JPH0515780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶融亜鉛めつき鋼板の合金化処理
炉、詳述すれば品質特性、特に加工時にめつき層
の剥離の少ない合金化溶融亜鉛めつき鋼板（以
下、「GA鋼板」と略す）を高い生産性で製造す
るための溶融亜鉛めつき鋼板の合金化処理炉に関
する。

（従来の技術） GA鋼板は、一般に溶融亜鉛めつき鋼板をめつ
き直後、連続的に熱処理することによつて製造さ
れる。通常、熱処理時のFe−Znの相互拡散によ
り、めつき層は8.5〜13％のFeを含有し、２、３
種の金属間化合物の層状組織より構成される。こ
のようにして得た素材を塗装性、溶接性が一般の
亜鉛鋼板より優れているため今日広凡な用途に用
いられているが、めつき層に全く塑性変形能がな
いので、プレス加工などの成形加工時にパウダリ
ングと呼ばれるめつき層の粉末状の剥離もしくは
部分的脱離を生じやすい。

かかる欠点を解決する方策として、従来から知
見されていることは、合金化処理時の材料温度を
低下させるか、あるいはZn中に含有されている
Alを増加させることであり、いずれの場合もFe
−Znの相互拡散を抑制する方法である。

かかる観点からのGA鋼板のパウダリング現象
を克服するための様々な試みの１例としては、合
金化時のヒートパターンの面から検討しようとす
るものがある。例えば、特公昭59−14541号では、
合金化加熱処理装置を１次加熱装置と２次加熱装
置とに分割し、この２次加熱をオフラインで行う
ことを提案している。しかし、このオフライン法
は、耐パウダリング性のある程度の改善の効果は
みられるが、ポストアニーリングの効果を除け
ば、その不利益については改めて述べるまでもな
い。

更に、特開昭59−173255号は、耐パウダリング
性の改善のための現象論的な背景を解説するとと
もに、めつき後520℃以下に６秒以上保持して合
金化することを提案しているが、要するに、時間
をかけてゆつくり合金化することがポイントとさ
れ、極言すれば、生産性を低下させれば品質の良
好なものが得られることを記述している。

しかし、最終温度、上限時間の規定がないた
め、そのような処理条件は十分条件とは言えず、
したがつて、耐パウダリング性が不良のものもか
なり発生し、いたずらに炉長の増大を招くにすぎ
ない場合も考えられる。

近年溶融亜鉛めつきラインは高生産性を追求し
て通板速度の高速化が行われており、比較的新し
いものでは150〜200ｍ／minの通板速度が達成さ
れる。したがつて、上述のような解決策はこの点
からも満足するものではなかつた。

このような高い生産性で、GA鋼板を製造しよ
うとする場合、従来の考え方では合金化処理時の
鋼板の温度が制御されるため必然的に長大な合金
化炉が必要となる。しかし、一般的に合金化炉
は、めつきポツト上に垂直に配置され、例えば後
述する第２図に示すようにターンロール２３と浴
面の間に配置されるため、合金化炉が長大化する
と、建屋の高さが非常に大きくなるとともに、中
間ロールがない場合、鋼帯１１が支持ロール１５
とターンロール２３の間で大きく振動する。

実際には、GA鋼板用としては中間ロールを設
けることは可能であるが、非GA鋼板の通板時に
大きな障害となる。

この点から、現実的に合金化処理炉の総炉長は
35〜50ｍに制約されることが多いが、これは最終
冷却帯を含めた炉長であつて、現実に合金化に寄
与するのは高々15〜30ｍである。これは現実的に
は30ｍ／minで通板したとすると12秒の合金化時
間となる。すなわち、このような短い時間で合金
化を達成するには、合金化めつき鋼板の温度とし
て550℃程度の温度が、例えばZn付着量片面50
ｇ／m²時に要求される。しかしながら、一般に
530℃以上で耐パウダリング性が低下するため、
従来法では経済的生産を行うと、耐パウダリング
特性は劣悪なものにならざるを得ない。

（発明が解決しようとする問題点） かくして、本発明の目的とするとこらは、これ
ら従来法の欠点を解消した合金化処理炉を提供す
ることである。

また、本発明の別の目的は、比較的短い合金化
処理時間で、パウダリングを抑制したGA鋼板の
製造用の合金化処理炉を提供することである。

（問題点を解決するための手段） すでに述べたように、合金化時の被めつき鋼板
の温度（以下に、単に「材温」という）を低くす
ることにより、つまり低い材温、即ちζ相が核形
成できる520℃以下の温度で過処理にならない程
度にゆつくり合金化することが耐パウダリング性
改善には必要であると言われている。しかし、こ
れを達成するためには、いたずらに長い合金化処
理炉が必要となつてくる。これでは、本発明の目
的が達成されない。

