CN1158401C - 制造热浸镀金属带的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造热浸镀金属带的方法，其中金属带的前进在由公式L≤80×T×W2/V确定的范围内的条件下进行的；其中，L：镀覆池内的上支撑辊和镀覆池外的下接触辊之间的距离(mm)，V：金属带的线速度(m/min)，T：施加在金属带上的张力(kgf/mm2)，W：金属带每一侧的目标镀层重量(g/m2)。

Description

制造热浸镀金属带的方法
本发明涉及一种制造热浸镀金属带的方法。更具体的说，本发明涉及通过减少从热浸镀池中抬起并以基本恒定的速度传送的金属带的振动，以制造镀层厚度均匀的热浸镀金属带的方法。
通常，采用下述的连续热浸镀锌设备(也被称为生产线)在钢带表面进行热浸镀锌。
首先，如图2所示，作为待镀覆金属的钢带1被引入热浸镀锌池2中，通过设置在镀锌池2中的导辊3将钢带1的传送方向转向向上的方向，由一对设置在镀锌槽2中的上、下支撑辊矫正钢带1的隆起，以便夹紧钢带1的两表面，从而将钢带1从镀锌池2中垂直抬起。在此期间，熔融锌被沉积到钢带1的表面上。通过喷嘴5(因为用于擦净镀覆金属所以被称为擦拭喷嘴)将气体6(称为擦拭气体)吹到已经沉积有熔融的锌并向上传送的钢带1的表面上，从而将沉积到钢带1上的熔融金属量调整到所需的量(以便熔融金属可均匀地沉积到钢带1的整个表面上)。一对夹住钢带1表面的接触辊7与支撑辊4相似，设置在擦拭喷嘴5之上，以利于钢带1的稳定传送。已穿过接触辊7的钢带1通过穿过一个设置在接触辊7之上的合金化炉8可接受合金化处理，以便在需要时对其镀层进行合金化。
另外，最近，在高速下稳定生产镀层重量轻(称为轻镀层)的热浸镀锌钢带变得非常重要。与减小镀层重量相应，现在需要一种用于制造热浸镀锌钢带的技术，可防止由于擦拭气体6的压力的增加等原因而使其振动。这是因为钢带振动的增加会极大地改变沉积在钢带表面上的熔融锌的镀层重量，并且因此使产品质量变劣。
通常，当高速制造镀层重量极低(每侧镀层重量为45g/m2或更少)的热浸镀钢带1时，钢带1在擦拭喷嘴5的位置上沿垂直于自身表面的方向振动，在全部时间内，振动的总振幅B为1-2mm。
由于当产生这种振动时擦拭不能平顺地进行，目前，钢带表面上镀层重量变化的标准偏差σ被设成一个相对于每侧镀层重量45g/m2而言较大的值2-4g/m2(σ＝2-4g/m2)。然而，由于通常用户要求保证镀层重量的最小限度，当为了保持所述的最小限度时，熔融锌被过度的沉积。从产生的角度考虑，这意味着大量的锌被浪费。
当生产热浸镀锌钢带时，镀层重量的较大变化直接导致热浸镀锌的镀层重量的变化。因此，当制造钢带1时，镀层常常在钢带1上锌沉积得厚的部分产生不希望出现的粉末状(称为粉碎化)剥落；进而，在钢带1的生产中有生产例如合金化不均匀等缺陷的倾向。
防止振动的技术迅猛发展，其中有许多技术已经被公开。例如，公开号为5-320847和5-078806的尚未审查的日本专利申请公开了通过设置一个静压力垫使吹向擦拭喷嘴的气体压力保持稳定的技术。进而，公开号为6-322503的尚未审查的日本专利申请公开了在擦拭喷嘴之上分开设置用于吹保护气体的喷嘴，并且在保护气体喷嘴和擦拭喷嘴之间设置气体防护板的技术。
然而，这些通过静压力垫或通过喷吹另一种气体来防止钢带振动的技术不能被实际应用，因为必须专门提供用于产生所需压力和气流速度的很高的能量，而当钢带相对较厚时，这些技术的效果将被降低。
进而，公开号为52-113330、6-179956和6-287736的尚未审查的日本专利申请公开了采用磁力或电磁力防止钢带振动的技术。然而，这些技术也不能被实际应用，因为不仅它们分别需要昂贵的磁力发生器并且操作复杂，而且当钢带相对较厚时这些技术的效果会降低。
