JP6908062B2

JP6908062B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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Publication number: JP6908062B2
Application number: JP2019015724A
Authority: JP
Inventors: 研二山城; 秀行 ▲高▼橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: JP2020122195A

Description

本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。

近年、環境問題への意識の高まりから、自動車に対する二酸化炭素の排出規制が厳しくなっている。また、自動車の衝突安全性の規制も強化されるなど、従来以上に車体の安全性が求められている。そこで、軽量化と強度向上を両立させるため、自動車メーカ各社は、車体への溶融亜鉛めっき高張力鋼板の適用拡大を推進している。

溶融亜鉛めっき鋼板は、以下の手法によって製造される。冷延後のコイルを、連続式溶融亜鉛めっきライン（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇｌｉｎｅ：ＣＧＬ）に通板させ、最初に、予熱炉内で母材表面の油分の燃焼除去を行う。その後、酸化性雰囲気または還元性雰囲気で加熱を行い、鋼板を再結晶させる。さらに、酸化性雰囲気または還元性雰囲気で、鋼板をめっきに適した温度になるよう冷却を行い、溶融亜鉛へと浸漬させる。

鋼板の高張力化には、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ａｌなどの固溶強化元素の添加が行われることが多い。特に、Ｓｉは添加コストが他の元素と比較して低く、かつ鋼の延性を損なわずに高強度化できる利点がある。そのため、Ｓｉ含有鋼は高張力鋼板として有望である。しかし、Ｓｉを鋼中に多量に添加すると、以下の問題が生じる。

高張力鋼板は、還元雰囲気中で、６００〜９００℃の温度域で焼鈍される。ＳｉはＦｅと比較して易酸化元素であるため、この時に、Ｓｉが鋼板表面へ濃化する。その結果、鋼板表面にＳｉ酸化物が形成され、このＳｉ酸化物が亜鉛との濡れ性を著しく悪化させ、不めっきを生じさせる。

さらに、Ｓｉが表面に濃化すると、亜鉛めっきが付着したとしても溶融亜鉛めっき後の合金化過程において、著しい合金化の遅延を生じる。その結果、生産性が悪化する。

このような問題に対して、直火バーナーによって加熱帯で鋼板を加熱し、鋼板表面に酸化膜を形成した後、還元焼鈍で鋼板表面に還元鉄を形成させることによって亜鉛との濡れ性を改善する手法がよく知られている。そのため、加熱帯の酸化膜厚を一定に保つことは非常に重要であり、様々な手法で酸化膜厚を一定にする手法が公開されている。また、加熱帯で形成された酸化膜の還元が十分でないとめっき不良が発生することから、還元帯の能力を均一に保つ手法が公開されている。

例えば、特許文献１では直火加熱方式の無酸化炉において、炉を複数ゾーンに分割し、直火バーナーを燃焼させないゾーンを設けることによって、酸化膜厚を均一化させる手法が開示されている。

特許文献２では、直火加熱方式の無酸化炉において、加熱帯の雰囲気の酸化性ガス（Ｏ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ）の濃度を規定して、酸化膜厚を均一に保つ手法が開示されている。

特許文献３では、直火加熱方式の無酸化炉において、加熱帯が予熱帯、無酸化帯、酸化帯、還元帯に分割され、還元帯に隣接する酸化帯のバーナーの空気比を高く設定することにより酸化雰囲気を安定させるとともに、無酸化帯に隣接する酸化帯のバーナーの空気比を低く設定することにより酸化帯から流入する残存酸素を含む排気ガスを燃焼させることにより無酸化雰囲気を安定させ、その結果、鋼板表面に均一な酸化膜を形成させる手法が開示されている。

特許文献４では、直火加熱方式の無酸化炉において、直火帯と還元帯の間からガスを排気して、直火帯ガスの還元帯への流入を抑制し、これによって均熱帯の還元能力低下を防ぎ、酸化膜を十分に還元させる手法が開示されている。

特開２００９−１９２５３号公報特開平６−３０６５６１号公報特開２０１３−１４２１７４号公報特開２００７−１４６２４２号公報

特許文献１において、直火バーナーの燃焼を行っていないゾーンでは、酸化が緩やかに進行すると記載されているが、各ゾーンが繋がっているため、他のゾーンから燃焼ガスが流入し、雰囲気が不安定になりやすい。そのため、酸化量が不均一になりやすく、不めっきが発生しやすい。

