JP2000256752A

JP2000256752A - 光輝焼鈍炉の操炉方法

Info

Publication number: JP2000256752A
Application number: JP11064187A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takechi; 勉武智
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ステンレス鋼帯を対象する光輝焼鈍炉の操業停
止する場合に、操炉効率を維持しつつ、美麗な鏡面を保
持できる。【解決手段】(1)光輝焼鈍炉におけるフェライト系ステ
ンレス鋼を除くステンレス鋼帯の熱処理での操業停止に
際し、炉内雰囲気を不活性ガス、若しくは不活性ガスを
主体とする還元性ガスとし、炉内加熱帯の保持温度を操
業時の加熱温度から700℃以内の範囲で降温することを
特徴とする光輝焼鈍炉の操炉方法である。 (2)フェライト系ステンレス鋼帯での熱処理の場合に
は、炉内雰囲気をＮ₂以外の不活性ガス、若しくはＮ₂以
外の不活性ガスを主体とする還元性ガスとし、炉内加熱
帯の保持温度を操業時の加熱温度から700℃以内の範囲
で降温することを特徴とする光輝焼鈍炉の操炉方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス鋼を対
象とする光輝焼鈍炉の操炉方法に関し、さらに詳しく
は、ステンレス鋼帯を被熱処理材とする光輝焼鈍の操業
停止に際し、火気トラブルの防止、炉内の昇降温にとも
なうエネルギ−ロスの低減、さらに炉内外でのステンレ
ス鋼帯の破断防止と設備保護を図った光輝焼鈍炉の操炉
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】美麗な鏡面を有することを特徴とする光
輝焼鈍仕上のステンレス鋼板を熱処理する場合には、酸
化による鋼板表面の変色である、いわゆるテンパ−カラ
−を防止することが重要である。このため、焼鈍炉内の
保護ガスとして、−40℃以下の低い露点で、かつ強還元
性の雰囲気ガスが用いられている。通常、光輝焼鈍用の
雰囲気ガスとして、50％以上のＨ₂を混合するＨ₂−Ｎ₂
が採用されている。

【０００３】このような雰囲気ガスを炉内に吹き込むと
きには、何らかの原因によって炉内で赤熱物が落下する
等の事態が発生すると、焼鈍炉の出入口部で火気トラブ
ルが発生することがある。火気トラブルが発生した場合
には、炉内の露点が上昇することになるので、直ちに炉
内雰囲気の調整が必要になり、操炉効率を低下させると
ともに、テンパ−カラ−の発生を防止できない事態も生
ずる。

【０００４】従来から、操炉中のトラブル発生時や生産
調整のために、光輝焼鈍炉の稼働を中止したり操炉中断
して、光輝焼鈍ラインを数分〜数時間の短時間から数日
間の長期にわたり操業を停止する場合がある。この場合
には、火気トラブルの発生にともなう操炉効率の低下を
防止するため、炉内で赤熱物の落下が発生しても、火気
トラブルの発生源とならないように、炉内の加熱帯での
高温保持を中止し、炉内温度の低下させて、炉内で保持
されるステンレス鋼帯（以下、単に「保持鋼帯」とい
う）の材料温度を冷却帯で冷却させ、炉出口部では室温
程度になるようにしている。さらに、雰囲気ガスも、Ｎ
₂等の不活性ガス単独、または不活性ガスを主体とした
弱還元性のガスに切り替えている。

【０００５】上述のように、操炉の停止にともなって炉
内温度を低温にする場合には、操業開始の炉立ち上げ時
に大幅な昇温が必要になるが、この昇降温の操作によっ
て熱膨張および収縮が繰り返されて、炉設備の劣化が顕
著となる。例えば、炉殻劣化、亀裂、さらに加熱帯に設
けられたヒ−タ−の断線トラブルが発生することにな
る。このような設備劣化に起因する事態が発生すると、
数日〜数週間にわたる炉開放をともなう補修が余儀なく
される。

【０００６】また、炉内の加熱、加熱保持を中止して炉
内温度を低下させると、炉内温度の降温および昇温に要
するエネルギ−ロスが大きくなるとともに、炉立ち上げ
時間も増大するので、操炉効率を阻害する要因になる。
エネルギ−ロスや炉立ち上げ時間の増大による操炉効率
の低下を防止するには、炉温を操業時の加熱温度に近似
させて比較的高温で保持するのが有効であるが、前述の
火気トラブルの回避を考慮すると得策とは言えない。さ
らに、炉内でステンレス鋼帯を高温状態で保持しようと
すると、鋼帯表面にテンパ−カラ−が生じないように、
露点や還元性の雰囲気ガスの制御が煩雑となり、さらに
後述するように、雰囲気ガスの条件によって、保持鋼帯
の脆化に起因する炉内外での破断防止も考慮しなければ
ならないという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り、従来のス
テンレス鋼帯を被熱処理材とする光輝焼鈍炉の操業を停
止する場合に、操炉効率を維持しつつ、光輝焼鈍特有の
美麗な鏡面を保持できる操炉方法についての提案はな
い。具体的には、光輝焼鈍炉の操炉停止に際して、火
気トラブルの発生を防止すること、操炉停止および炉
立ち上げによる昇降温時のエネルギーロスを低減するこ
と、炉設備の保護を図ること、およびステンレス鋼
帯にテンパ−カラ−を生じさせることなく、炉内外で破
断させないことを、同時に満足させることは困難である
とされている。

