JP6835007B2

JP6835007B2 - 表面処理金属板の製造方法

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Publication number: JP6835007B2
Application number: JP2018027682A
Authority: JP
Inventors: 広和杉原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2038-02-20
Also published as: JP2019141774A

Description

本発明は、金属板に表面処理液を塗布して表面処理金属板を製造するための表面処理金属板の製造方法に関する。なかでも亜鉛めっき鋼板、特に溶融亜鉛めっき鋼板にクロメートフリー表面処理を施して表面処理亜鉛めっき鋼板を製造する場合に有用である。

従来、鋼板などの金属材料（以下、鋼板を例に説明する。）の表面に耐食性、耐熱性、耐指紋性、塗装性などの特性を付与するための表面処理法として、クロメート処理が広く行われてきた。しかし、近年、クロメート処理は環境負荷が大きいという理由から、クロメートを用いないクロメートフリー表面処理の開発が行われている。

塗装方法として、スプレーなどを用いて塗装を行った後、鋼板の進行方向と同じ回転方向のロールで膜厚の均一化を行うものがある。

一方で、鋼板の進行方向と同じ方向に回転させたロールを使用する場合、鋼板幅方向端部に液膜が過厚になる領域が存在し、それが欠陥の原因となる。特許文献１には、このような欠陥を防ぐために、空気などの気体を鋼板幅方向端部に吹き付ける技術が記載されている。

特開平５−３１１４６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載される方法では、鋼板幅方向端部の液膜をある程度は除去することが可能であるが、除去量が不十分であり、表面処理液の種類によっては、効果が不十分な場合がある。また、特許文献１のような、通常圧力（数ｋｇｆ／ｃｍ^２）でのエアー吹き付けだけでは、数ミクロン程度の膜厚に対して１０％程度膜厚を薄くする程度なので、膜厚の均一化は現実的には難しく、５０％以上膜厚を薄くする必要があるといったような場合には、適用できないという問題もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、端部の皮膜が過厚にならず、均一な表面処理皮膜を得ることができる表面処理金属板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、特許文献１に記載の方法において検討を行った。その結果、以下のような知見を得た。

図１は、特許文献１に記載のような、鋼板幅方向端部に気体を吹き付ける方法の一実施形態である表面処理液の塗布設備を示す模式図である。図１に示すように、鋼板１は、全体を遮蔽物（カバー５）で覆れた表面処理液の塗布設備に搬送され、鋼板１の表裏面に対してスプレーノズル２から表面処理液の液滴３が噴射される。その後、リンガーロール４で液膜が絞られ、また、エアーノズル６により鋼板１幅方向端部に気体を吹き付けることで、液膜が均一化される。

本発明者が検討した結果、リンガーロール４において液膜絞りを行う際、図２に示すように、鋼板幅方向端部の膜厚が過厚になることがわかった。この解決策として、リンガーロール４の鋼板幅方向端部に相当する位置に付着する液膜を平滑化すれば良いことを見出した。

本発明は、以上の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］金属板の表面に表面処理液を塗布し、表面処理皮膜を形成する表面処理金属板の製造方法において、金属板の進行方向と同じ方向に回転する第一のロールを金属板と接触させ、さらに、前記第一のロールに接触し、かつ金属板に接触しない位置に第二のロールを設置することを特徴とする表面処理金属板の製造方法。
［２］［１］に記載の表面処理金属板の製造方法において、
表面処理液を塗布した後、前記第一のロールを金属板と接触させ、前記第二のロールは前記第一のロール入側の位置に設置することを特徴とする表面処理金属板の製造方法。

本発明によれば、鋼板幅方向端部の膜厚過厚を防止し、良好な均一な膜厚の表面処理皮膜を有する表面処理金属板が得られる。

図１は、従来技術（特許文献１）の一実施形態を説明する、表面処理液の塗布設備の模式図である。図２は、従来技術（特許文献１）を用いて得られる表面処理皮膜における、鋼板幅方向の膜厚分布を示す模式図である。図３は、本発明の一実施形態を説明する、表面処理液の塗布設備の模式図である。図４（ａ）は、鋼板のリンガーロール通過に伴い、一部の表面処理液が液だまり８に供給される様子を示す、鋼板幅方向中央部の断面図であり、図４（ｂ）は、リンガーロールに付着した液集中部の様子を示す模式図である。図５は、平滑化ロールの設置位置を示す模式図である。図６は、リンガーロールの配置を示す模式図である。図７は、リンガーロールの配置を示す模式図である。

