WO2018198493A1

WO2018198493A1 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び連続溶融亜鉛めっき装置

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Publication number: WO2018198493A1
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Inventors: 玄太郎武田; 洋一牧水; 鈴木　克一; 善正姫井; 高橋　秀行
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Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2018-11-01
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Abstract

本発明は、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にめっき密着性が高く良好なめっき外観が得られるとともに、その後連続してSi含有量が0.2質量％未満の鋼板に溶融亜鉛めっきを施す場合でも、迅速に均熱帯内雰囲気の露点を切り替えることでピックアップ欠陥の発生を抑制できる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。本発明において、均熱帯を通過する鋼板がSiを0.2質量％以上含む鋼種の場合には、乾燥ガス及び加湿ガスの両方を均熱帯に供給し、その際、均熱帯のうち、通板速度V及び均熱帯出側の目標温度Tを考慮して均熱帯後段を決定し、前記加湿ガスは、複数の加湿ガス供給口のうち前記均熱帯後段に位置する加湿ガス供給口のみから供給する。

Description

合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び連続溶融亜鉛めっき装置

　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、前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置と、該装置を用いた合金化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。ハイテン鋼材としては、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、特許文献１には、鋼板を焼鈍炉の内部で、直火型加熱炉（ＤＦＦ）を含む加熱帯、均熱帯及び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、前記冷却帯から排出される鋼板に対して溶融亜鉛めっきを施す工程と、亜鉛めっきを加熱合金化する工程と、を有し、均熱帯には加湿ガスと乾燥ガスとの混合ガス及び乾燥ガスを供給し、前記冷却帯には乾燥ガスを供給し、均熱帯の容積Vr、均熱帯に供給される加湿ガスのガス流量Qrw及び含有水分Wr、均熱帯に供給される乾燥ガスのガス流量Qrd、前記冷却帯に供給される乾燥ガスのガス流量Qcd、並びに、前記均熱帯の内部の平均温度Trが、所定の関係を満たすことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が記載されている。この技術は、加熱帯に直火型加熱炉を用いて鋼板表面の酸化を十分に行わせた後に、均熱帯全体を常法の露点よりも高露点としてSiの内部酸化を十分に行わせることにより、Siの表面濃化を抑制して合金化温度を低減させる技術である。この方法によれば、Siを0.2質量％以上含む鋼板に合金化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、合金化温度を下げることで引張強度の低下を抑制することが可能である。

特開２０１６－０１７１９２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の方法では、Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板に溶融亜鉛めっきを施す際に良好なめっき外観を得ることにのみ着目しており、その後引き続き、Si含有量が0.2質量％未満の鋼板（以下、本明細書において「普通鋼板」という。）を通板する場合については、何ら考慮していない。しかし、鋼種が変わると、所望の焼鈍温度（均熱帯出側温度）や均熱帯露点も変わる。そのため、特許文献４のように、Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板の通板時に、加湿ガスを均熱帯の全体に供給して、均熱帯全体の露点を均一な高露点に制御すると、その後均熱帯内を、Si含有量が0.2質量％未満の普通鋼板に最適な低露点に切り替えるのに時間がかかる。そのため、露点が十分に切り替わる前に焼鈍された普通鋼板（すなわち鋼板コイルの先端部分）には、ピックアップ欠陥が発生するため、後工程で当該先端部分を切り落とす必要が生じ、歩留りの低下を招くという点で、特許文献１に記載の方法には改善の余地があった。

　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にめっき密着性が高く良好なめっき外観が得られるとともに、その後連続してSi含有量が0.2質量％未満の鋼板に溶融亜鉛めっきを施す場合でも、迅速に均熱帯内雰囲気の露点を切り替えることでピックアップ欠陥の発生を抑制できる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び連続溶融亜鉛めっき装置を提供することを目的とする。

　本発明は、（Ａ）Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板を通板する際に、鋼板表面にSi酸化物が濃化するのを抑制して良好な密着性を実現するという目的と、（Ｂ）その後、Si含有量が0.2質量％未満の普通鋼板を連続して通板する際に、迅速に均熱帯内雰囲気の露点を切り替えることでピックアップ欠陥の発生を抑制する目的を両立させることを志向するものである。そして、本発明者らの検討によると、（Ａ）を実現するためには、必ずしも均熱帯の全体に加湿ガスを供給して高露点化する必要はなく、特に鋼板が最も高温になる均熱帯の後段のみから加湿ガスを供給すれば十分であることがわかった。加湿ガスを均熱帯の全体ではなく後段のみに供給することで、加湿ガスの供給が不要な鋼種を通板する際に、均熱帯内を迅速に低露点化でき（Ｂ）の目的が達成できる。そして、本発明者らの検討によれば、高張力鋼板の通板時に加湿ガスを供給するべき均熱帯後段の範囲を、通板速度Vと均熱帯出側の目標温度Tを考慮して決定することが重要であり、これにより（Ａ）及び（Ｂ）の両立が可能であるとの知見を得た。

