高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法および溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備
【課題】めっき性不良の発生を防止できる高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】質量％でＳｉ：０．２〜３％及びＭｎ：１〜３％のうちの１種以上を含有する鋼板１を、直火加熱方式の直火帯２で加熱し、さらに竪型還元帯３において還元雰囲気中で表面の還元と焼鈍を行ったのち、溶融亜鉛めっき浴に浸漬させて亜鉛めっきを行う高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、竪型還元帯３では、少なくとも入側領域において雰囲気ガスを鋼板進行方向と逆方向に流すようにする。
【解決手段】質量％でＳｉ：０．２〜３％及びＭｎ：１〜３％のうちの１種以上を含有する鋼板１を、直火加熱方式の直火帯２で加熱し、さらに竪型還元帯３において還元雰囲気中で表面の還元と焼鈍を行ったのち、溶融亜鉛めっき浴に浸漬させて亜鉛めっきを行う高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、竪型還元帯３では、少なくとも入側領域において雰囲気ガスを鋼板進行方向と逆方向に流すようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を備える焼鈍炉で熱処理したのち溶融亜鉛めっきを施して製造する高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。また、本発明は高強度鋼板の製造に好適な溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板は安価な金属材料であるため、自動車、家電、建材等の分野において広く用いられている。近年、自動車業界においては、耐久性の向上に加えて、燃費向上および排出ガス削減の観点から自動車の軽量化が進んでおり、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の使用が急増している。高強度溶融亜鉛めっき鋼板は鋼中元素としてＳｉ、Ｍｎ等が添加され、通常連続溶融亜鉛めっき設備を用いて製造される。連続溶融亜鉛めっき設備を用いて、Ｓｉ、Ｍｎが多量に添加された鋼板を焼鈍した後溶融亜鉛めっきすると、鋼板表面のＳｉやＭｎの酸化物によってめっき不良が発生する問題がある。
【０００３】
ＳｉやＭｎを多量に添加した高強度鋼板に溶融亜鉛めっきを施す場合、鋼板表面に一旦適正なＦｅ酸化皮膜を形成し、その後Ｆｅ酸化皮膜厚をめっきを阻害しない程度に還元して溶融亜鉛めっきすると、めっき不良の発生防止に有効である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鋼板表面に適正なＦｅ酸化皮膜を形成した後形成したＦｅ酸化皮膜厚を還元する方法として、無酸化炉を有しない連続式溶融亜鉛めっき設備を用い、還元炉を２ゾーン以上に分割して各ゾーンの露点を調整、すなわち第１ゾーンでは炉内に水蒸気を導入して露点を調整して鋼板表面に適正なＦｅ酸化皮膜を形成し、次いで第２ゾーンではＦｅ酸化皮膜を還元するように露点を調整する方法が記載されている。
【０００５】
また、酸化膜を生成する方法として、直火還元を利用する方法が有効であることが、特許文献２に記載されている。また、直火還元を使用すれば、特許文献１よりもＳｉやＭｎを多量に添加した高強度鋼板に溶融亜鉛めっきを施すことができることが、特許文献３に示されている。ここで、直火還元とは、直火加熱方式の直火帯を使用して鋼板表面を酸化した後に、鋼板表面を還元する方法である。これは直火帯を複数の帯（ゾーン）に分け、先に鋼板が通過する帯を高空気比で燃焼して一旦表面を酸化させ、後ろの帯では空気比を低くして還元性を有する火炎で加熱しながら鋼板表面を還元することによって行われる。
【０００６】
図１は、直火加熱方式の直火帯で直火還元を利用して酸化膜を生成した後、この酸化膜を還元し、しかる後亜鉛めっきを行う溶融亜鉛亜鉛めっき鋼板の製造設備の要部構成例を示す概略側面図である。
【０００７】
図１において、１は鋼板、２は直火加熱方式の直火帯（以下、単に「直火加熱帯」とも記載する。）、３は竪型還元帯（以下、単に「還元帯」とも記載する。）、４は冷却帯、５はスナウト、６は溶融めっき槽、７はガスワイピング装置である。直火加熱帯２と竪型還元帯３が連接されている。溶融めっき槽６にはめっき金属である溶融亜鉛が保持されている。
【０００８】
直火加熱帯は複数の加熱ゾーンに分割され、各々の加熱ゾーンには直火加熱バーナ１０３が配置され、燃料供給系統１０１から燃料ガス、空気供給系統１０２から燃焼用空気が供給される。各加熱ゾーンの燃料ガス流量、燃焼用空気流量及びその流量比は独立に制御可能である。
【０００９】
還元帯３は、炉内の上部及び下部に所定の高さをもって配設された炉内ロールが所定間隔で複数設けられている。還元帯３内を走行する鋼板１は、上部炉内ロール９ａと下部炉内ロール９ｂで支持されて鉛直方向に走行する。この鉛直方向の鋼板走行路を縦パスと記載する。複数の縦パスが存在し、隣り合う縦パスでは鋼板の走行方向が逆である。また還元帯３の縦パス間に鋼板に面してラジアントチューブバーナ８が配設されている。
【００１０】
Ｈ２とＮ２を含む低露点の還元性ガスがガス供給配管１０５から冷却帯４の複数箇所に供給され、供給されたガスは還元帯３入側に流れ、直火加熱帯２と還元帯３を接続する接続部１６から直火加熱帯２に流出する。このガスによって、還元帯３の雰囲気は還元性に保持される。
【００１１】
図示されていない鋼板送り出し装置から送り出された鋼板は、直火加熱帯２の前段で燃料ガスを用いて直火加熱され、鋼板表面の圧延油が除去されるとともに、鋼板表面にＦｅ酸化物（酸化皮膜）を形成する。直火での加熱であるので加熱速度が速く、鋼板温度が低くても、燃焼ガス温度が高く、燃焼ガス中のラジカルが鋼板に達して鋼板との反応に関与するので反応速度が速く、酸化膜が早く形成される、などの特徴がある。この特徴によって、直火による加熱では、直火以外の加熱の場合にＳｉやＭｎなどの易酸化性元素が優先的に酸化され、鋼板内を拡散して鋼板表層に濃化するのに較べて、Ｆｅ酸化物の生成が早く易酸化物の濃化が少ないことが利点となる。
【００１２】
直火加熱帯の後段は燃焼の空気比を調節して還元を実施することで、易酸化物はそのままに、還元された純鉄層が表面に形成されて、めっきが容易になる。
【００１３】
次に鋼板は還元帯３に通板される。鋼板は、還元帯３を通板される間に、高温のラジアントチューブ８によって所定温度で所定時間に加熱焼鈍され、同時に鋼板表面の直火還元で残った酸化皮膜が還元される。還元は、還元性ガスを炉内に導入することで行われ、通常、還元性ガスとして、水素濃度が数％〜数十％（ｖｏｌ％）の水素と窒素の混合ガスを使用し、還元反応の進行は、炉内の温度パターンや通板速度、炉内ガスの水素濃度と供給量で決まる。還元帯で鋼板の還元が完了するように適宜の条件が選ばれる。
【００１４】
酸化皮膜が還元された鋼板１は、冷却帯４で溶融めっき槽６に浸漬させるのに適した鋼板温度に調整されたのち溶融めっき槽６に浸漬めっきされ、溶融めっき浴槽６から引き上げられてガスワイピング装置７で所要のめっき付着量に調整され、さらにスパングル調整あるいは合金化処理が施された後冷却され、あるいは前記処理を施すことなく冷却され、所要の溶融亜鉛めっき鋼板となる。
【特許文献１】特許第３０１４５２９号公報
【特許文献２】特開平５−１９５０８４号公報
【特許文献３】特許第２５３０９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
Ｓｉ濃度やＭｎ濃度が高い鋼板を溶融亜鉛めっきする際に、直火加熱帯で形成するＦｅ系酸化皮膜を厚くして、形成したＦｅ系酸化皮膜が次の還元工程で十分に還元されれば、より高いＳｉ濃度やＭｎ濃度の鋼板のめっきが可能になるはずであるが、酸化皮膜が厚いと還元工程でＦｅ系酸化皮膜の還元が不十分となり、還元されなかった酸化層が残留するために安定して良好なめっきが得られないという問題があった。
【００１６】
本発明の課題は、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板を加熱焼鈍したのち溶融亜鉛めっきを施して高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際に、めっき性不良の発生を防止できる高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することである。
【００１７】
