JP2004100029A

JP2004100029A - 溶融めっき金属帯の製造方法

Info

Publication number: JP2004100029A
Application number: JP2002267485A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Suzuki; 鈴木　克一; Yoichi Miyagawa; 宮川　洋一; Akira Gama; 蒲　昭; Munehiro Ishioka; 石岡　宗浩; Hideyuki Takahashi; 高橋　秀行
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】ドロス付着等による品質不良や操業効率低下を防止しつつ、腰折れ欠陥をも抑制することのできる溶融めっき金属帯の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】金属帯Ｓを溶融金属浴２中に浸漬させて溶融金属を付着させた後、溶融金属浴２中で金属帯Ｓと接触する唯一のロールであるシンクロール３により金属帯Ｓを方向転換させて溶融金属浴２外へ引き上げるめっき付着工程と、金属帯Ｓに付着した過剰の溶融金属をワイパ４により払拭してその付着量を調整する付着量調整工程と、ワイパ４の直前及び／又は直後で金属帯Ｓの形状及び／又は振動を電磁石５により非接触で制御する制御工程と、ワイパ４及び電磁石５の上方に設けられた曲げ歪付与ロール６ａにより、金属帯Ｓの表層に降伏点伸びを超える歪量を与える曲げ歪付与工程とを有する溶融めっき金属帯の製造方法。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融めっき金属帯の製造方法に関するものであり、特に表面性状に優れた溶融めっき金属帯の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯などの金属帯を連続してめっきする方法として、金属帯を亜鉛、アルミニューム等の溶融金属中に浸漬してその金属帯の表面にめっきを施す溶融めっき法が知られている。
【０００３】
図３は、溶融めっき金属帯の製造ラインの一例を示す構成図である。
【０００４】
前工程である冷間圧延プロセスにおいて圧延され、続く洗浄プロセスにおいて表面が洗浄された金属帯Ｓは、焼鈍炉１０において焼鈍処理を施された後、溶融金属めっき槽１内に導かれる。
【０００５】
金属帯Ｓは、溶融金属めっき浴中を浸漬しながら通板され、その表面に溶融金属が付着する。そして、溶融金属めっき槽１から引き出された金属帯Ｓは、溶融金属めっき槽１の上方に設置されているガスワイパ４から噴出するガスにより、金属帯表面に付着した過剰の溶融金属が払拭されて、めっき付着量の調整が行われる。
【０００６】
続くプロセスでは、製造される溶融めっき金属帯の用途に応じて、合金化炉１１を使用して金属帯Ｓを再加熱し、合金化層を作り出す合金化処理を施す場合がある。そして、金属帯Ｓは冷却帯１２を通過した後、化成処理１３で特殊の防錆、耐食処理が施され、コイルに巻き取られる。
【０００７】
図４は、従来の溶融金属めっき槽周りの装置構成の一例を示す図である。
【０００８】
金属帯Ｓは、スナウト７と呼ばれる非酸化性雰囲気に保たれた筒状部を通って溶融金属めっき槽１の溶融金属めっき浴２中に引き込まれる。溶融金属めっき浴２中では、方向変換用のシンクロール３によって通板方向が変換された後、同じく浴中に設置された浴中支持ロール２０を経て溶融金属めっき浴２から引き出され、ガスワイパ４によってめっき付着量が調整される。
【０００９】
この溶融めっき方法は、他のめっき方法である電気めっき方法と比較した場合、安価にめっき金属帯を製造することができ、容易に厚めっきの金属帯を製造することができる等の多くの特長を有している。
【００１０】
なお、図４に示すように、ガスワイパ４の上方には、金属帯Ｓを表裏両面から上下方向にずれた位置から挟み込む浴上支持ロール６ｂが設けられている。この浴上支持ロールは、通常、めっき浴２から引き上げられた金属帯Ｓを支持するために設けられているものである。
【００１１】
