JP6455544B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱帯、均熱帯及び冷却帯がこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯の下流に位置する溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。

近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与する高張力鋼板（ハイテン鋼板）の需要が高まっている。ハイテン鋼板としては、例えば、鋼中にSiを含有することにより穴広げ性の良好な鋼板や、SiやAlを含有することにより残留γが形成しやすく延性の良好な鋼板が製造できることがわかっている。

しかし、Siを多量に（特に0.2質量％以上）含有する高張力鋼板を母材として合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、以下の問題がある。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中で600〜900℃程度の温度で母材の鋼板を加熱焼鈍した後に、該鋼板に溶融亜鉛めっき処理を行い、さらに亜鉛めっきを加熱合金化することによって、製造される。

ここで、鋼中のSiは易酸化性元素であり、一般的に用いられる還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中でも選択酸化されて、鋼板の表面に濃化し、酸化物を形成する。この酸化物は、めっき処理時の溶融亜鉛との濡れ性を低下させて、不めっきを生じさせる。そのため、鋼中Si濃度の増加と共に、濡れ性が急激に低下して不めっきが多発する。また、不めっきに至らなかった場合でも、めっき密着性に劣るという問題がある。さらに、鋼中のSiが選択酸化されて鋼板の表面に濃化すると、溶融亜鉛めっき後の合金化過程において著しい合金化遅延が生じ、生産性を著しく阻害するという問題もある。

このような問題に対して、例えば、特許文献１には、直火型加熱炉（ＤＦＦ）を用いて、鋼板の表面を一旦酸化させた後、還元雰囲気下で鋼板を焼鈍することで、Siを内部酸化させ、鋼板の表面にSiが濃化するのを抑制し、溶融亜鉛めっきの濡れ性および密着性を向上させる方法が記載されている。加熱後の還元焼鈍については常法（露点-30〜-40℃）でよいと記載されている。

特許文献２には、順に加熱帯前段、加熱帯後段、保熱帯及び冷却帯を有する焼鈍炉と溶融めっき浴とを用いた連続焼鈍溶融めっき方法において、鋼板温度が少なくとも300℃以上の領域の鋼板の加熱または保熱を間接加熱とし、各帯の炉内雰囲気を水素1〜10体積％、残部が窒素及び不可避的不純物よりなる雰囲気とし、前記加熱帯前段で加熱中の鋼板到達温度を550℃以上750℃以下とし、かつ、露点を-25℃未満とし、これに続く前記加熱帯後段及び前記保熱帯の露点を-30℃以上0℃以下とし、前記冷却帯の露点を-25℃未満とする条件で焼鈍を行うことにより、Siを内部酸化させ、鋼板の表面にSiが濃化するのを抑制する技術が記載されている。また、加熱帯後段及び／又は保熱帯に、窒素と水素の混合ガスを加湿して導入することも記載されている。

特許文献３には、連続焼鈍炉において、炉内の雰囲気ガス流れを一定状態に保ち、炉内露点を安定化させることを目的として、雰囲気仕切りで区画された連続焼鈍炉における炉内雰囲気流れを制御するにあたり、雰囲気条件の異なる帯域の間に相隣接する帯域からのガスが流入する排気口付緩衝帯を設け、この緩衝帯の上流にある帯域に排気口を設けた連続焼鈍炉において、上記緩衝帯の上流側にある帯域のＣＯ濃度を検出し、目標のＣＯ濃度となるように、前記帯域及び、又は緩衝帯の排気口の開度を制御する方法が記載されている。

特許文献４には、Siを0.8〜3.5質量％含有する素地鋼板を、炭化水素ガスおよび一酸化炭素ガスよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する還元性雰囲気で焼鈍することによって、素地鋼板の表層の脱炭層の厚みを0.5μｍ以下とすることでSiの表面酸化を防止する技術が記載されている。