以下、本発明の表面処理金属板の製造方法について説明する。ここでは、一例として、表面処理の対象が亜鉛めっき鋼板など、連続して走行する鋼板の表裏面（以下、表面処理を行う鋼板表裏面を、便宜的に「鋼板表面」と称する。）に水溶性表面処理液を塗布し、表面処理皮膜を形成する表面処理鋼板の製造方法について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図３は、本発明の一実施形態である表面処理液の塗布設備の模式図である。図３に示すように、連続して走行する鋼板１は、塗布設備内に搬送される。鋼板１の上方および下方には、微粒化した表面処理液を噴射するスプレーノズル２が複数配置されている。また、スプレーノズル２から微粒化した表面処理液（液滴３）が周囲に飛散しないように、塗布設備全体は遮蔽物（カバー５）に覆れている。塗布設備内に搬送された鋼板１に対して、各スプレーノズル２から微粒化した表面処理液の液滴３を鋼板１幅方向の全域（全幅）にわたり噴射する。その後、表面処理液を鋼板表面に均一に成膜するため、鋼板の進行方向に回転するリンガーロール４を鋼板１の表裏面に押し付けることで液膜を絞り、鋼板１の表面に均一な成膜を行う。その後、公知の加熱処理により鋼板１表面が乾燥させればよい。

表面処理液を塗布した後、リンガーロール４は鋼板１の進行方向と同じ方向に回転するため、リンガーロール４を鋼板１に押し当てることにより、鋼板１上に塗布された表面処理液の液膜が絞られ、一部はリンガーロール４を通過し鋼板１に成膜され、一部はリンガーロール４に付着し、残りはリンガーロール４入側に液だまりとして存在する。

図４（ａ）に示すように、鋼板１のリンガーロール４通過に伴い、一部の表面処理液が液だまり８に供給される。液だまり８に供給された表面処理液は、鋼板１の幅方向端部から排出される。その際、排出された表面処理液は、図４（ｂ）に示すように、鋼板１幅方向の端部に相当する位置に液集中部９としてリンガーロール４に付着する。この鋼板１幅方向の端部に集中した表面処理液が、リンガーロール４出側において鋼板１端部に付着する。その結果、鋼板１幅方向端部に表面処理液の過厚部が発生する。

このような鋼板幅方向端部の過厚部発生を抑止するために、本発明では、第一のロールであるリンガーロール４に、第二のロールである平滑化ロール７を押し当て、リンガーロール４の表面処理液付着を平滑化する。その結果、鋼板１幅方向端部の表面処理液の過厚を防止する。平滑化ロール７の回転方向は、リンガーロール４と同方向でも逆方向でも良い。平滑化ロール７は、リンガーロール４に接触し、かつ鋼板１に接触しない位置に設置する必要がある。平滑化ロール７を鋼板に接触させると、平滑化ロール７にも液集中部が生じるため、平滑化ロール７を鋼板１に接触させないことが必要である。なお、平滑化ロール７の設置位置については特に限定されないが、平滑化ロール７からの処理液落下がある可能性を考慮すると、図３や図５に示すように、平滑化ロール７は鋼板１に接触せず、かつリンガーロール４入側の位置に設置することが好ましい。また、図５に示すように、リンガーロール４の鋼板に対する垂直方向の中心線と、平滑化ロール７との接点とのなす角度が、１５〜７５度であることが好ましい。

また、平滑化ロール７と同様の効果を発現するようなものであれば、例えばドクターブレードなど、他の方法でも良い。

平滑化ロール７の幅については、リンガーロール４に付着した液集中部を平滑化することさえできれば良いので特に限定されないが、平滑化ロール７とリンガーロール４を同じ幅にすることが好ましい。

なお、アプリケーターロールとピックアップロールを備えるロールコーター設備の場合、アプリケータ―ロールとピックアップロールの周速比が適正範囲に入っていないとローピングと呼ばれる欠陥が発生する。これに対して、本発明では、ロールコーター設備のような周速比制御が不要である。

平滑化ロール７は後述のリンガーロール４と同様に、金属芯にゴムをライニングしたものであればよい。

液膜の均一化を行うリンガーロール４については、平滑化ロール７と同様に金属芯にゴムをライニングしたものであればよい。リンガーロール４の配置については、図６のように、鋼板表裏面に対して対称に配置しても良いし、図７のように、オフセットを与えて配置しても良い。なお、オフセットさせる場合、搬送ライン入側に配置するリンガーロール４は、鋼板表裏面のどちらのリンガーロールでもよく、例えば図７に示すように、鋼板表面側のリンガーロール４が搬送ライン入側（図７における左側）に配置されてもよいし、（図示しないが）鋼板裏面側のリンガーロールが搬送ライン入側に配置されてもよい。また、オフセットさせる場合、鋼板の長手方向（搬送方向）に５００ｍｍ以下オフセットさせることが好ましい。また、リンガーロール４の押し付け圧力については、膜厚が必要かつ十分な厚さになるように適切に設定すれば良い。

