JP3028995B2 - Method for continuous carburization of metal strip and sheet temperature control - Google Patents

Method for continuous carburization of metal strip and sheet temperature control

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JP3028995B2
JP3028995B2 JP4320891A JP32089192A JP3028995B2 JP 3028995 B2 JP3028995 B2 JP 3028995B2 JP 4320891 A JP4320891 A JP 4320891A JP 32089192 A JP32089192 A JP 32089192A JP 3028995 B2 JP3028995 B2 JP 3028995B2
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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、浸炭炉の内外の各熱処
理炉等の板温制御帯において,金属帯に対して所望する
板温を得るための板温制御を行いながら,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雰囲気組成範囲内で所望す
る浸炭量又は浸炭濃度分布を得るために通板速度を設定
する金属帯の連続浸炭制御方法,及びこの通板速度で前
記所望する板温を得るための板温制御方法に関するもの
であり、例えば極低炭素鋼からなるストリップを所定の
板温に加熱又は均熱して再結晶焼鈍を行った後に,浸炭
炉内に通板して連続的にガス浸炭する場合に、前記浸炭
量又は浸炭濃度分布を得るための雰囲気ガス組成,組成
ガス濃度,浸炭温度,通板速度等を制御すると共に、加
熱炉及び/又は均熱炉の炉内温度(炉温)や燃料投入量
を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 controlling the temperature of a metal strip in a carburizing furnace, such as a heat treatment furnace inside or outside of the carburizing furnace, while controlling the sheet temperature to obtain a desired sheet temperature. When performing continuous gas carburizing of a metal strip passed through a metal strip, a metal strip for setting a stripping speed in order to obtain a desired carburizing amount or carburizing concentration distribution within an atmosphere composition range in which sooting does not occur in the carburizing furnace. The present invention relates to a continuous carburizing control method and a sheet temperature controlling method for obtaining the desired sheet temperature at this passing speed, for example, by heating or equalizing a strip made of ultra-low carbon steel to a predetermined sheet temperature and re-heating the strip. When passing through a carburizing furnace for continuous gas carburization after crystal annealing, atmosphere gas composition, composition gas concentration, carburizing temperature, passing speed, etc. to obtain the carburizing amount or carburizing concentration distribution. While controlling the heating furnace and / or Those suitable for controlling the furnace temperature (furnace temperature) and fuel input of the furnace.

【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. Higher strength steel sheets are 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】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、元来,非常
に大きな設置スペースを必要とする連続焼鈍設備に連続
浸炭設備を付加した前記図2のような連続焼鈍浸炭設備
は、正に巨大な設置スペースを必要とする。一方で、前
記低AI−高BH鋼板のような金属板に要求される仕様
から当該金属帯の諸元を求めると、浸炭濃度も浸炭深さ
も極めて小さく、浸炭処理時間,即ち在炉時間も短いこ
とが明らかになった。従って、前記のような連続焼鈍浸
炭設備の巨大な設置スペースを少しでも小さくするため
には、前記浸炭帯在炉時間に関与する有効浸炭炉長を短
くして浸炭炉も極力コンパクトなものとしたい。
By the way, the continuous annealing carburizing equipment as shown in FIG. 2 in which the continuous carburizing equipment is added to the continuous annealing equipment which originally requires a very large installation space, has a very large installation. Requires space. On the other hand, when the specifications of the metal strip are determined from the specifications required for the metal sheet such as the low AI-high BH steel sheet, the carburizing concentration and the carburizing depth are extremely small, and the carburizing time, that is, the furnace time is short. It became clear. Therefore, in order to make the huge installation space of the continuous annealing carburizing equipment as described above as small as possible, it is desirable to shorten the effective carburizing furnace length related to the carburizing zone existing time so that the carburizing furnace is made as compact as possible. .

