溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法
【課題】めっき浴内でのドロス生成を抑制し、ドロスに起因する表面欠陥の発生を防止することができる溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムを主成分とするめっき浴２中に鋼板１を連続的に浸漬して、鋼板１の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるめっき層を形成する際に、めっき浴２の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、めっき浴２に浸漬する際の鋼板１の温度を、めっき浴２の設定温度ｔに対して±５℃以内とすると共に、鋼板１浸漬時のめっき浴２の温度変動を設定温度ｔに対して±２℃以内にする。
【解決手段】アルミニウムを主成分とするめっき浴２中に鋼板１を連続的に浸漬して、鋼板１の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるめっき層を形成する際に、めっき浴２の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、めっき浴２に浸漬する際の鋼板１の温度を、めっき浴２の設定温度ｔに対して±５℃以内とすると共に、鋼板１浸漬時のめっき浴２の温度変動を設定温度ｔに対して±２℃以内にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを主成分とするめっき浴中に鋼板を浸漬し、その表面にアルミニウム又はアルミニウム合金層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法に関し、特に、鋼板表面にアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金からなる溶融めっき層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、溶融アルミニウムめっき鋼板は大別すると、鋼板の表面に、耐食性が優れたアルミニウム（以下、純Ａｌという）からなるめっき層を形成した純Ａｌめっき鋼板と、耐熱性が優れたシリコンを５〜１１質量％含有するアルミニウム−シリコン合金（以下、Ａｌ−Ｓｉ合金という）からなるめっき層を形成したＡｌ−Ｓｉ合金めっき鋼板との２種類がある。これらの溶融アルミニウムめっき鋼板は、めっき浴の組成は相互に異なるが、基本的に同じ方法で製造される。
【０００３】
図４は鋼板に溶融アルミニウムめっきを施す工程を模式的に示す図である。図４に示すように、一般に、鋼板を溶融アルミニウムめっきする場合は、先ず、冷間圧延された鋼板１０１を、熱処理炉１０４において熱処理する。この熱処理炉１０４は、酸化炉又は無酸化炉１０２と、加熱帯、還元帯及び冷却帯が設けられた焼鈍炉１０３とがこの順に配置されており、酸化炉又は無酸化炉１０２において、鋼板１０１の表面に付着している圧延油等の汚れを燃焼又は気化させることにより除去し、焼鈍炉１０３において、鋼板１０１を焼鈍すると共に鋼板１０１の表面に形成された酸化膜を除去する。その後、焼鈍後の鋼板１０１を、アルミニウムを主成分とするめっき浴１０５に浸漬し、その表面にアルミニウムめっき層を形成した後、冷却装置１０６により冷却する。
【０００４】
このような従来の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、鋼板１０１等からめっき浴１０５中にＦｅが溶出し、一般にドロスと呼ばれている粒状に凝集したＦｅ−Ａｌ系又はＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系の金属間化合物が形成される。このドロスは、めっき浴１０５中に浮遊してシンクロール等のめっき装置及び鋼板に付着することがあるが、例えば鋼板にドロスが付着した場合、このドロスが剥離せずに鋼板表面にそのまま残ると、製品である溶融めっき鋼板の外観が損なわれると共に、後工程の調質圧延時に押込み疵が発生し、表面品質が著しく害される。近年は、特に、ユーザーからの品質厳格化の要望が強く、製造者側には、ドロスに起因する製品不良を無くすことが強く求められている。
【０００５】
そこで、従来、めっき浴でのドロス生成を抑制するための技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。例えば、特許文献１に記載の溶融亜鉛めっき方法では、ドロス生成を抑制するために、めっき浴の温度を４３５〜４５５℃の範囲に設定し、更に、めっき浴に浸漬される鋼板の温度をめっき浴の設定温度±１０℃の範囲にすると共に、めっき浴に設けられた加熱装置からの入熱量を調節することにより、めっき浴の温度変動を設定温度に対して±３℃の範囲内に抑制している。
【０００６】
また、特許文献２に記載の技術は、溶融アルミニウムめっき浴への鉄分溶出を抑制する方法であり、Ｆｅ濃度が１．０〜３．０質量％となるようにめっき浴中に鉄分を添加し、めっき浴のＦｅ濃度を飽和濃度又はそれに近い濃度にすることにより、鋼板等からのＦｅの溶出を抑制して、ドロス生成の低減を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３２６２０６１号公報
【特許文献２】特開昭５５−１１９１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述の特許文献１及び２に記載の技術には、以下に示す問題点がある。一般に、溶融アルミニウムめっきは、溶融亜鉛めっきに比べて温度変動に対するＦｅの溶解度変化が大きいため、めっき浴の温度変化によってドロスの発生量の増加及び大粒径化が生じやすい。即ち、溶融アルミニウムめっきは、溶融亜鉛めっきよりもめっき浴の温度変化に対する条件がより厳しい。このため、特許文献１に記載の技術を、溶融アルミニウムめっきにそのまま適用しても、必ずしもドロスを効果的に抑制することはできないという問題点がある。例えば、特許文献１で規定されている溶融亜鉛めっき方法におけるめっき浴の設定温度は４３５〜４５５℃であるのに対して、一般的な溶融アルミニウムめっきにおけるめっき浴の温度は６５０〜６７０℃程度であり、２００℃程度の格差がある。また、めっき浴の温度以外にも、溶融アルミニウムめっきと溶融亜鉛めっきとの間には、ドロス成分の相違等があり、これらの様々な要因から、これらのめっき方法の挙動には大きな違いが見られる。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の技術では、めっき浴中に予め鉄分を添加してめっき浴のＦｅ濃度を飽和濃度にしているが、実操業においては、めっき浴中に鉄分を前以て添加調整しなくとも、操業開始から一定時間経過すると、鋼板等から溶出するＦｅによってめっき浴中のＦｅ濃度は飽和状態となる。また、本発明者は、Ｆｅ濃度が飽和状態に到達した状態を維持しても、依然としてドロスが生成することを実験的に確認している。従って、特許文献２に記載の技術も、抜本的なドロス抑制のための解決手段として十分ではない。