また、本発明の課題は、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造に好適な溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決する本発明の要旨は次のとおりである。
【００１９】
（１）質量％でＳｉ：０．２〜３％及びＭｎ：１〜３％のうちの１種以上を含有する鋼板を、直火加熱方式の直火帯で加熱し、さらに竪型還元帯において還元雰囲気中で表面の還元と焼鈍を行ったのち、溶融亜鉛めっき浴に浸漬させて亜鉛めっきを行う高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、竪型還元帯では、少なくとも入側領域において雰囲気ガスを鋼板進行方向と逆方向に流すようにすることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２０】
（２）直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点を測定し、その測定値から直火帯の燃焼制御を行うことを特徴とする、（１）に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２１】
（３）直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点と、還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定してその関係から、還元帯へ供給する雰囲気ガス流量を調整することを特徴とする、（１）または（２）に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２２】
（４）直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を有する焼鈍炉と、その下流に溶融亜鉛めっき装置を備える溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、竪型還元帯の少なくとも入側領域の隣り合う鋼帯の縦パスの間に、該縦パスの間の雰囲気ガスの流れの方向を鋼板進行方向と逆方向に規制する仕切りが設けられていることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【００２３】
（５）仕切り設置後の開口面積率が、１０％以下であることを特徴とする、（４）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【００２４】
（６）直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯との接続部近傍の竪型還元帯の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、（４）または（５）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【００２５】
（７）さらに還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、（６）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、還元帯内の還元性ガスの流れの方向が鋼板の進行方向と逆方向になるような流路が構成されることで、鋼板に随伴して直火加熱帯から還元帯に流れるガス流れを抑止する効果がある。また、還元帯内では、酸化皮膜の還元により発生した高露点ガスは、該高露点ガスの発生位置から、鋼板進行方向とは逆方向の直火加熱帯側に流れる。この高露点ガスは還元を終えた鋼板進行方向に流れることがないため、還元された鋼板がこの高露点ガスによって再度酸化されることがない。還元帯で発生した高露点のガスは、鋼板の進行方向とは逆方向に集積していくので、還元帯入口から還元帯出口に向けて徐々に還元性が増すような雰囲気の分布が確保され、還元帯出口付近で最大の還元力が確保できる。その結果、酸化膜の還元反応が安定し、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板であっても、還元帯において安定して良好な還元作用が発現されることで、安定して良好なめっき性が発現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明者らは、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板を直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を備える熱処理炉で熱処理したのち溶融亜鉛めっきを施して高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際に、安定して良好なめっき性を得る方法について種々検討した。その結果、還元帯内における雰囲気ガスの流れ方向を鋼板進行方向と逆方向とするような流路を形成することで、安定して良好なめっき性がえられることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされた。
【００２８】
以下、本発明について従来技術と対比して説明する。
【００２９】
図１の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、従来技術の還元帯３の構造と雰囲気ガスの流れを図２を用いて説明する。図２において、冷却帯４から還元帯３に流れた低露点の還元性ガスは還元帯３出側から入側に向かって流れ、さらに直火加熱帯２へ流出する。還元帯３において、鋼板は、鋼板の縦パス間に多数配置されたラジアンチューブバーナ８によって加熱されるが、炉壁はそれらを内部に納めた大きな箱のような構造になっているため、還元帯３内のガスは自由に流れる。そのため、次のような問題点がある。
【００３０】
酸化皮膜の還元で発生した高露点のガスは、図２中の矢印で示すように、炉内に拡散してしまい、高露点のガスを直火加熱帯２に効率的に排出できない。
【００３１】
また、直火加熱帯２の雰囲気は燃料ガスの燃焼成分であるので多量の水分を含有し高露点であるが、この直火加熱帯２内の高露点のガスが鋼板１に随伴して還元帯３内に侵入し、それが還元帯３内に拡散することで、還元帯３内の雰囲気ガスの還元能力が不安定化する。
【００３２】
また、直火加熱帯２で鋼板表面に形成する酸化皮膜を厚くすると、還元帯３でその酸化皮膜を還元することによって還元帯３内の露点が上昇するが、露点上昇した雰囲気が還元炉３内を拡散して還元能力を阻害する。
【００３３】
また、Ｓｉ及びＭｎを多量に含有しない通常の溶融亜鉛めっき鋼板を製造している途中で、Ｓｉ及びＭｎを多量に含有した高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると、還元帯３の還元能力が経時的変化して鋼板の還元が不安定となり安定しためっきを行えない。
【００３４】
このように、図２の従来装置では、還元帯３における雰囲気ガスの還元作用が低下する問題があるため、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板では、還元能力が低下したり、不安定になったりする問題があり、めっき性不良の発生を確実に防止できなかった。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の焼鈍炉の還元帯の構成例を示す概略側面図である。図３の装置では、図２の装置に対して、還元帯３の隣り合う縦パス間に仕切り１１が付加され、さらに露点計１３および１４が各々直火加熱帯２と還元帯３の接続部付近の還元帯側および還元帯出側（還元帯３と冷却帯４の接続部付近の還元帯３）に付加されている。図４は、図３の還元炉３内の雰囲気ガスの流れを説明する模式図である。
【００３６】
図３では、仕切り１１は隣り合う縦パス同士の間に鋼帯に面して設けられているので、鋼帯パス面に対して直交する方向への雰囲気ガスの流れが規制される。その結果、冷却帯から還元帯へ流入した還元作用の高いガスの流路が、鋼板通板方向と逆方向となる流路が形成される。この鋼板通板方向と逆方向となる流れは、鋼板に随伴した直火加熱帯から還元帯へのガス流れを抑止する効果がある。
【００３７】
また、還元帯内では、酸化皮膜が還元されることで雰囲気ガスの露点が上昇する。この露点が上昇した雰囲気ガスは、図４中の矢印で示すように、鋼板走行方向と逆方向に還元帯入側に向かってに流れるため、表面の酸化皮膜が還元された鋼板を再度酸化させるおそれがない。直火加熱帯で厚く形成された酸化皮膜が還元帯で還元されて露点が上昇しても、露点が上昇したガスは還元帯入側に向かって流れるので、鋼板進行方向下流の露点を上昇させることがない。
【００３８】
