JP2021091973A - 微細で均一なメッキ構成を有するメッキ鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
メッキ組織を有する優れた品質のメッキ鋼板およびメッキ鋼板の製造方法に関する。
する技術が幅広く行われている。メッキ鋼板は、優れた耐食性に基づいて一般の建築材料
を含めて、美麗な表面管理が求められる家電製品、自動車、造船などの外板材まで、ます
ますその使用範囲が拡大している状態である。
ne)は、鋼板表面に溶融亜鉛を付着させてメッキ鋼板を生産する設備である。溶融亜鉛
メッキ設備において、鋼板は、メッキポット内に配置されたシンクロール(sink r
oll)を経て、溶融亜鉛が収容されたメッキポットに入れられてメッキが行われる。
上部に出る。亜鉛メッキポットから引き出された鋼板は、その後、鋼板表面でメッキ付着
量を調節する工程を経た後、メッキ層を冷却する工程を経てメッキ鋼板に製造される。
るように、より高品質のメッキ鋼板の開発が求められる。
する。
成されたZn系メッキ層を含み、前記Zn系メッキ層は、平均粒度5μm以下のZn単相
組織を含むことができる。
できる。
。
る。
条件で形成される。ここで、Aは、メッキ層の厚さ方向に対する全Zn単相の分率であり
、Bは、メッキ層の外側表層部でのZn単相の分率である。
形状であってもよい。
える冷却ベルトの表面パターンが転写されて形成される。
着量を調節する調節段階;および鋼板を20℃/sec以上の冷却速度で急冷する冷却段
階を経て製造される。
着量を調節する調節段階;および鋼板表面のメッキ層に接触する冷却体で鋼板に冷気を加
えて鋼板を冷却する段階と、前記冷却体に液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供
給して冷却体を冷却する段階とを含むことで、鋼板を急冷する冷却段階を経て製造される
。
キ層に接触するナイフでメッキ付着量を一次調節する段階と、前記ナイフに液体窒素や液
体ヘリウムを含む極低温液体を供給してナイフを冷却する段階とを含むことで、鋼板のメ
ッキ付着量を調節する調節段階;および鋼板を冷却する冷却段階を経て製造される。
段階と、前記ナイフに液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供給してナイフを冷却
する段階とを含むことができる。
し鋼板を冷却する段階と、前記チルロールに液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を
供給してチルロールを冷却する段階とをさらに含んでもよい。
て製造される。
スまたは冷却工程の雰囲気維持用ガスとして使用する段階をさらに含んでもよい。
層表面にパターンを形成する段階をさらに含んでもよい。
組織が5μm以下に微細化され均一なメッキ組織を有する。
の偏差やメッキ層の組織偏差が極めて少ない。
おいて非常に優れた品質を得ることができる。
者が容易に実施できるように本発明の実施例を説明する。本発明の属する技術分野におけ
る通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施例は本発明の概念と範
囲を逸脱しない限度内で多様な形態に変形可能であり、ここで説明する実施例に限定され
ない。
分の相対的な寸法および比率は、図面における明確性および便宜のためにその大きさにお
いて誇張または減少して示されており、任意の寸法は単に例示的なものであり、限定的な
ものではない。
以下、本実施例によるメッキ鋼板を製造するための製造装置を説明する。
鉛メッキ装置を例として説明する。本メッキ装置は、亜鉛系金属や金属合金のメッキに限
定されず、多様な金属に対する溶融メッキ装置のすべてに適用可能である。
10と、鋼板の進行方向に沿って前記メッキ浴槽10の後段で鋼板の一面または両面に配
置され、鋼板のメッキ付着量を制御するワイピング部と、鋼板の進行方向に沿って前記ワ
イピング部の後段で鋼板の一面または両面に配置され、鋼板を冷却させるための冷却部と
を含む。
sink roll)12を通りながら溶融金属に入れられて溶融メッキ工程が進行する
。鋼板Pは、シンクロール12によって進行方向が切り替えられてメッキ浴槽10の上部
に移動する。メッキ浴槽10内の溶融金属によって表面がメッキされた鋼板Pは、メッキ
浴槽10の上部に引き出される。鋼板は、進行方向に沿って順次に配置されたワイピング
部および冷却部を経てメッキ鋼板に製造される。冷却部を経て急冷された鋼板は、テンシ
ョンロール14を経て工程が進行する。
メッキ付着量を調節する構造になっている。
御するナイフ20と、前記ナイフ20に液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供給
してナイフ20を冷却する冷媒供給部50とを含むことができる。
し、より容易に鋼板のメッキ付着量を制御することができる。前記冷媒供給部50は、ナ
イフ20を極低温液体で冷却させることによって、ナイフ20の温度を下げて、ナイフ2
0が高温のメッキ層に直接接触する状態でもメッキ溶液がナイフ20に融着するのを防止
することができる。
却する構造になっている。
とも1つ以上の冷却体60と、前記冷却体60に液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液
体を供給して冷却体60を冷却する冷媒供給部50とを含むことができる。
能力を極大化してより速やかに鋼板のメッキ層を急冷させることができる。前記冷却部は
、冷却体60を極低温液体で冷却させることによって、冷却体60の温度を下げて、冷却
体60が高温のメッキ層に直接接触する状態でもメッキ溶液が冷却体60に融着すること
