JP6131919B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱帯、均熱帯及び冷却帯がこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき浴と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。

近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与する高張力鋼板（ハイテン鋼材）の需要が高まっている。ハイテン鋼材としては、例えば、鋼中にＳｉを含有することにより穴広げ性の良好な鋼板や、ＳｉやＡｌを含有することにより残留γが形成しやすく延性の良好な鋼板が製造できることがわかっている。

しかし、Ｓｉを多量に（特に０．２質量％以上）含有する高張力鋼板を母材として合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、以下の問題がある。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中で６００〜９００℃程度の温度で母材の鋼板を加熱焼鈍した後に、該鋼板に溶融亜鉛めっき処理を行い、さらに亜鉛めっきを加熱合金化することによって、製造される。

ここで、鋼中のＳｉは易酸化性元素であり、一般的に用いられる還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中でも選択酸化されて、鋼板の表面に濃化し、酸化物を形成する。この酸化物は、めっき処理時の溶融亜鉛との濡れ性を低下させて、不めっきを生じさせる。そのため、鋼中Ｓｉ濃度の増加と共に、濡れ性が急激に低下して不めっきが多発する。また、不めっきに至らなかった場合でも、めっき密着性に劣るという問題がある。さらに、鋼中のＳｉが選択酸化されて鋼板の表面に濃化すると、溶融亜鉛めっき後の合金化過程において著しい合金化遅延が生じ、生産性を著しく阻害するという問題もある。

このような問題に対して、例えば、特許文献１には、直火型加熱炉（ＤＦＦ）を用いて、鋼板の表面を一旦酸化させた後、還元雰囲気下で鋼板を焼鈍することで、Ｓｉを内部酸化させ、鋼板の表面にＳｉが濃化するのを抑制し、溶融亜鉛めっきの濡れ性および密着性を向上させる方法が記載されている。加熱後の還元焼鈍については常法（露点−３０〜−４０℃）でよいと記載されている。

特許文献２には、順に加熱帯前段、加熱帯後段、保熱帯及び冷却帯を有する焼鈍炉と溶融めっき浴とを用いた連続焼鈍溶融めっき方法において、鋼板温度が少なくとも３００℃以上の領域の鋼板の加熱または保熱を間接加熱とし、各帯の炉内雰囲気を水素１〜１０体積％、残部が窒素及び不可避的不純物よりなる雰囲気とし、前記加熱帯前段で加熱中の鋼板到達温度を５５０℃以上７５０℃以下とし、かつ、露点を−２５℃未満とし、これに続く前記加熱帯後段及び前記保熱帯の露点を−３０℃以上０℃以下とし、前記冷却帯の露点を−２５℃未満とする条件で焼鈍を行うことにより、Ｓｉを内部酸化させ、鋼板の表面にＳｉが濃化するのを抑制する技術が記載されている。また、加熱帯後段及び／又は保熱帯に、窒素と水素の混合ガスを加湿して導入することも記載されている。

特許文献３には、炉内ガスの露点を測定しながら、その測定値に応じて、炉内ガスの供給及び排出の位置を変化させることによって、還元炉内ガスの露点を−３０℃超０℃以下の範囲内になるように制御して、鋼板の表面にＳｉが濃化するのを抑制する技術が記載されている。加熱炉についてはＤＦＦ（直火加熱炉）、ＮＯＦ（無酸化炉）、ラジアントチューブタイプのいずれでもよいが、ラジアントチューブタイプで顕著に発明効果が発現できるので好ましいとの記載がある。

特開２０１０−２０２９５９号公報 ＷＯ２００７／０４３２７３号公報 特開２００９−２０９３９７号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、還元後のめっき密着性は良好であるものの、Ｓｉの内部酸化量が不足しやすく、鋼中のＳｉの影響で合金化温度が通常よりも３０〜５０℃高温になってしまい、その結果鋼板の引張強度が低下する問題があった。十分な内部酸化量を確保するために酸化量を増加させると、焼鈍炉内のロールに酸化スケールが付着し鋼板に押し疵、いわゆるピックアップ欠陥が発生する。このため、酸化量を単に増加させる手段は取れない。