また、還元帯で高露点となったガスは、鋼板進行方向とは逆方向の還元帯入側に集積していき、還元帯入口から還元帯出口に向けて徐々に還元作用が増加するような雰囲気ガスの分布を確保し、還元帯出口付近で最大の還元力が確保できる。そのため、還元帯は良好な還元力を維持できる。
【００３９】
図３に示した構造の還元帯では、前記のような還元力の分布となるので、還元帯において安定して良好な還元作用が発現され、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板であっても安定して良好なめっき性が発現される。
【００４０】
還元帯３におけるガスの流れ方向を規定して還元帯における還元性を良好にする点から、還元帯３の全領域において隣り合う縦パス間に仕切り１１を設けることが好ましいが、還元性に支障がない場合は、還元帯３の一部領域にだけ仕切り１１を設けてもよい。この場合、酸化物が最も多く、鋼板温度が上昇して、還元が最も進行するのは、還元帯３の入側領域（還元帯中央から上流側に相当する領域）であるため、仕切り１１は、少なくとも還元帯３の入側領域の縦パス間に設けることが好ましい。
【００４１】
仕切り１１は、隣り合う縦パス間を完全に隔離する構造でなく、一部開口部分を有していてもよい。通常の竪型還元帯は、図３に示すように、鋼板の縦パス間にラジアントチューブバーナ８を設置するような構造になっている。このような場合、図３に示すように、仕切り１１は、隣り合う縦パス間の炉壁と、該炉壁に対向する炉内ロールの鋼板が巻きかけられていない側のロール下端部との間、ロール上端部との間（下部炉壁３ｂと上部炉内ロール９ａ下端部、上部炉壁３ａと下部炉内ロール９ｂ上端部）に、ラジアントチューブバーナ８を跨いで略鉛直に設けることで、ガスの流れ方向を鋼板進行方向と逆方向に規制することができる。仕切り１１は、その一端が還元帯の下部炉壁３ｂまたは上部炉壁３ａに接するように設け、もう一端は炉内ロール９ａまたは９ｂに近接して設けることが好ましく、また、熱歪み等を考慮してラジアントチューブバーナ８との間に若干間隔をあけて設けてもよい。
【００４２】
仕切り１１が設けられていない部分（開口部分）が大きくなると、この開口部分を通ってガスが移動し、ガスの流れの方向を鋼板走行方向と逆方向に規制する作用が低下する。仕切り設置部分の開口面積率が２５％以下であればガスの流れの方向を鋼板走行方向と逆方向に規制する作用によって還元性を向上させる効果が確認されたが、ガスの流れの方向を鋼板走行方向と逆方向に規制する効果をより確実に発現させるためには、仕切り板１１は、仕切り設置後の開口面積率が１０％以下となるように設けることがより好ましい。
【００４３】
ここで、仕切り設置部分の開口面積率とは、仕切り設置部分における鉛直方向炉断面の炉内面積に対する、該断面部分において該断面と直角方向へのガスの流れを規制するものが存在していない部分の面積の比率である。言い換えれば、相対する鋼板の間の空間を分離できていない割合である。
【００４４】
図３に示すように、隣接し相反する方向に進行する鋼板１と鋼板１の間の空間を、ほぼ二分するように、仕切り１１とラジアントチューブバーナ８とで分断する場合、該部分の鉛直方向断面の炉内面積をＳ０、仕切り１１の面積をＳ１、ラジアントチューブバーナ８の断面積をＳ２としたとき、開口面積率Ｓ＝（Ｓ０−（Ｓ１＋Ｓ２））／Ｓ０×１００（％）である。
【００４５】
仕切りは、使用される温度域における耐熱性と、操業で破損しない強度を備え、実質的にガスを遮断できるものであればよく、例えばセラミックボード等，公知の耐熱材料が使用される。
【００４６】
本発明は、質量％でＳｉ０．２〜３％及びＭｎ１〜３％を含有する鋼板を対象とする。鋼成分組成の限定理由について説明する。
【００４７】
Ｓｉ：０．２〜３質量％
Ｓｉが０．２％未満では強度の向上効果が小さく、３％を超えると本発明法でも良好なめっき性を確保できなくなる。
【００４８】
Ｍｎ：１〜３質量％
Ｍｎが１％未満では強度の向上効果が小さく、３％を超えると本発明法でも良好なめっき性が確保できなくなる。
【００４９】
Ｓｉ、Ｍｎ以外の鋼成分は特に限定されない。高強度薄鋼板の製造に用いられる成分組成のものを使用できる。
【００５０】
図１の設備において、還元帯３を図３の構造とした溶融亜鉛めっき鋼板の製造装置を用いて、次のようにして高強度溶融亜鉛めっき鋼板が製造される。
【００５１】
図示されていない鋼板送り出し装置から送り出された本発明で規定する成分組成を有する鋼板は、直火加熱帯２で鋼板成分組成、材質規格に対応して設定されたヒートパターンに沿って所定温度に加熱昇温され、同時に鋼板表面の圧延油が除去されるとともに、鋼板表面に酸化皮膜が形成される。直火加熱帯では、酸化皮膜が後の還元によって、めっき性が十分確保できる量生成するようにする。本発明が対象とする鋼板では、酸化皮膜はその厚さが０．０１〜１μｍとなるように形成することが好ましい。また、総じてＳｉ、Ｍｎの量が多ければ酸化膜厚は厚い方が良い。直火加熱は、Ｆｅ酸化物が早く生成されることで、ＳｉやＭｎなどの易酸化性元素の選択的酸化が抑制される。直火加熱帯での操業条件は、直火加熱帯出側ゾーンの鋼板温度をＳｉ、Ｍｎが低い鋼板に対して高めに設定し、燃焼時に使用する空気比を理論空燃比よりも高めにして燃焼ガスの余剰酸素が多くなるように燃焼制御を行う。前述の酸化皮膜厚が確保された後に直火還元を行う余地があれば、還元を行ってもよいが、通常の直火加熱帯の長さでは、形成した酸化皮膜を完全に還元することができないので、還元が不十分なままに直火加熱帯を通過する。
【００５２】
次に鋼板は還元帯３に通板される。鋼板は、還元帯３を通板される間に、鋼板成分組成、材質規格に対応して設定されたヒートパターンに従って、高温のラジアントチューブバーナ８によって所定温度で所定時間に加熱焼鈍されるとともに、鋼板進行方向と逆方向に流れる還元性雰囲気ガスによって、鋼板表面の酸化皮膜が還元される。還元は、十分に生成したＦｅ酸化物がＦｅとして還元されるまで行う。還元速度は、還元帯の温度と水素量で依存する。還元帯の温度は焼鈍条件で決まるが、焼鈍温度は大きく変えられないため、還元の調整は主に水素量の調節、具体的には炉内に供給する還元性ガスの流量及び／または水素ガス濃度を適宜の条件に調整して行う。
【００５３】
酸化膜が還元された鋼板１は、常法に従い、冷却帯４で溶融めっき槽６に浸漬させるのに適した鋼板温度に調整されたのち溶融めっき槽６に浸漬めっきされ、溶融めっき浴槽６から引き上げられてガスワイピング装置７で所要のめっき付着量に調整され、さらにスパングル調整あるいは合金化処理が施された後冷却され、あるいは前記処理を施すことなく冷却され、所要の溶融亜鉛めっき鋼板となる。
【００５４】
直火加熱帯２でＳｉやＭｎなどの易酸化性元素の過度な酸化が抑制されており、還元帯３でＦｅ酸化物が十分に還元されることで、前記で製造された溶融亜鉛めっき鋼板では、安定して良好なめっき性が発現される。
【００５５】
図３に示す構造の還元帯では、雰囲気ガスは、鋼板通板方向と逆方向に還元帯出側から入側に流れることで、還元帯内の各場所での露点が安定する。したがって、露点を測定することで、直火加熱帯の酸化状態や還元帯の還元状態を評価でき、またこれらを容易に制御することができる。
【００５６】
直火加熱帯の酸化皮膜厚が厚いと還元帯における還元反応の負荷が大きくなり、還元帯との接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点が高くなる。従って、直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点を測定することで、直火加熱帯の酸化程度（酸化皮膜厚さ）を評価することができる。また、直火加熱帯で鋼板を直火加熱するガスの燃焼条件を制御することで、直火加熱帯で形成される酸化皮膜厚を制御することができる。従って、直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点の測定結果に基いて直火加熱帯のガスの燃焼制御、特に空燃比制御を行い、直火加熱帯で形成される酸化皮膜厚を制御することができる。
【００５７】
また、還元帯出側の雰囲気ガスの露点から、酸化皮膜の還元帯での還元状態を評価できる。炉内に供給する還元性ガスの水素量（ガス供給量または水素濃度）を調整することで還元帯における酸化皮膜の還元程度を調整することができる。従って、還元帯出側の雰囲気ガスの露点の測定結果に基いて炉内に供給する還元性ガスの水素量を調整し、還元帯における酸化皮膜の還元程度を制御することができる。
【００５８】
例えば、直火加熱帯で適正な酸化膜厚が形成され、還元帯でこの酸化膜が十分に還元されて良好なめっき性が得られ、そのときの直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点（以下ＤＰ１）がＤＰ１ｍ、還元帯出側の雰囲気ガスの露点（以下ＤＰ２）がＤＰ２ｍであった場合、直火加熱帯で形成された酸化皮膜厚、還元帯での還元程度、めっき性と、直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点ＤＰ１、還元帯出側近傍の雰囲気ガスの露点ＤＰ２は、上記露点ＤＰ１ｍ、ＤＰ２ｍと表１に示すような対応関係がある。