一方、めっき浴内又はめっき後にロールを用いて、金属帯に曲げ歪を加えて表面の合金層にクラックを生じさせるものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−３１１３７１号公報（第２頁）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４に示した従来の溶融めっき方法にも解決すべき課題が存在する。
【００１４】
先ず、溶融めっき法では、溶融金属めっき浴２中でドロスと呼ばれる不純物が発生し、それが金属帯Ｓやシンクロール３，浴中支持ロール２０などの浴中機器に付着することで、金属帯Ｓに欠陥を発生させる場合がある。このドロスの発生は、溶融めっき金属帯の製造プロセスにおいては避けることのできない現象であるため、ドロスが金属帯Ｓに付着することを防止するあるいは低減する方法が必要とされる。そして、このようなドロスの付着はライン速度が高速であるほど多くなることが知られており、したがって操業効率を向上させることを妨げる一因ともなっている。
【００１５】
また、溶融金属めっき浴２中に設置されるシンクロール３，浴中支持ロール２０は、常時高温の過酷な環境にさらされるため、回転不良などのトラブルを生じ易く、このトラブルが原因となって金属帯Ｓに欠陥などの品質不良を発生させることもある。このため、従来の溶融めっき金属帯の製造においては、定期的にラインを停止して前記浴中のロールの手入れや交換を行わなければならず、操業効率を大きく低下させている。
【００１６】
また、このような品質不良や操業効率低下を防止するために、後述する本出願人の未公開発明を適用すると、腰折れ欠陥が発生しやすいことがわかってきた（この点は後に詳述する）。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ドロス付着等による品質不良や操業効率低下を防止しつつ、腰折れ欠陥をも抑制することのできる溶融めっき金属帯の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、以上のような事情に鑑み、従来よりも高品質の溶融めっき金属帯を製造することができ、かつその金属帯を製造効率を低下させることなく製造することができ、更に設備のメンテナンス頻度を減らすことのできる溶融めっき金属帯の製造について、鋭意研究を重ねた。そして、浴中支持ロール２０を取り外すことに想到した。
【００１９】
浴中支持ロール２０の主な機能としては、金属帯の幅方向の反り形状を矯正する機能と、金属帯の振動（バタツキ）を抑制する機能の２つを挙げることができる。金属帯が反り形状を有していたり、振動を起こすと、金属帯Ｓとガスワイパ４との間隔が、幅方向，長手方向，あるいは表裏面で一定ではなくなるため、金属帯Ｓのめっき付着量にムラが生ずることになる。したがって、浴中支持ロール２０は、金属帯の反り矯正と振動抑制のために、溶融めっき金属帯製造ラインにとっては必須の設備であると考えられており、数十年の長きに渡って使用されてきた設備である。それゆえ、浴中支持ロール２０を取り外すにあたっては、金属帯の反り矯正と振動抑制の機能を代替する技術の開発が必要となった。
【００２０】
そこで本出願人は、これらの機能を代替する技術として、アクティブ振動制御技術を導入することに想到した。アクティブ振動制御技術は、センサで計測した制御対象の振動を打ち消すような外力を何らかのアクチュエータによって制御対象に加えることで振動を抑制する技術である。また、アクチュエータが制御対象である金属帯Ｓに加える外力に静的な力も合わせれば、振動制御のみでなく反り矯正も可能となる。なお、溶融めっき金属帯を対象とする場合は、アクチュエータは非接触式が望ましく、その候補としては電磁石や空力アクチュエータ（エアパッド）などが挙げられる。
【００２１】
以上のようにして、本出願人は、浴中支持ロール２０を取り外し、その替わりに電磁石を用いることにより、金属帯の反り矯正と振動抑制を行いつつ、浴中支持ロール２０に起因する表面欠陥問題や操業効率低下の問題を解決するに至った（特願２００１−７４５１０号）。
【００２２】
しかしながら、本出願人は、浴中支持ロール２０を取り外したことにより、以下のような新たな問題に直面した。
【００２３】
すなわち、本出願人は、浴中支持ロール２０を取り外し、その他の条件は従来通りとして溶融めっき金属帯の製造を行った。すると、製造された溶融めっき金属帯の表面に、腰折れと呼ばれる表面欠陥が顕著に現れるようになった。