特開２０１０−２０２９５９号公報 国際公開第２００７／０４３２７３号公報 特開平８−６０２５４号公報 特開２０１６−１１７９２１号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、還元後のめっき密着性は良好であるものの、Siの内部酸化量が不足しやすく、鋼中のSiの影響で合金化温度が通常よりも30〜50℃高温になってしまい、その結果鋼板の引張強度が低下する問題があった。十分な内部酸化量を確保するために酸化量を増加させると、焼鈍炉内のロールに酸化スケールが付着し鋼板に押し疵、いわゆるピックアップ欠陥が発生する。このため、酸化量を単に増加させる手段は取れない。

特許文献２に記載の方法では、加熱帯前段、加熱帯後段、保熱帯の加熱・保温を間接加熱としているため、特許文献１の直火加熱の場合のような鋼板表面の酸化が起こりにくく、特許文献１と比較してもSiの内部酸化が不十分であり、合金化温度が高くなるという問題がより顕著である。更に、外気温変動や鋼板の種類によって炉内に持ち込まれる水分量が変化することに加え、混合ガス露点も外気温変動によって変動しやすく、安定して最適露点範囲に制御することが困難であった。このように露点変動が大きいことで、上記露点範囲や温度範囲であっても、不めっき等の表面欠陥が発生し、安定した製品を製造するのは困難であった。

特許文献３に記載の方法は、電磁鋼板用の横型の加熱炉であるため、溶融亜鉛めっき鋼板用の縦型焼鈍炉には適用することはできない。そもそも特許文献３では、ＣＯ濃度を一定に制御することを指向しているが、連続溶融亜鉛めっき鋼板では、通板する鋼板のサイズや含有炭素量が適時変更される。また、通板速度も、板厚・板幅に応じて変更される。そのため、脱炭によるＣＯガス発生量も大きく変化する。したがって、ＣＯガス濃度を一定に保つことは意味をなさない。溶融亜鉛めっき鋼板の場合、めっき前鋼板の表層の脱炭が過度に進むと軟質なフェライト層が形成するため、引張強度が低下する。Siの内部酸化を形成して合金化温度を低減する上では、均熱帯露点を０℃程度まで上昇させること有効だが、同じ露点でも過度に脱炭層が形成されると、所望の機械特性が得られないという問題があった。

特許文献４に記載の方法では、炭化水素ガスおよび一酸化炭素ガスよりなる焼鈍雰囲気で脱炭を防止するとしているが、操業上不可避的に混入するわずかな水分（〜200ppm程度）でも脱炭が発生してしまい実現不可能であるとともに、脱炭量の具体的な監視方法が示されていないため実操業に反映することができないという問題があった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、Si含有量が0.2質量％以上の鋼板に溶融亜鉛めっきを施した場合でも、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができ、かつ、引張強度を劣化させることもない溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討したところ、Si含有量が0.2質量％以上の鋼板を通板する場合には、均熱帯内に乾燥ガスに加えて加湿ガスを供給して露点を上げることによって、Siの内部酸化が促進され、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができるが、それだけでは不十分であり、均熱帯内での鋼板表層部の脱炭の程度を常時モニターして、その結果に基づいて、均熱帯への加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方（すなわち、均熱帯への水分供給量）を制御して、脱炭が過度に進まないようにすることで、引張強度の低下をより確実に抑制できるとの認識に至った。そして、均熱帯内のガスの排出部にＣＯガス濃度計を設けて、ＣＯガス濃度を測定することで、脱炭の程度を随時モニターできることを見出した。

上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯の下流に位置する溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
鋼板を前記焼鈍炉の内部で、前記加熱帯、前記均熱帯及び前記冷却帯の順に搬送して、前記鋼板に対して焼鈍を行う工程と、
前記溶融亜鉛めっき設備を用いて、前記冷却帯から排出される鋼板に溶融亜鉛めっきを施す工程と、
を有し、
前記均熱帯には、還元性又は非酸化性の加湿ガスと、還元性又は非酸化性の乾燥ガスを供給し、
前記均熱帯内ガスの排出部にＣＯガス濃度計を設けてＣＯガス濃度を測定し、
測定したＣＯ濃度から前記鋼板の脱炭層厚みを算出し、
算出した脱炭層厚みが事前に設定した厚さ以下となるように、前記加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方を制御することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

