JP2013044028A - 連続溶融金属めっき処理方法及び連続溶融金属めっき処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプラッシュによる欠陥を発生させない美麗な薄めっき鋼板の製造を可能とする連続溶融金属めっき処理方法及び連続溶融金属めっき処理装置を提供する。
【解決手段】非酸化性雰囲気において、溶融金属の浴に一部浸漬し回転するロール（Ａ）により、該ロール（Ａ）との接触部において該ロール（Ａ）と同方向に回転するロール（Ｂ）へ、溶融金属を供給する。次いで、連続的に走行する鋼板との接触部において該鋼板と同方向に回転する前記ロール（Ｂ）により、溶融金属を前記鋼板表面に供給し、めっき処理する。次いで、めっき処理後、ノズルにより、前記鋼板表面に、溶融金属の融点より高い温度のガスを噴射する。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋼板に連続して溶融金属めっき処理する連続溶融金属めっき処理方法及び連続溶融金属めっき処理装置に関するものである。

従来、鋼板に連続的に亜鉛めっきを施し、付着量を制御するためには、ガスワイピング法が行われている。即ち、図２に示すように、めっき槽３に保持された溶融金属４中に鋼板１を連続的に供給し、シンクロール５を介して鋼板を連続的に上方に引上げ、ガスワイピングノズル６により、めっき厚みを制御する。

ガスワイピング法では、ガスワイピングノズル６から加熱された気体又は常温の気体を吐出させ、鋼板１の表面に吹付けることにより、該鋼板１の表面に付着して引き上げられてくる溶融金属４をワイピングし、所要の付着量に制御している。このガスワイピング法は現在幅広く用いられている方法である。

しかしながら、上記ガスワイピング法で少ない付着量を得ようとする場合、ワイピングノズルのガス衝突圧力を上げるとガス風量増加によりスプラッッシュと呼ばれる溶融金属の飛散が起こり、それが鋼板表面に再付着することで外観欠陥となる。また風量を上げると亜鉛が空気を巻き込み浴表面に塊（ドロス）となって溜まる。これが鋼板に付着し表面欠陥となる。また、鋼板の反りや振動があるため、ノズルと鋼板間の距離を近づけることが困難である。そのため、ガス衝突圧力を上げた場合でも、現状の溶融亜鉛鍍金鋼板の付着量下限の限界は３０ｇ／ｍ^２程度である。

上記課題を解決する手段として、特許文献１には、バーナー排ガスにより鋼板温度を上げワイピングする方法が開示されている。また、特許文献２には電磁力を用いた方法が開示されている。

特開2009-263698号公報 特開平7-316768号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、排ガスを用いても結局はガス衝突圧力によるワイピングであり、スプラッシュが問題となる。
また、特許文献２のロールを用いた手法でも、最終ワイピングはガス衝突圧力によるもので、少ない付着量を得ようとした場合スプラッシュの発生は避けられない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、スプラッシュによる欠陥を発生させない美麗な薄めっき鋼板の製造を可能とする連続溶融金属めっき処理方法及び連続溶融金属めっき処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために研究を行った結果、溶融金属をロール塗布により鋼板にめっきし、次いで、鋼板表面に溶融金属の融点より高い温度のガスを噴射することにより、表面美麗な薄めっき鋼板が製造できることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］非酸化性雰囲気において、溶融金属の浴に一部浸漬し回転するロール（Ａ）により、該ロール（Ａ）との接触部において該ロール（Ａ）と同方向に回転するロール（Ｂ）へ、溶融金属を供給し、連続的に走行する鋼板との接触部において該鋼板と同方向に回転する前記ロール（Ｂ）により、溶融金属を前記鋼板表面に供給し、めっき処理し、めっき処理後、ノズルにより、前記鋼板表面に、浴温Ｔ_ｚ、溶融金属の融点Ｔ_ｍとした場合にＴ_ｍ−２（Ｔ_ｚ−Ｔ_ｍ）より高い温度のガスを噴射することを特徴とする連続溶融金属めっき処理方法。
［２］前記ロール（Ｂ）の回転速度は、前記鋼板の走行速度の９５％以上１０５％以内であり、前記ロール（Ｂ）のロール径は１５０ｍｍ以下であることを特徴とする前記［１］に記載の連続溶融金属めっき処理方法。
［３］前記ロール（Ａ）の表面に溝加工を施すことを特徴とする前記［１］または［２］に記載の連続溶融金属めっき処理方法。
［４］溶融金属が供給されているめっき槽と、該めっき槽内の溶融金属浴に一部浸漬し、ロール（Ｂ）との接触部においてロール（Ｂ）へ溶融金属を供給するロール（Ａ）と該ロール（Ａ）との接触部において前記ロール（Ａ）と同方向に回転し、かつ、連続的に走行する鋼板との接触部において該鋼板と同方向に回転し溶融金属を前記鋼板表面に供給するロール（Ｂ）と、めっき処理後の前記鋼板にガスを噴射するためのノズルと、前記めっき槽と前記ロール（Ａ）と前記ロール（Ｂ）と前記ノズルを内部に収納し、鋼板が出入りするための入り口と出口を有し、内部を非酸化性雰囲気とするためのチャンバーと、前記ノズル内に設けられ、溶融金属の融点より高い温度のガスを前記鋼板に噴射する噴出し口を有することを特徴とする連続溶融金属めっき処理装置。