また特許文献２では、炉内雰囲気を直接制御するために、直火バーナーの燃焼ガスとは別に、ガスを炉内に導入して、雰囲気の制御を試みている。酸化性のガスは３種（Ｏ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ）存在するため、炉内の酸素ポテンシャルを制御するためには、３種のガス濃度を管理しなければならず、複雑な制御システムを構築する必要がある。これに加えて、加熱帯では、下流から上流へのガス流れが存在するため、直火バーナーの燃焼ガスと別途導入したガスの混合が十分に行われず、炉内雰囲気が均一とならないため、不めっきが発生する。

特許文献３においても、加熱帯の後段の均熱帯から還元性のガスが流れてくるため、局所的なバーナーの空気比調整のみでは、加熱帯の雰囲気を一定に保つことができない。したがって、不めっきが発生しやすい。

特許文献４の方法では、直火加熱帯において、直火酸化帯のガスが直火還元帯のガスと混ざるため、鋼板の酸化量に影響を及ぼす酸素濃度、二酸化炭素濃度、水蒸気濃度が不均一となり、その結果、酸化量を鋼板幅方向で一定に保つことができず、不めっきが発生する。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、不めっきの無い美麗な表面外観を有する溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

良好なめっき性を得るには、最適な酸化量を確保する必要がある。本発明者らは、直火型加熱炉（ＤＦＦ）を有する加熱帯を備える連続式溶融亜鉛めっき設備において、炉内の雰囲気制御が容易で、かつ鋼板表面に均一な酸化膜が形成される手法について鋭意検討を行った。その結果、加熱帯におけるＤＦＦの酸化領域（ＤＦＦ酸化帯）の酸素濃度を適正範囲に制御することにより、鋼板表面に均一な酸化膜が形成されることを明らかにした。

本発明は上記知見に基づくものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］直火型加熱炉（ＤＦＦ）を含む加熱帯と、均熱帯とが隣接した焼鈍炉を備える連続溶融亜鉛めっき設備を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、
前記直火型加熱炉は空気比１以上で操業されるＤＦＦ酸化帯と、空気比１未満で操業されるＤＦＦ還元帯とを有し、
前記ＤＦＦ酸化帯と前記ＤＦＦ還元帯との間から炉ガスを排気し、前記ＤＦＦ酸化帯の炉圧を前記ＤＦＦ還元帯より高く保つことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［２］［１］記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、前記ＤＦＦ酸化帯の酸素濃度を０．７％以上で操業することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［３］［１］または［２］記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、排気された炉ガスを燃焼させた後、加熱帯前段の予熱帯に還流させることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、不めっきのない美麗な表面外観を有する優れた溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。本発明は、溶融亜鉛めっき処理が困難である高Ｓｉ添加鋼板を母材とする場合に特に有効であり、高Ｓｉ添加溶融亜鉛めっき鋼板の製造におけるめっき品質を改善する方法として有用である。

図１は、本発明の実施の形態に係る、ＤＦＦを有する連続溶融亜鉛めっき設備の概略図である。図２は、直火バーナーを用いて実施した酸化実験の実験装置の模式図である。図３は、直火バーナーを用いて実施した酸化実験の実験結果を示すグラフである。図４は、ＤＦＦ酸化帯入側に設けられた配管を示す模式図である。

本発明の実施形態について、図１〜４に基づき具体的に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る、ＤＦＦを有する連続溶融亜鉛めっき設備１００の概略図である。

図１において、連続溶融亜鉛めっき設備１００は、加熱帯１と均熱帯２とがこの順に隣接した焼鈍炉を有する。なお、均熱帯２の下流には、冷却帯、溶融亜鉛めっき装置、合金化処理装置などが配置される（図示しない）。均熱帯２、冷却帯、溶融亜鉛めっき装置、合金化処理装置などは特に限定されず、通常採用されているもので良い。

鋼板Ｓは連続式溶融亜鉛めっき設備１００において、熱処理を施される。図１に示すように、加熱帯１の前段には予熱帯１−１が配置され、加熱帯１は直火型加熱炉（ＤＦＦ）１−２を有する。直火型加熱炉（ＤＦＦ）１−２は、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４とを有する。