を防止することができる。
ので、例えば、極低温液体が収容されたタンクと、極低温液体が移送される供給ラインと
、供給ライン上に設けられる供給ポンプとを含むことができる。前記冷媒供給部50は、
極低温液体を供給できる構造であればすべて適用可能であり、多様に変形可能である。
アルゴンなど多様な液体が用いられる。液体窒素を用いる場合、より経済性を高めること
ができる。
触して鋼板のメッキ量を制御し急冷させることによって、本実施例によりメッキ鋼板のメ
ッキ付着量を精密制御することができ、メッキ鋼板の冷却速度を20℃/sec以上に高
めることができる。したがって、鋼板冷却のための設備ラインの長さを画期的に短縮し、
製品の生産速度を高めることができる。
ナイフ20または冷却体60を通りながらメッキ層と熱交換されて気体化される。ナイフ
20または冷却体60から排出されるガスは、適切なろ過装置を経て製鉄工程の熱処理炉
(furnace)内の還元ガス、または冷却工程での非酸化性雰囲気維持のためのガス
として用いて再利用される。
してメッキ液の付着量を調節する。鋼板Pの両面に配置されるナイフ20は、同一の構造
からなり、以下の説明は鋼板の一面に対するナイフ20のみを例として説明する。
体が循環するボディ22と、前記ボディ22の先端に設けられ、鋼板のメッキ層に接する
チップ部24とを含むことで、鋼板表面のメッキ付着量を一次的に制御する構造であって
もよい。
的に使用可能に、極低温耐久性に優れた金属(metal)、セラミック(cerami
c)、またはセラミックコーティングされた金属材などで製造される。
22に連結された冷媒供給部50は、流路26を通して極低温液体を循環供給する。前記
流路26は、ボディ22の先端に設けられたチップ部24を十分に冷却できるようにチッ
プ部24の位置した先端まで延長形成され、チップ部24に極低温液体が接触できるよう
にする。
チップ部24を取り替え可能な部品にして、摩耗時、ボディ22からチップ部24だけを
取り替えてナイフ20を使用し続けることができる。前記チップ部24は、より精密なメ
ッキ付着量制御のために、先端へいくほど尖って形成された構造であってもよい。
4を冷却させて、チップ部24を低温状態に維持させる。これにより、チップ部24は、
メッキ層に接した状態でメッキ溶液がチップ部24に付着するのを防止しつつ、一次的に
メッキ付着層をより正確に制御することができる。
の異常時に直ちに交換して使用できるように、複数のチップ部を備えた構造になっている
。
部には極低温液体が循環する回転体23と、前記回転体23の外周面に円周方向に沿って
間隔をおいて設けられ、鋼板P表面のメッキ層に接してメッキ付着量を制御するチップ部
24と、前記回転体23に連結されて回転体23を回転させて、一側のチップ部24を鋼
板表面に向けて配置させる回転駆動部とを含むことができる。
用中のチップ部24を鋼板から離隔させ、大気中にある他のチップ部24を鋼板側に移動
させることによって、直ちにチップ部24を取り替えて用いることができる。前記チップ
部24は、図3に示されるように、4つが回転体23の外周面に沿って90度の角度で配
置される。これにより、回転体23が90度の角度で回転して、各チップ部24を鋼板表
面側に移動させることができる。前記チップ部24の設置個数は、多様に変形可能である
。
、円筒形状に限定されず、例えば、回転軸の外周面に沿って前述したボディ22が角度を
おいて連続的に配置された構造であってもよい。前記回転体23の両先端は、設備上に別
途の支持台(図示せず)に回転可能に支持される。
低温耐久性に優れた金属(metal)、セラミック(ceramic)、またはセラミ
ックコーティングされた金属材などで製造される。
転体23の内部に形成される流路は、回転体23の回転軸の両先端を介して冷媒供給部5
0と連結される。冷媒供給部50から供給された極低温液体は、前記回転体23の先端を
通して回転体23内部の流路に循環供給される。前記流路は、回転体23の外周面に設け
られたチップ部24を十分に冷却できるように、チップ部24が位置した表面に延長形成
され、チップ部24に極低温液体が接触できるようにする。
は、回転体23の表面に着脱可能に設けられる。
用可能である。図3に示されるように、例えば、前記回転駆動部は、回転体23と駆動ベ
ルト25で連結されて動力を伝達するステップモータ27を含むことができる。これによ
り、ステップモータ27が一定量回転駆動されると、駆動ベルト25を介して回転体23
に動力が伝達され、回転体23がチップ部24の配置間隔だけ回転する。回転体23の回
転により回転体23の表面に設けられ、大気中にあった新たなチップ部24が鋼板側に移
動して鋼板表面のメッキ層に接触する。そして、回転体23の回転により磨耗し、または
、異常のあるチップ部24は、鋼板表面から外側に離隔して待機位置に移動する。摩耗し
たチップ部24は、待機位置で取り替えまたは表面研磨作業により処理される。
部24を取り替えることによって、チップ部24の取り替えによる時間を低減し、連続的
に作業を進行させることができる。
部24を−250〜5℃に冷却させることができる。前記チップ部24の温度が5℃より
高くなると、高温のメッキ溶液がチップ部24に付着する問題が発生する。前記チップ部
24の温度が−250℃より低い場合には、前記チップ部24の低温脆性破壊の問題が発
生する。
着量を精密に調節する。
ワイピング部は、前記ナイフ20に備えられ、鋼板Pに対するチップ部24の接触荷重を
検出するロードセンサ30と、前記ロードセンサ30の検出信号により鋼板に対してナイ
フ20を移動して、鋼板に対するチップ部24の加圧力を制御する制御部32とをさらに
