JPH07197225A - 高張力熱延鋼板の溶融めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 めっき欠陥の原因となるＳｉ，Ｍｎの拡散を
抑制し、高張力熱延鋼板に溶融Ｚｎ，溶融Ａｌ等の各種
溶融めっきを施す。 【構成】 脱スケール酸洗，脱スマット処理，Ｆｅ系プ
レめっき及び還元加熱を経て高張力熱延鋼板を溶融めっ
きする。Ｆｅ系プレめっき層は、スマットのない鋼板表
面に均一に形成されるため、０．５〜１５ｇ／ｍ² の付
着量で十分に鋼中Ｓｉ，Ｍｎの表面濃縮を抑制する。プ
レめっき層は、還元加熱によって活性状態になり、溶融
めっき金属に対して優れた濡れ性を呈する。 【効果】 Ｓｉ，Ｍｎ等に起因した不めっき，密着不良
等がなく、良好な溶融めっき層が鋼板表面に形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、めっき欠陥を発生させ
ることなく、高張力熱延鋼板を連続的に溶融めっきする
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高張力熱延鋼板は、車両用構造部材，建
材，機械部品等の広範な分野で使用されている。耐食性
を向上させた鋼板として、ゼンジマー法等によって溶融
亜鉛めっきした高張力熱延鋼板も使用されている。高張
力熱延鋼板を溶融めっきする際、低温加熱還元工程での
還元不足に起因して不めっきが生じ易く、製品歩留りを
低下させる原因となっている。不めっきを解消した高品
質の溶融めっき高張力熱延鋼板を製造する方法が従来か
ら検討されている。たとえば、特開平３−６１３５２号
公報では、脱スケールされた熱延鋼板の表面層を僅かに
研削した後、鋼板強度を損なわない範囲での低温加熱に
よって表面改質している。また、特開平３−２４２５５
号公報では、脱スケール後の鋼板にＮｉ又はＮｉ合金を
プレめっきすることにより、熱延鋼板を溶融亜鉛めっき
に適した表面状態に改質している。更には、表面研削し
た熱延鋼板にＮｉ又はＮｉ合金をプレめっきした後、溶
融亜鉛めっきする方法も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高張力熱延鋼板を溶融
めっきしたとき良好なめっき層が形成されない原因の一
つに、強度向上元素として添加されているＳｉ，Ｍｎ等
の影響がある。表面研削後に低温加熱する特開平３−６
１３５２号公報の方法では、表面研削によって鋼板表面
が一旦清浄化されるものの、予熱炉や還元炉での加熱時
に易酸化性元素であるＳｉ，Ｍｎ等が選択酸化され、酸
化物として鋼板表面に濃縮する。濃縮したＳｉ，Ｍｎ等
は、めっき金属に対する鋼板表面の濡れ性を低下させ、
めっき性を阻害する。鋼板にＮｉ又はＮｉ合金をプレめ
っきするとき、鋼板表面にＳｉ，Ｍｎ等が濃縮すること
が抑制される。しかし、Ｎｉ系のプレめっき層は、プレ
めっきした鋼板を溶融めっき浴に浸漬したとき、たとえ
ばめっき浴中のＡｌと反応し、ドロスとなってめっき浴
に分散，浮上する。ドロスがめっき層の内部に取り込ま
れ、或いは表面に付着すると、めっき層の耐食性やめっ
き外観が損なわれる。

【０００４】また、溶融亜鉛めっき系では、Ｚｎ−Ｆｅ
合金層の成長を抑制するためにＡｌを添加しためっき浴
が使用されているが、プレめっき層のＮｉとの反応によ
って連続製造時にめっき浴のＡｌ濃度が順次低下する。
そのため、めっき層の品質が変動し、品質安定性に優れ
たＺｎめっき鋼板が得られない。本発明は、このような
問題を解消すべく案出されたものであり、均一な厚みの
Ｆｅ系プレめっき層を鋼板表面に形成することにより、
Ｓｉ及びＭｎの拡散を抑制すると共に、めっき金属に対
する濡れ性が良好な表面状態を維持し、不めっき，密着
不良等のめっき欠陥がない溶融めっきを施すことを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融めっき方法
は、その目的を達成するため、強化元素としてＳｉ及び
Ｍｎを含む高張力熱延鋼板を脱スケール酸洗後に脱スマ
ット処理し、次いで鋼板表面に片面当りの付着量０．５
〜１０ｇ／ｍ² のＦｅ系プレめっきを施した後、還元加
熱を経て溶融めっきすることを特徴とする。溶融めっき
には、Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｐｂ或いはこれらの合金がめ
っき浴として使用される。プレめっき層は、電気めっ
き，無電解めっき，スパッタリング等の各種方法で形成
することができる。プレめっきの種類としても、Ｆｅ単
独に限らず、Ｐ，Ｂ，Ｃ，Ｎ等の元素を微量添加したＦ
ｅ系プレめっきも使用可能である。プレめっきされた熱
延鋼板は、還元加熱に先立って予熱しても良い。

