JP2018506638A - 窒化包装鋼材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、４００ｐｐｍから１２００ｐｐｍの炭素含有量の熱間圧延された鋼材製品から窒化包装鋼材を製造する方法に関し、鋼材製品を平鋼材製品に冷間圧延し、続いて冷間圧延された鋼材製品を焼鈍炉内、特に連続焼鈍炉内で再結晶焼鈍するものであり、１００ｐｐｍを超える濃度に対応する量で非結合窒素を平鋼材製品内に導入するために、または、平鋼材製品内の非結合窒素の量を１００ｐｐｍを超える濃度に増加させるために、窒素含有ガスが焼鈍炉内に供給されて平鋼材製品に向けられ、続いて、再結晶焼鈍の直後に再結晶焼鈍された平鋼材製品を少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度で冷却する。この方法を活用して、６５０ＭＰａを超える引張強度、特に７００ＭＰａと８５０ＭＰａの間の引張強度を有した包装のための冷間圧延された平鋼材製品が製造できる。【選択図】図１
Description
本発明は、請求項１の特徴を備えた窒化（窒素が導入された）包装鋼材の製造方法に関し、および請求項１６の特徴を備え、その方法で製造された冷間圧延平鋼材製品の形態の包装鋼材に関する。
鋼材内に溶存するように非結合窒素を取り込むことで鋼材の強度を増加させることは従来技術から知られている。鋼材内への非結合窒素の取り込みは窒化と称され、鋼材および鋼材製品の硬化のための知られた方法である。
包装用に処方された鋼板又は鋼ストリップ（鋼帯）等の平鋼材製品（以下、「包装鋼材」と表記する）の窒化も従来技術から知られている。例えば、包装用の鋼板と、その製造方法はＥＰ０２１６３９９Ｂ１に記載されており、その鋼板は、アルミニウムキルドされた、連続的に鋳鋼された炭素−マンガン鋼から製造され、窒化による一定量の溶存する非結合窒素を有している。その窒化において、非結合窒素の最小量は鋼板の所望の硬度カテゴリー（例えば、欧州基準１４５−７８の硬度カテゴリーＴ６１）の相関要素（関数）として規定されており、少なくとも５ｐｐｍの非結合窒素を有している。炭素とマンガンの含有量に関して、そこに開示されている鋼板の化学組成は、通常の軟鋼材に対応するものであり、０．０３重量％から０．１重量％の範囲の炭素含有量と、０．１５重量％から０．５重量％のマンガン含有量とを有している。この鋼板は３５０Ｎ／ｍｍ２から５５０Ｎ／ｍｍ２の範囲の高降伏点を特徴としている。最大値１００ｐｐｍは鋼材内に溶存する非結合窒素の含有量を表すためのものであり、多量の非結合窒素を含んだ鋼板は、それに関連して強度が増加するために冷間圧延が不可能になり、それによって冷間圧延された包装鋼材としての意図する利用には適さないという事実によってその最大値１００ｐｐｍが正当であると証明される。
この知られた包装鋼材の製造方法では、鋼材はまず連続的に鋳鋼され、続いて熱間圧延され、冷間圧延され、再結晶焼鈍され、最後に調質（テンパー）圧延される。熱による後処理は調質圧延後に実行され、この調質圧延によってこの鋼材内に形成される自由転位は、硬度と降伏点を調質圧延後の値を超えるように増加させるために窒化によって導入される非結合窒素によって固定される。熱による後処理は調質圧延された鋼材の別の熱処理と好適に組み合わされることができ、例えば、鋼板の表面に電気メッキ的に提供されたスズ層の溶融中に、あるいは鋼板面に提供された被膜層の焼成中に、包装鋼材の製造に関連していずれにしろ実行される。
ＥＰ０２１６３９９Ｂ１において提案されている、１００ｐｐｍの鋼材に溶存している非結合窒素の量の上限のために、この知られた包装鋼材の強度は限定されている。原理的には、６００ＭＰａを超える引張強度を達成するために、鋼材中にさらに多い量の非結合窒素を溶存させた鋼板を製造することは可能に思われる。例えば、窒素含有量２５０ｐｐｍまで、および４００ｐｐｍまでの窒化鋼材がＥＰ１３４２７９８Ｂ１とＤＥ１４３３６９０Ａ１にそれぞれ記載されている。しかし鋼材内でのそのような多量の非結合窒素含有量は実際には達成不能であった。
鋼材の窒化は、例えば、窒素ガスＮ２を吹き込むことで鋼材溶融物に窒素を取り入れることにより鋼材製造プロセスにおいて導入できる。塩基性酸素鋼材製造プロセスでの鋼材製造における鋼材溶融物の窒化方法は、例えば、ＤＥ２２３７４９８において解説されている。平鋼材製品、特に鋼ストリップは、例えば、鋼板面内への窒素の拡散による表面コンディショニングによって窒化でき、それは、例えば、少々の過圧下のアンモニア雰囲気内でのガス窒化によって、あるいは窒素含有塩浴内での浴による窒化によって、又はプラズマ窒化によって可能である。硬質の表面接着層と、所定の深度（深さ）にまで（フェライト）鋼材マトリックス（素地材）内に窒素が取り込まれている下側の拡散領域とが窒素の拡散によって鋼板面に形成される。
本発明の課題は、包装材の製造のための平鋼材製品（鋼板又は鋼ストリップ）を提供することであり、その製品は、良好な破断伸びと良好な変形特性を併せ持つ、可能な最も高い強度を備えたものである。少なくとも５％の破断伸びで、少なくとも６００ＭＰａの強度を備えた包装鋼材を利用可能にする。さらに高い強度の包装鋼材は、例えば、深絞り、又はアイロニング（しごき加工）プロセスにおいて、包装鋼材としての提案された用途のための十分な変形能を同時に持たなければならず、意図された包装製品、例えば、食品缶又は飲料缶が、平鋼材製品から製造することができる。さらに平鋼材製品として存在する包装鋼材は薄型および超薄型鋼板の範囲である通常厚を有するが、これは通常、０．１ｍｍから０．５ｍｍ（超薄型鋼板）又は０．５ｍｍから３ｍｍ（薄型鋼板）の範囲であり、冷間圧延によって製造される。
これらの課題は請求項１の特徴を備えた方法および請求項１６の特徴を備えた平鋼材製品の形態の窒化包装鋼材によって解決される。本発明による方法および包装鋼材の好適な変形態様は従属請求項に記載されている。
炭素含有量が４００ｐｐｍから１２００ｐｐｍであり、１００ｐｐｍを超える、好適には１５０ｐｐｍを超える、特に好適には２１０ｐｐｍを超える量の非結合窒素が鋼材内に溶存する窒化包装鋼材が本発明による方法によって製造できるが、その場合には、熱間圧延され、オプションで既に窒化されている鋼材製品がまず冷間圧延されて平鋼材製品にされ、その後に、その冷間圧延された平鋼材製品は焼鈍炉内で再結晶焼鈍され、その場合に、１００ｐｐｍを超える濃度に対応する量にて非結合窒素を平鋼材製品内に導入するために、又は平鋼材製品内の非結合窒素の量を１００ｐｐｍを超える濃度に増加させるために、窒素含有ガスが焼鈍炉内に導入されて平鋼材面上に向けられる。焼鈍直後に、この平鋼材製品は少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度で冷却される。一方、このプロセスで多相構造が平鋼材製品内に形成されるが、その多相構造は、フェライトと、構造成分であるマンテンサイト、ベイナイト、ツルースタイト／パーライト、及び／又は残留オーステナイトのうちの少なくとも１つと、を含む。そのような構造を備えた鋼材製品は単相鋼材に比べて強度が増している。一方、鋼材の窒素含有量は、再結晶焼鈍中に平鋼材製品の窒化によって強度増加を引き起こす値範囲（１００ｐｐｍを超える）に増加する。
