JP7421082B2 - Hot-dip plating method - Google Patents
Hot-dip plating method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7421082B2 JP7421082B2 JP2020016540A JP2020016540A JP7421082B2 JP 7421082 B2 JP7421082 B2 JP 7421082B2 JP 2020016540 A JP2020016540 A JP 2020016540A JP 2020016540 A JP2020016540 A JP 2020016540A JP 7421082 B2 JP7421082 B2 JP 7421082B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot
- plating
- molten
- dip
- plating bath
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Coating With Molten Metal (AREA)
Description
本発明は、金属材料の溶融めっき方法に関し、特に鋼材に対する溶融めっき方法に関する。 The present invention relates to a hot-dip plating method for metal materials, and particularly to a hot-dip plating method for steel materials.
現在、溶融めっき製品の製造に用いられている方法(溶融めっき方法)は、連続式溶融めっき方法と浸漬めっき方法とに大別される。以下では、金属材料を代表して鋼材を例示し、鋼材に対する溶融めっき方法について説明する。 Methods (hot-dip plating methods) currently used for manufacturing hot-dip plated products are broadly classified into continuous hot-dip plating methods and immersion plating methods. In the following, a hot-dip plating method for steel will be explained using steel as a representative metal material.
連続式溶融めっき方法は、コイル状の鋼材(金属帯)を連続的に溶融めっき浴に通板(浸漬および通過)させて、該鋼材をめっきする方法である。また、浸漬めっき方法は、いわゆる「どぶ漬けめっき」と称される方法であって、予め成形された鋼材にフラックスを付着させた後、当該鋼材を溶融めっき浴に浸漬させてめっきする方法である。 The continuous hot-dip plating method is a method of plating a coiled steel material (metal strip) by continuously passing (immersing and passing through) a hot-dip plating bath. In addition, the immersion plating method is a method called "dip plating," which is a method in which flux is attached to a preformed steel material, and then the steel material is immersed in a hot-dip plating bath for plating. .
上記連続式溶融めっき方法の実施に用いられる設備(連続式溶融めっき設備)は、通常、前処理設備、還元加熱炉、溶融めっき浴部(溶融金属ポット)、および後処理設備を含む。上記前処理設備では、鋼材に付着している圧延油および汚れを除去する処理が行われる。上記還元加熱炉では、H2を含む雰囲気中にて鋼材を加熱することにより、該鋼材の表面に存在するFe酸化物の還元処理が行われる。上記溶融めっき浴部では、還元加熱炉にて処理された鋼材を、還元雰囲気内、または鋼材表面の再酸化を防止する雰囲気内に保持したまま溶融めっき浴に浸漬および通過させることにより、該鋼材に溶融めっきが施される。上記後処理設備では、溶融めっきされた鋼材に対して用途に応じて様々な処理が施される。 The equipment used to carry out the continuous hot-dip plating method (continuous hot-dip plating equipment) usually includes pre-treatment equipment, a reduction heating furnace, a hot-dip plating bath (molten metal pot), and post-treatment equipment. The pretreatment equipment performs a process to remove rolling oil and dirt adhering to the steel material. In the reduction heating furnace, the Fe oxide present on the surface of the steel material is reduced by heating the steel material in an atmosphere containing H2 . In the hot-dip plating bath section, the steel material treated in the reduction heating furnace is immersed and passed through the hot-dip plating bath while being maintained in a reducing atmosphere or in an atmosphere that prevents re-oxidation of the surface of the steel material. Hot-dip plating is applied to. In the above-mentioned post-treatment equipment, various treatments are performed on the hot-dipped steel material depending on the purpose.
一方、どぶ漬けめっきの実施に用いられる設備(どぶ漬けめっき設備)は、予め成形された鋼材の油および汚れを除去する脱脂設備、Fe酸化物層(錆または黒皮と称される)を除去する酸洗設備、酸洗処理された鋼材にフラックスを付着させるフラックス設備、および上記フラックスの乾燥後の鋼材に溶融めっきを施す溶融めっき浴部を含む。必要に応じて、上記連続式溶融めっき設備と同様に、どぶ漬けめっき設備に後処理設備が付設される場合もある。上記フラックスは、鋼材と溶融めっき浴との反応性を良好にするために用いられる。 On the other hand, the equipment used to carry out dobuzuke plating (dobuzuke plating equipment) is degreasing equipment that removes oil and dirt from preformed steel materials, and removes Fe oxide layers (referred to as rust or black scale). The method includes a pickling facility for applying flux to the pickled steel, a fluxing facility for applying flux to the pickled steel, and a hot-dip plating bath for hot-dipping the steel after the flux has dried. If necessary, post-processing equipment may be attached to the dip plating equipment, similar to the above-mentioned continuous hot-dip plating equipment. The above flux is used to improve the reactivity between the steel material and the hot-dip plating bath.
従来、溶融めっき方法において、溶融めっき後のめっき品(半製品)の表面におけるめっき欠陥(不めっきまたはピンホールと称される)の発生という問題が生じ得る。めっき欠陥とは、鋼材に溶融金属が付着せず該鋼材の表面にめっき金属が存在しない状態となっている部分のことである。めっき欠陥の発生には様々な要因が考えられ、その対策が長年講じられてきた。例えば、対策の一つとして、連続式溶融めっき方法における加熱処理(還元処理)後の金属帯に超音波振動を付与した状態にて溶融めっきを施す技術が提案されている(特許文献1、2を参照)。どぶ漬けめっきにおいても、やけ(合金層の露出)が原因となって不めっきが発生するという課題に対して、超音波を使用してどぶ漬けめっきを行う技術が提案されている(特許文献3を参照)。
Conventionally, in hot-dip plating methods, a problem may arise in which plating defects (referred to as unplated spots or pinholes) occur on the surface of a plated product (semi-finished product) after hot-dip plating. A plating defect is a portion where molten metal does not adhere to the steel material and no plating metal exists on the surface of the steel material. Various factors are thought to be responsible for the occurrence of plating defects, and countermeasures have been taken for many years. For example, as one of the countermeasures, a technique has been proposed in which hot-dip plating is applied while applying ultrasonic vibration to the metal strip after heat treatment (reduction treatment) in a continuous hot-dip plating method (
一般に、連続式溶融めっき方法では、金属帯を溶融金属ポットに浸漬させる前段階において、上記還元加熱炉によって金属帯の材料自体の焼鈍処理および金属帯表面に存在する酸化膜の還元処理が行われる。該還元加熱炉では、酸化膜の還元のために、例えば窒素および水素の混合雰囲気下で金属帯の加熱処理が行われる。この加熱処理では、めっき製品の使用目的に応じて金属帯の加熱温度が設定され、金属帯と溶融めっき浴との反応性を良好にするために、少なくとも溶融めっき浴の温度以上に金属帯が加熱される。 Generally, in the continuous hot-dip plating method, before the metal strip is immersed in the molten metal pot, the material of the metal strip itself is annealed and the oxide film present on the surface of the metal strip is reduced in the reduction heating furnace. . In the reduction heating furnace, the metal strip is heated in a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen, for example, in order to reduce the oxide film. In this heat treatment, the heating temperature of the metal strip is set according to the purpose of use of the plated product, and in order to improve the reactivity between the metal strip and the hot-dip plating bath, the metal strip is heated to at least the temperature of the hot-dip plating bath. heated.
上記還元加熱炉における処理によって金属帯表面の酸化膜が除去されるため、溶融めっき浴中にて、金属帯と溶融めっき浴との反応性が向上する。そのため、溶融めっきの施された金属帯を安定して生産することができる。 Since the oxide film on the surface of the metal strip is removed by the treatment in the reduction heating furnace, the reactivity between the metal strip and the hot-dip plating bath is improved. Therefore, hot-dip plated metal strips can be stably produced.
しかしながら、金属材料の成分または製造条件等の各種の要因によって、めっき品の表面にめっき欠陥が生じる場合があり、このことは、連続式溶融めっきを行う場合だけでなく、どぶ漬けめっきを行ってめっき品を製造する場合においても同様である。 However, plating defects may occur on the surface of plated products depending on various factors such as the composition of the metal material or manufacturing conditions. The same applies when manufacturing plated products.
また、近年、(i)溶融めっき方法の省エネルギー化、および(ii)クリーンな作業環境にて作業者が溶融めっき作業に従事すること、についての要望が益々高まっている。 Furthermore, in recent years, there has been an increasing demand for (i) energy saving in hot-dip plating methods, and (ii) for workers to be able to engage in hot-dip plating work in a clean working environment.
連続式溶融めっき設備における上記還元加熱炉は、非常に大きな熱量を必要とし、かつ、雰囲気ガスとして用いられる窒素および水素を大量に消費する。このことは、特許文献1、2に記載の技術においても同様である。従来の連続式溶融めっき方法において、溶融めっき製品への要求(少めっき欠陥等)を満たしつつエネルギー消費量を低減することは容易では無い。
The reduction heating furnace in the continuous hot-dip plating equipment requires a very large amount of heat and consumes a large amount of nitrogen and hydrogen used as atmospheric gas. This also applies to the techniques described in
また、どぶ漬けめっき設備では、通常、良好なめっき性を確保するためにフラックス設備が設けられている。この場合、作業環境の観点から以下のような問題がある。すなわち、(i)フラックスの主成分となる塩化物(ZnCl2,NH4Cl等を含む)の取り扱いを要する、および(ii)フラックスが乾燥した後の金属材料を溶融めっき浴に浸漬した際に大量の白煙および臭気が発生する、等の問題がある。どぶ漬けめっき設備において、溶融めっき製品への要求を満たしつつ作業環境の改善を図ることは難しい。 In addition, dip plating equipment is usually equipped with flux equipment to ensure good plating properties. In this case, the following problems arise from the viewpoint of the working environment. That is, (i) it is necessary to handle chlorides (including ZnCl 2 , NH 4 Cl, etc.), which are the main components of flux, and (ii) when the metal material is immersed in a hot-dip plating bath after the flux has dried, There are problems such as a large amount of white smoke and odor being generated. In dip plating equipment, it is difficult to improve the working environment while meeting the demands for hot-dip plated products.
本発明の一態様は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、溶融めっきを施した後の金属材料の表面におけるめっき性が良好であるとともに、従来よりもエネルギー消費量の低減および作業環境の改善を図ることができる溶融めっき方法を提供することにある。 One aspect of the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to improve plating properties on the surface of a metal material after hot-dip plating, and to consume less energy than the conventional method. An object of the present invention is to provide a hot-dip plating method that can reduce the amount of plating and improve the working environment.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様における溶融めっき方法は、アルミニウムを主成分とする溶融Al系めっき浴中に金属材料を進入させて、上記金属材料に溶融Al系の溶融金属を被覆させる溶融めっき方法であって、上記溶融金属に上記金属材料が接触している間に上記溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ上記金属材料に上記溶融金属を被覆させるめっき工程を含み、上記溶融Al系めっき浴に付与する上記振動の周波数を基本周波数として、上記めっき工程では、上記溶融Al系めっき浴中にて測定される音響スペクトルが下記式(1)の関係を満たすように、上記振動を付与することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a hot-dip plating method in one aspect of the present invention involves introducing a metal material into a molten Al-based plating bath containing aluminum as a main component, and coating the metal material with molten Al-based molten metal. A hot-dip plating method for coating the metal material with the molten metal while applying vibration to the molten Al-based plating bath while the metal material is in contact with the molten metal. In the plating process, the acoustic spectrum measured in the molten Al plating bath satisfies the relationship of the following formula (1), with the frequency of the vibration applied to the molten Al plating bath being the fundamental frequency. It is characterized in that the above-mentioned vibration is applied to the vibration.
(IB-NB)/(IA-NA)>0.2 ・・・(1)
(ここで、
IA:測定周波数帯域全体における音圧の平均値
IB:(i)上記基本周波数における音圧のピークと2倍音周波数における音圧のピークとの間、並びに、(ii)複数の倍音周波数における音圧のピークのうち隣り合うピーク間、の特定周波数帯域における音圧の平均値
NA:上記測定周波数帯域全体における、上記振動を付与していない場合の音圧の平均値
NB:上記IBに関して規定される上記特定周波数帯域における、上記振動を付与していない場合の音圧の平均値
である)。
(IB-NB)/(IA-NA)>0.2...(1)
(here,
IA: Average value of sound pressure in the entire measurement frequency band IB: (i) Between the sound pressure peak at the fundamental frequency and the sound pressure peak at the second harmonic frequency, and (ii) Sound pressure at multiple harmonic frequencies Average value of the sound pressure in a specific frequency band between adjacent peaks of . NA: Average value of the sound pressure in the entire measurement frequency band when the vibration is not applied. NB: Specified with respect to IB above. (This is the average value of the sound pressure in the specific frequency band when the vibration is not applied.)
本明細書において、上記のように(IB-NB)/(IA-NA)にて求められる強度比を、特徴的強度比と称することがある。本発明者らは、上記特徴的強度比が0.2よりも大きくなる条件にて溶融Al系めっきを行うことにより、金属材料のめっき濡れ性およびめっき密着性が向上することを見出した。 In this specification, the intensity ratio determined by (IB-NB)/(IA-NA) as described above may be referred to as a characteristic intensity ratio. The present inventors have discovered that plating wettability and plating adhesion of a metal material can be improved by performing hot-dip Al-based plating under conditions where the characteristic strength ratio is greater than 0.2.
本発明の一態様によれば、溶融めっきを施した後の金属材料の表面におけるめっき性が良好であるとともに、従来よりもエネルギー消費量の低減および作業環境の改善を図ることができる溶融めっき方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, a hot-dip plating method can provide good plating properties on the surface of a metal material after hot-dip plating, and can reduce energy consumption and improve the working environment compared to conventional methods. can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものでは無い。また、本出願において、「A~B」とは、A以上B以下であることを示している。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the following description is provided for better understanding of the gist of the invention, and is not intended to limit the invention unless otherwise specified. Furthermore, in this application, "A to B" indicates that the number is greater than or equal to A and less than or equal to B. The shapes and dimensions of the structures shown in the drawings in this application do not necessarily reflect the actual shapes and dimensions, but have been appropriately changed for clarity and simplification of the drawings.
(用語の定義)
本明細書において、溶融めっき浴を構成する各種の溶融された金属(溶融金属)を「溶融めっき浴金属」と称することがある。また、本明細書において、溶融めっき浴を用いて溶融めっきを施される対象としての鋼材の材質および形状は、格別の記載が無い限り特に限定されない。また、「鋼板」は、不都合の無い限り「鋼帯」と読み替えてもよい。
(Definition of terms)
In this specification, various molten metals (molten metals) constituting a hot-dip plating bath may be referred to as "hot-dip plating bath metals." Further, in this specification, the material and shape of the steel material to be subjected to hot-dip plating using a hot-dip plating bath are not particularly limited unless otherwise specified. Furthermore, "steel plate" may be read as "steel strip" unless there is any inconvenience.
