JP2020111819A - 冷却速度決定装置および情報処理プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、
[SE]:上記溶融めっき浴の構成元素のうち予め特定された特定元素の濃度(質量%)
T:上記溶融めっき浴の浴温(℃)
ST:上記溶融めっき浴が凝固する凝固温度(℃)
A:上記平均冷却速度(℃/秒)
α、β、γ、δ:上記係数
である。
本明細書において、「鋼板」との用語は、「鋼帯」を含む意味で用いる。また、「溶融めっき付着鋼板」とは、基材鋼板を溶融めっき浴に浸漬および通過させて引き上げたときの、基材鋼板の表面に溶融めっき浴の一部が溶融状態で付着している状態のものを意味する。溶融めっき付着鋼板が冷却されて表面物質が凝固することにより、基材鋼板の表面に溶融めっき層が形成される。これにより溶融めっき鋼板が生成する。
本発明者らが見出した知見について、経緯とともに以下に概略的に説明する。
YI=a×x+b・・・(2)
ここで、
x:酸化被膜の厚さ
a、b:定数
である。
x=k×t1/2・・・(3)
ここで、kは拡散係数である。
YI=a×k×t1/2+b・・・(4)。
YI=X1×[B]+X2・・・(5)
ここで、
[B]:溶融Al系めっき浴中のB濃度(質量%)
X1、X2:定数
である。
X2(t)=β×t1/2+δ・・・(8)
ここで、α、β、γ、δはそれぞれ定数である。
本発明者らは、溶融Al系めっき浴としてAl−9%Si−2%Fe浴を用いて、互いに異なる条件下で溶融Al系めっき鋼板を製造することにより得られた種々の結果を上記(9)式に代入することにより得られる複数の式を用いて数値解析を行った。その結果、上記係数として、α=275.45、β=1.98、γ=−656.57、δ=−9.76が得られた。
A≧{(α×[B]+β)/(10−γ×[B]−δ)}2×(T−577)・・・(11)。
以上のような本発明者らの見出した知見に基づいて決定した平均冷却速度Aを用いて、溶融めっき付着鋼板を冷却することによって、溶融めっき後の溶融めっき鋼板の表面の変色を防止することができる。また、上記知見に基づけば、上記(10)式は、一般化して下記(12)式のように表すことができる。
ここで、
[SE]:上記溶融めっき浴の構成元素のうち予め特定された特定元素の濃度(質量%)
T:上記溶融めっき浴の浴温(℃)
ST:上記溶融めっき浴が凝固する凝固温度(℃)
A:上記平均冷却速度(℃/秒)
α、β、γ、δ:上記係数
である。
以下、溶融めっき浴から引き上げた後の、溶融めっきが付着した基材鋼板である溶融めっき付着鋼板の平均冷却速度Aを、上記(12)式を用いて決定する、本発明の一実施形態における冷却速度決定装置について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態における冷却速度決定装置の概略的な構成を示すブロック図である。
溶融めっき浴は、従来知られている各種の溶融めっき浴を用いることができる。また、特定元素とは、溶融めっき浴への添加元素であって、溶融めっき浴中の当該元素の濃度と黄色度YIとの間に比例関係が成り立つような元素である。例えば、溶融めっき浴はAl−9%Si−2%Fe浴であってよく、この場合、上記特定元素はホウ素で有り得る。その他の種類の溶融めっき浴においても、このような特定元素は存在し得る。
基材鋼板は、溶融めっき鋼板のめっき原板として適用されている鋼種をはじめ、用途に応じて種々の鋼種の中から選択することができる。例えば、耐食性を重視する用途ではステンレス鋼板を適用すればよい。基材鋼板の板厚は、限定されないが、例えば0.4〜3.2mmとすることができる。
本発明の一態様は、連続式溶融めっき設備に適用することができる。また、本発明の一態様は、浸漬めっき方法に適用することもできる。
冷却速度決定装置1が実行する処理について、より具体的に説明すれば、以下のとおりである。
2度めっき法により供試材を作製した。具体的には、めっき原板として下記表1に示すAl−Si系めっき鋼板を用いた。該めっき原板を、下記表2に示す条件にて、溶融めっき浴に浸漬し、溶融めっき付着鋼板を引き上げた後、大気雰囲気中にて空冷または放冷することにより、供試材を作製した。溶融めっき浴として、下記表3に示す溶融Al系めっき浴を用いた。本実施例において用いた溶融めっき浴はAl−9%Si−2%Fe浴であり、上記(12)式に代入する係数α、β、γおよびδとして、前述したα=275.45、β=1.98、γ=−656.57、δ=−9.76を用いた。
以下、本発明の他の一態様について説明する。なお、説明の便宜上、既に上述したことについてはその説明を繰り返さないが、下記の態様においても同様に、上記冷却速度決定装置1を用いて決定した平均冷却速度Aを使用することができる。
図2は、本実施形態における溶融Al系めっき鋼板について、めっき層の極表面を研磨してデンドライト組織を観察可能とした後の光学顕微鏡写真を示す図である。
基材鋼板は、従来から溶融Al系めっき鋼板のめっき原板として適用されている鋼種をはじめ、用途に応じて種々の鋼種の中から選択することができる。例えば、耐食性を重視する用途ではステンレス鋼板を適用すればよい。基材鋼板の板厚は、限定されないが、例えば0.4〜3.2mmとすることができる。
