JP3409199B2

JP3409199B2 - 連続溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3409199B2
Application number: JP31888496A
Authority: JP
Inventors: 雅之小林; 保徳服部
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH10158799A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用排気系部
材，家電用熱器具部材等として有用な耐熱・耐食性に優
れた溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法に関し、特
にめっき層に不可避的に生成するFe-Al-Si系合金層の生
成層厚を精度よく制御し得るようにしたものである。【０００２】【従来の技術】連続溶融めっきラインによる溶融アルミ
ニウムめっき鋼板（以下「溶融アルミめっき鋼板」）の
製造において、図１５に示すように、母材鋼板Ｓは、所
定の浴組成および浴温度に調節されたＡｌ−Ｓｉ系めっ
き合金浴（１）導入され、シンクロール（２）を介して
浴上に導出された後、浴上のガスワイピング装置（３）
により、めっき層厚が調整される。また、めっき鋼板が
上方のトップロール（５）に到達するまでに、めっき層
の凝固が完了するように、浴の上部に配置された冷却装
置（４）による強制冷却（空気噴射流の吹き付け等）が
施される。こうして製造される溶融アルミめっき鋼板
は、母材鋼板とめっき層の界面反応（母材鋼板からめっ
き層へのＦｅ原子の拡散）により、Fe-Al-Si系合金層が
不可避的に生成する。該合金層は硬く脆い層であり、め
っき鋼板のプレス加工でのめっき層の剥離を助長する原
因となる。このため、その生成層厚を抑制することが必
要であり、殊に絞り・しごき等の強加工が施される用途
では、合金層厚を約５μｍ以下に抑制することが必要と
されている（特公昭51-46739号公報等）。【０００３】上記Fe-Al-Si系合金層の生成を抑制するた
めの連続めっき操業上の工夫として、冷却装置（４）に
おけるめっき層の冷却媒体に、液体または気・液混合流
体を使用して強制冷却作用を強化する（特開昭52-60239
号公報）、母材鋼板表面に予め低融点金属の被覆層を形
成しておくと共に、めっきが終了するまで鋼板温度を一
定温度(500℃以下) に維持する（特開平1-104752号公
報）、Al-Si めっき浴を一定の組成（Si含有量 3〜13重
量％) に調整すると共に、浴中侵入時の母材鋼板を一定
温度域（めっき浴合金融点〜融点＋40℃）に調節する
（特開平4-176854号公報）、鋼板のめっき浴侵入時の板
温を、めっき浴温より50〜100 ℃低い温度域に制御する
（特開平5-287488号公報）等の種々の提案がなされてい
る。また、国際公開WO96/26301号公報には、鋼板がめっ
き浴に侵入した時点から、めっき浴中を通過して浴上に
導出された後、めっき層の凝固が完了するまで（図１５
中，Ａ位置からＣ位置に到る過程）の経過時間と、合金
層生成厚さとの間に一定の相関があることに基づいて、
製品めっき鋼板の合金層厚さを制御することが開示され
ている。【０００４】【発明が解決しようとする課題】めっき浴の組成や浴温
の調整，鋼板のめっき浴侵入時の板温制御、あるいはめ
っき層の強制冷却作用の強化等のめっき操業上の各種因
子を個別に採り上げて制御する従来の操業方法では、Fe
-Al-Si系合金層厚の十分な抑制効果は得難い。鋼板表面
を予め特定の金属膜で被覆しておく方法では工数の増加
とコスト増大の不利等をも余儀なくされる。また、いず
れの方法も合金層の生成速度と操業条件との定量的関係
が不明であり、生成層厚を精度よく制御することは困難
である。他方、母材鋼板のめっき浴侵入時点から、浴上
に導出されためっき層の凝固を完了するまでの経過時間
と、合金層の生成層厚との相関に基づいて、その経過時
間を調整する方法は、合金層の生成層厚を精度よく制御
することを可能とする（前記国際公開公報）。本発明
は、上記相関に基づいて合金層厚を制御する溶融アルミ
ニウムめっき鋼板の連続めっき操業について、めっき層
の液相から固相に到る過程の合金層生成反応速度に及ぼ
す各種操業因子の影響を解析し、合金層の生成層厚を精
度よく予測すると共に、その予測層厚と目標層厚との変
位量に応じて操業条件を調整することにより、合金層厚
を精度よく制御し、目標値を満たす製品めっき鋼板を効
