CN105659073B - 合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置及合金化热浸镀锌钢板制造生产线 - Google Patents

Abstract

一种合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置具备：向在搬送生产线上移动的合金化热浸镀锌钢板照射X射线的X射线球管；将从X射线球管发出的X射线作为平行光束对合金化热浸镀锌钢板进行照射、衍射的光学系统；以及用于测定经衍射的X射线的强度、且被设置于检测晶格面间隔d相当于以上的衍射X射线的位置的检测器，其中，X射线的出射光束亮度设定为20W/mm²以上，光学系统中的X射线的宽度方向增益设定为0.15以上。晶格面间隔d也可以为此外，来自X射线球管的入射X射线的能量也可以比Fe‑Kα的荧光X射线激发能小。

Description

合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置及合金化热 浸镀锌钢板制造生产线

技术领域

本发明涉及合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置及合金化热浸镀锌钢板制造生产线。

背景技术

合金化热浸镀锌钢板在世界各地被广泛用作汽车用钢板。作为对合金化热浸镀锌钢板所要求的品质特性，有耐蚀性、涂装性、焊接性、压制成型时的抗粉化性、及抗剥落性等。合金化热浸镀锌钢板的构成镀覆层的Fe-Zn相中包含ζ相、δ₁相、Γ·Γ₁相。上述特性中的特别是以抗粉化性及抗剥落性为代表的压制成型性被ζ相、Γ·Γ₁相的产量所左右。Γ·Γ₁相越少，抗粉化性越良好，ζ相越少，抗剥落性越良好。因此，为了得到良好的压制成型性，需要δ₁相主体的镀覆层。

为了使镀覆层为δ₁相主体，需要根据钢材成分来对镀浴组成(浴中Al浓度)、镀浴的浴温、钢材的加热及冷却条件进行优化。浴中Al浓度和浴温通常保持为固定范围，在此基础上根据钢材的合金化速度来确定认为是最合适的加热、冷却方式从而进行操作。但是，实际上，例如根据热轧等上游工序(镀覆之前的工序)中的操作条件，即便是相同的钢种对于每一卷材，进而即便是在相同的卷材内，根据各部位实际受到的工序条件的不同，每个部位合金化速度有时也会发生变化。因此，操作者每一次都要一边通过目测来确认合金化的程度一边对加热、冷却条件进行微调。其结果是，得到了怎样的合金相、以及抗粉化性及抗剥落性是否良好是在钢板通过后离线对卷材的代表部位(通常为前部和/或尾部)进行试验及分析来确认的。

但是，这样的以离线的试验及分析来确认镀覆品质的方法不可能迅速地对操作条件进行反馈。因此，例如在钢种变化而合金化速度发生了变化的情况下，存在成品率下降的危险性。此外，例如根据热轧的卷取条件等的不同，还存在卷材的前部比中部的合金化慢的情况，此时若使合金化条件与前部一样来进行操作，则中部会变为过合金，甚至还可以预想到在卷材的大部分粉化都变得明显等状况。

为了预先防止这些不良情况，遍及卷材全长的精度高的在线测定是有效的。以该目的而实施的技术是在线X射线衍射法。X射线衍射法是利用对晶体照射X射线时所发生的衍射现象对镀覆层中的结晶相进行定性、定量评价的方法。将其用于在线测定时，例如需要选择衍射X射线强度与结晶相的厚度的相关良好的衍射X射线。进而，为了得到高的测定精度，需要从实用的衍射角范围中选择强度大的衍射X射线。

专利文献1及2中，作为实用的衍射角(2θ)范围，公开了2θ>80°(作为X射线球管使用了Cr球管时，晶格面间隔：)为钢板的抖动、来自钢板的热的影响及入射X射线强度变动的影响小的范围。作为满足上述条件的晶格面间隔，一直以来大多使用的是如例如专利文献2～5中也记载的那样，ζ相为(Cr球管时的2θ＝130°)，δ₁相为(Cr球管时的2θ＝127°)，Γ·Γ₁相为(Cr球管时的2θ＝139°)。

然而，现有技术的在线X射线衍射法对于遍及卷材全长地进行精度高的在线测定并将结果迅速地反馈给操作条件从而预先防止过合金或未合金来说绝对不能说是充分的。其最大的理由是因为：一直以来使用的ζ相、δ₁相、及Γ·Γ₁相的各相所显示的三个衍射X射线峰彼此邻接，并且存在于有高且不平坦的背景的区域中。现有技术重视钢板的抖动、来自钢板的热的影响及入射X射线强度变动的影响小的范围即2θ>80°这一制约条件和利用三相(ζ相、δ₁相、Γ·Γ₁相)的衍射X射线邻接的同时测定这一条件。其结果是，对于达成以良好的精度测定各相的厚度这一本来目的而言，可以说是极不充分的。

此外，最近，为了制造生产线的生产率提高、竞争力强化，开展了合金化热浸镀锌钢板的制造生产线的高速化。为了在高速化的制造生产线中在线判定合金化热浸镀锌钢板的镀覆密合性，需要缩短镀覆密合性判定所需要的分析时间。为了显著地判定镀覆密合性良好的钢板与镀覆密合性差的钢板的差异，必须在两者的测定值之间具有测定不均的3倍(3σ)以上的显著性差异。

