JP6790660B2 - 溶融亜鉛めっき層の合金化方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の溶融亜鉛めっき層の合金化方法に関する。

鋼板に亜鉛めっきするためのラインである溶融亜鉛めっきラインでは、鋼板を溶融亜鉛浴に通した後に加熱して溶融亜鉛めっき層の表層に亜鉛と鉄の合金化層を形成する。合金化の際の鋼板の加熱は、高周波電流で加熱する誘導加熱で行われ、誘導加熱としては一般的にＬＦ（Longitudinal Flux:平行磁束）方式が採用されている（特許文献１参照）。なお、ＬＦ方式では、鋼板の周囲を囲んだ誘導コイルに高周波電流（一次電流とする）を流すことで、磁束が鋼板の進行方向と平行に発生し、この磁束を打ち消す方向に鋼板表面で発生する渦電流が集積して一次電流と逆方向に誘導電流が発生し、これにより、非接触で鋼板を加熱する。
また、ＬＦ方式以外の加熱方式としては、高温ガスによるものが知られている。

特開平６−３３０２７６号公報

しかし、特許文献１に開示のように溶融亜鉛めっき後の合金化時にＬＦ方式の誘導加熱で加熱する場合、非磁性体の比率が高い鋼種（例えば、高張力鋼や超高張力鋼）ほど加熱効率が低下する。なぜならば、非磁性体が鋼板内に均一に存在すると仮定した場合、非磁性体比率が高いと誘導電流の電流浸透深さが大きくなり、該浸透深さが鋼板の厚みの１／２より大きいと、鋼板の表裏で発生する誘導電流が干渉しあい、鋼板断面には誘導電流が発生しないからである。

また、元々高張力鋼や超高張力鋼は、鉄と亜鉛の相互拡散速度が低いため、軟鋼より高温で合金化または低温で合金化せざるを得ない。
したがって、ＬＦ方式の誘導加熱による高張力鋼や超高張力鋼の合金化は、より高コスト、低生産の操業条件となる。
さらに、近年強度が増した超超高張力鋼では非磁性体比率が非常に高いため、ＬＦ方式では合金化に適した所望の温度まで加熱することができない。

さらにまた、現在の鉄鋼業では、多くのニーズがあるため販売している鋼種は多く、ある程度受注をまとめて生産するものの、１つのライン／装置で複数の鋼種の鋼板を生産するのが一般的である。非磁性体比率が異なる鋼種の鋼板を連続して溶融亜鉛めっきし合金化する場合、ＬＦ方式で加熱を行うと、最適な操業条件、特に通板速度の変化が生じるため、生産性の大きなロスとなる。
また、同一鋼種であっても鋼板の厚みが異なる場合、ＬＦ方式で加熱を行うときには通板速度を変化させる必要がある。

ＬＦ方式の誘導加熱以外の加熱方式として既知の、高温ガスによる加熱方式では、非磁性体比率とは関係なく加熱が可能であるが、誘導加熱に比べ加熱効率が低く、非常に距離の長い加熱帯または非常に遅い通板速度が必要になるため、現実的ではない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、同一の装置で複数の鋼種の鋼板及び／または種々の厚みの鋼板に対し、生産性を落とさずに溶融亜鉛めっき層の合金化をすることができ、且つ、非磁性体比率が高い鋼種の鋼板に対し上記合金化をすることができる溶融亜鉛めっき層の合金化方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、鋼板の鋼種と板厚の少なくともいずれかによらず同一の装置で、鋼板に溶融亜鉛めっきし、該溶融亜鉛めっきされた鋼板を加熱し溶融亜鉛めっき層を合金化する溶融亜鉛めっき層の合金化方法であって、前記溶融亜鉛めっきされた鋼板の加熱を、垂直磁束方式の誘導加熱で行い、非磁性体指数が４０以上である鋼種の鋼板の溶融亜鉛めっき層を合金化し、前記垂直磁束方式で誘導加熱を行う誘導加熱装置を通過する前に、加熱したローラを鋼板の端部に当接させ、前記誘導加熱装置を通過する鋼板の振動を抑制することを特徴としている。

本発明の溶融亜鉛めっき層の合金化方法によれば、同一の装置で複数の鋼種の鋼板及び／または種々の厚みの鋼板に対し、生産性を落とさずに溶融亜鉛めっき層の合金化をすることができる。また、非磁性体比率が高い鋼種すなわち非磁性体指数が高い鋼種の鋼板に対し上記合金化をすることができる。