なお、一般に溶融めっき方法において「めっき性」とは、金属材料と溶融めっき浴とのめっき濡れ性、および、金属材料と金属材料の表面に形成されためっき層との間のめっき密着性の両方を指してめっき性と呼ぶことがある。本明細書においても、従来と同様の意味で、「めっき性」、「めっき濡れ性」、「めっき密着性」を用いる。 In general, in the hot-dip plating method, "platability" refers to both the plating wettability between the metal material and the hot-dip plating bath, and the plating adhesion between the metal material and the plating layer formed on the surface of the metal material. This is sometimes referred to as plating property. In this specification, "plating properties", "plating wettability", and "plating adhesion" are used in the same meanings as in the past.
<発明の知見の概略的な説明>
一般に、(i)還元処理を行っていない鋼板(鋼帯)を溶融めっき浴に進入させる、または(ii)スナウトを用いずに大気(酸素濃度の高い)雰囲気下にて鋼板を溶融めっき浴に進入させると、鋼板と溶融めっき浴金属との反応が阻害され、良好なめっき性が得られない。この理由について、図13を用いて詳細に説明すれば、以下のとおりである。図13の(a)は、大気雰囲気下にて鋼板を溶融めっき浴に進入させる様子を示す模式図である。図13の(b)は、(a)に示した図の領域(A1)について拡大して模式的に示した部分拡大図である。
<Schematic explanation of the knowledge of the invention>
In general, (i) a steel plate (steel strip) that has not been subjected to reduction treatment is introduced into a hot-dip coating bath, or (ii) a steel plate is introduced into a hot-dip coating bath in an atmosphere (high oxygen concentration) without using a snout. If they enter, the reaction between the steel sheet and the metal in the hot-dip plating bath will be inhibited, making it impossible to obtain good plating properties. The reason for this will be explained in detail using FIG. 13 as follows. FIG. 13(a) is a schematic diagram showing how a steel plate is introduced into a hot-dip plating bath under an atmospheric atmosphere. FIG. 13B is a partially enlarged view schematically showing the area (A1) in FIG. 13A.
図13の(a)に示すように、大気雰囲気下にて、還元処理を行っていない鋼板100を溶融めっき浴110に進入させる。鋼板100の表面には酸化皮膜(酸化膜)が形成されている。また、溶融めっき浴110の内部の溶融めっき浴金属111と、溶融めっき浴110の外部の雰囲気(大気)と、の境界(すなわち溶融めっき浴110の表面)には、浴面酸化物112が存在する。
As shown in FIG. 13(a), a
図13の(b)に示すように、鋼板100は、(i)浴面酸化物112を巻き込むとともに、(ii)溶融めっき浴110表面の雰囲気ガス(空気)により形成される空気巻き込み層120を巻き込むようにして、溶融めっき浴110に進入する。その結果、溶融めっき浴110の内部において、溶融めっき浴金属111と鋼板100の酸化膜101との間に反応阻害部130が形成される。この反応阻害部130は、浴面酸化物112および空気巻き込み層120により複合的に形成される。酸化膜101および反応阻害部130によって鋼板100と溶融めっき浴金属111との反応が阻害されることにより、溶融めっき浴110から引き上げた後のめっき品の表面にはめっき欠陥(ピンホールまたは不めっき等)が容易に生じる。
As shown in FIG. 13(b), the steel plate 100 (i) entrains
それゆえ、従来技術における溶融めっき方法では、前述のように、加熱炉を用いて鋼板表面の酸化膜を還元した鋼板を、還元雰囲気に保持されたスナウト内を通じて溶融めっき浴に進入させている(例えば、特許文献1、2を参照)。この場合、溶融めっき浴に鋼板が進入すると、鋼板と溶融めっき浴金属との反応が迅速に進行する。
Therefore, in the conventional hot-dip plating method, as mentioned above, the steel sheet whose oxide film on the surface of the steel sheet has been reduced using a heating furnace is introduced into the hot-dip plating bath through the snout held in a reducing atmosphere ( For example, see
本発明者らは、上記のような従来技術とは異なる新たな方法によって、エネルギー消費量の低減を図ることができる溶融めっき方法について鋭意検討を行った。その結果、鋼材を溶融めっき浴に進入させる際に、該溶融めっき浴に特定条件の振動を付与することにより生じる振動活性化効果によって、鋼材と溶融めっき浴金属との反応性を高めることができるという新規な知見を見出した。この知見によれば、常温の鋼材を大気雰囲気下で溶融めっき浴に進入させた場合であっても、鋼材のめっき濡れ性を高めることができる。このようなことは、従来の溶融めっき設備では溶融めっき部の前段階に還元加熱炉が配置された構成であったことからもわかるように、従来技術では全く予想されていなかった現象である。 The present inventors have conducted intensive studies on a hot-dip plating method that can reduce energy consumption using a new method different from the conventional techniques as described above. As a result, when the steel material enters the hot-dip plating bath, the reactivity between the steel material and the metal in the hot-dip plating bath can be increased due to the vibration activation effect generated by applying vibration under specific conditions to the hot-dip plating bath. We discovered a new finding. According to this knowledge, the plating wettability of the steel material can be improved even when the steel material at room temperature is introduced into a hot-dip plating bath under an atmospheric atmosphere. This is a phenomenon that was completely unexpected in the prior art, as can be seen from the fact that conventional hot-dip plating equipment had a reduction heating furnace placed before the hot-dip plating section.
本発明者らが見出した知見と従来技術との相違点について、より詳しく説明すれば以下のとおりである。すなわち、従来、大出力(例えば数百W級)の超音波振動子を用いて高い音圧の振動を溶融めっき浴に付与する技術が提案されており、この場合、例えば図14に示すような音響スペクトル(特徴的なピークがほとんど見られないホワイトノイズ様のスペクトル)が観察される。図14は、380Wの出力の超音波振動子を用いて溶融めっき浴に振動を付与した場合に観察される音響スペクトルである。この種の技術では、溶融めっき浴への大出力の超音波照射によるキャビテーション効果を利用して、鋼板表面に存在する酸化膜(または還元処理後の鋼板表面に残存する酸化膜)を物理的に破壊することにより、鋼板のめっき性を向上させていた。 A more detailed explanation of the differences between the knowledge discovered by the present inventors and the prior art is as follows. That is, conventionally, a technique has been proposed in which a high-sound pressure vibration is applied to a hot-dip plating bath using a high-output (for example, several hundred W class) ultrasonic vibrator, and in this case, for example, as shown in FIG. An acoustic spectrum (a white noise-like spectrum with almost no characteristic peaks) is observed. FIG. 14 shows the acoustic spectrum observed when vibration is applied to the hot-dip plating bath using an ultrasonic vibrator with an output of 380 W. This type of technology uses the cavitation effect caused by high-power ultrasonic irradiation to the hot-dip plating bath to physically remove the oxide film existing on the surface of the steel sheet (or the oxide film remaining on the surface of the steel sheet after reduction treatment). By destroying it, the plating properties of the steel sheet were improved.
これに対して、本発明者らは、小出力の超音波振動子を用いた場合であっても、本発明の振動活性化効果が認められ、鋼板のめっき濡れ性が効果的に向上することを見出した。この場合、具体的には後述するが、音響スペクトルに特徴的なピークが観測される。本発明者らは、従来技術とは異なる、低い音圧においても発現する上記振動活性化効果について、以下のように考えている。 In contrast, the present inventors have found that the vibration activation effect of the present invention is observed even when a low-output ultrasonic vibrator is used, and that the plating wettability of steel sheets is effectively improved. I found out. In this case, a characteristic peak is observed in the acoustic spectrum, which will be specifically described later. The present inventors consider the above-mentioned vibration activation effect, which occurs even at low sound pressure, as follows, which is different from the conventional technology.
具体的には、まだ明らかではないが、溶融めっき浴に低い音圧を付与する場合においても、溶融状態にある溶融めっき金属が音波により圧力振動し、この圧力振動に起因してめっき浴中に気泡が発生する。そして、発生した気泡が圧力振動に伴って圧壊するときに気泡の周囲に向かって衝撃波が発生すると考えられる。また、圧力振動が原因となって、気泡が膨張収縮を繰返すと考えられ、この膨張収縮によって、気泡の周囲に溶融めっき金属の局所流れが発生することも考えられる。音響エネルギーに基づく上記衝撃波および上記局所流れ等の作用によって、鋼材とめっき浴との界面において物質移動が促進され、境界層の厚みが小さくなる、または物質移動速度が大きくなる等の効果をもたらす。これにより、鋼材と溶融めっき浴との間のめっき濡れ性が確保されるという機構が考えられる。 Specifically, although it is not yet clear, even when applying low sound pressure to a hot-dip plating bath, the hot-dip plating metal in the molten state causes pressure vibrations due to the sound waves, and this pressure vibration causes vibrations in the plating bath. Bubbles are generated. It is thought that when the generated bubble collapses due to pressure vibration, a shock wave is generated toward the periphery of the bubble. It is also believed that pressure vibration causes the bubbles to expand and contract repeatedly, and that this expansion and contraction may cause local flow of the hot-dip plated metal around the bubbles. The effects of the above-mentioned shock waves and the above-mentioned local flows based on acoustic energy promote mass transfer at the interface between the steel material and the plating bath, resulting in effects such as reducing the thickness of the boundary layer or increasing the mass transfer rate. This is thought to be a mechanism in which plating wettability between the steel material and the hot-dip plating bath is ensured.
なお、従来技術(高い音圧の振動を溶融めっき浴に付与する場合)においても、鋼材と溶融めっき浴との界面における物質移動の促進という現象は生じると考えられる。しかし、本発明の知見によれば、高い音圧の振動を溶融めっき浴に付与する必要はなく、振動のエネルギーは鋼材と溶融めっき浴との間のめっき濡れ性を確保できる振動活性化効果が生じる程度であればよいことがわかった。また、高い音圧の振動をめっき浴に付与するという従来技術には、以下のような点から不利益がある。 Note that even in the conventional technology (in which vibrations with high sound pressure are applied to the hot-dip plating bath), the phenomenon of promotion of mass transfer at the interface between the steel material and the hot-dip plating bath is considered to occur. However, according to the findings of the present invention, it is not necessary to apply vibrations with high sound pressure to the hot-dip plating bath, and the vibration energy has a vibration activation effect that can ensure plating wettability between the steel material and the hot-dip plating bath. It was found that it is sufficient as long as it occurs only to the extent that it occurs. Further, the conventional technique of applying high sound pressure vibrations to a plating bath has disadvantages from the following points.
すなわち、高い音圧の振動を溶融めっき浴に付与する場合には、衝撃波および局所流れと同時に起こるキャビテーション効果により、鋼材が溶融めっき浴中に迅速に溶解してしまい、いわゆるエロージョンと呼ばれる腐食現象が起こりやすくなるという不都合が発生する。これは、鋼材が鋼板である場合、溶融めっき後における鋼板の板厚が溶融めっき浴に進入させる前よりも小さくなることを意味し、溶融めっき鋼板の製品板厚を保証することが難しくなるという懸念がある。また、鋼材が溶融めっき浴中に溶解する反応は、溶融めっき浴中における鉄(Fe)をはじめとする鋼材の成分の濃度が上昇することであり、その結果、ドロスの発生につながりやすくなるという懸念もある。さらに、高い音圧の振動を溶融めっき浴に付与するために浴中へ浸漬される部材(超音波ホーン)等のエロージョンも起こりやすくなり、それら部材の維持管理が煩雑になる。 In other words, when high sound pressure vibrations are applied to a hot-dip plating bath, the cavitation effect that occurs simultaneously with shock waves and local flow causes the steel material to quickly dissolve in the hot-dip plating bath, causing a corrosion phenomenon called erosion. An inconvenience arises in that it is more likely to occur. This means that if the steel material is a steel plate, the thickness of the steel plate after hot-dip coating will be smaller than before entering the hot-dip coating bath, making it difficult to guarantee the product thickness of the hot-dip coated steel plate. There are concerns. In addition, the reaction in which steel material dissolves in the hot-dip plating bath increases the concentration of steel components such as iron (Fe) in the hot-dip plating bath, which tends to lead to the generation of dross. There are also concerns. Furthermore, members that are immersed in the hot-dip plating bath (ultrasonic horn) to apply vibrations of high sound pressure to the hot-dip plating bath are likely to undergo erosion, and maintenance of these members becomes complicated.
本発明者らが見出した知見に基づく本発明の一実施形態における溶融めっき方法(以下、単に本溶融めっき方法と称することがある)について、概略的に説明すれば以下のとおりである。すなわち、(i)鋼材に対して超音波振動を与える、または(ii)例えば振動板を用いて溶融めっき浴中に超音波振動を与える、ことにより、溶融めっき浴中に低い音圧の振動を付与する。そして、溶融めっき浴中に浸漬した音響測定器を用いて音響スペクトルを測定する。本溶融めっき方法では、該音響スペクトルが所定の条件を満たすように、上記超音波振動を溶融めっき浴に付与する。鋼材または振動板に対して付与した超音波振動によって溶融めっき浴中には振動活性化効果が生じる。上記所定の条件は、一定以上の振動活性化効果が生じるように、振動活性化効果の強さの程度を溶融めっき浴内の音響スペクトルを用いて間接的に特定するために規定される。 The hot-dip plating method (hereinafter sometimes simply referred to as the present hot-dip plating method) in one embodiment of the present invention based on the knowledge discovered by the present inventors will be briefly described as follows. That is, by (i) applying ultrasonic vibrations to the steel material, or (ii) applying ultrasonic vibrations to the hot-dip plating bath using, for example, a diaphragm, vibrations of low sound pressure can be applied to the hot-dip plating bath. Give. Then, the acoustic spectrum is measured using an acoustic measuring instrument immersed in the hot-dip plating bath. In this hot-dip plating method, the ultrasonic vibration is applied to the hot-dip plating bath so that the acoustic spectrum satisfies predetermined conditions. Ultrasonic vibrations applied to the steel material or the diaphragm produce a vibration activation effect in the hot-dip plating bath. The above-mentioned predetermined conditions are defined in order to indirectly specify the strength of the vibration activation effect using the acoustic spectrum in the hot-dip plating bath so that a vibration activation effect of a certain level or more is generated.