【０００８】本発明は、ステンレス鋼を対象とする光輝
焼鈍炉の操炉停止にともなって発生する問題点に鑑みて
なされたものであり、光輝焼鈍炉の短期、または長期の
操炉停止に拘わらず、上記〜の条件を同時に満足す
ることができる光輝焼鈍炉の操炉方法を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため、既設の光輝焼鈍炉を用いて種々の検
討を重ねた結果、前述の火気トラブルの発生防止、
昇降温時のエネルギーロスの低減、炉設備の保護につ
いては個別の対策を積み上げることによって、また、
ステンレス鋼帯の破断防止については、操炉の停止時に
一定時間毎に被熱処理材を所定長さだけ移動させること
によって、達成できることを明らかにした。

【００１０】本発明はこのような検討に基づいて完成し
たものであり、下記の光輝焼鈍炉の操炉方法を要旨とし
ている。

【００１１】(1) 光輝焼鈍炉におけるフェライト系ステ
ンレス鋼を除くステンレス鋼帯の熱処理での操業停止に
際し、炉内雰囲気を不活性ガス、若しくは不活性ガスを
主体とする還元性ガスとし、炉内加熱帯の保持温度を操
業時の加熱温度から700℃以内の範囲で降温することを
特徴とする光輝焼鈍炉の操炉方法である。

【００１２】上記の光輝焼鈍炉の操炉方法において、被
熱処理材が鋭敏化温度域を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼帯である場合には、加熱帯で被熱処理材を鋭敏
化温度域以上に所定時間保持した後、加熱帯の入側また
は出側において鋭敏化温度域になった鋼帯長さを比較
し、いずれか長い方の鋼帯長さに相当するだけ被熱処理
材を移動させるようにするのが望ましい。

【００１３】(2) 光輝焼鈍炉におけるフェライト系ステ
ンレス鋼帯の熱処理での操業停止に際し、炉内雰囲気を
Ｎ₂以外の不活性ガス、若しくはＮ₂以外の不活性ガスを
主体とする還元性ガスとし、炉内加熱帯の保持温度を操
業時の加熱温度から700℃以内の範囲で降温することを
特徴とする光輝焼鈍炉の操炉方法である。

【００１４】本発明において、フェライト系ステンレス
鋼を除くステンレス鋼帯と規定するのは、Ｎ₂混合雰囲
気と接触すると窒素脆化を発生する恐れのないオーステ
ナイト系ステンレス鋼を意図しているものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の操炉方法においては、操
炉停止中に火気トラブルが発生するのを防止するため、
光輝焼鈍炉内に不活性ガス、若しくは不活性ガスを主体
とする還元性雰囲気ガスを吹き込んでいる。通常、不活
性ガスとして、Ｎ₂またはArが採用されるが、購入コス
トの観点からＮ₂が多用されている。一方、不活性ガス
を主体とする雰囲気ガスとして、Ｎ₂-Ｈ₂、またはAr-Ｈ
₂ガスが例示される。本発明においては、不活性ガスの
混合比率は80％以上とするのが望ましい。

【００１６】ところで、炉内雰囲気としてＮ₂を混合す
るガスを吹き込み、高温状態でこれらのガスと接触させ
ると、フェライト系ステンレス鋼のように、窒素脆化を
生ずることがある。そのため、後述するように、フェラ
イト系ステンレス鋼を熱処理対象とする場合には、炉内
雰囲気をＮ₂以外の不活性ガス、若しくはＮ₂以外の不活
性ガスを主体とする還元性ガスとする必要がある。

【００１７】本発明方法では、操炉停止にともなう炉内
温度の下降、上昇の差を極力少なくすることによって、
炉本体の熱膨張や収縮に起因する設備劣化、およびエネ
ルギ−ロスの削減を図ることとしている。このため、操
炉停止時の炉内加熱帯での保持温度は、操業時の加熱温
度を上限として、一定範囲内に限定している。

【００１８】具体的な炉内加熱帯での保持温度は、実操
炉ラインでの検討結果から算定し、操業時の加熱温度と
同等、若しくは操業温度から700℃以内の範囲で降温す
れば良いことを明らかにした。例えば、オーステナイト
系ステンレス鋼の焼鈍に際して、操業時の加熱帯での保
持温度は1100〜1200℃とされるので、保持温度を400〜5
00℃まで降温することができる。一方、フェライト系ス
テンレス鋼では800〜900℃の焼鈍温度となるので、100
〜200℃まで降温することができる。

