(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼ストリップ上にＡｌ‐Ｚｎ‐Ｍｇ‐Ｓｉの被覆を形成するために、鋼ストリップ上にＡｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金被覆を形成する方法であって、
鋼ストリップを溶融Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金浴に浸漬して、前記鋼ストリップの露出面に前記合金の被覆を形成する工程と、
被覆ストリップを冷却水で冷却する工程であって、冷却水に酸を添加することにより冷却水のｐＨをｐＨ５〜９の範囲に制御することを含む、冷却する工程と、
を含み、
前記冷却する工程は閉ループを含み、当該閉ループでは、前記被覆ストリップに水を供給し、水を回収して冷却し、そしてその冷却した水を前記被覆ストリップの冷却のために戻す、という回路を通して水が循環する、方法。
【請求項２】
前記冷却する工程は、冷却水の前記ｐＨを８未満に制御することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷却する工程は、冷却水の前記ｐＨを７未満に制御することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷却する工程は、冷却水の前記ｐＨを、６を超えるように制御することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を２５〜８０℃の範囲に制御することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を７０℃未満に制御することを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を６０℃未満に制御することを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を５５℃未満に制御することを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を５０℃未満に制御することを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を４５℃未満に制御することを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を、３０℃を超えるように制御することを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を、４０℃を超えるように制御することを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ストリップを冷却する工程は、前記冷却水の化学成分を制御することを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ストリップを冷却する工程は、前記冷却水に酸を添加することにより、化学成分および前記ｐＨを制御することを含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却する工程は水焼き入れ工程を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記回路は冷却塔を含み、前記冷却する工程は、冷却水を冷却塔から前記被覆ストリップに供給すること、回収すること、そして前記冷却塔を通して冷却水を再循環することを含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記冷却する工程は、前記被覆ストリップを３０〜５５℃の温度範囲に冷却するように、操作条件を制御することを含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
溶融めっき工程の前に、前記ストリップを清浄にするためにストリップを前処理する工程を含んでいる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記被覆ストリップを圧延する工程を含んでいる、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記被覆ストリップを不動態化溶液で処理する工程を含んでいる、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記被覆ストリップを巻き取る工程を含んでいる、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は、０．３重量%を超えるＭｇを含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は１．０重量%を超えるＭｇを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は１．３重量%を超えるＭｇを含む、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は１．５重量%を超えるＭｇを含む、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は３重量%未満のＭｇを含む、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は２．５重量%を超えるＭｇを含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は１．２重量%を超えるＳｉを含む、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は２．５重量%未満のＳｉを含む、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は、Ａｌ、Ｚｎ、ＳｉおよびＭｇの元素を、重量％で以下の範囲で含む、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の方法。
