JP6950666B2

JP6950666B2 - 表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法および溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ライン

Info

Publication number: JP6950666B2
Application number: JP2018210168A
Authority: JP
Inventors: 宏紀原田; 岡井　和久; 和久岡井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: JP2019151914A

Description

本発明は、表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法および溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ラインに関する。

溶融亜鉛めっき鋼板は耐食性に優れ、自動車、電機、建材など幅広い分野に適用されている。さらに近年、屋外の厳しい腐食環境への適用が拡大しており、Ａｌ、Ｍｇを添加することで耐食性を向上させた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の提案がなされている。

一方で、上記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は表面外観に課題を有しており、めっき層中にＭｇ−Ｚｎ化合物相として通常ＭｇＺｎ_２相が晶出するのに対して、Ｍｇ_２Ｚｎ_１１相が局所的に晶出し、その部分が黒色の班点状の模様（以下、黒色斑点と称する）を呈することが問題視されている。さらにＭｇ_２Ｚｎ_１１相が晶出すると、表面外観だけでなく耐食性も劣化することが指摘されている。

そこで、特許文献１には冷却速度を制御することでＭｇ_２Ｚｎ_１１相の晶出を抑制する技術が提案されている。また、特許文献２にはめっき浴中にＴｉ、Ｂ等を添加することでＭｇ_２Ｚｎ_１１相の晶出を抑制する技術が提案されている。さらに特許文献３にはトップロールへの接触温度を２３０℃以下にすることでＭｇ_２Ｚｎ_１１相の晶出を抑制する技術が提案されている。

特開平１０−２２６８６５号公報特開平１０−３０６３５７号公報特開２０１５−１９３８７９号公報

しかし、上記の技術を用いた場合にも、製造条件（板厚、めっき付着量、通板速度など）によっては、黒色斑点の発生を完全に抑制することはできない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法および溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ラインを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは、黒色斑点が鋼板のトップロール接触面のみに発生することに着目し、トップロール接触前後のめっき鋼板の熱履歴、該熱履歴とめっき層の組織および表面外観との関係を詳細に調査した。その結果、以下の知見を得た。
（１）めっき浴に下地鋼板を浸漬して溶融めっきを施した後、溶融めっき後の鋼板のトップロール接触時、トップロールとの接触面が急冷され、鋼板内部に温度差を生じ、その後、トップロールから離れると鋼板内部から表面に熱が供給され、復熱する。
（２）この復熱が生じると、めっき層中のＭｇＺｎ_２相がＭｇ_２Ｚｎ_１１相に変態する。そこで、トップロール通過後に鋼板を冷却し、復熱を防止することで表面外観に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を得られることを見出した。

本発明は上記知見に基づくものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］めっき浴に下地鋼板を浸漬して溶融めっきを施した後、トップロール通過直後に溶融めっき後の鋼板を冷却することを特徴とする表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［２］前記冷却は、熱伝達率が１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えとなる条件で実施することを特徴とする［１］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［３］前記めっき浴は、Ａｌ：１〜６０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とする［１］または［２］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［４］前記めっき浴は、Ａｌ：１〜２２質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とする［１または２］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［５］前記めっき浴は、さらに、Ｓｉ：０．０１〜５質量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５質量％から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする［３］または［４］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［６］前記めっき浴は、さらに、Ｓｉ：０．０１〜０．５質量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５質量％から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする［３］または［４］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［７］前記めっき浴は、さらに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｂから選ばれた１種または２種以上を合計で０．５質量％以下含有することを特徴とする［３〜６のいずれか］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
［８］めっき浴に下地鋼板を浸漬して溶融めっきを施した後、溶融めっき後の鋼板を前記めっき浴から引き上げて溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を製造する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ラインであって、トップロール通過直後に前記溶融めっき後の鋼板を冷却する冷却設備を設けることを特徴とする表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ライン。
［９］前記冷却設備は、熱伝達率が１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えとなる条件で、前記トップロール通過直後の鋼板を冷却することを特徴とする［８］に記載の表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ライン。

