特許 6787360 溶融金属めっき鋼板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6787360

(24)【登録日】2020年11月2日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】溶融金属めっき鋼板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 2/02 20060101AFI20201109BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20201109BHJP

   C22C 38/06 20060101ALI20201109BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20201109BHJP

   C23C 2/06 20060101ALI20201109BHJP

【ＦＩ】

   C23C2/02

   C22C38/00 301T

   C22C38/00 302A

   C22C38/06

   C22C38/60

   C22C38/00 301Z

   C23C2/06

【請求項の数】13

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2018-69912(P2018-69912)

(22)【出願日】2018年3月30日

(65)【公開番号】特開2019-178411(P2019-178411A)

(43)【公開日】2019年10月17日

【審査請求日】2019年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】小林 弘和

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀行

(72)【発明者】

【氏名】青山 麻衣

【審査官】 ▲辻▼ 弘輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０６５６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５１０３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００６０７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ２／００ − ２／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内を連続的に走行し、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の成分組成を有する鋼帯の表面に向けて、鉄または０．３質量％以下のＳｉを含む鉄からなる溶融金属の液滴群を吐出して、前記鋼帯に予備めっきを施して、厚さが３μｍ以上の予備めっき層を形成する工程と、
その後、前記鋼帯を還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内で焼鈍する工程と、
その後、前記鋼帯に溶融金属めっきを施す工程と、
を有し、
前記予備めっきは前記鋼帯の表面に向けて前記溶融金属の液滴群を吐出するノズルシステムを用いて行い、
前記ノズルシステムは、
前記溶融金属が通過するチャンバを区画し、先端に前記チャンバから連通する吐出口を区画するノズルプレートを有するコンテナと、
前記チャンバの少なくとも一部に所定方向の磁束を発生させる磁束発生機構と、
磁束が与えられた前記チャンバの少なくとも一部に位置する溶融金属に、前記所定方向と垂直方向の電流を流すための電流発生機構と、
を有し、前記磁束発生機構によって磁束を発生させた状態で前記電流発生機構によって前記溶融金属にパルス電流を流すことにより前記溶融金属に生じるローレンツ力の作用で、前記吐出口から前記溶融金属の液滴を吐出するものか、又は、
前記ノズルシステムは、
前記溶融金属が通過するチャンバを区画し、先端に前記チャンバから連通する吐出口を区画するノズルプレートを有するコンテナと、
前記コンテナの周囲に固定された圧電素子と、
前記コンテナと前記圧電素子との間に接触配置された内側電極と、該内側電極との間で前記圧電素子を挟んで配置された外側電極とからなる一対の電極と、
を有し、前記一対の電極によって前記圧電素子にパルス電流を流してパルス電圧を印加することにより前記圧電素子に生じる圧電効果で、前記コンテナがパルス状に変形することで、前記吐出口から前記溶融金属の液滴を吐出するものであり、
前記コンテナにおいて、その先端の前記ノズルプレートには、前記吐出口が前記鋼帯の幅方向に複数個配置され、
前記パルス電流の周波数が１００Ｈｚ以上であり、
前記予備めっきにおいて、前記液滴群の最大液滴径を２００μｍ以下とすることを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項2】

前記コンテナが、前記鋼帯の幅方向に複数個配置され、前記鋼帯の幅方向全範囲にわたり、前記吐出口が所定の間隔で配置される、請求項１に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項3】

前記コンテナが、前記鋼帯の進行方向に複数個配置される、請求項１又は２に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項4】

前記溶融金属の融点をＴｕ（℃）として、前記予備めっきの際の前記鋼帯の温度を（Ｔｕ−１０００）（℃）以上とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項5】

前記予備めっきにおいて形成するめっき層の厚さを５μｍ以上とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項6】

前記予備めっきに先立ち、前記鋼帯に酸洗処理を施す工程をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項7】

前記予備めっきの後かつ前記焼鈍の前に、前記鋼帯に冷間圧延を施す工程をさらに有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項8】

前記鋼帯の成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．３５％、Ｓｉ：０．５〜３．００％、Ｍｎ：１〜１０．０％、Ａｌ：０．０１〜１．０００％、Ｐ：０．１０％以下、およびＳ：０．０１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項9】

前記鋼帯の成分組成が、さらに、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０８０％以下、Ｃｒ：１．０００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、およびＳｂ：０．２０％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有する、請求項８に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項10】

前記予備めっきにおける前記溶融金属が、質量％で、Ｓｉ：０．３％以下、Ａｌ：０．５％以下、Ｍｎ：５．０％以下、およびＢ：０．０２００％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項11】

前記溶融金属めっきが溶融亜鉛めっきである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項12】

前記溶融亜鉛めっき後に、前記鋼帯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１１に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【請求項13】

還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内を連続的に走行し、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の成分組成を有する鋼帯の表面に向けて、鉄または０．３質量％以下のＳｉを含む鉄からなる溶融金属の液滴群を吐出して、前記鋼帯に予備めっきを施して、厚さが３μｍ以上の予備めっき層を形成する工程と、
その後、前記鋼帯を還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内で焼鈍する工程と、
その後、前記鋼帯に溶融金属めっきを施す工程と、
を有し、
前記予備めっきは前記鋼帯の表面に向けて前記溶融金属の液滴群を吐出するノズルシステムを用いて行い、
前記ノズルシステムは、
前記溶融金属が通過するチャンバを区画し、先端に前記チャンバから連通する吐出口を区画するノズルプレートを有するコンテナと、
前記チャンバの少なくとも一部に所定方向の磁束を発生させる磁束発生機構と、
磁束が与えられた前記チャンバの少なくとも一部に位置する溶融金属に、前記所定方向と垂直方向の電流を流すための電流発生機構と、
を有し、前記磁束発生機構によって磁束を発生させた状態で前記電流発生機構によって前記溶融金属にパルス電流を流すことにより前記溶融金属に生じるローレンツ力の作用で、前記吐出口から前記溶融金属の液滴を吐出するものか、又は、
前記ノズルシステムは、
前記溶融金属が通過するチャンバを区画し、先端に前記チャンバから連通する吐出口を区画するノズルプレートを有するコンテナと、
前記コンテナの周囲に固定された圧電素子と、
前記コンテナと前記圧電素子との間に接触配置された内側電極と、該内側電極との間で前記圧電素子を挟んで配置された外側電極とからなる一対の電極と、
を有し、前記一対の電極によって前記圧電素子にパルス電流を流してパルス電圧を印加することにより前記圧電素子に生じる圧電効果で、前記コンテナがパルス状に変形することで、前記吐出口から前記溶融金属の液滴を吐出するものであり、
前記コンテナにおいて、その先端の前記ノズルプレートには、前記吐出口が前記鋼帯の幅方向に複数個配置され、
前記パルス電流の周波数が１００Ｈｚ以上であり、
前記予備めっきにおいて、前記液滴群を吐出する吐出口の口径を２００μｍ以下とすることを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鋼帯への溶融金属めっき、例えば鋼帯への溶融亜鉛めっきは、一般的には図９に示すような連続溶融亜鉛めっきラインで行われる。すなわち、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気の連続焼鈍炉で焼鈍された鋼帯Ｓは、スナウト８１内を通過して、めっき槽８２内の溶融亜鉛浴８３中に連続的に導入される。その後鋼帯Ｓは、溶融亜鉛浴８３中のシンクロール８４を介して溶融亜鉛浴８３の上方に引き上げられ、一対のガスワイピングノズル８５で所定のめっき厚みに調整された後に、冷却されて後工程に導かれ、溶融亜鉛めっき鋼板を得る。さらに亜鉛めっきを加熱合金化することによって、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。

