JP2023533705A - 鋼ストリップを製造する方法およびそれによって得ることができるめっき鋼板 - Google Patents
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Abstract
鋼ストリップを製造する方法であって、方法が、以下の工程:鋼ストリップを熱間圧延ストリップに熱間圧延する工程、熱間圧延ストリップを冷間圧延する工程、溶融亜鉛を含む浴に冷間圧延ストリップを導くことにより、冷間圧延ストリップをZnベースのめっき層で溶融めっきする工程、溶融めっきした後、ワイピングガスが噴出するナイフスロットを有するガスナイフを使用して溶融めっきストリップをワイピングする工程を含み、鋼ストリップが、マルチスタンド冷間圧延機において、0.40mm~1.00mmの最終冷間圧延厚さまで冷間圧延され、冷間圧延およびめっき鋼板が、溶融金属めっき層が設けられている鋼基材を備える、方法。
Description
本発明は、鋼ストリップを製造する方法であって、この方法が、以下の工程:鋼ストリップを熱間圧延ストリップに熱間圧延する工程、熱間圧延ストリップを冷間圧延する工程、溶融亜鉛を含む浴に冷間圧延ストリップを導くことにより、冷間圧延ストリップをZnベースのめっき層で溶融めっきする工程、溶融めっきした後、ワイピングガスが噴出するナイフスロットを有するガスナイフを使用して溶融めっきストリップをワイピングする工程を含む方法、ならびに該方法によって得ることができる溶融金属めっき層が設けられた鋼基材を備えるめっき鋼板に関する。
この種類の方法および得られた製品は、鋼産業全体で広く知られている。溶融めっきに好適な鋼ストリップは、鋼スラブを熱間圧延ストリップに熱間圧延し、続いて、熱間圧延ストリップが酸洗浄され、マルチスタンド冷間圧延機で、冷間圧延ストリップに冷間圧延されることによって生産される。続いて、この冷間圧延ストリップは、連続溶融めっきラインにおいてめっきされる。
連続溶融めっきラインは、幅広く使用されており、世界中の至る所で使用されている。溶融めっきは、亜鉛めっき、すなわち亜鉛によるめっきを行うために元々開発されたが、現在では、他の金属または金属合金を鋼板に適用するためにも使用されている。
連続溶融めっきでは、冷間圧延鋼ストリップは、高速で、溶融金属浴に連続リボンとして通される。溶融金属浴では、鋼ストリップは、溶融金属と反応し、めっき層は、ストリップ表面に接合する。このストリップは、液中の1つまたは複数のロールを通り、浴を垂直方向に出る。出口点より上で、一式のガスナイフは、余分の溶融金属をワイピングして除去し、これによって、ストリップ表面の単位面積あたりのめっき重量として、通常、表される、めっき層の厚さの制御が可能となる。冷却後、ストリップは、多くの場合、調質圧延機(スキンパスミルとも称される)を備える溶融めっきラインの出口端部に送り込まれる。ワイピングガスとして、通常、空気または窒素ガスが使用される。高品質めっき製品を生産するために、通常、窒素ガスが使用される。
元々、溶融めっき鋼板は、高品質仕上げまたは高度の成形性を要求しない用途に使用されたが、最近では、それらの溶融めっき鋼板は、次第に、一層要求度の高い用途、例えば、自動車用フード、フェンダーおよびドアに使用されている。
めっき鋼板の表面品質は、いくつかのタイプの欠損によって影響を受ける。主なタイプの欠損は、ドロスタイプの欠損、炉欠損およびめっき欠損であり、後者のめっき欠損は、溶融めっきプロセスの間の液状金属の固化および酸化に関連している。
表面品質を改善するため、ドロスタイプ欠損および炉欠損を低減する方法を見出すばかりでなく、このようなめっき欠損を低減する方法を見出すことが重要である。そのような改善が見出された場合、他のタイプの欠損が一層顕著になり、標的方法において除外され得るので、上記の改善は、製品のさらなる改善をもたらす。さらに、他の欠陥をもはや見逃すことがなくなるので、問題のある板の除外も可能となり、その結果、全体として、一層優れた表面品質を備えた製品が市場で販売される。
対象製品の表面品質を改善するいくつかの方法、とりわけ、上記のめっき欠損の低減にも関する方法が提案されている。提案された解決策の1つは、溶融後の鋼ストリップ周辺の雰囲気中の酸素レベルを低下させることである。別の提案されている解決策は、溶融浴中に存在する特定の元素、例えば、Alおよび/またはMgの量を変えること、あるいは、かなり特定された元素、例えば、BeまたはGaを浴に加えることである。
めっきされた板の表面品質を改善する解決策のどちらも、欠点を有する。第1の解決策は、めっきしたストリップを遮蔽する封じ込めボックスの使用を必要とすることである。このようなボックスは、ストリップの可視性を制限し、ワイピングデバイスおよび任意の追加のデバイス(スキミング装置を含む)を配置する余地を制限する。これらのすべてが溶融めっきプロセスの最適制御に必要である。第2の解決策は、使用時の用途特性、例えば、糸状腐食に対する感受性または耐食性が損なわれるので、多くの場合、不満足なものである。
本発明の目的は、欠損数が少ない、高い表面品質を有する溶融めっき鋼板であって、最終製品、例えば自動車のボディの見える部分にうねりの少ない、溶融めっき鋼板を製造する改善された方法を提供することである。
とりわけ、自動車ボディの見える部分において使用するために好適な、改善された溶融めっき鋼板を提供することも目的である。
これらの目的は、独立項によって、実現される。好ましい実施形態は、それぞれの従属項に規定されている。特許請求の範囲に列挙されている特徴は、本発明のさらなる実施形態を記載する、技術的に有意義ないずれの方法でも組み合わされ得ることが留意されるべきである。以下の明細書は、本発明の特徴を説明し、本発明の追加的な実施形態を含有する。さらに、鋼ストリップを製造する提案された方法に関連して記載されている特徴は、提案されているめっき鋼板の特徴をさらに説明するために使用され得、その逆もあることが留意されるべきである。
本発明によれば、本方法において:
鋼ストリップは、マルチスタンド冷間圧延機において、0.40mm~1.00mmの最終冷間圧延厚さまで冷間圧延され、最後のスタンドにおける冷間圧延は、
[式中、
SRFは、圧延力(kN)をストリップ幅(m)により除算して計算される比圧延力(specific rolling force)(kN/m)であり、