［２］以下の式（１）に基づいて前記脱炭層の厚みを算出する、上記［１］に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Ｄ＝9.53×10^-7×Ｖ・Ｇco／（ＬＳ・Ｗ・Ｃ） ・・・（１）
Ｄ：脱炭層の厚み［μm］
Ｖ：均熱帯に流入するガス量［Nm³/hr］
Ｇco：ＣＯガス濃度［ppm］
ＬＳ：通板速度［m/s］
Ｗ：鋼板の板幅［m］
Ｃ：鋼板の炭素量［質量%］

［３］前記脱炭層の厚みが20μｍ以下となるようにする、上記［１］又は［２］に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

［４］前記連続溶融亜鉛めっき装置は前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備を有し、
前記合金化設備を用いて、前記鋼板に施された亜鉛めっきを加熱合金化する工程をさらに有する、上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、Si含有量が0.2質量％以上の鋼板に溶融亜鉛めっきを施した場合でも、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができ、かつ、引張強度を劣化させることもない。

本発明の一実施形態で用いる連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を示す模式図である。 図１における均熱帯１２への加湿ガス及び乾燥ガスの供給系を示す模式図である。

まず、本発明の一実施形態による溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に用いる連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を、図１を参照して説明する。連続溶融亜鉛めっき装置１００は、加熱帯１０、均熱帯１２及び冷却帯１４，１６がこの順に並置された縦型の焼鈍炉２０と、冷却帯１６の鋼板通板方向下流に位置する溶融亜鉛めっき設備としての溶融亜鉛めっき浴２２と、この溶融亜鉛めっき浴２２の鋼板通板方向下流に位置する合金化設備２３と、を有する。本実施形態において冷却帯は、第１冷却帯１４（急冷帯）及び第２冷却帯１６（除冷帯）を含む。第２冷却帯１６と連結したスナウト１８は、先端が溶融亜鉛めっき浴２２に浸漬しており、焼鈍炉２０と溶融亜鉛めっき浴２２とが接続されている。

鋼板Ｐは、加熱帯１０の下部の鋼板導入口から加熱帯１０内に導入される。各帯１０，１２，１４，１６には、上部及び下部に１つ以上のハースロールが配置される。ハースロールを起点に鋼板Ｐが１８０度折り返される場合、鋼板Ｐは焼鈍炉２０の所定の帯の内部で上下方向に複数回搬送されて、複数パスを形成する。図１においては、加熱帯１０で２パス、均熱帯１２で１０パス、第１冷却帯１４で２パス、第２冷却帯１６で２パスの例を示したが、パス数はこれに限定されず、処理条件に応じて適宜設定可能である。また、一部のハースロールでは、鋼板Ｐを折り返すことなく直角に方向転換させて、鋼板Ｐを次の帯へと移動させる。このようにして、鋼板Ｐを焼鈍炉２０の内部で、加熱帯１０、均熱帯１２及び冷却帯１４，１６の順に搬送して、鋼板Ｐに対して焼鈍を行うことができる。

各帯１０，１２，１４，１６は、いずれも縦型炉であり、その高さは特に限定されないが２０〜４０ｍ程度とすることができる。また、各帯の長さ（図１中の左右方向）は、各帯内でのパス数に応じて適宜決定すればよく、例えば、２パスの加熱帯１０であれば０．８〜２ｍ程度、１０パスの均熱帯１２であれば１０〜２０ｍ程度、２パスの第１冷却帯１４及び第２冷却帯１６であれば、各々０．８〜２ｍ程度とすることができる。

焼鈍炉２０において、隣り合う帯は、それぞれの帯の上部同士または下部同士を接続する連通部を介して連通している。本実施形態では、加熱帯１０と均熱帯１２とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロート（絞り部）を介して連通する。均熱帯１２と第１冷却帯１４とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。第１冷却帯１４と第２冷却帯１６とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。各スロートの高さは適宜設定すればよいが、各帯の雰囲気の独立性を高める観点から、各スロートの高さはなるべく低いことが好ましい。焼鈍炉２０内のガスは、炉の下流から上流に流れ、加熱帯１０の下部の鋼板導入口から排出される。

