JP7363760B2

JP7363760B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP7363760B2
Application number: JP2020214450A
Authority: JP
Inventors: あかり ▲濱▼▲崎▼
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: JP2022100466A

Description

本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関するものである。

一般に、連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインでは、連続的に鋼板を焼鈍し、溶融亜鉛浴に浸漬して鋼板表面に溶融亜鉛を付着させ、めっき層を形成し、必要に応じて合金化処理を施し、冷却することにより、溶融亜鉛めっき系鋼板を製造する。また、一般的な溶融亜鉛めっき鋼板よりも摺動特性に優れた品種を製造する際には、酸化処理等を行い、被膜を形成する場合もある。一般的に、溶融亜鉛浴には、アルミニウムが少量添加されているため、めっき層の表層にはアルミニウム酸化物が形成されている場合が多い。このため、反応性を高めるために、前処理として、アルカリ性水溶液による表面処理を施し、表層のアルミニウム酸化物を溶解させる前処理を行う場合がある（特許文献１参照）。具体的には、一般的な溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際は、溶融亜鉛を付着させた後に鋼板をタンク内の純水に浸漬させることにより鋼板を冷却する。これに対して、摺動特性に優れた品種を製造する際には、純水の代わりにアルカリ性水溶液に鋼板を浸漬させることにより、冷却処理と共にアルカリ性水溶液による表面処理を施す。

特開２００４－３００４号公報

ところで、複数品種を製造する連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインでは、アルカリ性水溶液による表面処理を必要とする品種とそうでない品種とでタンク内の液体をアルカリ性水溶液又は純水に入れ替える必要がある。また、タンク内の液体を入れ替えている間は、鋼板表面に処理ムラ外観不良が発生する可能性があるために製品を製造することができない。ところが、ラインを停止した状態で液体の入れ替え作業を実施すると、溶融亜鉛浴や焼鈍炉の操業条件が大きく変化し、液体の入れ替え作業が完了してから製品を製造できるまでに多くの時間を要するために、生産ロスが大きくなる。このような背景から、複数品種を製造する連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインでは、ダミー材を通板しながら走間で液体の入れ替え作業を実施している。しかしながら、この方法では、液体の入れ替え作業の時間分だけダミー材が必要になる。

なお、このような問題を解決するために、タンク内のアルカリ性水溶液の量を少なくすることによりアルカリ性水溶液の入れ替え時間を短縮することが考えられる。ところが、タンク内のアルカリ性水溶液の量を少なくすると、特にロールに接する面で本来のアルカリ表面処理に必要な反応時間が確保できなくなるため、アルカリ性水溶液による表面溶解が不十分となり、その後の被膜形成にも影響が生じ、最終品質特性として重要な摺動特性に影響が出る。また、アルカリ性水溶液の入れ替え時間を短縮するために、浸漬処理ではなくアルカリ性水溶液をスプレーすることも考えられる。この方法では、入れ替え後しばらくは問題はないものの、操業を継続していくと、タンク内の雰囲気温度、鋼板温度、アルカリ性水溶液温度等の操業条件の変化に伴いスプレーから下部に流れ落ちるアルカリ性水溶液がタンク内のロール表面に次第に巻き付き、鋼板に転写されることにより、処理ムラ外観不良が発生する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、処理ムラ外観不良の発生を抑制しつつ摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると共に、タンク内の液体の入れ替え作業に要する時間を短縮可能な溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、連続的に鋼板を溶融亜鉛浴に浸漬して鋼板表面に溶融亜鉛を付着させた後、鋼板をタンク内の液体に浸漬させることにより溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると共に、製造する溶融亜鉛めっき鋼板の品種に応じてタンク内の液体を純水又はアルカリ性水溶液に入れ替える連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインにおける溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、前記タンク内で鋼板の搬送方向を反転させるロールの鋼板の搬送方向下流側に配置されたスプレーから鋼板の表面にアルカリ性水溶液を噴射すると共に、前記ロールを前記アルカリ性水溶液に浸漬させるステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、上記発明において、前記ロールの鋼板の搬送方向上流側に配置されたスプレーから鋼板の表面にアルカリ性水溶液を噴射するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、処理ムラ外観不良の発生を抑制しつつ摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると共に、タンク内の液体の入れ替え作業に要する時間を短縮することができる。

