JP4146162B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板を溶融亜鉛めっき槽で亜鉛めっきした後、この鋼板を最適なFe−Zn合金相に合金化熱処理する溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度の予測方法に関するものである。特に、 本発明は、高張力鋼板の溶融亜鉛めっき処理に好適に適用される。
【0002】
【従来の技術】
溶融亜鉛めっき鋼板を合金化する合金化処理方法について、図1に基づき説明する。
図1において、鋼板2は、焼鈍炉(図示せず)にて熱処理され所定の温度に冷却調整された後、溶融亜鉛ポット1に浸漬される。溶融亜鉛ポット1内は、所定温度に保持され、少量のAlを溶解させた溶融亜鉛が満たされており、鋼板2が溶融亜鉛に浸漬される間に、鋼板2表面にてFeとAlとが反応し、溶融亜鉛めっきが付着する。
【0003】
鋼板2は、シンクロール3にて方向転換後、上方に引き上げられ、ガスワイピングノズル4にて所定の亜鉛付着量に調整後、合金化炉にて熱処理され、Feが亜鉛めっき中に拡散して、合金化溶融亜鉛めっき層が形成される。一般に、合金化炉は、加熱帯5、保持帯6、冷却帯8から構成され、加熱手段としては、直火式バーナ、あるいは、誘導加熱、およびそれらの組合せが適用される。
【0004】
また、加熱帯5あるいは保持帯6には放射温度計7が設置されるのが一般的である。但し、一般的には、加熱帯5内では合金化の進行に伴う放射率の変化が激しいため精度良く板温を測定するのは困難である一方、保持帯6内の最終に近い位置では合金化の進行が終了に近く、放射率の変化が少ないためある程度の精度での板温計測が可能となることから、保持帯6出側に放射温度計7を設置することを好適とする。
【0005】
鋼板2は、加熱帯5にて所定の温度に加熱され、保持帯6にて温度を保持した後、冷却帯8にて冷却される。そして、冷却帯8を出た後、鋼板2に形成されためっき層の合金化度を合金化度計10にて測定し、また、めっき付着量を付着量計11にて測定する。
ここで、適正な合金化度とは、鋼種にもよるが、概ね亜鉛めっき層中のFe濃度(合金化度)、すなわち、Fe%が11%程度のものとされており、過合金(高Fe%)や合金不足(低Fe%)とならずに適正な合金化処理を行うことが重要とされる。
【0006】
また、自動車用鋼板として用いられる高張力鋼板は、特に合金化度の高精度化が要求され、プレス成形への影響を考慮して、好適にはFe%として目標Fe%±1%、例えば、目標Fe%が11%の場合、11%±1%の範囲内とすることが要求される。そして、そのためには、合金化温度を±10℃以内に収めるように管理することが重要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に高張力鋼板は、Si、Mn、Pなどの多くの成分が入っていることから、従来は、正確に合金化温度を予測することができず、オペレータは、実際に合金化してみないと合金化温度を上げてよいのか下げてよいのか分からないというのが実情であった。すなわち、放射温度計7の測定値を用いて合金化度を制御することができなかった。そのため、オペレータの経験に基づくスキルの差が大きかった。
【0008】
また、操業時の高張力鋼板の通板順を考えた場合、CGLでは合金化温度が通板順のポイントとなるにもかかわらず、合金化温度が不明のために、通板の命令順を温度順に並べることができず、中間に通板材を入れて温度調整を行わざるを得なかった。
ところで、合金化度計10は、上述のように、冷却帯8の出側に設置されることから、この合金化度計10の出力値を用いて合金化度の管理を行う場合、数百mにも及ぶ制御遅れが生じることになる。すなわち、オペレータは、数分間のタイムラグを前提とした調整を強いられることになる。
【0009】
そのため、高張力鋼板のめっき処理においては、その前に通板材と称する非製品コイルを接合して通板し、その通板材で合金化温度合わせを行う必要があった。この通板材は、スクラップにしかならないことから、ラインの歩留を大きく低下させ、かつ、生産性を大きく阻害する要因となっていた。
更に、もし、合金化度の調整に失敗し、合金化度が外れた場合には、不良長さが合金化炉から合金化度計までの間隔以上の長さとなってしまうことも大きな問題であった。
【0010】
本発明は、合金化度に対応する合金化温度の高精度の予測を可能とし、ラインの歩留と生産性を向上させることを目的とする。特に、本発明は、鋼板、とりわけ高張力鋼板の合金化温度を高精度に予測することを可能とし、従来、不可欠とされていた通板材を不要とするものである。具体的には、合金化温度を±10℃以内の高精度で予測可能とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼板、特に高張力鋼板の合金化温度の予測を、補正関数を用いることで高精度に行うことを可能ならしめた。特に、補正関数の補正因子として、めっき層中のFe%とそのめっき付着量、および、鋼板中のP%、 Mn%、 Si%を採用することが好適であることを見出したのである。