【0003】

しかし、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の高張力鋼板（以下、「高Ｓｉ鋼板」とも称する。）を母材とする場合、以下のような問題がある。すなわち、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、鋼板の表層に濃化し、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。また、鋼中のＳｉが選択酸化されて鋼板の表層に濃化すると、溶融亜鉛めっき後の合金化反応が進まず、合金化不良を招くという問題もある。

【0004】

このような問題を解決する方法として、特許文献１及び特許文献２には、高Ｓｉ鋼板に予め電解めっきによる鉄の予備めっきを施し、その後、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気での焼鈍と、浸漬による溶融亜鉛めっきを行うことによって、溶融亜鉛との濡れ性を向上させる方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−２７９８２９号公報

【特許文献2】特開２００２−３２２５５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところ、特許文献１及び特許文献２に記載の技術には以下の問題があることが判明した。すなわち、Ｓｉは易酸化性元素であることから、実際には、前記焼鈍の前の段階、例えば熱間圧延前の加熱炉での加熱等によって、鋼板の表層には局所的なＳｉ濃化部分がある程度は形成される。これに起因して、鉄予備めっきを行う手法が電解めっきである場合、Ｓｉ濃化部分では鉄予備めっき層が形成されなかったり、形成されたとしても薄くなったりするため、均一に鉄めっきすることが困難である。そのため、特許文献１及び特許文献２の方法では、不均一な鉄めっきの後に溶融亜鉛めっきを行うことになり、溶融亜鉛めっきについても不めっきが生じたり、付着量のばらつきが生じたりして、溶融亜鉛めっき後の外観が損なわれるという課題がある。

【0007】

そこで本発明は、上記課題に鑑み、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の鋼板に対して均一な予備めっきが実現でき、その結果、溶融金属めっき後の外観を良好とすることが可能な、溶融金属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】

【0008】

上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意研究を行ったところ、予備めっきを電解めっき法により行うのではなく、鋼板表面に向けて溶融金属の液滴群を吐出する方法によって行い、しかもその際の液滴群の最大液滴径を２００μｍ以下とすることによって、均一な予備めっきが実現できることを見出した。

【0009】

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）還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内を連続的に走行し、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の成分組成を有する鋼帯の表面に向けて、鉄または０．３質量％以下のＳｉを含む鉄からなる溶融金属の液滴群を吐出して、前記鋼帯に予備めっきを施す工程と、
その後、前記鋼帯を還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内で焼鈍する工程と、
その後、前記鋼帯に溶融金属めっきを施す工程と、
を有し、前記予備めっきにおいて、前記液滴群の最大液滴径を２００μｍ以下とすることを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0010】

（２）前記予備めっきは前記鋼帯の表面に向けて前記溶融金属の液滴群を吐出するノズルシステムを用いて行い、
前記ノズルシステムは、
前記溶融金属が通過するチャンバを区画し、先端に前記チャンバから連通する吐出口を区画するノズルプレートを有するコンテナと、
前記チャンバの少なくとも一部に所定方向の磁束を発生させる磁束発生機構と、
磁束が与えられた前記チャンバの少なくとも一部に位置する溶融金属に、前記所定方向と垂直方向の電流を流すための電流発生機構と、
を有し、前記磁束発生機構によって磁束を発生させた状態で前記電流発生機構によって前記溶融金属にパルス電流を流すことにより前記溶融金属に生じるローレンツ力の作用で、前記吐出口から前記溶融金属の液滴を吐出する、上記（１）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0011】

（３）前記コンテナにおいて、その先端の前記ノズルプレートには、前記吐出口が前記鋼帯の幅方向に複数個配置される、上記（２）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0012】

（４）前記コンテナが、前記鋼帯の幅方向に複数個配置され、前記鋼帯の幅方向全範囲にわたり、前記吐出口が所定の間隔で配置される、上記（３）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0013】

前記コンテナが、前記鋼帯の進行方向に複数個配置される、上記（２）〜（４）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0014】

（６）前記予備めっきは前記鋼帯の表面に向けて前記溶融金属の液滴群を吐出するノズルシステムを用いて行い、
前記ノズルシステムは、
前記溶融金属が通過するチャンバを区画し、先端に前記チャンバから連通する吐出口を区画するノズルプレートを有するコンテナと、
前記コンテナの周囲に固定された圧電素子と、
前記コンテナと前記圧電素子との間に接触配置された内側電極と、該内側電極との間で前記圧電素子を挟んで配置された外側電極とからなる一対の電極と、
を有し、前記一対の電極によって前記圧電素子にパルス電圧を印加することにより前記圧電素子に生じる圧電効果で、前記コンテナがパルス状に変形することで、前記吐出口から前記溶融金属の液滴を吐出する、上記（１）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0015】

（７）前記コンテナにおいて、その先端の前記ノズルプレートには、前記吐出口が前記鋼帯の幅方向に複数個配置される、上記（６）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0016】

（８）前記コンテナが、前記鋼帯の幅方向に複数個配置され、前記鋼帯の幅方向全範囲にわたり、前記吐出口が所定の間隔で配置される、上記（７）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0017】

（９）前記コンテナが、前記鋼帯の進行方向に複数個配置される、上記（６）〜（８）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0018】

（１０）前記溶融金属の融点をＴｕ（℃）として、前記予備めっきの際の前記鋼帯の温度を（Ｔｕ−１０００）（℃）以上とする、上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0019】

（１１）前記予備めっきにおいて形成するめっき層の厚さを５μｍ以上とする、上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0020】

（１２）前記予備めっきに先立ち、前記鋼帯に酸洗処理を施す工程をさらに有する、上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0021】

（１３）前記予備めっきの後かつ前記焼鈍の前に、前記鋼帯に冷間圧延を施す工程をさらに有する、上記（１）〜（１２）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0022】

（１４）前記鋼帯の成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．３５％、Ｓｉ：０．５〜３．００％、Ｍｎ：１〜１０．０％、Ａｌ：０．０１〜１．０００％、Ｐ：０．１０％以下、およびＳ：０．０１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、上記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0023】

（１５）前記鋼帯の成分組成が、さらに、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０８０％以下、Ｃｒ：１．０００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、およびＳｂ：０．２０％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有する、上記（１４）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0024】

（１６）前記予備めっきにおける前記溶融金属が、質量％で、Ｓｉ：０．３％以下、Ａｌ：０．５％以下、Ｍｎ：５．０％以下、およびＢ：０．０２００％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、上記（１）〜（１５）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0025】

（１７）前記溶融金属めっきが溶融亜鉛めっきである、上記（１）〜（１６）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0026】

（１８）前記溶融亜鉛めっき後に、前記鋼帯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（１７）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【0027】

（１９）還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内を連続的に走行し、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の成分組成を有する鋼帯の表面に向けて、鉄または０．３質量％以下のＳｉを含む鉄からなる溶融金属の液滴群を吐出して、前記鋼帯に予備めっきを施す工程と、
その後、前記鋼帯を還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内で焼鈍する工程と、
その後、前記鋼帯に溶融金属めっきを施す工程と、
を有し、前記予備めっきにおいて、前記液滴群を吐出する吐出口の口径を２００μｍ以下とすることを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【発明の効果】