率よく製造し得るようにしたものである。【０００５】【課題を解決するための手段】本発明の連続溶融アルミ
ニウムめっき鋼板の製造方法は、Ｓｉ含有量３〜１３重
量％のＡｌ−Ｓｉ浴組成を有し、浴温を融点〜融点＋70
℃に保持された溶融アルミニウムめっき浴に、母材鋼板
を導入してめっき層を形成し、浴上に配設された冷却装
置により、めっき層を強制冷却する連続溶融アルミニウ
ムめっき鋼板の製造方法において、母材鋼板とめっき層
との界面に生成するFe-Al-Si系合金層の層厚を、予測式
〔Ａ₁〕または〔Ａ₂〕により算出し、算出された予測
層厚（τ_C) と目標層厚との変位量に基づいて、めっき
浴上の冷却装置の出力比、鋼板の移送速度、またはめっ
き浴温度を調整することにより、該合金層の生成層厚を
目標層厚に制御することを特徴としている。【０００６】【数２】 (1)Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ＞Ｃ_２の場合 τ_Ｃ（μｍ）＝0.833√[{3.564×exp(-1647/1.987/Ｔ_Ｍ)/0.833}^２ ×60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ＋(Ｃ_１−Ｋ×Ｒ_Ｃ)×(Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ−Ｃ_２)] …[Ａ_１] (2) Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ≦Ｃ_２の場合 τ_Ｃ（μｍ）＝0.833√[{3.564×exp(-1647/1.987/Ｔ_Ｍ)/0.833}^２ ×60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ] …[Ａ_２] ［式中、Ｔ_Ｍ：めっき浴温度（絶対温度,Ｋ）Ｌ_ＡＢ：鋼板のめっき浴侵入から冷却装置入口に到る間
の鋼板移送距離（ｍ）Ｔ_Ｐ：母材鋼板の板厚（mm）Ｖ_Ｌ：ライン内の鋼板移送速度（ｍ/min）Ｃ_１：母材鋼板の板厚と移送速度の積,冷却装置の冷却
能力およびめっき層の強制冷却時間に基づいて設定され
る定数（sec・min/mm/ｍ）Ｋ：母材鋼板の板厚と移送速度の積,冷却装置の冷却能
力およびめっき層の強制冷却時間に基づいて設定される
係数（sec・min/mm/ｍ）Ｃ_２：母材鋼板の板厚と移送速度の積,および鋼板のめ
っき浴導出から冷却装置に到る間の雰囲気に基づいて設
定される定数（mm・ｍ/min）Ｒ_Ｃ：冷却装置の出力比（最大出力に対する比率,％）
］【０００７】【発明の実施の形態】先ず、合金層の生成層厚予測式
〔Ａ₁〕および〔Ａ₂〕について説明する。鋼板表面の
めっき層は、図１のＡｌ−Ｓｉ系平衡状態図に示すよう
に、液相（領域Ｉ）から固液共存相（領域II）を経て、
固相（領域III ）となる。鋼板のめっき浴侵入開始点か
ら冷却装置の入口に到る行程（図１５中，Ａ−Ｂ間の移
送過程）では液相であり、冷却装置を通過して凝固を完
了するまでの行程（図１５中，Ｂ−Ｃ間の移送過程）で
は固液共存相となり、その後は固相単一相となる。図２
および図３は、めっき層の液相、固液共存相，固相の各
相状態（領域Ｉ〜III ）におけるFe-Al-Si系合金層の生
成層厚τと経過時間（反応時間）ｔの平方根との関係
を、めっき層温度をパラメータとして示している〔浴組
成: Al−8 〜10% Si，板厚: 1.0 mm，めっき層厚: 25〜
35μｍ／片面〕。図示のように、各領域の合金層の生成
層厚τ（μｍ）は経過時間（反応時間）の平方根（√se
c)に比例する。【０００８】上記図２，図３より、合金層の生成速度を
Ｖ_Ｒ（=τ/√ｔ）とし、その常用対数（logＶ_Ｒ）を縦
軸に、めっき層温度（絶対温度）の逆数（１/Ｔ_Ｍ）を
横軸にとると、図４に示すように、各領域毎に直線関係
が得られる。これはアレニウスの式と同じ型であり、従
って生成速度Ｖ_Ｒ（μｍ/√sec）は下式[１]の型で表す
ことができ、これは[２]のように書き換えられる。【数３】Ｖ_Ｒ＝Ａexp（-Ｑ/Ｒ/Ｔ_Ｍ） …[１] LogＶ_Ｒ＝logＡ−Ｑ/2.303/Ｒ×1/Ｔ_Ｍ …[２] [式中、Ａ：頻度因子（ここでは、μｍ/√sec）Ｑ：活性化エネルギ（cal/mol）Ｒ：気体定数（=1.987cal/mol・K） ] 【０００９】そこで、先ず領域Ｉ（液相，約640℃以
上）の合金層生成反応について、図４に示した領域Ｉの
直線に基づいて式[２]を計算すると、logＡ=0.552か
ら、Ａ=10^{０．５５２}=3.564が得られ、Ｑ/（2.303×
Ｒ）=360から、Ｑ=360×2.303×1.987=1647（cal/mol）