Ｚｎ：  ３０〜６０％
Ｓｉ：  ０．３〜３％
Ｍｇ：  ０．３〜１０％
残部    Ａｌおよび不可避不純物
【請求項３１】
前記Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｓｉ‐Ｍｇ合金は、Ａｌ、Ｚｎ、ＳｉおよびＭｇの元素を、重量％で以下の範囲で含む、請求項１〜３０のいずれか１項に記載の方法。
Ｚｎ：  ３５〜５０％
Ｓｉ：  １．２〜２．５％
Ｍｇ：  １．０〜３．０％
残部    Ａｌおよび不可避不純物
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ストリップ、典型的には鋼ストリップであって、合金中の主要元素としてアルミニウム−亜鉛−ケイ素−マグネシウムを含む耐食性金属合金（これに基づき、本明細書において以下「Al-Zn-Si-Mg合金」と称する）の被覆を有するストリップの製造に関する。
【０００２】
特に、本発明は、ストリップ上にAl-Zn-Si-Mg合金の被覆を形成するための溶融めっき法(a hot-dip metal coating method)であって、被覆のない(未被覆の)ストリップを溶融Al-Zn-Si-Mg合金浴に浸漬して、ストリップに合金の被覆を形成することを含む溶融めっき法に関する。
【０００３】
典型的には、本発明のAl-Zn-Si-Mg合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で以下の範囲で含む。
Zn:  30〜60%
Si:  0.3〜3%
Mg:  0.3〜10%
残部  Alおよび不可避不純物
【０００４】
より典型的には、Al-Zn-Si-Mg合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で以下の範囲で含む。
Zn:  35〜50%
Si:  1.2〜2.5%
Mg:  1.0〜3.0%
残部  Alおよび不可避不純物
【０００５】
Al-Zn-Si-Mg合金は、意図的な合金添加物または不可避不純物として合金中に存在する他の元素を含んでもよい。従って、本明細書において、「Al-Zn-Si-Mg合金」の表現は、意図的な合金添加物または不可避不純物として、他の元素を含んだ合金も対象に含まれると理解される。他の元素は、例えばFe、Sr、CrおよびVの１つ以上を含んでもよい。
【０００６】
例えば、被覆工程の間に金属ストリップが被覆に部分的に溶解する等の要因により、凝固状態にあるAl-Zn-Si-Mg合金の被覆の組成が、被覆を形成するのに使用されるAl-Zn-Si-Mg合金の組成と、ある程度異なってもよいことに注目されたい。
【０００７】
最終使用の用途に応じて、金属被覆ストリップは、そのストリップの片面または両面に、例えばポリマー塗料を塗布されてもよい。この点について、金属被覆ストリップは、それ自体が最終製品として販売されてもよく、または、片面または両面に適用された塗料被覆を有する塗布最終製品として販売されてもよい。
【背景技術】
【０００８】
オーストラリアおよび他の地域で、建材、特にプロファイルされた(異形の：profiled)壁および屋根板として幅広く使用されている耐食性金属合金被覆の１つは、Al-Zn合金被覆、より詳細には、合金中にSiを含む55%Al-Zn合金から形成された被覆である。プロファイルシート(異形シート: profiled sheets)は、通常は、冷間成形され塗布された金属合金被覆ストリップから製造される。典型的には、プロファイルシートは、塗布されたストリップをロール成形して製造される。
【０００９】
長年にわたり、特許文献、例えば新日本製鐵株式会社名義の米国特許 US 6,635,359において、この既知の55%Al-Zn合金にMgを添加することが提案されている。
【００１０】
Mgが55%Al-Zn合金被覆に含まれると、Mgは、例えばカットエッジ保護(cut-edge protection)の向上など、製品性能に有益な効果をもたらすことが実証されている。
【００１１】
出願人は、例えば鋼ストリップなどのストリップの上のAl-Zn-Si-Mg合金被覆に関して、広範な研究開発活動(research and development work)を行った。本発明は、この研究開発活動の一部の結果である。
【００１２】
上記の議論は、オーストラリアおよび他の地域における共通の一般知識の承認として解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【００１３】