特許文献２に記載の方法では、加熱帯前段、加熱帯後段、保熱帯の加熱・保温を間接加熱としているため、特許文献1の直火加熱の場合のような鋼板表面の酸化が起こりにくく、特許文献1と比較してもＳｉの内部酸化が不十分であり、合金化温度が高くなるという問題がより顕著である。更に、外気温変動や鋼板の種類によって炉内に持ち込まれる水分量が変化することに加え、混合ガス露点も外気温変動によって変動しやすく、安定して最適露点範囲に制御することが困難であった。このように露点変動が大きいことで、上記露点範囲や温度範囲であっても、不めっき等の表面欠陥が発生し、安定した製品を製造するは困難であった。

特許文献３に記載の方法では、加熱炉にＤＦＦを使用すれば鋼板表面の酸化は起こりえるが、焼鈍炉に積極的に加湿ガスを供給しないので、露点を制御範囲の中でも高露点領域の−２０〜０℃で安定的に制御することが困難である。また、仮に露点が上昇した場合には炉上部の露点が高くなりやすく、炉下部の露点計で０℃となったときには、炉上部では＋１０℃以上の高露点雰囲気となる場合があり、そのまま長期間操業するとピックアップ欠陥が発生することがわかった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、Ｓｉを０．２質量％以上含む鋼帯に合金化溶融亜鉛めっきを施した場合でも、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができ、かつ、合金化温度を下げることで引張強度の低下を抑制することが可能な、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、加熱帯に直火加熱炉（ＤＦＦ）を用いて鋼板表面の酸化を十分に行わせた後に、均熱帯全体を常法の露点よりも高露点としてＳｉの内部酸化を十分に行わせることにより、Ｓｉの表面濃化を抑制して合金化温度を低減させる技術である。

本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］直火型加熱炉を含む加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
鋼帯を前記焼鈍炉の内部で、前記加熱帯、前記均熱帯及び前記冷却帯の順に搬送して、前記鋼帯に対して焼鈍を行う工程と、
前記冷却帯から排出される鋼帯に対して、前記溶融亜鉛めっき設備を用いて溶融亜鉛めっきを施す工程と、
亜鉛めっきを加熱合金化する工程と、
を有し、
前記均熱帯に供給される還元性ガス又は非酸化性ガスは、加湿装置により加湿されたガスと、前記加湿装置により加湿されていない乾燥ガスとを所定の混合比で混合して得た混合ガスであり、
前記均熱帯の高さ方向の下部１／２の領域に設けられた少なくとも１つのガス供給口から前記混合ガスを前記均熱帯内に供給して、前記均熱帯の高さ方向の上部１／５の領域で測定される露点と、下部１／５の領域で測定される露点とを、共に−２０℃以上０℃以下とすることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

［２］前記ガス供給口は、複数配置され、かつ、２つ以上の異なる高さ位置に少なくとも１つ配置される上記［１］に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

［３］同じ高さ位置に配置された前記ガス供給口からのガス流量の合計を、全ての高さ位置において同一として、高さ位置が低い前記ガス供給口から供給される前記混合ガスほど露点を高くする上記［２］に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

［４］全ての前記ガス供給口から供給される前記混合ガスの露点を同一として、高さ位置が低い前記ガス供給口からのガス流量ほど多くする上記［２］に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

［５］前記均熱帯への前記混合ガスの供給条件が以下の式（１）を満たす上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

ここで、
Ｖ：混合ガスの流量（m³/hr）
ｍ：混合ガスの露点から算出される混合ガスの含有水分（ppm）
ｙ：露点計又はガス供給口の高さ位置（ｍ）
N：ガス供給口の合計数
添え字
ｔ：混合ガスの合計
ａ：前記均熱帯の高さ方向の上部１／５の領域に配置される露点計
ｂ：前記均熱帯の高さ方向の下部１／５の領域に配置される露点計
ｉ：ｉ番目のガス供給口

［６］前記直火型加熱炉は、酸化用バーナと、該酸化用バーナより鋼板移動方向下流に位置する還元用バーナと、を有し、前記酸化用バーナの空気比を０．９５以上１．５以下とし、前記還元用バーナの空気比を０．５以上０．９５未満とする上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、Ｓｉを０．２質量％以上含む鋼帯に合金化溶融亜鉛めっきを施した場合でも、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができ、かつ、合金化温度を下げることで引張強度の低下を抑制することが可能である。