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、めっき浴内でのドロス生成を抑制し、ドロスに起因する表面欠陥の発生を防止することができる溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アルミニウムを主成分とするめっき浴中に鋼板を浸漬して、前記鋼板の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるめっき層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法において、前記めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、前記めっき浴に浸漬する際の前記鋼板の温度を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、前記鋼板浸漬時の前記めっき浴の温度変動を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にすることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、このめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を、めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、更に鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動を、めっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にしているため、Ｆｅの溶解度付近でめっき浴の温度が上下することを抑制することができる。その結果、めっき浴内でのドロス生成を抑制し、ドロスに起因する表面欠陥の発生を防止することができる。
【００１３】
この溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法では、前記めっき浴に補給するアルミニウムを主成分とする溶融金属の温度を、ｔ℃以上（ｔ＋５５）℃以下とする。これにより、めっき浴の温度変動抑制効果を向上させることができる。
【００１４】
また、めっき速度が６０〜３００ｍ／分であり、片面あたりのめっき目付量が２０〜１００ｇ／ｍ２である場合は、前記めっき浴に浸漬前の前記鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下にすることが望ましい。これにより、ドロス生成を大幅に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、このめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度をめっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動をめっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にしているため、めっき浴内でのドロス生成を抑制することができ、ドロスに起因する表面欠陥が少ない溶融アルミニウムめっき鋼板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。本発明の実施形態に係る溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法は、図４に示す従来の溶融めっき方法と同様に、冷間圧延された鋼板を、熱処理炉において表面に付着した汚れの除去、焼鈍及び表面酸化膜の除去を行った後、めっき浴に浸漬し、その表面にアルミニウムめっき層を形成する。このとき、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、このめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を、めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動を、設定温度ｔに対して±２℃以内にする。
【００１７】
実操業において、めっき浴には鋼板が連続的に浸漬されるため、めっき浴のＦｅ濃度は常時飽和に近い状態にある。図１は横軸にめっき浴の温度をとり、縦軸にめっき浴中のＦｅ溶解度をとったＦｅの溶解度曲線を示す図である。図１に示すように、めっき浴の温度を高くすると、めっき浴中のＦｅ溶解度が高くなり、その溶出速度が増すため、鋼板からのＦｅの溶出が促進される。一方、めっき浴温度が低くなると、Ｆｅの溶解度が低下し、過飽和になったＦｅがＡｌ−Ｆｅ又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ金属間化合物を形成し、ドロスとして析出する。このように、めっき浴の温度が変動するとＦｅ溶解度も変動するため、例えばＦｅの溶解度付近でめっき浴の温度が上下すると、飽和状態と過飽和状態とが交互に繰り返され、これがドロス生成の原因となる。従って、めっき浴におけるドロス生成を抑制するためには、めっき浴温度の変動幅を極力小さくする必要がある。
【００１８】
そこで、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動を、設定温度ｔに対して±２℃以内、即ち、（ｔ−２）℃以上（ｔ＋２）℃以下にする。鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動が設定温度ｔに対して±２℃を超えると、他の条件を上述した範囲にしても、ドロス生成を抑制することができない。
【００１９】
また、めっき浴の温度変動を抑制するため、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度は、めっき浴の温度に近い方が好ましい。具体的には、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度が、めっき浴の設定温度ｔに対して５℃を超えて高くなると、浸漬される鋼板近傍のめっき浴の温度が上昇し、鋼板から溶出するＦｅの量が増加すると共に、めっき浴における温度分布の格差が大きくなるため、ドロスが発生しやすくなる。一方、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度が、めっき浴の設定温度ｔに対して５℃を超えて低い場合は、めっき浴の温度変動を前述した範囲、即ち、設定温度ｔに対して±２℃以内に保持するために、加熱装置からめっき浴への入熱量を過度に大きくする必要がある。しかしながら、めっき浴への入熱量が大きくなると、めっき浴内の各位置での温度差が拡大する虞がある。
【００２０】
以上の理由から、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を、めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内、即ち、（ｔ−５）℃以上（ｔ＋５）℃以下にする。なお、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度は、設定温度ｔ以上でかつ（ｔ＋５）℃以下とすることが好ましい。
【００２１】
更に、めっき浴の設定温度ｔが６４５℃未満の場合、鋼板と溶融金属との合金化反応が適切に進まず、部分的に不めっきが発生して外観が不良となる。一方、めっき浴の設定温度ｔが６７０℃を超えると、鋼板と溶融金属との合金化反応が過多になり、合金層が生成し過ぎるため、溶融アルミニウムめっき鋼板を製品形状に加工する際に、めっき剥離が多発する等の問題が生じる。よって、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とする。これにより、外観が良好な溶融アルミニウムめっき鋼板が得られる。
【００２２】
