溶融亜鉛めっき鋼板の概要と使い方

溶融亜鉛めっき鋼板とは何か、どのように作られるのか

溶融亜鉛めっき鋼板（HDG 鋼板または単に GI シート（亜鉛めっき鉄板）と略称されることも多い）は、約 450°C ～ 460°C の温度の溶融亜鉛浴に浸漬することによって亜鉛の層でコーティングされた冷間圧延または熱間圧延鋼板です。この冶金学的結合プロセスにより、鋼表面の上に単に塗布されるだけでなく、実際に分子レベルで表面と一体化したコーティングが作成され、鋼の基材と外側の純粋な亜鉛表面の間に一連の亜鉛-鉄合金層が形成されます。その結果、塗料や電気メッキされた亜鉛よりもはるかに強力に付着し、耐用年数が延びるまで優れた耐腐食性を提供する保護コーティングが得られます。

鋼板とコイルに使用される連続溶融亜鉛めっきプロセスは、高度に制御された工業作業です。スチールストリップはまず、アルカリ脱脂、酸洗い、フラックス処理を通じて徹底的に洗浄され、亜鉛の適切な付着を妨げるミルスケール、錆、油、その他の表面汚染物質が除去されます。次に、洗浄されたストリップは溶融亜鉛浴を連続的に通過し、浸漬時間とストリップ速度によって堆積する亜鉛の量が制御されます。浴から出た後、コーティングされたストリップはエアナイフ（両側の加圧エアジェット）を通過し、余分な溶融亜鉛を吹き飛ばし、最終的なコーティングの厚さを正確に制御します。その後、ストリップは冷却され、検査され、発送用にコイル状に巻かれるかシートに切断されます。入口から出口までのシーケンス全体が高度な自動化によって管理され、製造されるすべてのコイルの幅と長さ全体にわたるコーティングの一貫性が保証されます。

亜鉛コーティングの性能の背後にある冶金学

理由を理解する hot-dip galvanized steel sheet 腐食環境で非常に優れた性能を発揮するには、コーティングの微細構造で何が起こっているかを簡単に確認する必要があります。 HDG 鋼板上の亜鉛コーティングは単一の均一な層ではなく、亜鉛めっきプロセス中に形成され、それぞれの亜鉛と鉄の含有量が異なるいくつかの異なる金属間化合物層からなる層状構造です。

溶融亜鉛めっきの一般的な層順序は、鋼基材から外側に向かって、ガンマ層（鋼に最も近く、約 75% の亜鉛を含む）、デルタ層（適度に硬い柱状結晶）、ゼータ層（より硬い柱状結晶）、およびイータ層（最も外側の純亜鉛表面層）で構成されます。内側の合金層は硬度と冶金的結合を提供し、外側の亜鉛層は主な腐食保護を提供します。連続亜鉛めっき鋼板では、冷却速度を制御することで合金層が比較的薄く保たれ、成形や製造に必要なコーティングの延性が維持されます。これは、より厚い合金層が形成され、コーティングはより硬くなりますが、成形性が低下するバッチ式溶融亜鉛めっき (組み立てられた構造コンポーネントに使用される) とは対照的です。

亜鉛は、同時に動作する 2 つのメカニズムによって下地の鋼を保護します。まず、物理的なバリアとして機能し、腐食反応を引き起こす水分や酸素から鋼を隔離します。第二に、そして重要なことに、亜鉛は電気（陰極）保護を提供します。亜鉛は鉄よりも電気化学的に活性であるため、腐食環境で両方の金属が電気的に接触すると優先的に腐食し、鋼を保護するために自らを犠牲にします。この陰極防食効果は、露出した領域が周囲の亜鉛表面に対して大きすぎない限り、むき出しの鋼の小さな領域（傷、切り口、小さなコーティングの損傷）であっても、すぐに錆びるのではなく、周囲の亜鉛コーティングによって保護されることを意味します。

