JP2938292B2 - Continuous carburizing of metal strip - Google Patents

Continuous carburizing of metal strip

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JP2938292B2
JP2938292B2 JP34447792A JP34447792A JP2938292B2 JP 2938292 B2 JP2938292 B2 JP 2938292B2 JP 34447792 A JP34447792 A JP 34447792A JP 34447792 A JP34447792 A JP 34447792A JP 2938292 B2 JP2938292 B2 JP 2938292B2
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、浸炭帯の浸炭炉内に通
板される金属帯を連続ガス浸炭する場合に、該浸炭炉内
でスーティングが発生しない条件下で,金属板に所望さ
れる浸炭濃度分布等の仕様諸元から得られる浸炭量を達
成するための金属帯の連続浸炭方法に関するものであ
り、特に仕様諸元の異なる金属板間の非定常状態におけ
る材質不良の抑制又は低減が可能な連続浸炭方法に適
し、例えば所望される仕様諸元の異なる極低炭素鋼板を
も一連のストリップとなし、これを浸炭炉内に通板して
連続的にガス浸炭する場合に,各鋼板の仕様諸元から得
られる浸炭量を達成するための雰囲気ガス組成,組成ガ
ス濃度,浸炭温度,通板速度等の制御量を時系列的に制
御するのに適するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal strip which is passed through a carburizing zone in a carburizing furnace under continuous gas carburizing conditions, without causing sooting in the carburizing furnace. The present invention relates to a method for continuously carburizing a metal strip to achieve a carburized amount obtained from specifications such as a carburized concentration distribution to be performed. It is suitable for continuous carburizing method that can reduce the amount. For example, when a very low carbon steel sheet having different desired specifications is also formed into a series of strips, and the strip is passed through a carburizing furnace and continuously carburized, The present invention is suitable for controlling the control amounts of the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, the carburizing temperature, the sheet passing speed, and the like in order to achieve the carburizing amount obtained from the specifications of each steel sheet in a time-series manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば自動車産業のような金属二次加工
産業界では、加工対象金属板に対してより高い加工性と
強度との両立が要求されている。具体的に前記自動車産
業界では、昨今問題化されている地球環境問題から低燃
費化を追求するために車体を軽量化する必要から、プレ
ス加工焼付塗装鋼板等に対して従来の深絞り性を維持し
た上でより強度の高い薄鋼板が要求される。
2. Description of the Related Art In the metal secondary processing industry such as the automobile industry, for example, it is required that a metal plate to be processed has both higher workability and higher strength. Specifically, in the automobile industry, since it is necessary to reduce the weight of the vehicle body in order to pursue fuel efficiency due to global environmental issues that have recently become a problem, the conventional deep drawability for press-baked coated steel sheets and the like has been improved. A higher strength thin steel sheet is required after maintenance.

【0003】このような金属板の評価指標としては、例
えば延性,深絞り性,時効性,強度,二次加工脆性,焼
付硬化性,スポット溶接性等が考えられる。そこで、前
記の深絞り性を特に重要視して,この深絞り性をランク
フォード値(以下r値:金属板幅歪み/板厚歪み)で評
価した場合、鋼中の炭素(以下Cと記す)量を低減する
ことが最も有利であることは公知であり、加えてこの低
炭素化により延性(Elongation:El)や常温遅時効性
(Aging Index :AIは低い程良い)も向上する。とこ
ろが一方で、鋼中のC量が低下するに従ってその他の評
価指標は大方について劣化する。例えば、析出物が減少
して組織強度が低下するために引張強度(Tensile Stre
ngth:TS)が低下し、粒界強度が低下するために二次
加工脆性が劣化し、固溶C量が低下するために焼付硬化
性が劣化する。また、鋼中C量50ppm以下では,溶
接による加熱で粒成長速度が促進されて熱影響部(Heat
Affected Zone:HAZ)の粗粒化によってスポット溶
接性が劣化する。
[0003] As evaluation indices of such a metal plate, for example, ductility, deep drawability, aging, strength, secondary work brittleness, bake hardenability, spot weldability and the like can be considered. In view of this, the deep drawability is particularly important, and when this deep drawability is evaluated by a Rankford value (hereinafter, r value: metal sheet width distortion / sheet thickness distortion), carbon in steel (hereinafter, referred to as C) is used. It is known that it is most advantageous to reduce the amount. In addition, the reduction of carbon improves ductility (Elongation: El) and delayed aging at normal temperature (Aging Index: lower the AI, the better). However, on the other hand, as the C content in the steel decreases, other evaluation indices generally deteriorate. For example, the tensile strength (Tensile Stre
ngth: TS), the grain boundary strength is reduced, the brittleness in secondary processing is deteriorated, and the amount of solid solution C is reduced, and the bake hardenability is deteriorated. If the C content in steel is 50 ppm or less, the grain growth rate is accelerated by heating by welding, and the heat-affected zone (Heat
Affected Zone (HAZ) deteriorates spot weldability due to coarsening.

【0004】一方、前記金属二次加工産業界で使用され
るプレス加工塗装鋼板等では、プレス加工後に焼付塗装
を行う場合が多く、そのため,プレス加工時にはその成
形性を発揮し、焼付塗装時に焼付硬化性を発揮して強度
が向上する高焼付硬化型鋼板が要求される。勿論、プレ
ス加工時まではその成形性を維持できる常温遅時効性が
必要となるから、結果として使用される鋼板は常温遅時
効性を有する高焼付硬化型鋼板(低AI−高BH性鋼
板)を要求される。
On the other hand, in the case of press-coated steel sheets used in the secondary metalworking industry, baking coating is often performed after press working, so that the formability is exhibited during press working and baking is performed during baking coating. There is a demand for a high bake hardenable steel sheet which exhibits hardenability and improves strength. Of course, a normal temperature delayed aging property that can maintain the formability until the press working is required, and as a result, the steel sheet used is a high bake hardening type steel sheet having a normal temperature delayed aging property (low AI-high BH steel sheet). Is required.

【0005】そこで、図1に示すように極低炭素鋼から
なる金属帯を連続焼鈍処理によって再結晶焼鈍すること
により前記延性,深絞り性,時効性を得ながら、これに
続いて,連続浸炭処理によって表層部に固溶Cを存在さ
せることにより前記引張強度,二次加工脆性,BH性,
スポット溶接性を向上するために、本出願人は図2に示
すような特開平4−88126号公報に記載される連続
焼鈍浸炭設備を開発した。
Accordingly, as shown in FIG. 1, a metal strip made of ultra-low carbon steel is recrystallized and annealed by continuous annealing to obtain the above-mentioned ductility, deep drawability and aging property. The presence of solid solution C in the surface layer by the treatment results in the tensile strength, secondary work brittleness, BH property,
In order to improve the spot weldability, the present applicant has developed a continuous annealing carburizing facility described in JP-A-4-88126 as shown in FIG.

【0006】この連続焼鈍浸炭設備によれば、加熱帯2
又は均熱帯3で金属帯に対して所定の再結晶焼鈍を行っ
た後、鋼板温度,雰囲気諸元,搬送速度(在炉時間),
及び冷却条件を制御して浸炭処理を行うことにより、金
属帯の材質仕様を満足させながら表層浸炭深さと濃度分
布を所望の値とした金属帯を連続的に製造することを可
能とする。
According to the continuous annealing carburizing equipment, the heating zone 2
Alternatively, after performing a predetermined recrystallization annealing on the metal strip in the soaking zone 3, the temperature of the steel sheet, the specifications of the atmosphere, the transfer speed (furnace time),
By performing the carburizing process while controlling the cooling conditions, it is possible to continuously produce a metal strip having a desired surface carburization depth and concentration distribution while satisfying the material specifications of the metal strip.

【0007】また、本出願人は前記低AI−高BH性鋼
板として特願平4−95503号に記載される有用な鋼
板を開発し、提案した。この鋼板は所定量の所定元素を
含有する極低炭素鋼に対して適切な焼鈍処理及び浸炭処
理を施し、設定された表層部及び内層部の固溶C量又は
炭素濃度分布を得ることにより、前述のような低AI−
高BH性を発揮するものである。具体的には図3に示す
ように,鋼板内層部のC濃度は低いままに、表層部のC
濃度だけを大きく高める焼鈍処理及び浸炭処理を必要と
する。
Further, the present applicant has developed and proposed a useful steel plate described in Japanese Patent Application No. 4-95503 as the low AI-high BH steel plate. This steel sheet is subjected to an appropriate annealing treatment and carburizing treatment for a very low carbon steel containing a predetermined amount of a predetermined element to obtain a set solid solution C amount or carbon concentration distribution of a surface layer portion and an inner layer portion, Low AI-
It exhibits high BH properties. Specifically, as shown in FIG. 3, while the C concentration in the inner layer of the steel sheet is kept low, the C concentration in the surface layer is kept low.
It requires an annealing treatment and a carburizing treatment that greatly increase only the concentration.

【0008】ちなみに前記金属二次加工産業界で要求さ
れる浸炭薄鋼板には、前記低AI−高BH性鋼板の他
に,二次加工における破断脆性を良好にした二次加工脆
性向上鋼板や,優れた深絞り性と高強度を両立した深絞
り性高強度鋼板(ハイテン鋼)等がある。
[0008] Incidentally, the carburized thin steel sheet required in the metal secondary processing industry includes, in addition to the low AI-high BH property steel sheet, a secondary work brittleness improved steel sheet having improved fracture brittleness in secondary work. And high-strength steels (high-tensile steels) that have both excellent deep-drawability and high strength.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
に様々な仕様諸元が要求される種々の鋼板を,多種少量
生産する必要のある昨今では、これらの仕様諸元の異な
る鋼板を溶接等によって一連のストリップとなして処理
するため、このストリップを連続的に通板する間に,各
鋼板の仕様諸元を満足する浸炭条件を設定しなければな
らない。この浸炭条件には、例えば前記低AI−高BH
性鋼板に見られるように浸炭濃度分布を制御することを
含めて,様々な要因の設定が必要となる。この浸炭条件
の設定に必要な制御量,つまり前記浸炭濃度分布を始め
とする仕様諸元から得られる鋼板への浸炭量の制御量と
しては、浸炭温度,浸炭時間,雰囲気ガス組成,組成ガ
ス濃度が挙げられる。このうち,前記浸炭時間は炉内の
通板速度によって設定されるから、これらの制御量を応
答時間の短い順に列記すれば凡そ,通板速度,組成ガス
濃度,雰囲気ガス組成,浸炭温度の順になる。
In the meantime, as described above, it is necessary to produce various types of steel sheets requiring various specifications in small quantities in a small quantity. Therefore, carburizing conditions satisfying the specifications of each steel sheet must be set while continuously passing the strip. The carburizing conditions include, for example, the low AI-high BH
It is necessary to set various factors, including controlling the carburizing concentration distribution as seen in the heat-resistant steel sheet. The control amount necessary for setting the carburizing conditions, that is, the control amount of the carburizing amount to the steel sheet obtained from the specification data including the carburizing concentration distribution includes carburizing temperature, carburizing time, atmosphere gas composition, and composition gas concentration. Is mentioned. Of these, the carburizing time is set according to the passing speed in the furnace. Therefore, if these control amounts are listed in ascending order of the response time, the passing speed, the passing gas speed, the composition gas concentration, the atmosphere gas composition, and the carburizing temperature are in this order. Become.

【0010】前記仕様諸元の異なる鋼板の継ぎ目等,浸
炭量を変更すべき箇所では、先行される鋼板において安
定した浸炭量制御を行うための各制御量と、後行される
鋼板において安定した浸炭量制御を行うための各制御量
とが異なる場合がある。ここで、先行される鋼板の安定
した浸炭量制御の場を先の定常状態,後行される鋼板の
安定した浸炭量制御の場を次の定常状態と定義付けする
と、次の定常状態を満足するために、これらの各制御量
のうちのいずれか一つ又は二以上を,先の定常状態から
変更しなければならない場合が発生する。このように先
の定常状態から次の定常状態への移行期間を非定常状態
と定義付けする。
In the places where the carburizing amount is to be changed, such as seams of steel sheets having different specifications, there are various control amounts for performing stable carburizing amount control in the preceding steel sheet and stable control in the succeeding steel sheet. Each control amount for performing the carburizing amount control may be different. If the field of stable carburization control of the preceding steel sheet is defined as the previous steady state, and the field of stable carburization control of the succeeding steel sheet is defined as the next steady state, the following steady state is satisfied. Therefore, in some cases, one or more of these control amounts must be changed from the previous steady state. Thus, the transition period from the previous steady state to the next steady state is defined as an unsteady state.

【0011】しかしながら、従来の連続浸炭方法では,
この非定常状態における浸炭量制御の具体的手段が欠落
しているという問題がある。具体的にこの過渡期となる
非定常状態の浸炭条件では先の定常状態とも次の定常状
態とも異なるために、この非定常状態で鋼板をそのまま
通板したのでは,所望される仕様諸元と異なる浸炭量を
得た鋼板が製造されてしまい、仕様諸元から外れた材質
不良の箇所が発生する。この傾向は通板速度が大きく,
又は各制御量の変更幅が大きいほど顕著になる。特に、
応答時間の長い雰囲気組成や浸炭温度の制御変更量が大
きい場合には,大量の材質不良が発生することになる。
However, in the conventional continuous carburizing method,
There is a problem that specific means for carburizing amount control in the unsteady state is lacking. Specifically, under the unsteady state carburizing condition, which is the transitional period, since the former steady state and the next steady state are different, if the steel sheet is passed through the unsteady state as it is, the desired specification Steel sheets with different carburizing amounts are manufactured, and there are some defective materials out of specification. This tendency shows that the threading speed is high,
Or, it becomes remarkable as the change width of each control amount is large. Especially,
If the atmosphere composition with a long response time or the control change amount of the carburizing temperature is large, a large amount of material defects will occur.

【0012】ところで、前記浸炭条件の制御量のうち,
浸炭温度,雰囲気ガス組成,組成ガス濃度の間には以下
のような関係がある。浸炭温度の上昇に伴って,雰囲気
ガスから分離したCが金属帯表面においてFeと結合す
る反応速度が上昇し、金属帯表層部から内部に向けて拡
散する速度も上昇するために,全体的な浸炭速度は上昇
する。一方で、この浸炭温度を達成するための浸炭炉内
温度が低下すると遊離C,即ちスーティングの発生する
一酸化炭素(CO)濃度限界が下がり、テンパーカラー
等の原因となる露点による水素(H2 )濃度限界も降下
する。ここで、前記浸炭温度の設定条件について考察す
ると、材質条件から浸炭温度は再結晶温度以下が望まし
い。また、定められた有効浸炭炉長で大きな処理能力を
得るという条件下では,前記Feと遊離Cとの結合反応
速度及び固溶Cの内部拡散速度(以下,両者を同時に考
慮した場合の速度を浸炭速度と称し、その具体的な理由
については後述する)を大きくするためには、スーティ
ングの発生しない範囲内でCO濃度を高く設定し、同時
に浸炭速度そのものを大きくするために浸炭温度を高く
したい。
Incidentally, of the control amounts of the carburizing conditions,
The following relationship exists between the carburizing temperature, the atmosphere gas composition, and the composition gas concentration. As the carburizing temperature rises, the reaction rate at which C separated from the atmospheric gas combines with Fe on the surface of the metal strip increases, and the rate at which C diffuses inward from the surface layer of the metal strip also increases. Carburizing speed increases. On the other hand, when the temperature in the carburizing furnace for achieving this carburizing temperature is lowered, the concentration limit of free C, that is, carbon monoxide (CO) at which sooting occurs, is lowered, and hydrogen (H) due to a dew point causing temper color or the like is reduced. 2 ) The concentration limit also drops. Here, considering the setting conditions of the carburizing temperature, the carburizing temperature is desirably equal to or lower than the recrystallization temperature from the material conditions. Further, under the condition that a large processing capacity can be obtained with the determined effective carburizing furnace length, the bonding reaction rate of Fe and free C and the internal diffusion rate of solid solution C (hereinafter, the rate when both are considered simultaneously) In order to increase the carburization rate, the specific reason will be described later), set the CO concentration high within a range where sooting does not occur, and at the same time, increase the carburization temperature to increase the carburization rate itself. Want to.

【0013】このようにして浸炭温度がある程度規制さ
れると、前記スーティング限界や露点限界から雰囲気ガ
スの組成や組成ガス濃度の上限値が設定されるから、残
る浸炭量制御因子である浸炭時間,即ち在炉時間が設定
され、これにより浸炭炉内の通板速度が設定される。な
お、前記低AI−高BH鋼板に要求されるような浸炭濃
度分布を制御する場合には,固溶Cの取り込み量を規制
する金属帯表面の反応速度及び拡散速度に関与する浸炭
温度から、雰囲気組成,及び拡散時間に関与する浸炭時
間を求め、これに基づいて通板速度が設定されることも
ある。
When the carburizing temperature is regulated to some extent in this way, the upper limit of the composition of the atmosphere gas and the concentration of the composition gas is set from the sooting limit and the dew point limit. That is, the in-furnace time is set, and thereby, the passing speed in the carburizing furnace is set. When controlling the carburizing concentration distribution required for the low AI-high BH steel sheet, the carburizing temperature related to the reaction rate and the diffusion rate of the surface of the metal band that controls the amount of solid solution C taken into account is determined by: The carburizing time related to the atmosphere composition and the diffusion time is obtained, and the sheet passing speed may be set based on this.

【0014】こうしたスーティングの発生しない条件下
での浸炭条件の制御或いは設定については,前記定常状
態では行われつつあるが、前記非定常状態では普遍的に
設定されていないのが実状である。従って従来は前記材
質不良を低減するために、これに該当する箇所に通板材
と呼ばれる中間介装材を用いているが、処理能率の低下
は如何ともしがたく,また通板材のコストも小さくはな
いため、全体的な処理コストの増加原因となっている。
The control or setting of the carburizing conditions under conditions in which sooting does not occur is being performed in the steady state, but is not universally set in the unsteady state. Therefore, conventionally, in order to reduce the material defect, an intermediate interposition material called a threading material is used in a portion corresponding to the material defect. However, it is difficult to reduce the processing efficiency and the cost of the threading material is small. However, there is no increase in the overall processing cost.

