JP2003524702A - 皮膜にドロスの取り込み欠陥を含まない溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び関連の装置 - Google Patents
皮膜にドロスの取り込み欠陥を含まない溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び関連の装置Info
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Abstract
Description
が付着することを制御する方法に関する。特に、本発明は、ドロスを含まない溶
融亜鉛めっき鋼板の被覆を行なうシステム及び方法に関する。
することが増えてきた。冷延鋼帯は、米国特許第4,361,448号(引用文
献によって本明細書に組み入れられている)に開示されているような熱処理によ
り優れた成形性を有することが出来る。このプロセスでは、温度T1(720℃
ないし850℃)で焼きなましをしたのち、鋼帯をゆっくりと温度T2(600
℃ないし650℃)まで冷却する。この時点で、この鋼帯を亜鉛浴の中で温度T
3まで急冷する。T2とT3との間の温度にかける時間間隔は約0.5秒である
。
プが使用されている。亜鉛浴と同じ温度を有する溶融金属は、スパウト(spo
ut)を通って鋼帯の浸漬地点へ圧送される。結果として、急冷プロセスの最終
温度T3は比較的高く、鋼帯は全浸漬時間(約2秒)では亜鉛浴の温度に達しな
い。
内からの熱によって、亜鉛(層)流の温度は亜鉛浴の操作温度より高い値に上昇
する。鉄と亜鉛は、480℃超の温度では、慣用の亜鉛浴(0.15%ないし0
.25%のアルミニウムを含む)の中で激しく反応する。この結果、亜鉛皮膜に
厚い金属間層が生じる。
。米国特許第4,971,842号(引用文献によって本明細書に組み入れられ
ている)に開示されている方法では、金属間層の厚さは、鋼製品を急冷すること
により制御される。このことは溶融亜鉛浴の鋼を急冷すること、及び溶融亜鉛の
流れを誘導することにより急冷中の鋼製品に成形される皮膜の組織を制御するこ
とによって達成されるのであって、亜鉛浴の操作温度より低い温度まで冷却され
るように、鋼製品が亜鉛浴の中を通過するとき溶融亜鉛の流れは鋼製品の方へ向
けられる。
鋼製品へ向けて、鋼製品の移動方向に対して斜めに向けられる。冷却した溶融亜
鉛の第2の流れは、第2組のノズルによって前記の斜めの方向の流れの後の点で
本質的に垂直方向に鋼製品の方へ向けられる。
浴の操作温度より1°ないし15℃低い温度まで冷却される。このクーラーから
ノズルまでの亜鉛の流れは、亜鉛浴の他の部分とは切り離されたままである。亜
鉛浴を局所冷却の本質的特徴は、亜鉛浴の鉄含量が低いと言う別の重要な利点で
ある。
のが一般的である。温度が少しでも変化すると鉄及び亜鉛の析出が起こる。この
析出物は亜鉛浴の底部か、又は被めっき鋼帯の表面に析出物の浮遊物として現れ
るが、この浮遊物がめっき皮膜の品質を損なう。
る。従って、加える亜鉛の溶融温度が亜鉛浴の温度を変えないように、めっきラ
インのなかには亜鉛の予備溶融用の別のポットを備えたのもある。
通常のめっき温度では鉄含量は約0.040%であるのに対して、約440℃の
温度では鉄含量は約0.015%である。溶融めっき薄鋼板の品質を改善するに
は、亜鉛皮膜に付着するFe−Zn析出物(スラグ粒子)のようなドロスを避け
なければならない。従って、亜鉛浴中の鉄含量を飽和状態から下げることが有利
であり、別のめっき温度を使うと溶融亜鉛から極めて微細なFe−Al−Zn粒
子の析出物をなくすことが可能である。これらの粒子は、ボトムドロス(FeZ
n7)とトップドロス(Fe2Al5)の組み合わせ物である。これらの粒子は
、Kato等によって、Dross Formation and Flow
Phenomenon in Molten Zinc Bath,Galva
tech’95会議録、シカゴ市、1995年、801−806頁、の題名の刊
行物でかなり詳細に考察されている。この刊行物は、本発明を実施する環境で生
成するいろいろなタイプのドロス粒子の性質を詳述する背景物質として本明細書