本発明によれば、スプラッシュによる欠陥を発生させない美麗な薄めっき鋼板が得られる。
ロールによるめっき後に、鋼板面にノズルにより溶融金属融点より高い温度でガス噴流を行うことで、冷却による亜鉛の粘度低下、凝固を抑制し、溶融金属めっき表面の平滑化（レベリング）を行うことが可能となる。その結果、従来のガスワイピング法に比べ美麗な薄めっき鋼板の製造が可能となる。

本発明の一実施形態に係る連続溶融金属めっき処理装置の側面図である。 従来のガスワイピング法による付着量制御装置の側面図である。 本発明の他の実施形態に係る連続溶融金属めっき処理装置の側面図である。 本発明の他の実施形態に係る連続溶融金属めっき処理装置の側面図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の連続溶融金属めっき処理装置の一実施形態を示す。図１において、１は鋼板、３はめっき槽、４は溶融金属、７はピックアップロール、８はアプリケーターロール、９はガスノズル、１２はシール装置、１３はシールチャンバーである。図1によれば、鋼板１は、非酸化性ガスが導入された非酸化性雰囲気中を連続的に走行し、アプリケーターロール８により、めっき槽３からピックアップロール７により汲み上げられた溶融金属４がめっきされる。その後、アプリケーターロール８上方に設置されたガスノズル９により溶融金属を平滑に均すためガス噴射が行われる。また、溶融金属表面の酸化を抑えるため、内部は非酸化性雰囲気とし、例えば、シール装置１２、シールチャンバー１３を設置し、内部の酸素濃度を０．１体積％以内に抑えることが好ましい。なお、ここでの非酸化性雰囲気とは、酸素濃度が１体積％以下である。

ここで、ガスノズル９から噴射するガスは、浴温Ｔ_ｚ、溶融金属４の融点Ｔ_ｍとした場合にＴ_ｍ−２（Ｔ_ｚ−Ｔ_ｍ）より高い温度とする。これは本発明において重要な要件である。ガスノズル９の役割は、鋼板にめっきされた溶融金属上のスジムラを均すことにある。スジムラはロール回転運動によりロール上で発生し、鋼板に転写される。これに対して、Ｔ_ｍ−２（Ｔ_ｚ−Ｔ_ｍ）より高い温度のガスを鋼板１に噴射することにより、溶融金属の急激な冷却による流動性低下を抑制し、溶融金属の凹凸を平滑に均すことができる。ノズル噴出し口のガス温度がＴ_ｍ−２（Ｔ_ｚ−Ｔ_ｍ）未満の場合、十分な均し効果が得られず鋼板表面にスジムラが残存してしまう。

