JPH09157823A

JPH09157823A - 溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理方法およびその合金化制御装置

Info

Publication number: JPH09157823A
Application number: JP31537095A
Authority: JP
Inventors: Akira Hiratani; 晃平谷; Hideji Kanefuji; 秀司金藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-06-17
Anticipated expiration: 2015-12-04
Also published as: JP3173354B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はめっき浴において、鋼板等から溶出
する鉄により変動するアルミニウム濃度を的確に把握し
て、それに基づいて、合金化処理を的確に行うことの出
来る溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理方法およびその合
金化制御装置を提供する。【解決手段】溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理するに
あたり、前記ラインのめっき浴４に含有するアルミニウ
ムと鉄をセンサー１１により連続的に分析し、そのアル
ミニウムと鉄の分析値により有効アルミニウム濃度を算
出し、その有効アルミニウム濃度に基づいて合金化炉２
で合金化処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融亜鉛めっき鋼
板の合金化処理方法及びその合金化制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融亜鉛めっき系鋼板において、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板が以下の特徴を有することから脚光
を浴びてきている。

【０００３】塗装仕上がり外観が均一でむらがな
い。塗膜密着性が良好である。塗装下地鋼板として耐食性が優れている。抵抗溶接で電極の消耗が少なく、冷延鋼板に近い作
業性を有する。

【０００４】このような溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処
理方法は、例えば図５に示すような連続式めっきライン
において行われる。

【０００５】図５において、溶融亜鉛めっき浴４（以降
めっき浴と云う）の直上に合金化炉２を配置し、スナウ
ト５を通過しめっき浴４に送入された鋼板１ａはシンク
ロール６によりめっき浴４中で反転して、めっき浴４中
から亜鉛めっきされた鋼板１ｂが引き上げられ、めっき
浴４の直上に設けたガスワイピング３で過剰の付着した
溶融亜鉛を絞りとって付着量を調整し、その後に合金化
炉２で溶融亜鉛めっき鋼板１ｂの合金化処理を行い、冷
却装置７で冷却されて合金化溶融亜鉛めっき鋼板１ｃと
してトップロール８を経て次工程に送られる。９は付着
量測定装置である。

【０００６】しかし、合金化処理が適正でない場合、即
ちめっき層のＦｅ％が高過ぎた場合には、パウダリング
と呼ばれるプレス不良が発生し、逆に低過ぎた場合には
合金化反応が完了せずに焼きムラと呼ばれる不良が発生
する。

【０００７】上記のような過剰合金化或いは合金化不足
が生じないように、適正な合金化を行うためには、合金
化に影響を与える因子を的確に把握し、それに基づいて
合金化制御をすることが必要である。

【０００８】合金化に影響を与える因子としては、板
温、亜鉛付着量、めっき浴アルミニウム濃度、均熱時
間、通板速度等があり、それらの因子を的確に把握し
て、合金化炉での熱処理を行うことが要求される。

【０００９】上記因子の内、めっき浴アルミニウム濃度
が合金化速度に影響を与え、合金化組成（めっき層中の
鉄量）を変動させることが知られている。

【００１０】アルミニウム濃度が高過ぎると、Ｆｅ−Ａ
ｌ初期合金層が厚くなり過ぎ、その後の合金化処理が難
しくなる。

【００１１】又、アルミニウム濃度が極端に低いと、Ｆ
ｅ−Ａｌ初期合金層が生成せず、めっき浴中で硬くて脆
いＦｅ−Ｚｎ合金層が生成し、いずれの場合にも、上述
した様に、品質に悪影響を与える様な欠陥を発生し易く
なる。

【００１２】上記問題を解決する方法として特開平４−
２７２１６３号公報（先行文献１）には溶融亜鉛めっき
浴中のアルミニウム濃度を測定して、その測定結果に基
づき、浴中にアルミニウム又は亜鉛を投入し、アルミニ
ウム濃度を調整すること、又はアルミニウム濃度の調整
と合金化炉の温度又は通板速度を調整することが開示さ
れている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】合金化溶融亜鉛めっき
鋼板は、特に、近年自動車用鋼板、家電用鋼板等として
溶接性、塗装密着性、加工性、耐食性等のより一層の向
上が要求され、これらに影響を及ぼす合金化溶融亜鉛め
っき鋼板の合金化層の鉄濃度を精密に調整することが強
く要求されている。

【００１４】しかし、上記した先行文献１には以下のよ
うな問題点がある。先行文献１に開示された合金化制御
方法はめっき浴中のアルミニウム濃度を測定してその結
果から浴中アルミニウム濃度を調整する、または浴中ア
ルミニウム濃度に応じて合金化炉の温度、通板速度の何
れか一方を調整する方法であるが、めっき浴中には鋼板
等から不可避的に溶出する鉄が存在しており、この鉄が
浴中のアルミニウム濃度及び鉄濃度に応じてドロスと呼
ばれるＦｅ−ＺｎまたはＦｅ−Ａｌの金属間化合物を形
成する。