なお、Ｓｉ、Ｍｎの表面濃化をＤＦＦのプレ酸化によって抑制するという理由で、ＤＦＦ酸化帯３は空気比１以上で操業され、ＤＦＦ還元帯４は空気比１未満で操業される。

ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４の間には、ガスを炉外に排出するための配管５が接続されている。また、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４の炉圧を監視するために、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４には炉圧計６がそれぞれ設置される。

また、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４の酸素濃度を監視するために、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４のそれぞれに酸素濃度計７が設置される。また、直火型加熱炉（ＤＦＦ）１−２の出側温度を監視するために、ＤＦＦ還元帯４の出側に多重反射式温度計８が設置される。

配管５の下流側には、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４の間から炉ガスを排出するためのブロワ９と、炉ガスの流量を監視する流量計１０とがこの順に接続されている。流量計１０は下流側でアフターバーニング室１１と接続されている。さらに、アフターバーニング室１１にはアフターバーニング室１１に空気を導入するための空気導入配管１２、アフターバーニング室１１の酸素濃度を監視するための酸素濃度計１３、および、アフターバーニング室１１の燃焼ガスを予熱帯１−１に還流させるための配管１４がそれぞれ接続されている。なお、配管１４には空気の代わりに酸素を投入してもよい。また、ガスの温度低下を抑制する目的で、配管５および配管１４は断熱材１５で覆われている。

良好なめっき性を得るには、最適な酸化量を確保する必要がある。以下に、本発明に到った実験について、説明する。

Ｓｉを１．５％含む高張力鋼板を供試材として、直火バーナーを用いて酸化実験を実施した。図２に、実験装置の模式図を示す。図２に示すように、実験装置は、準備室、加熱室、冷却室の順に配置されており、それぞれ仕切りで仕切られている。実験装置は、連続的に鋼板の加熱および冷却処理が実施できる仕様となっている。また、加熱室以外での酸化を抑制するため、準備室と冷却室の雰囲気はＮ_２ガスによって置換されている。鋼板を移動させるために不可避的に生じる隙間には窒素を常時吹き付けていて、加熱室内への大気の流入を抑制しており、バーナー非燃焼時における加熱室内への大気の侵入を抑制している。鋼板は、移動可能な搬送台に設置されており、準備室から加熱室に移動して加熱された後、冷却室にてＮ_２冷却される。

本発明者らは、図２に示す実験装置で鋼板を所定温度（５００℃、６００℃または７００℃）まで加熱して冷却する（冷却速度：７（℃／ｓｅｃ）酸化実験を行い、酸素濃度と酸化量との関係について調べた。酸化実験には、Ｃ：０．１２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：１．４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．９ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼板を用いた。また、酸化量は、蛍光Ｘ線分析装置で測定した。酸化量の測定結果を図３に示す。

図３より、鋼板温度が高いほど酸化量が多い傾向を示した。また、いずれの鋼板温度においても、酸素濃度が０．２〜０．５％の範囲では酸化量が一旦増加した後、酸化量は減少し、酸素濃度が０．７％以上では酸化量はほぼ一定値であった。

このことから、高Ｓｉ添加鋼の酸化膜を鋼板全面に渡って均一に保つためには、ＤＦＦ酸化帯の酸素濃度を所定の濃度以上に保つことが重要であることが分かった。

ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度を所定の濃度以上に保つ手法として、バーナーの空気比を調整することが考えられる。しかしながら、前述のように、ＤＦＦ還元帯４や均熱帯２から還元ガスが、鋼板Ｓの進行方向とは逆方向にＤＦＦ酸化帯３へ流れ込む。そのため、鋼板Ｓの酸化に最も重要であると考えられる鋼板Ｓ近傍のガス濃度を制御することが困難である。

そこで、ＤＦＦ酸化帯３の鋼板Ｓ近傍の雰囲気を調整する手段として、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４との間からのガス排出に着目した。