【0009】また、既知のように金属帯への浸炭量制御
には浸炭温度というパラメータが存在する。これは、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で
ある。一方で,この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(H
2 )濃度限界も降下する。更に浸炭量制御の温度という
制御因子は制御の応答時間が大きいことも知られてい
る。ところが、仕様諸元の異なる鋼板を継ぎ合わせたス
トリップを一連に通板して,各鋼板に合わせたストリッ
プへの浸炭量を、前述のような浸炭時間の短い条件下で
次々と制御しなければならない工業的連続浸炭操業で
は、浸炭温度の制御量を大きくするとその応答時間の大
きさから浸炭制御の実際に追従できないとか,目標制御
量に対して極端なオーバーシュートの生じる虞れがあ
る。従って、できるかぎり浸炭温度の制御量は小さくし
たいという要求がある。
Further, as is known, there is a parameter called carburizing temperature in controlling the amount of carburizing into a metal strip. This is because as the temperature rises, the reaction rate at which C separated from the atmospheric gas is combined with Fe on the surface of the metal strip increases, and the rate at which C diffuses inward from the surface layer portion of the metal strip also increases. On the other hand, when this temperature is lowered, the concentration limit of free C, that is, the concentration of carbon monoxide (CO) at which sooting occurs is lowered, and hydrogen (H
2 ) The concentration limit also drops. It is also known that the control factor of the carburizing amount control temperature is large in the control response time. However, it is necessary to continuously control the amount of carburizing of the strips according to each steel sheet under the conditions of short carburizing time as described above by passing a series of strips made of steel sheets with different specifications in a series. In the continuous industrial carburizing operation, if the control amount of the carburizing temperature is increased, the response time may not be enough to actually follow the carburizing control, or extreme overshoot may occur with respect to the target control amount. Therefore, there is a demand to reduce the control amount of the carburizing temperature as much as possible.

【0010】ここで、前記浸炭温度の設定条件について
考察する。材質条件から浸炭温度は再結晶温度以下が望
ましい。一方、前記浸炭炉のコンパクト化並びに定めら
れた炉長で大きな処理能力を得るという条件下で,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C
O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。
Here, the conditions for setting the carburizing temperature will be considered. From the material conditions, the carburizing temperature is preferably lower than the recrystallization temperature. On the other hand, under the condition that the carburizing furnace is made compact and a large processing capacity is obtained with a specified furnace length, the bonding reaction rate between Fe and free C and the internal diffusion rate of solid solution C (hereinafter, both are considered simultaneously) In this case, the carburizing speed is referred to as the carburizing speed, and the specific reason will be described later).
I would like to set the O concentration high and at the same time raise the carburizing temperature in order to increase the carburizing speed itself.

【0011】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。
When the carburizing temperature is regulated to some extent in this way, the upper limit of the composition and concentration of the atmosphere gas is set from the sooting limit and the dew point limit. That is, the furnace presence 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 is set based on the carburizing time.

【0012】ところで、図2のような連続焼鈍浸炭設備
のうち,浸炭帯以外でも、加熱帯2及び/又は均熱帯3
で金属帯に対して所定の焼鈍処理を行い,各冷却帯5,
6で所定の冷却処理を行う必要があるから、夫々の熱処
理帯(浸炭帯を除く熱処理帯では板温とその保持時間並
びに両者から生じる板温勾配の制御を主体とするために
これらの熱処理帯を総括して,板温制御帯と称する)で
も例えば炉温を制御するなどにより所定の板温制御を行
う必要がある。これらの各板温制御帯を構成する各炉で
は主として伝熱によって板温制御を行っているが、同時
に各炉の能力計算によって炉温自体の上下限値も存在す
る。例えば,加熱帯の加熱炉や均熱帯の均熱炉では最大
処理能力を得るために、炉の能力から炉温の上限値が設
定され、ラジアントチューブ,炉壁,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板温の上下
限値を満足するストリップの最小在炉時間(即ち,最小
加熱時間又は最小均熱時間である)が設定され、この最
小在炉時間を満足するための最大通板速度が設定される
ことになる。また、各冷却帯の冷却炉では前記伝熱係数
に冷却ガスジェット等の伝熱係数が採用される。
Meanwhile, in the continuous annealing carburizing equipment as shown in FIG. 2, the heating zone 2 and / or the soaking zone 3 may be used other than the carburizing zone.
In the cooling zone 5,
6, it is necessary to perform a predetermined cooling treatment. Therefore, in each heat treatment zone (except for the carburization zone, these heat treatment zones are mainly used to control the sheet temperature, the holding time thereof, and the sheet temperature gradient generated from the both. However, it is necessary to perform a predetermined plate temperature control, for example, by controlling the furnace temperature. In each furnace constituting each of these plate temperature control zones, the plate temperature is controlled mainly by heat transfer, but at the same time, the upper and lower limit values of the furnace temperature itself also exist by the calculation of the capacity of each furnace. For example, in a heating furnace in a heating zone or a soaking furnace in a tropic zone, an upper limit of the furnace temperature is set based on the capacity of the furnace in order to obtain the maximum processing capacity, and the heat transfer between the radiant tube, the furnace wall, the hearth roll, and the like is performed. From the heat balance in consideration of the coefficient, the minimum furnace time (that is, the minimum heating time or the minimum soaking time) of the strip that satisfies the upper and lower limits of the sheet temperature is set. The maximum passing speed will be set. In the cooling furnace of each cooling zone, a heat transfer coefficient of a cooling gas jet or the like is adopted as the heat transfer coefficient.