が求められる。これを式[１]に代入して、領域Ｉの合金
層の生成速度Ｖ_Ｒ１（μｍ/√sec）として式[３]を得
る。これより、領域Ｉの合金層厚τ_Ｃ１（μｍ）とし
て、式[４]が得られる。【数４】Ｖ_Ｒ１＝3.564×exp（-1647/Ｒ/Ｔ_Ｍ１） …[３] τ_Ｃ１＝Ｖ_Ｒ１×√ｔ_１＝3.564×√ｔ_１×exp（-1647/Ｒ/Ｔ_Ｍ１） …[４] [式中、ｔ_１：領域Ｉでの経過時間（sec）Ｔ_Ｍ１：領域Ｉのめっき層温度（絶対温度，K） ] 【００１０】領域II（固液共存相，約580〜640℃）での
合金層生成速度Ｖ_Ｒ２（μｍ/√sec）と生成層厚τ_Ｃ２
（μｍ）、および領域III（固相状態，約580℃以下）で
の合金層生成速度Ｖ_Ｒ３（μｍ/√sec）と生成層厚τ
_Ｃ３（μｍ）を、上記と同様の手順により求めると、下
式[５]〜[８]が得られる。【数５】Ｖ_Ｒ２＝16.90×exp（-5281/Ｒ/Ｔ_Ｍ２） …[５] τ_Ｃ２＝16.90×√ｔ_２×exp（-5281/Ｒ/Ｔ_Ｍ２） …[６] Ｖ_Ｒ３＝2.716×10^２３×exp（-93036/Ｒ/Ｔ_Ｍ３） …[７] τ_Ｃ３＝2.716×10^２３×√ｔ_３×exp（-93036/Ｒ×Ｔ_Ｍ３） …[８] [式中、ｔ_２,ｔ_３：各々領域II,領域IIIでの経過時間（sec）Ｔ_Ｍ２,Ｔ_Ｍ３：各々領域II,領域IIIのめっき層温度
（絶対温度,K）] 【００１１】領域Ｉ〜III のうち、領域III （固相）の
活性化エネルギは、領域Ｉ（液相），領域II（固液共存
相）のそれに比しはるかに大きく、反応速度Ｖ_R3は著し
く小さい。従って、連続溶融めっきライン操業のよう
に、反応時間の短い操業条件下では、領域III の生成層
厚τ_C3は無視することができる。以下、製品めっき鋼板
の合金層厚は、領域ＩおよびIIにおける合金層生成反応
に依存するものとして説明する。【００１２】領域I（液相）の合金相生成反応過程（図1
5のA-B間の行程）の移送距離をＬ_ＡＢとすると、その間
の経過時間ｔ_１（sec）は、ｔ_１＝60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌであ
り、これを前記式[４]に代入すると、式[９]が得られ
る。また領域II（固液共存相）の合金層生成反応過程
[図15のB-C間の行程]の移送距離をＬ_ＢＣとし、その経
過時間ｔ_２（sec）=60×Ｌ_ＢＣ/Ｖ_Ｌを前記式[６]に代
入すると、式[１０]が得られる。【数６】 τ_Ｃ１（μｍ）＝3.564×√（60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ）×exp（-1674/Ｒ/Ｔ_Ｍ１） …[９] τ_Ｃ２（μｍ）＝16.90×√（60×Ｌ_ＢＣ/Ｖ_Ｌ）×exp（-5281/Ｒ/Ｔ_Ｍ２） …[10] 【００１３】製品めっき鋼板の合金層厚は、領域Ｉ（液
相）と領域II（固液共存相）の２つ領域に亙る生成層厚
の総和ではあるが、製品めっき鋼板の合金層厚さは、前
記式〔９〕と〔10〕との単なる加算値として求めること
はできない。両領域の生成反応は、図５のように放物線
則に従って進行するからであり、領域ＩとIIのそれぞれ
の経過時間（反応時間）を１つの項にまとめることが必
要である。本発明は、以下のように、領域Ｉの経過時間
を領域IIの経過時間に換算して両者を１項（平方根内）
にまとめることにより、製品めっき鋼板の合金層厚を求
めるようにしている。【００１４】すなわち、液相の領域Ｉ（A-B 行程）での
めっき層温度は略一定（めっき浴温度とほぼ同等）であ
るが、固液共存相の領域II（B-C 行程) のめっき層は、
冷却装置の強制冷却作用を受けて液相線温度（約640
℃) から固相線温度（約580 ℃) へ刻々と変化する。そ
こで、液相領域Ｉ（A-B 行程）での経過時間（反応時
間）を、固液共存領域II（B-C 行程）での経過時間（反
応時間）に置き換えるための換算係数を求めるに当た
り、領域IIのめっき層温度を、その領域の中間の温度
〔610 ℃(=883 K)〕に設定して、前記式〔９〕と〔10〕
を処理すると、換算係数（κ）として、下式〔11〕が得
られる。この換算係数を液相（A-B 行程）での反応時間
に乗じると、固液共存相（B-C 行程）での反応時間(t
_sl,sec)に換算され、これは下式〔12〕で表される。従
って、液相領域Ｉ（A-B 行程）から固液共存領域II（B-
C 行程）にわたる合金反応により生じる合金層の厚さ
（τ_C) （＝τ₁＋τ₂）は、上記換算係数を適用し