AWRは、ロールの中央位置(mid roll position)における上部および下部作業ロールの平均作業ロール半径(average work roll radius)(m)である。]
となるよう行われる。
鋼ストリップは、マルチスタンド冷間圧延機において、0.40mm~1.00mmの最終冷間圧延厚さまで冷間圧延され、最後のスタンドにおける冷間圧延は、
SRFは、圧延力(kN)をストリップ幅(m)により除算して計算される比圧延力(specific rolling force)(kN/m)であり、
AWRは、ロールの中央位置(mid roll position)における上部および下部作業ロールの平均作業ロール半径(average work roll radius)(m)である。]
となるよう行われる。
上部および下部作業ロールが、圧延されるストリップと接触する圧延機スタンドにおける、2本のロールを表すことは明白である。
驚くことに、この種類の溶融めっき鋼ストリップの製造において、溶融めっきプロセス工程の条件が、製品の最良の表面品質を実現する際にある役割を果たし得るばかりでなく、冷間圧延プロセス工程における上記のパラメータの値も、卓越した役割を果たすことが見出された。実際に、本発明によれば、このパラメータは、溶融めっき鋼製品に優れた表面品質を製造するための全く新しい標準を定める。
その結果として、本発明による作業は、上記の局在するわずかなしわなどの「めっき」欠損と考えられるものを低減するばかりでなく、様々な冷間圧延レジメンと比較すると、等価な溶融めっき状況下で、ドロス欠陥および多数の他の欠損の存在の低下ももたらした。カメラ検査システムによって観察される欠陥は、本発明が適用されると顕著に低減し、最高品質の溶融めっき鋼板の生産において、生産量の向上および一層高い収率をもたらし得ることが見出された。
本発明による方法のさらなる実施形態において、最後のスタンドにおける冷間圧延は、
の順で好ましいSRF/AWRの値となるように行われる。作業ロールの中央の位置における、上部および下部作業ロールの平均作業ロール半径によって除算された比圧延力の値が高い値で選択されるほど、溶融めっき後の製品の表面品質に及ぼす有益な効果が顕著になる。
粗さRaが7μm以下、好ましくは6μm以下、より好ましくは5μm以下であって、すべての場合において、粗さRaが1.0μm以上である作業ロールを使用して、最後のスタンドにおける冷間圧延が行われる場合に有益である。その結果として、これらの粗さの範囲において良好な結果が実現され、この結果は、好ましい範囲を使用した場合に、さらに良好である。
ストリップトラッキングが重要な場合、特に、ストリップを溶融めっきラインの中央に良好に維持するためには、この粗さは、3.0μm以上であることが好ましい。
最後のスタンドにおける作業ロールの表面粗さは、摩砕、およびその後の放電加工によるロールのテキスチャリング(EDT:electrical discharge roll texturing)によって生成され得る。EDTは、作業ロールのRaおよびRpcのような粗さパラメータの正確な制御を可能にする。
一実施形態において、本方法は、GKD≦10mmを観察することを特徴とし、GKDは、ワイピングガスが噴出されるナイフスロットと、ワイピングされる溶融めっきストリップの表面との平均距離である。特定の寸法を有するワイピングナイフにより、特定の圧力を使用した特定のめっきライン速度で、特定のめっき重量の生成に関係する溶融めっきにおいて、GKDは役割を果たすことが知られているが、GKD値が10mm以下となる良好な表面品質の製品が生産され得ることが判明した。
好ましい実施形態では、GKD≦9mm、GKD≦8mmおよびGKD≦7mmである。この値が低いほど、高い品質の製品をもたらすことが判明したので、可能な場合、この値は低い方が好ましく、特に、これによって、めっき欠損の発生の少なさと組み合わされた、一層少ないうねりを実現することが可能となる。
ストリップは、浴と、浴の下流のストリップに接触する第1のガイドロールとの間の理想的なストリップ経路の近傍に装着された磁性デバイスによって安定化され得る。このようなデバイスの装着、例えば、電磁ストリップ安定化装置の形態におけるこのようなデバイスの装着は、溶融めっき層の厚さの優れた制御を実現するだけではなく、ストリップがワイピングデバイスに接触するリスクを冒すことなく、好ましいより低いGKD値で機能すること、およびストリップの幅全体により一様なめっき重量分布をもたらすことが可能となる。
一実施形態において、溶融金属の浴の組成は、Zn、AlおよびMgを含み、めっきおよびワイピング後のストリップは、ストリップがワイピングされる位置と、ストリップがガイドロールに最初に接触する下流の位置との間の冷却区域において冷却され、このガイドロールにおける200℃~300℃の目標ストリップ温度の20℃の帯域幅内にストリップ温度を維持するために必要な能動冷却ガス流量Q(m3/hr)が使用され、冷却区域の後半における冷却ガス流量は、Qの百分率pであり、冷却区域の前半における冷却ガス流量は、Qの百分率(100-p)であり、pは、70%以上に設定される。
pが高いほど、めっき後にうねりが一層少ない製品を実現することが可能であることが見出された。ワイピング後の早期冷却は、できる限り防止されるべきであり、ガイドロール(上部ロールと多くの場合に称される)にストリップが接触する前に、ストリップの所望の最大温度に依然として到達しながらも、冷却は、できる限り後で行われるべきである。したがって、p=80%以上、さらには90%以上であることが好ましい。
一実施形態において、浴は、0.6~4.0重量%のアルミニウムと、0.3~4.0重量%のマグネシウムと、各々が最大0.2重量%である、Pb、Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrおよびBiによって示される元素の群に属する元素と、不可避的不純物および亜鉛である残部とからなる。
本発明は、そのようなめっきを用いると、特に良好に機能することが見出された。Pb、Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrおよびBiによって示される元素の群に属する元素の量は、各元素に関して最大0.1重量%であってもよく、または各元素に関して最大0.05重量%であってもよい。
