CN104379777A - 钢带的连续退火方法及热镀锌钢带的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够以低成本实现适合于含有Si等易氧化性元素的钢带的退火的低露点的退火气氛的钢带的连续退火方法。在利用立式退火炉对钢带进行退火时，通过设置在加热区至均热区内的、在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置，抑制所述气体喷射装置的上游侧的炉内气氛与所述气体喷射装置的下游侧的炉内气氛的混合，将从所述气体喷射装置通过的钢带温度控制为600～700℃，所述立式退火炉以如下方式构成：具备将钢带沿上下方向进行输送的加热区、均热区，从炉外向炉内供给气氛气体，将炉内气体从加热区下部的钢带导入部排出，并且，吸引炉内气体的一部分并排出到设置在炉外的具有脱氧装置和除湿装置的精炼机中，将气体中的氧和水分除去而使露点降低，并使露点降低后的气体返回到炉内。

Description

钢带的连续退火方法及热镀锌钢带的制造方法
技术领域
本发明涉及钢带的连续退火方法及热镀锌钢带的制造方法。
背景技术
近年来，在汽车、家电、建材等领域中，对可能有助于结构物的轻量化等的高强度钢(高强度材料)的需求增高。该高强度材料的技术中，在钢中添加Si时，具有能够制造扩孔性良好的高强度钢带的可能性，另外，在含有Si、Al时，容易形成残余γ，显示出能够提供延展性良好的钢带的可能性。
但是，对于高强度冷轧钢带而言，含有Si、Mn等易氧化性元素时，在退火中这些易氧化性元素富集到钢带表面上而形成Si、Mn等的氧化物，存在导致外观不良、磷酸盐处理等的化学转化处理性不良的问题。
在热镀锌钢带的情况下，钢带含有Si、Mn等易氧化性元素时，在退火中这些易氧化性元素富集到钢带表面上而形成Si、Mn等的氧化物，存在阻碍镀覆性而产生不上镀缺陷的问题。此外，还存在镀覆后的合金化处理时使合金化速度降低的问题。其中，Si在钢带表面上形成SiO2的氧化膜时，会使钢带与热镀金属的润湿性显著降低，并且在合金化处理时，SiO2氧化膜成为钢基与镀覆金属的扩散的障碍。因此，Si特别容易引起阻碍镀覆性、合金化处理性的问题。
作为避免该问题的方法，考虑了控制退火气氛中的氧势的方法。
作为提高氧势的方法，例如在专利文献1中公开了将从加热区后段至均热区的露点控制为-30℃以上的高露点的方法。该方法能够期待某种程度的效果，并且具有容易在工业上控制为高露点的优点。但是，该方法具有无法简易地制造不期望在高露点下操作的钢种(例如，Ti系-IF钢)的缺点。这是因为，需要花费非常长的时间将暂时已达到高露点的退火气氛变为低露点。另外，该方法存在如下问题：由于炉内气氛为氧化性的，因此，控制出错时，氧化物会附着到炉内辊上而产生啄印(ピックアップ)缺陷、使炉壁损伤。
作为其他方法，考虑了使氧势低的方法。但是，Si、Mn等非常容易氧化，因此，在配置在CGL(连续热镀锌生产线)-CAL(连续退火生产线)中的大型的连续退火炉中，稳定地得到抑制Si、Mn等的氧化的作用优良的-40℃以下的低露点的气氛是非常困难的。
例如，在专利文献2、专利文献3中公开了有效地得到低露点的退火气氛的技术。这些技术是关于单道次立式炉的较小规模的炉的技术，没有考虑在CGL-CAL这样的多道次立式退火炉中对含有Si、Mn等易氧化性元素的钢带进行退火。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2007/043273号公报
专利文献2：日本专利第2567140号公报