に組み入れられている。亜鉛が鋼帯の方へ流れると、微細なFe−Al−Zn粒
子は平坦な層として鋼製品の表面に付着して亜鉛皮膜の一部として亜鉛浴から出
て行く。
は、好ましくは亜鉛の流れの温度と速度を一定値に保つべきである。亜鉛クーラ
ーによって生じる熱損失は、亜鉛浴の温度より高い鋼製品の速度を調節すること
によって補償することが出来る。
溶融めっき工程での亜鉛浴中の浮遊ドロスによる鋼帯へのドロスの取り込みであ
る。皮膜の中にFe−Zn及びFe−Al金属間のドロス粒子が存在することは
特に問題である。第1に、打抜き加工や成形加工によって、鋼製品の印刷外観に
現れる幾つかの“プリントスルー”やその他の欠陥を生じることがある。このこ
とは、鋼製品が自動車や器具の最終使用者サイドで使用されるときに特に問題で
ある。特に、ドロス粒子に起因するめっき表面の疵は、高光沢の上塗り塗料がド
ロス粒子に塗布されると極めて目立つことになる。
起こすこともある。鋼製品を問題のない範囲まで等級を下げなければならず、及
び/又は不具合になったロールを掃除したり替えたりするために定期的に生産ラ
インを停止すると生産低下となる。
出はアルミニウムの添加、鋼帯からの鉄の溶解、温度の一様性が不充分なこと、
及び化学浴の均一性が不充分なことによって避けることが出来ない。皮膜が,ド
ロスを含まない亜鉛浴組成で行なわれる場合のみ理論的にはドロスの取り込み問
題を避けることが出来る。
の温度の一様性を改善したけれども、化学的均一性は充分に改善されていない。
しかしながら、亜鉛が鋼帯へ流れると微細なFe−Al−Zn粒子が平坦な層と
して鋼製品の表面に付着して亜鉛皮膜の一部として亜鉛浴を出て行く。このこと
は、鋼帯に対する第2組のノズルからの第2の亜鉛の流れの機能が不充分である
ことによる。また、図1に示している流動パターンは、亜鉛浴の化学的均一性を
発現するのに不充分である。この状況は、亜鉛浴全容積の攪拌が不充分なので亜
鉛浴の内部でドロスの幾つかの局所蓄積が起こり得ることによって発生する。ま
た、このシステム及び慣用のシステムは、亜鉛ロール(図1の要素4)を充分に
洗浄していない。結果として、ロール表面にドロスが堆積することは、機械的ス
クレーパーを使用しなくては防ぐことは出来ないが、そのスクレーパーでも、2
、3の問題がある。
亜鉛浴のドロス粒子の量は確かに減るけれども、ドロスを含まない浴組成やドロ
スを含まない皮膜を完璧には提供出来ない。従来技術も溶融めっきプロセスにお
けるドロス制御の問題を適切に処理することが出来ないので、ドロス制御を適切
に行なうことが出来るクーラー/クリーナーシステム及びプロセスが強く望まれ
る。
1つの目的である。
る目的である。
スルー”を除去又は激減することが本発明の別の目的である。
スを堆積することに関する問題を除去することが本発明の尚、追加の目的である
。
ることが本発明の尚、別の目的である。
鋼帯に、ばらつきのより少ない亜鉛皮膜を提供することが本発明の尚、更なる目
的である。
パーを用いることなくシンクロールを効果的に清浄化する方法を提供することが
本発明の尚、別の目的である。
とにより“デッド”ゾーンでドロスの局所的蓄積を除去することが本発明の尚、
追加の目的である。
とにより発生する実質的に全てのドロスを除去する溶融めっきめっき方法によっ
て達成される。この方法は、金属を亜鉛浴へ通して亜鉛浴で発生する実質的に全
てのドロスをその金属に付着させる段階を含む。
生する実質的に全てのドロスをこの鋼に付着するプロセスによって形成されるめ
っき鋼製品である。
ながら亜鉛浴の中で鋼の溶融めっきを実施するためのシステムによって実証され
る。このシステムは、実質的に全てのドロスを誘導して被覆されている鋼帯に付
着させるための流動手段を含む。
を示している。本発明のプロセスの一部として、焼きなまし鋼帯2は、亜鉛浴3
の中でシンクロール4の周りと1個以上の安定化ロール5の間を通り抜ける。亜
鉛を鋼帯へ被覆するノズルユニット6は、上部ノズル7と下部ノズル8を含む(
図3及び図4に示している通り)。対照的に、米国特許第4,971,842号
のクーラーには、鋼帯の長手方向にわたって実質的に90°で溶融亜鉛を誘導す