【００１９】ステンレス鋼帯を熱処理対象とする操炉方
法では、操炉停止が発生すると、保持鋼帯の脆化に起因
する破断を防止することが重要な課題となる。すなわ
ち、保持鋼帯が脆化し再稼働時に破断が発生すると、直
ちに操炉を停止して、再び炉開放による補修が必要にな
るからである。保持鋼帯の破断防止を図るためには、単
に高温強度の観点から保持鋼帯を選択するのではなく、
炉内雰囲気ガスとの反応や材料固有の特性を勘案し、破
断の恐れがない鋼種を選択する必要がある。

【００２０】保持鋼帯が破断にいたる脆化現象として
は、窒化クロムの析出による窒素脆化および炭化クロム
の粒界析出にともなう鋭敏化温度域での脆化があげられ
る。したがって、操炉停止時の保持鋼帯としては、これ
らの脆化現象が回避できる材料を選択するのが望まし
い。例えば、0.03％以下の低炭素からなるオ−ステナイ
ト系ステンレス鋼（SUS 304L鋼）やNb、Tiによって炭素
を安定化処理した安定化鋼が対象とされる。しかし、本
発明方法においては、上記の脆化現象を呈する鋼種であ
っても保持鋼帯とすることができる。

【００２１】前述の通り、フェライト系ステンレス鋼は
Ｎ₂を混合する雰囲気中で400℃以上の高温状態に保持す
ると、Ｎ₂固溶にともなってCr₂Ｎ等の窒化クロムが析出
して脆化する。この脆化が顕著になると、炉の立ち上げ
後、焼鈍ラインの稼働によって保持鋼帯に張力が加わる
と、炉内または炉外で保持鋼帯が破断する。これに対
し、オ−ステナイト系ステンレス鋼では相中のＮ₂固溶
限がフェライト系ステンレス鋼より大きく、さらに延性
もフェライト系ステンレス鋼に比べて優れていることか
ら、窒化による硬化が見られたとしても、保持鋼帯が破
断まで至ることはほとんどない。このため、炉内の雰囲
気ガスとして、Ｎ₂ガス、若しくはＮ₂ガスを主体とする
還元性雰囲気ガスを吹き込む場合には、フェライト系ス
テンレス鋼を除くステンレス鋼帯を被熱処理材とする。

【００２２】図１は、オーステナイト系ステンレス鋼と
してSUS 304鋼（0.05％Ｃ）の65％硝酸腐食試験による
鋭敏化温度域を例示する図である。同図に示すように、
SUS304鋼において鋭敏化温度域は、700℃〜550℃の領域
が示されているが、通常、オーステナイト系ステンレス
鋼の鋭敏化温度域として500℃〜800℃の領域とされてい
る。

【００２３】ステンレス鋼帯が鋭敏化温度域で保持され
ると、過飽和に固溶されていた炭素がCr炭化物として結
晶粒界に析出され、その近傍にはCr欠乏域が形成される
ことから脆化する。前述の通り、オーステナイト系ステ
ンレス鋼であって脆化を防止するため、低炭素化（0.03
％以下）または安定化処理が行われることもあるが、コ
スト的に割高になることから、鋭敏化温度域が顕著に現
れるステンレス鋼帯を操炉停止時の保持鋼帯とする場合
もある。このような場合には、ステンレス鋼帯を所定時
間保持した後、鋭敏化温度域になった鋼帯長さに相当す
るだけ移動させるようにするのが望ましい。

【００２４】図２は、光輝焼鈍炉の内部構成を概略的に
説明する図である。炉内には加熱帯および冷却帯が設け
られており、図中において、Ａ〜Ｂは加熱帯入口長さ、
Ｂ〜Ｃは加熱帯長さ、Ｃ〜Ｄは冷却帯長さをそれぞれ示
している。ステンレス鋼帯１は加熱帯で所定温度に加熱
され、温度計２によってその均熱状況が確認される。

【００２５】本発明方法では、炉内の加熱帯での保持温
度は800℃以上として、Ｂ〜Ｃ間の加熱帯においてステ
ンレス鋼帯を鋭敏化温度以上で保持する。このとき、Ａ
〜Ｂ間の加熱帯入口およびＣ〜Ｄ間の冷却帯に位置する
ステンレス鋼帯１は、鋭敏化温度域に該当することにな
る。そこで、加熱帯入口および冷却帯において鋭敏化温
度域になった保持鋼帯の長さを比較し、いずれか長い方
の鋼帯長さに相当するだけ保持鋼帯を移動させるように
すればよい。これにより、保持鋼帯の鋭敏化温度域での
脆化進展を抑制できて、保持鋼帯の炉内破断を防ぐこと
が可能になる。

