JP2004002913A - 溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際しての溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法に関する。
【解決手段】あらかじめ鋼種毎に合金化温度実績をデータ収集し、該合金化温度実績に基づいて、鋼種毎に基本となる代表的なめっき層中のＦｅ％におけるベース合金化温度を平均化して算出するとともに、そのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％のそれぞれの平均値を算出してベース値となし、次に、めっき層中のＦｅ％とそのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％のそれぞれのパラメータに対する合金化温度偏差の直線近似による傾きを個別に求めておき、　合金化温度の予測に際しては、前記ベース合金化温度に対し、前記各パラメータのベース値に対する偏差から合金化温度偏差の積算を行う。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板を溶融亜鉛めっき槽で亜鉛めっきした後、この鋼板を最適なＦｅ−Ｚｎ合金相に合金化熱処理する溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度の予測方法に関するものである。特に、　本発明は、高張力鋼板の溶融亜鉛めっき処理に好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
溶融亜鉛めっき鋼板を合金化する合金化処理方法について、図１に基づき説明する。
図１において、鋼板２は、焼鈍炉（図示せず）にて熱処理され所定の温度に冷却調整された後、溶融亜鉛ポット１に浸漬される。溶融亜鉛ポット１内は、所定温度に保持され、少量のＡｌを溶解させた溶融亜鉛が満たされており、鋼板２が溶融亜鉛に浸漬される間に、鋼板２表面にてＦｅとＡｌとが反応し、溶融亜鉛めっきが付着する。
【０００３】
鋼板２は、シンクロール３にて方向転換後、上方に引き上げられ、ガスワイピングノズル４にて所定の亜鉛付着量に調整後、合金化炉にて熱処理され、Ｆｅが亜鉛めっき中に拡散して、合金化溶融亜鉛めっき層が形成される。一般に、合金化炉は、加熱帯５、保持帯６、冷却帯８から構成され、加熱手段としては、直火式バーナ、あるいは、誘導加熱、およびそれらの組合せが適用される。
【０００４】
また、加熱帯５あるいは保持帯６には放射温度計７が設置されるのが一般的である。但し、一般的には、加熱帯５内では合金化の進行に伴う放射率の変化が激しいため精度良く板温を測定するのは困難である一方、保持帯６内の最終に近い位置では合金化の進行が終了に近く、放射率の変化が少ないためある程度の精度での板温計測が可能となることから、保持帯６出側に放射温度計７を設置することを好適とする。
【０００５】
鋼板２は、加熱帯５にて所定の温度に加熱され、保持帯６にて温度を保持した後、冷却帯８にて冷却される。そして、冷却帯８を出た後、鋼板２に形成されためっき層の合金化度を合金化度計１０にて測定し、また、めっき付着量を付着量計１１にて測定する。
ここで、適正な合金化度とは、鋼種にもよるが、概ね亜鉛めっき層中のＦｅ濃度（合金化度）、すなわち、Ｆｅ％が１１％程度のものとされており、過合金（高Ｆｅ％）や合金不足（低Ｆｅ％）とならずに適正な合金化処理を行うことが重要とされる。
【０００６】
また、自動車用鋼板として用いられる高張力鋼板は、特に合金化度の高精度化が要求され、プレス成形への影響を考慮して、好適にはＦｅ％として目標Ｆｅ％±１％、例えば、目標Ｆｅ％が１１％の場合、１１％±１％の範囲内とすることが要求される。そして、そのためには、合金化温度を±１０℃以内に収めるように管理することが重要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に高張力鋼板は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐなどの多くの成分が入っていることから、従来は、正確に合金化温度を予測することができず、オペレータは、実際に合金化してみないと合金化温度を上げてよいのか下げてよいのか分からないというのが実情であった。すなわち、放射温度計７の測定値を用いて合金化度を制御することができなかった。そのため、オペレータの経験に基づくスキルの差が大きかった。
【０００８】
また、操業時の高張力鋼板の通板順を考えた場合、ＣＧＬでは合金化温度が通板順のポイントとなるにもかかわらず、合金化温度が不明のために、通板の命令順を温度順に並べることができず、中間に通板材を入れて温度調整を行わざるを得なかった。
ところで、合金化度計１０は、上述のように、冷却帯８の出側に設置されることから、この合金化度計１０の出力値を用いて合金化度の管理を行う場合、数百ｍにも及ぶ制御遅れが生じることになる。すなわち、オペレータは、数分間のタイムラグを前提とした調整を強いられることになる。
【０００９】
そのため、高張力鋼板のめっき処理においては、その前に通板材と称する非製品コイルを接合して通板し、その通板材で合金化温度合わせを行う必要があった。この通板材は、スクラップにしかならないことから、ラインの歩留を大きく低下させ、かつ、生産性を大きく阻害する要因となっていた。
更に、もし、合金化度の調整に失敗し、合金化度が外れた場合には、不良長さが合金化炉から合金化度計までの間隔以上の長さとなってしまうことも大きな問題であった。
【００１０】
本発明は、合金化度に対応する合金化温度の高精度の予測を可能とし、ラインの歩留と生産性を向上させることを目的とする。特に、本発明は、鋼板、とりわけ高張力鋼板の合金化温度を高精度に予測することを可能とし、従来、不可欠とされていた通板材を不要とするものである。具体的には、合金化温度を±１０℃以内の高精度で予測可能とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼板、特に高張力鋼板の合金化温度の予測を、補正関数を用いることで高精度に行うことを可能ならしめた。特に、補正関数の補正因子として、めっき層中のＦｅ％とそのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％を採用することが好適であることを見出したのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、鋼板に溶融亜鉛を付着後、合金化炉で熱処理して所望の合金化度となる溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際しての溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法であって、あらかじめ鋼種毎に合金化温度実績をデータ収集し、該合金化温度実績に基づいて、鋼種毎に基本となる代表的なめっき層中のＦｅ％におけるベース合金化温度を平均化して算出するとともに、そのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％のそれぞれの平均値を算出してベース値となし、次に、めっき層中のＦｅ％とそのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％のそれぞれのパラメータに対する合金化温度偏差の直線近似による傾きを個別に求めておき、　合金化温度の予測に際しては、前記ベース合金化温度に対し、前記各パラメータのベース値に対する偏差から合金化温度偏差の積算を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法によって上記課題を解決した。
【００１３】
特に、本発明は、前記鋼板を高張力鋼板とすることを好適とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法につき、好適な実施の形態を説明する。ここで、既に説明した図１記載の合金化炉に本発明を適用する。
なお、本発明では、予測を行う合金化温度をＧＳＳ　（Ｇａｌｖａｎｎｅａｌｉｎｇ　Ｓｏａｋｉｎｇ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　）温度ともよぶ。また、単にＧＳＳ　とも称する。なお、ＧＳＳ　温度は、ＧＨＳ　（Ｇａｌｖａｎｎｅａｌｉｎｇ　Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　）温度とも呼ばれる。
【００１５】
本発明は、これまでの操業で蓄積した操業実績データをベースとして、その偏差分についての所要の補正を行いＧＳＳ　温度の予測を高精度に行うものである。
以下に、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法を具体的に説明する。
まず、これまでの操業実績データをベースとし、各鋼種毎に、最もＮ数の多い目標Ｆｅ％となる、例えば、Ｆｅ％＝１１％の操業データを平均化し、平均ＧＳＳ　温度の操業条件（ベースＧＳＳ　）を導出する。なお、以下では、ある代表的な鋼種におけるベースＧＳＳ　を例示して説明する。
【００１６】
本発明者は、予測を行う際の補正パラメータについての詳細な検討を行い、鋼板、とりわけ高張力鋼板の溶融亜鉛めっき処理においては、上記のＦｅ％の偏差（ΔＧＳＳ（Ｆｅ％））の他に、めっき付着量の偏差（ΔＧＳＳ（めっき付着量）　）、鋼板中のＰ％の偏差（ΔＧＳＳ（Ｐ％））、鋼板中のＭｎ％の偏差（ΔＧＳＳ（Ｍｎ％））、鋼板中のＳｉ％の偏差（ΔＧＳＳ（Ｓｉ％））についての補正を行うことで、十分なＧＳＳ　温度の予測精度が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１７】
特に、本発明者は、これらのパラメータについて、本発明で要求する予測精度の範囲ではパラメータ間の有意な相関が無く、　実質的に独立事象とみなすことが可能であり、それぞれの偏差量の単純な足し算、すなわち、積算のみで十分な予測精度が得られることを見出した。
表１にベースＧＳＳ　の代表的な例を示す。なお、表１では、代表的な鋼種であるＡ材について、ベースＦｅ％を１１％とする場合を例示しているが、実際の操業では、各鋼種毎にベースＦｅ％を選定し、表１と同様にテーブル化しておくことは言うまでもない。
【００１８】
【表１】