【0015】また、このような連続焼鈍浸炭設備の諸条
件を設定する実際にあたり、以下に述べる問題が判明し
た。 (1)浸炭速度については葉らの報告(葉 煦雲,春山
志郎ら:日本金属学会誌49(1985)7,529 )によって,
図4に示すように金属表層部のC量がある程度高く且つ
浸炭時間が長い場合、浸炭の速度は表層部のC濃度が平
衡濃度(即ち平衡濃度である)に達した後、Cが金属組
織内に拡散していく速度に比例するため、通常,時間の
平方根に比例することになり、この時間浸炭利得域を拡
散律速域と称するが、一方、前記のように金属表層部の
C量が極めて低く且つ浸炭時間が極めて短い場合は、該
表層部のC濃度が平衡濃度に達しないため、浸炭の速度
は金属表層部と炭素とが直接的に反応する速度に比例す
ることになり、この時間浸炭利得域を表面反応律速域と
称することが知られている。
[0015] Further, in actually setting the conditions of such a continuous annealing carburizing facility, the following problems were found. (1) Regarding the carburizing rate, according to a report by Habara et al. (Hashun Yu, Haruyama Shiro et al: Journal of the Japan Institute of Metals 49 (1985) 7,529)
As shown in FIG. 4, when the amount of C in the metal surface layer is high to some extent and the carburizing time is long, the carburizing speed is such that after the C concentration in the surface layer reaches the equilibrium concentration (that is, the equilibrium concentration), C becomes the metal structure. In general, it is proportional to the square root of time, and this time carburizing gain region is called a diffusion controlled region. On the other hand, as described above, the C amount in the metal surface layer portion is reduced. When the carburizing time is extremely low and the carburizing time is extremely short, the C concentration in the surface layer does not reach the equilibrium concentration, so that the rate of carburizing is proportional to the rate at which the metal surface layer directly reacts with carbon. It is known that the time carburizing gain region is called a surface reaction rate-limiting region.

【0016】そこで、例えば前記の耐二次加工脆性の向
上を対象とする金属に要求される仕様から(特開平3−
199344号公報など)当該金属帯の浸炭条件を求め
ると、浸炭濃度も浸炭深さも極めて小さいため、この場
合には表面反応律速域での浸炭処理を行う必要があり、
金属帯表層部の鋼中の平衡炭素濃度を等しい状態にある
と考える,従来のCO/CO2 等の管理によるカーボン
ポテンシャル(Cポテンシャル)制御では、金属帯への
浸炭量を制御できないことが判明した。 (2)また一般に、浸炭条件における雰囲気ガス組成は
化学平衡により求めることができる。従来の解法では考
え得る反応を全て列挙し、これらの反応の平衡関係か
ら,非線形の連立方程式を解くことによってガスの組成
を得ている。しかし、気相系の反応式からは正確なすす
発生(スーティング)の限界を求めることが極めて困難
である。 (3)更に、前述した表面反応速度については先の葉ら
の報告があるが、この報告ではCOガスのみにおける浸
炭速度について論じられているだけで、これをそのま
ま,複雑な組成からなる連続浸炭操業の実際に展開する
ことはできない。
Therefore, for example, from the specifications required for a metal intended to improve the resistance to secondary working brittleness, see Japanese Unexamined Patent Publication No.
When carburizing conditions of the metal band are determined, since the carburizing concentration and the carburizing depth are extremely small, in this case, it is necessary to perform carburizing treatment in a surface reaction rate-controlling region,
Considering that the equilibrium carbon concentration in the steel in the metal layer surface layer is in the same state, it has been found that the carbon potential (C potential) control by conventional management of CO / CO 2 etc. cannot control the amount of carburization in the metal band. did. (2) In general, the atmosphere gas composition under carburizing conditions can be determined by chemical equilibrium. In the conventional solution method, all possible reactions are listed, and the gas composition is obtained by solving a non-linear simultaneous equation from the equilibrium relation of these reactions. However, it is extremely difficult to determine the exact limit of soot generation (suiting) from the reaction equation of the gas phase system. (3) In addition, there is a report from the above-mentioned Leaf et al. On the above-mentioned surface reaction rate, but this report only discusses the carburization rate of CO gas alone, and it is used as it is to continuously carburize a complex composition. You can't really deploy the operation.

【0017】本発明は斯かる諸問題に鑑みて開発された
ものであり、特に前記非定常状態の浸炭条件の設定制御
において、浸炭炉内のスーティングを発生しない条件下
で,浸炭濃度分布を含む前後の鋼板の仕様諸元から得ら
れる浸炭量を可能な限り満足して、材質不良箇所の長さ
若しくはそのための所要時間を短くし、全体的なコスト
の低廉化を可能とする金属帯の連続浸炭方法を提供する
ことを目的とするものである。
The present invention has been developed in view of the above problems, and in particular, in the setting control of the carburizing conditions in the unsteady state, the carburizing concentration distribution is controlled under conditions that do not cause sooting in the carburizing furnace. Metallic strips that satisfy the carburizing amount obtained from the specifications of the steel sheet before and after including as much as possible, shorten the length of the defective material area or the time required for it, and reduce the overall cost It is an object to provide a continuous carburizing method.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本件発明者等は前記諸問
題について鋭意検討を重ねた結果、以下の知見に基づい
て本発明を開発した。即ち、前記非定常状態にあっても
各鋼板への浸炭量を達成するために、応答時間の長い浸
炭温度や雰囲気ガス組成等の制御量を複合的に変更制御
する場合には、それらの変動を時系列的に捉えた上で,
より応答時間の短い制御量を変更制御しなければならな
い。従って、浸炭量の目標値から外れる材質不良箇所の
長さが最も短くなるように前記四つの制御量の制御の優
先順位と制御量とを設定することで,この非定常状態の
浸炭条件の設定制御を普遍的に可能とすることができ
る。具体的には,次の定常状態の浸炭温度を得るために
炉内温度を変更する場合、この設定炉内温度の変動の実
績に応じて雰囲気ガス組成又は組成ガス濃度,通板速度
の順に制御を行う必要がある。なお、この実績とは現在
の実績も,記憶された過去の実績も包含される。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies on the above problems and as a result, have developed the present invention based on the following findings. In other words, even in the unsteady state, in order to achieve the amount of carburization of each steel sheet, when the control amount such as the carburizing temperature or the atmosphere gas composition having a long response time is changed and controlled in a complex manner, the fluctuations thereof are Chronologically,
The control amount having a shorter response time must be changed and controlled. Therefore, by setting the priority order and the control amount of the control of the four control amounts so that the length of the material defect portion deviating from the target value of the carburization amount becomes the shortest, the setting of the carburizing condition in the unsteady state is performed. Control can be universally possible. Specifically, when the furnace temperature is changed to obtain the next steady-state carburizing temperature, control is performed in the order of the atmosphere gas composition or the composition gas concentration, and the passing speed according to the actual result of the set furnace temperature fluctuation. Need to do. The result includes the present result and the stored past results.

【0019】しかしながら、浸炭炉内の実際にあっては
前記スーティングの発生を防止することを考慮しなけれ
ばならない。スーティングの発生はそのまま鋼板の表面
性状の劣化に繋がり、材質不良箇所の長さ若しくはその
所要時間を短くする本発明の趣旨とは本来的に異なる。
そこで、浸炭温度を達成するための炉内温度,雰囲気ガ
ス組成,組成ガス濃度に前記のような関係があることを
考慮すると、雰囲気ガス組成,組成ガス濃度の変更は常
に炉内温度の実績を見ながら時系列的に制御を行う必要
がある。具体的には、次の定常状態までに浸炭温度を上
昇する必要がある場合には,その浸炭温度を得るための
炉内温度の上昇を先行し、この炉内温度の実績に応じ
て,スーティングの発生しない範囲内で雰囲気ガス組成
中の組成ガス濃度を設定しなければならない。逆に、次
の定常状態までに浸炭温度を下降する必要がある場合に
は,その浸炭温度を得るための炉内温度の下降に先行し
て雰囲気ガス組成中の組成ガス濃度を変更し、その組成
ガス濃度の実績に応じて同じくスーティングの発生しな
い範囲内で炉内温度を下降しなければならない。
However, in the actual case in a carburizing furnace, consideration must be given to preventing the occurrence of the sooting. The occurrence of sooting directly leads to the deterioration of the surface properties of the steel sheet, which is fundamentally different from the purpose of the present invention in which the length of a defective material portion or the required time is shortened.
Considering the above-mentioned relationship between the furnace temperature, the atmosphere gas composition, and the composition gas concentration for achieving the carburizing temperature, changes in the atmosphere gas composition and the composition gas concentration always reflect the actual results of the furnace temperature. It is necessary to perform control in chronological order while watching. Specifically, when it is necessary to increase the carburizing temperature by the next steady state, the furnace temperature must be raised before the carburizing temperature can be obtained. The composition gas concentration in the atmosphere gas composition must be set within a range in which no pitting occurs. Conversely, if it is necessary to lower the carburizing temperature by the next steady state, the composition gas concentration in the atmosphere gas composition should be changed prior to the decrease in the furnace temperature to obtain the carburizing temperature. The temperature in the furnace must be lowered within a range in which sooting does not occur according to the result of the composition gas concentration.

【0020】これらを総括して捉えると、応答時間の短
い通板速度の制御は実質的に鋼板に要求される浸炭量を
得るための最も制御し易い要素であるから、浸炭温度,
雰囲気ガス組成,組成ガス濃度等の雰囲気条件に応じて
通板速度を変更制御することで、確実に所望する浸炭量
を得ることができる。また、四つの制御量のうちで最も
応答時間の長い浸炭温度の変更制御が行われない場合に
は、雰囲気ガス組成又は組成ガス濃度の実績だけを見て
通板速度を変更制御すればよい。勿論、所望される浸炭
量を可能な限り達成するためには、逆に通板速度の変動
に合わせて各制御量を設定することもこの内容に包含さ
れる。
In summary, the control of the passing speed with a short response time is the most easily controllable element for obtaining the required amount of carburizing of the steel sheet.
By controlling the passing speed in accordance with the atmospheric conditions such as the atmospheric gas composition and the composition gas concentration, it is possible to reliably obtain a desired carburizing amount. When the change control of the carburizing temperature having the longest response time among the four control amounts is not performed, the change in the sheet passing speed may be performed only by looking at the actual result of the atmosphere gas composition or the composition gas concentration. Of course, in order to achieve the desired carburized amount as much as possible, conversely, setting each control amount in accordance with the variation of the passing speed is also included in the contents.

【0021】更に、前記のような連続焼鈍浸炭設備にお
いては、浸炭帯以外の設備や、操業条件によって一連に
通板される金属帯の通板速度が規制される場合がある。
このような場合の非定常状態の浸炭条件の設定制御にあ
っても対応できる浸炭方法でなければ、真に普遍的な浸
炭制御とは言えない。そこで、このような条件をも設定
条件の一つとしてロジックに組み込む必要がある。
Further, in the continuous annealing and carburizing equipment as described above, the passing speed of a metal strip which is continuously passed through may be regulated depending on equipment other than the carburizing zone and operating conditions.
Unless the carburizing method can cope with the setting control of the unsteady state carburizing condition in such a case, it cannot be said that it is truly universal carburizing control. Therefore, it is necessary to incorporate such a condition into the logic as one of the setting conditions.

【0022】また、前記定常状態,非定常状態を問わ
ず、前記スーティングの発生しない条件を設定するため
には以下のように考えを推し進めればよい。例えば金属
表層部への浸炭反応によって金属帯が雰囲気から持ち出
す元素に対して,原系が持ち込む元素の量が一定である
という物質収支の制約条件を考慮し、スーティングの発
生を抑止できる平衡状態を一酸化炭素濃度又は一酸化炭
素濃度及び水素濃度をパラメータとし且つ浸炭温度に関
する熱力学(雰囲気組成)モデル式化した。同時に,定
められた炉長で最大の処理能力を得るためには浸炭速度
を大きくすることが必要であるから、このスーティング
の発生しない範囲内で前記一酸化炭素濃度を大きくする
必要があり、このようにして一酸化炭素濃度を設定した
場合に,従来,普遍化されていない水素濃度の設定をこ
の一酸化炭素濃度を基準として行うこととした。具体的
には後述する表面反応律速域での浸炭反応を阻害しない
関係式に基づいて水素濃度を設定する。
In order to set conditions under which the sooting does not occur irrespective of the steady state or the unsteady state, the following idea may be pursued. For example, an equilibrium state in which the occurrence of sooting can be suppressed by taking into account the material balance constraint that the amount of the element brought in by the original system is constant for the element brought out of the atmosphere by the metal band due to the carburization reaction on the metal surface layer Was made into a thermodynamic (atmospheric composition) model formula relating to the carburizing temperature using the carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration as parameters. At the same time, it is necessary to increase the carburizing speed in order to obtain the maximum processing capacity with the specified furnace length, so it is necessary to increase the carbon monoxide concentration within a range where this sooting does not occur, In the case where the carbon monoxide concentration is set in this way, the setting of the hydrogen concentration, which has not been universalized, is conventionally performed based on the carbon monoxide concentration. Specifically, the hydrogen concentration is set based on a relational expression that does not inhibit the carburizing reaction in the surface reaction rate-determining region described later.

【0023】一方、前記定常状態及び非定常状態におけ
る,例えば前述のように金属表層部の炭素濃度が平衡濃
度に達する以前の表面反応律速域で,金属帯への浸炭量
を制御するためには、まず当該反応速度域における表面
反応速度を得、この反応速度を時間積分すればよいこと
に着目した。この時間,即ち浸炭時間は通板速度によっ
て決定される。そして、この表面反応速度を研究するう
ちに,金属帯と雰囲気ガスとの表面反応で考えられる浸
炭反応の式と脱酸素反応の式とに包含されるガスの組成
を制御することにより,反応速度を制御できることを見
出した。そしてこのガス組成に最も有効となるのは一酸
化炭素と水素であり、特に高温下で雰囲気ガスの供給/
排出流量の小さい場合には組成量は少ないが二酸化炭素
及びH2Oも、浸炭反応を阻害するといった意味で影響
があることを見出し、更にこれらの組成は,その分圧が
前記表面反応速度の制御因子であることを実験により証
明した。また、物質反応の温度に対する依存度を考慮
し、表面反応速度の係数に,温度という制御因子を介在
させることとした。
On the other hand, in order to control the amount of carburization in the metal zone in the above-mentioned steady state and unsteady state, for example, in the surface reaction rate-limiting region before the carbon concentration in the metal surface layer reaches the equilibrium concentration as described above, First, attention was paid to the fact that a surface reaction rate in the reaction rate range was obtained, and this reaction rate was to be integrated over time. This time, that is, the carburizing time is determined by the passing speed. Then, while studying this surface reaction rate, the reaction rate was controlled by controlling the gas composition included in the carburizing reaction equation and the deoxygenation reaction equation that can be considered in the surface reaction between the metal strip and the atmospheric gas. Can be controlled. The most effective components for this gas composition are carbon monoxide and hydrogen.
When the discharge flow rate is small, the composition amount is small, but it is found that carbon dioxide and H 2 O also have an effect in that the carburization reaction is inhibited. It was proved by experiment that it was a regulator. Considering the dependence of the material reaction on temperature, a control factor called temperature is interposed in the coefficient of the surface reaction rate.

【0024】また、定常,非定常状態で,前記低AI−
高BH鋼板のように金属帯の浸炭濃度分布が要求される
場合は、前記浸炭量一定の制約条件下で表面反応速度と
浸炭時間とを制御する。即ち,浸炭量=表面反応速度×
浸炭時間,である。この表面反応速度の制御因子には前
記浸炭雰囲気ガス組成,組成濃度,浸炭温度というパラ
メータが存在することは前述のとおりである。そこで具
体的に、例えば金属帯の表層部のC濃度を高くする(C
濃度勾配を急峻にする)場合には,浸炭時間を短くする
と共に表面反応速度を大きくし、表層部のC濃度を低く
する(C濃度勾配を緩やかにする)場合には,浸炭時間
を長くすると共に表面反応速度を小さくする。
In a steady or unsteady state, the low AI-
When the carburizing concentration distribution of the metal strip is required as in the case of a high-BH steel sheet, the surface reaction rate and the carburizing time are controlled under the above-mentioned constraint condition of the constant carburizing amount. That is, carburizing amount = surface reaction speed x
Carburizing time. As described above, parameters for controlling the surface reaction rate include the above-described parameters of the carburizing atmosphere gas composition, the composition concentration, and the carburizing temperature. Therefore, specifically, for example, the C concentration in the surface layer portion of the metal strip is increased (C
When the concentration gradient is steep), the carburizing time is shortened and the surface reaction rate is increased. When the C concentration in the surface layer is lowered (the C concentration gradient is moderated), the carburizing time is increased. At the same time, the surface reaction rate is reduced.

【0025】而して本発明のうち請求項1に係る金属帯
の連続浸炭方法は、所望される仕様諸元が異なる金属板
をも一連の金属帯となし、これを浸炭帯の浸炭炉内に連
続的に通板して連続ガス浸炭を施す金属帯の連続浸炭操
業にあって、金属板の継ぎ目や金属帯への浸炭量を変化
すべき箇所のように,先の金属板と次の金属板とで所望
される金属板の仕様諸元が異なる非定常状態の金属帯の
連続浸炭方法において、先の金属板における先の定常状
態から,次の金属板における次の定常状態に移行する,
非定常状態の間に、雰囲気ガス組成,組成ガス濃度,浸
炭温度,通板速度等の制御量のうち,いずれか一つ又は
二以上を、スーティングの発生しない条件下で,前記金
属板の異なる仕様諸元から得られる浸炭量を満足するよ
うに制御して非定常状態の浸炭量制御を行うことを特徴
とするものである。
According to the method for continuously carburizing a metal strip according to the first aspect of the present invention, a series of metal strips are formed from metal sheets having different desired specifications, and the metal sheet is formed in a carburizing furnace of the carburizing zone. In the continuous carburizing operation of a metal strip, which is continuously passed through a plate and subjected to continuous gas carburization, the seam of the metal strip and the carburization amount of the metal strip should be changed, and In a continuous carburizing method for a metal strip in an unsteady state in which the desired specifications of the metal sheet are different from those of the metal sheet, a transition is made from the previous steady state of the previous metal sheet to the next steady state of the next metal sheet. ,
During the unsteady state, one or more of the control amounts such as the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, the carburizing temperature, and the passing speed are controlled under the condition that the sooting does not occur. It is characterized in that the carburizing amount is controlled in an unsteady state by controlling so as to satisfy the carburizing amount obtained from different specification data.

