JP4655420B2 - プレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のボディ部材の原材料として用いられるプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、亜鉛めっき又は錫めっきを施しためっき鋼帯にプレス成形等の二次加工を施す場合、プレス成形性を高めるために、めっき鋼帯の表面にあらかじめ所定の表面粗さを付与する。プレス成形性を高めるために必要とされる表面粗さは、例えばＪＩＳＢ０６１０に規定された中心線平均粗さＲａであって、カットオフ０．８ｍｍに対する値で０．６〜２．０μｍにされる。
【０００３】
このように鋼帯にあらかじめ表面粗度を付与するのは、プレス加工中、鋼帯表面に形成された凹部に加工用潤滑油を行き亘らせて金型との摩擦を低減し、鋼帯の成形性を向上させるともに、金型との型かじりや焼き付きを防止することを意図しているからである。
【０００４】
ところで、めっき鋼帯を塗装する場合、鋼帯表面への塗料の乗りを良好なものとするためにあらかじめ前述した表面粗さを付与することに加えて、塗装後表面の鮮映性を高めるためにあらかじめ鋼帯表面における長周期のうねり（起伏）を小さくすることが必要とされている。塗装後表面の鮮映性を高めるためには、例えばＪＩＳ Ｂ ０６１０で規定されたろ波中心線うねりＷｃａであって、高域カットオフ０．８ｍｍおよび低域カットオフ８ｍｍのときの値で０．７μｍにされる。
【０００５】
成形性および塗装後表面の鮮映性が向上されためっき鋼帯は、自動車用部材や建築用材料、家電製品の部材の原材料としてその利用分野が幅広い。その一方で、近時、めっき鋼帯の表面性状に対するユーザーの要求はますます高くなっている。
【０００６】
例えば自動車のボディ部材等に使用されている溶融亜鉛めっき鋼帯は、次のようにして製造されている。すなわち、冷延鋼帯等の被めっき鋼帯を非酸化性雰囲気下又は微還元性雰囲気下で連続焼鈍した後、亜鉛浴又はアルミニウムを含む亜鉛浴中に浸漬させてめっきし、浴から引き上げた直後に鋼帯の表裏面にワイピングガスを吹き付けることによりめっき量（目付け量）を調整する。次いで、材料の降伏点伸びの消去および鋼帯の平坦化を行なうとともに、所定の表面粗さを付与するために、鋼帯に調質圧延を施す。
【０００７】
調質圧延で用いられるワークロールは、あらかじめショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工等によりロール周面の加工がなされ、ロール周面の表面粗度が比較的大きなものとされている。
【０００８】
特開昭６１−１４７９０６号公報には、表面粗度が異なる複数のロールを用いて１パスずつ圧延を行なう加工方法が開示されている。特開平２−１５１５４号公報には、ロール周面を中心線平均粗さＲａで１．６〜３．０μｍとする加工方法が開示されている。特開平２−３０３０９号公報には、所定の目付け量に周面をクロムめっきしたロールを用いた加工方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように比較的表面粗度が大きな圧延ロールを用いて、例えば溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延した場合、めっき皮膜は極めて柔らかくかつ融点が低いため、加工時に生じる摩擦熱等によりロールが温度上昇してロール周面に亜鉛が凝着しやすい。また、この場合、圧延ロール周面に凝着した亜鉛は再度鋼帯に転写されやすく、このため鋼帯表面にマークが生じて製品外観を損なうおそれがある。さらに、調質圧延するにあたり同じロールを使用し続けると、ロール周面の凹部に亜鉛が目詰まりするため、後続の鋼帯の表面に所定の表面粗さを安定して付与することが困難となる。
【００１０】
このような事情から、現状では、ある一定量の鋼帯を調質圧延した後に、圧延ロールを交換することにより対応しているため、効率的でなく生産性が非常に低いものとなっている。また、めっき鋼帯に付与する表面粗さを変更するためには、圧延ロールの表面粗さを変更する必要がある。このため、複数の異なる表面粗度を有する圧延ロールをあらかじめ準備しておき、その都度ロールを交換する必要があり、工程が複雑化する。また、これらのロールの保管場所を確保する必要があるとともに、その在庫管理を行なう手間が生じる。さらに、圧延ロールに表面粗度を付与するために上述したショットブラスト加工、放電加工装置、レーザー加工装置、電子ビーム加工装置等の加工装置を導入する必要があり、設備コストが増大する問題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製品外観を損なうことなく、高効率で安定して溶融亜鉛めっき鋼帯に表面粗さを付与できるプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、設備コストを抑え、製品品質を低下させることなくかつ高効率で表面粗さを付与することができるプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を積み重ねた結果、鋼帯表面への高圧液体の噴射により発生する壊食現象を利用することにより、上述したような圧延ロールを用いた調質圧延を行なわなくてもめっき鋼帯に表面粗さを付与できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１４】
以下、本発明に係るプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法について説明する。
【００１５】
本発明に係る第１の手段は、ブライトロールを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延する圧延工程と、大気中において前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に向けて液体を高圧で噴射する工程とを備え、
前記高圧噴射工程では、噴射液体が連続する液柱から個々の液滴群となる形態変化を生じる距離におかれた液噴射口から前記液体を４．９ＭＰａ以上の噴射圧力で噴射して前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に液滴群を連続的に衝突させることにより前記溶融亜鉛めっき鋼帯に中心線平均粗さＲａで１．０μｍ以上２．５μｍ以下の表面粗さを付与することを特徴とする。
【００１６】
上記の噴射液体は、水、油、ポリマー等を添加した水溶液を挙げることができ、中でも水であることが好ましい。
【００１７】
例えば水平にノズルから高圧の液体を大気雰囲気下で噴射した場合、噴射された液体の形態はノズル噴射口からの距離によって図１に示すように変化する。図１において、ノズル１の先端部近傍の位置Ｘｐまでの距離においては、噴流がノズル噴射口での流速と同じ流速を維持する領域であり、ポテンシャルコア（２）と呼ばれる。噴射口から位置Ｘｂまでの距離においては、噴流は減速するものの、噴流が連続した柱状をなす液柱３を形成する。ここで、液柱３が形成される領域を連続流領域と呼ぶ。位置Ｘｂからさらに離れると液柱３が細かい液滴群４に分裂して噴流の連続性が失われる。ここで、液滴群４が形成される領域を液滴領域と呼ぶ。
【００１８】
上記の連続流領域で、噴流が標的物体に衝突したときの衝撃圧Ｐｓ（Ｐａ）は、運動量保存則から次の式（１）のように表わされる。
Ｐｓ＝ρＶ２／２ ・・・（１）
ただし、式（１）において、ρ：液体密度、Ｖ：液体流速、Ｖ＝（２Ｐ０／ρ）１／２、Ｐ０：ノズル吐出圧力である。
【００１９】
一方、液滴領域においては、液滴群が連続的に標的物体に衝突すると水撃作用により高い衝撃圧を生じる。水撃現象とは、高速の液滴群を物体に連続的に衝突させたときに発生する圧縮波によって、より高い衝撃力を生じる現象である。液滴領域での衝撃圧Ｐｗ（Ｐａ）は次の式（２）により表わされる。
Ｐｗ＝ρＣＶ …（２）
なお、式（２）において、ρ：液体密度、Ｃ：液体中での速度（液体として常温・常圧の水を用いた場合ではおよそ１４５０ｍ／秒となる。）、Ｖ：液滴速度，Ｖ＝（２Ｐ０／ρ）１／２、Ｐ０：ノズル吐出圧力である。
【００２０】
液滴領域では連続流領域に比べてより高い衝撃圧で標的物体に衝撃力を与えることができる。具体的には、例えば常温の水を噴射圧５０ＭＰａで噴射した場合、ノズル噴射口での速度は約３１３ｍ／秒となり、連続流領域での衝撃圧力は式（１）により約５０ＭＰａとなる。これに対して液滴領域での衝撃圧力は式（２）により約４５０ＭＰａとなり、連続流領域での衝撃圧力の約９倍もの衝撃圧力を標的物体に与えることができる。
【００２１】
すなわち、本発明の第１の手段によれば、大気中において液体の噴射により形成される液滴群を連続的に鋼帯表面に衝突させ、衝突時の高い衝撃圧を繰り返し鋼帯表面に作用させる。これにより、鋼帯表面において壊食現象によりクレーター状のピットが形成されるので、表面粗さを付与することができる。
【００２２】
図２は、スタンドオフ距離（ノズル噴射口から噴射口の開口方向に沿って標的物体に至るまでの直線距離）と、衝撃圧との関係を示す特性線図である。図２の特性線は、衝撃圧の値が極大となる１つのピークを有している。このピークを示すスタンドオフ距離の領域では、液体噴流がほぼ完全に液滴となり、かつ液滴の減速も少ないため、水撃作用が有効に及ぼされ、より高い衝撃圧を発生させることができる。
【００２３】
このようなことから、本発明に係る第１の手段においては、液滴群の鋼帯表面への衝突により生じる衝撃圧が極大となる距離離れた位置で液体を噴射することが好ましい。
【００２４】
また、大気中で液体を噴射するにあたり、液体噴射位置を所定位置に固定した場合には液体の噴射圧を適宜変更することにより、或いは液体の噴射圧を所定圧に固定する場合にはスタンドオフ距離を適宜変更することにより、鋼帯表面に衝突するときの液滴群の個々の液滴径を調整できる。これにより、壊食により形成されるピットの深さ、ピットの大きさ等を変化させることができ、めっき鋼帯に付与する表面粗さを容易に調整できる。
【００２５】
図３は、横軸に噴射圧力（ＭＰａ）をとり、縦軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）をとって、大気雰囲気下で溶融亜鉛めっき鋼板の表面に向けて水を一定時間噴射して水滴群を衝突させたときの水の噴射圧力と鋼板表面における中心線平均粗さＲａとの関係を調べた結果を示す特性線図である。中心線平均粗さＲａとは、ＪＩＳＢ０６１０に規定されるものであり、ここではカットオフ０．８ｍｍに対する値を採用している。また、水の噴射は、フラットスプレーにより、スタンドオフ距離を１００ｍｍとし、噴射時間を５秒間として行なった。
【００２６】
図３から明らかなように、噴射圧力の値が上昇するとともにＲａの値も上昇している。しかし、噴射圧力が４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ2）未満の領域ではＲａの値が小さくなり、必要な表面粗さを付与できなくなる。このため、この場合には、噴射圧は４．９ＭＰａ以上とする。このように、スタンドオフ距離に応じて噴射圧を変更することが必要である。
【００２７】
本発明の第１の手段において、噴射される液体中には固体粒子が混合されていることが好ましい。このように固体粒子が混合された液体を噴射することにより、固体粒子が液体とともに加速され、液滴群とともに固体粒子が鋼帯表面に衝突するため、衝撃圧をより高めることができ、鋼帯に容易に表面粗度を付与することができる。
【００２８】
上記の固体粒子としては、ガーネット、鋳鉄グリッド、アルミナ、スチールグリッド、シリカ、氷などを挙げることができる。固体粒子の粒径は付与すべき表面粗度の値に応じて変更することができる。固体粒子の形状は、球形状、塊状、破砕状などいずれであってもよい。なお、固体粒子の材質および粒度は、鋼帯表面のめっき皮膜の材質や表面粗度に応じて適宜選択することができる。
【００３０】
