JPH0144782B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

亜鉛メツキ鋼板は耐食性、防錆鋼板として古く
から使用されているが、その中で特に合金亜鉛メ
ツキ鋼板は塗装性、塗装耐食性に優れている点
や、プレス成形時にもトラブルが少ないところか
ら、自動車用鋼板、家電用鋼板等に広い用途を有
する。合金亜鉛メツキ鋼板の製造法として最も一
般的かつ効率的な方法は、例えばゼンジマー法の
ような連続炉において、約460℃の溶融亜鉛浴中
を通板させることでメツキを行ない、直ちに合金
化炉中で鋼板温度を500℃〜600℃の温度まで加熱
し、拡散により鉄と亜鉛の合金を生成する方法で
ある。かかる方法における製造上の問題点は、鋼
種によつては表面が合金化不足の状態（「生焼け」
と称す）であつたり、逆に合金化が過度に進行し
てプレス加工時にパウダリングが出たり、スポツ
ト溶接時に溶接不良（「爆飛」ともよばれる）が
発生し易い。かかる製品欠陥をなくすには合金化
炉の温度や鋼板の通板速度等を制御してメツキ層
の合金化度を適正な範囲に制御すればよい。本願
発明はこの方法に関するものである。 一般に適正な合金層とは、メツキ層中の鉄分が
乱10％程度のものと言われているが、合金化速度
は亜鉛浴中の微量元素濃度や鋼板素材の化学成分
によつて大きく変化してしまう。従つて同一条件
でコイルを通板していても合金化度はコイルによ
つて大きなバラツキが発生する。本発明者は、素
材の化学成分が異なること等により合金化速度が
違つても健全な合金層を生成するために、合金化
炉中を走行する鋼板メツキ面の反射光強度を測定
することに注目した。 第１図イは亜鉛浴を出たメツキ鋼板３が合金化
処理炉を通過して合金化していく状態を実験室の
シユミレーシヨンによつて調べたものである。鋼
板３表面からの反射光強度（光源７）を光電管６
で測定するとある時間で急激に変化することにな
る。この急激な変化はメツキ層表面が溶融亜鉛状
態（η相、融点419℃）から合金化してζ相（融
点530℃）、δ相（融点約640℃）になつて固化す
る変化に対応するものである。即ち第１図ロにお
いてメツキ層表面が合金化する時点において、液
体金属の鏡面反射から凹凸の大きい固体表面に変
化する表面反射率あるいは表面粗度の変化に対応
して、反射光強度は急激に変化する。その後の反
射光強度の変化は、Ａの場合について説明すれば
表面粗度の減少と鋼板表面輻射率の増大に伴いわ
ずかに減少する。また反射光強度の絶対値レベル
は鋼板素材成分や亜鉛浴中不純物濃度により変化
してしまう。こうした知見から、発明者等は、メ
ツキ層の表面が合金化する時に反射光強度が急激
に変化する（この時点を「合金化時点」と称す）
ことを利用して、合金化炉内における亜鉛メツキ
鋼板の合金化位置（合金化炉内における、合金化
時点の起こつている位置をいう）を制御すること
により合金化コントロールを行なうことを開発し
た。本発明は表面反射率を利用するため測定手段
として可視光線を利用可能であり、炉内燃焼廃ガ
スによる赤外線エネルギーの外乱を除外し、精度
の高い容易な測定法が実現される。反射光強度の
測定位置は第１図イのＡ，Ｂが可能であるが、Ｂ
は正反射位置であるため、溶融亜鉛状態と合金化
後の反射光強度レベルが大きく、変化量は比較的
小さい。乱反射位置Ａの場合は、溶融亜鉛状態の
反射光強度が小さいため合金化時点における反射
光強度の変化率（即ち反射光強度の増加）は大き
く、精度のよい測定が可能となる。従つて測定位
置としては第１図Ａの位置が望ましい。 第２図は合金化時点を基準にして亜鉛メツキ鋼