図１は、一般的な溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成を示す模式図である。図２は、摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の比較例である連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成を示す模式図である。図３は、本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が適用された連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成を示す模式図である。図４は、アルカリ噴霧スプレーの構成を示す模式図である。図５は、一般的な溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの動作を説明するための図である。図６は、摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの動作を説明するための図である。図７は、摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。

〔ライン構成〕
まず、図１～４を参照して、本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が適用された連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成について説明する。図１は、一般的な溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成を示す模式図である。図２は、摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の比較例である連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成を示す模式図である。図３は、本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が適用された連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインの構成を示す模式図である。図４は、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂの構成を示す模式図である。

一般的に、図１に示すように、連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ライン１は、連続的に鋼板Ｓを溶融亜鉛浴２に浸漬して鋼板Ｓ表面に溶融亜鉛を付着させた後、図示しないが鋼板を上方に引き上げ、空冷によりめっきを固定して形成し、必要に応じて合金化処理を行い、鋼板Ｓをタンク３内の液体に浸漬させて冷却させることにより溶融亜鉛めっき鋼板を製造するものである。

連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ライン１は、製造する溶融亜鉛めっき鋼板の品種に応じてタンク３内の液体を純水又はアルカリ性水溶液に入れ替える機能を有している。具体的には、タンク３には、純水配管１１、アルカリ循環タンク１２、オーバーフロー配管１４、及び排管１５が設けられている。

純水配管１１は、アルカリ性水溶液による表面処理を必要としない品種の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際、タンク３内に純水を供給する。一方、アルカリ性水溶液による表面処理を必要とする品種の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際は、アルカリ循環タンク１２の内部に貯留しているアルカリ性水溶液をタンク３内に供給する。このタンク３には、鋼板の温度を所望の温度に冷却できる水量の位置にオーバーフロー配管１４が設置されている。水とアルカリ性水溶液の液替えの際は、排管１５から液を排出するが、必要に応じ、アルカリ性水溶液は再利用のためにアルカリ循環タンク１２に戻るようになっている。このため、タンク３内の全量を水からアルカリ性水溶液に、アルカリ性水溶液から水にと交換しようとする場合、液を抜く時間と液を溜める時間が必要となり、大幅に時間がかかる。このため、図２に示すように、水位の低い位置にオーバーフロー排管１７を設けることが考えられる。このように、水量を少なくした場合、長時間操業の際に液が高温化してしまい水冷に支障をきたす。また、アルカリ処理時間も不十分となり、その後の鋼板表面の反応性に支障をきたす。これを解消するために、本発明の一実施形態では、図３に示すように、図１に記載の設備に加えて、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂが設けられている。また、オーバーフロー配管１４よりも水位の低い位置にオーバーフロー配管１７が設けられている。

アルカリ循環タンク１２は、アルカリ性水溶液による表面処理を必要とする品種の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際、内部に貯留しているアルカリ性水溶液をアルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂに供給すると共に、オーバーフロー配管１７や排管１５から供給されたアルカリ性水溶液を内部に貯留する。なお、アルカリ性水溶液を再利用するとスラッジが増加し、スプレーノズルの詰まりや鋼板Ｓへの異物付着の要因となる。このため、生産時間に応じて自動でアルカリ循環タンク１２から所定量のアルカリ性水溶液を排出し、新しいアルカリ性水溶液を投入する自動オートドレン機能やフィルター等を備えることが望ましい。

アルカリ噴霧スプレー１３ａは、図４に示すように、スプレーヘッダー２１ａとスプレーノズル２１ｂを備え、溶融亜鉛浴２で溶融亜鉛を付着させて図示していないが、空冷や必要に応じて合金化処理を施した後、タンク３内に通板された鋼板Ｓの表面に対向配置されている。アルカリ噴霧スプレー１３ａは、スプレーノズル２１ｂを介してスプレーヘッダー２１ａから供給されるアルカリ性水溶液を鋼板Ｓの表面に噴射する。

図３に戻り、アルカリ噴霧スプレー１３ｂは、アルカリ噴霧スプレー１３ａと同じ構成を有し、アルカリ噴霧スプレー１３ａ及び鋼板Ｓの搬送方向を反転させるタンク３内のロール１６の配置位置よりも鋼板Ｓの搬送方向下流側に配置されている。アルカリ噴霧スプレー１３ｂは、鋼板Ｓの表面にアルカリ性水溶液を噴射する。