そこで、本発明者らは550℃以上での合金化で
は、耐パウダリング性が著しく劣化するが、この
550℃以上の合金化処理条件を、合金化時の１過
程として、合金化プロセスの中に組入れることを
検討した結果、合金化加熱の初期に、550℃以上
の材温に保持しても、パウダリング特性の劣化は
生じず、合金化処理時間の短縮効果を認めた。そ
して、550℃以上の初期加熱で合金化を開始し、
表面迄合金化が完了する以前に鋼板を急冷し、最
終的な合金化処理を450〜530℃で行うことから成
る方法について先きに特願昭60−64162号として
特許出願した。

ここに、本発明は、そのような方法を実施する
ための装置として開発したものであつて、加熱帯
に続いて急冷帯を設けることにより、耐パウダリ
ング性を損なうことなく加熱帯での加熱温度を高
くでき、これにより合金化処理炉の炉長が著しく
短縮できるのである。

すなわち、従来の合金処理炉は、加熱帯、保持
帯、冷却帯を連続して構成しているがこの装置で
は、高速通板して、耐パウダリング性に優れた
GA鋼板を得ることができない。したがつて、本
発明にあつては加熱帯と保持帯の間に、急速冷却
帯を設置しており、これにより加熱帯のより高温
加熱を可能にするとともに、保持帯の温度を下げ
ることができ、このヒートパターンによつて得ら
れるGA鋼板は高速通板しても高品質となるので
ある。

すなわち、従来法は、高温つまり合金化速度が
大きいと耐パウダリング性が低下するとの技術思
想であるが、本発明は、パウダリング性と関連す
るのは合金化末期の合金化速度であつて、合金化
初期の合金化速度は本質的にパウダリング性と関
連性がないという技術思想にもとずくのである。

ここで、合金化末期とは、被膜の平均Fe含有
率が５〜10重量％、特に８〜10％の合金化領域を
指す。

本発明者等の行つた実験での末期合金化速度と
パウダリング性の関係を第１図ａおよびｂにグラ
フで示した。

第１図ａは、亜鉛めつき付着量46ｇ／m²で亜鉛
めつきを行い、成品被膜中の平均Fe含有率10〜
12.5重量％のときの合金化後期即ち平均Fe含有率
５〜10％の領域における被膜中へのFe富化速度
（ｇ／m.s）に対するパウダリング量（ｇ）をグ
ラフにまとめて示すものであり、図示グラフから
も明らかなようにFe富化速度が低いときはパウ
ダリングの発生量は少ないことが分かる。

第１図ｂは、上記の場合に平均Fe富化速度即
ち合金化開始から終了迄の平均的Fe富化速度を
横軸にとつたときの同様のグラフであるが、これ
によれば、一定の明確な相関はみられない。むし
ろ、平均Fe富化速度がかなり高くしても必ずし
もパウダリングが顕著に起こるということはない
ことが判る。

この考え方に基づく新しい合金化処理の熱処理
方法は、合金化初期にはできるだけ合金化温度を
上昇、少なくとも550℃以上の材温に到るまで加
熱する。500℃未満では、Zn中のAlのFe−Znの
相互拡散抑止効果が大きいため比較的初期合金化
速度が小さいが、550℃以上では、Fe−Zn−Al3
元合金が早期に崩壊して高速の合金化が達成され
る。

しかし、合金化が中ば以上行われた後は、末期
合金化速度を抑制するために可及的速やかに530
℃以下へ鋼帯を冷却する必要がある。しかし420
℃以下まで冷却すると、合金化の終了までに長時
間を要するので、望ましくは、450〜500℃で保持
する必要がある。

以上のように知見に基づき、本発明者らはさら
に検討の結果、以下の本発明の合金化処理炉を発
明した。

よつて、本発明の要旨とするところは、溶融亜
鉛めつき鋼帯を連続的に合金化処理する溶融亜鉛
めつき鋼板の合金化処理炉であつて、加熱帯、急
速冷却帯、保持帯、おおび冷却帯をこの順序に連
続配置してなる、合金化処理炉である。