上記のブライトロールは周面が中心線平均粗さＲａで０．２μｍであることが好ましい。このようなワークロールを用いてめっき鋼帯に調質圧延をあらかじめ施すことにより、鋼帯表面における長周期のうねり（起伏）を小さく修正できるとともに、表面欠陥が生じるのを抑制できる。これにより、製品の外観を損なうことなく調質圧延できるとともに、めっき鋼帯の塗装時に塗料の乗りを良好なものとし、塗装後表面の鮮映性を優れたものとすることができる。すなわち、長周期のうねり（起伏）を小さく修正する工程と表面粗さを付与する工程との別々の工程に分けることができるので、これら２つの工程を調質圧延のみにより同時に行なう従来技術と比べて、製品の外観を損なうことなく、かつ長周期のうねりの修正精度および付与すべき表面粗さの精度をともに高めることができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の手段について説明する。
【００３２】
本発明に係る第２の手段は、ブライトロールを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延する圧延工程と、前記溶融亜鉛めっき鋼帯を第１の液体中に連続的に浸漬する浸漬工程と、前記第１の液体中で前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に向けて第２の液体を高圧で噴射する高圧噴射工程とを備え、
前記高圧噴射工程では、第１液体中での第２液体の噴射によりキャビテーションクラウドを生成する距離におかれた液噴射口から前記第２の液体を噴射してキャビテーションを伴う噴流を前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に衝突させることにより前記溶融亜鉛めっき鋼帯に中心線平均粗さＲａで１．０μｍ以上２．５μｍ以下の表面粗さを付与することを特徴とする。
【００３３】
上記の第１液体としては、水、油、もしくはポリマー等を添加した水溶液を挙げることができ、中でも水であることが好ましい。上記の第２液体としては、水、油、ポリマー等を添加した水溶液を挙げることができ、中でも水であることが好ましい。
【００３４】
高圧液体を液体中で噴射させると、気体中で噴射させた場合と比べて流体の減速がはやい。しかし、液体中に含まれる気泡が急速に圧力低下して局所的に蒸気相（気泡，空洞）を生成し、蒸気相中の気泡が消滅するときに数ＧＰａ程度の高い圧力が発生する、いわゆるキャビテーションを生じる。
【００３５】
すなわち、本発明の第２の手段によれば、液中でキャビテーションを伴う液体噴流を連続的に鋼帯表面に衝突させ、衝突時の高い衝撃圧を繰り返し鋼帯表面に作用させる。これにより、鋼帯表面において壊食現象によりクレーター状のピットが形成され、表面粗さを付与できる。
【００３６】
図４に、ノズルから高圧水を液体中に噴射したときのキャビテーションの生成過程を模式的に示す。図４において、キャビテーションノズル５から水が噴射されると、液体中でキャビテーションクラウド７が形成される。その後、このキャビテーションクラウド７は分裂し、最終的に微小の残存気泡８となって液体中に分散された状態となる。本発明の第２の手段においては、キャビテーションクラウド７が確実に発生するスタンドオフ距離に離れた位置で液体を噴射する必要がある。
【００３７】
また、一般的には、以下の式（３）で表わされるキャビテーション係数σの値が０．６以下になるとキャビテーションが発生し、このσの値が小さいほどキャビテーションは発達することが知られている。
σ＝（Ｐａ−Ｐｖ）／（Ｐ０−Ｐａ） ・・・（３）
ただし、式（３）においてＰａは流体圧力（Ｐａ）、Ｐｖは流体の蒸気圧力（Ｐａ）、Ｐ０はノズル吐出圧力（Ｐａ）を表わす。
【００３８】
図５は、横軸にスタンドオフ距離をとり、縦軸に衝撃圧をとって、噴流媒体として水を用いた場合に、キャビテーションを伴った水噴流を標的物体に衝突させたときのスタンドオフ距離と標的物体に及ぼす衝撃圧との関係を示す特性線図である。図５に示すように、特性線は、短いスタンドオフ距離での第１のピークと、この第１のピークのスタンドオフ距離も長い距離での第２のピークとの２つのピークを有している。第１のピークは狭幅で鋭い形状であるのに対して、第２のピークは幅広でプラトー状である。すなわち、第１のピークに着目すると、スタンドオフ距離がわずかに変化すると衝撃圧値が急激に変化する。これに対して、第２のピークに着目すると、スタンドオフ距離が変化しても衝撃圧はほとんど変化せずにほぼ一定の衝撃圧値となる。このことから、本発明の第２の手段においては、スタンドオフ距離を第１のピークが形成される領域内としてもよいが、スタンドオフ距離を第２のピークが形成される領域内とすることにより、鋼帯のバタツキ等があってもほぼ一定の衝撃圧を鋼帯表面に作用させることができ、ほぼ一定の表面粗度を安定して付与できる。
【００３９】
図６は、図５で説明したのと同様に、横軸にスタンドオフ距離をとり、縦軸に衝撃圧をとって、スタンドオフ距離と標的物体に及ぼす衝撃圧との関係を示す特性線図であって、上記の式（３）のキャビテーション係数σの値を変化させたときに第２のピークが変位する様子を示している。
【００４０】
ここで、式（３）によれば、吐出圧力Ｐｌを高めるとσ値が低下する。この場合に、図５に示す特性線においては、実線で示す第２のピークがσ値の低下に伴って破線で示すように右肩上がりに変位し、衝撃圧を高められることがわかる。逆に、吐出圧力Ｐｌを低くすると破線で示す第２のピークが実線で示すように変位する。すなわち、スタンドオフ距離を第２のピークが形成される領域内とした場合、噴射すべき流体の吐出圧を調整することにより衝撃圧を調整でき、これにより鋼帯に付与する表面粗度を容易に調整できる。
【００４５】
上記のブライトロールは周面が中心線平均粗さＲａで０．２μｍであることが好ましい。このようなワークロールを用いてめっき鋼帯に調質圧延をあらかじめ施すことにより、鋼帯表面における長周期のうねり（起伏）を小さく修正できるとともに、表面欠陥が生じるのを抑制できる。これにより、製品の外観を損なうことなく調質圧延できるとともに、めっき鋼帯の塗装時に塗料の乗りを良好なものとし、塗装後表面の鮮映性を優れたものとすることができる。すなわち、長周期のうねり（起伏）を小さく修正する工程と表面粗さを付与する工程との別々の工程に分けることができるので、これら２つの工程を調質圧延のみにより同時に行なう従来技術と比べて、製品の外観を損なうことなく、かつ長周期のうねりの修正精度および付与すべき表面粗さの精度をともに高めることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。
【００４７】
（第１の実施形態）
図７は、本発明の第１の手段を実施するための装置Ａを示す概略図である。
【００４８】
この装置Ａは、図示しない高圧水供給源（高圧水発生装置）に連通する５本のヘッダ管１０を備えている。これらのヘッダ管１０は、めっき鋼帯１１の上方および下方にそれぞれ配置されている。各ヘッダ管１０はめっき鋼帯１１の幅方向と平行にかつ水平に延び、めっき鋼帯１１の進行方向に所定間隔をもって配列されている。ヘッダ管１０には、複数のフラットスプレーノズル１２がめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、それぞれヘッダ管１０と連通している。各ノズル１２の噴射口はめっき鋼帯１１の表面を向いて開口している。また、各フラットスプレーノズル１２の噴射口とめっき鋼帯１１の表面との最短距離（スタンドオフ距離）は、噴射口から噴射された水がめっき鋼帯１１の表面に達するときに液滴群として衝突するように調整可能となっている。
【００４９】
さらに、図８に示すように、図示しないめっき処理装置の下流側であって、図７に示す装置Ａの上流側に、ブライトロール１３を有する調質圧延機１４が設けられている。
【００５０】
図示しないめっき処理装置でめっきされためっき鋼帯１１は、調質圧延機１４により調質圧延され、めっき鋼帯１１の表面における長周期のうねり（起伏）を除去される。これに引き続き、めっき鋼帯１１は大気雰囲気下で図７に示す装置Ａに搬送される。ヘッダ管１０内には図示しない高圧水供給源からの高圧水が流通し、高圧水は各フラットスプレーノズル１２に導入され、噴射口からめっき鋼帯１１の表面に向けて噴射され、液滴群としてめっき鋼帯１１の表面に衝突する。
【００５１】
図９は、フラットスプレーノズル１２から噴射された水が液滴群としてめっき鋼帯１１の表面に達したときの形跡を模式的に示す図である。フラットスプレーノズル１２の噴射口は、ヘッダ管１０の端面側から見ると、図１０に示すように鉛直下向きの方向に対してめっき鋼帯１１の進行方向と逆の方向（上流側）に角度θ１をもって傾斜する方向を向いている。さらに、フラットスプレーノズル１２の噴射口は、めっき鋼帯１１の幅方向と平行な方向に対して反時計回りにねじられた角度θ２をもつように方向づけられている。すなわち、フラットスプレーノズル１２の噴射口から噴射された水はヘッダ管１０の位置よりも上流側のめっき鋼帯１１の表面に向けて平面状かつ扇形状をなして噴射され、図９に示すようにめっき鋼帯１１の表面に達したときにめっき鋼帯１１の幅方向に対して反時計回りに角度θ２をもつ、ほぼ線状（狭幅のレンズ状）の形跡をなすように衝突する。また、めっき鋼帯１１の進行方向に見たときに、この形跡の端部が隣り合う形跡の端部と重なり合うように、噴射水がなす扇形状の中心角、すなわち噴射水の拡がり角度が設定されている。ここで、上記の角度θ１およびθ２をともに５°以上とすると、噴射された水はめっき鋼帯１１の進行方向に逆行するように噴射されるため、めっき鋼帯１１の表面での衝撃圧を有効に作用させることができるとともに、隣り合うフラットスプレーノズル１２からの噴射水がめっき鋼帯１１の表面上で互いにオーバーラップするように到達するため、めっき鋼帯１１の表面上において衝撃圧が低くなる部位を補償できる。このため、めっき鋼帯１１の幅方向にわたり均一に表面粗さを付与することができるようになっている。
【００５２】
なお、上記の第１実施形態では、高圧水を噴射させるにあたり、フラットスプレーノズル１２を使用するものとして記述したが、これのみに限定されることなく、例えば円錐状に噴射するフルコーンスプレーノズルや角筒状に噴射する角吹きスプレーノズル等を使用するようにしてもよい。
【００５３】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の手段を実施するための装置Ｂを概略的に示す図である。
【００５４】
この装置Ｂは、槽２０、ルーパー２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよびヘッダ管２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを備えている。さらに、図示しないめっき処理装置の下流側であって、この装置Ｂの上流側には、上記の第１実施形態で説明したのと同様な、ブライトロールを有する調質圧延機（図示せず）が設けられている。
【００５５】
槽２０内には水が収容されている。ルーパー２１ａ、２１ｂは、槽２０の一方の側壁の開口側近傍および対向する他方の側壁の開口側近傍にそれぞれ回転可能に設けられている。また、ルーパー２１ｃはルーパー２１ａおよび２１ｂとそれぞれ等距離をもって槽２０内に回転可能に設けられている。これらルーパー２１ａ〜２１ｃはそれぞれ、水平にかつめっき鋼帯１１の幅方向と平行に配列されている。
【００５６】
ヘッダ管２２ａ〜２２ｆは、それぞれルーパー２１ａ〜２１ｃと平行に配列するように設けられている。対をなすヘッダ管２２ａ，２２ｂは槽２０内に設けられ、ルーパー２１ａ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の下面からそれぞれ所定距離をもつように配置されている。
【００５７】
また、対をなすヘッダ管２２ｃ，２２ｄは槽２０内に設けられ、ルーパー２１ｂ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の下面からそれぞれ所定距離をもつように配置されている。
【００５８】
さらに、対をなすヘッダ管２２ｅ，２２ｆは槽２０内においてルーパー２１ｃの直上に設けられ、ルーパー２１ａ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面と、ルーパー２１ｂ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面との両方から所定距離をもつように配置されている。
【００５９】