【００５９】
例えば、Ａは適正条件Ｃに対して酸化皮膜厚が過大であったが、この酸化膜が十分に還元された結果良好なめっきが得られた場合である。この場合、還元帯における酸化皮膜の還元量が多くなるため露点ＤＰ１は適正条件Ｃの露点ＤＰ１ｍより高くなる。また、還元帯通板中に酸化皮膜が十分に還元されたことで還元帯出側近傍では還元反応が進行しなくなるため、露点ＤＰ２は適正条件Ｃの露点ＤＰ２ｍより低くなる。したがって、前記の各露点の測定結果に基づいて、表１の制御方法に記載されるような制御を行うことで、直火加熱帯でより適正な酸化被膜形成、還元帯でより適正な還元を行うことが可能になり、もってより良好なめっき性が得られるようになる。
【００６０】
また、例えば、前述Ａの場合のように、露点ＤＰ１が高く、露点ＤＰ２が低い場合、酸化皮膜が過大に形成されているもののこの酸化皮膜が十分に還元されていると判断されるので、直火加熱帯では酸化皮膜厚を薄くするように燃焼制御し、酸化皮膜厚が薄くなるように燃焼制御し、それに対応して、還元帯では還元性を弱めるような制御をすることで、良好なめっきを確保しながら効率的な操業が可能になる。
【００６１】
なお、表１において、「↓」（下向き矢印）は酸化程度または還元程度を緩くする条件に変えること、「↑」（上向き矢印）は酸化程度または還元程度を強くする条件に変えること、「→」（横向き矢印）は酸化程度または還元程度を変えないことを示している。
【００６２】
【表１】
【００６３】
また、直火加熱帯での適正な酸化状態に対応する露点ＤＰ１、還元帯での適正な還元状態に対応する露点ＤＰ２が分かっていない成分組成、材質規格の鋼板でスケール残りによるめっき不良が発生した場合でも、直火加熱帯での酸化程度を強くする（又は酸化程度を弱くする）ように燃焼条件を変更し、また還元帯で還元程度を強くする（又は還元程度を弱くする）ように雰囲気ガスの供給条件を変更し、各露点ＤＰ１、ＤＰ２が条件変更前の各露点に対して低下するか上昇するかの変化傾向を把握することで、良好なめっきが得られる条件への変更指針を得ることができる。
【００６４】
例えば、露点ＤＰ１、ＤＰ２がいずれも高くなった場合、酸化皮膜がより厚くなり、これによって露点ＤＰ２が高くなったと判断し、直火加熱帯の燃焼制御を酸化皮膜厚を薄くする方向に変更すればよい。そしてこの条件に変更後の各露点の変化傾向を再度把握し、より適切な条件に変更すればよい。
【００６５】
炉内に供給する還元性ガスが冷却帯だけでなく、還元帯に供給してもよく、この場合も前記と同様の制御をすることができる。
【実施例１】
【００６６】
表２に示す成分組成と残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼を熱間圧延、酸洗、冷間圧延し、厚さ１ｍｍ×幅１ｍのめっき原板を作製した。この鋼板を直火加熱帯、還元帯（竪型還元帯）、冷却帯を備える焼鈍炉で焼鈍し、引き続き溶融亜鉛めっき槽で溶融亜鉛めっきし、ガスワイピング装置でめっき付着量を片面当たり４０ｇ／ｍ２に調整した。直火加熱帯は、直火予熱帯、直火酸化帯、直火還元帯を備える。還元帯には、図３に示すように、還元帯の全縦パス間にセラミックボード製の仕切り板を設け、仕切り板の開口部分の面積率を変える実験を行った。仕切り板は、整流化を考慮して全体が翼状になるような構造とした。
【００６７】
製造条件は次のとおりである。
・ライン速度：８０ｍｐｍ
・直火加熱帯：
直火予熱帯で予熱後、直火酸化帯で鋼板を直火加熱して酸化し、次に直火還元帯では直火還元後鋼板温度が６００〜６３０℃となるように直火還元した。直火酸化帯の空気比、直火還元帯の空気比を表３に示す。
・還元帯：
焼鈍条件；鋼板加熱温度を８００℃とした。
・溶融亜鉛めっき：
浴温；４７０℃
・雰囲気ガス：Ｈ２：８ｖｏｌ％−Ｎ２：９２ｖｏｌ％（露点：−５０℃程度）、流量１０００Ｎｍ３／Ｈ
このようにして作製した溶融亜鉛めっき鋼板の外観を目視観察し、不めっきの有無を評価した。評価結果を表３に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
表３に示すように、仕切りの開口面積率が１０％以下とすることで良好なめっき性が示された。従来装置では、ラジアントチューブそのものはガスを通さないため、鋼板間面積の７０％を塞いでいる（開口面積率＝３０％）が、ガスに対して流れを乱し、鋼板間を横切るような流れを生じる形状であるため、不めっきを生じていたと考えられる。従来装置では、直火加熱帯の空気比を上げても不めっきの改善が認められないのに対し、仕切り板を設けて開口部面積率を５％減少した本発明装置の例（Ｎｏ．４）では、不めっきが改善された。開口面積率を減ずるとともに不めっきが改善されており、特に開口面積率が１０％以下で顕著な効果があった。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、めっき性不良の発生のない、質量％でＳｉ０．２〜３％及びＭｎ１〜３％を含有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法として利用することができる。
【００７２】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備は、質量％でＳｉ０．２〜３％及びＭｎ１〜３％を含有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の要部構成例を示す概略側面図である。
【図２】従来の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備における還元帯の概略構造と還元炉内の雰囲気ガスの流れを説明する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の焼鈍炉の還元帯の構成例を示す概略側面図である。
【図４】図３の還元帯内の雰囲気ガスの流れを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 鋼板
２ 直火加熱方式の直火帯（直火加熱帯）
３ 竪型還元帯（還元帯）
４ 冷却帯
５ スナウト
６ 溶融めっき槽
７ ガスワイピング装置
８ ラジアントチューブバーナ
９ａ、９ｂ 炉内ロール
１１ 仕切り
１３、１４ 露点計
１６ 直火加熱帯と還元帯の接続部
１０１ 燃料供給系統
１０２ 空気供給系統
１０３ 直火加熱バーナ
１０５ ガス供給配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を備える焼鈍炉で熱処理したのち溶融亜鉛めっきを施して製造する高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。また、本発明は高強度鋼板の製造に好適な溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板は安価な金属材料であるため、自動車、家電、建材等の分野において広く用いられている。近年、自動車業界においては、耐久性の向上に加えて、燃費向上および排出ガス削減の観点から自動車の軽量化が進んでおり、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の使用が急増している。高強度溶融亜鉛めっき鋼板は鋼中元素としてＳｉ、Ｍｎ等が添加され、通常連続溶融亜鉛めっき設備を用いて製造される。連続溶融亜鉛めっき設備を用いて、Ｓｉ、Ｍｎが多量に添加された鋼板を焼鈍した後溶融亜鉛めっきすると、鋼板表面のＳｉやＭｎの酸化物によってめっき不良が発生する問題がある。
【０００３】
ＳｉやＭｎを多量に添加した高強度鋼板に溶融亜鉛めっきを施す場合、鋼板表面に一旦適正なＦｅ酸化皮膜を形成し、その後Ｆｅ酸化皮膜厚をめっきを阻害しない程度に還元して溶融亜鉛めっきすると、めっき不良の発生防止に有効である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鋼板表面に適正なＦｅ酸化皮膜を形成した後形成したＦｅ酸化皮膜厚を還元する方法として、無酸化炉を有しない連続式溶融亜鉛めっき設備を用い、還元炉を２ゾーン以上に分割して各ゾーンの露点を調整、すなわち第１ゾーンでは炉内に水蒸気を導入して露点を調整して鋼板表面に適正なＦｅ酸化皮膜を形成し、次いで第２ゾーンではＦｅ酸化皮膜を還元するように露点を調整する方法が記載されている。
【０００５】