【００１５】めっき浴中でＦｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｚｎの金
属間化合物を形成したアルミニウムはＦｅ−Ａｌ初期合
金層の形成には寄与しないために、浴中アルミニウム濃
度を測定しただけでは正確な合金化制御を行うことが困
難である。そのために、自動車用鋼板、家電用鋼板等の
用途に適した合金化層の鉄濃度を精密に調整された合金
化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることが困難である。

【００１６】本発明は上記のような問題点の解決を図っ
たものであり、めっき浴において、鋼板等から溶出する
鉄により変動するアルミニウム濃度を的確に把握して、
それに基づいて、合金化処理を的確に行うことの出来る
溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理方法およびその合金化
制御装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等はめっき浴に含有するアルミニウム濃度
の測定が有効アルミニウム濃度を示していないことに着
目して、検討を行ない、本発明に到達したものである。

【００１８】請求項１に係る発明は連続式溶融亜鉛めっ
きラインにおいて、溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理す
るにあたり、前記ラインのめっき浴に含有するアルミニ
ウムと鉄を連続的に分析し、そのアルミニウムと鉄の分
析値により有効アルミニウム濃度を算出し、その有効ア
ルミニウム濃度に基づいて合金化処理を行うことを特徴
とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理方法である。

【００１９】請求項２に係る発明は連続式溶融亜鉛めっ
きラインにおいて、溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理す
るにあたり、前記ラインのめっき浴に含有するアルミニ
ウムと鉄を連続的に分析し、そのアルミニウムと鉄の分
析値により有効アルミニウム濃度を算出し、その有効ア
ルミニウム濃度によりめっき浴のアルミニウム濃度を設
定アルミニウム濃度になるように成分調整を行ない、そ
の成分調整したアルミニウム濃度に基づいて合金化処理
を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処
理方法である。

【００２０】請求項３に係る発明は連続式溶融亜鉛めっ
きラインのめっき浴に浸漬させたアルミニウムと鉄の連
続分析用センサーと、該センサーの分析値による有効ア
ルミニウム濃度の算出、その有効アルミニウム濃度によ
るめっき浴の成分調整、その成分調整に基づく合金化処
理を行うプロセスコンピュータを具備した合金化溶融亜
鉛めっき鋼板の合金化制御装置である。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は上記のような構成であ
り、以下のような手順によって実施される。本発明では
めっき浴に含有するアルミニウムと鉄を連続して分析す
る。アルミニウムと鉄を連続して分析する方法としては
下記のようである。めっき浴にセンサ−を浸漬させて、
アルミニウム濃度と鉄濃度を連続して測定する。分析装
置としては装置の安定性および分析精度からレーザー発
光分光装置あるいはレーザー気化分析装置が使用され
る。

【００２２】上記分析装置によって測定されるアルミニ
ウム濃度と鉄濃度は全アルミニウム［Ｔ．Ａｌ（重量
％）］と全鉄［Ｔ．Ｆｅ（重量％）］である。

【００２３】めっき浴中にはアルミニウム濃度及び鉄濃
度に応じて、Ｆｅ−ＡｌまたはＦｅ−Ｚｎ金属間化合物
からなるドロスが浮遊しているため、めっき浴中に浸漬
させた連続分析用センサーによるＴ．Ａｌ（重量％）と
Ｔ．Ｆｅ（重量％）の分析値から、浮遊ドロスに移行し
ているＡｌ（重量％）を除いて有効アルミニウム［Ｅ．
Ａｌ（重量％）］を算出することが必要である。

【００２４】Ｅ．Ａｌ（重量％）］の算出には種々の方
法が提示されている。その１つとして図２に示すような
三元素状態図により亜鉛に対するＡｌ、Ｆｅの溶解度を
読み取る方法がある。図２は浴温４６０℃の溶解度曲線
を示している。

【００２５】図２ではドロスの形態としてＦｅＺｎ
₇（δ₁相ボトムドロス）とＦｅ₂Ａｌ ₅（トップドロ
ス）の析出領域がある。

【００２６】通常、連続式溶融亜鉛めっきラインでの亜
鉛めっき浴中のＦｅ濃度は被めっき物からの溶解により
上昇して飽和溶解度を超えている。

【００２７】亜鉛めっき浴に必要なＡｌ量を添加して、
Ｔ．Ａｌ（重量％）を測定してもＴ．Ｆｅ（重量％）と
の関係により、Ｆｅ₂Ａｌ₅（トップドロス）の析出領
域に入り、その一部がＦｅ₂Ａｌ₅の析出に寄与される
（Ｐ点で示す）。