【0026】本発明のうち請求項2に係る金属帯の連続
浸炭方法は、前記非定常状態の浸炭量制御を行うにあた
り、この非定常状態を挟んだ次の定常状態における各制
御量を設定し、この制御量を満足するために各制御量の
いずれか一つ又は二以上を先の定常状態から変更する場
合、前記スーティングの発生しない条件下で,変更され
る浸炭温度を得るための炉内温度の変動を考慮して前記
雰囲気ガス組成又は組成ガス濃度を設定することを特徴
とするものである。
In the method for continuously carburizing a metal strip according to a second aspect of the present invention, in performing the carburizing amount control in the unsteady state, each control amount in the next steady state sandwiching the unsteady state is set. When any one or more of the control variables are changed from the previous steady state to satisfy the control variable, a furnace for obtaining the changed carburizing temperature under the condition that the sooting does not occur. The method is characterized in that the atmosphere gas composition or the composition gas concentration is set in consideration of the fluctuation of the internal temperature.

【0027】本発明のうち請求項3に係る金属帯の連続
浸炭方法は、前記浸炭温度を上昇する場合には,炉内温
度の上昇を先行させて、その炉内温度の実績に応じて,
スーティングの発生しない範囲内で雰囲気ガス組成中の
一酸化炭素ガス濃度又は一酸化炭素ガス濃度及び水素ガ
ス濃度を増大させることを特徴とするものである。本発
明のうち請求項4に係る金属帯の連続浸炭方法は、前記
浸炭温度を下降する場合には,雰囲気ガス組成中の一酸
化炭素ガス濃度又は一酸化炭素ガス濃度及び水素ガス濃
度の減少を先行させて、その雰囲気ガス組成又は組成ガ
ス濃度の実績に応じて,スーティングの発生しない範囲
内で炉内温度を下降させることを特徴とするものであ
る。
In the method for continuously carburizing a metal strip according to a third aspect of the present invention, when the carburizing temperature is increased, the furnace temperature is preceded by an increase in the furnace temperature.
The present invention is characterized in that the concentration of carbon monoxide gas or the concentration of carbon monoxide gas and the concentration of hydrogen gas in the atmosphere gas composition are increased within a range where sooting does not occur. In the method for continuously carburizing a metal strip according to claim 4 of the present invention, when the carburizing temperature is decreased, the carbon monoxide gas concentration or the carbon monoxide gas concentration and the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas composition are reduced. Prior to this, the furnace temperature is lowered within a range in which sooting does not occur in accordance with the results of the atmospheric gas composition or the composition gas concentration.

【0028】本発明のうち請求項5に係る金属帯の連続
浸炭方法は、前記非定常状態の浸炭量制御を行うにあた
り、この非定常状態を挟んだ次の定常状態における各制
御量を設定し、この制御量を満足するために各制御量の
いずれか一つ又は二以上を先の定常状態から変更する場
合であって,前記浸炭温度を変更しない場合には、この
浸炭温度の条件下で炉内温度の実績に応じてスーティン
グの発生しない範囲内で雰囲気ガス組成又は組成ガス濃
度を変更することを特徴とするものである。
In the method for continuously carburizing a metal strip according to a fifth aspect of the present invention, in controlling the carburizing amount in the unsteady state, each control amount in the next steady state sandwiching the unsteady state is set. In the case where one or more of the control amounts are changed from the previous steady state in order to satisfy the control amount, and the carburizing temperature is not changed, under the condition of the carburizing temperature, The present invention is characterized in that the atmosphere gas composition or the composition gas concentration is changed within a range in which sooting does not occur according to the actual result of the furnace temperature.

【0029】本発明のうち請求項6に係る金属帯の連続
浸炭方法は、前記非定常状態の浸炭量制御を行うにあた
り、前記雰囲気ガス組成,組成ガス濃度,浸炭温度の各
制御量等が変更される場合も変更されない場合も、これ
らの制御量の実績に応じて,前記各金属板に所望される
浸炭量を満足するように通板速度を制御することを特徴
とするものである。
In the method for continuously carburizing a metal strip according to a sixth aspect of the present invention, in controlling the carburizing amount in the unsteady state, the control amounts of the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, the carburizing temperature and the like are changed. Regardless of whether the control is performed or not changed, the passing speed is controlled so as to satisfy the desired amount of carburization of each metal plate according to the results of these control amounts.

【0030】本発明のうち請求項7に係る金属帯の連続
浸炭方法は、前記金属帯の連続浸炭操業の実際により,
通板速度が規制される場合には、前記スーティングの発
生しない条件下で,前記各金属板に所望される浸炭量を
満足するようにその他の制御量を制御することを特徴と
するものである。
[0030] The method for continuous carburizing of a metal strip according to claim 7 of the present invention is based on the practice of the continuous carburizing operation of the metal strip.
In the case where the passing speed is regulated, other control amounts are controlled so as to satisfy the carburizing amount desired for each of the metal plates under the condition that the sooting does not occur. is there.

【0031】[0031]

【作用】本発明の金属帯の連続浸炭方法では、例えば以
下のようにして各鋼板における定常状態の浸炭条件の各
制御量を設定する。前記浸炭速度が金属帯表層部から内
部への拡散速度よりも大きい表面反応速度に従う反応速
度域を含めて、鋼板の仕様諸元から金属帯への浸炭量を
与条件として設定し、浸炭条件である再結晶温度以下で
浸炭反応を大きくするための浸炭温度を設定し、当該浸
炭温度における浸炭炉内のスーティング限界の基礎式又
はこの基礎式と浸炭反応を阻害しない関係式から雰囲気
ガス組成中の各組成ガス濃度,特に一酸化炭素濃度又は
一酸化炭素濃度及び水素濃度の制御量を算出し、これに
基づいて算出される一酸化炭素分圧又は一酸化炭素分圧
及び水素分圧の制御量と,当該浸炭温度の制御量に関す
る基礎式から算出される浸炭の反応速度に係る温度依存
係数とに基づいて単位時間当たりの浸炭速度を算出し、
前記浸炭量をこの浸炭速度で微分して浸炭時間を算出す
るか,或いは前記表面反応速度に応じて設定される前記
浸炭濃度分布を達成する浸炭時間を算出し、これらの浸
炭時間で有効浸炭炉長を除して浸炭炉内の通板速度を算
出する。
In the method for continuously carburizing a metal strip according to the present invention, for example, each control amount of the carburizing condition in a steady state in each steel sheet is set as follows. Including the reaction rate range according to the surface reaction rate where the carburizing rate is larger than the diffusion rate from the metal layer surface layer to the inside, the carburizing amount from the specification data of the steel sheet to the metal strip is set as a given condition, Set the carburizing temperature to increase the carburizing reaction below a certain recrystallization temperature, and determine the ambient gas composition from the basic formula of the sooting limit in the carburizing furnace at the carburizing temperature or the basic formula and the relational expression that does not inhibit the carburizing reaction. The control amount of each of the constituent gas concentrations, particularly the carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration, is calculated, and the carbon monoxide partial pressure or the carbon monoxide partial pressure and the hydrogen partial pressure calculated based on the calculated amounts are controlled. Calculating the carburizing rate per unit time based on the amount and the temperature-dependent coefficient relating to the carburizing reaction rate calculated from the basic formula relating to the control amount of the carburizing temperature,
The carburizing time is calculated by differentiating the carburizing amount with the carburizing speed, or the carburizing time for achieving the carburizing concentration distribution set according to the surface reaction speed is calculated, and the effective carburizing furnace is calculated based on the carburizing time. Calculate the passing speed in the carburizing furnace by dividing the length.

【0032】そして本発明では、このようにして設定さ
れた各鋼板の定常状態間の非定常状態で,前記雰囲気ガ
ス組成,組成ガス濃度,浸炭温度,通板速度の制御量の
うち,いずれか一つ又は二以上を、スーティングの発生
しない条件下で,前記金属板の異なる仕様諸元から得ら
れる浸炭量を満足するように制御する。この非定常状態
の浸炭量制御にあたり、制御応答時間の長い浸炭温度を
変更する場合には次の定常状態における浸炭温度を得る
ための炉内温度の変動を考慮して前記雰囲気ガス組成又
は組成ガス濃度を設定する。ここで具体的に,前記浸炭
温度を上昇する場合には,炉内温度の上昇を先行させ
て、その炉内温度の実績に応じて,前述したスーティン
グ限界の基礎式や関係式を用いて前記スーティングの発
生に大きく影響する雰囲気ガス組成中の一酸化炭素ガス
濃度又は一酸化炭素ガス濃度及び水素ガス濃度を増大さ
せる。一方、前記浸炭温度を下降する場合には,雰囲気
ガス組成中の一酸化炭素ガス濃度又は一酸化炭素ガス濃
度及び水素ガス濃度の減少を先行させて、その雰囲気ガ
ス組成又は組成ガス濃度の実績に応じて炉内温度を下降
させる。これにより、浸炭炉内のスーティングの発生を
未然に防止することを可能とする。
In the present invention, in the unsteady state between the steady state of each steel sheet set as described above, any one of the control amounts of the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, the carburizing temperature, and the sheet passing speed. One or more of them is controlled so as to satisfy the carburizing amount obtained from different specifications of the metal plate under the condition that the sooting does not occur. In controlling the carburizing amount in the unsteady state, when changing the carburizing temperature having a long control response time, the atmosphere gas composition or the composition gas in consideration of the fluctuation in the furnace temperature for obtaining the carburizing temperature in the next steady state. Set the density. Here, specifically, when raising the carburizing temperature, the rise in the furnace temperature is preceded, and the basic formula and the relational expression of the sooting limit described above are used according to the actual result of the furnace temperature. The concentration of carbon monoxide gas or the concentration of carbon monoxide gas and the concentration of hydrogen gas in the atmosphere gas composition which greatly affects the occurrence of sooting are increased. On the other hand, when the carburizing temperature is decreased, the carbon monoxide gas concentration or the carbon monoxide gas concentration and the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas composition are preceded by a decrease in the atmosphere gas composition or the composition gas concentration. The furnace temperature is lowered accordingly. This makes it possible to prevent sooting in the carburizing furnace from occurring.

【0033】一方、前記浸炭温度を変更しない場合に
は、この浸炭温度の条件下で炉内温度の実績に応じて,
前記スーティング限界の基礎式や関係式で設定されるス
ーティングの発生しない範囲内で雰囲気ガス組成又は組
成ガス濃度,具体的に雰囲気ガス組成中の前記一酸化炭
素ガス濃度又は一酸化炭素ガス濃度及び水素ガス濃度を
変更する。
On the other hand, when the carburizing temperature is not changed, under the condition of the carburizing temperature, depending on the actual result of the furnace temperature,
Atmosphere gas composition or composition gas concentration within a range where sooting does not occur, which is set by the basic formula or relational expression of the sooting limit, specifically the carbon monoxide gas concentration or carbon monoxide gas concentration in the atmosphere gas composition And the hydrogen gas concentration.

【0034】このようにして、前記雰囲気ガス組成,組
成ガス濃度,浸炭温度の各制御量が変更される場合も変
更されない場合も、これらの制御量の実績に応じて,各
制御量のうち最も応答時間の短い通板速度を制御するこ
とにより、前記各金属板に所望される浸炭量を可能な限
り達成することができる。なお、ここで言う実績とは、
検出される現在の実績も,記憶された過去の実績も採用
することが可能である。従って、現在の実績に応じたリ
アルタイムな非定常状態の浸炭条件の設定も、過去の実
績から算出した非定常状態の浸炭状態をフィードフォワ
ードに設定することも可能とする。
In this manner, regardless of whether or not each of the control amounts of the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, and the carburizing temperature is changed, the most control amount among the control amounts is determined according to the actual results of these control amounts. By controlling the passing speed with a short response time, the carburizing amount desired for each metal plate can be achieved as much as possible. In addition, the achievement referred to here is
It is possible to employ both the detected current results and the stored past results. Therefore, it is possible to set the carburizing condition in the non-stationary state in real time according to the present results, and to set the carburizing state in the unsteady state calculated from the past results to feed forward.

【0035】更に本発明の金属帯の連続浸炭方法では、
金属帯の連続浸炭操業の実際により,通板速度が規制さ
れる場合には、前記スーティングの発生しない条件下
で,非定常状態でも前記各金属板に所望される浸炭量を
満足するようにその他の制御量を制御する。具体的に、
規制される通板速度から浸炭時間が算出されるから、前
記と逆の手段によって浸炭温度,雰囲気ガス組成,組成
ガス濃度を設定することができる。
Further, in the method for continuously carburizing a metal strip according to the present invention,
In the case where the stripping speed is restricted by the practice of continuous carburizing operation of the metal strip, the carburizing amount desired for each of the metal sheets is satisfied even in an unsteady state under the condition that the sooting does not occur. Control other control amounts. Specifically,
Since the carburizing time is calculated from the regulated passing speed, the carburizing temperature, the atmosphere gas composition, and the composition gas concentration can be set by means reverse to the above.

【0036】ちなみに特に高温下で雰囲気ガスの供給・
排出流量が小さい場合にあっては、浸炭反応を阻害する
といった影響を考慮する意味で,例えば前記表面反応速
度の基礎式に二酸化炭素分圧及びH2 O分圧を加えるこ
とにより、CO2 ,H2 Oが存在する浸炭条件下での金
属帯の浸炭量を更に正確に制御することが可能となる。
By the way, supply of atmospheric gas especially under high temperature
When the discharge flow rate is small, for example, by adding the partial pressure of carbon dioxide and the partial pressure of H 2 O to the basic formula of the surface reaction rate, CO 2 , It is possible to more accurately control the amount of carburization of the metal band under carburizing conditions in which H 2 O is present.

【0037】[0037]

【実施例】図2は本発明の金属帯の連続浸炭方法を実施
化した極低炭素鋼からなるストリップの連続焼鈍浸炭設
備の一例を示すものである。同図において所望される仕
様諸元の異なる鋼板をも含む各極低炭素鋼板は、コイル
巻戻し機,溶接機,洗浄機等を有する図示しない入側設
備によって一連のストリップとなされ、このストリップ
Aは、前記入側設備から予熱帯1、加熱帯2、均熱帯
3、浸炭帯4、第1冷却帯5、第2冷却帯6、剪断機,
巻取り機等の図示しない出側設備の順に通板される。
FIG. 2 shows an example of a continuous annealing and carburizing apparatus for strip made of ultra-low carbon steel, which has been subjected to the method for continuous carburizing of a metal strip according to the present invention. Each ultra-low carbon steel sheet including a steel sheet having a different specification as desired in the drawing is formed into a series of strips by an unillustrated entry-side facility having a coil unwinder, a welding machine, a washing machine, and the like. Are pre-tropical zone 1, heating zone 2, level zone 3, carburizing zone 4, first cooling zone 5, second cooling zone 6, shearing machine,
The sheets are passed in the order of a delivery device (not shown) such as a winder.

【0038】前記加熱帯2は、入側設備から連続的に送
給されて予熱帯1で予熱されたストリップAを再結晶温
度以上まで加熱するものであり、具体的には炉内温度が
850〜1000℃でストリップAの温度が700〜9
50℃になるように当該ストリップを加熱する。そして
加熱されたストリップAは前記均熱帯3で必要な時間,
再結晶温度以上に保持されることにより、深絞り性に有
利な{1,1,1}集合組織を発達させることができ
る。
The heating zone 2 is for heating the strip A continuously fed from the inlet facility and preheated in the pre-tropical zone 1 to a temperature higher than the recrystallization temperature. ~ 1000 ° C and the temperature of strip A is 700-9
Heat the strip to 50 ° C. Then, the heated strip A is used for the time required in the solitary zone 3,
By maintaining the temperature at or above the recrystallization temperature, a {1,1,1} texture advantageous for deep drawability can be developed.

【0039】この加熱帯2及び均熱帯3内を,ハースロ
ールを介して上下に昇降しながら通板されるストリップ
の通板路近傍には多数のラジアントチューブが配設され
ており、このラジアントチューブに送給される燃料ガス
を燃焼させて炉内温度(炉温)を制御する。本実施例で
は、この燃料ガスの供給流量の設定は,通板されて炉か
ら熱量を運び出すストリップへの加熱量に排ガス損失熱
及び炉体放散熱等を加えた炉内の熱収支から求まる炉の
要求(必要)熱量と同等と見なされて、図示されないホ
ストコンピュータにより後述するライン全体の制御ロジ
ックに則って行われる。
A large number of radiant tubes are provided near the path of the strip that is passed through the heating zone 2 and the leveling zone 3 while moving up and down via hearth rolls. The temperature inside the furnace (furnace temperature) is controlled by burning the fuel gas supplied to the furnace. In the present embodiment, the setting of the supply flow rate of the fuel gas is determined by the heat balance in the furnace obtained by adding the heat loss to the strip and the heat dissipated in the furnace body to the amount of heat to the strip that passes through the plate and carries the heat from the furnace. Is determined to be equivalent to the required (required) heat quantity, and is performed by a host computer (not shown) in accordance with the control logic of the entire line described later.