て、下式〔13〕のように表すことができる。【００１５】【数７】 κ（ｔ_ＳＬ/ｔ_Ｌ）＝{3.564×exp（-1647/Ｒ/Ｔ_Ｍ１）/0.833}^２ …[11] ｔ_ＳＬ＝{3.564×exp（-1647/Ｒ/Ｔ_Ｍ１）/0.833}^２×60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ …[12] τ_Ｃ（μｍ）＝0.833√[｛3.564×exp（-1647/1.987/Ｔ_Ｍ１）/0.833｝^２ ×60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ＋（B-C経過時間）] …[13] 【００１６】上記式［13］に含まれる［B-C経過時間］
は、めっき層が冷却装置の強制冷却作用で液相から凝固
を完了するまでの経過時間であるから、これは板厚（Ｔ
_Ｐ）×移送速度（Ｌ_Ｖ）、および冷却装置の冷却出力比
（％）によって決定される。このB-C経過時間と、Ｔ_Ｐ
×Ｖ_Ｌ（mm×m/min）,および冷却装置出力比（％）との
間には、図６〜図９に示す関係がある（図６：冷却出力
比10%,図７：同25％,図８：同55％,図９：同65％）。す
なわち、冷却装置の出力比毎に、「B-C経過時間（se
c）」と「Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ（mm×m/min）」の間に直線関係が
成立する。図10はこれらの直線の勾配とそのときの冷却
装置の出力比との関係を示したグラフである。これよ
り、B-C経過時間を表す一般式として式［14］が求めら
れ、これを式［13］に代入することにより、前記式［Ａ
_１］が得られる。【数８】 B-C経過時間（sec）＝（C_１−K×Ｒ_Ｃ）×（Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ−Ｃ_２） …［14］【００１７】ちなみに、図６〜図９および図１０のグラ
フから、上記定数及び係数の具体例を算出すると、図６
〜図９の各直線は式［15］（式中のαは直線の勾配）で
表され、図１０の直線は式［16］で表されるので、これ
らの式より、Ｃ_１=0.549961,Ｃ_２=50,Ｋ=0.006225が得
られる。 B-C経過時間＝α×（Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ−50） …［15］ α＝Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ/B-C経過時間＝-0.006225×Ｒ_Ｃ＋0.549961 …［16］【００１８】上記式中の定数C ₂は、めっき浴から導出
された鋼板が冷却装置（４）に入る時点でめっき層の凝
固が完了しているか否かの境界をあらわす定数であり、
既述のようにその値は、鋼板の板厚と移送速度の積_,お
よび鋼板のめっき浴導出から冷却装置の入口に到る間の
雰囲気の種類・温度により定まる。雰囲気は一般に常温
の大気であり、上記の定数C ₂= 50も、常温の大気の場
合の例であるが、他の雰囲気組成、例えば液体（ミス
ト）を含む気・液混合雰囲気等が適用される場合は、大
気の場合とは鋼板表面からの伝熱が異なるので、同じ雰
囲気温度でも、異なった値となる。【００１９】この定数Ｃ_２を含む式[14]中の「Ｔ_Ｐ×Ｖ
_Ｌ-Ｃ_２」の項が、零又は負の値（Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ≦Ｃ_２）
となる場合は、めっき鋼板が冷却装置の入口に到達した
時点で既にめっき層の凝固が完了しているということで
ある。これは、板厚（Ｔ_Ｐ）が薄く、ライン内の鋼板移
送速度（ライン速度）（Ｖ_Ｌ）が低い場合等に生じ易
い。板厚が薄い程、鋼板の保有熱量が小さいので冷却速
度が速く、また鋼板移送速度が低い程、長い冷却時間が
与えられるからである。浴上の冷却装置に到る間の雰囲
気の組成・温度等により、定数Ｃ_２が比較的大きな値に
設定される場合は、同じ板厚,移送速度でも、「Ｔ_Ｐ×
Ｖ_Ｌ−Ｃ_２」の項の値は小さくなる。「Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ−Ｃ
_２」の値が、零又は負となる場合のB-C過程は、めっき
層が既に固相状態になっているので、合金層の生成増加
は無視できる程に少なく、またこの項が負の値として算
入されると、合金層厚が経時的に減少していくという不
合理な結果をきたす。このため、Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ≦Ｃ_２の場