判定所需要的分析时间越长，在从判定开始到完成为止的期间通过的钢板长度越长，若制造生产线高速化，则为了判定所需要的钢板长度进一步变长。若其变得过长，则遍及卷材全长的品质保证变得困难，此外对操作条件的迅速的反馈也变难。为了能够在更短时间内测定，需要信号的强度、S/N比的改善。此外，由于伴随着高速化而钢板振动变大，所以比以往更迫切需要缓和由钢板振动造成的对信号的影响。

专利文献6中公开了减轻由钢板振动造成的影响的技术。专利文献6中，通过使入射X射线光束入射到多层膜反射镜而使其平行化。其结果是，通过向钢板表面的镀覆层照射入射X射线光束而产生的衍射X射线也被平行化，因而具有即便在通过钢板的振动而导致X射线的衍射位置与检测系统的距离发生变动这样的情况下所检测的衍射X射线的强度也稳定这样的优点。

关于多层膜反射镜的效果，在非专利文献1中也有记载。为了使从实验室的X射线源发出的发散光束高效地平行化，公开了使用了多层膜反射镜和平行狭缝的例子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭52-21887号公报

专利文献2：日本特开平5-45305号公报

专利文献3：日本特开平9-33455号公报

专利文献4：日本特开平7-260715号公报

专利文献5：日本特开平4-110644号公报

专利文献6：日本特开2002-168811号公报

非专利文献

非专利文献1：“X線分析の進歩31(X射线分析的进步31)”、P11～27、2000年、Ange技术中心发行

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题是提供能够追随今后的制造生产线的高速化的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置及合金化热浸镀锌钢板制造生产线。

用于解决技术问题的方法

本发明人们着眼于在衍射角度2θ为低角侧的范围内背景强度低且平坦(接近水平)，反复进行了深入研究。其结果是发现：在晶格面间隔d相当于以上的低角侧，存在多个各相单独的衍射X射线峰。对于这些峰的定量性反复进行了研究，结果实现了对定量性优异、且背景强度低的与各相分别对应的峰进行鉴定。此外发现，通过使用由它们中的晶格面间隔d相当于的衍射X射线的强度减去背景强度而得到的值，能够以良好的精度测定对合金化热浸镀锌钢板的镀覆密合性产生影响的Γ·Γ₁相的厚度。

继而，本发明人们进行了实机化的研究。为了适用于钢板的钢板通过速度高的制造生产线，需要解决钢板通过时的钢板的振动的问题。为了减轻钢板振动的影响，在应该使用平行光束光学系统作为光学系统的想法的基础上，对于在平行光束光学系统中以良好的感度检测晶格面间隔d相当于以上的Fe-Zn相低角峰的方法，反复进行了深入研究。其结果是发现，首先在X射线球管的规格中，输出功率、焦点尺寸、取出角度及取出方法的选择对于提高感度很重要。接着，对于用于将从X射线球管出来的光束对试样进行照射进而高效地引导至检测器的光学系统规格进行了研究。其结果是发现，特别是通过适当地设定入射光学系统中的捕捉角度(Capture angle)和反射率，能够提高检测效率。因此，本发明人们使这些参数发生变化并反复进行了系统性实验，结果发现，在以平行光束光学系统为前提的情况下，通过以“出射光束亮度”及“宽度方向增益”这两个参数高于特定的下限值的方式进行X射线球管及光学系统的设计，能够以良好的感度检测目标衍射峰。因此，本发明人们制作了满足上述的条件的在线X射线衍射装置，并设置于处于连续热浸镀锌生产线的合金化炉以后且卷材卷取之前的中间、且板厚变动与钢板振动之和达到±3mm以内的位置，结果发现在实际中能够在短时间以良好的精度进行合金化热浸镀锌的在线密合性判定，从而完成本发明。

本发明为基于上述见解而进行的，其主旨如下。

(1)即，本发明的一个方案的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置具备：向在搬送生产线上移动的合金化热浸镀锌钢板照射X射线的X射线球管；使从上述X射线球管发出的X射线作为平行光束对上述合金化热浸镀锌钢板进行照射、衍射的光学系统；以及用于测定经衍射的上述X射线的强度、且设置于检测晶格面间隔d相当于以上的衍射X射线的位置的检测器，其中，上述X射线的出射光束亮度设定为20W/mm²以上，上述光学系统中的上述X射线的宽度方向增益设定为0.15以上。

(2)根据上述(1)所述的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，其中，上述检测器也可以设置于检测晶格面间隔d相当于的上述衍射X射线的衍射角的位置。

(3)根据上述(1)或(2)所述的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，其中，作为上述X射线球管，可以使用入射到上述合金化热浸镀锌钢板的X射线的能量比Fe-Kα的荧光X射线激发能小的X射线球管。

(4)此外，本发明的一个方案的合金化热浸镀锌钢板制造生产线是将上述(1)～(3)所述的在线镀覆密合性判定装置设置于处于合金化炉以后且卷材卷取之前的中间、且板厚变动与钢板振动之和达到±3mm以内的位置。

发明效果

通过适用本发明的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，能够在短时间进行密合性的好坏的判定，所以即便是在今后制造生产线中的钢板的钢板通过速度高速化的情况下，也可以遍及卷材全长地进行精度高的在线测定。此外，能够将其结果迅速地反馈给操作条件，从而预先防止过合金或未合金。其结果是，即便是在高速钢板通过时，也能够很大程度上有助于成品率提高和品质保证，能够以低成本对客户稳定地供给镀覆品质优异的合金化热浸镀锌钢板。

