JP3735360B2 - 外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、めっき外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法に関するものである。

耐食性に優れる溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板については従来より幾つかの提案がなされており、例えば本発明者らも特許文献１で、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板の製造方法を提案している。
その方法は、還元処理した鋼板、あるいはプレＮｉめつきした鋼板を４６０〜５５０℃の範囲で、Ａｌ：０．１〜４０％、Ｍｇ：０．１〜１０％含有するＺｎめっき浴に浸漬して溶融めっきし、浴より引き上げた溶融めっき鋼板を、慣用のガスワイピングによりめつき付着量調整後、冷却してめつき層を凝固させるものである。尚、めっき層中にＭｇ金属間化合物相を分散させるために、めっき層がまだ溶融状態のうちに冷却速度を５゜Ｃ／ｓｅｃ以上程度に制御することなどが望ましいと述べている。
特開２００１−６４７５９号号公報

このような方法で得られた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板は、建材、土木分野のガードレール、防音壁、家電分野の部品等を中心に寿命延長の観点から高耐食性めっき鋼板として多く使用されており、優れためっき鋼板であるが、めっき層の凝固組織がＺｎ−Ｍｇ合金相、Ａｌの含有量に応じてＺｎ初晶、あるいはＡｌ初晶よりなる複雑な構造をしているため、冷却速度をコントロールしないと外観上、斑点〔Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ３元合金相起因〕あるいは表面の梨地状の微小凹凸（Ａｌ初晶起因）、白いざらつき、微小羽根模様等が生じることがあり、その改善が望まれていた。

本発明者らは、その後種々検討したところ、溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板の製造プロセスにおいて、ワイピング後、未凝固状態のめっき鋼鈑表面に固体表面を接触させることでめっき層中に凝固核を生成させることにより、その後どのような冷却速度で冷却しても、斑点〔Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ３元合金相起因〕あるいは表面の梨地状の微小凹凸（Ａｌ初晶起因）、微小羽根模様等が解消し優れた均一外観となることを見出し、下記の本発明を完成したものである。

即ち本発明は、鋼板をＡｌ：０．１−６０％、Ｍｇ：０．１−１０％含有するＺｎめつき浴に浸漬し、浴より引き上げた溶融めっき鋼板をガスワイピングによってめつき付着量調整後、冷却してめつき層を凝固させる溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法において、めつき付着量調整後、冷却前に未凝固状態のめつき層表面に固体表面を接触させることにより、めっき層中に凝固核を生成させることを特徴とする外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法である。

上記未凝固状態のめつき層表面に接触させる固体表面が凹凸を有しており、その平均深さで０．０１〜５００μｍ、凹凸間の平均距離が３０００μｍとなるようにすることができる。

また、上記Ｚｎめつき浴中にＳｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｃｕの元素を単独あるいは複合で１０％以下含有させることができる。

さらに本発明は、前記した未凝固状態のめつき層中に凝固核を生成させた後、冷却速度５℃／秒以上の空冷あるいは気水冷却をすることができる。

さらに本発明は、上記した方法において、鋼板表面にＮｉを０．２〜１０ｇ／ｍ² プレめつき後、加熱（４６０〜５５０℃）し、この鋼板をめっき浴に浸漬する方法も採用できる。

さらには還元処理した（４６０〜５５０℃の）鋼板をめっき浴に浸漬することもできる。

このように本発明は、上記した各処理を適宜採用することにより、外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板を製造することができる。

本発明のめっき製造方法は、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系溶融めっきにおいて、後の冷却方法を選ばず外観が良好になる点で非常に有用である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板の製造プロセスにおいて、ワイピング後、未凝固状態のめっき鋼板表面に固体表面を接触させるにより、めっき層中に凝固核を生成させ、これにより溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の外観が非常に良好となるところに最大の技術上のポイントがある。