上記基材鋼板の鋼素地と溶融Al系めっき層との間(界面)には、AlとFeとの相互拡散によってAl−Fe合金層も形成される。
溶融Al系めっき層の化学組成は、めっき浴組成とほぼ同じになる。従って、溶融Al系めっき層の組成は、めっき浴組成を制御することによって調整することができる。
[B]≧0.005かつ[Ti]+[V]≦0.003・・・(13)
[B]≧0.017+0.45×[Ti]+0.42×[V]・・・(14)。
表4に示す化学組成を有する板厚0.8mmの冷延焼鈍鋼板を基材鋼板とした。レスカ製めっき試験シミュレータを用いて、基材鋼板を水素還元加熱後、以下に説明するように準備した溶融Al系めっき浴に基材鋼板を浸漬し、引き上げて、所定の冷却速度にてめっき層を凝固させた。これにより、実験ラインにて溶融Al系めっき鋼板(供試材)を作製した。また、溶融Al系めっき鋼板を作製した条件を表5に示す。
溶融Al系めっき浴の一部を冷却凝固させためっき浴片を、混酸(硝酸40mlおよび塩酸10mlの混合溶液)にて加温溶解させ、その後、超純水を加えて250mlに定容した。上記めっき浴片から得た定容後の溶液を、めっき浴中成分の定量分析溶液とした。その後、上記定量分析溶液について、次の2通りの定量分析を行ってめっき浴中成分の組成を求めた。
各供試材の表面をバフ研磨して、めっき層の表面から深さ5μmまでの極表層を平滑化することにより、デンドライト組織を観察可能にした。そして、光学顕微鏡により、めっき層の表面積1cm2あたりに存在するスパングル結晶核の個数を算出した。以下の基準で表面外観を評価し、◎評価および○評価を合格とした。
○:同100個以上500個未満
×:同50個以上100個未満
××:同50個未満。
各供試材の未処理の溶融Al系めっき層について、JIS Z2371:2000に規定される、中性塩水噴霧試験(NSS試験)を行い、白錆発生面積率を測定した。以下の基準でめっき層の耐食性を評価し、○評価を合格と判定した。
×:同5%以上。
前記実施例2に記載の表4に示す化学組成を有する板厚0.8mmの冷延焼鈍鋼板を基材鋼板とし、前記実施例2に記載の表5の条件にて溶融Al系めっき鋼板(供試材)を作製した。
[B]≧0.017+0.45×[Ti]+0.42×[V]。
冷却速度決定装置1の制御ブロック(特に制御部10)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
12 係数取得部
13 速度決定部
Claims (6)
- 溶融めっき浴から引き上げた後の、溶融めっきが付着した基材鋼板である溶融めっき付着鋼板の冷却速度を決定する冷却速度決定装置であって、
上記溶融めっき付着鋼板が冷却されてなる溶融めっき鋼板の表面の変色度合いYIを示す下記(1)式における、上記溶融めっき浴に対応する係数α、β、γおよびδを取得する係数取得部と、
上記溶融めっき浴から上記溶融めっき付着鋼板を引き上げた直後から、上記基材鋼板に付着した溶融めっきが凝固するまでの時間における平均冷却速度を決定する速度決定部とを備え、
上記速度決定部は、下記(1)式に各上記係数を代入した式におけるYIが所定の基準値以下となるように上記平均冷却速度を決定することを特徴とする冷却速度決定装置。
YI=(α×[SE]+β)×{(T−ST)/A}1/2+γ×[SE]+δ・・・(1)
(ここで、
[SE]:上記溶融めっき浴の構成元素のうち予め特定された特定元素の濃度(質量%)
T:上記溶融めっき浴の浴温(℃)
ST:上記溶融めっき浴が凝固する凝固温度(℃)
A:上記平均冷却速度(℃/秒)
α、β、γ、δ:上記係数) - 上記係数α、β、γおよびδは、下記(2)式および(3)式における係数であり、
X1(t)=α×t1/2+γ・・・(2)
X2(t)=β×t1/2+δ・・・(3)
上記tは、大気雰囲気にて上記基材鋼板に付着した溶融めっきが凝固するまでの時間であり、
上記X1(t)およびX2(t)は、下記(4)式に含まれる上記tの関数であることを特徴とする請求項1に記載の冷却速度決定装置。
YI=X1(t)×[SE]+X2(t)・・・(4) - 上記係数α、β、γおよびδは、
(i)使用する上記溶融めっき浴によって定まる上記凝固温度ST、および
(ii)上記溶融めっき浴を用いて、互いに異なる条件下で上記溶融めっき鋼板を製造することで得られる上記平均冷却速度A、上記特定元素の濃度[SE]、および上記変色度合いYIを、
上記(1)式に代入することで得られる複数の式を用いて数値解析することで得られる係数であることを特徴とする請求項2に記載の冷却速度決定装置。 - 上記係数は、α=275.45、β=1.98、γ=−656.57、δ=−9.76であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の冷却速度決定装置。
- 上記溶融めっき浴は、Al−9%Si−2%Fe浴であり、
上記特定元素は、ホウ素であり、
上記溶融めっき浴が凝固する凝固温度STは577℃であり、
上記所定の基準値は10であることを特徴とする請求項4に記載の冷却速度決定装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷却速度決定装置としてコンピュータを機能させるための情報処理プログラム。
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