(57)【要約】【課題】安定的に且つ比較的簡易に、プレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板を製造する方法及び装置を提供する。【解決手段】液体中において液体噴流を噴出することにより、亜鉛めっき鋼板の表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により亜鉛めっき鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する工程を有する。この表面形態調整工程では、キャビテーション条件を調整することにより、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうちのいずれか１以上を調整する。特に、主としてη相から構成されるめっき皮膜を有する非合金化亜鉛めっき鋼板の表面形態調整に好適である。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛めっき鋼板の表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記亜鉛めっき鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、前記亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する工程を有することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
液体中において液体噴流を噴出することにより、キャビテーションを発生させることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項３】
亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、キャビテーション条件を調整することにより、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうちのいずれか１以上を調整するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項４】
亜鉛めっき鋼板が、主としてη相から構成されるめっき皮膜を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項５】
亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程に先立って、亜鉛めっき鋼板の調質圧延工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項６】
鋼板表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記鋼板の表面に塑性変形を生じさせるキャビテーション発生装置を、亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程に備えることを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造装置。
【請求項７】
鋼板を焼鈍する焼鈍炉と、焼鈍された鋼板を浸漬してめっきを施す溶融亜鉛めっき浴と、めっきされた鋼板に調質圧延を施す調質圧延機と、鋼板表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記鋼板の表面に塑性変形を生じさせて鋼板表面形態を調整するキャビテーション発生装置とを備えたことを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛めっき鋼板の製造方法及び製造装置に関するものであり、また、プレス成形時における摺動性に優れた亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車，家電，建材向けの薄鋼板として、防錆性に優れた亜鉛めっき鋼板の需要が増大している。そして、これらの亜鉛めっき鋼板は、特に自動車車体用途を中心にプレス成形を施して使用に供する場合が多く、その表面に微視的凹凸（表面粗さ）を適切に付与する必要がある。なぜなら、鋼板表面の微視的な凹凸は、プレス金型との間における潤滑油の保油性を向上させ、摺動抵抗を低減させるとともに、型かじりの発生を防止する効果を有するためである。
【０００３】
鋼板表面の微視的な凹凸の形態を表す指標としては、通常、ＪＩＳＢ０６０１に規定される平均粗さＲａが用いられている。そして、プレス成形に供せられる亜鉛めっき鋼板については、この平均粗さＲａが一定値の範囲になるように調整し、プレス成形における金型との間の保油性を確保するのが一般的である。
【０００４】
ただし、その他の指標として、最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚなどのパラメータが用いられる場合もある。また、特開平７−１３６７０１号公報には、単位面積当りの凹部体積の和を指標として定義し、その値が所定の値よりも大きい場合にプレス成形性が優れるものとされている。いずれにしても、亜鉛めっき鋼板の表面には、一定の微視的凹凸を付与しなければ、プレス成形性を確保することができない。