以下に本発明における各条件の限定理由について述べる。
まず、Ａｌ：０．１〜６０％、Ｍｇ：０．１〜１０％、残りＺｎ及び不可避成分よりなる溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき鋼板の製造プロセスとしたのは、本組成範囲において本発明のポイントとなるプロセスである未凝固状態のめっき鋼板表面に固体表面を接触させることにより、めっき層中に凝固核を生成させめっき外観が良好となる効果が最も出やすいためである。

また、ワイピング後、未凝固状態のめっき鋼板表面に固体表面を接触させこととしたのは、未凝固状態の時でないとめっき層中に凝固核が生成しないためである。
さらには、未凝固状態のめっき鋼板表面に接触させる固体表面が凹凸を有していると、めっき表面外観が良好となったためである。

そのメカニズムは未だ明確ではないが、固体表面の凹凸により、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき層中に発生する初期凝固核の数、核の距離などが影響を受け、Ａｌ初晶あるいはＺｎ初晶及び３元Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ合金相、さらにはＺｎ−Ｍｇ−ＡｌめっきにＳｉあるいはＳｎを含有する場合には、Ｍｇ₂ Ｓｉ、Ｍｇ₂ Ｓｎ金属間化合物などの生成状態が変化し、上述の斑点、表面の梨地状の微小凹凸（Ａｌ初晶起因）、白いざらつき、微小羽根模様等が解消し、外観向上につながっているものと思われる。

接触させる装置については特に限定しないが、水冷銅ロール、ベルトキャスター、ウオーキングバーなどが使用でき、接触させる固体の種類についても銅そのもの、あるいはその表面に金属めっき、セラミックコーティングを施したものなどいろいろ使用できる。

ワイピング後、未凝固状態のめっき鋼板表面に固体表面を接触させることによりめっき層中に凝固核を生成させた後に、冷却速度５℃／ｓ以上の空冷あるいは気水冷却することとしたのは、本未凝固状態のめっき鋼板表面に固体表面を接触させる工程により、その後の冷却が空冷であっても気水冷却であっても平滑な美しい表面外観が確保でき、特に冷却速度を５℃／ｓ以上でその効果が顕著なためである。また固体表面接触後、気水冷却を行うと冷却速度が早いために、平滑な外観に加えてめっき結晶粒の微細化及びめっき層中のＭｇ₂ Ｓｉ等の析出物の均一分散化も可能なためである。

これらのメカニズムも未だ明確ではないが、未凝固状態のめっき鋼板表面に固体表面を接触させるによりめっき層中に凝固核を生成させた場合、この凝固核が後に空冷あるいは気水凝固してもそのまま保持され、表面の外観を保つ効果があるものと思われる。

さらに、めっき浴の組成としてＡｌ：０．１〜４０％、Ｍｇ：０．１〜１０％含有するＺｎ−Ａｌ―Ｍｇ合金浴、もくは本溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき浴中にＳｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｃｕの元素を単独あるいは複合で１０以下含有するめっき浴としたのは、本範囲においてめっき層の耐食性が極めて良好となるためである。

次にＮｉプレめっき量を０．２〜１０ｇ／ｍ² としたのは、この範囲でめっき性が良好となるためである。プレＮｉ量が０．２ｇ／ｍ² 未満では、溶融めっき時に微小不めっきが生じ、１０ｇ／ｍ² を超えるとめっき密着性がやや劣化するからである。
さらに、還元処理した４６０〜５５０℃の鋼板を浴浸することとしたのは、プレＮｉめっきなしの場合のめっきにも本方法が効果があったためである。