含んでもよい。
ことによって、チップ部24と鋼板Pとの間隔が変化して鋼板のメッキ付着量が調節され
る。
の接触荷重により確認することができる。チップ部24と鋼板Pとの間の間隔が狭くなる
と、チップ部24が鋼板のメッキ層に深く入ってメッキ溶液との接触量が多くなるにつれ
て接触荷重が大きくなり、逆に、チップ部24が鋼板Pから離隔すると、メッキ溶液との
接触量が減少するにつれて接触荷重が小さくなる。
付着量に合わせて鋼板Pに対してナイフ20を移動させて、メッキ付着量を制御する。
などの駆動部34によって行われる。前記駆動部34は、駆動シリンダやモータなど多様
な動力源が用いられ、ナイフ20を鋼板に対して直線移動させられる構造であればすべて
適用可能である。
無を確認できる。装置異常の判別時、ナイフ20からチップ部24を取り替えるなどの必
要な措置を直ちに取ることができる。
を例示している。
るか、中間が折れてV字状をなす構造など多様な構造に形成される。前記チップ部24が
設けられるナイフのボディ22または回転体23も、チップ部24の形態と同一の構造か
らなってもよい。例えば、前記チップ部24がV字状からなる場合、チップ部24が設け
られるナイフ20のボディ22も、先端部はチップ部24と同じ形態のV字状からなって
もよい。
る。また、前記チップ部24は、鋼板の幅方向に対して傾斜して配置される。
向き、または、鋼板の移動方向に反対方向を向くように、逆V字状またはV字状に配置さ
れる。
チップ部24との接触荷重を低減してより円滑にメッキ層の付着量を調節することができ
る。
フ20の後段に配置され、鋼板のメッキ付着量をより精密に制御し鋼板のメッキ層を急冷
させるチルロール40をさらに含んでもよい。
に加圧密着するロール構造物である。前記チルロール40の両先端は、設備上に別途の支
持台(図示せず)に回転可能に支持される。前記チルロール40は、自由に回転可能な構
造で鋼板の移動により共に回転し、または、別途の駆動源に連結されて設定された速度で
回転する構造であってもよい。
よい。
後処理問題が発生する。前記チルロール40の表面粗さが0.1μmより低い場合には、
化成処理のような後処理特性が低下する問題が発生する。
る。前記チルロール40は、液体窒素の使用による極低温環境で長時間安定的に使用可能
に、極低温耐久性に優れた金属(metal)、セラミック(ceramic)、または
セラミックコーティングされた金属材などで製造される。
が形成される。チルロール40の内部に形成される流路は、チルロール40の回転軸の両
先端を介して冷媒供給部(図1の50参照)と連結される。冷媒供給部50から供給され
た極低温液体は、前記チルロール40の先端を介してチルロール40内部の流路に循環供
給される。チルロール40の内部に供給された極低温液体によって、チルロール40表面
は低温の冷却状態を維持する。これにより、チルロール40は、鋼板Pのメッキ層に接し
た状態で、メッキ溶液がチルロール40表面に付着するのを防止し、メッキ層を急速冷却
させることができる。
20を経た鋼板Pのメッキ付着量を二次的に精密制御する。これとともに、前記チルロー
ル40は、メッキ層に接して直接的な熱交換によりメッキ層を急速冷却させることができ
る。
250〜5℃に冷却させることができる。前記チルロール40の温度が5℃より高くなる
と、メッキ鋼板の冷却性能および表面品質の改善効率が低下する問題が発生する。前記チ
ルロール40の温度が−250℃より低い場合には、前記チルロール40の低温脆性破壊
の問題が発生する。
ルロール40によりメッキ付着量をより精密に制御することができる。また、低温に冷却
されたチルロール40がメッキ層を加圧して急速冷却させることによって、メッキ層の組
織を微細化させ、幅方向へのメッキ付着量の偏差を効果的に低減する。
よって、前記メッキ装置は、鋼板を20℃/secの冷却速度で急冷させることができる
。それだけでなく、前記チルロール40は、所定の圧力下でメッキ層を加圧しながら冷却
が進行するので、難メッキ性鋼種に対してもメッキ性能を改善することができる。
して鋼板Pを支持している状態になって、鋼板が接触式ナイフ20を通る過程で幅方向に
曲がる反曲現象が全く発生しない。つまり、鋼板の移動方向に沿ってナイフ20の前段と
後段で鋼板はそれぞれシンクロール12とチルロール40を通る。これにより、鋼板Pは
、シンクロール12とチルロール40によって平らに伸ばされた状態で反曲現象の発生な
くナイフ20を通る。
るクシ状欠陥などのメッキ表面欠陥が発生する。従来の構造の場合、このような鋼板の反
曲現象によるメッキ表面欠陥が頻繁に発生するが、本実施例の場合、鋼板の反曲発生を防
止することによって、幅方向のメッキ付着量およびメッキ層の組織偏差がほとんどないメ
ッキ鋼板の製造が可能である。
に、ナイフと同様に、前記チルロール40に備えられ、鋼板に対するチルロール40の接
触荷重を検出するロードセンサ30と、前記ロードセンサの検出信号により駆動部34を
作動して鋼板に対してチルロール40を移動して、鋼板に対するチルロール40の加圧力
を制御する制御部32とをさらに含んでもよい。
ることによって、チルロール40と鋼板との間隔が変化して鋼板のメッキ付着量が精密に
調節される。
ロードセンサ30と制御部32および駆動部34の構造と同一であるので、同一の符号を
用い、その構造と作用は、ナイフ20に対するロードセンサ30と制御部32の説明を参
照し、以下、詳細な説明は省略する。これにより、前記制御部32は、ロードセンサ30
の検出値を演算して、鋼板に対してチルロール40を移動させてメッキ層を加圧すること
によって、メッキ付着量をより精密に制御することができる。また、チルロールによって