るのに配設された複数のノズル8を含むプレナムプレート9(図4)の陰影形状
(shadow configuration)を用いることなく、ノズルユニ
ット6の幅全体にわたる均一なスリットとして上部ノズル7と下部ノズル8の両
方が形成されている。更に、本発明のクーラー/クリーナー2は、図4に示すよ
うに複数の上部の細長いノズル7を有する。また、下部ノズル8は丸くてプレナ
ムプレート9の形状の中に形成されている。
の長さにわたって鋼帯2の範囲の少なくとも50%を占めるべきである。このこ
とは、米国特許第4,971,842号に記載されていて、図1に示すような単
一の下部ノズル8とは対照的である。本発明のシステムでは、ノズル8は、ノズ
ルの長さの半分はプレナムプレートの中心線の片側に、もう半分は別の側にある
ように、プレナムプレート9の中に取り付けられている。このような配置によっ
て、鋼板に対しては最も有効な亜鉛の流れが得られる。
で汚された亜鉛が鋼帯の方へ圧送される。この作用によって鋼帯上の亜鉛皮膜の
一部として亜鉛浴のドロスが取り除かれる。結果として、予め処理された鋼帯に
付着することにより全てのドロスが取り除かれるので、後で処理される鋼はドロ
スを含まない亜鉛浴の中で取り扱われる。ドロス粒子を効果的に鋼帯に付着させ
るには、図1に示す米国特許第4,971,842号のクーラーの場合のように
、鋼帯に平行に移動するよりも実質的に垂直方向から鋼帯に突き当てるようにノ
ズル8からの亜鉛の流れを誘導すべきである。
ズル8の範囲は、攪拌機17の寸法からみてポンプハウジング10の面積の2倍
とすべきである。ポンプの回転速度、及び従って移動する物質の容量を規制する
ことにより、ノズル7及び8からの亜鉛の流れの速度を調節出来る。鋼帯2に移
る亜鉛の量は亜鉛浴の表面3の上側のハウジング11にある隙間12を通る亜鉛
柱(column of zinc)からの材料の放出量(亜鉛浴中の全亜鉛の約
2%)によって監視して制御することが出来る。このスリット12は幅25mm
で高さ100mmが好ましい。ハウジング11はポンプハウジング10に取り付
けられていて、亜鉛浴の表面の下から延在して、亜鉛浴表面の上まで延在してい
る。このスリットの中の亜鉛レベルはポンプ10によって生じる亜鉛主流部から
分けられるが、亜鉛浴全体の中で適正な亜鉛レベルを表わしている。更に、鋼帯
に被覆される亜鉛の主流から少量の亜鉛を分けるか、又は加えることによる調節
によって最適のめっきのための亜鉛のレベル及び最少のドロスの発生量を正確に
調節することが可能である。この制御装置は、米国特許第4,971,842号
には取り付けられていない。
トンの亜鉛の圧送に相当し、10mmの亜鉛柱は時間当たり2000トンの亜鉛
に相当する。5mmより低いと亜鉛の流れは弱すぎ、一方、10mmを超えると
亜鉛の流れは大き過ぎて材料エロージョン問題が生じる。従って、本発明の亜鉛
の流れは、スリット12において、好ましくは亜鉛柱を5mmないし10mmに
維持することにより確実となる。
は予め処理された鋼帯2に既に付着しているので、ノズルユニット6から出る亜
鉛は実質的にドロスを含まない溶融亜鉛である。従って、片面でロール4より下
の亜鉛の流れはロール4には何等のドロス堆積もする筈がない。鋼帯2にも何等
のドロスも堆積しない。
て下部ロール4の表面は清浄に保たれ、ロール4には僅かのドロスも堆積しない
。従って、ドロス堆積物をこのロールから取り除くのに、従来システムでは必要
とされる機械的スクレーパーは必要ではない。バッフルプレート13の端部にあ
るコーン14(図2(b))は、ドロスを含まない亜鉛の流れの一部を、アーム
16に取り付けられているシンクロール4のベアリング15へ誘導する。この流
れによって処理の初期段階(最初の3個の鋼帯)過程で亜鉛浴の中に存在するこ
とがある硬いドロス粒子によるロールベアリングエロージョン/摩耗が最小限に
抑えられる。
に示している。ポンプによって処理される亜鉛の容量の約40%は下部ロール4
の下を流れ、一方、約30%は下部ロール4の上を流れる。ポンプにより取り扱
われる亜鉛の容量の約15%はノズルユニット6の頂部から鋼帯2の各面に流れ