【０００５】
特に、めっき皮膜が主としてη相から構成される非合金化亜鉛めっき鋼板の場合、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて皮膜自身が柔らかく且つ融点が低いことから、プレス金型への凝着が発生しやすく、プレス成形性が劣る場合があるため、より高い保油性を確保する必要がある。このような理由により、プレス成形性を確保するために必要な表面の凹凸の大きさ、すなわち平均粗さＲａも、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて相対的に大きな値を要求される場合が多い。
【０００６】
一方、自動車の外板用途等に使用される亜鉛めっき鋼板には、プレス成形性と共に塗装後の鮮映性が優れていることを要求される。塗装後の鮮映性のみを向上させるためには、亜鉛めっき鋼板の表面をブライト面に仕上げればよい。しかし、これは、プレス成形性を向上させるために一定の表面粗さが必要とされることとは相反する要求である。
【０００７】
塗装後の鮮映性と塗装前の鋼板における表面の微視的形態との関係については、例えば特公平６−７５７２８号公報に記載されている。同公報によれば、塗装膜自体が鋼板表面の微視的凹凸に対するローパス・フィルターとして作用するため、短周期の凹凸は塗膜によって埋められ、塗装後の鮮映性に影響を与えない。しかし、波長数百μｍ以上である長周期成分は塗装によっても隠蔽されず、鮮映性を悪化させるとされている。
【０００８】
この対策としては、塗装前の鋼板表面の微視的凹凸を示す指標であるろ波中心線うねりＷｃａを一定値以下に調整することで、塗装後の鮮映性を向上させることができる。ろ波中心線うねりＷｃａとは、ＪＩＳＢ０６１０に規定されているパラメータであり、高域カットオフを施した表面凹凸の平均高さを代表するものである。
【０００９】
一方、ろ波中心線うねりＷｃａの他にも、塗装後の鮮映性に影響を与える指標として、ピークカウントＰＰＩがある。ピークカウントＰＰＩとは、ＳＡＥ９１１規格で規定されている、１インチあたりの凹凸のピーク数である。ピークカウントＰＰＩが大きいということは、表面の微視的凹凸の中で、短周期の凹凸が多いことを意味し、同一の平均粗さＲａで比較した場合に、相対的に長周期の波長成分が軽減されていることを示している。すなわち、平均粗さＲａが同一であれば、ピークカウントＰＰＩが大きいほど、塗装後鮮映性に優れていると考えられる。
【００１０】
以上のように、プレス成形用途の亜鉛めっき鋼板に対しては、一定の微視的凹凸である表面粗さを付与することが必要であると共に、塗装後の鮮映性が要求される場合には、その長波長成分を低減させる必要がある。特に、合金化過程において表面に微視的な凹凸が形成される合金化溶融亜鉛めっき鋼板と異なり、皮膜が主としてη相から構成される非合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、めっき後の表面が平滑であるため、何らかの方法により表面粗さを付与する必要性が高い。
【００１１】
ところで、プレス成形に使用される亜鉛めっき鋼板の表面に微視的な凹凸を付与する手段としては、一般に調質圧延が用いられている。調質圧延は、表面に予め微視的な凹凸を付与した圧延ロールを用いて、鋼板に０．５〜２．０％程度の塑性伸びを付与しながら、ロールバイトにおいて生じる圧力によって、鋼板表面に圧延ロール表面の凹凸を転写させるものである。したがって、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される微視的凹凸の形態は、圧延ロールの表面に付与される凹凸の形態に依存する。
【００１２】
調質圧延ロールの表面に微視的な凹凸を付与する方法としては、ショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工等の各種加工方法が用いられる。例えば、特開平７−１３６７０１号公報や特公平６−７５７２８号公報にはレーザーダル加工を施した調質圧延ロールを用いることが、また特開平１１−３０２８１６号公報には電子ビーム加工によって表面を加工した調質圧延ロールを用いることが、それぞれ開示されている。
【００１３】
さらに、鋼板表面のピークカウントＰＰＩを上昇させる方法として、Ｐｒｅｔｅｘ法と呼ばれる調質圧延ロールの加工方法が、Ｚｉｍｎｉｋらによって公表されている（Ｓｔａｈｌ　ｕｎｄ　Ｅｉｓｅｎ，Ｖｏｌ．１１８，Ｎｏ．３，Ｐ．７５−８０，１９９８）。これは、硬質の金属クロムを電解析出することで、圧延ロールの表面に微視的な凹凸を付与する方法であり、ショットブラスト加工による圧延ロール表面の加工方法に比べて、短ピッチで緻密な凹凸を付与できるのが特徴であるとされている。
【００１４】
同文献によれば、ショットブラスト加工による圧延ロールを使用した場合に付与できる鋼板表面のピークカウントＰＰＩは１２０程度であるが、Ｐｒｅｔｅｘ法を使用した場合には、ピークカウントＰＰＩを２３０程度まで上昇させることができるとされている。なお、同文献におけるピークカウントＰＰＩのカウントレベルは±０．５μｍとされている（これに対し、本発明においてピークカウントＰＰＩを示すときのカウントレベルは±０．６３５μｍである）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、調質圧延によりプレス成形に供される亜鉛めっき鋼板の表面に一定の表面粗さを付与する従来技術には、以下のような問題点がある。