溶融めっきの付着量については特に制約は設けないが、耐食性の観点から１０ｇ／ｍ² 以上、加工性の観点からすると３５０ｇ／ｍ² 以下であることが望ましい。
なお、本発明の下地鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板共に使用でき、鋼種もＡｌキルド鋼、Ｔｉ，Ｎｂ等を添加した極低炭素鋼板、およびこれらにＰ，Ｓｉ，Ｍｎ等の強化元素を添加した高強度鋼、ステンレス鋼板など種々のものが適用できる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
表面粗度（３，１０，１００μｍ）の変化した水冷Ｃｕ板で溶融状態のＺｎ−３％Ｍｇ−１１％Ａｌ−０．２％Ｓｉ（一部Ｚｎ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ａｌ、Ｚｎ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ａｌ−０．２％Ｓｉ、一部Ｚｎ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ａｌ−５％Ｓｎ）めっき表面をワイピング後に４００℃で１ｓｅｃタッチを行った後、自然放冷、空冷（ガスジェット：ＡＪＣ）及び気水冷却、水冷で冷却した場合の外観の変化、ミクロ構造を表１に示す。
比較には、空冷のみ、気水冷却のみの場合を示した。
溶融めっき条件は、熱延酸洗鋼板１．６ｍｍにプレＮｉめっきを１ｇ／ｍ² 施した後、板温度４５０℃まで加熱し、４５０℃のめっき浴中で溶融めっきした。めっき付着量は、片面１３５ｇ／ｍ² とした。

表１から明らかなように、本発明の溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法（Ｎｏ．１〜８，１１〜１３）は、比較の方法（Ｎｏ．９，１０）に比べて、めっき外観が良好である。

（実施例２）
鏡面仕上げした水冷Ｃｕロール（表面凹凸の平均深さ０．０５μｍ、表面凹凸の平均距離２５００μｍ）およびその上にＣｒめっきを２０μｍ施した水冷Ｃｕロール（表面凹凸の平均深さ０．１μｍ、表面凹凸の平均距離２０００μｍ）あるいはＮｉ−Ｗめっきを５μｍ施した水冷Ｃｕロール（表面凹凸の平均深さ０．１μｍ、表面凹凸の平均距離１８００μｍ）で溶融状態のＺｎ−３％Ｍｇ−１１％Ａｌ−０．２％Ｓｉ（一部Ｚｎ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ａｌ、Ｚｎ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ａｌ−０．２％Ｓｉ、一部Ｚｎ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ａｌ−５％Ｓｎ）めっき表面をワイピング後に４００℃で１ｓｅｃタッチを行った後、自然放冷、空冷（ガスジェット：ＡＪＣ）及び気水冷却、水冷で冷却した場合の外観の変化、ミクロ構造を表２に示す。
比較には、空冷のみ、気水冷却のみの場合を示した。
溶融めっき条件は、熱延酸洗鋼板１．６ｍｍにプレＮｉめっきを１ｇ／ｍ² 施した後、板温度４５０℃まで加熱し、４３０℃のめっき浴中で溶融めっきした。めっき付着量は、片面９０ｇ／ｍ² とした。

表２から明らかなように、本発明の溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法（Ｎｏ．１〜９，１２−１４）は、比較の方法（Ｎｏ．１０，１１）に比べてめっき外観が良好である。

Claims (5)

1. 鋼板を、Ａｌ：０．１〜６０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％含有するＺｎめつき浴に浸漬し、浴より引き上げた溶融めっき鋼板をワイピングによってめつき付着量調整後、冷却してめつき層を凝固させる溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法において、めつき付着量調整後、冷却前に未凝固状態の初期凝固核生成前のめつき層表面に固体表面を接触させることにより、めっき層中に凝固核を生成させることを特徴とする外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法。
2. 未凝固状態の初期凝固核生成前のめつき層表面に接触させる固体表面が凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法。
3. Ｚｎめつき浴中にＳｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｃｕの元素を単独あるいは複合で１０質量％以下含有することを特徴とする請求項１または２に記載の外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法。
4. 表面にＮｉを０．２〜１０ｇ／ｍ ^２ プレめつき後、加熱した４６０〜５５０℃の鋼板を浴浸漬することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法。
5. 還元処理した４６０〜５５０℃の鋼板を浴に浸漬することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外観に優れた溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板の製造方法。