件は下記の通りである。このときの測定は、測定結果を下記表1に併記する。   The amount of Al at the position (surface layer) 10 nm from the outermost surface of the hot-dip galvanized layer was measured by high-frequency glow discharge optical emission spectrometry (GD-OES) for the hot-dip galvanized layer whose surface was flattened in this way. did. The measurement apparatus and measurement conditions used for the measurement are as follows. In this measurement, the measurement results are shown in Table 1 below.

[GD−OES測定条件]
測定領域:溶融亜鉛めっきサンプル表面の任意の位置で、φ4mmの領域を測定対象とした。
測定装置:SPECTRUM ANALYTIK GmbH社製の「GDA750(装置名)」
測定条件:電力50W、2.5ヘクトパスカルのアルゴンガス中、グロー放電源(無水GDS)−Spectruma Analytik−Grimm型を使用、測定パルスは50%とした。
[GD-OES measurement conditions]
Measurement area: An area of φ4 mm was measured at an arbitrary position on the surface of the hot dip galvanized sample.
Measuring device: “GDA750 (device name)” manufactured by SPECTRUM ANALYTIK GmbH
Measurement conditions: Glow discharge power source (anhydrous GDS) -Spectrum Analytical-Grimm type was used in an argon gas of power 50 W, 2.5 hectopascals, and the measurement pulse was 50%.

Figure 0005355141
Figure 0005355141

上記で得られた溶融亜鉛めっき鋼板について、下記の方法によってクロメートフリー皮膜を被覆した。   The hot dip galvanized steel sheet obtained above was coated with a chromate-free film by the following method.

[クロメートフリー皮膜被覆方法]
エマルジョン組成物は、次の手順で調製した。オートクレーブに、水626部とエチレン−アクリル酸共重合体160部を入れ、更にトリエチルアミンとNaOHを添加して150℃、5Paの雰囲気下で高速攪拌し、エチレン−アクリル酸共重合体のエマルジョンを得た。上記エチレン−アクリル酸共重合体は、アクリル酸を20質量%含み、メルトインデックス(MI)は300である。上記トリエチルアミンは、エチレン−アクリル酸共重合体中のカルボキシル基1molに対して40mol%添加し、上記NaOHは、エチレン−アクリル酸共重合体中のカルボキシル基1molに対して15mol%添加した。
[Chromate-free coating method]
The emulsion composition was prepared by the following procedure. Add 626 parts of water and 160 parts of ethylene-acrylic acid copolymer to the autoclave, add triethylamine and NaOH, and stir at high speed in an atmosphere of 150 ° C. and 5 Pa to obtain an emulsion of ethylene-acrylic acid copolymer. It was. The ethylene-acrylic acid copolymer contains 20% by mass of acrylic acid and has a melt index (MI) of 300. The triethylamine was added at 40 mol% with respect to 1 mol of the carboxyl group in the ethylene-acrylic acid copolymer, and the NaOH was added at 15 mol% with respect to 1 mol of the carboxyl group in the ethylene-acrylic acid copolymer.

上記エマルジョンに、架橋剤としてグリシジル基含有架橋剤(大日本インキ化学工業製、「エピクロンCR5L(商品名)」)と、アジリジニル基含有架橋剤(日本触媒製、「ケミタイトDZ−22E(商品名)」、4,4’−ビス(エチレンイミノカルボニルアミド)ジフェニルメタン)を添加し、更に粒子径が4〜6nmのシリカ粒子(日産化学工業製、「スノーテックスXS(商品名)」)と、バナジン酸アンモニウムを添加してエマルジョン組成物を得た。最終的に得られるエマルジョン組成物の固形分(不揮発分)を100%としたとき、上記グリシジル基含有架橋剤と上記アジリジニル基含有架橋剤は、夫々、固形分が5質量%となるように、上記シリカ粒子は、固形分が25質量%となるように添加した。上記バナジン酸アンモニウムは、固形分が5質量%となるように添加した。   In the above emulsion, a glycidyl group-containing crosslinking agent (Dainippon Ink and Chemicals, "Epicron CR5L (trade name)") and an aziridinyl group-containing crosslinking agent (Nippon Shokubai, "Chemite DZ-22E (trade name)" , 4,4′-bis (ethyleneiminocarbonylamide) diphenylmethane), silica particles having a particle diameter of 4 to 6 nm (manufactured by Nissan Chemical Industries, “Snowtex XS (trade name)”), and vanadic acid Ammonium was added to obtain an emulsion composition. When the solid content (nonvolatile content) of the finally obtained emulsion composition is 100%, the glycidyl group-containing cross-linking agent and the aziridinyl group-containing cross-linking agent each have a solid content of 5% by mass. The silica particles were added so that the solid content was 25% by mass. The ammonium vanadate was added so that the solid content was 5% by mass.

上記クロメートフリー皮膜の形成は、到達温度(PMT)100℃で、60秒間加熱乾燥して行った。   The chromate-free film was formed by heating and drying at an ultimate temperature (PMT) of 100 ° C. for 60 seconds.

