JPH04202633A

JPH04202633A - 高Ｓｉ含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH04202633A
Application number: JP32954990A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kimura; 義孝木村; Nobukatsu Komatsu; 延勝小松; Masaaki Nakano; 中野　公明; Kenji Kasai; 笠井　研治
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-23
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2530939B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高Ｓｉ含有鋼の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の
製造方法に関するもので、特に、鋼中Ｓｉ濃度が０．３
％以上の高Ｓｉ含有鋼板に対して亜鉛めっき外観の均一
性、密着性等を確保するための還元帯での焼鈍条件を制
御する方法にある。

（従来の技ＩＦｊ）従来、建材等での構造用部材としての多様される裸鋼材
の高寿命化或いは意匠向上にあたっては一定の成形加工
後に、めっきや塗装と言った何らかの後処理が、需要家
でなされていたが工程省略による使用鋼材の低コスト化
から供給鋼材の表面処理化が強く要求される状況にある
。このなかで、最近では、特に、高張力鋼板の表面処理
化要求が高まりつつある。この高張力鋼板の防錆力向上
を主目的とした表面処理方法としては、生産性の点から
容易に厚めつき化が可能なゼンジマー式溶融亜鉛めっき
法がある。

このゼンジマー式溶融亜鉛めっき法を用いて、酸素を含
む酸化炉中で鋼板表面の圧延油を除去し、適度な酸化膜
を形成せしめた後、水素を含む雰囲気中で、還元焼鈍後
、炉内で板温を調節し、めっきする方法が、既に特開昭
５５−１２２８ｄ≦号公報で知られている。すなわち、
酸素を含まない無酸化炉方式では、鋼表面の油を除去す
ることができるが、酸化性雰囲気が弱いため、酸化され
易いＳｉ。

Ｍｎ、Ａｌが表面に拡散酸化されるため、これらの酸化
物が鋼表面を形成する。しかも、これらの酸化物は、還
元炉では、還元されず、めっきの濡れ不良、めっき密着
不良の原因となる。そのために鋼板の表面に酸化膜の厚
み４００〜１ｏｏｏÅになるように酸化した後、水素を
含む雰囲気で焼鈍し、溶融めっきするというものである
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来技術は上記のように無酸化炉の空気
比を高くして加熱し、Ｆｅ酸化膜を生成した後、還元加
熱すると、良好なめつき性が得られるという知見のみで
あって、実際の操業ラインにおけるラインスピード、炉
温、ヒートサイクル等が常に変化する連続ラインにおい
ては、一定の高空気比においても、めっき性は安定せず
、実用化には問題点があった。そこで、本発明は、高生
産性のラインにあって、従来法とは異なり、連続ライン
に制御システムを採用することにより、不めっきを伴う
ことなく、安定した品位で均一外観の優れためっき密着
性の良好な高８１含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板を得る
方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上述した問題点を解決し、その目的を達成するために１
本発明の要旨とするところは、（１）鋼中Ｓ」濃度０．
３％以上の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法におい
て、焼鈍炉の酸化帯での生成鉄酸化膜厚を酸化膜厚計に
て実測し、一方還元帯での鉄酸化膜還元能力をヒートサ
イクル。

ラインスピード、還元帯水素濃度を用いて計算し、該酸
化帯での実測した酸化膜厚に基づいて、鉄酸化膜厚＋ａ
（人）≦還元能力（人）≦鉄酸化膜厚）＋ｂｘ（酸化膜
厚）２（人）ａ二酸化膜余裕代ｂ：鋼中Ｓｉ量により決まる定数なるように還元帯での焼鈍条件を制御することを特徴と
する高Ｓｉ含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（２）鋼中Ｓｉ濃度０．３％以上の高張力溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造方法において、焼鈍炉の酸化帯での生成鉄
酸化膜厚を酸化膜厚計にて実測し、一方還元帯での鉄酸
化膜還元能力をヒートサイクル、ラインスピード、還元
帯水素濃度を用いて計算し、該酸化帯での実測した酸化
膜厚に基づいて、酸化膜厚＋ａ（人）≦還元能力（人）
≦酸化膜厚＋ｂ×（酸化膜厚）２（人）ａ：酸化膜余裕代ｂ：鋼中Ｓｉ量により決まる定数になるように還元９での焼鈍条件を制御すると共に、め
っき前の酸化膜厚を酸化膜厚計にて実測し、還元帯出側
での鉄酸化膜厚８５５０Åに保持するための還元帯での
燃焼条件をフィードバック制御することを特徴とする高
Ｓｉ含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法にある。

