JPH07138724A - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パウダリング特性に優れる合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を製造することができる方法の提供。 【構成】連続的に焼鈍処理された鋼板を、溶融亜鉛めっ
きポットに浸漬して溶融亜鉛めっきを行ない、亜鉛付着
量を調整した後、さらに合金化炉において合金化熱処理
を行なう合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製造方法であ
って、前記合金化炉における合金化熱処理を熱プラズマ
によって行なう合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の連続製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、図
６に示すように、加熱帯６２、均熱帯６３、および冷却
帯６４から構成される連続焼鈍処理工程と、溶融亜鉛ポ
ット６５、ワイピング装置６６、ならびに加熱帯６７お
よび保持帯６８が設けられた合金化炉６９から構成され
る溶融亜鉛めっき工程とを有する連続処理装置によって
製造されている。この連続処理装置において、前段の工
程から搬送されてきた鋼板７０は、加熱帯６２および均
熱帯６３において７００〜９００℃に昇温され、冷却帯
６４にて約４５０〜５５０℃に冷却され、溶融亜鉛ポッ
ト６５に浸漬されて亜鉛めっきが施された後、ワイピン
グ装置６６によって所定の亜鉛めっき量に調整され、合
金化炉６９の加熱帯６７において所定の温度に加熱さ
れ、保持帯６８において所定の時間保持されて合金化処
理を施されて、合金化溶融亜鉛めっき鋼板となる。この
合金化溶融亜鉛めっきの連続処理工程の合金化炉６９の
加熱帯６７における加熱の方法として、燃料ガスの直火
バーナーによるガス加熱方法、誘導加熱による方法、あ
るいはガス加熱と誘導加熱を併用する方法、レーザービ
ームによる加熱方法等が知られている（特開平１−１７
７３５３号公報、同１−１０４７５４号公報、同１−１
７７３５１号公報、特公昭６３−６２５８８号公報、特
開平５８−１４１３７０号公報）。また、保持帯におい
て、ガス加熱方法の場合には、燃焼排ガスは温度調整し
て保持帯に供給し保持熱源として利用され、誘導加熱方
法の場合には、保持熱源として電気ヒーターが使用され
ている。

【０００３】このようにして製造される合金化溶融亜鉛
めっき鋼板に要求される重要な特性として、パウダリン
グ特性がある。このパウダリング特性は、折り曲げ加
工、プレス加工等の加工成形時に、合金化溶融亜鉛めっ
き層が鋼板表面から粉末状または箔状に剥離する特性を
いい、自動車用鋼板、ＯＡ機器用鋼板、家電製品用鋼板
等の種々の成形加工に供される鋼板では重要な特性であ
る。一般に合金化めっき層は、図７に示すように、鋼板
７１と合金化めっき層７２の界面７３から順にΓ相７
４、δ相７５およびζ相７６と呼ばれる、それぞれＦｅ
濃度の異なるＺｎ−Ｆｅ合金相から形成されている。合
金化めっき層において、このΓ相７４とζ相７６が少な
く、δ相が多い合金化溶融亜鉛めっき鋼板が、パウダリ
ング特性に優れることが知られている。

【０００４】このパウダリング特性に優れる合金化溶融
亜鉛めっき鋼板を得るために、合金化炉の加熱帯におけ
る加熱速度および加熱温度を適切に調整するために、種
々の方法が提案されている。例えば、特公平２−３８６
６０号公報には、合金化炉の加熱帯を少なくとも２つ以
上に区画し、鋼板出側の最後の区画での誘導加熱を１０
ｋＨｚ以上の高周波で行なう方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、誘導加熱によ
る方法では、鋼板の幅方向に対して均一な加熱を行なう
ことができない等の欠点がある。また、その他の従来の
加熱方法においても、パウダリング特性の問題を根本的
に解決することができなかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、パウダリング特
性に優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することが
できる方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決する手段について種々検討した。まず、素材鋼板
として、成分組成の異なる数種の鋼板を選び、これらを
それぞれ溶融亜鉛めっきし、さらに亜鉛付着量６０ｇ／
ｍ² に調整した後、加熱速度および加熱温度を変えて合
金化処理して、めっき層のＦｅ濃度が約１０％の合金化
溶融亜鉛めっき鋼板を製造し、そのパウダリング性を評
価した。その結果、鋼板の加熱速度とパウダリング指数
との関係を示す図１から、加熱帯における加熱速度を大
きく、例えば約４０℃／ｓｅｃ以上、さらに望ましくは
約１００℃／以上とすれば、パウダリング特性に優れた
めっき鋼板を得ることができることが分かる。

