JPS6056425B2 - 亜鉛メツキ鋼板の合金化制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融亜鉛を被着しかつ熱処理して合金化す
る亜鉛メッキ鋼板の合金化制御方法に関する。

亜鉛メッキ鋼板は耐食性が高く発情性の低い鋼板とし
て古くから使用されているが、その中て特に合金亜鉛メ
ッキ鋼板は塗装性に優れ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。

合金亜鉛メッキ鋼板の製造法として一般的な方法は、鋼
板を約４６０＊Ｃの溶融亜鉛洛中に通すことで亜鉛メッ
キし、その直後に合金化炉中で５００℃〜６０００Ｃの
温度に加熱し、拡散によりメッキ層を鉄と亜鉛の合金と
する方法てある。この合金亜鉛メッキ鋼板の製造上重要
な点は、メッキ層が合金化不足の状態 （生焼け）にな
つたり、逆に合金化が過度に進行してプレス加工時にパ
ウダリングし又はスポット溶接時に溶接不良を生じ、（
爆飛発生）たりすないようにすることである。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
を制御してメッキ層の合金化度を適正な範囲に制御する
必要がある。 合金亜鉛メッキ鋼板の適正な合金化メッ
キ層は、該層中の鉄分が約１０％程度のものと言われて
いるが、合金化速度は亜鉛洛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ある。 合金化を判定す
る従来法には螢光Ｘ線による方法、放射率による方法な
どがある。螢光Ｘ線による方法はＸ線を合金化処理鋼板
に照射し、放出される亜鉛、鉄の各螢光Ｘ線の強度を測
定し、これらは合金化されたメッキ層の厚みとその中に
含まれる鉄の量との関数であるところから、該関数の・
連立方程式を解いてメッキ層厚及び鉄含有量を求め、ひ
いては合金化度を求めるものであるが、装置が大型化し
、オンライン制御には高速コンピュータが必要などの難
点がある。放射率による方法は本発明者等が開発した方
法て、合金層中の鉄の・濃度により亜鉛メッキ鋼板を放
射率が特にＦｅ５〜２０％範囲で大幅に変ることに着目
してなされたもので、合金化処理亜鉛メッキ鋼板を放射
測温し、この際得られる放射率で合金化度を判定しよう
とするものである。この方法は放射温度計で測定できる
という簡便さがあるが、やはり連立方程式を解いたりの
手数は必要である。本発明者は更に簡便な合金化度判定
法を開発し、これを別途提案した。

本発明者はこの合金化判定法を利用して合金化制御を行
なおうとするもので、特徴とするところは鋼板を溶融亜
鉛浴に漬し、次いで合金化炉に通して加熱、合金化処理
する亜鉛メッキ鋼板の合金化制御方法において、鋼板に
光を投射しその反射光を受光して反射光強度分布を求め
、その半値幅から合金化度を判定する装置を１台または
複数台前記合金化炉に設け、該合金化判定装置により合
金化完了点を求めて、該完了点から炉出口までの鋼板移
動時間が所定時間になるように該合金炉の操業条件を制
御することにある。次に図面を参照しながらこれを詳細
に説明する。第１図は合金化亜鉛メッキ鋼板の製造工程
の要部を示し、１０は鋼板、１２はスナウト部、１４は
メッキ槽、１６は溶融亜鉛浴、１８はシンカーロール、
２０は合金化炉、２２はデフレクタロールである。

図示しないペイオフリールから繰り出され、炉で加熱さ
れて表面油脂焼却、焼鈍軟化され、次いで非酸化性雰囲
気で冷却された銅板１０はスナウト部１２を経てメッキ
槽１４へ供給され、浴１６内を通つて亜鉛を被着され、
然るのち合金化炉２０内を通して引き上げられる。図示
しないが炉２０の下部にはワイプ機構があり、銅板．表
面の過剰亜鉛を槽１４へ落してメッキ層厚を所望値にす
る。炉２０の全長は例えば４０ｒＴ１、通板速度は６０
〜１００ｒｒ１／Ｍｉｎｌ従つて鋼板１０は２４〜４０
秒の時間て炉２０を通過し、この間に５００〜６００゜
Ｃに加熱されて合金化処理される。溶融亜鉛が鋼板に被
着した状態ては鋼板表面の亜鉛は液状であるので鏡面を
呈する。