【0013】ここで前記浸炭帯で設定される最大通板速
度,及び,その他の板温制御帯で設定される最大通板速
度について考えると、浸炭帯で設定される最大通板速度
を優先した場合,つまりその他の板温制御帯の最大通板
速度よりも浸炭帯の最大通板速度が小さい場合に、浸炭
帯以外の板温制御帯,即ち加熱炉や均熱炉,冷却炉等の
板温を制御するための具体的な手段は未だ提案されてお
らず、特に焼鈍工程に不可欠な加熱炉や均熱炉における
物性や温度を制御する手段が早急に望まれている。
Considering the maximum threading speed set in the carburizing zone and the maximum threading speed set in the other sheet temperature control zones, priority is given to the maximum threading speed set in the carburizing zone. In other words, if the maximum passing speed of the carburized zone is lower than the maximum passing speed of the other zone, the temperature control zones other than the carburizing zone, ie, the heating furnace, soaking furnace, cooling furnace, etc. No specific means for controlling the temperature has been proposed yet, and in particular, means for controlling the physical properties and temperature of a heating furnace or a soaking furnace which is indispensable for the annealing step is urgently desired.

【0014】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。
Further, in actually setting the various conditions of such a continuous annealing carburizing facility, the following problems have been 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.

【0015】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 Patent Application Laid-Open 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.

【0016】本発明は斯かる諸問題に鑑みて開発された
ものであり、特に浸炭炉内のスーティングを発生しない
雰囲気組成範囲内で金属帯への所望する浸炭量を得るた
めの浸炭制御、並びに浸炭処理の実際から予め通板速度
が制御された場合に、浸炭炉の内外で行われる板温制御
の具体的な制御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, carburizing control for obtaining a desired amount of carburizing of a metal strip within an atmosphere composition range in which sooting does not occur in a carburizing furnace. It is another object of the present invention to provide a specific control method of the sheet temperature control performed inside and outside the carburizing furnace when the sheet passing speed is controlled in advance from the actual carburizing process.

【0017】[0017]

【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、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,前記浸炭炉の
コンパクト化及び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。
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. That is, for example, the occurrence of sooting can be suppressed in consideration of the material balance constraint that the amount of the element brought in by the original system is constant with respect to the element brought out of the atmosphere by the carburization reaction to the metal surface layer part. The equilibrium state was modeled by a thermodynamic (atmospheric composition) model 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 make the carburizing furnace compact and obtain the maximum processing capacity with the specified furnace length. Therefore, when the concentration of carbon monoxide is set in this way, the setting of the concentration of hydrogen, which has not been universally used, is determined based on the concentration of carbon monoxide. 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.

【0018】一方、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H2 O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, for example, as described above, in order to control the amount of carburization into the metal zone in the surface reaction rate-limiting region before the carbon concentration in the metal surface layer reaches the equilibrium concentration, first, the surface reaction in the reaction speed region is controlled. We focused on the fact that a rate could be obtained and this reaction rate 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. Particularly, when the supply / discharge flow rate of the atmospheric gas is small at high temperatures, the composition amount is small, but carbon dioxide and H 2 O are also in the carburization reaction. It has been found that these compositions have an effect in terms of inhibiting the surface reaction rate, and further, it has been experimentally proved that the partial pressure of these compositions is a controlling factor of the surface reaction rate. Considering the dependence of the material reaction on temperature, a control factor called temperature is interposed in the coefficient of the surface reaction rate.

【0019】また、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,浸炭時間を短くして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,浸炭時間を長くして表面反応速度を
小さくする。
When the carburizing concentration distribution of the metal strip is required as in the case of the low AI-high BH steel sheet, the surface reaction rate and the carburizing time are controlled under the above-mentioned constant carburizing condition. That is, carburizing amount = surface reaction speed × 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, when increasing the C concentration in the surface layer portion of the metal strip (making the C concentration gradient steep), the carburizing time is shortened to increase the surface reaction rate, and the C concentration in the surface layer portion is lowered. In the case where the C concentration gradient is moderated, the carburizing time is lengthened to reduce the surface reaction rate.