【０００６】鋼材の強度を高める添加元素としては、
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ等があり、材質の要求レベルに応じ
た成分設計が採用される。代表的な成分系としては、Ｃ
−Ｓｉ−Ｍｎ系，Ｃ−Ｍｎ系，Ｃ−Ｍｎ−Ｐ系等があ
る。Ｃ含有量が大きいほど強度が高くなるが、０．３重
量％を超えるＣ含有量では溶接性が著しく劣化する。そ
こで、Ｃ含有量は、通常０．００１〜０．３重量％の範
囲にする。Ｓｉは、含有量が２．０重量％を超えると熱
間圧延時に厚い内部酸化スケールを生成させ、脱スケー
ル酸洗性の劣化や表面外観の不均一性の原因となるた
め、通常０．００１〜２．０重量％の範囲にする。ここ
で、Ｓｉ無添加の高張力鋼も本発明の対象としているこ
とから、Ｓｉ含有量の下限を０．００１重量％にしてい
る。しかし、Ｓｉ添加によって強度向上を図る場合、
０．２重量％以上のＳｉを含有させることが一般的であ
る。Ｍｎは、強度及び靭性を向上させる作用があるた
め、現在では高張力鋼を設計する際の必須元素となって
いる。強度の面から、０．４重量％以上のＭｎ含有量が
必要である。しかし、Ｍｎ含有量が３．０重量％を超え
ると、鋼材が過度に硬質化し、加工性が劣化する。した
がって、Ｍｎ含有量は、通常０．４〜３．０重量％の範
囲に定める。Ｐは、強度の向上に有効であるが、０．１
５重量％を超える含有量では脆化，溶接性の劣化等の悪
影響が現れる。そのため、Ｐ含有量は、通常０．００１
〜０．１５重量％の範囲にする。ここで、Ｐ無添加の高
張力鋼も本発明の対象としていることから、Ｐ含有量の
下限を０．００１重量％にしている。しかし、Ｐ添加で
強度向上を図る場合、０．０４重量％以上のＰを含有さ
せることが一般的である。強化元素として添加されるＳ
ｉ及びＭｎは、熱間圧延時にスケール内層で内部酸化さ
れ、スケールと下地鋼との界面に酸化物として濃縮する
傾向がある。生成したＳｉ系及びＭｎ系の酸化物や鋼中
に分散しているセメンタイト（Ｆｅ₃ Ｃ）等は、塩酸，
硝酸等を使用した脱スケール酸洗で完全に除去すること
が難しく、酸洗後も鋼板表面にスマットとして残存す
る。

【０００７】スマットは、Ｓｉ系酸化物，Ｍｎ系酸化
物，セメンタイト等からなり、水素−窒素雰囲気中での
還元加熱によっても還元又は分解しない。表面にスマッ
トがある鋼板をそのままめっき浴に浸漬すると、めっき
金属に対する鋼板表面の濡れ性がスマットにより著しく
劣化する。その結果、不めっき，密着不良等のめっき欠
陥が発生する。本発明においては、脱スケール酸洗した
熱延鋼板の表面に残留しているスマットを、プレめっき
に先立って鋼板表面から除去する。脱スマット処理に
は、ブラッシング等の機械的手段，電解等の電気化学的
手段，物理的手段等が採用される。脱スマット処理され
た鋼板表面は、均一なＦｅ系プレめっき層の形成に必要
な清浄化表面になっている。均一なＦｅ系プレめっき層
は、少ない付着量でも不めっき等の欠陥発生を抑え、溶
融めっき性を向上させる。また、Ｆｅ系のプレめっき層
であることから、Ｎｉ系のように溶融めっき浴を汚染す
ることもない。

