【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛めっき鋼板の製造方法及び製造装置に関するものであり、また、プレス成形時における摺動性に優れた亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車，家電，建材向けの薄鋼板として、防錆性に優れた亜鉛めっき鋼板の需要が増大している。そして、これらの亜鉛めっき鋼板は、特に自動車車体用途を中心にプレス成形を施して使用に供する場合が多く、その表面に微視的凹凸（表面粗さ）を適切に付与する必要がある。なぜなら、鋼板表面の微視的な凹凸は、プレス金型との間における潤滑油の保油性を向上させ、摺動抵抗を低減させるとともに、型かじりの発生を防止する効果を有するためである。
【０００３】
鋼板表面の微視的な凹凸の形態を表す指標としては、通常、ＪＩＳＢ０６０１に規定される平均粗さＲａが用いられている。そして、プレス成形に供せられる亜鉛めっき鋼板については、この平均粗さＲａが一定値の範囲になるように調整し、プレス成形における金型との間の保油性を確保するのが一般的である。
【０００４】
ただし、その他の指標として、最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚなどのパラメータが用いられる場合もある。また、特開平７−１３６７０１号公報には、単位面積当りの凹部体積の和を指標として定義し、その値が所定の値よりも大きい場合にプレス成形性が優れるものとされている。いずれにしても、亜鉛めっき鋼板の表面には、一定の微視的凹凸を付与しなければ、プレス成形性を確保することができない。
【０００５】
特に、めっき皮膜が主としてη相から構成される非合金化亜鉛めっき鋼板の場合、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて皮膜自身が柔らかく且つ融点が低いことから、プレス金型への凝着が発生しやすく、プレス成形性が劣る場合があるため、より高い保油性を確保する必要がある。このような理由により、プレス成形性を確保するために必要な表面の凹凸の大きさ、すなわち平均粗さＲａも、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて相対的に大きな値を要求される場合が多い。
【０００６】
一方、自動車の外板用途等に使用される亜鉛めっき鋼板には、プレス成形性と共に塗装後の鮮映性が優れていることを要求される。塗装後の鮮映性のみを向上させるためには、亜鉛めっき鋼板の表面をブライト面に仕上げればよい。しかし、これは、プレス成形性を向上させるために一定の表面粗さが必要とされることとは相反する要求である。
【０００７】
塗装後の鮮映性と塗装前の鋼板における表面の微視的形態との関係については、例えば特公平６−７５７２８号公報に記載されている。同公報によれば、塗装膜自体が鋼板表面の微視的凹凸に対するローパス・フィルターとして作用するため、短周期の凹凸は塗膜によって埋められ、塗装後の鮮映性に影響を与えない。しかし、波長数百μｍ以上である長周期成分は塗装によっても隠蔽されず、鮮映性を悪化させるとされている。
【０００８】
この対策としては、塗装前の鋼板表面の微視的凹凸を示す指標であるろ波中心線うねりＷｃａを一定値以下に調整することで、塗装後の鮮映性を向上させることができる。ろ波中心線うねりＷｃａとは、ＪＩＳＢ０６１０に規定されているパラメータであり、高域カットオフを施した表面凹凸の平均高さを代表するものである。
【０００９】
一方、ろ波中心線うねりＷｃａの他にも、塗装後の鮮映性に影響を与える指標として、ピークカウントＰＰＩがある。ピークカウントＰＰＩとは、ＳＡＥ９１１規格で規定されている、１インチあたりの凹凸のピーク数である。ピークカウントＰＰＩが大きいということは、表面の微視的凹凸の中で、短周期の凹凸が多いことを意味し、同一の平均粗さＲａで比較した場合に、相対的に長周期の波長成分が軽減されていることを示している。すなわち、平均粗さＲａが同一であれば、ピークカウントＰＰＩが大きいほど、塗装後鮮映性に優れていると考えられる。
【００１０】
以上のように、プレス成形用途の亜鉛めっき鋼板に対しては、一定の微視的凹凸である表面粗さを付与することが必要であると共に、塗装後の鮮映性が要求される場合には、その長波長成分を低減させる必要がある。特に、合金化過程において表面に微視的な凹凸が形成される合金化溶融亜鉛めっき鋼板と異なり、皮膜が主としてη相から構成される非合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、めっき後の表面が平滑であるため、何らかの方法により表面粗さを付与する必要性が高い。
【００１１】
ところで、プレス成形に使用される亜鉛めっき鋼板の表面に微視的な凹凸を付与する手段としては、一般に調質圧延が用いられている。調質圧延は、表面に予め微視的な凹凸を付与した圧延ロールを用いて、鋼板に０．５〜２．０％程度の塑性伸びを付与しながら、ロールバイトにおいて生じる圧力によって、鋼板表面に圧延ロール表面の凹凸を転写させるものである。したがって、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される微視的凹凸の形態は、圧延ロールの表面に付与される凹凸の形態に依存する。
【００１２】
調質圧延ロールの表面に微視的な凹凸を付与する方法としては、ショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工等の各種加工方法が用いられる。例えば、特開平７−１３６７０１号公報や特公平６−７５７２８号公報にはレーザーダル加工を施した調質圧延ロールを用いることが、また特開平１１−３０２８１６号公報には電子ビーム加工によって表面を加工した調質圧延ロールを用いることが、それぞれ開示されている。
【００１３】
さらに、鋼板表面のピークカウントＰＰＩを上昇させる方法として、Ｐｒｅｔｅｘ法と呼ばれる調質圧延ロールの加工方法が、Ｚｉｍｎｉｋらによって公表されている（Ｓｔａｈｌ ｕｎｄ Ｅｉｓｅｎ，Ｖｏｌ．１１８，Ｎｏ．３，Ｐ．７５−８０，１９９８）。これは、硬質の金属クロムを電解析出することで、圧延ロールの表面に微視的な凹凸を付与する方法であり、ショットブラスト加工による圧延ロール表面の加工方法に比べて、短ピッチで緻密な凹凸を付与できるのが特徴であるとされている。
【００１４】
同文献によれば、ショットブラスト加工による圧延ロールを使用した場合に付与できる鋼板表面のピークカウントＰＰＩは１２０程度であるが、Ｐｒｅｔｅｘ法を使用した場合には、ピークカウントＰＰＩを２３０程度まで上昇させることができるとされている。なお、同文献におけるピークカウントＰＰＩのカウントレベルは±０．５μｍとされている（これに対し、本発明においてピークカウントＰＰＩを示すときのカウントレベルは±０．６３５μｍである）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、調質圧延によりプレス成形に供される亜鉛めっき鋼板の表面に一定の表面粗さを付与する従来技術には、以下のような問題点がある。
【００１６】
第一に、調質圧延によって圧延ロールの微視的な凹凸が亜鉛めっき鋼板の表面に転写される割合には、一定の制限が生じる。つまり、いかに圧延ロール表面に緻密な凹凸を付与しても、それらの凹凸がそのまま鋼板に転写されることにはならず、亜鉛めっき鋼板表面に形成されるピークカウントＰＰＩを大きくすることができないという問題である。
【００１７】
調質圧延は、前述のように、ロールバイトにおいて生じる圧力によって鋼板に一定の塑性伸びを与えながら、圧延ロール表面の微視的凹凸を転写させる作用が生じるものである。しかし、調質圧延の主たる機能は、焼鈍後の鋼板の機械的性質を調整することであり、この目的を達成するために付与できる伸長率の最大値には一定の制限が生じる。したがって、圧延ロール表面の微視的凹凸をほぼ完全に鋼板表面に転写させるためには、ロールバイトで発生する圧力を非常に高くすればよいものの、その場合には鋼板バルク変形が過大となり、機械的性質が悪化することになる。
【００１８】
例えば、鋼板の機械的性質を調整する目的から、調質圧延において付与できる伸長率が０．５〜２．０％の範囲とされる場合に、鋼板表面の平均粗さＲａを１．０〜１．５μｍとするためには、圧延ロール表面の平均粗さＲａを２．５〜３．５μｍ程度にする必要がある。この場合、圧延ロール表面のピークカウントＰＰＩを大きくするために、放電ダル加工や電子ビーム加工等の手段を用いて圧延ロール表面を加工したとしても、付与できる圧延ロール表面のピークカウントＰＰＩは３００程度が限界である。このとき、調質圧延によるピークカウントＰＰＩの転写割合は約６０〜７０％であるため、鋼板表面に転写される微視的凹凸のピークカウントＰＰＩとしては２００程度が上限とならざるを得ない。
【００１９】
例えば、前記の特開平１１−３０２８１６号公報には、圧延ロール表面に電子ビーム加工を施す技術が開示されているが、同公報の実施例には亜鉛めっき鋼板の凹凸ピッチが０．１１ｍｍ程度であると記載されており、１インチあたりの凹凸の数は２３０程度であると推測できる。また、前記のＰｒｅｔｅｘ法による場合であっても、鋼板表面のピークカウントＰＰＩは２３０程度であって、現在の技術では、それ以上に緻密な短波長の凹凸を鋼板表面に付与することは困難である。
【００２０】