本発明に関連するこの研究開発活動は、これらの金属被覆ラインで鋼ストリップ上にAl-Zn-Si-Mg合金被覆を形成することの実行可能性を調査するための、出願人の金属被覆ラインでの一連の工場実験(plant trials)を含む。工場実験から、Al-Zn-Si-Mg合金被覆は、従来のAl-Zn被覆に比べて、被覆ストリップを金属被覆ラインの溶融金属浴から取り出した後にストリップ上の金属合金被覆を冷却するのに使用される焼き入れ水(quench water)と、はるかに反応性が高いことが分かった。より詳細には、出願人は、Al-Zn-Si-Mg合金被覆は、従来のAl-Zn被覆に比べて、焼き入れ水に対して溶解しやすく、その溶解によって、冷却水回路熱交換器(cooling water circuit heat exchangers)の急速な劣化を引き起こし且つ金属被覆ラインの焼き入れ水回路(the quench water circuits)中にある冷却水貯蔵タンク表面に生じる好ましくない被覆を引き起こす沈殿物が、焼き入れ水の中にもたらされることを見いだした。沈殿物の問題は、潜在的に深刻なメンテナンスの問題である。
【００１４】
出願人は、沈殿物の問題を特定し、さらなる研究開発活動を行った後に、冷却水のpHの制御と、それには及ばないものの冷却水の温度の制御とによって、沈殿物の形成の程度を低減でき、冷却水熱交換器が実際的に動作可能になることを見いだした。より詳細には、出願人は、冷却水のpHの制御を介して冷却水のアルカリ性を抑制することにより、そしてそれには及ばないものの冷却水の温度の制御（低温での操作）により、沈殿物の問題に取り組むことができ、そしてそれによってAl-Zn-Si-Mg合金被覆に対する冷却水の腐食性が低減することを見いだした。
【００１５】
本発明によれば、Al-Zn-Mg-Si被覆鋼ストリップを形成するために、鋼ストリップ上にAl-Zn-Si-Mg合金の被覆を形成する方法であって、鋼ストリップを溶融Al-Zn-Si-Mg合金浴に浸漬して、前記鋼ストリップの露出面に前記合金の被覆を形成する工程と、被覆ストリップを冷却水で冷却する工程であって、冷却水のpHをpH5〜9の範囲に制御することを含む冷却する工程と、を含む方法を提供する。
【００１６】
前記冷却する工程は、冷却水の前記pHを8未満に制御することを含んでもよい。
【００１７】
前記冷却する工程は、冷却水の前記pHを7未満に制御することを含んでもよい。
【００１８】
前記冷却する工程は、冷却水の前記pHを7.5未満に制御することを含んでもよい。
【００１９】
前記冷却する工程は、冷却水の前記pHを、5.5を超えるように制御することを含んでもよい。
【００２０】
前記冷却する工程は、冷却水の前記pHを、6を超えるように制御することを含んでもよい。
【００２１】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を25〜80℃の範囲に制御することを含んでもよい。
【００２２】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を70℃未満に制御することを含んでもよい。
【００２３】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を60℃未満に制御することを含んでもよい。
【００２４】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を55℃未満に制御することを含んでもよい。
【００２５】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を50℃未満に制御することを含んでもよい。
【００２６】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を45℃未満に制御することを含んでもよい。
【００２７】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を、30℃を超えるように制御することを含んでもよい。
【００２８】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を、35℃を超えるように制御することを含んでもよい。
【００２９】
前記冷却する工程は、冷却水の温度を、40℃を超えるように制御することを含んでもよい。
【００３０】
前記冷却する工程は、前記冷却水に酸を添加することにより前記pHを制御することを含んでもよい。
【００３１】
前記冷却する工程は、前記冷却水に酸と、その他の塩、緩衝剤(buffers)、湿潤剤、界面活性剤、カップリング剤(coupling agents)等と、を添加することにより前記pHを制御することを含んでもよい。
【００３２】
酸は、例えばリン酸および硝酸などの適切な酸であってもよい。
【００３３】
冷却する工程は、水焼き入れ工程であってもよい。
【００３４】
前記冷却する工程は閉ループであってもよく、当該閉ループでは、前記被覆ストリップに水を供給し、水を回収して冷却し、そしてその冷却した水を前記被覆ストリップの冷却のために戻す、という回路を通して水が循環する。
【００３５】
閉ループは、貯水タンクと、タンクから被覆ストリップに水を供給するスプレーシステムと、水をストリップにスプレーした後にその水を冷却する熱交換器と、を含んでもよい。
【００３６】
冷却する工程は、冷却する工程で冷却水を再利用しない開ループであってもよい。
【００３７】
前記冷却する工程は、前記被覆ストリップを28〜55℃の温度範囲に冷却するように、操作条件を制御することを含んでもよい。
【００３８】
前記冷却する工程は、前記被覆ストリップを30〜50℃の温度範囲に冷却するように、操作条件を制御することを含んでもよい。
【００３９】
この方法は、溶融めっき工程(hot dip coating step)の前に、前記ストリップを清浄にするためにストリップを前処理する工程と、前記被覆工程の直後に前記被覆ストリップの厚さを制御する工程と、前記被覆ストリップを圧延(rolling)する工程と、前記被覆ストリップを不動態化溶液(a passivation solution)で処理する工程と、前記被覆ストリップを巻き取る(coiling)工程と、のいずれか１つ以上を含む別の工程を含んでもよい。