专利文献3：日本专利第2567130号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的课题在于提供啄印缺陷的产生和炉壁损伤的问题少、能够防止在退火时钢中的Si、Mn等易氧化性元素富集到钢带表面上而形成Si、Mn等易氧化性元素的氧化物、能够以低成本实现适合于含有Si、Mn等易氧化性元素的钢带的退火的低露点的退火气氛的钢带的连续退火方法。另外，本发明的课题在于提供在通过上述连续退火方法对钢带进行退火后进行热镀锌的热镀锌钢带的制造方法。
用于解决问题的方法
为了有效地对大型的退火炉进行低露点化，需要限制水分产生源。发明人进行了深入研究，结果发现，对在钢带的自然氧化膜被还原时产生的水分的对策是非常重要的。发明人进一步进行了考察，结果发现了下述i)、ii)，从而完成了以下的发明。
i)发生还原的温度范围为500℃～600℃。
ii)Si、Mn等易氧化元素氧化而发生表面富集(不上镀等镀覆性阻碍因素)的温度为700℃以上。
用于解决上述问题的本发明的方法如下所述。
(1)一种钢带的连续退火方法，其特征在于，
在利用立式退火炉对钢带进行退火时，通过设置在加热区至均热区内的、在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置，抑制上述气体喷射装置的上游侧的炉内气氛与上述气体喷射装置的下游侧的炉内气氛的混合，将从上述气体喷射装置通过的钢带温度控制为600～700℃，
所述立式退火炉以如下方式构成：具备将钢带沿上下方向进行输送的加热区、均热区，从炉外向炉内供给气氛气体，将炉内气体从加热区下部的钢带导入部排出，并且，吸引炉内气体的一部分并排出到设置在炉外的具有脱氧装置和除湿装置的精炼机中，将气体中的氧和水分除去而使露点降低，并使露点降低后的气体返回到炉内。
(2)一种钢带的连续退火方法，其特征在于，
在利用立式退火炉对钢带进行退火时，通过设置在加热区至均热区内的、在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置，抑制上述气体喷射装置的上游侧的炉内气氛与上述气体喷射装置的下游侧的炉内气氛的混合，将从上述气体喷射装置通过的钢带温度控制为550～700℃，并且，在排出到精炼机中的炉内气体量中，使上述气体喷射装置的下游侧的炉内气体量多于上述气体喷射装置的上游侧的炉内气体量，
所述立式退火炉以如下方式构成：具备将钢带沿上下方向进行输送的加热区、均热区，从炉外向炉内供给气氛气体，将炉内气体从加热区下部的钢带导入部排出，并且，吸引炉内气体的一部分并排出到设置在炉外的具有脱氧装置和除湿装置的精炼机中，将气体中的氧和水分除去而使露点降低，并使露点降低后的气体返回到炉内。
(3)一种热镀锌钢带的制造方法，其特征在于，在通过上述(1)所述的连续退火方法对钢带进行退火后，进行热镀锌。
(4)一种热镀锌钢带的制造方法，其特征在于，在通过上述(2)所述的连续退火方法对钢带进行退火后，进行热镀锌。
发明效果
根据本发明，通过设置在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置来抑制还原反应进行温度范围的气氛与表面富集进行温度范围的气氛的混合，能够以低成本实现适合于含有Si、Mn等易氧化性元素的钢带的退火的低露点的退火气氛，能够改善对含有Si、Mn等易氧化性元素的钢带进行热镀锌时的镀覆性。
附图说明
图1表示具备本发明的实施中使用的立式退火炉的钢带的连续热镀锌生产线的一个构成例。
图2表示退火炉的加热区和均热区中的向精炼机吸引气体的吸引口、从精炼机喷出气体的喷出口的配置例。
具体实施方式