根据上面的情况，本发明的目的是提供一种生产热浸镀锌的方法，通过减少沉积到金属带表面上的熔融金属镀层重量的变化，即使热浸镀操作条件变化也可以提供质量稳定的金属带，同时通过防止熔融金属的过量沉积，可以极大地降低镀覆成本。
为了实现上述目的，发明人通过多次的测试操作，研究了在气体擦拭位置上传送中金属带的张力、目标镀层重量、金属带的线速度、擦拭气体的压力、位于擦拭喷嘴之上的接触辊和位于池中的支撑辊之间的距离等对于金属带的振动的影响。然后，通过对试验所获得的数据进行分析，揭示出当接触辊和位于池中的支撑辊之间的距离在落一定范围内时金属带的振动可被显著减小，在这一认识的基础上，发明人完成了本发明。
即，根据本发明，提供一种制造热浸镀金属带的方法，包括下列步骤：通过在一个热浸镀池中连续进行浸涂使熔融金属沉积到金属带的表面上；以恒定的速度传送金属带，同时用一对在镀覆池中夹住金属带表面的上、下支撑辊支撑金属带；通过用从位于镀覆池表面之上的气体擦拭喷嘴喷出的气体擦拭熔融金属，调整沉积在金属带表面上的熔融金属的镀层重量；在利用位于镀覆池外、用于夹住金属带表面的一对上、下接触辊支撑金属带的同时，使金属带前进，其中，金属带的前进是在将位于镀覆池中的上支撑辊和位于镀覆池外的下接触辊之间的距离L，设定在由下述公式确定的范围内的条件下进行的：
L≤80×T×W2/V
其中，
L：镀覆池内的上支撑辊和镀覆池外的下接触辊之间的距离(mm)；
V：金属带的线速度(m/min)；
T：施加在金属带上的张力(kgf/mm2)；
W：金属带每一侧的目标镀层重量(g/m2)
进而，根据本发明，金属带优选为钢带，热浸镀池中的熔融金属镀覆溶液优选为熔融的锌。并且，最好金属带在上接触辊下游接受合金化处理。
根据本发明，与过去的振动的总振幅B相比，熔融金属沉积与其表面上的金属带在气体擦拭位置处振动的总振幅B被显著地减小，并且可平滑、理想地调整镀层的重量。因而，整个表面上沉积有熔融金属的金属带可以被镀层重量均匀地稳定制造出来。
图1是表示支撑辊和接触辊分别在镀覆池内、外的设置情况，及钢带的振动情况的图示；
图2是表示普通连续热浸镀锌设备的图示；
图3是表示池中的上支撑辊和池外的下支撑辊之间的距离L与钢带振动的总振幅B之间的关系的图表；
图4是表示从气体擦拭喷嘴喷出的气体的压力与钢带振动的总振幅B之间的关系的图表；
图5是表示钢带张力和其振动的总振幅B之间的关系的图表；
图6是表示从气体擦拭喷嘴喷出的气体的压力与钢带每一侧的镀层重量之间的关系的图表；
图7是表示钢带线速度和其每一侧的镀层重量之间的关系的图表；
图8是表示钢带的总振幅B和其每一侧镀层重量的分布之间的关系的图表；
图9是对比在传统镀覆方法中和在本发明的方法中镀层重量的分布的图表；
图10是对比在传统镀覆方法中和在本发明的方法中金属的消耗量的图表；
图11是对比在传统镀覆方法和本发明的方法中由于粉末化造成次品的发生率的图表。
发明人利用图2中所示的上述连续热浸镀锌设备进行各种测试操作。其中，如图1、2所示，支撑辊4和接触辊7分别由上、下辊组成辊对。在附图中，各上辊由“a”表示，各下辊由“b”表示。
在上支撑辊4a和下接触辊7b之间平行于钢带1的传送线9测量距离L(参考标号10，单位mm)。进而，通过用测距仪测量钢带1表面和擦拭喷嘴5(以下简称喷嘴)前缘之间垂直于传送线9的距离，侧出钢带1的振动的总振幅B(参考标号11，单位mm)。
首先，发明人测试当钢带1的张力设定为1.5kgf/mm2并且其线速度设定为90m/min时，位于池中的上支撑辊4a和下接触辊7b之间的距离L对于钢带1的振动  的总振幅B的影响。结果，发现了如图3所示的关系。即，每侧镀层重量无论是30g/m2还是45g/m2，通过减小距离L都可使振动的总振幅B减小。该关系由下面的公式(1)表示。