　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縦型の焼鈍炉と、前記冷却帯の下流に位置する溶融亜鉛めっき設備と、前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた合金化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い、その際、前記鋼板は各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、
　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を前記均熱帯内に供給する複数の加湿ガス供給口と、還元性又は非酸化性の乾燥ガスを前記均熱帯内に供給する少なくとも１つの乾燥ガス供給口とが配置され、
　前記均熱帯を通過する前記鋼板がSiを0.2質量％以上含む鋼種の場合には、前記乾燥ガス及び前記加湿ガスの両方を前記均熱帯に供給し、
　その際、前記均熱帯のうち、以下の式（１）を満足するように決定したLに対応する鋼板部分の最上流位置に対応するパスの１つ上流のパスよりも前記冷却帯側の空間を均熱帯後段と定義し、前記加湿ガスは、前記複数の加湿ガス供給口のうち前記均熱帯後段に位置する加湿ガス供給口のみから供給することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
　1.0 ≦ 10100 L / V exp{-14560/(T+273.15)} ≦ 2.5　・・・（１）
L［m］：均熱帯出側からの鋼板長さ
V［m/s］：通板速度
T［℃］：均熱帯出側の目標温度

　［２］前記均熱帯を通過する前記鋼板がSiを0.2質量％以上含む鋼種の場合には、前記均熱帯後段に位置する露点測定口から採取した炉内ガスの露点を、-25℃以上0℃以下に制御する、上記［１］に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

　［３］上記［１］又は［２］に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を行う連続溶融亜鉛めっき装置であって、
　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、
　前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備と、
　前記均熱帯に配置された、還元性又は非酸化性の加湿ガスを前記均熱帯内に供給する複数の加湿ガス供給口と、還元性又は非酸化性の乾燥ガスを前記均熱帯内に供給する少なくとも１つの乾燥ガス供給口と、
を有し、
　前記複数の加湿ガス供給口は、各々独立して前記加湿ガスの供給及び遮断、並びにガス流量を制御可能な調整弁を有することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき装置。

　本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び連続溶融亜鉛めっき装置によれば、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にめっき密着性が高く良好なめっき外観が得られるとともに、その後連続してSi含有量が0.2質量％未満の鋼板に溶融亜鉛めっきを施す場合でも、迅速に均熱帯内雰囲気の露点を切り替えることでピックアップ欠陥の発生を抑制できる。

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合金化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Ｈ_２－Ｎ_２混合ガスが用いられ、例えばＨ_２：1～20体積％、残部がＮ_２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、Ｎ_２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Ｈ_２－Ｎ_２混合ガスが用いられ、例えばＨ_２：1～20体積％、残部がＮ_２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、Ｎ_２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。

　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４４Ａ～Ｅと、加湿ガス供給口４５Ａ～Ｅと、加湿ガス供給口４６Ａ～Ｅ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、乾燥ガス分配装置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３０を通過して、乾燥ガス供給口３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを介して均熱帯１２内に供給される。

　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４０を通り、加湿ガス分配装置３９で上記三系統に分配され、各々の加湿ガス用配管４３を経由して、加湿ガス供給口４４Ａ～Ｅと、加湿ガス供給口４５Ａ～Ｅと、加湿ガス供給口４６Ａ～Ｅ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、加湿ガス供給口は、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。また、均熱帯の長さ方向に沿った加湿ガス供給口の列は、均熱帯１２の上下方向に２分割した区域にそれぞれ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。符号４１は加湿ガス用流量計、符号４２は加湿ガス用露点計である。

　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、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、乾燥ガスのみを均熱帯１２に供給し、混合ガスは供給しない。

　本実施形態は、Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板を通板する際に、加湿ガスは、鋼板が最も高温になる均熱帯の後段のみから供給すること、そして、均熱帯後段の範囲を、通板速度Vと均熱帯出側の目標温度Tを考慮して決定することを特徴とするものである。以下、このような特徴的構成を採用する技術的意義を説明する。なお、このような加湿ガスの供給制御を可能とすべく、本実施形態では、図２に示すように、全ての加湿ガス供給口はいずれも、各々独立して、加湿ガスの供給／遮断とガス流量を制御可能な調整弁５０を有する。