さらなる実施形態において、アルミニウム含有量は、0.6~3.0重量%、好ましくは1.0~3.0重量%、より好ましくは1.5~2.0重量%であり、かつ/あるいは、マグネシウム含有量は、0.3~2.0重量%、好ましくは1.0~2.0重量%、より好ましくは1.0~1.5重量%である。Mg含有量が比較的高いほど、良好な腐食への保護がもたらされる。AlおよびMg含有量が少ないほど、良好な溶接性、ならびにZn-Al-Mgめっきの固化および酸化挙動のために現れ得る特徴である、「大理石模様(marble effect)」として知られている表面フィーチャ(surface feature)の低下をもたらす。
代替的な実施形態において、浴は、0.25~0.90重量%のアルミニウム、好ましくは0.25~0.50重量%のアルミニウムと、各々が最大0.2重量%である、Pb、Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrおよびBiによって示される元素の群に属する元素と、不可避的不純物および亜鉛である残部とからなる。Pb、Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrおよびBiによって示される元素の群に属する元素の量は、各元素に関して最大0.1重量%であってもよく、または各元素に関して最大0.05重量%であってもよい。
それ自体におけるこのようなめっきは、既に、めっき鋼板の表面品質の改善をもたらすので、本発明の方法によりめっき鋼板を生産し、優れた特性を有する製品を得ることが有益となる。
溶融めっきストリップが、0.5%以上の伸びを伴って調質圧延される実施形態では、平均径が、400mm以上、より好ましくは500mm以上、より一層好ましくは600mm以上である調質作業ロールが使用される。平均径は、ここでは、ロールの中央位置における上部および下部作業ロールの平均径として定義される。
伸びおよび調質作業ロール直径のこのような組合せは、表面品質および粗度の転写にとって有益である。
好ましい実施形態では、調質圧延機において、粗さRaが4.5μm以下、好ましくは3.0μm以下、より好ましくは2.5μm以下である調質作業ロールを使用する。これは、めっき鋼板から作製された塗装部分の外観にとって有益な、調質圧延しためっき鋼板における一層少ないうねりおよび一層高いピーク数を実現する。
本発明はまた、本方法によって得ることができるめっき鋼板であって、
めっき鋼板が、溶融金属めっき層が設けられた鋼基材を備え、
鋼基材の厚さが、0.40mm~1.00mmであり、
i)鋼基材が、すべて重量で、以下の組成:
C:最大0.04;
Mn:0.01~1.20;
Si:0.001~0.50;
Al:0.005~0.1;
P:最大0.15;
S:最大0.045;
N:最大0.01;
Mo:最大0.12;
Ti:最大0.12;
Nb:最大0.12;
Cu:最大0.10;
Cr:最大0.06;
Ni:最大0.08;
B:最大0.0025;
V:最大0.01;
Ca:最大0.01;
Co:最大0.01;
Sn:最大0.01;
鉄および不可避的不純物:残部
を有し、
ii)めっき鋼板が、表面特性Scを有し、Scが、
Sc=Sk/(0.7*t+0.3)
[式中、
Sk(μm)は、NEN-EN-ISO 25178-2:2012に準拠して定義され、
tは、鋼基材の厚さ(mm)である。]
の通りに定義され、
iii)5%Marciniakの二軸変形後、SEP 1941に準拠して、圧延方向において測定されるめっき鋼板のうねりWsaが、Wsa(1-5)値(μm)であり、
iv)ScおよびWsaの組合せが、それぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭ABCDEAによって画定される領域内に存在し、
ここで、
Aは、Sc=3.00とWsa=(0.2686)-(0.0543*Sc)+(0.0105*Sc∧2)との交点として定義され、
ABは、AにおけるSc=3.00から、BにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.2686)-(0.0543*Sc)+(0.0105*Sc∧2)によって定義され、
BCは、Bから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EAは、輪郭を閉じ、EからAまで、Sc=3.00によって定義される、めっき鋼板において具現化される。
めっき鋼板が、溶融金属めっき層が設けられた鋼基材を備え、
鋼基材の厚さが、0.40mm~1.00mmであり、
i)鋼基材が、すべて重量で、以下の組成:
C:最大0.04;
Mn:0.01~1.20;
Si:0.001~0.50;
Al:0.005~0.1;
P:最大0.15;
S:最大0.045;
N:最大0.01;
Mo:最大0.12;
Ti:最大0.12;
Nb:最大0.12;
Cu:最大0.10;
Cr:最大0.06;
Ni:最大0.08;
B:最大0.0025;
V:最大0.01;
Ca:最大0.01;
Co:最大0.01;
Sn:最大0.01;
鉄および不可避的不純物:残部
を有し、
ii)めっき鋼板が、表面特性Scを有し、Scが、
Sc=Sk/(0.7*t+0.3)
[式中、
Sk(μm)は、NEN-EN-ISO 25178-2:2012に準拠して定義され、
tは、鋼基材の厚さ(mm)である。]
の通りに定義され、
iii)5%Marciniakの二軸変形後、SEP 1941に準拠して、圧延方向において測定されるめっき鋼板のうねりWsaが、Wsa(1-5)値(μm)であり、
iv)ScおよびWsaの組合せが、それぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭ABCDEAによって画定される領域内に存在し、
ここで、
Aは、Sc=3.00とWsa=(0.2686)-(0.0543*Sc)+(0.0105*Sc∧2)との交点として定義され、
ABは、AにおけるSc=3.00から、BにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.2686)-(0.0543*Sc)+(0.0105*Sc∧2)によって定義され、
BCは、Bから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EAは、輪郭を閉じ、EからAまで、Sc=3.00によって定義される、めっき鋼板において具現化される。