ヘッダ管２２ａ，２２ｂおよび２２ｃ，２２ｄには、複数のキャビテーションノズル２３が設けられている。キャビテーションノズル２３はめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、それぞれヘッダ管２２ａ〜２２ｄと連通している。これらのキャビテーションノズル２３の噴射口はそれぞれめっき鋼帯１１の下面を向いて開口している。
【００６０】
ヘッダ管２２ｅ，２２ｆには、ルーパー２１ａ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面を向いて開口する複数のキャビテーションノズル２３がめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、かつそれぞれヘッダ管２２ｅ，２２ｆに連通している。また、ヘッダ管２２ｅ，２２ｆには、ルーパー２１ｂ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面を向いて開口する複数のキャビテーションノズル２３がめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、かつそれぞれヘッダ管２２ｅ，２２ｆに連通している。キャビテーションノズル２３の各噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離は、キャビテーションクラウドが形成されるように調整可能となっている。
【００６１】
図１２は、キャビテーションノズル２３を拡大して示す断面図である。キャビテーションノズル２３は外形が円筒形状をなし、その内部がいわゆるホーンノズルと呼ばれるものと同様な形状をなすように開口されている。このキャビテーションノズルは、一端部が円筒状に開口された高圧水導入路２４を有し、図示しないヘッダ管２２ａないし２２ｆに連通する。また、高圧水導入路２４の終端縁から円錐状に収縮するように開口された収縮部２５を有し、この収縮部２５と連通する噴射口２６とこの噴射口２６から放射状に拡幅開口され、外部開放された膨張部２７とを有している。この膨張部２７を設けることにより、高圧水が噴射口２６から放射状に広がって液中に噴射されるので、液中でのキャビテーションの発生領域を広げることができる。このため、液中を通過するめっき鋼帯１１の表面全体にわたりキャビテーションを作用させることができ、均一な表面粗度を付与することができるようになっている。
【００６２】
図示しないめっき処理装置から送給されためっき鋼帯１１は、調質圧延機（図示せず）により調質圧延され、めっき鋼帯１１の表面における長周期のうねり（起伏）を除去される。これに引き続き、鋼帯は図１１に示す装置Ｂに搬送され、槽２０の上方からルーパー２１ａを介して槽２０内に水没し、ルーパー２１ｃを介した後にルーパー２１ｂを介して槽２０外に引き上げられる。各ヘッダ管２２ａ〜２２ｆ内には図示しない高圧水供給源からの高圧水が流通し、高圧水は各キャビテーションノズル２３に導入され、噴射口から槽２０内の水中を通過するめっき鋼帯１１の表面に向けて噴射され、水中において発生したキャビテーションを伴う噴流をめっき鋼帯１１の表面に衝突させ、めっき鋼帯１１に表面粗さを付与する。
【００６３】
以上説明した図７に示す装置Ａおよび図１１に示す装置Ｂにおいては、高圧水に固体粒子を混合させる系統を設けるようにしてもよい。
【００６４】
例えば、図１３に示すように、固体粒子導入装置３０をヘッダ管と連通するように設けることができる。この固体粒子導入装置３０により固体粒子がヘッダ管内に導入され、ヘッダ管内で高圧水と混合される。この場合に、用いる固体粒子は、図７の装置Ａに用いたフラットスプレーノズル１２や図１３の装置Ｂに用いたキャビテーションノズル２３において最小となる内部流路径よりも小さい粒径のものを用いる必要がある。
【００６５】
また、図１４に示すように、高圧水供給源（高圧水発生装置）４０とヘッダ管との間の配管部分に圧力容器４１を介在させ、この圧力容器に連通するように前述した固体粒子導入装置３０を設けるようにしてもよい。この場合、高圧水供給源４０から供給された高圧水と、固体粒子導入装置３０から所定量導入された固体粒子とが圧力容器４１内で十分混合され、スラリー状の高圧水としてヘッダ管に導入される。
【００６６】
さらに、図１１に示す第２の手段を実施するための装置Ｂにおいては、図１５に示すように、固体粒子導入装置３０を槽の外部に設けて、槽２０内に収容された水中に固体粒子を導入するようにしてもよい。なお、図１５には、固体粒子導入装置３０は、槽２０の上方から固体粒子を投入するものと、槽２０の対向する側壁においてそれぞれ開口する配管を介して固体粒子を導入するものとを示している。また、この場合には、槽２０内に収容された水にあらかじめ固体粒子を所定濃度で混合させておく。槽２０内の水中で高圧水が噴射され続けると、水とともに固体粒子がオーバーフローにより槽２０外に流出するが、固体粒子導入装置３０から槽２０内の固体粒子濃度が所定値となるように固体粒子を適宜導入するようにすればよい。さらに、この場合に、図１５に示すように、槽２０内に攪拌羽等を有する攪拌装置５０を設けることが好ましい。これにより槽２０内に収容された水を攪拌して固体粒子を水中で均一に分散させることができる。これにより、水中の固体粒子を有効利用でき、めっき鋼帯１１の表面全体にわたり衝突させることができるので、めっき鋼帯１１に均一な表面粗さを付与できる。
【００６７】
（実施例）
以下、本発明の実施例を記載する。
【００６８】
（例１）
図７に示す構成の装置Ａにおいて、図１３に示す固体粒子を導入する系統が設けられているものを用いた。この系統により、固体粒子としての鉄粉（粒径５０μｍ）と高圧水とがヘッダ管で混合できるようになっている。なお、本例１では、この系統は用いず、鉄粉を混合しないようにした。
【００６９】
調質圧延機１４に用いるワークロールとしては、直径６００ｍｍおよび胴長２０００ｍｍであって、周面が中心線平均粗さＲａで０．２８μｍであるブライトロールを用いた。
【００７０】
本例１においては、フラットスプレーノズル１２はヘッダ管１０の長手方向に１５０ｍｍピッチで取り付けられている。各フラットスプレーノズル１２の噴射口とめっき鋼帯１１の表面とのスタンドオフ距離を１５０ｍｍとした。前述した角度θ１およびθ２は、１５°となるように設定した。
【００７１】
このような装置を用い、板厚０．８ｍｍ、板幅１２５０ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼帯（長さ２００ｋｍ）を調質圧延し、引き続き表面粗さを付与した。この一連の処理における通板速度は１００ｍ／分とし、高圧水の噴射圧力は９．８ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）とした。
【００７２】
（例２）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２７μｍであるブライトロールを用い、高圧水の圧力を２９．４ＭＰａ（３００ｋｇ／ｃｍ２）とした以外は、前述した例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７３】
（例３）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２７μｍであるブライトロールを用い、フラットスプレーノズルの噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離を３００ｍｍとした以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７４】
（例４）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２９μｍであるブライトロールを用い、固体粒子を導入する系統を用いてヘッダ管内で鉄粉が体積比で１０％の割合で混合された高圧水を圧力４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ２）で噴射するようにした以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さの付与を行なった。
【００７５】
（例５）
周面が中心線平均粗さＲａで３．１μｍであるダルロール（放電加工）を用いた以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７６】
（例６）
周面が中心線平均粗さＲａで２．９μｍであるダルロール（ＳＢ加工）を用いた以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７７】
（例７）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２８μｍであるブライトロールを用い、高圧水の噴射圧力を２．４５ＭＰａ（２５ｋｇ／ｃｍ２）とした以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７８】
（例８）
例８では、図１１に示す装置Ｂにおいて、固体粒子としての鉄粉（平均粒径５０μｍ）を導入する固体粒子導入装置３０および攪拌羽を有する攪拌装置５０が設けられた図１５に示す構成のものを用いた。この固体粒子導入装置３０は、槽内の鉄粉がオーバーフローにより槽外に流出しても所定の混合割合を維持できるように鉄粉を槽内に導入するようになっている。なお、本例８では固体粒子導入装置３０は用いなかった。
【００７９】
調質圧延機に用いるワークロールとしては、直径６００ｍｍおよび胴長２０００ｍｍであって、周面が中心線平均粗さＲａで０．２５μｍであるブライトロールを用いた。
【００８０】
本例８においては、キャビテーションノズル２３は各ヘッダ管２２ａ〜２２ｆの長手方向に１５０ｍｍピッチで取り付けられている。キャビテーションノズル２３において、噴射口２６の口径は１．２ｍｍ、膨張部２７の角度θ３は１２０°となっている。各キャビテーションノズル２３の噴射口２６とめっき鋼帯１１の表面とのスタンドオフ距離は１００ｍｍとした。
【００８１】
このような装置を用い、板厚０．８ｍｍ、板幅１２５０ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼帯（長さ２００ｋｍ）を調質圧延し、これに引き続き、調質圧延された溶融亜鉛めっき鋼帯を水中に浸漬し、浸漬時に高圧水を噴射して表面粗さを付与した。この一連の処理における通板速度は１００ｍ／分とし、高圧水の噴射圧力は９．８ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）とした。
【００８２】
（例９）
例９では、槽２０内に収容された水にはあらかじめ平均粒径５０μｍの鉄粉が質量比で１％となるように混合し、攪拌装置５０により水を攪拌するようにした。そして、周面が中心線平均粗さＲａで０．３μｍであるブライトロールを用いた以外は、例８と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００８３】
（例１０）
周面が中心線平均粗さＲａで３μｍであるダルロール（放電加工）を用いて例１で説明したのと同様な溶融亜鉛めっき鋼帯につき調質圧延のみ行なった。
【００８４】
（例１１）
周面が中心線平均粗さＲａで２．９μｍであるダルロール（ＳＢ加工）を用いた以外は、例１０と同様に調質圧延のみ行なった。
【００８５】
上述した例１〜１１で得られた各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、鋼帯表面の中心線平均粗さＲａの値を調べるとともに、ろ波中心線うねりＷｃａの値を調べた。また、鋼帯全長にわたって表面の外観検査を行ない疵等の表面欠陥の有無を調べた。これらの評価結果を表１に示す。なお、表１には鋼帯の全長にわたる粗さ変化の有無を調べた結果も併記する。
【００８６】
【表１】
【００８７】
表１に示すように、例１の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部（トップから１ｋｍの部位のことをいう。）で１．５μｍ、ボトム部（ボトムから１ｋｍ（トップから１９９ｋｍ）の部位のことをいう。）で１．６μｍとなり、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく、Ｗｃａ値がトップ部で０．５７μｍ、ボトム部で０．６μｍとなり、さらに表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観を有することが判明した。