ガスノズル９の形状は、鋼板幅方向に均一な吹付けが行えるスリットノズルが好ましい。ガスノズル９から噴射するガス量は、ガス加熱コストの観点から少ないほうが好ましい。ガスノズル９がスリットノズルの場合、鋼板１との距離は３ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。またスリットギャップは０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましい。スリットノズル内の圧力は２０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下が好ましい。スリットノズルと鋼板１間の距離が２０ｍｍ超え、またはスリットギャップが０．５ｍｍ未満、またはスリットノズル内の圧力が２０ｋＰａ未満だと溶融金属表面の均し効果が十分に得られない場合がある。一方、スリットノズルと鋼板１間の距離が３ｍｍ未満、またはスリットギャップが４ｍｍ超え、またはスリットノズル内の圧力が２００ｋＰａ超えだと溶融金属の飛散量が増大し、飛散した溶融金属が鋼板に再付着するスプラッシュ欠陥が発生してしまう場合がある。更に好ましくはスリットノズルと鋼板１の距離は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、スリットギャップは０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下、スリットノズル内の圧力は３０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下である。またガスノズル９のガス噴射位置は、鋼板温度が低下する前が好ましくアプリケーターロール８によるめっき後、１０００ｍｍ以内が好ましい。また、均し効果を高めるためガスノズル９を多段に設置してもよい。

ガスノズル９から噴射するガスの種類は、窒素等の非酸化性ガスとすることが好ましい。雰囲気を非酸化性とすることでめっきの密着性が向上し、酸化皮膜の発生を防ぎ、更なる美麗な薄めっきが可能となる。

各ロールの回転方向は、接触部において同一方向に回転する正回転とする。すなわち、ピックアップロール７（ロール（Ａ））とアプリケーターロール８（ロール（Ｂ））は接触部において同方向に回転する。また、アプリケーターロール８（ロール（Ｂ））は、連続的に走行する鋼板と、接触部において同方向に回転する。接触部において逆回転する方式の場合、ロール及び鋼板との接触と摩擦により擦り傷が発生し外観に影響してしまう。正回転とすることで擦り傷によるロールや鋼板の損傷を抑制し、ロールを高寿命化させることが可能となる。ピックアップロール７（ロール（Ａ））やアプリケーターロール８（ロール（Ｂ））は溶融金属による腐食や熱に耐えられるＳＵＳやセラミック、ステライト合金等の剛体ロールが好ましい。

また鋼板に溶融金属を供給するアプリケーターロール８（ロール（Ｂ））の回転速度は、鋼板の走行速度に対して、９５％以上１０５％以内が好ましい。１０５％よりロール回転速度が速い、または９５％未満の場合、鋼板との摩擦が増大し擦り傷によるめっき外観欠陥となる場合がある。さらに好ましくは９９％以上１０１％以下である。
アプリケーターロール８（ロール（Ｂ））のロール径は、１５０ｍｍ以下が好ましい。鋼板との接触部において同一方向つまり正回転で回転させ、溶融金属を供給する場合、ロール周方向に発生するスジ模様が発生しやすくなる。ロール径を小さくすることで鋼板との接触長を短くし、接触部に溜まる溶融金属メニスカスの曲率半径を小さくし、メニスカスの振動周波数を高めることが可能となる。その結果、スジムラのピッチを細かくできる。スジムラのピッチが細かいほうがガス噴射による均し効果が得られやすい。アプリケーターロール８（ロール（Ｂ））のロール径が１５０ｍｍ超えでは、スジムラのピッチは粗大となり、ガス噴射による均し効果が得られにくくなる場合がある。更に好ましくは、溶融金属をアプリケーターロール８（ロール（Ｂ））に供給するピックアップロール７（ロール（Ａ））のロール径も１５０ｍｍ以下とすることが好ましい。ピックアップロール７（ロール（Ａ））を小径化することで更にスジムラピッチは微細化し、ガス噴射による均し効果を高めることができる。