B∝L                  ...(1)
进而，发明人注意到作为影响钢带1振动  的总振幅B的因子的擦拭气体6压力p和钢带1张力T，并对它们进行测试。图4表示当距离L设定为1000mm且喷嘴前缘与钢带表面之间的距离设定为6-8mm时，压力P和钢带振动  的总振幅B的测量结果。进而，图5表示当张力T变化时，钢带1振动的总振幅B的测量结果。
从图4和图5中可以看出，钢带1振动的总振幅B与喷嘴的气体压力大体成正比，与钢带1的张力T大体成反比。这一关系可由公式(2)简单地表示出来。
B∝P/T               ...(2)
进而，
对喷嘴的气体压力、钢带1的线速度和镀层重量之间的关系进行检测。
图6表示当喷嘴5的前缘与钢带1之间的距离设定为6-8mm、钢带1的线速度设定为90m/min且气体压力P变化时，气体压力P和钢带1每侧的镀层重量之间的关系。在这种情况下，每侧镀层重量与压力P的反平方根大体成正比。相反，图7表示当喷嘴前缘与钢带1之间的距离设定为大约6-8mm、压力P保持恒定且线速度变化时，钢带1的线速度与每侧镀层重量之间的关系。结果，可以看出，每侧镀层重量与钢带1的线速度的平方根大体成正比。
因此，可建立下列的公式(3)，其中，每侧镀层重量表示为W(g/m2)，钢带1的线速度表示为V(m/min)，气体压力P表示为P(kgf/cm2)。
P∝V/W2                  ...(3)
应当注意，每侧的镀层重量W由镀层重量测量仪测量，并且表示出钢带1每侧镀层重量的值。进而，当在测试中其它条件保持恒定的情况下，测量钢带1的线速度与其振动的总振幅B之间的关系时，钢带1振动的总振幅B几乎完全不受线速度的影响。
因此，发明人发现，通过合并上述测试所得到的公式(1)、(2)、(3)，可以建立下述公式。
B＝L×V/(T×W2)     ...(4)
下面，将称为振动系数的表达式L×V/(T×W2)用于设置测试数据。
随后，发明人检测钢带振动  的总振幅B与镀层重量的变化(根据镀层重量的标准偏差σ(g/m2)进行测算)之间的关系。按照惯例，对钢带两侧的镀层重量变化进行测算，并且日本工业标准(JIS)也采用根据钢带两侧总的镀层重量对变化量进行测算的所谓“两侧确保法”。申请人在公开号为10-306356的尚未审查的日本专利申请中公开了一种两侧镀覆技术。
在两侧总镀层重量的变化中，当钢带1由于振动而接近擦拭喷嘴5之一时，钢带1侧面接近喷嘴的镀层重量减小，而钢带1侧面远离喷嘴的镀层重量增加。然而，钢带1两侧的镀层重量相加所得到的“两侧总镀层重量”在许多情况下不会有很大的变化，因此，标准偏差σ被确认为一个较小的值。因此，“两侧确保”仅仅是为了在技术上的方便而采用的，而从镀层特性、防粉末化特性等的角度考虑，镀层重量的偏差必须自然地根据每一侧的镀层重量进行测算。因而，最近汽车制造工艺提出不同于JIS规定的“单侧确保”。
因此，当发明人以一侧为基础考察他们公司目前所采用的镀层重量时发现，标准偏差σ大约为2-3g/m2。因此，我们试图建立一种标准偏差σ比上述值小的镀覆操作方法，更具体地说，标准偏差σ为1.5g/m2或更小。结果，发明人发现，当如图8所示，钢带振动B的总振幅B设定为0.5mm或更小、忽略镀覆中操作条件的变化时，可以建立起所述的操作方法。当对振动的总振幅B进行多次稳定的最小化试验时发现，振动系数应满足下述公式。
L×V/(T×W2)≤80
通过采用这一条件可实现本发明。即，在上支撑辊4a和下接触辊7b之间的距离L的上限满足下述公式的条件下，使钢带1前进。
L≤80×(T×W2)/V
进而，如果距离L的上限满足L≤60×(T×W2)/V则会更好。