【００１６】
第一に、調質圧延によって圧延ロールの微視的な凹凸が亜鉛めっき鋼板の表面に転写される割合には、一定の制限が生じる。つまり、いかに圧延ロール表面に緻密な凹凸を付与しても、それらの凹凸がそのまま鋼板に転写されることにはならず、亜鉛めっき鋼板表面に形成されるピークカウントＰＰＩを大きくすることができないという問題である。
【００１７】
調質圧延は、前述のように、ロールバイトにおいて生じる圧力によって鋼板に一定の塑性伸びを与えながら、圧延ロール表面の微視的凹凸を転写させる作用が生じるものである。しかし、調質圧延の主たる機能は、焼鈍後の鋼板の機械的性質を調整することであり、この目的を達成するために付与できる伸長率の最大値には一定の制限が生じる。したがって、圧延ロール表面の微視的凹凸をほぼ完全に鋼板表面に転写させるためには、ロールバイトで発生する圧力を非常に高くすればよいものの、その場合には鋼板バルク変形が過大となり、機械的性質が悪化することになる。
【００１８】
例えば、鋼板の機械的性質を調整する目的から、調質圧延において付与できる伸長率が０．５〜２．０％の範囲とされる場合に、鋼板表面の平均粗さＲａを１．０〜１．５μｍとするためには、圧延ロール表面の平均粗さＲａを２．５〜３．５μｍ程度にする必要がある。この場合、圧延ロール表面のピークカウントＰＰＩを大きくするために、放電ダル加工や電子ビーム加工等の手段を用いて圧延ロール表面を加工したとしても、付与できる圧延ロール表面のピークカウントＰＰＩは３００程度が限界である。このとき、調質圧延によるピークカウントＰＰＩの転写割合は約６０〜７０％であるため、鋼板表面に転写される微視的凹凸のピークカウントＰＰＩとしては２００程度が上限とならざるを得ない。
【００１９】
例えば、前記の特開平１１−３０２８１６号公報には、圧延ロール表面に電子ビーム加工を施す技術が開示されているが、同公報の実施例には亜鉛めっき鋼板の凹凸ピッチが０．１１ｍｍ程度であると記載されており、１インチあたりの凹凸の数は２３０程度であると推測できる。また、前記のＰｒｅｔｅｘ法による場合であっても、鋼板表面のピークカウントＰＰＩは２３０程度であって、現在の技術では、それ以上に緻密な短波長の凹凸を鋼板表面に付与することは困難である。
【００２０】
特に皮膜が主としてη相から構成される非合金化亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて平均粗さＲａを大きくする場合が多いため、圧延ロール表面に付与すべき平均粗さもそれに伴って大きくする必要がある。ところが、前述した各種のロール表面加工方法では、いずれも圧延ロール表面の平均粗さを大きくするとピークカウントＰＰＩが低下し、平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩの両者を大きくすることは困難である。
【００２１】
このような亜鉛めっき鋼板をプレス成形に用いる場合には、プレス金型との間の保油性が十分ではなく、その摺動抵抗が大きくなって、パンチ面における鋼板の破断あるいは金型ビード部近傍での鋼板の破断が生じやすいという問題がある。
【００２２】
第２の問題点は、調質圧延におけるロールバイトでは、圧延ロールと鋼板との間の接触圧力が非常に大きいため、圧延ロール表面の微視的凹凸（表面粗さ）が摩擦によって経時的に変化し、鋼板表面に転写される微視的凹凸の形態を一定に保つのが困難となることである。
【００２３】
例えば、表面の平均粗さＲａ３．５μｍの圧延ロールを使用する場合、圧延長６ｋｍ程度の調質圧延によって、圧延ロール表面の平均粗さＲａは３．０μｍ程度に低下する。このような圧延ロール表面の摩耗の影響は、圧延長が増加するに従って顕著となる。そして、製品毎に表面の微視的凹凸の形態が変化することで、プレス成形性に違いが生じ、品質が一定にならないという問題が生じる。
【００２４】
よって、鋼板のプレス成形性を安定させようとする場合には、圧延ロール表面の摩耗があまり進行しないうちに、圧延ロールを組み替えながら製造する必要が生じる。しかし、圧延ロールの頻繁な組み替えは、生産能率の低下をもたらすことになる。
【００２５】
また、皮膜が主としてη相から構成される非合金化亜鉛めっき鋼板の場合には、先に述べたように合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、より大きなＲａを要求される場合が多い。したがって、圧延ロール表面の平均粗さＲａも大きいものを使用する必要があり、圧延ロール表面の摩耗による経時変化の影響はより顕著となる。さらに、圧延ロール表面の微視的凹凸の凹部に鋼板表面から剥離した亜鉛粉が凝着する、いわゆる目詰まりにより、みかけのロール表面粗さが低下することによっても、製造される亜鉛めっき鋼板表面の微視的凹凸の形態に経時的な変化を生じてしまう。
【００２６】