　加熱帯出側での鋼板温度は、均熱帯出側での鋼板温度（焼鈍温度）よりも300～500℃程度低く設定される。例えば、均熱帯出側での鋼板温度が850℃の場合、加熱帯出側の鋼板温度は350～550℃程度として、均熱帯の前段で鋼板を300～500℃加熱する。一方、鋼中に添加されたSiは700℃以上の高温であるほど顕著に鋼板表面に濃化するようになる。この表面濃化を抑止するには、鋼板が最も高温になる均熱帯後段の区域の露点を-25～0℃にすればよく、Siは鋼板の内部での酸化物形成が促進され、めっき密着性向上や合金化反応促進効果があることが分かった。そして、加湿ガスを供給するべき均熱帯後段の範囲は、以下の式（１）に基づいて決定すればよいことを見出した。

　1.0 ≦ 10100 L / V exp{-14560/(T+273.15)} ≦ 2.5　・・・（１）
L［m］：均熱帯出側からの鋼板長さ
V［m/s］：通板速度
T［℃］：均熱帯出側の目標温度

　ここで、通板速度V及び均熱帯出側の目標温度Tは、Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板を通板する際に予め決定される。通常、通板速度Vは鋼板の厚さ等を考慮して1.0～2.0m/sの範囲から決定され、均熱帯出側の目標温度Tは、鋼板の成分組成等を考慮して750～900℃の範囲から決定される。なお、「均熱帯出側の目標温度」とは、鋼板の材質制御上設定される均熱帯出側での鋼板の目標温度であり、放射温度計によって測定される鋼板温度がこの目標温度となるように均熱帯内温度は制御される。

　そこで、予め決定される通板速度V及び均熱帯出側の目標温度Tを式（１）に代入し、式（１）を満足するように均熱帯出側からの鋼板長さLを決定する。均熱帯出側からの鋼板長さLは、図２を参照して、均熱帯の下部ハースロール４９のうち最下流に位置する、均熱帯出側の下部ハースロール４９Ｅからの鋼板長さとする。そして、決定したLに対応する鋼板部分の最上流位置に対応するパスの１つ上流のパスよりも冷却帯側の空間を均熱帯後段と定義する。図２を参照して、均熱帯出側から長さLの鋼板部分の最上流位置をＰ_１で示した。この最上流位置Ｐ_１に対応するパス（図２では第５パス）の１つ上流のパス（図２では第４パス）よりも冷却帯側、すなわち均熱帯長さ方向の下流側を、均熱帯後段１２Ｂとする。なお、最上流位置Ｐ_１に対応するパスの１つ上流のパス（図２では第４パス）よりも加熱帯側、すなわち均熱帯長さ方向の上流側を、均熱帯前段１２Ａとする。そして、本実施形態では、加湿ガスは、複数の加湿ガス供給口のうち均熱帯後段１２Ｂに位置する加湿ガス供給口（図２では、上段は加湿ガス供給口４４Ｃ～Ｅ、中段は加湿ガス供給口４５Ｃ～Ｅ、下段は加湿ガス供給口４６Ｃ～Ｅ）のみから供給する。このようにすることで、（Ａ）Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板を通板する際に、鋼板表面にSi酸化物が濃化するのを抑制して良好な密着性を実現することができ、なおかつ、（Ｂ）その後、Si含有量が0.2質量％未満の普通鋼板を連続して通板する際に、迅速に均熱帯内雰囲気の露点を切り替えることでピックアップ欠陥の発生を抑制することができる。なお、上記の均熱帯後段の定義によれば、均熱帯出側から長さLの鋼板部分の最上流位置Ｐ_１に対応するパスでは、そのパスの鋼板の表裏面に加湿ガスが供給される。

　式（１）で第二辺の値を1.0以上とすることは、Siの内部酸化を必要最低限確保するために必要な条件である。したがって、第二辺の値が1.0未満となる場合、Si含有量が0.2質量％以上の高張力鋼板を通板した際に、Siの内部酸化が十分に進行せず、めっき密着性が高く良好なめっき外観が得られない。また、合金化温度が高温になって引張強度が低下する。よって、本実施形態では、第二辺の値を1.0以上とする。