そして、本発明者らは、更なる検討の結果、以下の知見を得た。すなわち、上記したことと同様に所定の条件を満たすように、溶融Al系めっき浴中に超音波振動を付与しつつ溶融めっきを行う。これにより、溶融Al系めっきを施した後の鋼材は、その表面におけるめっき密着性が向上することを見出した。 As a result of further study, the present inventors obtained the following knowledge. That is, hot-dip plating is performed while applying ultrasonic vibrations to a molten Al-based plating bath so as to satisfy the predetermined conditions as described above. It has been found that, as a result, the plating adhesion on the surface of the steel material after hot-dip Al plating is improved.
上記のような溶融めっき方法によってめっき密着性を向上させることができる原理について詳細は明らかではないが、図15を用いて説明すれば以下のとおりである。図15の(a)、(b)は、本発明例における、鋼板について溶融Al系めっきを施す様子を示す模式図である。 Although the details of the principle by which plating adhesion can be improved by the hot-dip plating method as described above are not clear, the explanation will be as follows using FIG. 15. FIGS. 15A and 15B are schematic diagrams showing how hot-dip Al-based plating is applied to a steel plate in an example of the present invention.
図15の(a)、(b)に示すように、厚さの比較的厚い酸化膜6が形成されている本発明例1の鋼板2に対して、超音波振動を付与しつつ溶融Al系めっきを施す場合、超音波振動によって溶融Al系めっき浴中に振動活性化効果が生じる。すなわち、溶融状態にある溶融めっき浴金属21(この場合、溶融したAl系合金)が音波により圧力振動し、この圧力振動に起因して溶融Al系めっき浴中に気泡が発生する。そして、発生した気泡が圧力振動に伴って圧壊するときに気泡の周囲に向かって衝撃波が発生すると考えられる。また、圧力振動が原因となって、気泡が膨張収縮を繰返すと考えられ、この膨張収縮によって、気泡の周囲に溶融めっき浴金属21の局所流れが発生することも考えられる。音響エネルギーに基づく上記衝撃波および上記局所流れ等の作用によって、鋼材と溶融Al系めっき浴との界面において物質移動が促進され、境界層の厚みが小さくなる、または物質移動速度が大きくなる等の効果をもたらすと考えられる。そして、溶融めっき浴金属21に生じた振動活性化領域23から酸化膜6にエネルギーが与えられる。溶融めっき後の鋼板2の表面には、酸化膜6、鋼板2、溶融めっき浴金属21の間における相互の原子拡散の結果、反応層7が形成される。この反応層7は、鋼板2の成分と、溶融めっき浴金属21と、を含む合金層である。反応層7によって、鋼板2とめっき層8とは、互いに比較的強固に結合される。その結果、溶融めっきを施した後の鋼板2の表面におけるめっき密着性が向上すると考えられる。
As shown in FIGS. 15(a) and 15(b), while applying ultrasonic vibration to the
上記のことは、図15の(b)に示す、厚さの比較的薄い酸化膜6が形成されている本発明例2の鋼板2に対して、超音波振動を付与しつつ溶融Al系めっきを施す場合においても同様と考えられる。
The above means that the
本溶融めっき方法においては、酸化膜6の厚さは特に限定されない。少なくとも、鋼板2の表面に一般的な厚さの酸化膜6が形成されている場合、酸化膜6の厚さが、めっき後の鋼板2におけるめっき密着性に及ぼす影響は小さい。詳細な機構は明らかではないが、溶融Al系めっき浴を用いる場合、めっき浴の温度が比較的高い、Alの反応性が高い、等の要因によって、鋼板2とめっき層8との間に反応層7が比較的生成し易いものと考えられる。
In this hot-dip plating method, the thickness of the
〔実施形態1〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
[Embodiment 1]
Embodiments of the present invention will be described in detail below.
本実施形態では、金属材料のうち板形状の鋼材(鋼板)を用いて、溶融Al系めっき浴に該鋼板を浸漬した後に引き上げることにより、該鋼板に溶融Al系めっきを施す溶融めっき方法(いわゆるどぶ漬けめっき)について説明する。また、本実施形態における溶融めっき方法では、上記どぶ漬けめっきを大気雰囲気下で行う。なお、本発明の一態様における溶融めっき方法は、必ずしもこれに限定されない。本溶融めっき方法は、例えば、一般に溶融めっきを施す対象となる、各種の金属材料に適用することができる。また、本溶融めっき方法は、鋼材として鋼帯を用いて、該鋼帯に連続的に溶融めっきを施す連続式溶融めっき方法に適用することができる。また、本溶融めっき方法は、鋼材として鋼線を用いて、該鋼線にどぶ漬けめっきまたは連続式溶融めっきを施す場合に適用することもできる。 In this embodiment, a plate-shaped steel material (steel plate) among metal materials is used, and the hot-dip plating method (so-called Explain about dobu-zuke plating. Moreover, in the hot-dip plating method in this embodiment, the above-mentioned dip plating is performed in an atmospheric atmosphere. Note that the hot-dip plating method in one embodiment of the present invention is not necessarily limited to this. This hot-dip plating method can be applied, for example, to various metal materials that are generally subjected to hot-dip plating. Further, the present hot-dip plating method can be applied to a continuous hot-dip plating method in which a steel strip is used as the steel material and the steel strip is continuously hot-dipped. Moreover, this hot-dip plating method can also be applied when using a steel wire as the steel material and subjecting the steel wire to dip plating or continuous hot-dip plating.
(鋼板)
本実施形態の溶融めっき方法に用いられる鋼板は、公知の各種鋼板の中から用途に応じて適宜選択されてよく、鋼板を構成する鋼種としては、例えば、炭素鋼(普通鋼、高強度鋼(高Si・高Mn鋼))、ステンレス鋼、等が挙げられる。上記鋼板の板厚は、特に限定されないが、例えば0.2mm~6.0mmであってもよい。また、上記鋼板の形状は特に限定されるものではないが、例えば長方形であってもよい。一般に溶融Al系めっきに用いられる鋼板を、本実施形態の溶融めっき方法に用いることができる。
(steel plate)
The steel plate used in the hot-dip plating method of the present embodiment may be appropriately selected from various known steel plates depending on the application, and examples of the steel type constituting the steel plate include carbon steel (ordinary steel, high-strength steel, etc.). Examples include high Si/high Mn steel)), stainless steel, and the like. The thickness of the steel plate is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 mm to 6.0 mm. Further, the shape of the steel plate is not particularly limited, but may be rectangular, for example. Steel plates generally used for hot-dip Al-based plating can be used in the hot-dip plating method of this embodiment.
上記鋼板は、溶融Al系めっき処理の前に還元加熱処理等を行うことが不要である。そのため、溶融Al系めっき浴に投入される時点において、上記鋼板は、その表面に酸化膜を有していてもよい。酸化膜の厚さは、鋼板を構成する鋼種にもよるが、例えば冷延鋼板では、未処理の状態で、例えば数10nm~数100nm程度である。本実施形態の溶融めっき方法では、溶融めっき浴に投入される時点において、鋼板の酸化膜の厚さは特に限定されない。 The above-mentioned steel plate does not need to be subjected to reduction heat treatment or the like before hot-dip Al-based plating treatment. Therefore, the steel sheet may have an oxide film on its surface at the time of being thrown into the molten Al-based plating bath. The thickness of the oxide film depends on the type of steel constituting the steel sheet, but for example, in a cold-rolled steel sheet, it is approximately several tens of nanometers to several hundreds of nanometers in an untreated state. In the hot-dip plating method of this embodiment, the thickness of the oxide film on the steel sheet is not particularly limited at the time the steel sheet is put into the hot-dip plating bath.
また、本実施形態の溶融めっき方法では、溶融Al系めっき浴に進入させる前の上記鋼板の温度は常温であってもよい。換言すれば、鋼板の温度は、例えば、常温~700℃であってもよい。 Furthermore, in the hot-dip plating method of the present embodiment, the temperature of the steel sheet before entering the hot-dip Al-based plating bath may be room temperature. In other words, the temperature of the steel plate may be, for example, room temperature to 700°C.
そして、本実施形態の溶融めっき方法では、上記鋼板は、溶融Al系めっき処理の前にフラックス処理等を行うことが不要である。ただし、上記鋼板は、溶融Al系めっき処理の前に、必要に応じて、加熱処理、還元処理、フラックス処理等が行われていても構わない。 In the hot-dip plating method of this embodiment, it is not necessary to subject the steel plate to flux treatment or the like before the hot-dip Al-based plating process. However, the above-mentioned steel plate may be subjected to heat treatment, reduction treatment, flux treatment, etc., as necessary, before the hot-dip Al-based plating treatment.
(溶融めっき浴)
本実施形態における溶融Al系めっき浴としては、公知の各種溶融Al系めっき浴を用いることができる。溶融Al系めっき浴としては、例えば、Al系めっき浴、Al-Si系めっき浴、等が挙げられる。
(Hot-dip plating bath)
As the molten Al-based plating bath in this embodiment, various known molten Al-based plating baths can be used. Examples of the molten Al-based plating bath include an Al-based plating bath, an Al-Si-based plating bath, and the like.
本溶融めっき方法における溶融Al系めっき浴の温度は、公知の溶融めっき方法において用いられる溶融Al系めっき浴の温度と同様であってよい。 The temperature of the molten Al-based plating bath in the present hot-dip plating method may be the same as the temperature of the molten Al-based plating bath used in known hot-dip plating methods.
例えば、本発明の一実施形態における溶融Al系めっき浴は、アルミニウムを主成分とし、例えば、Al濃度が85質量%以上である。
溶融Al系めっき浴は、Siを0.1質量%以上12質量%以下、およびFeを1.0質量%以上3.0質量%以下含んでいてもよい。溶融Al系めっき浴は、残部がAlおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
For example, the molten Al-based plating bath in one embodiment of the present invention contains aluminum as a main component, and has an Al concentration of, for example, 85% by mass or more.
The molten Al-based plating bath may contain Si in a range of 0.1% by mass to 12% by mass, and Fe in a range of 1.0% by mass to 3.0% by mass. The remainder of the molten Al-based plating bath may consist of Al and unavoidable impurities.
(溶融めっき装置)
本実施形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき装置1について、図1および図2を用いて説明する。なお、溶融めっき装置1は一例であって、本溶融めっき方法を実施する装置は、特に限定されるものではない。図1は、本実施の形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき装置1を示す概略図である。
(Hot-dip plating equipment)
A hot-
図1に示すように、溶融めっき装置1は、超音波ホーン(振動発生装置)10と、超音波電源装置D1と、溶融Al系めっき浴20と、測定装置30とを備えている。超音波ホーン10には、超音波振動子11が設けられている。超音波ホーン10の先端に、鋼板2がボルト12によって固定されている。
As shown in FIG. 1, the hot-
超音波電源装置D1は、発振器13、電力増幅器14、および電力計15を含む。発振器13は任意周波数の交流信号を発生し、電力増幅器14は当該交流信号を増幅して超音波信号を生成する。超音波ホーン10は、電力計15を経由して供給される上記超音波信号を受信する。これにより、超音波振動子11は超音波振動する。超音波振動子11の振動によって、超音波ホーン10と接続された鋼板2が振動する。
Ultrasonic power supply device D1 includes an
鋼板2の振動によって、溶融Al系めっき浴20中に振動活性化効果が生じ、溶融Al系めっき浴20の内部における鋼板2の近傍に振動活性化領域23が生成する。溶融Al系めっき浴20は、ポット24内に貯留されており、溶融めっき浴金属21と浴面酸化物22とを含む。振動活性化領域23は、溶融Al系めっき浴20における溶融めっき浴金属21および浴面酸化物22の両方に生じる。
The vibration of the
溶融Al系めっき浴20には、導波棒31が挿入されている。導波棒31の一端は溶融めっき浴金属21の振動の周波数を取得可能なように溶融Al系めっき浴20の内部の適切な位置に配置されており、他端は振動センサ32と接続されている。振動センサ32は圧電素子を用いて導波棒31の振動を電気信号に変換する機器である。振動センサ32から送信された電気信号は、アンプ33を介して増幅された後、スペクトラムアナライザ34に伝達される。スペクトラムアナライザ34は表示部34aを備えている。本実施形態では、スペクトラムアナライザ34が表示部34aを備える場合について説明するが、表示部34aは、スペクトラムアナライザ34に接続された外部機器にて代替されてもよい。
A
例えば、超音波振動子11の周波数を20kHzに設定し、超音波振動子11の出力を小さくして低い音圧の振動を溶融Al系めっき浴20中に付与した状態にて、鋼板2に対してどぶ漬けめっきを行った場合、典型的には、図2に示すような音響スペクトルが表示部34aに表示される。なお、ここでは、導波棒31と鋼板2との距離L1を10mm、導波棒31の先端の深さ(先端から溶融Al系めっき浴20の浴面までの距離)D1を30mmとした。図2は、溶融めっき装置1が備えるスペクトラムアナライザ34にて測定される音響スペクトルの一例を示すグラフである。図2のグラフにおいて、横軸は周波数であり、縦軸はスペクトラムアナライザ34にて測定された電力値である。この電力値の単位dBm(より正確にはdBmW:デジベルミリワット)は、1mWを基準として電力をデシベルの値で表したものである。このような電力値は、音響スペクトルの強度を表す指標として用いることができる。また、音響スペクトルにおける強度(図2の縦軸)の値の大きさは、溶融Al系めっき浴20中の音圧の大きさに対応する。そのため、音響スペクトルにおける強度のピークは、音圧のピークに対応する。
For example, the frequency of the
図2に示すように、音響スペクトルには、溶融Al系めっき浴20に付与した上記振動に対応する基音(周波数:20kHz)を示すピークと、倍音(基音の整数倍の周波数)を示すピークとが主に表れている。ここで、上記基音の周波数を基本周波数fとし、音響スペクトルを測定した周波数の範囲(幅)を測定周波数帯域とする。また、基本周波数fおよび複数の倍音周波数(整数倍音:2f、3f、4f、5f)のそれぞれの中間周波数(具体的には3/2f、5/2f、7/2f、9/2f)から所定の幅の範囲を倍音間帯域(特定周波数帯域)とする。なお、本明細書では、説明の便宜上、基本周波数fと2倍音周波数2fとの中間周波数から所定の幅の範囲についても倍音間帯域と称する。
As shown in FIG. 2, the acoustic spectrum includes a peak indicating the fundamental tone (frequency: 20 kHz) corresponding to the vibration applied to the molten
本実施形態では、倍音間帯域の所定の幅について、中間周波数を中心として1/3fの範囲とする。但し、この所定の幅は必ずしもこれに限定されず、音響スペクトルにおける主たる複数のピーク(基本周波数におけるピークおよび倍音周波数における複数のピーク)のうち隣り合うピーク間の周波数帯域となるように適切に設定すればよい。 In this embodiment, the predetermined width of the inter-harmonic band is set to a range of 1/3 f centered on the intermediate frequency. However, this predetermined width is not necessarily limited to this, and may be appropriately set to be a frequency band between adjacent peaks among multiple main peaks (a peak at the fundamental frequency and multiple peaks at overtone frequencies) in the acoustic spectrum. do it.