その結果として、本発明による溶融金属めっき層が設けられた鋼基材を備える鋼板が上記の特徴を有する場合、溶融めっき鋼製品は、最終用途、例えば、自動車のボディ部分の見える側としての最終用途において非常に良好な表面品質を有する。この特許文書において使用されるSkとは、NEN-EN-ISO 25178-2:2012に準拠して測定される、「コア粗さ(core roughness)」とも命名される、表面特性パラメータのことである。
実験では、Skは、測定データをフィルターにかけて、Skを計算するWinSam 2.6ソフトウェアを使用した、共焦点顕微鏡を用いて測定された。Sk測定に関する詳細は以下の通りであった;供給業者Nanofocus製の装置;装置タイプμSurf Mobile(Marsurf mobileとも呼ばれる);対物レンズMPlanApo N 800XS(20x/0.60);横方向の間隔[μm]1.56;スティッチ領域数3*3;測定領域2.1*2.1mm;ソフトウェアWinSam 2.6;計算/評価面積2.0*2.0[mm];フィルター二次多項式;浸透度(kfl最大)+10[μm];浸透度(kfl最小)-10[μm];ステップ数2000;ステップ幅10[nm]。
Skは、市販されているものと類似の装置および類似のソフトウェアで測定されてもよい。
好ましい実施形態において、ScおよびWsaの組合せはそれぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭A’FCDEA’によって画定される領域内に存在し、
ここで、
A’は、Sc=3.00とWsa=(0.2276)-(0.0266*Sc)+(0.0054*Sc∧2)との交点として定義され、
A’Fは、A’におけるSc=3.00から、FにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.2276)-(0.0266*Sc)+(0.0054*Sc∧2)によって定義され、
FCは、Fから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EA’は、輪郭を閉じ、EからA’まで、Sc=3.00によって定義される。
ここで、
A’は、Sc=3.00とWsa=(0.2276)-(0.0266*Sc)+(0.0054*Sc∧2)との交点として定義され、
A’Fは、A’におけるSc=3.00から、FにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.2276)-(0.0266*Sc)+(0.0054*Sc∧2)によって定義され、
FCは、Fから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EA’は、輪郭を閉じ、EからA’まで、Sc=3.00によって定義される。
これは、とりわけ、最終用途における、さらに良好な表面品質を有する、溶融めっき鋼製品をもたらす。
より好ましい実施形態において、ScおよびWsaの組合せは、それぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭A”GCDEA”によって画定される領域内に存在し、
ここで、
A”は、Sc=3.00とWsa=(0.208)-(0.0118*Sc)+(0.0027*Sc∧2)との交点として定義され、
A”Gは、A”におけるSc=3.00から、GにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.208)-(0.0118*Sc)+(0.0027*Sc∧2)によって定義され、
GCは、Gから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EA”は、輪郭を閉じ、EからA”まで、Sc=3.00によって定義される。
ここで、
A”は、Sc=3.00とWsa=(0.208)-(0.0118*Sc)+(0.0027*Sc∧2)との交点として定義され、
A”Gは、A”におけるSc=3.00から、GにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.208)-(0.0118*Sc)+(0.0027*Sc∧2)によって定義され、
GCは、Gから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EA”は、輪郭を閉じ、EからA”まで、Sc=3.00によって定義される。
これは、最終用途における最適な表面品質を有する、溶融めっき鋼製品をもたらす。
好ましい実施形態において、板は、両面を合わせて、60~175g/m2の総めっき重量を有しており、めっき重量は、EN 10346:2015に準拠して測定される。めっき重量が少ないほど、溶融めっきにより実現され得るうねりは少なくなる。
一実施形態において、めっき鋼板の表面粗さRaは、0.9μm~1.8μm、好ましくは0.9μm~1.6μm、より好ましくは0.9μm~1.4μmであり、表面粗さは、2.5mmカットオフでISO-NEN 468-1982に準拠して測定される。これらの粗さ値は、変形後に良好なうねりを可能にする。
本発明はまた、上記の方法であって、その最終用途において最終変形状態で、保証される最大うねりWsaを有する溶融めっき鋼板を生産する目的で行われ、SEP 1941に準拠して、圧延方向において測定される、保証される最大うねりWsaが、0.35μm、0.34μm、0.33μm、0.32μm、0.31μm、0.30μm、0.29μm、0.28μmまたはそれ未満のWsa(1-5)値であることを特徴とする、方法において具現化される。とりわけ、冷間圧延などの製造方法の上流部において測定される尺度は、例えば、自動車の見えるボディにおける最終用途と関連して非常に重要なこのような目的の実現をもたらすことが見出されたことは驚くことである。
本発明は、図面および実験の説明を使用して、より詳細にこれより説明する。
図において:
図1は、輪郭ABCDEA、A’FCDEA’およびA”GCDEA”によって画定される領域が示されている、Scおよび(1-5)のXYプロットであり、実験から得られたScおよびWsaの組合せは、本発明の内側および外側にある。