また、酸化膜を生成する方法として、直火還元を利用する方法が有効であることが、特許文献２に記載されている。また、直火還元を使用すれば、特許文献１よりもＳｉやＭｎを多量に添加した高強度鋼板に溶融亜鉛めっきを施すことができることが、特許文献３に示されている。ここで、直火還元とは、直火加熱方式の直火帯を使用して鋼板表面を酸化した後に、鋼板表面を還元する方法である。これは直火帯を複数の帯（ゾーン）に分け、先に鋼板が通過する帯を高空気比で燃焼して一旦表面を酸化させ、後ろの帯では空気比を低くして還元性を有する火炎で加熱しながら鋼板表面を還元することによって行われる。
【０００６】
図１は、直火加熱方式の直火帯で直火還元を利用して酸化膜を生成した後、この酸化膜を還元し、しかる後亜鉛めっきを行う溶融亜鉛亜鉛めっき鋼板の製造設備の要部構成例を示す概略側面図である。
【０００７】
図１において、１は鋼板、２は直火加熱方式の直火帯（以下、単に「直火加熱帯」とも記載する。）、３は竪型還元帯（以下、単に「還元帯」とも記載する。）、４は冷却帯、５はスナウト、６は溶融めっき槽、７はガスワイピング装置である。直火加熱帯２と竪型還元帯３が連接されている。溶融めっき槽６にはめっき金属である溶融亜鉛が保持されている。
【０００８】
直火加熱帯は複数の加熱ゾーンに分割され、各々の加熱ゾーンには直火加熱バーナ１０３が配置され、燃料供給系統１０１から燃料ガス、空気供給系統１０２から燃焼用空気が供給される。各加熱ゾーンの燃料ガス流量、燃焼用空気流量及びその流量比は独立に制御可能である。
【０００９】
還元帯３は、炉内の上部及び下部に所定の高さをもって配設された炉内ロールが所定間隔で複数設けられている。還元帯３内を走行する鋼板１は、上部炉内ロール９ａと下部炉内ロール９ｂで支持されて鉛直方向に走行する。この鉛直方向の鋼板走行路を縦パスと記載する。複数の縦パスが存在し、隣り合う縦パスでは鋼板の走行方向が逆である。また還元帯３の縦パス間に鋼板に面してラジアントチューブバーナ８が配設されている。
【００１０】
Ｈ２とＮ２を含む低露点の還元性ガスがガス供給配管１０５から冷却帯４の複数箇所に供給され、供給されたガスは還元帯３入側に流れ、直火加熱帯２と還元帯３を接続する接続部１６から直火加熱帯２に流出する。このガスによって、還元帯３の雰囲気は還元性に保持される。
【００１１】
図示されていない鋼板送り出し装置から送り出された鋼板は、直火加熱帯２の前段で燃料ガスを用いて直火加熱され、鋼板表面の圧延油が除去されるとともに、鋼板表面にＦｅ酸化物（酸化皮膜）を形成する。直火での加熱であるので加熱速度が速く、鋼板温度が低くても、燃焼ガス温度が高く、燃焼ガス中のラジカルが鋼板に達して鋼板との反応に関与するので反応速度が速く、酸化膜が早く形成される、などの特徴がある。この特徴によって、直火による加熱では、直火以外の加熱の場合にＳｉやＭｎなどの易酸化性元素が優先的に酸化され、鋼板内を拡散して鋼板表層に濃化するのに較べて、Ｆｅ酸化物の生成が早く易酸化物の濃化が少ないことが利点となる。
【００１２】
直火加熱帯の後段は燃焼の空気比を調節して還元を実施することで、易酸化物はそのままに、還元された純鉄層が表面に形成されて、めっきが容易になる。
【００１３】
次に鋼板は還元帯３に通板される。鋼板は、還元帯３を通板される間に、高温のラジアントチューブ８によって所定温度で所定時間に加熱焼鈍され、同時に鋼板表面の直火還元で残った酸化皮膜が還元される。還元は、還元性ガスを炉内に導入することで行われ、通常、還元性ガスとして、水素濃度が数％〜数十％（ｖｏｌ％）の水素と窒素の混合ガスを使用し、還元反応の進行は、炉内の温度パターンや通板速度、炉内ガスの水素濃度と供給量で決まる。還元帯で鋼板の還元が完了するように適宜の条件が選ばれる。
【００１４】
酸化皮膜が還元された鋼板１は、冷却帯４で溶融めっき槽６に浸漬させるのに適した鋼板温度に調整されたのち溶融めっき槽６に浸漬めっきされ、溶融めっき浴槽６から引き上げられてガスワイピング装置７で所要のめっき付着量に調整され、さらにスパングル調整あるいは合金化処理が施された後冷却され、あるいは前記処理を施すことなく冷却され、所要の溶融亜鉛めっき鋼板となる。
【特許文献１】特許第３０１４５２９号公報
【特許文献２】特開平５−１９５０８４号公報
【特許文献３】特許第２５３０９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
Ｓｉ濃度やＭｎ濃度が高い鋼板を溶融亜鉛めっきする際に、直火加熱帯で形成するＦｅ系酸化皮膜を厚くして、形成したＦｅ系酸化皮膜が次の還元工程で十分に還元されれば、より高いＳｉ濃度やＭｎ濃度の鋼板のめっきが可能になるはずであるが、酸化皮膜が厚いと還元工程でＦｅ系酸化皮膜の還元が不十分となり、還元されなかった酸化層が残留するために安定して良好なめっきが得られないという問題があった。
【００１６】
本発明の課題は、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板を加熱焼鈍したのち溶融亜鉛めっきを施して高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際に、めっき性不良の発生を防止できる高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することである。
【００１７】
また、本発明の課題は、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造に好適な溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決する本発明の要旨は次のとおりである。
【００１９】
（１）質量％でＳｉ：０．２〜３％及びＭｎ：１〜３％のうちの１種以上を含有する鋼板を、直火加熱方式の直火帯で加熱し、さらに竪型還元帯において還元雰囲気中で表面の還元と焼鈍を行ったのち、溶融亜鉛めっき浴に浸漬させて亜鉛めっきを行う高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、竪型還元帯では、少なくとも入側領域において雰囲気ガスを鋼板進行方向と逆方向に流すようにすることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２０】
（２）直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点を測定し、その測定値から直火帯の燃焼制御を行うことを特徴とする、（１）に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２１】
（３）直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点と、還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定してその関係から、還元帯へ供給する雰囲気ガス流量を調整することを特徴とする、（１）または（２）に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２２】
（４）直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を有する焼鈍炉と、その下流に溶融亜鉛めっき装置を備える溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、竪型還元帯の少なくとも入側領域の隣り合う鋼帯の縦パスの間に、該縦パスの間の雰囲気ガスの流れの方向を鋼板進行方向と逆方向に規制する仕切りが設けられていることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【００２３】
（５）仕切り設置後の開口面積率が、１０％以下であることを特徴とする、（４）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【００２４】
（６）直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯との接続部近傍の竪型還元帯の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、（４）または（５）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【００２５】