得られた各クロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板について、アクリル系塗料(関西ペイント製、「マジクロン1000(商品名)」)をバーコーダで塗布し、焼き付けを実施した(膜厚:20μm、焼き付け条件:160℃、20秒)。そして、50mm×120mmの試験片を試験条件毎に2枚ずつ準備した。   About each obtained chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet, an acrylic paint (manufactured by Kansai Paint, “Magicron 1000 (trade name)”) was applied with a bar coder and baked (film thickness: 20 μm, baking conditions: 160 ° C., 20 seconds). Two 50 mm × 120 mm test pieces were prepared for each test condition.

上記試験片について、塗膜の一次密着性試験を実施した。カッターナイフを用い、1mm間隔で碁盤目状に切り込みを入れ(押し付け力:300g)、1サンプルにつき2箇所碁盤目を付け、1箇所については碁盤目状のままで、そう1箇所についてはエリクセン加工(押し出し量:6mm)を実施した。夫々の箇所についてテープを貼り付け、これを剥がし台紙に貼り付けた後、付着塗膜を目視判定し、(100−付着物%)を塗膜残存量(アクリル系塗料の塗膜残存量)とした。n=2の平均値を各条件の碁盤目部、エリクセン部の塗膜残存率として密着性を評価した。塗膜残存率が80%以上を合格、80%未満を不合格とした。   About the said test piece, the primary adhesion test of the coating film was implemented. Using a cutter knife, cut in a grid pattern at intervals of 1 mm (pressing force: 300 g), apply two grids per sample, leave one grid as a grid, and process one for Eriksen (Extrusion amount: 6 mm) was carried out. After sticking the tape on each part, peeling it off and sticking it on the mount, visually judge the attached coating film, and (100-attachment%) is the coating film residual amount (acrylic coating film residual amount) and did. Adhesiveness was evaluated using the average value of n = 2 as the coating film residual ratio of the grid part and elixir part of each condition. A coating film remaining rate of 80% or more was accepted and less than 80% was rejected.

また、塗膜剥離部について、鋼板側、テープ側の夫々について、SEM−EDXを用いて、Siの定性分析を行なった。   Moreover, about the coating film peeling part, the qualitative analysis of Si was performed about each of the steel plate side and the tape side using SEM-EDX.

上記の評価方法を採用した理由は次の通りである。上記で用いたクロメートフリー皮膜は無色透明であり、従ってそのままでは皮膜の剥離状況を判断することは難しいものとなる。そこで、クロメートフリー皮膜被覆後、アクリル系塗料を塗布し、一次密着性試験(碁盤目、エリクセン)を実施し、テープへの塗膜の付着の有無によって密着性の評価を行なったものである。塗膜がテープに付着しなければ、(めっき表面/クロメートフリー皮膜)の密着性は良好と判断できる。一方、テープに塗膜が付着した場合には、サンプル表面およびテープ裏面側のEDX測定を行い、クロメートフリー皮膜の成分の一つであるSiの有無を調査したものである。鋼板側にSiが検出されなければめっき層表面でのクロメートフリー皮膜の剥離が有りと判断でき、Siが検出されればクロメートフリー皮膜内での皮膜破断(上記実施例では、いずれも皮膜内破断の発生はなし)と判断できる。   The reason for adopting the above evaluation method is as follows. The chromate-free film used above is colorless and transparent. Therefore, it is difficult to judge the peeling state of the film as it is. Therefore, after coating the chromate-free film, an acrylic paint is applied, a primary adhesion test (cross-cut, Erichsen) is performed, and the adhesion is evaluated by the presence or absence of adhesion of the coating film to the tape. If the coating film does not adhere to the tape, it can be judged that the adhesion of (plating surface / chromate-free coating) is good. On the other hand, when a coating film adheres to the tape, EDX measurement is performed on the sample surface and the back side of the tape, and the presence or absence of Si, which is one of the components of the chromate-free coating, is investigated. If Si is not detected on the steel plate side, it can be determined that there is peeling of the chromate-free film on the surface of the plating layer. If Si is detected, the film breaks in the chromate-free film (in the above examples, both are in-film breaks) No occurrence).

一方、上記で得られた各クロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板について、裏面とエッジ部をシールした平板を用い、JIS Z2371に規定する塩水噴霧試験を実施し、35℃で、120時間経過後の白錆発生面積率を下記基準で判定し、耐食性(耐白錆性)を評価した。塩水噴霧試験には、5%NaCl水溶液を用いた。白錆の発生面積率は、目視で判定した。耐食性の評価基準は下記の通りである。   On the other hand, for each of the chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheets obtained above, a salt spray test specified in JIS Z2371 was performed using a flat plate whose back and edge portions were sealed, and after 35 hours at 35 ° C. The area ratio of white rust occurrence was determined according to the following criteria, and corrosion resistance (white rust resistance) was evaluated. A 5% NaCl aqueous solution was used for the salt spray test. The area ratio of white rust was determined visually. The evaluation criteria for corrosion resistance are as follows.