なお、めっき浴の温度を、設定温度ｔに対して±２℃以内に保持する方法としては、例えば、電気ヒーターで制御する方法等が挙げられる。図２は電気ヒーターによりめっきの温度を制御する方法を模式的に示す図である。電気ヒーターで制御する場合は、図２に示すように、めっき槽５の周囲にヒーター４ａ，４ｂを配置し、これらのうち中央部に配置されたヒーター４ｂにはサイリスターを接続し、設定浴温度ｔに対するめっき浴放散熱量は、常にサイリスターにより投入する。上述したように、ドロス生成には、めっき浴２の温度変動の影響が大きいため、温度計３によりめっき浴２に浸漬される直前の鋼板１の温度を測定し、めっき浴２の温度と鋼板１の温度との差（ΔＴ）と通板量との積から必要熱量を求め、その値に応じてサイリスターの出力を調整する。そして、サイリスターの出力を最大にしても入熱量が不足する場合には、サイリスターに接続されたヒーター４ｂの上下に配置されたヒーター４ａをＯＮ−ＯＦＦすることで対応する。このように、サイリスターによる制御と、ヒーター４ａをＯＮ−ＯＦＦすることによる制御とを併用することにより、設備コストを低減することができる。
【００２３】
具体的には、めっき浴２の温度と鋼板１の温度との差（ΔＴ）が０よりも大きい場合（ΔＴ＞０）は、下記数式（１）により、不足熱量を算出し、ヒーター４ａ，４ｂの出力を上げる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
一方、めっき浴の温度と鋼板の温度との差（ΔＴ）が０よりも小さい場合（ΔＴ＜０）は、下記数式（２）により、過剰熱量を算出し、ヒーター４ａ，４ｂの出力を下げる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
また、操業中は、めっき浴に鋼板を連続的に浸漬するため、鋼板にめっきとして付着した分だけ溶融金属が減少し、めっき浴に溶融金属を定期的に供給する必要がある。実際の操業では、アルミニウム地金をプリメルトポットと呼ばれる容器で溶解して、不足分をめっき浴に補給している。しかしながら、めっき浴に補給する溶融金属の温度がめっき浴の温度よりも低い場合は、めっき浴温度が低下するためドロスが生成する。一方、めっき浴に補給する溶融金属の温度がめっき浴の温度よりも高い場合は、補給される溶融金属のＦｅ濃度が低く、飽和状態に達していないため、めっき浴に補給した際に、溶融金属の温度がめっき浴の温度まで低下したとしても、ドロスは発生しない。ただし、めっき浴に補給する溶融金属の温度が、（ｔ＋５５）℃を超えると、溶融金属が著しく酸化されると共に、めっき浴の温度と補給される溶融金属の温度との差が大きくなりすぎて、めっき浴の温度制御が困難になることがある。よって、めっき浴に補給する溶融金属の温度は、ｔ℃以上（ｔ＋５５）℃以下とすることが好ましい。
【００２８】
更に、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、めっき速度を６０〜３００ｍ／分とし、片面あたりのめっき目付量を２０〜１００ｇ／ｍ２としたときには、めっき浴に浸漬前の鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下にすることが望ましい。
【００２９】
前述したように、Ｆｅ濃度のバランスが崩れてＦｅが過飽和の状態になると、めっき浴中にドロスが析出してしまう。一方、Ｆｅが未飽和状態であると、飽和状態になるように鋼板等から盛んにＦｅが溶出するため、めっき浴中に過剰にＦｅが溶出される。その結果、めっき浴中のＦｅ濃度が過飽和状態に陥り、めっき浴においてドロスが析出してしまう。また、めっき装置を構成するめっき槽及びシンクロール等が鋼鉄製である場合、鋼板だけでなく、これらの機器もからもＦｅが溶出するため、めっき装置の寿命が短くなる虞がある。このため、めっき浴におけるドロス生成を抑えるためには、めっき浴のＦｅ濃度が常に飽和溶解度の状態に維持されていることが望ましい。なお、めっき浴がＡｌ−１２％Ｓｉであり、その温度が６６５℃付近である場合、めっき浴におけるＦｅの飽和溶解度は約２．３質量％である。
【００３０】
しかしながら、めっき浴の設定温度ｔ、めっき浴の温度変動及びめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を上述した範囲内にしても、ドロス抑制効果が不十分となり、連続操業において時間の経過と共にドロスが発生することがある。その原因としては、鋼板表面に付着している鉄粉がめっき浴に溶出し、Ｆｅ濃度が過飽和状態となることが考えられる。図３は溶融アルミニウムめっき時のＦｅの持ち込み及び持ち出し状況を模式的に示す図である。図３に示すように、一般に、鋼板１の表面には、冷間圧延等の上流工程において発生した鉄粉６が付着している。また、プリメルトポット７で溶解される溶融金属８中にも、極少量ではあるがＦｅが含有している。更に、めっき浴の容器であるめっき槽５及びシンクロール９等からもＦｅが溶出することもある。
【００３１】
このように、めっき浴２に持ち込まれるＦｅには複数の要因がある。従って、見かけ上Ｆｅの溶解度が飽和状態に保たれていても、めっき浴２に持ち込まれるＦｅの量が、持ち出されるＦｅの量よりも多ければ、少なくとも一部の領域で過飽和状態となり、ドロス１０発生の可能性が高まる。めっき浴２におけるドロス生成の可能性については、下記数式（３）で表わされるＦｅ量のマスバランスモデルにより確認することができる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
なお、上記数式（３）におけるＱ１は鋼板１に付着している鉄粉に起因するＦｅの量、Ｑ２は鋼板１及びめっき槽５から溶出するＦｅの量、Ｑ３はプリメルトポット７から補給される溶融金属８から持ち込まれるＦｅの量、Ｑ４はドロス１０中に含まれるＦｅの量、Ｑ５は鋼板１の表面に形成されるめっき層に含有されてめっき金属と共にめっき浴外に持ち出されるＦｅの量であり、下記数式（４）〜（８）により求められる。なお、下記数式（５）における溶出速度は、通常１．８（ｋｇ／ｍ２・ｈｒ）程度である。
【００３４】
【数４】
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
【数８】
【００３９】
このマスバランスモデルから明らかなように、本来、Ｆｅの溶解に由来するドロス生成量は、めっき浴の大きさ及び種々の操業条件によって左右されるものであり、個々の装置及び操業条件毎に決定されるものと考えられてきた。しかしながら、本発明者は、種々の実験条件で鋭意研究を行なった結果、ドロス生成には、鋼板及びめっき槽から溶出するＦｅの量（Ｑ２）及びプリメルトポットから補給される溶融金属から持ち込まれるＦｅの量（Ｑ３）の影響は極めて小さく、主に、鋼板に付着している鉄粉に起因するＦｅの量（Ｑ１）が影響していることを見出した。即ち、本発明者は、ドロスの発生量は、めっき浴等の装置条件に係わらず、鋼板に付着してめっき浴中に持ち込まれる鉄粉の量に強く依存することを解明した。そして、特定の操業条件の範囲内であれば、鋼板に付着した鉄粉量を規定値以下に管理することによってドロスの発生量を著しく低減できることを見出した。
【００４０】
冷間圧延等の溶融めっきよりも前の工程で鋼板に付着した鉄粉は、比表面積が極めて大きいため、容易にかつ急速にめっき浴（溶融金属）中に溶解する。これに対して、めっき浴の容器（めっき槽）及びシンクロール等のめっき装置を構成する部材に含まれるＦｅは、溶出速度が比較的緩慢であり、めっき浴（溶融金属）のＦｅ濃度の状態によって、あたかも飽和状態を維持するかのように溶出速度が変化する。
【００４１】
上述の如く、めっき槽及びシンクロール等の部材からのＦｅ溶出は、ドロス生成への影響が少なく、更にこれらからのＦｅの溶出を完全に防止するためには、その材質を変更しない限り極めて困難である。そこで、本発明者は、ドロス生成への影響が大きく、更に溶融めっき工程よりも前の工程で除去可能な鋼板に付着している鉄粉に着目し、この鋼板に付着してめっき浴中に持ち込まれる鉄粉量を低減することにより、ドロス生成を抑制する方法について検討を行った。そして、ドロス生成を抑制するためには、鋼板に付着した鉄粉をどの程度低減すればよいかを、実験データに基づき、計算により求めた。以下、その方法について具体的に説明する。