【０００８】因みに、脱スマット処理せずにプレめっき
すると、スマットで覆われている表面部分でプレめっき
金属が析出しにくく、プレめっき層が部分的に薄くな
る。プレめっき層の薄い部分は、溶融めっき時に不めっ
きを発生させる起点となる。そのため、不めっきの発生
を防止するため、プレめっきの付着量を過剰に多くする
ことが余儀なくされる。鋼板表面に形成されたＦｅ系プ
レめっき層は、予熱炉又は還元炉で熱延鋼板を加熱した
際、鋼中Ｓｉ，Ｍｎ等の易酸化性元素が加熱中に選択酸
化され表層部に濃縮偏析することを抑制する。また、還
元加熱により、溶融めっき金属に対する濡れ性の良好な
活性状態になる。これにより、不めっきの発生が防止さ
れる。Ｆｅ系プレめっき層は、不めっきの発生を防止す
る上から、片面当りの目付け量で０．５〜１０ｇ／ｍ²
の範囲にすることが必要である。目付け量が０．５ｇ／
ｍ² より少ないと、プレめっき層が薄くなりすぎ、めっ
き性改善効果が小さくなる。すなわち、予熱炉又は還元
炉で熱延鋼板を加熱しているとき、鋼中Ｓｉ，Ｍｎ等が
鋼板表面まで容易に拡散し、加熱雰囲気中の酸素や水分
によって選択酸化され、酸化物として鋼板表面に濃縮偏
析する傾向がみられる。Ｆｅ系プレめっき層の効果は、
目付け量１０ｇ／ｍ² で飽和する。これ以上の目付け量
でプレめっき層を形成しても、電流効率の低いプレめっ
きに長時間をかけることになり、製造コストが上昇す
る。

【０００９】プレめっきされた熱延鋼板は、必要に応じ
て予熱炉で加熱される。予熱炉では、バーナ燃焼下で鋼
板を急速加熱し、還元加熱炉内での板温近傍、具体的に
は約４００〜８００℃まで昇温する。予熱炉は、通常空
気比１．０未満で出側板温が約５００〜６５０℃となる
ように操業する。還元加熱工程では、鋼板表面が活性状
態になるまで加熱する。このとき、容易に金属状態まで
還元されるＦｅ系のプレめっき層で鋼板表面が覆われて
いるので、大きな還元力をもった還元性ガスや長時間の
還元加熱を必要としない。還元加熱の雰囲気は、たとえ
ば爆発限界（４容量％）以下の水素を窒素に混合した雰
囲気でも、十分な還元力が得られる。活性表面を持つ熱
延鋼板は、めっき金属に対して優れた濡れ性を呈する。
そのため、この熱延鋼板を溶融めっき浴に浸漬すると
き、不めっき，密着不良等のない良好な溶融めっき層が
鋼板表面に形成される。

【００１０】

【作用】本発明においては、脱スケール酸洗後に脱スマ
ット処理した熱延鋼板の表面にＦｅ系プレめっき層を均
一に形成した後、溶融めっきを施している。Ｆｅ系プレ
めっき層は、スマットのない鋼板表面に形成されるた
め、少ない目付け量でも鋼中Ｓｉ，Ｍｎの表面濃縮を十
分に抑制する。また、還元工程で、めっき金属に対する
濡れ性に優れた活性状態まで容易に還元される。その結
果、不めっき等の欠陥を発生することがない溶融めっき
性に優れた表面状態が得られる。

【００１１】

【実施例】

実施例１：めっき原板として、表１に示した組成を持つ
４種の高張力熱延鋼板を使用した。各熱延鋼板を連続式
溶融めっきラインで塩酸脱スケール酸洗した後、ブラシ
ロール又は陽極電解によって脱スマット処理した。陽極
電解は、キレート剤を含む強アルカリ脱脂液５０ｇ／ｌ
及びＮａＯＨ５０ｇ／ｌの浴を使用し、浴温４０℃，電
流密度１５Ａ／ｄｍ² ，電解時間１０秒の電解条件を採
用した。

【００１２】

【表１】

【００１３】脱スマット処理された各熱延鋼板に、Ｆｅ
系のプレめっきを施した。Ｆｅ系プレめっきは、従来か
ら使用されている各種条件が採用できる。たとえば、Ｆ
ｅ−Ｂプレめっきには、ＦｅＳＯ₄ ：２５０ｇ／ｌ，Ｎ
ａ₂ ＳＯ₄ ：８０ｇ／ｌ，Ｈ₃ ＢＯ₃ ：１．５ｇ／ｌ及
び (ＣＨＣＨＣＯＯＨ)₂：０．５ｇ／ｌの組成を持ちｐ
Ｈ１．４に調整されためっき浴を浴温５０℃に保持し、
電流密度：６０Ａ／ｄｍ² でめっきした。プレめっきし
た熱延鋼板を直ちに予熱炉に装入し、５００〜６５０℃
に加熱した。次いで、水素濃度１０容量％の還元性雰囲
気に保持された還元炉に送入し、５５０〜７００℃に熱
延鋼板を加熱した。還元加熱された熱延鋼板は、大気に
曝されることなく、そのまま溶融めっき浴に導入され
た。製造されためっき鋼板の外観を観察し、めっき欠陥
がないものを○，点状に不めっきが発生したものを△，
めっき弾きが発生したものを×として評価した。ブラッ
シングにより脱スマット処理し，Ｆｅ−Ｂプレめっきを
施したものについて、プレめっき層の付着量が溶融めっ
き性に与える影響を表２に示す。なお、表２では、Ｚｎ
−０．１４％Ａｌ合金を溶融めっき浴として使用した。

