(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム４〜２２質量％及びマグネシウム１〜７質量％を含有し、残部が亜鉛及び不可避の不純物からなる亜鉛合金の溶湯を、該溶湯の凝固開始温度よりも８５℃以上高い温度で調製して均質化させ、その後該溶湯の温度を該溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上６５℃未満高い温度範囲内に低下させ、鋳型中に注入してトップヒーティングを実施し、次いで放置冷却により鋳塊を得ることを特徴とする鋼板用溶融めっき浴中に投入して用いられる亜鉛合金鋳塊の製造方法。
【請求項２】
アルミニウム４〜２２質量％及びマグネシウム１〜７質量％を含有し、残部が亜鉛及び不可避の不純物からなる亜鉛合金の溶湯を、該溶湯の凝固開始温度よりも８５℃以上高い温度で調製して均質化させ、その後該溶湯の温度を該溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上８５℃未満高い温度範囲内に低下させ、鋳型中に注入してトップヒーティングを実施し、トップヒーティング後の鋳型中の亜鉛合金の上面が凝固し始めた時に上面を水冷して鋳塊を得ることを特徴とする鋼板用溶融めっき浴中に投入して用いられる亜鉛合金鋳塊の製造方法。
【請求項３】
亜鉛合金の溶湯を、該溶湯の凝固開始温度よりも１００℃以上高い温度で調製して均質化させることを特徴とする請求項１又は２記載の亜鉛合金鋳塊の製造方法。
【請求項４】
亜鉛合金の溶湯がチタン０．００２〜１質量％及び／又はホウ素０．００１〜０．５質量％を追加含有していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の亜鉛合金鋳塊の製造方法。
【請求項５】
亜鉛合金の溶湯がケイ素０．００５〜２質量％を追加含有していることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の亜鉛合金鋳塊の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は亜鉛合金鋳塊の製造方法に関し、より詳しくは、割れや巣がなくて、鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入して使用することができ、しかも鋳塊上面の凹みが比較的小さくて安定に積み上げることができる亜鉛合金鋳塊の製造方法を提供することを課題としている。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性及び表面外観の良好な種々の溶融亜鉛系めっき鋼板及びそれらの溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する種々の方法が知られており、例えば、米国特許第３、５０５、０４３号明細書には、Ａｌ：３〜１７質量％、Ｍｇ：１〜５質量％、残部がＺｎからなる溶融めっき浴を用いて製造された耐食性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ鋼板が開示されており、特開昭５８−１７７４４６号公報には、Ａｌ：３〜２５質量％、Ｍｇ：０．０５〜２質量％、Ｓｉ：０．００５〜０．１×Ａｌ％、Ｐｂ≦０．０２質量％、残部がＺｎからなる溶融めっき浴を用いて製造された耐食性、塗装性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇメッキ鋼板が開示されており、特開平１０−２２６８６５号公報には、Ａｌ：４．０〜１０．０質量％、Ｍｇ：１．０〜４．０質量％、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板およびその製造法が開示されており、特開平１０−３０６３５７号公報には、Ａｌ：４．０〜１０．０質量％、Ｍｇ：１．０〜４．０質量％、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０４５質量％、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造法が開示されている。
【０００３】
上記の特開平１０−２２６８６５号公報、特開平１０−３０６３５７号公報には、上記組成のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系亜鉛合金の溶融めっき浴を用い、浴温及びめっき後の冷却速度を制御することにより耐食性及び表面外観の良好な溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板が得られることが開示されている。
【０００４】