【００２８】ＦｅＺｎ₇とＦｅ₂Ａｌ₅の境界線（ｍで
示す）と溶解度曲線（ｎで示す）で囲まれた領域におい
ては、亜鉛めっき浴に添加したアルミニウムはＦｅ₂Ａ
ｌ₅として析出する。

【００２９】従ってＴ．Ａｌ（重量％）からＦｅ₂Ａｌ
₅の析出に寄与したＡｌ（重量％）を除いたものがＥ．
Ａｌ（重量％）として算出される。

【００３０】また、図２に示すような三元素状態図から
（１）式、（２）式、（３）式、（４）式を求め簡略法
として対応することもできる。

【００３１】

【数１】

【００３２】

【数２】

【００３３】（１）、（２）式ではＥ．Ａｌ（重量％）
はＴ．Ａｌ（重量％）と等しいものてある。

【００３４】（３）（４）式ではＥ．Ａｌ（重量％）は
Ｔ．Ａｌ（重量％）からＦｅ₂Ａｌ₅の析出に寄与した
Ａｌ（重量％）を除いたものである。

【００３５】上記のような計算はプロセスコンピュータ
によって行うことができる。図３はめっき浴の鉄とアル
ミニウムを分析して、上記によって算出したＥ．Ａｌ
（重量％）とそれに対応する鋼板の初期合金層（Ｆｅ−
Ａｌ）の厚みの実測値の関係を示す図である。Ｅ．Ａｌ
（重量％）に対応する上記実測値（Ｏ印で示す）がプロ
ットされている。図３から明らかなように、鋼板の初期
合金層（Ｆｅ−Ａｌ）の厚みの実測値と算出されたＥ．
Ａｌ（重量％）が相関関係にあることが確認できた。

【００３６】次にＥ．Ａｌ（重量％）に基づいて合金化
処理の条件が調整されて、それによる溶融亜鉛めっき鋼
板の合金化処理が行われる。

【００３７】また、求められたＥ．Ａｌ（重量％）の値
によっては、Ｅ．Ａｌ（重量％）に基づいて設定アルミ
ニウム（重量％）になるようにめっき浴の成分調整を行
なう。

【００３８】Ｅ．Ａｌ（重量％）が過剰の場合には、ア
ルミニウム含有量の少ない亜鉛インゴットをめっき浴に
投入する。Ｅ．Ａｌ（重量％）が不足の場合にはアルミ
ニウム含有量の多い亜鉛インゴットをめっき浴に投入す
る。上記は複数のアルミニウム含有量を調整した亜鉛イ
ンゴットを用意することによって調整が可能である。通
常は５種類程度が用いられる。

【００３９】図１は、本発明の合金化制御装置を設けた
溶融亜鉛めっきラインの概略図である。上記溶融亜鉛め
っき鋼板の合金化処理方法を行うのに適したものであ
る。

【００４０】図６と共通の部分は同じ符号を用いた。図
１において、１１はめっき浴４に浸漬させたアルミニウ
ムと鉄の連続分析用センサーであり、分析装置１４が接
続されている。連続分析用センサー１１はめっき浴４の
表面から約１００ｍｍ程度の位置に取り付けられる。こ
こではボトムドロス１０ａ、トップドロス１０ｂの影響
が少なく、平均した浴組成の得られる個所が選ばれる。
１２はプロセスコンピュータで連続分析用センサー１１
から分析装置１４を経て連続して測定される鉄濃度
［Ｔ．Ｆｅ（重量％）］とアルミニウム濃度［Ｔ．Ａｌ
（重量％）］の入力信号によって有効アルミニウム
［Ｅ．Ａｌ（重量％）］が算出される。

【００４１】Ｅ．Ａｌ（重量％）の算出値が所定値を超
えた場合にはめっき浴の設定アルミニウム（重量％）と
Ｅ．Ａｌ（重量％）の算出値との差に基づいて、成分調
整の指令が出される。

【００４２】指令に基づき適当なアルミニウム含有量の
亜鉛インゴット１３が、手動又は自動により切換え装置
１５を切換えて投入される。

【００４３】上記したように、Ｅ．Ａｌ（重量％）が過
剰の場合には、アルミニウム含有量の少ない亜鉛インゴ
ット１３を、Ｅ．Ａｌ（重量％）が不足の場合にはアル
ミニウム含有量の多い亜鉛インゴットがめっき浴に投入
される。