特に皮膜が主としてη相から構成される非合金化亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて平均粗さＲａを大きくする場合が多いため、圧延ロール表面に付与すべき平均粗さもそれに伴って大きくする必要がある。ところが、前述した各種のロール表面加工方法では、いずれも圧延ロール表面の平均粗さを大きくするとピークカウントＰＰＩが低下し、平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩの両者を大きくすることは困難である。
【００２１】
このような亜鉛めっき鋼板をプレス成形に用いる場合には、プレス金型との間の保油性が十分ではなく、その摺動抵抗が大きくなって、パンチ面における鋼板の破断あるいは金型ビード部近傍での鋼板の破断が生じやすいという問題がある。
【００２２】
第２の問題点は、調質圧延におけるロールバイトでは、圧延ロールと鋼板との間の接触圧力が非常に大きいため、圧延ロール表面の微視的凹凸（表面粗さ）が摩擦によって経時的に変化し、鋼板表面に転写される微視的凹凸の形態を一定に保つのが困難となることである。
【００２３】
例えば、表面の平均粗さＲａ３．５μｍの圧延ロールを使用する場合、圧延長６ｋｍ程度の調質圧延によって、圧延ロール表面の平均粗さＲａは３．０μｍ程度に低下する。このような圧延ロール表面の摩耗の影響は、圧延長が増加するに従って顕著となる。そして、製品毎に表面の微視的凹凸の形態が変化することで、プレス成形性に違いが生じ、品質が一定にならないという問題が生じる。
【００２４】
よって、鋼板のプレス成形性を安定させようとする場合には、圧延ロール表面の摩耗があまり進行しないうちに、圧延ロールを組み替えながら製造する必要が生じる。しかし、圧延ロールの頻繁な組み替えは、生産能率の低下をもたらすことになる。
【００２５】
また、皮膜が主としてη相から構成される非合金化亜鉛めっき鋼板の場合には、先に述べたように合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、より大きなＲａを要求される場合が多い。したがって、圧延ロール表面の平均粗さＲａも大きいものを使用する必要があり、圧延ロール表面の摩耗による経時変化の影響はより顕著となる。さらに、圧延ロール表面の微視的凹凸の凹部に鋼板表面から剥離した亜鉛粉が凝着する、いわゆる目詰まりにより、みかけのロール表面粗さが低下することによっても、製造される亜鉛めっき鋼板表面の微視的凹凸の形態に経時的な変化を生じてしまう。
【００２６】
第三の問題点は、同一の圧延ロールを使用して調質圧延を行う場合に、対象とする亜鉛めっき鋼板の鋼種等が変化して母材の硬さが異なる場合に、同一レベルの表面粗さを付与するのが困難になることである。
【００２７】
この問題について、図３を用いて説明する。これは、圧延ロール表面を放電加工によって平均粗さＲａを３．０μｍに調整したものによって、亜鉛めっき鋼板の調質圧延を行った結果を示すものである。
【００２８】
母材がハイテン（硬質材）と極低炭素鋼（軟質材）の場合について、表面に溶融亜鉛めっきを施した後に、付与する伸長率を段階的に変更しながら調質圧延を実施して、それぞれの亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さを測定した。図３から、調質圧延によって付与される亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さは、軟質材の場合に比べて硬質材の方が大きな値になっていることがわかる。これは、一定の伸長率を得るために発生する圧延ロールと鋼板との接触面圧が、軟質材よりも硬質材において高くなり、接触面圧が高いほど亜鉛めっき皮膜層の変形が生じやすくなって、圧延ロール表面の微視的凹凸が転写しやすくなるためである。
【００２９】
ところで、軟質材および硬質材ともに、鋼板のプレス成形性を確保する観点から、表面の平均粗さＲａを１．０〜１．２μｍとし、その機械的性質を調整するために調質圧延の伸長率を０．８〜１．０％の範囲に収めなければならない場合がある。このとき、図３に示す結果から、軟質材についてはそのような要求を満たす亜鉛めっき鋼板を製造することができるが、硬質材については、同一の圧延ロールを使用しても、目的の鋼板表面粗さを達成できないことがわかる。
【００３０】
そこで、硬質材の調質圧延を行う場合には、圧延ロール表面の平均粗さＲａを前記３．０μｍよりも小さくする必要があり、圧延ロールを組み替えなければその目的を達成することができない。すなわち、同一の圧延ロールを用いて、材質上制限される伸長率の範囲内において、異なる鋼種を母材とする亜鉛めっき鋼板に同一の表面粗さを付与することができないのである。
【００３１】
ところで、以上説明した調質圧延とは異なる方法により鋼板の表面粗さを調整する方法として、鋼板の表面に固体粒子を投射する方法も考えられる。特開２００２−１２０００３号公報では、調質圧延を施した鋼板表面に、固体粒子を投射して、鋼帯の表面粗さを調整する方法が記載されている。この方法によれば、調質圧延工程とは独立して、鋼板の表面粗さを調整することができる。すなわち、伸長率の制約により所望の表面粗さを得られなかったり、摩耗や目詰まりなどのロールの経時変化による悪影響を被ったりといった、調質圧延による鋼板の表面粗さ調整における問題点を解決することができる。
【００３２】
しかし、この方法には、以下のような問題点がある。すなわち、鋼板表面へ投射した固体粒子が、鋼板表面に残存してしまう可能性がある。このように表面に異物が付着したままでは、製品とすることはできない。あるいは、固体粒子の残存を防止するため、固体粒子の投射設備の下流側に、大掛かりな鋼板のクリーニング設備を必要とする。この場合には、設備費や、固体粒子の回収も含めたランニングコストが高くなってしまう。
【００３３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、安定的に且つ比較的簡易に、プレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板を製造する方法及び装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者等は、亜鉛めっき鋼板の表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃力により、鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、表面形態を調整することの可能性について検討した。
【００３５】
キャビテーションは、流速の増加により生じた局部的低圧部において、液体が飽和蒸気圧まで低下して気泡となる現象で、一般にはポンプなどの流体機械に性能低下、振動・騒音、壊食をもたらす害悪である。しかし、近年、キャビテーション気泡の気泡崩壊時に生じる衝撃力を、機械材料表面への圧縮残留応力の導入、ばね材の疲労強度向上、炭素鋼の耐食性向上等に有効活用しようとする研究が行われている。そして、以下の知見が公表されている（材料と環境，Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．６，ｐ．３３２−３３６，２０００）。
【００３６】
▲１▼キャビテーションを任意に発生させる手段としては、超音波振動子による方法、キャビテーション噴流（水中水噴流）による方法、レーザー集光による方法などがあるが、キャビテーションの強力化や制御の容易さ，コスト面から、キャビテーション噴流による方法が有利である。
【００３７】
▲２▼キャビテーション噴流により発生する気泡雲は、数百から数千Ｈｚで周期的に放出される。
【００３８】
▲３▼キャビテーション気泡の崩壊時に生じる衝撃力は、μｍオーダーの局所的領域に、マイクロ秒の極短時間で、数ＧＰａにも及ぶ衝撃圧が作用する。
【００３９】
▲４▼キャビテーション気泡の崩壊衝撃力の強さおよび発生範囲は、キャビテーション噴流により制御できる。
【００４０】
本発明者等は、このようなキャビテーション気泡崩壊時の衝撃力により、亜鉛めっき鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、所望の表面粗さに調整し得るのではないかと考え、鋭意検討を進めた。
【００４１】
キャビテーションにより亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整することができれば、従来の調質圧延による鋼板表面への粗さ付与と異なり、調質圧延工程とは独立した工程で、鋼板表面へ凹凸の付与を行うことができる。したがって、前記した、伸長率の制約により所望の鋼板表面粗さを得られなかったり、摩耗や目詰まりなどのロールの経時変化により表面粗さが変化したりといった問題点を解決することができる。
【００４２】
さらに、キャビテーションによる方法では、鋼板の表面に固体粒子を投射する方法で問題となった鋼板表面に固体粒子が残存する等の問題も無く、大掛かりなクリーニング設備も不要である。
【００４３】
本発明は、以上に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
【００４４】
（１）亜鉛めっき鋼板の表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記亜鉛めっき鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、前記亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する工程を有することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４５】