本発明の一実施形態による合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に用いる連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を示す模式図である。 図１における均熱帯１２への混合ガスの供給系を示す模式図である。

（連続溶融亜鉛めっき装置１００）
まず、本発明の一実施形態による合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に用いる連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を、図１を参照して説明する。連続溶融亜鉛めっき装置１００は、加熱帯１０、均熱帯１２及び冷却帯１４，１６がこの順に並置された焼鈍炉２０と、冷却帯１６に隣接した溶融亜鉛めっき設備としての溶融亜鉛めっき浴２２と、を有する。本実施形態において加熱帯１０は、第１加熱帯１０Ａ（加熱帯前段）及び第２加熱帯１０Ｂ（加熱帯後段）を含む。冷却帯は、第１冷却帯１４（急冷帯）及び第２冷却帯１６（除冷帯）を含む。第２冷却帯１６と連結したスナウト１８は、先端が溶融亜鉛めっき浴２２に浸漬しており、焼鈍炉２０と溶融亜鉛めっき浴２２とが接続されている。連続溶融亜鉛めっき装置１００は、亜鉛めっきを加熱合金化するための合金化設備２３も有する。

鋼帯Ｐは、第１加熱帯１０Ａの下部の鋼帯導入口から第１加熱帯１０Ａ内に導入される。各帯１０，１２，１４，１６には、上部及び下部に１つ以上のハースロールが配置される。ハースロールを起点に鋼帯Ｐが１８０度折り返される場合、鋼帯Ｐは焼鈍炉２０の所定の帯の内部で上下方向に複数回搬送され、複数パスを形成する。図１においては、均熱帯１２で１０パス、第１冷却帯１４で２パス、第２冷却帯１６で２パスの例を示したが、パス数はこれに限定されず、処理条件に応じて適宜設定可能である。また、一部のハースロールでは、鋼帯Ｐを折り返すことなく直角に方向転換させて、鋼帯Ｐを次の帯へと移動させる。このようにして、鋼帯Ｐを焼鈍炉２０の内部で、加熱帯１０、均熱帯１２及び冷却帯１４，１６の順に搬送して、鋼帯Ｐに対して焼鈍を行うことができる。

焼鈍炉２０において、隣接する帯は、それぞれの帯の上部同士または下部同士を接続する連通部を介して連通している。本実施形態では、第１加熱帯１０Ａと第２加熱帯１０Ｂとは、それぞれの帯の上部同士を接続するスロート（絞り部）を介して連通する。第２加熱帯１０Ｂと均熱帯１２とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。均熱帯１２と第１冷却帯１４とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロート３２を介して連通する。第１冷却帯１４と第２冷却帯１６とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。各スロートの高さは適宜設定すればよいが、ハースロールの直径が１ｍ程度であることから、１．５ｍ以上とすることが好ましい。ただし、各帯の雰囲気の独立性を高める観点から、各連通部の高さはなるべく低いことが好ましい。

（加熱帯）
本実施形態において、第２加熱帯１０Ｂは、直火型加熱炉（ＤＦＦ）である。ＤＦＦは例えば特許文献１に記載されるような公知のものを用いることができる。図１においては図示しないが、第２加熱帯１０Ｂにおける直火型加熱炉の内壁には、複数のバーナが鋼帯Ｐに対向して分散配置される。複数のバーナは複数のグループに分けられ、グループごとに燃料率及び空気比を独立に制御可能とすることが好ましい。第1加熱帯１０Ａの内部には、第２加熱帯１０Ｂの燃焼排ガスが供給され、その熱で鋼帯Ｐを予熱する。

燃焼率は、実際にバーナに導入した燃料ガス量を、最大燃焼負荷時のバーナの燃料ガス量で割った値である。バーナを最大燃焼負荷で燃焼したときが燃焼率１００％である。バーナは、燃焼負荷が低くなると安定した燃焼状態が得られなくなる。よって、燃焼率は通常３０％以上とすることが好ましい。