板の種々の欠陥を整理したものである。合金化時
点を過ぎると、当然のことながら生焼けは消失す
る。それに対してパウダリングやスポツト溶接不
良による欠陥は過度の合金化処理によつて発生す
る。従つて最適な合金メツキ層を生成するには、
合金化時点を過ぎたら可及的すみやかに鋼板を冷
却して合金化の進行が過度にならないよう抑制す
べきである。即ち適正な合金層を生成するには、
合金化炉内における合金化時点の正確な把握と、
合金化時点を基準にしたその後の合金化処理時間
（これを「合金化保持時間」と称す）の制御とい
う考え方が根本的に重要である。 本発明の基本原理は上述の考え方に基づくもの
である。即ち合金化炉内の２ケ所以上の地点にお
いて鋼板メツキ面からの反射光強度を測定すれ
ば、合金化時点前の反射光強度レベルを示す位置
と合金化時点後の反射光強度レベルを示す位置の
中間に合金化位置が存在することになり合金化時
点を補えることが可能となる。ここにいう光と
は、物理的意味での光である。即ち、本発明の原
理を満たす物理的性質を有するものとしての光線
である。本発明の原理とは、鋼板表面で反射する
光線の強度の変化から合金化時点を把えることで
ある。従つて鋼板表面で反射するという性質を有
する紫外線、可視光線、赤外線等さらには、単色
性に優れかつ指向性のよい種々のレーザー光線等
のすべてが、ここにいう光に含まれるのである。
第１図イ，Ａの場合に示すように一方の測定位置
では、ロに示す合金化時点前に対応するのレベ
ルであり、他方の測定位置では、合金化時点後に
対するのレベルであれば、その中間に合金化時
点が捕えられる。一方、鋼板素材成分や亜鉛浴中
不純物濃度より、第２図に示すように適正合金化
範囲が存在する。従つて、その適正合金化保持時
間内に合金化以後の炉内滞在時間がくるように、
例えば炉温、通板速度、亜鉛浴中成分を変えるこ
とにより、合金化炉内における合金化位置を制御
して適正合金層を得るものである。以上のように
本発明の基本原理は、合金化炉内の２ケ所以上の
地点で反射光強度を測定し、その変化から合金化
時点を捕え、炉温、通板速度、亜鉛浴中成分等を
変えて適正合金化保持時間のデータと、通板速度
から定まる炉内位置に合金化位置を制御するとい
うものである。 従来、鋼板表面の反射率変化を利用した表面状
態の制御方法としては、錫メツキ設備におけるリ
フロー処理がある。リフロー処理はメツキ層の光
沢を得るべく固体メツキ層を抵抗加熱あるいは高
周波加熱により溶融させ、急激に水冷することで
金属光沢に変化させる工程である。リフロー処理
と合金化処理の相違点は、固体から液体への変化
に対して液体から固体への変化あるという点や、
板温、炉温の差等があるが、根本的な相違点は以
下のごとくである。即ち、リフロー処理の場合に
はメツキ層表面の光沢が得られれば良いため、メ
ツキ層表面が溶融したか否かだけの制御が必要で
あり、リフローの出現する位置については特別の
制限はない。このため端定ユニツトは１ケ設置さ
れ、それにより固体表面状態での反射光強度レベ
ルに比較して一定レベル以上の溶融状態の反射光
強度になるよう加熱量制御されているだけであ
る。測定位置も、水冷装置に近い１ケ所のみで十
分である。これに対して合金化制御の場合には前
述したように、適正合金化保持時間が存在するた
めに合金化時点を正確に捕え、合金化位置を制御
するという考え方が基本思想である。このため測
定箇所は少くとも２ケ所以上必要であり、リフロ
ー処理と比較して極めて精度の高い制御であり根
本的に異なるものである。 以上の基本思想を利用して合金化制御を実際の
炉で行なう場合には合金化炉中を走行する鋼板メ