ピックアップロール７（ロール（Ａ））は、表面に溝加工を施すことが好ましい。溝加工したロールを用いることで、ロール間で一定の溶融金属を計量しアプリケーターロールへ供給できるため目標のめっき付着量が得られやすくなる。溝加工がない場合には、ロール偏芯影響を受けやすいため、付着量変動が発生しやすい。溝形状は、回転する際に摩擦が低減できる周方向に線または斜線で彫刻することが好ましい。また溝の容積は３ｃｍ^３／ｍ^２以上となるよう彫刻することが好ましい。それより溝容積が小さいと摩擦が増大し擦れが発生しやすくなる。

ピックアップロール７（ロール（Ａ））やアプリケーターロール８（ロール（Ｂ））の表面温度は、溶融金属融点以上とすることが好ましい。加熱方法は、特に限定しない。雰囲気加熱や誘導加熱、流体循環等、ロール表面を加熱できる方法を用いることができる。ロール表面が溶融金属融点未満になると、ロール上の溶融金属は薄いため瞬時に凝固し、鋼板にめっきされなくなる場合がある。

なお、図１では、縦型両面めっきタイプの連続溶融金属めっき処理装置となっているが、横型で片面ずつめっきするタイプの連続溶融金属めっき処理装置にも本発明の連続溶融金属めっき処理方法は適用できる。両面同時にめっきする場合は、鋼板張力によりロール押し付け力を調整できるようめっきする位置をずらすことが好ましい。

次に、更に好ましい他の実施形態を、図３、図４に示す。図３、図４は、付着量の制御性をより向上させるため、ピックアップロール横にロール１０（図３）もしくはブレード１１（図４）が設置してある。ロール１０の回転速度、もしくはロール１０、ブレード１１の粗さや溝等の形状を変更することで付着量を更に幅広く精度良く調整することができる。
以上により、従来は、溶融亜鉛めっき処理において、３０ｇ／ｍ^２以下の薄メッキ製造は困難であったのに対し、本発明では１０〜２５ｇ／ｍ^２レベルの薄めっき鋼板を製造することが可能となる。

本発明を以下の実施例及び比較例により詳細に説明する。
板厚０．４５ｍｍ、板幅２００ｍｍの鋼板のコイルに対して、図１に示す連続溶融金属めっき処理装置を用いて、溶融亜鉛めっき処理を行い、めっきの付着量および外観の評価を行った。アプリケーターロール８及びピックアップロール７には、セラミック溶射を施した金属ロールを用いた。ピックアップロール７のロール径は２００ｍｍである。また、アプリケーターロール８及びピックアップロール７は、表面温度をコントロールできるよう内部より誘導加熱を行うジャケットロールを使用し、表面温度が溶融亜鉛浴同等となるよう調整した。ガスノズル９としては、スリットノズルを用い、噴射ガスは窒素を使用した。窒素は電気ヒーターにより所定の温度まで加熱した。めっき部の鋼板温度は、溶融亜鉛浴同等とした。また、ガス温度は鋼板エッジより外側でガスノズルが開口している位置でＫ熱電対により測定を行った。めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定し平均を算出した。なお、溶融金属の融点は約４２０℃である。

比較例として、ガスノズル９（スリットノズル）がない場合とガスノズル９（スリットノズル）により噴射するガスの温度が溶融金属の融点より低い場合を実施した。

また、従来法として、図２に示した装置を用いてガスワイピング法による溶融亜鉛めっき処理を行った。ワイピングノズルのスリット幅は１ｍｍ、ノズル−鋼板間距離は７ｍｍ、ノズル内圧力は８０ｋＰａとした。