空気比は、実際のバーナに導入した空気量を、燃料ガスを完全燃焼するために必要な空気量で割った値である。本実施形態では、第２加熱帯１０Ｂの加熱用バーナを４つの群（＃１〜＃４）に分割し、鋼板移動方向上流側の３つの群（＃１〜＃３）は酸化用バーナ、最終ゾーン（＃４）は還元用バーナとし、酸化用バーナ及び還元用バーナの空気比を個別に制御可能とした。酸化用バーナでは、空気比を０．９５以上１．５以下とすることが好ましい。還元用バーナでは、空気比を０．５以上０．９５未満とすることが好ましい。また、第２加熱帯１０Ｂの内部の温度は、８００〜１２００℃とすることが好ましい。

（均熱帯）
本実施形態において均熱帯１２では、加熱手段としてラジアントチューブ（ＲＴ）（図示せず）を用いて、鋼帯Ｐを間接加熱することができる。均熱帯１２の内部の平均温度Tr（℃）は７００〜９００℃とすることが好ましい。

均熱帯１２には還元性ガス又は非酸化性ガスが供給される。還元性ガスとしては、通常Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスが用いられ、例えばＨ₂：1〜２０体積％、残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−６０℃程度）が挙げられる。また、非酸化性ガスとしては、Ｎ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−６０℃程度）が挙げられる。

本実施形態では、均熱帯１２に供給される還元性ガス又は非酸化性ガスは、加湿装置により加湿されたガスと、加湿装置により加湿されていない乾燥ガスとを所定の混合比で混合して得た混合ガスである。混合比を調整することにより、露点が−５０〜１０℃の所望の値となるようにする。

図２は、均熱帯１２への混合ガスの供給系を示す模式図である。混合ガスは、ガス供給口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃと、ガス供給口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの二系統で供給される。ガス供給口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの系統を例に説明する。上記還元性ガス又は非酸化性ガス（乾燥ガス）は、ガス分配装置２４Ａによって、一部は加湿装置２６Ａへと送られ、残部はガス混合装置３０Ａへと送られる。ガス混合装置３０Ａでは、加湿装置２６Ａで加湿されたガスと、ガス分配装置２４Ａから直接送られた乾燥ガスとを所定比率で混合して、所定の露点の混合ガスに調製する。調製された混合ガスは、混合ガス用配管３４Ａを経由して、ガス供給口３８より均熱帯１２内に供給される。符号３２Ａは混合ガス用露点計である。ガス供給口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの系統も同様である。

加湿装置２６内には、フッ素系もしくはポリイミド系の中空糸膜又は平膜等を有する加湿モジュールがあり、膜の内側には乾燥ガスを流し、膜の外側には循環恒温水槽２８で所定温度に調整された純水を循環させる。フッ素系もしくはポリイミド系の中空糸膜又は平膜とは、水分子との親和力を有するイオン交換膜の一種である。中空糸膜の内側と外側に水分濃度差が生じると、その濃度差を均等にしようとする力が発生し、水分はその力をドライビングフォースとして低い水分濃度の方へ膜を透過し移動する。乾燥ガス温度は、季節や１日の気温変化にしたがって変化するが、この加湿装置では、水蒸気透過膜を介したガスと水の接触面積を十分に取ることで熱交換も行えるため、乾燥ガス温度が循環水温より高くても低くても、乾燥ガスは設定水温と同じ露点まで加湿されたガスとなり、高精度な露点制御が可能となる。加湿ガスの露点は５〜５０℃の範囲で任意に制御可能である。加湿ガスの露点が配管周りの外気温よりも低いと配管内で結露してしまい、結露した水が直接炉内に浸入する可能性があるので、加湿ガス用の配管は外気温以上に加熱・保熱されている。

ガス混合装置３０におけるガスの混合割合を調整すれば、任意の露点の混合ガスを均熱帯１２内に供給できる。均熱帯１２内の露点が目標範囲を下回るようであれば、高い露点の混合ガスを供給し、均熱帯１２内の露点が目標範囲を上回るようであれば、低い露点の混合ガスを供給することができる。

（冷却帯）
本実施形態において冷却帯１４，１６では、鋼帯Ｐが冷却される。鋼帯Ｐは、第１冷却帯１４では４８０〜５３０℃程度にまで冷却され、第２冷却帯１６では４７０〜５００℃程度にまで冷却される。