（加熱帯）
本実施形態において、加熱帯１０ではラジアントチューブ（ＲＴ）又は電気ヒーターを用いて、鋼板Ｐを間接加熱することができる。加熱帯１０の内部の平均温度は700〜900℃とすることが好ましい。加熱帯１０には、均熱帯１２からのガスが流れ込むと同時に、別途還元性ガス又は非酸化性ガスが供給される。還元性ガスとしては、通常Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスが用いられ、例えばＨ₂：1〜20体積％、残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-60℃程度）が挙げられる。また、非酸化性ガスとしては、Ｎ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-60℃程度）が挙げられる。加熱帯１０へのガス供給は、特に限定されないが、加熱帯内に均等に投入されるように、高さ方向２ヶ所以上、長さ方向１ヶ所以上の投入口から供給することが好ましい。加熱帯に供給されるガスの流量は、配管に設けられたガス流量計（図示せず）により測定され、特に限定されないが、10〜100（Nm³/hr）程度とすることができる。

（均熱帯）
本実施形態において均熱帯１２では、加熱手段としてラジアントチューブ（図示せず）を用いて、鋼板Ｐを間接加熱することができる。均熱帯１２の内部の平均温度は700〜1000℃とすることが好ましい。

均熱帯１２には還元性ガス又は非酸化性ガスが供給される。還元性ガスとしては、通常Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスが用いられ、例えばＨ₂：1〜20体積％、残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-60℃程度）が挙げられる。また、非酸化性ガスとしては、Ｎ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-60℃程度）が挙げられる。

本実施形態では、均熱帯１２に供給される還元性ガス又は非酸化性ガスは、加湿ガス及び乾燥ガスの二形態である。ここで、「乾燥ガス」とは、露点が-60℃〜-50℃程度の上記還元性ガス又は非酸化性ガスであって、加湿装置により加湿されていないものである。一方、「加湿ガス」とは、加湿装置により露点が0〜30℃に加湿されたガスである。

ここで、Siを0.2質量％以上含有する成分組成を有する高張力鋼板の製造時には、均熱帯内の露点を上昇させるために、乾燥ガスに加えて、加湿ガスを均熱帯１２に供給する。これに対し、Si含有量が0.2質量％未満の鋼板（例えば引張強度270MPa程度の普通鋼板）の製造時には、鋼板表面の酸化を回避するために、乾燥ガスのみを均熱帯１２に供給し、加湿ガスは供給しない。

図２は、均熱帯１２への加湿ガス及び乾燥ガスの供給系を示す模式図である。加湿ガスは、加湿ガス供給口４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃと、加湿ガス供給口４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、加湿ガス供給口４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃの三系統で供給される。図２において、上記還元性ガス又は非酸化性ガス（乾燥ガス）は、ガス分配装置２４によって、一部は加湿装置２６へと送られ、残部は乾燥ガスのまま乾燥ガス用配管３２を通過して、乾燥ガス供給口４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄを介して均熱帯１２内に供給される。符号３３は、乾燥ガス用流量計である。

乾燥ガス供給口の位置及び数は特に限定されず、種々の条件を考慮して適宜決めればよい。しかし、乾燥ガス供給口は、均熱帯の長さ方向に沿って同じ高さ位置に複数配置されることが好ましく、かつ、均熱帯の長さ方向に均等に配置されることが好ましい。

加湿装置２６で加湿されたガスは、加湿ガス用配管３４を通り、加湿ガス分配装置３０で上記三系統に分配され、各々の加湿ガス用配管３６を経由して、加湿ガス供給口４２Ａ〜Ｃと、加湿ガス供給口４４Ａ〜Ｃと、加湿ガス供給口４６Ａ〜Ｃを介して均熱帯１２内に供給される。