【００４２】
操業時、即ち、鋼板表面に連続的に溶融めっきを行っている間は、めっき浴内のドロスは巻き上げられて浮遊している。このため、操業時に溶融金属を採取し、その中に含まれるＦｅ量を測定すると、めっき浴中で飽和状態となっているＦｅとドロスに含まれるＦｅとを合計した量を測定することとなる。その結果、この方法で求められるＦｅ濃度は、飽和状態でのＦｅ濃度（めっき浴組成がＡｌ−１２％Ｓｉであって、めっき浴温度が６６５℃程度の場合は約２．３質量％）よりも高い値となる。
【００４３】
具体的には、例えば、めっき浴温度を６６５℃とし、各実測値が下記表１に示す値であった場合、ドロスに含まれるＦｅの量と同量のＦｅが、めっき目付けとして浴外に持ち出されていると考えられる。このため、ドロス中に含まれるＦｅ量（Ｑ５）は、上記数式（８）に基づき、下記数式（９）により計算される。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【数９】
【００４６】
次に、上記数式（９）により求めたドロス中のＦｅ量（０．５１ｋｇ／ｈｒ）を、上記数式（４）に基づき鋼板表面に付着している鉄粉の量に換算すると、１２０ｍｇ／ｍ２となる。上記表１に示すように、もともと鋼板に付着していた鉄粉の量は１７０ｍｇ／ｍ２であるため、この鋼板に付着してめっき浴に持ち込まれる鉄粉に起因するドロスの発生を防止するためには、鋼板に付着している鉄粉の量を、１７０−１２０＝５０ｍｇ／ｍ２以下にすればよい。
【００４７】
なお、この計算で用いためっき浴Ｆｅ溶解度２．３％は、めっき浴組成がＡｌ−１２％Ｓｉの場合の数値である。そして、Ｓｉ含有量が１２％よりも少なければ、めっき浴Ｆｅ溶解度は増加して、ドロス発生に対する鉄粉の上限値が５０ｍｇ／ｍ２よりも大きくなり、許容範囲が広がる。言い換えると、めっき浴組成がＡｌ−０〜１２％Ｓｉの範囲内であれば、鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下に管理することにより、ドロスの発生を抑制することができる。
【００４８】
通常、プリメルトポットからめっき浴に補給される溶融金属は、めっき浴に比べてＦｅ濃度が極めて低くなっている。従って、溶融金属を補給することによりめっき浴中のＦｅ濃度が低下するため、鋼板に付着している鉄粉の量は５０ｍｇ／ｍ２以下であれば、めっき浴のＦｅ濃度が過飽和にならず、ドロスの発生を抑制することができる。
【００４９】
なお、この鋼板に付着している鉄粉の量とドロス生成との関係には、めっき速度及びめっき目付け量が影響する。具体的には、めっき速度が遅いか又はめっき目付け量が少ない場合は、めっきにより浴外に持ち出される溶融金属量が少なくなるため、プリメルトポットからＦｅ濃度が低い溶融金属が補給される量も減少する。その結果、めっき浴のＦｅ濃度を低下させる効果も小さくなるため、鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を低くしなければならない。従って、めっき速度が遅く、めっき目付け量が少ない条件程、ドロス抑制には厳しい条件となり、鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を少なく設定する必要がある。本発明のように、めっき速度が６０〜３００ｍ／分であり、片面あたりのめっき目付量が２０〜１００ｇ／ｍ２であるとき、めっき浴に浸漬前の鋼板の表面に残留する鉄粉の量が５０ｍｇ／ｍ２を超えると、めっき浴中にドロスが発生しやすくなる。
【００５０】
鋼板の表面に付着する鉄粉を除去する方法としては、熱処理炉の上工程において、乾式又は湿式のブラシ洗浄、高圧スプレー洗浄及び電気洗浄等を単独又は適宜組み合わせて選択することができる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の本発明の効果について、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。本実施例においては、めっき原板として厚さ０．８ｍｍ、幅１０００ｍｍの冷間圧延鋼板を使用し、めっき速度を１５０ｍ／分として、Ａｌ−Ｓｉ合金めっきを行った。その際、無酸化炉で６００℃まで過熱した後、窒素・水素混合雰囲気中で８００℃まで加熱して還元焼鈍を行った。そして、めっき浴に浸漬される直前の鋼板の温度が所定の温度になるように冷却した後、溶融アルミニウム浴に浸漬し、気体絞り装置でめっきの付着量を調整した。めっき浴に浸漬される直前の鋼板温度は、めっき浴直上に設置した放射温度計にて測定した。また、めっき浴温度はめっき浴に浸漬した熱電対で測定した。種々の条件で１時間以上連続めっきを行い、めっき鋼板表面のドロス付着有無を目視により検査した。その結果を、下記表２に示す。なお、下記表２においては、ドロス付着がなかったものを○、ドロス付着があったものを×として示している。
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記表２に示すように、本発明の範囲内の条件で作製した実施例１〜７の溶融アルミニウムめっき鋼板では、ドロスの付着が見られなかった。一方、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度が本発明の範囲から外れている比較例８〜１３の溶融アルミニウムめっき鋼板、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動が本発明の範囲から外れている比較例１４及び１５の溶融アルミニウムめっき鋼板、並びに鋼板の温度及びめっき浴の温度変動の両方が本発明の範囲から外れている比較例１６及び１７の溶融アルミニウムめっき鋼板は、表面にドロスが付着していた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】横軸にめっき浴の温度をとり、縦軸にめっき浴中のＦｅ溶解度をとったＦｅの溶解度曲線を示す図である。
【図２】電気ヒーターによりめっきの温度を制御する方法を模式的に示す図である。
【図３】溶融アルミニウムめっき時のＦｅの持ち込み及び持ち出し状況を模式的に示す図である。
【図４】鋼板に溶融アルミニウムめっきを施す工程を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１０１ 鋼板
２，１０５ めっき浴
３ 温度計
４ａ，４ｂ ヒーター
５ めっき槽
６ 鉄粉
７ プリメルトポット
８ 溶融金属
９ シンクロール
１０２ 無酸化炉又は酸化炉
１０３ 焼鈍炉
１０４ 熱処理炉
１０６ 冷却装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを主成分とするめっき浴中に鋼板を浸漬し、その表面にアルミニウム又はアルミニウム合金層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法に関し、特に、鋼板表面にアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金からなる溶融めっき層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、溶融アルミニウムめっき鋼板は大別すると、鋼板の表面に、耐食性が優れたアルミニウム（以下、純Ａｌという）からなるめっき層を形成した純Ａｌめっき鋼板と、耐熱性が優れたシリコンを５〜１１質量％含有するアルミニウム−シリコン合金（以下、Ａｌ−Ｓｉ合金という）からなるめっき層を形成したＡｌ−Ｓｉ合金めっき鋼板との２種類がある。これらの溶融アルミニウムめっき鋼板は、めっき浴の組成は相互に異なるが、基本的に同じ方法で製造される。