冷却帯１４，１６にも、上記還元性ガス又は非酸化性ガスが供給されるが、ここでは、乾燥ガスのみが供給される。冷却帯１４，１６に供給される乾燥ガスのガス流量Qcdは、２００〜１０００（Nm³/hr）程度とする。

（溶融亜鉛めっき浴）
第２冷却帯１６から排出される鋼帯Ｐに対して、溶融亜鉛めっき浴２２を用いて溶融亜鉛めっきを施すことができる。溶融亜鉛めっきは定法に従って行えばよい。

（合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法）
本発明の一実施形態は、この連続溶融亜鉛めっき装置１００を用いた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。焼鈍炉２０内のガスは、炉の下流から上流に流れる。通常は、焼鈍炉内各位置に乾燥ガスを供給し、炉内が所定範囲の陽圧となるようにする。炉内圧力が低下すると、焼鈍炉内に外気が混入し、炉内酸素濃度や露点が上昇してしまい、鋼帯が酸化して酸化スケールが発生したり、ハースロール表面が酸化してピックアップ欠陥が発生したりするためである。一方、炉内圧力が過度に上昇すると、炉体そのものを損傷させる危険がある。このように炉内圧力制御は、安定製造のために非常に重要となる。

このような環境下において、均熱帯１２の露点を−２０〜０℃に安定して制御するための露点制御方法に関して、発明者らは鋭意検討を行った。そして、均熱帯１２の高さ方向の下部１／２の領域に設けられた少なくとも１つのガス供給口から既述の混合ガスを均熱帯１２内に供給することが重要であることを見出した。露点が−１０〜＋１０℃の混合ガスを均熱帯１２の下半分の領域から導入することによって、均熱帯１２の高さ方向の上部１／５の領域（例えば図２の露点測定位置４０Ａ）で測定される露点と、下部１／５の領域（例えば図２の露点測定位置４０Ｂ）で測定される露点とを、共に−２０℃以上０℃以下とすることができる。

さらに本発明者らは、均熱帯１２への混合ガスの供給条件が以下の式（１）を満たすことにより、均熱帯１２の露点を−２０〜０℃に安定して制御できることを見出した。

ここで、
Ｖ：混合ガスの流量（m³/hr）
ｍ：混合ガスの露点から算出される混合ガスの含有水分（ppm）
ｙ：露点計又はガス供給口の高さ位置（ｍ）
N：ガス供給口の合計数
添え字
ｔ：混合ガスの合計
ａ：前記均熱帯の高さ方向の上部１／５の領域に配置される露点計
ｂ：前記均熱帯の高さ方向の下部１／５の領域に配置される露点計
ｉ：ｉ番目のガス供給口

混合ガスの露点から含有水分ｍ（ppm）を算出するのは、以下の式（２）に従って行うことができる。

Ｔ：露点（℃）

この式（１）の左辺は、露点−１０℃のガスに対して計測された炉内上下露点の傾斜を考慮し、ｉ番目（複数のガス供給口の中のｉ番目）のガス供給口高さに応じて噴射すべき加湿ガスの含有水分量を表す。中辺は、ｉ番目（複数のガス供給口の中のｉ番目）のガス供給口からのガスに含まれる水分量を表す。右辺は、露点＋１０℃のガスに対して計測された炉内上下露点の傾斜を考慮し、ｉ番目（複数のガス供給口の中のｉ番目）のガス供給口高さに応じて噴射すべき加湿ガスの含有水分量を表す。そして、中辺の値は、左辺の値と右辺の値の間で制御することが望ましいことがわかった。

よって、式（１）の中辺のm_iV_iが左辺の値未満の場合、混合ガス中の含有水分が少なすぎて加湿性能が不足するため、好ましくない。また、式（１）の中辺のm_iV_iが右辺の値超えの場合、混合ガス中の含有水分が多すぎて加湿性能が過大となり、ロールピックアップや、Ｆｅ表面酸化に起因する不めっきが発生するため、好ましくない。

