JP2014181398A

JP2014181398A - 通電ロールのスリップ制御方法および電気めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2014181398A
Application number: JP2013058156A
Authority: JP
Inventors: Kanrei Yokoyama; 寛礼横山; Toshio Imazeki; 敏夫今関; Tsutomu Furuhata; 勤降旗; Naoki Suzuki; 直日鈴木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP5884181B2

Abstract

【課題】高速で電気めっきを行う場合でも、通電ロールへのめっき液の巻付きを抑制し、鋼板と通電ロールとの間のスリップの発生を抑制することができる通電ロールのスリップ制御方法および電気めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】冷延鋼板を、めっき液中に浸漬し、通電ロールから鋼板に電流を流して連続して電気めっきをする際に、前記通電ロールの表面の保水量を７４．６ｍｍ^２／ｍ以上とし、かつ、電気めっき処理時に前記通電ロールと前記鋼板が接触していることを特徴とする通電ロールのスリップ制御方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気めっき鋼板製造ラインにおける、通電ロールのスリップ制御方法および電気めっき鋼板の製造方法に関する。

鋼板等の被処理材に亜鉛、錫、クロム等のめっきを施すための手段の１つとして、例えば、電気めっき法が挙げられる。電気めっき法は、めっきタンク内に浸漬させた電極を陽極とし、鋼板を陰極とし、これらの間に電圧を印加して鋼板に通電することにより鋼板表面にめっきを施す。また、電気めっきを施す装置において、鋼板への通電は、通電ロールを鋼板に接触させることにより行われる。

特許文献１には、ロール表面または前記ロール表面に必要に応じてサーメット溶射、セラミックス溶射により施したロール表面被覆層を、グリッドブラスト加工、放電ダル加工、レーザーダル加工の何れかによりダル加工して得られたＲａが０．６μｍ以上の表面粗度を有する高硬度プロセスロールの表面凸部のピークを、ダイヤモンド砥石、ダイヤモンド砥粒付ベルトを用いて研削し、前記表面凸部を台形化したことを特徴とする定摩擦のプロセスロールの技術が開示されている。

特開平７−３９９１８号公報

しかしながら、一方で、生産性向上のために高速で電気めっきを実施する際に、めっき液が通電ロールに巻付き、鋼板と通電ロールとの間にスリップが発生する場合がある。スリップが発生すると、鋼板と通電ロールが離れて、局所的に電流が集中するため、鋼板上にスポット痕（アークスポット）が残り、品質不良を引き起こす。そして、特許文献１のような溶射を施したロール表面被覆層の場合、スリップの発生が顕著になるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高速で電気めっきを行う場合でも、通電ロールへのめっき液の巻付きを抑制し、鋼板と通電ロールとの間のスリップの発生を抑制することができる通電ロールのスリップ制御方法および電気めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、通電ロール表面の保水量を規定することにより、スリップ発生を抑制することができることを見出した。本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］冷延鋼板を、めっき液中に浸漬し、通電ロールから鋼板に電流を流して連続して電気めっきをする際に、前記通電ロールの表面の保水量を７４．６ｍｍ^２／ｍ以上とし、かつ、電気めっき処理時に前記通電ロールと前記鋼板が接触していることを特徴とする通電ロールのスリップ制御方法。
［２］冷延鋼板を、めっき液中に浸漬し、通電ロールから鋼板に電流を流して連続して、電気めっきをする際に、前記通電ロールの表面の保水量を７４．６ｍｍ^２／ｍ以上とし、かつ、電気めっき処理時に前記通電ロールと前記鋼板が接触していることを特徴とする電気めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、通電ロール表面の保水量を規定することにより、鋼板と通電ロールとの間のスリップを抑制できる。その結果、電気めっき鋼板の製造において、生産量、原単位の向上に繋がる。

ＪＩＳＢ０６７１−２（２００２）に規定される線形負荷曲線を示す図である。本発明の通電ロール表面の保水量を算出する図である。本発明の通電ロール表面における通電時のイメージ図であり、（ａ）は凸部の先端形状が平滑化されている場合、（ｂ）は凸部の先端形状が平滑化されていない場合である。