亜鉛めっきの厚さの指定と規格

めっきの厚さは、溶融亜鉛めっき鋼板の腐食寿命を決定する主な変数です。亜鉛コーティングを厚くすると保護期間が長くなりますが、材料コストが増加し、成形性に影響を与える可能性があります。国際規格および地域規格では、単位面積あたりのコーティング質量 (g/m²) または最小コーティング厚さ (μm) の観点からコーティング厚さの要件が指定されており、製品はさまざまな用途環境に合わせてさまざまな指定で入手できます。

欧州規格 EN 10346

EN 10346 は、連続溶融めっき塗装鋼板製品の主要な欧州規格であり、両面の合計のコーティング質量に基づくコーティング指定システムを使用しています。一般的な名称には、Z100 (合計 100 g/m2、片面約 7 μm)、Z140 (140 g/m2、片面約 10 μm)、Z200 (200 g/m2、片面約 14 μm)、Z275 (275 g/m2、片面約 20 μm)、および Z350 (350 g/m2、片面約 14 μm) が含まれます。片面あたり25μm）。 Z275 の指定は、建設および一般エンジニアリング用途で最も広く指定されており、腐食寿命と成形性の間の実用的なバランスを提供します。 Z350 以降の指定は、より要求の厳しい環境や、追加のコーティングや塗装なしで耐用年数の延長が必要な場合に使用されます。

ASTM Standards (North America)

北米では、溶融亜鉛めっき鋼板は主に ASTM A653/A653M に基づいて指定されており、G30、G60、G90、G115、G140、G165、G185、G210、G235 などのコーティング指定が使用されます。ここで、数値は 1 平方メートルあたりのグラム数で総コーティング重量を表します (概算)。 G90 (90 g/m²) は、建設用途で最も一般的な汎用の指定です。 G60 は、最小限の腐食保護で十分であり、最大限の成形性が必要な場合に使用されます。 G185 以上の指定は、要求の厳しい屋外の構造用途や農業用途に使用されます。

その他の地域標準

日本工業規格 JIS G 3302 (商用品質の SGCC、図面品質の SGCD) および中国の国家規格 GB/T 2518 は、アジア太平洋市場で広く参照されています。 ISO 3575 と ISO 4998 は、それぞれ商用品質と構造品質の HDG シートに関する国際規格を提供します。命名規則は異なりますが、コーティングの厚さの原則と亜鉛の冶金法はすべての主要な規格で一貫しており、コーティングの重量に相当するものを使用することで規格間の相互参照が一般に簡単です。

Common Coating Designations Compared

以下の表は、主な規格全体で最も一般的に指定されている溶融亜鉛めっき鋼板のコーティング指定を比較したもので、おおよその同等のコーティング重量と一般的な使用環境を示しています。

Mechanical Properties and Steel Grade Options

溶融亜鉛めっき鋼板は、構造、成形、絞りの用途に適したさまざまな機械的特性プロファイルを提供するさまざまな鋼基材グレードで入手可能です。亜鉛めっきプロセスは、通常の連続亜鉛めっき条件下では鋼基材の機械的特性を大きく変えることはないため、鋼グレードは亜鉛コーティングの指定とは独立して選択できます。

Commercial Quality and Drawing Grades

商用品質 (CQ) 亜鉛めっきシート (EN 10346 では DX51D または ASTM A653 では CS Type B と指定) は、曲げ、適度な成形、ロール成形、および厳しい絞り加工を含まない一般的な製造を目的としたベースライン グレードです。通常、厚さに応じて最小降伏強度は約 140 ～ 300 MPa で、屋根板、外装パネル、ダクト、および一般的な板金コンポーネントに最も広く使用され、コスト効率の高いグレードです。絞り品質 (EN の DQ、DX52D/DX53D、または ASTM の DS) および深絞り品質 (DDQ、DX54D、または DDS) グレードは、降伏強度が徐々に低くなり、伸びが高く、成形性が向上するため、プレス部品、打ち抜き部品、および引き裂きや過度の薄肉化のない深絞りが必要な用途に適しています。