【0040】前記浸炭帯4は、ストリップA表面の極薄
い部分(表層部)に固溶炭素(C)が存在する浸炭層を
形成するために、該浸炭帯4内の浸炭炉は図示されない
ホストコンピュータにより700〜950℃の炉内温度
に制御して,ストリップ温度(板温)が700℃以上,
好ましくは再結晶温度以下となるようにし、またストリ
ップが浸炭炉内を10〜120秒で通過するように通板
速度が制御される。ちなみに前記炉温制御は、浸炭量
(浸炭反応速度)をストリップの通板方向に対して一定
とし、材質上のバラツキを抑止するために行う。また、
既知のようにスーティング,即ち鋼板の表面に遊離炭素
[C]が付着すると、表面品質低下及び後工程の弊害要
因となる。同時に炉内の反応が所定の方向,例えば浸炭
反応方向に促進した結果,露点が上昇すると浸炭反応が
阻害されたり、ストリップ表面に酸化が生じてテンパー
カラーの原因となったりするため、炉内物性及び炉内温
度は後述する浸炭条件設定ロジックに基づいて重要に管
理されている。
The carburizing zone 4 is provided with a carburizing furnace (not shown) in the carburizing zone 4 in order to form a carburized layer in which the solute carbon (C) is present in an extremely thin portion (surface layer) of the surface of the strip A. The temperature in the furnace is controlled to 700 to 950 ° C by a computer, and the strip temperature (plate temperature) is 700 ° C or more.
The passing speed is controlled so that it is preferably below the recrystallization temperature and the strip passes through the carburizing furnace in 10 to 120 seconds. Incidentally, the furnace temperature control is performed in order to make the amount of carburizing (carburizing reaction speed) constant in the passing direction of the strip and to suppress the variation in the material. Also,
As is known, sooting, that is, free carbon [C] adhering to the surface of a steel sheet causes a deterioration in surface quality and a detrimental factor in a post-process. At the same time, the reaction in the furnace accelerates in a predetermined direction, for example, the direction of the carburizing reaction. As a result, if the dew point rises, the carburizing reaction is hindered, and oxidation occurs on the strip surface, causing a temper color. Further, the furnace temperature is controlled in an important manner based on a carburizing condition setting logic described later.

【0041】本発明では、この浸炭炉内の物性,浸炭温
度,通板速度即ち浸炭時間は、連続浸炭の実際における
制御対象物理量(制御量)と見なされ、前記ホストコン
ピュータにより、ストリップに形成されるべき要求され
る浸炭層の浸炭濃度分布,浸炭深さ等の仕様諸元から,
例えば必要な浸炭量を与条件として設定し、後述する予
め設定したこれら制御量に関する各種の基礎式を適宜取
捨選択して,当該浸炭量を実現するための各制御量を算
出し、その他の設備の能力やプロセスをも考慮して、そ
れらの制御量を設定するようにしてある。
In the present invention, the physical properties, the carburizing temperature, and the passing speed, that is, the carburizing time, in the carburizing furnace are regarded as physical quantities to be controlled (control quantities) in continuous carburizing, and are formed into strips by the host computer. From the required specifications such as the required carburized concentration distribution and carburized depth of the carburized layer,
For example, the necessary amount of carburizing is set as a given condition, various basic expressions relating to these control amounts which are set in advance, which will be described later, are appropriately selected, and each control amount for realizing the carburizing amount is calculated. These control amounts are set in consideration of the capacity and process of the system.

【0042】また、この実施例において浸炭炉内に供給
される浸炭ガスの組成,濃度及び供給・排出流量は、前
記ホストコンピュータが,後述する炉内の物質収支を考
慮して炉内の自由エネルギを最小とする雰囲気組成モデ
ル式に基づいて算出した,諸条件に従って制御されてい
る。この浸炭ガスの組成,濃度及び供給・排出流量は、
前記CO2 及び露点上昇を抑制して浸炭反応速度の低下
やテンパーカラーを防止するように制御される。
In this embodiment, the composition, concentration and supply / discharge flow rate of the carburizing gas supplied to the carburizing furnace are determined by the host computer by the free energy in the furnace in consideration of the material balance in the furnace described later. Is controlled according to various conditions calculated based on an atmosphere composition model formula that minimizes The composition, concentration and supply / discharge flow rate of this carburizing gas
The control is performed so as to suppress the rise of the CO 2 and the dew point to prevent the carburization reaction speed from decreasing and the temper color.

【0043】ちなみに浸炭炉内のストリップはハースロ
ール20を介して炉内を昇降しながら通板されている
が、これらのハースロール20はその回転性及びロール
クラウンを所定状態に保持するために,例えば軸受近傍
等が冷却されている。また、ロール自体の強度及び耐磨
耗性を維持するためにハースロールにはクロムCr合金
が使用されている。ところが、前記浸炭雰囲気ガスがハ
ースロール近傍まで及ぶと冷却されてスーティングが進
行するため、ハースロールにCが付着した後、ハースロ
ール内部にCが拡散する。このようになると前記Crと
Cが結合してCr炭化物が析出し、これによりハースロ
ールに用いられている耐熱合金の結晶粒が破壊され或い
は膨張し、一方で固溶Crが減少するため、ハースロー
ルが脆化,酸化されることにより孔状の腐食が進行す
る。このようにハースロールを浸炭雰囲気ガス中に曝す
と、本件発明者等の実験によれば2年以内でハースロー
ルを交換しなければならないことが判明している。そこ
で本実施例では、ハースロール室を非接触のシール装置
21によって浸炭雰囲気から分離してハースロールの劣
化を防止するようにし、また該ハースロール室内を前記
ハースロールの劣化が進行しない程度の微弱浸炭状態と
することによって、分離されたハースロール室内をスト
リップが通過する間に浸炭された表層部からCが放散す
る,所謂脱炭を防止することに成功した。なお、ストリ
ップがハースロール室を通過する時間が極めて短く,当
該時間に係る鋼板表層部からの脱炭が問題とならない場
合には、前記ハースロール室内を非浸炭雰囲気としても
よい。
Incidentally, the strip in the carburizing furnace is passed through the hearth roll 20 while moving up and down the furnace through the hearth roll 20, and these hearth rolls 20 are required to maintain the rotation property and the roll crown in a predetermined state. For example, the vicinity of the bearing is cooled. In order to maintain the strength and abrasion resistance of the roll itself, a chrome Cr alloy is used for the hearth roll. However, when the carburizing atmosphere gas reaches the vicinity of the hearth roll, cooling is performed and sooting proceeds, so that C adheres to the hearth roll and then diffuses into the hearth roll. When this occurs, the Cr and C are combined to precipitate Cr carbide, which breaks or expands the crystal grains of the heat-resistant alloy used for the hearth roll, while reducing the amount of solid-dissolved Cr. As the roll is embrittled and oxidized, corrosive corrosion proceeds. When the hearth roll is exposed to a carburizing atmosphere gas as described above, experiments performed by the present inventors have revealed that the hearth roll must be replaced within two years. Therefore, in the present embodiment, the hearth roll chamber is separated from the carburizing atmosphere by the non-contact sealing device 21 to prevent the deterioration of the hearth roll, and the hearth roll chamber is weakened to such an extent that the deterioration of the hearth roll does not progress. The carburized state succeeded in preventing so-called decarburization, in which C is radiated from the carburized surface layer while the strip passes through the separated hearth roll chamber. If the time for the strip to pass through the hearth roll chamber is extremely short, and there is no problem with decarburization from the surface layer of the steel sheet during the time, the hearth roll chamber may be in a non-carburized atmosphere.

【0044】前記シール装置21はここではその構造を
詳述しないが、例えばハースロール室と浸炭雰囲気室と
の間に介装されたシール層を3層構造とし、このうちハ
ースロール室側のシール層には前記弱浸炭雰囲気ガスを
噴出し、浸炭雰囲気室側のシール層には前記浸炭雰囲気
ガスを噴出し、中間のシール層からは排気を行うように
し、更に各雰囲気ガスの噴射方向及び噴射流量を制御し
て各雰囲気ガスの流れが前記中間のシール層側に向かう
ようにすると共に、ストリップの通板に伴う板層流によ
って発生する循環流をシール層のうちストリップの幅方
向端面に形成された排出口から排気する構成とした。
Although the structure of the sealing device 21 will not be described in detail here, for example, the sealing device 21 has a three-layer structure interposed between the hearth roll chamber and the carburizing atmosphere chamber. The carburizing atmosphere gas is blown out to the layer, the carburizing atmosphere gas is blown out to the seal layer on the carburizing atmosphere chamber side, and exhaust is performed from the intermediate sealing layer. The flow rate of each atmosphere gas is controlled so as to flow toward the intermediate seal layer side, and the circulating flow generated by the plate layer flow accompanying the passing of the strip is formed on the width direction end face of the strip in the seal layer. The exhaust port is configured to exhaust air.

【0045】この浸炭帯4から送出されたストリップA
は前記第1冷却帯5に送給される。この第1冷却帯5で
はストリップの表層部のうち表面の極薄い範囲にのみ固
溶Cを固定するため、浸炭後のストリップを、鋼板温度
が600℃以下,好ましくは500〜400℃程度にな
るまで20℃/sec.以上の冷却速度で急冷する。この第
1冷却帯5内ではこの冷却条件が達成できるように,前
記ホストコンピュータにより冷却帯内を搬送されるスト
リップに対して冷却ガスジェットから吹付けられる吹付
けられる冷却ガス流量,流速及び冷却ロールの温度,巻
付け角等が制御される。
Strip A delivered from carburized zone 4
Is supplied to the first cooling zone 5. In the first cooling zone 5, since the solid solution C is fixed only in a very thin area of the surface in the surface layer portion of the strip, the strip after carburizing has a steel sheet temperature of 600 ° C or less, preferably about 500 to 400 ° C. Rapid cooling at a cooling rate of 20 ° C./sec. In the first cooling zone 5, a flow rate, a flow rate and a cooling roll of a cooling gas blown from a cooling gas jet to a strip conveyed in the cooling zone by the host computer are set so as to achieve the cooling condition. Temperature, winding angle, etc. are controlled.

【0046】前記第1冷却帯5から送出されたストリッ
プAは次いで第2冷却帯6に送給される。この第2冷却
帯6では鋼板温度が250〜200℃程度までガス冷却
が行われる。このようにして最終的には表層部にのみ固
溶Cが存在する極低炭素のプレス成形用冷延鋼板を得る
ことができる。次に、本実施例の連続焼鈍浸炭設備にお
いて、前記ホストコンピュータで行われるトータルな連
続焼鈍浸炭制御の構成概念について説明する。なお、本
発明に係る浸炭制御の他に,他の熱処理帯で行われる板
温制御にも前述のような定常状態,非定常状態を含んだ
制御が必要であり、以下はそれらを包含した全ての場の
制御を可能とするロジックの構成概念の説明である。
The strip A sent from the first cooling zone 5 is then sent to the second cooling zone 6. In the second cooling zone 6, gas cooling is performed to a steel sheet temperature of about 250 to 200 ° C. Thus, finally, a cold-rolled steel sheet for press forming with extremely low carbon in which solid solution C exists only in the surface layer can be obtained. Next, in the continuous annealing and carburizing equipment of the present embodiment, a configuration concept of total continuous annealing and carburizing control performed by the host computer will be described. In addition to the carburizing control according to the present invention, the sheet temperature control performed in other heat treatment zones also needs control including the steady state and the unsteady state as described above. It is an explanation of a configuration concept of a logic that enables control of a field.

【0047】まず、前述したように浸炭帯における浸炭
制御では、鋼板中の浸炭濃度分布が要求される場合を含
めて,浸炭量は目標材質を得るための与条件として与え
られる。そして、材質条件から浸炭温度の上限は再結晶
温度以下に設定される。一方、定められた有効浸炭炉長
で最大の処理能力を得るためには前述した浸炭量=浸炭
反応速度×浸炭時間の原理に基づいて浸炭反応速度を大
きくする必要があり、この必要から浸炭反応速度に関与
する浸炭温度は高いほどよく、これは後述するスーティ
ングの発生を防止してCO濃度上限を高くすることにも
繋がる。
First, in the carburizing control in the carburizing zone as described above, the carburizing amount is given as a condition for obtaining the target material, including the case where the carburizing concentration distribution in the steel sheet is required. The upper limit of the carburizing temperature is set to be equal to or lower than the recrystallization temperature from the material conditions. On the other hand, in order to obtain the maximum treatment capacity with the specified effective carburizing furnace length, it is necessary to increase the carburizing reaction rate based on the principle of carburizing amount = carburizing reaction speed x carburizing time described above. The higher the carburizing temperature related to the speed, the better, which also prevents the occurrence of sooting described later and raises the upper limit of the CO concentration.

【0048】本実施例では前述したようにスーティング
の発生限界を物質収支を考慮した熱力学(雰囲気組成)
モデル式により得ることができるが、単にスーティング
の発生しない範囲からという条件だけでは,雰囲気組成
に関与するCO濃度及びH2濃度を設定するとことが困
難である。そのため、本実施例では前記浸炭反応速度を
阻害しない関係式を予め設定し、例えば前記スーティン
グの発生しない雰囲気組成モデル式によって得られたC
O濃度を基準として,この関係式を用いてH2濃度を算
出する。具体的には, H2 濃度=a×(CO濃度) 但し、 a:0≦a<5の範囲の定数 で表される。この定数aは、具体的には後述する表面反
応速度の基礎式で、反応を阻害するCO2 とH2 Oの生
成濃度を最小に抑える値に設定され、通常は0.5〜
1.0の範囲で設定することが多い。即ち、この関係式
を満足するときに,表面反応速度式に基づく浸炭反応速
度は最大となる。また、表面反応速度が設定されると所
望される浸炭濃度分布を達成するための浸炭時間が設定
される。即ち、表層部のC濃度だけを高めて内層部のC
濃度との勾配を急峻にする場合には、浸炭反応速度を大
きくして(浸炭力を高めて)浸炭時間を短くすればよ
い。逆に、鋼板のC濃度全体を高めて内層部と表層部と
のC濃度勾配を緩くする場合には、浸炭反応速度を小さ
くして(浸炭力を低めて)浸炭時間を長くすればよい。
これらの浸炭反応速度と浸炭時間の制御は、前述した浸
炭量一定の制約条件を満足する。
In this embodiment, as described above, the generation limit of sooting is determined by thermodynamics (atmospheric composition) in consideration of the material balance.
Although it can be obtained by a model formula, it is difficult to set the CO concentration and the H 2 concentration related to the atmosphere composition only under the condition that the sooting does not occur. Therefore, in the present embodiment, a relational expression that does not inhibit the carburization reaction rate is set in advance, and for example, C is obtained by the atmosphere composition model expression that does not cause sooting.
Based on the O concentration, the H 2 concentration is calculated using this relational expression. Specifically, H 2 concentration = a × (CO concentration) where a is a constant in the range of 0 ≦ a <5. The constant a is specifically set to a value that minimizes the concentration of generated CO 2 and H 2 O that hinder the reaction in a basic formula of the surface reaction rate described later, and is usually 0.5 to
It is often set in the range of 1.0. That is, when this relational expression is satisfied, the carburizing reaction rate based on the surface reaction rate equation becomes the maximum. When the surface reaction rate is set, a carburizing time for achieving a desired carburizing concentration distribution is set. That is, only the C concentration in the surface layer is increased to increase the C concentration in the inner layer.
When the gradient with the concentration is to be steep, the carburizing reaction speed may be increased (the carburizing force is increased) to shorten the carburizing time. Conversely, when increasing the entire C concentration of the steel sheet to reduce the C concentration gradient between the inner layer portion and the surface layer portion, the carburizing reaction speed may be reduced (the carburizing force is reduced) to increase the carburizing time.
The control of the carburizing reaction speed and the carburizing time satisfies the above-mentioned constraint condition of constant carburizing amount.

【0049】そして、前記加熱帯や均熱帯等の項でもふ
れたように各板温制御帯でも夫々の炉の能力計算やプロ
セス計算によって最適な通板速度が設定される。以上が
各熱処理帯における鋼板の定常状態の板温制御及び浸炭
制御の条件となる。一方、次の鋼板の定常状態に移行す
る非定常状態において,浸炭帯以外の熱処理帯(板温制
御帯)では,炉内温度の変動の実績に応じて通板速度を
設定しなければならない。更に浸炭帯では,炉内温度の
変動の実績に応じて雰囲気ガス組成又は組成ガス濃度か
ら設定される雰囲気組成を設定し、更にそれら全ての実
績に応じて浸炭量を可能な限り満足する通板速度を設定
しなければならない。この実績には,検出された現在の
実績も記憶された過去の実績も包含されるが、いずれに
しても,非定常状態で発生する材質不良の長さ或いはそ
の所要処理時間を最短とするために、浸炭制御並びに板
温制御を事前に設定するフィードフォワードの制御を行
わなければならない。これを本実施例では最適ループ計
算によって行う。
As described above in the heating zone and the soaking zone, the optimum sheet passing speed is set in each sheet temperature control zone by calculating the capacity and process of each furnace. The above are the conditions for the steady state sheet temperature control and carburizing control of the steel sheet in each heat treatment zone. On the other hand, in the unsteady state where the next steel sheet shifts to the steady state, in the heat treatment zone (sheet temperature control zone) other than the carburizing zone, the sheet passing speed must be set according to the results of the fluctuations in the furnace temperature. Furthermore, in the carburizing zone, the atmosphere gas composition or the atmosphere composition that is set from the composition gas concentration is set according to the actual results of fluctuations in the furnace temperature. Speed must be set. This performance includes the detected current performance and the stored past performance, but in any case, the length of the material defect occurring in the unsteady state or the required processing time is minimized. In addition, feedforward control in which carburization control and sheet temperature control are set in advance must be performed. This is performed by the optimum loop calculation in this embodiment.

【0050】次に、前記各板温制御帯の最大通板速度と
前記浸炭帯の最大通板速度を考慮した場合,ストリップ
が一連に通板される連続焼鈍浸炭設備では、いずれの通
板速度が設備全体の通板速度を律速するかを判断しなけ
ればならない。この場合には、鋼板のあらゆる仕様諸元
を考慮しなければならず、しかもその仕様諸元は絶対条
件として与えられる。
Next, in consideration of the maximum sheet passing speed of each of the sheet temperature control zones and the maximum sheet passing speed of the carburized zone, in the continuous annealing carburizing equipment in which the strips are successively passed, It is necessary to judge whether or not will control the passing speed of the entire equipment. In this case, all specifications of the steel sheet must be considered, and the specifications are given as absolute conditions.