第三の問題点は、同一の圧延ロールを使用して調質圧延を行う場合に、対象とする亜鉛めっき鋼板の鋼種等が変化して母材の硬さが異なる場合に、同一レベルの表面粗さを付与するのが困難になることである。
【００２７】
この問題について、図３を用いて説明する。これは、圧延ロール表面を放電加工によって平均粗さＲａを３．０μｍに調整したものによって、亜鉛めっき鋼板の調質圧延を行った結果を示すものである。
【００２８】
母材がハイテン（硬質材）と極低炭素鋼（軟質材）の場合について、表面に溶融亜鉛めっきを施した後に、付与する伸長率を段階的に変更しながら調質圧延を実施して、それぞれの亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さを測定した。図３から、調質圧延によって付与される亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さは、軟質材の場合に比べて硬質材の方が大きな値になっていることがわかる。これは、一定の伸長率を得るために発生する圧延ロールと鋼板との接触面圧が、軟質材よりも硬質材において高くなり、接触面圧が高いほど亜鉛めっき皮膜層の変形が生じやすくなって、圧延ロール表面の微視的凹凸が転写しやすくなるためである。
【００２９】
ところで、軟質材および硬質材ともに、鋼板のプレス成形性を確保する観点から、表面の平均粗さＲａを１．０〜１．２μｍとし、その機械的性質を調整するために調質圧延の伸長率を０．８〜１．０％の範囲に収めなければならない場合がある。このとき、図３に示す結果から、軟質材についてはそのような要求を満たす亜鉛めっき鋼板を製造することができるが、硬質材については、同一の圧延ロールを使用しても、目的の鋼板表面粗さを達成できないことがわかる。
【００３０】
そこで、硬質材の調質圧延を行う場合には、圧延ロール表面の平均粗さＲａを前記３．０μｍよりも小さくする必要があり、圧延ロールを組み替えなければその目的を達成することができない。すなわち、同一の圧延ロールを用いて、材質上制限される伸長率の範囲内において、異なる鋼種を母材とする亜鉛めっき鋼板に同一の表面粗さを付与することができないのである。
【００３１】
ところで、以上説明した調質圧延とは異なる方法により鋼板の表面粗さを調整する方法として、鋼板の表面に固体粒子を投射する方法も考えられる。特開２００２−１２０００３号公報では、調質圧延を施した鋼板表面に、固体粒子を投射して、鋼帯の表面粗さを調整する方法が記載されている。この方法によれば、調質圧延工程とは独立して、鋼板の表面粗さを調整することができる。すなわち、伸長率の制約により所望の表面粗さを得られなかったり、摩耗や目詰まりなどのロールの経時変化による悪影響を被ったりといった、調質圧延による鋼板の表面粗さ調整における問題点を解決することができる。
【００３２】
しかし、この方法には、以下のような問題点がある。すなわち、鋼板表面へ投射した固体粒子が、鋼板表面に残存してしまう可能性がある。このように表面に異物が付着したままでは、製品とすることはできない。あるいは、固体粒子の残存を防止するため、固体粒子の投射設備の下流側に、大掛かりな鋼板のクリーニング設備を必要とする。この場合には、設備費や、固体粒子の回収も含めたランニングコストが高くなってしまう。
【００３３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、安定的に且つ比較的簡易に、プレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板を製造する方法及び装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者等は、亜鉛めっき鋼板の表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃力により、鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、表面形態を調整することの可能性について検討した。
【００３５】
キャビテーションは、流速の増加により生じた局部的低圧部において、液体が飽和蒸気圧まで低下して気泡となる現象で、一般にはポンプなどの流体機械に性能低下、振動・騒音、壊食をもたらす害悪である。しかし、近年、キャビテーション気泡の気泡崩壊時に生じる衝撃力を、機械材料表面への圧縮残留応力の導入、ばね材の疲労強度向上、炭素鋼の耐食性向上等に有効活用しようとする研究が行われている。そして、以下の知見が公表されている（材料と環境，Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．６，ｐ．３３２−３３６，２０００）。
【００３６】
▲１▼キャビテーションを任意に発生させる手段としては、超音波振動子による方法、キャビテーション噴流（水中水噴流）による方法、レーザー集光による方法などがあるが、キャビテーションの強力化や制御の容易さ，コスト面から、キャビテーション噴流による方法が有利である。
【００３７】
▲２▼キャビテーション噴流により発生する気泡雲は、数百から数千Ｈｚで周期的に放出される。
【００３８】
▲３▼キャビテーション気泡の崩壊時に生じる衝撃力は、μｍオーダーの局所的領域に、マイクロ秒の極短時間で、数ＧＰａにも及ぶ衝撃圧が作用する。
