(57)【要約】【課題】パスライン変動の影響を極力低減化でき、高精度に合金化度を測定可能とする亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法を提供する。【解決手段】鋼板表面に鉄と亜鉛の合金層が生成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定するに際し、光源からの光を前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の測定部分に照射し、次いで前記照射による拡散反射光を受光する位置で前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面輝度を測定することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定する。【選択図】            図１
2004205307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面に鉄と亜鉛の合金層が生成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定するに際し、光源からの光を前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の測定部分に照射し、次いで前記照射による拡散反射光を受光する位置で前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面輝度を測定することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【請求項２】
鋼板表面に鉄と亜鉛の合金層が生成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定するに際し、複数の光源からの光を前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の異なる測定部分に複数照射し、次いで前記照射による拡散反射光を受光する複数の位置で前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面輝度を測定することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【請求項３】
輝度測定器を用いて前記表面輝度を測定し、かつ、前記輝度測定器は拡散反射光を受光する位置に設置することを特徴とする請求項１または２に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【請求項４】
複数の輝度測定器を用いて前記表面輝度を測定し、さらに、前記輝度測定器は拡散反射光を受光しかつ鋼板の走行ライン方向の異なる位置に各々設置することを特徴とする請求項２に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、亜鉛めっき鋼板は、鋼板上に亜鉛をめっきした後、所要とする温度で加熱して下地の鉄を亜鉛中に拡散させることにより合金化を行っている。そして、高品質、かつ、均質なる亜鉛めっき鋼板を製造する観点から、その合金化の進行状況を正確に測定することが必要不可欠である。この合金化度を測定する方法としては、化学分析法や蛍光Ｘ線法などがある。
【０００３】
化学分析法は、合金化された亜鉛めっき鋼板を塩酸中に浸して合金化部分を溶かし、その溶液中の成分含有量を化学分析することにより、鉄と亜鉛との割合を求める方法である。この分析法は、亜鉛めっき鋼板を塩酸中に浸して合金化部分を溶かす処理を行うことから、オフラインによる破壊検査であり、オンラインによる測定が難しい。
【０００４】
蛍光Ｘ線法は、亜鉛めっき鋼板にＸ線を照射し、この鋼板中の鉄および亜鉛から放射される蛍光Ｘ線を測定し、予め求めておいた蛍光Ｘ線の強度と鉄および亜鉛との相関関係から、鉄と亜鉛との割合を求める方法である。しかし、この方法は、装置が非常に大がかりなものとなり、合金化ライン中での合金化の進行状況を測定するために用いるのは困難である。
【０００５】
合金化ライン中で合金化の進行状況を測定する技術として、以下の技術が提案されている。
【０００６】
特許文献１には、レーザ光を斜め方向から亜鉛めっき鋼板に照射し、そのときの鋼板からの反射光をリニアアレイなどの光検出器で受光し、この受光強度の状態から反射光の分布を求め、その半値幅から合金化度を測定する装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、レーザ光を斜め方向から亜鉛めっき鋼板に照射し、そのときの鋼板からの反射光を、鋼板面に対して垂直方向の位置およびレーザ光の入射方向と反対側の方向の位置に設置する光検出器により受光し、その反射光強度から合金化度を求める方法が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、トップロール部分において、照明装置とテレビカメラを使って鋼帯表面の正反射光およびその近傍での光強度を測定し、鋼帯の鋼種に応じて予め与えられた補正量に基づいて合金化度を測定する方法が開示されている。
【０００９】