る。亜鉛のこの容積の全部はポンプによって還流し、亜鉛浴の約98%の亜鉛を
占める。その他の2%はハウジング11へ分かれてスリット11の中を流れる。
倍にすべきである。従って、スリット12からの亜鉛の流れはドロスを含まない
浴となり最終的にはドロスを含まない製品をもたらす適切なプロセスを実現する
のに亜鉛浴の中で利用出来る筈である亜鉛の重要な増分量を表している。
える長さの円筒が好ましい。ノズルユニット6の材質はAISI 316L(鋳
造品)又はDIN 1,449である。しかしながら、ノズルユニット6は完全
オーステナイト組織、即ちフェライトを含まないことが極めて重要であり、フェ
ライトの量は0.2%未満にすべきである。また、材質は鋳造の後は曲げ加工又
は冷間成形をすることなく鋳型すべきである。
浴3の中には何等の“デッド”ゾーンもなく、亜鉛浴全体を通して化学的一様性
が得られる。この流動パターンによって、ドロスを含まない亜鉛浴組成物による
溶融めっきめっきの実施方法を得ることが出来る。従来のシステム及び図1に示
しているようなシステムの流動パターンは、適切な化学的均一性を発現するには
不充分であり、ドロスを含まない浴組成及びそうして得られるドロスを含まない
製品を得ることは出来ない。
、図6(a)−6(b)では、本発明の幾つかの具体的詳細と、それを操作して
鋼帯をめっきするプロセスを説明している。工業的規模の試験を行なって米国特
許第4,971,842号のクーラーと本発明のクーラー/クリーナーとを比較
した。鋼帯浸漬温度が高すぎると亜鉛浴の反応性は高すぎて浮遊ドロスが生成す
る。妥当な鋼帯浸漬温度、好ましくは鋼帯の温度としては485°−500℃で
、浴温度としては440°−450℃、でドロスを含まない浴及びそれによって
ドロスを含まない製品を得るために本発明のシステムを操作する。
0%)皮膜の製品を作ることが出来る。
した。アルミニウム含量が0.14%のとき、447℃における亜鉛への鉄の溶
解度は0.14%である。従って、亜鉛浴の鉄含量は鉄の溶解度に等しい。結果
として、本発明の方法は、ドロスを含まない亜鉛浴を維持することによりドロス
を含まない製品を製造出来る。
システムが使用される時に生じる結果とは対照的なものとして本発明を使用した
結果を示している。特に、本発明のシステムの有効性(有効性=単位時間当たり
のドロス除去量)は米国特許第4,971,842号の有効性と比較して優れて
いる。このことは図6(c)のグラフに示されていて、複数の被めっき鋼帯では
長時間にわたりドロスが除去されるのが示されている。各鋼帯は約20トンの鋼
材であり、処理には約30分を要する。第3番目の鋼帯を処理するまでは本発明
の操作は亜鉛浴からドロス粒子を速やかに除去するようにすることであった。そ
の次に、鋼帯4は、本発明の目的であるドロスを含まない環境で処理された最初
の鋼帯となる。このような結果は米国特許第4,971,842号のシステムで
は実現出来なかった。
限定されると解釈すべきではない。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲に
よってのみ限定されるあらゆる、そして全ての等価物、修正、変更及びその他の
実施態様を含むと考えるべきである。
動パターンを示す略図である。
新規の流動パターンは本発明の方法に固有のものである。
する場合に発生する流体流れを示す略図である。
。
するのに使用されるノズルの2個の図を示す略図である。
を示すプロセス図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 被覆対象の金属をめっきすることにより発生する実質的に全
ての浮遊ドロス粒子を除去する溶融めっき方法において: (a)めっき材料を含む浴に前記金属を挿入する段階;及び (b)前記金属に実質的に全ての前記ドロスを付着する段階、 の各段階を含むことを特徴とする前記方法。 - 【請求項2】 前記金属が帯形状であること、及び段階(a)が: (i)前記浴の中の下部ロールによって前記金属帯を制御する補助段階(s