应当注意，在本发明中，对距离L的下限没有特别的界限。然而，在实际的镀覆设备中，上支撑辊4a的直径通常大约为250mmφ，各支撑辊中心处的浸入深度大约为150-200mm，擦拭喷嘴5在镀覆池之上的高度大约为150-600mm，并且，从镀覆设备的结构上考虑，各擦拭喷嘴5到镀覆池之上的下接触辊7b的距离至少需要300mm。因此，实际上，希望距离L的下限为大约600mm。
进而，最好是移动接触辊7b以实际改变距离L。这是因为从镀覆设备的结构上考虑，移动下接触辊7b比移动位于池中的上支撑辊4a更容易。
例子
如图2所示，利用连续热浸镀锌设备对厚度为0.65-0.90mm的冷轧钢带1进行镀锌。
这时，采用根据本发明的热浸镀金属带制造方法进行操作，其中对上述辊之间的距离进行限定(本发明的例子)，同时采用无限制的传统方法进行操作(对比的例子)。当钢带1前进时，对镀层重量进行在线测量。利用荧光X射线镀层重量测量仪进行测量，所述荧光X射线镀层重量测量仪面向下设置在行进中的钢带1之上。从而，测量的镀层重量的变化σ表示钢带1的一侧的镀层重量变化。进而，在各例子的条件下采用的擦拭气体的压力是钢带1中测量镀层重量一侧所测量的压力值。
表1表示全部的操作条件和测量结果。从表1可以看出采用根据本发明的制造方法制造的样品1-18，由于满足L×V/(T×W2)≤80，钢带1振动的总振幅B为0.5mm或更小。从而，在所有例子中，镀层重量的变化σ为1.5g/m2或更小(参考图9)。这暗示镀层重量的目标值在操作中可以更接近下限值，从而显著减少金属的消耗。图10表示在传统制造方法中实际消耗的镀层金属量与在根据本发明的制造方法中实际消耗的量的比较。当把传统制造方法中的消耗量表示为100％时，本发明的制造方法中的消耗量大约为90％。这表明可显著减少镀层金属的消耗。
另一方面，在用传统制造方法制造的样品19-29中，钢带1的振动具有较大的总振幅B，并且镀层重量的变化σ为2.0g/m2或更大。
表1
标号 厚度(mm) 宽度(mm) 线速度(m/min) 张力(kg/mm2) 每侧镀层重量(g/m2) 擦拭气体压力(kg/cm2) L(mm) (V×L)/(T×W2) 振动的总振幅B(mm) 镀层重量变化σ(g/m2)
本发明的例子 1 0.7 1200 60 2.0 31 0.58 800 25 0.19 0.25
2 0.7 1200 60 1.5 30 0.58 800 36 0.23 0.31
3 0.7 1200 60 1.0 43 0.28 800 26 0.25 0.30
4 0.7 1200 57 2.0 32 0.58 1000 28 0.22 0.35
5 0.75 1150 58 1.5 30 0.58 1000 43 0.30 0.55
6 0.75 1150 60 1.5 45 0.25 1000 20 0.20 0.23
7 0.75 1150 60 2.0 28 0.58 1200 46 0.27 0.50
8 0.75 1150 62 1.5 33 0.58 1200 46 0.33 0.60
9 0.75 1150 60 1.5 31 0.58 1200 50 0.40 1.05
10 0.65 1350 90 2.0 30 0.92 800 16 0.26 0.25
11 0.65 1350 90 2.0 47 0.44 800 16 0.13 0.23
12 0.65 1350 92 2.0 57 0.23 800 11 0.10 0.20
13 0.85 1150 122 2.0 32 1.22 800 48 0.35 0.51
14 0.85 1150 120 2.0 43 0.54 800 26 0.20 0.30