以下本発明について詳細に説明する。本発明において、
鋼中にＳｉ濃度が０．３％以上の高Ｓｉ含有鋼の場合に
は、一般には難めっき材と呼ばれ、鋼中のＳｉ、Ｍｎ、
Ａｌ、Ｐなどが、鋼板表面の加熱によって、酸化物とし
て鋼板表層に拡散されるため、これら酸化物が濃化し、
鋼表面を形成する。

そのため、これらの酸化物は、還元炉中でも還元されず
、めっきの濡れ性を阻害し、めっき密着性を悪くする。

従ってこれら難めっき材を対象とした鋼材への溶融亜鉛
めっきを高生産性のラインにおいて、不めっきのない、
しかも均一外観の優れためっきを可能とした二とにある
。そのための焼鈍条件として、第１は鉄酸化膜厚＋ａ≦
還元能力（人）であること。すなわち、この条件はめっ
き浴に浸漬する際に、めっき性を阻害するＦｅ酸化膜が
残存していないことを示すものである。ここで、鉄酸化
膜厚は、酸化帯出側での鉄酸化膜厚を酸化膜針で実測し
た値であり、定数ａは、鋼板の幅方向でのＦｅ酸化膜の
ばらつきの余裕代で、通常は１００人程入為値を入れる
必要がある。また還元能力とは、鉄酸化膜厚が十分に多
いときに還元帯全体で還元する能力を示し、通常は１０
００人程度入為る。従って鉄酸化膜厚＋ａが還元能力よ
り少なければ、めっき前には、鉄酸化膜はないので良好
なめっき密着性が得られる。更に還元能力（人）≦酸化
膜厚子ｂｘ（鉄酸化膜厚）２（人）なる条件は、めっき
浴に浸漬する際に、めっき密着性を阻害するＳｉ酸化膜
が表面濃化していないことを示すものである。定数すは
、鋼中８１濃度、鋼板温度、ラインスピードに依存する
定数である。従って鋼中Ｓｉの表面濃化が起こらないこ
とがめつき密着性不良、不めっきの発生を防止する理由
であり、そのための前提条件及び濃化現象について、第
１に表層３００人までのＳｉ濃化量を１．５ｍｇ／ｍ２
以下に抑えれば、良好なめっき性が得られること。

第２にＳｉ表面濃化は鉄酸化膜がなくなった時点から開
始すること。第３はＳｉの表面濃化は、鉄酸化膜が還元
された後の純鉄層を、Ｓ１原子が拡散する過程で律速と
なり、時間の平方根に比例して１表面Ｓｉ量は増加する
ものである。これらの現象を発明者らは種々の実験の結
果見出し１次の関係を式で示すことができる。すなわち
、Ｓｉの表面濃化量は鋼中Ｓｉ濃度Ｃｓｉに比例し、鉄
酸化膜厚○Ｘに反比例し、時間の平方根ｆｒ：了了に比
例する故、Ｓｊ濃化量＝Ａ−Ｃｓｉｌｏｘ−７−−・　（１）ここで、Ｓｉ濃化量：　　［ｍｇ／ｍ２）Ａ　　：定数
［ｍｇ／ｍ２・人・ｓ　ｅ　ｃ−ＩＣｓ　５．　：鋼中
Ｓｉ濃度〔％〕 ○Ｘ　：鉄酸化膜厚〔人〕ｔ　　：還元帯滞在時間（ｓ　ｅ　ｃ）ｔｌ　　：還元
帯に入ってから鉄酸化膜厚が還元されるまでの時間〔ｓ
ｅｃ〕このＳｉ濃化量がＬ５ｍｇ／ｍ”を超えると、表面全体
がＳｉＯｘ皮膜で被われるので、良好なめっき密着性を
得るための条件は。