【０００３】
図４は鋼板に溶融アルミニウムめっきを施す工程を模式的に示す図である。図４に示すように、一般に、鋼板を溶融アルミニウムめっきする場合は、先ず、冷間圧延された鋼板１０１を、熱処理炉１０４において熱処理する。この熱処理炉１０４は、酸化炉又は無酸化炉１０２と、加熱帯、還元帯及び冷却帯が設けられた焼鈍炉１０３とがこの順に配置されており、酸化炉又は無酸化炉１０２において、鋼板１０１の表面に付着している圧延油等の汚れを燃焼又は気化させることにより除去し、焼鈍炉１０３において、鋼板１０１を焼鈍すると共に鋼板１０１の表面に形成された酸化膜を除去する。その後、焼鈍後の鋼板１０１を、アルミニウムを主成分とするめっき浴１０５に浸漬し、その表面にアルミニウムめっき層を形成した後、冷却装置１０６により冷却する。
【０００４】
このような従来の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、鋼板１０１等からめっき浴１０５中にＦｅが溶出し、一般にドロスと呼ばれている粒状に凝集したＦｅ−Ａｌ系又はＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系の金属間化合物が形成される。このドロスは、めっき浴１０５中に浮遊してシンクロール等のめっき装置及び鋼板に付着することがあるが、例えば鋼板にドロスが付着した場合、このドロスが剥離せずに鋼板表面にそのまま残ると、製品である溶融めっき鋼板の外観が損なわれると共に、後工程の調質圧延時に押込み疵が発生し、表面品質が著しく害される。近年は、特に、ユーザーからの品質厳格化の要望が強く、製造者側には、ドロスに起因する製品不良を無くすことが強く求められている。
【０００５】
そこで、従来、めっき浴でのドロス生成を抑制するための技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。例えば、特許文献１に記載の溶融亜鉛めっき方法では、ドロス生成を抑制するために、めっき浴の温度を４３５〜４５５℃の範囲に設定し、更に、めっき浴に浸漬される鋼板の温度をめっき浴の設定温度±１０℃の範囲にすると共に、めっき浴に設けられた加熱装置からの入熱量を調節することにより、めっき浴の温度変動を設定温度に対して±３℃の範囲内に抑制している。
【０００６】
また、特許文献２に記載の技術は、溶融アルミニウムめっき浴への鉄分溶出を抑制する方法であり、Ｆｅ濃度が１．０〜３．０質量％となるようにめっき浴中に鉄分を添加し、めっき浴のＦｅ濃度を飽和濃度又はそれに近い濃度にすることにより、鋼板等からのＦｅの溶出を抑制して、ドロス生成の低減を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３２６２０６１号公報
【特許文献２】特開昭５５−１１９１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述の特許文献１及び２に記載の技術には、以下に示す問題点がある。一般に、溶融アルミニウムめっきは、溶融亜鉛めっきに比べて温度変動に対するＦｅの溶解度変化が大きいため、めっき浴の温度変化によってドロスの発生量の増加及び大粒径化が生じやすい。即ち、溶融アルミニウムめっきは、溶融亜鉛めっきよりもめっき浴の温度変化に対する条件がより厳しい。このため、特許文献１に記載の技術を、溶融アルミニウムめっきにそのまま適用しても、必ずしもドロスを効果的に抑制することはできないという問題点がある。例えば、特許文献１で規定されている溶融亜鉛めっき方法におけるめっき浴の設定温度は４３５〜４５５℃であるのに対して、一般的な溶融アルミニウムめっきにおけるめっき浴の温度は６５０〜６７０℃程度であり、２００℃程度の格差がある。また、めっき浴の温度以外にも、溶融アルミニウムめっきと溶融亜鉛めっきとの間には、ドロス成分の相違等があり、これらの様々な要因から、これらのめっき方法の挙動には大きな違いが見られる。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の技術では、めっき浴中に予め鉄分を添加してめっき浴のＦｅ濃度を飽和濃度にしているが、実操業においては、めっき浴中に鉄分を前以て添加調整しなくとも、操業開始から一定時間経過すると、鋼板等から溶出するＦｅによってめっき浴中のＦｅ濃度は飽和状態となる。また、本発明者は、Ｆｅ濃度が飽和状態に到達した状態を維持しても、依然としてドロスが生成することを実験的に確認している。従って、特許文献２に記載の技術も、抜本的なドロス抑制のための解決手段として十分ではない。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、めっき浴内でのドロス生成を抑制し、ドロスに起因する表面欠陥の発生を防止することができる溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アルミニウムを主成分とするめっき浴中に鋼板を浸漬して、前記鋼板の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるめっき層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法において、前記めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、前記めっき浴に浸漬する際の前記鋼板の温度を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、前記鋼板浸漬時の前記めっき浴の温度変動を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にすることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、このめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を、めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、更に鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動を、めっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にしているため、Ｆｅの溶解度付近でめっき浴の温度が上下することを抑制することができる。その結果、めっき浴内でのドロス生成を抑制し、ドロスに起因する表面欠陥の発生を防止することができる。
【００１３】
この溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法では、前記めっき浴に補給するアルミニウムを主成分とする溶融金属の温度を、ｔ℃以上（ｔ＋５５）℃以下とする。これにより、めっき浴の温度変動抑制効果を向上させることができる。
【００１４】