オーバーフロー配管１７は、ロール１６が液体に浸漬される程度のタンク３の深さ位置に配置され、タンク３内に供給された余剰な純水又はアルカリ性水溶液を排管１５に供給する。

排管１５は、タンク３内の液体を入れ替える際、タンク３内の底部から液体を排出する。排管１５は、オーバーフロー配管１７及びタンク３の底部から排出された液体がアルカリ性水溶液である場合、アルカリ性水溶液をアルカリ循環タンク１２に供給する。また、オーバーフロー配管１７及びタンク３の底部から排出された液体が純水である場合には、排管１５は、純水を排水として系外に排出する。

〔溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法〕
次に、図５～７を参照して、図３に示す連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ライン１における溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。

図３に示す連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ライン１の状態において一般的な溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際には、まず、純水配管１１を開くことにより図５に示すようにタンク３内に純水Ｗを供給する。水量は、十分な水冷ができる量が適宜設定される。図５では、一例として、オーバーフロー配管１７は閉じ、オーバーフロー配管１４は開いた状態を図示している。そして、溶融亜鉛浴２で溶融亜鉛を付着させて図示していないが、空冷や必要に応じて合金化処理を施した鋼板Ｓをタンク３内の純水Ｗに浸漬させることにより鋼板Ｓを冷却する。水温や水質管理のために、適宜、配管１１から純水を供給し、オーバーフロー配管１４や排管１５から適宜余分な水を排出する。一方、図５に示す連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ライン１の状態から製造する溶融亜鉛めっき鋼板の品種を摺動特性に優れた品種に切り替える際には、まず、排管１５を開くことによりタンク３内の水を排出する。そして、図６に示すように、溶融亜鉛浴２で溶融亜鉛を付着させ、空冷や必要に応じて合金化処理を行った鋼板Ｓをタンク３内に通板し、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂにより鋼板Ｓの表面にアルカリ性水溶液Ａを噴射することにより、アルカリ性水溶液Ａによる表面処理を施す。ここで、アルカリ処理の初期では問題なくアルカリ処理が行われるものの、長時間操業時には、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂから噴射して下部に流れてロール等に付着して乾燥することにより、不具合が発生する場合がある。そこで、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂからアルカリ性水溶液Ａを噴射している際には排管１５を閉じ、オーバーフロー配管１７を開くことにより、アルカリ性水溶液Ａを噴射しながらロール１６が浸漬される位置までアルカリ性水溶液Ａを貯留することにより鋼板Ｓをアルカリ性水溶液に浸漬させ、図７に示す状態になるようにする。また、製造する溶融亜鉛めっき鋼板の品種を一般的な品種に切り替える際には、排管１５を開くことによりタンク３内のアルカリ性水溶液を排出してタンク３に付着したアルカリ性水溶液を洗い流した後、前述のように排管１５を閉じ、オーバーフロー配管１７は閉じ、オーバーフロー配管１４を開くことにより、配管１１から純水を供給し、図５に示す状態に戻す。

なお、アルカリ噴霧スプレー１３ａのみを使用した場合、ロール１６に巻き付いたアルカリ性水溶液Ａが鋼板Ｓに転写し、処理ムラ外観不良が発生する可能性がある。これに対して、アルカリ噴霧スプレー１３ｂを使用すると、ロール１６を介して発生した鋼板Ｓの処理ムラが再溶解により解消されるため、処理ムラ外観不良を発生させることなくアルカリ性水溶液Ａによる表面処理を行うことができる。このため、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂのうち、少なくともアルカリ噴霧スプレー１３ｂを使用する。

また、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂのスプレーヘッダー１本あたりのアルカリ性水溶液流量（＝鋼板Ｓの幅方向全体のスプレー合計量）が５ｍ^３／Ｈｒ以下である場合、再溶解能力が低く処理ムラを解消できない場合がある。このため、スプレーヘッダー１本あたりのアルカリ性水溶液流量は５ｍ^３／Ｈｒより大きくすることが好ましい。

また、ロール１６の回転に伴うアルカリ性水溶液Ａの水面の揺れによりロール１６が露出と浸漬を繰り返すと、溶融亜鉛めっき鋼板の品質に影響を及ぼす恐れがある。このため、オーバーフロー配管１７の設置位置は、ロール１６の最上部よりも１０ｃｍ以上上方の位置とすることが好ましい。

