JP5403041B2

JP5403041B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置

Info

Publication number: JP5403041B2
Application number: JP2011265472A
Authority: JP
Inventors: 玄太郎武田; 秀行高橋; 克一鈴木; 麻衣宮田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: JP2013117048A

Description

本発明は、連続溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置に関するものである。

溶融亜鉛めっき鋼板には、溶融亜鉛めっき後、めっき層の一部あるいは全体をＦｅ−Ｚｎ合金とするように合金化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板がある。

一般的に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板を焼鈍、冷却後、図５に示すように、溶融亜鉛が満たされているめっき浴１に鋼板Ｓを浸漬させた後、該鋼板Ｓを垂直上方に引き上げる工程の後に、鋼板表面に付着した溶融亜鉛が板幅方向および板長手方向に均一に所定のめっき厚になるように、この鋼板Ｓを挟んで対向して設けたワイピングノズル２から加圧気体を鋼板面に噴出させて、余剰な溶融亜鉛を絞り取り、ワイピングノズル２の直上に配置された合金化帯３で鋼板を加熱して亜鉛層へ鉄を拡散させた後冷却帯６を通過させ、所定の合金化処理が行われる。合金化処理が適正でない場合、つまり過合金や合金化不足となると、その品質特性が損なわれるため、合金化度を高精度で制御する必要がある。合金化度を制御する技術として以下の技術が開示されている。

特許文献１には、合金化処理後の鋼板にＸ線を照射し、Ｘ線回折強度から合金化度を算出し、合金化度を制御する方法が開示されている。

特許文献２には、溶融亜鉛めっき用合金化炉内の板温保持帯域の複数位置に放射温度計を配設し、その放射エネルギーを代表板温測定値と比較して各位置の鋼板の放射率を求め、その放射率が０．４〜０．７の範囲となる位置を合金化位置と定め、この合金化位置が一定位置となるように、合金化炉の燃料流量、通板速度を操作することによって合金化度を制御する方法が開示されている。

特開平１−３０１１５５号公報特開平７−１５０３２８号公報

近年、自動車分野では、車体材料に高強度鋼板を使用して車体を軽量化しようとする動きがある。高張力鋼板では、添加元素としてＳｉやＭｎの添加が材質設計上有利であることが知られているが、ＳｉやＭｎの添加鋼を用いると、合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、Ｓｉ・Ｍｎの鋼板表面への濃化に起因する合金ムラが鋼板の幅、長手方向に不規則に発生することがある。この合金ムラの発生を防止するには、合金ムラの発生位置を検出し、合金化処理の条件を合金ムラの発生を抑制できる条件に調整する必要がある。

特許文献１の方式では合金化度の測定位置が限られており、幅方向の合金化度の情報が得られていないので、幅方向の一部箇所で合金ムラが発生してもそれを検出できず、合金化条件を、合金ムラを防止するように制御することが困難である。オペレーターの目視判定によって合金化帯の加熱制御を手動で補完することも可能であるが、全長全巾を管理・保証することは困難で、定量的評価もできない。また、特許文献２の方法は、母材となる鋼種の変化、通板速度の変化、Ｚｎ付着量の変化等の影響で安定的に放射率を測定することが困難であることがわかった。

本発明は、前記問題点を考慮し、ＳｉやＭｎ等の添加鋼を用いた溶融亜鉛めっき鋼板を合金化処理する際に発生する合金ムラを抑制できる溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。

（１）溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置において、合金化帯より下流側に鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段を備え、前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段の上流または下流に、板幅方向の３点以上で温度測定可能な放射温度計を備えることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（２）前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段は、多重反射式放射温度計であることを特徴とする（１）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（３）前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段は、接触式温度計であることを特徴とする（１）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（４）前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段は、測温ロールであることを特徴とする（１）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（５）前記放射温度計は、走査型放射温度計であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（６）前記放射温度計は、熱画像計測型放射温度計であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（７）前記放射温度計の測定素子は、６μｍ以上の検出波長を有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