また、めっき速度が６０〜３００ｍ／分であり、片面あたりのめっき目付量が２０〜１００ｇ／ｍ２である場合は、前記めっき浴に浸漬前の前記鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下にすることが望ましい。これにより、ドロス生成を大幅に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、このめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度をめっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動をめっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にしているため、めっき浴内でのドロス生成を抑制することができ、ドロスに起因する表面欠陥が少ない溶融アルミニウムめっき鋼板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。本発明の実施形態に係る溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法は、図４に示す従来の溶融めっき方法と同様に、冷間圧延された鋼板を、熱処理炉において表面に付着した汚れの除去、焼鈍及び表面酸化膜の除去を行った後、めっき浴に浸漬し、その表面にアルミニウムめっき層を形成する。このとき、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、このめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を、めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動を、設定温度ｔに対して±２℃以内にする。
【００１７】
実操業において、めっき浴には鋼板が連続的に浸漬されるため、めっき浴のＦｅ濃度は常時飽和に近い状態にある。図１は横軸にめっき浴の温度をとり、縦軸にめっき浴中のＦｅ溶解度をとったＦｅの溶解度曲線を示す図である。図１に示すように、めっき浴の温度を高くすると、めっき浴中のＦｅ溶解度が高くなり、その溶出速度が増すため、鋼板からのＦｅの溶出が促進される。一方、めっき浴温度が低くなると、Ｆｅの溶解度が低下し、過飽和になったＦｅがＡｌ−Ｆｅ又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ金属間化合物を形成し、ドロスとして析出する。このように、めっき浴の温度が変動するとＦｅ溶解度も変動するため、例えばＦｅの溶解度付近でめっき浴の温度が上下すると、飽和状態と過飽和状態とが交互に繰り返され、これがドロス生成の原因となる。従って、めっき浴におけるドロス生成を抑制するためには、めっき浴温度の変動幅を極力小さくする必要がある。
【００１８】
そこで、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動を、設定温度ｔに対して±２℃以内、即ち、（ｔ−２）℃以上（ｔ＋２）℃以下にする。鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動が設定温度ｔに対して±２℃を超えると、他の条件を上述した範囲にしても、ドロス生成を抑制することができない。
【００１９】
また、めっき浴の温度変動を抑制するため、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度は、めっき浴の温度に近い方が好ましい。具体的には、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度が、めっき浴の設定温度ｔに対して５℃を超えて高くなると、浸漬される鋼板近傍のめっき浴の温度が上昇し、鋼板から溶出するＦｅの量が増加すると共に、めっき浴における温度分布の格差が大きくなるため、ドロスが発生しやすくなる。一方、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度が、めっき浴の設定温度ｔに対して５℃を超えて低い場合は、めっき浴の温度変動を前述した範囲、即ち、設定温度ｔに対して±２℃以内に保持するために、加熱装置からめっき浴への入熱量を過度に大きくする必要がある。しかしながら、めっき浴への入熱量が大きくなると、めっき浴内の各位置での温度差が拡大する虞がある。
【００２０】
以上の理由から、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を、めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内、即ち、（ｔ−５）℃以上（ｔ＋５）℃以下にする。なお、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度は、設定温度ｔ以上でかつ（ｔ＋５）℃以下とすることが好ましい。
【００２１】
更に、めっき浴の設定温度ｔが６４５℃未満の場合、鋼板と溶融金属との合金化反応が適切に進まず、部分的に不めっきが発生して外観が不良となる。一方、めっき浴の設定温度ｔが６７０℃を超えると、鋼板と溶融金属との合金化反応が過多になり、合金層が生成し過ぎるため、溶融アルミニウムめっき鋼板を製品形状に加工する際に、めっき剥離が多発する等の問題が生じる。よって、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とする。これにより、外観が良好な溶融アルミニウムめっき鋼板が得られる。
【００２２】
なお、めっき浴の温度を、設定温度ｔに対して±２℃以内に保持する方法としては、例えば、電気ヒーターで制御する方法等が挙げられる。図２は電気ヒーターによりめっきの温度を制御する方法を模式的に示す図である。電気ヒーターで制御する場合は、図２に示すように、めっき槽５の周囲にヒーター４ａ，４ｂを配置し、これらのうち中央部に配置されたヒーター４ｂにはサイリスターを接続し、設定浴温度ｔに対するめっき浴放散熱量は、常にサイリスターにより投入する。上述したように、ドロス生成には、めっき浴２の温度変動の影響が大きいため、温度計３によりめっき浴２に浸漬される直前の鋼板１の温度を測定し、めっき浴２の温度と鋼板１の温度との差（ΔＴ）と通板量との積から必要熱量を求め、その値に応じてサイリスターの出力を調整する。そして、サイリスターの出力を最大にしても入熱量が不足する場合には、サイリスターに接続されたヒーター４ｂの上下に配置されたヒーター４ａをＯＮ−ＯＦＦすることで対応する。このように、サイリスターによる制御と、ヒーター４ａをＯＮ−ＯＦＦすることによる制御とを併用することにより、設備コストを低減することができる。
【００２３】
具体的には、めっき浴２の温度と鋼板１の温度との差（ΔＴ）が０よりも大きい場合（ΔＴ＞０）は、下記数式（１）により、不足熱量を算出し、ヒーター４ａ，４ｂの出力を上げる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
一方、めっき浴の温度と鋼板の温度との差（ΔＴ）が０よりも小さい場合（ΔＴ＜０）は、下記数式（２）により、過剰熱量を算出し、ヒーター４ａ，４ｂの出力を下げる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
また、操業中は、めっき浴に鋼板を連続的に浸漬するため、鋼板にめっきとして付着した分だけ溶融金属が減少し、めっき浴に溶融金属を定期的に供給する必要がある。実際の操業では、アルミニウム地金をプリメルトポットと呼ばれる容器で溶解して、不足分をめっき浴に補給している。しかしながら、めっき浴に補給する溶融金属の温度がめっき浴の温度よりも低い場合は、めっき浴温度が低下するためドロスが生成する。一方、めっき浴に補給する溶融金属の温度がめっき浴の温度よりも高い場合は、補給される溶融金属のＦｅ濃度が低く、飽和状態に達していないため、めっき浴に補給した際に、溶融金属の温度がめっき浴の温度まで低下したとしても、ドロスは発生しない。ただし、めっき浴に補給する溶融金属の温度が、（ｔ＋５５）℃を超えると、溶融金属が著しく酸化されると共に、めっき浴の温度と補給される溶融金属の温度との差が大きくなりすぎて、めっき浴の温度制御が困難になることがある。よって、めっき浴に補給する溶融金属の温度は、ｔ℃以上（ｔ＋５５）℃以下とすることが好ましい。