ツキ面の反射光強度を測定する必要がある。以下
その制御方法の態様について述べる。前述したよ
うに本発明の制御方法では合金化時点を捕えるこ
とが不可欠である。例えば第３図に示すように、
合金化炉内の出側近くの２ケ所にて反射光強度を
測定して、１の位置を通過する鋼板メツキ面の反
射光強度を溶融状態のレベル、２の位置を通過す
る鋼板の反射光強度を合金化状態のレベルになる
ように炉温あるいは通板速度あるいは亜鉛浴中不
純物濃度等をコントロールすれば、１から２まで
の間に合金化位置が存在し、合金化度を適正範囲
に制御することができる。更にきめ細かな合金化
位置の制御を必要とする場合には、第４図のよう
に合金化炉中の３ケ所以上の場所において反射光
強度を測定して、合金化位置を、合金化炉中の適
当な位置に保つように、更に細かく制御できる。
反射光強度の測定点を多くとればそれだけ細かく
合金化位置の調節ができるので、より高度な合金
化制御が可能となる。以上の方法は測定ユニツト
を固定した状態で合金化時点を捕える方法である
が、他の優れた方法として、移動式測定ユニツト
を用いる方法がある。これは第５図に示すように
１ケあるいは２ケの測定ユニツトを合金化炉内で
炉長方向に移動させて合金化位置を捕える方法で
ある。この方法では炉長方向に連続的に反射光強
度を測定できるので極めて高度な合金化制御が可
能となる。また生焼けについて操業上経験するこ
とは、コイル幅方向に部分的に発生する場合があ
ることである。従つてコイル全幅についての情報
を得たい場合には、測定ユニツトをコイル幅方向
に走査させて反射光強度変化を調べてコイル幅方
向の加熱量制御を行えばこうした局部的な欠陥に
も対処できる。 以上本発明の骨子を述べたが、信号処理につい
ては、例えば第７図に示すように、各測定位置に
おける測定ユニツトからの信号の他、通板速度や
適正合金化保持時間に関するデータ等を使用し
て、マイクロコンピユータによる信号処理を行え
ば、極めて有効な合金化制御が可能となり、合金
化亜鉛メツキ鋼板の品質安定化、歩留向上に貢献
することができる。 このような本発明によれば、プレス成型性に優
れたδ₁相を主体とした合金層が確実に、しかも工
業的規模で容易に製造することができ、自動車用
鋼板、家電用鋼板等の大量需要に対しても十分供
給することができる。 又塗装性においても十分満足することができる
合金化処理ができる等の優れた効果が得られる。 次に実施例について述べる。 実施例 １ 第３図に略図を示すように、長さ40ｍの合金化
炉４の出側から５ｍの地点２および15ｍの地点１
に反射光強度測定ユニツトを設置し、板幅中心の
鋼板３のメツキ面の反射光強度を測定した。図中
５は亜鉛浴を示す。通板速度は板厚によつて変化
し、60〜100ｍ／minであり１の地点から２地点
までの所要時間は６〜10秒２地点から合金化炉出
側までの所要時間は３〜５秒である。実験データ
から表裏共に目付量45ｇ／m²の鋼板の適正合金化
保持時間は13秒以内であることがわかつている。
従つて第６図に示すように１地点では合金化時点
前の反射光強度レベルであり、２地点では合金化
時点後の反射光強度レベルになるように合金化炉
のガス量を変えて炉温制御を行なつた。このよう
にして製造した100コイルのサンプル200個の評価
テストを行なつたところ表１の結果を得た。以前
より生焼けについては、操業者が合金化炉出側で
鋼板面を観察して操業していたため比較的発生率
は低かつたが、パウダリングに関しては野放し状
態であつた。本発明により合金化位置制御を行な
つた結果、合金化制御を行なう前と比較して隔段
に低い不良率となり、本発明の有用性が示され