加湿ガス供給口の位置及び数は特に限定されず、種々の条件を考慮して適宜決めればよい。しかし、均熱帯１２の上下方向に２分割、入出方向に２分割した計４区域にそれぞれ１ヶ所以上設けることが好ましい。これにより、均熱帯１２全体を均一に露点制御できるからである。符号３８は加湿ガス用流量計、符号４０は加湿ガス用露点計である。加湿ガスの露点は、加湿ガス用配管３４，３６内のわずかな結露等で変化することがあるので、露点計４０は、加湿ガス供給口４２，４４，４６の直前に設置することが望ましい。

加湿装置２６内には、フッ素系もしくはポリイミド系の中空糸膜又は平膜等を有する加湿モジュールがあり、膜の内側には乾燥ガスを流し、膜の外側には循環恒温水槽２８で所定温度に調整された純水を循環させる。フッ素系もしくはポリイミド系の中空糸膜又は平膜とは、水分子との親和力を有するイオン交換膜の一種である。中空糸膜の内側と外側に水分濃度差が生じると、その濃度差を均等にしようとする力が発生し、水分はその力をドライビングフォースとして低い水分濃度の方へ膜を透過し移動する。乾燥ガス温度は、季節や１日の気温変化にしたがって変化するが、この加湿装置では、水蒸気透過膜を介したガスと水の接触面積を十分に取ることで熱交換も行えるため、乾燥ガス温度が循環水温より高くても低くても、乾燥ガスは設定水温と同じ露点まで加湿されたガスとなり、高精度な露点制御が可能となる。加湿ガスの露点は5〜50℃の範囲で任意に制御可能である。加湿ガスの露点が配管温度よりも高いと配管内で結露してしまい、結露した水が直接炉内に浸入する可能性があるので、加湿ガス用の配管は加湿ガス露点以上かつ外気温以上に加熱・保熱されている。

ここで本実施形態では、均熱帯内に供給する加湿ガスの水分に起因して起きる鋼板の脱炭の程度を考慮して、加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方を制御することが重要である。均熱帯を加湿し、均熱帯露点を-20℃以上にすると、鋼板表層では水分とSiの反応でSiの内部酸化が促進されるとともに、水分と鋼板表層の炭素とが反応して、脱炭現象が起こる。すなわち、
Ｈ₂Ｏ＋Ｃ → Ｈ₂＋ＣＯ
の反応である。この関係式から、１モルの炭素（Ｃ）に対して、１モルのＣＯガスが発生する。

そして、鋼板の表層の脱炭が過度に進むと軟質なフェライト層が形成するため、引張強度が低下する。そのため、本実施形態では、図２を参照して、均熱帯内ガスの排出部にＣＯガス濃度計６０を設けてＣＯガス濃度を測定し、測定したＣＯ濃度から鋼板の脱炭層厚みを算出し、算出した脱炭層厚みが事前に設定した厚さ以下となるように、加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方（すなわち、均熱帯への水分供給量）を制御する。このように、操業中、ＣＯ濃度を常にモニターすることにより、脱炭の程度を把握し、加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方を随時制御することによって、鋼板の引張強度の低下を十分に抑えることができる。

さらに、発生するＣＯガス濃度と脱炭層の関連について鋭意検討した結果、発明者らは、下記（１）が成立することを見出した。そこで、以下の式（１）に基づいて前記脱炭層の厚みを算出することが好ましい。
Ｄ＝9.53×10^-7×Ｖ・Ｇco／（ＬＳ・Ｗ・Ｃ） ・・・（１）
Ｄ：脱炭層の厚み［μm］
Ｖ：均熱帯に流入するガス量［Nm³/hr］
Ｇco：ＣＯガス濃度［ppm］
ＬＳ：通板速度［m/s］
Ｗ：鋼板の板幅［m］
Ｃ：鋼板の炭素量［質量%］
なお、既述のとおり、焼鈍炉２０内のガスは、炉の下流から上流に流れ、加熱帯１０の下部の鋼板導入口から排出される。よって、本実施形態において、均熱帯１２に流入するガス量は、均熱帯１２に投入される加湿ガス及び乾燥ガスの流量、並びに冷却帯１４，１６に投入されるガスの流量の総和となる。

そして、引張強度の低下をより十分に抑える観点から、脱炭層の厚みＤが20μｍ以下となるように、加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方を制御することが好ましい。