合は、式[Ａ_１]に代えて、「(Ｃ_１−Ｋ×Ｒ_Ｃ)×(Ｔ_Ｐ
×Ｖ_Ｌ−Ｃ_２)」の項を有しない式[Ａ_２]を適用してい
る。【００２０】本発明に使用される溶融アルミめっき浴
を、Ｓｉ含有量3 〜13重量％のＡｌ−Ｓｉ系組成として
いるのは、Ｓｉ添加による合金層の抑制効果を得るため
であり、それには少なくとも３重量％の含有が必要であ
る（６重量％以上においては、浴中浸漬部材の腐食溶損
の抑制効果も得られる）。他方１３重量％を越えると、
めっき金属層の耐食性・加工性が低下するので、これを
上限としている。この浴組成の調整は、従来の連続溶融
アルミめっき操業におけるそれと特に異ならない。な
お、Ａｌ−Ｓｉ系合金浴は、不可避的不純分として通常
約５重量％以下のＦｅ分を付随するが、この不純分の混
在によって発明の趣旨が損なわれることはない。めっき
浴の浴温は融点（mp）以上に保持されることはいうまで
もないが、めっき表面品質の安定化のために、融点＋２
０℃以上とするのが好ましい。めっき浴温の上限を、融
点＋70℃に規定したのは、それを越える高温浴は、熱経
済性の不利のみならず、合金層の生成を助長し、本発明
の合金層の効果的な制御効果を得ることが困難となるか
らである。【００２１】次に、本発明の連続溶融アルミニウムめっ
き鋼板の製造工程について、図１１を参照して説明す
る。合金層厚制御手段（１０）は、冷却装置の冷却出力
比検出手段（１１），ライン内の鋼板移送速度（ライン
速度）検出手段（１２），めっき浴温検出手段（１
３），設定手段（１４），制御手段（２０），冷却出力
比制御手段（３１），ライン速度制御手段（３２），め
っき浴温制御手段（３３），等から構成されている。冷
却装置（４）は、例えば空気を冷媒とし、多数のスリッ
トから噴射される空気流を鋼板表面に吹き付けるように
構成されたエアージェットクーラである。気・液混合流
体等を冷媒とするもの等も適宜適用される。冷却装置の
冷却出力比は、例えば冷媒送風量比（最大送風量に対す
る比率）として冷却出力比検出手段（１１）により検出
される。ファン回転数と送風量とは略比例するので、フ
ァンの最大回転数に対する回転数の比率を出力比として
検出するようにしてもよい。ライン速度（鋼板移送速
度）は、ブライドルロール（６）に設けられた駆動モー
タ（６）により調整される。ライン速度検出手段（１
１）は、例えばパルスジェネレータであり、一定時間内
に計数されるパルス数から鋼板移送速度が検出される。
めっき浴（１）は、抵抗発熱方式等の加熱装置（８）に
より加熱調整され、浴温検出手段（１３）は、例えば熱
電対等である。【００２２】図１２は、合金層厚制御装置（１０）の電
気的構成の実施例を示している。冷却出力比検出手段
（１１）は、冷却装置（４）の出力を検出し、検出値を
予測層厚演算器（２２）および比較器（２３）に送る。
ライン速度検出手段（１２）およびめっき浴温検出手段
（１３）は、それぞれその検出値を演算手段（１５）お
よび比較器（２３）に送る。設定器（１４）は、鋼板の
板厚（T _P) 、Ａ−Ｂ間の鋼板移送距離（Ｌ_AB）、予測
式〔A1〕〔A2〕の定数C _1,C _2,係数K 等を演算器（１
５）に設定すると共に、冷却装置の最大出力（R _MAX),
ライン速度の上限値（V _{L UL}),めっき浴温の下限値（T
_{M LL}),目標合金層厚（τ_S) 等を比較器（２３）に設定
する。演算器（１５）は、上記各検出手段（１１）〜
（１３）の検出値を制御手段（２０）に送る。【００２３】制御手段（２０）は、メモリ（２１），予
測層厚演算器（２２），比較器（２３），および修正演
算器（２４）を備えており、受信した各信号を処理して
制御指令信号を出力する。メモリ（２１）には、合金層
の予測層厚算出式［A_１］［A_２］が記憶されている。予
測層厚演算器（２２）は、冷却出力比検出手段（１１）
及び演算手段（１５）からの信号に基づいて、メモリ
（２１）に記憶されている予測層厚算出式［A_１］また
は［A_２］を選択し、Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ＞Ｃ_２の場合は式
［A_１］、Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ≦Ｃ_２の場合は式［A_２］に、
Ｃ_１，Ｃ_２，Ｋ，Ｒ_Ｃ等を代入して合金層の予測層厚
（τ_Ｃ）を算出する。比較器（２３）は、予測層厚演算
器（２２）により算出された予測層厚（τ_Ｃ）と、設定
手段（１４）で設定された目標層厚（τ_Ｓ）とを比較
し、予測層厚（τ_Ｃ）が目標層厚（τ_Ｓ）を満たしてい