【００８８】
例２の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で２．５μｍ、ボトム部で２．５μｍとなり、Ｗｃａ値がトップ部で０．６２μｍ、ボトム部で０．６３μｍとなり、例１と比べてＲａ値は１．０μｍ高くなるとともにＷｃａ値はほぼ同じ値であった。すなわち、ノズル噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離を一定にした場合、高圧水の噴射圧力の調整により、Ｗｃａ値をほとんど変化させることなくＲａ値を調整できることが判明した。また、例２のめっき鋼帯は、上記のように高いＲａ値および低いＷｃａ値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観を有することが判明した。
【００８９】
例３の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．０μｍ、ボトム部で１．０μｍ、Ｗｃａ値がトップ部で０．５５μｍ、ボトム部で０．５４μｍとなり、例１と比べてＲａ値が０．５μｍ低下するとともにＷｃａ値はほぼ同じ値を示した。すなわち、高圧水の噴射圧力を一定にした場合、ノズル噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離を調整することにより、Ｗｃａ値をほとんど変化させることなくＲａ値を調整できることが判明した。また、例３のめっき鋼帯は、上記のように高いＲａ値および低いＷｃａ値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観性を有することが判明した。
【００９０】
例４の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で３．０μｍ、ボトム部で３．１μｍ、Ｗｃａ値がトップ部で０．７０μｍ、ボトム部で０．６８μｍとなり、例１と比べてＲａ値は１．５μｍ高くなるとともに、Ｗｃａ値はほぼ同じ値を示した。すなわち、固体粒子を混合させることにより高圧水の噴射圧力を低くしても容易に表面粗さを付与でき、しかもＷｃａ値をほとんど変化させることなく表面粗さを付与できることが判明した。また、例４のめっき鋼帯は、上記のように高いＲａ値および低いＷｃａ値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観を有することが判明した。
【００９１】
例５の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．６μｍ、ボトム部で１．５μｍ、Ｗｃａ値がトップ部で０．７２μｍ、ボトム部で０．６７μｍとなり、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がないものの、表面欠陥が認められることから、外観を損なうことが判明した。
【００９２】
例６の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．７μｍ、ボトム部で１．６μｍと高い値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がないものの、Ｗｃａ値がトップ部で１．２６μｍ、ボトム部で１．２７μｍと大幅に高くなり塗装後鮮映性に劣るものであることが判明した。しかも、このめっき鋼帯は表面欠陥が認められ、製品外観を損なうことが判明した。
【００９３】
例７の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｗｃａ値がトップ部で０．４５μｍ、ボトム部で０．４８μｍとなり低い値を示し、また表面欠陥が認められないものの、Ｒａ値がトップ部で０．２μｍ、ボトム部で０．２μｍとなり大幅に低下することから、プレス成形性に劣るものであることが判明した。
【００９４】
例８の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．５μｍ、ボトム部で１．４μｍと高い値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく、Ｗｃａ値もトップ部で０．６２μｍ、ボトム部で０．６４μｍと低い値を示し、さらに表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観性をも有することが判明した。
【００９５】
例９の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で３．０μｍ、ボトム部で２．８μｍと高い値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく、Ｗｃａ値もトップ部で０．６９μｍ、ボトム部で０．７０μｍと低い値を示し、さらに表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観をも有することが判明した。
【００９６】
例１０の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｗｃａ値がトップ部で０．７０μｍ、ボトム部で０．８２μｍとなり、低い値であるものの、Ｒａ値がトップ部で１．５μｍ、ボトム部で０．４μｍとなり、ボトム部でＲａ値が大幅に低下し、しかも鋼帯全長にわたり粗さ変化が認められ、プレス成形性に劣るものであることが判明した。しかも、例１０のめっき鋼帯は表面欠陥が認められ、外観が損なわれることが判明した。
【００９７】
例１１の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．４μｍ、ボトム部で０．３μｍとなり、ボトム部で大幅に低下し、鋼帯全長にわたり粗さ変化が認められ、しかもＷｃａ値がトップ部で１．２０μｍ、ボトム部で１．１８μｍとなり、高い値を示すことからプレス成形性および塗装後鮮映性ともに劣ることが判明した。しかも、例１１のめっき鋼帯は表面欠陥が認められ、外観が損なわれることが判明した。
【００９８】
図１６は、横軸にめっき鋼帯の先方端縁からの長手方向距離（ｋｍ）をとり、縦軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）をとって、上記の例１〜４および例８，９の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、めっき鋼帯の先方端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図である。図１６において、黒丸を結んだ曲線は例１の場合の結果を示す特性線、白丸を結んだ曲線は例２の場合の結果を示す特性線、黒三角を結んだ曲線は例３の場合の結果を示す特性線、白三角を結んだ曲線は例４の場合の結果を示す特性線、白四角を結んだ曲線は例８の場合の結果を示す特性線、黒四角を結んだ曲線は例９の場合の結果を示す特性線である。
【００９９】
図１７は、上記の図１６と同様に、横軸にめっき鋼帯の先方端縁からの長手方向距離（ｋｍ）をとり、縦軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）をとって、上記の例７，例１０の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、めっき鋼帯の先方端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図である。図１７において、白菱形を結んだ曲線は例７の場合の結果を示す特性線図であり、黒菱形を結んだ曲線は例１０の場合の結果を示す特性線である。
【０１００】
図１６から、例１〜４および例８，９の各溶融亜鉛めっき鋼帯はいずれも鋼帯全長にわたってＲａ値が高い値を示し、かつそれぞれのＲａ値がほぼ一定であり、鋼帯全長にわたり高い表面粗さを安定して付与できることが明らかである。
【０１０１】
これに対して、図１７に示すように、例７では鋼帯全長にわたりほぼ一定のＲａ値であるものの、その値は約０．２μｍと低いことから、高い表面粗さを付与できないことが判明した。例１０では距離が増加するとともにＲａ値が大幅に低下し、距離約１２５ｋｍから２００ｋｍまでの範囲に至ってはＲａ値が約０．４μｍと極めて低くなり、鋼帯全長にわたり高い表面粗さを安定して付与できないことが判明した。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、製品外観を損なうことなく、高効率でかつ安定してめっき鋼帯に表面粗さを付与できるめっき鋼帯の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧の液体を大気中で水平に噴射したときの液体の形態変化を説明するために示す模式図。
【図２】スタンドオフ距離と衝撃圧との関係を示す特性線図。
【図３】大気雰囲気下で溶融亜鉛めっき鋼板の表面に向けて水を一定時間噴射して水滴群を衝突させたときの水の噴射圧力と鋼板表面における中心線平均粗さＲａとの関係を調べた結果を示す特性線図。
【図４】ノズルから高圧水を液体中で噴射したときのキャビテーションの生成過程を模式的に示す図。
【図５】キャビテーションを伴った水噴流を標的物体に衝突させたときのスタンドオフ距離と衝撃圧との関係を示す特性線図。
【図６】図５の特性線図において、キャビテーション係数σの値を変化させたときのスタンドオフ距離と衝撃圧との関係を示す特性線図。
【図７】本発明の第１の手段を実施するための装置Ａを示す概略図。
【図８】図７の装置Ａにおいて、調質圧延機の配置を示す概略図。
【図９】フラットスプレーノズルから噴射された水が鋼帯表面に達したときの形跡を模式的に示す図。
【図１０】図７の装置Ａのフラットスプレーノズルの噴射口の向く方向を説明するための概略図。
【図１１】本発明の第２の手段を実施するための装置を概略的に示す図。
【図１２】図１１の装置Ｂのキャビテーションノズルを拡大して示す断面図。
【図１３】図７の装置Ａまたは図１１の装置Ｂに固体粒子を導入する系統を適用した例を示す概略図。
【図１４】図７の装置Ａまたは図１１の装置Ｂに固体粒子を導入する別の系統を適用した例を示す概略図。
【図１５】図１１の装置Ｂに固体粒子を導入する別の系統を適用した例を示す概略図。
【図１６】例１〜４および例８，９の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、鋼帯の長手方向一端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図。
【図１７】例７，例１０の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、鋼帯の長手方向一端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図。
【符号の説明】
１…高圧水噴射ノズル、
２…ポテンシャルコア、
３…液柱、
４…液滴群、
５…キャビテーションノズル、
６…周囲液体、
７…キャビテーションクラウド、
８…残存気泡、
１０，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ…ヘッダ管、
１１…めっき鋼帯、
１２…フラットスプレーノズル、
１３…ブライトロール、
１４…調質圧延機、
２０…槽、
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…ルーパー、
２３…キャビテーションノズル、
３０…固体粒子導入装置、
４０…高圧水供給源（高圧水発生装置）、
４１…圧力容器、
５０…攪拌装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のボディ部材の原材料として用いられるプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、亜鉛めっき又は錫めっきを施しためっき鋼帯にプレス成形等の二次加工を施す場合、プレス成形性を高めるために、めっき鋼帯の表面にあらかじめ所定の表面粗さを付与する。プレス成形性を高めるために必要とされる表面粗さは、例えばＪＩＳＢ０６１０に規定された中心線平均粗さＲａであって、カットオフ０．８ｍｍに対する値で０．６〜２．０μｍにされる。
【０００３】