また、平滑化ロール７の長さについては、鋼板１の幅よりも長い幅であればよい。なお、鋼板の蛇行が発生した場合の付着量変動防止を考慮し、鋼板の幅＋５００ｍｍ以下が好ましく、鋼板の幅＋２００ｍｍ以下がより好ましい。

スプレーノズル２は、鋼板１のパスラインの上方及び下方の各位置に配置されればよく、たとえば、鋼板の通板方向に間隔をおいて複数のスプレーノズルを配置して、スプレーノズル２群を構成すればよい。なお、図１においては、４段のスプレーノズル２群が設けられている。スプレーノズル２群の段数は、設備の大きさなどに応じて適宜段数は増減してもよい。

また、スプレーノズル２は、鋼板１幅方向において鋼板１の幅以上の長さの噴射口を有していればよく、噴射口から加圧した表面処理液を噴射することで、微粒化させた表面処理液を噴射すればよい。表面処理液の加圧は、例えばポンプで加圧すればよく、ポンプに限らず、ポンプの作用を有するものであれば適用可能である。なお、本発明では、スプレーノズル２の噴射口と鋼板１との距離は、通常、５０〜５００ｍｍが好ましい。また、スプレーノズル２を複数個配置する場合、鋼板１の幅方向に１００ｍｍピッチで配置することが好ましい。

本発明の表面処理金属板の製造方法において、適用対象となる金属板や表面処理の種類について、制限はなく、種々の金属板や表面処理の種類を適用対象とすることができる。なお、本発明は、亜鉛めっき鋼板、特に溶融亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板を含む）にクロメートフリー表面処理を施して表面処理亜鉛めっき鋼板を製造する場合に適用することができる。

本発明で使用する表面処理液は、例えば、シランカップリング剤、界面活性剤、シリカ、水溶性の有機樹脂、及び溶媒としての水を含む水溶性ベースの液体を用いることが好ましい。表面処理液の粘度は、表面処理液を供給するポンプの性能に依存するが、高粘度の表面処理液を微粒化できる性能を有するポンプであれば、スラリーのような高粘度の表面処理液を用いても良い。また、表面処理液の表面張力は、例えば、鋼板との接触角が９０度以下とすることが好ましい。また、固形分濃度は、例えば液の特性や目的に応じて適宜決定するとよい。本発明では、上記した表面処理液を使用することにより、表面処理液塗布後、公知の加熱処理で乾燥させて硬化するまで、均一な状態を保つことができ、均一な膜厚の皮膜を形成することができる。

本発明における表面処理液の付着量については、上述のスプレーノズル２群において、各列のスプレーノズル２の使用・不使用の切り替えや、表面処理液の噴射流量により制御することが好ましい。表面処理液の付着量の制御は、具体的には、鋼板１の通板速度、表面処理皮膜の目標膜厚、各スプレーノズル２からの噴射量などの塗布条件を適宜制御することにより行えばよい。

本発明において、スプレーノズル２から噴射される液滴３の粒径は、例えば、１０〜５００μｍの範囲であればよい。

また、本発明における表面処理液の塗布量（液供給量）は、鋼板１の通板速度と膜厚で決まる。例えば、塗着率８０％で、鋼板の通板速度６０ｍｐｍ、板幅１０００ｍｍあたりの供給液量が１２０ｍＬ／ｍｉｎの場合、膜厚は１．６μｍになる。なお、乾燥後の膜厚は固形分濃度に依存する。

鋼板１の表面に塗布された表面処理液は、加熱処理により乾燥される。加熱処理方法としては、例えば熱風加熱、誘導加熱、赤外線加熱などの方法であればよい。本発明では、乾燥膜厚は１μｍ以下が好ましい。乾燥膜厚の厚さが過剰な場合、クラックが入る場合もある。