【００３９】
▲４▼キャビテーション気泡の崩壊衝撃力の強さおよび発生範囲は、キャビテーション噴流により制御できる。
【００４０】
本発明者等は、このようなキャビテーション気泡崩壊時の衝撃力により、亜鉛めっき鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、所望の表面粗さに調整し得るのではないかと考え、鋭意検討を進めた。
【００４１】
キャビテーションにより亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整することができれば、従来の調質圧延による鋼板表面への粗さ付与と異なり、調質圧延工程とは独立した工程で、鋼板表面へ凹凸の付与を行うことができる。したがって、前記した、伸長率の制約により所望の鋼板表面粗さを得られなかったり、摩耗や目詰まりなどのロールの経時変化により表面粗さが変化したりといった問題点を解決することができる。
【００４２】
さらに、キャビテーションによる方法では、鋼板の表面に固体粒子を投射する方法で問題となった鋼板表面に固体粒子が残存する等の問題も無く、大掛かりなクリーニング設備も不要である。
【００４３】
本発明は、以上に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
【００４４】
（１）亜鉛めっき鋼板の表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記亜鉛めっき鋼板の表面に塑性変形を生じさせて、前記亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する工程を有することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４５】
（２）液体中において液体噴流を噴出することにより、キャビテーションを発生させることを特徴とする上記（１）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４６】
（３）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、キャビテーション条件を調整することにより、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうちのいずれか１以上を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４７】
（４）亜鉛めっき鋼板が、主としてη相から構成されるめっき皮膜を有することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４８】
（５）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程に先立って、亜鉛めっき鋼板の調質圧延工程を有することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００４９】
（６）鋼板表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記鋼板の表面に塑性変形を生じさせるキャビテーション発生装置を、亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程に備えることを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造装置。
【００５０】
（７）鋼板を焼鈍する焼鈍炉と、焼鈍された鋼板を浸漬してめっきを施す溶融亜鉛めっき浴と、めっきされた鋼板に調質圧延を施す調質圧延機と、鋼板表面付近でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力により前記鋼板の表面に塑性変形を生じさせて鋼板表面形態を調整するキャビテーション発生装置とを備えたことを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造装置。
【００５１】
なお、本発明は、上記（１）〜（７）のほか、以下の内容を含むものである。
【００５２】
（８）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、鋼板表面の平均粗さＲａが０．３〜３μｍとなるようにキャビテーション条件を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００５３】
（９）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、鋼板表面のピークカウントＰＰＩが２５０以上となるようにキャビテーション条件を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００５４】
（１０）亜鉛めっき鋼板の表面形態調整工程が、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａが０．８μｍ以下となるようにキャビテーション条件を調整するものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００５６】