本発明において、混合ガスの流量Ｖは、配管に設けられたガス流量計（図示せず）により測定する。また、混合ガスの露点から算出される含有水分ｍは、露点計により測定する。露点計は、鏡面式あるいは静電容量式のいずれのタイプでも良いし、それ以外のタイプでもかまわない。また、均熱帯１２の内部の平均温度Trは、均熱帯内に熱電対を挿入することにより測定する。

均熱帯１２の条件は、上記以外に特に限定されないが、通常は以下のようになる。まず、均熱帯１２の容積Vrは、１５０〜３００（m³）となり、均熱帯１２の高さは２０〜３０（m）となる。また、均熱帯１２に供給される混合ガスの総流量V_tは、１００〜４００（Nm³/hr）程度とする。

均熱帯１２への混合ガスの供給は、均熱帯１２の高さ方向の下部１／２の領域に設けられた複数のガス供給口から行うことが好ましい。特に、図２に示すように、複数のガス供給口は、２つ以上の異なる高さ位置に配置され、それぞれの高さ位置において、複数配置されることが好ましい。鋼帯進行方向に均等に配置することがさらに好ましい。

均熱帯１２の上下方向の露点偏差を小さくするために、均熱帯１２のより低い位置からより多くの水分を供給することが好ましい。

その一実施形態として、同じ高さ位置に配置されたガス供給口からのガス流量の合計を、全ての高さ位置において同一として、高さ位置が低いガス供給口から供給される混合ガスほど露点を高くする。具体的には、図２において、ガス供給口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃからのガス流量の合計と、ガス供給口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃからのガス流量の合計とを同一とする。そして、ガス供給口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃから供給される混合ガスの露点は、ガス供給口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃから供給される混合ガスの露点よりも高くする。具体的には、前者の露点は−１０〜＋１０℃程度、後者の露点−１０〜５℃程度とする。

他の実施形態として、全てのガス供給口から供給される混合ガスの露点を同一として、高さ位置が低いガス供給口からのガス流量ほど多くする。具体的には、図２において、ガス供給口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃからのガス流量の合計は、ガス供給口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃからのガス流量の合計よりも多くする。

焼鈍炉２０内のガスは、炉の下流から上流に流れ、第１加熱帯１０Ａの下部の鋼帯導入口から排出される。

均熱帯１２における還元焼鈍工程は、加熱帯１０における酸化処理工程で鋼帯表面に形成された鉄酸化物を還元するとともに、鉄酸化物から供給される酸素によって、ＳｉやＭｎの合金元素が鋼帯内部に内部酸化物として生成する。結果として、鋼帯最表面には鉄酸化物から還元された還元鉄層が形成され、ＳｉやＭｎは内部酸化物として鋼帯内部に留まるために、鋼帯表面でのＳｉやＭｎの酸化が抑制され、鋼帯と溶融めっきの濡れ性の低下を防止し、不めっきなく良好なめっき密着性を得ることができる。

しかしながら、良好なめっき密着性は得られるものの、Ｓｉ含有鋼における合金化温度は高温になるために、残留オーステナイト相のパーライト相への分解や、マルテンサイト相の焼き戻し軟化が起こるために、所望の機械特性が得られない場合がある。そこで、合金化温度を低減させるための技術の検討を行った結果、Ｓｉの内部酸化を更に積極的に形成させることで、鋼帯表層の固溶Ｓｉ量を低下させ、合金化反応を促進できることがわかった。そのためには、均熱帯１２内の雰囲気露点を−２０℃以上に制御することが有効である。

均熱帯１２内の露点を−２０℃以上に制御すると、鉄酸化物から酸素が供給されて、Ｓｉの内部酸化物が形成した後も、雰囲気のＨ₂Ｏから供給される酸素によってＳｉの内部酸化が継続して起こるために、より多くのＳｉの内部酸化が生じる。すると、内部酸化が形成された鋼帯表層の内部の領域において、固溶Ｓｉ量が低下する。固溶Ｓｉ量が低下すると、鋼帯表層はあたかも低Ｓｉ鋼のような挙動を示し、その後の合金化反応が促進され、低温で合金化反応が進行する。合金化温度が低下した結果として、残留オーステナイト相が高分率で維持できることにより延性が向上する。また、マルテンサイト相の焼き戻し軟化が進行せずに、所望の強度が得られることになる。均熱帯１２内では、露点が＋１０℃以上になると、鋼帯地鉄が酸化し始めるため、均熱帯１２内の露点分布の均一性や露点変動幅を最小化する理由から、露点の上限は０℃で管理することが好ましい。