【００２８】
更に、本実施形態の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法においては、めっき速度を６０〜３００ｍ／分とし、片面あたりのめっき目付量を２０〜１００ｇ／ｍ２としたときには、めっき浴に浸漬前の鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下にすることが望ましい。
【００２９】
前述したように、Ｆｅ濃度のバランスが崩れてＦｅが過飽和の状態になると、めっき浴中にドロスが析出してしまう。一方、Ｆｅが未飽和状態であると、飽和状態になるように鋼板等から盛んにＦｅが溶出するため、めっき浴中に過剰にＦｅが溶出される。その結果、めっき浴中のＦｅ濃度が過飽和状態に陥り、めっき浴においてドロスが析出してしまう。また、めっき装置を構成するめっき槽及びシンクロール等が鋼鉄製である場合、鋼板だけでなく、これらの機器もからもＦｅが溶出するため、めっき装置の寿命が短くなる虞がある。このため、めっき浴におけるドロス生成を抑えるためには、めっき浴のＦｅ濃度が常に飽和溶解度の状態に維持されていることが望ましい。なお、めっき浴がＡｌ−１２％Ｓｉであり、その温度が６６５℃付近である場合、めっき浴におけるＦｅの飽和溶解度は約２．３質量％である。
【００３０】
しかしながら、めっき浴の設定温度ｔ、めっき浴の温度変動及びめっき浴に浸漬する際の鋼板の温度を上述した範囲内にしても、ドロス抑制効果が不十分となり、連続操業において時間の経過と共にドロスが発生することがある。その原因としては、鋼板表面に付着している鉄粉がめっき浴に溶出し、Ｆｅ濃度が過飽和状態となることが考えられる。図３は溶融アルミニウムめっき時のＦｅの持ち込み及び持ち出し状況を模式的に示す図である。図３に示すように、一般に、鋼板１の表面には、冷間圧延等の上流工程において発生した鉄粉６が付着している。また、プリメルトポット７で溶解される溶融金属８中にも、極少量ではあるがＦｅが含有している。更に、めっき浴の容器であるめっき槽５及びシンクロール９等からもＦｅが溶出することもある。
【００３１】
このように、めっき浴２に持ち込まれるＦｅには複数の要因がある。従って、見かけ上Ｆｅの溶解度が飽和状態に保たれていても、めっき浴２に持ち込まれるＦｅの量が、持ち出されるＦｅの量よりも多ければ、少なくとも一部の領域で過飽和状態となり、ドロス１０発生の可能性が高まる。めっき浴２におけるドロス生成の可能性については、下記数式（３）で表わされるＦｅ量のマスバランスモデルにより確認することができる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
なお、上記数式（３）におけるＱ１は鋼板１に付着している鉄粉に起因するＦｅの量、Ｑ２は鋼板１及びめっき槽５から溶出するＦｅの量、Ｑ３はプリメルトポット７から補給される溶融金属８から持ち込まれるＦｅの量、Ｑ４はドロス１０中に含まれるＦｅの量、Ｑ５は鋼板１の表面に形成されるめっき層に含有されてめっき金属と共にめっき浴外に持ち出されるＦｅの量であり、下記数式（４）〜（８）により求められる。なお、下記数式（５）における溶出速度は、通常１．８（ｋｇ／ｍ２・ｈｒ）程度である。
【００３４】
【数４】
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
【数８】
【００３９】
このマスバランスモデルから明らかなように、本来、Ｆｅの溶解に由来するドロス生成量は、めっき浴の大きさ及び種々の操業条件によって左右されるものであり、個々の装置及び操業条件毎に決定されるものと考えられてきた。しかしながら、本発明者は、種々の実験条件で鋭意研究を行なった結果、ドロス生成には、鋼板及びめっき槽から溶出するＦｅの量（Ｑ２）及びプリメルトポットから補給される溶融金属から持ち込まれるＦｅの量（Ｑ３）の影響は極めて小さく、主に、鋼板に付着している鉄粉に起因するＦｅの量（Ｑ１）が影響していることを見出した。即ち、本発明者は、ドロスの発生量は、めっき浴等の装置条件に係わらず、鋼板に付着してめっき浴中に持ち込まれる鉄粉の量に強く依存することを解明した。そして、特定の操業条件の範囲内であれば、鋼板に付着した鉄粉量を規定値以下に管理することによってドロスの発生量を著しく低減できることを見出した。
【００４０】
冷間圧延等の溶融めっきよりも前の工程で鋼板に付着した鉄粉は、比表面積が極めて大きいため、容易にかつ急速にめっき浴（溶融金属）中に溶解する。これに対して、めっき浴の容器（めっき槽）及びシンクロール等のめっき装置を構成する部材に含まれるＦｅは、溶出速度が比較的緩慢であり、めっき浴（溶融金属）のＦｅ濃度の状態によって、あたかも飽和状態を維持するかのように溶出速度が変化する。
【００４１】
上述の如く、めっき槽及びシンクロール等の部材からのＦｅ溶出は、ドロス生成への影響が少なく、更にこれらからのＦｅの溶出を完全に防止するためには、その材質を変更しない限り極めて困難である。そこで、本発明者は、ドロス生成への影響が大きく、更に溶融めっき工程よりも前の工程で除去可能な鋼板に付着している鉄粉に着目し、この鋼板に付着してめっき浴中に持ち込まれる鉄粉量を低減することにより、ドロス生成を抑制する方法について検討を行った。そして、ドロス生成を抑制するためには、鋼板に付着した鉄粉をどの程度低減すればよいかを、実験データに基づき、計算により求めた。以下、その方法について具体的に説明する。
【００４２】
操業時、即ち、鋼板表面に連続的に溶融めっきを行っている間は、めっき浴内のドロスは巻き上げられて浮遊している。このため、操業時に溶融金属を採取し、その中に含まれるＦｅ量を測定すると、めっき浴中で飽和状態となっているＦｅとドロスに含まれるＦｅとを合計した量を測定することとなる。その結果、この方法で求められるＦｅ濃度は、飽和状態でのＦｅ濃度（めっき浴組成がＡｌ−１２％Ｓｉであって、めっき浴温度が６６５℃程度の場合は約２．３質量％）よりも高い値となる。
【００４３】
具体的には、例えば、めっき浴温度を６６５℃とし、各実測値が下記表１に示す値であった場合、ドロスに含まれるＦｅの量と同量のＦｅが、めっき目付けとして浴外に持ち出されていると考えられる。このため、ドロス中に含まれるＦｅ量（Ｑ５）は、上記数式（８）に基づき、下記数式（９）により計算される。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【数９】
【００４６】
次に、上記数式（９）により求めたドロス中のＦｅ量（０．５１ｋｇ／ｈｒ）を、上記数式（４）に基づき鋼板表面に付着している鉄粉の量に換算すると、１２０ｍｇ／ｍ２となる。上記表１に示すように、もともと鋼板に付着していた鉄粉の量は１７０ｍｇ／ｍ２であるため、この鋼板に付着してめっき浴に持ち込まれる鉄粉に起因するドロスの発生を防止するためには、鋼板に付着している鉄粉の量を、１７０−１２０＝５０ｍｇ／ｍ２以下にすればよい。
【００４７】
なお、この計算で用いためっき浴Ｆｅ溶解度２．３％は、めっき浴組成がＡｌ−１２％Ｓｉの場合の数値である。そして、Ｓｉ含有量が１２％よりも少なければ、めっき浴Ｆｅ溶解度は増加して、ドロス発生に対する鉄粉の上限値が５０ｍｇ／ｍ２よりも大きくなり、許容範囲が広がる。言い換えると、めっき浴組成がＡｌ−０〜１２％Ｓｉの範囲内であれば、鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下に管理することにより、ドロスの発生を抑制することができる。
【００４８】