このように鋼帯にあらかじめ表面粗度を付与するのは、プレス加工中、鋼帯表面に形成された凹部に加工用潤滑油を行き亘らせて金型との摩擦を低減し、鋼帯の成形性を向上させるともに、金型との型かじりや焼き付きを防止することを意図しているからである。
【０００４】
ところで、めっき鋼帯を塗装する場合、鋼帯表面への塗料の乗りを良好なものとするためにあらかじめ前述した表面粗さを付与することに加えて、塗装後表面の鮮映性を高めるためにあらかじめ鋼帯表面における長周期のうねり（起伏）を小さくすることが必要とされている。塗装後表面の鮮映性を高めるためには、例えばＪＩＳ Ｂ ０６１０で規定されたろ波中心線うねりＷｃａであって、高域カットオフ０．８ｍｍおよび低域カットオフ８ｍｍのときの値で０．７μｍにされる。
【０００５】
成形性および塗装後表面の鮮映性が向上されためっき鋼帯は、自動車用部材や建築用材料、家電製品の部材の原材料としてその利用分野が幅広い。その一方で、近時、めっき鋼帯の表面性状に対するユーザーの要求はますます高くなっている。
【０００６】
例えば自動車のボディ部材等に使用されている溶融亜鉛めっき鋼帯は、次のようにして製造されている。すなわち、冷延鋼帯等の被めっき鋼帯を非酸化性雰囲気下又は微還元性雰囲気下で連続焼鈍した後、亜鉛浴又はアルミニウムを含む亜鉛浴中に浸漬させてめっきし、浴から引き上げた直後に鋼帯の表裏面にワイピングガスを吹き付けることによりめっき量（目付け量）を調整する。次いで、材料の降伏点伸びの消去および鋼帯の平坦化を行なうとともに、所定の表面粗さを付与するために、鋼帯に調質圧延を施す。
【０００７】
調質圧延で用いられるワークロールは、あらかじめショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工等によりロール周面の加工がなされ、ロール周面の表面粗度が比較的大きなものとされている。
【０００８】
特開昭６１−１４７９０６号公報には、表面粗度が異なる複数のロールを用いて１パスずつ圧延を行なう加工方法が開示されている。特開平２−１５１５４号公報には、ロール周面を中心線平均粗さＲａで１．６〜３．０μｍとする加工方法が開示されている。特開平２−３０３０９号公報には、所定の目付け量に周面をクロムめっきしたロールを用いた加工方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように比較的表面粗度が大きな圧延ロールを用いて、例えば溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延した場合、めっき皮膜は極めて柔らかくかつ融点が低いため、加工時に生じる摩擦熱等によりロールが温度上昇してロール周面に亜鉛が凝着しやすい。また、この場合、圧延ロール周面に凝着した亜鉛は再度鋼帯に転写されやすく、このため鋼帯表面にマークが生じて製品外観を損なうおそれがある。さらに、調質圧延するにあたり同じロールを使用し続けると、ロール周面の凹部に亜鉛が目詰まりするため、後続の鋼帯の表面に所定の表面粗さを安定して付与することが困難となる。
【００１０】
このような事情から、現状では、ある一定量の鋼帯を調質圧延した後に、圧延ロールを交換することにより対応しているため、効率的でなく生産性が非常に低いものとなっている。また、めっき鋼帯に付与する表面粗さを変更するためには、圧延ロールの表面粗さを変更する必要がある。このため、複数の異なる表面粗度を有する圧延ロールをあらかじめ準備しておき、その都度ロールを交換する必要があり、工程が複雑化する。また、これらのロールの保管場所を確保する必要があるとともに、その在庫管理を行なう手間が生じる。さらに、圧延ロールに表面粗度を付与するために上述したショットブラスト加工、放電加工装置、レーザー加工装置、電子ビーム加工装置等の加工装置を導入する必要があり、設備コストが増大する問題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製品外観を損なうことなく、高効率で安定して溶融亜鉛めっき鋼帯に表面粗さを付与できるプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、設備コストを抑え、製品品質を低下させることなくかつ高効率で表面粗さを付与することができるプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を積み重ねた結果、鋼帯表面への高圧液体の噴射により発生する壊食現象を利用することにより、上述したような圧延ロールを用いた調質圧延を行なわなくてもめっき鋼帯に表面粗さを付与できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１４】
以下、本発明に係るプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法について説明する。
【００１５】
本発明に係る第１の手段は、ブライトロールを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延する圧延工程と、大気中において前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に向けて液体を高圧で噴射する工程とを備え、
前記高圧噴射工程では、噴射液体が連続する液柱から個々の液滴群となる形態変化を生じる距離におかれた液噴射口から前記液体を４．９ＭＰａ以上の噴射圧力で噴射して前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に液滴群を連続的に衝突させることにより前記溶融亜鉛めっき鋼帯に中心線平均粗さＲａで１．０μｍ以上２．５μｍ以下の表面粗さを付与することを特徴とする。
【００１６】
上記の噴射液体は、水、油、ポリマー等を添加した水溶液を挙げることができ、中でも水であることが好ましい。
【００１７】
例えば水平にノズルから高圧の液体を大気雰囲気下で噴射した場合、噴射された液体の形態はノズル噴射口からの距離によって図１に示すように変化する。図１において、ノズル１の先端部近傍の位置Ｘｐまでの距離においては、噴流がノズル噴射口での流速と同じ流速を維持する領域であり、ポテンシャルコア（２）と呼ばれる。噴射口から位置Ｘｂまでの距離においては、噴流は減速するものの、噴流が連続した柱状をなす液柱３を形成する。ここで、液柱３が形成される領域を連続流領域と呼ぶ。位置Ｘｂからさらに離れると液柱３が細かい液滴群４に分裂して噴流の連続性が失われる。ここで、液滴群４が形成される領域を液滴領域と呼ぶ。
【００１８】
上記の連続流領域で、噴流が標的物体に衝突したときの衝撃圧Ｐｓ（Ｐａ）は、運動量保存則から次の式（１）のように表わされる。
Ｐｓ＝ρＶ２／２ ・・・（１）
ただし、式（１）において、ρ：液体密度、Ｖ：液体流速、Ｖ＝（２Ｐ０／ρ）１／２、Ｐ０：ノズル吐出圧力である。
【００１９】
一方、液滴領域においては、液滴群が連続的に標的物体に衝突すると水撃作用により高い衝撃圧を生じる。水撃現象とは、高速の液滴群を物体に連続的に衝突させたときに発生する圧縮波によって、より高い衝撃力を生じる現象である。液滴領域での衝撃圧Ｐｗ（Ｐａ）は次の式（２）により表わされる。
Ｐｗ＝ρＣＶ …（２）
なお、式（２）において、ρ：液体密度、Ｃ：液体中での速度（液体として常温・常圧の水を用いた場合ではおよそ１４５０ｍ／秒となる。）、Ｖ：液滴速度，Ｖ＝（２Ｐ０／ρ）１／２、Ｐ０：ノズル吐出圧力である。
【００２０】
液滴領域では連続流領域に比べてより高い衝撃圧で標的物体に衝撃力を与えることができる。具体的には、例えば常温の水を噴射圧５０ＭＰａで噴射した場合、ノズル噴射口での速度は約３１３ｍ／秒となり、連続流領域での衝撃圧力は式（１）により約５０ＭＰａとなる。これに対して液滴領域での衝撃圧力は式（２）により約４５０ＭＰａとなり、連続流領域での衝撃圧力の約９倍もの衝撃圧力を標的物体に与えることができる。
【００２１】
すなわち、本発明の第１の手段によれば、大気中において液体の噴射により形成される液滴群を連続的に鋼帯表面に衝突させ、衝突時の高い衝撃圧を繰り返し鋼帯表面に作用させる。これにより、鋼帯表面において壊食現象によりクレーター状のピットが形成されるので、表面粗さを付与することができる。
【００２２】
図２は、スタンドオフ距離（ノズル噴射口から噴射口の開口方向に沿って標的物体に至るまでの直線距離）と、衝撃圧との関係を示す特性線図である。図２の特性線は、衝撃圧の値が極大となる１つのピークを有している。このピークを示すスタンドオフ距離の領域では、液体噴流がほぼ完全に液滴となり、かつ液滴の減速も少ないため、水撃作用が有効に及ぼされ、より高い衝撃圧を発生させることができる。
【００２３】
このようなことから、本発明に係る第１の手段においては、液滴群の鋼帯表面への衝突により生じる衝撃圧が極大となる距離離れた位置で液体を噴射することが好ましい。
【００２４】
また、大気中で液体を噴射するにあたり、液体噴射位置を所定位置に固定した場合には液体の噴射圧を適宜変更することにより、或いは液体の噴射圧を所定圧に固定する場合にはスタンドオフ距離を適宜変更することにより、鋼帯表面に衝突するときの液滴群の個々の液滴径を調整できる。これにより、壊食により形成されるピットの深さ、ピットの大きさ等を変化させることができ、めっき鋼帯に付与する表面粗さを容易に調整できる。
【００２５】
図３は、横軸に噴射圧力（ＭＰａ）をとり、縦軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）をとって、大気雰囲気下で溶融亜鉛めっき鋼板の表面に向けて水を一定時間噴射して水滴群を衝突させたときの水の噴射圧力と鋼板表面における中心線平均粗さＲａとの関係を調べた結果を示す特性線図である。中心線平均粗さＲａとは、ＪＩＳＢ０６１０に規定されるものであり、ここではカットオフ０．８ｍｍに対する値を採用している。また、水の噴射は、フラットスプレーにより、スタンドオフ距離を１００ｍｍとし、噴射時間を５秒間として行なった。
【００２６】
図３から明らかなように、噴射圧力の値が上昇するとともにＲａの値も上昇している。しかし、噴射圧力が４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ2）未満の領域ではＲａの値が小さくなり、必要な表面粗さを付与できなくなる。このため、この場合には、噴射圧は４．９ＭＰａ以上とする。このように、スタンドオフ距離に応じて噴射圧を変更することが必要である。
【００２７】
本発明の第１の手段において、噴射される液体中には固体粒子が混合されていることが好ましい。このように固体粒子が混合された液体を噴射することにより、固体粒子が液体とともに加速され、液滴群とともに固体粒子が鋼帯表面に衝突するため、衝撃圧をより高めることができ、鋼帯に容易に表面粗度を付与することができる。
【００２８】
上記の固体粒子としては、ガーネット、鋳鉄グリッド、アルミナ、スチールグリッド、シリカ、氷などを挙げることができる。固体粒子の粒径は付与すべき表面粗度の値に応じて変更することができる。固体粒子の形状は、球形状、塊状、破砕状などいずれであってもよい。なお、固体粒子の材質および粒度は、鋼帯表面のめっき皮膜の材質や表面粗度に応じて適宜選択することができる。
【００３０】
上記のブライトロールは周面が中心線平均粗さＲａで０．２μｍであることが好ましい。このようなワークロールを用いてめっき鋼帯に調質圧延をあらかじめ施すことにより、鋼帯表面における長周期のうねり（起伏）を小さく修正できるとともに、表面欠陥が生じるのを抑制できる。これにより、製品の外観を損なうことなく調質圧延できるとともに、めっき鋼帯の塗装時に塗料の乗りを良好なものとし、塗装後表面の鮮映性を優れたものとすることができる。すなわち、長周期のうねり（起伏）を小さく修正する工程と表面粗さを付与する工程との別々の工程に分けることができるので、これら２つの工程を調質圧延のみにより同時に行なう従来技術と比べて、製品の外観を損なうことなく、かつ長周期のうねりの修正精度および付与すべき表面粗さの精度をともに高めることができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の手段について説明する。
【００３２】