（７）さらに還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、（６）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、還元帯内の還元性ガスの流れの方向が鋼板の進行方向と逆方向になるような流路が構成されることで、鋼板に随伴して直火加熱帯から還元帯に流れるガス流れを抑止する効果がある。また、還元帯内では、酸化皮膜の還元により発生した高露点ガスは、該高露点ガスの発生位置から、鋼板進行方向とは逆方向の直火加熱帯側に流れる。この高露点ガスは還元を終えた鋼板進行方向に流れることがないため、還元された鋼板がこの高露点ガスによって再度酸化されることがない。還元帯で発生した高露点のガスは、鋼板の進行方向とは逆方向に集積していくので、還元帯入口から還元帯出口に向けて徐々に還元性が増すような雰囲気の分布が確保され、還元帯出口付近で最大の還元力が確保できる。その結果、酸化膜の還元反応が安定し、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板であっても、還元帯において安定して良好な還元作用が発現されることで、安定して良好なめっき性が発現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明者らは、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板を直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を備える熱処理炉で熱処理したのち溶融亜鉛めっきを施して高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際に、安定して良好なめっき性を得る方法について種々検討した。その結果、還元帯内における雰囲気ガスの流れ方向を鋼板進行方向と逆方向とするような流路を形成することで、安定して良好なめっき性がえられることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされた。
【００２８】
以下、本発明について従来技術と対比して説明する。
【００２９】
図１の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、従来技術の還元帯３の構造と雰囲気ガスの流れを図２を用いて説明する。図２において、冷却帯４から還元帯３に流れた低露点の還元性ガスは還元帯３出側から入側に向かって流れ、さらに直火加熱帯２へ流出する。還元帯３において、鋼板は、鋼板の縦パス間に多数配置されたラジアンチューブバーナ８によって加熱されるが、炉壁はそれらを内部に納めた大きな箱のような構造になっているため、還元帯３内のガスは自由に流れる。そのため、次のような問題点がある。
【００３０】
酸化皮膜の還元で発生した高露点のガスは、図２中の矢印で示すように、炉内に拡散してしまい、高露点のガスを直火加熱帯２に効率的に排出できない。
【００３１】
また、直火加熱帯２の雰囲気は燃料ガスの燃焼成分であるので多量の水分を含有し高露点であるが、この直火加熱帯２内の高露点のガスが鋼板１に随伴して還元帯３内に侵入し、それが還元帯３内に拡散することで、還元帯３内の雰囲気ガスの還元能力が不安定化する。
【００３２】
また、直火加熱帯２で鋼板表面に形成する酸化皮膜を厚くすると、還元帯３でその酸化皮膜を還元することによって還元帯３内の露点が上昇するが、露点上昇した雰囲気が還元炉３内を拡散して還元能力を阻害する。
【００３３】
また、Ｓｉ及びＭｎを多量に含有しない通常の溶融亜鉛めっき鋼板を製造している途中で、Ｓｉ及びＭｎを多量に含有した高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると、還元帯３の還元能力が経時的変化して鋼板の還元が不安定となり安定しためっきを行えない。
【００３４】
このように、図２の従来装置では、還元帯３における雰囲気ガスの還元作用が低下する問題があるため、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板では、還元能力が低下したり、不安定になったりする問題があり、めっき性不良の発生を確実に防止できなかった。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の焼鈍炉の還元帯の構成例を示す概略側面図である。図３の装置では、図２の装置に対して、還元帯３の隣り合う縦パス間に仕切り１１が付加され、さらに露点計１３および１４が各々直火加熱帯２と還元帯３の接続部付近の還元帯側および還元帯出側（還元帯３と冷却帯４の接続部付近の還元帯３）に付加されている。図４は、図３の還元炉３内の雰囲気ガスの流れを説明する模式図である。
【００３６】
図３では、仕切り１１は隣り合う縦パス同士の間に鋼帯に面して設けられているので、鋼帯パス面に対して直交する方向への雰囲気ガスの流れが規制される。その結果、冷却帯から還元帯へ流入した還元作用の高いガスの流路が、鋼板通板方向と逆方向となる流路が形成される。この鋼板通板方向と逆方向となる流れは、鋼板に随伴した直火加熱帯から還元帯へのガス流れを抑止する効果がある。
【００３７】
また、還元帯内では、酸化皮膜が還元されることで雰囲気ガスの露点が上昇する。この露点が上昇した雰囲気ガスは、図４中の矢印で示すように、鋼板走行方向と逆方向に還元帯入側に向かってに流れるため、表面の酸化皮膜が還元された鋼板を再度酸化させるおそれがない。直火加熱帯で厚く形成された酸化皮膜が還元帯で還元されて露点が上昇しても、露点が上昇したガスは還元帯入側に向かって流れるので、鋼板進行方向下流の露点を上昇させることがない。
【００３８】
また、還元帯で高露点となったガスは、鋼板進行方向とは逆方向の還元帯入側に集積していき、還元帯入口から還元帯出口に向けて徐々に還元作用が増加するような雰囲気ガスの分布を確保し、還元帯出口付近で最大の還元力が確保できる。そのため、還元帯は良好な還元力を維持できる。
【００３９】
図３に示した構造の還元帯では、前記のような還元力の分布となるので、還元帯において安定して良好な還元作用が発現され、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度が高い鋼板であっても安定して良好なめっき性が発現される。
【００４０】
還元帯３におけるガスの流れ方向を規定して還元帯における還元性を良好にする点から、還元帯３の全領域において隣り合う縦パス間に仕切り１１を設けることが好ましいが、還元性に支障がない場合は、還元帯３の一部領域にだけ仕切り１１を設けてもよい。この場合、酸化物が最も多く、鋼板温度が上昇して、還元が最も進行するのは、還元帯３の入側領域（還元帯中央から上流側に相当する領域）であるため、仕切り１１は、少なくとも還元帯３の入側領域の縦パス間に設けることが好ましい。
【００４１】
仕切り１１は、隣り合う縦パス間を完全に隔離する構造でなく、一部開口部分を有していてもよい。通常の竪型還元帯は、図３に示すように、鋼板の縦パス間にラジアントチューブバーナ８を設置するような構造になっている。このような場合、図３に示すように、仕切り１１は、隣り合う縦パス間の炉壁と、該炉壁に対向する炉内ロールの鋼板が巻きかけられていない側のロール下端部との間、ロール上端部との間（下部炉壁３ｂと上部炉内ロール９ａ下端部、上部炉壁３ａと下部炉内ロール９ｂ上端部）に、ラジアントチューブバーナ８を跨いで略鉛直に設けることで、ガスの流れ方向を鋼板進行方向と逆方向に規制することができる。仕切り１１は、その一端が還元帯の下部炉壁３ｂまたは上部炉壁３ａに接するように設け、もう一端は炉内ロール９ａまたは９ｂに近接して設けることが好ましく、また、熱歪み等を考慮してラジアントチューブバーナ８との間に若干間隔をあけて設けてもよい。
【００４２】
仕切り１１が設けられていない部分（開口部分）が大きくなると、この開口部分を通ってガスが移動し、ガスの流れの方向を鋼板走行方向と逆方向に規制する作用が低下する。仕切り設置部分の開口面積率が２５％以下であればガスの流れの方向を鋼板走行方向と逆方向に規制する作用によって還元性を向上させる効果が確認されたが、ガスの流れの方向を鋼板走行方向と逆方向に規制する効果をより確実に発現させるためには、仕切り板１１は、仕切り設置後の開口面積率が１０％以下となるように設けることがより好ましい。
【００４３】
ここで、仕切り設置部分の開口面積率とは、仕切り設置部分における鉛直方向炉断面の炉内面積に対する、該断面部分において該断面と直角方向へのガスの流れを規制するものが存在していない部分の面積の比率である。言い換えれば、相対する鋼板の間の空間を分離できていない割合である。
【００４４】
図３に示すように、隣接し相反する方向に進行する鋼板１と鋼板１の間の空間を、ほぼ二分するように、仕切り１１とラジアントチューブバーナ８とで分断する場合、該部分の鉛直方向断面の炉内面積をＳ０、仕切り１１の面積をＳ１、ラジアントチューブバーナ８の断面積をＳ２としたとき、開口面積率Ｓ＝（Ｓ０−（Ｓ１＋Ｓ２））／Ｓ０×１００（％）である。
【００４５】
仕切りは、使用される温度域における耐熱性と、操業で破損しない強度を備え、実質的にガスを遮断できるものであればよく、例えばセラミックボード等，公知の耐熱材料が使用される。
【００４６】
本発明は、質量％でＳｉ０．２〜３％及びＭｎ１〜３％を含有する鋼板を対象とする。鋼成分組成の限定理由について説明する。