【0028】

本発明の溶融金属めっき鋼板の製造方法によれば、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の鋼板に対して均一な予備めっきが実現でき、その結果、溶融金属めっき後の外観を良好とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態で用いることができる連続溶融金属めっき処理装置１００の模式的な側面図である。

【図2】本発明の一実施形態で用いることができる他の連続溶融金属めっき処理装置２００の模式的な側面図である。

【図3】連続溶融金属めっき処理装置１００，２００中のノズルシステム１０における、コンテナ２０の先端近傍の断面図である。

【図4】コンテナ２０の先端近傍の図３に垂直な断面図である。

【図5】図３，４に示すコンテナ２０の先端近傍を液滴吐出方向から見た図である。

【図6】吐出口からの溶融金属液滴の吐出原理を説明する模式図である。

【図7】実施例におけるノズルシステムの配置図である。

【図8】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、本発明の他の実施形態で用いることができるノズルシステム５０における、コンテナ５１の先端近傍の断面図、右側面図および底面図である。

【図9】従来の連続溶融亜鉛めっきラインの模式的な側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態による溶融金属めっき鋼板の製造方法について説明する。本実施形態の溶融金属めっき鋼板の製造方法は、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内を連続的に走行し、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の成分組成を有する鋼帯（以下、「高Ｓｉ鋼帯」または単に「鋼帯」とも称する。）の表面に向けて、鉄またはＳｉ含有量が０．３質量％以下の成分組成を有する鉄からなる溶融金属の液滴群を吐出して、前記鋼帯に予備めっきを施す工程と、その後、前記鋼帯を還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内で焼鈍する工程と、その後、前記鋼帯に溶融金属めっきを施す工程と、を有する。また、予備めっきに先立ち、鋼帯に酸洗処理を施すことが好ましい。また、予備めっきの後かつ焼鈍の前に、鋼帯に冷間圧延を施してもよい。

【0031】

（鋼帯）
本実施形態は、高Ｓｉ鋼帯に対して予備めっき及び溶融金属めっきを施すものである。Ｓｉ含有量が０．５質量％未満の場合、焼鈍前の段階や焼鈍時のＳｉの表層濃化の程度が低く、本実施形態による予備めっきを適用する必要性が低い。鋼帯の成分組成は、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上である限りは特に限定されないが、以下のとおりであることが好ましい。以下、鋼帯の成分組成とその限定理由について説明する。以下の説明において、「％」で示す単位は全て「質量％」である。

【0032】

Ｃ：０．０３〜０．３５％
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、Ｃ含有量は０．０３％以上であることが好ましい。一方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると、溶接性が劣化するため、Ｃ含有量は０．３５％以下であることが好ましい。

【0033】

Ｓｉ：０．５〜３．００％
Ｓｉは、鋼を強化して高張力を得るのに有効な元素であり、Ｓｉ含有量を０．５％以上とする理由は既述のとおりである。一方、Ｓｉ含有量が３．００％を超えると、鋼が脆化し、冷間圧延中に亀裂を生じるなど生産性に悪影響を及ぼす可能性があるため、Ｓｉ含有量は３．００％以下であることが好ましい。

【0034】

Ｍｎ：１〜１０．０％
Ｍｎは、鋼の高強度化に有効な元素であり、５９０ＭＰａ以上の引張強度を確保するため、Ｍｎ含有量は１％以上であることが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１０．０％を超えると、加工性を阻害するおそれがあるため、Ｍｎ含有量は１０．０％以下であることが好ましい。

【0035】

Ａｌ：０．０１〜１．０００％
Ａｌは、脱酸剤として添加するが、添加効果を十分に得るため、Ａｌ含有量は０.０１％以上とすることが好ましい。一方、Ａｌ含有量が１．０００％を超えると、鉄スクラップ素材としてのリサイクル性が悪化するため、Ａｌ含有量１．０００％以下とすることが好ましい。

【0036】

Ｐ：０．１０％以下
Ｐは、鋼の硬度を上げ、冷間圧延性を低下させるため、Ｐ含有量は０．１０％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量は低いほどよいが、精錬コストの観点から０．００１％以上とすることが好ましい。

【0037】

Ｓ：０．０１％以下
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、Ｓ含有量は０．０１％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は低いほどよいが、精錬コストの観点から０．０００２％以上とすることが好ましい。

【0038】

鋼帯の成分組成は、上記元素以外の残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることが好ましい。ただし、以下の元素から選んだ１種または２種以上を含有すると、より好ましい。

【0039】

Ｂ：０．００１〜０．００５％
Ｂは焼き入れ性の向上、脆性改善に有効な元素であり、この効果を得るにはＢ含有量が０．００１％以上であることが好ましい。一方、Ｂ含有量が０．００５％を超えると、粒界への偏析を引き起こし脆性が悪化するため、Ｂを含有させる場合、Ｂ含有量は０．００５％以下とすることが好ましい。

【0040】

Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％
Ｎｂは鋼板の強度および靭性を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るにはＮｂ含有量が０．００５％以上であることが好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．０５０％を超えると、添加効果が飽和しコスト増加を招くため、Ｎｂを含有させる場合、Ｎｂ含有量は０．０５０％以下とすることが好ましい。

【0041】

Ｔｉ：０．０８０％以下
Ｔｉは鋼板の強度および靭性を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るにはＴｉ含有量が０．００５％以上であることが好ましい。一方、Ｔｉ含有量が０．０８０％を超えると、粒界への偏析から添加効果が低下するため、Ｔｉを含有させる場合、Ｔｉ含有量は０．０８０％以下とすることが好ましい。

【0042】

Ｃｒ：１．０００％以下
Ｃｒは鋼板の強度を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るにはＣｒ含有量が０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｃｒ含有量が１．０００％を超えると、添加効果が飽和するため、Ｃｒを含有させる場合、Ｃｒ含有量は１．０００％以下とすることが好ましい。

【0043】

Ｍｏ：１．００％以下
Ｍｏは鋼板の強度および靭性を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るにはＭｏ含有量が０．００５％以上であることが好ましい。一方、Ｍｏ含有量が１．００％を超えると、添加効果が飽和するため、Ｍｏを含有させる場合、Ｍｏ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。

【0044】

Ｃｕ：１．００％以下
Ｃｕは鋼板の強度および靭性を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るにはＣｕ含有量が０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｃｕ含有量が１．００％を超えると、添加効果が飽和するため、Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。

【0045】

Ｎｉ：１．００％以下
Ｎｉは鋼板の強度および靭性を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るにはＮｉ含有量が０．００５％以上であることが好ましい。一方、Ｎｉ含有量が１．００％を超えると、添加効果が飽和するため、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉ含有量は１．００％以下とすることが好ましい。

【0046】

Ｓｂ：０．２０％以下
Ｓｂはスラブ加熱時の窒化を抑制するのに有効な元素であり、この効果を得るにはＳｂ含有量が０．００１％以上であることが好ましい。一方、Ｓｂ含有量が０．２０％を超えると、Ｓｂの性質上鋼板の使用用途が限定されるなどの弊害が出る可能性があるため、Ｓｂを含有させる場合、Ｓｂ含有量は０．２０％以下とすることが好ましい。