【０００８】しかし、従来のガス加熱方法では、鋼板の
加熱速度は約５〜１５℃／ｓｅｃ程度、誘導加熱による
方法でも、鋼板の加熱速度は約５０℃／ｓｅｃ程度であ
り、十分な加熱速度を得ることができない。そこで、本
発明者らは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造プロセス
には利用されていないが、従来からプラズマ溶射、切
断、溶接等の各種の金属加工、あるいは溶解、還元等の
金属精錬等に利用されている熱プラズマ処理に着目し
た。この熱プラズマ処理は、アーク放電あるいは高周波
放電によって発生する、圧力が約１００Ｔｏｒｒ以上、
電子密度が１０¹⁶〜１０¹⁸ｃｍ^-3程度の高温高密度であ
る、電子温度と気体原子・イオンの温度とがほぼ等しく
局所平衡状態にあるプラズマによる処理である。

【０００９】そこで、この熱プラズマ処理による鋼板の
加熱特性を調査したところ、１０００℃／ｓｅｃ程度ま
での加熱速度が可能であることが分かった。したがっ
て、この熱ブラズマ処理を合金化炉の加熱帯における加
熱装置として使用すれば、従来法では達成できない高い
加熱速度で加熱処理を行なうことができるため、パウダ
リング特性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造で
きることが期待される。

【００１０】すなわち、本発明は、連続的に焼鈍処理さ
れた鋼板を、溶融亜鉛めっきポットに浸漬して溶融亜鉛
めっきを行ない、亜鉛付着量を調整した後、さらに合金
化炉において合金化熱処理を行なう合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板の連続製造方法であって、前記合金化炉における
合金化熱処理を熱プラズマによって行なう合金化溶融亜
鉛めっき鋼板の連続製造方法を提供するものである。

【００１１】また、前記合金化炉における合金化熱処理
を、鋼板の幅方向に磁界によって熱プラズマを高速で走
査して行なうと、好ましい。

【００１２】また、前記合金化炉における合金化熱処理
によって発生する熱プラズマの排気ガスを温度調整後、
合金化炉の保持帯に供給して熱源とすると、好ましい。

【００１３】以下、本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板
の連続製造方法（以下、「本発明の方法」という）の実
施態様を示す図２に基づいて、本発明の方法について詳
細に説明する。

【００１４】図２に示すプロセスは、加熱帯１、均熱帯
２、および冷却帯３から構成される連続焼鈍プロセス４
と、溶融亜鉛めっきポット５、ワイピング装置６および
合金化炉７から構成される合金化溶融亜鉛めっきプロセ
ス８とで基本的に構成される。合金化炉７は、熱プラズ
マ加熱帯９と保持帯１０とを配列してなるものである。

【００１５】このプロセスにおいて、鋼板１１は、加熱
帯１および均熱帯２において７００〜９００℃に昇温
し、冷却帯３で４５０〜５５０℃に冷却後、溶融亜鉛め
っきポット５に浸漬されて溶融亜鉛めっきされ、ワイピ
ング装置６によって亜鉛めっき付着量を調整され、合金
化炉７に通板される。合金化炉７に通板された溶融亜鉛
めっき鋼板は、熱プラズマ加熱帯９において４６０〜５
５０℃程度の温度に加熱された後、保持帯１０におい
て、５〜３０秒間温度を保持されて合金化溶融亜鉛めっ
き層が形成される。