そこで本発明者らがさらに検討した結果、ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度を所定の濃度以上に保つために、本発明では、ＤＦＦ還元帯３のガスがＤＦＦ酸化帯４に流入することを抑制するために、ＤＦＦ酸化帯と前記ＤＦＦ還元帯との間から炉ガスを排気し、ＤＦＦ酸化帯の炉圧はＤＦＦ還元帯の炉圧より高く保つことを見出した。ＤＦＦ酸化帯の炉圧はＤＦＦ還元帯の炉圧より高く保つ方法としては、例えば、鋼板進行方向に対するＤＦＦ酸化帯３の断面積をＤＦＦ還元帯３の断面積より小さくする方法や、ＤＦＦ還元帯４での還元能力を損なわない範囲でＤＦＦ還元帯４のガス流量を抑制する方法、ＤＦＦ還元帯４のガスを排気する方法などが挙げられる。

均熱帯２に投入される窒素−水素混合ガス中の水素ガスと、ＤＦＦ還元帯４でバーナーから吐出される排ガス中の水素および一酸化炭素は、ＤＦＦ酸化帯３でバーナーから吐出される酸素と下記式（１）、（２）のように反応する。
Ｈ_２＋０．５Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ・・・式（１）
ＣＯ＋０．５Ｏ_２→ＣＯ_２・・・式（２）
通常では、上記式（１）、（２）に示したように、酸素が水素と一酸化炭素に消費される。このため、ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度は、Ｃガス組成、流量および空気流量から計算される酸素濃度と比較して低下する。

そこで、式（１）、（２）をもとに均熱帯２、ＤＦＦ酸化帯３およびＤＦＦ還元帯４におけるガスのマスバランスについて検討した。その結果、下記式（３）、（４）から、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４との間から排出する炉ガスの流量の下限ＱＬ（Ｎｍ^３／ｈ）、および、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４との間から排出する炉ガスの流量の上限ＱＨ（Ｎｍ^３／ｈ）がそれぞれ決まることを見出した。
ＱＬ＝λ｛１．４ｆ（ｉ＋ｊ＋ｋ）＋（０．６ｇ＋１．４）ｈ＋（２ｅ＋２ｄ）ｆ＋（１．４−２ｂ）ｃ｝／｛０．７（ｉ＋ｊ＋ｋ＋１）＋０．３ｇ＋ｅ＋ｄ｝・・・式（３）
ＱＨ＝λ｛３ｆ（ｉ＋ｊ＋ｋ）＋（−ｇ＋１．４）ｈ＋（２ｅ＋２ｄ）ｆ＋（３−２ｂ）ｃ｝／｛１．５（ｉ＋ｊ＋ｋ＋１）−０．５ｇ＋ｅ＋ｄ｝・・・式（４）
なお、上記式（３）、（４）において、
ｂ：ＤＦＦ酸化帯最終ゾーンの空気比と、Ｃガス組成から計算される排ガスの酸素濃度（−）
ｃ：ＤＦＦ酸化帯最終ゾーンの排ガス総流量（Ｎｍ^３／ｈ）
ｄ：ＤＦＦ還元帯の空気比とＣガス組成から計算される排ガスの一酸化炭素濃度（−）
ｅ：ＤＦＦ還元帯の空気比とＣガス組成から計算される排ガスの水素濃度（−）
ｆ：ＤＦＦ還元帯の排ガス総流量（Ｎｍ^３／ｈ）
ｇ：均熱帯に投入される水素−窒素混合ガスの水素濃度（−）
ｈ：均熱帯に投入される水素−窒素混合ガス総流量（Ｎｍ^３／ｈ）
ｉ：ＤＦＦ還元帯の空気比とＣガス組成から計算される排ガスの水蒸気濃度（−）
ｊ：ＤＦＦ還元帯の空気比とＣガス組成から計算される排ガスの窒素濃度（−）
ｋ：ＤＦＦ還元帯の空気比とＣガス組成から計算される排ガスの二酸化炭素濃度（−）
λ：製造ラインによって決まる係数（−）
である。

なお、係数ｂ、ｄ、ｅ、ｉ、ｊ、ｋは、閉じられた系の中でＣガスの未燃成分と空気中の酸素が反応して求められる値である。例えば、Ｃガス成分が表１のように与えられたと仮定すると、空気比に対する各種係数ｂ、ｄ、ｅ、ｉ、ｊ、ｋは下記のように求められる。