本発明の実施の形態に係る連続溶融亜鉛めっき装置の概略を示す図である。 図１の合金化加熱炉の概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る連続溶融亜鉛めっき装置の概略を示す図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１の連続溶融亜鉛めっき装置１では、鋼板Ｈは、不図示の焼鈍炉で焼鈍された後、溶融亜鉛めっき浴２に導入される。
溶融亜鉛めっき浴２に導入された鋼板Ｈは、該浴２内に設けられたシンクロール３により、上向きに方向転換され、サポートロール４で反りが矯正された後、溶融亜鉛めっき浴２から引き出される。
そして、溶融亜鉛めっきされた鋼板Ｈは、その両面に向けてガスワイピングノズル５からワイピングガスが吹き付けられ、めっき付着量が調整される。

めっき付着量が調整された鋼板Ｈは、該鋼板Ｈの振動を抑制する制振装置６を通過される。制振装置６は、鋼板Ｈの振動を抑制する機能の他に、合金化加熱炉７に対する鋼板Ｈの角度を規定する機能を有していてもよい。
制振装置６による振動の抑制や角度の規定のための方式としては、高温ガス（例えば４５０℃以上）を鋼板Ｈの端部に吹き付ける方式が考えられる。また、電磁力による方式であってもよい。
さらに、例えば４５０℃以上に加熱したローラが鋼板Ｈの端部に当接することにより、鋼板Ｈの振動を抑制し鋼板Ｈの角度を規定する方式であってもよい。なお、ローラなどが当接することにより鋼板Ｈの溶融亜鉛めっき層は変形するが、鋼板Ｈが合金化加熱炉７を通板されている間において、溶融亜鉛めっき層の粘度が低くなるため、溶融亜鉛めっき層の変形部分は変形前の状態に戻る。上記ローラの幅は例えば５〜１０ｍｍである。

なお、上述の制振装置６を設けずに、ガスワイピングノズル５からのワイピングガスにより鋼板Ｈの振動の抑制や角度の規定を行ってもよい。
また、制振装置６を設けずに、サポートロール４のインターメッシュ量（ロール押し込み量）を調整して、鋼板Ｈの振動の抑制や角度の規制を行ってもよい。

制振装置６を通過後、鋼板Ｈは、合金化加熱炉７にて加熱され、例えば５５０±１０℃まで昇温され、鋼板Ｈが上部ロール８に至るまでの間に鋼板Ｈの溶融亜鉛めっき層が合金化される。
合金化された鋼板Ｈは、不図示の冷却装置により冷却され、上部ロール８により通板方向が変換される。

このように溶融亜鉛めっき層を合金化することにより、鋼板Ｈの溶接性、耐食性、プレス性等を良好にすることができる。

図２は、合金化加熱炉７の概略を示す図であり、図２（Ａ）は合金化加熱炉７の模式側面図、図２（Ｂ）は合金化加熱炉７の鋼板Ｈの板幅方向中央部分における模式断面図である。

合金化加熱炉７は、例えば図２に示すように、側面視及び断面視でＥ字型のＥ字型コア７１、７２が鋼板Ｈを挟んで対向するように設けられている。
Ｅ字型コア７１、７２は、フェライト、積層した電磁鋼板、アモルファス合金等の強磁性体コアで構成されている。また、Ｅ字型コア７１、７２には、その中央の凸部７１ａ、７２ａに誘導コイル７３、７４が巻き回されている。

誘導コイル７３、７４は、銅などの導体で構成されており、不図示の電源に接続されている。誘導コイル７３、７４によって発生する磁束Ｍは、鋼板Ｈを厚さ方向に貫通する。合金化加熱炉７では、この磁束Ｍに垂直な誘導電流が鋼板Ｈの板面内に発生し、該誘導電流により鋼板Ｈを加熱する。つまり、合金化加熱炉７は、ＴＦ（Transverse Flux:垂直磁束）方式の誘導加熱で鋼板Ｈを加熱する。なお、図２に示す方式以外でも、鋼板Ｈを厚さ方向に貫通させる磁束を生じさせる方法であれば、同様の加熱効果を得ることができる。