メッキ層が加圧されながら20℃/sec以上の冷却速度で急冷されることによって、幅
方向のメッキ付着量の偏差を最小化しながらより微細な組織のメッキ層を得ることができ
る。
ール40表面の汚染物を除去する構造になっている。このために、図7に示されるように
、前記ワイピング部は、チルロール40に接してチルロール40表面に付着した汚染物を
除去するためのスクレーパ44をさらに含んでもよい。前記スクレーパ44は、チルロー
ル40の軸方向に延びてチルロール40表面に接触するように設けられる。これにより、
前記チルロール40が回転しながら、チルロール40表面に付着した汚染物がスクレーパ
44にかかってチルロール40表面から除去される。
グ部の後段に配置された冷却部を経て設定温度以下に急速冷却される。また、本実施例に
おいて、鋼板は、冷却部を経てメッキ層の厚さが精密に制御される。
の冷却体60と、前記冷却体60に液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供給して
冷却体60を冷却する冷媒供給部50とを含むことができる。
環し、鋼板P表面のメッキ層に加圧されて冷気を加える冷却ロール62を含むことができ
る。前記冷却ロール62は、複数個が鋼板の進行方向に沿って間隔をおいて多段に配置さ
れた構造であってもよい。
ル構造物である。前記冷却ロール62の両先端は、設備上に別途の支持台(図示せず)に
回転可能に支持される。前記冷却ロール62は、自由に回転可能な構造で鋼板の移動によ
り共に回転し、または、別途の駆動源に連結されて設定された速度で回転する構造であっ
てもよい。
る。
路64が形成される。冷却ロール62の内部に形成される流路64は、冷却ロール62の
回転軸の両先端を介して冷媒供給部(図1の50参照)と連結される。冷媒供給部50か
ら供給された極低温液体は、前記冷却ロール62の先端を介して冷却ロール62内部の流
路64に循環供給される。冷却ロール62の内部に供給された極低温液体によって冷却ロ
ール62表面は低温の冷却状態を維持する。
鋼板P表面のメッキ層に加圧密着して冷気を加える冷却ベルト66をさらに含んでもよい
。この構造の場合、冷却ロール62でない冷却ベルト66が鋼板のメッキ層に直接接する
ようになる。
間安定的に使用可能に、極低温耐久性に優れたステンレスなどの金属(metal)、セ
ラミック(ceramic)、またはセラミックコーティングされた金属材などで製造さ
れる。
面粗さが平均0.1〜3μmであってもよい。前記冷却ロール62または冷却ベルト66
の表面粗さが3μmより高くなると、劣る表面品質による不均一な後処理問題が発生し、
表面粗さが0.1μmより低い場合には、化成処理のような後処理特性が低下する問題が
発生する。
0をなし、このような冷却体60の1つまたは複数個が鋼板の進行方向に沿って間隔をお
いて配置された構造になっている。各冷却体60の設置間隔や個数などは、設備や工程条
件に応じて多様に変形可能である。
例として説明する。
66は、鋼板表面のメッキ層に面接触する。前記冷却ベルト66は、例えば、鋼板に接し
た状態で冷却ロール62の回転駆動によって鋼板の移動速度に合わせて回転できる。鋼板
の移動速度に合わせて冷却ベルト66が回転することによって、鋼板と冷却ベルト66と
の間の摩擦を最小化し、摩擦によるメッキ層の損傷を防止することができる。
66は、冷却ロール62によって低温に冷却された状態でメッキ層に面接触していて、メ
ッキ層を急速冷却させることができる。つまり、前記冷却ベルト66は、2つの冷却ロー
ル62の間で鋼板表面のメッキ層に面接触している。これにより、鋼板のメッキ層に対す
る冷却面積は、冷却ベルト66による接触面積だけ大きくなる。したがって、本実施例の
冷却部は、冷却ベルト66によって鋼板のメッキ層に対する冷却面積を増加させて冷却速
度を高めることができる。
と接する冷却ベルト66の温度を−250〜5℃に冷却させることができる。前記冷却ベ
ルト66の温度が5℃より高くなると、メッキ鋼板の冷却性能および表面品質の改善効率
が低下する問題が発生する。前記冷却ベルト66の温度が−250℃より低い場合には、
前記冷却ベルト66の低温脆性破壊の問題が発生する。
い時間内にメッキ溶液を凝固させることによって、本実施例のメッキ装置は、冷却部を介
して鋼板を20℃/secの冷却速度で250℃以下の温度まで急冷させることができる
。
ベルト66をピンと張るように緊張させることができる。冷却ベルト66が緊張してピン
と張って展開されることによって、鋼板表面のメッキ層と冷却ベルト66との接触が円滑
に行われ、メッキ層をより均等に冷却させることができる。
冷却ロール62の間に冷却ロール62の間を伸縮させる駆動シリンダ68が設けられる。
前記駆動シリンダ68は、制御部32の信号により駆動されて冷却ロール62の間を広げ
るようになる。冷却ロール62の間が広げられることによって、冷却ベルト66がピンと
張って展開される。
できる。このために、前記冷却ロール62は、図示しないが、チルロール40と同様に、
ロードセンサと、制御部と、駆動部とを備えることができる。冷却ロールの加圧力調節構
造は、前述したチルロール40に対するロードセンサ30と制御部32および駆動部34
の構造と同一であるので、その構造と作用に関する詳細な説明は省略する。これにより、
冷却ロールは、鋼板に設定された圧力で加圧密着して鋼板のメッキ層の厚さを精密に制御
する。
ことによって、冷却ロール62に巻かれた冷却ベルト66と鋼板との間隔が変化して鋼板
のメッキ層に対する加圧力が調節される。このように、前記冷却部は、ロードセンサの検
出値を演算して、鋼板に対して冷却ロール62を移動させて冷却ベルト66によるメッキ