附图说明

图1是说明作为本发明的实施方式的在线镀覆密合性判定装置中的X射线球管的焦点尺寸、取出角度、取出方法及实焦点尺寸的示意图。

图2是表示作为本发明的实施方式的在线镀覆密合性判定装置的主要部分的示意图。

图3A是使用梭拉狭缝时的入射侧的光学系统配置图，(a)为侧视图，(b)为光束面图。

图3B是使用多层膜抛物面反射镜及梭拉狭缝时的入射侧的光学系统配置图，(a)为侧视图，(b)为光束面图。

图4是受光侧的光学系统配置图，(a)为侧视图，(b)为光束面图。

图5是表示梭拉狭缝的主要部分的俯视示意图。

图6是说明多层膜抛物面反射镜的功能的侧视示意图。

图7是表示本发明的在线镀覆密合性判定装置的一个例子的示意图。

图8是表示以往的在线镀覆密合性判定装置的示意图。

图9是表示作为本发明的实施方式的在线镀覆密合性判定装置中的出射光束亮度与宽度方向增益的关系的图，是将本发明例与比较例进行了对比的图表。

图10是表示作为本发明的实施方式的在线镀覆密合性判定装置中的钢板振动的影响的图表。

图11是调查以本发明的在线镀覆密合性判定装置测定的Γ相衍射线强度与离线的镀覆密合性试验结果的关系的结果。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置(以下有简称为本实施方式的判定装置的情况)及设置有本发明的一个实施方式的该装置的能够高速操作的合金化热浸镀锌钢板制造生产线(以下有简称为本实施方式的制造生产线的情况)进行详细说明。

本实施方式的判定装置是测定合金化热浸镀锌钢板的Fe-Zn合金相中包含的规定的相的厚度的测定装置，其具有对合金化热浸镀锌钢板照射X射线的X射线球管、从X射线球管至检测器为止的光学系统、和测定通过X射线照射得到的衍射X射线的强度的检测器。作为光学系统使用平行光束光学系统对合金化热浸镀锌钢板入射X射线并使其衍射。此外，检测器被设置于相当于检测晶格面间隔d相当于以上的衍射X射线的衍射角的位置。并且，X射线的出射光束亮度设定为20W/mm²以上，光学系统中的X射线的宽度方向增益设定为0.15以上。

以下，对于适用于本实施方式的判定装置的X射线衍射法进行说明。适用于本实施方式的判定装置的X射线衍射法是对多晶试样照射特征X射线来对特定的衍射角下的反射强度进行测定的方法，其被分类为德拜谢乐法。此外，能够适用于本实施方式的判定装置的X射线衍射装置由产生X射线光束的X射线球管、限制X射线光束的发散的各种狭缝、检测器、受光狭缝及计数记录装置等构成。

本实施方式中能够使用的X射线球管通过使电流在灯丝中流动而产生热电子，将该热电子以数十kV的高电压加速而使其与金属靶材碰撞，由此产生X射线，将所产生的X射线通过铍窗取出。X射线球管的金属靶材考虑由试样引起的X射线的吸收和测定精度来进行选择，使用Cu、Cr、Fe、Co、Mo、W等。其中，Cu、Cr、Co由于通用性优异而特别优选。产生的X射线除了作为目标的Kα线以外，还包含Kβ线、白色X射线成分，所以需要将这些成分除去而进行单色化。X射线光束的单色化是通过将由金属箔制造而成的Kβ滤波器插入到受光狭缝之前、或使用单色器来进行的。进而，也可以与波高分析器组合、或者采用基于X射线准直器的准直系统。

作为限制X射线光束的发散的狭缝，优选使用由用于抑制X射线光束的纵向的发散的梭拉狭缝和用于限制向试样的水平面内的发散角的发散狭缝构成的狭缝。通过向物质表面照射X射线光束而产生的衍射X射线经由受光狭缝而被聚光，进一步经由梭拉狭缝和散射狭缝而被X射线检测器检测出来，从而测定其强度。

接着，对本实施方式更详细地进行叙述。

首先，对本实施方式的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置中利用的X射线球管进行说明。作为X射线球管，优选使用封入型X射线球管。作为X射线源，除了X射线球管以外，还有旋转对阴极式的X射线发生装置，其在输出功率高的方面是有利的，但由于在合金化热浸镀锌钢板制造生产线中使用的情况下，真空系统等的维持、管理繁杂，所以X射线球管较佳。作为封入型X射线球管，可以使用荧光X射线用球管、衍射X射线用球管中的任一种，但焦点尺寸小且高亮度的衍射X射线用球管更合适。将封入型X射线球管的例子示于表1中。荧光X射线用球管相对于衍射X射线用球管、焦点尺寸比较大，表1中No.1～3的球管相当于荧光X射线用球管。衍射X射线用球管相当于表1的No.4～15的球管。另外，表1中的焦点亮度是输出功率(W)除以焦点的面积(mm²)而得到的值。

表1

在本实施方式的X射线球管的规格中，除了输出功率以外，焦点尺寸、取出角度及取出方法的选择对于感度提高也很重要。图1中示出与衍射X射线用球管中的焦点尺寸、取出角度、取出方法、及取出后的实焦点尺寸的关系。如图1中所示的那样，在X射线球管的内部，具备灯丝10和从灯丝10离开地配置的金属靶材11。对灯丝10进行通电而使其产生热电子，通过使该热电子与金属靶材11进行碰撞而产生X射线。在金属靶材11上，形成作为热电子的碰撞区域的焦点12。焦点12的形状设定为与金属靶材11中的灯丝10的投影形状接近的形状，在图1中所示的例子中，设定为宽度方向的宽度为a(mm)且长度方向的长度为b(mm)的大致矩形状。从灯丝10向着金属靶材11画垂线，以相对于该垂线正交的平面作为基准时，取出角度m₁、m₂大概为6°。