従来は、合金化の際、あらゆる鋼種の鋼板についてＬＦ方式の誘導加熱で加熱することができたため、ＴＦ方式の誘導加熱は合金化技術に導入されていなかったが、連続溶融亜鉛めっき装置１では、上述のように、合金化の際、合金化加熱炉７によるＴＦ方式の誘導加熱で鋼板Ｈを加熱している。したがって、ＬＦ方式の誘導加熱で加熱する場合と異なり、鋼板Ｈの表裏で発生する誘導電流が干渉しあうことがない。より具体的には、ＴＦ方式の誘導加熱で加熱する場合、鋼板Ｈの平面方向に循環する誘導電流が発生するため、該誘導電流は、ＬＦ方式の誘導加熱で特徴的な、鋼板Ｈの端部をまたいで表面から裏面に回って一周する誘導電流とは異なり、干渉・相殺は生じない。そのため、ＬＦ方式の誘導加熱では加熱することができない、非磁性体比率が高い鋼種であっても、高効率で鋼板Ｈを加熱し合金化をすることができる。

また、連続溶融亜鉛めっき装置１では、非磁性体比率が高い鋼種だけでなく低い鋼種についても、高効率で加熱し溶融亜鉛めっきを合金化することができる。そして、その加熱効率は非磁性体比率によらない。したがって、連続溶融亜鉛めっき装置１では、鋼板Ｈの非磁性体比率に応じて通板速度を変化させる必要がない。
よって、連続溶融亜鉛めっき装置１では、同一の装置で複数の鋼種の鋼板に対し、生産性を落とさずに溶融亜鉛めっき層の合金化をすることができる。

さらにまた、連続溶融亜鉛めっき装置１では、合金化加熱炉７によりＴＦ方式の誘導加熱で鋼板Ｈを加熱しているため、板厚が変化しても、鋼板Ｈの板厚に応じて高周波電力を変化させたり、放射温度計等で測定した合金化加熱炉７の出口温度に応じて高周波電力を変化させたりすれば、上記板厚に応じて通板速度を変化させる必要がない。
したがって、連続溶融亜鉛めっき装置１では、同一の装置で複数の厚さの鋼板に対し、生産性を落とさずに溶融亜鉛めっき層の合金化をすることができる。

なお、合金化加熱炉７におけるＴＦ方式の誘導加熱の形態は上述の例に限られず、例えば、誘導コイルから発生した磁束を集中させる磁性体コアであって鋼板の板幅方向に自在に設けられたコアを利用してＴＦ方式の誘導加熱を行ってもよい。この場合、磁性体コアの板幅方向の位置を調整することにより、板幅方向の加熱分布を調整することができる。したがって、鋼板の板幅に応じて通板速度を変化させる必要がないため、板幅を変更しても生産性を落とさずに溶融亜鉛めっき層の合金化を適切に行うことができる。

また、連続溶融亜鉛めっき装置１は、制振装置６が設けられているため、合金化加熱炉７における鋼板ＨとＥ字型コア７１、７２との距離を、一定にかつ近接化できるため、より確実に高効率に合金化に適した所望の温度まで加熱することができる。

非磁性体比率の異なる複数の鋼種について誘導加熱を行ったときの鋼板の温度を実機での操業結果に基づいて計算した結果を以下の表１に示す。なお、非磁性体比率については、該比率を表す後述の非磁性体指数で示し、加熱後の鋼板の温度については、高強度材の合金化時に設定される温度の一つである５５０℃であるときを１００％、溶融亜鉛めっき浴から引き出され合金化加熱炉に到達したときの鋼板の温度である４００℃を０％としたときの割合（％）で示す。板幅は１５００ｍｍ、板厚は０．８ｍｍ、誘導加熱能力は最大２０００ｋＷであり、実施例は、上述の連続溶融亜鉛めっき装置１のようにＴＦ方式で誘導加熱した場合の計算結果を示し、比較例は、ＬＦ方式で誘導加熱した場合の計算結果を示す。
ここで、非磁性体指数とは、（１−透磁率）×１００で与えられる。また、透磁率の取得方法は、以下の通りである。すなわち、ＪＩＳ Ｃ ２５５０−１：２０１１「電磁鋼帯試験方法」の規格に準じ、当該規格で使用されているエプスタイン測定等で磁界強さ（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）を測定し、その測定結果とμ（透磁率）＝Ｂ（磁束密度）／Ｈ（磁界強さ）の式とから透磁率を算出する。

比較例１では、非磁性体比率が非常に低い、すなわち非磁性体指数が０である鋼種の鋼板を、１５０ｍ／分の通板速度且つＬＦ方式の誘導加熱で加熱した。この比較例１では、合金化加熱炉を通過後の鋼板の温度すなわち加熱後の鋼板の温度が１００％であった。
比較例２、３、４ではそれぞれ、非磁性体指数が２０、４０、８０である鋼種の鋼板をＬＦ方式の誘導加熱で加熱し、その際、誘導加熱に用いる電源からの出力及び通板速度を比較例１と同様とした。これら比較例２、３、４では、合金化加熱炉での加熱後の鋼板の温度が８０％、５０％、１８％であり、十分に加熱できていなかった。