例えば、通板速度ＬＳ、鋼板の板幅Ｗ、及び鋼板の炭素量Ｃの少なくとも１つが変更された場合には、変更後の値を式（１）に代入したうえで、引き続きＣＯガス濃度Ｇcoをモニターし、Ｄが所定の値以下となるように、加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方を制御すればよい。

なお、ＣＯ濃度は、均熱帯１２内に分布があるため、均熱帯内のガスが集合するガス流出口で測定することが望ましい。一般的に、加熱帯１０と均熱帯１２が連接する場合には、均熱帯１２のガスは加熱帯１０に流出して加熱帯用のガスに使用される。したがって、図２に示すように、ＣＯ濃度計６０は加熱帯と均熱帯の連接部に設置することが望ましい。

均熱帯１２内に供給される加湿ガスの流量は、上記のように制御される限り特に限定されないが、概ね100〜400（Nm³/hr）の範囲内に維持される。また、均熱帯１２内に供給される乾燥ガスの流量は、特に限定されないが、Siを0.2質量％以上含有する成分組成を有する高張力鋼板の通板時には、概ね10〜300（Nm³/hr）の範囲内に維持される。

（冷却帯）
本実施形態において冷却帯１４，１６では、鋼板Ｐが冷却される。鋼板Ｐは、第１冷却帯１４では480〜530℃程度にまで冷却され、第２冷却帯１６では470〜500℃程度にまで冷却される。

冷却帯１４，１６にも、上記還元性ガス又は非酸化性ガスが供給されるが、ここでは、乾燥ガスのみが供給される。冷却帯１４，１６への乾燥ガスの供給は特に限定されないが、冷却帯内に均等に投入されるように、高さ方向２ヶ所以上、長手方向２ヶ所以上の投入口から供給することが好ましい。冷却帯１４，１６に供給される乾燥ガスの合計ガス流量は、配管に設けられたガス流量計（図示せず）により測定され、特に限定されないが、200〜1000（Nm³/hr）程度とすることができる。

（溶融亜鉛めっき浴）
溶融亜鉛めっき浴２２を用いて、第２冷却帯１６から排出される鋼板Ｐに溶融亜鉛めっきを施すことができる。溶融亜鉛めっきは定法に従って行えばよい。

（合金化設備）
合金化設備２３を用いて、鋼板Ｐに施された亜鉛めっきを加熱合金化することができる。合金化処理は定法に従って行えばよい。本実施形態によれば、合金化温度が高温にならないため、製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度の低下を抑制することができる。ただし、本発明において合金化設備２３や、それによる合金化処理は必須ではない。良好なめっき外観と高い引張強度を得るとの効果は、合金化処理をしない場合にも得ることができるからである。

（鋼板の成分組成）
焼鈍及び溶融亜鉛めっき処理の対象とする鋼板Ｐは特に限定されないが、Siを0.2質量％以上含有する成分組成の鋼板、すなわち高張力鋼の場合、本発明の効果を有利に得ることができる。以下、鋼板の好適な成分組成について説明する。以下の説明において％で示す単位は全て質量％である。

Ｃは、鋼組織として、残留オーステナイト層やマルテンサイト相などを形成させることで加工性を向上しやすくするため、0.025％以上が好ましいが、本発明では特に下限を規定するものではない。一方、0.3％を超えると溶接性が劣化するため、Ｃ量は0.3％以下とすることが好ましい。

Siは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素であるため、高張力鋼板には0.2％以上添加する。Siが0.2％未満では高強度を得るために高価な合金元素が必要になる。一方、2.5％を超えると酸化処理での酸化皮膜形成が抑制されてしまう。また、合金化温度も高温化するために、所望の機械特性を得ることが困難になる。したがって、Si量は2.5％以下とすることが好ましい。

Mnは鋼の高強度化に有効な元素である。590MPa以上の引張強度を確保するためには、0.5％以上含有させることが好ましい。一方、3.0％を超えると溶接性やめっき密着性、強度延性バランスの確保が困難になる場合がある。したがって、Mn量は0.5〜3.0％とすることが好ましい。引張強度が270〜440MPaの場合は、1.5％以下で適宜添加する。