（８）前記放射温度計は、鋼板の表裏に配置されることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置を用いて合金化帯の加熱を適正な範囲に制御することによって、ＳｉやＭｎ等の添加鋼であっても、鋼板の全長全巾に亘って合金ムラの少ない合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置の一実施形態を示す側面図である。鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段で測定した温度ｔ１と放射温度計で測定した温度ｔ２の温度差ｔ１−ｔ２と合金化度の関係を示す図である。本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置において、鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段と放射温度計の別の配置例を示す図である。放射温度計を鋼板表裏の対向する位置に配置した例を示す図である。従来の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置は、合金化帯よりも下流側に鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段と、前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段よりも上流あるいは下流に、鋼板幅方向の３点以上で温度測定可能な放射温度計を備える。

図１は、本発明の実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置の一実施形態を示す側面図である。図１において、Ｓは鋼板、１はめっき浴、２はワイピングノズル、３は合金化帯で、加熱帯４と保熱帯５からなる。６は冷却帯、７はトップロール、Ｔ１は鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段（以下、温度測定手段Ｔ１）、Ｔ２は鋼板幅方向の３点以上で鋼板の温度測定が可能な放射温度計（以下、放射温度計Ｔ２）である。

加熱帯４には、鋼板の加熱方式として、ガス燃焼方式や誘導加熱方式が一般的に用いられる。

温度測定手段Ｔ１は、合金化帯３より下流側（保熱帯５より下流側）に設置する。保熱帯５と冷却帯６の間に配置してもよいし、冷却帯６の下流側に配置してもよい。冷却帯６内に配置してもよい。温度測定手段Ｔ１は、鋼板の表面放射率の影響を受けることがなく、真温度に近い鋼板温度を測定する。通常、板幅中央で鋼板温度を測定すればよい。

放射温度計Ｔ２は、前記温度測定手段Ｔ１の上流または下流に設置する。合金ムラが発生すると鋼板の表面放射率が変化する。放射温度計Ｔ２は、合金ムラを温度ムラとして測定する。

発明者らは、温度測定手段Ｔ１で測定される温度ｔ１、放射温度計Ｔ２で測定される見かけの温度ｔ２とめっき層の実際の合金化度の関係について調査を行った。その結果、図２に示すように、同じ母材（同じ鋼種）では、放射温度計Ｔ２で測定される温度ｔ２と温度測定手段Ｔ１で測定される温度ｔ１の温度差ｔ１−ｔ２と合金化度によい相関があり、温度差ｔ１−ｔ２が所定範囲内になるようにすると、合金化度を許容範囲内にできることがわかった。また、母材の種類（鋼種）が異なると、ｔ１−ｔ２と合金化度の相関関係を示す特性曲線が異なることがわかった。したがって、母材種（鋼種）毎に、温度差ｔ１−ｔ２と合金化度の関係を調べて、その関係から、合金化度を許容範囲内にできる温度差ｔ１−ｔ２の範囲（所定温度範囲、図２中の制御範囲）を求めておき、合金化処理の際に、板巾方向の各位置での温度差ｔ１−ｔ２が全て所定温度範囲になるように合金化帯の加熱量を調整することで、合金ムラのない合金化処理を行うことができるようになる。

具体的には、温度差ｔ１−ｔ２が所定温度範囲を超えたときに以下のように調整する。最初に、合金化帯の加熱量を低下させ、温度差ｔ１−ｔ２が増加するか減少するかを確認する。加熱量を低下させて温度差ｔ１−ｔ２が増加する場合は合金不足のため、加熱量を増加し、温度差ｔ１−ｔ２が所定温度範囲内に入るようにする。加熱量を低下させて温度差ｔ１−ｔ２が減少する場合は過合金のため、さらに加熱量を低下させ、温度差ｔ１−ｔ２が所定温度範囲内に入るようにする。同一コイル内（同一母材内）の幅方向のある位置で一旦所定温度差内に入っても、鋼板が進行する過程で再び温度差が所定温度範囲から外れた場合は、それ以前の制御履歴を踏まえて加熱量を調整すれば（例えば、一旦合金不足と判定して加熱量を上昇させ所定温度範囲内に入った場合は、許容合金化範囲の下限付近であることが推測され、再度所定温度範囲を外れた場合は直ちに加熱量上昇するように制御する）、合金ムラ発生部分の長さを極力短くすることが可能となる。

合金ムラを検知するには、放射温度計Ｔ２によって鋼板幅方向の３点以上で合金ムラを検知することが有効であるので、放射温度計Ｔ２として、鋼板幅方向の３点以上で温度測定可能な放射温度計を用いる。