【0012】
すなわち、本発明は、鋼板に溶融亜鉛を付着後、合金化炉で熱処理して所望の合金化度となる溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際しての溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法であって、あらかじめ鋼種毎に合金化温度実績をデータ収集し、該合金化温度実績に基づいて、鋼種毎に基本となる代表的なめっき層中の目標Fe%におけるベース合金化温度を平均化して算出するとともに、前記目標 Fe %におけるめっき付着量、鋼板中のP%、 Mn%および Si %のそれぞれの平均値を算出してベース値となし、次に、めっき層中のFe%実績、該 Fe %実績におけるめっき付着量、鋼板中のP%、 Mn%およびSi%のそれぞれのパラメータに対する合金化温度偏差の直線近似による傾きを個別に求めておき、 合金化温度の予測に際しては、おのおの製造する溶融亜鉛めっき鋼板の目標合金化度であるめっき層中の目標Fe%と、目標めっき付着量と、P%、Mn%およびSi%はめっき原板である鋼板のP、Mn、Si含有量の実績値を用い、前記各パラメータのベース値に対する偏差に鋼毎に求めた前記傾きを掛けた値を合金化温度偏差とし、該合金化温度偏差の積算を行ったものを鋼種毎に定められたベース合金化温度に加算することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法によって上記課題を解決した。
【0013】
特に、本発明は、前記鋼板を高張力鋼板とすることを好適とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法につき、好適な実施の形態を説明する。ここで、既に説明した図1記載の合金化炉に本発明を適用する。
なお、本発明では、予測を行う合金化温度をGSS (Galvannealing Soaking Section )温度ともよぶ。また、単にGSS とも称する。なお、GSS 温度は、GHS (Galvannealing Heating Section )温度とも呼ばれる。
【0015】
本発明は、これまでの操業で蓄積した操業実績データをベースとして、その偏差分についての所要の補正を行いGSS 温度の予測を高精度に行うものである。
以下に、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法を具体的に説明する。
まず、これまでの操業実績データをベースとし、各鋼種毎に、最もN数の多い目標Fe%となる、例えば、Fe%=11%の操業データを平均化し、平均GSS 温度の操業条件(ベースGSS )を導出する。なお、以下では、ある代表的な鋼種におけるベースGSS を例示して説明する。
【0016】
本発明者は、予測を行う際の補正パラメータについての詳細な検討を行い、鋼板、とりわけ高張力鋼板の溶融亜鉛めっき処理においては、上記のFe%の偏差(ΔGSS(Fe%))の他に、めっき付着量の偏差(ΔGSS(めっき付着量) )、鋼板中のP%の偏差(ΔGSS(P%))、鋼板中のMn%の偏差(ΔGSS(Mn%))、鋼板中のSi%の偏差(ΔGSS(Si%))についての補正を行うことで、十分なGSS 温度の予測精度が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【0017】
特に、本発明者は、これらのパラメータについて、本発明で要求する予測精度の範囲ではパラメータ間の有意な相関が無く、 実質的に独立事象とみなすことが可能であり、それぞれの偏差量の単純な足し算、すなわち、積算のみで十分な予測精度が得られることを見出した。
表1にベースGSS の代表的な例を示す。なお、表1では、代表的な鋼種であるA材について、ベースFe%を11%とする場合を例示しているが、実際の操業では、各鋼種毎にベースFe%を選定し、表1と同様にテーブル化しておくことは言うまでもない。
【0018】
【表1】
Figure 0004146162
【0019】
そして、各パラメータについて、これまでの操業実績データに基づいて、GSS 温度との相関を求めておく。
一例として、図2にFe%実績とGSS 温度との相関関係を例示する。ここで、図2から、A材においての近似直線の傾きが8.75℃/%であることが求められる。そして、他のパラメータについても同様にそれぞれの傾きを算出し、テーブル化しておく。
【0020】
次に、表1に示すA材のベースGSS に基づき、あらかじめテーブル化しておいた対応データからGSS 温度の予測を行う具体例について説明する。