Ｐは鋼の高強度化には有効な元素であるが、亜鉛と鋼の合金化反応を遅延させるため、Siを0.2％以上添加する鋼の場合は、0.03％以下とすることが好ましく、その他は強度に応じて適宜添加する。

Ｓは鋼強度への影響は少ないが、熱間圧延・冷間圧延時の酸化皮膜形成に影響するため、0.005％以下とすることが好ましい。

なお、上記した元素に加えて、例えばCr、Mo、Ti、Nb、Ｖ、Ｂ等の元素のうち１種又は２種以上を任意に添加することもでき、それ以外の残部は、Fe及び不可避的不純物となる。

（実験条件）
図１及び図２に示す連続溶融亜鉛めっき装置を用いて、表１に示す成分組成の鋼板を表２に示す各種焼鈍条件で焼鈍し、その後溶融亜鉛めっき及び合金化処理を施した。

加熱帯は、容積が200m³のＲＴ炉とした。加熱帯の内部の平均温度は700〜800℃とした。加熱帯には、乾燥ガスとして、15体積％のＨ₂で残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-50℃）を用いた。加熱帯への乾燥ガスの流量は、100Nm³/hrとした。

均熱帯は、容積が700m³のＲＴ炉とした。均熱帯の内部の平均温度は表２に示すものに設定した。乾燥ガスとしては、10体積％のＨ₂で残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-50℃）を用いた。この乾燥ガスの一部を、中空糸膜式加湿部を有する加湿装置により加湿して、加湿ガスを調製した。中空糸膜式加湿部は、１０台の膜モジュールからなり、最大100L/minの循環水を流すようにした。乾燥ガス供給口及び加湿ガス供給口は、図２に示す位置に配置した。均熱帯への乾燥ガス及び加湿ガスの供給流量は表２に示した。

表２中均熱帯の「露点」の欄には、図２の露点測定口５０の位置で測定した測定された均熱帯内の露点を示した。また、「加湿ガス露点」は、図２の加湿ガス用露点計４０で測定した露点を示した。

第１冷却帯及び第２冷却帯には、各帯の最下部から上記乾燥ガス（露点：-50℃）を表２に示す流量で供給した。

めっき浴温は460℃、めっき浴中Al濃度0.130％、付着量はガスワイピングにより片面当り50g/m²に調節した。また、溶融亜鉛めっきを施した後に、皮膜合金化度（Fe含有率）が10〜13％となるように、誘導加熱式合金化炉にて合金化処理を行った。その際の合金化温度は表２に示す。

各水準の操業において、図２に示す位置に設置したＣＯ濃度計によって均熱帯内のＣＯガスを随時モニターした。そして、表２に示すＣＯ濃度が検出されたときに、均熱帯内に位置した鋼板から得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のサンプルについて、以下のめっき外観評価と引張強度の測定を行った。

なお、表２のNo.1及びNo.5は、加湿ガスを供給しない比較例である。また、表２のNo.2〜4（鋼Ａ）とNo.6〜8（鋼Ｂ）では、目標脱炭層厚さをともに20μｍ以下と設定した。そして、表２のＣＯ濃度Ｇco、通板速度ＬＳ、鋼板の板幅Ｗ、鋼板のＣ量、及び均熱帯に流入するガス量Ｖ（均熱帯の加湿ガス流量及び乾燥ガス流量、並びに冷却帯のガス流量の総和）を式（１）に代入して計算した脱炭層の厚みを表２の「計算脱炭層厚みＤ」に示す。表２の「脱炭層判定」の欄には、計算した脱炭層厚みＤが目標脱炭層厚さ以下となった場合を「○」、ならなかった場合を「×」として示した。

（評価方法）
めっき外観の評価は、光学式の表面欠陥計による検査（φ0.5以上の不めっき欠陥やロールピックアップによる疵を検出）および目視による合金化ムラ判定を行い、全ての項目が合格で○、軽度の合金化ムラがある場合は△、一つでも不合格があれば×とした。結果を表２に示す。