（２）液体中において液体噴流を噴出することにより、キャビテーションを発生させることを特徴とする上記（１）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４６】
（３）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、キャビテーション条件を調整することにより、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうちのいずれか１以上を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４７】
（４）亜鉛めっき鋼板が、主としてη相から構成されるめっき皮膜を有することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４８】
（５）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程に先立って、亜鉛めっき鋼板の調質圧延工程を有することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４９】
（６）鋼板表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記鋼板の表面に塑性変形を生じさせるキャビテーション発生装置を、亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程に備えることを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造装置。
【００５０】
（７）鋼板を焼鈍する焼鈍炉と、焼鈍された鋼板を浸漬してめっきを施す溶融亜鉛めっき浴と、めっきされた鋼板に調質圧延を施す調質圧延機と、鋼板表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記鋼板の表面に塑性変形を生じさせて鋼板表面形態を調整するキャビテーション発生装置とを備えたことを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造装置。
【００５１】
なお、本発明は、上記（１）〜（７）のほか、以下の内容を含むものである。
【００５２】
（８）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、鋼板表面の平均粗さＲａが０．３〜３μｍとなるようにキャビテーション条件を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００５３】
（９）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、鋼板表面のピークカウントＰＰＩが２５０以上となるようにキャビテーション条件を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００５４】
（１０）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａが０．８μｍ以下となるようにキャビテーション条件を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００５６】
図１は、本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを示す構成図である。本溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインは、主に、鋼板を焼鈍する焼鈍工程、焼鈍された鋼板に溶融金属を付着させるめっき工程、めっき後の鋼板の機械的性質を調整する調質圧延工程、調質圧延を施した鋼板の表面に所望の粗さを付与する表面形態調整工程から構成されている。
【００５７】
図１に示す溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインは、入側設備として、鋼板を巻き戻すペイオフリール５、鋼板表面を洗浄する電解洗浄装置７を備えている。その下流側の焼鈍工程には、鋼板を所定の条件で焼鈍処理するための焼鈍炉８を備えている。引き続くめっき工程では、溶融金属を保持し、鋼板を引き込んで溶融金属を付着させるめっき浴９、めっき厚を調整するガスワイパ１０、めっき皮膜を合金化させる合金化炉１１を備えている。
【００５８】
次に、その下流側の調質圧延工程には、鋼板に調質圧延を施して機械的性質を調整する調質圧延機１３と、その前後に、鋼板に張力を付与するブライドルロール１２，１５を備えている。調質圧延機１３は、ワークロール１４およびバックアップロールからなる４Ｈｉ式の調質圧延機である。なお、従来の調質圧延によって鋼板の表面形態を調整する方法では、ワークロール１４として、表面に一定の粗さを付与したダルロールを使用していた。それに対し、本発明では、調質圧延による機械的性質の調整と表面粗さの付与機能とを分離しているので、ワークロール１４として、表面が平滑なブライトロールを使用する。
【００５９】
さらに、その下流側の表面形態調整工程には、鋼板を引き込む水槽４を備え、水槽４内には、鋼板へ向けて水噴流を噴出するキャビテーション噴流発生用ノズル２が、鋼板の表裏面に対向して配置されている。また、その背後には、キャビテーション噴流発生用ノズル２へ高圧水を供給するポンプ３が設置されている。なお、水槽４の出側には、鋼板に張力を付与するブライドルロール１６を備えている。
【００６０】
そして、本製造ラインの出側設備として、化成処理装置１７、鋼板を巻き取るテンションリール６が設けられている。
【００６１】
次に、以上のように構成された本実施形態における溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。
【００６２】
溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインに運搬された冷間圧延後の鋼板１は、ペイオフリール５に装入され、巻き戻されて電解洗浄装置７を通過した後、焼鈍工程の焼鈍炉８において所定の焼鈍処理を施される。焼鈍された鋼板は、めっき工程において、めっき浴９に浸漬された後、引き上げられて、ガスワイパ１０によりめっき厚を調整される。その後、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には、合金化炉１１を作動させて、合金化処理を施す。一方、めっき皮膜が主としてη相からなる非合金化亜鉛めっき鋼板の場合には、合金化炉１１は使用しない。
【００６３】
めっきを施された鋼板１は、調質圧延工程において、ブライドルロール１２を経た後、所定の機械的性質が得られるように、調質圧延機１３により調質圧延を施される。ここで、通常、亜鉛めっきを施した鋼板の表面は、母材自体の凹凸やめっき皮膜厚の変動等により、長周期の凹凸であるうねりＷｃａが存在するが、調質圧延では、鋼板の機械的性質を調整すると共に、このうねりＷｃａを抑制する。前述したように、ワークロール１４としてダルロールを用いる従来の方法と異なり、調質圧延による機械的性質の調整と表面粗さの付与機能とを分離した本発明では、ワークロール１４としてブライトロールを用いる。そのため、本実施形態における調質圧延では、機械的性質を調整するのに適した伸長率を保ちながら、亜鉛めっき鋼板表面のうねりを小さく抑えることができる。
【００６４】
調質圧延を施された亜鉛めっき鋼板は、ブライドルロール１５を経て、表面形態調整工程へ送られる。表面形態調整工程では、まず鋼板１が水槽４へ引き込まれる。水槽４内では、ポンプ３の作用により、鋼板の表裏面に対向して設置されたキャビテーション噴流発生用ノズル２から水噴流を噴出し、キャビテーションを発生させる。そして、鋼板表面付近でキャビテーション気泡を崩壊させ、その際の衝撃力により、鋼板表面に塑性変形を生じさせ、鋼板表面に所望の表面粗さを付与する。なお、水槽４内の鋼板は、水槽４の前後に備えられたブライドルロール１５，１６により張力を付与されており、キャビテーション噴流発生用ノズル２との距離が一定に保たれている。
【００６５】
そして、表面粗さを付与された亜鉛めっき鋼板は、化成処理装置１７において所定の化成処理を施された後、テンションリール６へ巻き取られる。
【００６６】
このようにして製造された亜鉛めっき鋼板は、調質圧延工程において所定の機械的性質に調整され、表面形態調整工程において所定の鋼板表面粗さを付与されているため、鋼種にかかわらず、適切な機械的性質と表面形態とが得られる。
【００６７】
次に、本発明のキャビテーション噴流発生方法及び発生装置について、さらに詳細に説明する。
【００６８】
図２は、本発明の実施に供するキャビテーション噴流発生装置の一例を示す構成図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【００６９】
図１に示したのと同様に、水槽４内の水２１中には、キャビテーション噴流発生用ノズル２が鋼板の表裏面に対向して配置されており、水槽４の外にはキャビテーション噴流発生用ノズル２へ高圧水を供給するポンプ３が設置されている。また、鋼板１を水槽４内の水２１中へ引き込むため、キャビテーション噴流発生用ノズル２の上流側と下流側に、水中ロール２２が設けられている。
【００７０】