【0047】

（酸洗処理）
上記成分組成のスラブを熱間圧延して得た高Ｓｉ鋼帯に酸洗処理を施してから、予備めっき処理に供することが好ましい。酸洗処理は定法により行うことができる。予備めっき前に酸洗して、鋼帯表面を活性とすることによって、予備めっきの付着性を向上させることができる。また、真空度０．０１Ｐａ以下の雰囲気でプラズマ処理することにより、予備めっき用の溶融金属に対する濡れ性をより一層向上させ、表面均一な予備めっき層を得ることができる。

【0048】

（予備めっき）
本工程では、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内を連続的に走行する高Ｓｉ鋼帯に予備めっきを施す。還元性ガスとしてはＨ₂ガスが挙げられ、非酸化性ガスとしては、Ｎ₂およびＡｒ等が挙げられ、これらから選択される１種又は２種以上のガスを用いることができる。

【0049】

予備めっき金属は、高Ｓｉ鋼帯の焼鈍時に生じるＳｉ表層濃化に起因する不めっきや合金化遅延を抑制する観点から、鉄または０．３質量％以下のＳｉを含む鉄（以下、「低Ｓｉ鉄」とも称する。）とする。Ｓｉ含有量が０．３質量％を超えると、後工程の焼鈍において、予備めっき表層でＳｉの表層濃化が発生し、その後の溶融金属めっきにおいて溶融金属に対する濡れ性が悪化するため、めっき密着性が劣化したり不めっきが発生したりする。低Ｓｉ鉄は、Ｓｉ含有量以外は特に限定されないが、さらに以下の元素うちから選んだ１種または２種以上を含有してもよい。以下の説明において、「％」で示す単位は全て「質量％」である。

【0050】

Ａｌ：０．５％以下
スクラップとしてのリサイクル性を考慮して、Ａｌ含有量は０．５％以下とすることが好ましい。Ａｌ含有量は少ないほど好ましいが、不可避的に含まれる０．００１％程度のＡｌは許容できる。

【0051】

Ｍｎ：５．０％以下
熱間での加工性を阻害するため、Ｍｎ含有量は５．０％以下とすることが好ましい。また少量のＭｎは熱間での脆化を抑制する効果があり、Ｍｎ含有量は０．０５％以上とすることが好ましい。

【0052】

Ｂ：０．０２００％以下
粒界への偏析を引き起こし脆性が悪化するため、Ｂ含有量は０．０２００％以下とすることが好ましい。一方で、Ｂは焼き入れ性を改善する効果があり、Ｂ含有量は０．０００１％以上とすることが好ましい。

【0053】

低Ｓｉ鉄は、上記元素以外の残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることが好ましい。

【0054】

本実施形態では、高Ｓｉ鋼帯の表面に向けて、鉄または低Ｓｉ鉄からなる溶融金属の液滴群を吐出することで、高Ｓｉ鋼帯に予備めっきを施すこと、しかもその際に、液滴群の最大液滴径を２００μｍ以下とすることが肝要である。既述のとおり、電解めっきでは均一な予備めっき層を得ることができない。これに対し、本実施形態では、均一な予備めっき層を得ることができ、その結果、溶融金属めっき後の外観を良好とすることができる。また、鉄の融点は１５３８℃であり、低Ｓｉ鉄の融点も１５００℃程度と高温である。そのため、本実施形態の予備めっき方法によれば、焼鈍前の段階で生じたＳｉの表層酸化被膜を破壊して良好な予備めっき性を確保することができ、電解めっき法による予備めっきに対して優位である。

【0055】

なお、本明細書において「液滴径」は、液滴をその体積と同等の球とした場合の球の直径とする。液滴径の測定方法は、以下のとおりである。すなわち、溶融金属の液滴を金属板に吐出し、固化した後の単一液滴をレーザー顕微鏡で測定して３次元高さ分布を得て、この３次元高さ分布から液滴体積を算出した。そして、その体積と同等の体積の球の直径に換算することで液滴径とした。本発明における「最大液滴径」は、金属板にノズルから連続して吐出された１００個以上の液滴について液滴径を求め、その中の最大の液滴径と定義する。

【0056】

また、本明細書において、「平均液滴径」は、金属板にノズルから連続して吐出された１００個以上の液滴について液滴径を求め、その算術平均と定義する。そして、本実施形態では、均一な予備めっき層を得る観点から、液滴群の平均液滴径は２００μｍ以下とすることが好ましい。

【0057】

なお、液滴群の最小液滴径と、液滴群の平均液滴径の下限は、特に限定されないが、めっき効率を損ねない観点から、最小液滴径は０．５μｍ以上、平均液滴径は１μｍ以上とすることが好ましい。

【0058】

（冷間圧延）
予備めっきの後かつ焼鈍の前に、鋼帯に冷間圧延を施して、最終板厚の鋼帯を得ることが好ましい。冷間圧延は定法により行うことができる。冷間圧延によって、予備めっき層の厚みも、鋼帯の厚みとほぼ同じ比率で薄くなる。よって、最終板厚の鋼帯に対して予備めっきを行う場合と比較し、予備めっきの処理面積を低減することができる。

【0059】

（焼鈍工程）
本工程では、鋼帯を還元雰囲気又は非酸化性雰囲気内で焼鈍する。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が挙げられる。

【0060】

焼鈍時の鋼帯温度は、６００℃未満であれば、Ｓｉの表層濃化が少なく最終のめっき処理性への影響は少ないため、本実施形態の予備めっき方法を用いる必要性は低い。しかし、加工硬化した鋼帯の材質調整の観点から６００℃以上に加熱した方が良く、その場合は、本実施形態の適用が有効である。焼鈍時の鋼帯温度の上限については、特に制限を設けないが、鋼の融点に近くなると軟質化し、通板上の不具合が発生するため１３００℃未満が好ましい。

【0061】

（溶融金属めっき）
焼鈍後、鋼帯に溶融金属めっきを施す。本実施形態によれば、この溶融金属めっき後のめっき外観を良好なものとすることができる。例えば鋼帯に溶融亜鉛めっきを施すことで、溶融亜鉛めっき鋼帯を得ることができる。溶融金属めっきの方法は特に限定されず、溶融金属浴への浸漬めっきでも、ノズルから溶融金属液滴を吐出するめっき方法でも、適宜選択可能である。

【0062】

（加熱合金化）
溶融亜鉛めっき後に、鋼帯に施された亜鉛めっきを加熱合金化すれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯を得ることができる。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、予備めっき層によって、Ｓｉの表層濃化の影響が抑制されているため、合金化不良を招くことがない。

【0063】

（予備めっきの液滴吐出方式）
予備めっきを行うための連続溶融金属めっき処理装置について説明する。図１及び図２に示す連続溶融金属めっき処理装置１００，２００は、連続的に鋼帯Ｓが走行する還元雰囲気又は非酸化性雰囲気の空間を区画するめっき炉１と、このめっき炉１に取り付けられ、鋼帯Ｓの表面に向けて溶融金属液滴を吐出するノズルシステム１０又はノズルシステム５０と、を有する。本実施形態では、これら連続溶融金属めっき処理装置１００，２００を用いて、連続的に走行する鋼帯Ｓの表面に向けて溶融金属の液滴を吐出して、鋼帯Ｓの表面を予備めっき処理する。