本発明に係る第２の手段は、ブライトロールを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延する圧延工程と、前記溶融亜鉛めっき鋼帯を第１の液体中に連続的に浸漬する浸漬工程と、前記第１の液体中で前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に向けて第２の液体を高圧で噴射する高圧噴射工程とを備え、
前記高圧噴射工程では、第１液体中での第２液体の噴射によりキャビテーションクラウドを生成する距離におかれた液噴射口から前記第２の液体を噴射してキャビテーションを伴う噴流を前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に衝突させることにより前記溶融亜鉛めっき鋼帯に中心線平均粗さＲａで１．０μｍ以上２．５μｍ以下の表面粗さを付与することを特徴とする。
【００３３】
上記の第１液体としては、水、油、もしくはポリマー等を添加した水溶液を挙げることができ、中でも水であることが好ましい。上記の第２液体としては、水、油、ポリマー等を添加した水溶液を挙げることができ、中でも水であることが好ましい。
【００３４】
高圧液体を液体中で噴射させると、気体中で噴射させた場合と比べて流体の減速がはやい。しかし、液体中に含まれる気泡が急速に圧力低下して局所的に蒸気相（気泡，空洞）を生成し、蒸気相中の気泡が消滅するときに数ＧＰａ程度の高い圧力が発生する、いわゆるキャビテーションを生じる。
【００３５】
すなわち、本発明の第２の手段によれば、液中でキャビテーションを伴う液体噴流を連続的に鋼帯表面に衝突させ、衝突時の高い衝撃圧を繰り返し鋼帯表面に作用させる。これにより、鋼帯表面において壊食現象によりクレーター状のピットが形成され、表面粗さを付与できる。
【００３６】
図４に、ノズルから高圧水を液体中に噴射したときのキャビテーションの生成過程を模式的に示す。図４において、キャビテーションノズル５から水が噴射されると、液体中でキャビテーションクラウド７が形成される。その後、このキャビテーションクラウド７は分裂し、最終的に微小の残存気泡８となって液体中に分散された状態となる。本発明の第２の手段においては、キャビテーションクラウド７が確実に発生するスタンドオフ距離に離れた位置で液体を噴射する必要がある。
【００３７】
また、一般的には、以下の式（３）で表わされるキャビテーション係数σの値が０．６以下になるとキャビテーションが発生し、このσの値が小さいほどキャビテーションは発達することが知られている。
σ＝（Ｐａ−Ｐｖ）／（Ｐ０−Ｐａ） ・・・（３）
ただし、式（３）においてＰａは流体圧力（Ｐａ）、Ｐｖは流体の蒸気圧力（Ｐａ）、Ｐ０はノズル吐出圧力（Ｐａ）を表わす。
【００３８】
図５は、横軸にスタンドオフ距離をとり、縦軸に衝撃圧をとって、噴流媒体として水を用いた場合に、キャビテーションを伴った水噴流を標的物体に衝突させたときのスタンドオフ距離と標的物体に及ぼす衝撃圧との関係を示す特性線図である。図５に示すように、特性線は、短いスタンドオフ距離での第１のピークと、この第１のピークのスタンドオフ距離も長い距離での第２のピークとの２つのピークを有している。第１のピークは狭幅で鋭い形状であるのに対して、第２のピークは幅広でプラトー状である。すなわち、第１のピークに着目すると、スタンドオフ距離がわずかに変化すると衝撃圧値が急激に変化する。これに対して、第２のピークに着目すると、スタンドオフ距離が変化しても衝撃圧はほとんど変化せずにほぼ一定の衝撃圧値となる。このことから、本発明の第２の手段においては、スタンドオフ距離を第１のピークが形成される領域内としてもよいが、スタンドオフ距離を第２のピークが形成される領域内とすることにより、鋼帯のバタツキ等があってもほぼ一定の衝撃圧を鋼帯表面に作用させることができ、ほぼ一定の表面粗度を安定して付与できる。
【００３９】
図６は、図５で説明したのと同様に、横軸にスタンドオフ距離をとり、縦軸に衝撃圧をとって、スタンドオフ距離と標的物体に及ぼす衝撃圧との関係を示す特性線図であって、上記の式（３）のキャビテーション係数σの値を変化させたときに第２のピークが変位する様子を示している。
【００４０】
ここで、式（３）によれば、吐出圧力Ｐｌを高めるとσ値が低下する。この場合に、図５に示す特性線においては、実線で示す第２のピークがσ値の低下に伴って破線で示すように右肩上がりに変位し、衝撃圧を高められることがわかる。逆に、吐出圧力Ｐｌを低くすると破線で示す第２のピークが実線で示すように変位する。すなわち、スタンドオフ距離を第２のピークが形成される領域内とした場合、噴射すべき流体の吐出圧を調整することにより衝撃圧を調整でき、これにより鋼帯に付与する表面粗度を容易に調整できる。
【００４５】
上記のブライトロールは周面が中心線平均粗さＲａで０．２μｍであることが好ましい。このようなワークロールを用いてめっき鋼帯に調質圧延をあらかじめ施すことにより、鋼帯表面における長周期のうねり（起伏）を小さく修正できるとともに、表面欠陥が生じるのを抑制できる。これにより、製品の外観を損なうことなく調質圧延できるとともに、めっき鋼帯の塗装時に塗料の乗りを良好なものとし、塗装後表面の鮮映性を優れたものとすることができる。すなわち、長周期のうねり（起伏）を小さく修正する工程と表面粗さを付与する工程との別々の工程に分けることができるので、これら２つの工程を調質圧延のみにより同時に行なう従来技術と比べて、製品の外観を損なうことなく、かつ長周期のうねりの修正精度および付与すべき表面粗さの精度をともに高めることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。
【００４７】
（第１の実施形態）
図７は、本発明の第１の手段を実施するための装置Ａを示す概略図である。
【００４８】
この装置Ａは、図示しない高圧水供給源（高圧水発生装置）に連通する５本のヘッダ管１０を備えている。これらのヘッダ管１０は、めっき鋼帯１１の上方および下方にそれぞれ配置されている。各ヘッダ管１０はめっき鋼帯１１の幅方向と平行にかつ水平に延び、めっき鋼帯１１の進行方向に所定間隔をもって配列されている。ヘッダ管１０には、複数のフラットスプレーノズル１２がめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、それぞれヘッダ管１０と連通している。各ノズル１２の噴射口はめっき鋼帯１１の表面を向いて開口している。また、各フラットスプレーノズル１２の噴射口とめっき鋼帯１１の表面との最短距離（スタンドオフ距離）は、噴射口から噴射された水がめっき鋼帯１１の表面に達するときに液滴群として衝突するように調整可能となっている。
【００４９】
さらに、図８に示すように、図示しないめっき処理装置の下流側であって、図７に示す装置Ａの上流側に、ブライトロール１３を有する調質圧延機１４が設けられている。
【００５０】
図示しないめっき処理装置でめっきされためっき鋼帯１１は、調質圧延機１４により調質圧延され、めっき鋼帯１１の表面における長周期のうねり（起伏）を除去される。これに引き続き、めっき鋼帯１１は大気雰囲気下で図７に示す装置Ａに搬送される。ヘッダ管１０内には図示しない高圧水供給源からの高圧水が流通し、高圧水は各フラットスプレーノズル１２に導入され、噴射口からめっき鋼帯１１の表面に向けて噴射され、液滴群としてめっき鋼帯１１の表面に衝突する。
【００５１】
図９は、フラットスプレーノズル１２から噴射された水が液滴群としてめっき鋼帯１１の表面に達したときの形跡を模式的に示す図である。フラットスプレーノズル１２の噴射口は、ヘッダ管１０の端面側から見ると、図１０に示すように鉛直下向きの方向に対してめっき鋼帯１１の進行方向と逆の方向（上流側）に角度θ１をもって傾斜する方向を向いている。さらに、フラットスプレーノズル１２の噴射口は、めっき鋼帯１１の幅方向と平行な方向に対して反時計回りにねじられた角度θ２をもつように方向づけられている。すなわち、フラットスプレーノズル１２の噴射口から噴射された水はヘッダ管１０の位置よりも上流側のめっき鋼帯１１の表面に向けて平面状かつ扇形状をなして噴射され、図９に示すようにめっき鋼帯１１の表面に達したときにめっき鋼帯１１の幅方向に対して反時計回りに角度θ２をもつ、ほぼ線状（狭幅のレンズ状）の形跡をなすように衝突する。また、めっき鋼帯１１の進行方向に見たときに、この形跡の端部が隣り合う形跡の端部と重なり合うように、噴射水がなす扇形状の中心角、すなわち噴射水の拡がり角度が設定されている。ここで、上記の角度θ１およびθ２をともに５°以上とすると、噴射された水はめっき鋼帯１１の進行方向に逆行するように噴射されるため、めっき鋼帯１１の表面での衝撃圧を有効に作用させることができるとともに、隣り合うフラットスプレーノズル１２からの噴射水がめっき鋼帯１１の表面上で互いにオーバーラップするように到達するため、めっき鋼帯１１の表面上において衝撃圧が低くなる部位を補償できる。このため、めっき鋼帯１１の幅方向にわたり均一に表面粗さを付与することができるようになっている。
【００５２】
なお、上記の第１実施形態では、高圧水を噴射させるにあたり、フラットスプレーノズル１２を使用するものとして記述したが、これのみに限定されることなく、例えば円錐状に噴射するフルコーンスプレーノズルや角筒状に噴射する角吹きスプレーノズル等を使用するようにしてもよい。
【００５３】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の手段を実施するための装置Ｂを概略的に示す図である。
【００５４】
この装置Ｂは、槽２０、ルーパー２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよびヘッダ管２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを備えている。さらに、図示しないめっき処理装置の下流側であって、この装置Ｂの上流側には、上記の第１実施形態で説明したのと同様な、ブライトロールを有する調質圧延機（図示せず）が設けられている。
【００５５】
槽２０内には水が収容されている。ルーパー２１ａ、２１ｂは、槽２０の一方の側壁の開口側近傍および対向する他方の側壁の開口側近傍にそれぞれ回転可能に設けられている。また、ルーパー２１ｃはルーパー２１ａおよび２１ｂとそれぞれ等距離をもって槽２０内に回転可能に設けられている。これらルーパー２１ａ〜２１ｃはそれぞれ、水平にかつめっき鋼帯１１の幅方向と平行に配列されている。
【００５６】
ヘッダ管２２ａ〜２２ｆは、それぞれルーパー２１ａ〜２１ｃと平行に配列するように設けられている。対をなすヘッダ管２２ａ，２２ｂは槽２０内に設けられ、ルーパー２１ａ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の下面からそれぞれ所定距離をもつように配置されている。
【００５７】
また、対をなすヘッダ管２２ｃ，２２ｄは槽２０内に設けられ、ルーパー２１ｂ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の下面からそれぞれ所定距離をもつように配置されている。
【００５８】
さらに、対をなすヘッダ管２２ｅ，２２ｆは槽２０内においてルーパー２１ｃの直上に設けられ、ルーパー２１ａ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面と、ルーパー２１ｂ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面との両方から所定距離をもつように配置されている。
【００５９】
ヘッダ管２２ａ，２２ｂおよび２２ｃ，２２ｄには、複数のキャビテーションノズル２３が設けられている。キャビテーションノズル２３はめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、それぞれヘッダ管２２ａ〜２２ｄと連通している。これらのキャビテーションノズル２３の噴射口はそれぞれめっき鋼帯１１の下面を向いて開口している。
【００６０】
ヘッダ管２２ｅ，２２ｆには、ルーパー２１ａ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面を向いて開口する複数のキャビテーションノズル２３がめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、かつそれぞれヘッダ管２２ｅ，２２ｆに連通している。また、ヘッダ管２２ｅ，２２ｆには、ルーパー２１ｂ，２１ｃの間に位置するめっき鋼帯１１の上面を向いて開口する複数のキャビテーションノズル２３がめっき鋼帯１１の帯幅に応じて等ピッチ間隔で取り付けられ、かつそれぞれヘッダ管２２ｅ，２２ｆに連通している。キャビテーションノズル２３の各噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離は、キャビテーションクラウドが形成されるように調整可能となっている。