【0051】以上から,前記浸炭帯で得られる最大通板
速度が、前記各板温制御帯で得られる各最大通板速度の
最小値よりも大きい場合には、各板温制御帯の最大通板
速度の最小値をライン通板速度として設定し、この通板
速度で前記浸炭量を満足する浸炭炉の雰囲気条件を再度
設定し直す必要がある。なお、この場合は浸炭時間が長
くなるから,浸炭量一定の制約条件下では浸炭反応速度
を低下させる方向,即ち雰囲気ガス中のCO濃度,H2
濃度を低下させる方向に設定し直すことになり、必然的
に前記スーティングを発生しない条件を満足することに
なる。
As described above, when the maximum passing speed obtained in the carburizing zone is larger than the minimum value of the maximum passing speed obtained in each of the temperature control zones, the maximum passing speed of each of the temperature control zones is obtained. It is necessary to set the minimum value of the sheet speed as the line passing speed, and to set again the atmospheric conditions of the carburizing furnace that satisfies the carburizing amount at the sheet passing speed. In this case, since the carburizing time becomes longer, the direction of decreasing the carburizing reaction rate under the condition of a constant carburizing amount, that is, the CO concentration in the atmosphere gas, the H 2
In this case, the density is set in a direction of lowering the density, and the condition for preventing sooting is necessarily satisfied.

【0052】逆に前記各板温制御帯で得られる各最大通
板速度の最小値が、前記浸炭帯で得られる最大通板速度
以上である場合には、浸炭帯の最大通板速度をライン通
板速度として設定し、この通板速度で各板温制御帯の板
温を満足するために炉温や燃料供給量を板温制御量とし
て設定し直す必要がある。これらの制御概念を具体化し
たのが前記ホストコンピュータで行われる図5に示すロ
ジックである。
Conversely, if the minimum value of the maximum passing speed obtained in each of the sheet temperature control zones is equal to or higher than the maximum passing speed obtained in the carburizing zone, the maximum passing speed of the carburizing zone is set to a line. In order to satisfy the plate temperature of each plate temperature control zone at this passing speed, it is necessary to reset the furnace temperature and the fuel supply amount as the plate temperature control amount. The logic shown in FIG. 5 executed by the host computer embodies these control concepts.

【0053】このロジックでは、まずステップS20で
浸炭帯,各板温制御帯を含む各炉の能力限界から各鋼板
の仕様諸元を満足するために必要な炉温の上限値が設定
される。次にステップS21に移行して、各板温制御帯
での板温制御量及び浸炭帯での浸炭制御量が設定され
る。具体的には例えば,前記加熱帯2,均熱帯3におい
て伝熱理論を基礎とした数式モデルに基づいて,前記ラ
ジアントチューブ,炉壁,ストリップ,ハースロール等
の間の伝熱係数を考慮したヒートバランスからプロセス
モデル式を設定し、このプロセスモデル式に基づいて目
標板温を満足する炉内温度,燃料ガス供給流量等を算出
してフィードバック制御を行うためのプロセスモデル計
算や、鋼板,即ちコイルの継ぎ目での板温変動を最小と
する燃料ガス供給流量の最適時系列を算出し、これに基
づいて対象コイル通板時にプリセットしてフィードフォ
ワード制御するための最適ルート計算を行い、これらに
基づいて各炉の最大通板速度を設定する。
In this logic, first, in step S20, the upper limit value of the furnace temperature necessary to satisfy the specifications of each steel sheet is set from the capacity limits of each furnace including the carburizing zone and each sheet temperature control zone. Next, the process proceeds to step S21, where the sheet temperature control amount in each sheet temperature control zone and the carburizing control amount in the carburizing zone are set. Specifically, for example, based on a mathematical model based on the theory of heat transfer in the heating zone 2 and the soaking zone 3, a heat transfer considering the heat transfer coefficient between the radiant tube, furnace wall, strip, hearth roll, and the like is considered. A process model formula is set from the balance, and a process model calculation for performing feedback control by calculating a furnace temperature, a fuel gas supply flow rate, etc. that satisfies a target plate temperature based on the process model formula, and a steel plate, that is, a coil. Calculate the optimal time series of the fuel gas supply flow rate that minimizes the plate temperature fluctuation at the seam of the seam, and based on this, perform the optimal route calculation for presetting and feeding forward control when passing the target coil, and based on these To set the maximum threading speed for each furnace.

【0054】一方、後段に詳述する浸炭帯4のスーティ
ング条件及び浸炭条件をモデル化した浸炭モデル式に基
づいて,定常状態のフィードバック制御を可能とするプ
ロセスモデル計算や非定常状態のフィードフォワード制
御を可能とする最適ルート計算を行い、これにより各鋼
板の仕様諸元から設定される目標浸炭量,若しくは当該
浸炭量を満足する浸炭濃度分布を得るために雰囲気組成
及び浸炭温度を求め、その条件下で浸炭帯内の最大通板
速度を設定する。
On the other hand, based on a carburizing model formula that models the sooting conditions and carburizing conditions of the carburizing zone 4 described in detail later, a process model calculation that enables feedback control in a steady state and feedforward in an unsteady state are performed. Calculate the optimum route that enables control, and calculate the atmosphere composition and carburizing temperature to obtain the target carburizing amount set from the specifications of each steel sheet or the carburizing concentration distribution that satisfies the carburizing amount. Set the maximum threading speed in the carburized zone under the conditions.

【0055】次にステップS23に移行して、浸炭炉を
含む各熱処理炉内のハースロールのヒートクラウンを板
温モデル等により予測計算し、ロールクラウンがストリ
ップの蛇行限界内になるような最大通板速度を算出する
サーマルクラウン計算を行う。これによりストリップの
蛇行を抑制した安定操業範囲での炉の最大処理能力を達
成することができる。
Next, the process proceeds to step S23, in which the heat crown of the hearth roll in each heat treatment furnace including the carburizing furnace is predicted and calculated by a sheet temperature model or the like, and the maximum crown is set so that the roll crown is within the meandering limit of the strip. A thermal crown calculation for calculating the plate speed is performed. This makes it possible to achieve the maximum throughput of the furnace in a stable operation range in which the meandering of the strip is suppressed.

【0056】次にステップS24に移行して、前記ステ
ップS22で設定された各炉内の最大通板速度を比較
し、前記各板温制御帯の最大通板速度の最小値が浸炭帯
の最大通板速度よりも小さい場合には当該板温制御帯の
最大通板速度の最小値を、浸炭帯の最大通板速度が各板
温制御帯の最大通板速度の最小値以下である場合には当
該浸炭帯の最大通板速度を,夫々ライン全体の通板速度
に設定する。
Next, the process proceeds to step S24, where the maximum sheet passing speed in each furnace set in step S22 is compared, and the minimum value of the maximum sheet passing speed of each sheet temperature control zone is set to the maximum value of the carburized zone. If it is smaller than the passing speed, the minimum value of the maximum passing speed of the sheet temperature control zone is used.If the maximum passing speed of the carburized zone is equal to or less than the minimum value of the maximum passing speed of each sheet temperature control zone. Sets the maximum threading speed of the carburized zone to the threading speed of the entire line, respectively.

【0057】次にステップS25に移行して、前記ステ
ップS24で設定されたライン全体の通板速度に基づい
て各熱処理炉の制御量を再度設定し直す,制御量再設定
計算を行う。ここで、前記浸炭帯で行われる浸炭制御に
ついて説明するにあたり、例えば前述した低AI−高B
H鋼板のようなプレス成形性に富み且つ強度を有する鋼
板を得るために要求されるストリップの仕様諸元に基づ
いて,本実施例における浸炭処理条件が従来の浸炭処理
条件に比してどのようなレベルにあるのか、そしてその
浸炭処理条件を満足するために必要な項目について説明
する。
Next, the process proceeds to step S25, in which a control amount resetting calculation for resetting the control amount of each heat treatment furnace based on the passing speed of the entire line set in step S24 is performed. Here, in describing the carburizing control performed in the carburizing zone, for example, the aforementioned low AI-high B
Based on the specifications of the strip required to obtain a steel sheet having high press formability and strength, such as H steel sheet, how carburizing conditions in the present embodiment are compared with conventional carburizing conditions What is the level and what items are needed to satisfy the carburizing conditions will be described.

【0058】従来の浸炭技術は、歯車,シャフト,ベア
リング等の所謂調質鋼からなる不連続物の耐磨耗性,耐
衝撃性向上等のために表面硬化を目的として行われる。
そのため、素材中のC量は0.05%以上で要求される
浸炭量は0.1%以上,浸炭深さは0.5〜1.5mm
以上であり、従って浸炭所要時間は1〜5時間にも及
ぶ。このような条件下では鋼板表層部のC濃度が時間に
対して平衡濃度に達しているから、図4に示すように浸
炭速度は鋼中への拡散速度に従う鋼中拡散律速域であ
り、その浸炭速度は時間の平方根に比例する。この浸炭
速度域では、鋼板表層部の鋼中平衡C濃度が,所定の値
となるように鋼中拡散速度が表面反応速度と等しくなる
ように雰囲気ガスのカーボンポテンシャル(Cポテンシ
ャル)を制御する必要があり、実際の操業管理指標とし
てはCO/CO2 の管理が重要になる。
The conventional carburizing technique is performed for the purpose of surface hardening for improving the wear resistance and impact resistance of discontinuous materials such as gears, shafts, bearings and the like made of so-called tempered steel.
Therefore, the C content in the material is 0.05% or more, the required carburizing amount is 0.1% or more, and the carburizing depth is 0.5 to 1.5 mm.
As described above, the required time for carburizing extends to 1 to 5 hours. Under such conditions, the C concentration in the surface layer of the steel sheet has reached an equilibrium concentration with respect to time. Therefore, as shown in FIG. 4, the carburization rate is a diffusion-limited region in the steel that follows the diffusion rate into the steel. The carburizing rate is proportional to the square root of time. In this carburizing speed range, it is necessary to control the carbon potential (C potential) of the atmosphere gas so that the diffusion rate in the steel is equal to the surface reaction rate so that the equilibrium C concentration in the steel at the surface layer of the steel sheet becomes a predetermined value. Therefore, CO / CO 2 management is important as an actual operation management index.

【0059】一方、本実施例のようなストリップの連続
浸炭においては、該ストリップが前記極低炭素鋼からな
る連続物であり、このストリップの表面特性を改善する
こと及び鋼板そのものの材質の向上を目的として行われ
る。そのため、例えば前記の耐二次加工脆性の向上を対
象とする金属に要求される仕様(特開平3−19934
4号公報など)から当該金属帯の浸炭条件を求めると、
本実施例では素材中のC量は20ppmで要求される浸
炭量は200ppm以下,浸炭深さは50〜200μm
であり、しかも通板速度に左右される浸炭時間は120
秒以下になる。このような条件下では鋼板表層部のC濃
度が時間に対して平衡濃度に達しないから、前出した葉
らの報告にあるように、図4に示すように浸炭速度は鋼
表面の反応速度に従う表面反応律速域であり、該浸炭速
度は時間そのものに比例する。この表面反応律速域では
浸炭量,浸炭深さ共に非平衡状態であるから、実際の操
業管理指標として従来のように単に鋼中表層部の平衡C
濃度となるようにCポテンシャル制御によってCO/C
2 を管理するだけでなく、炉内における多数の制御量
を考慮して,要求される鋼板の仕様諸元から決定される
浸炭量を得るように、浸炭条件を設定する必要がある。
以下、本実施例において浸炭量を制御するために前記ホ
ストコンピュータで処理されるロジックに則り,当該ロ
ジックを構築する基本的な原理について説明する。
On the other hand, in the continuous carburizing of the strip as in the present embodiment, the strip is a continuous body made of the ultra-low carbon steel, and the surface characteristics of the strip and the material of the steel plate itself are improved. Performed for purpose. For this reason, for example, specifications required for a metal intended to improve the resistance to secondary working embrittlement (Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-19934)
No. 4, etc.) to determine the carburizing conditions for the metal strip,
In this embodiment, the amount of C in the material is 20 ppm, the required amount of carburizing is 200 ppm or less, and the carburizing depth is 50 to 200 μm.
And the carburizing time is 120
Seconds or less. Under such conditions, the C concentration in the surface layer of the steel sheet does not reach the equilibrium concentration with respect to time. Therefore, as shown in the report of the above-mentioned leaves, the carburization rate is the reaction rate of the steel surface as shown in FIG. , And the carburizing rate is proportional to time itself. Since the carburization amount and the carburization depth are in non-equilibrium state in this surface reaction rate-controlling region, as an actual operation control index, the equilibrium C of the surface layer in the steel is simply used as in the past.
CO / C by C potential control so that the concentration becomes
In addition to controlling O 2 , it is necessary to set carburizing conditions in consideration of a large number of control amounts in the furnace so as to obtain a required carburizing amount determined from specifications of steel sheets.
Hereinafter, a basic principle of constructing the logic according to the logic processed by the host computer in order to control the carburizing amount in the present embodiment will be described.

【0060】まず、本発明に係る非定常状態の浸炭制御
をも含んで,前記表面反応律速域において雰囲気ガスの
組成を制御するにあたっては前述のようにスーティング
の発生を防止すると共に露点上昇を抑制する必要がある
が、これらの状態発生メカニズムについて以下のように
推論する。一般に、浸炭条件における雰囲気ガス組成は
化学平衡により求めることができる。従来の解法では考
え得る反応を全て列挙し、これらの反応の平衡関係か
ら,非線形の連立方程式を解くことによってガスの組成
を得ている。しかし、気相系の反応式だけからは正確な
すす発生(スーティング)の限界を求めることが極めて
困難である。
First, when controlling the composition of the atmosphere gas in the above-mentioned surface reaction rate-controlling region, including the carburizing control in the unsteady state according to the present invention, as described above, the occurrence of sooting is prevented and the dew point is raised. Although it is necessary to control, these state generation mechanisms are inferred as follows. Generally, the atmosphere gas composition under carburizing conditions can be determined by chemical equilibrium. In the conventional solution method, all possible reactions are listed, and the gas composition is obtained by solving a non-linear simultaneous equation from the equilibrium relation of these reactions. However, it is extremely difficult to determine the exact limit of soot generation (suiting) only from the reaction formula of the gas phase system.

【0061】そこで本実施例では以下のようにして熱力
学(雰囲気組成)モデル式を考え、スーティング発生を
防止する雰囲気ガス組成を求めた。等温,等圧の系の場
合、自然に起こる変化ではギブス自由エネルギーが減少
し、平衡状態において系のギブス自由エネルギーは最小
値をとる。従って、雰囲気ガスの平衡状態を求めるため
には,生成系の各成分ガス濃度を変数として得られる全
系のギブス自由エネルギーを目的関数とし、これを原系
が持ち込む元素成分が一定であるという物質収支の制約
条件下,具体的には炉内に供給される雰囲気ガス組成及
び供給量と浸炭によって金属帯に炉内から持ち出される
C量が一定という制約条件下で最小値となるように各成
分ガス濃度を求めればよい。この成分ガス濃度が与えら
れた炉温,炉圧における雰囲気ガスの平衡組成となり、
スーティングC量は以下に述べるロジック中で凝縮種の
一つとして表される。
Therefore, in the present embodiment, a thermodynamic (atmosphere composition) model formula was considered as follows, and an atmosphere gas composition for preventing occurrence of sooting was obtained. In the case of an isothermal and isobaric system, the Gibbs free energy decreases with a change that occurs spontaneously, and the Gibbs free energy of the system takes a minimum value in an equilibrium state. Therefore, in order to determine the equilibrium state of the atmosphere gas, the objective function is the Gibbs free energy of the entire system obtained using the concentration of each component gas in the production system as a variable, and this is a substance in which the elemental components brought into the original system are constant. Each component is set so that it becomes the minimum value under the constraint condition of the balance, specifically, under the constraint condition that the atmosphere gas composition and supply amount supplied into the furnace and the amount of C taken out of the furnace into the metal zone by carburization are constant. The gas concentration may be determined. This component gas concentration becomes the equilibrium composition of the atmospheric gas at the given furnace temperature and furnace pressure,
The sooting C amount is expressed as one of the condensed species in the logic described below.

【0062】雰囲気ガスの組成を算出するにあたり、二
つの仮定を設定する。その一つは、気体は理想気体とす
ること。もう一つは、遊離Cに代表される凝縮相は気体
と混合できないとすることである。この仮定の基にガス
種と凝縮種との全自由エネルギーF(X) は、i番目のガ
ス種の自由エネルギーfg i ,h番目の凝縮種の自由エ
ネルギーfc h に対して下記1式で与えられる。
In calculating the composition of the atmosphere gas, two assumptions are set. One is that the gas should be an ideal gas. Another is that the condensed phase represented by free C cannot be mixed with gas. Total free energy F (X) between the condensing species and gas species based on this assumption, i-th gas species in free energy f g i, the following equation (1) with respect to h-th condensed species of the free energy f c h Given by

【0063】 但し、n:ガス種の数,p:凝縮種の数を示す。[0063] Here, n: the number of gas species, p: the number of condensed species.

【0064】ここで、前記ガス生成物に関するi番目の
ガス種の自由エネルギーfg i は、i番目のガス種のモ
ルエネルギーCg i に対して当該ガス種のモル数がxg
i として下記2式〜4式で与えられる。 fg i =xg i (Cg i +ln(xg i /X)) ……… (2) Cg i =(F/(R・T))g i +lnP ……… (3) 一方、凝縮生成物については、前記仮定の基に圧力及び
混合の影響は除かれるので、h番目の凝縮種の自由エネ
ルギーfc h は、h番目の凝縮種のモルエネルギーCc
h に対して当該凝縮種のモル数がxc h として下記5
式,6式で与えられる。
Here, the free energy f g i of the i-th gas species with respect to the gas product is represented by the fact that the number of moles of the gas species is x g with respect to the molar energy C g i of the i-th gas species.
i is given by the following equations (2) to (4). f g i = x g i ( C g i + ln (x g i / X)) ......... (2) C g i = (F / (R · T)) g i + lnP ......... (3) On the other hand, the condensation product, since the influence of pressure and mixing is removed based on the assumption, h th free energy f c h condensation species, h th condensed species molar energy C c
The following number of moles of the condensing species as x c h against h 5
Equation 6 gives

【0065】 fc h =xc h ・Cc h ……… (5) Cc h =(F/(R・T))C h ……… (6) なお、前記3式,6式中の(F/(R・T))は下記7
式で定義される。 (F/(R・T))i =((F−H298)/T)i /R +ΔH0 f,298,i /RT ……… (7) 次にこの系における物質収支を考慮する。生成系の各成
分量は変化しても、各元素、即ち雰囲気ガス成分中の炭
素C,水素H,窒素N,酸素Oの原子単位で見れば夫々
の総量は一定となる。この物質収支式は下記8式で表さ
れる。
[0065] f c h = x c h · C c h ......... (5) C c h = (F / (R · T)) C h ......... (6) In addition, the three equations in equation (6) (F / (RT)) is the following 7
Defined by an expression. (F / (R · T)) i = ((F−H 298 ) / T) i / R + ΔH 0 f, 298, i / RT (7) Next, the material balance in this system is considered. Even if the amount of each component of the production system changes, the total amount of each element, that is, carbon C, hydrogen H, nitrogen N, and oxygen O in the atmospheric gas component is constant in terms of atomic units. This material balance equation is expressed by the following eight equations.

【0066】 但し、 j=1,2,………,m ag ij:i番目のガス種の分子に含まれるj番目の元素
の原子数 ac ij:i番目の凝縮種の分子に含まれるj番目の元素
の原子数 bj :系に存在するj番目の元素の量 m:系に存在する元素種の数 を示す。
[0066] However, j = 1,2, ........., m a g ij: i -th of j th element contained in the gas species of the molecule number of atoms a c ij: j-th included in the i-th condensed species of the molecule B j : amount of j-th element present in the system m: number of elemental species present in the system

【0067】ここで本実施例では、前記ホストコンピュ
ータ内に記憶させたプログラムにより、前記8式及び前
記1式から線形化した雰囲気組成モデル式を設定し、こ
の雰囲気組成モデル式から得られる解を収束して最適解
を得ることとした。次に実際の連続浸炭における雰囲気
ガス組成の必要条件について考慮するにあたり、炉内の
Cバランスを下記9式,10式で与えた。なお、10式
は鋼板の仕様諸元と表面反応速度によって算出される関
数である。
Here, in this embodiment, an atmosphere composition model equation linearized from the above equation 8 and the above equation 1 is set by a program stored in the host computer, and a solution obtained from this atmosphere composition model equation is set. We decided to converge and obtain the optimal solution. Next, in considering the necessary conditions of the atmosphere gas composition in actual continuous carburizing, the C balance in the furnace was given by the following formulas 9 and 10. Equation 10 is a function calculated based on the specifications of the steel sheet and the surface reaction rate.

【0068】 Wg I =Ws C +Wg O ……… (9) Ws C =ξ(V,t,w,LS) ………(10) 但し、 Wg I :炉内に入る雰囲気ガス中のC質量 Ws C :ストリップに持ち去られるC質量 Wg O :炉内から出る雰囲気ガス中のC質量 V:表面反応速度, t:浸炭時間, w:板幅 を示す。W g I = W s C + W g O (9) W s C = ξ (V, t, w, LS) (10) where W g I : atmosphere entering the furnace C mass in gas W s C : C mass taken off by strip W g O : C mass in atmospheric gas emitted from furnace V: Surface reaction rate, t: Carburizing time, w: Plate width.

【0069】このようにして、浸炭炉内の連続浸炭の実
際における物質収支を考慮した熱力学(雰囲気組成)モ
デル式に基づいて前記雰囲気諸元を算出することによ
り、確実にスーティングの発生を防止しながら、炉内の
物質収支を考慮しないで求めた雰囲気諸元に比して雰囲
気組成の浸炭力を高めることが可能となる。従って、例
えば雰囲気ガス中のCO濃度を高めて通板速度を上げる
といった実際の操業能力を向上することができる。
In this manner, the generation of the atmosphere is calculated based on the thermodynamic (atmosphere composition) model formula in consideration of the actual material balance of the continuous carburizing in the carburizing furnace, so that the sooting can be reliably generated. While preventing, the carburizing power of the atmosphere composition can be increased as compared with the atmosphere specifications obtained without considering the material balance in the furnace. Therefore, for example, it is possible to improve the actual operation capability such as increasing the CO concentration in the atmospheric gas to increase the sheet passing speed.

【0070】次に、本発明の非定常状態を含んで本実施
例の主幹部を構成する浸炭量制御の原理について説明す
る。雰囲気ガスにCOを用いた場合の表面反応は下記1
1〜13式のように考えられる。 CO⇔[C]+O ………(11) CO+O→CO2 ………(12) Fe+[C]→Fe−C(鋼中拡散) ………(13) 前述した葉らによれば鋼板表層部のC濃度が極めて低く
且つ浸炭時間が極めて短い場合には浸炭条件が平衡状態
に達せず、そのため13式の反応速度は12式の吸着酸
素の脱離反応よりも速いために、この反応が律速反応で
あると仮定し、この表面反応律速域における表面反応速
度Vを下記14式で表した。
Next, the principle of the carburizing amount control constituting the main part of the present embodiment including the unsteady state of the present invention will be described. The surface reaction when CO is used as the atmosphere gas is as follows.
Equations 1 to 13 can be considered. CO⇔ [C] + O (11) CO + O → CO 2 (12) Fe + [C] → Fe—C (diffusion in steel) (13) According to the above-mentioned leaves, the steel sheet surface layer When the C concentration in the part is extremely low and the carburizing time is extremely short, the carburizing condition does not reach an equilibrium state, and therefore the reaction rate of the equation (13) is faster than the desorption reaction of the adsorbed oxygen of the equation (12). Assuming that the reaction was rate-determining, the surface reaction rate V in this surface reaction-limiting region was expressed by the following equation (14).

【0071】 V=k・PCO(PCO/(PCO+(ac/K))) ………(14) 但し、k:反応速度定数,PCO:COガス分圧,ac:
炭素活量,K:平衡定数を示す。しかしながら、前記1
4式にはH2 の影響が考慮されていない。H2 に関する
反応式としては、前記12式で表される反応式に対して
下記15式で表される反応が考えられる。
V = k · PCO (PCO / (PCO + (ac / K))) (14) where k: reaction rate constant, PCO: partial pressure of CO gas, ac:
Carbon activity, K: indicates an equilibrium constant. However, said 1
Equation 4 does not take into account the effect of H 2 . As a reaction formula relating to H 2, a reaction represented by the following formula 15 with respect to the reaction formula represented by the above formula 12 can be considered.

【0072】 CO+H2 +2O→CO2 +H2 O ………(15) また、生成したCO2 に対して下記16式で表される反
応等が考えられる。 H2 +CO2 ⇔H2 O+CO ………(16) これらの反応式に基づき,H2 は浸炭反応を促進する効
果があり、CO2 ,H 2 Oは浸炭反応を阻害することが
わかる。そこで本実施例では表面反応速度Vを下記17
式で表した。
CO + HTwo+ 2O → COTwo+ HTwoO ............ (15) The generated COTwoTo the following 16
Equivalence is conceivable. HTwo+ COTwo⇔HTwoO + CO (16) Based on these reaction formulas,TwoPromotes carburizing reaction
Fruity, COTwo, H TwoO can inhibit carburization reaction
Recognize. Therefore, in this embodiment, the surface reaction rate V is
It was expressed by an equation.

【0073】 V=k1 ・f1 (PCO,PH2,θO )−k2 ・f2 (PCO2 ,PH2O ) ………(17) 但し、θO :吸着酸素の被覆率,k1 ,k2 :反応速度
定数を示し、反応速度定数k1 ,k2 は下記17’式で
設定することができる。
V = k 1 · f 1 (PCO, PH 2 , θ O ) −k 2 · f 2 (PCO 2 , PH 2 O) (17) where θ O is the coverage of adsorbed oxygen, k 1 , k 2 : reaction rate constants, and the reaction rate constants k 1 , k 2 can be set by the following equation 17 ′.

【0074】 ki =Ai ・exp ( −Ei /RT) ……… (17') 但し、Ai :頻度因子,Ei :活性化エネルギー,R:
気体定数,T:絶対温度を示す。なお、頻度因子Ai
活性化エネルギーEi ,気体定数Rはいずれも定数であ
るため、反応速度定数k1 ,k2 は種々の絶対温度Tの
条件下における実験値から算出した。
K i = A i · exp (−E i / RT) (17 ′) where A i is a frequency factor, E i is activation energy, and R is
Gas constant, T: indicates absolute temperature. Note that the frequency factors A i ,
Since both the activation energy E i and the gas constant R are constants, the reaction rate constants k 1 and k 2 were calculated from experimental values under various conditions of the absolute temperature T.

【0075】なお、本実施例においてCO濃度だけを考
慮すればよい場合,例えば雰囲気の供給ガス流量が多い
場合には、前記14式を表面反応速度式として使用して
もよい。次に固溶炭素の鋼中拡散について考察する。鋼
中へのCの拡散状態は下記18式で表される。
In this embodiment, when only the CO concentration needs to be considered, for example, when the flow rate of the supplied gas in the atmosphere is large, the above equation (14) may be used as the surface reaction rate equation. Next, the diffusion of solute carbon in steel is considered. The diffusion state of C into steel is expressed by the following equation (18).

【0076】 dC/dt=D・d2 C/dX2 ………(18) 但し、C:鋼中のC濃度,t:時間,D:拡散係数,
X:拡散距離を示す。なお、前記拡散係数Dは実測デー
タにより近似的に表示することとした。従って、前記1
7式及び18式により鋼板への浸炭量を算出することが
できる。
DC / dt = D · d 2 C / dX 2 (18) where C: C concentration in steel, t: time, D: diffusion coefficient,
X: Indicates the diffusion distance. In addition, the said diffusion coefficient D was decided to be displayed approximately by actual measurement data. Therefore, the above 1
The carburizing amount of the steel sheet can be calculated by the equations (7) and (18).

【0077】ここで、前述のように浸炭処理の操業条件
から通板速度を規制する場合、前記18式中の目標浸炭
時間tから有効浸炭炉長Lをこの浸炭時間tで微分した
値が通板速度LS となる。以上の演算を前記ホストコン
ピュータに予め記憶されたプログラムにより順次行っ
て、浸炭後の鋼板の仕様諸元で与えられるストリップへ
の浸炭量と,雰囲気ガス中のC減少量から算出されるス
トリップへの浸炭量とが一致する,浸炭条件を設定する
ためのロジックを図6のフローチャートに示す。
Here, in the case where the stripping speed is regulated based on the operation conditions of the carburizing treatment as described above, the value obtained by differentiating the effective carburizing furnace length L from the target carburizing time t in the equation (18) with the carburizing time t is obtained. The plate speed becomes L S. The above operations are sequentially performed by a program stored in the host computer in advance, and the amount of carburization into the strip given by the specification data of the steel sheet after carburization and the amount of carbon reduction in the strip calculated from the amount of C reduction in the atmosphere gas are calculated. FIG. 6 is a flowchart showing the logic for setting the carburizing conditions that match the carburizing amount.

【0078】まずステップS1では、浸炭後の鋼板仕様
諸元として与えられる条件設定から、雰囲気ガスの組
成,投入ガスの流量,浸炭温度及び通板速度,鋼板諸元
並びに鋼板の浸炭濃度分布から鋼板表面より指定深さX
1 のC濃度C1 等の条件を読込む。次にステップS2に
移行して、前記鋼板諸元及び鋼板仕様から鋼板への設定
浸炭量ΔCを算出する。
First, in step S1, the conditions of the steel sheet after carburizing are set, the composition of the atmosphere gas, the flow rate of the input gas, the carburizing temperature and the sheet passing speed, the steel sheet specifications, and the carburizing concentration distribution of the steel sheet are used. Designated depth X from surface
Reads one of the C concentration C 1, such as conditions of. Next, the process proceeds to step S2 to calculate a set carburizing amount ΔC for the steel sheet from the steel sheet specification and the steel sheet specification.

【0079】次にステップS3に移行して、前記ステッ
プS1で読込んだ雰囲気ガスの組成から前記雰囲気組成
モデル式を設定する。次にステップS4に移行して、前
記ステップS3で設定した雰囲気組成モデル式に従って
雰囲気ガスの各成分濃度を算出する。次にステップS5
に移行して、前記17式に基づいて鋼板の表面反応速度
を算出する。
Next, the process proceeds to step S3, where the atmosphere composition model formula is set from the composition of the atmosphere gas read in step S1. Next, the process proceeds to step S4 to calculate the concentration of each component of the atmosphere gas according to the atmosphere composition model formula set in step S3. Next, step S5
Then, the surface reaction rate of the steel sheet is calculated based on the above equation (17).

【0080】次にステップS6に移行して、前記18式
に基づいて鋼中への浸炭速度を算出し、鋼中へのC拡散
量を算出する。次に当該浸炭処理時間が経過した場合に
はステップS7に移行して、前記ステップS6で算出さ
れた単位時間及び単位面積当たりの鋼中への拡散C量を
処理時間及び鋼板総表面積で積分して鋼板への浸炭量Δ
C’を算出する。
Next, the process proceeds to step S6, in which the carburizing speed into the steel is calculated based on the above equation (18), and the amount of C diffusion into the steel is calculated. Next, when the carburizing process time has elapsed, the process proceeds to step S7, and the diffusion C amount into the steel per unit time and unit area calculated in step S6 is integrated with the process time and the total steel sheet surface area. Amount of carburizing into steel sheet Δ
C ′ is calculated.

【0081】次にステップS8に移行して、前記設定浸
炭量ΔCと浸炭量ΔC’との差の絶対値が所定値aより
小さいか否かを判定し、両者の差の絶対値が所定値aよ
り小さい場合にはステップS10に移行し、そうでない
場合にはステップS9に移行する。前記ステップS9で
は、前記浸炭量に基づいて設定浸炭量を下記20式に基
づいて補正し、前記ステップS3に移行する。
Next, the routine proceeds to step S8, where it is determined whether or not the absolute value of the difference between the set carburizing amount ΔC and the carburizing amount ΔC 'is smaller than a predetermined value a. If it is smaller than a, the process proceeds to step S10; otherwise, the process proceeds to step S9. In step S9, the set carburizing amount is corrected based on the carburizing amount based on the following equation (20), and the process proceeds to step S3.

【0082】 ΔC=ΔC+(ΔC’−ΔC)×b ………(20) 但し、b:定数を示す。前記ステップS10では、前記
目標浸炭量ΔC0 と設定浸炭量ΔCとの差の絶対値が所
定値dより小さいか否かを判定し、両者の差の絶対値が
所定値dより小さい場合にはステップS12に移行し、
そうでない場合にはステップS11に移行する。
ΔC = ΔC + (ΔC′−ΔC) × b (20) where b is a constant. In step S10, it is determined whether the absolute value of the difference between the target carburizing amount ΔC 0 and the set carburizing amount ΔC is smaller than a predetermined value d, and if the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value d. Move to step S12,
If not, the process proceeds to step S11.

【0083】前記ステップS11では、前記浸炭濃度分
布条件から設定される設定浸炭量を得るために雰囲気ガ
ス流量,雰囲気組成,通板速度,浸炭温度の各パラメー
タの何れか一つ以上を変更して,前記ステップS2に移
行する。前記ステップS12では、前記ステップS6で
設定された鋼中拡散モデルに従って鋼板表面より指定深
さX1 のC濃度C'1を算出する。
In step S11, at least one of the parameters of the atmosphere gas flow rate, the atmosphere composition, the passing speed, and the carburizing temperature is changed to obtain the set carburizing amount set from the carburizing concentration distribution condition. , The process proceeds to step S2. In the step S12, to calculate the C concentration C '1 of the specified depth X 1 from the surface of the steel sheet according to the steel in the diffusion model set in step S6.

【0084】次にステップS13に移行して、前記ステ
ップS1で読込んだ鋼板表面より指定深さX1 の設定C
濃度C1 と,前記ステップS12で算出した鋼板表面よ
り指定深さX1 のC濃度C'1との差の絶対値が所定値e
より小さいか否かを判定し、両者の差の絶対値が所定値
eより小さい場合にはステップS15に移行し、そうで
ない場合にはステップS14に移行する。
[0084] Next, the process proceeds to step S13, setting of the read elaborate designated by the steel sheet surface depth X 1 in the step S1 C
And concentration C 1, the absolute value is a predetermined value e of the difference between the C concentration C '1 of the specified depth X 1 from the calculated surface of the steel sheet in the step S12
It is determined whether the difference is smaller than the predetermined value e. If the absolute value of the difference is smaller than the predetermined value e, the process proceeds to step S15; otherwise, the process proceeds to step S14.

【0085】前記ステップS14では、前記浸炭濃度分
布条件から設定される設定浸炭量を得るために雰囲気組
成,通板速度,浸炭温度の各パラメータの何れか一つ以
上を変更して,前記ステップS2に移行する。前記ステ
ップS15では、上記演算の結果得られた雰囲気ガス成
分の濃度,全浸炭量,平均浸炭量,鋼板表面からの浸炭
分布,スーティングC量,通板速度等の演算結果を出力
してプログラムを終了する。
In step S14, at least one of the parameters of the atmosphere composition, the passing speed, and the carburizing temperature is changed in order to obtain the set carburizing amount set from the carburizing concentration distribution condition. Move to In step S15, the calculation results such as the concentration of the atmospheric gas components, the total carburization amount, the average carburization amount, the carburization distribution from the steel sheet surface, the sooting C amount, and the passing speed obtained as a result of the above calculation are output to the program. To end.

【0086】このプログラムによって算出された各浸炭
温度における物質収支を考慮して求めたスーティングの
発生限界を図7に実線で示す。同図において破線は露点
上限を示す。また一点鎖線は物質収支を考慮しないで求
めたスーティングの発生限界を示す。そして同図におい
て斜線を施した部分が実浸炭操業における操業範囲を表
す。
The sooting generation limit obtained by taking into account the material balance at each carburizing temperature calculated by this program is shown by a solid line in FIG. In the figure, the broken line indicates the upper limit of the dew point. The dashed line indicates the sooting limit determined without considering the material balance. In the same figure, the shaded portion represents the operation range in the actual carburizing operation.

【0087】同図から明らかなように物質収支を考慮し
て求めたスーティングの発生限界では、物質収支を考慮
しないで求めたスーティングの発生限界に比してCO濃
度もH2 濃度も高くなる。即ち、その分だけ浸炭速度も
向上する。一方、浸炭温度が高くなるほどスーティング
の発生限界に伴うCO濃度もH2 濃度も高くなる。この
ことは全体的な浸炭操業効率が温度にも依存することを
意味するから、逆に通板速度を速くする場合には材質の
許す範囲で炉内温度を高くする等の操業の余裕度が増す
ことになり、連続浸炭の実際における諸条件の設定範囲
がより広がることになる。勿論、炉内の物質収支を考慮
しないで求めたスーティングの発生限界に沿って操業範
囲を設定してもスーティングは発生しないが、その分だ
け操業の余裕度は減少し、諸条件の設定範囲は狭くな
る。
As is clear from the figure, in the sooting generation limit obtained in consideration of the material balance, both the CO concentration and the H 2 concentration are higher than the sooting generation limit obtained without considering the material balance. Become. That is, the carburizing speed is improved accordingly. On the other hand, as the carburizing temperature increases, both the CO concentration and the H 2 concentration accompanying the generation limit of sooting increase. This means that the overall carburizing operation efficiency also depends on the temperature, and conversely, when increasing the sheet passing speed, there is a margin of operation such as raising the furnace temperature as much as the material allows. As a result, the setting range of various conditions in the actual case of continuous carburization is further expanded. Of course, sooting does not occur even if the operating range is set along the sooting generation limit obtained without considering the material balance in the furnace, but the operating margin is reduced by that much, and various conditions are set. The range narrows.

【0088】また、このプログラムによって算出された
各浸炭条件,即ち前記各制御量を変化させた場合の浸炭
量と、実測された浸炭量との相関を図8に示す。同図か
ら明らかなように、浸炭量の計算値と実測値とは非常に
よく一致している。このことは、前記浸炭速度,即ち表
面反応速度の設定と、その温度依存係数の設定が正しい
ことを意味しており、表面反応速度の設定が正しい限
り、本発明の連続浸炭方法は浸炭速度が拡散速度よりも
大きい表面反応速度に従う領域での幅広い応用が可能で
あることを意味する。
FIG. 8 shows the correlation between each carburizing condition calculated by this program, that is, the carburizing amount when each of the control amounts is changed, and the actually measured carburizing amount. As is clear from the figure, the calculated value of the carburized amount and the measured value are in very good agreement. This means that the setting of the carburizing rate, that is, the setting of the surface reaction rate, and the setting of the temperature dependence coefficient thereof are correct. As long as the setting of the surface reaction rate is correct, the continuous carburizing method of the present invention reduces the carburizing rate. This means that a wide range of applications is possible in areas that follow a surface reaction rate greater than the diffusion rate.

【0089】次に、本プログラムによって算出される浸
炭制御の定常状態の具体的演算例について説明する。こ
こで例えば、ステップS1で読込まれた板厚諸元等の鋼
板諸元から,前記ステップS2で所定(目標)浸炭量が
設定される。また、前記ステップS1では鋼板の材質条
件より目標浸炭温度が設定された。更に、前記ステップ
S1で読込まれた通板速度で,前記有効浸炭炉長を除し
て浸炭時間が算出される。
Next, a specific calculation example of the steady state of the carburizing control calculated by this program will be described. Here, for example, a predetermined (target) carburizing amount is set in step S2 from the steel sheet specifications such as the thickness data read in step S1. In step S1, the target carburizing temperature was set based on the material conditions of the steel sheet. Further, the carburizing time is calculated by dividing the effective carburizing furnace length by the passing speed read in step S1.

【0090】次いで、前記ステップS3及びステップS
4でスーティングを防止する雰囲気ガス条件としてCO
濃度,H2 濃度の上限が設定される。これに対して前記
ステップS3〜S9のフローにおいて表面反応速度式,
鋼中拡散モデル式が設定され、これらの式から前記目標
浸炭量を達成するのに必要なCO濃度,H2 濃度,CO
2 濃度,H2 O濃度,浸炭時間が設定され、同時に前記
設定通板速度に対して,所望する浸炭時間を達成する通
板速度が新たに設定される。
Next, step S3 and step S3 are performed.
Atmospheric gas condition to prevent sooting in step 4
Concentration, the upper limit of the concentration of H 2 is set. On the other hand, in the flow of steps S3 to S9, the surface reaction rate equation,
Formulas for model of diffusion in steel are set, and from these formulas, CO concentration, H 2 concentration, CO concentration necessary to achieve the target carburization amount
2 Concentration, H 2 O concentration, and carburizing time are set, and at the same time, a passing speed that achieves a desired carburizing time is newly set with respect to the set passing speed.

【0091】従ってこのロジックでは、浸炭濃度分布が
要求されない場合は勿論,浸炭濃度分布が要求される場
合にも、鋼板の仕様諸元から与えられた浸炭量を満足し
ながら,スーティングを発生しない条件下で最大処理能
力を得るように前記各浸炭制御量が設定される。次に、
本発明の非定常状態の浸炭量制御を実行する本実施例の
浸炭条件設定の構成概念及びその具体的ロジックについ
て説明する。なお、説明に先立って,前記図6に示す浸
炭量制御ロジックは定常状態,非定常状態のいずれの場
合にも,スーティングの発生を防止して所望される浸炭
量を得ることの可能なものであるから、後述する非定常
状態の浸炭条件設定ロジックは場合によってこの浸炭量
制御ロジックの上位にもなり得るし,下位にもなり得
る。また、この実施例の非定常状態の浸炭条件設定ロジ
ックは,最終的に目標浸炭量を達成する通板速度を設定
するものであるが、このように設定した通板速度が果し
て前記各熱処理帯での板温制御を満足するものであると
は限らない。従って、この非定常状態の浸炭条件設定ロ
ジックは、前記図5のトータルライン制御ロジックのう
ち,ステップS21中の最適ルート計算の一部を構成す
ることもあるし、或いはこのトータルライン制御ロジッ
クの前提条件としてその上位に位置することもある。以
上の理由から、本実施例では,以下に述べる非定常状態
の浸炭条件設定ロジックを含む全てのロジックでループ
を組み、それらの全ての設定計算から最適解を得るよう
にしてある。
Therefore, according to this logic, not only when the carburizing concentration distribution is not required but also when the carburizing concentration distribution is required, soot is not generated while satisfying the carburizing amount given from the specification data of the steel sheet. Each of the carburizing control amounts is set so as to obtain the maximum processing capacity under the conditions. next,
The configuration concept of the carburizing condition setting of the present embodiment for executing the unsteady state carburizing amount control of the present invention and the specific logic thereof will be described. Prior to the description, the carburizing amount control logic shown in FIG. 6 is capable of preventing occurrence of sooting and obtaining a desired carburizing amount in both a steady state and an unsteady state. Therefore, the unsteady state carburizing condition setting logic described later can be higher or lower than the carburizing amount control logic depending on the case. The logic for setting the carburizing condition in the unsteady state in this embodiment is for setting the passing speed at which the target carburizing amount is finally attained. Is not always satisfied. Therefore, the unsteady state carburizing condition setting logic may constitute a part of the optimum route calculation in step S21 of the total line control logic of FIG. 5, or may be a premise of the total line control logic. It may be located at a higher level as a condition. For the above reasons, in the present embodiment, a loop is formed with all the logics including the unsteady-state carburizing condition setting logic described below, and an optimal solution is obtained from all the setting calculations.

【0092】前述したように、浸炭濃度分布を含む鋼板
の仕様諸元から得られる浸炭量の制御量として,応答時
間の短い順に列記すれば通板速度(浸炭時間),雰囲気
ガス組成又は組成ガス濃度から設定される雰囲気組成,
浸炭温度が挙げられる。前述のようにして得られた次の
鋼板の定常状態へ移行する非定常状態で,これらの制御
量が変動している状態で所望される浸炭量を達成するに
は、応答時間の短いものの順に制御するのが最も容易で
ある。
As described above, as control amounts of the carburizing amount obtained from the specification data of the steel sheet including the carburizing concentration distribution, the passing speed (carburizing time), the atmosphere gas composition or the composition gas is listed in ascending order of the response time. Atmosphere composition set from concentration,
Carburization temperature. In the unsteady state where the next steel sheet transitions to the steady state obtained as described above, in order to achieve the desired carburization amount with these control amounts fluctuating, it is necessary to reduce the response time in the order of shorter response time. Easiest to control.

【0093】しかしながら、前記非定常状態で,炉内の
スーティングの発生を防止するための制御量である浸炭
温度や雰囲気組成が変動している場合は、浸炭薄鋼板の
表面性状の劣化を防止するために,このスーティングを
発生しない条件を優先しなければならない。このように
浸炭温度や雰囲気組成が変動している場合にスーティン
グの発生しない条件下で所望する浸炭量を達成するため
には、現在・過去を含むそれらの制御量の実績に応じ
て,その他の制御量を設定する必要がある。
However, in the unsteady state, when the carburizing temperature and the atmosphere composition, which are the control amounts for preventing the occurrence of sooting in the furnace, fluctuate, the deterioration of the surface properties of the carburized thin steel sheet is prevented. Therefore, the condition that does not cause this sooting must be given priority. In order to achieve the desired amount of carburizing under conditions in which sooting does not occur when the carburizing temperature and the atmosphere composition fluctuate in this way, it is necessary to take into account the actual results of those controlled amounts, including the present and past, and Needs to be set.

【0094】ここで、このような非定常状態において
も,前記図6の浸炭量制御ロジックのうち,例えば前記
ステップS1で,浸炭温度を達成するために炉内温度を
制御しているコントローラから炉内温度の実績や,雰囲
気組成を制御しているコントローラから雰囲気組成の実
績を読込むようにして、当該浸炭量制御ロジックを所定
の時間間隔で時々刻々行うことにより、例えば通板速度
のみを変更する場合や,炉内温度一定の条件下で雰囲気
組成及び通板速度を変更する場合にも、必ずスーティン
グの発生しない条件下で,所望する浸炭量を可能な限り
達成することができる。
Here, even in such an unsteady state, in the carburizing amount control logic shown in FIG. 6, for example, in step S1, the controller controlling the furnace temperature in order to attain the carburizing temperature changes from the furnace. By reading the results of the internal temperature and the results of the atmosphere composition from the controller that controls the atmosphere composition, and performing the carburizing amount control logic from time to time at predetermined time intervals, for example, when only the passing speed is changed, Even when the atmosphere composition and the sheet passing speed are changed under the condition that the furnace temperature is constant, the desired carburized amount can be achieved as much as possible under conditions where sooting does not occur.

【0095】しかし、非定常状態を通して浸炭温度を変
更するために炉内温度が変動している場合には、前記ス
ーティングの発生しない条件から制御の優先順位が変動
する。即ち、前述のように炉内温度で設定される浸炭温
度の下に,最大処理能力を発揮するように設定されたC
O濃度やH2 濃度では、炉内温度を下げるとスーティン
グが発生してしまう。従って、炉内温度を下降する場合
には雰囲気組成中のCO濃度並びにH2 濃度の減少を先
行させなければならない。一方、炉内温度を上昇する場
合には、この炉内温度の上昇に見合った分だけCO濃度
及びH2 濃度を増大しなければならない。
However, when the furnace temperature fluctuates in order to change the carburizing temperature throughout the unsteady state, the control priority varies from the condition where sooting does not occur. That is, as described above, under the carburizing temperature set by the furnace temperature, the C is set to exhibit the maximum processing capacity.
In the case of O concentration or H 2 concentration, sooting occurs when the furnace temperature is lowered. Therefore, when the furnace temperature is lowered, it is necessary to precede the reduction of the CO concentration and the H 2 concentration in the atmosphere composition. On the other hand, when the furnace temperature is to be increased, the CO concentration and the H 2 concentration must be increased in proportion to the increase in the furnace temperature.

【0096】この浸炭温度を変更する場合の具体的な浸
炭条件設定ロジックが図9に示すフローチャートであ
る。なお、この実施例では雰囲気組成や炉内温度(炉
温)を制御する各コントローラは所望されるそれらの制
御量を設定通りに変更するために,常に実績を読込みな
がら制御を行う。また、各ステップでは夫々,前記浸炭
量制御ロジックと同様の計算がサブルーチン的に行われ
ると考えられたい。
FIG. 9 is a flowchart showing a concrete carburizing condition setting logic when the carburizing temperature is changed. In this embodiment, each controller for controlling the composition of the atmosphere and the temperature in the furnace (furnace temperature) always controls while reading the results in order to change the desired control amounts as set. In each step, it is considered that the same calculation as the carburizing amount control logic is performed in a subroutine.

【0097】同図aは浸炭温度下降のために炉内温度を
下降する場合のロジックであり、まずステップS30で
浸炭濃度分布や板厚等の材質条件を読込む。次にステッ
プS31に移行して,前記定常状態のロジックから得ら
れる目標浸炭温度を達成するための目標炉温を設定す
る。これと同時に前記ステップS30からステップS3
2に移行して、材質条件から目標浸炭量を設定してお
く。
FIG. 9A is a logic for lowering the furnace temperature to lower the carburizing temperature. First, in step S30, material conditions such as carburizing concentration distribution and sheet thickness are read. Next, the process proceeds to step S31, in which a target furnace temperature for achieving the target carburizing temperature obtained from the steady state logic is set. At the same time, steps S30 to S3 are performed.
In step 2, the target carburizing amount is set based on the material conditions.

【0098】前記ステップS31からは次にステップS
33に移行して、目標炉温までの炉温変動を時系列的に
予測し、この炉温変動の下で雰囲気ガス組成及び組成ガ
ス濃度等の雰囲気組成の変更計算を行い、これにより時
系列的な雰囲気組成を設定する。前記ステップS33か
らは次にステップS34に移行して、前記ステップS3
3で設定された雰囲気組成の制御信号を受信した雰囲気
組成コントローラでは,雰囲気組成の実績を読込みなが
ら各雰囲気組成ガス流量を制御して、前記時系列的な雰
囲気組成変更を達成する。
From the step S31, the process proceeds to the step S31.
33, the furnace temperature fluctuation up to the target furnace temperature is predicted in a time series, and under this furnace temperature fluctuation, the change of the atmosphere composition such as the atmosphere gas composition and the composition gas concentration is calculated. A suitable atmosphere composition. The process proceeds from step S33 to step S34, and proceeds to step S3.
The atmosphere composition controller that has received the control signal of the atmosphere composition set in step 3 controls the flow rate of each atmosphere composition gas while reading the results of the atmosphere composition to achieve the time-series atmosphere composition change.

【0099】前記ステップS34からは次にステップS
35に移行して、前記雰囲気組成の実績を読込みなが
ら,炉温の変更計算を行い、これにより時系列的な炉温
を設定する。前記ステップS35からは次にステップS
36に移行して、前記ステップS35で設定された炉温
の制御信号を受信した炉温コントローラでは,炉温の実
績を読込みながら燃料ガス流量を制御するなどして、前
記時系列的な炉温変更を達成する。
From step S34, the process proceeds to step S34.
In step 35, a change in the furnace temperature is calculated while reading the results of the atmosphere composition, thereby setting a time-series furnace temperature. Step S35 is followed by step S
Then, the furnace temperature controller, which has received the furnace temperature control signal set in step S35, controls the fuel gas flow rate while reading the results of the furnace temperature, etc. Achieve the change.

【0100】前記ステップS32及びS36からは次に
ステップS37に移行して、前記雰囲気組成実績及び炉
温実績に応じて,前記目標浸炭量を達成するための通板
速度を計算し、これを出力してプログラムを終了する。
同図bは浸炭温度上昇のために炉内温度を上昇する場合
のロジックであり、まずステップS40で浸炭濃度分布
や板厚等の材質条件を読込む。
From the steps S32 and S36, the process proceeds to a step S37 to calculate a passing speed for achieving the target carburizing amount according to the atmosphere composition results and the furnace temperature results, and output the calculated speed. And exit the program.
FIG. 4B is a logic for raising the furnace temperature for raising the carburizing temperature. First, in step S40, material conditions such as carburizing concentration distribution and plate thickness are read.

【0101】次にステップS41に移行して,前記定常
状態のロジックから得られる目標浸炭温度を達成するた
めの目標炉温を設定する。これと同時にステップS42
に移行して、材質条件から目標浸炭量を設定しておく。
前記ステップS41からは次にステップS43に移行し
て、目標炉温までの炉温変動を時系列的に予測して炉温
の変更計算を行い、これにより時系列的な炉温を設定す
る。
Next, the flow shifts to step S41, in which a target furnace temperature for achieving the target carburizing temperature obtained from the logic in the steady state is set. At the same time, step S42
Then, the target carburizing amount is set from the material conditions.
From step S41, the process proceeds to step S43, in which furnace temperature fluctuations up to the target furnace temperature are predicted in time series, and a change in furnace temperature is calculated, thereby setting a time-series furnace temperature.

【0102】前記ステップS43からは次にステップS
44に移行して、前記ステップS43で設定された炉温
の制御信号を受信した炉温コントローラでは,炉温の実
績を読込みながら燃料ガス流量を制御するなどして、前
記時系列的な炉温変更を達成する。前記ステップS44
からは次にステップS45に移行して、前記炉温の実績
を読込みながら,雰囲気組成の変更計算を行い、これに
より時系列的な雰囲気組成を設定する。
From step S43, step S
Going to 44, the furnace temperature controller, which has received the furnace temperature control signal set in step S43, controls the fuel gas flow rate while reading the actual results of the furnace temperature, etc. Achieve the change. Step S44
Then, the process proceeds to step S45 to change the atmosphere composition while reading the results of the furnace temperature, thereby setting the time-series atmosphere composition.