【0064】

予備めっきの液滴吐出方式は、最大液滴径を２００μｍ以下とすることができる限りは特に限定されないが、以下に好適な２つの実施形態を示す。

【0065】

［ローレンツ力の作用による溶融金属液滴の吐出］
本実施形態においては、ノズルシステム１０によって電磁力（ローレンツ力）を用いて溶融金属の液滴を鋼帯Ｓの表面に向けて吐出する。以下、図３〜６を参照して、ノズルシステム１０について説明する。

【0066】

まず、図３〜５に示すように、ノズルシステム１０はコンテナ２０を有する。コンテナ２０は、溶融金属Ｍが通過するチャンバ２１を区画し、先端にノズルプレート２３を有する。ノズルプレート２３は、チャンバ２１Ｃから連通する吐出口２２を区画する。

【0067】

図３及び図４には、コンテナ２０の先端近傍のみを図示するが、コンテナ２０には、チャンバ２１に溶融金属Ｍを連続的に供給可能な供給機構（図示せず）が接続されている。供給機構は、例えば誘導加熱により高温溶融状態となった金属を保持可能なタンクと、コンテナ２０に溶融金属を安定供給する電磁ポンプとから構成される。または、溶融金属を溜めるタンクをコンテナ２０の鉛直上方に配置することで重力による自動供給を行うことができる。

【0068】

本実施形態において、コンテナ２０の先端近傍で区画されるチャンバ２１は、直方体形状の第１チャンバ２１Ａと、これよりもサイズが小さい直方体形状の第３チャンバ２１Ｃと、これらを連結して、図３及び図４の断面視でテーパー形状を有する第２チャンバ２１Ｂとからなる。そして、第３チャンバ２１Ｃを区画する部位が、コンテナ２０の最先端部となる。図５に示すように、コンテナ２０の先端のノズルプレート２３は、矩形の板状部材であり、その長手方向に所定の間隔をあけて複数の吐出口２２が形成されている。すなわち、吐出口２２は、ノズルプレート２３をチャンバ２１から外気に向けて貫通する貫通孔である。

【0069】

コンテナ２０及びノズルプレート２３の素材は、耐熱性があるグラファイトや各種セラミックス等が好適に利用できる。また、コンテナ２０には電磁コイル（図示せず）を巻き付けて、誘導加熱により溶融金属Ｍを高温に保持可能とすることが好ましい。

【0070】

ノズルシステム１０は、チャンバ２１の少なくとも一部に所定方向の磁束を発生させる磁束発生機構と、磁束が与えられたチャンバの少なくとも一部に位置する溶融金属に、前記所定方向と垂直方向の電流を流すための電流発生機構を有する。以下、図３及び図５を参照して、本実施形態の電流発生機構を説明し、図４及び図５を参照して、本実施形態の磁束発生機構を説明する。

【0071】

図３に示すように、本実施形態の電流発生機構は、一対のピン形状の電極４０Ａ，４０Ｂを含む。電極４０Ａ，４０Ｂは、各々の先端部が、コンテナ２０の第３チャンバ２１Ｃを区画する部位に設けられた貫通孔に差し込まれて、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属と物理的かつ電気的に接触している。電極４０Ａ，４０Ｂは、各々の先端部が互いに対向している。また、本実施形態の電流発生機構は、電極４０Ａ，４０Ｂに電気的に接続した直流電源（図示せず）と、該直流電源の制御装置（図示せず）とを含む。制御装置により直流電源を制御して、電極４０Ａ，４０Ｂを介して、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属に直流のパルス電流を流す。電流パルスの形状、振幅及びパルス幅は、制御装置により適切に制御される。本実施形態では、電極４０Ａ，４０Ｂの先端同士を結ぶ線は、ノズルプレート２３の長手方向、すなわち吐出口２２の配列方向と一致している。そして、この方向は、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属に流れる電流の方向とも一致する。直流電流の向きは、図３の電極４０Ａから電極４０Ｂに向かう方向でもよいし、その逆方向でもよい。電極４０Ａ，４０Ｂの素材は特に限定されないが、高温での使用に耐えうるタングステン等が好適に用いられる。

【0072】

図３〜５に示すように、本実施形態の磁束発生機構は、磁束を発生させる一対の永久磁石３０Ａ，３０Ｂと、発生した磁束を第３チャンバ２１Ｃに集中させるための一対の集束器３２Ａ，３２Ｂとからなるものとすることができる。一対の永久磁石３０Ａ，３０Ｂは、各々電極４０Ａ,４０Ｂの上方に、第３チャンバ２１Ｃを挟むように、かつＮ極同士及びＳ極同士が同じ側になるように、配置される。一対の集束器３２Ａ，３２Ｂは、一対の永久磁石３０Ａ，３０Ｂの間に配置される。磁石によって発生する磁束を、チャンバの少なくとも一部、本実施形態では第３チャンバ２１Ｃに集中させることができるように、鉄製の集束器３２Ａ，３２Ｂの形状は、コンテナ２０の先端に向かって細くなるように設計する（図４参照）。集束器３２Ａ，３２Ｂは、鉄等の磁性案内材料により構成される。この構成によって、第３チャンバ２１Ｃに、前記電流の向きと垂直方向の磁束を発生させることができる（図５参照）。

【0073】

本実施形態では、第３チャンバ２１Ｃに、図４の左右の方向の磁束が発生している状態で、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属に、図３の右方向又は左方向にパルス電流を付与する。これにより、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属には、磁束方向及び電流方向の両方に垂直な方向にローレンツ力が働く。このローレンツ力の作用で、吐出口２２から溶融金属の液滴が鋼帯の表面に向けて吐出される。

【0074】

この吐出原理について、図６を参照して簡潔に説明する。第１の態様として、磁束Ｂ及びパルス電流Ｉの方向が図６に示す向きの場合、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属には図６の下方向（すなわちチャンバ内から吐出口を介して外気に向かう方向）に、パルス的にローレンツ力Ｆが働く。この溶融金属に直接発生するパルス状のローレンツ力の作用で、溶融金属は吐出口２２に向けて押し出される。その際、溶融金属は非常に高い表面張力を有するため、吐出口２２から液滴Ｄの状態で吐出される。

【0075】

第２の態様として、パルス電流の向きを図６に示す向きと反対にした場合、第３チャンバ２１Ｃ内の溶融金属には、図６の上方向（すなわち外気から吐出口を介してチャンバ内に向かう方向）に、パルス的にローレンツ力Ｆが働く。このローレンツ力の作用でも、溶融金属は吐出口２２から吐出される。この場合、あるパルスのローレンツ力が溶融金属に働いている間は、吐出口２２内の溶融金属のメニスカスはチャンバ内の方向に向かって凹むが、パルス間のローレンツ力が発生していない期間に、そのメニスカスが押し戻される。その際、溶融金属は非常に高い表面張力を有するため、メニスカスが破れて、液滴が形成され、吐出口２２から吐出される。

【0076】

なお、ローレンツ力を利用した溶融金属の吐出技術は、既に知られており、ＷＯ２０１０／０６３５７６号公報及びＷＯ２０１５／００４１４５号公報に開示されている。前者の公報には、第１の態様の吐出技術が記載されており、後者の公報には、第１の態様及び第２の態様の吐出技術が、その吐出原理とともに詳細に記載されている。一般的に第１の態様よりも第２の態様の方が、より微小な液滴を得ることができる。よって、所望の溶融金属液滴径に応じて、いずれかの態様を選択すればよい。