【００１６】本発明の方法において、前記加熱帯１、均
熱帯２、および冷却帯３における鋼板の処理は、特に制
限されず、常法にしたがって行なうことができる。例え
ば、鋼板の加熱、均熱は、燃焼ガスを直接、鋼板に接触
させるバーナ式であっても、ラジアントチューブ方式の
いずれでも良い。また、溶融亜鉛めっきポット５、ワイ
ピング装置６および合金化炉７の保持帯１０における処
理も、特に制限されず、常法にしたがって行なうことが
できる。例えば、ワイピングはガスワイピングが一般的
である。

【００１７】また、合金化炉７の熱プラズマ加熱帯９に
おける処理方法は、通板される溶融亜鉛めっき鋼板に対
して、熱プラズマを照射し、所定の温度に加熱すること
ができる方法であればよく、特に制限されない。例え
ば、図３に示すように、亜鉛付着量が調整された溶融亜
鉛めっき層を表面に有する鋼板１１の表裏面のそれぞれ
に熱プラズマを照射する一対以上の熱プラズマ照射装置
１２ａおよび１２ｂと、必要に応じて、熱プラズマ加熱
帯９内を外部からシールするために、鋼板１１の入口１
３および出口１４に配設されたシール装置とを有するも
のである。また、熱プラズマの排気を排出するための排
気孔１５を有するものである。シール装置としては、現
在の連続炉でも常圧下で雰囲気制御するために使用され
ている程度の簡単なシール装置で十分である。

【００１８】さらに、合金化炉７の熱プラズマ加熱帯９
において発生し、排気孔１５から排出される熱プラズマ
の排気ガスを、温度調整後、保持帯に供給して熱源とす
ると、熱プラズマの排気ガスの余熱を有効利用すること
ができる点で、好ましい。

【００１９】本発明の方法で使用される熱プラズマ照射
装置の具体例として、図４に示すプラズマトーチ装置、
および図５に示すリニア型熱プラズマ照射装置が挙げら
れる。

【００２０】図４に示すプラズマトーチ装置は、陰極４
１と、該陰極４１を囲むように同心円状に形成された陽
極４２とを有するものである。陽極４２の先端部には、
陰極４１の軸線の延長方向に開口された熱プラズマ放出
口４３を有し、また、陽極４２の先端部４４の内部に
は、熱プラズマ放出口４３を囲むように冷却水流通路４
５が配設されている。陰極４１と陽極４２とは、電源４
６に接続されている。このプラズマトーチにおいて、電
源４６から供給される電力により、陰極４１と陽極４２
の間隙４７にアークを発生させるとともに、該間隙４７
にアルゴンガス、窒素ガス等の作動ガスを矢印Ａで示す
ように供給して、処理ガスをプラズマ化させ、高温の熱
プラズマのジェット４９として熱プラズマ放出口４３か
ら鋼板５０に噴出させるものである。一般に、このプラ
ズマトーチによる熱プラズマのジェット４９は、熱的ピ
ンチ効果によって収束された円柱状に近い形状、例え
ば、直径１０〜２０ｍｍ程度の円錐状に鋼板５０に噴射
される。したがって、このプラズマトーチを、鋼板の幅
方向に複数個直列に配列して、鋼板の全面に熱プラズマ
を照射することができる。

【００２１】また、図５に示すリニア型熱プラズマ照射
装置は、相互に対向して断面コの字状に配置される一対
の陽極５１ａ，５１ｂと、該一対の陽極５１ａ，５１ｂ
の間に挟まれるように、陽極５１ａと５１ｂが形成する
空間に突設される陰極５２とを有するものである。ま
た、陽極５１ａ，５１ｂと陰極５２には、直流電源５３
が接続されている。陽極５１ａの先端部５４、および陽
極５１ｂの先端部５５には、それぞれ冷却水が流通する
冷却孔５６が配設され、先端部５４と５５の間に直線状
の熱プラズマ放出スリット５７が形成され、陽極５１ｂ
の端部には、作動ガスおよび処理ガスを導入するための
ガス供給孔５８が配設されている。さらに、陽極５１ａ
と５１ｂの両側面を挟んで、一対の磁界発生装置５９ａ
と５９ｂが対向して配設される。磁界発生装置５９ａと
５９ｂは、交流電源６０に接続されている。