【００２４】
この現象は、以下のようにして生じていると推定される。
【００２５】
浴中支持ロール２０は、前述したように金属帯Ｓの反りを矯正するため、２本のロールを金属帯の表裏両面に備え、表裏で上下方向にずれた位置から金属帯を挟み込み、これを押し込むことによって金属帯Ｓに曲げ曲げ戻しの塑性変形を加えている。しかし、浴中支持ロール２０を取り外すと、このような曲げ曲げ戻しの塑性変形を加えることができなくなる。
【００２６】
一般に、予め適正量の歪を材料に加えることにより、その後の加工による腰折れの発生が抑制されることが知られている。すなわち、浴中支持ロール２０は腰折れ抑制の予歪付与効果を奏しており、浴中支持ロール２０を不使用とすることで、予歪付与による腰折れ抑制効果がなくなったものと考えられる。
【００２７】
これに対し、本発明者らは、浴中支持ロールを不使用とし、その場合であっても腰折れによる表面欠陥が問題とならない溶融めっき金属帯の製造方法について鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。
【００２８】
このようにしてなされた本発明は、以下のような特徴を有するものである。
【００２９】
（１）金属帯をめっき金属である溶融金属の浴中に引き込み、前記金属帯に溶融金属を付着させた後、前記溶融金属の浴中で前記金属帯と接触する唯一のロールであるシンクロールにより前記金属帯を方向転換させて前記溶融金属の浴外へ引き上げるめっき付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属をワイパにより払拭してその付着量を調整する付着量調整工程と、前記ワイパの直前及び／又は直後で前記金属帯の形状及び／又は振動を電磁石により非接触で制御する制御工程と、前記ワイパ及び前記電磁石の上方に設けられた曲げ歪付与ロールにより、前記金属帯の表層に降伏点伸びを超える歪量を与える曲げ歪付与工程とを有することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。
【００３０】
（２）曲げ歪付与工程は、金属帯の表裏面で長手方向に１００〜３００ｍｍずれた位置において前記金属帯を挟み込むように設けられた直径１００〜２５０ｍｍの２本の曲げ歪付与ロールを備え、２．５〜５ｋｇｆ／ｍｍ^２の張力で張られた前記金属帯に２〜２０ｍｍの押込み量で前記曲げ歪付与ロールを押し込むことを特徴とする、上記（１）に記載の溶融めっき金属帯の製造方法。
【００３１】
（３）曲げ歪付与ロールの表面温度を１３０〜１７０℃とすることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の溶融めっき金属帯の製造方法。
【００３２】
【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。なお、以下に説明する各実施の形態では、具体例として、金属帯Ｓとして鋼帯を、また溶融金属めっき浴２として溶融亜鉛を念頭においている。
【００３３】
図１は本発明の一実施形態である溶融めっき金属帯の製造装置を示す構成図である。
【００３４】
図１に示す溶融めっき金属帯の製造装置は、金属帯Ｓを引き込んで溶融金属を付着させる溶融金属めっき浴２を保持する溶融金属めっき槽１、めっき浴２から引き上げられた金属帯Ｓに付着した溶融金属のめっき付着量を調整するガスワイパ４、金属帯Ｓの反り矯正と振動抑制を行う電磁石５、金属帯Ｓにガスワイパ４の上方で曲げ歪を付与する曲げ歪付与ロール６ａから構成されている。
【００３５】
溶融金属めっき槽１は、金属帯Ｓがめっき浴２に引き込まれる部分を非酸化性雰囲気に保つためのスナウト７と、めっき浴２中で金属帯Ｓを巻き掛けて方向転換させるシンクロール３とを備えている。そして、めっき浴２中にて金属帯Ｓと接触するロールは、このシンクロール３のみである。すなわち、図４に示すような従来の溶融めっき金属帯の製造装置に用いられていた浴中支持ロール２０は設置しない。
【００３６】
ガスワイパ４は、めっき浴２の浴面より上方で、金属帯Ｓの表裏面に対向して設けられており、ガスを噴出して金属帯Ｓ表面のめっき付着量を調整するものである。なお、ガスワイパ以外の方式のワイパ、例えば固体接触式のワイパ等を用いてもよい。
【００３７】