電気めっきラインで高速にて電気めっきを行う際、通電ロールの表面にめっき液が巻付き、通電ロールと鋼板との間でスリップを引き起こす。一般に通電ロール表面の粗さ（Ｒａ）が低下すると、鋼板と通電ロールの間の摩擦係数が低下し、スリップが起こると考えられる。まず本発明者らは、スリップが起こった通電ロールとスリップが起こらなかった通電ロールについて、通電ロール表面の粗さと摩擦係数、ならびにスリップ発生との間の相関性を検討した。その結果、通電ロール表面の粗さについては、スリップが起こらなかった通電ロールのほうが高く、一方で、摩擦係数については、スリップが起こった通電ロールのほうが高くなった。すなわち、通電ロール表面の粗さのみの比較では摩擦係数を評価できないことがわかった。また、鋼板と通電ロールのスリップ限界摩擦係数を調べたところ、スリップ限界摩擦係数は、スリップを引き起こした通電ロールの摩擦係数をはるかに下回る値であった。

この結果から、発明者らは、摩擦係数がスリップに関係しているのではなく、鋼板と通電ロールとの間のめっき液が原因であると考えた。通電ロールの表面の形状により、鋼板と通電ロールとの間にめっき液の水膜が形成される。このめっき液の水膜を介して通電するため、めっき液が巻付くのではないかと推測した（図３（ａ）参照）。そこで、鋼板と通電ロール表面が接触し、かつ、鋼板と通電ロールとの間のめっき液の量、すなわち通電ロール表面におけるめっき液の保水量（以下、単に保水量と称することもある。）を規定することにより、スリップ発生を抑制することができると考えた。

保水量とスリップ発生との相関性について検討するため、ＪＩＳＢ０６７１−２（２００２）に規定される線形負荷曲線を用いて、通電ロールの表面粗度から保水量を算出することとした（図１参照）。横軸に平行な線分を測定曲線に重ね、その線分を越えて＋側に飛び出た凸部の底辺の長さの総和と評価長さの比を百分率（％）で表したものを、その”切断レベル”のｍｒ値という（図２参照）。”切断レベル”は測定曲線の最も高い山頂からの深さで設定する。これをピーク基準といい、切断レベルまでの深さは、図１の破線で示すＲｔ値に対する百分率（０−１００％）で設定する。
なお、図１、図２において、コア部高さＲｋは、コア部の上側と下側との差である。山部高さＲｐｋは、コア部の上にある突出山部の平均高さである。谷部深さＲｖｋは、コア部の下にある突出谷部の平均深さである。コア部の負荷長さ率Ｍｒ１は、突出山部とコア部の分離線と負荷曲線の交点の負荷長さ率である。コア部の負荷長さ率Ｍｒ２は、突出谷部とコア部の分離線と負荷曲線の交点の負荷長さ率である。

線形負荷曲線を用いた通電ロール表面の保水量の計算方法について説明する。そこで、本発明では、図２に示すように、評価長さｌｎ当たりの保水量、すなわち通電ロール表面の保水量Ｓを、山部の保水量Ｓ１、中間の保水量Ｓ２、谷部の保水量Ｓ３の３つの領域の総和として求めることができる。

まず、図２から、測定距離Ｌにおける、山部面積Ａ１、谷部面積Ａ２は以下のように表すことができる。
Ａ１＝ＲｐＫ×Ｌ×Ｍｒ１／１００／２・・・（１）
Ａ２＝Ｒｖｋ×（Ｌ−Ｌ×Ｍｒ２／１００）／２・・・（２）
したがって、山部の保水量Ｓ１、中間の保水量Ｓ２、谷部の保水量Ｓ３の領域の面積は、以下のようにそれぞれ表すことができる。
Ｓ１＝Ｒｐｋ×Ｌ−Ａ１・・・（３）
Ｓ２＝Ｒｋ×（Ｌ×Ｍｒ２／１００−Ｌ×Ｍｒ１／１００）／２＋Ｒｋ×（Ｌ−Ｌ×Ｍｒ２／１００）・・・（４）
Ｓ３＝Ａ２・・・（５）
したがって、通電ロール表面の保水量Ｓは、
Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３・・・（６）
で表すことができる。上記式（１）〜（６）を用いることにより、通電ロール表面の保水量Ｓを求めることができる。