前記加熱帯にあつては、好ましくは550〜700℃
への急速加熱を行なうものであるが、その際の加
熱手段としては高周波誘導加熱装置を設けてもよ
く、および／またはその長さは前記溶融亜鉛めつ
き浴を通過後、急速加熱後の急冷開始までの時間
を10秒以内とする程度としてもよく、好ましくは
５秒以内である。加熱手段としての高周波誘導加
熱装置は、特に高周波誘導加熱の投入周波数を適
宜選定することにより鋼板表面とめつき層との界
面をのみ急速に強加熱することができるため本発
明の目的にとつては好ましい。

また、前記急速冷却帯は、好ましくは上述のよ
うな530℃以下の温度範囲へ急冷するためのもの
であり、例えばミスト冷却および／またはジエツ
トガス冷却装置を設けていてもよい。次に、前記
保持帯は、冷却した後に溶融亜鉛めつき鋼板をそ
の温度に保持することにより行うためのもので、
そのときの低温合金化処理は３〜120秒行うのが
好ましいため、それにより長さが決定できる。よ
り好ましくはこのとき保持帯にも高周波誘導加熱
装置など適宜加熱装置を設けることができる。

なお、前記加熱帯における加熱程度は「めつき
層表面に液相が残存する」状態とするのが好まし
いが、これはめつき層内部に相互拡散によりFe
−Zn合金層が形成されるが、まだ表面にまでFe
が拡散してきていない状態を言い、一般にそのと
きはめつき層表面はまだ金属光沢を有している。
本発明に係る装置を利用した場合、めつき条件に
もよるが加熱開始より10秒以内、温度で云えば
550〜650℃程度であればそのような状態は十分確
保されている。

（作用） 次に、本発明にかかる合金化処理炉の構造を従
来のそれと比較しながら説明する。

第２図は、従来の合金化溶融亜鉛めつき鋼板製
造装置１０であり、鋼帯１１はスナウト１２を経
て溶融亜鉛浴１３に連続的に浸漬されシンクロー
ル１４および支持ロール１５を経て引き上げられ
る。符号１６は目付量調節用のガスワイパーを示
すもので、これにより所要量の溶融亜鉛がめつき
された鋼帯は一連の直火式バーナ１７を備えた加
熱帯１８、保持帯１９、そして同じく直火式バー
ナ２０を備えた保持帯２１を備えた合金化処理炉
２２により各処理帯を順次通過して合金化処理が
行われ、ターンロール２３を経て装置外へ送られ
る。

一方、本発明による合金化処理炉を第３図に示
すが、同一部材は同一符号で示す。溶融亜鉛めつ
きをされた鋼帯は前述の通常の方法によつて付着
量の制御を行つた後、可及的速やかに加熱帯２８
へ導入される。加熱帯は比較的速やかに、鋼帯を
望ましくは550℃以上に加熱する機能を有するも
のであつて、望ましくは50℃／Ｓ以上の昇温速度
を能力として具備する。この目的のためには、加
熱帯２８の加熱装置が誘導加熱方式よりなること
が望ましいが、場合によつては対流加熱能の大き
いバーナでもよく、必ずしも特定の加熱方式に限
定されえるものではない。

加熱帯２８の直後に位置する急速冷却帯３０
は、加熱帯２８で少なくとも550℃以上に加熱さ
れた鋼帯１１を速やかに530℃以下の温度に急冷
する機能を有するものである。理想的な態様にお
いては、加熱帯２８において550℃以上に鋼帯１
１が加熱されるので、急速冷却帯３０は、20℃／
Ｓ以上の冷却能を有することが望ましく、ガスジ
エツトによる冷却の他、水等を併用したアトマイ
ズミストによる冷却を採用することができる。そ
のような冷却手段そのものは公知のものであつて
よい。保持帯３２は加熱帯２８および急速冷却帯
３０を通して半ば合金化され鋼帯１１の最終的な
合金化を行うために、鋼帯を530℃以下の温度に
保持することを目的としており、その温度を保持
するために、小容量の誘導加熱装置（図示せず）
あるいは、前記加熱帯２８がバーナ加熱である場
合には、その廃熱が用いられる。

最終段における冷却帯３４は合金化を終えため
つき鋼帯１１を比較的速やかに冷却して過度の合
金化を抑制する目的で設けるものであつて、この
場合にあつても好ましくはミスト冷却もしくはガ
ス冷却装置を用いる。