低い音圧(例えば10Wの出力)の振動を溶融Al系めっき浴20中に付与した場合、図2に示すように、音響スペクトルにおいて、上記倍音間帯域(例えば基音の3/2倍の周波数(ここでは30kHz)を中心として1/3fの範囲の領域)にもピークが表れる。そして、超音波振動子11の出力を高くするに従い、上記倍音間帯域の強度も上昇する(後述の図3参照)。このような強度の上昇が生じる理由については明らかでは無いが、例えば、溶融Al系めっき浴20中における振動に伴う気泡の生成および消滅に起因し得ると考えられる。
When vibrations with a low sound pressure (for example, an output of 10 W) are applied to the molten
ところで、超音波ホーン10を用いて鋼板2に振動を与えたとしても、その振動によって、溶融めっき浴金属21にどのような振動が生じているか、換言すれば鋼板2の近傍にどの程度活性な振動活性化領域23が形成されているか、ということを評価することは容易では無い。これは、例えば、溶融Al系めっき浴20の成分組成および温度等に応じて、溶融めっき浴金属21の例えば粘度、蒸気圧、密度、振動の伝播速度、音響インピーダンス等が変化するためである。つまり、溶融めっき浴金属21への鋼板2の振動の伝わり方は様々な条件の影響を受けるため、超音波振動子11の出力のみに基づいて振動活性化領域23の範囲、活性度等を評価および制御することは難しい。
By the way, even if vibration is applied to the
そこで、本発明者らは、音響スペクトルにおける上記倍音間帯域のスペクトル強度と、音響スペクトルの全体のスペクトル強度との比に着目した。このことについて、図3を参照して以下に説明する。図3は、超音波出力を変化させた場合に、溶融めっき装置1が備えるスペクトラムアナライザにて測定される音響スペクトルの一例を示すグラフである。図3では、横軸に周波数(Hz)、縦軸に強度(dBm)を示している。また、ここでは、基本周波数を20kHzとし、超音波出力を0.1W~30Wに変化させた結果について示している。
Therefore, the present inventors focused on the ratio of the spectral intensity of the above-mentioned interharmonic band in the acoustic spectrum to the spectral intensity of the entire acoustic spectrum. This will be explained below with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing an example of an acoustic spectrum measured by the spectrum analyzer included in the hot-
図3に示すように、超音波振動子11の出力を0.1W~30Wに変化させた場合、出力が高いほど、音響スペクトルの強度が周波数全域において全体的に増大した。また、溶融Al系めっき浴20に振動を付与していない場合(超音波振動子11の出力が0W)に、スペクトラムアナライザにて測定される音響スペクトルの強度はノイズと見なすことができる。この測定系では超音波振動を付与しない場合のレベル(ノイズレベル)は、-100dBmであった。
As shown in FIG. 3, when the output of the
いずれの出力においても、スペクトラムアナライザにて測定される音響スペクトルには、基本周波数(20kHz)におけるピークと倍音周波数におけるピークとが顕著に現れるとともに、これらのピークの間(倍音間帯域)においても強度の増大および減少がみられる。倍音間帯域では、強度が相対的に小さい幾つかのピークが存在しており、これらのピークは出力に応じてピーク周波数が様々に変動した。本発明者らはこの倍音間帯域における強度(強度の増大および減少)と、溶融Al系めっき浴20中に浸漬した鋼板のめっき性との間に関係があることを見出した。具体的には、以下のとおりである。なお、本明細書において、上記倍音間帯域における強度の平均値を倍音間平均強度と称することがある。
In any output, the acoustic spectrum measured by the spectrum analyzer clearly has a peak at the fundamental frequency (20kHz) and a peak at the overtone frequency, and the intensity also varies between these peaks (in the interharmonic band). There is an increase and a decrease in In the interharmonic band, there were several peaks with relatively low intensity, and the peak frequencies of these peaks varied depending on the output. The present inventors have discovered that there is a relationship between the strength (increase and decrease in strength) in this interharmonic band and the plating properties of a steel plate immersed in the molten Al-based
図4の(a)は、音響スペクトルにおける測定周波数帯域全体の平均強度と、倍音間平均強度と、におよぼす超音波出力の影響について示すグラフである。図4の(a)では、横軸に超音波出力、縦軸に平均強度を示している。図4の(a)に示すように、超音波出力が10W以下では、測定周波数帯域全体における平均強度よりも倍音間平均強度が小さい。一方で、超音波出力が20W以上になると、測定周波数帯域全体における平均強度と倍音間平均強度とは互いに同等レベルになる。 FIG. 4A is a graph showing the influence of the ultrasonic output on the average intensity of the entire measurement frequency band and the average intensity between overtones in the acoustic spectrum. In FIG. 4(a), the horizontal axis shows the ultrasonic output and the vertical axis shows the average intensity. As shown in FIG. 4(a), when the ultrasonic output is 10 W or less, the average intensity between overtones is smaller than the average intensity in the entire measurement frequency band. On the other hand, when the ultrasonic output becomes 20 W or more, the average intensity in the entire measurement frequency band and the average intensity between overtones become equal to each other.
上記測定周波数帯域全体の平均強度および倍音間平均強度について、より正確に評価するために、上記ノイズレベルを基準となるように評価した。すなわち、上記測定周波数帯域全体の平均強度および倍音間平均強度を、ノイズレベルに対する信号強度比として評価するようにした。その上で、それら平均強度の比と、出力との関係について整理した。その結果について、図4の(b)を用いて以下に説明する。 In order to more accurately evaluate the average intensity of the entire measurement frequency band and the average intensity between overtones, the noise level was evaluated as a reference. That is, the average intensity of the entire measurement frequency band and the average intensity between overtones are evaluated as a signal intensity ratio to the noise level. Then, we organized the relationship between the ratio of these average intensities and the output. The results will be explained below using FIG. 4(b).
図4の(b)は、音響スペクトルにおける測定周波数帯域全体の平均強度(ノイズ基準)に対する、倍音間平均強度(ノイズ基準)の強度比、におよぼす超音波出力の影響について示すグラフである。図4の(b)では、横軸に超音波出力、縦軸に上記強度比を示している。本明細書では、上記強度比(後述の式(1))について、特徴的強度比と称することがある。 FIG. 4B is a graph showing the influence of ultrasonic output on the intensity ratio of the average intensity between overtones (noise reference) to the average intensity (noise reference) of the entire measurement frequency band in the acoustic spectrum. In FIG. 4(b), the horizontal axis represents the ultrasonic output, and the vertical axis represents the intensity ratio. In this specification, the above intensity ratio (formula (1) described below) may be referred to as a characteristic intensity ratio.
図4の(b)に示すように、超音波出力が0.1Wから20Wまで増大するにつれて、上記特徴的強度比は大きくなった。超音波出力が20W以上に大きくなると、特徴的強度比は約1となり略一定となった。 As shown in FIG. 4(b), as the ultrasonic power increased from 0.1 W to 20 W, the characteristic intensity ratio increased. When the ultrasonic output was increased to 20 W or more, the characteristic intensity ratio became approximately 1 and remained approximately constant.
本発明者らは、溶融めっき装置1を用いて、超音波出力を様々に変化させて、鋼板2の溶融めっきを行った。その結果、上記特徴的強度比が0.2よりも大きくなる条件にて溶融めっきを行うと、鋼板2のめっき濡れ性が向上することを見出した。つまり、溶融Al系めっき浴20内に上記の条件となるような振動を付与することによって、鋼板2の表面と溶融めっき浴金属21との反応性を向上させることができる。具体的には、溶融めっき後のめっき品の表面における不めっき率を10%未満とすることができる。
The present inventors hot-dip-plated a
また、本発明者らは、鋼板2を溶融Al系めっき浴20に進入させて、上記の式(1)の関係を満たすように溶融Al系めっき浴20中に振動を付与しながら溶融めっきを行うと、鋼板2のめっき密着性が向上することを見出した。具体的には、溶融めっき後のめっき品について曲げ加工を行い、めっき剥離試験(後述の実施例1の説明を参照)を行ったときのめっき剥離率を10%未満とすることができる。条件によっては、めっき剥離率を5%未満とすることができ、めっき剥離率を0%とすることもできる。溶融Al系めっき浴20としては、Alを85質量%以上含有する溶融Al系めっき浴を用いることが好ましい。
Further, the present inventors introduced the
上記のことは以下のように整理することができる。 The above can be summarized as follows.
すなわち、本発明の一態様における溶融めっき方法は、アルミニウムを主成分とする溶融Al系めっき浴中に鋼材(金属材料)を進入させて、溶融Al系の溶融金属に上記金属材料が接触している間に上記溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ上記鋼材に上記溶融金属を被覆させるめっき工程を含む。上記溶融Al系めっき浴に付与する上記振動の周波数を基本周波数とする。上記めっき工程では、上記溶融Al系めっき浴中にて測定される音響スペクトルが下記式(1)の関係を満たすように、上記振動を付与する:
(IB-NB)/(IA-NA)>0.2 ・・・(1)
ここで、
IA:測定周波数帯域全体における音圧の平均値
IB:(i)上記基本周波数における音圧のピークと2倍音周波数における音圧のピークとの間、並びに(ii)複数の整数倍音周波数(2以上の整数)における音圧のピークのうち隣り合うピーク間、の特定周波数帯域における音圧の平均値
NA:上記測定周波数帯域全体における、上記振動を付与していない場合の音圧の平均値
NB:上記IBに関して規定される上記特定周波数帯域における、上記振動を付与していない場合の音圧の平均値
である)。
That is, in the hot-dip plating method in one aspect of the present invention, a steel material (metal material) is introduced into a molten Al-based plating bath containing aluminum as a main component, and the metal material comes into contact with the molten Al-based molten metal. The method includes a plating step in which the steel material is coated with the molten metal while applying vibration to the molten Al-based plating bath. The frequency of the vibration applied to the molten Al-based plating bath is defined as a fundamental frequency. In the plating step, the vibration is applied so that the acoustic spectrum measured in the molten Al-based plating bath satisfies the relationship of formula (1) below:
(IB-NB)/(IA-NA)>0.2...(1)
here,
IA: Average value of the sound pressure in the entire measurement frequency band IB: (i) between the peak of the sound pressure at the fundamental frequency and the peak of the sound pressure at the second harmonic frequency, and (ii) between the sound pressure peak at the above fundamental frequency and (ii) at multiple integer harmonic frequencies (2 or more NA: The average value of the sound pressure in a specific frequency band between adjacent sound pressure peaks at (an integer of (This is the average value of the sound pressure in the specific frequency band defined for the IB when the vibration is not applied).
(振動周波数・出力)
上記の例では、超音波ホーン10は、超音波振動子11が振動することによって、20kHzの周波数の振動を鋼板2に付与していた。しかし、これに限定されず、超音波ホーン10は、例えば、15kHz~150kHzの周波数の振動を鋼板2に付与してもよい。また、超音波ホーン10によって鋼板2に付与する振動の強度(超音波振動子11の出力)は、上記式(1)の関係を満たす音響スペクトルが溶融Al系めっき浴中に生じるように設定されればよい。例えば、超音波振動子11がどの程度の出力であれば、上記式(1)の関係を満たす音響スペクトルが溶融Al系めっき浴中に生じるかを、鋼板および溶融Al系めっき浴20等の各種の条件毎に予め調べておけばよい。
(Vibration frequency/output)
In the above example, the
(有利な効果)
以上のように、本発明の一態様における溶融めっき方法によれば、鋼板2と溶融Al系めっき浴20とが接触している間に、所定条件となる(上記式(1)の関係を満たす)ような振動を鋼板2に付与する。これにより、溶融Al系めっき浴20内に巻き込んだ浴面酸化物22および大気が浴中で分散される。すなわち、反応阻害部が浴中で分散される。また、鋼板2と溶融Al系めっき浴20との界面において物質移動が促進され、境界層の厚みが小さくなる、または物質移動速度が大きくなる等の効果をもたらす。これにより、鋼板2と溶融Al系めっき浴20との間のめっき濡れ性が確保される。そのため、溶融めっき浴金属21と鋼板2との反応がスムーズに進行する。その結果、予め加熱処理(還元処理)を行っていない鋼板2を用いた場合であっても、鋼板2のめっき濡れ性を良好なものとすることができる。したがって、溶融めっき浴金属21と鋼板2とのめっき濡れ性が良好であるとともに、従来よりもエネルギー消費量の低減を図ることができる溶融めっき方法を提供することができる。
(advantageous effect)
As described above, according to the hot-dip plating method in one aspect of the present invention, while the
また、本発明の一態様における溶融めっき方法によれば、フラックス処理を行うことが不要である。そのため、ランニングコストを低減することができるとともに、作業環境を改善することができる。 Further, according to the hot-dip plating method in one embodiment of the present invention, it is not necessary to perform flux treatment. Therefore, running costs can be reduced and the working environment can be improved.
そして、本発明の一態様における溶融めっき方法によれば、溶融めっき設備を新規に導入する場合に、加熱炉を設置するための費用および材料が不要となり、導入コストを低減することができる。また、加熱炉は炉長が長いことから、加熱炉を設置不要であることによって溶融めっき設備の全長を短くすることもできる。 According to the hot-dip plating method in one aspect of the present invention, when newly introducing hot-dip plating equipment, the cost and materials for installing a heating furnace are not required, and the introduction cost can be reduced. Furthermore, since the heating furnace has a long furnace length, the total length of the hot-dip plating equipment can be shortened by not requiring the installation of a heating furnace.