た。

【表】 実施例 ２ 第４図に略図を示すように長さ40ｍの合金化炉
４の出側から15ｍ（イ）、10ｍ（ロ）、５ｍ（ハ）、
２ｍ（ニ）の地点に測定ユニツトを設置して板幅
中心の鋼板３のメツキ面の反射光強度を測定し
た。 イ，ロ，ハ，ニの各地点の測定信号が第６図に模
式的に示すように変化した場合、最も大きな変化
を示した区間ハ−ニ間に合金化時点が存在するこ
とになるから、炉温をコントロールすることによ
り、この合金化時点を、ラボ実験から得られてい
る適正合金化保持時間に該当する区間に制御し
た。その制御方法を表２に示す。

【表】 このようにして製造したコイルの生焼けとパウ
ダリングの発生率を調査し表３の結果を得た。両
発生率とも第１に示す比較例と比べて極めて低い
値を示しており、本発明の有用性を顕著に表わし
ている。

【表】 実施例 ３ 第５図に略図を示すように、合金化炉４の内壁
に、炉長方向に走査可能な反射光強度測定ユニツ
トを有する装置６を設置し、測定ユニツトを炉長
方向に繰り返し走査させて連続的に反射光強度変
化を測定し、第６図に模式的に示すような合金化
時点に関する信号を得た。一方、ラボ実験結果よ
り適正合金化保持時間が得られているから、合金
化時点が（適正合金化保持時間）×１／２±２秒の範 囲内で起こるように第７図のようなフイードバツ
ク制御を行なつた。この結果、合金化位置は個々
のコイルにより上記の範囲内に精度よくコントロ
ールされ、表４に示すような極めて優れた合金化
制御が達成された。

【表】 実施例 ４ 実施例２のコイルＤでは幅方向の一部に生焼け
が発生した。これは幅方向での炉温の不均一性の
ためと考えられるが、このような幅方向の不均一
性をなくすために、第４図ニの測定ユニツトを輻
方向に繰り返し走査させて反射光強度を測定し、
幅方向の反射光強度レベルが全て合金化時点後の
レベルになるように幅方向の加熱量制御を行なつ
た。実施例２のコイルＤと同一条件で50コイルを
通板した結果、表５に示すような結果を得た。生
焼け、パウダリングはいずれのコイルにもみられ
ず幅方向にも均一性の優れた合金層が得られ、本
発明の有用性が示された。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロは、鋼板メツキ面の反射光強度測
定法及び反射光強度と合金層中Fe濃度を合金化
時点の関係を示す説明図、第２図は合金化時点と
合金化保持時間と製品欠陥の関係を示す説明図、
第３図、第４図、第５図は本発明の実施態様例を
示す説明図、第６図は、反射光強度と合金化時点
の関係を示す説明図、第７図は、コンピユータを
用いて合金化位置を制御するフローを示す説明図
である。 １……炉内射光強度測定位置、２……炉内射光
強度測定位置、３……メツキ鋼板、４……合金化
炉、５……亜鉛浴、６……移動方式測定ユニツ
ト、Ａ……反射光強度測定位置、Ｂ……反射光強
度測定位置、……合金化時点前の反射光強度レ
ベル、……合金化時点後の反射光強度レベル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 合金化亜鉛メツキ鋼板の製造において、合金
   化炉内を走行する鋼板メツキ面の反射光強度を鋼
   板走行方向で合金化炉内のメツキ鋼板合金化時点
   前の反射光強度レベル位置と、合金化時点後の反
   射光強度レベル位置の複数個所を測定し、その測
   定結果に基き炉内の合金化位置を把握して、炉
   温、通板速度、亜鉛浴成分の中１又は２以上を調
   整し、炉内のメツキ鋼板合金化位置を制御するこ
   とを特徴とする、亜鉛メツキ鋼板の合金化制御方
   法。