キャビテーション噴流発生用ノズル２は、鋼板１の全幅をカバーするように、板幅方向に複数個配置されている。その個数は、処理すべき鋼板１の最大板幅や、１個のキャビテーション噴流発生用ノズル２によって表面形態を調整できる範囲等に基づいて、適宜決定される。また、鋼板表面に付与される微視的凹凸が、板幅方向で均一となるように、隣接するノズルによるキャビテーション発生範囲をラップさせたり、図２のように千鳥状に配置してもよい。
【００７１】
さらに、鋼板１の長手方向に配置する個数は、１個のキャビテーション噴流発生用ノズル２で表面形態を調整できる範囲やライン速度等を考慮して、適宜決定すればよい。なお、図１及び図２では、鋼板１の表裏両面にキャビテーション噴流発生用ノズル２を設置したが、必ずしも両面の表面形態を調整する必要はなく、目的に応じて片面のみの設置としてもよい。
【００７２】
以上のように構成されたキャビテーション噴流発生装置による鋼板表面形態の調整は、以下のように行われる。
【００７３】
ポンプ３から供給される高圧水により、水２１中に設置されたキャビテーション噴流発生用ノズル２から、高速水中水噴流が噴射される。すると、噴流まわりの低圧部にキャビテーションが発生し、キャビテーション気泡雲へ成長した後、鋼板１に衝突する。そして、鋼板表面付近でキャビテーション気泡が崩壊し、その際の衝撃力により、鋼板表面が塑性変形を受ける。衝撃力が弱すぎると鋼板表面が塑性変形を受けることができず、逆に強すぎるとめっき皮膜が壊食されてしまう。したがって、キャビテーションによって、鋼板表面に適度な衝撃力を与える必要がある。
【００７４】
このように、水２１中に設置されたキャビテーション噴流発生用ノズル２から水中水噴流（キャビテーション噴流）を噴射する方法は、超音波振動子による方法やレーザー集光による方法などの他のキャビテーション発生手段と比較し、キャビテーションの強力化や制御の容易さ，コスト面等から有利である。したがって、キャビテーションを発生させる方法は、水中水噴流による方法が好ましい。
【００７５】
なお、本発明では、水槽４内の水２１中でキャビテーションを発生させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、水２１以外の液体であってもよい。すなわち、液体中において液体噴流を噴出することにより、同様の効果を得ることができる。つまり、鋼板の製造ライン中にあっては、洗浄液や各種処理液中での適用も可能である。
【００７６】
また、鋼板の表面形態を調整するために調節すべきキャビテーション噴流発生装置の制御パラメータとしては、キャビテーション噴流発生用ノズル２の型式やノズル径、キャビテーション噴流発生用ノズル２と鋼板１との距離、キャビテーション噴流発生用ノズル２からの噴流吐出圧力等が挙げられる。これらのパラメータや、使用するキャビテーション噴流発生用ノズル２の個数等、さらにはライン速度を適宜調整することにより、鋼板表面を所望の形態に塑性変形させることができる。
【００７７】
なお、ここでいう鋼板の表面形態とは、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうちの一部又は全部であり、さらに他の表面形態のパラメータを含んでもよい。本発明では、キャビテーション条件を調整することにより、これらの表面形態を調整することができる。
【００７８】
ここで、鋼板表面の平均粗さＲａは、０．３〜３μｍに調整することが好ましい。亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａが０．３μｍ未満の場合には、プレス成形における金型との間の保油性が不足して、鋼板と金型との摺動抵抗が増加して破断等が生じやすくなる。一方、平均粗さＲａが３μｍを超えると、金型との界面に保持される油量が飽和するとともに、鋼板表面の微視的凹凸の中で局所的に高い凸部が金型と接触することで、型かじり等が発生しやすくなる。したがって、これらを防止するため、鋼板表面の平均粗さＲａは、０．３〜３μｍが好ましい範囲である。
【００７９】
また、鋼板表面のピークカウントＰＰＩは、２５０以上に調整することが好ましい。従来技術の調質圧延で粗さを付与された亜鉛めっき鋼板は、調質圧延時の伸長率の制約により、ピークカウントＰＰＩを２３０以上にすることは困難であった。一方、本発明では、母材に塑性伸びを与えることなく、表面形態を調整することができる。また、キャビテーションの発生条件等を適切に設定すれば、凹凸をより緻密に付与することができ、亜鉛めっき鋼板表面のＰＰＩを２５０以上に調整することも可能である。従来技術では得られない、ピークカウントＰＰＩ２５０以上を得ることにより、プレス成形における金型との摺動特性が一層向上するとともに、表面の微視的凹凸についての長周期成分も低減され、塗装後の鮮映性も優れたものとなる。
【００８０】
さらに、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａは、０．８μｍ以下に調整することが好ましい。鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａが０．８μｍを超える場合には、表面の微視的凹凸の長周期成分が増加し、それが塗装後の表面にも残留して鮮映性を悪化させる。特に自動車の外板部材に使用される亜鉛めっき鋼板等には不適となるので、これを防止するため、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａは、０．８μｍ以下が好ましい範囲である。
【００８１】
また、本発明は、亜鉛めっき鋼板が、主としてη相からなるめっき皮膜を有する、非合金化亜鉛めっき鋼板に対して適用すること効果的である。これは、非合金化亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べてもともとプレス成形性が劣ることに加えて、主としてη相からなるめっき皮膜は、皮膜自体が軟質であるため、キャビテーションによる鋼板表面の塑性変形（凹凸の付与）が容易であるためである。
【００８２】
ただし、本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を含めたあらゆる亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整し、プレス成形性と塗装後鮮映性の双方を向上させるのに有効であることは言うまでもない。また、亜鉛めっきに限らず、アルミめっき鋼板など他の金属めっき鋼板にも適用可能な技術である。さらに、電気金属めっき鋼板にも有効である。
【００８３】
さらに、本発明では、鋼板の機械的性質を調整する調質圧延工程と、鋼板の表面形態を調整するキャビテーションによる表面形態調整工程とを機能分離している。したがって、鋼板がこれらの工程を経る順序は、どちらが先でも構わない。しかし、表面形態を調整後に調質圧延を行うと、表面形態調整工程で付与した表面形態が変化してしまう可能性があるため、表面形態調整工程に先立って、調質圧延工程を設けることが望ましい。
【００８４】
そして、前記の調質圧延工程では、亜鉛めっき鋼板のろ波中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下とすることが好ましい。これは、調質圧延後の鋼板のろ波中心線うねりＷｃａが０．７μｍを越えた場合には、引き続きキャビテーションにより表面形態調整を行うと、前述したろ波中心線うねりＷｃａの好ましい範囲である０．８μｍを越えてしまうためである。
【００８５】
なお、本実施形態では、図１に示したように、従来の焼鈍工程、めっき工程、調質圧延工程を有する連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインに、本発明の表面形態調整工程を組み込んだ例について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示したような本発明の表面形態調整工程を備える単独ラインを設け、従来の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインで亜鉛めっき鋼板を製造した後、本発明の表面形態調整工程を備えるラインへ通板して、表面形態を調整してもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プレス成形性と塗装後鮮映性が飛躍的に向上した亜鉛めっき鋼板を、比較的簡易な設備により、且つ安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを示す構成図
【図２】本発明の実施に供するキャビテーション噴流発生装置の一例を示す構成図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図
【図３】調質圧延により鋼板表面へ付与された表面粗さを示す図
【符号の説明】
１ 亜鉛めっき鋼板
２ キャビテーション噴流発生用ノズル
３ ポンプ
４ 水槽
５ ペイオフリール
６ テンションリール
７ 電解洗浄装置
８ 焼鈍炉
９ めっき浴
１０ ガスワイパ
１１ 合金化炉
１２，１５，１６ ブライドルロール
１３ 調質圧延機
１４ ワークロール
１７ 化成処理装置
２１ 水
２２ 水中ロール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a galvanized steel sheet, and also relates to a galvanized steel sheet having excellent slidability during press forming.