【００４０】
Al-Zn-Si-Mg合金は、0.3重量%を超えるMgを含んでもよい。
【００４１】
Al-Zn-Si-Mg合金は1.0重量%を超えるMgを含んでもよい。
【００４２】
Al-Zn-Si-Mg合金は1.3重量%を超えるMgを含んでもよい。
【００４３】
Al-Zn-Si-Mg合金は1.5重量%を超えるMgを含んでもよい。
【００４４】
Al-Zn-Si-Mg合金は3重量%未満のMgを含んでもよい。
【００４５】
Al-Zn-Si-Mg合金は2.5重量%を超えるMgを含んでもよい。
【００４６】
Al-Zn-Si-Mg合金は1.2重量%を超えるSiを含んでもよい。
【００４７】
Al-Zn-Si-Mg合金は2.5重量%未満のSiを含んでもよい。
【００４８】
前記Al-Zn-Si-Mg合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で以下の範囲で含んでもよい。
Zn:  30〜60%
Si:  0.3〜3%
Mg:  0.3〜10%
残部  Alおよび不可避不純物
【００４９】
前記Al-Zn-Si-Mg合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で以下の範囲で含んでもよい。
Zn:  35〜50%
Si:  1.2〜2.5%
Mg:  1.0〜3.0%
残部  Alおよび不可避不純物
【００５０】
Al-Zn-Si-Mg合金被覆は、意図的な合金添加物または不可避不純物として存在する他の元素を含んでもよい。他の元素は、例えばFe、Sr、CrおよびVの１つ以上を含んでもよい。
【００５１】
特定の例では、他の元素には、溶融被覆浴のドロス制御のためのCaを含んでもよい。
【００５２】
鋼は低炭素鋼であってもよい。
【００５３】
本発明は、上述の方法によって製造されたAl-Zn-Mg-Si合金被覆鋼ストリップも提供する。
【００５４】
Al-Zn-Mg-Si合金被覆鋼ストリップの被覆を形成するのに使用されるAl-Zn-Si-Mg合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で以下の範囲で含んでもよい。
Zn:  30〜60%
Si:  0.3〜3%
Mg:  0.3〜10%
残部  Alおよび不可避不純物
【００５５】
本発明は、添付の図面を参照しながら、例示として、さらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の方法に係る鋼ストリップ上にAl-Zn-Si-Mg合金の被覆を形成するための連続的な金属被覆ラインの一実施形態の概略図である。
【図２】図２は、出願人の行った工場実験で使用した冷却水の中のAlおよびCaの濃度のグラフである。
【図３】図３は、出願人の行った工場実験で使用した冷却水の中のMgおよびZnの濃度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
＜実施形態の説明＞
図１を参照すると、使用時に、冷間圧延した低炭素鋼ストリップの（複数の）コイルは、巻き解きステーション1(uncoiling station 1)で巻き解かれ、そして次の巻き解き長さのストリップ(successive uncoiled lengths of the strip)は、溶接機2により端部が端部に溶接されて、連続した長さのストリップとなる。
【００５８】
そして、ストリップは、アキュムレータ3、ストリップ洗浄区画4および炉アセンブリ5を連続的に通過する。炉アセンブリ5は、予熱器、予熱還元炉および還元炉を含む。
【００５９】
ストリップは、炉アセンブリ5において、(i)炉内の温度プロファイル、(ii)炉内の還元ガス濃度、(iii)炉を通るガス流速、および(iv)ストリップの炉内での滞留時間(すなわちライン速度)を含むプロセス変数(process variables)を注意深く制御することにより、熱処理される。
【００６０】
炉アセンブリ5のプロセス変数は、ストリップの表面から酸化鉄残留物を除去し、ストリップの表面から残留オイルおよび鉄微粉を除去するように、制御される。
【００６１】
そして、熱処理したストリップは、下向きの出口スナウト(outlet snout)を介して、被覆ポット6に保持されたAl-Zn-Si-Mg合金を含む溶融浴に入りそして通過して、Al-Zn-Si-Mg合金で被覆される。典型的には、被覆ポット6内のAl-Zn-Si-Mg合金は、重量%で、Zn:30〜60%、Si:0.3〜3%、Mg: 0.3〜10%、残部Alおよび不可避不純物を含む。被覆ポット6は、さらに、溶融浴のドロス制御のためにCaを含んでもよい。Al-Zn-Si-Mg合金は、被覆ポット内において、加熱インダクタ（図示せず）を使用して、選択された温度で溶融状態に維持される。浴内においてストリップはシンクロールの周囲を通過し、そして浴から上向きに取り出される。被覆浴内でストリップの選択された浸漬時間が付与されるように、ライン速度を選択する。浴を通過すると、ストリップの両面がAl-Zn-Si-Mg合金で被覆される。
【００６２】
被覆浴6を離れた後、ストリップはガスワイピングステーション(a gas wiping station)（図示せず）を垂直方向に通過し、そこで被覆面はワイピングガスのジェットにさらされて、被覆の厚さが制御される。
【００６３】