取出角度m₁、m₂的倾斜方向如图1中所示的那样，有沿着焦点12的宽度方向倾斜的情况和沿着长度方向倾斜的情况。取出方法根据靶材的倾斜方向，有X射线光束的截面形状接近正方形的“点取出”和取出光束的截面形状为线状的“线取出”。根据取出方法的选择，实焦点尺寸不同。其中，实焦点尺寸是指刚射出到X射线球管的外部后的X射线光束的截面尺寸。

在对焦点12进行俯视的尺寸(以宽度×长度表示，以下同样)为a(mm)×b(mm)的情况下，若进行点取出，则如图1中所示的那样，通过X射线的取出方向沿着焦点的长度方向以取出角度m₁倾斜，从而焦点尺寸的长度方向的尺寸被压缩，取出后的实焦点尺寸13变成a(mm)×tan(m₁)·b(mm)。另一方面，若进行线取出，则如图1中所示的那样，通过X射线的取出方向沿着焦点的宽度方向以取出角度m₂倾斜，从而焦点尺寸的宽度方向的尺寸被压缩，取出后的实焦点尺寸14变成tan(m₂)·a(mm)×b(mm)。例如，在图1中若设焦点12的尺寸为1(mm)×10(mm)、设取出角度为6°，则点取出后的实焦点尺寸13变成1(mm)×1(mm)，线取出后的实焦点尺寸14变成0.1(mm)×10(mm)。

接着，对本实施方式的判定装置中的光学系统进行说明。在本实施方式的判定装置中，利用在在线测定时难以受到钢板振动的影响的平行光束光学系统。图2中示出平行光束光学系统的整体图。本实施方式的判定装置的光学系统由X射线源21、入射光学系统22、受光光学系统23和检测器24构成。

图2中所示的X射线源21使用上述的X射线球管。此外，在入射光学系统22中，从X射线源21侧起依次配置有出射狭缝22a、反射面的截面轮廓线形状设定为抛物线的多层膜反射镜22b、和入射侧的梭拉狭缝22c。此外，在梭拉狭缝22c中，设置有限制向梭拉狭缝22c入射X射线的入射扩展宽度的入侧开口部22c₁、和限制从梭拉狭缝22c出射X射线的出射扩展宽度的出侧开口部22c₂。进而，在梭拉狭缝22c与试样25之间配置有限制狭缝22d。另外，在本实施方式的判定装置中，也可以省略多层膜反射镜22b。进而，也可以使用分光晶体来代替多层膜反射镜22b。X射线的平行光束化也可以通过梭拉狭缝22c单独、或者多层膜反射镜22b及梭拉狭缝22c的组合、或者分光晶体单独、进而梭拉狭缝与分光晶体的组合等来实现。

在出射光学系统23中，配置有出射侧的梭拉狭缝23a。此外，在梭拉狭缝23a中，设置有限制向梭拉狭缝23a入射X射线的入射扩展宽度的入侧开口部23a₁、和限制从梭拉狭缝23a出射X射线的出射扩展宽度的出侧开口部23a₂。图2中，符号25为成为X射线衍射测定的试样的合金化热浸镀锌钢板。以下，对入射光学系统22及受光光学系统23进行详细说明。

将入射光学系统22的配置图示于图3A及图3B中。图3A是作为光学元件仅使用梭拉狭缝22c、且向其中入射点取出的X射线的例子。图3A(a)是从侧方看试样的侧视图，图3A(b)是从试样的上方对光束面垂直地看的图(光束面图)。梭拉狭缝22c是将薄的金属板以等间隔堆积而得到的，是限制入射X射线及衍射线的图3A(a)中的垂直方向的发散的光学元件。从图1中的焦点12产生的X射线通过入射侧的梭拉狭缝22c而抑制入射X射线的垂直方向发散即德拜环的重叠。由于X射线带有扩展地产生并以环状发散，所以若在想要利用的X射线部分的周围存在别的环状的X射线分布，则产生衍射线的位移(伞形效应)。梭拉狭缝22c以金属箔22c₃的间隔(t)和长度(L)来确定发散角(△)。将该关系示于图5中。若金属箔22c₃的间隔(t)窄，则在高度方向上入射X射线的视野受到限制而强度下降，但垂直方向的发散得到抑制，分辨率提高。

本实施方式中，通过算出照射到试样25上的X射线的宽度(试样照射宽度)及长度(试样照射长度)，并求出试样25上的出射光束亮度，从而设计X射线源21及光学系统的规格。因此，首先对于作为入射光学系统22的光学元件仅使用梭拉狭缝22c、并向其中入射点取出的X射线的情况，利用图3A来说明试样照射宽度和试样照射长度的算出方法。试样照射宽度S_c由出射光束宽度B_c、从梭拉狭缝的出口至试样为止的距离(以下称为试样距离)L、捕捉角度宽度方向α_c、及X射线相对于试样的入射角度θ通过以下的式(1)而算出。

S_c＝(B_c+L·tanα_c)/sinθ (1)

出射光束宽度B_c为通过光学元件的设计而确定的值，大概为1mm左右。在图3A中，是指通过梭拉狭缝22c的出侧开口部22c₂的X射线光束的宽度。试样距离L越短，可得到越高的信号强度，但是若考虑在合金化热浸镀锌钢板的在线测定中使用，则认为50mm～150mm左右是合适的。