なお、外観の評価は、以下の通りである。
擦れ欠陥
擦れ欠陥については、鋼板外観を十分に明るい蛍光灯の下で目視確認し判定を行った。製品として問題にならない軽微な擦れについては「微少」とした。
スプラッシュ欠陥
スプラッシュ欠陥については、鋼板エッジから２００ｍｍの位置に設置した１００×１００ｍｍの捕集容器に付着したスプラッシュ量により評価した。スプラッシュ量が０ｇ/分のものに関しては「なし」、スプラッシュ量が製品として問題にならない１０ｇ/分以下のものに関しては「微少」とし、３０ｇ/分以上のものを「多」とした。
スジ欠陥
スジ欠陥についても、鋼板外観を十分に明るい蛍光灯の下で目視確認し判定を行った。製品として問題にならないほど軽微なスジについては「微少」とした。欠陥として認められる僅かなスジが一部に発生する場合は「少」、鋼板全面に発生する場合は「中」、鋼板全面に顕著なスジ模様が見られるものに関して「多」とした。
得られた結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明例では、従来の亜鉛めっき付着量を大きく下回る薄めっき処理を行うことができる。また、外観不良もない。
一方、スリットノズルがない比較例、ガス温度が範囲を外れた比較例では、溶融金属のスジムラに対して均し効果が小さく外観不良となった。
従来法では、溶融金属のスプラッシュ欠陥が発生し、亜鉛付着量は削減できなかった。

また表１の条件２において、ピックアップロールに溝加工がない場合とある場合を比較した。結果を表２に示す。溝加工は深さ６５μｍで溝容積が３０ｃｍ^３／ｍ^２でロール周方向に対して斜め４５°の斜線彫刻ロールを用いた。付着量１５ｇ／ｍ^２目標でめっきを行い、塗り始め１００ｍ地点から鋼板長手方向５０ｍ刻みで付着量測定を実施した。

表2より、溝加工がない場合は、付着量の標準偏差が大きく、溝加工がある場合は偏差を小さく抑えることができた。

なお、実施例では、溶融金属として、Ａｌを質量％で０．２％添加した亜鉛−アルミ合金を用いているが、本発明ではこれに限定されず種々の溶融金属に適用できる。

１ 鋼板
２ スナウト
３ めっき槽
４ 溶融金属
５ シンクロール
６ ガスワイピングノズル
７ ピックアップロール
８ アプリケーターロール
９ ガスノズル
１０ ロール
１１ ブレード
１２ シール装置
１３ シールチャンバー

Claims (4)

1. 非酸化性雰囲気において、溶融金属の浴に一部浸漬し回転するロール（Ａ）により、該ロール（Ａ）との接触部において該ロール（Ａ）と同方向に回転するロール（Ｂ）へ、溶融金属を供給し、
   連続的に走行する鋼板との接触部において該鋼板と同方向に回転する前記ロール（Ｂ）により、溶融金属を前記鋼板表面に供給し、めっき処理し、
   めっき処理後、ノズルにより、前記鋼板表面に、浴温Ｔ_ｚ、溶融金属の融点Ｔ_ｍとした場合にＴ_ｍ−２（Ｔ_ｚ−Ｔ_ｍ）より高い温度のガスを噴射することを特徴とする連続溶融金属めっき処理方法。
2. 前記ロール（Ｂ）の回転速度は、前記鋼板の走行速度の９５％以上１０５％以内であり、前記ロール（Ｂ）のロール径は１５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の連続溶融金属めっき処理方法。
3. 前記ロール（Ａ）の表面に溝加工を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の連続溶融金属めっき処理方法。
4. 溶融金属が供給されているめっき槽と、
   該めっき槽内の溶融金属浴に一部浸漬し、ロール（Ｂ）との接触部においてロール（Ｂ）へ溶融金属を供給するロール（Ａ）と
   該ロール（Ａ）との接触部において前記ロール（Ａ）と同方向に回転し、かつ、連続的に走行する鋼板との接触部において該鋼板と同方向に回転し溶融金属を前記鋼板表面に供給するロール（Ｂ）と、
   めっき処理後の前記鋼板にガスを噴射するためのノズルと、
   前記めっき槽と前記ロール（Ａ）と前記ロール（Ｂ）と前記ノズルを内部に収納し、鋼板が出入りするための入り口と出口を有し、内部を非酸化性雰囲気とするためのチャンバーと、
   前記ノズル内に設けられ、溶融金属の融点より高い温度のガスを前記鋼板に噴射する噴出し口を有することを特徴とする連続溶融金属めっき処理装置。

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