Ｓｉ濃化量≦１．５ｍ　ｇ　／　ｍ２−　・・・・・（
２）Ａ−Ｃｓｉｌｏｘ−ｖ’τ−１−５１，５ｍ　ｇ　
／　ｍ”・・・・（３）両辺を２乗してＡ２・　（Ｃ５ｉ／○ｘ）２・　（ｔ−ｔｌ）≦２．２
５・・・（４）ここで還元速度をＶｒ（入／５ｅｃ）、
還元能力をＲ〔人〕とすると、還元能力はｔ（ｓｅｃ〕
間での還元量であるから、Ｒ＝Ｖｒ　　−ｔ　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・・　（５）また、ｔｌ（ｓｅｃ）間でＯｘ［人］
の酸化膜を還元するから、 ○ｘ＝Ｖｒ−ｔエ　　　　　　　　・・・・・（６）こ
れより、ｔ＝Ｒ／Ｖｒ、ｔ、＝Ｏｘ／Ｖｒ−（７）この２式を（
４）式に代入してＡ２・　（Ｃ５ｉ／○ｘ）２・１／Ｖｒ　・　（Ｒ−Ｏ
ｘ）≦２．２５　　　　　　　　　　　　　・・・　（
８）これを整理して、Ｒ≦Ｏｘ＋２．２５・Ｖｒ／Ａ・１／Ｃｓ　ｉ２・ｏｘ
２定数Ａと還元速度Ｖｒは実験的に求められ、還元帯で
の鋼板の平均温度である６００℃では、Ａ＝１２７　［
ｍｇ／ｍ２・人・５ｅｃ−Ｋ］Ｖ　ｒ　＝１１．６［人
／ｓｅｃ］よって１条件はＲ≦Ｏｘ　＋１．６Ｘ１０３／Ｃｓ　ｉ”　・Ｏｘ”従
って、Ｓｉの表面濃化によるめっき密着性不良を防止す
る条件は、還元能力≦鉄酸化膜厚＋］、６Ｘ１０−’／Ｃｓ１２Ｈ
（鉄酸化膜厚）２すなわち、定数すは、１．６　Ｘ　１
（１−３／Ｃｓ１２で表すことができる。

以上のことを模式的に説明したものが第１図に示す模式
図である。すなわち、第１図は酸化、還元バランスを時
間の変化として表したもので、鉄酸化膜厚は酸化帯にお
いて増加し、その後還元帯で、酸化膜は還元され、ｔ□
後にＦｅＯ還元は完了し、引続きＳｉ濃化が開始さ１ｔ
−ｔ工時閣内でＳｉの濃化が進むと共に、還元能力の許
容範囲まで還元が行われる状態を示している。また第２
図は酸化、還元バランスの軌跡を模式的に示したもので
。

酸化・還元過程■は亜鉛浴中に入る際、未だ酸化膜が残
っているため、合金化特性は不良状態を示す。次に酸化
・還元過程■は鉄酸化膜が残存する限界を示す。さらに
酸化・還元過程■は本発明に係るもので、適正操業範囲
に属する。　また■はＳｉの表面濃化の限界点を示し、
Ｓｉ原子が純鉄層（酸化膜が還元された後の鉄の層）の
表層まで到達していない状態であり、■は亜鉛浴に入り
合金化する際、ＳｉＯｘ皮膜が表面にあり、鋼板と浴と
の反応を阻害するため、めっき密着性は不良の結果を生
ずる。従って■、■、■は従来における酸化・還元過程
を経るものであり、本発明は■及び■に該当するも、■
は本発明の限界点に当たる。また第３図は還元能力と鉄
酸化膜厚とに関係を示す図であって、Ｓｉ濃度１．０％
のときの本発明の操業範囲を定めている。Ａ線は鉄酸化
膜残留限界曲線を示し、下部に当たる鉄酸化膜残留領域
では、めっき密着性は不良となる。また、８曲線はＳｉ
濃化限界線であって、該Ｂ曲線上部はＳｉの表面濃化に
よるめっき密着性不良を起こす領域に該当する。従って
、鉄酸化膜残留限界曲線Ａの上部で、かつＳｉ濃化限界
曲線Ｂの下部に当たる８部の範囲内に保持できるように
、ラインスピード及び還元帯水素濃度を調節する必要が
ある。更に鉄酸化膜はＣ垂直線以下、すなわち１０００
Å以下を必要とする。これを超えるとＦｅ−Ｚｎ反応が
過剰に起こり、Ｆｅ−Ｚｎ界面に脆い合金層が形成−し
、（過剰合金層成長領域Ｄ）めっき密着性不良になる。