Ｃガス成分が表１の各濃度（％）であると仮定した場合、各種係数は酸化帯（ｂ、ｄ、ｅ）においては水素と酸素、一酸化炭素と酸素が完全燃焼すると仮定して求める。還元帯（ｉ、ｊ、ｋ）においては、一酸化炭素と水素が酸素と反応しない割合が空気比に応じて変わる（例えば空気比０．９の場合、ＣＯ７．３２％の１割が反応しない）と仮定して下記のように求めることができる。
ｂ＝−１０．１２５Ｒ^２＋３７．６２４Ｒ−２７．５０３
ｄ＝１．６１３１Ｒ^２−４．７６３８Ｒ＋３．１５０９
ｅ＝１２．２３４Ｒ^２−３６．１３Ｒ＋２３．８９８
ｉ＝２６．５８５Ｒ^２−４０．２８８Ｒ＋３６．４２７
ｊ＝−９３．５６Ｒ^２＋１７８．５３Ｒ−１５．１９７
ｋ＝４７．４２１Ｒ^２−８０．０４８Ｒ＋４０．２８
なお、Ｒは空気比である。

Ｃガス組成から式（３）、（４）の係数算出法を以下に示す。代表して、係数ｂの求め方について述べる。まず、表１のＣガス組成から１ｍ^３の燃料を完全燃焼させるために必要な空気量（＝理論空気量）を算出する。理論空気量は一酸化炭素、水素、メタン、エチレン、酸素の各濃度（％）を用いて次式（５）から求められる。
１００（０．５ＣＯ＋０．５Ｈ_２＋２ＣＨ_４＋３Ｃ_２Ｈ_４−Ｏ_２）／０．２１・・・式（５）
表１の各濃度を式（５）に代入すると、１００（０．５×７．４８＋０．５×５６．７３＋２×２４．７６＋３×２．４−０．２）／０．２１＝４．２２となり、Ｃガス１ｍ^３を完全燃焼させるとき、空気は４．２２ｍ^３必要となる。

例えば空気比１．１の場合、酸素濃度は以下のように求められる。空気比１．１であるから投入する空気量は４．２２×１．１＝４．６４ｍ^３となる。ここで、空気の酸素濃度を２１％、窒素濃度を７９％とおき、Ｃガス燃料を１ｍ^３と仮定すれば、燃焼反応前のＣガス、空気の各成分が占める体積は表２となる。

式（１）、（２）の化学反応式に基づいて、排ガスの各成分の体積を求め、それから濃度を求めると表３になる。

以上から、空気比１．１の酸素濃度が１．６４％と求まった。この操作を代表的な空気比に対して行い、空気比に対して各種ガス濃度をプロットし、二次多項式で近似することによってガス濃度が求められる。すなわち、ｂは酸素濃度の二次多項式であり、ｂ、ｄ、ｅ、ｉ、ｊ、ｋは各種ガス濃度の二次多項式に対応する。

以上より、本発明では炉ガスを排気することで、ＤＦＦ酸化帯３の炉圧をＤＦＦ還元帯４の炉圧より高く保つことができ、上記式（３）、（４）により導き出される、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４との間から排出する流量の下限ＱＬ（Ｎｍ^３／ｈ）、および、流量の上限ＱＨ（Ｎｍ^３／ｈ）を制御することが好ましい。

なお、排出する炉ガスの流量が下限ＱＬを下回ると、好ましい雰囲気条件を保てなくなり、めっき性が悪化する可能性がある。排出する炉ガスの流量が上限ＱＨを上回ると、ＤＦＦ出側板温の低下が著しくなり、めっき性が極端に悪化する可能性がある。

本発明において、ＤＦＦ酸化帯の炉圧はＤＦＦ還元帯の炉圧と比較して１３．５Ｐａ以上高く保つ（差圧が１３．５Ｐａ以上）ことが望ましい。

本発明では、ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度は、０．７％以上で操業することが好ましい。一方で、過剰に酸素を投入しても燃焼効率の悪化を招き、また、酸化量のバラつきを考慮すると、酸素濃度は１．０％以上がより好ましい。また、燃焼効率の観点から、上限は１．５％が好ましい。