構造用鋼グレード

構造グレードの溶融亜鉛めっき鋼板（EN 10346 に基づく S220GD、S250GD、S280GD、S320GD、S350GD、および S550GD）は、220 MPa ～ 550 MPa の規定の最小降伏強度を備え、母屋、構造屋根のプロファイル、床デッキ、フレーム システム、そしてラック構造。高強度構造グレード (S350GD 以上) により、より薄いゲージの材料でも同等の荷重を支えることができ、構造用途における鋼の総トン数が削減されます。鋼材のグレード、厚さ、および亜鉛コーティングの特定の組み合わせは、用途の要件に適合する必要があります。構造用母屋と装飾的な外装パネルは、両方ともベース材料として亜鉛メッキ鋼板を使用する場合でも、要件が大きく異なります。

溶融亜鉛めっき鋼板の表面仕上げオプション

溶融亜鉛めっき鋼板には、外観、塗装適性、および亜鉛めっき浴後に亜鉛が凝固するときに形成される特徴的な結晶表面パターンであるスパングルの視認性に影響を与えるいくつかの表面仕上げオプションが用意されています。外観や下流の塗装が関係する用途に亜鉛メッキ板を指定する場合、これらのオプションを理解することが重要です。

• 通常のスパンコール: 標準的な仕上げで、表面全体に不規則なサイズの亜鉛結晶パターンが見えます。スパングルの外観は、亜鉛浴の化学的性質と冷却速度によって異なります。通常のスパングルは、外観が性能よりも重要なほとんどの構造用途および産業用途に受け入れられます。
• 最小化されたスパンコール: 少量のアルミニウム、アンチモン、またはその他の核剤を亜鉛浴に添加することによって達成され、非常に細かい、ほとんど目に見えないスパングルが生成されます。表面はより均一に見えるため、自動車部品、電化製品、塗装済み建築パネルなど、シートが塗装され、滑らかで一貫した外観が必要とされる用途に適しています。
• スキンパスド（テンパーロール）仕上げ： 亜鉛メッキ後、シートは非常に軽い圧下（通常 0.5 ～ 2%）で調質圧延機に通され、表面の凹凸が滑らかになり、リューダース ライン（後続の成形中に現れるストレッチャーの歪みマーク）が抑制され、表面の平坦度が向上します。スキンパス HDG シートは、塗装後の表面品質が重要な自動車および家電用途の標準仕様です。
• 不動態化と給油： 輸送中や保管中の濡れた保管による汚れ（白錆）を防ぐために、ほとんどの亜鉛メッキ板には薄い不動態化処理（通常はクロム酸塩ベースまたはRoHS準拠のクロムフリー）および/または軽い防錆油膜が施されています。これらの表面処理は除去するか、その後の塗装または接着作業で考慮する必要があります。

製造上の考慮事項: 切断、成形、溶接、塗装

溶融亜鉛めっき鋼板は、ほとんどの標準的な金属加工プロセスを使用して製造できますが、亜鉛コーティングには、良好な結果を達成し、コーティングの完全性を維持するために、生産計画で考慮すべきいくつかの特別な考慮事項が導入されています。

切断とせん断

標準装備により亜鉛メッキ板のシャーリング、プラズマカット、レーザーカット、ウォータージェットカットが可能です。切断端はコーティングされていない裸の鋼です。亜鉛コーティングの陰極防食により小さな切断端が保護されますが、腐食環境の端の場合は、最適な保護のために亜鉛を豊富に含む塗料または冷間亜鉛メッキ化合物で切断端をシーリングすることをお勧めします。亜鉛コーティングは、同じ基材硬度のコーティングされていない鋼と比較して、切削工具の摩耗に大きな影響を与えません。

曲げ加工とロールフォーミング

市販の絞り品質の HDG 鋼板は、コーティングの厚さに適した最小曲げ半径が守られていれば、亜鉛コーティングに亀裂を入れることなくよく曲がります。曲げ半径が非常に小さい場合、特にコーティング重量が大きい場合、外側の曲げ半径で亜鉛コーティングに亀裂が入り、コーティングされていないラインが形成され、使用中に優先的に腐食する可能性があります。 EN 10346 では、各コーティング指定および鋼グレードの最小曲げ試験要件を指定しており、これらは用途の曲げ要件に対して検証される必要があります。屋根材および外壁材のロール成形は亜鉛メッキ鋼板の主な最終用途であり、標準的な商用品質グレードは高速ロール成形ラインで優れた性能を発揮します。