電磁石５は、ガスワイパ４の直前及び／又は直後において、金属帯表面と交わる方向に磁力を発生させるように、金属帯Ｓの表裏面に対向して設けられる。そして、金属帯Ｓの振動を抑制すると共に、シンクロール３に巻きつけた際の曲げ及び曲げ戻しによって生じる金属帯Ｓの反り形状を矯正する機能を有する。なお、ガスワイパ４の直前（下方）は、ガスワイパ４によって払拭された溶融金属が飛散して堆積するため、ガスワイパ４の直後（上方）に電磁石５を設置する方が望ましい。また、幅方向に電磁石５を多数並べて設置し、金属帯Ｓの板幅や幅方向の反り形状に応じてこれらの電磁石を選択的に使用することができる。
【００３８】
なお、図１には示していないが、電磁石５の制御装置や、金属帯の反りや振動を測定するセンサー等も必要に応じて設けられる。
【００３９】
曲げ歪付与ロール６ａは、電磁石５の上方において、金属帯Ｓの表裏両面に設置される２本のロールからなり、金属帯Ｓをその長手方向にややずれた位置で表裏から挟み込むように設けられる。そして、この曲げ歪付与ロール６ａを水平方向（金属帯Ｓ表面に対して垂直方向）へ押し込むことにより、金属帯Ｓへ曲げ歪を与える。
【００４０】
図２は、この曲げ歪付与ロールの配置の説明図である。表裏の曲げ歪付与ロール６ａ間の上下方向間隔すなわち金属帯Ｓの長手方向の距離（以下、オフセット量とよぶ）をＬ、パスラインに対する曲げ歪付与ロール６ａの押し込み量をＸとして、これらの値が調整できるようになっている。金属帯Ｓへ適正な歪量を与えるためには、曲げ歪付与ロール６ａの直径を１００〜２５０ｍｍとし、また、オフセット量Ｌを１００〜３００ｍｍとすることが好ましい。このように配置された曲げ歪付与ロールを、押し込み量Ｘが２〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍの範囲で調整することで、金属帯Ｓへ適正な歪量を付与することができる。なお、図４に示した従来の装置で用いられていた浴上支持ロール６ｂを代用又は改造して、本発明の曲げ歪付与ロール６ａとして用いてもよい。
【００４１】
さらに、図１及び図２には図示しないが、曲げ歪付与ロール６ａは、その表面温度を調節可能とすることが好ましい。これは、曲げ歪付与ロール６ａによる押し込み量Ｘを従来装置における浴上支持ロール６ｂの押し込み量よりも大きくすると、金属帯Ｓが曲げ歪付与ロール６ａへ巻き付く長さが長くなり、金属帯Ｓの表面が接触するロール表面温度の影響を受け易くなる。そして、ロール表面温度が高いと金属帯Ｓ表面のめっき金属がロールへピックアップされ、逆にロール表面温度が低いと金属帯Ｓ表面のめっき金属がロールと接触する際に金属粉が発生するため、これを抑制する目的から行うものである。
【００４２】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る溶融めっき金属帯の製造装置の動作を説明する。
【００４３】
図１に示すように、スナウト７を通ってめっき浴２へ侵入した金属帯Ｓは、シンクロール３により方向転換されてめっき浴２から引き上げられる。なお、めっき浴２中において、金属帯Ｓはシンクロール３以外には接触しない。そして、めっき浴２から引き上げられた金属帯Ｓは、ガスワイパ４により表面のめっき付着量が制御される。この時の金属帯Ｓは、電磁石５による磁力の作用を受け、反り形状が矯正され、あるいは振動（バタツキ）が抑制されている。
【００４４】
なお、電磁石５の制御方法は特に限定されるものではない。金属帯Ｓの反り形状を矯正し、あるいは振動を抑制することができればよく、公知の方法を用いることができる。
【００４５】
電磁石５を通過した金属帯は、引き続き、曲げ歪付与ロール６ａを通過する際に曲げ歪を付与される。その際、金属帯Ｓの表層に付与される歪量が、金属帯Ｓの降伏点伸びを超えるように、曲げ歪付与ロール６ａの押し込み量Ｘが調整される。なお、前述の特許文献１は、鋼板表面の合金化層にクラックを生じさせるため、鋼板の降伏点伸びを超えない範囲の曲げ歪を与えるものであった。しかし、本発明は、腰折れ欠陥を防止することを目的とするものであり、そのためには、金属帯Ｓの降伏点伸びを超える歪み量（予歪）を与える必要がある（均一塑性変形域に入れるためである）。この点、特許文献１と本発明とは、歪を与える目的、与える歪量の大きさ、及び得られる効果が全く異なるものである。また、２％を超える歪量を加えても、その効果は飽和するので、曲げ歪付与ロール６ａにより加える歪量は２％以下とすればよい。