本発明によれば、黒色斑点のない表面外観に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る、連続式溶融亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）の設備を示す模式図である。図２は、トップロール接触前後の鋼板表面温度の熱履歴の一例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る、連続式溶融亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）の設備を示す模式図である。図１に示すように、めっき浴入側に設けたスナウト２を通した下地鋼板１をめっき浴３に浸漬して溶融めっきを施す。次いで、溶融めっき後の鋼板はめっき浴から引き上げられ、ワイピングノズル４によりめっき付着量が制御され、冷却帯５を経て、トップロール６により鋼板は系外に取り出される。

本発明は、トップロール６通過直後に溶融めっき後の鋼板を、冷却設備７により冷却することを特徴とする。冷却設備７としては、例えばクーラーを用いることができる。トップロールは通常、溶融めっき後の鋼板（以下、単にめっき鋼板と称することもある。）よりも温度が低いため、めっき鋼板がトップロールと接触する際には、めっき鋼板のトップロールとの接触面（トップロール接触面）はトップロールで急冷される。一方で、めっき鋼板のトップロールと接触しない面（トップロール非接触面）は空気中での冷却となるため、トップロール接触面より温度が高くなり、鋼板内部に温度差が生じる。この鋼板内部の温度差が原因となり、トップロール通過後に、鋼板内部の温度差を打ち消すように熱の移動が起こり、トップロール接触面のみが復熱する。

図２は、トップロール接触前後の鋼板表面温度の熱履歴の一例を示す図である。図２に示すような復熱がトップロール接触面に生じると、めっき層中のＭｇＺｎ_２相がＭｇ_２Ｚｎ_１１相に変態する。復熱によってＭｇＺｎ_２相からＭｇ_２Ｚｎ_１１相に変態する機構は、ＭｇＺｎ_２相から隣接するＺｎ相へとＭｇが拡散することによって、Ｍｇ濃度の低いＭｇ_２Ｚｎ_１１相へと固相変態するためであると推測される。したがって、本発明では、トップロール通過後に鋼板を冷却し、復熱を防止することで表面外観に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を得ることができる。

本発明では、冷却設備（クーラー）７によりトップロール通過直後の鋼板の復熱を防止する。復熱を防止するために、本発明では、熱伝達率が１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えとなる条件で、鋼板のトップロールとの接触面を冷却することが好ましい。冷却の熱伝導率が１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］以下の場合には復熱を生じ、外観が悪化する。このため、熱伝達率は１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えとすることが好ましい。より好ましくは、１００［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えである。また、熱伝達率が大きい場合には特に外観品質に問題はないが、過剰な冷却能力は設備コスト、冷却コストの増加を招くため、熱伝達率は、１００００［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］未満であることが好ましい。

冷却設備７の冷媒については特に制限はない。例えば、空気、水、水素、ヘリウム等を用いることが出来る。また、冷却設備７は復熱が防止できればよいので、図１に示すように、トップロール６との接触面側から鋼板に冷媒を吹き付けて冷却してもよいし、トップロール６との非接触面側から鋼板を冷却してもよい。

なお、トップロール６を通過する際のめっき鋼板の温度は、めっきが完全に凝固する温度（浴組成にもよるがＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき浴では約３４０℃）以下であることが好ましい。めっきが完全に凝固する温度よりも高い温度でトップロール６と接触すると、トップロール６にめっきが凝着し、外観品質を損なう場合がある。

次に本発明のめっき浴の組成について以下に説明する。

本発明のめっき浴は、Ａｌ：１〜６０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなることが好ましい。なお、特に断らない限り、各成分の含有量を表す「％」は、「質量％」を意味する。