多相構造の形成のためには鋼材の炭素含有量は少なくとも０．０４重量％でなければならないことが実証されている。炭素含有量の上限は、約０．１２重量％の包装鋼材のための基準に要求される上限によって規定されており（ＡＳＴＭ基準Ａ６２３−１１に定義）、一方、技術的には、その冷間圧延性によって、経験によれば０．１２重量％を超える炭素含有量の熱間圧延された鋼材製品は相当程度の困難を伴ってのみ冷間圧延できる。
鋼材の窒化は２段階で好適に実行される。第１段階では、例えば、窒素含有ガス及び／又は窒素含有固形物の形態で鋼材溶融物へ窒素を供給することによって、鋼材溶融物が最大１６０ｐｐｍの窒素含有量にまで窒化される。スラブがそのように窒化された鋼材溶融物から鋳鋼され、ホットストリップに熱間圧延される。その後にこのホットストリップは（常温まで冷却後に）必要に応じてピックリング（酸洗い）され、冷間圧延されて平鋼材製品（鋼板又は鋼ストリップ）になる。その後に冷間圧延された平鋼材製品は焼鈍炉内で再結晶焼鈍される。続いて窒化の第２段階が焼鈍炉内で実行されるが、窒化の第１段階で鋼材溶融物内に既に導入されている窒素量を超えるように鋼材内の非結合窒素量をさらに増加させるため、窒素含有ガスが焼鈍炉内に導入されて平鋼材製品に向けられる。
包装鋼材の２段階焼鈍は、ホットストリップが問題なく平鋼材製品に、特に包装鋼材の製造のために通常に使用される冷間圧延装置（圧延トレイン）によって鋼ストリップに冷間圧延できることを保証する。これは、最大でも１６０ｐｐｍの非結合窒素含有量が、窒化の第１段階中に鋼材溶融物内に導入されるという事実によって可能にされている。窒化された鋼材溶融物から熱間圧延によって製造されるホットストリップは、これらの窒素含有量で冷間圧延が可能な状態を維持しており、薄鋼板又は超薄鋼板が、包装用途における通常の厚みのホットストリップから冷間圧延によって製造可能になる。鋼材溶融物内にさらに多くの窒素が含有されていると、鋼材溶融物からのスラブ鋳鋼内に望まれない欠陥も発生する。好適には６００ＭＰａを超える包装鋼材に望まれる強度は、冷間圧延中と、再結晶焼鈍中の平鋼材製品の窒化の第２段階とで達成される。よって、特に０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の薄鋼板および超薄鋼板の範囲の厚みの平鋼材製品、特に鋼ストリップは、非常に高い引張強度を有し、同時に変形特性が制限されることなく、好適には少なくとも５％の高い破断伸びを備えた包装鋼材としての使用のために製造できる。
本発明による方法の好適実施例では、第１段階の鋼材溶融物の窒化は、窒素ガス（Ｎ２）及び／又はカルシウムシアナミド（ＣａＣＮ２）及び／又は窒化マンガン（ＭｎＮ）をその鋼材溶融物に導入することで実行される。
第２段階の平鋼材製品の窒化は、好適にはアンモニアガス（ＮＨ３）を焼鈍炉に導入することで実行され、その焼鈍炉内おいてこの平鋼材製品は再結晶焼鈍される。続いて好適にはアンモニアガスはスプレーノズルによって平鋼材製品の表面に噴射される。焼鈍炉内に導入されるアンモニアガスの量は、０．０５％から１５％の範囲（重量％、焼鈍炉内のガス雰囲気に対する比率）のアンモニア濃度のアンモニア平衡が焼鈍炉内に設定されるよう、好適に調整される。効果的な窒化に要求される焼鈍炉内のアンモニア濃度は焼鈍炉内の温度に依存している。理想的な温度である６００℃から６５０℃の範囲では、０．０５重量％から１．５重量％の範囲のアンモニア濃度は、所望量の非結合窒素（侵入型窒素）を窒化中に平鋼材製品に導入するのに十分である。さらに高い温度、特に７００℃を超える温度では、焼鈍炉内のアンモニア濃度は、実効性のある量で平鋼材製品内に窒素を導入するために、温度に応じてより高く（１５重量％まで）選択されなければならない。焼鈍炉内のアンモニア濃度は、好適にはアンモニアセンサーによって検出され、検出されたアンモニア平衡濃度の測定値が、単位時間に焼鈍炉内に導入されるアンモニアガスの量の制御のために使用される。したがって焼鈍炉内では等しいアンモニアガス濃度が保証され、鋼ストリップの製造時間に亘って均等な品質と、鋼ストリップの長さに亘って均質な窒素濃度を備えた平鋼材製品の均質な窒化が保証される。
酸化の進行を回避するため、窒化のために使用されるアンモニアガスに加えて、不活性ガス、例えば窒素ガス及び／若しくは水素ガス又はそれらの混合物、例えば９５重量％の窒素ガスと５重量％の水素ガスの組成である不活性ガス、が焼鈍炉内に再結晶焼鈍中に導入される。よって焼鈍炉は密封された不活性チャンバとしても機能する。したがって焼鈍フェーズ（焼鈍段階）を通過した鋼ストリップは、冷却までの再結晶焼鈍と窒化中に酸化環境、特に大気中の酸素と接触することはなく、そのため、鋼ストリップの表面での酸化層の形成は回避できる。
包装鋼材の２段階窒化によって導入される非結合窒素の総量は１００ｐｐｍから５００ｐｐｍの間、好適には１５０ｐｐｍを超え、特に好適には２１０ｐｐｍから３５０ｐｐｍの間である。２段階窒化中に、最大１６０ｐｐｍの窒素含有量が第１段階において鋼材溶融物の窒化中に鋼材溶融物内に導入される。鋼材溶融物内の非結合窒素の含有量を約１６０ｐｐｍの上限に維持することは、鋼材溶融物から製造されるスラブに、周囲の酸素で酸化する可能性をもたらす例えばポアやクラックなどの形態の欠陥が形成されないことを保証する。そのスラブから製造されたホットストリップも多くても１６０ｐｐｍの窒素含有量で冷間圧延が可能な状態に維持される。あるいは、窒化は１段階でも可能であり、その場合には冷間圧延された平鋼材製品の窒化は、再結晶焼鈍中の連続焼鈍炉内での窒素含有ガスへの曝露によってのみ実行される。
（オプションで第２段階として）窒素含有ガスへの曝露による焼鈍炉内での平鋼材製品の窒化中に取り込みが可能な（オプションで追加の）非結合窒素の量は１００ｐｐｍから３５０ｐｐｍの範囲である。両方の窒化段階が利用されるときには、本発明に従って製造される包装鋼材内の非結合窒素の総量は、好適には１５０ｐｐｍを超え、特には２１０ｐｐｍを超えであり、最高で５００ｐｐｍまでが導入できる。したがって６５０ＭＰａを超え、最大で１０００ＭＰａまでの引張強度が達成でき、非結合窒素の量と引張強度との間に直線（一次）関係が確立され、例えば、約６５０ＭＰａの引張強度は約２１０ｐｐｍの非結合窒素含有量を必要とする。