15 0.85 1150 119 2.0 58 0.32 800 14 0.12 0.20
16 0.85 1150 120 2.0 35 1.08 1200 59 0.44 1.35
17 0.85 1150 122 2.0 45 0.55 1200 36 0.25 0.51
18 0.85 1150 122 2.0 55 0.31 1200 24 0.15 0.30
19 0.85 1150 120 1.5 35 0.60 1000 65 0.47 1.41
20 0.85 1150 120 1.5 35 0.60 1200 78 0.50 1.50
对比的例子 19 0.72 1300 60 1.0 32 0.63 1500 88 0.60 1.9
20 0.7 1550 60 1.0 31 0.48 1500 94 0.62 1.8
21 0.7 1550 58 1.3 30 0.59 1800 89 0.55 1.8
22 0.7 1550 90 1.0 30 0.92 1500 150 1.05 4.0
23 0.7 1550 90 1.1 35 0.65 1500 100 0.70 2.0
24 0.67 1050 90 1.5 30 0.88 1500 100 0.65 1.8
25 0.67 1050 92 1.0 45 0.43 200 91 0.58 1.6
26 0.9 1450 122 1.0 32 1.13 1500 178 1.35 6.0
27 0.9 1450 120 1.0 43 0.60 1500 97 0.70 2.2
28 0.9 1450 120 1.5 35 0.96 1300 85 0.55 1.8
29 0.9 1450 122 1.5 30 1.22 1300 117 0.70 2.1
接着，通过图2中在接触辊7之上设置合金化炉8并在该合金化炉8中加热沉积有熔融的锌的钢带，使钢带1的镀锌层中的铁含量为8-13wt％，从而生产出所谓的“热浸镀锌钢带”。然后，检测作为钢带的一项重要质量特性的抗粉末化特性。粉末化是沉积的镀层从热浸镀锌钢板的一部分上以粉末状脱落的缺陷，它降低了钢板在压力成形过程中的镀层的紧密接触特性。当在压力成形过程中产生这一现象时，镀层粉末在压模和钢板之间脱落，从而引起钢板凸凹不平的缺陷。因此，希望不发生粉末化。
在下述条件下进行关注粉末化的操作，所述条件为，每侧目标镀层质量设定为45-55g/m2、钢带1的线速度设定在100m/min-150m/min、钢带1的张力设定在1.5kgf/mm2-2.0kgf/mm2。表2表示操作条件不同与上述操作条件的例子和所有的操作结果。应当注意，抗粉末化特性是按照已知的方法进行评价的，所述方法是，以压力在从热浸镀锌钢带上取下的样品的镀层上贴上胶带，在将样品弯曲90°又回到其初始位置之后揭下胶带，然后用荧光X-射线测量镀层的脱落量。即，抗粉末化特性由X-射线计数的在脱落的镀层中所含锌的数量表示。通常，当计数为1500或更小时，在实际压力成形过程中不会产生由于粉末造成的缺陷。然而当计数超过1500时，常会由于粉末而产生缺陷。
从表2中可以看出，由于根据本发明的方法镀层重量的变化可以被显著减小，所以计数稳定在一个较低的值，从而可稳定地制造抗粉末化特性优良的热浸镀锌钢带1。相反，在传统方法中，产品的计数增加，在某些部分上达到1500或更高，当对产品进行加工时粉末化造成的缺陷有增加的倾向。这是由于在产品中镀层重量变化很大。图11表示产品在压力成形之后的次品率。从图11中可以看出，采用本发明的方法几乎没有次品。
在上述例子中，采用钢带作为金属带，采用锌作为熔融金属。然而，本发明无须对此进行限制，也可以适用于其它的金属带和除熔融锌之外的熔融金属。
表2