【0077】

本開示は、このローレンツ力を利用した溶融金属の吐出技術を、高Ｓｉ鋼帯に対する連続的な予備めっき処理に適用しつつ、均一なめっきを実現したものである。以下、本開示において均一なめっきを実現するための好適条件を説明する。

【0078】

図５を参照して、ノズルプレート２３の寸法は特に限定されないが、鋼帯の長手方向に１〜１０ｍｍ程度、鋼帯の幅方向に１〜２００ｍｍ程度の矩形とすることが好ましい。鋼帯の幅方向の長さが１ｍｍ未満の場合、鋼帯の幅方向に効率的に塗布することが困難となり、ノズルを走査させるなど複雑な機構の追加が必要であり、２００ｍｍ超えの場合、ノズル幅方向に均一にローレンツ力をかけることが困難となり、各吐出口間での均一な吐出が難しくなるからである。

【0079】

図５を参照して、コンテナにおいて、その先端のノズルプレート２３には吐出口２２が鋼帯の幅方向に複数個配置されることが好ましい。そして、吐出口２２の直径や、隣接する吐出口間の間隔は、以下の吐出条件を考慮しつつ決定する。

【0080】

すなわち、溶融金属液滴吐出の際は、ライン速度や、所望のめっき膜厚に応じて、液滴径や吐出量をコントロールするためのパルス電流制御が必要となる。パルス電流制御において、小さな液滴を形成するには、ある程度高い周波数に設定する必要があり、パルス電流周波数は１００Ｈｚ以上が好ましい。さらに好ましくは５００Ｈｚ以上である。また、溶融金属がノズルに充填される速度の限界から、パルス電流周波数は５００００Ｈｚ以下とすることが好ましい。また、溶融金属の比重は重く、速度を付けて鋼帯に着弾できるよう吐出するには、強い磁界と電流出力を必要とする。これらは、吐出口の形状や要求される液滴径、使用する溶融金属等により適宜調整が必要なパラメーターとなる。一般的に液滴体積Ｖは次式のように与えられる。

ここでrは吐出口の半径、νは吐出速度、fはチャンバ内の圧力波の共振周波数である。液滴径（液滴体積）を小さくするには、吐出口半径を小さくすれば良い。または、共振周波数を高く設定することで液滴径を小さくできる。

【0081】

また、種々検討の結果、液滴径は吐出口径とほぼ同じになることが分かった。上記パルス電流周波数の範囲内で、既述の液滴群の液滴径分布（最大液滴径及び平均液滴径）を得ることを容易とする観点から、吐出口の口径は２００μｍ以下とすることが好ましく、１００μｍ以下とすることがより好ましい。また、既述の液滴群の最小液滴径を得る観点から、吐出口の口径は１μｍ以上とすることが好ましい。

【0082】

均一なめっきを実現する観点から、隣接する吐出口間の間隔（吐出口の中心間距離）は、１０〜２５０μｍとすることが好ましい。

【0083】

また、速度を付けて鋼帯に着弾できるように液滴を吐出するには、磁界の強さは、１０ｍＴ以上とすることが好ましく、さらに好ましくは１００ｍＴ以上である。また、永久磁石の磁力の限界から、磁界の強さは１３００ｍＴ以下とすることが好ましい。

【0084】

高速で通板される広幅の鋼帯を均一にめっき処理するためには、コンテナ２０は、鋼帯の幅方向に複数個配置して、鋼帯の幅方向全範囲にわたり吐出口が所定の間隔で配置されるようにする必要がある。さらには、コンテナ２０を、鋼帯の進行方向に複数個配置することも好ましい。これによりめっき処理速度を向上することができる。コンテナ２０の配置の一例として、図７に示すような位置関係でノズルプレート２３が配置されるように、コンテナを幅方向及び鋼帯の進行方向に複数段配置することができる。

【0085】

［圧電素子による溶融金属液滴の吐出］
次に、図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、ノズルシステム５０によって、圧電素子５５Ａ，５５Ｂを用いて溶融金属の液滴を鋼帯Ｓの表面に向けて吐出する方式について説明する。

【0086】

図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ノズルシステム５０はコンテナ５１を有する。コンテナ５１は、溶融金属Ｍが通過するチャンバ５２を区画し、先端にノズルプレート５３を有する。ノズルプレート５３は、チャンバ５２から連通する吐出口５４を区画する。

【0087】

図８には、コンテナ５１の先端近傍のみを図示するが、コンテナ５１には、チャンバ５２に溶融金属Ｍを連続的に供給可能な供給機構（図示せず）が接続されている。供給機構は、例えば誘導加熱により高温溶融状態となった金属を保持可能なタンクと、コンテナ５１に溶融金属を安定供給する電磁ポンプとから構成される。または、溶融金属を溜めるタンクをコンテナ５１の鉛直上方に配置することで重力による自動供給を行うことができる。

【0088】

本実施形態において、コンテナ５１の先端近傍で区画されるチャンバ５２は直方体形状である。図８（Ｂ），（Ｃ）に示すように、コンテナ５１の先端のノズルプレート５３は、矩形の板状部材であり、その長手方向に所定の間隔をあけて複数の吐出口５４が形成されている。すなわち、吐出口５４は、ノズルプレート５３をチャンバ５２から外気に向けて貫通する貫通孔である。

【0089】

コンテナ５１の素材及び厚さは、コンテナ５１が溶融金属を保持したときに、後述の圧電素子の変形に合わせて変形できる程度に軟化しつつ、コンテナ５１の形状は保持できるように選定する必要がある。そのような条件を考慮して、コンテナ５１の素材としては、例えば石英ガラス等が好適に挙げられる。コンテナ５１の厚さは、１０〜１００μｍ程度とすることが好ましい。ノズルプレート５３の素材は、耐熱性があるグラファイトや各種セラミックス等が好適に利用できる。また、コンテナ５１には電磁コイル（図示せず）を巻き付けて、誘導加熱により溶融金属Ｍを高温に保持可能とすることが好ましい。

【0090】

コンテナ５１の先端部近傍の周囲には、圧電素子５５Ａ，５５Ｂが固定されている。圧電素子を構成する圧電材料は特に限定されず、各種セラミックス、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃等を挙げることができる。また、圧電素子の厚みは１０〜４００μｍとすることが好ましい。本実施形態では、コンテナ５１の一方の主面には圧電素子５５Ａを固定し、他方の主面には圧電素子５５Ｂを固定する。こうして一対の圧電素子５５Ａ，５５Ｂを、吐出口５４の列を挟むように配置する。

【0091】

また、一方の圧電素子５５Ａは、内側電極５６Ａ及び外側電極５７Ａからなる一対の電極に挟まれ、他方の圧電素子５５Ｂは、内側電極５６Ｂ及び外側電極５７Ｂからなる一対の電極に挟まれる。換言すると、内側電極５６Ａ，５６Ｂは、コンテナ５１と圧電素子５５Ａ，５５Ｂとの間に接触配置され、外側電極５７Ａ，５７Ｂは、内側電極５６Ａ，５６Ｂとの間で圧電素子５５Ａ，５５Ｂを挟んで配置される。各電極の素材は特に限定されないが、銅、グラファイト、タングステン等が好適に用いられる。