【００２６】加熱帯で保持鋼帯を鋭敏化温度域以上に保
持する時間は、選択された保持鋼帯が鋭敏化温度域に連
続して保持され続ける際の保持時間と脆化の相関関係か
ら決定されるが、本発明では、SUS 304鋼の上記相関関
係から48Hrを目安としている。

【００２７】

【実施例】上記図２に示した構成を有する光輝焼鈍炉に
対して、本発明の操炉方法を適用し、オーステナイト系
（SUS 304鋼）およびフェライト系（SUS 430鋼）ステン
レス鋼の冷間圧延鋼帯（厚さ1.2mm、幅1010mm）を対象
として操炉停止の試験を行った。通常の操業時の加熱条
件は、オーステナイト系ステンレス鋼では1150℃×1.5
分で、フェライト系ステンレス鋼では850℃×1.3分とし
た。１回当たりの停止時間は48時間とし、操炉停止時で
の加熱帯の設定温度を100℃〜900℃の範囲で変化させ、
保持鋼帯の均熱状況は温度計で確認した。また、雰囲気
ガスとしてＮ₂、Arガス単独、若しくはこれらとＨ₂との
混合ガスを用いて、ヒーター断線回数、火気トラブルお
よび昇降温エネルギーロスを測定した。

【００２８】具体的には、約120時間の操業後に同一保
持条件で48時間保持することを４ヶ月間繰り返し継続
し、ヒーター断線回数および火気トラブル発生回数を測
定して、年間発生回数を算出した。次に、昇降温エネル
ギーロスは、試験番号３の操業条件に合致する電力およ
び雰囲気ガスコストをベースとし、48時間保持して、再
度操業開始状態に至るまでの電力および雰囲気ガスコス
トを測定した。炉内破断が発生した場合は、炉開放を行
い、補修が完了して再度操業開始に至るまでの雰囲気ガ
スコストを測定した。これらの試験結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の結果から明らかなように、本発明で
規定する雰囲気ガスおよび炉内保持温度の条件を具備す
る本発明例では、ヒーター断線回数、火気トラブル共に
少なく良好な結果であった。これに対し、加熱帯の保持
温度が不適切であった比較例６ではヒーター断線回数が
15回／年と多発し、雰囲気ガスが不具合であった比較例
７および10は炉内での保持鋼帯の破断がそれぞれ１回発
生した。また、雰囲気ガスとして非還元性ガス（80％Ｈ
₂-Ｎ₂）を用いた比較例８および９は、火気トラブルが1
8〜21回／年と多発した。

【００３１】

【発明の効果】本発明の光輝焼鈍炉の操炉方法によれ
ば、炉操業の停止に際し、その停止時間の長短に拘わら
ず、火気トラブルの発生を有効に防止し、炉停止および
炉立ち上げにともなう昇降温時のエネルギーロスを低減
するとともに、炉設備の保護を図ることができる。しか
も、炉内に保持されるステンレス鋼帯にテンパ−カラ−
を生じさせることなく、炉内外で保持鋼帯を破断させる
こともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】オーステナイト系ステンレス鋼としてSUS 304
鋼（0.05％Ｃ）の65％硝酸腐食試験による鋭敏化温度域
を例示する図である。

【図２】光輝焼鈍炉の内部構成を概略的に説明する図で
ある。

【符号の説明】

１．保持鋼帯、２．温度計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光輝焼鈍炉におけるフェライト系ステンレ
ス鋼を除くステンレス鋼帯の熱処理での操業停止に際
し、炉内雰囲気を不活性ガス、若しくは不活性ガスを主
体とする還元性ガスとし、炉内加熱帯の保持温度を操業
時の加熱温度から700℃以内の範囲で降温することを特
徴とする光輝焼鈍炉の操炉方法。
【請求項２】被熱処理材が鋭敏化温度域を有するオース
テナイト系ステンレス鋼帯である場合には、加熱帯で被
熱処理材を鋭敏化温度域以上に所定時間保持した後、加
熱帯の入側または出側において鋭敏化温度域になった鋼
帯長さを比較し、いずれか長い方の鋼帯長さに相当する
だけ被熱処理材を移動させることを特徴とする請求項１
記載の光輝焼鈍炉の操炉方法。
【請求項３】光輝焼鈍炉におけるフェライト系ステンレ
ス鋼帯の熱処理での操業停止に際し、炉内雰囲気を窒素
（Ｎ₂）以外の不活性ガス、若しくは窒素（Ｎ₂）以外の
不活性ガスを主体とする還元性ガスとし、炉内加熱帯の
保持温度を操業時の加熱温度から700℃以内の範囲で降
温することを特徴とする光輝焼鈍炉の操炉方法。