实验标号 厚度(mm) 宽度(mm) L(mm) 振动的总振幅B(mm) 镀层重量的变化σ(g/m2) 镀层中Fe的平均密度(％)  粉末化的计数*(计数/秒)
本发明的例子 1 0.75 1200 800 0.21 0.25 11.0  400-870
2 0.75 1200 800 0.24 0.31 11.3  500-950
3 0.75 1200 800 0.22 0.30 12.5  350-750
4 0.75 1200 1000 0.40 1.05 12.7  370-1200
5 0.75 1200 1000 0.29 0.55 10.9  450-850
6 0.80 1550 800 0.31 0.43 11.8  480-720
7 0.80 1550 800 0.25 0.50 11.3  500-950
8 0.80 1550 800 0.35 0.60 12.2  430-830
9 0.80 1550 800 0.38 1.02 10.7  500-1350
10 0.80 1550 800 0.27 0.23 10.8  350-730
对比的例子 11 0.75 1250 1500 0.65 2.02 11.3  430-1950
12 0.75 1250 1500 0.60 1.90 10.8  520-1750
13 0.75 1250 1500 0.85 3.50 11.5  480-1550
14 0.75 1250 1500 1.02 4.20 12.0  550-2500
15 0.75 1250 1500 0.88 4.00 11.4  450-2550
16 0.86 1500 1600 0.95 3.60 11.8  580-1960
17 0.86 1500 1600 1.20 5.20 10.7  550-3200
18 0.86 1500 1600 1.10 4.30 10.5  650-2900
19 0.86 1500 1600 0.92 3.75 11.2  800-2300
20 0.86 1500 1600 0.98 3.80 12.4  600-2050
*：表示最大和最小测量值
如上所述，本发明可以制造整个表面上沉积有熔融金属的镀层重量均匀的金属带。因而，可以在镀覆操作中可以更加接近更低的目标镀层重量，从而与传统方法相比可显著减少镀层金属的消耗量。

Claims (3)

1、一种制造热浸镀金属带的方法，包括下列步骤：
将金属带浸入一个热浸镀覆池中，连续地将熔融金属沉积到金属带表面；
以基本恒定的速度传送金属带，同时用一对在镀覆池中夹住金属带表面的上、下支撑辊支撑所述带；
用设置在镀覆池表面之上的气体擦拭喷嘴喷出的气体，擦拭熔融金属，调整沉积到金属带表面上的熔融金属的镀层重量；
在用一对设置在镀覆池外用于夹住金属带表面的上、下接触辊支撑金属带的同时，使金属带前进；
其中，在将位于镀覆池中的上支撑辊和位于镀覆池外的下接触辊之间的距离L设定在由下述公式确定的范围内的条件下，使金属带前进
L≤80×T×W2/V
其中，
L：位于镀覆池中的上支撑辊和位于镀覆池外的下接触辊之间的距离(mm)；
V：金属带的线速度(m/min)；
T：施加在金属带上的张力(kgf/mm2)；
W：金属带每一侧的目标镀层重量(g/m2)。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属带为钢带，所述热浸镀覆池充满熔融的锌。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属带在所述上接触辊的下游侧接受合金化处理。
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