【0103】前記ステップS45からは次にステップS
46に移行して、前記ステップS45で設定された雰囲
気組成の制御信号を受信した雰囲気組成コントローラで
は,雰囲気組成の実績を読込みながら各雰囲気組成ガス
流量を制御して、前記時系列的な雰囲気組成変更を達成
する。前記ステップS42及びS46からは次にステッ
プS47に移行して、前記雰囲気組成実績及び炉温実績
に応じて,前記目標浸炭量を達成するための通板速度を
計算し、これを出力してプログラムを終了する。
From the step S45, the next step S
In step 46, the atmosphere composition controller, which has received the control signal of the atmosphere composition set in step S45, controls the flow rate of each atmosphere composition gas while reading the actual results of the atmosphere composition, and performs Achieve the change. The process then proceeds to step S47 from steps S42 and S46, and calculates a sheet passing speed for achieving the target carburizing amount in accordance with the atmosphere composition results and the furnace temperature results, and outputs and outputs the program. To end.

【0104】この非定常状態の浸炭条件設定ロジックに
よって行われる制御量の制御の具体的演算例を図10に
基づいて説明する。図10は、板厚Dmm一定の浸炭量
の異なる2種類の鋼板,ここではA鋼板とB鋼板との間
の非定常状態で,図9aのロジックに従って浸炭温度即
ち炉内温度を下降する場合を示す。同図において炉温は
設定時刻t1 から時刻t2 の間で一次曲線的に下降され
る。この炉温変動の条件下で、H2 濃度一定とした場
合,スーティングの発生限界を示す雰囲気CO濃度は図
に斜線で示す範囲となるから、このスーティングの発生
しない組成範囲内で,時間t1 −t2 間の炉温変動中に
おける雰囲気CO濃度の変更曲線が設定される。
A specific calculation example of the control of the control amount performed by the unsteady state carburizing condition setting logic will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a case where the carburizing temperature, that is, the furnace temperature is lowered according to the logic shown in FIG. 9a in an unsteady state between two types of steel sheets having different carburizing amounts with a constant thickness Dmm, in this case, between the A steel sheet and the B steel sheet. Show. Furnace temperature is the primary curve falls between times t 2 from the setting time t 1 in FIG. If the H 2 concentration is constant under the conditions of the furnace temperature fluctuation, the CO concentration in the atmosphere, which indicates the limit of occurrence of sooting, is indicated by the hatched area in the figure. changing the curve of the atmosphere CO concentration in the furnace temperature fluctuation between t 1 -t 2 is set.

【0105】ここで、各鋼板の定常状態の通板速度は予
め設定されるから,同図に破線で示すように時間t1
2 間の非定常状態で両定常状態の通板速度を一次曲線
的に上昇した場合は、各鋼板への浸炭量はこの時間t1
−t2 間で図に破線で示すように変動し、この変動間は
いずれの浸炭量も満足しない,所謂材質不良となる。換
言すれば、この長さだけ通板材が必要になる。
Here, since the passing speed in the steady state of each steel sheet is set in advance, the time t 1-
If the sheet passage rate of the two steady-state rose primary curved manner in a non-steady state between t 2, carburizing amount to each steel sheet this time t 1
It varies as indicated by a broken line in FIG between -t 2, between this variation do not satisfy any of the carburizing quantity, the so-called material failure. In other words, the threading material is required for this length.

【0106】一方、本実施例では変動中の炉温及び雰囲
気組成の実績に合わせて,目標浸炭量を達成するように
通板速度を変更制御するため、具体的に通板速度は図に
実線で示すように,時刻t1 からt3 間でCO濃度の変
動に合わせて減少し、時刻t 3 から時刻t4 間で可能な
限り急速に増大し、時刻t4 から時刻t2 間で前記CO
濃度の変動に合わせて再び減少して,当該時刻t2 で次
の定常状態の通板速度に至る。これにより各鋼板の浸炭
量は図に実線で示すように変化する。この場合、各鋼板
の目標浸炭量から外れる材質不良長は、前記通板速度を
急速に増大する時間t3 −t4 間だけに短くなり、当然
必要通板材長も短くなる。
On the other hand, in this embodiment, the furnace temperature and atmosphere
To achieve the target carburization amount according to the results of the gas composition
In order to change and control the passing speed, the passing speed is specifically shown in the figure.
As shown by the solid line, the time t1To tThreeCO concentration changes between
At the time t ThreeFrom time tFourPossible between
Increase as fast as possible, at time tFourFrom time tTwoBetween the CO
At the same time tTwoNext
Steady state threading speed. This allows carburizing of each steel sheet
The amount varies as shown by the solid line in the figure. In this case, each steel plate
The material defect length that deviates from the target carburization amount of
Rapidly increasing time tThree-TFourIt ’s only short between
The required threading material length is also reduced.

【0107】この実施例によれば、前記非定常状態の前
記時間t1 −t2 に相当する20分間の処理量は従来よ
りも20%向上し、その間の材質不良率は従来の80.
1%から10.4%と約1/8になった。なお、本実施
例では表面反応においてCO,H2 ,CO2 及びH2
の影響のみを考慮して表面反応速度を算出する場合につ
いて詳述したが、前述したようにその他の雰囲気ガス組
成,例えば重炭化水素の影響を考慮して表面反応速度を
算出するようにしてもよい。
According to this embodiment, the processing amount for 20 minutes corresponding to the time t 1 -t 2 in the unsteady state is improved by 20% compared with the conventional case, and the material defect rate during this period is 80%.
From 1% to 10.4%, about 1/8. In this embodiment, CO, H 2 , CO 2 and H 2 O are used in the surface reaction.
Although the case where the surface reaction rate is calculated in consideration of only the influence of the above is described in detail, as described above, the surface reaction rate may be calculated in consideration of the influence of other atmospheric gas compositions, for example, the influence of heavy hydrocarbons. Good.

【0108】また、本実施例では物質収支を考慮した熱
力学モデル式を線形化し、その解を収束することによっ
て雰囲気組成の平衡状態を算出することとしたが、この
平衡状態の算出手段はこれに限定されるものではない。
また、本実施例では特に極低炭素鋼からなるストリップ
を連続焼鈍・浸炭して,浸炭濃度が平衡濃度に達する以
前で浸炭速度が表面反応速度に律速される表面反応律速
域での浸炭制御についてのみ詳述したが、本発明の連続
浸炭方法は,前記浸炭速度が金属帯表面から内部への拡
散速度に律速される拡散律速域においても展開可能であ
ることは言うまでもない。
In the present embodiment, the thermodynamic model equation taking into account the material balance is linearized, and the solution is converged to calculate the equilibrium state of the atmosphere composition. However, the present invention is not limited to this.
Further, in this embodiment, particularly, continuous annealing and carburizing of a strip made of ultra-low carbon steel to control carburization in a surface reaction limited region where the carburizing rate is controlled by the surface reaction rate before the carburizing concentration reaches the equilibrium concentration. Although only the details have been described in detail, it goes without saying that the continuous carburizing method of the present invention can be applied to a diffusion-controlled region in which the carburizing rate is controlled by the diffusion rate from the surface of the metal strip to the inside.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上説明したように本発明の金属帯の連
続浸炭方法によれば、先の定常状態ら次の定常状態に移
行する非定常状態において、浸炭温度,雰囲気ガス組
成,組成ガス濃度,通板速度の制御量を、スーティング
の発生しない範囲内で所望される浸炭量を達成するよう
に,互いの制御量の実績に応じて設定することにより、
材質不良の長さ或いはその間に使用される通板材の長さ
を短くすることができるため、実質的な処理能率の低減
を抑制し、全体的な操業コストを低廉化することができ
る。
As described above, according to the method for continuously carburizing a metal strip according to the present invention, the carburizing temperature, the composition of the atmosphere gas, and the concentration of the composition gas are determined in the unsteady state in which the transition from the previous steady state to the next steady state occurs. , By setting the control amount of the sheet passing speed in accordance with the actual results of the control amounts of each other so as to achieve a desired carburizing amount within a range in which sooting does not occur.
Since the length of the defective material or the length of the pass-through member used therebetween can be shortened, a substantial reduction in the processing efficiency can be suppressed, and the overall operating cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】連続焼鈍浸炭設備で行われる熱処理工程の概念
説明図である。
FIG. 1 is a conceptual explanatory view of a heat treatment step performed in a continuous annealing carburizing facility.

【図2】本発明の金属帯の連続浸炭方法を用いた浸炭制
御の対象となる連続焼鈍浸炭設備の一例を示す概略構成
図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a continuous annealing carburizing facility to be subjected to carburizing control using the metal strip continuous carburizing method of the present invention.

【図3】低AI−高BH性鋼板等に要求される板厚方向
への浸炭濃度分布の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a carburizing concentration distribution in a sheet thickness direction required for a low AI-high BH steel sheet or the like.

【図4】金属帯表層部の炭素濃度が平衡濃度に達した後
の拡散律速域と該平衡濃度に達する以前の表面反応律速
域との説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a diffusion-controlled region after the carbon concentration in the surface portion of the metal band reaches an equilibrium concentration and a surface reaction-limited region before the carbon concentration reaches the equilibrium concentration.

【図5】図2の連続焼鈍浸炭設備で行われる全体的なラ
イン制御のロジックを示すフローチャート図である。
FIG. 5 is a flowchart showing the logic of the overall line control performed in the continuous annealing carburizing equipment of FIG. 2;

【図6】本発明の金属帯の連続浸炭方法を用いて浸炭制
御を行うロジックの一例を示すフローチャート図であ
る。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a logic for performing carburizing control using the continuous strip carburizing method of the present invention.

【図7】図6の浸炭制御ロジックにより得られたスーテ
ィング発生限界と炉内の物質収支を考慮しないで得たス
ーティング発生限界とを比較したCO−H2 特性図であ
る。
FIG. 7 is a CO-H 2 characteristic diagram comparing a sooting generation limit obtained by the carburizing control logic of FIG. 6 with a sooting generation limit obtained without considering the material balance in the furnace.

【図8】図6のロジックによって得られた浸炭量の計算
値と実測値との相関関係図である。
FIG. 8 is a correlation diagram between a calculated value of carburized amount obtained by the logic of FIG. 6 and an actually measured value.

【図9】本発明の非定常状態の金属帯の連続浸炭方法に
より浸炭条件設定を行うためのロジックを示すものであ
り、(a)は炉温を下げる場合のフローチャート図,
(b)は炉温を挙げる場合のフローチャート図である。
FIG. 9 shows a logic for setting carburizing conditions by the method for continuously carburizing a metal strip in an unsteady state according to the present invention, wherein (a) is a flow chart when the furnace temperature is lowered,
(B) is a flowchart in the case of raising the furnace temperature.

【図10】図9のロジックによって得られた各制御量の
時間変更制御の内容と,それによって達成される浸炭量
の相関関係の一例を示す説明図である。
10 is an explanatory diagram showing an example of a correlation between the content of time change control of each control amount obtained by the logic of FIG. 9 and the amount of carburization achieved thereby.

【符号の説明】 1は予熱帯 2は加熱帯 3は均熱帯 4は浸炭帯 5は第1冷却帯 6は第2冷却帯 Aはストリップ[Description of Signs] 1 is pre-tropical 2 is heating zone 3 is solitary 4 is carburized zone 5 is first cooling zone 6 is second cooling zone A is strip

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−158268(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 8/22 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-158268 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C22C 8/22

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所望される仕様諸元が異なる金属板をも
一連の金属帯となし、これを浸炭帯の浸炭炉内に連続的
に通板して連続ガス浸炭を施す金属帯の連続浸炭操業に
あって、金属板の継ぎ目や金属帯への浸炭量を変化すべ
き箇所のように,先の金属板と次の金属板とで所望され
る金属板の仕様諸元が異なる非定常状態の金属帯の連続
浸炭方法において、先の金属板における先の定常状態か
ら,次の金属板における次の定常状態に移行する,非定
常状態の間に、雰囲気ガス組成,組成ガス濃度,浸炭温
度,通板速度等の制御量のうち,いずれか一つ又は二以
上を、スーティングの発生しない条件下で,前記金属板
の異なる仕様諸元から得られる浸炭量を満足するように
制御して非定常状態の浸炭量制御を行うことを特徴とす
る金属帯の連続浸炭方法。
1. A continuous carburizing of a metal strip which is continuously subjected to continuous gas carburization by continuously forming a metal sheet having different desired specifications into a series of metal strips and passing the metal sheet into a carburizing furnace of the carburizing zone. Unsteady state in which the specifications of the desired metal sheet differ between the previous and next metal sheets, such as where the amount of carburization of the metal sheet at the seam or in the metal strip should be changed during operation. In the continuous carburizing method of the metal strip of the above, transition from the previous steady state on the previous metal sheet to the next steady state on the next metal sheet. During the unsteady state, the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, the carburizing temperature , One or more of the control amounts such as the passing speed, etc., are controlled so as to satisfy the carburizing amount obtained from different specifications of the metal plate under conditions where sooting does not occur. Continuous carburization of metal strip characterized by unsteady state carburization control Method.
【請求項2】 前記非定常状態の浸炭量制御を行うにあ
たり、この非定常状態を挟んだ次の定常状態における各
制御量を設定し、この制御量を満足するために各制御量
のいずれか一つ又は二以上を先の定常状態から変更する
場合、前記スーティングの発生しない条件下で,変更さ
れる浸炭温度を得るための炉内温度の変動を考慮して前
記雰囲気ガス組成又は組成ガス濃度を設定することを特
徴とする請求項1に記載の金属帯の連続浸炭方法。
2. In performing the carburizing amount control in the unsteady state, each control amount in the next steady state sandwiching the unsteady state is set, and any one of the control amounts is set to satisfy the control amount. When changing one or more than the above steady state, the atmosphere gas composition or the composition gas in consideration of the fluctuation of the furnace temperature for obtaining the changed carburization temperature under the condition where the sooting does not occur. The method for continuously carburizing a metal strip according to claim 1, wherein the concentration is set.
【請求項3】 前記浸炭温度を上昇する場合には,炉内
温度の上昇を先行させて、その炉内温度の実績に応じ
て,スーティングの発生しない範囲内で雰囲気ガス組成
中の一酸化炭素ガス濃度又は一酸化炭素ガス濃度及び水
素ガス濃度を増大させることを特徴とする請求項1又は
2に記載の金属帯の連続浸炭方法。
3. When the carburizing temperature is raised, the furnace temperature is preceded by an increase in the furnace temperature. 3. The method for continuously carburizing a metal strip according to claim 1, wherein the concentration of carbon gas, the concentration of carbon monoxide gas, and the concentration of hydrogen gas are increased.
【請求項4】 前記浸炭温度を下降する場合には,雰囲
気ガス組成中の一酸化炭素ガス濃度又は一酸化炭素ガス
濃度及び水素ガス濃度の減少を先行させて、その雰囲気
ガス組成又は組成ガス濃度の実績に応じて,スーティン
グの発生しない範囲内で炉内温度を下降させることを特
徴とする請求項1又は2に記載の金属帯の連続浸炭方
法。
4. When the carburizing temperature is lowered, prior to the reduction of the concentration of carbon monoxide gas or the concentration of carbon monoxide gas and the concentration of hydrogen gas in the composition of the atmosphere gas, the composition of the atmosphere gas or the concentration of the composition gas is reduced. 3. The method for continuously carburizing a metal strip according to claim 1, wherein the furnace temperature is lowered within a range in which sooting does not occur according to the results of the above.
【請求項5】 前記非定常状態の浸炭量制御を行うにあ
たり、この非定常状態を挟んだ次の定常状態における各
制御量を設定し、この制御量を満足するために各制御量
のいずれか一つ又は二以上を先の定常状態から変更する
場合であって,前記浸炭温度を変更しない場合には、こ
の浸炭温度の条件下で炉内温度の実績に応じて,スーテ
ィングの発生しない範囲内で雰囲気ガス組成又は組成ガ
ス濃度を変更することを特徴とする請求項1に記載の金
属帯の連続浸炭方法。
5. In performing the unsteady state carburizing amount control, each control amount in the next steady state sandwiching the unsteady state is set, and any one of the control amounts is set to satisfy the control amount. In the case where one or two or more are changed from the previous steady state, and the carburizing temperature is not changed, the range in which sooting does not occur under the conditions of the carburizing temperature according to the actual temperature in the furnace. The method for continuously carburizing a metal strip according to claim 1, wherein the composition of the atmosphere gas or the concentration of the composition gas is changed in the inside.
【請求項6】 前記非定常状態の浸炭量制御を行うにあ
たり、前記雰囲気ガス組成,組成ガス濃度,浸炭温度等
の各制御量が変更される場合も変更されない場合も、こ
れらの制御量の実績に応じて,前記各金属板に所望され
る浸炭量を満足するように通板速度を制御することを特
徴とする請求項1乃至5に記載の金属帯の連続浸炭方
法。
6. A method for controlling the amount of carburization in the unsteady state, wherein the control amounts of the atmosphere gas composition, the composition gas concentration, the carburizing temperature, and the like are changed or not. 6. The method for continuously carburizing a metal strip according to claim 1, wherein the passing speed is controlled so as to satisfy a desired amount of carburization of each of the metal plates according to the following.
【請求項7】 前記金属帯の連続浸炭操業の実際によ
り,通板速度が規制される場合には、前記スーティング
の発生しない条件下で,前記各金属板に所望される浸炭
量を満足するようにその他の制御量を制御することを特
徴とする請求項1乃至5に記載の金属帯の連続浸炭方
法。
7. When the passing speed is regulated by the actual carburizing operation of the metal strip, the carburizing amount desired for each metal plate is satisfied under the condition that the sooting does not occur. The method for continuously carburizing a metal strip according to any one of claims 1 to 5, wherein the other control amounts are controlled as described above.
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