また、上記の米国特許第３、５０５、０４３号明細書、特開昭５８−１７７４４６号公報、特開平１０−２２６８６５号公報、特開平１０−３０６３５７号公報に記載の製造法を工業規模で連続的に実施するためには、溶融めっき浴の消費につれて、上記組成のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系亜鉛合金の鋳塊を所定時間毎に溶融めっき浴に追加投入する必要がある。この鋳塊に割れや巣があると、鋳塊の輸送中又は保管中にその割れや巣に水が入ることがある。このように割れや巣に水が入っている鋳塊を溶融めっき浴に追加投入すると、溶融めっき浴は高温であるので、水蒸気爆発の危険があり、安全上重大な問題となる。また、鋳塊の輸送又は保管の際に鋳塊を積み上げることが普通に行われているが、この鋳塊上面の凹みが大きいと、この積み上げが不安定になり、安全上問題となることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来公知の亜鉛合金の鋳塊鋳造法に従って上記組成のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系亜鉛合金の鋳塊を製造すると、巣が発生したり、割れが生じたりして満足な鋳塊を得ることができなかった。また、鋳塊上面の凹みが大きかった。
本発明は、割れや巣がなくて、鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入して使用することができ、しかも鋳塊上面の凹みが比較的小さくて安定に積み上げることができる亜鉛合金鋳塊の製造方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題を達成するために種々検討を重ねた結果、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金のなかで、［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2 Ｍｇ］又は［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ11Ｍｇ2 ］の三元共晶組織が晶出する合金組成のものは、凝固開始から完全に凝固するまでの液相と固相との共存温度域が広いため、冷却条件が不適切であると合金鋳塊に巣や割れが発生することを知見した。これを解決する手段として、上記組成のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系亜鉛合金の溶湯を高温で調製して均質化させ、その後該溶湯の温度を低下させ、鋳型中に注入してトップヒーティングを実施し、次いで冷却することにより割れや巣がなく、しかも鋳塊上面の凹みが比較的小さい鋳塊が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明の鋼板用溶融めっき浴中に投入して用いられる亜鉛合金鋳塊の製造方法は、アルミニウム４〜２２質量％及びマグネシウム１〜７質量％を含有し、残部が亜鉛及び不可避の不純物からなる亜鉛合金の溶湯を、該溶湯の凝固開始温度よりも８５℃以上高い温度で調製して均質化させ、その後該溶湯の温度を該溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上６５℃未満高い温度範囲内に低下させ、鋳型中に注入してトップヒーティングを実施し、次いで放置冷却により鋳塊を得ることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の鋼板用溶融めっき浴中に投入して用いられる亜鉛合金鋳塊の製造方法は、アルミニウム４〜２２質量％及びマグネシウム１〜７質量％を含有し、残部が亜鉛及び不可避の不純物からなる亜鉛合金の溶湯を、該溶湯の凝固開始温度よりも８５℃以上高い温度で調製して均質化させ、その後該溶湯の温度を該溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上８５℃未満高い温度範囲内に低下させ、鋳型中に注入してトップヒーティングを実施し、トップヒーティング後の鋳型中の亜鉛合金の上面が凝固し始めた時に上面を水冷して鋳塊を得ることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の亜鉛合金鋳塊の製造方法について説明する。
本発明の製造方法においては、アルミニウム４〜２２質量％及びマグネシウム１〜７質量％を含有し、残部が亜鉛及び不可避の不純物からなる亜鉛合金の溶湯を用いる。本発明の製造方法においてこのような組成の亜鉛合金を対象にする理由は、それらの亜鉛合金は、前記した米国特許明細書、公開特許公報等からも分かるように、耐食性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の製造に適した溶融亜鉛合金めっき浴組成の合金であるが、従来公知の亜鉛合金の鋳塊鋳造法では［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2 Ｍｇ］又は［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ11Ｍｇ2 ］の三元共晶組織が晶出する傾向があって、鋳塊に巣や割れが発生し易く、巣や割れのない鋳塊を製造することが困難であるから、この問題を解決することを課題としているからである。