層の加圧力を精密に調節することによって、メッキ層の厚さを精密に制御することができ
る。
に沿って配置された複数の冷却体60それぞれに対して同一または異なっていてもよい。
つまり、鋼板の移動方向に沿って配置された各冷却体60は、同一の加圧力で鋼板に密着
できる。あるいは、前記各冷却体60は、鋼板の移動方向に沿って次第に加圧力を高めて
鋼板に密着できる。したがって、鋼板は、各冷却体60を通りながら次第に高い加圧力を
受けてメッキ層の厚さを次第に低減することができる。
つれて次第に鋼板のメッキ層を加圧して、メッキ層の厚さをより精密に制御することがで
きる。
とによって、難メッキ性鋼種に対してもメッキ性能を改善することができる。
ッキ層に密着させて冷却させることによって、従来と比較してメッキ層を急速冷却させる
ことができる。メッキ鋼板の冷却は、製品の表面品質に直接的な影響を及ぼす。もし、未
凝固メッキ層が汚染されたガスまたは設備の後段のロールに接触する場合、直接的な表面
欠陥発生の原因になるため、メッキ層は設備の後段に進入する前に完全に凝固しなければ
ならない。従来の構造の場合、ガスや水冷方式を利用することによって、熱容量が低くな
り冷却能力が低下し、これにより、メッキ鋼板を一定の温度以下に冷却させてメッキ層を
完全に凝固させるためには、非常に長い多段階の冷却ラインを必要としていた。したがっ
て、従来は、冷却ラインが非常に複雑で設備規模が膨大で設備を効果的に管理しにくいた
めに表面欠陥の発生が頻繁であった。特に、Znメッキ溶液にAl、Mgが多量添加され
た合金メッキ鋼板のようにメッキ層の凝固開始温度と凝固完了温度との差が大きい場合に
は、従来のガスを用いた方式では十分な冷却効果を得にくい。これにより、メッキ層の冷
却がうまく行われず、強酸化性金属のAl、Mg含有の粗大で弱いメッキ層組織が生成さ
れ、このような領域で黒点、黒変のようなメッキ層表面欠陥が発生し、メッキ層のクラッ
ク発生および耐食性低下の問題を誘発する。
液体を用いてメッキ層を冷却させることによって、冷却効率をより高めることができる。
これにより、メッキ層の冷却にかかる時間を大きく短縮させることができる。したがって
、本実施例によりメッキ鋼板の冷却速度が20℃/sec以上に高くなって冷却部の設備
ラインをより低減することができる。また、鋼板にガスが直接的に接触せず表面欠陥の発
生を最小化することができ、より小さくて均一なメッキ組織を得て、高品質のメッキ鋼板
の製造が可能である。さらに、冷却用ガスを用いず、環境に有害な粉塵の発生を防止する
ことができる。
る過程でメッキ層にパターンを刻印して形成する構造であってもよい。ここで、パターン
とは、繰り返される模様や柄を意味することができる。
に影響を受けるので、冷却ベルトに多様なパターンを形成させて転写させる構造によりメ
ッキ層表面を加工することができる。このために、前記冷却ベルトは、表面にメッキ層に
転写されるパターンが形成される。これにより、冷却ベルトがメッキ層に加圧密着してメ
ッキ層を冷却する過程で、冷却ベルト表面に形成されたパターンがメッキ層に押されて転
写されながら、メッキ層に冷却ベルトのパターンと同じ形態のパターンが形成される。
って、別途のパターン形成のための装置を経ることなくメッキ層にパターンを容易に形成
することができる。
以下、本実施例によるメッキ鋼板を製造するための工程について説明する。
移動して、鋼板のメッキ付着量を調節する工程と鋼板を冷却する工程を経てメッキ鋼板に
製造される。
のメッキ層に接触する低温のナイフによって一次的にメッキ付着量が制御される。そして
、ナイフの後段で鋼板表面のメッキ層に接触する低温のチルロールによって二次的にメッ
キ付着量が制御される。
ルとの接触荷重を検出し、検出された接触荷重に応じて鋼板に対してナイフとチルロール
を移動させて加圧力を制御することによって、精密に調節することができる。
される。ナイフに供給された極低温液体によって、ナイフに設けられたチップ部は5℃以
下の温度に冷却される。これにより、チップ部がメッキ層に接触してメッキ付着量を調節
する状態で、メッキ溶液が低温に冷却されたチップ部に融着しない。したがって、ナイフ
は、チップ部を物理的にメッキ層に接触した状態でメッキ層のメッキ付着量を正確に制御
することができる。このようにメッキ浴槽から出た鋼板は、ナイフによって一次的にメッ
キ層のメッキ付着量が制御される。
メッキ層を物理的に加圧することによって、メッキ付着量を二次的により精密に制御する
。
に接触するチルロールの表面は5℃以下に冷却される。これにより、チルロールがメッキ
層に密着して加圧する状態でメッキ溶液がチルロール表面に付着しない。したがって、チ
ルロールをメッキ層に加圧してメッキ層のメッキ付着量を精密に制御することができる。
ールによって鋼板のメッキ層が急速に冷却される。チルロールは、言及したように、極低
温液体によって冷却された状態でチルロールと接触しているメッキ層がチルロールと熱交
換されながら急速に冷却される。このように、チルロールがメッキ層と接してメッキ層を
冷却させることによって、前記メッキ鋼板は、20℃/sec以上の冷却速度で急冷でき
る。
間を通りながら設定温度以下に急冷される。
数個が連続的に配置され、各ユニットの冷却ベルトが鋼板表面のメッキ層に加圧密着して
いる。
温に冷却される。冷却ロールの冷気は、冷却ベルトを介してメッキ層に加えられてメッキ
層を急冷させる。
た状態でメッキ層が冷却ベルトに付着しない。
。鋼板に対する冷却ベルトの加圧力の調節は、鋼板に対する冷却ベルトの接触荷重を検出
し、検出された接触荷重に応じて鋼板に対して冷却ベルトを移動させて加圧力を精密に制
御することができる。
て冷却されて、20℃/sec以上の冷却速度で250℃以下の温度まで急冷できる。