また、特許文献４には、リング状に配置された光源からの光を亜鉛メッキ鋼板の測定部分に照射するとともに、その測定部分から得られる反射光の強度をリング状光源のほぼ中心ライン上で測定し、この反射光の測定強度と予め求められた反射光の強度に対する合金化度との相関関係から合金化度の進行状況を測定する亜鉛メッキ鋼板の合金化度測定方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６０−５６４２５号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１−４４７８２号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平５−９９８４７号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開平５−２０３５６９号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、反射光の分布をリニアアレイなどの光検出器を用いて検出した後、コンピュータで半値幅の演算処理を行うので、装置の構成が複雑であるばかりでなく、高価であり、また演算にかなりの時間を要する。しかも、オンライン状態で合金化度を測定する場合、亜鉛めっき鋼板が常にパスライン変動を起こしているので、鋼板の傾きによって鋼板に対するレーザ光の入射角が変わってしまい、正確な値が得られないという問題がある。
【００１５】
特許文献２では、特許文献１の半値幅を求める方法よりも、装置の構成が簡単ではあるが、オンライン中に亜鉛めっき鋼板に生ずるパスラインの変動の影響を除去できない問題がある。特に、亜鉛めっき鋼板における合金化度の進行は、加熱温度，ラインスピード，亜鉛めっきの付着量，亜鉛中の微量介在物等の影響を受けやすく、一定の操業条件を維持している場合でも、合金化度の進行状態はもとより、最終的な合金化度の状態も異なったものとなる場合がある。そこで、合金化度の状況を早期に測定し、その合金化度の状況に応じて合金化に伴う一連の装置を適切に制御することが必要となってくるが、特許文献２の方法では、対応しきれず不充分である。
【００１６】
また、合金化の装置が置かれている環境は、外気が高温多湿である上、空気中のダスト等も非常に多い。そのため、測定器にとって非常に激しい環境にあるといえる。ゆえに、オンライン中すなわち合金化ライン上に上記特許文献１あるいは特許文献２のような光検出器を設置して合金化度を測定しようとする場合は、光検出器が上記の厳しい条件に十分に耐え、かつ、メンテナンスも容易でなければならない。
【００１７】
さらに、オンライン中に亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定しようする場合、ラインを走行する亜鉛めっき鋼板にはパスライン変動があり、鋼板と測定器との間の距離や角度が周期的に変化しているので、パスライン変動の影響を受けないか、或いはその影響を極力低減化する必要がある。
【００１８】
特許文献３の合金化測定装置は、トップロールでの合金化度測定であるため、めっき中の合金化反応はほぼ終了しており、合金化の進行状況を測定することは困難である。また、正反射光およびその近傍での光強度を測定しているため、パスライン変動の影響を強くうける問題がある。
【００１９】
特許文献４では、特許文献３同様、トップロールでの合金化度測定であるため、めっき中の合金化反応はほぼ終了しており、合金化の進行状況を測定することは困難である。また、反射光の強度と合金化度との相関関係は、１対１対応の単純な関係ではなく、一台の測定装置から測定された反射光強度から合金化度を推定することは困難であると考えられる。
【００２０】
本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、パスライン変動の影響を極力低減化でき、高精度に合金化度を測定可能とする亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、鋼板表面輝度と合金化度との間には相関関係があること、前記鋼板表面輝度値は正反射光を受光する位置およびその近傍で測定するとパスラインの変動（鋼板と測定器との間の距離や角度）により大幅に変化するが、拡散反射光を受光する位置で測定すればパスラインの変動による輝度値の変動を極力減少させることでき安定した鋼板表面輝度値が得られることを見いだし、本発明に至った。すなわち、本発明は以下を特徴とする。
【００２２】
［１］鋼板表面に鉄と亜鉛の合金層が生成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定するに際し、光源からの光を前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の測定部分に照射し、次いで前記照射による拡散反射光を受光する位置で前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面輝度を測定することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【００２３】