【0092】

一対の電極５６Ａ，５７Ａには、直流電源（図示せず）と、該直流電源の制御装置（図示せず）とが接続されている。制御装置により直流電源を制御して、一対の電極５６Ａ，５７Ａによって圧電素子５５Ａに直流のパルス電圧を印加する。同様に、一対の電極５６Ｂ，５７Ｂには、直流電源（図示せず）と、該直流電源の制御装置（図示せず）とが接続されている。制御装置により直流電源を制御して、一対の電極５６Ｂ，５７Ｂによって圧電素子５５Ｂに直流のパルス電圧を印加する。電流パルスの形状、振幅及びパルス幅は、制御装置により適切に制御されるが、一対の圧電素子５５Ａ，５５Ｂに印加されるパルス電圧は同位相とする。圧電素子５５Ａ，５５Ｂに生じる圧電効果で、コンテナ５１がパルス状に変形することで、吐出口５４から溶融金属の液滴を吐出することができる。本実施形態では、一列に並んだ吐出口５４の両側に一対の圧電素子５５Ａ，５５Ｂを設け、この一対の圧電素子５５Ａ，５５Ｂのみで複数の吐出口５４からの溶融金属の吐出を制御するので、吐出口ごとに圧電素子を設ける場合に比べて、吐出口５４の間隔を小さくすることができる。

【0093】

本開示は、この圧電素子を利用した溶融金属の吐出技術を、高Ｓｉ鋼帯に対する連続的な予備めっき処理に適用しつつ、均一なめっきを実現したものである。以下、本開示において均一なめっきを実現するための好適条件を説明する。

【0094】

図８（Ｃ）を参照して、ノズルプレート５３の寸法は特に限定されないが、鋼帯の長手方向に１〜１０ｍｍ程度、鋼帯の幅方向に１〜２００ｍｍ程度の矩形とすることが好ましい。鋼帯の幅方向の長さが１ｍｍ未満の場合、鋼帯の幅方向に効率的に塗布することが困難となり、ノズルを走査させるなど複雑な機構の追加が必要であり、２００ｍｍ超えの場合、ノズル幅方向に均一に圧電素子による変形力をかけることが困難となり、各吐出口間での均一な吐出が難しくなるからである。

【0095】

図８（Ｃ）を参照して、コンテナにおいて、その先端のノズルプレート５３には吐出口５４が鋼帯の幅方向に複数個配置されることが好ましい。そして、吐出口５４の直径や、隣接する吐出口間の間隔は、以下の吐出条件を考慮しつつ決定する。

【0096】

すなわち、溶融金属液滴吐出の際は、ライン速度や、所望のめっき膜厚に応じて、液滴径や吐出量をコントロールするためのパルス電流制御が必要となる。パルス電流制御において、小さな液滴を形成するには、ある程度高い周波数に設定する必要があり、パルス電流周波数は１００Ｈｚ以上が好ましい。さらに好ましくは５００Ｈｚ以上である。また、溶融金属がノズルに充填される速度の限界から、パルス電流周波数は５００００Ｈｚ以下とすることが好ましい。一般的に液滴体積Ｖは次式のように与えられる。

ここでrは吐出口の半径、νは吐出速度、fはチャンバ内の圧力波の共振周波数である。液滴径（液滴体積）を小さくするには、吐出口半径を小さくすれば良い。または、共振周波数を高く設定することで液滴径を小さくできる。

【0097】

また、種々検討の結果、液滴径は吐出口径とほぼ同じになることが分かった。上記パルス電流周波数の範囲内で、既述の液滴群の液滴径分布（最大液滴径及び平均液滴径）を得ることを容易とする観点から、吐出口の口径は２００μｍ以下とすることが好ましく、１００μｍ以下とすることがより好ましい。また、既述の液滴群の最小液滴径を得る観点から、吐出口の口径は１μｍ以上とすることが好ましい。

【0098】

均一なめっきを実現する観点から、隣接する吐出口間の間隔（吐出口の中心間距離）は、１０〜２５０μｍとすることが好ましい。

【0099】

高速で通板される広幅の鋼帯を均一にめっき処理するためには、コンテナ５０は、鋼帯の幅方向に複数個配置して、鋼帯の幅方向全範囲にわたり吐出口が所定の間隔で配置されるようにする必要がある。さらには、コンテナ５０を、鋼帯の進行方向に複数個配置することも好ましい。これによりめっき処理速度を向上することができる。コンテナ５０の配置の一例として、図７に示すような位置関係でノズルプレート５３が配置されるように、コンテナを幅方向及び鋼帯の進行方向に複数段配置することができる。

【0100】

（連続溶融金属めっき処理装置の好適態様）
図１及び図２を参照して、鋼帯Ｓは、還元性ガス又は非酸化性ガスが導入された還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中を連続的に走行し、ノズルシステム１０又はノズルシステム５０から液滴として吐出された溶融金属により予備めっき処理される。めっき炉１の形状は特に限定されないが、図１及び図２に示すような縦型炉とすることができる。

【0101】

めっき炉１内の雰囲気は、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気とする必要があり、鋼帯表面の酸化により濡れ性が劣化して不めっきが発生すること十分に抑制する観点から、炉内の酸素濃度は２００ｐｐｍ未満とすることが好ましく、１００ｐｐｍ以下とすることがより好ましい。また、脱酸素コスト制約の観点から、炉内の酸素濃度は０．００１ｐｐｍ以上とすることが好ましい。

【0102】

鋼帯Ｓとノズルシステム１０又はノズルシステム５０の配置について、図１では、縦型炉内での両面めっきとなっているが、横型炉で片面ずつまたは両面めっきするレイアウトにも適用できる。ノズルシステム１０又はノズルシステム５０と鋼帯Ｓとの距離は、鋼帯の反りや振動などの影響を受け一定とはならないため、センサー等によりノズル−鋼帯間ギャップを測定し、ノズル位置を適宜調整できる構造とすることが好ましい。

【0103】

鋼帯および溶融金属の酸化を抑えるため、めっき炉１の鋼帯出側には、非酸化性雰囲気の空間を大気から遮断するシール装置２を設置することが好ましい。シール装置としては、ガスカーテンやスリットなど仕切り、又は図１及び図２に示すようなシールロールを上げることができる。これにより、炉内の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下に抑えることができ、不めっき等の欠陥を十分に抑制できる。

【0104】

また、ノズルプレートやコンテナの交換を容易に行えるように、鋼帯の進行方向に対し、ノズルシステムの上流側にもシール装置を設け、交換が炉内雰囲気全体に影響を及ぼさない設備構成とすることが望ましい。

【0105】

吐出した液滴は鋼帯上で急冷されるため、固化し平滑化が進行しにくい。そのため、できるだけ溶融金属と鋼帯の温度差を小さくすることが好ましい。鋼帯の温度は、めっきする溶融金属の融点をＴｕ（℃）とした場合、（Ｔｕ−１０００）（℃）以上とすることが望ましい。一方、鋼帯が軟化して通板が困難となるのを防ぐ観点から、鋼帯温度は１３００℃以下とすることが好ましい。図１及び図２には図示しないが、本実施形態の連続溶融金属めっき処理装置１００，２００は、鋼帯を加熱する加熱機構と、加熱機構の制御装置と、有することが好ましい。例えば、加熱はラジアントチューブや誘導加熱、赤外線加熱、通電加熱、冷却はガスジェットやミスト、ロールクエンチなどが用いられる。