また、ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度を酸素濃度０．７％以上に制御するため、図４に示すように、ＤＦＦ酸化帯入側に別途配管１８を設け、ＤＦＦ酸化帯入側の燃焼排ガスをブロワ１６で排気し、ＤＦＦ酸化帯出側において、ノズル１７で燃焼排ガスを吹き付けてもよい。なお、ノズル１７で燃焼排ガスを吹き付ける場合、吹き付ける量を制御するために流量計１９を設けても良い。

ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４の間から排出された炉ガスは、アフターバーニング室１１で空気中の酸素（もしくは酸素のみ）と反応させて燃焼させることで、反応熱を発生させる。本発明では、この燃焼ガスを予熱帯１−１に還流してもよい。燃焼ガスを還流させることにより、予熱帯１−１の加熱能力を上昇させ、鋼板の高効率加熱が可能となる。また、ＤＦＦ酸化帯３の燃焼排ガスは予熱帯１−１に流れ、鋼板の予熱に使用される。

鋼板ＳはＤＦＦ酸化帯３およびＤＦＦ還元帯４に続く均熱帯２において、還元雰囲気中で６００〜９００℃の温度域で焼鈍されればよい。ＤＦＦ酸化帯３およびＤＦＦ還元帯４で鋼板Ｓを７００℃超えで加熱すると鋼板の酸化量が過剰になり、酸化物の一部がロールにピックアップする。そのため、ＤＦＦ酸化帯３およびＤＦＦ還元帯４では鋼板を７００℃以下に加熱することが好ましい。

焼鈍後の鋼板Ｓは、冷却帯で冷却された後、溶融亜鉛めっき装置で溶融亜鉛めっき処理を施す。溶融亜鉛めっき鋼板の製造には浴温４４０〜５５０℃、浴中Ａｌ濃度が０．１０〜０．２０％の亜鉛めっき浴を用いることが好ましい。

浴温が４４０℃未満では浴内における温度ばらつきが大きい場所はＺｎの凝固が起こる可能性がある。５５０℃を超えると浴の蒸発が激しく操業コストや気化したＺｎが炉内へ付着するため操業上問題がある。更にめっき時に合金化が進行するため、過合金になりやすい。

めっき浴中のＡｌ濃度が０．１０％未満になるとζ相が多量に生成しパウダリング性が悪化し、０．２０％超になるとＦｅ−Ｚｎ合金化が進まない。

次いで、合金化処理を行う。合金化処理は鋼板加熱温度が４６０℃超え５７０℃未満で行うのが最適である。４６０℃以下では合金化進行が遅く、５７０℃以上では過合金により地鉄界面に生成する硬くて脆いＺｎ−Ｆｅ合金層が生成しすぎてめっき密着性が劣化する。さらに、残留オーステナイト相が分解するため、強度と延性のバランスも劣化する場合がある。

めっき付着量は、耐食性およびめっき付着量制御の点から、２０ｇ／ｍ^２以上（片面当り付着量）が好ましい。しかしながら、付着量が多いと密着性が低下する場合があるので、１２０ｇ／ｍ^２以下（片面当り付着量）が好ましい。

本発明が対象とする鋼板は、高Ｓｉ鋼であることが好ましく、具体的には、Ｓｉの含有量は０．３質量％以上であることが好ましい。

Ｓｉは、脱酸剤として、あるいは高強度化を図るための固溶強化元素として含有される。特に、Ｓｉは、高強度化する効果が大きいわりに、加工性等の機械的特性劣化が比較的小さい元素であるため、好ましく用いることができる。しかし、０．３質量％未満の含有量では、焼鈍時における鋼板表層への濃化は少なく、本発明を適用する必要がない。よって、Ｓｉ含有量は０．３質量％以上が好ましい。なお、Ｓｉの含有量が３．０質量％を超えると、本手法で形成される酸化膜のみでは、Ｓｉの表層への拡散を抑えきれず、表層濃化してしまう鋼板の割合が多くなってしまうため、上限は３．０質量％以下とするのが好ましい。より好ましいＳｉの範囲は０．８〜１．５質量％である。