[0002]
[Prior art]
There is an increasing demand for galvanized steel sheets having excellent rust prevention properties as thin steel sheets for automobiles, home appliances, and building materials. In many cases, these galvanized steel sheets are subjected to press forming mainly for use in automobile bodies and used in many cases, and it is necessary to appropriately impart microscopic unevenness (surface roughness) to the surface thereof. This is because the microscopic unevenness on the surface of the steel sheet has the effect of improving the lubricating oil retaining property between the steel plate and the press die, reducing the sliding resistance, and preventing the occurrence of mold galling.
[0003]
The average roughness Ra specified in JIS B0601 is usually used as an index indicating the form of microscopic irregularities on the surface of the steel sheet. Then, for the galvanized steel sheet to be subjected to press forming, it is general to adjust the average roughness Ra so as to be within a constant value range, and to secure oil retaining property with a mold in press forming. is there.
[0004]
However, parameters such as the maximum height Rmax and the ten-point average roughness Rz may be used as other indices. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-136701 discloses that the sum of the concave volume per unit area is defined as an index, and when the value is larger than a predetermined value, the press formability is excellent. In any case, the press formability cannot be secured unless certain microscopic irregularities are provided on the surface of the galvanized steel sheet.
[0005]
In particular, in the case of a non-alloyed galvanized steel sheet whose plating film is mainly composed of the η phase, the film itself is softer and has a lower melting point than the alloyed hot-dip galvanized steel sheet, so adhesion to the press die occurs. Therefore, it is necessary to ensure higher oil retention because it is easy to perform and the press formability is inferior. For these reasons, the size of the surface irregularities necessary to ensure press formability, that is, the average roughness Ra, may also require a relatively large value compared to the galvannealed steel sheet. Many.
[0006]
On the other hand, galvanized steel sheets used for automobile outer panels are required to have excellent press formability and excellent clarity after coating. In order to improve only the sharpness after painting, the surface of the galvanized steel sheet may be finished to a bright surface. However, this is a contradictory requirement that a constant surface roughness is required to improve press formability.
[0007]
The relationship between the sharpness after painting and the microscopic form of the surface of the steel sheet before painting is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-75728. According to the publication, the coating film itself acts as a low-pass filter for microscopic irregularities on the surface of the steel sheet, so that short-period irregularities are filled with the coating film and do not affect the sharpness after painting. However, a long-period component having a wavelength of several hundred μm or more is not concealed even by painting, and is said to deteriorate the sharpness.
[0008]
As a countermeasure, the sharpness after coating can be improved by adjusting the filtering center line waviness Wca, which is an index indicating the microscopic unevenness of the steel sheet surface before coating, to a certain value or less. The filtering center line waviness Wca is a parameter defined in JIS B0610, and represents the average height of surface irregularities subjected to a high-frequency cutoff.
[0009]
On the other hand, in addition to the filtering center line undulation Wca, there is a peak count PPI as an index affecting the sharpness after coating. The peak count PPI is the number of peaks of irregularities per inch specified in the SAE911 standard. The fact that the peak count PPI is large means that there are many short-period irregularities among the microscopic irregularities on the surface, and when compared with the same average roughness Ra, the wavelength component having a relatively long period is relatively large. Is reduced. That is, if the average roughness Ra is the same, it is considered that the larger the peak count PPI, the more excellent the sharpness after painting.
[0010]
As described above, for galvanized steel sheets for press forming, it is necessary to provide a surface roughness that is constant microscopic unevenness, and when sharpness after painting is required Needs to reduce the long wavelength component. In particular, unlike an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, in which microscopic irregularities are formed on the surface during the alloying process, a non-alloyed hot-dip galvanized steel sheet whose film is mainly composed of the η phase has a smooth surface after plating. Therefore, it is highly necessary to impart surface roughness by some method.
[0011]
By the way, temper rolling is generally used as a means for providing microscopic irregularities on the surface of a galvanized steel sheet used for press forming. Temper rolling is performed by applying pressure generated in a roll bite to a steel sheet while applying a plastic elongation of about 0.5 to 2.0% to a steel sheet using a rolling roll having microscopic irregularities previously provided on the surface. The irregularities on the surface of the rolling roll are transferred to the roller. Therefore, the form of the microscopic unevenness formed on the surface of the galvanized steel sheet depends on the form of the unevenness provided on the surface of the rolling roll.
[0012]
Various methods such as shot blasting, electric discharge machining, laser machining, and electron beam machining are used as a method for imparting microscopic unevenness to the surface of the temper rolling roll. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-136701 and Japanese Patent Publication No. 6-75728, it is possible to use a temper rolling roll that has been subjected to laser dulling. The use of processed temper rolls is disclosed.
[0013]
Further, as a method of increasing the peak count PPI on the surface of the steel sheet, a method of processing a temper roll called a Pretex method has been published by Zimnik et al. (Stahl und Eisen, Vol. 118, No. 3, P. 75). -80, 1998). This is a method of imparting microscopic unevenness to the surface of a rolling roll by electrolytic deposition of hard metal chromium, and has a finer pitch and a shorter pitch than a method of processing the roll surface by shot blasting. It is said that a characteristic feature is that it can provide various irregularities.
[0014]
According to the document, the peak count PPI of the steel sheet surface that can be given when a rolling roll by shot blasting is used is about 120, but when the Pretex method is used, the peak count PPI is increased to about 230. It can be done. The count level of the peak count PPI in the document is ± 0.5 μm (in contrast, the count level when indicating the peak count PPI in the present invention is ± 0.635 μm).
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art for imparting a constant surface roughness to the surface of a galvanized steel sheet subjected to press forming by temper rolling has the following problems.
[0016]
First, a certain limit is imposed on the rate at which the microscopic unevenness of the rolling roll is transferred to the surface of the galvanized steel sheet by the temper rolling. In other words, no matter how fine the concavities and convexities are provided on the surface of the rolling roll, those concavities and convexities are not transferred directly to the steel sheet, and the peak count PPI formed on the surface of the galvanized steel sheet cannot be increased. It is a problem.
[0017]
As described above, the temper rolling has a function of transferring microscopic unevenness on the surface of a rolling roll while giving a constant plastic elongation to a steel sheet by a pressure generated in a roll bite. However, the main function of temper rolling is to adjust the mechanical properties of the steel sheet after annealing, and a certain limit is imposed on the maximum value of the elongation that can be given to achieve this purpose. Therefore, in order to transfer the microscopic irregularities on the surface of the rolling roll almost completely to the surface of the steel sheet, the pressure generated by the roll bite may be extremely increased, but in that case, the bulk deformation of the steel sheet becomes excessive, and Characteristic deteriorates.
[0018]
For example, for the purpose of adjusting the mechanical properties of the steel sheet, when the elongation rate that can be given in the temper rolling is in the range of 0.5 to 2.0%, the average roughness Ra of the steel sheet surface is set to 1.0 to 2.0%. In order to make it 1.5 μm, it is necessary to make the average roughness Ra of the rolling roll surface about 2.5 to 3.5 μm. In this case, in order to increase the peak count PPI on the surface of the roll, even if the surface of the roll is processed by means such as discharge dulling or electron beam processing, the peak count PPI on the roll surface that can be applied is about 300. Is the limit. At this time, since the transfer rate of the peak count PPI by the temper rolling is about 60 to 70%, the peak count PPI of the microscopic unevenness transferred to the steel sheet surface has to be about 200 as the upper limit.
[0019]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-302816 discloses a technique of performing electron beam processing on the surface of a rolling roll. In the example of the publication, the pitch of unevenness of a galvanized steel sheet is about 0.11 mm. The number of irregularities per inch is estimated to be about 230. Further, even in the case of the above-mentioned Pretex method, the peak count PPI of the steel sheet surface is about 230, and it is difficult with the current technology to provide finer and shorter wavelength irregularities on the steel sheet surface. is there.
[0020]
In particular, the non-alloyed galvanized steel sheet whose film mainly consists of the η phase often has a large average roughness Ra compared to the alloyed hot-dip galvanized steel sheet. It is necessary to increase accordingly. However, in any of the various roll surface processing methods described above, when the average roughness of the roll surface is increased, the peak count PPI is reduced, and it is difficult to increase both the average roughness Ra and the peak count PPI.