図2は、4084mの長さ、1460mmの幅、および0.6mmの厚さのコイルの欠陥コイルマップを示す。このコイルの場合、93.4%は、表面重要用途に許容されると分類された。残りのコイルは、局所密度が高すぎる表面欠損を有した。これは、表2による、表面品質等級「++」に相当する。このコイルは、SRF=6130kN/mおよびAWR=474mmで、冷間圧延機において加工された。
図3は、亜鉛めっきラインにおける同じプロセス設定(ライン速度、GKD)による、図2に示されているものの直後に生産されたコイルの欠陥コイルマップを示している。このコイルは、4004mの長さ、1460mmの幅および0.6mmの厚さであった。このコイルの場合、75.5%は、表面重要用途に許容されると分類された。これは、表2による、表面品質等級「+」に相当する。このコイルは、SRF=5052kN/mおよびAWR=430mmで加工された。
図1は、輪郭ABCDEA、A’FCDEA’およびA”GCDEA”によって画定される領域が示されている、Scおよび(1-5)のXYプロットであり、実験から得られたScおよびWsaの組合せは、本発明の内側および外側にある。
図2は、4084mの長さ、1460mmの幅、および0.6mmの厚さのコイルの欠陥コイルマップを示す。このコイルの場合、93.4%は、表面重要用途に許容されると分類された。残りのコイルは、局所密度が高すぎる表面欠損を有した。これは、表2による、表面品質等級「++」に相当する。このコイルは、SRF=6130kN/mおよびAWR=474mmで、冷間圧延機において加工された。
図3は、亜鉛めっきラインにおける同じプロセス設定(ライン速度、GKD)による、図2に示されているものの直後に生産されたコイルの欠陥コイルマップを示している。このコイルは、4004mの長さ、1460mmの幅および0.6mmの厚さであった。このコイルの場合、75.5%は、表面重要用途に許容されると分類された。これは、表2による、表面品質等級「+」に相当する。このコイルは、SRF=5052kN/mおよびAWR=430mmで加工された。
実験を行うため、試料は、鋼スラブをキャスト加工し、次いでこのスラグを熱間圧延機で熱間圧延して熱間圧延鋼ストリップを得て、熱間圧延後の鋼ストリップを酸洗浄ラインにおいて加工し、冷間圧延機において酸洗浄した鋼ストリップを冷間圧延し、アニーリングし、冷間圧延ストリップを溶融めっきし、調質圧延機における調質圧延(スキンパス圧延機におけるスキンパスとも称される)によって作製された。
特に指定がない限り、表または本文において、熱間圧延まで、およびこれを含めた製造プロセスの設定は、通常の慣行に準拠した。
実験の経過にわたり、異なる鋼キャスト品から製造した鋼基材が使用され、この鋼基材は、以下の表1に示されている組成を有する。
熱間圧延試料であるストリップ材料は、一度に、同じ冷間圧延キャンペーン(cold rolling campaign)で冷間圧延され、同じ溶融レジメンに準拠して溶融めっきされた。溶融めっきプロセスに関する主要データは、以下のとおりであった。
亜鉛めっきした材料(「GI」)の生産の場合、0.30%~0.40%の目標アルミニウム量を含むZn浴が使用された。
いわゆる亜鉛マグネシウムめっき材料(「ZM」)の生産の場合、1.45%~1.50%のMgの目標量および1.70%~1.75%のアルミニウムの目標量を含むZn浴が使用された。実際に、浴中のMgの量は、1.40%~1.70%で様々となり、Alの量は、1.60%~1.80%で様々であった。
特に示さない限り、ナイフスロット幅は、1.2mmとした。ガスナイフ距離GKDは、7mm~10mmで様々とした。
溶融めっき鋼板の実施例の生産は、回分で行われた。回分内で、類似の鋼組成、厚さおよび幅からなるコイルが次々に生産された。ストリップの品質は、ストリップ表面の何らかの欠損の量および深刻度を評価するためのストリップのカメラ検査によって支持される目視検査によって判定された。以下の実施例の記載に使用した等級は、表2に示されている。
2つのカメラ検査での欠陥マップの例(図2および図3を参照)は、冷間圧延機の最終スタンドにおいて、様々な圧延力を用いてコイルが次々と生産される際に発生する恐れのある、表面品質の突然の変化を示している。ドットはそれぞれ、ストリップ表面の幅および長さ全体にわたる、カメラ検査システムによる欠陥として分類される表面フィーチャを表す。マップは、ストリップの下面(左)および上面(右)の両方を示す。この場合、上面は、表面重要用途において、見える方の面である。示されている欠損の大部分は、ドロスタイプ欠損として分類される。
うねりおよび少ない欠陥数に関して優れた表面品質を実現するための最良条件の検討中、カメラ検査システムによって検出された欠陥の数は、ストリップコイル間で非常に変わり得ること、および鋼組成、厚さおよび事前加工のいくつかの組合せは、他のものよりも悪化する傾向があることが観察された。多数の欠損を有するストリップコイルは、検査工程において不合格にされた。実施例は、以下の表3に示されており、この場合、等級付けされた実施例2.1および2.3は、完全に不合格とされたことが分かり得る。
操作者は、通常、これらの品質の逸脱の原因が、溶融めっきプロセスにあると予期する。操作者は、品質を改善するための溶融めっきラインのプロセス設定を変えて、品質が規格に準拠するようにする。そのような場合、ライン速度の変更、浴レベルの変動、および炉温度または調質圧延機加工のばらつきが、逸脱の原因の可能性として疑われる。
実験の結果に基づくと、溶融めっき条件が一定であるにも関わらず、製品の品質が様々となることが認められ、この変動は、冷間圧延レジメンと相関があるように思われる。1つの冷間圧延レジメンに準拠して加工されたコイルは、別の冷間圧延レジメンに準拠して加工されたコイルよりも、表面欠損の数が多いことを実証した。
溶融めっきされた製品の表面品質に対する冷間圧延レジメンの役割を解析するため、めっきの下の鋼基材表面上の基材表面の特性が測定された。
これを遂行するために、20mm×20mmのサイズを有する溶融めっき試料のめっきおよび阻止層が、鋼基材から剥がされた。これは、以下:
・800mLの水;
・37.5体積%の塩酸を含有する塩酸の水をベースとする溶液155mL;および
・市販の過剰酸洗浄阻止剤であるLeuzolit(登録商標)Extra 283-M 1mL