さらに、本発明の一態様における溶融めっき方法によれば、溶融めっき後における鋼板2の表面に反応層7を好適に形成させることができ、反応層7を介して鋼板2と溶融Al系めっき層とが比較的強固に結合する。その結果、予め加熱処理(還元処理)を行っていない鋼板2を用いた場合であっても、鋼板2のめっき密着性を良好なものとすることができる。したがって、溶融めっき後の鋼板2におけるめっき密着性が良好であるとともに、従来よりもエネルギー消費量の低減を図ることができる溶融めっき方法を提供することができる。
Furthermore, according to the hot-dip plating method in one aspect of the present invention, the
(前処理)
本実施形態の溶融めっき方法では、溶融めっき処理(めっき工程)前の加熱処理および還元処理のいずれかを省略してもよく、それらの両方を省略してもよい。また、本実施形態の溶融めっき方法では、めっき工程の前に、鋼板2に対して、従来よりも軽度の加熱処理および還元処理を行ってもよく、この場合、それらの両方の処理におけるエネルギー消費量を低減することができる。
(Preprocessing)
In the hot-dip plating method of this embodiment, either the heat treatment or the reduction treatment before the hot-dip plating treatment (plating step) may be omitted, or both of them may be omitted. In addition, in the hot-dip plating method of this embodiment, the
なお、上記鋼板2は、溶融めっき処理の前に各種の前処理が行われていてもよい。例えば、めっき工程の前処理として還元処理が行われていても別段構わない。また、必要に応じて、鋼板2に脱脂処理または酸洗処理が実施されていてもよく、それらの両方が実施されていてもよい。本溶融めっき方法では、めっき工程の前処理として、鋼板2に対する脱脂処理および酸洗処理を行ってもよく、少なくとも脱脂処理を行うことが特に好ましい。脱脂処理に続いて酸洗処理を行ってもよい。
Note that the
また、本発明の一態様における溶融めっき方法では、めっき工程に先立って、鋼板2の表面に形成された酸化膜の厚さを低減する前処理を施す膜厚調整工程を含んでいてもよい。膜厚調整工程では、例えば鋼板2に対して酸洗処理を施すことにより、鋼板2の表面に形成された酸化膜の厚さを低減する。
Further, the hot-dip plating method in one aspect of the present invention may include a film thickness adjustment step of performing pretreatment to reduce the thickness of the oxide film formed on the surface of the
(その他の構成)
本発明の一態様における溶融めっき方法では、上記測定周波数帯域は、上記基本周波数を含むとともに上記基本周波数の4倍以上の周波数幅であってもよい。例えば、上記測定周波数帯域は、10kHz以上90kHz以下であってもよい。
(Other configurations)
In the hot-dip plating method in one aspect of the present invention, the measurement frequency band may include the fundamental frequency and have a frequency width that is four times or more the fundamental frequency. For example, the measurement frequency band may be 10 kHz or more and 90 kHz or less.
また、上記特定周波数帯域における各ピークの間は、上記基本周波数をfとし、(n+(1/2))fの周波数(nは自然数)を中心として(1/3)fの周波数幅であってもよい。 Furthermore, between each peak in the specific frequency band, the fundamental frequency is f, and the frequency width is (1/3) f with the frequency (n + (1/2)) f (n is a natural number) as the center. You can.
上記めっき工程では、振動発生装置(超音波ホーン10)を用いて上記めっき浴中に上記振動を付与するとともに、上記振動発生装置の出力が0.5W以上であってもよい。本溶融めっき方法では、上記振動発生装置の出力が0.5W以上30W以下であり、かつ鋼板2を介して溶融Al系めっき浴20に付与される振動の周波数が15kHz以上150kHz以下であってもよい。また、振動発生装置は、15kHz以上150kHz以下の周波数の振動を溶融Al系めっき浴20に付与するとともに、出力が1W以上30W以下であってもよく、5W以上30W以下であってもよい。
In the plating step, the vibration is applied to the plating bath using a vibration generator (ultrasonic horn 10), and the output of the vibration generator may be 0.5 W or more. In this hot-dip plating method, even if the output of the vibration generator is 0.5 W or more and 30 W or less, and the frequency of the vibration applied to the molten Al-based
また、上記めっき工程では、振動発生装置を用いて上記溶融Al系めっき浴中に上記振動を付与する時間は2秒以上90秒以下であってよい。そして、上記めっき工程において、鋼板2は、溶融Al系めっき浴20中に浸漬する直前の温度(インレット温度)が、室温であってもよく、例えば100℃以下であってもよく、50℃以下であってもよい。
Further, in the plating step, the time for applying the vibration to the molten Al-based plating bath using a vibration generator may be 2 seconds or more and 90 seconds or less. In the above plating step, the temperature (inlet temperature) of the
上記めっき工程では、振動検知装置(例えば振動センサ32、アンプ33、スペクトラムアナライザ34)を用いて上記溶融Al系めっき浴中の上記音響スペクトルを測定する。上記溶融Al系めっき浴中における上記振動の検知箇所と鋼板2との距離が1mm以上10mm以下であってもよい。上記距離は、超音波ホーン10の振動を開始させる前の、溶融Al系めっき浴20中に鋼板2を浸漬した状態において測定される。
In the plating process, the acoustic spectrum in the molten Al-based plating bath is measured using a vibration detection device (eg,
〔実施例1〕
本発明の実施形態1における溶融めっき方法の一実施例について以下に説明する。
[Example 1]
An example of the hot-dip plating method in
本実施例では、本発明の実施形態1における溶融めっき方法を実施する装置として、図5に示す溶融めっき装置を用いた。図5は、本発明の一態様における溶融めっき方法を大気雰囲気下でのどぶ漬けめっきに適用した場合に用いられる溶融めっき装置の一例を示す概略図である。
In this example, a hot-dip plating apparatus shown in FIG. 5 was used as a device for carrying out the hot-dip plating method in
図5に示すように、溶融めっき装置40は、ルツボ炉41の内部にカーボンルツボ42が収容されており、加熱帯43に抵抗加熱を生じさせることによって、カーボンルツボ42を加熱する。カーボンルツボ42内には溶融めっき浴金属21が貯留されており、溶融めっき浴金属21の表面に浴面酸化物22が生成している。溶融めっき装置40では、溶融めっき浴金属21の表面は大気雰囲気となっている。
As shown in FIG. 5, the hot-
前述した溶融めっき装置1(図1を参照)と同様に、溶融めっき装置40は、超音波ホーン10を備えており、超音波ホーン10の先端に鋼板2が固定されている。超音波ホーン10の超音波振動子11は、超音波電源装置D1(発振器13、電力増幅器14、および電力計15を含む)から供給される超音波信号を受信して、超音波電源装置D1によって設定された出力にて鋼板2に振動を付与する。
Similar to the hot-
超音波振動子11としては市販のボルト締めランジュバン型振動子を用いることができる。また、超音波ホーン10としては、アルミニウム製、チタン製、セラミックス製などの超音波ホーンを用いることができる。
As the
また、溶融めっき装置40は、音響スペクトルを測定する測定装置50(図1の測定装置30に対応)として、導波棒51、アコースティックエミッションセンサ(以下、AEセンサと称することがある)52、および計測部53を備えている。計測部53は、スペクトルアナライザおよびアンプを含む。溶融めっき浴金属21中に導波棒51の一端が浸漬し、他端がAEセンサ52に接続している。
The hot-
本実施例における溶融めっき装置40に用いた各種機器は、具体的には以下のとおりである。
The various devices used in the hot-
(超音波振動供給系統)
・超音波振動子11:本多電子製、ボルト締めランジュバン型振動子
・超音波ホーン10:材質<アルミ合金A2024A>
・発振器13:アジレント・テクノロジー(株)社製、33220A
・電力増幅器14:(株)メステック社製、M-2141
・電力計15:日置電機(株)社製、PW-3335
(超音波振動測定系統)
・導波棒51:材質<SUS430>、φ6mm×300mm
・AEセンサ52:(株)エヌエフ回路設計ブロック社製、AE-900M
・アンプ:(株)エヌエフ回路設計ブロック社製、AE9922
・スペクトラムアナライザ:アジレント・テクノロジー(株)社製、E4408B。
(Ultrasonic vibration supply system)
・Ultrasonic transducer 11: Made by Honda Electronics, bolted Langevin type transducer ・Ultrasonic horn 10: Material <Aluminum alloy A2024A>
・Oscillator 13: Manufactured by Agilent Technologies, 33220A
・Power amplifier 14: M-2141 manufactured by Mestech Co., Ltd.
・Watt meter 15: Manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., PW-3335
(Ultrasonic vibration measurement system)
・Waveguide rod 51: Material <SUS430>, φ6mm x 300mm
・AE sensor 52: AE-900M manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
・Amplifier: AE9922 manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
- Spectrum analyzer: E4408B manufactured by Agilent Technologies.
また、本実施例では鋼板2(めっき母材)として、下表1に示す炭素鋼(鋼種Aおよび鋼種B)または下表2に示すステンレス鋼(鋼種C~鋼種F)を用いた。鋼種A~Fは、いずれも焼鈍材である。 Further, in this example, as the steel plate 2 (plating base material), carbon steel (steel type A and steel type B) shown in Table 1 below or stainless steel (steel type C to steel type F) shown in table 2 below was used. Steel types A to F are all annealed materials.
なお、表2中の記載における「-」は成分分析を行っていないことを、「tr.」は分析の検出限界未満であったことを示す。 In Table 2, "-" indicates that no component analysis was performed, and "tr." indicates that the content was below the detection limit of the analysis.
(めっき濡れ性試験方法)
どぶ漬けめっき後の試料を供試材として、めっき濡れ性の評価を以下のように行った。図6は、めっき後の供試材3の様子について示す側面図である。図6に示すように、めっき後の供試材3には、溶融Al系めっきが施されためっき領域3aが形成される。また、めっき領域3aの一部には、溶融Al系めっきが施されていない不めっき部4が存在し得る。
(Plating wettability test method)
The plating wettability was evaluated as follows using the sample after dip-dipping plating as the test material. FIG. 6 is a side view showing the condition of the
例えば、供試材3のうち、溶融Al系めっき浴に浸漬した部分の深さをL11とし、供試材3の幅の長さをL12とする。この場合、図6に示す板面(両面)において、L11×L12×2が理想的なめっき領域の面積αとなる。また、公知の面積測定手段を用いて、不めっき部4の面積βを測定する。不めっき部4の面積βは、供試材3の両方のめっき面(両方の板面)について測定した面積である。そして、(β/α)×100を計算することにより不めっき率を算出した。以下の基準で供試材3のめっき性を評価し、△評価以上を合格とした。
For example, the depth of the portion of the
◎:不めっき率が0%
○:不めっき率が0%より大きく1%未満
△:不めっき率が1%以上10%未満
×:不めっき率が10%以上80%未満
××:不めっき率が80%以上。
◎: Unplated rate is 0%
○: Unplated rate is more than 0% and less than 1% △: Unplated rate is 1% or more and less than 10% ×: Unplated rate is 10% or more and less than 80% XX: Unplated rate is 80% or more.
(めっき密着性試験方法)
図16はめっき密着性試験について説明するための模式図である。図16の(a)に示すように、溶融Al系めっき後の鋼板を供試材200として、先ず供試材200に0T密着曲げ加工(180°曲げ加工)を施した。そして、曲げ加工部201にセロハンテープ210を貼り付けて密着させた後、セロハンテープ210を引き剥がした。
(Plating adhesion test method)
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the plating adhesion test. As shown in FIG. 16(a), a steel plate after hot-dip Al-based plating was used as a
次いで、図16の(b)に示すように、剥がしたセロハンテープ210をゼロックス用紙に貼り付けた。そして、セロハンテープ210を貼り付けたゼロックス用紙を撮像した画像に対して、白黒の二値化処理を行った。二値化処理後の画像から、セロハンテープ210における曲げ加工部201に密着していた部分211の面積Aを算出するとともに、セロハンテープ210に付着している曲げ加工部201から剥離しためっき層230の面積Bを算出した。そして、(B/A)×100の計算により求まる値を、めっき剥離率として算出した。以下の基準で供試材200のめっき密着性を評価し、△評価以上を合格とした。
Next, as shown in FIG. 16(b), the peeled off
◎:めっき剥離率が0%
○:めっき剥離率が0%より大きく5%未満
△:めっき剥離率が5%以上10%未満
×:めっき剥離率が10%以上80%未満
××:めっき剥離率が80%以上。
◎: Plating peeling rate is 0%
○: Plating peeling rate is greater than 0% and less than 5% △: Plating peeling rate is 5% or more and less than 10% ×: Plating peeling rate is 10% or more and less than 80% XX: Plating peeling rate is 80% or more.
(めっき濡れ性およびめっき密着性の評価)
表1および表2に示す上記鋼板A~Fについて、それぞれ前処理としてアルカリ脱脂および10%塩酸を用いて酸洗処理を行った。前処理後の鋼板をそれぞれ超音波ホーン10の先端に取り付け、溶融Al系めっき浴内に60mmの深さ(換言すれば、めっき浴の深さ方向における浴中に浸漬している鋼板の長さ)まで浸漬し、浸漬時間を100秒として、どぶ漬けめっきを行った。鋼板に振動を付与する場合、超音波ホーン10の先端に取り付けた鋼板を溶融Al系めっき浴中へ浸漬開始してから10秒後に振動の付与を開始し、90秒間振動を付与した。
(Evaluation of plating wettability and plating adhesion)
The above steel plates A to F shown in Tables 1 and 2 were subjected to alkaline degreasing and pickling using 10% hydrochloric acid as pretreatments, respectively. Each pretreated steel plate is attached to the tip of the
めっき浴として、3種類の溶融Al系めっき浴を準備した。各溶融Al系めっき浴の組成を以下の表3に示す。溶融Al系めっき浴の温度は630℃~700℃とし、溶融Al系めっき浴中へ振動を付与する場合、基本周波数および超音波振動子11の出力を変化させた。また、比較例として、溶融Al系めっき浴中へ振動を付与することなく、どぶ漬けめっきを行った。
Three types of molten Al-based plating baths were prepared as plating baths. The composition of each molten Al-based plating bath is shown in Table 3 below. The temperature of the molten Al-based plating bath was set at 630° C. to 700° C., and when applying vibration to the molten Al-based plating bath, the fundamental frequency and the output of the
上述しためっき濡れ性試験およびめっき密着性試験の結果をまとめ、表4に示す。表4において、めっき母材は鋼板であり、めっき母材の加熱有無とは、溶融Al系めっきの前段階における鋼板の加熱の有無を意味している。また、インレット温度とは、溶融Al系めっき浴への投入時点の鋼板の温度を意味している。表中の音響強度(ノイズ基準)はIA-NAにより求められ、整数倍音間の平均強度(すなわちノイズ基準の倍音間平均強度)はIB-NBにより求められ、音響強度に対する整数倍音間の平均強度の比(特徴的強度比)が(IB-NB)/(IA-NA)により求められる(これらの記号については前述の数式(1)を参照)。上記のことは、本明細書において以下同様である。 The results of the above-mentioned plating wettability test and plating adhesion test are summarized and shown in Table 4. In Table 4, the plating base material is a steel plate, and whether or not the plating base material is heated means whether or not the steel plate is heated in a step before hot-dip Al-based plating. Moreover, the inlet temperature means the temperature of the steel plate at the time of introduction into the molten Al-based plating bath. The sound intensity (noise standard) in the table is determined by IA-NA, and the average intensity between integer harmonics (that is, the average intensity between harmonics based on noise standard) is determined by IB-NB. The ratio (characteristic intensity ratio) is determined by (IB-NB)/(IA-NA) (see the above-mentioned formula (1) for these symbols). The above also applies hereinafter.