[0021]
When such a galvanized steel sheet is used for press forming, the oil retention between the press die and the press die is not sufficient, the sliding resistance increases, and the steel sheet breaks at the punch surface or near the die bead portion. However, there is a problem that the steel sheet is easily broken at the same time.
[0022]
The second problem is that the contact pressure between the rolling roll and the steel sheet is extremely large in the roll bite in the temper rolling, so that the microscopic unevenness (surface roughness) of the rolling roll surface is gradually reduced due to friction. That is, it is difficult to keep the shape of the microscopic unevenness which changes and is transferred to the steel sheet surface.
[0023]
For example, when a rolling roll having an average surface roughness Ra of 3.5 μm is used, the average roughness Ra of the rolling roll surface is reduced to about 3.0 μm by the temper rolling of about 6 km in elongation. The effect of such wear on the roll surface becomes more pronounced as the pressure elongation increases. Then, when the form of the microscopic unevenness on the surface changes for each product, a difference occurs in press formability, and there is a problem that the quality is not constant.
[0024]
Therefore, in order to stabilize the press formability of a steel sheet, it is necessary to manufacture the steel sheet while changing the rolls before the wear on the surface of the rolls progresses so much. However, frequent rearrangement of the rolling rolls results in a decrease in production efficiency.
[0025]
Further, in the case of a non-alloyed galvanized steel sheet whose film is mainly composed of an η phase, as described above, a larger Ra is often required as compared with an alloyed hot-dip galvanized steel sheet. Therefore, it is necessary to use a material having a large average roughness Ra on the surface of the rolling roll, and the effect of a change with time due to wear on the surface of the rolling roll becomes more remarkable. Furthermore, the zinc powder peeled off from the steel sheet surface adheres to the recesses of the microscopic irregularities on the rolling roll surface, so-called clogging, so that the apparent roll surface roughness is reduced. Changes over time in the form of the microscopic unevenness.
[0026]
The third problem is that, when temper rolling is performed using the same rolling roll, if the target galvanized steel sheet changes in steel type or the like and the base material has a different hardness, the same level of surface It is difficult to impart roughness.
[0027]
This problem will be described with reference to FIG. This shows the result of performing temper rolling of a galvanized steel sheet by adjusting the average roughness Ra of the roll surface to 3.0 μm by electric discharge machining.
[0028]
After the hot-dip galvanizing on the surface, the temper rolling was performed while the elongation rate to be applied was changed step by step, in the case where the base material was high-tens (hard material) and ultra-low carbon steel (soft material). The average roughness of each galvanized steel sheet surface was measured. From FIG. 3, it can be seen that the average roughness of the surface of the galvanized steel sheet imparted by the temper rolling is larger for the hard material than for the soft material. This is because the contact surface pressure between the roll and the steel plate generated to obtain a certain elongation rate is higher in hard materials than in soft materials, and the higher the contact surface pressure, the more easily the galvanized film layer is deformed. This is because microscopic irregularities on the surface of the rolling roll can be easily transferred.
[0029]
By the way, from the viewpoint of ensuring the press formability of the steel sheet for both the soft material and the hard material, the average surface roughness Ra is set to 1.0 to 1.2 μm, and the elongation of the temper rolling is performed to adjust the mechanical properties. In some cases, the rate must be in the range of 0.8-1.0%. At this time, from the results shown in FIG. 3, it is possible to manufacture a galvanized steel sheet satisfying such requirements for the soft material, but for the hard material, even if the same rolling roll is used, the desired steel sheet surface is obtained. It can be seen that the roughness cannot be achieved.
[0030]
Therefore, when performing temper rolling of a hard material, it is necessary to make the average roughness Ra of the rolling roll surface smaller than the above 3.0 μm, and the purpose cannot be achieved unless the rolling rolls are rearranged. That is, the same surface roughness cannot be imparted to a galvanized steel sheet using different steel types as base materials within the range of the elongation rate restricted by the material using the same rolling roll.
[0031]
Incidentally, as a method of adjusting the surface roughness of the steel sheet by a method different from the temper rolling described above, a method of projecting solid particles on the surface of the steel sheet may be considered. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-120003 describes a method of adjusting the surface roughness of a steel strip by projecting solid particles on the surface of a steel sheet subjected to temper rolling. According to this method, the surface roughness of the steel sheet can be adjusted independently of the temper rolling step. That is, it solves the problems in the surface roughness adjustment of the steel sheet by temper rolling, such as not being able to obtain the desired surface roughness due to the restriction of the elongation rate, or suffering the adverse effects of the aging of the roll such as wear and clogging. can do.
[0032]
However, this method has the following problems. That is, the solid particles projected on the steel sheet surface may remain on the steel sheet surface. A product cannot be made into a product with the foreign matter still attached to the surface. Alternatively, in order to prevent the solid particles from remaining, a large-scale steel sheet cleaning equipment is required downstream of the solid particle projection equipment. In this case, the running cost including the equipment cost and the recovery of the solid particles increases.
[0033]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for stably and relatively easily manufacturing a galvanized steel sheet having excellent press formability.
[0034]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have generated cavitation near the surface of the galvanized steel sheet, and caused the plastic deformation on the surface of the steel sheet by the impact force at the time of cavitation bubble collapse, thereby adjusting the surface morphology. We discussed the possibility of doing this.
[0035]
Cavitation is a phenomenon in which a liquid drops to a saturated vapor pressure and becomes bubbles in a local low-pressure area caused by an increase in flow velocity, and generally causes harm to a fluid machine such as a pump, resulting in reduced performance, vibration, noise, and erosion. It is. However, in recent years, research has been conducted to effectively utilize the impact force generated when cavitation bubbles collapse as bubbles are introduced into the mechanical material surface, to improve the fatigue strength of spring materials, and to improve the corrosion resistance of carbon steel. I have. The following findings have been published (Materials and Environment, Vol. 49, No. 6, p. 332-336, 2000).
[0036]
(1) As means for arbitrarily generating cavitation, there are a method using an ultrasonic vibrator, a method using a cavitation jet (water jet), a method using a laser beam condensing, and the like. From the viewpoint of cost, a method using a cavitation jet is advantageous.
[0037]
(2) The bubble cloud generated by the cavitation jet is periodically emitted at several hundreds to several thousand Hz.
[0038]
(3) The impact force generated when the cavitation bubbles collapse is such that an impact pressure of several GPa acts on a local region on the order of μm in a very short time of microseconds.
[0039]
{Circle around (4)} The strength and the range of generation of the collapse impact force of the cavitation bubbles can be controlled by the cavitation jet.
[0040]
The present inventors have thought that the impact force at the time of such cavitation bubble collapse may cause plastic deformation on the surface of the galvanized steel sheet to adjust the surface roughness to a desired value, and have proceeded with intensive studies. Was.
[0041]
If the surface morphology of the galvanized steel sheet can be adjusted by cavitation, roughness is imparted to the steel sheet surface in a process independent of the temper rolling process, unlike the conventional temper rolling that imparts roughness to the steel sheet surface. be able to. Therefore, it is possible to solve the above-mentioned problems that the desired surface roughness of the steel sheet cannot be obtained due to the restriction of the elongation rate, and that the surface roughness changes due to aging of the roll such as abrasion and clogging.
[0042]
Furthermore, in the method using cavitation, there is no problem such as solid particles remaining on the surface of the steel sheet, which is a problem in the method of projecting solid particles on the surface of the steel sheet, and no large-scale cleaning equipment is required.
[0043]
The present invention has been made based on the above, and the gist is as follows.
[0044]
(1) A step of generating cavitation near the surface of the galvanized steel sheet and causing plastic deformation on the surface of the galvanized steel sheet by an impact force when cavitation bubbles collapse, thereby adjusting the surface morphology of the galvanized steel sheet. A method for producing a galvanized steel sheet, comprising:
[0045]
(2) The method for producing a galvanized steel sheet according to (1), wherein cavitation is generated by ejecting a liquid jet in a liquid.
[0046]
(3) In the surface morphology adjusting step of the galvanized steel sheet, by adjusting the cavitation conditions, any one of the average roughness Ra of the steel sheet surface, the peak count PPI of the steel sheet surface, and the filtering center line waviness Wca of the steel sheet surface is obtained. The method for producing a galvanized steel sheet according to the above (1) or (2), wherein one or more are adjusted.