　一方、第二辺の値を2.5以下とすることは、均熱帯内の雰囲気切替えを迅速に行うために必要な条件を示している。したがって、第二辺の値が2.5超えとなる場合、Siが添加された高張力鋼板から普通鋼板に切り替える際に、露点変更に時間がかかり、普通鋼板製造時にピックアップ等の表面欠陥が発生する。また、第二辺の値を2.5超えとして加湿領域を長大化しても、めっき密着性や合金化反応促進効果は飽和している。よって、本実施形態では、第二辺の値を2.5以下とする。

　実際の操業においては、例えば以下のようにすることができる。例えば、通板速度V＝2.0m/sの場合、均熱帯出側の目標温度T＝750℃では、式（１）を満たす均熱帯出側からの鋼板長さは301m≦L≦750mとなり、均熱帯出側の目標温度T＝800℃では、式（１）を満たす均熱帯出側からの鋼板長さは155m≦L≦387mとなる。そこで、操業中に通板速度を2.0m/sで一定としたい場合には、301m≦L≦387mを満たすように、例えばL＝301mとして均熱帯後段を設定する。このようにすれば、均熱帯出側の目標温度Tが750℃であっても800℃であっても式（１）を満たす操業が可能であるため、目標温度Tの変更以外に大きな操業条件の変更が不要となる。

　また、通板速度V＝1.0m/sの場合、均熱帯出側の目標温度T＝750℃では、式（１）を満たす均熱帯出側からの鋼板長さは151m≦L≦375mとなる。よって、通板速度＝2.0m/s、均熱帯出側の目標温度T＝800℃の操業（式（１）を満たすL範囲が155～387mの操業）を行った後に、均熱帯出側の目標温度をT＝750℃に変更する操業を行いたい場合、通板速度を1.0m/sとすると、L＝155m以上として固定することが可能となる。つまり、均熱帯後段を拡大させる必要がないため、雰囲気切り替え迅速化の観点から好ましい。

　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、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）の通板時には、200～600（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。

　（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４種類の鋼板を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。鋼Ｂ，Ｃが高張力鋼であり、鋼Ａ，Ｄが普通鋼である。表２に示すように、No.1～4の試験例において、鋼Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に連続的に通板した。通板速度は表１に示した。

　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。乾燥ガスとしては、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。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、各モジュールに最大500L/minの乾燥ガスと、最大20L/minの循環水を流すようにした。循環恒温水槽は共通とし、計200L/minの純水を供給可能である。

　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。すなわち、加湿ガス投入口は、炉内ハースロール配列（上下各５本）に対応して、均熱帯の上部、中部、及び下部において、均熱帯の長さ方向に沿って５箇所ずつ、すなわち、均熱帯の上下方向に５列（１列あたり３箇所）の計15箇所設け、各加湿ガス供給口には開閉弁を設けて、各々独立して加湿ガスの供給を制御できる構成とした。均熱帯の上下ハースロール間長さは30ｍあり、加湿ガス投入口１列で鋼板長さ60ｍ（２パス）の加湿領域を担当する。

　鋼Ａ～Ｄの通板時の均熱帯出側の目標温度と均熱帯内の目標露点は、表１に合せて示した。また、各鋼の通板時、均熱帯内には、表２に示す流量で乾燥ガスを供給した。また、加湿ガスに関しては、表２に示すLに基づいて決定した均熱帯後段に含まれる加湿ガス供給口のみから加湿ガスを供給し、その合計流量は表２に示すものとした。表２の「加湿ガス投入列数」は、均熱帯の上下方向に沿った５列のうち、均熱帯後段に該当する加湿ガス供給口の列数を記載した。なお、図２に示すように、加湿ガス供給口の位置に関しては、上段の加湿ガス供給口４４Ａ～Ｅと下段の加湿ガス供給口４６Ａ～Ｅは均熱帯の長さ方向で同じ位置に配置したが、中段の加湿ガス供給口４５Ａ～Ｅは、均熱帯の長さ方向で半ピッチずらした位置に配置して、鋼板の表面を均等に加湿できるようにした。ただし、投入列数に関しては、４４Ａ，４５Ａ，４６Ａを一列として扱う。符号Ｂ～Ｅについても同様である。

　表２中均熱帯の「前段露点」及び「後段露点」の欄には、図２の露点測定口４７Ａ，４７Ｂの位置でそれぞれ測定した均熱帯内の露点を示した。表２中の「出側測定鋼板温度」は、均熱帯の出側で測定された鋼板温度である。また、「加湿ガス露点」は、図２の加湿ガス用露点計４２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。