Ａｌ：１〜６０％
Ａｌは耐食性向上とドロス発生量の低減を目的に添加する。Ａｌ量が１％未満ではドロス低減効果が不十分であり、めっき層と下地鋼板の界面にＺｎ−Ｆｅ系合金相が成長して加工性が著しく低下する。一方、Ａｌ量が６０％を超えると、耐食性向上効果が飽和する。よって、Ａｌ量は１〜６０％とすることが好ましく、１〜２２％とすることがより好ましい。さらに好ましくは、４〜１５％である。

Ｍｇ：０．１〜１０％
ＭｇもＡｌ同様、耐食性の向上を目的に添加する。Ｍｇ量が０．１％未満では耐食性が十分でない。一方、Ｍｇ量が１０％を超えるとめっき浴表面にＭｇ主体のドロスが生成し、めっき外観を著しく損ねる。よって、Ｍｇ量は０．１〜１０％とすることが好ましい。より好ましくは、０．５〜５％である。

上記以外の残部はＺｎ及び不可避的不純物である。

本発明のめっき浴は、さらに、Ｓｉ：０．０１〜５％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％から選ばれた１種または２種を含有させることもできる。

Ｓｉ：０．０１〜５％
Ｓｉは耐食性向上を目的に添加することができる。Ｓｉ量が０．０１％未満では耐食性向上効果が得られない。一方、Ｓｉ量が５％超えではドロスが発生し、外観不良を招く場合がある。よって、添加する場合は、０．０１〜５％とする。より好ましくは、０．０１〜０．５％である。

Ｎｉ：０．０１〜０．５％
Ｎｉは耐黒変性の向上を目的に添加することができる。Ｎｉ量が０．０１％未満であれば、耐黒変性向上効果が得られない。一方、Ｎｉ量が０．５％を超える添加は、めっき浴中にドロスが発生し、ドロスの付着に起因する外観不良を招く場合がある。よって、添加する場合は、０．０１〜０．５％とする。

本発明のめっき浴は、さらに、上記に加え、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｂから選ばれた１種または２種以上を合計で０．５％以下含有することもできる。これらは外観品質の向上、耐食性向上を目的に添加するが、０．５％を超えると表面外観を損ねる場合がある。よって、添加する場合は、上限を０．５％とする。

溶融めっき時の浴温については４００〜６５０℃であることが好ましい。また、めっき浴浸漬後の冷却速度も特に限定されないが、生産性の観点から、１０℃／ｓ以上であることが好ましい。

めっき付着量に関しては、特に限定しない。なお、耐食性の観点から、片面あたり１０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、加工性の観点では片面あたり５００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。

めっき下地鋼板に関しては、特に限定されず、熱延鋼板、冷延鋼板いずれにも適用可能である。さらに本発明では、さらなる耐食性向上のためにめっき上層に表面処理を施してもよい。表面処理皮膜としては、無機化合物皮膜、有機樹脂皮膜等を適用することができ、その付着量は０．１ｇ／ｍ^２以上１０ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。０．１ｇ／ｍ^２未満では十分な耐食性向上効果が得られず、１０ｇ／ｍ^２超えでは耐食性向上効果が飽和するとともに、コストアップを招く。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

板厚２．３ｍｍの熱延鋼板を下地鋼板とし、図１に示す連続式溶融亜鉛めっき設備を用いてＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板を製造した。めっき浴組成および冷却設備の熱伝達係数は表１に示す条件とした。めっき浴温は４５０℃、めっき付着量は片面あたり１００ｇ／ｍ^２とした。

得られた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板について、表面外観および耐食性を評価した。評価方法は以下のとおりである。

（１）表面外観の評価
得られた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の長さ１０００ｍのコイルから１００ｍ毎に幅１０００ｍｍ×長さ５００ｍｍのサンプルを１０枚採取し、以下の条件で黒色斑点の有無の観察を行った。
Ａ：目視で確認される黒色斑点が無し
Ｂ：目視で確認される黒色斑点が有り（１個以上）
Ａの場合を合格とし、Ｂの場合を不合格とした。