【００１０】
また、本発明の製造方法においては、上記した量のアルミニウム及びマグネシウムの他に、溶融亜鉛合金めっきによって得られるめっき層の状態、特性等を改善することのできる種々の合金成分を含む亜鉛合金の溶湯を用いて実施することもできる。そのような合金成分としては、従来種々の合金成分が提案され、用いられ、またノウハウとして実施されており、例えば、Ｚｎ11Ｍｇ2 の生成・成長を抑制することのできるチタン及び／又はホウ素、硬くて脆いＦｅ−Ａｌ合金層の生成を抑制し、めっき層の加工性を向上させることのできるケイ素を挙げることができる。それらの合金成分は極少量で有効であり、チタンは０．００２〜１質量％、ホウ素は０．００１〜０．５質量％、ケイ素は０．００５〜２質量％の範囲の量で所望の効果を得ることができる。
【００１１】
上記組成の亜鉛合金の溶湯を調製する方法として、▲１▼上記組成の亜鉛合金を溶解させる、▲２▼上記組成に近い組成の亜鉛合金を溶解させ、不足している合金成分金属を単独で又は母合金として添加し、溶解させる、▲３▼アルミニウム、マグネシウム、チタン、ホウ素及びケイ素の少なくとも１種を含有する亜鉛合金溶湯中に、添加すべき所望の合金成分金属、又は添加すべき所望の合金成分金属と不足している合金成分金属とをそれぞれ単独で又は幾つかの金属を含む母合金として添加し、溶解させる、▲４▼亜鉛溶湯中にアルミニウム及びマグネシウム、並びに所望によりチタン、ホウ素及びケイ素の少なくとも１種をそれぞれ単独で又は幾つかの金属を含む母合金として添加し、溶解させる等の方法が挙げられる。
【００１２】
本発明の製造方法においては、上記組成の亜鉛合金の溶湯が均質となっていることが必要である。短時間で均質化させるためには、溶湯温度を高くすることが望ましい。しかし、溶湯温度を高くすればするほど次の工程での鋳造温度との差が大きくなり、加熱に余分のエネルギーが必要となり、冷却に余分の時間が必要となる。従って、本発明の製造方法においては亜鉛合金の溶湯を溶湯の凝固開始温度よりも８５℃以上高い温度、好ましくは１０５℃以上高い温度、或いは１２５℃以上高い温度に保持して均質化させる。
【００１３】
溶湯を均質化させた後、溶湯の温度を溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上６５℃未満高い温度範囲内に低下させる。溶湯の温度を溶湯の凝固開始温度より２０℃高い温度よりも低くすると、溶湯の粘度が高くなってカス取りや鋳造操作が困難になる傾向があるので好ましくない。また、溶湯の温度が溶湯の凝固開始温度より６５℃高い温度よりも高い状態で鋳造すると、トップヒーティングを実施し、次いで放置冷却しても得られる鋳塊に割れが生じる傾向があるので好ましくない。従って、本発明の製造方法においては溶湯の温度を溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上６５℃未満高い温度範囲内に低下させた後に鋳造する。
【００１４】
温度を溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上６５℃未満高い温度範囲内に低下させた溶湯を鋳型中に注入してトップヒーティングを実施する。鋳型は鋳塊製造用の通常の形状、大きさのものでよい。また、トップヒーティング技術は周知であり、本発明の製造方法においてはその周知の技術をそのまま用いることができる。次いで放置冷却して鋳塊を得る。
【００１５】
上記の製造方法を採用することにより、割れや巣のない亜鉛合金鋳塊を製造することができるので、その鋳塊を鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入して使用することができ、また鋳塊上面の凹みが比較的小さい亜鉛合金鋳塊を製造することができるので、その鋳塊を安定に積み上げることができる。
【００１６】
しかしながら、鋳型中に注入してトップヒーティングを実施し、トップヒーティング後の鋳型中の亜鉛合金の上面が凝固し始めた時に上面を水冷して鋳塊を得る場合には、溶湯を均質化させた後、溶湯の温度を溶湯の凝固開始温度よりも２０℃以上８５℃未満高い温度範囲内に低下させることにより、割れや巣がなくて、鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入して使用することができる亜鉛合金鋳塊を製造することができる。また、この場合には、鋳塊上面の凹みが更に小さくて一層安定に積み上げることができる亜鉛合金鋳塊を製造することができる。
【００１７】
【実施例】
実施例１（本発明例１〜２及び比較例１〜４）