通常、プリメルトポットからめっき浴に補給される溶融金属は、めっき浴に比べてＦｅ濃度が極めて低くなっている。従って、溶融金属を補給することによりめっき浴中のＦｅ濃度が低下するため、鋼板に付着している鉄粉の量は５０ｍｇ／ｍ２以下であれば、めっき浴のＦｅ濃度が過飽和にならず、ドロスの発生を抑制することができる。
【００４９】
なお、この鋼板に付着している鉄粉の量とドロス生成との関係には、めっき速度及びめっき目付け量が影響する。具体的には、めっき速度が遅いか又はめっき目付け量が少ない場合は、めっきにより浴外に持ち出される溶融金属量が少なくなるため、プリメルトポットからＦｅ濃度が低い溶融金属が補給される量も減少する。その結果、めっき浴のＦｅ濃度を低下させる効果も小さくなるため、鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を低くしなければならない。従って、めっき速度が遅く、めっき目付け量が少ない条件程、ドロス抑制には厳しい条件となり、鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を少なく設定する必要がある。本発明のように、めっき速度が６０〜３００ｍ／分であり、片面あたりのめっき目付量が２０〜１００ｇ／ｍ２であるとき、めっき浴に浸漬前の鋼板の表面に残留する鉄粉の量が５０ｍｇ／ｍ２を超えると、めっき浴中にドロスが発生しやすくなる。
【００５０】
鋼板の表面に付着する鉄粉を除去する方法としては、熱処理炉の上工程において、乾式又は湿式のブラシ洗浄、高圧スプレー洗浄及び電気洗浄等を単独又は適宜組み合わせて選択することができる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の本発明の効果について、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。本実施例においては、めっき原板として厚さ０．８ｍｍ、幅１０００ｍｍの冷間圧延鋼板を使用し、めっき速度を１５０ｍ／分として、Ａｌ−Ｓｉ合金めっきを行った。その際、無酸化炉で６００℃まで過熱した後、窒素・水素混合雰囲気中で８００℃まで加熱して還元焼鈍を行った。そして、めっき浴に浸漬される直前の鋼板の温度が所定の温度になるように冷却した後、溶融アルミニウム浴に浸漬し、気体絞り装置でめっきの付着量を調整した。めっき浴に浸漬される直前の鋼板温度は、めっき浴直上に設置した放射温度計にて測定した。また、めっき浴温度はめっき浴に浸漬した熱電対で測定した。種々の条件で１時間以上連続めっきを行い、めっき鋼板表面のドロス付着有無を目視により検査した。その結果を、下記表２に示す。なお、下記表２においては、ドロス付着がなかったものを○、ドロス付着があったものを×として示している。
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記表２に示すように、本発明の範囲内の条件で作製した実施例１〜７の溶融アルミニウムめっき鋼板では、ドロスの付着が見られなかった。一方、めっき浴に浸漬する際の鋼板の温度が本発明の範囲から外れている比較例８〜１３の溶融アルミニウムめっき鋼板、鋼板浸漬時のめっき浴の温度変動が本発明の範囲から外れている比較例１４及び１５の溶融アルミニウムめっき鋼板、並びに鋼板の温度及びめっき浴の温度変動の両方が本発明の範囲から外れている比較例１６及び１７の溶融アルミニウムめっき鋼板は、表面にドロスが付着していた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】横軸にめっき浴の温度をとり、縦軸にめっき浴中のＦｅ溶解度をとったＦｅの溶解度曲線を示す図である。
【図２】電気ヒーターによりめっきの温度を制御する方法を模式的に示す図である。
【図３】溶融アルミニウムめっき時のＦｅの持ち込み及び持ち出し状況を模式的に示す図である。
【図４】鋼板に溶融アルミニウムめっきを施す工程を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１０１ 鋼板
２，１０５ めっき浴
３ 温度計
４ａ，４ｂ ヒーター
５ めっき槽
６ 鉄粉
７ プリメルトポット
８ 溶融金属
９ シンクロール
１０２ 無酸化炉又は酸化炉
１０３ 焼鈍炉
１０４ 熱処理炉
１０６ 冷却装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とするめっき浴中に鋼板を浸漬して、前記鋼板の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるめっき層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法において、
前記めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、
前記めっき浴に浸漬する際の前記鋼板の温度を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、
前記鋼板浸漬時の前記めっき浴の温度変動を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にすることを特徴とする溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記めっき浴に補給するアルミニウムを主成分とする融液金属の温度を、ｔ℃以上（ｔ＋５５）℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
【請求項３】
めっき速度が６０〜３００ｍ／分であり、片面あたりのめっき目付量が２０〜１００ｇ／ｍ２であるときは、前記めっき浴に浸漬前の前記鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
【請求項１】
アルミニウムを主成分とするめっき浴中に鋼板を浸漬して、前記鋼板の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるめっき層を形成する溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法において、
前記めっき浴の設定温度ｔを６４５〜６７０℃とし、
前記めっき浴に浸漬する際の前記鋼板の温度を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±５℃以内とし、
前記鋼板浸漬時の前記めっき浴の温度変動を、前記めっき浴の設定温度ｔに対して±２℃以内にすることを特徴とする溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記めっき浴に補給するアルミニウムを主成分とする融液金属の温度を、ｔ℃以上（ｔ＋５５）℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
【請求項３】
めっき速度が６０〜３００ｍ／分であり、片面あたりのめっき目付量が２０〜１００ｇ／ｍ２であるときは、前記めっき浴に浸漬前の前記鋼板の表面に残留付着する鉄粉の量を５０ｍｇ／ｍ２以下にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１３７９９（Ｐ２００８−１３７９９Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８４５６４（Ｐ２００６−１８４５６４）
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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