面にパターンを形成することができる。
がメッキ層を押して加圧する。これにより、冷却ベルト表面に形成されたパターンがその
ままメッキ層に転写されて、メッキ層表面に冷却ベルト表面に形成されたパターンと同じ
形態のパターンが形成される。
ンを形成することができる。
層を直接接して加圧することによって、鋼板の移動方向に沿って鋼板のメッキ層の厚さを
次第に低減し、鋼板のメッキ層の厚さをより精密に制御することができる。
キ性鋼種のメッキ性を改善することができる。
生した排出ガスは、ろ過過程を経た後、熱処理炉(Furnace)内の還元ガスまたは
メッキ鋼板冷却工程の雰囲気維持用ガスとして再利用することができる。
メッキ組織を形成し、耐食性と耐亀裂性において優れた品質を得ることができる。
n単相の平均粒度は、5μm以下であってもよい。
であってもよいし、より好ましくは0を超えて5μm以下であってもよい。
ことによって、耐亀裂性を高めることができる。
よい。
性が高まって品質が低下し、40面積%を超える場合には、鋼板のメッキ特性向上の効果
はそれ以上現れない。
てもよい。好ましくは、前記メッキ層のスパングルの大きさは、0を超えて300μm以
下であってもよい。
にクラックが発生する問題が現れる。
内にMgZn2相の(112)/(201)の比率が0.6以上であってもよい。
は、弱い(201)相の分率が高くてメッキ層内部の亀裂発生の恐れが高く、加工後、耐
食性の確保に悪影響を及ぼす問題がある。
。
g、1〜9重量%のAl、残部がZnのメッキ浴を経てメッキされる。メッキ鋼板は、前
記メッキ浴を経て、30〜400g/m2のメッキ付着量でメッキされる。
沿って全体で均一でありうる。
向を示す。これに対し、本実施例のメッキ鋼板は、メッキ層が急速冷却されることによっ
て、メッキ層の厚さ方向に沿って鋼板との界面から外側表面まで全体的にZn単相が均一
な分布をなす。
.5〜1.0の値で形成される。ここで、Aは、メッキ層の厚さ方向に対する全Zn単相
の分率であり、Bは、メッキ層の外側表層部でのZn単相の分率である。また、表層部は
、メッキ層の厚さ方向に沿ってメッキ層の外表面でメッキ層全体厚さの約1/2の地点以
内の領域を意味することができる。
に少なくて全体的に不均一な分布をなすことを意味し、B/Aの値が1.0を超える場合
には、逆に全体に対して表層部でZn単相の分布が過度に多くて、同じく全体的に不均一
な分布をなすことを意味する。このように、B/Aの値が前記範囲を外れて不均一な分布
をなす場合、メッキ層の耐亀裂性が低下する問題が発生する。
ーンを有する。
冷気を加える冷却ベルトの表面パターンが転写されて形成される。
一般のGIメッキと、Zn(亜鉛)、Al(アルミニウム)、Mg(マグネシウム)を活
用したメッキ(以下、PosMACメッキという)に対して、従来の冷却方式と本実施例
による冷却方式でメッキ層を形成してメッキ鋼板を製造し、組織を比較した。
あり、PosMACメッキは、マグネシウム、アルミニウム、および亜鉛を含むメッキ液
でメッキ層を形成した鋼板で、例えば、Alが1〜4重量%、Mgが1〜4重量%、残り
がZnであり、不純物が0.1重量%以下で含まれているメッキ液でメッキされ、Zn−
Al−Mgメッキ層を形成したメッキ鋼板であってもよい。
されたGIメッキ鋼板とPosMACメッキ鋼板に対するメッキ層のメッキ組織を示して
おり、比較例は、従来のガスによる冷却方式により10℃/sec以下の冷却速度で徐冷
して製造されたGIメッキ鋼板とPosMACメッキ鋼板に対するメッキ層のメッキ組織
を示している。
さが800〜2,000μmと粗大であるのに対し、実施例の場合、メッキ組織が微細化
されて、スパングルの大きさが300〜500μmと結晶粒が非常に微細であることを確
認できる。
層のZn単相およびMgZn2組織が微細化されたことを確認できる。
は、従来の冷却方式により製造された鋼板のメッキ層を示しており、実施例は、本発明に
より急冷されて製造された鋼板のメッキ層を示している。図10に示すように、実施例の
場合、比較例と比較して、メッキ層のZn単相およびMgZn2組織が微細化されたこと
を確認できる。
の組織をより微細化することができる。
に分布して現れることが分かる。Zn単相の分率は、図10のように、光学顕微鏡を用い
て観察されたメッキ層の断面組織写真を、イメージアナライザ(Image Analy
zer)によりZn単相の面分率を計算して確認した。Zn単相の面積分率は、メッキ層
全体の面積を細分し、これを平均して測定した。
偏差が大きいことを確認できる。これに対し、本実施例の場合、メッキ層内のZn単相の
平均粒度が5μm以下と微細であり、Zn単相の分率も比較例とは異なって高い値を示し
、偏差なく均一に分布していることを確認できる。
Zn単相の分布度のB/A値を示している。図10で、左側から右側方向にそれぞれの写
真を組織1、組織2、組織3とする。表層部は、メッキ層の厚さ方向に沿ってメッキ層表
面からほぼメッキ層の厚さの1/2の地点までの領域に設定して、当該面積でのZn単相
の分率であるB値を求めた。
の値が0.5以上1.0以下の値を有し、メッキ層の厚さ方向全体で均等に分布すること
を確認できる。
高めると、冷却速度が速ければ速いほど、メッキ層表面でのZn単相の分布比率が増加す
る傾向を示す。
ている。
却を行い、冷却速度を異ならせて製造した後、メッキ層の断面組織を検査して行われた。
表層部に存在するZn単相の面積が増加することを確認できる。塩水噴霧実験の結果、冷
却速度が遅い場合、耐食性がより良好であることが明らかになったが、これは、耐食性に
弱いメッキ層のZn相がメッキ層の表面層に少なく存在するためと推定される。
って、冷却速度を高めるとしても、本実施例のように、メッキ層の厚さ方向に沿って鋼板