ない場合は、目標層厚（τ_Ｓ）を満たすように、その変
位量（τ_Ｓ−τ_Ｃ）に応じて、冷却装置の出力比
（Ｒ_Ｃ），ライン速度（Ｖ_Ｌ），またはめっき浴温（Ｔ
_Ｍ）の修正を行う信号を出力する。【００２４】修正演算器（２４）は、比較器（２３）の
出力に応答して、修正冷却出力比、修正ライン速度，ま
たは修正めっき浴温を算出し、冷却出力比制御手段（３
１），ライン速度制御手段（３２），またはめっき浴温
制御手段（３３）に指令信号を出力する。この処理は予
測層厚（τ_C) の算出値が目標値（τ_S) を満たすまで
繰り返される。冷却出力比制御手段（３１）は、上記制
御手段（２０）の出力に応答して冷却装置（４）の送風
機（９）のファン回転数を調整し、冷却出力比を指令値
と一致するように制御する。ライン速度制御手段（３
２）は、駆動モータ（７）を調整してライン速度を指令
値と一致するように制御し、めっき浴温制御手段（３
３）は、めっき浴加熱装置（８）を調整してめっき浴温
を指令値と一致するように制御する。【００２５】次に、上記制御装置の動作を図１３のフロ
ーチャートに従って説明する。ステップS1において、合
金層の目標層厚（τ_ｓ），設備固有値であるＡ−Ｂ間の
移送距離（Ｌ_ＡＢ），冷却装置の最大出力値
（R_ＭＡＸ）等、および設定値として、鋼板の板厚
（T_Ｐ），ライン速度上限値（V_{ＬＵＬ}），めっき浴温
下限値（T_{ＭＵＬ}）等を設定する。また、予測値
［A_１］［A_２］の定数・係数（C_１，C_２，K）が設定さ
れるほか、冷却出力比（R_Ｃ），ライン速度（V_Ｌ），め
っき浴温（T_Ｍ）を修正するための修正量（ΔR_Ｃ，ΔV
_Ｌ，ΔT_Ｍ）が、過去の操業実績に基づいて設定され
る。この修正量は、段階的な修正を実施する場合の単位
修正量であり、予測層厚（τ_Ｃ）を低減させるための増
量修正分として用いられる。【００２６】ステップS2では、冷却装置の出力比(R_C)
_,ライン速度(V_L) ，めっき浴温(Ｔ_M) 等がそれぞれ
検出される。また、ステップS3では、前記式〔A1〕また
は〔A2〕による予測層厚（τ_C) が算出される。ステッ
プS4では、ステップS3で算出された合金層の予測生成層
厚（τ_C) が目標層厚（τ_S) を満たしている否かが判
断される。その判断が肯定（τ_C≦τ_S）であれば、そ
のまま溶融めっき操業を続行し、ステップS13 に進む。
また、ステップS4での判断が、否定（τ_C＞τ_S）であ
る場合は、ステップS5に進む。ステップS5では、ステッ
プS2で検出された冷却装置の出力比(R_C) が、最大出力
値(R_MX) 以下であるか否かが判断され、その判断が肯定
（ R_C＜ R_max) であれば、冷却装置の出力比の増加に
より合金層の生成層厚を低減することが可能であるの
で、冷却出力比を制御するステップS6に進む。ステップ
S6では、ステップS1で設定された冷却出力比修正量とス
テップS2で検出された冷却出力比とから、冷却装置
（４）の修正冷却出力比 R_C'(= R _C+ ΔR _C) が算出
される。修正冷却出力比R _C' を算出後、ステップS11
に進む。【００２７】他方、ステップS5における判断が否（ R_C
＝R _MAX) である場合は、冷却装置（4 ）の調整による
合金層厚の制御はできないと判断され、ステップS7に進
む。ステップS7では、ライン速度(V_L) が上限値
(V_{L UL}) より低いか否かが判断される。その判断が肯定
(V_L＜V _{L UL}) であれば、ライン速度を増加して合金層
厚を低減させるべく、ステップS8に進む。ステップS8で
は、修正ライン速度 V_L'(＝V _L+ ΔV _L) が算出さ
れ、ついでステップS11 に進む。ステップS7での判断が
否（V _L= V _{L UL}）であれば、ライン速度は増加できな
いので、ステップS9に進む。ステップS9では、めっき浴
温が下限値（Ｔ_{M LL}) より高いか否かが判断される。そ
の判断が肯定（Ｔ_{M LL}＜Ｔ_M) であれば、めっき浴の降
温による合金層厚の低減が可能であるので、ステップS1
0 に進み、修正めっき浴温度 T_M'(＝T _M+ ΔT _M) を
算出した後、ステップS11 に進む。【００２８】ステップS11 では、冷却出力比(R_C),ライ
ン速度(V_L) , またはめっき浴温(Ｔ_M) の制御が行わ
れる。すなわち、前記ステップS5での判断が肯定（ R_C
＜ R _max) であれば、冷却出力比(R_C) の修正が行わ
れ、ステップS5の判断が否（ R _C＝R _MAX) であって、