なお、上記式（１）〜（６）において、Ｒｐｋ、Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｍｒ１、Ｍｒ２は、それぞれ、通電ロールの表面粗さから算出することができる。また、通電ロール表面粗さの算出方法としては、粗度計により求めることができる。また、測定距離Ｌは、粗度計で測定する測定長さであればよい。

本発明者らは、表面の仕様が異なる通電ロールについて、上記式（１）〜（６）を用いて保水量Ｓを算出しスリップ発生について評価を行った。表１に示すように、通電ロール表面の仕様が溶射のもの（２種）、Ｃｒめっきしたものについて、保水量Ｓとスリップ発生との関係について検討した。めっき液はＮｉめっき液を用いた。また、めっき付着量が４５〜９５ｇ／ｍ^２となる条件で電気めっきを行った。スリップ発生の有無は、通電開始時のライン速度と、通電後のライン速度との差（変動値）を調べ、変動値が３００ｍｐｍ以上をスリップ発生有、３００ｍｐｍ未満をスリップ発生無とした。ライン速度は、通電ロールの回転数から算出した。なお、保水量Ｓの算出において、測定距離Ｌは、粗度計の測定長さである４ｍｍとした。表１に結果を示す。

表１の結果から、通電ロール表面の保水量Ｓが７４．６ｍｍ^２／ｍ以上であれば、スリップが発生しないことがわかった。

本発明において、通電ロール表面の保水量Ｓを７４．６ｍｍ^２／ｍ以上にすることにより、スリップ発生を抑制することができる。このスリップ発生を抑制できる理由について、詳細は明らかではないが、通電ロール表面の形状により、通電ロール表面の保水量が変化すると考えられる。通電ロール表面の保水量Ｓを７４．６ｍｍ^２／ｍ以上にすることにより、めっき液が通電ロール表面に巻付くことを制御でき、その結果、スリップ発生を抑制することができると考えられる。

本発明において、通電ロール表面の保水量Ｓを７４．６ｍｍ^２／ｍ以上にし、かつ電気めっき処理時に通電ロールと鋼板が接触していることを特徴とする。保水量Ｓが７４．６ｍｍ^２／ｍ未満であると、保水量が不足して鋼板と通電ロールとの間にめっき液の水膜ができ、めっき液を介して通電する（図３（ａ）参照）。このため、通電ロールと鋼板が接触しなくなり、すなわち、めっき液が通電ロール表面に巻付くと考えられ、めっき液の巻付きによりスリップが発生し得る。一方、保水量Ｓが７４．６ｍｍ^２／ｍ以上では、保水量が十分となり、通電ロールから直接通電される（図３（ｂ）参照）。このため、鋼板と通電ロールとの間にめっき液の水膜はできず、めっき液が通電ロール表面に巻付くことに起因するスリップ発生を抑制することができる。

電気めっき処理時に通電ロールと鋼板が接触するには、例えば、通電ロール表面の通電ロール表面の凸部の先端形状は平滑化されていない形状（ピークカットされていない形状）にすればよい。すなわち、通電ロール表面が所定の粗さを有していればよく、例えば、ピークカット等による通電ロール表面の凸部の先端形状の平滑化がされていない形状であればよい。凸部の先端形状が平滑化されている場合（図３（ａ）参照）、めっき液を介して通電する。そして、鋼板と通電ロールとの間にめっき液の水膜ができ、この水膜によりスリップが発生し得る。一方、凸部の先端形状が平滑化されていない場合、通電ロールから直接通電される（図３（ｂ）参照）。このため、本発明においては、凸部の先端形状は平滑化されていない形状であることが好ましい。なお、粗さの付与としては、例えば、ショットブラスト加工などが挙げられる。