また、引張強度に関しては、鋼Ａは980MPa以上、鋼Ｂは780MPa以上を合格とした。結果を表２に示す。

（評価結果）
比較例のNo.1及びNo.5では、加湿ガスを供給しなかったことから、Siの内部酸化が促進されず、めっき外観が損なわれた。また、合金化温度が高く、そのため引張強度も不合格となった。比較例No.2及びNo.6では、加湿ガスを供給したことから、めっき外観は合格であった。しかし、計算された脱炭層厚みが目標脱炭層厚さより厚くなる操業条件であったことから、引張強度が不合格であった。これは、表層に軟質なフェライトが形成したためと考えられる。これに対して発明例のNo.3，4及びNo.7，8では、加湿ガスを供給した上で、計算された脱炭層厚みが目標脱炭層厚さより薄い操業条件であったことから、めっき外観も引張強度も合格であった。

このことから、操業中にＣＯ濃度をモニターして、ＣＯ濃度測定値から計算した脱炭層厚みを所定以下にするように加湿ガスを制御することで、優れためっき外観及び高い引張強度の溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造できることが理解できる。

本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、Si含有量が0.2質量％以上の鋼板に溶融亜鉛めっきを施した場合でも、めっき密着性が高く良好なめっき外観を得ることができ、かつ、引張強度を劣化させることもない。

１００ 連続溶融亜鉛めっき装置
１０ 加熱帯
１２ 均熱帯
１４ 第１冷却帯（急冷帯）
１６ 第２冷却帯（除冷帯）
１８ スナウト
２０ 焼鈍炉
２２ 溶融亜鉛めっき浴
２３ 合金化設備
２４ 乾燥ガス分配装置
２６ 加湿装置
２８ 循環恒温水槽
３０ 加湿ガス分配装置
３２ 乾燥ガス用配管
３３ 乾燥ガス用流量計
３４，３６ 加湿ガス用配管
３８ 加湿ガス用流量計
４０ 加湿ガス用露点計
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ 加湿ガス供給口
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 加湿ガス供給口
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ 加湿ガス供給口
４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ 乾燥ガス供給口
５０ 露点測定口
５２Ａ 上部ハースロール
５２Ｂ 下部ハースロール
６０ ＣＯ濃度計
Ｐ 鋼板

Claims (4)

1. 加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯の下流に位置する溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
   鋼板を前記焼鈍炉の内部で、前記加熱帯、前記均熱帯及び前記冷却帯の順に搬送して、前記鋼板に対して焼鈍を行う工程と、
   前記溶融亜鉛めっき設備を用いて、前記冷却帯から排出される鋼板に溶融亜鉛めっきを施す工程と、
   を有し、
   前記均熱帯には、還元性又は非酸化性の加湿ガスと、還元性又は非酸化性の乾燥ガスを供給し、
   前記均熱帯内のガスの排出部にＣＯガス濃度計を設けてＣＯガス濃度を測定し、
   測定したＣＯガス濃度から前記鋼板の脱炭層厚みを算出し、
   算出した脱炭層厚みが事前に設定した厚さ以下となるように、前記加湿ガスの流量及び露点の少なくとも一方を制御することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
2. 以下の式（１）に基づいて前記脱炭層の厚みを算出する、請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
   Ｄ＝9.53×10^-7×Ｖ・Ｇco／（ＬＳ・Ｗ・Ｃ） ・・・（１）
   Ｄ：脱炭層の厚み［μm］
   Ｖ：均熱帯に流入するガス量［Nm³/hr］
   Ｇco：ＣＯガス濃度［ppm］
   ＬＳ：通板速度［m/s］
   Ｗ：鋼板の板幅［m］
   Ｃ：鋼板の炭素量［質量%］
3. 前記脱炭層の厚みが20μｍ以下となるようにする、請求項１又は２に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
4. 前記連続溶融亜鉛めっき装置は前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備を有し、
   前記合金化設備を用いて、前記鋼板に施された亜鉛めっきを加熱合金化する工程をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

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