を混合することによって調製された酸洗浄溶液中に、最大で6つの試料の回分で試料を縦に入れることによって行われた。
・800mLの水;
・37.5体積%の塩酸を含有する塩酸の水をベースとする溶液155mL;および
・市販の過剰酸洗浄阻止剤であるLeuzolit(登録商標)Extra 283-M 1mL
を混合することによって調製された酸洗浄溶液中に、最大で6つの試料の回分で試料を縦に入れることによって行われた。
鋼基材が、塩酸によってエッチングされない、または酸洗浄されないことを確実とするため、および酸洗浄が、鋼基材の表面質感または粗さに実質的に影響を及ぼさないことを確実とするため、Leuzolit(登録商標)阻止剤が添加された。この酸洗浄プロセスの間、酸洗浄浴から酸洗浄溶液の表面に逃れたガスが発生される。酸洗浄は、ガス発生がほとんど停止するまで(通常、10~15分間かかる)、継続された。
鋼基材の表面質感は、めっきした鋼の調質圧延によって影響を受けることがあるので、本発明者らは、基材のいわゆるコア粗さが、元々の冷間圧延ストリップ表面をよりよく表すので、このコア粗さに着目した。
コア粗さSkは、上記の標準的な方法に準拠して測定された。
表4中の実施例の場合、熱間圧延プロセス、および総合的な冷間圧延の低下、基材厚さおよび幅が実質的に同じであるにかかわらず、様々な品質レベル間の表面質感に有意な差異があったことが判明した。一層高い表面コア粗さを呈した基材は、カメラ検査および目視検査によって記録された欠陥の数がより少ないことから追跡される通り、最良の表面品質を有した。
これを例示する実施例の詳細は、以下の表4に示されている。
さらなる生産実施の間、関連する溶融めっき条件が一定であるにも関わらず、表5において分かる通り、めっきした製品の品質はやはり、冷間圧延レジメンと相関したことが認められた。
冷間圧延機に関する加工条件のさらなる検討時に、発明者は、様々な比圧延力の使用に関連する最終スタンドにおいて、変形に違いがあることに気づき、この比圧延力は、働いた総圧延力を、様々な作業ロール半径と組み合わされた、ストリップの幅によって除算したものとして定義される。より小さい作業ロール直径と組み合わされた圧延力が高いほど、優れた表面品質をもたらした一方、より大きな作業ロール直径と組み合わされた圧延力が低いほど、不良な表面品質をもたらした。
特に、比圧延力および作業ロール半径に関して、最終スタンドに対する冷間圧延レジメンのさらなるモニタリングが行われ、冷間圧延機における最終スタンドの冷間圧延の正確な影響を評価するため、さらなる試験が行われた。これらの試験の結果が、表6に示されている。明白なことに、圧延力の低下は、溶融めっき鋼の表面品質に悪影響を及ぼす。コイルの欠損数は、最終スタンドにかかる比圧延力が低いほどかなり多くなり、最良の品質は、冷間圧延機の最終スタンドにかかる比圧延力をより高くして生産されたコイルの場合に達成される。
次のステップとして、最終スタンドにかかる比圧延力を、冷間圧延機の操作者が通常、使用すると思われる正常範囲外まで増加させた試験が行われた。これらの試験のデータが、表7にある。
これらの結果は、圧延力の向上は、ストリップの表面の欠陥数がかなり少なくなることによって、表面品質が大幅に増大することを示している。
作業ロール直径および圧延力を用いる試験の結果が、表8に示されている。
この試験の結果は、高い比圧延力およびより小さな平均作業ロール半径を組み合わせると、欠陥数が少なくなること、やはりまた比圧延力をロール半径によって除算したものが大きいほど、優れた表面品質になる優れた機会となることを明確に示している。
冷間圧延中の粗度の転写は、より厚いおよび/またはより軟質の材料の場合、より高く、より薄いおよび/またはより硬い材料の場合、より低いので、比圧延力および平均作業ロール半径に関する同じ最終スタンド加工は、様々なゲージまたは強度からなる材料の場合、異なるコア粗さをもたらし得る。したがって、より薄いおよび/またはよい強固な材料の場合、より厚いおよび/またはより軟質の材料の場合と同じコア粗さを得るためには、圧延力をさらに向上させることが必要である。それにもかかわらず、比圧延力の向上および/または最終スタンドの平均作業ロール半径の低下は、優れた表面品質に関する機会を改善する。
様々な材料の場合における粗度の転写間の差異が、表9に例示されており、この表では、より高い比圧延力および同様の直径を有する圧延されたより薄い材料の方が、より低いコア粗さを有する。このことを考慮すると、表面特性Sc=Sk/(0.7*t+0.3)[式中、tは、鋼基材の厚さ(mm)である]は、様々な材料の厚さの場合の、最終スタンドの圧延プロセスの有効性を一層良好に比較するための尺度として導入される。
カメラ検査システムによって検出された表面欠陥のレベルを低く維持するため、および変形後のめっき鋼板のうねりを改善するためのさらなる試みにおいて、本発明者はまた、より低い作業ロール粗さの場合の圧延力の影響を試験し、その結果が、表10および13に示されている。
変形後のうねりは、Marciniak手段を使用して、試料を二軸方向に5%変形させた後の、SEP 1941に準拠した、圧延方向でのWsa(1-5)(μm)を測定することによって確立された。
これは、同様に役立つことを証明し、変形後の優れたうねり、およびカメラシステムによる欠陥検出数の少なさをもたらした。これは、以下の実施例で見られる。
生じたうねりは、冷間圧延機では、作業ロール粗さに無関係であるばかりでなく、ガスナイフ距離(GKD)およびワイピング後の冷却条件にも無関係である。本発明者による試験は、ナイフ距離を短くするほど、およびストリップが亜鉛ポットから出た後にストリップの冷却を後にするほど、変形後に生じためっきのうねりが少なくなることを示した。これは、表11および表12における実施例によって例示される。
表12に表されている実験は、冷却塔の後半に使用される能動冷却ガス流量(送風機からm3/hrの単位)の百分率pの変化に関するものである。本文書において、Qとも称される能動冷却ガス流量は、ガスナイフ後にストリップが通る冷却塔における最初のロール時の230℃という目標ストリップ温度の20℃の帯域幅内のストリップ温度に維持することが必要な能動冷却ガス流量を表す。本実施例では、総流量Qは、冷却器1~4からの流量の合計である。この実施例における冷却器3および4は、冷却塔の後半に位置付けられており、したがって、冷却器3および4の合計流量をQによって除算して100を乗算すると、pに等しくなる。この結果は、Qの大きな百分率pが、冷却塔の後半に適用されると、ストリップが前半にできる限りゆっくりと冷却されることが可能となるので、ストリップのうねりが改善されることを示している。