【0106】

また、図１を参照して、ノズルシステム１０又はノズルシステム５０の下流側の、鋼帯出側までの炉内距離は、めっき後の溶融金属が固化するに十分な長さとする。この下流側には、種々の設備を追加してもよい。例えば、より平滑なめっき表面を得るため、めっき処理後にガス噴射による均しを行っても良い。また、より早くめっきを固化させたい場合には、ガスジェット等の冷却装置を設けてもよい。

【0107】

炉内を走行する鋼帯は、振動や形状不良による反りが発生する場合がある。そのため、鋼帯の進行方向に対してノズルシステムの上流側及び下流側の少なくとも一方には、鋼帯の振動および反りを抑制する制振・矯正機構を設置することが好ましい。例えば、図２には、接触式の制振・矯正機構の例としてサポートロール３を図示し、非接触式の制振・矯正機構の例として電磁コイル４を図示した。めっき処理後の表面は、めっきが凝固するまでは接触しない方がよいため、ノズルシステムの下流側では、非接触式を採用することが好ましい。

【0108】

吐出口先端から鋼帯までの距離は０．２ｍｍより大きくすることが好ましい。０．２ｍｍ以下では、鋼帯を制振しきれない場合に、鋼帯がノズルに接触してしまうおそれがある。また、吐出口先端から鋼帯までの距離は１０ｍｍ未満とすることが好ましい。１０ｍｍ以上では、ノズル周りのガス流れの影響で、金属液滴の着弾位置にズレが生じ均一な塗布が困難となる。

【0109】

（好適な予備めっき層厚み）
予備めっきにおいて形成するめっき層の厚さは５μｍ以上とすることが好ましく、１０μｍ以上とすることがより好ましい。これにより、高Ｓｉ鋼帯から予備めっき層内へ拡散するＳｉ等が予備めっき層の表層に到達することを抑制して、その後の溶融金属のめっき性や合金化処理性を阻害することがない。また、予備めっき層の厚さは、鋼帯厚みの１／１０以下に抑えることが好ましい。つまり、厚さ１ｍｍの鋼帯であれば、予備めっき層の厚さは片面あたり５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、鋼帯そのものの機械特性に影響を与えることがない。

【実施例】

【0110】

（実施例１）
板厚0.4ｍｍ、板幅100ｍｍの鋼帯に対して、図２に示した装置を用いて、鋼帯片面への鉄の予備めっき（厚さ５０μｍ）を行い、その後、窒素９５％、水素５％の８００℃の雰囲気で焼鈍を行い、その後、４６０℃のＡｌ：０．１５％の亜鉛浴への浸漬めっきし、さらにガスワイピングによる付着量調整を行った後、外観の評価を行った。亜鉛めっきの付着量は５０ｇ／ｍ²とした。鋼帯の成分組成は、Ｃ：０．０８％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．５％、Ａｌ：０．０２％、Ｐ：０．０３％、Ｓ：０．００２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる。溶融金属液滴の吐出は図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す圧電素子による体積変化を利用する方式のノズルを使用した。最大液滴径、平均液滴径、最小液滴径、吐出口径、及び予備めっきの際の鋼帯温度を表１に示した。なお、条件４では、条件６〜９よりも周波数を高くすることによって、同じ吐出口径３００μｍであっても、液滴径を小さくした。ノズル先端から鋼帯までの距離は３ｍｍとした。ノズル数は、幅方向に１インチ当たり１００個の間隔で配置し、幅方向２５．４ｍｍの範囲に吐出可能なノズルシステムを図７に示すように幅方向２台、長手方向４列に設置した。炉内雰囲気は５％Ｈ₂、９５％Ｎ₂、酸素濃度５ｐｐｍ未満である。

【0111】

表１に示すように、実施例１は、溶融金属の液滴径が亜鉛めっき後の鋼板表面の外観に及ぼす影響を検証するものである。表１から明らかなように、最大液滴径が２００μｍを超える条件では、平滑な予備めっき面を得ることが困難で、亜鉛めっき後に凹凸が目立つ外観となった。これに対し、最大液滴径が２００μｍ以下の発明例では、平滑な予備めっき面を得ることができ、亜鉛めっき後の外観も良好であった。また、発明例の中でも条件５は、（鉄の融点（１５３８℃）−１０００℃）以上の鋼帯温度としたため、急冷による固化を緩和し、レベリング性能を上げることで、非常に良好な表面外観を得ることができた。

【0112】

更にめっき後の鋼板を冷間圧延することで、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ厚と薄くすることが可能であった。その際、めっき膜厚も板厚とほぼ同じ比率で薄くなり、最終板厚に対してめっきする場合と比較し、めっき処理面積を低減することが可能であった。

【0113】

【表1】

【0114】

（実施例２）
以下に説明する点以外は実施例１と同様にして、鋼帯への予備めっき、焼鈍、浸漬による亜鉛めっき、およびガスワイピングを行った。本実施例２では、ノズル径は５０μｍで固定し、最大液滴径５０μｍ、平均液滴径４８μｍ、最小液滴径４２μｍ、予備めっき時の鋼帯温度は常温で固定した。使用した鋼帯の成分組成は、Ｓｉ含有量を表２に示すものとし、それ以外については実施例１と同様である。予備めっき用溶融金属の成分組成については、Ｓｉ含有量を表２に示し、残部はＦｅおよび不可避的不純物とした。表２に示す予備めっき膜厚は、ランダムに抽出した１０箇所のめっき断面を顕微鏡で観察し、めっき厚みを測定し平均値を算出したものである。炉内の酸素濃度は表２に示した。

【0115】

また、表２の条件１２，１３に示すように、従来法として、予備めっきを施さず、溶融亜鉛浴に浸漬するめっき方法も実施した。また、条件１４，１５に示すように、電気めっきによる予備めっきを行う比較例も実施した。電気めっき液には、ＺｎＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ（４６０ｇ／Ｌ）を用いた。電流密度は、８０Ａ／ｄｍ²として、２０秒間の処理を行った。

【0116】

表２から明らかなように、本発明例では、はじきや不めっき発生のない良好なめっき外観が得られた。

【0117】

なお、実施例１，２では、溶融金属めっきとして、Alを質量％で0.15％添加した亜鉛−アルミ合金を用いた溶融めっき法を用いたが、本手法は、種々の金属めっきに適用できるものである。

【0118】

【表2】

【産業上の利用可能性】

【0119】

本発明の溶融金属めっき鋼板の製造方法によれば、Ｓｉ含有量が０．５質量％以上の鋼板に対して均一な予備めっきが実現でき、その結果、溶融金属めっき後の外観を良好とすることが可能である。

【符号の説明】

【0120】

１００ 連続溶融金属めっき処理装置
２００ 連続溶融金属めっき処理装置
１ めっき炉
２ シール装置
３ サポートロール（制振・矯正機構）
４ 電磁コイル（制振・矯正機構）
１０ ノズルシステム
２０ コンテナ
２１ チャンバ
２２ 吐出口
２３ ノズルプレート
３０ 永久磁石（磁束発生機構）
３２ 集束器（磁束発生機構）
４０ 電極（電流発生機構）
５０ ノズルシステム
５１ コンテナ
５２ チャンバ
５３ ノズルプレート
５４ 吐出口
５５Ａ，５５Ｂ 圧電素子
５６Ａ，５６Ｂ 内側電極
５７Ａ，５７Ｂ 外側電極
Ｓ 鋼帯
Ｍ 予備めっき用溶融金属
Ｄ 溶融金属液滴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】