ub-step)を含むことを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の方法。 - 【請求項3】 段階(b)が: (ii)前記金属帯の表面に実質的に垂直な方向で前記金属帯の両面に亜鉛
の流れを誘導する補助段階を含むことを特徴とする、請求の範囲第2項に記載の
方法。 - 【請求項4】 亜鉛の前記流れが、前記金属帯の予め定められた長さにわた
って複数の個所で前記金属帯の前記表面に垂直に移動する複数の流れによって構
成されることを特徴とする、請求の範囲第3項に記載の方法。 - 【請求項5】 前記垂直な流れが、前記浴の表面から、前記金属帯は最初に
前記下部ロールと接触する地点までの前記金属帯にわたって測定される前記金属
帯の範囲の少なくとも1/2を包含することを特徴とする、請求の範囲第4項に
記載の方法。 - 【請求項6】 更に(c)亜鉛の流れを前記金属帯から前記下部ロールの上
及び下へ誘導することを特徴とする、請求の範囲第2項に記載の方法。 - 【請求項7】 前記下部ロールが、ベアリングを有するアームによって支持
され前記亜鉛の流れも前記ベアリングへ誘導されることを特徴とする、請求の範
囲第6項に記載の方法。 - 【請求項8】 前記亜鉛の流れが前記全亜鉛浴を攪拌し、かつ前記亜鉛浴全
体にわたって化学的均一性を維持することを特徴とする、請求の範囲第3項に記
載の方法。 - 【請求項9】 前記亜鉛浴の中の鉄含量は全ての溶解鉄が前記亜鉛浴の中で
完全に可溶する点まで調節されるように、前記亜鉛浴が維持されることを特徴と
する、請求の範囲第8項に記載の方法。 - 【請求項10】 (a)鋼を亜鉛浴に浸漬する;及び (b)前記亜鉛浴の中で発生した実質的に全てのドロスを前記鋼に付着する
プロセスによって形成されるめっきされた鋼製品。 - 【請求項11】 前記製品が帯の形状であることを特徴とする、請求の範囲
第10項に記載の鋼製品。 - 【請求項12】 前記鋼が線の形状であることを特徴とする、請求の範囲第
10項に記載のめっきされた鋼製品。 - 【請求項13】 前記亜鉛浴を、実質的にドロスを含まない状態に維持して
いる間に亜鉛浴の中で溶融めっき鋼プロセスを実施するためのシステムにおいて
、前記システムが実質的に全ての前記ドロスを前記亜鉛浴に浸漬された鋼に付着
させるための流れ手段を含むことを特徴とする前記システム。 - 【請求項14】 前記流れ手段が、前記亜鉛浴の中で処理される鋼帯の片面
に配置されたプレナムプレートに取り付けられた複数のノズルを含むことを特徴
とする、請求の範囲第13項に記載のシステム。 - 【請求項15】 前記ノズルが、前記鋼帯の予め定められた長さにわたって
複数の個所で前記鋼帯の両面で前記鋼帯に実質的に垂直に亜鉛の流れを提供する
ように配置されることを特徴とする、請求の範囲第14項に記載のシステム。 - 【請求項16】 前記ノズルの各々が、前記プレナムプレートによって二分
されることを特徴とする、請求の範囲第15項に記載のシステム。 - 【請求項17】 更に、 (b)前記鋼帯を取り扱うために配置された下部ロール;及び (c)亜鉛の流れを前記下部ロールの上及び下に誘導するための案内手段を
含むことを特徴とする、請求の範囲第16項に記載のシステム。 - 【請求項18】 前記ノズルが円形ノズル及び細長いスロットを含み、前記
細長いスロットは前記プレナムプレートの上部周縁部にわたって配置されること
を特徴とする、請求の範囲第17項に記載のシステム。 - 【請求項19】 前記円形ノズルが長さと直径を有するように配置され、前
記長さは直径の0.7倍以上であることを特徴とする、請求の範囲第18項に記
載のシステム。 - 【請求項20】 前記ノズルが、前記鋼帯の予め定められた長さ、即ち前記
亜鉛浴から鋼帯が最初に前記下部ロールに接触する前記下部ロールの地点まで延
在する前記鋼帯の長さ以上にわたって前記鋼帯を亜鉛の流れに曝すように配置さ
れることを特徴とする、請求の範囲第19項に記載のシステム。 - 【請求項21】 前記ノズル材質がオーステナイト鋼組成物によって構成さ
れることを特徴とする、請求の範囲第20項に記載のシステム。
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