図１は、本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを示す構成図である。本溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインは、主に、鋼板を焼鈍する焼鈍工程、焼鈍された鋼板に溶融金属を付着させるめっき工程、めっき後の鋼板の機械的性質を調整する調質圧延工程、調質圧延を施した鋼板の表面に所望の粗さを付与する表面形態調整工程から構成されている。
【００５７】
図１に示す溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインは、入側設備として、鋼板を巻き戻すペイオフリール５、鋼板表面を洗浄する電解洗浄装置７を備えている。その下流側の焼鈍工程には、鋼板を所定の条件で焼鈍処理するための焼鈍炉８を備えている。引き続くめっき工程では、溶融金属を保持し、鋼板を引き込んで溶融金属を付着させるめっき浴９、めっき厚を調整するガスワイパ１０、めっき皮膜を合金化させる合金化炉１１を備えている。
【００５８】
次に、その下流側の調質圧延工程には、鋼板に調質圧延を施して機械的性質を調整する調質圧延機１３と、その前後に、鋼板に張力を付与するブライドルロール１２，１５を備えている。調質圧延機１３は、ワークロール１４およびバックアップロールからなる４Ｈｉ式の調質圧延機である。なお、従来の調質圧延によって鋼板の表面形態を調整する方法では、ワークロール１４として、表面に一定の粗さを付与したダルロールを使用していた。それに対し、本発明では、調質圧延による機械的性質の調整と表面粗さの付与機能とを分離しているので、ワークロール１４として、表面が平滑なブライトロールを使用する。
【００５９】
さらに、その下流側の表面形態調整工程には、鋼板を引き込む水槽４を備え、水槽４内には、鋼板へ向けて水噴流を噴出するキャビテーション噴流発生用ノズル２が、鋼板の表裏面に対向して配置されている。また、その背後には、キャビテーション噴流発生用ノズル２へ高圧水を供給するポンプ３が設置されている。なお、水槽４の出側には、鋼板に張力を付与するブライドルロール１６を備えている。
【００６０】
そして、本製造ラインの出側設備として、化成処理装置１７、鋼板を巻き取るテンションリール６が設けられている。
【００６１】
次に、以上のように構成された本実施形態における溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。
【００６２】
溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインに運搬された冷間圧延後の鋼板１は、ペイオフリール５に装入され、巻き戻されて電解洗浄装置７を通過した後、焼鈍工程の焼鈍炉８において所定の焼鈍処理を施される。焼鈍された鋼板は、めっき工程において、めっき浴９に浸漬された後、引き上げられて、ガスワイパ１０によりめっき厚を調整される。その後、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には、合金化炉１１を作動させて、合金化処理を施す。一方、めっき皮膜が主としてη相からなる非合金化亜鉛めっき鋼板の場合には、合金化炉１１は使用しない。
【００６３】
めっきを施された鋼板１は、調質圧延工程において、ブライドルロール１２を経た後、所定の機械的性質が得られるように、調質圧延機１３により調質圧延を施される。ここで、通常、亜鉛めっきを施した鋼板の表面は、母材自体の凹凸やめっき皮膜厚の変動等により、長周期の凹凸であるうねりＷｃａが存在するが、調質圧延では、鋼板の機械的性質を調整すると共に、このうねりＷｃａを抑制する。前述したように、ワークロール１４としてダルロールを用いる従来の方法と異なり、調質圧延による機械的性質の調整と表面粗さの付与機能とを分離した本発明では、ワークロール１４としてブライトロールを用いる。そのため、本実施形態における調質圧延では、機械的性質を調整するのに適した伸長率を保ちながら、亜鉛めっき鋼板表面のうねりを小さく抑えることができる。
【００６４】
調質圧延を施された亜鉛めっき鋼板は、ブライドルロール１５を経て、表面形態調整工程へ送られる。表面形態調整工程では、まず鋼板１が水槽４へ引き込まれる。水槽４内では、ポンプ３の作用により、鋼板の表裏面に対向して設置されたキャビテーション噴流発生用ノズル２から水噴流を噴出し、キャビテーションを発生させる。そして、鋼板表面付近でキャビテーション気泡を崩壊させ、その際の衝撃力により、鋼板表面に塑性変形を生じさせ、鋼板表面に所望の表面粗さを付与する。なお、水槽４内の鋼板は、水槽４の前後に備えられたブライドルロール１５，１６により張力を付与されており、キャビテーション噴流発生用ノズル２との距離が一定に保たれている。
【００６５】
そして、表面粗さを付与された亜鉛めっき鋼板は、化成処理装置１７において所定の化成処理を施された後、テンションリール６へ巻き取られる。
【００６６】
このようにして製造された亜鉛めっき鋼板は、調質圧延工程において所定の機械的性質に調整され、表面形態調整工程において所定の鋼板表面粗さを付与されているため、鋼種にかかわらず、適切な機械的性質と表面形態とが得られる。