以下、本発明の表面処理金属板の製造方法について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

本発明例については、図３に示す塗布設備を用いて、表面処理を施し表面処理金属板を製造した。具体的には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を被処理金属板とし、これにクロメートフリー表面処理を施して表面処理合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。表面処理液はポンプで加圧してスプレーノズル２に供給し、スプレーノズル２噴射口から微粒化させた表面処理液を噴射した。また、鋼板幅方向において鋼板幅以上の領域に表面処理液を噴射可能とする複数個のスプレーノズル２を配置し、該スプレーノズル２を、鋼板パスラインの上方及び下方の各位置に、通板方向に間隔をおいて４段配置した塗布設備で、鋼板の表面処理を行った。スプレーノズル２により、微粒化した表面処理液を鋼板幅方向の全域にわたり噴射し、その後、リンガーロール４により膜厚の均一化および膜厚調整を行った。なお、リンガーロール４には、平滑化ロール７を併設している。平滑化ロール７の配置については、図５に示すようにリンガーロール入側に配置し、表１に示す角度とした。また、オフセットについては、表１に示す条件とし、図７に示すような、鋼板表面側のリンガーロール４が搬送ライン入側に配置するようにオフセットさせた。表面処理液を塗布した後の鋼板１は、熱風乾燥炉に装入して塗布液の乾燥処理を行った。

なお、図３に示すように、塗布装置をカバー５で覆い、各スプレーノズル２から噴射後、鋼板１に付着しなかった表面処理液を回収し分離する装置（図示しない）を用いて、分離後の表面処理液を処理液タンクに戻すという操作を行った。

一方、比較例については、平滑化ロール７を併設していない図１の方法を用いて表面処理を行った。平滑化ロール７を併設していない点を除き、本発明例と同様の条件（表面処理液、スプレーノズル２の群数）で表面処理を行った。

なお、表面処理液は、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、有機ケイ素化合物、Ｚｒフルオロ化合物、リン酸、オキシ硫酸バナジウム、ポリエチレンオキサイドを含む薬液を所定の固形分濃度になるように純水で希釈したものを用いた。この表面処理液は、粘度１０ｍＰａｓ、表面張力４０ｍＮ／ｍ、溶質濃度２０〜３０ｍａｓｓ％、比重１である。

また、本発明例、比較例ともに、表面処理皮膜の膜厚は、ノズルの使用段数を１〜４段の範囲で変更することにより適宜調整した。

得られた表面処理合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、鋼板幅方向端部の付着量測定、耐食性及び外観の評価を行った。
（１）鋼板幅方向端部の付着量
乾燥後の表面処理皮膜の膜厚の均一性については、得られた鋼板の全幅を５ｍｍピッチでせん断し、膜厚を測定した。鋼板端部〜５ｍｍのせん断部分（端部５ｍｍ部分）の付着量（ｇ／ｍ^２）と、鋼板幅方向中央部の５つのせん断部分（幅中央部分）の平均の付着量（ｇ／ｍ^２）とを比較し、下記基準に照らして評価し、記号○を合格とした。
幅中央部分の値が端部５ｍｍ部分の値の２倍以上：×
幅中央部分の値が端部５ｍｍ部分の値の２倍未満：○
（２）耐食性
耐食性については、得られた鋼板３枚（サイズ：１５０ｍｍ×７０ｍｍ）に対し、それぞれＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験をおよび７２時間実施して、最も悪い結果のものを採用し、評価した。下記基準に照らし、記号○を合格とした。
○：７２時間で錆発生面積が全体の１０％未満
×：７２時間で錆発生面積が全体の１０％以上
（３）外観判定
外観判定については、３００ｍｍ×３００ｍｍの範囲を目視により確認を行い、下記基準に照らして評価し。記号○を合格とした。
○：目視で塗布模様が確認できない。
×：目視で塗布模様（粒模様）が確認できる。

結果を表１に示す。

比較例では、耐食性、外観については共に○で問題なかったが、鋼板幅方向端部の付着量評価が×で、鋼板幅方向端部が過厚であった。

これに対して本発明例では、耐食性、外観については共に○で問題なく、鋼板幅方向端部の付着量評価も○で、鋼板幅方向端部の過厚を抑制できた。

１鋼板
２スプレーノズル
３液滴（表面処理液）
４リンガーロール
５カバー
６エアーノズル
７平滑化ロール
８液だまり
９液集中部

Claims

金属板の表面に表面処理液を塗布し、表面処理皮膜を形成する表面処理金属板の製造方法において、
金属板の進行方向と同じ方向に回転する第一のロールを金属板と接触させ、
さらに、前記第一のロールに接触し、かつ金属板に接触しない位置に第二のロールを設置し、前記第二のロールは前記第一のロール入側の位置に設置し、表面処理液を塗布した後、前記第一のロールを金属板と接触させることを特徴とする表面処理金属板の製造方法。