[耐食性の評価基準]
◎(合格):白錆の発生面積率が1%以下。
○(合格):白錆の発生面積率が1%を超え、10%以下。
△(不合格):白錆の発生面積率が10%を超え、30%以下。
×(不合格):白錆の発生面積率が30%を超えた。
[Evaluation criteria for corrosion resistance]
◎ (Pass): White rust generation area ratio is 1% or less.
○ (Pass): The area ratio of white rust is over 1% and 10% or less.
Δ (failed): White rust generation area ratio exceeds 10% and 30% or less.
X (failed): White rust generation area ratio exceeded 30%.

これらの結果を下記表2に示すが、この結果から次のように考察できる。鋼板No.1〜20は、溶融亜鉛めっき層の表層部におけるAl量が本発明の要件を満足する本発明例であり、いずれも密着性と共に耐食性に優れていることが分かる。これに対して、鋼板No.21〜26のものは、本発明で規定する要件を満足しない例であり、少なくとも密着性の点で特性が劣化していることが分かる。   These results are shown in Table 2 below, and can be considered as follows from these results. Steel plate No. Nos. 1 to 20 are examples of the present invention in which the Al content in the surface layer portion of the hot dip galvanized layer satisfies the requirements of the present invention, and it can be seen that all are excellent in corrosion resistance as well as adhesion. On the other hand, the steel plate No. 21 to 26 are examples that do not satisfy the requirements defined in the present invention, and it can be seen that the characteristics are deteriorated at least in terms of adhesion.

Figure 0005355141
Figure 0005355141

Claims (3)

溶融亜鉛めっき層および有機系クロメートフリー皮膜を有するクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板において、Al濃度を0.2〜0.3質量%に調整した溶融亜鉛めっき浴中に素地鋼板を浸漬して素地鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成した後、その冷却過程で400超〜440℃の温度範囲に10〜30秒保持し、引き続き、溶融亜鉛めっき層表面に伸び率:0.5〜2%で調質圧延を施し、その後溶融亜鉛めっき層表面に有機系クロメートフリー皮膜を形成したものであり、前記溶融亜鉛めっき層は、めっき最表面から深さ10nmまでの表層部において、高周波グロー放電発光分光分析で測定したときのAl量が1〜5.0質量%であることを特徴とするめっき表面とクロメートフリー皮膜との密着性に優れたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板。 In the chromate-free film-coated galvanized steel sheet, by immersing the base steel sheet and the Al concentration in the molten zinc plating bath was adjusted to 0.2 to 0.3 wt% green body having a galvanized layer and an organic-based chromate-free coating After forming the hot dip galvanized layer on the steel sheet surface, it is kept in the temperature range of more than 400 to 440 ° C. for 10 to 30 seconds in the cooling process, and subsequently, the elongation on the hot dip galvanized layer surface is 0.5-2%. Temper rolling was performed, and then an organic chromate-free film was formed on the surface of the hot dip galvanized layer. The hot dip galvanized layer was formed on the surface layer portion from the outermost surface of the plating to a depth of 10 nm at high frequency glow discharge emission spectroscopy. A chromate film with excellent adhesion between the plating surface and the chromate-free film, characterized in that the amount of Al measured by analysis is 1 to 5.0% by mass. Lee coating coated galvanized steel sheet. 有機系クロメートフリー皮膜は、イオンクラスターにより分子間会合したポリオレフィン系共重合体樹脂エマルジョンに対し、固形物換算にて、シリカ粒子:1〜30質量%、架橋剤:1〜8質量%を含有するものである請求項1に記載のクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板。   The organic chromate-free film contains silica particles: 1 to 30% by mass and cross-linking agent: 1 to 8% by mass in terms of solid matter with respect to the polyolefin copolymer resin emulsion intermolecularly associated with the ion clusters. The chromate-free coating-coated hot-dip galvanized steel sheet according to claim 1. 請求項1または2に記載のクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに当り、Al濃度を0.2〜0.3質量%に調整した溶融亜鉛めっき浴中に素地鋼板を浸漬して素地鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成した後、その冷却過程で400超〜440℃の温度範囲に10〜30秒保持し、引き続き、溶融亜鉛めっき層表面に伸び率:0.5〜2%で調質圧延を施し、その後溶融亜鉛めっき層表面に有機系クロメートフリー皮膜を形成することを特徴とするクロメートフリー皮膜との密着性に優れたクロメートフリー皮膜被覆溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。   In manufacturing the chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet according to claim 1 or 2, the base steel sheet is immersed in a hot-dip galvanized bath in which the Al concentration is adjusted to 0.2 to 0.3% by mass. After forming the hot dip galvanized layer on the steel sheet surface, it is kept in the temperature range of more than 400 to 440 ° C. for 10 to 30 seconds in the cooling process, and subsequently, the elongation on the hot dip galvanized layer surface is 0.5-2%. A method for producing a chromate-free film-coated hot-dip galvanized steel sheet having excellent adhesion to a chromate-free film, characterized by subjecting the product to temper rolling and then forming an organic chromate-free film on the surface of the hot-dip galvanized layer.
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