捕捉角度是指相对于从焦点12向全部的方向发散的X射线中的被摄入光学元件中的部分的有效摄入角度。捕捉角度越大，被摄入光学元件中的X射线的量越多。捕捉角度宽度方向α_c是从侧面看光学系统时的摄入角度。在使用梭拉狭缝22c的情况下，为通过梭拉狭缝22c的X射线光束的扩展角度，α_c大概为0.1～0.6°的范围。X射线相对于试样25的入射角度θ通常被设定为衍射角的一半左右。

接着，如图3A(b)中所示的那样，试样照射长度S_L由X射线光束的实焦点长度X_L、测角半径R、及捕捉角度长度方向α_L通过以下的式(2)而算出。

S_L＝X_L+R·tanα_L (2)

实焦点长度X_L是图1中所示的取出后的实焦点13、14的截面长度。测角半径R是从实焦点13、14至试样25为止的距离。捕捉角度长度方向α_L是从试样的上方看光学系统时的摄入角度。在使用梭拉狭缝22c的情况下，为通过梭拉狭缝的X射线光束的扩展角度，α_L大概为3～8°的范围。

接着，图3B是作为光学元件使用梭拉狭缝22c和多层膜抛物面反射镜22b、并向其中入射线取出的X射线时的入射光学系统的配置图。图3B(a)是从侧方看试样的侧视图，图3B(b)是从试样的上方对光束面垂直地看的图(光束面图)。多层膜抛物面反射镜22b是晶格面间隔倾斜型抛物面反射镜，如图6中所示的那样，是以捕捉角度宽度方向α_c达到最大的方式使反射镜面为抛物面形状、且以不管在该形状的哪个位置均平行地进行布拉格反射的方式以晶格面间隔设置了倾斜的反射镜。详细情况在下述的参考文献中有说明。在使用多层膜反射镜的情况下，宽度方向表示从X射线源看的反射镜面长度方向。多层膜抛物面反射镜的捕捉角度宽度方向α_c的值大概为0.4～0.7的范围。另一方面，就平板多层膜反射镜而言，由于固定的晶格面间隔所以布拉格反射的条件确定。因此，平板多层膜反射镜的捕捉角度宽度方向α_c的值相当于反射镜的摇摆曲线宽度，其也由反射镜的设计值来确定，大概为0.05～0.10的范围。捕捉角度长度方向α_L表示光学系统中的长度方向的线源摄入，但其由梭拉狭缝出口的宽度来确定。

参考文献：構造性物(结构性物)Vol.10、No.1、P20～29、2004年、Ange技术中心发行

利用图3B对作为光学元件除了梭拉狭缝22c以外还使用多层膜抛物面反射镜22b、并向其中入射线取出的X射线时的试样照射宽度和试样照射长度的算出方法进行说明。试样照射宽度S_c由出射光束宽度B_c、试样距离L、X射线入射角度θ通过以下的式(3)而算出。

S_c＝(B_c+L·tanβ)/sinθ (3)

式(3)中的β是出射光束从梭拉狭缝22c出来后到达试样之前的期间的扩展角度，是通过多层膜抛物面反射镜22b的设计而确定的值。在表3的实施例中作为一般的值，使用0.05°。B_c是通过光学元件的设计而确定的值，大概为1mm左右。在图3B中，是指通过梭拉狭缝22c的出侧开口部22c₂的X射线光束的宽度。L及θ如图3A中说明的那样。

试样照射长度S_L由狭缝出口焦点长度X_Lo、试样距离L、及捕捉角度长度方向α_L通过以下的式(4)而算出。

S_L＝X_Lo+L·tanα_L (4)

在该图的情况下、狭缝出口焦点长度X_Lo与限制狭缝22d的狭缝长度相等。试样距离L、捕捉角度长度方向α_L如已经叙述的那样。

在本实施方式的判定装置中利用的衍射角是晶格面间隔d相当于以上的角度。将其示于表2中。另外，在本实施方式中，衍射角相当于晶格面间隔d意味着包含在±0.5°以内微调的范围。特别是在本实施方式中，优选采用与编号5、7、9、10、12、13及15的晶格面间隔d对应的衍射角度。就这些衍射角度而言，各衍射角度下的衍射强度与ζ相、δ₁相、Γ·Γ₁相等合金相的厚度的相关系数比较高，在能够以良好的精度评价镀覆层的密合性的方面是优选的衍射角度。

表2

接着，对受光光学系统23进行说明。将受光光学系统的配置例示于图4中。图4是作为光学元件使用梭拉狭缝23a的例子，图4(a)是从侧方看试样的侧视图，图4(b)是从试样的上方对光束面垂直地看的图(光束面图)。受光光学系统23中的梭拉狭缝23a的作用是提高分辨率。其原理如图5已经所示的那样。入射到检测器24的X射线光束的光束宽度R_c与光束高度R_L的积成为检测器24中的X射线光束的有效面积。为了即使钢板位置发生位移也摄入尽可能多的信号，有效面积越宽越有优势。