また、ロール１６とアルカリ噴霧スプレー１３ａの位置との間の距離（＝ロール１６の最上部からスプレーヘッダー位置までの垂直高さ）が短い場合、噴射されるアルカリ性水溶液Ａ中にスラッジが存在していた場合、スラッジがロール１６と鋼板Ｓの隙間に入り込み、鋼板Ｓに異物が付着する恐れがある。一方、ロール１６とアルカリ噴霧スプレー１３ａ位置との間の距離が長い場合には、アルカリ性水溶液Ａが乾いた処理ムラとなり、アルカリ噴霧スプレー１３ｂからアルカリ性水溶液Ａを噴射しても処理ムラが解消されない可能性が考えられる。このため、ロール１６とアルカリ噴霧スプレー１３ａの位置との間の距離は３０ｃｍ～３ｍ程度とすることが好ましい。

また、アルカリ性水溶液Ａに鋼板Ｓを浸漬させるだけでは、ロール１６とアルカリ性水溶液Ａの水面との間の距離が短い場合、ロール１６に接する面について本来のアルカリ表面処理に必要な反応時間を確保できなくなり、アルカリ性水溶液による表面溶解が不十分となり、その後の摺動性向上のための酸化処理が正常に行えずに最終品質特性として重要な摺動特性に影響が出てしまう（＝膜厚不足）。

〔実施例〕
本実施例では、アルカリ噴霧スプレー１３ａからの噴射のみ（ロール前段のみスプレー）、アルカリ噴霧スプレー１３ｂからの噴射のみ（ロール後段のみスプレー）、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂの噴射のみ（ロール前段及び後段スプレー）、アルカリ噴霧スプレー１３ｂからの噴射とアルカリ性水溶液への浸漬（ロール浸漬（オーバーフロー配管１７を開き、排管１５は閉じてタンク３にはアルカリ性水溶液がない状態から製造開始）＋後段スプレー）、アルカリ噴霧スプレー１３ａ，１３ｂからの噴射とアルカリ性水溶液への浸漬（ロール浸漬（オーバーフロー配管１７を開き、排管１５は閉じてタンク３にはアルカリ性水溶液がない状態から製造開始）＋前段後段スプレー）、及びアルカリ性水溶液への浸漬のみ（ロール浸漬（ロール１６の上面から液面までの距離３０ｃｍと２２５ｃｍ））として溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。アルカリスプレーのヘッダー流量は、５，８，１０ｍ^３／Ｈｒの３条件とした。そして、これらの方法で製造された各溶融亜鉛めっき鋼板について、初期及び所定時間継続後の処理ムラ外観不良の有無と摺動特性を評価した。評価結果を以下の表１に示す。表１に示すように、アルカリ噴霧スプレー１３ｂからの噴射とアルカリ性水溶液への浸漬を行った場合においてのみ、初期及び所定時間継続後の処理ムラ外観不良の発生を抑制しつつ、摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造できた。これにより、本発明によれば、処理ムラ外観不良の発生を抑制しつつ摺動特性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると共に、タンク内の液体の入れ替え作業に要する時間を短縮できることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ライン
２溶融亜鉛浴
３タンク
１１純水配管
１２アルカリ循環タンク
１３ａ，１３ｂアルカリ噴霧スプレー
１４オーバーフロー配管
１５排管
１７オーバーフロー配管
Ａアルカリ性水溶液
Ｓ鋼板
Ｗ純水

Claims

連続的に鋼板を溶融亜鉛浴に浸漬して鋼板表面に溶融亜鉛を付着させた後、鋼板をタンク内の液体に浸漬させることにより溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると共に、製造する溶融亜鉛めっき鋼板の品種に応じてタンク内の液体を純水又はアルカリ性水溶液に入れ替える連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインにおける溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
アルカリ性水溶液による表面処理を必要とする品種の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際、前記タンク内で鋼板の搬送方向を反転させるロールの鋼板の搬送方向下流側に配置されたスプレーから鋼板の表面にアルカリ性水溶液を噴射すると共に、前記ロールを前記アルカリ性水溶液に浸漬させるステップを含むことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
アルカリ性水溶液による表面処理を必要とする品種の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際、前記ロールの鋼板の搬送方向上流側に配置されたスプレーから鋼板の表面にアルカリ性水溶液を噴射するステップを含む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製造方法。