ステップS7の判断が肯定である場合は、ライン速度
(V_L) の修正が行われる。ステップS7での判断が否（V
_L= V _{L UL}）であって、ステップS9の判断が肯定（Ｔ
_{M LL}＜Ｔ_M) であれば、めっき浴温(T_M) の修正が行わ
れる。ステップS12 での修正操作を完了した後、ステッ
プS13 に進む。【００２９】他方、ステップS5, ステップS7, ステップ
S9での各判断が否である場合は、冷却出力比(R_C),ライ
ン速度(V_L) , およびめっき浴温（Ｔ_M) のいずれにお
いても、合金層の低減に必要な修正は実施できないとい
うことであり、この場合はステップS12 に進み、警報
（点滅表示灯による目視表示, ブザーによる音響表示
等）が発せられる。この場合、製品めっき鋼板の合金層
厚さが目標値から外れているおそれが有るので、所定の
品質検査が実施され、処置が決定される。警報発令後、
ステップS13 に進む。ステップS13 では、合金層厚の制
御操作を終了するか否かが判断される。この判断は、予
定された鋼板処理量の全量が冷却装置（４）を通過した
か否かにより行われ、その判断が肯定（全量処理終了）
であれば、めっき操業を終了し、そうでない場合は、上
記操作を続行する。【００３０】【実施例】連続溶融めっきラインにおいて、合金層の予
測層厚（τ_C) と目標層厚（τ_S) との変位量とに基づ
いて、冷却装置（４）の冷却出力比 R_Cを調整する操作
を実施して溶融アルミニウムめっき鋼板を製造する。目
標めっき層厚（τ_S) は、、各製品の用途に応じた所定
の値（約３〜６μｍ）に設定した。〔１〕めっき浴 (a) 組成 :Ａｌ−8 〜10％Ｓｉ（Fe≦5%） (b) 浴温(T_M): 650℃（＝923 K ）〔２〕母材鋼板 (a)材種: 極低炭素チタン添加鋼板（C ≦0.005, Si ≦0.10, Mn
0.10-0.20, P ≦0.020,S ≦0.010, Al 0.04-0.06, Ti
0.05-0.07, N≦0.005 ）低炭素アルミキルド鋼板（C ≦0.08, Si≦0.10, Mn 0.1
0-0.40, P ≦0.020,S≦0.030, Al 0.02-0.06, N≦0.005
）中炭素アルミキルド鋼板（C 0.12-0.15, Si ≦0.10, Mn
0.50-1.00, P ≦0.030,S ≦0.030, Al 0.02-0.06, N≦
0.005 ） (b)板厚(T_P) : 0.4 〜3.2 mm 【００３１】［３］A-B間移送距離（L_ＡＢ）：5.9ｍ［４］ライン速度（V_Ｌ）：30〜140ｍ/min ［５］冷却装置（エアー・ジェット・クーラ） (a)冷媒：空気 (b)噴射圧力：80〜430mmAq (c)噴射量：400〜2400m^３/min (d)冷却帯域長さ：8.6ｍ (e)出力比（R_Ｃ）：0〜80％［６］定数および係数 C1：0.54996（sec・min/mm/m） C2：50（mm・m/min） K：0.006225（sec・min/mm/m）【００３２】図１４は、上記連続めっき操業により得ら
れた製品めっき鋼板の合金層厚さ（実測値）と予測層厚
（τ_C) との関係を図示したものである。合金層の予測
層厚（τ_C) は、製品めっき鋼板の合金層厚（実測値）
と高い相関を有している（Ｎ＝376 ，相関係数γ= 0.81
6 ）。【００３３】【発明の効果】本発明により製造される溶融アルミニウ
ムめっき鋼板は、めっき層内のFe-Al-Si系合金層厚の抑
制効果として、耐剥離性が良好で、プレス加工において
めっき層の剥離を生じ難く、良好なめっき品質が確保さ
れる。本発明によれば、従来法におけるような煩瑣な措
置、例えばめっき浴への鋼板侵入時の板温の調整や、板
面に一定の金属膜を形成する等の措置を必要とせず、予
測合金層厚と目標層厚との変位量に基づいて実施される
冷却装置の冷却出力比や，ライン速度等の制御により、
製品めっき鋼板の合金層厚を、経済的に有利にかつ精度
よく制御することができる。本発明は、自動車用排気系
部材，熱機器用部材等の用途に供される溶融アルミめっ
き鋼板の品質の向上および製造コスト低減等の要請に応
えるものであり、工業的に大きな価値を有している。な
お、本発明は溶融アルミめっきのほか、例えば，亜鉛め
っき，亜鉛−アルミ合金めっき，純アルミめっき等の連
続溶融めっき操業においても、その製品めっき鋼板の合
金層厚の制御手段として有効である。

【図面の簡単な説明】【図１】Ａｌ−Ｓｉ系２元合金の平衡状態図を示すグラ
フである。【図２】合金層の生成層厚と経過時間の平方根との関係
を示すグラフである。【図３】合金層の生成層厚と経過時間の平方根との関係