予測を行う高張力鋼板の付着亜鉛めっき中の目標Fe%を12.5%とすると、ΔGSS(Fe%)は、図2に基づき、次式で算出できる。
ΔGSS(Fe%) (℃) =(12.5%−11.0%)× 8.75(℃/%) =13.1(℃)
以下、同様にΔGSS(付着量) 、ΔGSS(P%)、ΔGSS(Mn%)、ΔGSS(Si%)の各予測値を順次計算して足し合わせ、GSS 温度予測値(℃) を算出する。すなわち、下記(1) 式からGSS 温度予測値の予測計算を行う。
【0021】
GSS 温度予測値(℃) =ベ−スGSS +ΔGSS(Fe%)+ΔGSS(めっき付着量)
+ΔGSS(P%)+ΔGSS(Mn%)+ΔGSS(Si%) ・・・ (1)
なお、ここで、Fe%、めっき付着量は、おのおの製造する溶融亜鉛めっき鋼板の目標合金化度(めっき層中のFe%)、目標めっき付着量を、P%、Mn%、Si%はめっき原板である鋼板のP、Mn、Si含有量の実績値を用いればよい。
【0022】
ところで、本発明においては、±10℃内を目標精度としたが、上記の他に、合金化度に影響を与える因子を補正関数として更に追加すれば、更なる予測精度の向上も可能である。具体的には、鋼板搬送のライン速度、亜鉛浴中のAl%、その他の微量成分%等を必要に応じて追加して適用できる。
また、所用のライン改造を行い、上記で算出したGSS 温度予測値を合金化炉にプリセットできるようにしてフィードフォワード制御(FF制御)を可能とすることで、合金化炉制御の一段の向上を図ることも可能となる。更に、上記のFF制御と、合金化度計、放射温度計の測定値をフィードバックする従来のFB制御を組み合わせることで最適の制御システムを構築することができ、最善の合金化炉操業を可能とすることができる。
【0023】
【実施例】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法を適用し、合金化炉に搬入する高張力鋼板の搬入順の決定を行い、実際のライン操業を実施して溶融亜鉛めっき処理を行った。
ここで、本発明を適用した操業では、あらかじめ合金化温度を高精度に予測できることから、従来必須であった通板材を一切不要とすることができた。また、実装業における合金化度外れも皆無となった。
【0024】
以上の結果、本発明によって、従来の操業と比較して1%の歩留向上を達成できた。
【0025】
【発明の効果】
本発明によって、溶融亜鉛めっき鋼板の品質向上と生産性向上を実現した。また、本発明によって、オペレータ間のスキルによるレベル差を解消し、安定した操業を維持できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する合金化設備の模式図である。
【図2】予測パラメータの1つであるめっき中のFe%と合金化温度の相関を示すグラフである。
【符号の説明】
1 溶融亜鉛ポット
2 鋼板
3 シンクロール
4 ワイピングノズル
5 加熱帯
6 保持帯
7 放射温度計
8 冷却帯
9 トップロール
10 合金化度計
11 付着量計

Claims (2)

  1. 鋼板に溶融亜鉛を付着後、合金化炉で熱処理して所望の合金化度となる溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際しての溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法であって、
    あらかじめ鋼種毎に合金化温度実績をデータ収集し、
    該合金化温度実績に基づいて、鋼種毎に基本となる代表的なめっき層中の目標Fe%におけるベース合金化温度を平均化して算出するとともに、前記目標 Fe %におけるめっき付着量、鋼板中のP%、 Mn%および Si %のそれぞれの平均値を算出してベース値となし、
    次に、めっき層中のFe%実績、該 Fe %実績におけるめっき付着量、鋼板中のP%、 Mn%およびSi%のそれぞれのパラメータに対する合金化温度偏差の直線近似による傾きを個別に求めておき、
    合金化温度の予測に際しては、おのおの製造する溶融亜鉛めっき鋼板の目標合金化度であるめっき層中の目標Fe%と、目標めっき付着量と、P%、Mn%およびSi%はめっき原板である鋼板のP、Mn、Si含有量の実績値を用い、前記各パラメータのベース値に対する偏差に鋼毎に求めた前記傾きを掛けた値を合金化温度偏差とし、該合金化温度偏差の積算を行ったものを鋼種毎に定められたベース合金化温度に加算することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法。
  2. 前記鋼板を高張力鋼板とすることを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化温度予測方法。
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