【００４６】
なお、その際の金属帯Ｓの張力は、通常の１．５〜３．０ｋｇｆ／ｍｍ^２程度よりも高めとすることが好ましく、２．５〜５ｋｇｆ／ｍｍ^２が望ましい範囲であり、３．５〜５ｋｇｆ／ｍｍ^２がさらに望ましい範囲である。そして、このような張力で張られた金属帯Ｓに対し、押し込み量Ｘが２〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍの範囲で曲げ歪付与ロール６ａを押し込み、上記の歪量を与える。押し込み量Ｘが２ｍｍ未満、金属帯Ｓの材質や板厚によっては５ｍｍ未満では、必要なひずみ量を与えることができない場合があり、また２０ｍｍを超えると金属帯Ｓが曲げ歪付与ロールへ巻き付く長さが長くなり過ぎ、金属帯Ｓの表面が接触するロール表面温度の影響を受け易くなるためである。
【００４７】
さらに、曲げ歪付与ロール６ａは、その表面温度を１３０〜１７０℃となるように調整されることが好ましい。曲げ歪付与ロール６ａの表面温度を前記温度とすることにより、金属帯Ｓがこのロールを通過する際に、ピックアップと金属粉が発生することを共に防止することができる。１３０℃未満では金属紛が発生し易くなり、１７０℃を超えるとピックアップが発生し易くなる。
【００４８】
このようにして製造された溶融めっき金属帯は、従来の浴中支持ロールに起因する表面欠陥の発生はなく、また、電磁石５により反り矯正と振動抑制が図られているため、めっき付着量も均一である。そして、このような溶融めっき金属帯を操業効率よく製造することが可能である。さらに、曲げ歪付与ロール６ａにより金属帯に適切な量の曲げ歪を付与されているため、その後の通板による腰折れの発生が抑制される。したがって、浴中支持ロールを不使用としても、腰折れ欠陥は問題とはならない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、浴中支持ロールを不使用とし、電磁石により金属帯の反り矯正及び振動抑制を行い、さらに曲げ歪付与ロールにより金属帯に曲げ歪を付与するので、浴中支持ロールに起因する表面欠陥や腰折れ欠陥のない、表面性状に優れた溶融めっき金属帯を操業効率よく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めっき金属帯の製造装置を示す構成図
【図２】本発明に係る曲げ歪付与ロールの配置の説明図
【図３】溶融めっき金属帯の製造ラインの一例を示す構成図
【図４】従来の溶融金属めっき槽周りの装置構成の一例を示す構成図
【符号の説明】
１…溶融金属めっき槽
２…溶融金属めっき浴
３…シンクロール
４…ガスワイパ
５…電磁石
６ａ…曲げ歪付与ロール
６ｂ…浴上支持ロール
７…スナウト
１０…焼鈍炉
１１…合金化炉
１２…冷却帯
１３…化成処理
Ｓ…金属帯

Claims

金属帯をめっき金属である溶融金属の浴中に引き込み、前記金属帯に溶融金属を付着させた後、前記溶融金属の浴中で前記金属帯と接触する唯一のロールであるシンクロールにより前記金属帯を方向転換させて前記溶融金属の浴外へ引き上げるめっき付着工程と、
前記金属帯に付着した過剰の溶融金属をワイパにより払拭してその付着量を調整する付着量調整工程と、
前記ワイパの直前及び／又は直後で前記金属帯の形状及び／又は振動を電磁石により非接触で制御する制御工程と、
前記ワイパ及び前記電磁石の上方に設けられた曲げ歪付与ロールにより、前記金属帯の表層に降伏点伸びを超える歪量を与える曲げ歪付与工程と
を有することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。
曲げ歪付与工程は、金属帯の表裏面で長手方向に１００〜３００ｍｍずれた位置において前記金属帯を挟み込むように設けられた直径１００〜２５０ｍｍの２本の曲げ歪付与ロールを備え、２．５〜５ｋｇｆ／ｍｍ^２の張力で張られた前記金属帯に２〜２０ｍｍの押込み量で前記曲げ歪付与ロールを押し込むことを特徴とする、請求項１に記載の溶融めっき金属帯の製造方法。
曲げ歪付与ロールの表面温度を１３０〜１７０℃とすることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶融めっき金属帯の製造方法。