まず、めっき濡れ性の評価結果について説明する。表4のNo.1~13に示すように、溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されるような条件にて溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ、鋼板にどぶ漬けめっきを施した場合、鋼板のめっき濡れ性が向上し、めっき品の不めっき率が10%未満となった。また、出力を5W~20WとしたNo.3~13に示す例では、めっき品の不めっき率は0%であった。 First, the evaluation results of plating wettability will be explained. No. of Table 4 As shown in 1 to 13, a steel plate is dip-plated while applying vibration to a molten Al plating bath under conditions such that an acoustic spectrum within the range of the present invention is measured in the molten Al plating bath. When applied, the plating wettability of the steel sheet improved, and the unplated rate of the plated product became less than 10%. In addition, No. 1 with an output of 5W to 20W. In the examples shown in 3 to 13, the unplated rate of the plated products was 0%.
これに対し、溶融Al系めっき浴中に付与した振動が弱すぎる(音圧が低すぎる)場合、溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されず、表4のNo.14~16に示すように、めっき品の不めっき率は10%以上となった。また、溶融Al系めっき浴中に振動を付与することなく溶融Al系めっきを行った場合、表4のNo.17~24に示すように、めっき品の不めっき率は80%以上であった。 On the other hand, if the vibration applied to the molten Al plating bath is too weak (the sound pressure is too low), the acoustic spectrum within the range of the present invention will not be measured in the molten Al plating bath, and the No. .. As shown in Figures 14 to 16, the unplated rate of plated products was 10% or more. In addition, when molten Al plating was performed without applying vibration to the molten Al plating bath, No. 4 in Table 4. As shown in Nos. 17 to 24, the unplated rate of the plated products was 80% or more.
次に、めっき密着性の評価結果について説明する。めっき濡れ性を評価したNo.1~24のどぶ漬けめっき後の試料を供試材として、上述のようにめっき密着性の評価を行った。 Next, the evaluation results of plating adhesion will be explained. No. 1 evaluated for plating wettability. The plating adhesion was evaluated as described above using the samples Nos. 1 to 24 after dip-dipping plating as test materials.
表4のNo.1~13に示すように、溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されるような条件にて溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ、鋼板にどぶ漬けめっきを施した場合、鋼板のめっき密着性が向上し、めっき品に対してめっき密着性試験を行った結果のめっき剥離率が0%であった。 No. of Table 4 As shown in 1 to 13, a steel plate is dip-plated while applying vibration to a molten Al plating bath under conditions such that an acoustic spectrum within the range of the present invention is measured in the molten Al plating bath. When applied, the plating adhesion of the steel plate improved, and the plating peeling rate was 0% as a result of a plating adhesion test on the plated product.
これに対し、溶融Al系めっき浴中に付与した振動が弱すぎる(音圧が低すぎる)場合、溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されず、表4のNo.14~16に示すように、めっき品に対してめっき密着性試験を行った結果のめっき剥離率が10%以上となった。また、溶融Al系めっき浴中に振動を付与することなく溶融めっきを行った場合、表4のNo.17~24に示すように、めっき密着性試験を行った結果のめっき剥離率が80%以上となった。 On the other hand, if the vibration applied to the molten Al plating bath is too weak (the sound pressure is too low), the acoustic spectrum within the range of the present invention will not be measured in the molten Al plating bath, and the No. .. As shown in 14 to 16, the plating peeling rate was 10% or more as a result of the plating adhesion test performed on the plated products. In addition, when hot-dip plating was performed without applying vibration to the hot-dip Al-based plating bath, No. 4 in Table 4. As shown in Nos. 17 to 24, the plating peeling rate was 80% or more as a result of the plating adhesion test.
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the invention will be described below. For convenience of explanation, members having the same functions as the members described in the above embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
前記実施形態1における溶融めっき装置1(図1参照)では、溶融Al系めっき浴20内における導波棒31の先端と鋼板2の表面との距離L1を10mmに固定して、音響スペクトルを測定した。本発明者の更なる検討によれば、音響スペクトルを測定する位置の変化に伴って、音響スペクトルにおける上記特徴的強度比は変化し得ることがわかった。
In the hot-dip plating apparatus 1 (see FIG. 1) in the first embodiment, the distance L1 between the tip of the
そこで、上記距離L1を1mm~80mmと変化させるとともに、超音波振動子11の出力を0.1W~20Wに変化させて音響スペクトルを測定した。その結果を図7の(a)~(e)に示す。図7の(a)~(e)は、各距離L1において超音波振動子11の出力を変化させて測定した音響スペクトルを示すグラフであり、(a)は距離L1が1mm、(b)は距離L1が5mm、(c)は距離L1が10mm、(d)は距離L1が30mm、(e)は距離L1が80mmの場合をそれぞれ示している。
Therefore, the acoustic spectrum was measured while changing the distance L1 from 1 mm to 80 mm and changing the output of the
図8は、上記距離L1と上記特徴的強度比との関係を示すグラフである。図8に示すように、距離L1が遠くなるほど、特徴的強度比は低下する傾向にあり、特に、出力の弱い(具体的には0.1W、0.5W)場合にはその傾向が顕著である。このことから、例えば出力が0.1Wまたは0.5Wの場合、音響スペクトルを検知するためには、距離L1を10mm以下とすることが好ましいといえる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the distance L1 and the characteristic intensity ratio. As shown in FIG. 8, the characteristic intensity ratio tends to decrease as the distance L1 increases, and this tendency is particularly noticeable when the output is weak (specifically, 0.1W, 0.5W). be. From this, for example, when the output is 0.1 W or 0.5 W, in order to detect the acoustic spectrum, it is preferable to set the distance L1 to 10 mm or less.
また、図7の(a)~(e)に示すように、距離L1が大きすぎると、音響スペクトルの信号強度が小さくなり、ノイズレベルを下回ることにより信号を検出し難いことがある。そのため、溶融Al系めっき浴20内の振動状態を正確に評価し難いことがある。よって、本溶融めっき方法では、出力が0.5W以上であるとともに、距離L1は10mm以下であることが好ましい。
Furthermore, as shown in FIGS. 7(a) to (e), if the distance L1 is too large, the signal strength of the acoustic spectrum decreases and falls below the noise level, making it difficult to detect the signal. Therefore, it may be difficult to accurately evaluate the vibration state within the molten Al-based
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 3]
Other embodiments of the invention will be described below. For convenience of explanation, members having the same functions as the members described in the above embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
前記実施形態1および実施形態2では、超音波ホーン10の先端に鋼板2を取り付けた状態において、超音波ホーン10を用いて鋼板2に振動を付与していた。これに対して、本実施形態では、超音波ホーン10の先端に振動板を取り付けた状態において、超音波ホーン10を用いて振動板に振動を付与し、溶融Al系めっき浴20を介して、鋼板2に間接的に振動を与える点が異なっている。
In the first and second embodiments, the
(溶融めっき装置)
本実施形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき装置60について、図9を用いて説明する。なお、溶融めっき装置60は一例であって、本溶融めっき方法を実施する装置は、特に限定されるものではない。図9は、本実施の形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき装置60を示す概略図である。
(Hot-dip plating equipment)
A hot-
図9に示すように、溶融めっき装置60は、ガス還元加熱帯61と、溶融めっき部62と、超音波ホーン10と、音響スペクトルを測定する測定装置50と、を備えている。ガス還元加熱帯61は、雰囲気ガス導入部61aおよび加熱部61bを備え、鋼板2に対して所望の雰囲気にて加熱処理を行うことが可能となっている。
As shown in FIG. 9, the hot-
溶融めっき部62では、ルツボ炉41の上方の空間が、ポートフランジ64およびOリング65によって大気から遮断されている。また、ポートフランジ64の一部には雰囲気ガス導入部66が設けられており、溶融めっき部62における雰囲気を制御することができるようになっている。
In the hot-
ガス還元加熱帯61と溶融めっき部62との間にはゲートバルブ63が設けられている。ガス還元加熱帯61にて処理された鋼板2は、ゲートバルブ63を開いて、大気に晒されることなく溶融めっき部62に移送される。鋼板2は、ゲートバルブ63よりも上のガス還元加熱帯61において、雰囲気制御および加熱処理といった前処理を受けたのちに、溶融めっき浴金属21の中に進入する。
A
また、本実施形態の溶融めっき装置60では、超音波ホーン10の先端に鋼板2ではなく振動板70が固定されている。この振動板70は、ここでは、材質が普通鋼(表1の鋼板Aと同じ鋼種)であって、長さ150mm×幅50mm×厚さ0.8mmの板を用いた。振動板70の振動によって、溶融めっき浴金属21に振動を付与する。これにより、溶融めっき浴金属21を介して、鋼板2に振動が与えられる。すなわち、溶融めっき装置60は、鋼板2に間接的に振動を付与するようになっている。なお、振動板70としては、上記の材質に限定されない。振動板70は、溶融Al系めっき浴中に浸漬された場合に耐侵食性が強く、溶融Al系めっき浴に対する濡れ性が良くない材質のものが好ましく、例えばセラミックスを用いることができる。
Furthermore, in the hot-
その他の測定装置50等の構成は、前述の溶融めっき装置40(図5参照)と同様であるため、詳しい説明を省略する。
The other configurations of the measuring
上記のような溶融めっき装置60は、連続式溶融めっき方法へと適用することが可能である。つまり、連続式溶融めっき方法では、鋼板に直接的に振動を付与することは難しいが、溶融めっき装置60のように鋼板2に間接的に振動を付与することができる。よって、上記のような溶融めっき装置60を用いて実証された結果は、連続式溶融めっき方法に適用することができる。連続式溶融めっき方法への適用例について、具体的には後述する。
The hot-
〔実施形態4〕
本発明の溶融めっき方法により製造された溶融Al系めっき鋼板は、Al系めっき層の表面に、耐食性および皮膜密着性を向上させる下地化成処理皮膜が形成されていてもよい。下地化成処理皮膜としては、無機系皮膜が好ましく、さらに具体的には、バルブメタルの酸化物または水酸化物と、バルブメタルのフッ化物とを含有するものが好ましい。ここで「バルブメタル」とは、その酸化物が高い絶縁抵抗を示す金属をいう。バルブメタル元素としては、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、MoおよびWから選ばれる1種または2種以上の元素が好ましい。また、下地化成処理皮膜は、可溶性または難溶性の金属リン酸塩または複合リン酸塩を含んでいてもよい。さらに、下地化成処理皮膜は、フッ素系、ポリエチレン系、スチレン系などの有機ワックス、または、シリカ、二硫化モリブデン、タルクなどの無機質潤滑剤などを含んでいてもよい。下地化成処理皮膜は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂、ポリステル樹脂などをベースとする有機系皮膜であってもよい。
[Embodiment 4]
In the hot-dip Al-plated steel sheet produced by the hot-dip plating method of the present invention, a base chemical conversion film that improves corrosion resistance and film adhesion may be formed on the surface of the Al-based plating layer. As the base chemical conversion coating, an inorganic coating is preferable, and more specifically, one containing a valve metal oxide or hydroxide and a valve metal fluoride is preferable. Here, "valve metal" refers to a metal whose oxide exhibits high insulation resistance. The valve metal element is preferably one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W. Further, the base chemical conversion coating may contain a soluble or hardly soluble metal phosphate or a composite phosphate. Furthermore, the base chemical conversion coating may contain organic waxes such as fluorine-based, polyethylene-based, and styrene-based waxes, or inorganic lubricants such as silica, molybdenum disulfide, and talc. The base chemical conversion coating may be an organic coating based on urethane resin, acrylic resin, epoxy resin, olefin resin, polyester resin, or the like.
また、本発明の溶融めっき方法により製造された溶融Al系めっき鋼板は、Al系めっき層の表面に、ポリエステル系、アクリル樹脂系、フッ素樹脂系、塩化ビニル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系等の樹脂系塗料を、ロール塗装、スプレー塗装、カーテンフロー塗装、ディップ塗装等の方法により塗装することができる。あるいはアクリル樹脂フィルム等のプラスチックフィルムを積層する際のフィルムラミネートの基材として用いることもできる。 In addition, the hot-dip Al-plated steel sheet produced by the hot-dip plating method of the present invention is coated with polyester, acrylic resin, fluororesin, vinyl chloride resin, urethane resin, or epoxy resin on the surface of the Al-based plating layer. It is possible to apply resin-based paints such as the following by methods such as roll coating, spray coating, curtain flow coating, and dip coating. Alternatively, it can also be used as a base material for film laminate when laminating plastic films such as acrylic resin films.
〔実施形態5〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 5]
Other embodiments of the invention will be described below. For convenience of explanation, members having the same functions as the members described in the above embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態における溶融めっき方法では、超音波ホーンの一部を溶融Al系めっき浴中に浸漬させて、超音波ホーンの先端から溶融Al系めっき浴に振動を付与する。これにより、超音波ホーンの先端から、溶融Al系めっき浴を介して間接的に鋼板へ振動を伝達させて、鋼板にどぶ漬けめっきを施す。 In the hot-dip plating method in this embodiment, a part of the ultrasonic horn is immersed in the molten Al-based plating bath, and vibrations are applied to the molten Al-based plating bath from the tip of the ultrasonic horn. As a result, vibrations are indirectly transmitted from the tip of the ultrasonic horn to the steel plate via the molten Al-based plating bath, and the steel plate is subjected to dowel plating.