合金化が進むと鏡面は輝きを失なつて粗面化する。従つ
てメッキ鋼板表面に光線を入射し、その反射光強度分布
を測定するど合金化を検知することができる。第２図ａ
はこれを説明する図て３０は入射光、３２は反射光てあ
り、３２ａはその鏡面反射成分、３２ｂは拡散反射成分
てある。鏡面、拡散各反射成分は図面ては単一の矢印で
示しているがある幅を持つものであり、曲線３４はその
分布状況を示す。この分布が鋭いピーク状となる場合、
反射は鏡面反射であり、山がつふれて平坦化する場合は
拡散反射である。第２図ａの曲線３４は鋼板１０および
、その光３０の入射点に立てた法線ＮをＸ，Ｙ軸として
そのＸ−Ｙ平面の線ｆ１ （鏡面反射方向３６に直角な
線）における反射光分布を示すが、反射光分布は立体的
なものであるから第２図ｂに示すようにＸ−Ｙ平面と直
交する線Ｅ２上フの反射光分布もあり、更に該Ｘ−Ｙ平
面と任意の角て交差する線上の反射光分布もある。鏡面
か拡散面かの判定はこれらのいずれの反射光分布を用い
てもよい。合金化判定には反射光強度分布曲線が鋭いピ
ー７クを示すか否かがポイントになるが、この判定には
半値幅を利用するのが適当てある。

即ち反射光強度分布曲線がピーク性なら半値幅は狭く、
平坦性なら半値幅は大であるから、閾値を設けておいて
半値幅が閾値以上か以下かにより合金化を判定ノできる
。また第２図ｃのように、Ｘ−Ｙ平面に直交しｆ１を含
む平面上の二次元的な反射光強度分布３４を求め、その
半値幅を示す領域３８が、鋼板１０の光入射点に対して
張る立体角ωを用いてもよい。また第２図Ａ，ｂ，ｃに
おいて、入射光３０と測定面に立てた法線Ｎのなす角θ
は特に限定されるものではない。入射光３０は第２図て
は線状としたが、これはある幅を持つ平行光束、あるい
は入射点で焦点を結ぶ集束光でもよい。

また光源にはレーザー光源、キセノンランプまたはクリ
プトンランプ等の瞬間発光型の光源、通常の可視光ラン
プ、黒体炉などの放射源のいずれでもよい。このような
光源と反射光センサを合金化炉２０の適所、例えは合金
化が完了しているべき点Ｐに設置し、合金化状態を監視
する。第３図ａはセンサ４２として１個の光電変換器を
用い、これを線ｅ１上で（図面では離して示すが）移動
させて各位置でのセンサ出力をプロットして反射光強度
分布曲線３４を求める例を示す。

また図示しないが、光電変換器は１つとしてこれを固定
的に配置し、ミラーを線ｆ１等に沿つて移動させかつ回
動させて反射光が該単一の光電変換器に入射するように
してもよい。第３図ｂはセンサ４２として多数の光電変
換素子を直線状に配列してなるリニアアレイを用いる例
を示す。この場合は移動させなくても、静止させたま）
て反射光分布曲線３４を求めることがてきる。またこの
リニアアレイ４２を線３６を中心にして回転させると立
体的な反射光強度分布曲線３４を求めることができる。
第３図Ｃは二次元アレイセンサを示し、この場合は静止
させた状態で立体的な反射光分布を求めることができる
。半値幅と合金化度との関係を第１表に示す。

但し、第１表中の半値幅は、最適な合金化が得られたと
きの半値幅を１００％として表わしたものである。適正
合金化に対する半値幅の値は鋼板の材質や亜鉛の目付量
、光源の種類等により若干変動するが、それらの関係を
予め求めておけば実際の測定に当つて不都合を生じない
。このように反射光分布の半値幅により合金化度が判定
できるので、これを利用して合金化炉２０での亜鉛メッ
キ鋼板の合金化を最適に制御することができる。

第４図にその要領を示す。この図では第１図と同じ部分
には同じ符号が付してあり、そして５０は繰り出しリー
ル、５２は巻取りリールである。合金化炉２０には鋼板
進行方向に沿つて前述の構成の合金化判定装置を複数個
、本例では５４，５６，５８の３台設け、反射光分布曲
線３４ａ，３４ｂ，３４ｃを求める。図示のように判定
装置５４は炉２０の下方に設置されているので、測定し
て得た分布曲線３４ａは鋭いピーク状をなし鋼板表面の
メッキ層が鏡面、従つて合金化はまだ行なわれていない
ことを示す。また判定装置５６は炉２０の中央部に配置
されているのて、測定して得た分布曲線３４ｂはや）な
だらかになつており合金化が進んでいることを示す。そ
して判定装置５８は炉２０の上部に設けてあるので、測
定して得た分布曲線３４ｃは相当になだらかであり、そ
の半値幅がある閾値以上てあれば合金化が完了している
ことを示す。このような測定結果になつたら合金化完了
点は、判定装置５８の位置又は判定装置５６との間とい
うことである。