【００６１】
図１２は、キャビテーションノズル２３を拡大して示す断面図である。キャビテーションノズル２３は外形が円筒形状をなし、その内部がいわゆるホーンノズルと呼ばれるものと同様な形状をなすように開口されている。このキャビテーションノズルは、一端部が円筒状に開口された高圧水導入路２４を有し、図示しないヘッダ管２２ａないし２２ｆに連通する。また、高圧水導入路２４の終端縁から円錐状に収縮するように開口された収縮部２５を有し、この収縮部２５と連通する噴射口２６とこの噴射口２６から放射状に拡幅開口され、外部開放された膨張部２７とを有している。この膨張部２７を設けることにより、高圧水が噴射口２６から放射状に広がって液中に噴射されるので、液中でのキャビテーションの発生領域を広げることができる。このため、液中を通過するめっき鋼帯１１の表面全体にわたりキャビテーションを作用させることができ、均一な表面粗度を付与することができるようになっている。
【００６２】
図示しないめっき処理装置から送給されためっき鋼帯１１は、調質圧延機（図示せず）により調質圧延され、めっき鋼帯１１の表面における長周期のうねり（起伏）を除去される。これに引き続き、鋼帯は図１１に示す装置Ｂに搬送され、槽２０の上方からルーパー２１ａを介して槽２０内に水没し、ルーパー２１ｃを介した後にルーパー２１ｂを介して槽２０外に引き上げられる。各ヘッダ管２２ａ〜２２ｆ内には図示しない高圧水供給源からの高圧水が流通し、高圧水は各キャビテーションノズル２３に導入され、噴射口から槽２０内の水中を通過するめっき鋼帯１１の表面に向けて噴射され、水中において発生したキャビテーションを伴う噴流をめっき鋼帯１１の表面に衝突させ、めっき鋼帯１１に表面粗さを付与する。
【００６３】
以上説明した図７に示す装置Ａおよび図１１に示す装置Ｂにおいては、高圧水に固体粒子を混合させる系統を設けるようにしてもよい。
【００６４】
例えば、図１３に示すように、固体粒子導入装置３０をヘッダ管と連通するように設けることができる。この固体粒子導入装置３０により固体粒子がヘッダ管内に導入され、ヘッダ管内で高圧水と混合される。この場合に、用いる固体粒子は、図７の装置Ａに用いたフラットスプレーノズル１２や図１３の装置Ｂに用いたキャビテーションノズル２３において最小となる内部流路径よりも小さい粒径のものを用いる必要がある。
【００６５】
また、図１４に示すように、高圧水供給源（高圧水発生装置）４０とヘッダ管との間の配管部分に圧力容器４１を介在させ、この圧力容器に連通するように前述した固体粒子導入装置３０を設けるようにしてもよい。この場合、高圧水供給源４０から供給された高圧水と、固体粒子導入装置３０から所定量導入された固体粒子とが圧力容器４１内で十分混合され、スラリー状の高圧水としてヘッダ管に導入される。
【００６６】
さらに、図１１に示す第２の手段を実施するための装置Ｂにおいては、図１５に示すように、固体粒子導入装置３０を槽の外部に設けて、槽２０内に収容された水中に固体粒子を導入するようにしてもよい。なお、図１５には、固体粒子導入装置３０は、槽２０の上方から固体粒子を投入するものと、槽２０の対向する側壁においてそれぞれ開口する配管を介して固体粒子を導入するものとを示している。また、この場合には、槽２０内に収容された水にあらかじめ固体粒子を所定濃度で混合させておく。槽２０内の水中で高圧水が噴射され続けると、水とともに固体粒子がオーバーフローにより槽２０外に流出するが、固体粒子導入装置３０から槽２０内の固体粒子濃度が所定値となるように固体粒子を適宜導入するようにすればよい。さらに、この場合に、図１５に示すように、槽２０内に攪拌羽等を有する攪拌装置５０を設けることが好ましい。これにより槽２０内に収容された水を攪拌して固体粒子を水中で均一に分散させることができる。これにより、水中の固体粒子を有効利用でき、めっき鋼帯１１の表面全体にわたり衝突させることができるので、めっき鋼帯１１に均一な表面粗さを付与できる。
【００６７】
（実施例）
以下、本発明の実施例を記載する。
【００６８】
（例１）
図７に示す構成の装置Ａにおいて、図１３に示す固体粒子を導入する系統が設けられているものを用いた。この系統により、固体粒子としての鉄粉（粒径５０μｍ）と高圧水とがヘッダ管で混合できるようになっている。なお、本例１では、この系統は用いず、鉄粉を混合しないようにした。
【００６９】
調質圧延機１４に用いるワークロールとしては、直径６００ｍｍおよび胴長２０００ｍｍであって、周面が中心線平均粗さＲａで０．２８μｍであるブライトロールを用いた。
【００７０】
本例１においては、フラットスプレーノズル１２はヘッダ管１０の長手方向に１５０ｍｍピッチで取り付けられている。各フラットスプレーノズル１２の噴射口とめっき鋼帯１１の表面とのスタンドオフ距離を１５０ｍｍとした。前述した角度θ１およびθ２は、１５°となるように設定した。
【００７１】
このような装置を用い、板厚０．８ｍｍ、板幅１２５０ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼帯（長さ２００ｋｍ）を調質圧延し、引き続き表面粗さを付与した。この一連の処理における通板速度は１００ｍ／分とし、高圧水の噴射圧力は９．８ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）とした。
【００７２】
（例２）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２７μｍであるブライトロールを用い、高圧水の圧力を２９．４ＭＰａ（３００ｋｇ／ｃｍ２）とした以外は、前述した例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７３】
（例３）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２７μｍであるブライトロールを用い、フラットスプレーノズルの噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離を３００ｍｍとした以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７４】
（例４）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２９μｍであるブライトロールを用い、固体粒子を導入する系統を用いてヘッダ管内で鉄粉が体積比で１０％の割合で混合された高圧水を圧力４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ２）で噴射するようにした以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さの付与を行なった。
【００７５】
（例５）
周面が中心線平均粗さＲａで３．１μｍであるダルロール（放電加工）を用いた以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７６】
（例６）
周面が中心線平均粗さＲａで２．９μｍであるダルロール（ＳＢ加工）を用いた以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７７】
（例７）
周面が中心線平均粗さＲａで０．２８μｍであるブライトロールを用い、高圧水の噴射圧力を２．４５ＭＰａ（２５ｋｇ／ｃｍ２）とした以外は、例１と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００７８】
（例８）
例８では、図１１に示す装置Ｂにおいて、固体粒子としての鉄粉（平均粒径５０μｍ）を導入する固体粒子導入装置３０および攪拌羽を有する攪拌装置５０が設けられた図１５に示す構成のものを用いた。この固体粒子導入装置３０は、槽内の鉄粉がオーバーフローにより槽外に流出しても所定の混合割合を維持できるように鉄粉を槽内に導入するようになっている。なお、本例８では固体粒子導入装置３０は用いなかった。
【００７９】
調質圧延機に用いるワークロールとしては、直径６００ｍｍおよび胴長２０００ｍｍであって、周面が中心線平均粗さＲａで０．２５μｍであるブライトロールを用いた。
【００８０】
本例８においては、キャビテーションノズル２３は各ヘッダ管２２ａ〜２２ｆの長手方向に１５０ｍｍピッチで取り付けられている。キャビテーションノズル２３において、噴射口２６の口径は１．２ｍｍ、膨張部２７の角度θ３は１２０°となっている。各キャビテーションノズル２３の噴射口２６とめっき鋼帯１１の表面とのスタンドオフ距離は１００ｍｍとした。
【００８１】
このような装置を用い、板厚０．８ｍｍ、板幅１２５０ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼帯（長さ２００ｋｍ）を調質圧延し、これに引き続き、調質圧延された溶融亜鉛めっき鋼帯を水中に浸漬し、浸漬時に高圧水を噴射して表面粗さを付与した。この一連の処理における通板速度は１００ｍ／分とし、高圧水の噴射圧力は９．８ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）とした。
【００８２】
（例９）
例９では、槽２０内に収容された水にはあらかじめ平均粒径５０μｍの鉄粉が質量比で１％となるように混合し、攪拌装置５０により水を攪拌するようにした。そして、周面が中心線平均粗さＲａで０．３μｍであるブライトロールを用いた以外は、例８と同様にして溶融亜鉛めっき鋼帯の調質圧延および表面粗さ付与を行なった。
【００８３】
（例１０）
周面が中心線平均粗さＲａで３μｍであるダルロール（放電加工）を用いて例１で説明したのと同様な溶融亜鉛めっき鋼帯につき調質圧延のみ行なった。
【００８４】
（例１１）
周面が中心線平均粗さＲａで２．９μｍであるダルロール（ＳＢ加工）を用いた以外は、例１０と同様に調質圧延のみ行なった。
【００８５】
上述した例１〜１１で得られた各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、鋼帯表面の中心線平均粗さＲａの値を調べるとともに、ろ波中心線うねりＷｃａの値を調べた。また、鋼帯全長にわたって表面の外観検査を行ない疵等の表面欠陥の有無を調べた。これらの評価結果を表１に示す。なお、表１には鋼帯の全長にわたる粗さ変化の有無を調べた結果も併記する。
【００８６】
【表１】
表１に示すように、例１の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部（トップから１ｋｍの部位のことをいう。）で１．５μｍ、ボトム部（ボトムから１ｋｍ（トップから１９９ｋｍ）の部位のことをいう。）で１．６μｍとなり、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく、Ｗｃａ値がトップ部で０．５７μｍ、ボトム部で０．６μｍとなり、さらに表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観を有することが判明した。
【００８８】
例２の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で２．５μｍ、ボトム部で２．５μｍとなり、Ｗｃａ値がトップ部で０．６２μｍ、ボトム部で０．６３μｍとなり、例１と比べてＲａ値は１．０μｍ高くなるとともにＷｃａ値はほぼ同じ値であった。すなわち、ノズル噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離を一定にした場合、高圧水の噴射圧力の調整により、Ｗｃａ値をほとんど変化させることなくＲａ値を調整できることが判明した。また、例２のめっき鋼帯は、上記のように高いＲａ値および低いＷｃａ値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観を有することが判明した。
【００８９】