これらの結果は、本方法が使用されて、欠損数の少なく、かつ変形後のうねりのレベルが非常に低い、優れた溶融めっきストリップを生産することができることを示している。
検討全体および以下の表13における実施例に基づくと、図1に示されている輪郭ABCDEA内にあるScおよびWsaの組合せは、高品質溶融めっき製品となり、非常に効果的な製造方法を可能にすると結論付けられた。
ScおよびWsaの組合せが、輪郭A’FCDEA’内に収まる場合、製品はさらに良好であり、輪郭A”GCDEA”内に収まる場合、依然として良好である。
線EA、EA’およびEA”は、溶融めっきラインにおける適正なストリップトラッキングを可能にするために必要な粗さであることを表し、滑りおよび擦り傷を防止する。
線BC、FCおよびGCは、最大のうねりを示し、最終的に塗装される場合、これより上では、鋼の塗装の見た目が、高品質の目にする構成品での用途にとってもはや十分ではなくなる。
線CDは、最大値Scを表し、これを超えると、第1に平均粗さが顧客に望まれるめっき重量の場合に達成可能なものよりも高くなり、第2に薄いめっきの場合にめっき重量を制御するために非常に高いワイピング圧力が必要になるという事実によって、本発明の利点が打ち消される。
本実験の経過において、本発明による冷間圧延レジメンの使用もまた、GIに関して試験され、ZM以外の他のタイプのめっきの場合もやはり、欠陥数が本発明によって低減されることが裏付けられた。結果が、表14に示されている。
本発明は、すべてが、重量%で、以下:Cは、最大0.04、もしくは最大0.01、もしくは最大0.007、および/またはMnは、最大1.2、もしくは最大0.80、および/またはSiは、最大0.50、もしくは最大0.30、および/またはAlは、最大0.1、もしくは最大0.08、および/またはPは、最大0.15、もしくは最大0.10、および/またはSは、最大0.045、もしくは最大0.020、および/またはNは、最大0.01、もしくは最大0.008、もしくは最大0.004、および/またはTiは、最大0.12、もしくは最大0.08、および/またはNbは、最大0.12、もしくは最大0.03、および/またはMoは、最大0.12、もしくは最大0.01、および任意選択の元素:Cuは、最大0.10、もしくは最大0.08、Crは、最大で0.06、もしくは最大0.04、Niは、最大0.08、Bは、最大0.0025もしくは最大0.0015、Vは、最大0.01もしくは最大0.004、Caは、最大0.01、Coは、最大0.01、Snは、最大0.01のうちの1種または複数を有し、残部は鉄および不可避的不純物である、組成を有する鋼基材と組み合わせて好ましくは行われる。
本特許文書において、表面のRaは、2.5mmのカットオフでの、ISO-NEN 468-1982に準拠するその粗さを表すことが述べられている。
さらに、うねり値Wsaは、ストリップの圧延方向(本明細書において「rd」とも表される)における、SEP1941:2012-05に準拠して、および必要に応じて、5%Marciniak二軸変形後に決定される、Wsa(1-5)(μm)であることが述べられている。
最後に、式の「*」は乗算を表し、「∧」は累乗を表すことが述べられている。
Claims (16)
- 鋼ストリップを製造する方法であって、
方法が、以下の工程:
鋼ストリップを熱間圧延ストリップに熱間圧延する工程、
熱間圧延ストリップを冷間圧延する工程、
溶融亜鉛を含む浴に冷間圧延ストリップを導くことにより、冷間圧延ストリップをZnベースのめっき層で溶融めっきする工程、
溶融めっきした後、ワイピングガスが噴出するナイフスロットを有するガスナイフを使用して溶融めっきストリップをワイピングする工程
を含み、
鋼ストリップが、マルチスタンド冷間圧延機において、0.40mm~1.00mmの最終冷間圧延厚さまで冷間圧延され、
最後のスタンドにおける冷間圧延が、
SRFは、圧延力(kN)をストリップ幅(m)により除算して計算される比圧延力(kN/m)であり、
AWRは、ロールの中央位置における上部および下部作業ロールの平均作業ロール半径(m)である。]
となるよう行われる、方法。 - 粗さRaが7μm以下、好ましくは6μm以下、より好ましくは5μm以下であって、すべての場合において、粗さRaが1.0μm以上、好ましくは3.0μm以上である作業ロールを使用して、最後のスタンドにおける冷間圧延が行われる、請求項1または2に記載の方法。
- ワイピングガスが噴出されるナイフスロットと、ワイピングされる溶融めっきストリップの表面との平均距離であるGKDが、GKD≦10mm、好ましくはGKD≦9mm、より好ましくはGKD≦8mm、より一層好ましくはGKD≦7mmである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 溶融金属の浴の組成が、Zn、AlおよびMgを含み、
めっきおよびワイピング後のストリップが、ストリップがワイピングされる位置と、ストリップがガイドロールに最初に接触する下流の位置との間の冷却区域において冷却され、
このガイドロールにおける200℃~300℃の目標ストリップ温度の20℃の帯域幅内にストリップ温度を維持するために必要な能動冷却ガス流量Q(m3/hr)が使用され、
冷却区域の後半における冷却ガス流量が、Qの百分率pであり、
冷却区域の前半における冷却ガス流量が、Qの百分率(100-p)であり、
pが、70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上に設定される、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - 浴が、
0.6~4.0重量%のアルミニウム、
0.3~4.0重量%のマグネシウム、
場合により、各々が最大0.2重量%である、Pb、Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrおよびBiによって示される元素の群に属する元素、
不可避的不純物および亜鉛である残部