【００４７】
Ｓｉ：０．２〜３質量％
Ｓｉが０．２％未満では強度の向上効果が小さく、３％を超えると本発明法でも良好なめっき性を確保できなくなる。
【００４８】
Ｍｎ：１〜３質量％
Ｍｎが１％未満では強度の向上効果が小さく、３％を超えると本発明法でも良好なめっき性が確保できなくなる。
【００４９】
Ｓｉ、Ｍｎ以外の鋼成分は特に限定されない。高強度薄鋼板の製造に用いられる成分組成のものを使用できる。
【００５０】
図１の設備において、還元帯３を図３の構造とした溶融亜鉛めっき鋼板の製造装置を用いて、次のようにして高強度溶融亜鉛めっき鋼板が製造される。
【００５１】
図示されていない鋼板送り出し装置から送り出された本発明で規定する成分組成を有する鋼板は、直火加熱帯２で鋼板成分組成、材質規格に対応して設定されたヒートパターンに沿って所定温度に加熱昇温され、同時に鋼板表面の圧延油が除去されるとともに、鋼板表面に酸化皮膜が形成される。直火加熱帯では、酸化皮膜が後の還元によって、めっき性が十分確保できる量生成するようにする。本発明が対象とする鋼板では、酸化皮膜はその厚さが０．０１〜１μｍとなるように形成することが好ましい。また、総じてＳｉ、Ｍｎの量が多ければ酸化膜厚は厚い方が良い。直火加熱は、Ｆｅ酸化物が早く生成されることで、ＳｉやＭｎなどの易酸化性元素の選択的酸化が抑制される。直火加熱帯での操業条件は、直火加熱帯出側ゾーンの鋼板温度をＳｉ、Ｍｎが低い鋼板に対して高めに設定し、燃焼時に使用する空気比を理論空燃比よりも高めにして燃焼ガスの余剰酸素が多くなるように燃焼制御を行う。前述の酸化皮膜厚が確保された後に直火還元を行う余地があれば、還元を行ってもよいが、通常の直火加熱帯の長さでは、形成した酸化皮膜を完全に還元することができないので、還元が不十分なままに直火加熱帯を通過する。
【００５２】
次に鋼板は還元帯３に通板される。鋼板は、還元帯３を通板される間に、鋼板成分組成、材質規格に対応して設定されたヒートパターンに従って、高温のラジアントチューブバーナ８によって所定温度で所定時間に加熱焼鈍されるとともに、鋼板進行方向と逆方向に流れる還元性雰囲気ガスによって、鋼板表面の酸化皮膜が還元される。還元は、十分に生成したＦｅ酸化物がＦｅとして還元されるまで行う。還元速度は、還元帯の温度と水素量で依存する。還元帯の温度は焼鈍条件で決まるが、焼鈍温度は大きく変えられないため、還元の調整は主に水素量の調節、具体的には炉内に供給する還元性ガスの流量及び／または水素ガス濃度を適宜の条件に調整して行う。
【００５３】
酸化膜が還元された鋼板１は、常法に従い、冷却帯４で溶融めっき槽６に浸漬させるのに適した鋼板温度に調整されたのち溶融めっき槽６に浸漬めっきされ、溶融めっき浴槽６から引き上げられてガスワイピング装置７で所要のめっき付着量に調整され、さらにスパングル調整あるいは合金化処理が施された後冷却され、あるいは前記処理を施すことなく冷却され、所要の溶融亜鉛めっき鋼板となる。
【００５４】
直火加熱帯２でＳｉやＭｎなどの易酸化性元素の過度な酸化が抑制されており、還元帯３でＦｅ酸化物が十分に還元されることで、前記で製造された溶融亜鉛めっき鋼板では、安定して良好なめっき性が発現される。
【００５５】
図３に示す構造の還元帯では、雰囲気ガスは、鋼板通板方向と逆方向に還元帯出側から入側に流れることで、還元帯内の各場所での露点が安定する。したがって、露点を測定することで、直火加熱帯の酸化状態や還元帯の還元状態を評価でき、またこれらを容易に制御することができる。
【００５６】
直火加熱帯の酸化皮膜厚が厚いと還元帯における還元反応の負荷が大きくなり、還元帯との接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点が高くなる。従って、直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点を測定することで、直火加熱帯の酸化程度（酸化皮膜厚さ）を評価することができる。また、直火加熱帯で鋼板を直火加熱するガスの燃焼条件を制御することで、直火加熱帯で形成される酸化皮膜厚を制御することができる。従って、直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点の測定結果に基いて直火加熱帯のガスの燃焼制御、特に空燃比制御を行い、直火加熱帯で形成される酸化皮膜厚を制御することができる。
【００５７】
また、還元帯出側の雰囲気ガスの露点から、酸化皮膜の還元帯での還元状態を評価できる。炉内に供給する還元性ガスの水素量（ガス供給量または水素濃度）を調整することで還元帯における酸化皮膜の還元程度を調整することができる。従って、還元帯出側の雰囲気ガスの露点の測定結果に基いて炉内に供給する還元性ガスの水素量を調整し、還元帯における酸化皮膜の還元程度を制御することができる。
【００５８】
例えば、直火加熱帯で適正な酸化膜厚が形成され、還元帯でこの酸化膜が十分に還元されて良好なめっき性が得られ、そのときの直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点（以下ＤＰ１）がＤＰ１ｍ、還元帯出側の雰囲気ガスの露点（以下ＤＰ２）がＤＰ２ｍであった場合、直火加熱帯で形成された酸化皮膜厚、還元帯での還元程度、めっき性と、直火加熱帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点ＤＰ１、還元帯出側近傍の雰囲気ガスの露点ＤＰ２は、上記露点ＤＰ１ｍ、ＤＰ２ｍと表１に示すような対応関係がある。
【００５９】
例えば、Ａは適正条件Ｃに対して酸化皮膜厚が過大であったが、この酸化膜が十分に還元された結果良好なめっきが得られた場合である。この場合、還元帯における酸化皮膜の還元量が多くなるため露点ＤＰ１は適正条件Ｃの露点ＤＰ１ｍより高くなる。また、還元帯通板中に酸化皮膜が十分に還元されたことで還元帯出側近傍では還元反応が進行しなくなるため、露点ＤＰ２は適正条件Ｃの露点ＤＰ２ｍより低くなる。したがって、前記の各露点の測定結果に基づいて、表１の制御方法に記載されるような制御を行うことで、直火加熱帯でより適正な酸化被膜形成、還元帯でより適正な還元を行うことが可能になり、もってより良好なめっき性が得られるようになる。
【００６０】
また、例えば、前述Ａの場合のように、露点ＤＰ１が高く、露点ＤＰ２が低い場合、酸化皮膜が過大に形成されているもののこの酸化皮膜が十分に還元されていると判断されるので、直火加熱帯では酸化皮膜厚を薄くするように燃焼制御し、酸化皮膜厚が薄くなるように燃焼制御し、それに対応して、還元帯では還元性を弱めるような制御をすることで、良好なめっきを確保しながら効率的な操業が可能になる。
【００６１】
なお、表１において、「↓」（下向き矢印）は酸化程度または還元程度を緩くする条件に変えること、「↑」（上向き矢印）は酸化程度または還元程度を強くする条件に変えること、「→」（横向き矢印）は酸化程度または還元程度を変えないことを示している。
【００６２】
【表１】
【００６３】
また、直火加熱帯での適正な酸化状態に対応する露点ＤＰ１、還元帯での適正な還元状態に対応する露点ＤＰ２が分かっていない成分組成、材質規格の鋼板でスケール残りによるめっき不良が発生した場合でも、直火加熱帯での酸化程度を強くする（又は酸化程度を弱くする）ように燃焼条件を変更し、また還元帯で還元程度を強くする（又は還元程度を弱くする）ように雰囲気ガスの供給条件を変更し、各露点ＤＰ１、ＤＰ２が条件変更前の各露点に対して低下するか上昇するかの変化傾向を把握することで、良好なめっきが得られる条件への変更指針を得ることができる。
【００６４】
例えば、露点ＤＰ１、ＤＰ２がいずれも高くなった場合、酸化皮膜がより厚くなり、これによって露点ＤＰ２が高くなったと判断し、直火加熱帯の燃焼制御を酸化皮膜厚を薄くする方向に変更すればよい。そしてこの条件に変更後の各露点の変化傾向を再度把握し、より適切な条件に変更すればよい。
【００６５】
炉内に供給する還元性ガスが冷却帯だけでなく、還元帯に供給してもよく、この場合も前記と同様の制御をすることができる。
【実施例１】
【００６６】
表２に示す成分組成と残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼を熱間圧延、酸洗、冷間圧延し、厚さ１ｍｍ×幅１ｍのめっき原板を作製した。この鋼板を直火加熱帯、還元帯（竪型還元帯）、冷却帯を備える焼鈍炉で焼鈍し、引き続き溶融亜鉛めっき槽で溶融亜鉛めっきし、ガスワイピング装置でめっき付着量を片面当たり４０ｇ／ｍ２に調整した。直火加熱帯は、直火予熱帯、直火酸化帯、直火還元帯を備える。還元帯には、図３に示すように、還元帯の全縦パス間にセラミックボード製の仕切り板を設け、仕切り板の開口部分の面積率を変える実験を行った。仕切り板は、整流化を考慮して全体が翼状になるような構造とした。