被覆ストリップがガスワイピングステーションを通って移動するときに、Al-Zn-Si-Mg合金被覆の露出面が酸化して、被覆の露出面に天然の（または固有の:native）酸化層が生じる。天然の（または固有の）酸化物は、金属合金被覆の表面に生じる最初の（第１の）酸化物であり、その化学組成は、金属合金被覆の組成に本質的に依存し、Mg酸化物、Al酸化物、およびAl-Zn-Si-Mg合金被覆の他の元素の少量の酸化物を含む。
【００６４】
そして、被覆ストリップは冷却区画7を通過して、水焼き入れ工程により強制冷却される。強制冷却は、水焼き入れ工程の前に、強制空冷工程（図示せず）を含んでもよい。水焼き入れ工程は例えば閉ループであって、そこでは、被覆ストリップ上にスプレーされた水が集められて、被覆ストリップを冷却するのに再利用するために冷却される。冷却区画7は、被覆ストリップ用冷却チャンバ7aと、被覆ストリップが冷却チャンバ7aを通って移動するときにその表面に水をスプレーするスプレーシステム7bと、冷却チャンバ7bから回収した水を貯蔵するための水焼き入れ用タンク7cと、水をスプレーシステム7bに移動する前に水焼き入れ用タンク7cからの水を冷却する熱交換器7dと、を含む。
【００６５】
本発明の一実施形態によれば、(a)スプレーシステム7bに供給される冷却水のpHは、5〜9の範囲、典型的には5〜8の範囲、より典型的には5.5〜7.5の範囲に制御され、(b)スプレーシステムに供給される冷却水の温度は、30〜50℃と比較的低い温度範囲となるように制御される。(a)および(b)の両方の制御工程により、被覆ストリップのAl-Zn-Si-Mg合金被覆の溶解は最小になる。
【００６６】
pHと温度の制御は、例えば、水焼き入れ用タンク7cのオーバーフロータンクでpHプローブおよび温度センサを使用し、PLCにプローブ/センサからデータを供給し、pHおよび水の温度についての所定の設定点にpHを維持するのに必要な酸添加を計算すること、によって達成することができ、酸の添加と温度の調節は、水焼き入れ用タンク7cの水がpHおよび温度の設定点に制御されるように行われる。これは、pHと温度の制御を達成するための唯一可能なオプションではない。
【００６７】
pH、温度および化学的な制御は、例えばワンスルー水冷システムを使用して、焼き入れ水を再循環させず、投入する水（または入力する水:input water）が上述したpHおよび温度特性を有することによって、達成されてもよい。
【００６８】
その後、冷却された被覆ストリップは、被覆ストリップの表面を調整する(または表面状態を整える)ロール区画(a rolling section)8を通過する。この区画は、スキンパスおよびテンションレベリングの操作の１つ以上を含んでもよい。
【００６９】
そして、調整されたストリップは、不動態化区画10を通過して不動態化溶液で覆われて、湿式貯蔵(wet storage)および初期の曇り(early dulling)に対するある程度の耐性がストリップに付与される。
【００７０】
その後、被覆ストリップは、巻き取りステーション11で巻き取られる。
【００７１】
上述したように、出願人は鋼ストリップ上のAl-Zn-Si-Mg合金被覆に関して、広範な研究開発活動を行った。
【００７２】
研究開発活動は、出願人のスプリングヒルにおける操業での金属被覆ラインMCL1の工場実験を含んでいた。鋼ストリップ用の被覆合金としてAl-Zn-Si-Mg合金でラインが稼働していたときに、ラインの焼き入れシステムに白色沈殿物が生じたことを、工場実験によって見いだされた。意義深いことに、これらの白色沈殿物は、焼き入れシステムの熱交換器を最終的には詰まらせることが分かった。スプリングヒルの金属被覆ラインは、図１に示すラインと概ね類似しており、３つのライン(MCL1、MCL2およびMCL3)の各々に、閉ループの焼き入れ工程を含んでいる。各閉ループは、比較的少量(約5000L)の水を処理する。冷却水は、各ライン専用の熱交換器で冷却される。白色沈殿物は冷却システム設備の表面に生じ、灰色材料による初期層を被覆していた。灰色層は、従来のAl-Zn合金を使用した以前のライン稼働からのAl(OH)3およびAl2O3・3H2Oを含むことが分かった。白色沈殿物は、Mg4Al2(OH)14・3H2OおよびAl2O3・3H2Oを含むことが分かった。これらのマグネシウム/アルミニウムの酸化物/水酸化物は、さらに炭酸マグネシウム化合物を含んでいた。
【００７３】
出願人によって行われた工場実験は、まずは、Al-Zn-Si-Mg合金の２グループの合金組成について沈殿物の問題を特定するための初期の工場実験と、沈殿物の問題を確認し且つその問題を最小にするいくつかのオプションを評価するための後の(later)広範な工場実験と、を含んでいた。
グループ(a)の合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で次の範囲で含む。Al:2〜19%、Si:0.01〜2%、Mg:1〜10%、残部Znおよび不可避不純物。グループ(b)の合金は、Al、Zn、SiおよびMgの元素を、重量%で次の範囲で含む。Al:30〜60%、Si:0.3〜3%、Mg:0.3〜10%、残部Znおよび不可避不純物。
【００７４】
以下の記載は、後の工場実験に焦点を合わせている。
【００７５】
MCL1ラインにおける後の工場実験は、被覆浴の下記合金による溶融めっき鋼ストリップで行われた。(a)既知のAl-Zn合金(以下「AZ」と称する)と、(b)Al-Zn-Si-Mg合金(以下「AM」と称する)であって、重量%で以下の組成を有する。
・AZ:55Al-43Zn-1.5Si-0.45Fe-付随的な不純物
・AM: 53Al-43Zn-2Mg-1.5Si-0.45Fe-付随的な不純物(グループ(b)の合金).