を示すグラフである。【図４】合金層の生成速度Ｖとめっき層温度（Ｔ）との
関係（log Ｖ- １／Ｔ）を示すグラフである。【図５】液相領域から固液共存祖に亙る合金層生成速度
の変化を模式的に示すグラフである。【図６】B-C 経過時間（固液共存相での経過時間）と板
厚×ライン速度（T _PｘV _L) との関係（冷却出力比:
１０％）を示すグラフである。【図７】B-C 経過時間（固液共存相での経過時間）と板
厚×ライン速度（T _PｘV _L）) との関係（冷却出力
比: ２５％）を示すグラフである。【図８】B-C 経過時間（固液共存相での経過時間）と板
厚×ライン速度（T _PｘV _L）) との関係（冷却出力
比: ５５％）を示すグラフである。【図９】B-C 経過時間（固液共存相での経過時間）と板
厚×ライン速度（T _PｘV _L）) との関係（冷却出力
比: ６５％）を示すグラフである。【図１０】B-C 経過時間／(T_PｘV _L) と冷却装置の冷
却出力比 R_Cとの関係を示すグラフである。【図１１】連続溶融めっきの合金層制御装置の構成例を
模式的に示す系統図である。【図１２】合金層制御装置の電気的構成例を示すブロッ
ク図である。【図１３】合金層制御装置の動作を説明するフローチャ
ートである。【図１４】本発明による合金層の予測層厚と製品めっき
鋼板の合金層厚の相関を示すグラフである。【図１５】連続溶融アルミニウムめっき設備の構成を示
す概要図である。【符号の説明】１: 溶融めっき浴２: シンクロール３: ガスワイピング装置４: 冷却装置５: トップロール６: ブライドルロール８: めっき浴加熱装置９: 送風機Ａ: 鋼板のめっき浴侵入開始位置Ｂ: 冷却装置入口Ｃ: めっき層凝固完了位置

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−176854（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−60239（ＪＰ，Ａ) 特開平５−156419（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／026301（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】【請求項１】Ｓｉ含有量３〜１３重量％のＡｌ−Ｓｉ
浴組成を有し、浴温を融点〜融点＋70℃に保持された溶
融アルミニウムめっき浴に、母材鋼板を導入してめっき
層を形成し、浴上に配設された冷却装置により、めっき
層を強制冷却する連続溶融アルミニウムめっき鋼板の製
造方法において、母材鋼板とめっき層との界面に生成するFe-Al-Si系合金
層の層厚を、予測式[Ａ_１]または[Ａ_２]により算出し、
算出された予測層厚（τ_Ｃ）と目標層厚との変位量に基
づいて、めっき浴上の冷却装置の出力比、鋼板の移送速
度、またはめっき浴温度を調整することにより、該合金
層の生成層厚を目標層厚に制御することを特徴とする連
続溶融アルミニウムめっき鋼板の合金層厚の制御方法。【数１】 (1)Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ＞Ｃ_２の場合 τ_Ｃ（μｍ）＝0.833√[{3.564×exp(-1647/1.987/Ｔ_Ｍ)/0.833}^２ ×60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ＋(Ｃ_１−Ｋ×Ｒ_Ｃ)×(Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ−Ｃ_２)] …[Ａ_１] (2) Ｔ_Ｐ×Ｖ_Ｌ≦Ｃ_２の場合 τ_Ｃ（μｍ）＝0.833√[{3.564×exp(-1647/1.987/Ｔ_Ｍ)/0.833}^２ ×60×Ｌ_ＡＢ/Ｖ_Ｌ] …[Ａ_２] ［式中、Ｔ_Ｍ：めっき浴温度（絶対温度,Ｋ）Ｌ_ＡＢ：鋼板のめっき浴侵入から冷却装置入口に到る間
の鋼板移送距離（ｍ）Ｔ_Ｐ：母材鋼板の板厚（mm）Ｖ_Ｌ：ライン内の鋼板移送速度（ｍ/min）Ｃ_１：母材鋼板の板厚と移送速度の積,冷却装置の冷却
能力およびめっき層の強制冷却時間に基づいて設定され
る定数（sec・min/mm/ｍ）Ｋ：母材鋼板の板厚と移送速度の積,冷却装置の冷却能
力およびめっき層の強制冷却時間に基づいて設定される
係数（sec・min/mm/ｍ）Ｃ_２：母材鋼板の板厚と移送速度の積,および鋼板のめ
っき浴導出から冷却装置に到る間の雰囲気に基づいて設
定される定数（mm・ｍ/min）Ｒ_Ｃ：冷却装置の出力比（最大出力に対する比率,％）
］