其次，作为能够在本实施方式的判定装置中使用的X射线检测器，例如可例示出以气体进行利用X射线的电离的比例计数管(PC：Proportional Counter)、对电离利用了固体的发光作用的闪烁计数管(SC：Scintillation Counter)、利用半导体元件进行的半导体检测器(SSD：Solid State Detector)等。比例计数管中有一边使气体流动一边使其动作的气体流动型和封入金属容器内的封入型。半导体检测器有一边以液氮进行冷却一边使用的Si(Li)型检测器、和通过电子冷却而不使用液氮的硅漂移型检测器(SDD：Silicon DriftDetector)等。与闪烁计数管相比、比例计数管的入射到检测器的X射线的辨别能力(能量分辨率)更优异，进而与它们相比、半导体检测器的入射到检测器的X射线的辨别能力(能量分辨率)更优异，但半导体检测器昂贵，制作大的元件较为困难，因而具有大的有效面积的元件在市场上几乎没有。闪烁计数管及比例计数管比较廉价，适合于衍射X射线分析的大小的元件能够比较容易地制作，所以在本实施方式中也适合。

在试样为热浸镀锌钢板的情况下，当入射X射线的能量比钢板的Fe-Kα荧光X射线的激发能高时，入射到检测器24的X射线变成入射X射线的衍射线和铁的荧光X射线这两者。铁的荧光X射线相对于衍射线作为噪音成分处理，会降低所得到的X射线的信息的准确性。因此，作为X射线的能量，若选择比Fe-Kα荧光X射线的激发能低的能量、例如Co-Kα，则能够抑制铁的荧光X射线的产生，其结果是，能够提高得到的X射线信息的准确性，在作为本实施方式的判定装置使用时适合。但是，这种情况下，由于Zn-Kα荧光X射线也不会被激发，所以无法与Zn附着量计的X射线源兼用。

本实施方式的判定装置通过以平行光束光学系统为前提，且以“出射光束亮度”及“宽度方向增益”这两个参数高于特定的下限值的方式进行X射线球管及光学系统的设计，从而能够以良好的感度检测目标衍射峰。因此，首先对“出射光束亮度”进行说明。

“出射光束亮度”是试样单位照射面积的X射线的亮度。算出该亮度的步骤如下。

1)求出有效焦点亮度。

2)进行捕捉(Capture)校正及反射率校正。

3)由上述校正和试样照射面积求出出射光束亮度。

有效焦点亮度是X射线输出功率除以实焦点面积而得到的值。实焦点面积由图1中说明的实焦点尺寸如以下那样求出。

a)点取出的情况：1/2(实焦点宽度)×1/2(实焦点长度)×π (5)

b)线取出的情况：实焦点宽度×实焦点长度 (6)

点取出时将实焦点进行椭圆近似，线取出时进行长方形近似而进行计算，从而得到接近实测值的值。

接着，考虑将实焦点每单位面积的X射线输出功率在宽度方向、长度方向上摄入多少而进行捕捉校正，此外将反射镜的反射利用了多少而进行反射率校正。校正式如下。

捕捉校正＝有效焦点亮度×捕捉角度宽度方向×捕捉角度长度方向 (7)

反射率校正＝捕捉校正×反射率宽度方向×反射率长度方向 (8)

捕捉校正是校正相对于有效焦点亮度(从X射线源发散的全部的X射线强度)以何种程度进行利用(宽度、长度的积)。反射率校正是宽度方向、长度方向的光学元件的反射率的积。

通过(8)式得到的校正值除以试样照射面积而得到的值为“出射光束亮度”。试样照射面积是图3A、图3B中说明的试样照射宽度S_c与试样照射长度S_L的积。出射光束亮度越大，则衍射线的信号强度越大，可得到感度良好的定量性优异的衍射峰。

接着，对“宽度方向增益”进行说明。宽度方向增益通过下式而算出。

宽度方向增益＝捕捉角度宽度方向×反射率宽度方向 (9)

宽度方向增益是表示在从X射线源看反射镜等光学元件的情况下在宽度方向上看到多少元件、并且利用了多少反射的指标。宽度方向增益越大，意味着越能够有效地利用光学元件，能够有效地摄入来自线源的X射线并进行平行化而使其反射，引导至对试样的照射。

在本实施方式的判定装置中，出射光束亮度优选为20W/mm²以上，更优选为50W/mm²以上，进一步优选为80W/mm²以上。若出射光束亮度为20W/mm²以上，则能够提高衍射强度，能够大幅地缩短判定所需要的时间。

此外，宽度方向增益优选为0.15以上，更优选为0.25以上，进一步优选为0.35以上。若宽度方向增益为0.15以上，则能够提高X射线的利用率，由此，能够提高衍射强度而大幅地缩短判定所需要的时间。

在将本实施方式的判定装置设置到合金化热浸镀锌钢板制造生产线中时，作为设置位置的范围，只要是从合金化完成以后到卷材卷取之前的范围内即可。此外，需要考虑板厚变动和钢板振动的影响。之后以实施例进行说明，但在装置性能上，只要试样的从基准位置的变动为±3mm以内，则在测定感度上没有问题。由于认为通常板厚变动幅度为3mm左右，所以优选设置于按照钢板振动幅度达到3mm以内的方式进行控制的场所。作为振动控制的方法，只要适用利用接触辊的支撑、向辊的卷绕、减振装置的设置等公知的方法即可。

本实施方式中，作为能够在光学系统中使用的光学元件，例示了梭拉狭缝及多层膜抛物面反射镜，但本发明并不限于此，可以适用反射面为平坦的平板型多层膜反射镜、LiF、热解石墨、Si或Ge等分光晶体等公知的光学元件。另外，像实施例B那样，在入射光学系统中使用分光晶体，在其后并用梭拉狭缝的情况下，试样照射宽度使用(1)式求出，试样照射长度使用(4)式求出。