本発明による熱処理によって製造される鋼材の多相構造は、窒化に加えて冷間圧延された平鋼材製品の強度の増強に貢献する。多相構造物を形成するために、再結晶焼鈍中の冷間圧延された平鋼材製品はＡｃ１温度（通常は、鋼材の採用されている合金組成では約７２３℃）を超える温度にまで加熱ステップにて加熱される。多相構造物を形成するために平鋼材製品がＡｃｌ温度を超える温度にまで少なくとも短時間、加熱されなければならないことは実証されている。加熱は、焼鈍炉内での、熱放射によって又は誘導加熱によって又は伝導加熱によっても実行でき、その場合には、５００Ｋ／秒を超える非常に高い加熱速度が誘導加熱又は伝導加熱によって達成できる。その加熱時に、冷間圧延された平鋼材製品は、冷間圧延された平鋼材製品の変形能が維持されるよう平鋼材製品を再結晶焼鈍するために、十分に長い加熱時間、再結晶温度を超える温度に保たれる。Ａｃｌ温度を超える温度にまで（少なくとも短時間）加熱後に、平鋼材製品は急冷され、少なくとも１００Ｋ／秒、好適には１５０Ｋ／秒を超える冷却速度が、鋼材内に多相構造を形成するために維持されるべきである。
再結晶焼鈍および多相構造物の形成と、窒化との両方のために焼鈍炉内に最良の熱条件を保証する目的で、平鋼材製品は好適には焼鈍炉内で要求される温度プロフィールを備えた焼鈍サイクルで処理される。そのような焼鈍サイクルのための第１実施態様では、冷間圧延された平鋼材製品は、第１加熱ステップにおいて、好適には１５Ｋ／秒から２５Ｋ／秒の加熱速度で、特には２０Ｋ／秒の加熱速度で、連続焼鈍炉内にて、まず常温（室温）から、再結晶温度を超えるがＡｃｌ温度未満である保持温度まで、特に６００℃から６５０℃の範囲である保持温度まで加熱され、続いて、一定の保持時間、この保持温度（Ｔｈ）に保持される。好適には８０秒から１５０秒の範囲、例えば約１００秒から１１０秒である保持時間中に、平鋼材製品は保持温度（Ｔｈ）で窒素含有ガスによる窒化に曝露される。平鋼材製品内の窒素の最も効果的な取り込みが保証できるよう保持温度（Ｔｈ）は適切に選択される。特に６００℃から６５０℃の範囲が適切であることが実証されている。焼鈍炉内のアンモニア濃度は０．０５重量％から１．５重量％の範囲の低い値に設定できる。
焼鈍炉内での窒化の直後、平鋼材製品は第２加熱ステップにおいてＡｃｌを超える焼鈍温度（Ｔｇ）まで加熱され、それは好適には７４０℃≦Ｔｇ≦７６０℃の間であり、続いて１００Ｋ／秒の冷却速度で冷却される。第２加熱ステップの加熱速度は、好適には１００Ｋ／秒を超え、特に５００Ｋ／秒を超えであり、加熱は好適には、そのような高加熱速度を達成するよう第２加熱ステップにて誘導的又は伝導的に実行される。１０００Ｋ／秒を超える加熱速度は誘導加熱又は伝導加熱によって達成できる。
１００Ｋ／秒を超える好適な冷却速度での冷却は、冷却ガス流（好適には水素又は窒素などの不活性ガス）の手段によって、または平鋼材製品を冷却液（焼入液）（例えば水タンクなど）へ導入することによって実行でき、その場合には、平鋼材製品は好適には常温まで冷却される。
焼鈍サイクルの第２実施態様においては、冷間圧延された平鋼材製品は、連続焼鈍炉内で（熱放射によって）（単）加熱ステップにて、適切には１５Ｋ／秒を超える加熱速度で、最初に常温から、Ａｃｌを超える、特には７４０℃から７６０℃の範囲の保持温度（Ｔｈ）までまず加熱され、続く保持ステップにおいてこの保持温度（Ｔｈ）にて一定の保持時間保持され、冷間圧延された平鋼材製品は、加熱ステップ中に及び／又は保持ステップ中に窒素含有ガスでの窒化が施される。加熱ステップ中に平鋼材製品は好適には窒素含有ガスに曝露される。なぜなら、窒化は約７００℃未満、特には６００℃から６６０℃の温度範囲の温度で最も効果的であることが実証されているからである。平鋼材製品がＡｃｌを超える温度に保持される保持時間は、適切には８０秒から１５０秒の範囲、例えば、約１００秒から１１０秒の範囲である。
焼鈍炉内での平鋼材製品の窒化のために様々なスプレーノズルが使用され、それらによって、アンモニアガス等の窒素含有ガスは焼鈍炉を通過する平鋼材製品の表面に均等に適用（噴射）される。焼鈍炉を少なくとも２００ｍ／分のストリップ速度で通過する鋼ストリップの製造時に、複数のスプレーノズルがストリップの走行方向を横断して（ストリップの走行方向と交差して）配置されており、好適には互いに等間隔にて配置されている。平鋼材製品の表面全体に亘る均等な窒化がこれで可能になる。
焼鈍炉に導入される窒素含有ガスの濃度を記録することで、焼鈍炉を通過する鋼ストリップの通過中に、同一の窒素雰囲気が焼鈍炉内に維持される。これで鋼ストリップの長さ方向の均質な窒化が達成される。
本発明に従って製造された包装鋼材の窒化によって、鋼材内の非結合窒素の向上した含有量のおかげで、その強度の増加だけではなく、向上した変形能が追加で観察できるということが比較実験によって確立できる。これは特にニスによって被覆された本発明により製造される包装鋼材において発見される。通常のニス被覆された包装鋼材においては、高強度での平鋼材製品の破断伸びの急激な低下が、被覆中の焼き付けに必要な熱処理後に観察される。この現象は本発明により製造される窒化された平鋼材製品では観察されない。この場合には、たとえ６５０ＭＰａを超える非常に高い強度であっても、被覆中の熱処理（焼付硬化）後には破断伸びの低下は観察されない。これは、２段階の窒化のために、非結合窒素の高い含有量が存在し、鋼材内の非常に均質な窒素分布が、存在する全ての転位をブロックし（阻止し）、自由窒素原子によってブロックされるこれらの転位は、印加される引張応力が限界値を超えて増加するとすぐに、平鋼材製品の変形中に多数急に消滅するという事実によって説明できよう。このため、変形によって窒素のブロックから解放される無数の転位は、変形能が向上するように鋼材内で移動する。
本発明によって製造される包装鋼材のこれら、および追加の利点は、添付の図面に関して説明される以下の実施例から明らかである。
本発明による方法の第１実施例において、２ｍｍから１５ｍｍの厚みと、４００ｐｐｍから１２００ｐｐｍの炭素含有量とを有する、連続鋳鋼で製造され、熱間圧延された鋼材製品が開始製品として使用される。鋼材の合金組成は包装鋼材の基準により規定されている限界値（例えば、ＡＳＴＭ基準Ａ６２３−１１「ブリキ製品の標準仕様」又は欧州基準ＥＮ１０２０２で定義）を適切に満たす。（最終製品を包装鋼材のための引用基準に合わせて製造するために）開始製品として使用される鋼材製品は好適には合金成分の重量分率の以下の上限値を有する。
Ｃ： 最大 ０．１２％
Ｍｎ： 最大 ０．４％
Ｓｉ： 最大 ０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｌ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｃｒ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｐ： 最大 ０．０３％、好適には０．０２％未満
Ｃｕ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｎｉ： 最大 ０．１５％、好適には０．０８％未満
Ｓｎ： 最大 ０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｓ： 最大 ０．０２％