例３の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．０μｍ、ボトム部で１．０μｍ、Ｗｃａ値がトップ部で０．５５μｍ、ボトム部で０．５４μｍとなり、例１と比べてＲａ値が０．５μｍ低下するとともにＷｃａ値はほぼ同じ値を示した。すなわち、高圧水の噴射圧力を一定にした場合、ノズル噴射口と鋼帯表面とのスタンドオフ距離を調整することにより、Ｗｃａ値をほとんど変化させることなくＲａ値を調整できることが判明した。また、例３のめっき鋼帯は、上記のように高いＲａ値および低いＷｃａ値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観性を有することが判明した。
【００９０】
例４の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で３．０μｍ、ボトム部で３．１μｍ、Ｗｃａ値がトップ部で０．７０μｍ、ボトム部で０．６８μｍとなり、例１と比べてＲａ値は１．５μｍ高くなるとともに、Ｗｃａ値はほぼ同じ値を示した。すなわち、固体粒子を混合させることにより高圧水の噴射圧力を低くしても容易に表面粗さを付与でき、しかもＷｃａ値をほとんど変化させることなく表面粗さを付与できることが判明した。また、例４のめっき鋼帯は、上記のように高いＲａ値および低いＷｃａ値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観を有することが判明した。
【００９１】
例５の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．６μｍ、ボトム部で１．５μｍ、Ｗｃａ値がトップ部で０．７２μｍ、ボトム部で０．６７μｍとなり、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がないものの、表面欠陥が認められることから、外観を損なうことが判明した。
【００９２】
例６の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．７μｍ、ボトム部で１．６μｍと高い値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がないものの、Ｗｃａ値がトップ部で１．２６μｍ、ボトム部で１．２７μｍと大幅に高くなり塗装後鮮映性に劣るものであることが判明した。しかも、このめっき鋼帯は表面欠陥が認められ、製品外観を損なうことが判明した。
【００９３】
例７の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｗｃａ値がトップ部で０．４５μｍ、ボトム部で０．４８μｍとなり低い値を示し、また表面欠陥が認められないものの、Ｒａ値がトップ部で０．２μｍ、ボトム部で０．２μｍとなり大幅に低下することから、プレス成形性に劣るものであることが判明した。
【００９４】
例８の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．５μｍ、ボトム部で１．４μｍと高い値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく、Ｗｃａ値もトップ部で０．６２μｍ、ボトム部で０．６４μｍと低い値を示し、さらに表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観性をも有することが判明した。
【００９５】
例９の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で３．０μｍ、ボトム部で２．８μｍと高い値を示し、かつ鋼帯全長にわたり粗さ変化がなく、Ｗｃａ値もトップ部で０．６９μｍ、ボトム部で０．７０μｍと低い値を示し、さらに表面欠陥が認められないことから、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を有し、かつ優れた外観をも有することが判明した。
【００９６】
例１０の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｗｃａ値がトップ部で０．７０μｍ、ボトム部で０．８２μｍとなり、低い値であるものの、Ｒａ値がトップ部で１．５μｍ、ボトム部で０．４μｍとなり、ボトム部でＲａ値が大幅に低下し、しかも鋼帯全長にわたり粗さ変化が認められ、プレス成形性に劣るものであることが判明した。しかも、例１０のめっき鋼帯は表面欠陥が認められ、外観が損なわれることが判明した。
【００９７】
例１１の溶融亜鉛めっき鋼帯は、Ｒａ値がトップ部で１．４μｍ、ボトム部で０．３μｍとなり、ボトム部で大幅に低下し、鋼帯全長にわたり粗さ変化が認められ、しかもＷｃａ値がトップ部で１．２０μｍ、ボトム部で１．１８μｍとなり、高い値を示すことからプレス成形性および塗装後鮮映性ともに劣ることが判明した。しかも、例１１のめっき鋼帯は表面欠陥が認められ、外観が損なわれることが判明した。
【００９８】
図１６は、横軸にめっき鋼帯の先方端縁からの長手方向距離（ｋｍ）をとり、縦軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）をとって、上記の例１〜４および例８，９の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、めっき鋼帯の先方端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図である。図１６において、黒丸を結んだ曲線は例１の場合の結果を示す特性線、白丸を結んだ曲線は例２の場合の結果を示す特性線、黒三角を結んだ曲線は例３の場合の結果を示す特性線、白三角を結んだ曲線は例４の場合の結果を示す特性線、白四角を結んだ曲線は例８の場合の結果を示す特性線、黒四角を結んだ曲線は例９の場合の結果を示す特性線である。
【００９９】
図１７は、上記の図１６と同様に、横軸にめっき鋼帯の先方端縁からの長手方向距離（ｋｍ）をとり、縦軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）をとって、上記の例７，例１０の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、めっき鋼帯の先方端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図である。図１７において、白菱形を結んだ曲線は例７の場合の結果を示す特性線図であり、黒菱形を結んだ曲線は例１０の場合の結果を示す特性線である。
【０１００】
図１６から、例１〜４および例８，９の各溶融亜鉛めっき鋼帯はいずれも鋼帯全長にわたってＲａ値が高い値を示し、かつそれぞれのＲａ値がほぼ一定であり、鋼帯全長にわたり高い表面粗さを安定して付与できることが明らかである。
【０１０１】
これに対して、図１７に示すように、例７では鋼帯全長にわたりほぼ一定のＲａ値であるものの、その値は約０．２μｍと低いことから、高い表面粗さを付与できないことが判明した。例１０では距離が増加するとともにＲａ値が大幅に低下し、距離約１２５ｋｍから２００ｋｍまでの範囲に至ってはＲａ値が約０．４μｍと極めて低くなり、鋼帯全長にわたり高い表面粗さを安定して付与できないことが判明した。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、製品外観を損なうことなく、高効率でかつ安定してめっき鋼帯に表面粗さを付与できるめっき鋼帯の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧の液体を大気中で水平に噴射したときの液体の形態変化を説明するために示す模式図。
【図２】スタンドオフ距離と衝撃圧との関係を示す特性線図。
【図３】大気雰囲気下で溶融亜鉛めっき鋼板の表面に向けて水を一定時間噴射して水滴群を衝突させたときの水の噴射圧力と鋼板表面における中心線平均粗さＲａとの関係を調べた結果を示す特性線図。
【図４】ノズルから高圧水を液体中で噴射したときのキャビテーションの生成過程を模式的に示す図。
【図５】キャビテーションを伴った水噴流を標的物体に衝突させたときのスタンドオフ距離と衝撃圧との関係を示す特性線図。
【図６】図５の特性線図において、キャビテーション係数σの値を変化させたときのスタンドオフ距離と衝撃圧との関係を示す特性線図。
【図７】本発明の第１の手段を実施するための装置Ａを示す概略図。
【図８】図７の装置Ａにおいて、調質圧延機の配置を示す概略図。
【図９】フラットスプレーノズルから噴射された水が鋼帯表面に達したときの形跡を模式的に示す図。
【図１０】図７の装置Ａのフラットスプレーノズルの噴射口の向く方向を説明するための概略図。
【図１１】本発明の第２の手段を実施するための装置を概略的に示す図。
【図１２】図１１の装置Ｂのキャビテーションノズルを拡大して示す断面図。
【図１３】図７の装置Ａまたは図１１の装置Ｂに固体粒子を導入する系統を適用した例を示す概略図。
【図１４】図７の装置Ａまたは図１１の装置Ｂに固体粒子を導入する別の系統を適用した例を示す概略図。
【図１５】図１１の装置Ｂに固体粒子を導入する別の系統を適用した例を示す概略図。
【図１６】例１〜４および例８，９の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、鋼帯の長手方向一端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図。
【図１７】例７，例１０の各溶融亜鉛めっき鋼帯につき、鋼帯の長手方向一端縁からの距離と、その距離に位置する部位の表面粗さＲａ値との関係を調べた結果を示す特性線図。
【符号の説明】
１…高圧水噴射ノズル、
２…ポテンシャルコア、
３…液柱、
４…液滴群、
５…キャビテーションノズル、
６…周囲液体、
７…キャビテーションクラウド、
８…残存気泡、
１０，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ…ヘッダ管、
１１…めっき鋼帯、
１２…フラットスプレーノズル、
１３…ブライトロール、
１４…調質圧延機、
２０…槽、
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…ルーパー、
２３…キャビテーションノズル、
３０…固体粒子導入装置、
４０…高圧水供給源（高圧水発生装置）、
４１…圧力容器、
５０…攪拌装置。
Claims (2)
- ブライトロールを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延する圧延工程と、大気中において前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に向けて液体を高圧で噴射する工程とを備え、
前記高圧噴射工程では、噴射液体が連続する液柱から個々の液滴群となる形態変化を生じる距離におかれた液噴射口から前記液体を４．９ＭＰａ以上の噴射圧力で噴射して前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に液滴群を連続的に衝突させることにより前記溶融亜鉛めっき鋼帯に中心線平均粗さＲａで１．０μｍ以上２．５μｍ以下の表面粗さを付与することを特徴とするプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法。 - ブライトロールを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を調質圧延する圧延工程と、
前記溶融亜鉛めっき鋼帯を第１の液体中に連続的に浸漬する浸漬工程と、
前記第１の液体中で前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に向けて第２の液体を高圧で噴射する高圧噴射工程とを備え、
前記高圧噴射工程では、第１液体中での第２液体の噴射によりキャビテーションクラウドを生成する距離におかれた液噴射口から前記第２の液体を噴射してキャビテーションを伴う噴流を前記溶融亜鉛めっき鋼帯の表面に衝突させることにより前記溶融亜鉛めっき鋼帯に中心線平均粗さＲａで１．０μｍ以上２．５μｍ以下の表面粗さを付与することを特徴とするプレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法。
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