　（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、各種条件で製造した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度を測定した。鋼Ａは270MPa以上、鋼Ｂは780MPa以上、鋼Ｃは980MPa以上、鋼Ｄは340MPa以上を合格とした。結果を表２に示す。

　（評価結果）
　No.1では、Si添加高張力鋼Ｂ，Ｃの通板時に、加湿ガスを添加せず、式（１）の第二辺の値が0であったため、Siの内部酸化が十分に進行せず、良好なめっき外観が得られなかった。また、合金化温度が高温になって引張強度が低下した。また、No.4では、Si添加高張力鋼Ｂの通板時に、式（１）の第二辺の値が0.65であったため、やはり、Siの内部酸化が十分に進行せず、良好なめっき外観が得られなかった。また、合金化温度が高温になって引張強度が低下した。また、Si添加高張力鋼Ｃの通板時に、式（１）の第二辺の値が2.99であったため、鋼Ｃでのめっき外観は良好であったものの、露点変更に時間がかかったため、次に通板した鋼Ｄではピックアップ等の表面欠陥が発生し、めっき外観が損なわれた。

　これに対し、No.2，3では、Si添加高張力鋼Ｂ，Ｃの通板時に式（１）を満たすように加湿ガスを供給したので、鋼Ｂ，Ｃでの良好なめっき外観と、次に通板した鋼Ｄでの良好なめっき外観を両立させることができた。

　１００　連続溶融亜鉛めっき装置
　１０　加熱帯
　１２　均熱帯
　１２Ａ　均熱帯前段
　１２Ｂ　均熱帯後段
　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　乾燥ガス用配管
　３１　乾燥ガス用流量計
　３２　乾燥ガス供給口
　３９　加湿ガス分配装置
　４０，４３　加湿ガス用配管
　４１　加湿ガス流量計
　４２　加湿ガス露点計
　４４Ａ～Ｅ　加湿ガス供給口
　４５Ａ～Ｅ　加湿ガス供給口
　４６Ａ～Ｅ　加湿ガス供給口
　４７Ａ，Ｂ　露点測定口
　４８　上部ハースロール
　４９　下部ハースロール
　４９Ｅ　均熱帯出側の下部ハースロール
　５０　調整弁
　Ｐ　鋼板
　Ｐ_１　均熱帯出側から長さＬの鋼板部分の最上流位置

Claims

　加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された縦型の焼鈍炉と、前記冷却帯の下流に位置する溶融亜鉛めっき設備と、前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置を用いた合金化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い、その際、前記鋼板は各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、
　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を前記均熱帯内に供給する複数の加湿ガス供給口と、還元性又は非酸化性の乾燥ガスを前記均熱帯内に供給する少なくとも１つの乾燥ガス供給口とが配置され、
　前記均熱帯を通過する前記鋼板がSiを0.2質量％以上含む鋼種の場合には、前記乾燥ガス及び前記加湿ガスの両方を前記均熱帯に供給し、
　その際、前記均熱帯のうち、以下の式（１）を満足するように決定したLに対応する鋼板部分の最上流位置に対応するパスの１つ上流のパスよりも前記冷却帯側の空間を均熱帯後段と定義し、前記加湿ガスは、前記複数の加湿ガス供給口のうち前記均熱帯後段に位置する加湿ガス供給口のみから供給することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
　1.0 ≦ 10100 L / V exp{-14560/(T+273.15)} ≦ 2.5　・・・（１）
L［m］：均熱帯出側からの鋼板長さ
V［m/s］：通板速度
T［℃］：均熱帯出側の目標温度
　前記均熱帯を通過する前記鋼板がSiを0.2質量％以上含む鋼種の場合には、前記均熱帯後段に位置する露点測定口から採取した炉内ガスの露点を、-25℃以上0℃以下に制御する、請求項１に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
　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を行う連続溶融亜鉛めっき装置であって、
　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、
　前記溶融亜鉛めっき設備の下流に位置する合金化設備と、
　前記均熱帯に配置された、還元性又は非酸化性の加湿ガスを前記均熱帯内に供給する複数の加湿ガス供給口と、還元性又は非酸化性の乾燥ガスを前記均熱帯内に供給する少なくとも１つの乾燥ガス供給口と、
を有し、
　前記複数の加湿ガス供給口は、各々独立して前記加湿ガスの供給及び遮断、並びにガス流量を制御可能な調整弁を有することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき装置。