【００１９】
そして、各パラメータについて、これまでの操業実績データに基づいて、ＧＳＳ　温度との相関を求めておく。
一例として、図２にＦｅ％実績とＧＳＳ　温度との相関関係を例示する。ここで、図２から、Ａ材においての近似直線の傾きが８．７５℃／％であることが求められる。そして、他のパラメータについても同様にそれぞれの傾きを算出し、テーブル化しておく。
【００２０】
次に、表１に示すＡ材のベースＧＳＳ　に基づき、あらかじめテーブル化しておいた対応データからＧＳＳ　温度の予測を行う具体例について説明する。
予測を行う高張力鋼板の付着亜鉛めっき中の目標Ｆｅ％を１２．５％とすると、ΔＧＳＳ（Ｆｅ％）は、図２に基づき、次式で算出できる。
ΔＧＳＳ（Ｆｅ％）　（℃）　＝（１２．５％−１１．０％）×　８．７５（℃／％）　＝１３．１（℃）
以下、同様にΔＧＳＳ（付着量）　、ΔＧＳＳ（Ｐ％）、ΔＧＳＳ（Ｍｎ％）、ΔＧＳＳ（Ｓｉ％）の各予測値を順次計算して足し合わせ、ＧＳＳ　温度予測値（℃）　を算出する。すなわち、下記（１）　式からＧＳＳ　温度予測値の予測計算を行う。
【００２１】