【００４４】連続式めっきラインにおいて、焼鈍炉で表
面が清浄化された鋼板１ａはスナウト５からめっき浴４
に送入され、シンクロール６で反転して、めっき浴４中
から亜鉛めっきされた鋼板１ｂが引き上げられ、めっき
浴４の直上に設けたガスワイピング３で過剰の付着した
溶融亜鉛を絞りとって付着量を調整し、その後に合金化
炉２で溶融亜鉛めっき鋼板１ｂの合金化処理を行い、合
金化溶融亜鉛めっき鋼板１ｃとしてトップロール７を経
て次工程に送る。本発明ではＥ．Ａｌ（重量％）に基づ
いて又はＥ．Ａｌ（重量％）に基づいてめっき浴４のア
ルミニウム濃度を設定アルミニウム濃度に成分調整し
て、合金化処理がプロセスコンピュータ１２により適正
に行われる。

【００４５】プロセスコンピュータ１２には設定した合
金化（Ｆｅ％表示）を行うに必要なデータが入力され、
それに基づいて合金化炉２での処理が行われる。

【００４６】合金化炉の出力を制御するためのＥ．Ａｌ
（重量％）以外の必要なデータとしては、従来より提案
されているように、鋼板成分、鋼板サイズ、めっき前の
焼鈍条件、鋼板のめっき浴侵入板温、めっき浴温度、め
っき付着量、および通板速度等がある。

【００４７】合金化炉の方式としては特に限定しない
が、出力制御の容易性、応答性の速さ等から高周波誘導
加熱方式が特に有効である。

【００４８】これによって、高品質の合金化溶融亜鉛め
っき鋼板を安定的に製造することができる。

【００４９】

【実施例】以下に本発明の実施例を詳述する。図４は本
発明の方法により一ヵ月連続して合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造を行った際の、めっき浴の有効アルミニウム
（重量％）と合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化層のＦ
ｅ（重量％）との関係を示す図である。

【００５０】比較として従来のめっき浴のアルミニウム
重量％の場合を示した。図４から明らかなように、本発
明例の場合はバラツキが小さく所定の合金化層のＦｅ
（重量％）の範囲内で安定な操業を行うことが出来た。

【００５１】比較例の場合は合金化層のＦｅ（重量％）
のバラツキが多く、操業が不安定であった。所定の合金
化層のＦｅ（重量％）の範囲を外れたものは、平均して
本発明例では合金化不良発生率として焼きムラが０．１
５％、パウダリング不良が０．２８％であったが、比較
例では合金化不良発生率として焼きムラが０．５５％、
パウダリング不良が０．８０％であった。

【００５２】尚、めっき浴のアルミニウム濃度を連続測
定しない場合は、合金化不良発生率として焼きムラが
１．８０％、パウタリング不良が３．００％であった。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればめっ
き浴成分の変動による合金化不良の発生を抑制すること
ができ、高品質の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を安定的に
製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の合金化制御装置を設けた溶融亜鉛めっ
きラインの概略図である。

【図２】本発明の亜鉛に対するＡｌ、Ｆｅの溶解度を示
す図である。

【図３】本発明の算出した有効アルミニウムとそれに対
応する実測の初期合金化層（Ｆｅ−Ａｌ）の厚みとの関
係を示す図である。

【図４】本発明の方法の経時によるめっき浴の有効アル
ミニウム量（％）と合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化
層のＦｅ％との関係を示す図である。

【図５】従来の溶融亜鉛めっきラインの一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ａ鋼板１ｂ亜鉛めっきされた鋼板１ｃ合金化された鋼板２合金化炉３ガスワイピング４めっき浴５スナウト６シンクロール７冷却装置８トップロール９付着量測定装置１０ａボトムドロス１０ｂトップドロス１１連続分析用センサー１２プロセスコンピュータ１３亜鉛インゴット１４分析装置１５切換え装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続式溶融亜鉛めっきラインにおいて、
溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理するにあたり、前記ラ
インのめっき浴に含有するアルミニウムと鉄を連続的に
分析し、そのアルミニウムと鉄の分析値により有効アル
ミニウム濃度を算出し、その有効アルミニウム濃度に基
づいて合金化処理を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっ
き鋼板の合金化処理方法。
【請求項２】連続式溶融亜鉛めっきラインにおいて、
溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理するにあたり、前記ラ
インのめっき浴に含有するアルミニウムと鉄を連続的に
分析し、そのアルミニウムと鉄の分析値により有効アル
ミニウム濃度を算出し、その有効アルミニウム濃度によ
りめっき浴のアルミニウムを設定アルミニウム濃度にな
るように成分調整を行ない、その成分調整したアルミニ
ウム濃度とに基づいて合金化処理を行うことを特徴とす
る溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理方法。
【請求項３】連続式溶融亜鉛めっきラインのめっき浴
に浸漬させたアルミニウムと鉄の連続分析用センサー
と、該センサーの分析値による有効アルミニウム濃度の
算出、その有効アルミニウム濃度によるめっき浴の成分
調整、その成分調整に基づく合金化処理を行うプロセス
コンピュータを具備した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合
金化制御装置。