Ｓ： 最大 ０．０３％、好適には０．０２％未満
Ｍｏ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｖ： 最大 ０．０４％
Ｔｉ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｎｂ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｂ： 最大０．００５％
その他の合金成分（不純物を含む）：最大 ０．０５％
残部： 鉄
Ｃ： 最大 ０．１２％
Ｍｎ： 最大 ０．４％
Ｓｉ： 最大 ０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｌ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｃｒ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｐ： 最大 ０．０３％、好適には０．０２％未満
Ｃｕ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｎｉ： 最大 ０．１５％、好適には０．０８％未満
Ｓｎ： 最大 ０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｓ： 最大 ０．０２％
Ｓ： 最大 ０．０３％、好適には０．０２％未満
Ｍｏ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｖ： 最大 ０．０４％
Ｔｉ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｎｂ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｂ： 最大０．００５％
その他の合金成分（不純物を含む）：最大 ０．０５％
残部： 鉄
そのような合金成分の鋼材製品が本発明の方法で冷間圧延され、まず５０％から９６％まで厚みを減少させて薄シート又は超薄シート（約０．１ｍｍから０．５ｍｍ）の最終厚みにされ、平鋼材製品（鋼板又は鋼ストリップ）に加工される。この鋼材製品は好適には鋼ストリップに圧延され、コイル状に巻き取られる。本発明によれば、その後に平鋼材製品はまず再結晶焼鈍のために焼鈍炉に導入され、１００ｐｐｍを超える、好適には２１０ｐｐｍを超える窒素濃度に窒化される。再結晶焼鈍の直後に、平鋼材製品は好適には少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度で本発明に従って室温まで冷却される。
鋼材製品の冷間圧延中に破壊された鋼材の結晶構造を復活させるため、冷間圧延された鋼ストリップは再結晶焼鈍されなければならない。これは本発明によって、焼鈍炉に冷間圧延された鋼ストリップを通過させることで実行され、その焼鈍炉は好適には連続焼鈍炉として設計されており、平鋼材製品は、鋼ストリップが２００ｍｍ／分を超える速度で通過するときにその内部に出現する。以下で鋼ストリップと称されるこの平鋼材製品は、焼鈍炉内で鋼材の再結晶点を超える温度に、およびＡｃｌ温度を超える温度で少なくとも短時間加熱される。鋼ストリップの窒化は、本発明による方法で再結晶焼鈍と同時に実行される。これはまた、窒素含有ガス、好適にはアンモニア（ＮＨ３）を焼鈍炉に導入し、それを鋼ストリップの表面に送ることによって実施される。焼鈍炉内に再結晶焼鈍と窒化の両方に最適な（温度）条件を創出するため、鋼ストリップには焼鈍炉内で焼鈍サイクル（時間で変動する鋼ストリップの温度傾向を伴う焼鈍プロセス）が施される。好適な焼鈍サイクルは以下で図３に関連して説明されている。
焼鈍炉を通過する鋼ストリップの温度（Ｔ）の時間プロフィール形態の好適焼鈍サイクルの第１実施例が図３（ａ）に示されている。鋼ストリップは最初に第１加熱ステップＩにおいて焼鈍炉内にて室温から保持温度（Ｔｈ）までこの焼鈍サイクルで加熱される。続いて第１加熱ステップでの鋼ストリップの加熱は、（比較的制限された）１５Ｋ／秒から２５Ｋ／秒、特に約２０Ｋ／秒の加熱速度で焼鈍炉内での熱放射によって実行される。保持温度（Ｔｈ）は好適には鋼材の再結晶温度をほんの少し超えた温度、好適には６００℃から６５０℃の範囲に存在する。鋼ストリップの温度は、保持温度（Ｔｈ）で保持された後に第１加熱ステップＩに続く保持ステップＩＩで、約６０秒から２００秒、好適には約８０秒から１５０秒、特には約１００秒から１１０秒である第１保持時間（ｔｈ１）の間保持される。鋼ストリップを窒化するために（すなわち、鋼材中の非結合窒素の濃度を、１００ｐｐｍを超える値、好適には２１０ｐｐｍを超える値にまで増加させるために）、保持ステップＩＩの間、鋼ストリップは窒化フェーズＡで、好適には全保持時間（ｔｈ１）に亘って窒素含有ガスに曝露される。第１保持時間（ｔｈ１）の終了後、鋼ストリップは、１００Ｋ／秒を超える加熱速度、好適には５００Ｋ／秒を超える加熱速度で、鋼材のＡｃｌ温度を超える温度にまで、特には７２５℃から８００℃の範囲の温度にまで、第２（短）加熱ステップＩＩＩで急速（好適には０．１秒から１０秒の間の短加熱時間内）に加熱される。第２加熱ステップＩＩＩは鋼ストリップの誘導加熱又は伝導加熱のために焼鈍炉内で実行される。この目的で、誘導加熱又は伝導加熱が焼鈍炉内に配置されており、その焼鈍炉を通って鋼ストリップが第２加熱ステップＩＩＩを通過する。短い第２保持ステップＩＶが第２加熱ステップＩＩＩに続き実行され、その第２保持ステップＩＶでは、鋼ストリップは誘導加熱又は伝導加熱を通過し、その温度は数秒（０．１秒と１０秒の間、特には約２秒）の（短）第２保持時間（ｔｈ２）の間、Ａｃｌ温度を超える温度に保持される。
焼鈍後に、鋼ストリップは焼鈍炉から取り出され、冷却ステップＶにおいて、焼鈍炉の外で、少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度にて室温まで冷却される。冷却ステップＶは、（短）第２保持時間（ｔｈ２）の後、すぐに実施される。冷却は、鋼ストリップの表面に向けられた冷却ガス流の手段によって、又は、鋼ストリップを冷却液内に、例えば、水槽内に導入することで実行できる。冷却液が使用される場合には、１０００Ｋ／秒を大きく超える範囲の高い冷却速度が達成できる。しかし、冷却液での鋼ストリップの急冷は設備の観点では困難性が高い。
Ａｃｌ温度（約７２３℃）を超える温度での、その少なくとも短時間の平鋼材製品の加熱により、図３（ａ）の焼鈍サイクル中に、鋼材が２相領域（α鉄およびγ鉄）に入ることが保証され、さらには、その後の（急速）冷却中の多相構造の形成も許容される。同時に、大きく低下した温度（６００℃から６５０℃の範囲）での第１保持ステップＩＩ中に、この焼鈍サイクルで窒化が実行でき、窒化の高効率と窒素含有ガスの低消費とが可能になる。
好適な焼鈍サイクルの２つの追加の実施例が図３（ｂ）と図３（ｃ）に示されている。これらの焼鈍サイクルにおいて鋼ストリップは、室温から保持温度（Ｔｈ）まで、まず（単）加熱ステップＩにて焼鈍炉内で加熱されるが、加熱ステップＩでは、保持温度（Ｔｈ）は図３（ａ）の第１実施例の場合とは異なり、鋼材のＡｃｌ温度を超えた温度に、好適には７４０℃から８００℃の温度範囲に存在する。第１（単）ステップＩでの鋼ストリップの加熱は、１５Ｋ／秒から２５Ｋ／秒、特に約２０Ｋ／秒の（比較的制限された）加熱速度で、加熱された焼鈍炉内で、熱放射によって再度実行される。鋼ストリップの温度は、（単）加熱ステップＩに続く保持ステップＩＩにおいて、約６０秒から２００秒、好適には８０秒から１５０秒の保持時間（ｔｈ１）の間、保持温度（Ｔｈ＞Ａｃｌ）で保持される。図３（ａ）の実施例のように、鋼ストリップはその後に冷却ステップＶにおいて、焼鈍炉内で、少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度で室温まで冷却される。冷却ステップＶは保持ステップＩＩの直後に実行される。
鋼ストリップは（単）加熱ステップＩ中に既に図３（ｂ）に示す焼鈍サイクルで窒素含有ガスに曝露されている。よって、この焼鈍サイクルの窒化フェーズＡは（単）加熱ステップＩの鋼ストリップの加熱と一致する。鋼ストリップを窒化するために、鋼ストリップは、好適には、少なくとも本質的には加熱ステップＩの全加熱時間に亘って窒素含有ガスに曝露される。
これとは対照的に、図３（ｃ）による焼鈍サイクルでの鋼ストリップは保持ステップＩＩの最中に窒素ガス含有ガスに曝露されるだけである。したがって、この焼鈍サイクルでの窒化フェーズＡは保持ステップＩＩと一致する。
窒素含有ガスでのガス処理（例えばＮＨ３処理）に続いて、冷却前に６００℃を超える温度で、好適には５秒を超える保持時間に亘って鋼ストリップを保持することが有利であることは実証されている。それによって、鋼ストリップの断面に亘る窒素分布の均質化を実行でき、鋼ストリップの改善された変形特性が提供される。特に、焼付硬化中の伸びの減少も回避できる。したがって図３（ａ）と図３（ｂ）による焼鈍サイクルが好適であり、図３（ｃ）の焼鈍サイクルでは窒化フェーズは保持時間の終了前に終了することが好ましい。
再結晶焼鈍と窒化とを実施する連続焼鈍炉の２つの実施例が図１と図２に概略的に図示されており、それらは冷却装置の設計（のみ）が互いに相違する。異なるゾーン（区画）が焼鈍炉内に入口Ｅと出口Ａとの間に形成されており、それらは、連続焼鈍炉を通る鋼ストリップＳの移動方向（図１では右から左の鋼ストリップの移動方向ｖ）に前後に配置されている。上述の焼鈍サイクルを通過するために、連続鋼ストリップＳは個々のゾーンの異なる温度に移動させられる。
図１と図２の実施例において、加熱ゾーン１は連続焼鈍炉の入口Ｅの後に続いており、加熱ゾーン１において鋼ストリップＳは、熱放射線（のみ）によって少なくとも前方領域にて、２５Ｋ／秒までの加熱速度で、選択された焼鈍サイクルに応じてＡｃｌ温度をわずかに下回る温度又はわずかに上回る温度に、特には６００℃から８００℃の範囲の温度に加熱される。加熱ゾーン１の後には保持ゾーン２が続き、保持ゾーン２において鋼ストリップＳの温度は保持温度（Ｔｈ）に維持されるが、保持温度（Ｔｈ）は選択される焼鈍サイクルによってＡｃｌ温度を下回るか又は上回る。
ガス処理ゾーン４が保持ゾーン２内に形成されており、ガス処理ゾーン４で連続鋼ストリップは窒素含有ガスに曝露される。ガス処理ゾーン４はスプレーノズルのいくつかのカスケード３を有しており、それらは鋼ストリップの移動方向において前後に配置されている。図１の実施例においては、スプレーノズルカスケード３は保持ゾーン２の領域に（のみ）配置されている。しかし、スプレーノズルカスケード３は、加熱ゾーン１の領域内にも配置が可能であり、その結果、ガス処理ゾーン４は加熱ゾーン１のみに延びるか又は加熱ゾーン１と保持ゾーン２とに亘って延びる。図３（ｂ）による焼鈍サイクルを実施するため、スプレーノズルカスケード３は好適には加熱ゾーン１内に配置される。図３（ａ）と図３（ｃ）で示す焼鈍サイクルの実施のため、スプレーノズルカスケード３は好適には保持ゾーン２内に配置される。図２（ａ）の焼鈍サイクルの実施のため、誘導加熱部又は伝導加熱部５が保持ゾーン２の下流区域に追加で配置される。
それぞれのスプレーノズルカスケード３は、鋼ストリップの走行方向を横断して互いに間隔を開けて配置されている複数のノズルを含む。それらノズルはガス供給ラインに接続されており、ガス供給ラインを介してノズルは窒素含有ガスに曝露される。アンモニアガスは鋼ストリップの窒化に特に好適であることが実証されている。ガス（アンモニアガス）はカスケード３のノズルを介して連続鋼ストリップＳの表面に適用され、そこでガスは鋼ストリップの表面付近の領域に浸透し、焼鈍炉の高温により鋼ストリップ内に均等に拡散する。よって一様に均質である窒素分布が鋼ストリップの厚みに亘って形成され、０．４ｍｍ未満の厚みの鋼板のシート厚に亘るその濃度分布は平均値から最大で±１０ｐｐｍだけ、通常はわずかに±５ｐｐｍだけ逸脱する程度である。
スプレーノズルカスケード３の好適なノズルのデザインは２０１４年４月３０日出願の独国特許願ＤＥ１０２０１４１０６１３５で説明されている。平鋼材製品の処理用のノズル装置はこの特許出願において説明されており、その特許出願において、ノズル装置は外側チューブとその内部に配置された内側チューブとを含んでおり、内側チューブはノズル装置を通流して外側チューブ内にガスを供給するための第１開口部を備えており、外側チューブにはガスを排出できる第２開口部が提供されている。内側チューブの第１開口部と外側チューブの第２開口部とは相互にオフセット状態で配置されている。よって平鋼材製品の表面への非常に均質なガス流の供給が可能になる。このタイプのノズル装置が本発明の方法で利用されると、連続焼鈍炉内での鋼ストリップの表面の窒素含有ガス（例えばアンモニア）による均質のガス処理が達成でき、鋼板内への窒素の均質な拡散が鋼ストリップの表面全体に亘って、特にその幅方向に亘って達成でき、窒素が格子間に追加される。
ノズルによる窒素含有ガスへの鋼ストリップの直接曝露（ガス処理）の方法は、２つの重要な利点を有する。まず、限定された窒素濃度（ＮＨ３濃度）だけが必要であり、窒素含有ガスの消費（例えば、ＮＨ３消費量）が抑えられる。次に、非常に短い曝露時間であるために窒化物層の形成は発生しない。
鋼ストリップＳの長さ方向における窒素が濃縮された表面層の非常に均質な形成も確実にするために、鋼ストリップＳが連続焼鈍炉のガス処理ゾーン４を通過している間、窒素含有雰囲気は可能な限り均質な窒素平衡濃度に維持されなければならない。このことを確実化するために、スプレーノズルカスケード３の区域内に形成される窒素濃度が記録される。アンモニアが窒素含有ガスとして使用されると、アンモニアの導入によって発生するアンモニア濃度がこの目的のためガス処理ゾーン４において測定される。この目的で、連続焼鈍炉外に設置された濃度センサーが利用されるが、それはレーザ分光センサーを利用することができる。ガス処理ゾーン内でガス雰囲気中のアンモニア濃度と窒素濃度とを決定するためにガス処理ゾーン４から採取されたガスサンプルが濃度センサーに供給される。カスケード３のノズルを介してガス処理ゾーン４に噴射（噴霧）される窒素含有ガス（アンモニア）の量を、規定された目標値で一定に維持するため、濃度センサーによって記録されたガス処理ゾーン４のガス雰囲気内の窒素濃度が制御装置に供給され、利用される。
アンモニアが窒素含有ガスとして使用されるときには、０．０５％から１．５％の範囲、好適には１％未満、特には０．２％未満のアンモニアの平衡濃度の目標値が特に好適であることが実証されている。アンモニアの平衡濃度は好適には０．１％から１．０％の範囲、特には０．１％から０．２％の間に存在する。焼鈍炉内のこれらの低いアンモニア又は窒素の濃度は、６００℃から６５０℃の範囲の温度での窒化中に所望量の窒素を平鋼材製品内に導入するのに十分である。図３（ｃ）の焼鈍サイクルでの窒化中で発生するような、それより高い温度、特に７００℃を超える温度では、所望量の窒化を達成するためには焼鈍炉内には１５重量％までのさらに高いアンモニア濃度が発生されなければならない。
鋼ストリップＳの表面上での酸化プロセスを回避するため、窒素含有ガス（アンモニア）に加えて不活性ガスが焼鈍炉のガス処理ゾーン４内に導入される。これは窒素ガス、及び／又は水素ガスでよい。約９５％の窒素ガスと約５％の水素ガスの混合物が好適に使用される。
第１冷却ゾーンが、鋼ストリップの走行方向ｖにおける保持ゾーン２の後ろに（およびオプションで、保持ゾーン２の端部に配置されている誘導加熱部又は伝導加熱部５の後ろに）設けられ、第１冷却ゾーンで連続鋼ストリップＳは少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度で急冷される。第１冷却ゾーン６は冷却装置７を含んでおり、冷却装置７は図１の実施例ではガス冷却装置７ａとして設計されており、ガス冷却装置７ａで鋼ストリップは冷却ガス流、特に不活性ガスに曝露される。図２の実施例では、冷却装置７は液体冷却装置として設計されており、液体冷却装置で鋼ストリップは冷却液、特には水槽７ｂ内に導入されることで急冷される。１００Ｋ／秒から１０００Ｋ／秒の範囲の冷却速度がガス冷却装置で達成できる。それより大幅に高い冷却速度（１０００Ｋ／秒を大幅に超える冷却速度）が液体冷却装置で達成可能である。焼鈍炉の不活性雰囲気中に配置された冷却装置７においては、鋼ストリップＳは室温を超える温度、例えば、１００℃程度の温度までまず急冷される。好適には第２冷却ゾーン８が第１冷却ゾーン６の下流に設けられ、第２冷却ゾーン８で連続鋼ストリップＳは、１０Ｋ／秒から２０Ｋ／秒の範囲の冷却速度で最終的に室温（２３℃）までゆっくりと冷却される。その後に鋼ストリップＳは出口Ａにて焼鈍炉から取り出される。鋼ストリップＳは入口Ｅと出口Ａの間で焼鈍炉の不活性雰囲気中に連続的に存在するため、再結晶焼鈍、窒化および冷却中に鋼ストリップＳの表面での酸化プロセスは起こり得ない。
冷却後、鋼ストリップＳは必要であれば、包装物の製造に必要な変形特性を鋼ストリップに付与するために調質（テンパー）圧延乾燥（再圧延）できる。調質圧延の程度は、包装鋼材の用途に応じて、０．４％から２％の間で変動する。必要であれば、鋼ストリップは、４３％までのさらなる厚み減少（二重で厚み減少された鋼ストリップ）を発生させるために調質圧延ウェットも可能である。さらなる強度の増加は調質圧延中に発生する。次に鋼ストリップＳはオプションで被覆装置に供給され、被覆装置で鋼ストリップの表面には、耐食性を増加させるために、例えば、電気分解的にスズ又はクロム／二酸化クロム被覆（ＥＣＣＳ）が提供されるか、ニス処理が施される。包装鋼材の表面の被覆中に、被覆された包装鋼材を加熱することによって、被覆の焼き付けが通常に実行され、その場合には、「焼付硬化」として知られるさらなる強度増加がこの焼き付けプロセスによって観察される。本発明の方法によって製造される包装鋼材は、従来知られた平鋼材製品よりも高い強度を有するのみならず、耐食性の観点からも向上した特性を有する。
本発明による焼鈍炉内での熱処理は、冷間圧延された平鋼材製品の鋼材中の多相構造の形成へと導く。よって、その構造組成はプロセスパラメータを介して制御できる。Ａｃｌ温度を超える温度での平鋼材製品（鋼ストリップＳ）の焼鈍と、それに続く１００Ｋ／秒から約１０００Ｋ／秒の範囲の冷却速度での急冷（クエンチ）中に、フェライトとトルースタイトとから成る多相構造（微細縞状パーライト）が形成される。一方、もし平鋼材製品がＡｃｌ温度を超えた温度で焼鈍され、それに続いて（例えば、冷却液内、特に図２で示すように水槽７ｂ内に導入することで）１０００Ｋ／秒を（大幅に）超える非常に高い冷却速度でクエンチされたら、フェライトとマルテンサイトとを有する構造が必須構造成分として形成され、それは車体設計から知られる二相構造にほぼ対応するものである。フェライトとトルースタイトとの多相構造と、フェライトとマルテンサイトとの多相構造の両方は、単相鋼材構造と比べて高い強度を特徴とする。したがって、一方で、窒化によって格子間に導入された非結合窒素の強度増強含有量によって、他方で、焼鈍炉内での熱処理中の多相構造の形成によって、本発明により製造される包装鋼材の高い強度が達成される。
６５０ＭＰａを超える非常に高い強度と同時に、５％を超える、特には７％から１５％の間の良好な破断伸び、および良好な変形特性を特徴とする窒化平鋼材製品が本発明の方法によって製造できる。本発明により製造された包装鋼材の強度値は、オプションで、適用された被覆層の焼成プロセスにおいてさらに増加し（焼付硬化によって降伏点は増大）、８５０ＭＰａまでの強度が達成できる。
冷間圧延鋼ストリップの圧延方向および圧延方向に対する横断方向の両方で、窒化によって増大した強度と破断伸びは鋼ストリップの断面に亘って非常に均質である。このことは、焼鈍フェーズでの窒化中の鋼材内への非結合窒素の非常に均質な導入により得られる。本発明により製造される平鋼材製品上の溶融物分析により、複数の超薄シート内の各場合において、平鋼材製品の厚みに亘る窒化によって導入される窒素濃度が、平均濃度から、最大でも±１０ｐｐｍ、大抵はわずかに±５ｐｐｍ程度である狭い範囲で逸脱するだけであることが示された。
窒化前後に本発明により製造される平鋼材製品の合金組成の好適な実施例が表に提供されており、そこの３欄と４欄は、規定された基準品質の対応する合金成分の最小重量分率と最大重量分率の目標値を示しており、５欄と６欄は窒化前（５欄）と窒化後（６欄）の鋼材組成の特定実施例の合金組成を示す。規定された基準品質の最大窒素含有量では、窒化前後の値は異なるであろう。そこでは窒化中に、（格子間に）導入された窒素含有量は、これら値（４欄、３行目）の相違から得られる。これら特定の実施例（５欄と６欄）では、窒化中に、（格子間に）導入される窒素含有量は５欄と６欄の３行目の値間の相違から得られる。
表１と表２の実施例から、本発明による方法の開始製品として使用される熱間圧延された鋼材製品は少量の窒素（窒化前の窒素含有量、表１と表２の３欄、３行目）を既に含有していることができる。対応する開始製品を製造するには次の方法が実行される（本発明の別実施例）。
窒化された鋼材溶融物が、転炉及び／又は続く取鍋処理においてまず発生され、１６０ｐｐｍまでの自由、非結合（すなわち鋼材内に溶存する）窒素の含有量を有する。製造された鋼材の合金組成は、本発明の方法による窒化によって超過が可能な窒素含有量の上限（ＥＮ１０２０２基準ではＮｍａｘ＝８０ｐｐｍであり、ＡＳＴ ＡＳＴＭ基準６２３ではＮｍａｘ＝２００ｐｐｍ）を除いて、好適には包装鋼材の基準（例えば、ＡＳＴＭ基準Ａ６２３−１１“ブリキ製品の標準仕様”又は欧州基準ＥＮ１０２０２で定義されているもの）によって規定されている制限値を満たす。よって製造された鋼材の炭素分率は好適には４００ｐｐｍから１２００ｐｐｍの範囲であり、特には６００ｐｐｍから９００ｐｐｍの間に存在する。
鋼材溶融物を製造するため、転炉はスクラップおよび粗鉄並びに酸素ガスおよび窒素ガスが吹き込まれた溶融物で満たされ、この場合には酸素ガス（Ｏ２）が上方から吹き込まれ、窒素ガス（Ｎ２）は下方から底部ノズルを利用して転炉内に吹き込まれる。このように鋼材溶融物内の７０ｐｐｍから１２０ｐｐｍの窒素含有量が確立されるが、この場合には飽和状態になる。鋼材溶融物の製造時に、溶融物の組成および特に窒素含有量が記録される。もし規定された分析が正しくなければ（もしリンの含有率が高すぎれば）酸素ガスが酸素ランスを通じて吹き込まれ、アルゴンガス（Ａｒ）が底部ノズルを通じて吹き込まれる。鋼材内には実質的に炭素（Ｃ）は存在しないので、過圧状態は形成されず、大気中の窒素が引き入れられて追加の窒化が進行可能である。
もし鋼材溶融物内に所望量の（溶存）窒素（通常は約１２０ｐｐｍで存在）が窒素ガスの吹き込みによっても未達成であるなら、転炉の中身出し（排出）中にカルシウムシアナミド（ＣａＣＮ２）が転炉から排出される鋼材流内に追加で導入できる。そのカルシウムシアナミドは粒状（５ｍｍから２０ｍｍ）の形態で加えられる。
続いて取鍋が第１のアルゴン掃気部に送られ、そこで、導入された耐熱ランスを利用して約３分間アルゴンによって掃気される。制御分析後に、必要であれば、第２のアルゴン掃気が約３分間実行される。続いてラドルは第３のアルゴン掃気部に送られる。これは鋳鋼前の最終段階を表す。もし窒素含有量が規定された目標範囲になければ、窒化マンガン（ＭｎＮ、例えば、鋼材シェル内のＭｎＮ粉末のワイヤ形態）を第３のアルゴン掃気中に加えることができる。欠損窒素量はＭｎＮの必要量（例えば、ＭｎＮワイヤの必要長）に転換され、溶融物に加えられる。このＭｎＮは規定された窒素目標含有量又は鋼材のＭｎＮ上限に到達するまで加えられる。
最後に、鋼材溶融物からスラブを鋳鋼するために、溶融物が分配トラフ内に導入される。次に、大気中の窒素の漏出および拡散のために窒素含有量は約１０ｐｐｍだけ上昇する可能性がある。約１６０ｐｐｍという鋳鋼鋼材スラブ内の溶存窒素量の上限は超えるべきでない。なぜなら、その上限よりも高い窒素含有量では、クラックやポアのようなスラブ内の欠陥が形成される可能性があるからであり、その結果、望まれない酸化が発生する。
鋼材溶融物からのスラブ鋳鋼物は熱間圧延され、室温にまで冷却される。製造されたホットストリップは１ｍｍから４ｍｍの範囲の厚みを有しており、オプションでコイル状に巻き取られる。通常の薄厚および超薄厚の平鋼材製品の形態の包装鋼材を製造するには、ホットストリップは冷間圧延されなければならず、そこで５０％から９０％を超える範囲の厚み減少が発生する。薄シートとは３ｍｍ未満の厚みを有したシートのことであり、超薄シートとは０．５ｍｍ未満の厚みを有したシートのことであると理解されている。冷間圧延の実施のために、オプションでコイル状に巻き取られたホットストリップがコイルから巻き戻され、ピックリングされ、冷間圧延装置、例えば冷間圧延トレインに導入される。既に１６０ｐｐｍまでの窒素濃度に窒化されている冷間圧延された平鋼材製品が、本発明の方法による続く処理のための開始製品として使用され、冷間圧延された平鋼材製品は焼鈍炉内で再結晶焼鈍され、同時に、その窒素含有量が１００ｐｐｍを超える値、好適には１５０ｐｐｍを超える値に増加されるようにさらに窒化される。
本発明による方法の開始製品として使用される熱間圧延された鋼材製品は少量の窒素を既に含有していることができる。対応する開始製品を製造するには次の方法が実行される（本発明の別実施例）。
Claims (19)
- 炭素含有量が４００ｐｐｍから１２００ｐｐｍの熱間圧延鋼材製品から窒化された包装鋼材を製造する方法において、
鋼材製品を平鋼材製品に冷間圧延する工程と、
前記冷間圧延された平鋼材製品を焼鈍炉内で、特に連続焼鈍炉内で再結晶焼鈍する工程であって、１００ｐｐｍを超える濃度に対応する量で非結合窒素を前記平鋼材製品内に導入するために、又は、１００ｐｐｍを超える濃度に前記平鋼材製品内の非結合窒素の量を増加させるために、窒素含有ガスを前記焼鈍炉内に導入して前記平鋼材製品に向ける工程と、
再結晶焼鈍の直後に、少なくとも１００Ｋ／秒の冷却速度で前記再結晶焼鈍された平鋼材製品を冷却する工程と、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 前記鋼材製品は、鋼材溶融物の窒化によって最大１６０ｐｐｍの窒素含有量にまで窒化された熱間圧延鋼材である、請求項１記載の方法。
- 前記鋼材溶融物の前記窒化は、窒素含有ガス及び／又は窒素含有固形物を前記鋼材溶融物内に導入することで実行され、特には、窒素ガス（Ｎ２）及び／又はカルシウムシアナミド（ＣａＣＮ２）及び／又は窒化マンガン（ＭｎＮ）を前記鋼材溶融物内に導入することで実行されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
- 前記冷間圧延された平鋼材製品の再結晶焼鈍中に、前記焼鈍炉内にアンモニアガス（ＮＨ３）が導入され、好適には少なくとも１つのスプレーノズルによって前記平鋼材製品に向けられることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
- アンモニアガス（ＮＨ３）を導入することによって、１５重量％未満、好適には０．０５重量％から１．５重量％の範囲の濃度のアンモニア平衡が前記焼鈍炉内に設定されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
- アンモニアガス（ＮＨ３）を導入することにより前記焼鈍炉内に設定されているアンモニア平衡濃度はアンモニアセンサーによって検出され、前記アンモニア平衡濃度の検出された測定値は、単位時間あたりに前記焼鈍炉内に導入されるアンモニアガス量を制御するために利用されることを特徴とする、請求項４又は５記載の方法。
- 前記焼鈍炉内での前記冷間圧延された平鋼材製品の窒化後の非結合窒素の量は、１００ｐｐｍから５００ｐｐｍであり、好適には１５０ｐｐｍを超え、特には２１０ｐｐｍから３５０ｐｐｍであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記平鋼材製品の厚みに亘る、前記窒化された平鋼材製品内の非結合窒素の濃度分布は、導入された平均濃度（量）の値から±１０ｐｐｍ未満で外れており、非結合窒素の前記平均濃度（量）は好適には１５０ｐｐｍを超え、特には２１０ｐｐｍと３５０ｐｐｍの間であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記冷間圧延された平鋼材製品の再結晶焼鈍は、前記平鋼材製品を、連続焼鈍炉を通過させることで実行され、前記連続焼鈍炉内において前記平鋼材製品はＡｃｌ温度を超える温度まで少なくとも短時間加熱されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記焼鈍炉内の前記冷間圧延された平鋼材製品は、第１の加熱工程でＡｃｌ温度未満の温度（Ｔｈ）、特に６００℃から６５０℃の範囲の温度である温度（Ｔｈ）までまず加熱され、その後の保持工程において、前記冷間圧延された平鋼材製品をこの保持温度（Ｔｈ）で窒素含有ガスを用いた窒化処理に曝露するため、前記冷間圧延された平鋼材製品は前記保持温度（Ｔｈ）に保持されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
- 前記焼鈍炉内の前記冷間圧延された平鋼材製品は、加熱工程でＡｃｌ温度を超える温度（Ｔｈ）、特に７４０℃から７６０℃の範囲の温度である保持温度（Ｔｈ）までまず加熱され、その後の保持工程においてこの保持温度（Ｔｈ）で保持され、前記冷間圧延された平鋼材製品は前記保持温度（Ｔｈ）において前記加熱工程中及び／又は前記保持工程中に前述の窒素含有ガスを用いた窒化処理に曝露されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
- 前記焼鈍炉内での窒化直後の前記冷間圧延された平鋼材製品は、第２の加熱工程でＡｃｌ温度を超える温度（Ｔｇ）、特に７４０℃≦Ｔｇ≦７６０℃である焼鈍温度（Ｔｇ）に加熱され、続いて１００Ｋ／秒を超える冷却速度で冷却されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
- 前記（第１の）加熱工程における前記冷間圧延された平鋼材製品は、１５Ｋ／秒から２５Ｋ／秒の加熱速度で、特に２０Ｋ／秒の加熱速度で常温から前記保持温度（Ｔｈ）に加熱されることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第２の加熱工程における前記冷間圧延された平鋼材製品は、前記保持温度（Ｔｈ）から前記焼鈍温度（Ｔｇ）に１００Ｋ／秒を超える加熱速度で加熱され、前記第２の加熱工程における加熱は、好適には１５０Ｋ／秒を超える加熱速度で実行され、特には５００Ｋ／秒から１５００Ｋ／秒の間の加熱速度で誘導加熱によって実行されることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
- 前記熱間圧延された鋼材製品の前記鋼材は、０．４重量％未満のマンガンと、０．０４重量％未満のケイ素と、０．１重量％未満のアルミニウムと、０．１重量％未満のクロムとを含有していることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
- 包装鋼材として使用される、特に請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法で製造された冷間圧延された平鋼材製品であって、０．０４重量％から０．１２重量％の炭素含有量と、０．０１重量％を超える、好適には０．０２１重量％を超える重量分率の非結合窒素と、重量分率が以下の上限値である合金成分を含んだ、冷間圧延された平鋼材製品：
Ｍｎ： 最大 ０．４％
Ｓｉ： 最大 ０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｌ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｃｒ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｐ： 最大 ０．０３％、好適には０．０２％未満
Ｃｕ： 最大 ０．１％、好適には０．０８％未満
Ｎｉ： 最大 ０．１５％、好適には０．０８％未満
Ｓｎ： 最大 ０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｓ： 最大 ０．０２％
Ｓ： 最大 ０．０３％、好適には０．０２％未満
Ｍｏ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｖ： 最大 ０．０４％
Ｔｉ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｎｂ： 最大 ０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｂ： 最大０．００５％
不純物を含むその他の合金成分：最大で０．０５％であり、
前記冷間圧延された平鋼材製品は、フェライトと、マルテンサイト、ベイナイト及び／又はトルースタイト、加えてオプションで残留オーステナイトの構造成分のうちの少なくとも１種と、を含んだ多相構造を有している。 - 引張強度は６５０ＭＰａを超え、特に７００ＭＰａから８５０ＭＰａの間であり、破断伸びは５％を超え、特に７％から１５％の間であることを特徴とする、請求項１６記載の平鋼材製品。
- 平鋼材製品、特に鋼ストリップ（Ｓ）の再結晶焼鈍と窒化のための装置であって、焼鈍炉、特に連続焼鈍炉を備え、前記平鋼材製品は前記焼鈍炉をストリップ走行方向（ｖ）に通過し、前記焼鈍炉内には、前記平鋼材製品を加熱する加熱ゾーン（１）と、加熱された前記平鋼材製品を保持温度（Ｔｈ）で保持する保持ゾーン（２）と、前記平鋼材製品を窒素含有ガスに曝露する少なくとも１つのノズル（３）を備えたガス処理ゾーン（４）とが設けられており、再結晶焼鈍され、窒化された前記平鋼材製品を冷却する冷却装置（７）が前記保持ゾーン（２）の後に続いている、装置。
- 前記ストリップ走行方向で見て、前記平鋼材製品は、２５Ｋ／秒までの加熱速度の熱放射によって前記加熱ゾーン（１）の少なくとも前方区域で加熱され、前記加熱ゾーン（１）又は保持ゾーン（２）の後方区域には誘導加熱部又は伝導加熱部（５）が設けられており、それらによって前記平鋼材製品は１５０Ｋ／秒を超える加熱速度での加熱が可能であることを特徴とする、請求項１８記載の装置。
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