これらを、実操業連続ラインに採用する。

第４図は本発明に係る設備概略図であって、冷間圧延後
のｍ’１１を予熱炉２で予め加熱した後、鋼板に対して
垂直に火炎を噴射するバーナーを用いた加熱炉３で銅帯
の表面生成酸化膜量を１０００人を超えない範囲で制御
しながら、加熱した後、次の還元帯である均熱炉４及び
焼鈍炉５に入る前に、加熱炉での、表面生成酸化膜量を
色差計なる酸化膜厚計６を用いて実測し、この実測値に
基づいて、前記還元能力をヒートサイクル、ラインスピ
ード、還元帯水素濃度を用いて計算し、最適範囲（Ｓ領
域）になるように焼鈍炉５で還元をし、引続き徐冷帯７
および急冷帯８にて、最高８５０℃の銅帯温度を４５０
〜５００℃に急冷する。その後の銅帯は、ホットプライ
ドル、スナウトを経て、還元雰囲気状態で亜鉛浴ＩＯに
浸漬され、ワイピング装置で付着量が調整され、溶融亜
鉛めっき鋼板が得られる。

第５図は、本発明の制御システムを示す図であって、鋼
帯１は、直火加熱炉３の燃焼廃ガスの廃熱を利用した予
熱炉２で予熱された後、直火加熱炉３で最高約７００℃
まで銅帯表面を加熱し、その場合に鋼板に対して垂直に
火炎を噴射するバーナー１１を千鳥状に配設し、酸化膜
量を最大ｔｏｏｏ人を超えない範囲で急速加熱する。そ
の結果を酸化膜厚計６からの指令に基づき、目標酸化膜
比較演算機によって、酸化膜厚検出値と別に設定した目
標値とを比較し、その差信号によって、直火加熱炉をフ
ィードバック制御する。一方、設定された酸化膜厚目標
値は還元指令装置に指示され、還元帯である焼鈍炉５に
指令され、酸化膜厚を最大５０Å以下に保持するように
制御する。この結果を還元帯出側酸化膜厚計９によって
再確認し、もし仮に目標酸化膜厚を超える場合には、還
元指令装置を介して焼鈍炉における還元能力をフィード
バック制御することによって最適目標の酸化膜厚とする
ものである。その最適酸化膜厚の状態で徐冷、急冷して
、亜鉛浴１０に浸漬され、溶融亜鉛めっき鋼板が得られ
る。

（実施例）実施例ＩＣ：　０．１１％　Ｓｉ：１．０％　Ｍ　ｎ　：　１．
５０％　Ａ　ｌ　：０゜０２％残Ｆｅから成る鋼成分を
有する高張力６０に残留「ハイテンを、予熱炉にて約３
５０℃に加熱し、その後、直火加熱炉にて約７００℃ま
で加熱をする。

この加熱された銅帯を色差計を用いて生成酸化膜を実測
し、この実測値が目標酸化膜比較演算機に送られ、その
検出値と別に設定した目標値とを比較し、その差信号に
よって、もし仮に１０００人を超す酸化膜厚の場合には
直火加熱炉にフィードバック制御する。目標酸化膜厚で
あれば還元指令装置に送られ、焼鈍炉にて約８５０℃に
加熱される。この加熱された鋼板は均熱、焼鈍され、徐
冷の後４５０〜５００℃に急冷され、亜鉛浴中を通過さ
せ、エアーワイピングでめっき量を４０ｇ／＋２とした
。その結果を第１表に示すような評価によれば全く亀裂
、剥離が見られなかった。