比較例５、６、７では、非磁性体指数が２０、４０、８０である鋼種の鋼板をＬＦ方式の誘導加熱で加熱し、その際、誘導加熱に用いる電源からの出力を調整し比較例１より大きくし、また、通板速度を比較例１と同様とした。比較例５、６では、合金化加熱炉での加熱後の鋼板の温度が１００％、９９％となったが、比較例７では、出力を比較例１の場合の１．５倍としたが同加熱後の鋼板の温度が２５％までしか得られなかった。

比較例８では、非磁性体指数が８０である鋼種の鋼板をＬＦ方式誘導加熱で加熱し、その際、誘導加熱に用いる電源からの出力を比較例１の場合の１．５倍とし、通板速度を合金化時に不具合が発生しない最低の速度である５０ｍ／分とした。それでも、比較例８では合金化加熱炉での加熱後の鋼板の温度が７０％までしか得られなかった。

また、比較例６では、計算上、加熱後の鋼板の温度がほぼ１００％となっているが、比較例６と非磁性体比率が同じ鋼種について実機でＬＦ方式の誘導加熱で加熱すると、共振が不十分となり、板幅方向に大きな温度ムラが発生した。通常はその鋼種の非磁性体比率に合わせた最適化（マッチング操作）が必要になるが、鋼種ごとにコイルの内部空間（ギャップや幅）を変更させたり、周波数等を変更させたりすることは非現実的であり、比較例６は単独鋼種あるいは限定鋼種を製造するラインで達成できる加熱後温度の目安になる。

実施例１、２、３では、非磁性体指数が４０、６０、８０である鋼種すなわち非磁性体比率が高い鋼種の鋼板をＴＦ方式の誘導加熱で加熱した。また、誘導加熱に用いる電源からの出力及び通板速度は実施例間で共通とした。なお、通板速度は１５０ｍ／分とした。これら実施例１、２、３では、合金化加熱炉での加熱後の鋼板の温度がともに１００％であった。このように、誘導加熱にＴＦ方式を採用すると、非磁性体比率が高くても、また、非磁性体比率に応じて出力や通板速度を変化させなくても、溶融亜鉛めっきされた鋼板を合金化に適した温度まで合金化加熱炉で加熱することができる。

また、比較例６と非磁性体指数が同じ鋼種について実機でＬＦ方式の誘導加熱で加熱した場合と異なり、実施例１〜３と非磁性体指数が同じ鋼種について実機でＴＦ方式の誘導加熱で加熱した場合、非磁性体指数すなわち非磁性体比率によらず適切な共振が起こるため、板幅方向に温度ムラが発生しない。非磁性体比率によらず適切な共振が起こるのは、ＬＦ方式では、誘導電流の流れ方が鋼板の表と裏とで反対方向であるため、非磁性体比率が高くなり電流深さが深くなると誘導電流のキャンセルが発生するのに対し、ＴＦ方式では、誘導電流が鋼板の板面と平行に鋼板の板厚全体を流れるため、ＬＦ方式のような誘導電流のキャンセルが発生しないからである。

本発明は、鋼板の溶融亜鉛めっき層をＴＦ方式の誘導加熱で合金化する技術に有用である。

１…連続溶融亜鉛めっき装置
２…溶融亜鉛めっき浴
３…シンクロール
４…サポートロール
５…ガスワイピングノズル
６…制振装置
７…合金化加熱炉
７１、７２…Ｅ字型コア
７３、７４…誘導コイル
８…上部ロール

Claims (1)

1. 鋼板の鋼種と板厚の少なくともいずれかによらず同一の装置で、鋼板に溶融亜鉛めっきし、該溶融亜鉛めっきされた鋼板を加熱し溶融亜鉛めっき層を合金化する溶融亜鉛めっき層の合金化方法であって、
   前記溶融亜鉛めっきされた鋼板の加熱を、垂直磁束方式の誘導加熱で行い、
   非磁性体指数が４０以上である鋼種の鋼板の溶融亜鉛めっき層を合金化し、
   前記垂直磁束方式で誘導加熱を行う誘導加熱装置を通過する前に、加熱したローラを鋼板の端部に当接させ、前記誘導加熱装置を通過する鋼板の振動を抑制することを特徴とする溶融亜鉛めっき層の合金化方法。

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