JPS61295362A - 合金化処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

（従来の技術） ＧＡ鋼板は、一般に熔融亜鉛めっき鋼板をめっき直後、
連続的に熱処理することによって製造される。通常、熱
処理時のＦｅ　−Ｚｎの相互拡散により、めっき層は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は
塗装性、溶接性が一般の亜鉛鋼板より優れているため今
日広汎な用途に用いられているが、めっき層に全く塑性
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っ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、ボ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、
めっき後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、時間をかけてゆっくり
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、上限時間等の規定がないため、その
ような処理条件は十分条件とは言えず、したがって、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。

近年溶融亜鉛めっ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１５
０〜２００ｍ／ｗｉｎの通板速度が達成される。したが
って、上述のような解決策はこの点からも満足するもの
ではなかった。

このような高い生産性で、ＧＡｉｌ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
抑制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、めっきポット上に垂直に
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、Ｇｌｌｌ用板して中間ロールを設けることは
可能であるが、非ＧＡｌｌ板の通板時に大きな障害とな
る。

この点から、現実的には合金化処理炉の総炉長は３５〜
５０＋ｍに制約されることが多いが、これは最終冷却帯
を含めた炉長であって、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の場合
１５０ｍ／＋＋ｉｎ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、合金化めっ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５０ｇ／　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ろは、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ＧＡｔＲ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、合金化時の被めっき鋼板の温度（
以下、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っ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ってくる。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℃で行うことがら
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って、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
理炉の炉長を著しく短縮できるのである。

すなわち、従来の合金化処理炉は、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、したがって、本発明にあっては加熱帯と保持
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って得ら
れるＧＡ＃ｌＲ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
金化速度であって、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す
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〜
ｌＯ重量％、特に８〜１０重量％の合金化領域を指す。

本発明者等の行っ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）および中）にグラフで示し
た。

第１図（ａｌは、亜鉛めっき付着量４６ｇ／ｒｒｒで亜
鉛めっきを行い、成品被膜中の平均Ｆｅ含有率１０〜１
２．５重量％のときの合金化後期即ち平均Ｆｅ含有率５
〜ｌＯ％の領域における被膜中へのＦｅ富化速度（ｇ／
鴫、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（ｂｌ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っ
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富化速度を
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ＡＩ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、ＦｅＺｎ−Ａｊ！３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。

以上のような知見に基づき、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。

よって、本発明の要旨とするところは、溶融亜鉛めっき
した鋼帯を連続的に合金化処理する溶融亜鉛めっき鋼板
の合金化処理炉であって、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
処理炉である。

前記加熱帯にあっては、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熔融亜鉛めっき浴を通過後、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っき層との
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
目的にとっては好ましい。

また、前記急速冷却帯は、好ましくは上述のような５３
０℃以下の温度範囲へ急冷するためのちのであり、例え
ばミスト冷却および／またはジェットガス冷却装置を設
けていてもよい。次に、前記保持帯は、冷却した後に熔
融亜鉛めっ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「めっき層表面に
液相が残存する」状態とするのが好ましいが、これはめ
っき層内部に相互拡散によりＦｅ　−Ｚｎ合金層が形成
されるが、まだ表面にまでは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っ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、
めっ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っき鋼板製造装置１
０であり、鋼帯１１はスナウト１２を経て熔融亜鉛浴１
３に連続的に浸漬されジンクロール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
亜鉛がめっ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。熔融亜鉛めっきをされた鋼帯
は前述の通常の方法によって付着量の制御を行った後、
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
機能を有するのもであって、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２日の加熱装置が誘導加熱方式よりなることが
望ましいが、場合によっ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れるもの
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１１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、ガスジェットによる冷却の他、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ってよい、
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っき鋼帯
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って、この場合にあっても好まし
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
もしくは焚量によって行う他、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
トロールによって行うが、保持帯温度は望ましくは５２
０℃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めっき層中のＭ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。本発明法では
合金化の促進ができるので好ましくは０゜３５−ｔ％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っては、ゼンジマ一方式で連
続的に製造された、厚さ０．６ａ＋ｍの片面８６ｇ／ｒ
ｌのＺｎ付着量を有する亜鉛めっき鋼板を供試材とした
。このときの鋼板組成はＣ：　０．０３５％、Ｓｔ　＜
　０．０１％、Ｍｎ　：　０．２２％、Ｐ：０．０１％
、Ｓ　：　０．００９％、ｓｏｌ、ＡＱ　：　０．０２
４％であり、Ｚｎめっき層中の有効ＡＱ濃度は０．１３
５％であった。

１隻皿 ３００＋ｅ巾、０．５１厚の鋼帯を３０＋　〜６０ｍ／
ｗｉｎの通板速度で、第３図に示す溶融亜鉛めっきのパ
イロットプラントを用いて４０ｇ／ｍ２の片面当たり付
着量の溶融めっきを行い、めっきポット上方に設置され
た２４０ＫＷの誘導加熱炉、最大２０ｍ　”　／ｗｉｎ
の量のガス吐出が可能なエアージェット、さらに１２０
に−の誘導加熱炉による保持帯、最大５　ｍ　’　／ｍ
ｉｎの量のガス吐出が可能なエアージェットによる冷却
帯を連続的に配備した合金化処理炉に通板して、エアー
ジェット量および通電量を変化させて各種の合金化処理
を行った。得られた鋼板は、直径６０ｆｆｉＩｌ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（ｂｌに示す。

すなわち、第４図（ａ）は、急速冷却帯のエアジェツト
量８〜１６　Ｉ＋”　／ｗｉｎ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ットし
て示すグラフである。第４図（ｂｌは比較例として示す
もので同じく急速冷却帯のエアジェ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ｒＯＪはパウダ
リング量が０．０３　ｇ／個未満の場合、同「・」は０
．０３　ｇ／個以上の場合、そして「×」は未処理の場
合（めっ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
イロッ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中の鮫濃度の高い場
合に優れた効果を示すもので、今日のように、蚊濃度の
高い合金化溶融亜鉛めっ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（ａｌおよび（ｂｌ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（ａｌ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 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　広　瀬　章　− 築ＩＴＷ（（１） 本１図＜ｂ＞ 遼）ｌ（３□−’Ｓ”） 本２凹 肌３図 爲４凹（α） 葬、４回（ｂ） ｘｈ扱ｉ塵（ｍ／ｍｒｎ　）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融亜鉛めっきした鋼帯を連続的に合金化処理す
   る溶融亜鉛めっき鋼板の合金化処理炉であって、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. （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. （３）前記急速冷却帯がミスト冷却および／またはジェ
   ッ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. （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。