放射温度計Ｔ２の設定放射率は、合金化度（Ｆｅ−Ｚｎ合金層中のＦｅ％）１０％での合金化亜鉛めっき鋼板の放射率である０．５〜０．６を用いればよい。

温度測定手段Ｔ１と放射温度計Ｔ２の間には、鋼板温度を低下させる冷却装置が配置されていないことが好ましい。冷却帯６内に配置するときは、温度測定手段Ｔ１と放射温度計Ｔ２を連設して配置することが好ましい。

めっき層の合金化反応の多くは合金化帯３で進行しているが、その後も若干の合金化反応が進行する。合金ムラの発生を抑制する点からは、合金化反応が終了した位置で鋼板温度を測定する方が好ましい。この点から、温度測定手段Ｔ１、放射温度計Ｔ２は、冷却帯６よりも下流側に配置することが好ましい。鋼板温度が８０℃未満になると表面放射率のムラを温度として検出することができなくなるので、温度測定手段Ｔ１と放射温度計Ｔ２は鋼板温度が８０℃以上である温度域に設置することが好ましい。

温度測定手段Ｔ１には、多重反射式放射温度計、接触式温度計、測温ロールなどがある。表面放射率の影響を受けない方式の温度計であれば、その他の方式でもかまわない。

温度測定手段Ｔ１として、接触式温度計を用いる場合、接触温度計はトップロールの下流側に配置することができる（図３のＴ１−１参照）。温度測定手段Ｔ１として、測温ロールを用いる場合、トップロールに測温ロールを配置することができる（図３のＴ１−２参照）。

放射温度計Ｔ２は、スポット型放射温度計を幅方向に３箇所以上配置してもよいが、鋼板全巾の品質を保証する観点から、鋼板全幅の温度情報を得ることができる走査型放射温度計あるいは熱画像計測型温度計（サーモグラフィー）を用いることが望ましい。

放射温度計の測定波長は、放射率による温度誤差を小さくするため、測定温度レンジを踏まえて極力短い波長のタイプを選択するのが一般的であるが、放射温度計Ｔ２では放射率の変化を捉えるため、測定波長が６μｍ以上の素子を有する放射温度計を選択することが好ましく、測定波長が８〜１３μｍの素子を有する放射温度計を選択することがさらに好ましい。例えば、測定波長が前記波長の素子であるサーモパイル等を用いることができる。

放射温度計Ｔ２の設定放射率は、母材によってあらかじめ適正値を決定しておき、測定時には、設定放射率を自動的にあらかめ決定した放射率に変更できるようにすることが望ましい。

合金ムラは、鋼板の表裏で異なることがあるので、放射温度計Ｔ２は、鋼板の表裏に配置することが好ましい。この場合、表裏の放射温度計は、鋼板の表裏の対向する位置に配置することが好ましい。

図１の装置では、温度測定手段Ｔ１として、トップロール７の出側に多重反射式放射温度計が配置され、放射温度計Ｔ２は、温度測定手段Ｔ１より上流の、トップロール７と冷却帯６の間に配置されている。

図１の装置では、溶融亜鉛が満たされているめっき浴１に鋼板Ｓを浸漬させた後、該鋼板Ｓを垂直上方に引き上げ、ワイピングノズル２から加圧気体を鋼板面に噴出させて、余剰な溶融亜鉛を絞り取り、ワイピングノズル２の直上に配置された加熱帯４と保熱帯５で構成される合金化帯３で合金化度が所定合金化度になるように予め決定された加熱量で鋼板を加熱した後保熱し、その後冷却帯６を通過させて合金化処理が行われ、トップロール７で通板方向が垂直から水平に変更される。

本発明では、予め母材種（鋼種）毎に、温度測定手段Ｔ１で測定される鋼板温度ｔ１、放射温度計Ｔ２で測定される鋼板温度ｔ２との温度差ｔ１−ｔ２と合金化度の関係を調べ、その関係から、合金化度を許容範囲内にできる温度差ｔ１−ｔ２の範囲（所定温度範囲）を求めておく。