本実施形態では、製造された溶融亜鉛めっき鋼板に対して、合金化処理を行う。本実施形態によれば、合金化温度が高温にならないため、製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度が低下することがない。

焼鈍及び溶融亜鉛めっき処理の対象とする鋼帯Ｐは特に限定されないが、Ｓｉを０．２質量％以上含有する成分組成の鋼帯の場合、本発明の効果を有利に得ることができる。

（実験条件）
図１及び図２に示す連続溶融亜鉛めっき装置を用いて、表１に示す成分組成の鋼帯を表２に示す各種焼鈍条件で焼鈍し、その後溶融亜鉛めっき及び合金化処理を施した。

第２加熱帯はＤＦＦとした。加熱用バーナを４つの群（＃１〜＃４）に分割し、鋼板移動方向上流側の３つの群（＃１〜＃３）は酸化用バーナ、最終ゾーン（＃４）は還元用バーナとし、酸化用バーナ及び還元用バーナの空気比を表２に示す値に設定した。なお、各群の鋼板搬送方向の長さは４ｍである。

均熱帯は、容積Vrが700m³のＲＴ炉とした。均熱帯の内部の平均温度は表２に示すものに設定した。加湿前の乾燥ガスとしては、１５体積％のＨ₂で残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−５０℃）を用いた。この乾燥ガスの一部を、中空糸膜式加湿部を有する加湿装置により加湿して、混合ガスを調製した。中空糸膜式加湿部は、１０台の膜モジュールからなり、各モジュールに最大500L/minの乾燥ガスと、最大10L/minの循環水を流すようにした。循環恒温水槽は共通とし、計100L/minの純水を供給可能である。ガス供給口は図２に示す位置に配置した。図２の符号３６に対応する下段の３つのガス供給口各々からのガス流量及びガス露点、並びに、図２の符号３８に対応する中段の３つのガス供給口各々からのガス流量及びガス露点を表２に示す。下部露点計は炉床から２ｍ高さ（y_b=2）、上部露点計は炉床から２１ｍ高さ（y_a=21）、下段のガス供給口は炉床から３ｍ（y_i=3）、中段のガス供給口は炉床から９ｍ（y_i=9）に設置した。また、下段の３つのガス供給口各々についての式（１）の計算結果と、上段の３つのガス供給口各々についての式（１）の計算結果も、表２に示す。

第１冷却帯及び第２冷却帯には、乾燥ガス（露点：−５０℃）を表２に示す流量にて供給した。

めっき浴温は４６０℃、めっき浴中Ａｌ濃度０．１３０％、付着量はガスワイピングにより片面当り４５ｇ／ｍ²に調節した。なお、ライン速度は80〜100mpmとした。また、溶融亜鉛めっきを施した後に、皮膜合金化度（Fe含有率）が１０〜１３％内となる表２に示す合金化温度で、誘導加熱式合金化炉にて合金化処理を行った。

（評価方法）
めっき外観の評価は、光学式の表面欠陥計による検査（φ０．５以上の不めっき欠陥や過酸化性欠陥を検出）および目視による合金化ムラ判定を行い、全ての項目が合格で○、軽度の合金化ムラがある場合は△、一つでも不合格があれば×とした。また、コイル１０００ｍあたりの合金化ムラの発生長さを測定した。結果を表２に示す。

また、各種条件で製造した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度を測定した。鋼種Ａは590MPa以上、鋼種Ｂは780MPa以上、鋼種Ｃは980MPa以上、鋼種Ｄは1180MPa以上を合格とした。結果を表２に示す。