(溶融めっき装置)
本実施形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき装置80について、図10を用いて説明する。なお、溶融めっき装置80は一例であって、本溶融めっき方法を実施する装置は、特に限定されるものではない。図10は、本実施の形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき装置80を示す概略図である。
(Hot-dip plating equipment)
A hot-
図10に示すように、溶融めっき装置80は、昇降装置81と、超音波ホーン10Aと、音響スペクトルを測定する測定装置50と、溶融めっき浴金属21が貯留されたカーボンルツボ42と、を備えている。溶融めっき装置80では、大気中で、かつ、鋼板2を加熱することなく、鋼板2が溶融Al系めっき浴20中に浸漬される。
As shown in FIG. 10, the hot-
昇降装置81は、鋼板2を保持した状態にて、鋼板2を溶融Al系めっき浴20中に浸漬させること、および、鋼板2を溶融Al系めっき浴20から引き上げることを可能とする装置である。昇降装置81としては、公知の装置を用いればよく、詳細な説明は省略する。
The lifting
超音波ホーン10Aは、超音波振動子11と、先端部17と、超音波振動子11および先端部17を接続する接続部16と、を備えている。超音波振動子11は、振動子固定ステージ19によって固定されている。接続部16は、超音波振動子11にて発生した振動の周波数に対応して共振し易い長さを有している。接続部16は、単なるアダプタであってもよく、超音波振動子11にて発生した振幅を増幅して先端部17に伝達するブースターであってもよい。
The
超音波ホーン10Aにおける先端部17の少なくとも一部が溶融Al系めっき浴20に浸漬された状態で、超音波振動子11が、超音波電源装置D1から送信された超音波信号を受信して超音波振動する。この超音波振動が接続部16を介して先端部17に伝達し、先端部17によって溶融Al系めっき浴20中に振動が付与される。
With at least a portion of the
昇降装置81によって鋼板2を溶融Al系めっき浴20中に浸漬させる場合、先端部17の前面に鋼板2が配置される。先端部17の、長手方向における接続部16から遠い方の端部には、当該端部の断面形状が二等辺三角形状となるように振動面17Aが形成されており、振動面17Aは、溶融Al系めっき浴20中に浸漬された鋼板2の表面と対向する。
When the
先端部17は、セラミック製であることが好ましい。これは、溶融Al系めっき浴20中において先端部17が超音波振動することによって発生し得る先端部17の劣化を低減するためである。
It is preferable that the
なお、溶融めっき装置80は、超音波ホーン10Aの代わりに、一体型である超音波ホーンを用いてもよい。この場合、超音波ホーンの先端部をセラミックス製とすればよい。
Note that the hot-
先端部17の振動面17Aと鋼板2の表面との距離L2は、0mmであってもよく、0mmより大きく50mm以下であってもよい。距離L2が0mmとは、超音波ホーン10Aが超音波振動する前の時点(すなわちセッティングの時点)において、振動面17Aと鋼板2の表面とが互いに接していることを意味する。例えば昇降装置81が鋼板2を水平方向に移動させることが可能となっており、距離L2は、昇降装置81を用いて鋼板2を水平方向に移動させることにより調整することができる。距離L2は、好ましくは0mmより大きく5mm以下である。
The distance L2 between the
溶融めっき装置80において、超音波ホーン10Aを用いて溶融Al系めっき浴20中に付与される振動の周波数、出力等については、前記実施形態1にて説明したことと同様である。
In the hot-
〔実施例2〕
本発明の実施形態5における溶融めっき方法の実施例について以下に説明する。本実施例では、上述の図10に示す溶融めっき装置80を用いた。
[Example 2]
Examples of the hot-dip plating method in
本実施例における溶融めっき装置80に用いた各種機器は、具体的には以下のとおりである。
The various devices used in the hot-
(超音波振動供給系統)
・超音波振動子11:hielscher社製、20kHz振動子
・接続部16(ブースター):材質<Ti>、増幅率2.2倍、1/2波長型、長さ126mm
・先端部17:材質<Ti>、1/2波長型、長さ250mm
・超音波電源装置D1:hielscher社製、20kHz、2kW電源
(超音波振動測定系統)
・導波棒51:材質<SUS430>、φ6mm×300mm
・AEセンサ52:(株)エヌエフ回路設計ブロック社製、AE-900M
・計測部53
アンプ:(株)エヌエフ回路設計ブロック社製、AE9922
スペクトラムアナライザ:アジレント・テクノロジー(株)社製、E4408B。
(Ultrasonic vibration supply system)
- Ultrasonic transducer 11: Manufactured by Hielscher, 20kHz transducer - Connection part 16 (booster): Material <Ti>, amplification factor 2.2 times, 1/2 wavelength type, length 126 mm
・Tip part 17: Material <Ti>, 1/2 wavelength type, length 250mm
・Ultrasonic power supply device D1: Manufactured by Hielscher, 20kHz, 2kW power supply (ultrasonic vibration measurement system)
・Waveguide rod 51: Material <SUS430>, φ6mm x 300mm
・AE sensor 52: AE-900M manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
・
Amplifier: AE9922 manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
Spectrum analyzer: E4408B manufactured by Agilent Technologies.
前記実施例1における表1および表2に示した鋼板A~Fについて、前記実施例1における表3に示した溶融Al系めっき浴を用いて、各種の条件にてどぶ漬けめっきを行った。 Steel plates A to F shown in Tables 1 and 2 in Example 1 were dip-dipped in a variety of conditions using the hot-dip Al plating bath shown in Table 3 in Example 1.
超音波ホーン10Aを用いて溶融Al系めっき浴中へ振動を付与する場合、距離L2は0mm~50mmとし、基本周波数は20kHzとした。
When applying vibration to the molten Al plating bath using the
超音波ホーン10Aを用いて溶融Al系めっき浴中へ振動を付与する場合、鋼板2を溶融Al系めっき浴中へ浸漬開始してから10秒後に振動の付与を開始し、2秒間~60秒間振動を付与した。
When applying vibration to the molten Al-based plating bath using the
超音波振動子11には、超音波振動子11の振幅をモニタするための振幅センサが内蔵されている。表示装置を用いて、上記振幅センサからの出力を受信し、フルスケールを5Vとして当該出力を表示させた。表示装置によって表示された出力には超音波振動子11の振幅の大小が反映されることから、以下では、フルスケールの5Vを出力100%とし、超音波振動子11の振幅の大小を表す指標として「出力%」を用いた。
The
ここで、鋼板を直接振動させる方法(直接法)では、超音波電源にとっての負荷は鋼板そのものと考えられる。一方で、溶融Al系めっき浴を介して間接的に鋼板を振動させる方法(間接法)の場合、超音波電源にとっての負荷は、鋼板および溶融Al系めっき浴となる。そのため、超音波電源からの出力(W)そのものではなく、共振しているときの超音波振動子の振幅を表す指標となる「出力%」を用いて、振動付与条件を表している。 Here, in the method of directly vibrating the steel plate (direct method), the load for the ultrasonic power source is considered to be the steel plate itself. On the other hand, in the case of a method of indirectly vibrating a steel plate via a molten Al-based plating bath (indirect method), the load on the ultrasonic power source is the steel plate and the molten Al-based plating bath. Therefore, instead of the output (W) from the ultrasonic power source itself, "output %", which is an index representing the amplitude of the ultrasonic vibrator when it resonates, is used to represent the vibration application conditions.
また、比較例として、溶融Al系めっき浴中へ振動を付与することなく、溶融めっき装置80を用いて各供試材にどぶ漬けめっきを行った。試験の結果をまとめ、表5に示す。
Further, as a comparative example, each sample material was dip-dipped using the hot-
まず、めっき濡れ性の評価結果について説明する。溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されるような条件にて溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ、鋼板にどぶ漬けめっきを施した場合、以下の結果が得られた。表5のNo.25~28、35~41に示すように、超音波ホーン10Aと鋼板との板間距離L2が2mm以下の場合、めっき濡れ性が大きく向上し、めっき品の不めっき率が0%であった。また、超音波ホーン10Aと鋼板との板間距離L2を5mmとしたNo.29、33、34に示す例では、めっき品の不めっき率が1%未満であった。めっき後の試料におけるめっき濡れ性に少し変動があることについては、試験誤差、または板間距離L2が少し大きいことによる影響、といった要因が考えられる。
First, the evaluation results of plating wettability will be explained. When dip-dipping plating is applied to a steel plate while applying vibration to a molten Al plating bath under conditions such that an acoustic spectrum within the range of the present invention is measured in the molten Al plating bath, the following results are obtained. was gotten. No. of Table 5 As shown in 25 to 28 and 35 to 41, when the distance L2 between the
また、表5のNo.30~32に示すように、板間距離L2を10mm~50mmとした場合、めっき品の不めっき率は10%未満であった。板間距離L2が大きいほど、めっき濡れ性が低減するような傾向が示唆された。 Also, No. of Table 5. As shown in Figures 30 to 32, when the inter-plate distance L2 was 10 mm to 50 mm, the unplated rate of the plated products was less than 10%. It was suggested that the larger the inter-plate distance L2, the lower the plating wettability.
これに対し、溶融Al系めっき浴中に振動を付与することなく溶融Al系めっきを行った場合、表5のNo.42~49に示すように、めっき品の不めっき率は80%以上であった。 On the other hand, when molten Al plating was performed without applying vibration to the molten Al plating bath, No. As shown in 42 to 49, the unplated rate of the plated products was 80% or more.
次に、めっき密着性の評価結果について説明する。めっき濡れ性を評価したNo.25~49のどぶ漬けめっき後の試料を供試材として、実施例1において前述したようにめっき密着性の評価を行った。 Next, the evaluation results of plating adhesion will be explained. No. 1 evaluated for plating wettability. The plating adhesion was evaluated as described above in Example 1 using samples Nos. 25 to 49 after dip-dipping plating as test materials.
表5のNo.25~41に示すように、溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されるような条件にて溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ、鋼板にどぶ漬けめっきを施した場合、鋼板のめっき密着性が向上し、めっき品に対してめっき密着性試験を行った結果のめっき剥離率が0%となった。 No. of Table 5 As shown in 25 to 41, a steel plate is dip-plated while applying vibration to a molten Al plating bath under conditions such that an acoustic spectrum within the range of the present invention is measured in the molten Al plating bath. When applied, the plating adhesion of the steel plate improved, and the plating peeling rate was 0% as a result of a plating adhesion test on the plated product.
これに対し、溶融Al系めっき浴中に振動を付与することなく鋼板にどぶ漬けめっきを施した場合は、表5のNo.42~49に示すようにめっき品にめっき層が十分に形成されず、めっき密着性について試験不可であった。 On the other hand, when a steel plate is dip-dipped in a hot-dip Al plating bath without applying vibration, No. 5 in Table 5. As shown in Nos. 42 to 49, the plating layer was not sufficiently formed on the plated product, and the plating adhesion could not be tested.
〔実施形態6〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 6]
Other embodiments of the invention will be described below. For convenience of explanation, members having the same functions as the members described in the above embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態における溶融めっき方法では、鋼帯を溶融Al系めっき浴中に連続的に通板させる連続式溶融めっき設備を用いるとともに、超音波ホーンの一部を溶融Al系めっき浴中に浸漬させて鋼帯の近傍に超音波ホーンの先端を配置する。超音波ホーンの先端から溶融Al系めっき浴または鋼帯に振動を付与しつつ、鋼帯に対して連続的に溶融Al系めっきを施す。 In the hot-dip plating method in this embodiment, continuous hot-dip plating equipment is used in which the steel strip is continuously passed through a molten Al-based plating bath, and a part of the ultrasonic horn is immersed in the molten Al-based plating bath. Place the tip of the ultrasonic horn near the steel strip. While applying vibration to the hot-dip Al-based plating bath or the steel strip from the tip of the ultrasonic horn, the steel strip is continuously subjected to hot-dip Al-based plating.
(溶融めっき設備)
本実施形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき設備90Aについて、図11を用いて説明する。なお、溶融めっき装置90Aは一例であって、本溶融めっき方法を実施する装置は、特に限定されるものではない。図11は、本実施の形態における溶融めっき方法を実施する溶融めっき設備90Aの一例を示す概略図である。
(Hot-dip plating equipment)
A hot-
図11に示すように、溶融めっき設備90Aは、一般的な連続式溶融めっき設備に超音波ホーン10Bおよび測定装置50を加えた構成である。鋼帯2Aは、スナウト91を通じて溶融Al系めっき浴20に浸漬される。鋼帯2Aは、ガイドロール92およびサポートロール93によって、溶融Al系めっき浴20中を通板した後、引き上げられて、ガス吹付け等によりめっき付着量を調整される。
As shown in FIG. 11, the hot-
鋼帯2Aには、めっき工程の前処理として、酸洗処理等によって、鋼帯2A表面の鉄酸化物層の除去が行われていてもよい。また、溶融めっき設備90Aは、スナウト91の前段に設けられた図示しない加熱装置によって、鋼帯2Aを溶融めっきに適した温度に加熱するようになっていてもよい。
The iron oxide layer on the surface of the
ここで、溶融めっき設備90Aは、一般的な連続式溶融めっき設備とは異なり、スナウト91の前段に還元加熱装置は設けられていなくてもよい。溶融めっき設備90Aでは、超音波ホーン10Bを用いて溶融Al系めっき浴20中に超音波振動を付与することによって、鋼帯2Aの表面に還元処理を施していなくても、鋼帯2Aのめっき濡れ性およびめっき密着性を高めることができる。
Here, the hot-
本実施形態では、超音波ホーン10Bは、前記実施形態5にて説明した超音波ホーン10Aにおける超音波振動子11、先端部17、接続部16を含む、一体型に構成された装置である。なお、溶融めっき設備90Aは、超音波ホーン10Bの代わりに超音波ホーン10Aを用いてもよい。
In this embodiment, the
溶融めっき設備90Aは、超音波ホーン10Bの先端が、溶融Al系めっき浴20中に浸漬しているとともにスナウト91の出口付近における鋼帯2Aの近傍に位置するように、超音波ホーン10Bが配置されている。
In the hot-
超音波ホーン10Bは、長手方向における鋼帯2Aに近い方の端部が面取りされて振動面17Aが形成されていることが好ましい。振動面17Aは、溶融Al系めっき浴20中を通板する鋼帯2Aの表面と対向する。これにより、通板方向に合わせて振動面17Aと鋼帯2Aの表面との距離を一定として、超音波ホーン10Bから鋼帯2Aに効率良く振動を伝えることができる。
It is preferable that the end of the
また、溶融めっき設備90Aでは、溶融Al系めっき浴20中における、振動面17Aと対向している鋼帯2Aの第1の表面とは反対側の、鋼帯2Aの第2の表面の近傍に、導波棒51の先端が配置されている。導波棒51は、鋼帯2Aの通板方向に沿うように配置されていることが好ましい。また、導波棒51には、音響スペクトルにおけるノイズ等を低減するために、溶融Al系めっき浴20中における先端以外の部分を覆う保護管等が設けられていてもよい。
In addition, in the hot-
振動面17Aと鋼帯2Aの表面との距離L3は、0mmであってもよく、0mmより大きく50mm以下であってもよい。距離L3が0mmとは、超音波ホーン10Bが超音波振動する前の時点(すなわちセッティングの時点)において、振動面17Aと鋼帯2Aの表面とが互いに接していることを意味する。
The distance L3 between the
超音波ホーン10Bから鋼帯2Aの片面に対して超音波振動を付与しているにも関わらず、上記距離L3が十分に近ければ、鋼帯2Aを超音波ホーン10Bと同じ基本周波数にて振動させることが可能である。その結果、鋼帯2Aにおける上記第1の表面だけでなく上記第2の表面においても、めっき濡れ性およびめっき密着性を高めることができる。
Even though the
溶融めっき設備90Aにおいて、超音波ホーン10Bを用いて溶融Al系めっき浴20中に付与される振動の周波数、出力等については、前記実施形態1にて説明したことと同様である。
In the hot-
(溶融めっき設備の変形例)
図12は、一変形例の溶融めっき設備90Bおよび溶融めっき設備90Cを示す概略図である。
(Modified example of hot-dip plating equipment)
FIG. 12 is a schematic diagram showing a modified example of hot-
溶融めっき設備90Bおよび溶融めっき設備90Cは、上述の溶融めっき設備90Aに対して、超音波ホーン10Bがサポートロール93の付近に配置されている点で異なっている。溶融めっき設備90Bおよび溶融めっき設備90Cでは、鋼帯2Aが溶融Al系めっき浴20中を通板されてサポートロール93を通過した後の位置に、超音波ホーン10Bが配置されている。このように超音波ホーン10Bが配置された場合においても、超音波ホーン10Bから溶融Al系めっき浴20または鋼帯2Aに超音波振動を付与することによって、鋼帯2Aのめっき濡れ性およびめっき密着性を高めることができる。
The hot-
なお、溶融めっき設備90A~90Cにおける超音波ホーン10Bの配置を組み合わせて、複数の超音波ホーン10Bを用いて溶融Al系めっき浴20または鋼帯2Aに超音波振動を付与するようになっていてもよい。鋼帯2Aのめっき濡れ性およびめっき密着性が良好となるような構成を適宜選択すればよい。
In addition, the arrangement of the
また、溶融めっき設備90A~90Cにおいては、鋼帯2Aに対する超音波振動の付与時間を具体的に特定する代わりに、鋼帯2Aのめっき濡れ性およびめっき密着性が良好となるように、鋼帯2Aの通板速度を適宜調整すればよい。
In addition, in the hot-
〔実施例3〕
本発明の実施形態6における溶融めっき方法の実施例について以下に説明する。本実施例では、上述の図11に示す溶融めっき設備90Aを用いた。
[Example 3]
An example of the hot-dip plating method in
本実施例における溶融めっき設備90Aに用いた各種機器は、具体的には以下のとおりである。
The various devices used in the hot-
(超音波振動供給系統)
・超音波振動子11:hielscher社製、20kHz振動子
・接続部16(ブースター):材質<Ti>、1/2波長型、長さ126mm
・先端部17:材質<スーパーサイアロン>、2波長型、長さ500mm
・超音波電源装置D1:hielscher社製、20kHz、2kW電源
(超音波振動測定系統)
・導波棒51:材質<SUS430>、φ6mm×300mm
・AEセンサ52:(株)エヌエフ回路設計ブロック社製、AE-900M
・計測部53
アンプ:(株)エヌエフ回路設計ブロック社製、AE9922
スペクトラムアナライザ:アジレント・テクノロジー(株)社製、E4408B。
(Ultrasonic vibration supply system)
- Ultrasonic transducer 11: manufactured by Hielscher, 20kHz transducer - Connection part 16 (booster): Material <Ti>, 1/2 wavelength type, length 126 mm
・Tip part 17: Material <Super Sialon>, 2 wavelength type, length 500mm
・Ultrasonic power supply device D1: Manufactured by Hielscher, 20kHz, 2kW power supply (ultrasonic vibration measurement system)
・Waveguide rod 51: Material <SUS430>, φ6mm x 300mm
・AE sensor 52: AE-900M manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
・
Amplifier: AE9922 manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.