为了有效地降低配置在钢带的连续退火生产线、钢带的连续热镀锌生产线中的退火炉的露点，获知使露点升高的水的产生源变得非常重要。发明人通过实机退火炉内的多点连续露点测定查明了在钢带温度为500℃至600℃的范围内存在水的产生源。根据实验室实验，该温度范围是氧化膜的还原最容易进行的温度范围，因此认为，在该范围内露点高的原因在于受到了钢带的自然氧化膜的还原的显著影响。
另一方面，钢带温度、露点越高，则给镀覆性带来显著影响的易氧化性元素的表面富集量越多，但其影响程度根据钢带内含有的元素种类而显著不同。例如，对于作为高强度材料中使用的元素的代表例而已知的Mn、Si而言，通过实验室实验判明了：Mn在800℃以上的钢带温度范围内进行表面富集，Si在700℃以上的钢带温度范围内进行表面富集。
如上所述，由还原引起的水的产生几乎都在500～600℃的范围内发生，Si系的表面富集在700℃以上的温度范围内露点高时成为问题，Mn系的表面富集在800℃以上的温度范围内露点高时成为问题。基于这样的事实，发明人得到了如下结论：通过抑制还原反应进行温度范围的气氛与表面富集进行温度范围的气氛的混合，能够容易地得到适于确保镀覆性的气氛。即，如果设置气体喷射装置并使从该气体喷射装置前通过的钢带温度至少为600～700℃，能够将自然氧化膜的还原中产生的水分几乎都封入不对镀覆性产生影响的气体喷射装置的上游侧的低温区域。因此，如果设置气体喷射装置并使从该气体喷射装置前通过的钢带温度至少为600～700℃，则能够以低成本将可能会进行易氧化性元素的表面富集的气体喷射装置的下游侧的高温区域内的气氛露点保持得较低。
从气体喷射装置前通过的钢带温度超过700℃时，还原反应在该位置的上游就已经结束，另外，由于在Si系的情况下也是表面富集对镀覆性产生影响的温度范围，因此，气体喷射装置的上游的低温侧气氛的低露点化是重要的。另外，这种情况下，在气体喷射装置的下游的高温区域内，不会因还原反应而产生水，因此，温度控制比较容易。
另一方面，从气体喷射装置前通过的钢带温度低于600℃时，还原在气体喷射装置的上游的低温侧不会结束，在下游的高温侧也进行，因此，高温侧气氛的低露点化变得特别重要。高温侧气氛的低露点化可以通过在排出到精炼机中的炉内气体量中使上述气体喷射装置的下游侧的炉内气体量多于上述气体喷射装置的上游侧的炉内气体量来实现。但是，从气体喷射装置前通过的钢带温度低于550℃时，即使使上述气体喷射装置的下游侧的炉内气体量多于上述气体喷射装置的上游侧的炉内气体量，气体喷射装置的下游侧的炉内的低露点化也变得不充分。
作为抑制气氛的混合的方法，有设置砖等间壁而物理性地抑制气氛的混合的方法和利用气体密封等非物理性地抑制气氛的混合的方法这两种。但是，由于在已有的炉中新设置间壁需要长时间来从隔热砖中除去水分或者进行施工，因此，优选采用利用气体密封等非接触方式来抑制气氛的混合的方法。
在炉外具备具有脱氧装置和除湿装置的精炼机的退火炉中，将利用气体密封等非接触方式的气氛混合的抑制与气体向精炼机的排出和气体从精炼机中的喷出组合，由此，能够实现露点更低的气氛。
图1表示具备本发明的实施中使用的立式退火炉的钢带的连续热镀锌生产线的一个构成例。图2表示退火炉的加热区至均热区中的向精炼机吸引气体的吸引口(排出口)、从精炼机喷出气体的喷出口的配置例。以下，使用图1、图2对本发明进行说明。
图1的连续热镀锌生产线中，在镀浴7的上游具备多道次的立式退火炉2。通常，退火炉2从炉的上游朝向下游依次配置有加热区3、均热区4、冷却区5。在加热区3至均热区4内设置有在钢带通板方向上具备多个喷出气体的喷出口11a的气体喷射装置11。气体的喷出方向没有特别限定。但是，气体的喷出方向设定为水平方向时，抑制炉内气氛的混合的效果大，因此优选。气体喷射装置11抑制该气体喷射装置11的上游侧的炉内气氛与该气体喷射装置11的下游侧的炉内气氛的混合。