実施例２Ｃ：　０．１５％　Ｓ　ｉ　：　１．２％　　Ｍ　ｎ　
：　１．５０％　Ａ　ｌ　：０゜０４％残Ｆｅから成る
鋼成分を有する高張力８０に残留ｒハイテンを、予熱炉
にて約３００℃に加熱し、その後、直火加熱炉にて約７
００℃まで加熱をする。

この加熱された銅帯を色差計を用いて生成酸化膜を実測
し、この実測値が目標酸化膜比較演算機に送られ、その
検出値と別に設定した目標値とを比較し、その差信号に
よって、もし仮に１２００人の酸化膜厚の場合には直火
加熱炉にフィードバック制御して、空気比を下げる。目
標酸化膜厚であれば還元指令装置に送られ、焼鈍炉にて
約８５０℃に加熱される。この加熱された鋼板を還元帯
である焼鈍炉出側の酸化膜厚計で再確認し、もし仮に５
０人超える酸化膜厚のときは、還元指令装置を介して、
超える分だけを焼鈍炉の水素濃度を上げることによって
、目標酸化膜厚の調整をした。その調節後の酸化膜厚の
状態で、４５０〜５００℃に急冷して、亜鉛浴中を通過
させ、エアーワイピングでめっき量を４０ｇ／ｍ２とし
た。その結果を第１表に示す評価によれば４点を得た。

第　　１　　表（発明の効果）以上述べたように、本発明は従来と異なり、連続ライン
に制御システムを採用し、かつ鉄酸化膜厚と還元能力と
の関係を満たすため、酸化帯出側ないしは還元帯出側を
も検出器を設けて酸化膜厚を修正するようにしたので、
Ｓｉ含有高張力鋼板であっても、溶融亜鉛めっき条件を
いたずらに変更することなく、普通鋼と同様のめつき密
着性が得られ、亀裂、剥離等を伴うことなく、安定した
品位で均一な外観の溶融亜鉛めっき鋼板を実用上極めて
有利な高効率適、かつ高生産性を可能ならしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化、還元バランスを時間の変化として表した
模式図。第２図は酸化、還元バランスの軌跡を模式的に
示した図。第３図は還元能力と酸化帯での生成鉄酸化膜
厚との関係を示す図。第４図は本発明に係る設備概略図
、第５図は本発明の制御システムを示す図である。Ａ・・・・・・鉄酸化膜残留限界、ＩＢ　　・・Ｓｉ濃
化限界曲線　Ｃ・・・・・鉄酸化膜厚１０００人垂直線
Ｄ・・・・・過剰合金層成長領域　Ｓ・・本発明領域ａ
・・・・・余裕代

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼中Ｓｉ濃度０．３％以上の高張力溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造方法において、焼鈍炉の酸化帯での生成鉄
酸化膜厚を酸化膜厚計にて実測し、一方還元帯での鉄酸
化膜還元能力をヒートサイクル、ラインスピード、還元
帯水素濃度を用いて計算し、該酸化帯での実測した酸化
膜厚に基づいて、鉄酸化膜厚＋ａ（Å）≦還元能力（Å
）≦鉄酸化膜厚）＋ｂ×（酸化膜厚）＾２（Å）ａ：酸化膜余裕代ｂ：鋼中Ｓｉ量により決まる定数なるように還元帯での焼鈍条件を制御することを特徴と
する高Ｓｉ含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（２）鋼中Ｓｉ濃度０．３％以上の高張力溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造方法において、焼鈍炉の酸化帯での生成鉄
酸化膜厚を酸化膜厚計にて実測し、一方還元帯での鉄酸
化膜還元能力をヒートサイクル、ラインスピード、還元
帯水素濃度を用いて計算し、該酸化帯での実測した酸化
膜厚に基づいて、入側酸化膜厚＋ａ（Å）≦還元能力（
Å）≦入側酸化膜厚＋ｂ×（酸化膜厚）＾２（Å）ａ：酸化膜余裕代ｂ：鋼中Ｓｉ量により決まる定数になるように還元帯での焼鈍条件を制御すると共に、め
っき前の酸化膜厚を酸化膜厚計にて実測し、還元帯出側
での鉄酸化膜厚ｄ≦５０Åに保持するための還元帯での
燃焼条件をフィードバック制御することを特徴とする高
Ｓｉ含有高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。