（２）耐食性の評価
得られた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板から７０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズの試験片を切り出し、この試験片の裏面と端部にビニールテープでシールして、ＳＳＴ（ＳａｌｔＳｐｒａｙＴｅｓｔ；ＪＩＳＺ２３７１に準拠）を１０００ｈ実施した後の、鋼板の試験前後の腐食減量で評価した。評価基準は以下の通りである。
Ａ：腐食減量２０ｇ／ｍ^２未満
Ｂ：腐食減量２０ｇ／ｍ^２以上４０ｇ／ｍ^２未満
Ｃ：腐食減量４０ｇ／ｍ^２以上
ＡまたはＢである場合を合格とし、Ｃの場合を不合格とした。

以上により得られた結果を製造条件と併せて、表１に示す。

Ｎｏ．５〜９、１１〜１２、１５〜２３、２５〜２７の本発明例では、トップロール通過直後の冷却の熱伝達係数（ｈ）は１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えであり、復熱を防止出来ているため、黒色斑点のない表面外観に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が得られ、耐食性にも優れていることがわかる。

一方で、Ｎｏ．１、１３では、トップロール通過直後の冷却を実施しなかったため、復熱が生じ、表面外観、耐食性とも劣っている。Ｎｏ．２〜４、１０、１４、２４ではトップロール通過直後の冷却は実施しているものの、熱伝達係数（ｈ）が１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］以下であり、冷却が不十分であったために復熱が生じ、表面外観、耐食性とも劣っている。

板厚２．３ｍｍの熱延鋼板を下地鋼板とし、図１に示す連続式溶融亜鉛めっき設備を用いてＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ系めっき鋼板を製造した。めっき浴組成、めっき浴温、冷却設備の熱伝達係数は表２に示す条件とした。めっき付着量は片面あたり１５０ｇ／ｍ^２とした。

得られた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板について、表面外観を評価した。評価方法は以下のとおりである。

以上により得られた結果を製造条件と併せて、表２に示す。

Ｎｏ．２８〜４３の本発明例では、トップロール通過直後の冷却の熱伝達係数（ｈ）は１０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］超えであり、復熱を防止出来ているため、黒色斑点のない表面外観に優れる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が得られていることがわかる。

一方で、Ｎｏ．４４〜４６では、トップロール通過直後の冷却を実施しなかった、もしくは冷却が不十分であったため、復熱が生じ、表面外観が劣っている。

本発明の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、耐食性、表面外観に優れ、自動車、電機、建材など幅広い分野に適用可能である。

１鋼板
２スナウト
３めっき浴
４ワイピングノズル
５冷却帯
６トップロール
７冷却設備（クーラー）

Claims

めっき浴に下地鋼板を浸漬して溶融めっきを施した後、トップロール通過直後に溶融めっき後の鋼板をトップロールとの接触面側のみから熱伝達率が１０［Ｗ／（ｍ ^２・Ｋ）］超えとなる条件で冷却することを特徴とする溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
前記めっき浴は、Ａｌ：１〜６０質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
前記めっき浴は、Ａｌ：１〜２２質量％、Ｍｇ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
前記めっき浴は、さらに、Ｓｉ：０．０１〜５質量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５質量％から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする請求項２または３に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
前記めっき浴は、さらに、Ｓｉ：０．０１〜０．５質量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５質量％から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする請求項２または３に記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
前記めっき浴は、さらに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｂから選ばれた１種または２種以上を合計で０．５質量％以下含有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造方法。
めっき浴に下地鋼板を浸漬して溶融めっきを施した後、溶融めっき後の鋼板を前記めっき浴から引き上げて溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を製造する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ラインであって、トップロール通過直後に前記溶融めっき後の鋼板をトップロールとの接触面側のみから熱伝達率が１０［Ｗ／（ｍ ^２・Ｋ）］超えとなる条件で冷却する冷却設備を設けることを特徴とする溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造ライン。