との界面から外側表面まで全体的にZn単相が均一な分布を形成することが難しい。
PosMACメッキ鋼板に対して従来のガスによる徐冷方式で製造した比較例と、本発明
により急冷して製造された実施例に対してメッキ層の特性を比較した。
13は、図12の各比較例と実施例に対するメッキ層の結晶構造の変化をX−ray回折
試験器を用いて示すものである。また、図14と図15は、それぞれ比較例と実施例に対
するメッキ層の断面組織を示している。
であり、単に、実施例は、本発明により20℃/sec以上の冷却速度で急冷して製造さ
れ、比較例は、従来のガスによる冷却方式により10℃/sec以下の冷却速度で徐冷し
て製造されたものである。
生するのに対し、実施例の場合、メッキ層の欠陥が全く発生しなかった。ここで、メッキ
層の欠陥は、図12に示されるように、クラック(crack)または凹み部分を意味し
、メッキ欠陥の発生頻度は、メッキ層の長さ約10mm以内の領域で発生したクラックま
たは凹みの発生回数を意味する。
分率は低いものの、粒度が5μm以上と粗大であり、メッキ欠陥の発生頻度がメッキ量の
増加に伴って増加することが明らかになった。また、Zn単相の分率が低く、微細組織の
位置ごとの偏差が大きく現れることが分かる。
の平均粒度は3μm以下、バッチ方式の実験であることを考慮した時、5μm以下と結晶
粒を微細に形成することができ、MgZn2組織が微細でメッキ層内のクラックや凹みな
どの欠陥がないことが分かる。また、比較例とは異なり、Zn単相の分率が高く、位置ご
との偏差がなく均一なメッキ組織を示すことが分かる。
いのに対し、実施例の場合、メッキ層の断面組織内のZn単相の平均粒度が5μm以下の
大きさで非常に微細で均一に形成されることを確認できる。したがって、本実施例による
メッキ鋼板は、メッキ層のZn単相の平均粒度が5μm以下と微細であり、メッキ層の厚
さ方向全体で均一に形成して耐亀裂性に優れたメッキ鋼材であることが分かる。
)相を多く発生させる。これにより、比較例の場合、すべて弱い(201)相の分率が高
くなり、MgZn2相の(112)/(201)の比率が0.4以下と低くなった。この
ようなメッキ層組織は、メッキ層内部に亀裂(Crack)が発生する恐れが高く、加工
後、耐食性の確保に悪影響を及ぼす。
MgZn2相の(112)/(201)の比率が0.7以上となった。バッチ方式の実験
であることを考慮する時、本実施例の場合、MgZn2相の(112)/(201)の比
率が0.6以上5以下と増加することが分かる。
、メッキ層の亀裂発生を抑制させ、メッキ層内のMgZn2相の(112)/(201)
の比率を0.6以上に高めて、優れたメッキ層組織を得ることができた。
メッキ層内のZn単相の分布がメッキ層の厚さ方向に沿って全体で均一である。
いほど、メッキ層表面でのZn単相の分布比率が増加する傾向を示す。
図16は、PosMACメッキ鋼板に対して、従来のガスによる徐冷方式で製造した比較
例と、本発明により急冷して製造された実施例に対する耐食性実験の結果を示している。
を示している。図16に示されるように、比較例と比較して、実施例の場合、耐食性に優
れていることを確認できる。
図17は、メッキ層表面に形成された一定の形態の接触式加圧冷却パターンを有する多様
な実施例のメッキ鋼板を示している。
る。図17に例示されるように、前記パターンは、製織された布状、網のような多角形状
、不規則的な閉曲線形状など多様に形成される。メッキ層に対するパターンはこれに限定
されず、多様に変形可能である。
予めパターンを形成し、この冷却ベルトをメッキ鋼板に加圧接触させて冷却させることに
よって、メッキ層に接触式加圧冷却パターンを形成した。
るパターンが転写されて、所望する形態のパターンを形成したメッキ鋼板を製造できるこ
とを確認した。
と他の実施例が本分野における熟練した技術者によって行われるであろう。このような変
形と他の実施例は、添付した請求の範囲にすべて考慮されて含まれて、本発明の真の趣旨
および範囲を逸脱しない。
12:シンクロール
20、21:ナイフ
22:ボディ
23:回転体
24:チップ部
25:駆動ベルト
26、42、64:流路
27:ステップモータ
30:ロードセンサ
32:制御部
34:駆動部
40:チルロール
50:冷媒供給部
60:冷却体
62:冷却ロール
66:冷却ベルト
68:駆動シリンダ
Claims (24)
- 鋼板上に溶融メッキ後、接触式加圧冷却で形成されたZn系メッキ層を含み、
前記Zn系メッキ層は、平均粒度5μm以下のZn単相組織を含み、
前記メッキ層内のZn単相の分布度B/Aが0.5〜1.0の条件を満足して、メッキ
層の厚さ方向に対してZn単相が均一な分布で形成された、微細で均一なメッキ組織を有
するメッキ鋼板。
ここで、Aは、メッキ層の厚さ方向に対する全Zn単相の分率であり、Bは、メッキ層
の外側表層部でのZn単相の分率である。 - 前記メッキ層のZn単相の分率は、15〜40面積%である、請求項1に記載の微細で
均一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記メッキ層のスパングルの大きさは、300〜500μmである、請求項2に記載の
微細で均一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記メッキ層は、表面に接触式加圧冷却パターンを有する、請求項1〜3のいずれか1
項に記載の微細で均一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記接触式加圧冷却パターンは、製織された布状、網状、または不規則に線の絡まった