各喷出口11a在炉宽方向的整个炉宽上喷射气体。炉宽方向为钢带宽度方向。喷出口11a的个数越多越好。但是，喷出口11a优选以使钢带通板方向的间隔至少为4m以内的方式进行配置。每个喷出口的流量优选为25Nm3/小时以上。钢带通板方向的间隔超过4m或者每个喷出口的流量小于25Nm3/小时时，对气氛的混合的抑制可能会变得不充分。喷出气体除了使用从精炼机喷出到炉内的气体以外，还可以使用露点比想要设定的炉内露点低的气体、例如露点为-60℃的N2气体等。
钢带从气体喷射装置11的上方通过。14为用于测定从气体喷射装置11前通过的钢带温度的温度计。
退火炉2与镀浴7经由炉鼻6连接，从加热区3至炉鼻6为止的炉内保持为还原性气氛气体或非氧化性气氛，加热区3、均热区4使用作为加热装置的辐射管(RT)对钢带1间接进行加热。
还原性气氛气体通常使用H2-N2气体，导入到从加热区3至炉鼻6的炉内的适当部位。除炉体泄漏等不可避免的泄漏以外，导入到炉内的气体从炉的入口侧排出，炉内气体的流动以与钢带进行方向相反的方向从炉的下游朝向上游，从炉入口侧的开口部13排出到炉外。
钢带1从气体喷射装置11前通过的位置优选配置在距离排出炉内气体的炉入口侧的开口部13尽可能远的部位。图1的退火炉中，钢带1从气体喷射装置11前通过的位置配置在距离炉入口侧的开口部13最远的位置。
为了降低退火炉的气氛气体的露点，采用如下方式的构成：在炉外配置具有脱氧装置和除湿装置的精炼机15，将炉内的气氛气体的一部分排出到精炼机15中，将气体中的氧和水分除去而使露点降低，并将露点降低后的气体喷出到炉内。精炼机可以使用公知的精炼机。
向精炼机吸引气体的吸引口、从精炼机喷出气体的喷出口配置在加热区至均热区内所配置的气体喷射装置11的上游侧、下游侧的适当位置。
图2中，向精炼机吸引气体的吸引口在加热区中通过改变炉高方向的位置而配置在3个部位，在均热区中通过改变炉长方向的位置、炉高方向的位置而配置在6个部位。炉长方向为图2的左右方向。从精炼机喷出气体的喷出口配置在各吸引口的下方0.5m的位置。各吸引口的气体吸引量、各喷出口的气体喷出量可以分别进行流量调节。
在利用上述退火炉对钢带进行退火时，对从气体喷射装置11前通过的钢带温度的控制是非常重要的。如上所述，还原进行温度为500～600℃，Si系的表面富集进行温度为700℃以上，Mn系的表面富集进行温度为800℃以上。由于还原进行温度范围与表面富集进行温度范围接近，因此，如果温度控制不适当，则有时不仅表现不出本发明的效果，反而会产生相反的效果。
本发明的实施方式1中，将从气体喷射装置11前通过的钢带温度控制为600～700℃的范围内。该钢带温度低于600℃时，在还原不充分的状态下输送至气体喷射装置的下游的高温侧，因此，在高温侧大量产生因还原产生的气体，高温侧的露点增高，阻碍镀覆性。相反，该钢带温度超过700℃时，在气体喷射装置11的上游的露点高的低温侧进行表面富集，阻碍镀覆性。从气体喷射装置11前通过的钢带温度可以根据生产线速度、板厚等条件通过调节RT的燃烧量等加热能力来进行控制。
从气体喷射装置11前通过的钢带温度在600～700℃的范围内时，即使不使用精炼机，也能够提高含有Si、Mn的钢带的镀覆性。进而，通过使用精炼机，能够降低炉内气体的露点，从而能够进一步提高镀覆性。
气体向精炼机的排出可以从气体喷射装置11的上游的低温侧、下游的高温侧中的任意一侧开始进行。但是，在气体向精炼机的排出中，优选使气体喷射装置11的下游侧的气体排出量多于气体喷射装置11的上游侧的气体排出量。这种情况下，使从气体喷射装置11前通过的钢带温度在上述的600℃～700℃的范围内的情况自不必说，即使在该范围的低温侧更宽的范围、例如550℃～700℃的范围内，也能够得到本发明的效果。