【００１４】

【表２】

【００１５】表２から明らかなように、付着量０．５〜
１０ｇ／ｍ² のプレめっきを施したものでは、何れもめ
っき性に優れた溶融めっき高張力熱延鋼板が得られた。
Ｓｉ含有量が最も高い鋼種Ａでも、０．５ｇ／ｍ² のＦ
ｅ−Ｂプレめっきを施すことにより、良好なＺｎめっき
層が形成されていた。表３には、鋼種Ａの熱延鋼板を陽
極電解により脱スマット処理した後、２種のプレめっき
を経て溶融Ｚｎめっきした例を示す。表３から明らかな
ように、何れのＦｅ系プレめっきを施したものでも、付
着量０．５ｇ／ｍ² で鋼種Ａの溶融めっき性が改善され
ていることが判る。表３で使用した溶融めっき浴も、Ｚ
ｎ−０．１４％Ａｌ合金である。

【００１６】

【表３】

【００１７】これに対し、脱スマット処理を単独で施し
ただけでは、表４に試験番号２９，３０として示すよう
に、鋼種Ａ及びＢの何れにおいても、溶融めっき性の改
善がみられなかった。この場合、脱スマット処理として
ブラッシングを採用し、表３と同じＺｎ−０．１４％Ａ
ｌ合金を溶融めっき浴として使用した。また、表４に
は、脱スマット処理することなくＦｅ−Ｂプレめっきし
たものを比較例として試験番号３１〜３６で掲げてい
る。この場合、めっき性の改善に必要なプレめっきの付
着量が１５．０ｇ／ｍ² 以上であり、付着量が少なくな
ると溶融めっき性が劣っている。このことから、脱スマ
ット処理とＦｅ系プレめっきとの組合せが溶融めっき性
の改善に効果的であることが確認される。

【００１８】

【表４】

【００１９】ブラッシングにより脱スマット処理した
後、電気Ｆｅ−Ｂプレめっきを施した熱延鋼板を、各種
溶融めっき浴に浸漬し、溶融めっき性を調査した。溶融
めっき浴には、表５に示すようにＺｎ−４％Ａｌ，Ｚｎ
−５５％Ａｌ及びＡｌ−９％Ｓｉの３種類を使用した。
また、それぞれの溶融めっき浴の温度に応じて、還元加
熱温度を調整した。この場合にも、プレめっきの付着量
が０．５ｇ／ｍ² 以上であれば、溶融めっき浴の種類に
拘らず、良好な溶融めっき性をもつ溶融めっき高張力熱
延鋼板が得られた。

【００２０】

【表５】

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、脱スケール酸洗された熱延鋼板表面に残留している
スマットを除去した後、Ｆｅ系のプレめっきを鋼板表面
に施している。プレめっき層は、鋼板が清浄な表面状態
にあるため、スマット等の影響を受けることなく、均一
な付着量で鋼板表面に形成される。このＦｅ系プレめっ
き層は、還元加熱時に鋼中のＳｉ及びＭｎが選択酸化さ
れて表面に濃縮することを効果的に抑制すると共に、還
元加熱によって活性状態にされる。その結果、熱延鋼板
は、めっき金属に対して濡れ性の良好な活性表面で溶融
めっき浴に浸漬される。このようにして本発明によると
き、従来難めっき材とされてきた高張力熱延鋼板の溶融
めっき性が改善され、連続めっきラインで溶融Ｚｎ，溶
融Ｚｎ−Ａｌ，溶融Ａｌ等の各種めっき鋼板を製造する
ことが可能になる。また、Ｎｉ系のプレめっきのように
溶融めっき浴を汚染することがないので、ドロス等がめ
っき層に混入又は付着することなく、一定した品質の溶
融めっき層が鋼板表面に形成される。得られためっき鋼
板は、外観及び密着性に優れためっき層をもち、構造
材，建材，部品等として広範な分野で使用される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化元素としてＳｉ及びＭｎを含む高張
   力熱延鋼板を脱スケール酸洗後に脱スマット処理し、次
   いで鋼板表面に片面当りの付着量０．５〜１０ｇ／ｍ²
   のＦｅ系プレめっきを施した後、還元加熱を経て溶融め
   っきすることを特徴とする高張力熱延鋼板の溶融めっき
   方法。