アルミニウム６．０質量％、マグネシウム３．０質量％、チタン０．０５質量％、ホウ素０．０１質量％を含有し、残部が亜鉛及び不可避の不純物からなる亜鉛合金の溶湯を調製した。この合金溶湯の凝固開始温度は３６５℃であった。この溶湯を５００℃に保持して均質化させた。均質化させた後、それぞれ第１表に示す鋳造温度に冷却し、各々の鋳型中に約８５０ｋｇの溶湯を注入した。注入が終了した後、本発明例１〜２及び比較例３〜４についてはトップヒーティングを実施し、比較例１〜２についてはトップヒーティングを実施せず、そのまま放置冷却した。本発明例１及び比較例３〜４についてはトップヒーティングの後に放置冷却して鋳塊を得た。本発明例２についてはトップヒーティング後の鋳型中の亜鉛合金の上面が凝固し始めた時に上面を水冷して鋳塊を得た。
【００１８】
得られた各々の鋳塊を切断して割れ、巣の有無を調べた。また、鋳塊上面の凹みの相対的な大きさを調べた。それらの結果は第１表に示す通りであった。第１表の総合評価欄の◎は鋼板用溶融めっき浴中に追加投入するのに特に優れていることを示し、○は鋼板用溶融めっき浴中に追加投入するのに優れていることを示し、△は鋼板用溶融めっき浴中に追加投入するのに注意した方が良いことを示し、×は鋼板用溶融めっき浴中に追加投入するのに適さないことを示している。
【００１９】
また、本発明例１で得られた鋳塊の切断面の写真は図１に示す通りであり、本発明例２で得られた鋳塊の切断面の写真は図２に示す通りであり、比較例２で得られた鋳塊の切断面の写真は図３に示す通りであり、比較例３で得られた鋳塊の切断面の写真は図４に示す通りであった。
【００２０】
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【００２１】
第１表に示すデータ及び図１〜図４に示す鋳塊の断面写真から明らかなように、本発明例１〜２の本発明の製造方法で得られる亜鉛合金鋳塊は鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入できるものであるが、比較例１〜４の本発明の範囲外の製造方法で得られる亜鉛合金鋳塊は鋼板用溶融めっき浴中に安全には追加投入できないものである。
【００２２】
実施例２
第２表に示す組成を有する３種類の亜鉛合金溶湯（Ａ、Ｂ、Ｃ）を調製した。これらの合金溶湯の凝固開始温度は第２表に示す通りであった。これらの溶湯をそれぞれ第３表に示す温度に保持して均質化させた。その後、それぞれ第３表に示す鋳造温度に冷却し、各々の鋳型中に約８５０ｋｇの溶湯を注入した。注入が終了した後、第３表に示すように、あるものはトップヒーティングを実施し、あるものはトップヒーティングを実施せず、そのまま放置冷却した。トップヒーティングの後に、第３表に示すように、あるものは放置冷却して鋳塊を得、あるものはトップヒーティング後の鋳型中の亜鉛合金の上面が凝固し始めた時に上面を水冷して鋳塊を得た。
【００２３】
得られた各々の鋳塊の外観及び切断面を観察し、鋳塊性状や組織の差異から溶湯の均質性を調べた。その結果を、均質な場合には○、不均質な場合には×として第３表に示した。また、鋳塊の割れ、巣の有無、鋳塊上面の凹みの相対的な大きさ並びに総合評価凸を実施例１と同じ基準で調べた。それらの結果は第３表に示す通りであった。
【００２４】
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【００２５】
【表１】
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【００２６】
第３表のデータから明らかなように、比較例５及び８の場合のように、溶湯の均質化温度が溶湯の凝固開始温度よりも８５℃以上高い温度になっていない場合には、溶湯の均質性が得られないために鋳塊ごと或いは鋳塊内部の部分ごとでとなりやすく、溶融めっき用合金鋳塊として適さない。比較例６の場合のように、トップヒーティングを実施せずにそのまま放置冷却すると鋳塊に割れや巣が発生し、凹みも相対的に大きくなるので好ましくない。比較例７の場合のように、溶湯の凝固開始温度よりも６５℃以上高い温度で鋳造した場合には、トップヒーティングの後に放置冷却すると割れが発生し、凹みも相対的に大きくなるので好ましくない。
【００２７】
これに対し、本発明の製造方法である本発明例３〜９の場合には、亜鉛合金鋳塊は割れも、巣もないので、鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入して使用することができ、また凹みも比較的小さいので、安定に積み上げることができるものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の亜鉛合金鋳塊の製造方法により、割れや巣がなくて、鋼板用溶融めっき浴中に安全に追加投入して使用することができる亜鉛合金鋳塊が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明例１で得られた鋳塊の切断面の写真である。
【図２】  本発明例２で得られた鋳塊の切断面の写真である。
【図３】  比較例２で得られた鋳塊の切断面の写真である。
【図４】  比較例３で得られた鋳塊の切断面の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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