溶接

溶接 galvanized steel requires precautions not necessary with uncoated steel. The zinc coating vaporizes at temperatures reached during welding, producing zinc oxide fumes that are a serious health hazard — ventilation or respiratory protection is mandatory when welding galvanized sheet. MIG/MAG welding is the most common process, requiring higher wire feed and heat input adjustments compared to bare steel to overcome the vaporization of zinc at the weld zone. Resistance spot welding can be performed but electrode wear is accelerated by zinc, requiring more frequent electrode dressing. Post-weld touch-up of damaged zinc in and around the weld area with cold galvanizing compound or zinc-rich primer restores corrosion protection at the weld zone.

塗装および表面前処理

亜鉛メッキ鋼板は塗装によく馴染みますが、密着性のためには下地処理が重要です。新しい亜鉛めっき鋼板は、滑らかで低エネルギーの亜鉛表面を備えており、トップコートを塗布する前に、化学的前処理 (リン酸塩処理、T ウォッシュ、またはクロメート化成コーティング) または亜鉛の接着用に特別に配合されたプライマーのいずれかが必要です。適切な前処理を行わずに、裸の亜鉛メッキ鋼板に標準塗料を直接塗布しようとすると、使用中に塗料の層間剥離が発生する一般的な原因となります。塗装済み亜鉛メッキ鋼板 (PPGI またはコイルコーティング鋼板とも呼ばれます) は、工場設定で亜鉛メッキコイルに塗料システムが塗布されるもので、現場で塗装するよりも優れた安定した塗料の密着性を実現し、建物の外装材、屋根材、家庭用電化製品に広く使用されています。

腐食性能と予想耐用年数

溶融亜鉛めっき鋼板の耐用年数は、主に亜鉛めっきの厚さと暴露環境の腐食性に依存します。 ISO 9223 では、大気腐食性を C1 (非常に低い - 乾燥した屋内環境) から C5 (非常に高い - 工業環境または沿岸海洋環境) までの 5 つのカテゴリに分類しており、各カテゴリの公開されている亜鉛腐食速度データにより、任意のコーティング重量に対する耐用年数を推定できます。

実際的なガイドとして、Z275 (合計 275 g/m²) コーティング (片面あたり 20 μm) の最初のメンテナンスまでの時間 (表面の 5% に錆が見られるまでの時間として定義) は、C2 の低腐食性の郊外環境では約 34 年、C3 中腐食性の都市または軽工業環境では 14 年、C4 の高腐食性の工業環境または沿岸環境では 7 年です。コーティングが厚くなると、これらの期間も比例して延長されます。完全に保護された屋内環境 (C1) では、亜鉛メッキ鋼板は実際の製品寿命内で事実上腐食しません。これらの数値は裸の亜鉛メッキ鋼板のものです。 PPGI などの追加の塗料または有機コーティング システムは、亜鉛上にバリア層を提供することにより、すべての腐食カテゴリーで耐用年数を大幅に延長します。

白錆（湿った換気の悪い保管条件で新しい亜鉛メッキ鋼板に形成される白い粉状の水酸化亜鉛の腐食生成物）は、外観上の一般的な懸念事項ですが、発生して早期に停止した場合は、通常、構造に損傷を与えることはありません。亜鉛表面は、通常の大気暴露で時間の経過とともに自然に炭酸亜鉛（緻密で安定した緑青）に変化し、実際に新たに亜鉛メッキされた亜鉛よりも優れた長期耐食性をもたらします。輸送中または保管中に発生した白錆は、重要な用途で使用する前にコーティングの損失を評価する必要があります。