[0047]
(4) The method for producing a galvanized steel sheet according to any one of the above (1) to (3), wherein the galvanized steel sheet has a plating film mainly composed of an η phase.
[0048]
(5) The method for producing a galvanized steel sheet according to any one of (1) to (4), further comprising a temper rolling step of the galvanized steel sheet prior to the surface morphology adjusting step of the galvanized steel sheet. .
[0049]
(6) A cavitation generating device that generates cavitation near the steel sheet surface and causes plastic deformation on the surface of the steel sheet by an impact force when the cavitation bubbles collapse is provided in the surface morphology adjusting step of the galvanized steel sheet. Manufacturing equipment for galvanized steel sheet.
[0050]
(7) An annealing furnace for annealing a steel sheet, a hot-dip galvanizing bath for immersing the annealed steel sheet for plating, a temper rolling mill for performing temper rolling on the plated steel sheet, and performing cavitation near the steel sheet surface. An apparatus for producing a galvanized steel sheet, comprising: a cavitation generator that generates a plastic deformation on a surface of the steel sheet by an impact force generated when the cavitation bubbles collapse, thereby adjusting a surface shape of the steel sheet.
[0051]
The present invention includes the following in addition to the above (1) to (7).
[0052]
(8) The step (1) or (2), wherein the surface morphology adjusting step of the galvanized steel sheet adjusts the cavitation conditions so that the average roughness Ra of the steel sheet surface becomes 0.3 to 3 μm. The method for producing a galvanized steel sheet according to (1).
[0053]
(9) The method according to the above (1) or (2), wherein the step of adjusting the surface morphology of the galvanized steel sheet adjusts the cavitation conditions so that the peak count PPI of the steel sheet surface becomes 250 or more. Manufacturing method of galvanized steel sheet.
[0054]
(10) The above (1) or (1) or (2), wherein the surface morphology adjusting step of the galvanized steel sheet adjusts the cavitation conditions so that the filtering center line waviness Wca of the steel sheet surface is 0.8 μm or less. The method for producing a galvanized steel sheet according to 2).
[0055]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0056]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a production line for a hot-dip galvanized steel sheet according to an embodiment of the present invention. This hot-dip galvanized steel sheet production line mainly consists of an annealing step for annealing the steel sheet, a plating step for attaching the molten metal to the annealed steel sheet, a temper rolling step for adjusting the mechanical properties of the plated steel sheet, It comprises a surface morphology adjusting step for imparting a desired roughness to the surface of the rolled steel sheet.
[0057]
The production line of the hot-dip galvanized steel sheet shown in FIG. 1 is provided with a pay-off reel 5 for rewinding the steel sheet and an electrolytic cleaning device 7 for cleaning the surface of the steel sheet as entrance equipment. The annealing step on the downstream side includes an annealing furnace 8 for performing an annealing treatment on a steel sheet under predetermined conditions. In the subsequent plating step, there are provided a plating bath 9 for holding the molten metal, drawing in the steel sheet and attaching the molten metal, a gas wiper 10 for adjusting the plating thickness, and an alloying furnace 11 for alloying the plating film.
[0058]
Next, in the temper rolling step on the downstream side, a temper rolling mill 13 that performs temper rolling on the steel sheet to adjust mechanical properties, and before and after that, bridle rolls 12 and 15 that apply tension to the steel sheet. It has. The temper rolling mill 13 is a 4Hi temper rolling mill including a work roll 14 and a backup roll. In the conventional method of adjusting the surface morphology of a steel sheet by temper rolling, a dull roll having a given surface roughness is used as the work roll 14. On the other hand, in the present invention, since the adjustment of mechanical properties by temper rolling and the function of imparting surface roughness are separated, a bright roll having a smooth surface is used as the work roll 14.
[0059]
Further, in the surface morphology adjusting step on the downstream side, a water tank 4 for drawing a steel plate is provided. In the water tank 4, a cavitation jet generating nozzle 2 for jetting a water jet toward the steel plate is opposed to the front and back surfaces of the steel plate. It is arranged. Behind that, a pump 3 for supplying high-pressure water to the cavitation jet generation nozzle 2 is provided. A bridle roll 16 for applying tension to the steel plate is provided on the outlet side of the water tank 4.
[0060]
Further, a chemical conversion treatment device 17 and a tension reel 6 for winding up a steel sheet are provided as exit facilities of the production line.
[0061]
Next, a method of manufacturing the hot-dip galvanized steel sheet according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0062]
The cold-rolled steel sheet 1 transported to the hot-dip galvanized steel sheet production line is loaded on a pay-off reel 5, rewound and passed through an electrolytic cleaning device 7, and then subjected to a predetermined annealing in an annealing furnace 8 in an annealing step. Processed. The annealed steel sheet is immersed in a plating bath 9 in a plating step and then pulled up, and the plating thickness is adjusted by a gas wiper 10. Thereafter, when manufacturing an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, the alloying furnace 11 is operated to perform an alloying process. On the other hand, when the plating film is a non-alloyed galvanized steel sheet mainly composed of the η phase, the alloying furnace 11 is not used.
[0063]
After passing through the bridle roll 12 in the temper rolling step, the plated steel sheet 1 is subjected to temper rolling by the temper rolling mill 13 so as to obtain predetermined mechanical properties. Here, usually, the surface of a galvanized steel sheet has undulations Wca, which are long-period irregularities due to irregularities of the base material itself, fluctuations in the thickness of the plating film, and the like. The swell Wca is suppressed while adjusting the target property. As described above, unlike the conventional method using a dull roll as the work roll 14, in the present invention in which the adjustment of mechanical properties by temper rolling and the function of imparting surface roughness are separated, a bright roll is used as the work roll 14. . Therefore, in the temper rolling in the present embodiment, it is possible to suppress the undulation of the surface of the galvanized steel sheet while maintaining the elongation rate suitable for adjusting the mechanical properties.
[0064]
The galvanized steel sheet subjected to the temper rolling is sent to the surface morphology adjusting step via the bridle roll 15. In the surface morphology adjusting step, first, the steel sheet 1 is drawn into the water tank 4. In the water tank 4, cavitation is generated by cavitation jet generation nozzles 2 installed opposite to the front and back surfaces of the steel plate by the action of the pump 3. Then, the cavitation bubbles are collapsed in the vicinity of the steel sheet surface, and the impact force at that time causes plastic deformation on the steel sheet surface, thereby giving the steel sheet surface a desired surface roughness. The steel plate in the water tank 4 is provided with tension by bridle rolls 15 and 16 provided before and after the water tank 4, so that the distance from the cavitation jet generating nozzle 2 is kept constant.
[0065]
Then, the galvanized steel sheet having the surface roughness is subjected to a predetermined chemical conversion treatment in a chemical conversion treatment device 17, and then wound around a tension reel 6.
[0066]
The galvanized steel sheet manufactured in this way is adjusted to a predetermined mechanical property in the temper rolling step, and given a predetermined steel sheet surface roughness in the surface morphology adjustment step, so that it is appropriate regardless of the steel type. Mechanical properties and surface morphology.
[0067]
Next, the cavitation jet generation method and generation device of the present invention will be described in more detail.
[0068]
FIGS. 2A and 2B are configuration diagrams showing an example of a cavitation jet generation device provided for carrying out the present invention, wherein FIG. 2A is a top view and FIG. 2B is a side view.
[0069]
As shown in FIG. 1, cavitation jet generation nozzles 2 are arranged in the water 21 in the water tank 4 so as to face the front and back surfaces of the steel plate, and the cavitation jet generation nozzles are provided outside the water tank 4. A pump 3 for supplying high-pressure water to the nozzle 2 is provided. In order to draw the steel sheet 1 into the water 21 in the water tank 4, an underwater roll 22 is provided on the upstream and downstream sides of the cavitation jet generation nozzle 2.