【００２２】このリニア型熱プラズマ照射装置におい
て、直流電源５３に接続された陰極５２と陽極５１ａ，
５１ｂとの間の間隙６１にアーク放電を形成するととも
に、ガス供給孔５８から、作動ガスを導入し、該放電ア
ークによって熱プラズマが発生し、交流電源６０に接続
された磁界発生装置５９ａおよび５９ｂによって、間隙
６１内に形成された熱プラズマに交番磁界を作用させる
ことにより、熱プラズマ放出スリット５７から電極の長
手方向Ｂに沿って直線状に熱プラズマジェット６０が形
成される。このとき、電極の長手方向Ｂに沿って均一に
走査させることができる。熱プラズマの走査速度は、熱
プラズマ処理を均一に行なうことができる点で、好まし
くは１００ｍ／秒、さらに好ましくは５００ｍ／秒であ
る。

【００２３】このように、電極の長手方向に沿って直線
状に噴出する熱プラズマジェット６０を、電極の長手方
向に対して垂直の方向Ｃに沿って鋼板を通板させれば、
鋼板の幅方向に均一な熱プラズマジェットを走査するこ
とができ、鋼板の熱プラズマ処理を均一かつ効率的に行
なうことができるため、好ましい。

【００２４】本発明の方法において、前記リニア型熱プ
ラズマ照射装置を用いて、前記合金化炉における合金化
熱処理を、鋼板の幅方向に磁界によって熱プラズマを高
速で走査して行なえば、処理される溶融亜鉛めっき鋼板
上の温度分布を均一とすることができ、パウダリング特
性に優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得るために有効
である。

【００２５】本発明の方法において、熱プラズマ照射装
置において使用される作動ガスは、特に制限さない。通
常、作動ガスとして、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガ
ス等が一般的に用いられる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。

【００２７】（実施例１）厚さ１．０ｍｍ、幅１２００
ｍｍの鋼板を、図２に示す連続プロセスにしたがって、
通板速度１２０ｍ／ｍｉｎにて、加熱帯において８００
℃に加熱した後、均熱帯で８００℃×１０秒間均熱処理
を施し、さらに冷却帯で５００℃まで冷却して焼鈍処理
を施した。このとき、加熱帯から冷却帯までの雰囲気
を、５％Ｈ₂−Ｎ₂ とした。

【００２８】次に、溶融亜鉛めっきポットに浸漬後、ガ
スワイピングによって亜鉛付着量を６０ｇ／ｍ² に調整
した。次に、合金化炉の加熱帯において、作動ガスとし
てＮ ₂ ガスを用いる熱プラズマ加熱装置によって加熱速
度１５０℃／ｓｅｃで５１０℃に加熱した後、保持帯に
おいて、約５１０℃で約１５秒間温度を保持して、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。このとき、熱プラズマ加
熱装置によって生成する熱プラズマ排気ガスを、加熱帯
の排気孔から排気し、温度を約５１０℃に調整した後、
保持帯に供給した。

【００２９】（比較例１）熱プラズマ処理の代わりに従
来のガス加熱方式によって加熱速度１０℃／ｓｅｃで約
５１０℃に加熱・保持した以外は、実施例１と同様にし
て合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。

【００３０】次に、実施例１で得られた合金化溶融亜鉛
めっき鋼板と、比較例１で得られた合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板とについて、めっき層のパウダリング特性を下記
の方法にしたがって評価した。その結果を表１に示す。