【００７６】
MCL1ラインでの後の工場実験について以下に要約する。
【００７７】
＜焼き入れシステム−制御なし＞
MLC1ラインでの工場実験の第１週目は、AZ(Al-Zn)合金で実施され、標準的なジンカリウム(Zincalume：登録商標)で被覆したストリップを製造した。ラインは、設定された操作条件(established operating conditions)で実施された。ラインでの水冷工程について、焼き入れ水は、水のスプレーの上流側で50〜60℃の温度であった。焼き入れ水のpHの制御はしなかった。これらの条件下で、焼き入れ水はアルミニウムで飽和し、pHは（60℃で）約8.5に増加した。
【００７８】
AZ合金組成をAM(Al-Zn-Si-Mg)合金被覆組成に調節するためにMg（およびドロス制御のための少量のCa）を金属被覆ポットに添加するとすぐに、pHが上昇し始め、最終的に10.0に達した。焼き入れ水は乳白色となり、焼き入れ用ポンプへの入口のスクリーン(または入口の網:inlet screens)は乳白色の沈殿物で詰まり、除去しなくてはならなかった。焼き入れ水を分析して、その分析結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
0006408473.tif 000002
【００８０】
典型的なAl-Znのスケール(scale)は、ほとんど全てがアルミニウムである。従って、表１のデータは、MgとCaに富んだ表面層が、焼き入れ水に溶けていたことを示す。焼き入れ析出物（the quench deposits）中のAlに対するMgおよびCaの割合は、金属ポットの中よりもはるかに高かった。また、表１の炭素の存在および量は、CaとMgの両方が、焼き入れ水の中では炭酸塩を形成していたことを示していた。白色沈殿物は、Mg4Al2(OH)14・3H2OおよびAl2O3・3H2Oを含むことが分かった。これらのマグネシウム/アルミニウムの酸化物/水酸化物は、さらに炭酸マグネシウム化合物を含んでいた。
【００８１】
焼き入れ水の中の白色沈殿物の存在により、焼き入れ用熱交換器(the quench heat exchanger)はすぐに詰まってしまった。従来のAl-Zn合金組成で稼働した場合には、ラインの焼き入れ用熱交換器は、典型的には9か月持続するだろう。マグネシウムとカルシウムの存在によって被覆ストリップの表面特性は著しく変化し、水冷工程中における酸化層の溶解が増加した。
【００８２】
出願人は、AM Al-Zn-Si-Mg合金被覆の溶解を防止または最小にするために、オプションの範囲を検討した。出願人は、冷却水のpHの制御を介して冷却水のアルカリ性を抑制し、またそれには及ばないものの冷却水の温度を制御して、それによりAl-Zn-Si-Mg合金被覆に対する冷却水の腐食性を低減する、という戦略を決定した。以下に述べるように、工場実験では、２つのオプション、すなわちpH制御と冷却水温度制御をテストした。
【００８３】
＜焼き入れシステム−pH制御＞
リン酸を使用した焼き入れ用タンクのpHの制御の実験を4日間行った。制御システムは、所定の[OH-]イオンの数である1.0×10-6mol/Lとなるように設定された。
【００８４】
表２は、設定されたpHを維持するための、水焼き入れ用タンクの異なる温度に対するpH設定点の値を提供する。
【００８５】
【表２】
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【００８６】
投与する酸のpHと濃度は、それぞれ1.6と53.6g/L H3PO4であった。実験中に投与した酸の消費量は極めて低く、およそ17L/日、または濃縮リン酸（85重量%）で約1L/日未満であった。焼き入れ用タンクへの投与は、白色沈殿物の形成を制御し、焼き入れ用熱交換器の閉塞を防止するのに有効であることが証明された。pH投与の別の結果は、pHプローブが汚れなかった、ということだった。