また、均熱帯内の露点は図２に示す位置で測定し、表２に示した。

（評価結果）
表２に示すように、本発明例では、露点を安定して−１０〜−２０℃内に制御できたため、めっき外観が良好であり、引張強度も高かった。特に、式（１）を満足するように混合ガスを投入した場合、露点をより安定して−１０〜−２０℃内に制御できたため、合金ムラ発生長さをゼロにすることができた。一方、加湿ガスを含む混合ガスを供給しない比較例では、鋼板によって持ち込まれる水分では足りず、通板にともなって均熱帯内の露点が低下した。したがって、均熱帯内の露点を十分に上昇させることができず、かつ炉内露点偏差も大きくなった。その結果、合金化ムラが発生し、合金化温度が上昇してしまい、引張強度も低下した。また、加湿ガスを含む混合ガスを供給するが上段露点又は下段露点を−２０℃以上０℃以下にできなかった比較例でも、めっき外観と引張強度の両立はできなかった。

本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、Ｓｉを０．２質量％以上含む鋼帯に合金化溶融亜鉛めっきを施した場合でも、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができ、かつ、合金化温度を下げることで引張強度の低下を抑制することが可能である。

１００ 連続溶融亜鉛めっき装置
１０ 加熱帯
１０Ａ 第１加熱帯（前段）
１０Ｂ 第２加熱帯（後段、直火型加熱炉）
１２ 均熱帯
１４ 第１冷却帯（急冷帯）
１６ 第２冷却帯（除冷帯）
１８ スナウト
２０ 焼鈍炉
２２ 溶融亜鉛めっき浴
２３ 合金化設備
２４ ガス分配装置
２６ 加湿装置
２８ 循環恒温水槽
３０ ガス混合装置
３２ 混合ガス用露点計
３４ 混合ガス用配管
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ ガス供給口
３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ ガス供給口
４０Ａ，４０Ｂ 露点測定位置
４２ ハースロール
Ｐ 鋼帯

Claims (5)

1. 直火型加熱炉を含む加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
   Ｓｉを０．２質量％以上含む鋼帯を前記焼鈍炉の内部で、前記加熱帯、前記均熱帯及び前記冷却帯の順に搬送して、前記鋼帯に対して焼鈍を行う工程と、
   前記冷却帯から排出される鋼帯に対して、前記溶融亜鉛めっき設備を用いて溶融亜鉛めっきを施す工程と、
   亜鉛めっきを加熱合金化する工程と、
   を有し、
   前記均熱帯に供給される還元性ガス又は非酸化性ガスは、加湿装置により加湿されたガスと、前記加湿装置により加湿されていない乾燥ガスとを所定の混合比で混合して得た混合ガスであり、
   前記均熱帯の高さ方向の下部１／２の領域に設けられた少なくとも１つのガス供給口から前記混合ガスを前記均熱帯内に供給して、前記均熱帯の高さ方向の上部１／５の領域で測定される露点と、下部１／５の領域で測定される露点とを、共に−２０℃以上０℃以下とし、
   前記均熱帯への前記混合ガスの供給条件が以下の式（１）を満たすことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
   

   

   ここで、
   Ｖ：混合ガスの流量（m ³ /hr）
   ｍ：混合ガスの露点から算出される混合ガスの含有水分（ppm）
   ｙ：露点計又はガス供給口の高さ位置（ｍ）
   N：ガス供給口の合計数
   添え字
   ｔ：混合ガスの合計
   ａ：前記均熱帯の高さ方向の上部１／５の領域に配置される露点計
   ｂ：前記均熱帯の高さ方向の下部１／５の領域に配置される露点計
   ｉ：ｉ番目のガス供給口
2. 前記ガス供給口は、複数配置され、かつ、２つ以上の異なる高さ位置に少なくとも１つ配置される請求項１に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
3. 同じ高さ位置に配置された前記ガス供給口からのガス流量の合計を、全ての高さ位置において同一として、高さ位置が低い前記ガス供給口から供給される前記混合ガスほど露点を高くする請求項２に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
4. 全ての前記ガス供給口から供給される前記混合ガスの露点を同一として、高さ位置が低い前記ガス供給口からのガス流量ほど多くする請求項２に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
5. 前記直火型加熱炉は、酸化用バーナと、該酸化用バーナより鋼板移動方向下流に位置する還元用バーナと、を有し、前記酸化用バーナの空気比を０．９５以上１．５以下とし、前記還元用バーナの空気比を０．５以上０．９５未満とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

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