からなる、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 - アルミニウム含有量が、0.6~3.0重量%、好ましくは1.0~3.0重量%、より好ましくは1.5~2.0重量%であり、かつ/あるいは、マグネシウム含有量が、0.3~2.0重量%、好ましくは1.0~2.0重量%、より好ましくは1.0~1.5重量%である、請求項6に記載の方法。
- 浴が、
0.20~0.90重量%のアルミニウム、好ましくは0.25~0.50重量%のアルミニウム、
各々が最大0.2重量%である、Pb、Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrおよびBiによって示される元素の群に属する元素、
不可避的不純物および亜鉛である残部
からなる、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - 平均径が400mm以上、より好ましくは500mm以上、より一層好ましくは600mm以上である調質作業ロールを使用して、溶融めっきストリップが、0.5%以上の伸びを伴って調質圧延される、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 粗さRaが4.5μm以下、好ましくは3.0μm以下、より好ましくは2.5μm以下である調質作業ロールを使用する、請求項9に記載の方法。
- 請求項1~10のいずれか一項に記載の方法によって得ることができるめっき鋼板であって、
めっき鋼板が、Znベースの溶融めっき層が設けられた鋼基材を備え、
鋼基材の厚さが、0.40mm~1.00mmであり、
i)鋼基材が、すべて重量%で、以下の組成:
C:最大0.04;
Mn:0.01~1.20;
Si:0.001~0.50;
Al:0.005~0.1;
P:最大0.15;
S:最大0.045;
N:最大0.01;
Mo:最大0.12;
Ti:最大0.12;
Nb:最大0.12;
Cu:最大0.10;
Cr:最大0.06;
Ni:最大0.08;
B:最大0.0025;
V:最大0.01;
Ca:最大0.01;
Co:最大0.01;
Sn:最大0.01;
鉄および不可避的不純物:残部
を有し、
ii)めっき鋼板が、表面特性Scを有し、Scが、
Sc=Sk/(0.7*t+0.3)
[式中、
Sk(μm)は、NEN-EN-ISO 25178-2:2012に準拠して定義され、
tは、鋼基材の厚さ(mm)である。]
の通りに定義され、
iii)5%Marciniak二軸変形後、SEP 1941に準拠して、圧延方向において測定されるめっき鋼板のうねりWsaが、Wsa(1-5)値(μm)であり、
iv)ScおよびWsaの組合せが、それぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭ABCDEAによって画定される領域内に存在し、
ここで、
Aは、Sc=3.00とWsa=(0.2686)-(0.0543*Sc)+(0.0105*Sc∧2)との交点として定義され、
ABは、AにおけるSc=3.00から、BにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.2686)-(0.0543*Sc)+(0.0105*Sc∧2)によって定義され、
BCは、Bから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EAは、輪郭を閉じ、EからAまで、Sc=3.00によって定義される、めっき鋼板。 - ScおよびWsaの組合せが、それぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭A’FCDEA’によって画定される領域内に存在し、
ここで、
A’は、Sc=3.00とWsa=(0.2276)-(0.0266*Sc)+(0.0054*Sc∧2)との交点として定義され、
A’Fは、A’におけるSc=3.00から、FにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.2276)-(0.0266*Sc)+(0.0054*Sc∧2)によって定義され、
FCは、Fから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EA’は、輪郭を閉じ、EからA’まで、Sc=3.00によって定義される、請求項11に記載のめっき鋼板。 - ScおよびWsaの組合せが、それぞれ、ScおよびWsaのXYプロットにおける、輪郭A”GCDEA”によって画定される領域内に存在し、
ここで、
A”は、Sc=3.00とWsa=(0.208)-(0.0118*Sc)+(0.0027*Sc∧2)との交点として定義され、
A”Gは、Wsa=0.20から、GにおけるWsa=0.50まで、Wsa=(0.208)-(0.0118*Sc)+(0.0027*Sc∧2)によって定義され、
GCは、Bから、Sc=14.50であるCまで、Wsa=0.50によって定義され、
CDは、CにおけるWsa=0.50から、DにおけるWsa=0.10まで、Sc=14.50によって定義され、
DEは、DにおけるSc=14.50から、EにおけるSc=3.00まで、Wsa=0.10によって定義され、
EA”は、輪郭を閉じ、EからA”まで、Sc=3.00によって定義される、請求項11に記載のめっき鋼板。 - 両面を合わせて、60~175g/m2の総めっき重量を有する、請求項11~13のいずれか一項に記載のめっき鋼板。
- めっき鋼板の表面粗さRaが、0.9μm~1.8μm、好ましくは0.9μm~1.6μm、より好ましくは0.9μm~1.4μmである、請求項11~14のいずれか一項に記載のめっき鋼板。
- その最終用途において変形状態で、保証される最大うねりWsaを有する溶融めっき鋼板を生産する目的で行われ、SEP 1941に準拠して、圧延方向において測定される、保証される最大うねりWsaが、0.35μm、0.34μm、0.33μm、0.32μm、0.31μm、0.30μm、0.29μm、0.28μmまたはそれ未満のWsa(1-5)値であることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
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