【００８７】
＜焼き入れシステム−低温制御＞
上述したpHの制御の実験期間の終了時に、焼き入れ用タンクのスプレーの設定温度を50℃から35℃に下げ、pHの投与を中止した。焼き入れ用タンクを水で洗い流して、pH制御の実験からの残留塩類を除去した。この変更は、さらなる下流側においてストリップが濡れた状態となる原因となったが、それはさらに、焼き入れ用タンクの制御には温度が重要な変数であることも示した。低温操作の期間中（24時間）に、焼き入れ用タンクの熱交換器を横切る差圧の増加はなかった。焼き入れ用タンクの温度は、典型的にはスプレー温度よりも１５℃高かった。低温実験中に、焼き入れ用タンクの温度は、通常のMCL1における典型的な焼入れ条件の65〜70℃ではなく、48〜50℃であった。
【００８８】
24時間後、温度が重要な変数かどうかを判断するために、設定点を50℃に上昇させた。焼き入れ用熱交換器の差圧はすぐに上昇し始めた−これは、熱交換器中の沈殿物の形成を示唆している。
【００８９】
10時間後、設定点を40℃に低下させたが、これは、ほとんど影響を与えないように見えた。焼き入れ用熱交換器の差圧が110kPaに達したときに、設定点を50℃に戻し、そして焼き入れ用タンクに酸を投与してpHを下げて、pHの制御を復活させた。実験の最終日にポットを停止する(run down)間、投与したままにした。焼き入れ水は透明になり、その時は焼き入れ用熱交換器の差圧は安定した。
【００９０】
＜焼き入れ水の分析＞
実験中に、焼き入れ水のサンプルを集めて分析した。その結果を図２および図３に示す。
【００９１】
図２および図３において、期間1〜4は、pHの制御(1)、低温での制御（35℃）(2)、焼き入れ用タンクの設定点が50℃(3)、および焼き入れ用タンク設定点が40℃、であることをそれぞれ表す。
【００９２】
図を参照すると、アルミニウムとカルシウムの両方とも、同じ傾向にあるように見える（図２）。焼き入れ用タンクの低い温度とpHの投与により、焼き入れ水の中のそれらのイオンレベルは下がっており、カルシウムレベルは実質的に低下した。制御なしでは、焼き入れ水のAlレベルは、Al-Zn-Si-Mg合金被覆のときにはAl-Zn合金被覆に比べてかなり高い（焼き入れ水の典型的なAl-Zn濃度は、4〜20mg/Lである）。マグネシウムの濃度に対するpHの制御の影響を図３に示す。それは、4日の実験期間中に大幅に増加した。マグネシウムレベルの増加は、冷えた焼き入れ用タンク条件において明白である。亜鉛レベルも、pHの制御の間と、最低温度（35℃）での焼き入れ用タンクの実験のときは増加したが、全体としてはまだ低いレベルであった。
【００９３】
＜結論＞
出願人による上述の実験および他の研究開発活動により、Al-Zn-Si-Mg合金被覆ストリップは、Al-Zn合金被覆ストリップに比べて冷却水とはるかに反応しやすいこと、そして焼き入れ用熱交換器の急速な劣化と焼き入れ用タンク表面の被覆とをもたらすこと、その高い反応性はマグネシウムとカルシウムが主な原因であること、が実証された。焼き入れ用タンクの低い温度とpHの制御は、焼き入れ水の中のマグネシウムおよびカルシウムの溶解の影響を低減し、焼き入れ用熱交換器が実際的に動作可能になる。
【００９４】
上述の本発明に対して、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、多くの変更を行うことができる。
【００９５】
例示としては、図１に示される金属被覆ラインの実施形態では、水のスプレーを含む水被覆ストリップの冷却区画7を含んでいるが、本発明は、それに制限されるものではなく、例えば沈めて浸漬するタンクなどいかなる好適な水冷システムにも及ぶ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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