即，本发明的实施方式2中，将从气体喷射装置11前通过的钢带温度控制在550～700℃的范围内，并且，在气体向精炼机的排出中，使气体喷射装置11的下游侧的气体排出量多于气体喷射装置11的上游侧的气体排出量。
在加热区3、均热区4中实施预定的退火后的钢带在冷却区5中进行冷却，通过炉鼻6浸渍到镀浴7中，进行热镀锌，利用擦拭喷嘴8将镀层附着量调节为预定附着量，从而制成热镀锌钢带。或者，利用擦拭喷嘴8调节附着量后，进一步使用加热装置9进行锌镀层的合金化处理。
对于通过本发明方法退火后的钢带而言，Si、Mn等易氧化性元素的表面富集得到抑制，在进行热镀锌时，能够提高镀覆性。本发明方法的效果在含有Si：0.4～2.0质量％和/或Mn：1～3质量％的钢带中可以表现出来。除Si、Mn以外，还含有C、Al、S、P等。代表性的成分量以质量％计为C：0.01～0.18％、Al：0.001～1.0％、P：0.005～0.060％、S≤0.01％。根据需要，为了控制强度与延展性的平衡，还可以添加选自B：0.001～0.005％、Nb：0.005～0.05％、Ti：0.005～0.05％、Cr：0.001～1.0％、Mo：0.05～1.0％、Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～1.0％中的一种以上的元素。
上述退火炉中，钢带从炉的下部导入。但是，钢带也可以从炉的上部侧导入。上述退火炉中，钢带从气体喷射装置11的上方走行。但是，钢带也可以从气体喷射装置11的下方通过。上述退火炉中，均热区与冷却区在炉的上部连通。但是，均热区与冷却区也可以在炉的下部连通。上述退火炉中，在加热区的上游未配置预热炉。但是，退火炉也可以具备预热炉。
本发明的退火方法也能够应用于钢带的连续退火生产线(CAL)中的退火方法。
实施例
在图1、图2所示的、在加热区至均热区内配置有抑制炉内气氛的混合的气体喷射装置且在炉外配置有具备除湿装置和脱氧装置的精炼机的ART型(自动辐射型)CGL中，改变炉内气氛条件等，进行露点测定，对钢带进行热镀锌而制造热镀锌钢带，并对镀覆性进行评价。
加热区至均热区的炉长(图2的左右方向的炉长)为16m，加热区的炉长为6m，均热区的炉长为10m，气体喷射装置位于距离入口侧炉壁6m的位置处。从气体喷射装置喷出精炼机气体(露点-60℃、500℃、将炉内气体除湿后的气体、喷出口为φ50mm、在钢带走行方向上以1.4m的间隔配置在14个部位)。从炉外供给气氛气体的部位在均热区中在距离驱动侧的炉床为高度1m、10m的位置的炉长度方向上各为9个部位，共计18个部位。供给的气氛气体的露点为-60～-70℃，为H2-N2气体(H2浓度10体积％)。
向精炼机吸引气体的吸引口和从精炼机喷出气体的喷出口如图2所示。图2的气氛气体吸引口A～I的坐标(距炉入口侧壁的距离、距炉底的距离)为A＝(4m、2m)、B＝(4m、11m)、C＝(4m、20m)、D＝(8m、2m)、E＝(8m、11m)、F＝(8m、20m)、G＝(12m、2m)、H＝(12m、11m)、I＝(12m、20m)，喷出口A～I为上述吸引口A～I的下方0.5m(从单侧的炉壁吸引/喷出)。另外，向精炼机吸引气体的吸引口为φ200mm、喷出口为φ50mm。此外，流量等的规定如表2所记载的。精炼机的除湿装置使用合成沸石，脱氧装置使用钯催化剂。