Spectrum analyzer: E4408B manufactured by Agilent Technologies.
前記実施例1における表1および表2に示した鋼板A~Fについて、前記実施例1における表3に示した溶融Al系めっき浴を用いて、各種の条件にて連続式溶融めっきを行った。 Steel plates A to F shown in Tables 1 and 2 in Example 1 were subjected to continuous hot-dip plating under various conditions using the hot-dip Al plating baths shown in Table 3 in Example 1. .
スナウト中の雰囲気を大気雰囲気、窒素雰囲気、3%水素-窒素雰囲気、または30%水素-窒素雰囲気に変化させた。また、スナウトの前段における加熱処理を行う場合、スナウトの前段において、鋼帯に対して、大気雰囲気、窒素雰囲気、3%水素-窒素雰囲気、または30%水素-窒素雰囲気にて加熱処理を行った。 The atmosphere in the snout was changed to an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, a 3% hydrogen-nitrogen atmosphere, or a 30% hydrogen-nitrogen atmosphere. In addition, when heat treatment is performed before the snout, the steel strip is heat treated in an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, a 3% hydrogen-nitrogen atmosphere, or a 30% hydrogen-nitrogen atmosphere. .
超音波ホーン10Bを用いて溶融Al系めっき浴中へ振動を付与する場合、距離L3は0mmとし、基本周波数は20kHzとした。溶融Al系めっき浴中の鋼帯の通板速度は、スナウトの前段における加熱処理有りの例では20m/minとし、加熱処理無しの例では3m/minとした。
When applying vibration to the molten Al-based plating bath using the
また、比較例として、溶融Al系めっき浴中へ振動を付与することなく、溶融めっき設備90Aを用いて鋼帯2Aに連続式溶融めっきを施した。試験の結果をまとめ、表6および表7に示す。表6が、スナウトの前段における加熱処理なしの場合についての結果であり、表7が加熱処理ありの場合についての結果である。
Further, as a comparative example, continuous hot-dip plating was applied to the
表6のNo.50~81および表7のNo.90~113に示すように、溶融Al系めっき浴中において本発明の範囲内の音響スペクトルが計測されるような条件にて溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ、連続めっき設備を用いて鋼帯に溶融めっきを施した場合、以下のような結果であった。すなわち、大気雰囲気または非酸化性雰囲気にて鋼帯を加熱したか否かに関わらず、また、スナウト中の雰囲気(めっき浴雰囲気)に関わらず、鋼帯のめっき濡れ性およびめっき密着性が向上した。具体的には、めっき品の不めっき率は0%であり、かつ、めっき品に対してめっき密着性試験を行った結果のめっき剥離率が0%であった。 No. of Table 6 Nos. 50 to 81 and Table 7. As shown in 90 to 113, continuous plating equipment was used while applying vibration to the molten Al plating bath under conditions such that an acoustic spectrum within the range of the present invention was measured in the molten Al plating bath. When hot-dip plating was applied to a steel strip, the following results were obtained. In other words, the plating wettability and plating adhesion of the steel strip are improved regardless of whether the steel strip is heated in an air atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, and regardless of the atmosphere in the snout (plating bath atmosphere). did. Specifically, the non-plating rate of the plated product was 0%, and the plating peeling rate as a result of conducting a plating adhesion test on the plated product was 0%.
これに対して、表6のNo.82~89および表7のNo.114~122に示すように、溶融めっき浴中に振動を付与することなく、連続めっき設備を用いて鋼帯に溶融めっきを行った場合、以下のような結果であった。すなわち、大気雰囲気または非酸化性雰囲気にて鋼帯を加熱したか否かに関わらず、また、スナウト中の雰囲気(めっき浴雰囲気)に関わらず、めっき品にめっき層が十分に形成されなかった。具体的には、めっき品の不めっき率は80%以上であり、めっき密着性について試験不可であった。 On the other hand, No. in Table 6. 82 to 89 and No. 89 in Table 7. As shown in Nos. 114 to 122, when hot-dip plating was performed on a steel strip using continuous plating equipment without applying vibration to the hot-dip plating bath, the following results were obtained. In other words, regardless of whether the steel strip was heated in an atmospheric atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, and regardless of the atmosphere in the snout (plating bath atmosphere), a sufficient coating layer was not formed on the plated product. . Specifically, the unplated rate of the plated product was 80% or more, and the plating adhesion could not be tested.
〔附記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional notes]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. are also included within the technical scope of the present invention.
2 鋼板(金属材料)
2A 鋼帯(金属材料)
20 溶融Al系めっき浴
2 Steel plate (metal material)
2A Steel strip (metal material)
20 Molten Al plating bath
Claims (2)
上記溶融金属に上記金属材料が接触している間に上記溶融Al系めっき浴中に振動を付与しつつ上記金属材料に上記溶融金属を被覆させるめっき工程を含み、
上記溶融Al系めっき浴に付与する上記振動の周波数を基本周波数として、
上記めっき工程では、上記溶融Al系めっき浴中にて測定される音響スペクトルが下記式(1)の関係を満たすように、上記振動を付与し、
上記振動は、(i)振動発生装置に固定された上記金属材料を上記溶融Al系めっき浴中にて振動させることにより上記溶融Al系めっき浴中に付与されるか、または、(ii)上記振動発生装置の先端に取り付けられた振動板もしくは上記振動発生装置の先端部を上記溶融Al系めっき浴中にて振動させることにより上記溶融Al系めっき浴中に付与され、
上記振動が上記振動板または上記先端部によって上記溶融Al系めっき浴中に付与される場合、上記振動板または上記先端部の振動面と上記金属材料との間の距離は、0mm以上50mm以下である、溶融めっき方法。
0.2<(IB-NB)/(IA-NA)≦0.91 ・・・(1)
(ここで、
IA:測定周波数帯域全体における音圧の平均値
IB:(i)上記基本周波数における音圧のピークと2倍音周波数における音圧のピークとの間、並びに、(ii)複数の倍音周波数における音圧のピークのうち隣り合うピーク間、の特定周波数帯域における音圧の平均値
NA:上記測定周波数帯域全体における、上記振動を付与していない場合の音圧の平均値
NB:上記IBに関して規定される上記特定周波数帯域における、上記振動を付与していない場合の音圧の平均値
である)
(ただし、IA,IB,NA,NBは、上記溶融Al系めっき浴内に浸漬された導波棒によって測定され、上記導波棒の先端と上記金属材料の表面との距離をL1としたときに、L1を10mmとした場合の値である) A hot-dip plating method in which a metal material is introduced into a molten Al-based plating bath containing aluminum as a main component, and the metal material is coated with a molten Al-based molten metal, the method comprising:
A plating step of coating the metal material with the molten metal while applying vibration to the molten Al-based plating bath while the metal material is in contact with the molten metal,
The frequency of the vibration applied to the molten Al plating bath is the fundamental frequency,
In the plating step, the vibration is applied so that the acoustic spectrum measured in the molten Al-based plating bath satisfies the following formula (1) ,
The vibration is applied to the molten Al-based plating bath by (i) vibrating the metal material fixed to the vibration generator in the molten Al-based plating bath, or (ii) the above-mentioned applied to the molten Al plating bath by vibrating a diaphragm attached to the tip of the vibration generator or the tip of the vibration generator in the molten Al plating bath;
When the vibration is applied to the molten Al plating bath by the diaphragm or the tip, the distance between the vibration surface of the diaphragm or the tip and the metal material is 0 mm or more and 50 mm or less. There is a hot-dip plating method.
0.2< (IB-NB)/(IA-NA) ≦0.91 ...(1)
(here,
IA: Average value of sound pressure in the entire measurement frequency band IB: (i) Between the sound pressure peak at the fundamental frequency and the sound pressure peak at the second harmonic frequency, and (ii) Sound pressure at multiple harmonic frequencies Average value of the sound pressure in a specific frequency band between adjacent peaks of . NA: Average value of the sound pressure in the entire measurement frequency band when the vibration is not applied. NB: Specified with respect to IB above. This is the average value of the sound pressure in the specific frequency band above when the above vibration is not applied)
(However, IA, IB, NA, and NB are measured by a waveguide rod immersed in the molten Al plating bath, and the distance between the tip of the waveguide rod and the surface of the metal material is L1. This is the value when L1 is 10 mm)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020016540A JP7421082B2 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Hot-dip plating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020016540A JP7421082B2 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Hot-dip plating method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021123739A JP2021123739A (en) | 2021-08-30 |
| JP7421082B2 true JP7421082B2 (en) | 2024-01-24 |
Family
ID=77458326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020016540A Active JP7421082B2 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Hot-dip plating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7421082B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51149831A (en) * | 1975-06-18 | 1976-12-23 | Kobe Steel Ltd | Method of plating steel strip with aluminum |
| JPS5322126A (en) * | 1976-08-12 | 1978-03-01 | Nippon Steel Corp | Molten metal plating method |
| JPH02282456A (en) * | 1989-04-21 | 1990-11-20 | Nisshin Steel Co Ltd | Continuous hot dipping method for metal strip by ultrasonic irradiation |
-
2020
- 2020-02-03 JP JP2020016540A patent/JP7421082B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021123739A (en) | 2021-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Electrochemical corrosion behavior of 5083 aluminum alloy subjected to laser shock peening | |
| JP2011006785A (en) | HOT-DIP Al-Zn-PLATED STEEL SHEET | |
| JP2012126994A (en) | Al-Zn-BASED HOT-DIP PLATED STEEL SHEET | |
| JPWO2008099457A1 (en) | Process line control device and control method thereof | |
| Madhavi et al. | Corrosion-fatigue behavior of micro-arc oxidation coated 6061-T6 Al alloy | |
| JP6841348B2 (en) | Hot-dip galvanizing method | |
| JP7421082B2 (en) | Hot-dip plating method | |
| JP3506224B2 (en) | Manufacturing method of hot-dip metal plated metal strip | |
| JP7737027B2 (en) | Grain-oriented electrical steel sheet and its manufacturing method | |
| Liu et al. | Enhanced corrosion performance of S136 steel after nanosecond pulsed laser polishing | |
| JPH02217489A (en) | Manufacture of galvannealing-treated steel strip and steel strip having zinc-iron alloy coating | |
| EP3907304B1 (en) | High-strength hot-dip galvanized steel sheet and method for producing same | |
| CN115812106B (en) | Dehydrogenation device, steel plate manufacturing system, and steel plate manufacturing method | |
| CN113025935A (en) | Hot-dip galvanized aluminum-magnesium alloy coated steel wire for bridge cable and preparation method thereof | |
| JP3498430B2 (en) | Manufacturing equipment for hot-dip coated steel sheets | |
| JP7234739B2 (en) | Manufacturing method for high-strength hot-dip plated steel strip | |
| CN115103925B (en) | Roll surface condition determination assisting device, roll surface impurity removal device, and roll surface impurity removal method | |
| Chakraborty et al. | Influence of cathodic polarity during electrocleaning process on the brown stain defect formation after skin pass on cold‐rolled close annealed steel | |
| JP5644059B2 (en) | Alloyed hot-dip galvanized steel sheet and method for producing the same | |
| JPH02282456A (en) | Continuous hot dipping method for metal strip by ultrasonic irradiation | |
| Peyre et al. | Laser shock processing of materials: characterization and application of the process | |
| CN110049813A (en) | Improve liquid metal to the method for the wetting on the surface of solid substrate | |
| RU2771904C1 (en) | Method for cleaning the surface of cold-rolled anisotropic electrical steel before coating | |
| Salman et al. | Image processing evaluation of LSP effect on the corrosion rate for the 304 alloy | |
| KR20080100162A (en) | Control device of process line and its control method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20200901 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221006 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230719 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230808 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231005 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231212 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231225 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7421082 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |