JP2008190030A - 化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法および製造設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度化のために鋼中のＳｉやＭｎなどの含有量を増大させた場合にも、化成処理性に優れた高強度冷延鋼板を製造することができる技術を提供する。
【解決手段】再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて高強度冷延鋼板を連続焼鈍する場合において、前記鋼板温度範囲内で鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にさらして表面を酸化させ、焼鈍炉出側にて酸洗した後、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施す。焼鈍炉を出たところの酸洗にて鋼板の鉄の酸化膜とともにＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させることにより、Ｓｉ、Ｍｎ等の含有量が高くとも「すけ」のない化成処理性が良好な高強度冷延鋼板を得ることができる。
【選択図】図２
【解決手段】再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて高強度冷延鋼板を連続焼鈍する場合において、前記鋼板温度範囲内で鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にさらして表面を酸化させ、焼鈍炉出側にて酸洗した後、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施す。焼鈍炉を出たところの酸洗にて鋼板の鉄の酸化膜とともにＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させることにより、Ｓｉ、Ｍｎ等の含有量が高くとも「すけ」のない化成処理性が良好な高強度冷延鋼板を得ることができる。
【選択図】図２
Description
本発明は、高強度化に伴いＳｉやＭｎなどの含有量を増大させた場合にも、化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法とそれを実現する製造設備に関するものである。
従来、高強度冷延鋼板を焼鈍するには、炉内雰囲気に不活性ガスが投入された図１１のような連続焼鈍炉設備または図１２のような連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備が用いられている。
連続焼鈍炉設備では、その冷却帯には気水冷却や水ディップ冷却などの水を用いた冷却、冷却した雰囲気ガスを吹き付けるガス冷却、冷却媒体を内部に通して接触冷却させるロール冷却を用い、連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備ではめっき設備をもち、溶融亜鉛めっき鋼板製造時にめっき密着性を維持するため冷却した雰囲気ガスを吹き付けるガス冷却を用いるのが一般的であった。
また連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備では、溶融亜鉛めっきしない冷延鋼板を焼鈍する際には、図１２の点線部にあるように、冷延鋼板のパスラインは他の炉と同様に外気と遮断されたパスラインを通り、そのパスラインは着脱式である。
上記の設備において、軟質鋼板（例えばＳｉ含有量で０．２％以下）を焼鈍した場合には、特に化成処理性は問題とならなかったが、自動車分野での軽量化のニーズから高強度鋼板化が進むにつれ、強度を向上させるため強度向上元素であるＳｉ、Ｍｎなどの添加量が増大し、例えばＳｉでは含有量が１．０％程度まで増大してきたところ、鋼板表面にＳｉやＭｎなどの酸化膜が多く残存して化成処理性が悪化し、Ｓｉ酸化膜部分に化成処理されない部分が発生するいわゆる「すけ」と呼ばれる化成処理不良が発生するに至った。
再結晶のための加熱に続く鋼板温度が６００〜２５０℃の範囲の一部または全てを含む冷却帯に気水冷却や水ディップ冷却などの水を用いた冷却方式を用いた連続焼鈍炉設備では、当該鋼板温度で水にさらされるため、焼鈍炉を出たところで酸洗とＮｉめっきを施すなどをしている。このためＳｉやＭｎが増大した高強度冷延鋼板でも、特に化成処理性が問題とならなかった。しかし、当該温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式に水を用いた冷却方式を用いずにガス冷却、放散冷却、冷却管冷却を用いた連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備では、炉内が不活性雰囲気ガスで満たされ、酸素濃度も露点も極めて低いものであったため、従来の低Ｓｉ、Ｍｎの材料ではその酸化膜の程度が問題とならなかったことから、通常焼鈍炉を出たところで酸洗やＮｉめっきを施す設備がない。その結果、高Ｓｉ、Ｍｎの高強度鋼板化による化成処理性悪化が顕在化した。尚、ガス冷却とは炉内にて鋼板温度より低温の雰囲気ガスを鋼板に吹き付けて冷却する冷却方法、放散冷却とは鋼板温度より低温の雰囲気ガスが供給される炉内を通過して冷却する冷却方法、冷却管冷却とは炉内に設置され炉内雰囲気ガスとは遮断された配管内に冷却媒体を通し、炉内雰囲気ガスを冷却することで鋼板を冷却する冷却方式である。また本件の連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備には鋼板の連続焼鈍設備の連続焼鈍炉、鋼板の溶融亜鉛めっき処理設備の連続焼鈍炉、冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備の連続焼鈍炉が含まれる。
このため、前述のような温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備においても、図１３や図１４のように焼鈍炉を出たところで酸洗とＮｉめっきを施すことで「すけ」を回避、化成処理性を従来レベルに回復させていた。また、特許文献１では鋼板表面を一旦酸化させ、その後還元雰囲気中で還元させ、焼鈍後に酸洗やＮｉめっきを施すことなく化成処理性の劣化を防止する方法が提案されている。
特開２００６−４５６１５号公報
ところが近年、高強度化のニーズはさらに高まり、ＳｉやＭｎなどの強度向上元素の添加がさらに増加し、例えばＳｉは１．０〜２．０％まで添加されるようになった。すると前述のような温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備において、焼鈍炉を出たところで酸洗とＮｉめっきを施しても化成処理で「すけ」が発生するようになった。
その原因を調査したところ、やはりＳｉやＭｎの酸化膜が鋼板表面に残存しているためであることがわかった。そこで、残存するＳｉやＭｎの酸化膜を除去するため、焼鈍炉を出たところの酸洗を強化、具体的には通板速度を１００ｍｐｍから３０ｍｐｍにダウン、酸洗温度を７０℃から８０℃に上昇させたが、依然としてＳｉやＭｎの酸化膜が残り化成処理で「すけ」が残り問題となった。さらに酸洗を強化する方法として、通常焼鈍炉を出たところの酸洗槽は１槽程度であるところ、これを複数に増強する手立てが残されているが、既に３０ｍｐｍという極低速まで通板速度を低下させ、酸洗槽浸漬時間を確保しても「すけ」が残っている状況から通板速度を大きく回復することは望めず、また設備費用や設置スペース等の課題が大きい。またこの傾向はＳｉが１．０％以上、特に１．１％超および／またはＭｎが２．０％以上、特に２．２％超になると著しくなる。
本発明は前記のような課題を解決し、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲内の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて連続焼鈍する場合において、鋼板のＳｉやＭｎの含有量が高くとも、化成処理性が優れた高強度冷延鋼板の製造が可能な方法およびその設備を提供することを目的とするものである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、前述のような鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備における前記鋼板温度範囲では、通常は鋼板周辺は極低濃度の酸素（例えば数十〜数ｐｐｍ）および／または極低露点（例えば−２０〜−６０℃）の不活性雰囲気ガスにより鋼板の酸化を防止しているところを、逆に積極的に酸化雰囲気にさらし、Ｓｉ、Ｍｎはおろか鋼板の鉄も酸化させ、焼鈍炉を出たところの酸洗にて鋼板の鉄の酸化膜もろともにＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させることにより、Ｓｉ、Ｍｎ等の含有量が高くとも「すけ」のない化成処理性が良好な高強度冷延鋼板を得ることを見出した。本発明のイメージを図化したものが図１である。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、請求項１の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法は、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲内の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて高強度冷延鋼板を連続焼鈍する場合において、前記鋼板温度範囲内で鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にさらし、焼鈍炉出側にて酸洗した後、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施すことを特徴とするものである。この場合、前記酸化状態を炉外を通板することにより形成することができる。
また請求項２の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法は、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲内の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて高強度冷延鋼板を連続焼鈍する場合において、前記鋼板温度範囲内の炉内に酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスを供給し、炉内の酸素濃度または露点を測定し、その測定結果から酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスの供給量を制御し、請求項３の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法では再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てで炉外を通板することにより鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にさらし、その後請求項２，３のいずれの場合においても焼鈍炉出側にて酸洗した後、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施すことを特徴とするものである。尚、請求項４のようにＳｉが１．０〜２．０％および／またはＭｎは２．０〜３．０％の場合に本発明の効果が顕著に現れる。
また請求項５の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造設備は、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備において、前記鋼板温度範囲内で、鋼板周辺雰囲気に酸素または水蒸気を供給する設備を備え、焼鈍炉出側には酸洗設備と鉄またはＮｉめっき設備を備えることを特徴とするものである。ここで酸素または水蒸気を供給する設備は、鋼板を炉外通板し外気と接触させる設備とすることができる。
さらに請求項６の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造設備は、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備において、前記鋼板温度範囲内で、炉内に酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスを供給する設備を備え、炉内の酸素濃度または露点を測定する設備を有し、その測定結果から酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスの供給量を制御する制御装置を備え、焼鈍炉出側には酸洗設備と鉄またはＮｉめっき設備を備えることを特徴とするものである。
本発明は、通常は還元雰囲気に保たれている冷却帯において、鋼板を積極的に酸化雰囲気にさらし、Ｓｉ、Ｍｎはおろか鋼板のＦｅも酸化させたうえ、焼鈍炉を出たところの酸洗にて鋼板の鉄の酸化膜もろともにＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させるという新規な着想により、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備において、鋼板のＳｉやＭｎ等の含有量が高くとも、化成処理性が優れた高強度冷延鋼板の製造を可能としたものであり、特に自動車分野への高強度鋼板拡大に大きく貢献するものである。
本発明では、鋼板を積極的に酸化雰囲気にさらし、Ｓｉ、Ｍｎはおろか鋼板の鉄も酸化させ、焼鈍炉を出たところの酸洗にて鋼板の鉄の酸化膜諸共にＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させるために、焼鈍の加熱から均熱の後、冷却帯にて鋼板を酸化させる。具体的には再結晶のための加熱に続く冷却途中で鋼板温度が２５０〜６００℃の範囲で鋼板のＦｅが酸化する雰囲気に鋼板表面をさらす。
本発明では、冷却帯、特に再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲内の一部または全てを含む冷却帯に水を用いない冷却方式であるガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上であることが大きな特色である。気水冷却や水ディップ冷却では鋼鈑が水に直接さらされてしまうが、ガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の場合は、酸素や露点の高い雰囲気ガスまたは外気にさらさないことが常識なところ、敢えてそれらにさらすところが重要である。
鉄が酸化する雰囲気とは、前記鋼板の温度範囲において、熱力学的に定められた平衡状態図（例えば、材料環境学入門、腐食防食協会編、p203、丸善、1993）に基づいて、鉄が酸化するような状態にある雰囲気をいう。図２において、例えば３％水素-残窒素、露点−５０℃の雰囲気下の酸素ポテンシャルは、破線上にある。この破線より上部に位置している場合はその元素は還元状態を維持し、また、下部に位置している場合は、酸化状態を示す。具体的には、鉄／酸化鉄平衡線は、約５０℃以上の領域において、破線より上に位置しているから、この範囲において還元状態、すなわち金属鉄として存在する。また、Siは、図２に示されている温度範囲の全域で下部に位置しており、この条件下では、酸化状態、すなわちSiO2として存在する。鉄を酸化させる雰囲気下に鋼板をさらす方法としては、例えば図３のように急冷炉１にガス供給設備２を設置し、酸素やエアーを供給するか、露点を上げるべく水蒸気を供給すればよい。この場合には炉内から酸素濃度計または露点計３にサンプルガスを採取し、その測定結果を制御装置４に送信し、ガス投入設備２の弁５を操作して酸素分圧、水分圧また、水素分圧を管理することで、鉄の酸化状態を維持することが好ましい。
鉄を酸化させるための鋼板温度は２５０℃未満では、酸化が進まず、また６００℃を超えると鉄の酸化が進みすぎ酸化鉄を除去する酸洗での負荷が大きい上に進み過ぎた鉄の酸化物が脱落し炉内の搬送ロールに固着して鋼板表面の品質欠陥につながることから、２５０℃〜６００℃の範囲が好ましく、操業上の温度管理から３００℃〜５００℃がさらに好ましい。尚、本件の冷却帯は冷却速度が１℃/ｓ以上であれば冷却速度は特に規定せず、過時効炉における「保温」や「保持」と称する緩冷却や放散冷却でも構わない。また本発明の冷却帯はガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上であって、再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲内の一部または全てを含んでおればよく、かつ当該鋼板温度範囲内で前述の鋼板が酸化する雰囲気にさらすことができれば本発明の効果が得られる。さらに加熱に続く冷却の途中に鋼板の再加熱があっても、鋼板の再加熱温度が６００〜２５０℃の範囲内であるか、不活性雰囲気ガス内での再加熱であれば構わない。
焼鈍炉を出たところで鋼板の鉄の酸化膜諸共にＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させるための酸洗条件は、酸の種類については特に限定しないが、塩酸または硫酸を用いることが好ましい。酸の濃度は１〜２０ｗｔ％が好ましく、１ｗｔ％未満では酸洗効果に乏しく、特に焼鈍炉を出たところの酸洗設備に用いられている１槽程度の酸洗槽では酸化膜を落としきれない。また２０ｗｔ％超では酸洗効果が飽和してしまい、コスト増の影響が大きくなるため好ましくない。酸洗槽の液温は６０〜９５℃が好ましく、６０℃未満では濃度の場合と同様に酸化膜を落としきれず、９５℃超では酸洗効果が飽和してしまい、昇温に用いるエネルギーコスト増の影響が大きくなるため好ましくない。
酸洗後には、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施す。これは、酸洗により鋼板表面が美麗化しすぎたことで、化成処理結晶が析出するための核が失われ、化成処理性が劣化するためである。化成処理性の劣化は、皮膜が一部付着しない場所が生じるスケと呼ばれる現象や、鋼板素地に結晶析出する、フォスフォフィライト（Zn2Fe(PO)2・4H2O）が析出しないなどの現象として現れる。前者は、電子顕微鏡による観察にて確認され、全面均一付着していることが重要である。後者はX線回折強度からフォスフォフィライトの結晶割合を示すＰ比として算出し、一般的にはＰ比≧０．８０であることが、耐食性能や塗装性能を満たすために求められており、また、融雪塩散布地域などの厳しい腐食環境下においては、Ｐ比≧０．８５であることが求められる。化成処理性に好ましい表面を形成せしめるには、１ｍｇ／ｍ２未満ではめっき量が少なすぎて化成処理結晶のばらつきが発生し、５０ｍｇ/ｍ２を超えるとめっき効果が飽和するためコスト増の影響が大きくなり好ましくない。尚、酸洗とめっきの間および／またはめっき後に鋼板の表面を洗浄するリンスを行うことが、鋼板表面に薬液を残さず表面品位を悪化させないために好ましい。尚、酸洗設備と鉄またはＮｉめっき設備は、連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備の焼鈍炉出側に連接していることが工程短縮とコストの点で好ましいが、連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備とは別の設備で酸洗と鉄またはＮｉめっきを行っても構わない。別の設備で酸洗と鉄またはＮｉめっきを行う場合は、連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備での調質圧延を行うと前述の酸化膜が調質圧延により砕かれて異物となり、鋼板の光沢不良や押疵などの品質欠陥につながるため、別の設備で酸洗と鉄またはＮｉめっきを行った後に調質圧延を行うことが好ましい。
ガス冷却時に鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にするための簡易な手段としては、図４のように冷却帯途中で前記鋼板温度が２５０〜６００℃の間で炉外通板部６を設けることができる。このようにして鋼板を炉外にさらせばより確実に鋼板の鉄が酸化し、後の酸洗でＳｉやＭｎ等の酸化膜と共に脱落するに十分な鉄の酸化膜が形成される。なお、鋼板が炉外に出る部分や炉内に戻る部分にはシールロールなどのシール装置７を設置して炉内雰囲気を外部と遮断することが好ましい。
図３、図４には図示していないが、焼鈍炉の出たところで酸洗を行い、ＳｉやＭｎ等の酸化膜を鉄の酸化膜諸共酸洗し、引き続き鉄またはＮｉめっきを行うことで化成処理性に優れた高強度冷延鋼板が得られる。
冷却帯途中で前記鋼板温度が２５０〜６００℃の間で鋼板を炉外にさらす方法で、連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備の場合を図５に示す。８は急冷炉１の出口に設置された溶融亜鉛ポット、９はウォータクエンチ槽、１０は酸洗設備、１１はＮｉめっき設備である。溶融亜鉛めっきを行う場合には、実線で示す亜鉛めっき鋼板パスラインに沿って鋼板を走行させるが、連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備で冷延鋼板を焼鈍する場合は、破線で示すように急冷炉の後段で溶融亜鉛ポットをバイパスする。従来はこのバイパス部も鋼板の酸化を防止するために焼鈍炉と同じ炉内雰囲気ガスで満たされ、外気と遮断、シールされているが、本発明では図５のようにバイパス部で炉外を通すことで、後の酸洗でＳｉやＭｎ等の酸化膜と共に脱落するに十分な鉄の酸化膜を形成させる。
図６は、連続焼鈍炉に、図２に示したガス供給設備２を組み込んだ設備全体の構成図である。ペイオフリール１２から引き出された鋼板は溶接機１３、入側洗浄装置１４、入側ルーパー１５を経由して連続焼鈍炉１６に入る。連続焼鈍炉１６は加熱炉１７、均熱炉１８、徐冷炉（例えばガス冷却）１９、ガス冷却式の急冷炉１、過時効炉２０、最終冷却炉２１から構成されているが、過時効炉２０はない場合もある。さらに連続焼鈍炉１６の出側には、ウォータクエンチ槽９、酸洗設備１０、Ｎｉめっき設備１１、出側ルーパー２２、調質圧延機２３、テンションリール２４が順に配置されている。なおＮｉめっき設備１１の代わりに鉄めっき設備を用いても良い。図３に示したガス供給設備２が急冷炉１に設けられている。
図７は、連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備に、図２に示したガス供給設備２を組み込んだ設備全体の構成図である。急冷炉の後段で破線で示すように溶融亜鉛ポットをバイパスし、鋼板温度が６００〜２５０℃の範囲で、鋼板周辺雰囲気に酸素、エアーまたは水蒸気を供給する。図６、図７の何れの場合にも、炉内の酸素濃度または露点を測定する設備を有し、その測定結果から酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスの供給量を制御する制御装置を備えて制御することが好ましい。
図８は、連続焼鈍炉に、図３に示した炉外通板部６を組み込んだ設備全体の構成図である。
図９は、連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備に、図５に示したバイパスラインを組み込んだ設備全体の構成図である。急冷炉の後段で破線で示すように溶融亜鉛ポットをバイパスし、鋼板温度が６００〜２５０℃の範囲で鋼板を外気と接触させて、後の酸洗でＳｉやＭｎ等の酸化膜と共に脱落するに十分な鉄の酸化膜を形成する。
上記したように、鋼板温度２５０〜６００℃の範囲で鋼板を酸化させる装置には、様々な態様が存在する。しかし何れの場合にも、上記温度で鋼板を積極的に酸化雰囲気にさらし、Ｓｉ、Ｍｎはおろか鋼板の鉄も酸化させ、焼鈍炉を出たところの酸洗にて鋼板の鉄の酸化膜もろともにＳｉやＭｎ等の酸化膜を酸洗脱落させることにより、Ｓｉ、Ｍｎ等の含有量が高くとも「すけ」のない化成処理性が良好な高強度冷延鋼板を得ることに変わりはない。
本発明は、特に質量％でＳｉが１．０〜２．０％および／またはＭｎが２．０〜３．０％と、高い含有量の場合に特に効果がある。Ｓｉが１．０％未満および／またはＭｎが２．０％未満でも、もちろん効果を発揮するが、過剰効果であり従来技術でもＳｉ、Ｍｎの酸化膜を除去して化成処理性に優れた高強度冷延鋼板を得ることが可能なので、本件発明ではＳｉは１．０％、Ｍｎは２．０％を下限とする。Ｓｉ、Ｍｎの上限は強度が向上しても延性その他の材質条件とのバランスが悪くなるので、Ｓｉは２．０％、Ｍｎは３．０％を上限とする。
Ｓｉ、Ｍｎ以外の元素は、表面品位、内部欠陥、引張強度、伸び、局部延性、穴拡げ性、耐衝撃性、溶接性、溶接部の材質劣化防止、焼付硬化性、時効性、温間プレス性などユーザーからの要求に応じて調整する。例えば前記Ｓｉ，Ｍｎ以外で質量％でＣ：０．０１〜０．３％、Ｐ：０．０００１〜０．１５％、Ｓ：０．０００１〜０．０２％、Ａｌ：０．００１〜０．４％、Ｎ：０．０００２〜０．０２％を含有し残Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、前記要求特性に応じてＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｂ、ＭｇやＬａ、Ｃｅなどのランタノイド系元素の１種または２種以上をそれぞれ０．０００１〜１％の範囲で含有しても構わない。
尚、連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備においては、通常は鋼板の酸化を防ぐために炉内を窒素などを主成分とする不活性ガスで満たし、炉をシール密閉し外気を遮断している。このシール手段として、高温域からの冷却方式が気水冷却、水ディップ冷却、ガス冷却、、放散冷却、冷却管冷却、ロール冷却に限らず、従来より焼鈍炉出口にはウォータークェンチと呼ばれる最終冷却を兼ねた水によるシール装置が設置されている。ここでの最終冷却は、鋼板温度を２５０℃未満から常温乃至８０℃程度まで水によって冷却する。水によって冷却されることから鋼板のＦｅも酸化され、鉄の酸化膜も形成されるが、本件の場合でも従来も、このウォータークェンチによる鉄の酸化膜形成が化成処理性を左右することはなかった。この理由は、本件発明の場合と異なりウォータークェンチでは鋼板温度が２５０℃未満であるために鉄の酸化膜形成は非常に小さなものであり、本件のようにＳｉやＭｎ等の酸化膜諸共脱落するような厚いものではないためであると思われる。
鋼種が下記Ａ〜Ｄの４種類の高強度鋼板を用い、実験を行った。焼鈍は全て連続焼鈍炉を用い、焼鈍条件（８５０℃−６０秒、１０％水素−残窒素、露点−４０℃）、ガス冷却条件（５％水素−残窒素、露点−６０℃）の共通条件である。また、酸化条件、酸洗条件、めっき条件を表１にまとめた。
鋼種Ａ：Ｓｉ：０.７％、Ｍｎ：２.８％
鋼種Ｂ：Ｓｉ：１.０％、Ｍｎ：１.８％
鋼種Ｃ：Ｓｉ：１.３％、Ｍｎ：１.２％
鋼種Ｄ：Ｓｉ：１.８％、Ｍｎ：１.５％
鋼種Ａ：Ｓｉ：０.７％、Ｍｎ：２.８％
鋼種Ｂ：Ｓｉ：１.０％、Ｍｎ：１.８％
鋼種Ｃ：Ｓｉ：１.３％、Ｍｎ：１.２％
鋼種Ｄ：Ｓｉ：１.８％、Ｍｎ：１.５％
上記の鋼種、酸化条件、酸化板温度、Ｎｉめっき量を変化させて高強度冷延鋼板を製造し、化成処理後の外観評価と、Ｐ比の測定を行い、その結果を表２にまとめた。ここで化成処理後の外観評価は、スケなく粒がそろったものを○、スケありのものを×とした。Ｐ比はフォスフォフィライト（１００）面Ｐとホパイト（０２０）面ＨのＸ線回折強度比Ｐ/（Ｐ+Ｈ）を指標とし、０．８５以上を◎、０．８０以上０．８５未満を○、０．８０未満を×とした。実施例１〜１１は本発明例であるが、いずれも化成処理性は良好であった。一方、比較例１２、１３、１５、１６、１８は積極的な鉄の酸化を行わなかったため、ＳｉやＭｎの残存酸化物による化成不良が発生した。比較例１４は、積極的な酸化を実施したものの、酸化板温度が高すぎて酸化物が極端に厚くなったことで、その後の酸洗処理では酸化膜が除去しきれず、化成不良が発生した。比較例１７は、脱炉温度が低すぎたため酸化が進まず、結果としてＳｉやＭｎの酸化物が除去できずに残存したため、化成不良が発生した。比較例１９、２０は酸洗後にＮｉめっきを実施しなかったため、化成皮膜自体はフォスフォフィライトが析出するもののスケが多く発生し、化成処理性は不良であった。
上記のデータに示されるように、本発明によれば高強度化のために鋼中のＳｉやＭｎなどの含有量を増大させた場合にも、化成処理性に優れた高強度冷延鋼板を製造することができる。
１ 急冷炉
２ ガス供給設備
３ 酸素濃度計または露点計
４ 制御装置
５ 弁
６ 炉外通板部
７ シール装置
８ 溶融亜鉛ポット
９ ウォータクエンチ槽
１０ 酸洗設備
１１ Ｎｉめっき設備
１２ ペイオフリール
１３ 溶接機
１４ 入側洗浄装置
１５ 入側ルーパー
１６ 連続焼鈍炉
１７ 加熱炉
１８ 均熱炉
１９ 徐冷炉
２０ 過時効炉
２１ 最終冷却炉
２２ 出側ルーパー
２３ 調質圧延機
２４ テンションリール
２ ガス供給設備
３ 酸素濃度計または露点計
４ 制御装置
５ 弁
６ 炉外通板部
７ シール装置
８ 溶融亜鉛ポット
９ ウォータクエンチ槽
１０ 酸洗設備
１１ Ｎｉめっき設備
１２ ペイオフリール
１３ 溶接機
１４ 入側洗浄装置
１５ 入側ルーパー
１６ 連続焼鈍炉
１７ 加熱炉
１８ 均熱炉
１９ 徐冷炉
２０ 過時効炉
２１ 最終冷却炉
２２ 出側ルーパー
２３ 調質圧延機
２４ テンションリール
Claims (7)
- 再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて高強度冷延鋼板を連続焼鈍する場合において、前記鋼板温度範囲内で鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にさらし、焼鈍炉出側にて酸洗した後、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施すことを特徴とする化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
- 再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備にて高強度冷延鋼板を連続焼鈍する場合において、前記鋼板温度範囲内の炉内に酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスを供給し、炉内の酸素濃度または露点を測定し、その測定結果から酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスの供給量を制御し、焼鈍炉出側にて酸洗した後、鉄またはＮｉめっきを１〜５０ｍｇ／ｍ２施すことを特徴とする化成処理性に優れた高強度冷延
鋼板の製造方法。 - 再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全ては炉外を通板することにより鋼板表面を鉄が酸化する雰囲気にさらすことを特徴とする請求項１に記載の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
- 高強度冷延鋼板の添加元素のうち、質量％でＳｉは１．０〜２．０％および／またはＭｎは２．０〜３．０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
- 再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備において、前記鋼板温度範囲内で、鋼板周辺雰囲気に酸素または水蒸気を供給する設備を備え、焼鈍炉出側には酸洗設備と鉄またはＮｉめっき設備を備えることを特徴とする化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造設備。
- 再結晶のための加熱に続く６００〜２５０℃の鋼板温度範囲の一部または全てを含む冷却帯の冷却方式がガス冷却、放散冷却、冷却管冷却の１種または２種以上である連続焼鈍炉や連続焼鈍炉をもつ冷延鋼板／溶融亜鉛めっき鋼板兼用設備において、前記鋼板温度範囲内で、炉内に酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスを供給する設備を備え、炉内の酸素濃度または露点を測定する設備を有し、その測定結果から酸素または水蒸気を含有した雰囲気ガスの供給量を制御する制御装置を備え、焼鈍炉出側には酸洗設備と鉄またはＮｉめっき設備を備えることを特徴とする化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造設備。
- 前記酸素または水蒸気を供給する設備は、鋼板を炉外通板し外気と接触させる設備であることを特徴とする請求項５に記載の化成処理性に優れた高強度冷延鋼板の製造設備。
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