以下，对于本实施方式的判定装置的具体例子，参照图7进行说明。

作为在线测定装置的代表例，以图7对检测Fe-Zn合金相中的Γ·Γ₁相的装置的具体的构成进行说明。

图7是使用了Co衍射球管作为X射线球管时的Γ·Γ₁相的在线测定装置的示意图。X射线的取出方式为线取出方式。图7中，省略了与狭缝或计数记录装置等有关的图示。该测定装置中，X射线的衍射角2θ设定为55.86°。若从X射线球管31向钢带32照射X射线，则产生具有不同衍射角的多个衍射X射线。其中，用检测器33测定Γ·Γ₁相的相当于晶格面间隔的衍射X射线的强度。用检测器34测定高角侧的背景强度。背景的测定角能够基于X射线衍射图案在由检测器33检测出的相当于的衍射X射线的附近适当地确定，例如能够采用从所着眼的衍射X射线偏离了0.5～15°左右的测定角。在实际使用上，优选在在线测定之前以离线的方式求出适合的背景的测定角。此外，在衍射X射线与背景的角度差为5°以下的情况下，由于配置检测器34在物理上较为困难，所以也可以使用衍射X射线用的检测器33，通过在衍射角的附近仅仅扫描规定的角度来求出背景。

通过使用上述的衍射X射线强度能够测定Γ·Γ₁相的量。Γ·Γ₁相的定量例如能够根据预先制作的校准曲线，将从衍射X射线强度减去背景强度而得到的值转化为相的量。

作为比较，将利用现有技术的高角侧Fe-Zn相峰测定装置的构成示于图8中。

图8中所示的判定装置是用于同时测定Fe-Zn合金相中包含的Γ·Γ₁相、δ₁相、ζ相这3相中的2相或3相的衍射X射线的在线测定装置。图中，符号41为以Cr作为靶材的荧光X射线球管。符号47为钢带。用检测器42检测Γ·Γ₁相的相当于的衍射X射线，用检测器43检测ζ相的相当于的衍射X射线，用检测器44检测δ₁相的相当于的衍射X射线。此外，用检测器45测定高角侧背景强度，用检测器46测定低角侧背景强度。

如以上说明的那样，根据本实施方式的判定装置，作为光学系统具备对合金化热浸镀锌钢板照射X射线的平行光束的光学系统，所以即便在搬送生产线上移动的合金化热浸镀锌钢板发生振动，X射线的入射角在光束内变得固定，所以能够使X射线的衍射角度固定，能够提高衍射X射线的检测感度。并且，由于出射光束亮度为20W/mm²以上，同时宽度方向增益为0.15以上，所以X射线的衍射强度提高，能够大幅地缩短判定所需要的时间。

此外，根据本实施方式的判定装置，通过检测器24被设置于检测晶格面间隔d相当于的衍射X射线的衍射角的位置，从而能够以良好的精度测量Γ·Γ₁相的厚度，能够以良好的精度判定镀覆层的密合性。进而，根据本实施方式的判定装置，作为X射线球管，通过使用入射到合金化热浸镀锌钢板中的X射线的能量比Fe-Kα的荧光X射线激发能小的X射线球管，从而能够提高Fe-Zn合金相中包含的Γ·Γ₁相、δ₁相、ζ相这三相的检测感度。

此外，根据本实施方式的制造生产线，通过将判定时间缩短了的上述的判定装置设置于处于合金化炉以后且卷材卷取之前的中间、且板厚变动与钢板振动之和达到±3mm以内的位置，即便是在合金化热浸镀锌钢板的钢板通过速度高速化的情况下，也能够缩短密合性的判定所需要的钢板长度，能够实现遍及卷材全长的品质保证，此外，对操作条件的迅速的反馈变得容易。

实施例

接着，使用实施例对本发明进行说明。

实施例1中，对于对通过使用平行光束光学系统，并以“出射光束亮度”及“宽度方向增益”发生变化的方式设计X射线球管及光学系统的规格，从而晶格面间隔d相当于以上的Fe-Zn相低角峰的强度怎样发生变化等在实验室内测定的结果进行说明。实施例2中，将本实施方式的判定装置设置于合金化热浸镀锌制造生产线中，对在线测定的结果进行说明。另外，本发明并不限定于以下的例子。

(实施例1)

作为供试钢板，准备以实际生产线制造的合金化热浸镀锌钢板的样品。Zn附着量为45g/m²，镀覆层中的Fe(％)为9.5％及10.5％。就离线的镀覆密合性判定而言，9.5％的样品为合格(A评价)，10.5％接近合格与否的界限，但为不合格(C评价)。利用这些，在实验室内进行表3A～表3D中所示的水准的测定。

对于X射线球管，使用了输出功率、焦点尺寸、取出方法不同、此外使用了Cr、Cu、Co作为金属靶材的荧光用或衍射用的封入型X射线球管。在衍射用X射线球管中取出角度均为6°。作为荧光用X射线球管，使用了靶材上的焦点尺寸为7mm×7.5mm、从灯丝的相对于电子线的靶材的倾斜角度为26°的X射线球管。此时，取出的X射线的有效焦点尺寸变成7mm×7mm。

对于入射光学系统的光学元件，使用了以下的组合的光学元件。与表3B中的符号一起示出光学元件的组合。

“－”仅梭拉狭缝

“A”梭拉狭缝及多层膜抛物面反射镜

“B”梭拉狭缝及热解石墨

“C”梭拉狭缝及平坦型多层膜反射镜

对于受光光学系统的光学元件，使用了梭拉狭缝。检测器使用以下检测器。与表3B中的符号一起示出检测器的种类。

“S-PC”封入型气体比例计数管

“SDD”半导体检测器

“SC”闪烁计数管

对于所得到的Fe-Zn相的衍射信号从以下的观点出发进行评价。

强度(cps)：

使用镀覆层中的Fe(％)为9.5％的钢板，求出由峰强度减去背景强度而得到的值作为强度。背景设为将峰两端连接的直线。测定时间为0.1秒。

判定时间(秒)：

将镀覆层的Fe(％)为9.5％的钢板与10.5％的钢板的强度进行比较，求出对于这两者的差异达到测定误差(理论标准偏差)的3倍所需要的测定时间。在测定Γ相的峰强度时，相当于密合性合格与否判定所需要的测定时间。

振动容许性(mm)：

使用镀覆层的Fe(％)为9.5％的钢板，一边使样品位置发生变动一边调查峰强度的变化，评价能够容许因振动而引起的位移到哪种程度。在图10中示出结果的例子。此时，判定为能够容许±3mm的振动。

将结果示于表3A～表3D中。在No.1～28中，本发明例以相对于比较例、宽度方向增益及出射光束亮度变高的方式来设计X射线球管、光学系统的规格。将该关系示于图9中。在此若将表3的信号特性进行比较，则本发明例与比较例相比，信号的强度高，判定时间短，且相对于振动具有±3mm的容许度。其结果是，通过高速钢板通过而测定时间缩短，即便振动加剧也能够没有问题地测定。即相对于高速操作的随动性高。

No.29～31是利用现有技术的高角侧Fe-Zn相峰的测定例。信号的强度高，也能够容许钢板振动，但各相的峰分离依然存在课题，无法正确地判定镀覆层中的Fe(％)不同的样品的差异。

表3A

(※1)取出角度为6°

表3B

(※2)A：多层膜反射镜(抛物面型)、B：石墨、C：多层膜反射镜(平坦面型)

(※3)狭缝～试样间距离L

表3C

表3D

(※4)高角峰强度大，但S/N差。

(实施例2)

将本实施方式的判定装置设置于合金化热浸镀锌钢板制造生产线中。设置位置为合金化完成后的水平通路、辊卷绕部。装置的构成如图7中所示的那样。装置的规格如表3的No.6那样。

在制造生产线中以生产线速度为180mpm制造合金化热浸镀锌钢板。在合金化热浸镀锌钢板的制造中，使合金化温度有意地从适当合金化温度变化至过合金温度为止，使一个卷材中存在密合性良好部和不良部。以3个卷材重复进行这样的试验。从卷材的前部、中部、尾部进行取样，以离线的方式进行密合性试验的结果，密合性评分为A评价(合格)、B评价(接近合格与否的界限但合格)、C评价(接近合格与否的界限但不合格)。对于这些样品，通过恒电位电解法，仅残留Γ相单层而将镀覆层剥离，以离线的方式求出Γ相的衍射线强度。

另一方面，在上述的卷材制造时，使图7中所示的本实施方式的判定装置运转，在线测定Γ相的衍射线强度。以其作为纵轴，对于横轴来说，以离线的Γ相单层的衍射线强度作为横轴，将结果作图而得到的图为图11。

由图11可知，本实施方式的判定装置即便是将合金化热浸镀锌钢板以生产线速度为180mpm进行高速操作的情况下，也能够与离线评价同样地正确地判定镀覆密合性。

以上，一边参照附图一边对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明不限于这些例子。只要是具有本发明所属的技术领域的常规知识的人，就显然能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。

产业上的可利用性

根据本发明，能够廉价且稳定地供给品质稳定的合金化热浸镀锌钢板，进一步促进防锈性优异的汽车的普及。这与提高汽车的寿命和安全性有关，而且从节省资源的观点出发也有助于改善地球环境。因此，产业上的利用价值极大。

符号的说明

21X射线源(X射线球管)、22入射光学系统(光学系统)、24检测器。

Claims (5)

1.一种合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，其特征在于，其具备：

向在搬送生产线上移动的合金化热浸镀锌钢板照射X射线的X射线球管；

将从所述X射线球管发出的X射线作为平行光束对所述合金化热浸镀锌钢板进行照射、衍射的光学系统；以及

用于测定经衍射的所述X射线的强度、且设置于检测晶格面间隔d相当于以上的衍射X射线的位置的检测器；

其中，所述X射线的出射光束亮度设定为20W/mm²以上，所述光学系统中的所述X射线的宽度方向增益设定为0.15以上，

所述宽度方向增益是表示在从X射线源看光学元件的情况下在宽度方向上看到多少元件、并且利用了多少反射的指标，且所述宽度方向增益＝捕捉角度宽度方向×反射率宽度方向。

2.根据权利要求1所述的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，其特征在于，所述检测器被设置于检测所述晶格面间隔d相当于 中的任一个的衍射X射线的位置。

3.根据权利要求2所述的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，其特征在于，所述检测器被设置于检测所述晶格面间隔d相当于的所述衍射X射线的位置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的合金化热浸镀锌钢板的在线镀覆密合性判定装置，其特征在于，作为所述X射线球管，使用入射到所述合金化热浸镀锌钢板的X射线的能量比Fe-Kα的荧光X射线激发能小的X射线球管。

5.一种能够高速操作的合金化热浸镀锌钢板制造生产线，其特征在于，将权利要求1～4中任一项所述的在线镀覆密合性判定装置设置于处于合金化炉以后且卷材卷取之前的中间、且板厚变动与钢板振动幅度之和达到±3mm以内的位置。