【００６７】
製造条件は次のとおりである。
・ライン速度：８０ｍｐｍ
・直火加熱帯：
直火予熱帯で予熱後、直火酸化帯で鋼板を直火加熱して酸化し、次に直火還元帯では直火還元後鋼板温度が６００〜６３０℃となるように直火還元した。直火酸化帯の空気比、直火還元帯の空気比を表３に示す。
・還元帯：
焼鈍条件；鋼板加熱温度を８００℃とした。
・溶融亜鉛めっき：
浴温；４７０℃
・雰囲気ガス：Ｈ２：８ｖｏｌ％−Ｎ２：９２ｖｏｌ％（露点：−５０℃程度）、流量１０００Ｎｍ３／Ｈ
このようにして作製した溶融亜鉛めっき鋼板の外観を目視観察し、不めっきの有無を評価した。評価結果を表３に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
表３に示すように、仕切りの開口面積率が１０％以下とすることで良好なめっき性が示された。従来装置では、ラジアントチューブそのものはガスを通さないため、鋼板間面積の７０％を塞いでいる（開口面積率＝３０％）が、ガスに対して流れを乱し、鋼板間を横切るような流れを生じる形状であるため、不めっきを生じていたと考えられる。従来装置では、直火加熱帯の空気比を上げても不めっきの改善が認められないのに対し、仕切り板を設けて開口部面積率を５％減少した本発明装置の例（Ｎｏ．４）では、不めっきが改善された。開口面積率を減ずるとともに不めっきが改善されており、特に開口面積率が１０％以下で顕著な効果があった。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、めっき性不良の発生のない、質量％でＳｉ０．２〜３％及びＭｎ１〜３％を含有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法として利用することができる。
【００７２】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備は、質量％でＳｉ０．２〜３％及びＭｎ１〜３％を含有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の要部構成例を示す概略側面図である。
【図２】従来の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備における還元帯の概略構造と還元炉内の雰囲気ガスの流れを説明する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の焼鈍炉の還元帯の構成例を示す概略側面図である。
【図４】図３の還元帯内の雰囲気ガスの流れを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 鋼板
２ 直火加熱方式の直火帯（直火加熱帯）
３ 竪型還元帯（還元帯）
４ 冷却帯
５ スナウト
６ 溶融めっき槽
７ ガスワイピング装置
８ ラジアントチューブバーナ
９ａ、９ｂ 炉内ロール
１１ 仕切り
１３、１４ 露点計
１６ 直火加熱帯と還元帯の接続部
１０１ 燃料供給系統
１０２ 空気供給系統
１０３ 直火加熱バーナ
１０５ ガス供給配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＳｉ：０．２〜３％及びＭｎ：１〜３％のうちの１種以上を含有する鋼板を、直火加熱方式の直火帯で加熱し、さらに竪型還元帯において還元雰囲気中で表面の還元と焼鈍を行ったのち、溶融亜鉛めっき浴に浸漬させて亜鉛めっきを行う高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、竪型還元帯では、少なくとも入側領域において雰囲気ガスを鋼板進行方向と逆方向に流すようにすることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点を測定し、その測定値から直火帯の燃焼制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項３】
直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点と、還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定してその関係から、還元帯へ供給する雰囲気ガス流量を調整することを特徴とする、請求項１または２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項４】
直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を有する焼鈍炉と、その下流に溶融亜鉛めっき装置を備える溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、竪型還元帯の少なくとも入側領域の隣り合う鋼帯の縦パスの間に、該縦パスの間の雰囲気ガスの流れの方向を鋼板進行方向と逆方向に規制する仕切りが設けられていることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項５】
仕切り設置後の開口面積率が、１０％以下であることを特徴とする、請求項４に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項６】
直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯との接続部近傍の竪型還元帯の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項７】
さらに還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、請求項６に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項１】
質量％でＳｉ：０．２〜３％及びＭｎ：１〜３％のうちの１種以上を含有する鋼板を、直火加熱方式の直火帯で加熱し、さらに竪型還元帯において還元雰囲気中で表面の還元と焼鈍を行ったのち、溶融亜鉛めっき浴に浸漬させて亜鉛めっきを行う高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、竪型還元帯では、少なくとも入側領域において雰囲気ガスを鋼板進行方向と逆方向に流すようにすることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点を測定し、その測定値から直火帯の燃焼制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項３】
直火帯と還元帯の接続部付近の還元帯の雰囲気ガスの露点と、還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定してその関係から、還元帯へ供給する雰囲気ガス流量を調整することを特徴とする、請求項１または２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項４】
直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯を有する焼鈍炉と、その下流に溶融亜鉛めっき装置を備える溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、竪型還元帯の少なくとも入側領域の隣り合う鋼帯の縦パスの間に、該縦パスの間の雰囲気ガスの流れの方向を鋼板進行方向と逆方向に規制する仕切りが設けられていることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項５】
仕切り設置後の開口面積率が、１０％以下であることを特徴とする、請求項４に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項６】
直火加熱方式の直火帯と竪型還元帯との接続部近傍の竪型還元帯の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【請求項７】
さらに還元帯出側の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を竪型還元帯に備えることを特徴とする、請求項６に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１４６２４１（Ｐ２００７−１４６２４１Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４３１６５（Ｐ２００５−３４３１６５）
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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