使用板厚为0.8～1.2mm、板宽为950～1000mm的范围的冷轧钢带(钢种为表1的A～C这三种)，以使退火温度为820℃、通板速度为100～120mpm的方式，进行条件尽可能统一的试验。
[表1]  (质量％)
C Si Mn S Al P
钢种A 0.12 0.1 2.3 0.003 0.03 0.01
钢种B 0.12 O.5 1.7 0.003 0.03 0.01
钢种C 0.12 1.3 2.0 0.003 0.03 0.01
以未使用精炼机时的气氛的露点(初始露点)作为基准(-34℃～-36℃)，考察使用精炼机1小时后的露点。另外，露点在与气体吸引口相同的位置处进行测定(但在与吸引口相反的炉壁侧)。
镀覆性(镀层品质)的评价基准如下所述。
◎：合格(表面美观，外板水平的品质)、○：合格(内板水平的品质)、△：有微小缺陷，但在容许范围内(不上镀等)、×：有严重缺陷(不上镀大)、不合格
将结果示于表2中。
可知，本发明例与比较例相比，实现了低露点化，并且改善了镀覆性。
产业上的可利用性
根据本发明，通过设置在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置来抑制还原反应进行温度范围的气氛与表面富集进行温度范围的气氛的混合，能够以低成本实现适合于含有Si、Mn等易氧化性元素的钢带的退火的低露点的退火气氛。根据本发明，能够改善对含有Si、Mn等易氧化性元素的钢带进行热镀锌时的镀覆性。
标号说明
1   钢带
2   退火炉
3   加热区
4   均热区
5   冷却区
6   炉鼻
7   镀浴
8   擦拭喷嘴
9   加热装置
11  气体喷射装置
11a 喷出口
13  开口部
14  温度计
15  精炼机

Claims (4)

1.一种钢带的连续退火方法，其特征在于，
在利用立式退火炉对钢带进行退火时，通过设置在加热区至均热区内的、在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置，抑制所述气体喷射装置的上游侧的炉内气氛与所述气体喷射装置的下游侧的炉内气氛的混合，将从所述气体喷射装置通过的钢带温度控制为600～700℃，
所述立式退火炉以如下方式构成：具备将钢带沿上下方向进行输送的加热区、均热区，从炉外向炉内供给气氛气体，将炉内气体从加热区下部的钢带导入部排出，并且，吸引炉内气体的一部分并排出到设置在炉外的具有脱氧装置和除湿装置的精炼机中，将气体中的氧和水分除去而使露点降低，并使露点降低后的气体返回到炉内。
2.一种钢带的连续退火方法，其特征在于，
在利用立式退火炉对钢带进行退火时，通过设置在加热区至均热区内的、在钢带通板方向上具备多个气体喷出口的气体喷射装置，抑制所述气体喷射装置的上游侧的炉内气氛与所述气体喷射装置的下游侧的炉内气氛的混合，将从所述气体喷射装置通过的钢带温度控制为550～700℃，并且，在排出到精炼机中的炉内气体量中，使所述气体喷射装置的下游侧的炉内气体量多于所述气体喷射装置的上游侧的炉内气体量，
所述立式退火炉以如下方式构成：具备将钢带沿上下方向进行输送的加热区、均热区，从炉外向炉内供给气氛气体，将炉内气体从加热区下部的钢带导入部排出，并且，吸引炉内气体的一部分并排出到设置在炉外的具有脱氧装置和除湿装置的精炼机中，将气体中的氧和水分除去而使露点降低，并使露点降低后的气体返回到炉内。
3.一种热镀锌钢带的制造方法，其特征在于，在通过权利要求1所述的连续退火方法对钢带进行退火后，进行热镀锌。
4.一种热镀锌钢带的制造方法，其特征在于，在通过权利要求2所述的连续退火方法对钢带进行退火后，进行热镀锌。
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