溶融亜鉛めっき鋼板の主な用途

HDG 鋼板は、世界中で最も広く使用されている工業用材料の 1 つであり、用途は建築、製造、農業、輸送、消費者製品に及びます。構造性能、耐食性、成形性、費用対効果の組み合わせは、対象用途において他の代替材料と一致するのが困難です。

• 屋根と壁の外装: 波形および異形亜鉛メッキ鋼板の屋根および被覆シートは、低コスト、迅速な施工、耐久性、軽量のため、世界の多くの地域で主流の屋根材です。裸亜鉛メッキとして、および塗装済み (PPGI) コイル塗装屋根製品の下地として使用されます。
• 構造フレームと母屋: 構造グレードの亜鉛メッキ鋼板からロール成形された冷間成形構造セクション (C セクション、Z セクション、シグマ プロファイル) は、鉄骨建物の母屋、ガート、および二次フレームとして使用され、屋根および被覆システム用の軽量構造フレームを提供します。
• HVAC ダクト工事: 亜鉛メッキ板金は、暖房、換気、空調システムにおける長方形およびらせん状のダクトの標準的な材料です。亜鉛コーティングは、一般的な屋内 HVAC 環境に適切な腐食保護を提供する一方、シートの成形性により、複雑なダクト形状や継手の製造が可能になります。
• 自動車部品: スパングルを最小限に抑えたスキンパス HDG 鋼板は、自動車のボディパネル、アンダーボディ部品、構造部品に広く使用されており、目に見える塗装パネルに必要な表面品質を維持しながら、最新の車両保証に必要な腐食保護を提供します。
• 家庭用電化製品: 洗濯機のドラム、冷蔵庫のライナー、食器洗い機の部品、オーブンのキャビティは、耐食性、衛生的な表面、家電製品の製造に使用されるエナメルやパウダーコート仕上げとの適合性を利用して、亜鉛メッキ鋼板から製造されるのが一般的です。
• 農業用建物および設備: 農場の建物、穀物サイロ、動物小屋、および農業機器の筐体には、塗装や頻繁なメンテナンスを必要とせず、動物の排泄物、肥料、屋外暴露によって生じる腐食環境に対する耐性を備えた亜鉛メッキシートが使用されています。
• ケーブル管理と電気エンクロージャ: 亜鉛メッキシートから製造されたケーブル トレイ、電線管、電気パネル エンクロージャ、配電ボックスは、産業および屋外環境の電気インフラストラクチャに耐久性と耐食性のハウジングを提供します。

溶融亜鉛めっき鋼板の指定・購入方法

溶融亜鉛めっき鋼板を正しく指定することで、用途の要件を満たす材料を確実に入手でき、コストのかかる仕様ミスを回避できます。完全な仕様では、次のパラメータを明確に定義する必要があります。

• 標準: 該当する製品規格 (EN 10346、ASTM A653、JIS G 3302、または同等のもの) を記載して、試験方法、公差、認証要件を含む全体的な品質フレームワークを定義します。
• 鋼種: 用途に適した鋼基材のグレードを指定します。一般的な成形には商用品質、より深く絞り加工された部品には絞り品質、耐荷重用途には構造グレード (降伏強度が最小) などです。
• 亜鉛コーティングの指定: 使用環境の腐食性や要求される寿命に合わせてめっき付着量指定（Z275、G90など）をご指定ください。
• 厚さと寸法公差: 規格で定義されている必要な公称厚さと、幅、長さ、厚さ、平面度、反りの適用可能な寸法公差を記載します。
• 表面仕上げ: 下流のプロセスと外観の要件に応じて、通常のスパングル、最小限のスパングル、またはスキンパス仕上げを指定します。
• 表面処理: 輸送中および保管中の腐食保護のための不動態化 (RoHS 準拠で必要な場合はクロムフリー) および注油要件を指定するか、材料を受領後すぐに接着または塗装する場合は注油がないことを確認します。
• ミルテスト証明書: 供給された材料がテストされ、指定された要件を満たしていることを、コーティング重量、機械的特性、および化学組成の実測値とともに確認するミルテスト証明書 (ほとんどの産業用途では EN 10204 タイプ 3.1) が常に必要です。