そして、合金化処理の際に、温度測定手段Ｔ１で鋼板温度ｔ１、放射温度計Ｔ２で板幅方向の鋼板温度ｔ２を測定し、板幅方向の各温度差ｔ１−ｔ２を求める。前記で求めた板巾方向の各位置での温度差ｔ１−ｔ２が所定温度範囲を超えているときは、前記した方法で、板巾方向の各位置での温度差ｔ１−ｔ２が全て所定温度範囲になるように合金化帯の加熱量を調整することで、合金ムラのない合金化制御を行うことができる。放射温度計Ｔ２を鋼板の表裏に配置したときは、表裏の各面について前記の加熱量の調整を行う。

また、鋼板コイルについて、鋼板長手方向位置の温度差ｔ１−ｔ２の測定値を分かるようにしておくことが好ましい。このようにすることで、仮にｔ１−ｔ２が所定温度範囲から外れた箇所が発生しても、温度差ｔ１−ｔ２の測定値のデータからその鋼帯長手方向位置を特定できるので、リコイルライン等の別の検査ラインで当該箇所のみを除去することで、歩留まりロス最小限に抑えることができる。

以下の溶融亜鉛めっき鋼板の製造試験を行った。溶融亜鉛めっき鋼板の製造条件は、０．８〜１．２ｍｍ厚×９００〜１４００ｍｍ幅、めっき付着量は片面５０ｇ／ｍ^２とし、Ｓｉ添加量の異なる母材を３種類通板した。

本発明例は、図１の合金化処理装置を用い、放射温度計Ｔ２は図４のように鋼板表裏の対向する位置に配置した。合金化帯は誘導加熱タイプとした。温度測定手段Ｔ１には測定素子がＩｎＧａＡｓ（測定波長１．５５μｍ）の多重反射式放射温度計を用い、合金化後の最初の接触ロールであるトップロールの出側に設置し、鋼板幅方向中央の鋼板温度を測定した。放射温度計Ｔ２には、走査型放射温度計（幅方向５ｍｍピッチの解像度：１４００ｍｍ巾で２８０点、測定素子：サーモパイル（測定波長８〜１３μｍ））からなるものを用い、トップロールへの巻付き開始点から１ｍ下（トップロール中心との鉛直距離が１ｍとなる位置）に設置した。放射温度計Ｔ２は放射率設定値を０．５５とした。

本発明例では、温度測定手段Ｔ１による温度ｔ１と走査型放射温度計で検出する鋼板幅方向の温度差ｔ２の差、ｔ１−ｔ２が、鋼板全幅に亘って、合金化度が許容範囲内になる所定温度範囲内になるように合金化帯の加熱量を調整した。

従来例は、特許文献１に記載の合金化度計によって板幅中央の合金化度を検出し、合金化度が所定合金化度になるように合金化帯の加熱制御を行い、目視判定で合金ムラが認められたときは、合金ムラを抑制するように手動で合金化帯の加熱制御を行った。加熱帯は誘導加熱タイプとした。

製造した合金化溶融亜鉛めっき鋼板コイルをリコイルラインに装入してめっき層の合金ムラの検査を行った。リコイルラインで判定された合金ムラ（合金不足、過合金）の発生比率（元コイル重量に対する、合金ムラと判定されて切り落とされた部分の重量の比率）を表１に示す。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置を用いて合金化処理を行った本発明例の合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、Ｓｉ添加鋼であっても、合金ムラによる歩留まり低下が少ない。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置を用いて合金化帯の加熱制御を適正範囲に制御することによって、ＳｉやＭｎ等の添加鋼であっても、鋼板の全長全巾に亘って合金ムラの少ない合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。

Ｓ鋼板
１めっき浴
２ワイピングノズル
３合金化帯
４加熱帯
５保熱帯
６冷却帯
７トップロール
Ｔ１、Ｔ１−１、Ｔ１−２鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段
Ｔ２放射温度計

Claims

溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置において、合金化帯より下流側に鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段を備え、前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段の上流または下流に、鋼板の一面側における板幅方向の３点以上で温度測定可能な放射温度計を備えることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段は、多重反射式放射温度計であることを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段は、接触式温度計であることを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記鋼板の表面放射率の影響を受けない温度測定手段は、測温ロールであることを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記放射温度計は、走査型放射温度計であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記放射温度計は、熱画像計測型放射温度計であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記放射温度計の測定素子は、６μｍ以上の検出波長を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。
前記放射温度計は、鋼板の表裏に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理装置。