通電ロールは、例えば、Ｃｒめっきや溶射を施した通電ロールを用いることができる。本発明において、通電ロール表面の仕様は、ロール再生費用の点から、Ｃｒめっきであることがより好ましい。

本発明において、上記の条件を満たす通電ロールを用いて、鋼板を陰極として電気めっき処理を行う。電気めっき処理の条件としては、特に限定するものではないが、高電流で行うことが好ましい。また、電気めっき処理を行う冷延鋼板については、特に制限はなく、公知の方法により得られる冷延鋼板であればよい。

また、本発明は、電気ニッケルめっきや電気亜鉛めっき、電気銅めっきなど、いわゆる電気めっきであればいずれにも適合する。

本発明の実施例について説明する。

以下の処理工程を行い、電気めっき鋼板を作製した。
冷延鋼板に対して、脱脂、酸洗の前処理を行った後、電気めっき鋼板製造ラインにより、以下の条件で電気めっき処理を行った。
めっき浴：Ｎｉめっき浴
ラインスピード：８００ｍｐｍ
電流密度：２〜２０Ａ／ｄｍ^２
めっき付着量：４５〜９５ｇ／ｍ^２
また、電気めっき処理には、表面をショットブラスト加工により表１に記載の表面粗さＲａ、ＰＰＩ（所定範囲内の凸部ピーク数）に加工した後、溶射またはＣｒめっき処理した通電ロールを用いた。通電ロール表面の保水量Ｓについては、上述した式（１）〜（６）を用いて算出した。また、通電ロール表面の粗さは粗さ計で測定し、Ｒｐｋ、Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｍｒ１、Ｍｒ２を求めることにより、保水量Ｓを算出した。なお、保水量Ｓの算出において、測定距離Ｌは、粗さ計の測定長さである４ｍｍとした。

電気めっき処理時のスリップ発生、および、アークスポット発生について調べた。
（１）スリップ発生
スリップ発生については、スリップ発生の有無は、通電開始時のライン速度と、通電後のライン速度との差（変動値）を調べた。ライン速度は、通電ロールの回転数から算出した。基準は以下の通りである。○、△を合格とする。
○：１００ｍｐｍ以下
△：１００ｍｐｍ超え３００ｍｐｍ未満
×：３００ｍｐｍ以上
（２）アークスポット発生
めっき鋼板と通電ロールとの間で発生するアークスポットを原因とする、通電ロール表面の疵について調べた。具体的には、ライン出側で表面検査装置を用いて、アークスポット痕の有無を調べた。基準は以下の通りである。○、△を合格とする。
○：アークスポット痕無し
×：アークスポット痕有り
結果を表２に示す。

発明例であるＮｏ．１、２は、スリップ発生およびアークスポット発生が合格基準を満たし、歩留まりの増加により、生産量、原単位が向上した。一方、比較例のＮｏ．３はスリップおよびアークスポットが発生し、歩留まりの低下により、生産量、原単位が向上した。

１鋼板
２めっき液
３通電ロール表面

Claims

冷延鋼板を、めっき液中に浸漬し、通電ロールから鋼板に電流を流して連続して電気めっきをする際に、前記通電ロールの表面の保水量を７４．６ｍｍ^２／ｍ以上とし、かつ、電気めっき処理時に前記通電ロールと前記鋼板が接触していることを特徴とする通電ロールのスリップ制御方法。
冷延鋼板を、めっき液中に浸漬し、通電ロールから鋼板に電流を流して連続して、電気めっきをする際に、前記通電ロールの表面の保水量を７４．６ｍｍ^２／ｍ以上とし、かつ、電気めっき処理時は前記通電ロールと前記鋼板は接触していることを特徴とする電気めっき鋼板の製造方法。