【００６７】
次に、本発明のキャビテーション噴流発生方法及び発生装置について、さらに詳細に説明する。
【００６８】
図２は、本発明の実施に供するキャビテーション噴流発生装置の一例を示す構成図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【００６９】
図１に示したのと同様に、水槽４内の水２１中には、キャビテーション噴流発生用ノズル２が鋼板の表裏面に対向して配置されており、水槽４の外にはキャビテーション噴流発生用ノズル２へ高圧水を供給するポンプ３が設置されている。また、鋼板１を水槽４内の水２１中へ引き込むため、キャビテーション噴流発生用ノズル２の上流側と下流側に、水中ロール２２が設けられている。
【００７０】
キャビテーション噴流発生用ノズル２は、鋼板１の全幅をカバーするように、板幅方向に複数個配置されている。その個数は、処理すべき鋼板１の最大板幅や、１個のキャビテーション噴流発生用ノズル２によって表面形態を調整できる範囲等に基づいて、適宜決定される。また、鋼板表面に付与される微視的凹凸が、板幅方向で均一となるように、隣接するノズルによるキャビテーション発生範囲をラップさせたり、図２のように千鳥状に配置してもよい。
【００７１】
さらに、鋼板１の長手方向に配置する個数は、１個のキャビテーション噴流発生用ノズル２で表面形態を調整できる範囲やライン速度等を考慮して、適宜決定すればよい。なお、図１及び図２では、鋼板１の表裏両面にキャビテーション噴流発生用ノズル２を設置したが、必ずしも両面の表面形態を調整する必要はなく、目的に応じて片面のみの設置としてもよい。
【００７２】
以上のように構成されたキャビテーション噴流発生装置による鋼板表面形態の調整は、以下のように行われる。
【００７３】
ポンプ３から供給される高圧水により、水２１中に設置されたキャビテーション噴流発生用ノズル２から、高速水中水噴流が噴射される。すると、噴流まわりの低圧部にキャビテーションが発生し、キャビテーション気泡雲へ成長した後、鋼板１に衝突する。そして、鋼板表面付近でキャビテーション気泡が崩壊し、その際の衝撃力により、鋼板表面が塑性変形を受ける。衝撃力が弱すぎると鋼板表面が塑性変形を受けることができず、逆に強すぎるとめっき皮膜が壊食されてしまう。したがって、キャビテーションによって、鋼板表面に適度な衝撃力を与える必要がある。
【００７４】
このように、水２１中に設置されたキャビテーション噴流発生用ノズル２から水中水噴流（キャビテーション噴流）を噴射する方法は、超音波振動子による方法やレーザー集光による方法などの他のキャビテーション発生手段と比較し、キャビテーションの強力化や制御の容易さ，コスト面等から有利である。したがって、キャビテーションを発生させる方法は、水中水噴流による方法が好ましい。
【００７５】
なお、本発明では、水槽４内の水２１中でキャビテーションを発生させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、水２１以外の液体であってもよい。すなわち、液体中において液体噴流を噴出することにより、同様の効果を得ることができる。つまり、鋼板の製造ライン中にあっては、洗浄液や各種処理液中での適用も可能である。
【００７６】
また、鋼板の表面形態を調整するために調節すべきキャビテーション噴流発生装置の制御パラメータとしては、キャビテーション噴流発生用ノズル２の型式やノズル径、キャビテーション噴流発生用ノズル２と鋼板１との距離、キャビテーション噴流発生用ノズル２からの噴流吐出圧力等が挙げられる。これらのパラメータや、使用するキャビテーション噴流発生用ノズル２の個数等、さらにはライン速度を適宜調整することにより、鋼板表面を所望の形態に塑性変形させることができる。
【００７７】
なお、ここでいう鋼板の表面形態とは、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうちの一部又は全部であり、さらに他の表面形態のパラメータを含んでもよい。本発明では、キャビテーション条件を調整することにより、これらの表面形態を調整することができる。
【００７８】
ここで、鋼板表面の平均粗さＲａは、０．３〜３μｍに調整することが好ましい。亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａが０．３μｍ未満の場合には、プレス成形における金型との間の保油性が不足して、鋼板と金型との摺動抵抗が増加して破断等が生じやすくなる。一方、平均粗さＲａが３μｍを超えると、金型との界面に保持される油量が飽和するとともに、鋼板表面の微視的凹凸の中で局所的に高い凸部が金型と接触することで、型かじり等が発生しやすくなる。したがって、これらを防止するため、鋼板表面の平均粗さＲａは、０．３〜３μｍが好ましい範囲である。
【００７９】