［２］鋼板表面に鉄と亜鉛の合金層が生成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定するに際し、複数の光源からの光を前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の異なる測定部分に複数照射し、次いで前記照射による拡散反射光を受光する複数の位置で前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面輝度を測定することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度を測定することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【００２４】
［３］上記［１］または［２］において、輝度測定器を用いて前記表面輝度を測定し、かつ、前記輝度測定器は拡散反射光を受光する位置に設置することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
【００２５】
［４］上記［２］において、複数の輝度測定器を用いて前記表面輝度を測定し、さらに、前記輝度測定器は拡散反射光を受光しかつ鋼板の走行ライン方向の異なる位置に各々設置することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度測定方法。
である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２７】
まず、合金化度と鋼板表面輝度値との関係を調査するために、合金化度の異なる４つのサンプルａ〜ｄについて、それぞれの鋼板表面輝度値を、拡散反射光を受光する位置で測定した。結果を図３に示す。なお、この時、鋼板表面輝度値の測定は合金化ラインにおいて、ガスワイピング直後、合金化炉入側、保熱帯出側、トップロール部で行い、サンプルａは皮膜中合金化反応初期で生焼け段階、ｂは合金化反応の進行度が低い段階、ｃは合金化反応が中程度の段階、ｄは合金化進行度が高い段階であった。図３より、合金化度の違いにより鋼板表面輝度値が変化し、合金化度と鋼板表面輝度値とは相関関係があることがわかる。これは、合金化度の進行に伴ってめっき表層の合金相の存在状態が変化し、めっき層表層の合金相の存在状態が原因となり鋼板表面輝度値が変化すると考えられる。すなわち、めっき合金相は、合金化度の進行と共にζ相、δ1相、Γ相の順で生成され、これは、表層合金相の結晶形状に起因する。表層ζ相の場合、ζ相は柱状晶であるため表面が粗く、光源からの反射は拡散反射が主体になる。一方で合金化がさらに進行し表層δ１相になると、δ１相は魂状晶であるため表面の粗さがζ相に比べ粗くなくなり拡散反射が弱まり、正反射が強まる。このため、合金化度の進行と共にめっき層表層の合金相の存在状態すなわち反射状況が変化し、鋼板表面輝度値に変化が生じる。
【００２８】
以上より、本発明においては、鋼板表面輝度値をもとに合金化度を求めるものとする。なお、合金化度は、得られた鋼板表面輝度値と予め求められた鋼板表面輝度値に対する合金化度の相関関係から求めることができる。
【００２９】
次いで、上記により得られた結果をもとに、鋼板表面輝度値と測定位置との関係について調査するため、合金化度の異なる３種のサンプルについて、それぞれ、鋼板表面輝度の測定位置を変えて鋼板表面輝度値を測定した。結果を図４に示す。図４は鋼板表面輝度測定位置と鋼板表面輝度との関係を示したものであり、図４において、Ｘ軸は鋼板表面輝度値の測定位置であり、その測定位置は入射光に対する測定位置の反射光の角度で示した。図４より、合金化度の異なる３種のサンプルいずれの場合も、光源からの光を鋼板に照射させ、鋼板表面輝度値を正反射光を受光する位置０°（以下、正反射位置と称す）およびその近傍で測定する場合、鋼板からの測定位置および角度の微妙な変化により鋼板表面輝度値が大幅に変化する（例えばＸ軸の測定位置±１°のずれた場合のＹ軸の鋼板表面輝度値の変化量が大きい）が、拡散反射光を受光する位置４５〜９０°（以下、拡散反射位置と称す）で測定する場合は鋼板表面輝度値が大幅に変化することなく、一定の値が得られることがわかる。
【００３０】
以上から、鋼板表面輝度値の測定は拡散反射位置４５〜９０°で行うこととし、これにより、パスラインの変動による輝度値の変動を極力減少させることでき、安定して合金化度の測定を行うことが可能となる。
【００３１】
また、パスラインの変動は１秒程度の周期をもっているため、１回あたりの鋼板表面輝度値のサンプリング時間を１秒以上とり、その間の平均値を用いることにより、パスラインの変動の影響をさらに除去することができる。
【００３２】
以上の結果をもとに、拡散反射位置で測定した鋼板表面輝度値と合金化時間との関係の一例を図５に示す。図５より、鋼板表面輝度と合金化時間とは相関関係にあることがわかる。しかし、拡散反射位置で測定した鋼板表面輝度値と合金化度との相関関係は、１対１対応ではなく、１つの鋼板表面輝度値に対して２つの合金化度値を持つ対応関係である場合がある。このような場合に対しては、照明条件や輝度測定角度が等しい条件の２つ以上の光源と測定器を用い、複数の鋼板表面輝度値（図５ではＢ1とＢ2）を求め、鋼板表面輝度値の時間変化率ΔB／Δｔを測定することにより、正確な合金化度を鋼板表面輝度値により測定することが可能となる。例えばライン走行方向に１m以上位置の異なる２箇所以上の拡散反射位置に輝度測定器を設置し、鋼板表面輝度値を測定する。輝度のピーク値を境に領域を左右に分割すると、左側の領域は輝度の傾きΔB／Δｔが正であり、一方で、右側の合金化度が高い領域では、傾きΔB／Δｔが負の値となるので、測定により得られた傾きΔB／Δｔの正負の判断を行うことにより、輝度値に対応する合金化度の対応を一義的に決定することが可能となる。