本発明における合金化度の調整は、加熱帯２８
の通電量もしくは焚量によつて行う他、急速冷却
帯３０の冷却用のガス量もしくはミスト量および
保持帯３２の温度コントロールによつて行うが、
保持帯温度は望ましくは520℃以下であるため、
加熱帯温度と急速冷却帯の流体流量で調整するこ
とが、高品質の製品を得るためには適当であると
言える。

なお、Znめつき層中のAlの濃度は常法による
ものである。一般には0.05％以上含有される。本
発明では合金化の促進ができるので好ましくは
0.35wn％以下とするのがよい。

以下、本発明を、実施例に基づき更に詳細に説
明する。

なお、以下の各実施例にあつては、ゼンジマー
方式で連続的に製造された、厚さ0.6mmの片面86
ｇ／m²のZn付着量を有する亜鉛めつき鋼板を供
試材とした。このときの鋼板組成はＣ：0.035％、
Si＜0.01％、Mn：0.22％、Ｐ：0.01％、Ｓ：
0.009％、sol.Al：0.024％であり、Znめつき層中
の有効Al濃度は0.135％であつた。

実施例 300ｍ巾、0.5mm圧の鋼帯を30ｍ／minの通板速
度で、第３図に示す溶融亜鉛めつきのパイロツト
ラントを用いて40ｇ／m²の片面当たり付着量の溶
融めつきを行い、めつきポツト上方に設置された
240KWの誘導加熱炉、最大20m³／minの量のガ
ス吐出が可能なエアージエツト、さらに120KW
の誘導加熱炉による保持帯、最大５m³／minの量
のガス吐出が可能なエアージエツトによる冷却帯
を連続的に配置した合金化処理炉に通板して、エ
アージエツト量および通電量を変化させて各種の
合金化処理を行つた。得られた鋼板は、直径60mm
のブランクの円筒絞り試験を行い、成形後テーピ
ングテストにより強制剥離させ、試験材の重量減
量を評価することにより耐パウダリング性を測定
した。その結果を第４図ａおよびｂに示す。

すなわち、第４図ａは、急速冷却帯のエアジエ
ツト量８〜16m³／minのときの通板速度と誘導加
熱炉の通電量とに対し耐パウダリング性をプロツ
トして示すグラフである。第４図ｂは比較例とし
て示すもので同じく急速冷却帯のエアジエツト量
をゼロとしたときの同様のグラフである。図中、
記号「○」はパウダリング量が0.03ｇ／個未満の
場合、同「●」は0.03ｇ／個以上の場合、そして
「×」は未処理の場合（めつき層の表層まで合金
化が完結していない状態でZn層が残存）のパウ
ダリング量をそれぞれ示す。このように急速冷却
帯を具備した本発明においては、このパイロツト
プラントの例でも明らかなように高速通板時に高
品質のGA鋼板が得られることが判明した。

（発明の効果） 以上、本発明による炉では高い生産性で高品質
の製品を製造することができ、本発明に係る装置
は、GA鋼板の高速、つまり短時間熱処理装置と
して優れており、特に比較的付着量の大きい素材
や、Zn中のAl濃度の高い場合に優れた効果を示
すもので、今日のように、Al濃度の高い合金化
溶融亜鉛めつきが望まれている状況下において生
産性を高める手段として本発明の意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは、合金化後期のFe富化速
度および平均Fe富化速度とパウダリング量との
関係をそれぞれ示すグラフ；第２図は、従来装置
を示す略式説明図；第３図は、本発明に係る装置
を示す略式説明図；および第４図ａおよびｂは、
本発明の実施例および比較例のデータを示すグラ
フである。 ２８：加熱帯、３０：急速冷却帯、３２：保持
帯、３４：冷却帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融亜鉛めつきした鋼帯を連続的に合金化処
   理する溶融亜鉛めつき鋼板の合金化処理炉であつ
   て、加熱帯、急速冷却帯、保持帯、および冷却帯
   をこの順序に連続配置してなる、合金化処理炉。 ２ 前記加熱帯が誘導加熱装置を有することを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項記載の合金化処
   理炉。 ３ 前記急速冷却帯がミスト冷却および／または
   ジエツトガス冷却装置を備えた特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の合金化処理炉。 ４ 前記保持帯が加熱装置を備えた特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の合金化
   処理炉。