なお、Ｓｉ以外の元素は、通常の冷延鋼板に含まれる範囲で含有することができる。例えば、Ｃ、Ｍｎ、Ａｌ、ＰおよびＳは、本発明が解決しようとしている炉内ロールへの酸化物付着にほとんど影響しないため、機械的強度特性や製造性等から要求される成分範囲であるＣ：０．０５〜０．２５質量％、Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、Ａｌ：０．０１〜３．００質量％、Ｐ：０．００１〜０．１０質量％、Ｓ：０．２００質量％以下の範囲で含有することができる。また、残部はＦｅおよび不可避的不純物とする。

図１に示すように、加熱帯１にＤＦＦを持つＣＧＬにおいて、ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度を変化させてめっき性を評価する試験を行った。なお、ＤＦＦ酸化帯３とＤＦＦ還元帯４の間からガスを排気して、ＤＦＦ酸化帯３の酸素濃度を制御した。また、ＤＦＦ還元帯４の出側で鋼板温度を測定し、ＤＦＦ出側鋼板温度とした。ＤＦＦ出側鋼板温度は６８０±２０℃に制御した。また、ＤＦＦ酸化帯３の出側とＤＦＦ還元帯４の出側に設置される炉圧計６を用いて、それぞれの炉圧を測定した。

試験に用いた鋼板の化学成分を表４に示す（残部はＦｅおよび不可避的不純物である。）。鋼板の幅は１ｍとした。また、λ＝０．７である。

加熱帯は、鋼板Ｓ入側の３ゾーン（＃１〜＃３）をＤＦＦ酸化帯３（空気比１以上）、最終ゾーン（＃４）をＤＦＦ還元帯４（空気比１未満）に設定した。各ゾーンには直火バーナーが鋼板に対向するように配置し、バーナー数は各ゾーン７２本（片面３６本）とした。また、各ゾーンには酸素濃度計７を配置し、酸素濃度がモニタリングできるようにした。

一部の実験（条件７）では、配管５より排出されたガスをアフターバーニング室１１に導入し、さらに空気導入配管１２より空気をアフターバーニング室１１に流入させ、燃焼排ガスを予熱帯１−１に還流した。

製造条件を表５に示す。なお、焼鈍温度は８３０℃、めっき浴温は４６０℃、めっき浴中のＡｌ濃度は０．１３０％、付着量はガスワイピングにより、片面あたり４５ｇ／ｍ^２に調整した。また、溶融亜鉛めっきを施した後に合金化温度５３０℃で合金化処理を行った。

得られためっき鋼板について、めっき外観を下記のようにして評価した。
（１）めっき外観
めっき外観の評価は、目視により不めっきの有無に基づき評価した。

本発明例である条件１、３、５、７では、加熱帯におけるＤＦＦ酸化帯（＃１〜＃３）の酸素濃度を０．７以上に制御しており、めっき外観に優れた鋼板の製造を可能にしている。炉ガスを排気しなかった条件２、４、６では不めっきが発生している。アフターバーニング室１１で配管５より排出されたガスを燃焼させた条件７では、通板速度が向上し、高能率で鋼板の製造が可能となった。また、炉圧差が最適範囲を満足しなかった実施例８では不めっきが発生した。

１００連続溶融亜鉛めっき設備
１加熱帯
１−１予熱帯
１−２直火型加熱炉（ＤＦＦ）
２均熱帯
３ＤＦＦ酸化帯
４ＤＦＦ還元帯
５配管
６炉圧計
７酸素濃度計
８多重反射式温度計
９ブロワ
１０流量計
１１アフターバーニング室
１２空気導入配管
１３酸素濃度計
１４配管
１５断熱材
１６ブロワ
１７ノズル
１８配管
１９流量計
Ｓ鋼板

Claims

直火型加熱炉（ＤＦＦ）を含む加熱帯と、均熱帯とが隣接した焼鈍炉を備える連続溶融亜鉛めっき設備を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、
前記直火型加熱炉は空気比１以上で操業されるＤＦＦ酸化帯と、空気比１未満で操業されるＤＦＦ還元帯とを有し、
前記ＤＦＦ酸化帯と前記ＤＦＦ還元帯との間から炉ガスを排気し、前記ＤＦＦ酸化帯の炉圧を前記ＤＦＦ還元帯より高く保つことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
請求項１記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、前記ＤＦＦ酸化帯の酸素濃度を０．７％以上で操業することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
請求項１または２記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、排気された炉ガスを燃焼させた後、加熱帯前段の予熱帯に還流させることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。