形状である、請求項4に記載の微細で均一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記メッキ層は、Mg成分をさらに含み、
前記メッキ層内にMgZn2相を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細で均
一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記MgZn2相の(112)/(201)の比率が0.6以上で形成された、請求項
6に記載の微細で均一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記メッキ層は、Al成分をさらに含むZn−Al−Mg合金メッキ層である、請求項
7に記載の微細で均一なメッキ組織を有するメッキ鋼板。 - 前記メッキ層の厚さは、5〜50μmである、請求項7に記載の微細で均一なメッキ組
織を有するメッキ鋼板。 - 鋼板をメッキするメッキ段階と、鋼板のメッキ付着量を調節する調節段階と、鋼板を冷
却する冷却段階とを含み、
前記冷却段階は、鋼板表面のメッキ層に接触する冷却体で鋼板に冷気を加えて鋼板を冷
却する段階と、前記冷却体に液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供給して冷却体
を冷却する段階とを含む、メッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階は、鋼板表面のメッキ層に接触するナイフでメッキ付着量を一次調節する
段階と、前記ナイフに液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供給してナイフを冷却
する段階とを含む、請求項10に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階は、鋼板表面のメッキ層に密着するチルロールでメッキ付着量を二次制御
し鋼板を冷却する段階と、前記チルロールに液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を
供給してチルロールを冷却する段階とをさらに含む、請求項11に記載のメッキ鋼板の製
造方法。 - 鋼板をメッキするメッキ段階と、鋼板のメッキ付着量を調節する調節段階と、鋼板を冷
却する冷却段階とを含み、
前記調節段階は、鋼板表面のメッキ層に接触するナイフでメッキ付着量を一次調節する
段階と、前記ナイフに液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を供給してナイフを冷却
する段階とを含む、メッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階は、鋼板表面のメッキ層に密着するチルロールでメッキ付着量を二次制御
し鋼板を冷却する段階と、前記チルロールに液体窒素や液体ヘリウムを含む極低温液体を
供給してチルロールを冷却する段階とをさらに含む、請求項13に記載のメッキ鋼板の製
造方法。 - 前記調節段階は、鋼板に対するナイフまたはチルロールの接触荷重を検出する段階と、
検出された接触荷重に応じて鋼板に対するナイフまたはチルロールの加圧力を制御する段
階とをさらに含む、請求項12または14に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記冷却段階は、鋼板に対する冷却体の接触荷重を検出する段階と、検出された接触荷
重に応じて鋼板に対する冷却体の加圧力を制御する段階とをさらに含む、請求項10〜1
2のいずれか1項に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階と冷却段階は、鋼板の移動方向に沿って鋼板のメッキ層の厚さを次第に低
減する、請求項10〜14のいずれか1項に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階または冷却段階で使用された液体窒素による排出ガスを、熱処理炉内の還
元ガスまたは冷却工程の雰囲気維持用ガスとして使用する段階をさらに含む、請求項10
〜14のいずれか1項に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階において、ナイフのチップ部は、−250〜5℃の温度に維持される、請
求項11〜14のいずれか1項に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記調節段階において、チルロールは、−250〜5℃の温度に維持される、請求項1
2または14に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記冷却段階において、冷却体は、−250〜5℃の温度に維持される、請求項10〜
12のいずれか1項に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記メッキ鋼板は、20℃/sec以上の冷却速度で急冷される、請求項10〜14の
いずれか1項に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記メッキ鋼板は、20℃/sec以上の冷却速度で250℃以下の温度まで急冷され
る、請求項21に記載のメッキ鋼板の製造方法。 - 前記冷却段階において、冷却体表面に形成されたパターンをメッキ層に転写して、メッ
キ層表面にパターンを形成する段階をさらに含む、請求項21に記載のメッキ鋼板の製造
方法。
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