【００３３】
以上により、複数の光源を用いて、複数箇所の拡散反射位置で鋼板表面輝度値を測定し、複数の鋼板表面輝度値をもとに鋼板の合金化度を測定することが好ましい。
【００３４】
また、以上のように、本発明の合金化測定方法によれば、合金化溶融亜鉛めっき装置の合金化炉出側からトップロール間のいずれの場所においても合金化度の測定が可能となり、合金化度の正確な測定が可能となる。
【００３５】
【実施例】
図１は連続溶融亜鉛めっき装置の断面を示す概略断面図である。図１において、１はめっき槽であり、前記めっき槽１内には、鋼帯にめっきを施すためのめっき浴１ａが満たされており、シンクロール２が設置されている。また、合金化ライン上に、めっき槽１側からガスワイピングノズル３、合金化炉４、保熱帯５、冷却帯６、トップロール７、Ｘ線合金化度計が設置されている。図１によれば、鋼帯１８は溶融亜鉛に満たされためっき槽１内に挿入され、溶融亜鉛が付着された後に、シンクロール２を介して真上に移動してめっき槽１内から搬出される。その後、ノズル部を通る際にガスワイピングノズル３により亜鉛が絞られて付着量が調整され、合金化炉４に挿入される。合金化炉において、鋼帯１８は誘導加熱方式により加熱され、続いて保熱帯５で板温度がほぼ一定に保たれる間に鉄が亜鉛に拡散して合金化が進行し、次いで冷却帯６により鋼帯１８は急速に冷却され、合金化の進行が抑制され、最終的に鉄−亜鉛めっき合金層が形成される。冷却帯６を出た鋼帯１８はトップロール７を介して次工程へと搬送される。
【００３６】
また、鋼板表面輝度値を測定するための照明装置およびＣＣＤカメラは保熱帯入側直前に設置し、鋼帯に向けて配置した。保熱帯入側直前に設置した理由は、鋼帯表面の合金層が最も変化する位置において、合金化炉からの入熱量変化に応じて応答良く、合金化度変化を測定できるかを確認するためである。図２は照明装置およびＣＣＤカメラが設置された鋼帯の一部の拡大図である。図２によれば、照明装置９により鋼帯１８に照射し、拡散反射光１１を受光する位置にＣＣＤカメラ１０が設置され、前記ＣＣＤカメラ１０により画像を撮影し、演算装置により輝度値に変換する。ここで、照明装置には白色光を用いて鋼帯に照射した。また、鋼板表面輝度値は、外来光の強度変化、照明用光源の電源電圧変動、照明装置および輝度測定装置の経時変化等により変化するため、輝度値が既知で不変である基準板をＣＣＤカメラの視野に入れておき、逐次補正を行いながら輝度値の測定を行った。
【００３７】
上記により得られた鋼板表面輝度値に対して、予めデータを積み重ねて求めておいた、鋼種に応じた輝度値と合金化度（化学分析法により測定）との相関関係を用いて合金化度を得た。
【００３８】
本発明の合金化度の評価は、図６に示すように、本発明により算出される合金化度値と、化学分析法により測定された合金化度値を比較することにより行った。図６から明らかなように、本発明例では、ばらつきが少なく、合金化度値を精度良く測定可能であることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、パスラインの影響を受けずに、合金化溶融亜鉛めっき装置の合金化炉出側からトップロール間のいずれの場所においてもオンラインで精度良くリアルタイムに合金化度を測定することができる。
【００４０】
その結果として、合金化の進行状況に合せたライン操業が可能となり、効率良く亜鉛メッキ鋼板を製造することができる。
【００４１】
さらに、本発明は複雑な装置を必要とせずに簡単な構成の装置を用いて行うので、装置のメンテナンス費用、コストの低減化等にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続溶融亜鉛めっき装置の断面を示す概略断面図を示す概略図である。
【図２】照明装置およびＣＣＤカメラが設置された鋼帯の一部の拡大図である。
【図３】合金化度と鋼板表面輝度値との関係及び合金化の進行状況とともに変化するめっき皮膜構造を示す図である。
【図４】鋼板表面輝度値と測定位置との関係を示す図である。
【図５】拡散反射位置で測定した鋼板表面輝度値と合金化時間との関係を示す図である。
【図６】本発明の合金化度測定方法と化学分析法により測定した合金化度を比較した図である。
【符号の説明】
１  めっき槽
１ａ  めっき浴（溶融亜鉛浴）
２  シンクロール
３  ガスワイピングノズル
４  合金化炉
５  保熱帯
６  冷却帯
７  トップロール
８  Ｘ線合金化度計
９  照明装置
１０  ＣＣＤカメラ
１１  拡散反射光
１２  正反射光
１３  輝度測定角
１４  Ｚｎ相
１５  ζ相
１６  δ1相
１７  Γ相
１８  鋼帯
【図１】
2004205307.tif 000003
【図２】
2004205307.tif 000004
【図３】
2004205307.tif 000005
【図４】
2004205307.tif 000006
【図５】
2004205307.tif 000007
【図６】
2004205307.tif 000008