合金化が完了したらそれより所定時間内に加熱を停止し
ないと過度の合金化が行なわれ、パウダリングやスポッ
ト溶接不良などが発生する。合金化完了後の合金化処理
時間（合金化保持時間という）は例えば目付量４５ｇ／
ｄの亜鉛メッキ鋼板で化秒である。従つて適正な合金化
処理を行なうには鋼板移送速度をｖとして本例ては炉出
口から１３ｔの距離だけ内側に入つた所に判定装置５８
を置き、それより更に若干内側に入つた位置に判定装置
５６を置き、該装置５８は合金化終了を検知し、装置５
６は合金化未了を示すように鋼板温度等を制御すれはよ
い。また判定装置は複数個、鋼板搬送方向に離隔配置し
、各々を示す合金化程度から合金化完了点を知り、該完
了点が上記例では炉出口から１３Ｖだけ内方にあるよう
に鋼板加熱温度及び又は鋼板移送速度を制御してもよい
。６０はガスバーナて、鋼板を加熱して所望温度にする
。

次に実施例を挙げる。第５図に示すように、全長４０ｒ
Ｔ１の合金化炉２０の出側から１０ｒＴ１の地点、１５
ｍの地点、２０ｎ１の地点および２５ｍの地点に合金判
定装置５８，５６，５４，５２を設置し、鋼板１０の板
幅中心における反射光強度分布から、それぞれの位置に
おける半値幅を測定した。

合金化判定装置の光源としては、ビーム径３順、出力５
ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーを用い、入射光と測定面法線
Ｎのなす角度０は３０ーに設定し、反射光強度分布は、
光電変換素子の一次元リニアアレイで測定し、その測定
値をマイクロコンピュータて処理して半値幅を求めた。

各測定位置における半値幅が、例えば第６図のように得
られたとすれば、合金化判定装置５４と５６の間に合金
化完了位置Ａを推定することができる。したがつて、位
置Ａから炉出口まて鋼板が移動するのに要する時間が、
最適な合金化保持時間（この場合は１鍬に設定した）と
なるように、ガススバーナによる加熱量の制御を行なつ
た。このようにきて製造した７０コイルから、各コイル
３個ずつサンプルを採取し、計２１０個のサンプルで評
価テストを行つたところ第２表の結果を得た。

表中で、合金化制御なしの場合のデータは、操業者が合
金炉出側て銅板面の光沢、色調を観察して操業していた
だけの、従来法による不良率のデータである。本発明に
よる合金化制御を行なつた結果、合金化制御を行わない
場合と比較して、格段に低い不良率となり、本発明が極
めて有用であることが認められた。

また合金化完了点を検出するには合金化判定装置を炉２
０内て鋼板移送方向に移動可能とし、測定して得た反射
光分布が合金化完了を示すときの該判定装置の位置を求
めてもよい。

例えば第７図に示すように、合金化炉壁２０内部に、炉
長方向に走査可能な合金化判定装置５９を設置し、判定
装置を炉長方向に走査させて、反射光分布が合金化完了
を示すときの該判定装置の位置を求める。

そして、その位置から炉出口まで鋼板が移動する時間が
最適な合金化保持時間となるように通板速度やガスバー
ナーによる加熱量を制御すれはよい。以上の説明から明
らかなように、本発明では合金化処理される亜鉛メッキ
鋼板に投、受光して反射光分布を求めその半値幅より合
金化度を判定するので、螢光Ｘ線法などに比べて装置が
簡単であり、合金化炉２０内でよく合金化度を判定でき
、この判定結果に従つて鋼板加熱温度及び又は搬送速度
を制御して過不足のない合金化処理を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金化亜鉛メッキ鋼板の処理要領を示す説明図
、第２図は反射光分布曲線の説明図、第３図は反射光分
布の測定要領を示す説明図、第４図は本発明の制御要領
を示す説明図、第５図は本発明の実施例を示す説明図、
第６図は測定値から合金化完了位置を求める要領を示す
説明図、第７図は本発明の実施形態の一例を示す説明図
である。 図面て、１０は鋼板、１６は溶融亜鉛浴、２０は合金化
炉、５８は合金化判定装置、３０は投射光、３２は反射
光、４２は反射光センサてある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼板を溶融亜鉛浴に漬し、次いで合金化炉に通して
   加熱、合金化処理する亜鉛メッキ鋼板の合金化制方法に
   おいて、鋼板に光を投射しその反射光を受光して反射光
   分布を求め、その半値幅から合金化度を判定する装置を
   １台または複数台前記合金化炉に設け、該合金化判定装
   置により合金化完了点を求めて、該完了点から炉出口ま
   での鋼板移動時間が所定時間になるように該合金化炉の
   操業条件を制御することを特徴とする亜鉛メッキ鋼板の
   合金化制御方法。