なお、ここで、Ｆｅ％、めっき付着量は、おのおの製造する溶融亜鉛めっき鋼板の目標合金化度（めっき層中のＦｅ％）、目標めっき付着量を、Ｐ％、Ｍｎ％、Ｓｉ％はめっき原板である鋼板のＰ、Ｍｎ、Ｓｉ含有量の実績値を用いればよい。
【００２２】
ところで、本発明においては、±１０℃内を目標精度としたが、上記の他に、合金化度に影響を与える因子を補正関数として更に追加すれば、更なる予測精度の向上も可能である。具体的には、鋼板搬送のライン速度、亜鉛浴中のＡｌ％、その他の微量成分％等を必要に応じて追加して適用できる。
また、所用のライン改造を行い、上記で算出したＧＳＳ　温度予測値を合金化炉にプリセットできるようにしてフィードフォワード制御（ＦＦ制御）を可能とすることで、合金化炉制御の一段の向上を図ることも可能となる。更に、上記のＦＦ制御と、合金化度計、放射温度計の測定値をフィードバックする従来のＦＢ制御を組み合わせることで最適の制御システムを構築することができ、最善の合金化炉操業を可能とすることができる。
【００２３】
【実施例】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法を適用し、合金化炉に搬入する高張力鋼板の搬入順の決定を行い、実際のライン操業を実施して溶融亜鉛めっき処理を行った。
ここで、本発明を適用した操業では、あらかじめ合金化温度を高精度に予測できることから、従来必須であった通板材を一切不要とすることができた。また、実装業における合金化度外れも皆無となった。
【００２４】
以上の結果、本発明によって、従来の操業と比較して１％の歩留向上を達成できた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によって、溶融亜鉛めっき鋼板の品質向上と生産性向上を実現した。また、本発明によって、オペレータ間のスキルによるレベル差を解消し、安定した操業を維持できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する合金化設備の模式図である。
【図２】予測パラメータの１つであるめっき中のＦｅ％と合金化温度の相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　溶融亜鉛ポット
２　　　　鋼板
３　　　　シンクロール
４　　　　ワイピングノズル
５　　　　加熱帯
６　　　　保持帯
７　　放射温度計
８　　冷却帯
９　　トップロール
１０　　　　合金化度計
１１　　付着量計

Claims (2)

1. 鋼板に溶融亜鉛を付着後、合金化炉で熱処理して所望の合金化度となる溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際しての溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法であって、
   あらかじめ鋼種毎に合金化温度実績をデータ収集し、
   該合金化温度実績に基づいて、鋼種毎に基本となる代表的なめっき層中のＦｅ％におけるベース合金化温度を平均化して算出するとともに、そのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％のそれぞれの平均値を算出してベース値となし、
   次に、めっき層中のＦｅ％とそのめっき付着量、および、鋼板中のＰ％、　Ｍｎ％、　Ｓｉ％のそれぞれのパラメータに対する合金化温度偏差の直線近似による傾きを個別に求めておき、
   合金化温度の予測に際しては、前記ベース合金化温度に対し、前記各パラメータのベース値に対する偏差から合金化温度偏差の積算を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法。
2. 前記鋼板を高張力鋼板とすることを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法。

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