また、鋼板表面のピークカウントＰＰＩは、２５０以上に調整することが好ましい。従来技術の調質圧延で粗さを付与された亜鉛めっき鋼板は、調質圧延時の伸長率の制約により、ピークカウントＰＰＩを２３０以上にすることは困難であった。一方、本発明では、母材に塑性伸びを与えることなく、表面形態を調整することができる。また、キャビテーションの発生条件等を適切に設定すれば、凹凸をより緻密に付与することができ、亜鉛めっき鋼板表面のＰＰＩを２５０以上に調整することも可能である。従来技術では得られない、ピークカウントＰＰＩ２５０以上を得ることにより、プレス成形における金型との摺動特性が一層向上するとともに、表面の微視的凹凸についての長周期成分も低減され、塗装後の鮮映性も優れたものとなる。
【００８０】
さらに、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａは、０．８μｍ以下に調整することが好ましい。鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａが０．８μｍを超える場合には、表面の微視的凹凸の長周期成分が増加し、それが塗装後の表面にも残留して鮮映性を悪化させる。特に自動車の外板部材に使用される亜鉛めっき鋼板等には不適となるので、これを防止するため、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａは、０．８μｍ以下が好ましい範囲である。
【００８１】
また、本発明は、亜鉛めっき鋼板が、主としてη相からなるめっき皮膜を有する、非合金化亜鉛めっき鋼板に対して適用すること効果的である。これは、非合金化亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べてもともとプレス成形性が劣ることに加えて、主としてη相からなるめっき皮膜は、皮膜自体が軟質であるため、キャビテーションによる鋼板表面の塑性変形（凹凸の付与）が容易であるためである。
【００８２】
ただし、本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を含めたあらゆる亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整し、プレス成形性と塗装後鮮映性の双方を向上させるのに有効であることは言うまでもない。また、亜鉛めっきに限らず、アルミめっき鋼板など他の金属めっき鋼板にも適用可能な技術である。さらに、電気金属めっき鋼板にも有効である。
【００８３】
さらに、本発明では、鋼板の機械的性質を調整する調質圧延工程と、鋼板の表面形態を調整するキャビテーションによる表面形態調整工程とを機能分離している。したがって、鋼板がこれらの工程を経る順序は、どちらが先でも構わない。しかし、表面形態を調整後に調質圧延を行うと、表面形態調整工程で付与した表面形態が変化してしまう可能性があるため、表面形態調整工程に先立って、調質圧延工程を設けることが望ましい。
【００８４】
そして、前記の調質圧延工程では、亜鉛めっき鋼板のろ波中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下とすることが好ましい。これは、調質圧延後の鋼板のろ波中心線うねりＷｃａが０．７μｍを越えた場合には、引き続きキャビテーションにより表面形態調整を行うと、前述したろ波中心線うねりＷｃａの好ましい範囲である０．８μｍを越えてしまうためである。
【００８５】
なお、本実施形態では、図１に示したように、従来の焼鈍工程、めっき工程、調質圧延工程を有する連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインに、本発明の表面形態調整工程を組み込んだ例について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示したような本発明の表面形態調整工程を備える単独ラインを設け、従来の連続溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインで亜鉛めっき鋼板を製造した後、本発明の表面形態調整工程を備えるラインへ通板して、表面形態を調整してもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プレス成形性と塗装後鮮映性が飛躍的に向上した亜鉛めっき鋼板を、比較的簡易な設備により、且つ安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを示す構成図
【図２】本発明の実施に供するキャビテーション噴流発生装置の一例を示す構成図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図
【図３】調質圧延により鋼板表面へ付与された表面粗さを示す図
【符号の説明】
１　　亜鉛めっき鋼板
２　　キャビテーション噴流発生用ノズル
３　　ポンプ
４　　水槽
５　　ペイオフリール
６　　テンションリール
７　　電解洗浄装置
８　　焼鈍炉
９　　めっき浴
１０　　ガスワイパ
１１　　合金化炉
１２，１５，１６　　ブライドルロール
１３　　調質圧延機
１４　　ワークロール
１７　　化成処理装置
２１　　水
２２　　水中ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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