[0070]
A plurality of cavitation jet generation nozzles 2 are arranged in the plate width direction so as to cover the entire width of the steel plate 1. The number is appropriately determined based on the maximum width of the steel sheet 1 to be processed, the range in which the surface form can be adjusted by one cavitation jet generation nozzle 2, and the like. Further, the cavitation generation range of adjacent nozzles may be wrapped or arranged in a zigzag pattern as shown in FIG. 2 so that the microscopic unevenness provided on the surface of the steel plate is uniform in the width direction of the plate.
[0071]
Furthermore, the number of the steel plates 1 arranged in the longitudinal direction may be appropriately determined in consideration of a range in which the surface morphology can be adjusted by one cavitation jet generation nozzle 2, a line speed, and the like. In FIGS. 1 and 2, the cavitation jet generating nozzles 2 are installed on both the front and back surfaces of the steel plate 1. However, it is not necessary to adjust the surface configuration of both surfaces, and only one surface may be installed according to the purpose.
[0072]
The adjustment of the surface configuration of the steel sheet by the cavitation jet generator configured as described above is performed as follows.
[0073]
The high-pressure water supplied from the pump 3 jets a high-speed submerged water jet from the cavitation jet generation nozzle 2 installed in the water 21. Then, cavitation occurs in the low-pressure portion around the jet, and the cavitation grows into a cavitation bubble cloud, and then collides with the steel plate 1. Then, the cavitation bubbles collapse near the steel sheet surface, and the steel sheet surface undergoes plastic deformation due to the impact force at that time. If the impact force is too weak, the surface of the steel sheet cannot undergo plastic deformation, while if it is too strong, the plating film will be eroded. Therefore, it is necessary to apply an appropriate impact force to the steel sheet surface by cavitation.
[0074]
As described above, the method of injecting the underwater water jet (cavitation jet) from the cavitation jet generation nozzle 2 installed in the water 21 is performed by another cavitation generating means such as a method using an ultrasonic vibrator or a method using laser focusing. This is advantageous in comparison with cavitation in terms of strengthening of cavitation, easiness of control, cost and the like. Therefore, the method of generating cavitation is preferably a method using a submerged water jet.
[0075]
In the present invention, cavitation is generated in the water 21 in the water tank 4, but the present invention is not limited to this, and a liquid other than the water 21 may be used. That is, the same effect can be obtained by ejecting the liquid jet in the liquid. In other words, in a steel sheet production line, application in a cleaning liquid or various processing liquids is also possible.
[0076]
The control parameters of the cavitation jet generation device to be adjusted in order to adjust the surface morphology of the steel plate include the type and nozzle diameter of the cavitation jet generation nozzle 2, the distance between the cavitation jet generation nozzle 2 and the steel plate 1, cavitation The jet discharge pressure from the jet generation nozzle 2 is exemplified. By appropriately adjusting these parameters, the number of cavitation jet generation nozzles 2 to be used, and the like, and the line speed, the steel sheet surface can be plastically deformed into a desired form.
[0077]
In addition, the surface morphology of the steel sheet referred to here is a part or all of the average roughness Ra of the steel sheet surface, the peak count PPI of the steel sheet surface, and the filtering center line waviness Wca of the steel sheet surface, and further the other surface. A form parameter may be included. In the present invention, these surface morphologies can be adjusted by adjusting the cavitation conditions.
[0078]
Here, the average roughness Ra of the steel sheet surface is preferably adjusted to 0.3 to 3 μm. When the average roughness Ra of the surface of the galvanized steel sheet is less than 0.3 μm, the oil retention between the steel sheet and the metal mold in press forming is insufficient, and the sliding resistance between the steel sheet and the metal mold is increased, and the galvanized steel sheet breaks. Tends to occur. On the other hand, when the average roughness Ra exceeds 3 μm, the amount of oil held at the interface with the mold is saturated, and locally high protrusions in the microscopic irregularities on the steel sheet surface come into contact with the mold. As a result, mold galling and the like are likely to occur. Therefore, in order to prevent these, the average roughness Ra of the steel sheet surface is preferably in the range of 0.3 to 3 μm.
[0079]
Further, the peak count PPI of the steel sheet surface is preferably adjusted to 250 or more. It was difficult to make the peak count PPI 230 or more in the galvanized steel sheet to which roughness was imparted by the temper rolling of the prior art due to the restriction of the elongation rate during the temper rolling. On the other hand, in the present invention, the surface morphology can be adjusted without giving plastic elongation to the base material. Further, by appropriately setting the conditions for the occurrence of cavitation and the like, irregularities can be more precisely provided, and the PPI of the surface of the galvanized steel sheet can be adjusted to 250 or more. By obtaining a peak count PPI of 250 or more, which cannot be obtained by the conventional technology, the sliding characteristics with the mold in press molding are further improved, and the long-period component of the microscopic unevenness on the surface is also reduced, and after coating, The sharpness is also excellent.
[0080]
Further, it is preferable to adjust the filtering center line waviness Wca of the steel sheet surface to 0.8 μm or less. If the filtering center line waviness Wca of the steel sheet surface exceeds 0.8 μm, the long-period component of the microscopic unevenness on the surface increases, which remains on the surface after painting and deteriorates sharpness. . In particular, it is unsuitable for galvanized steel sheets and the like used for outer panel members of automobiles. To prevent this, the filtering center line waviness Wca of the steel sheet surface is preferably 0.8 μm or less.
[0081]
Further, the present invention is effectively applied to a non-alloyed galvanized steel sheet in which a galvanized steel sheet has a plating film mainly composed of an η phase. This is because the non-alloyed galvanized steel sheet is inferior in press formability compared to the alloyed hot-dip galvanized steel sheet, and the plating film mainly composed of η phase is soft because the film itself is soft. This is because the plastic deformation of the steel sheet surface (the provision of irregularities) is easy.
[0082]
However, it goes without saying that the present invention is effective in adjusting the surface morphology of any galvanized steel sheet including the alloyed hot-dip galvanized steel sheet to improve both press formability and sharpness after painting. In addition, the technology is not limited to galvanization, but is applicable to other metal-plated steel plates such as aluminum-plated steel plates. Furthermore, it is also effective for electrometal plated steel sheets.
[0083]
Further, in the present invention, the functions of the temper rolling step of adjusting the mechanical properties of the steel sheet and the step of adjusting the surface form by cavitation for adjusting the surface form of the steel sheet are separated. Therefore, the order in which the steel sheet goes through these steps does not matter. However, when the temper rolling is performed after the surface morphology is adjusted, the surface morphology imparted in the surface morphology adjustment process may be changed. desirable.
[0084]
And in the said temper rolling process, it is preferable to set the filter center line waviness Wca of a galvanized steel sheet to 0.7 micrometers or less. This is a preferable range of the above-described filtering center line waviness Wca when the surface morphology adjustment is continuously performed by cavitation when the filtering center line waviness Wca of the steel sheet after the temper rolling exceeds 0.7 μm. This is because the thickness exceeds 0.8 μm.
[0085]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an example in which the surface morphology adjusting step of the present invention is incorporated in a continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing line having a conventional annealing step, plating step, and temper rolling step. Although described, the invention is not limited to this embodiment. For example, a single line having the surface morphology adjusting step of the present invention as shown in FIG. 2 is provided, and after the galvanized steel sheet is manufactured by the conventional continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing line, the surface morphology adjusting step of the present invention is provided. It may be passed through a line to adjust the surface form.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a galvanized steel sheet having significantly improved press formability and sharpness after coating can be stably manufactured with relatively simple equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a production line for a hot-dip galvanized steel sheet according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are configuration diagrams illustrating an example of a cavitation jet generation device provided for carrying out the present invention, wherein FIG. 2A is a top view and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the surface roughness imparted to the steel sheet surface by temper rolling;
[Explanation of symbols]
1 Galvanized steel sheet
2 Cavitation jet generation nozzle
3 pump
4 aquarium
5 Payoff reel
6 tension reel
7 Electrolytic cleaning equipment
8 Annealing furnace
9 Plating bath
10 Gas wiper
11 Alloying furnace
12,15,16 bridle roll
13 Temper rolling mill
14 Work Roll
17 Chemical conversion treatment equipment
21 water
22 Underwater roll