【００３１】合金化度 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の試験片を、化学的溶解法に
よって溶解し、得られた溶液を化学分析することによ
り、めっき層中のＦｅ濃度を測定し、合金化度を求め
た。

【００３２】パウダリング特性 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の試験片の表面にセロハンテ
ープを貼り付け、このセロハンテープを貼り付けた部分
を１ｍｍＲの曲げ半径に９０度曲げた後、元の状態に曲
げ戻し、セロハンテープを剥離した。次に、セロハンテ
ープに付着しためっき層の粉状剥離物を蛍光Ｘ線で定量
的に測定した。

【００３３】 注＊１：数値が小さい程、パウダリング特性が優れてい
る。

【００３４】その結果、表１に示すように、熱プラズマ
処理によって加熱処理された合金化溶融亜鉛めっき鋼板
は、従来の方法で得られたものよりもパウダリング特性
に優れるものであることが分かった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、パウダリング特
性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 熱プラズマによる加熱処理における鋼板の加
熱速度とパウダリング特性の関係を示す図。

【図２】 本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製
造方法の一実施態様を説明する図。

【図３】 熱プラズマ加熱帯の構成を説明する図。

【図４】 プラズマトーチによる熱プラズマ照射装置の
具体例を説明する図。

【図５】 リニア型熱プラズマ照射装置の具体例を説明
する図。

【図６】 従来の合金化溶融亜鉛めっきプロセスを説明
する図

【図７】 合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるＺｎ−Ｆ
ｅ合金相の構成を説明する図。

【符号の説明】

１ 加熱帯 ２ 均熱帯 ３ 冷却帯 ４ 連続焼鈍プロセス ５ 溶融亜鉛めっきポット ６ ワイピング装置 ７ 合金化炉 ８ 合金化溶融亜鉛めっきプロセス ９ 熱プラズマ加熱帯 １０ 保持帯 １１ 鋼板 １２ａ，１２ｂ 熱プラズマ照射装置 １３ 入口 １４ 出口 １５ 排気孔 ４１ 陰極 ４２ 陽極 ４３ 熱プラズマ放出口 ４４ 陽極４２の先端部 ４５ 冷却流通路 ４６ 電源 ４７ 間隙 ４９ 熱プラズマのジェット ５０ 鋼板 ５１ａ，５１ｂ 陽極 ５２ 陰極 ５３ 直流電源 ５４ 陽極５１ａの先端部 ５５ 陽極５１ｂの先端部 ５６ 冷却孔 ５７ 熱プラズマ放出スリット ５８ ガス供給孔 ５９ａ，５９ｂ 磁界発生装置 ６０ 交流電源 ６１ 間隙 ６２ 加熱帯 ６３ 均熱帯 ６４ 冷却帯 ６５ 溶融亜鉛ポット ６６ ワイピング装置 ６７ 加熱帯 ６８ 保持帯 ６９ 合金化炉 ７０ 鋼板 ７１ 鋼板 ７２ 合金化めっき層 ７３ 鋼板７１と合金化めっき層７２の界面 ７４ Γ相 ７５ δ相 ７６ ζ相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京 野 一 章 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 喜 安 哲 也 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 小 橋 正 満 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に焼鈍処理された鋼板を、溶融亜鉛
   めっきポットに浸漬して溶融亜鉛めっきを行ない、亜鉛
   付着量を調整した後、さらに合金化炉において合金化熱
   処理を行なう合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製造方法
   であって、前記合金化炉における合金化熱処理を熱プラ
   ズマによって行なう合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製
   造方法。
2. 【請求項２】前記合金化炉における合金化熱処理を、鋼
   板の幅方向に磁界によって熱プラズマを高速で走査して
   行なう請求項１に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の連
   続製造方法。
3. 【請求項３】前記合金化炉における合金化熱処理によっ
   て発生する熱プラズマの排気ガスを温度調整後、合金化
   炉の保持帯に供給して熱源とする請求項１に記載の合金
   化溶融亜鉛めっき鋼板の連続製造方法。