【0020】ところで、これらの浸炭時間は,単純計算
で,浸炭時間=在炉時間=有効浸炭炉長/通板速度で表
される。従って、鋼板の仕様諸元から浸炭量が与条件と
して与えられている場合に、炉内の最大処理能力若しく
は浸炭濃度分布の要求から前述のようにして浸炭時間が
設定されると、この浸炭時間を達成するための浸炭炉内
の通板速度が設定される。この設定された浸炭炉内の最
大通板速度が,加熱帯や均熱帯等の,その他の板温制御
帯で設定される最大通板速度よりも小さい場合には、そ
の他の板温制御帯内の通板速度も浸炭炉内の最大通板速
度に律速されるから,各板温制御帯の在炉時間(加熱時
間,均熱時間)が設定される。この在炉時間に対して,
要求される板温を達成するために各伝熱係数を考慮した
ヒートバランス等から炉温が設定される。この炉温を達
成するために、例えば加熱帯や均熱帯ではその加熱量,
即ち燃料投入量を設定すればよい。
By the way, these carburizing times are represented by a simple calculation: carburizing time = furnace time = effective carburizing furnace length / sheet passing speed. Therefore, if the carburizing amount is given as a given condition from the specifications of the steel sheet and the carburizing time is set as described above from the requirement of the maximum processing capacity or the carburizing concentration distribution in the furnace, the carburizing time is Is set in order to achieve the following. If the set maximum sheet passing speed in the carburizing furnace is smaller than the maximum sheet passing speed set in other sheet temperature control zones, such as a heating zone and a soaking zone, the other sheet temperature control zones Is controlled by the maximum sheet passing speed in the carburizing furnace, so that the oven time (heating time, soaking time) of each sheet temperature control zone is set. For this furnace time,
In order to achieve the required sheet temperature, the furnace temperature is set from a heat balance or the like in consideration of each heat transfer coefficient. In order to achieve this furnace temperature, for example, in heating zones and
That is, the fuel injection amount may be set.

【0021】而して、本発明のうち請求項1に係る金属
帯の連続浸炭及び板温制御方法は、浸炭炉の内外で金属
帯に対して所望する板温を得るための板温制御を行いな
がら、スーティングが発生しない雰囲気組成範囲内で、
浸炭炉内に通板される金属帯を連続的に浸炭する場合の
浸炭及び板温の制御方法であって、前記浸炭炉内のスー
ティングが発生しない条件と浸炭条件とから通板速度
設定、この通板速度に応じて前記所望する板温を得る
ための板温制御量として板温制御帯での炉内温度及び/
又は燃料投入量を設定することを特徴とするものであ
る。
According to the method for continuously carburizing a metal strip and controlling the sheet temperature according to the first aspect of the present invention, the sheet temperature control for obtaining a desired sheet temperature for the metal strip inside and outside a carburizing furnace is performed. While performing, within the atmosphere composition range where sooting does not occur,
A method for controlling carburization and sheet temperature in the case of continuously carburizing a metal strip passed through a carburizing furnace, wherein a sheet passing speed is determined based on conditions in which sooting does not occur in the carburizing furnace and carburizing conditions. br /> set, the furnace temperature in the sheet temperature control zone as the plate temperature control amount for obtaining the desired sheet temperature in accordance with the sheet passing speed and /
Alternatively, the fuel injection amount is set.

【0022】本発明のうち請求項2に係る金属帯の連続
浸炭及び板温制御方法は、前記請求項1の発明におい
て、前記のスーティングが発生しない条件と浸炭条件と
から通板速度を設定するに際し、前記浸炭炉内でスーテ
ィングが発生しないために予め設定された浸炭温度に関
する雰囲気組成モデル式及び/又は浸炭反応を阻害しな
い関係式に基づいて、目標とする浸炭濃度分布を得るた
めの一酸化炭素濃度又は一酸化炭素濃度及び水素濃度と
浸炭時間とを設定し、この浸炭時間を達成するために必
要な通板速度を設定することを特徴とするものである。
The continuous carburizing and sheet temperature control method for a metal strip according to claim 2 of the present invention, the invention smell of claim 1
In setting the sheet passing speed from the conditions in which the sooting does not occur and the carburizing conditions, an atmosphere composition model formula and / or a carburizing method relating to a preset carburizing temperature in order to prevent the sooting in the carburizing furnace. Do not inhibit the reaction
Based on the relational expression , the carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration for obtaining the target carburizing concentration distribution and the carburizing time are set, and the passing speed required to achieve the carburizing time is set. Is set.

【0023】本発明のうち請求項3に係る金属帯の連続
浸炭及び板温制御方法は、前記請求項1の発明におい
て、前記のスーティングが発生しない条件と浸炭条件と
から通板速度を設定するに際し、前記浸炭炉内でスーテ
ィングが発生しないために予め設定された浸炭温度に関
する雰囲気組成モデル式及び/又は浸炭反応を阻害しな
い関係式に基づいて一酸化炭素濃度又は一酸化炭素濃度
及び水素濃度を設定し、これに基づいて設定される浸炭
炉での最大浸炭処理能力から浸炭時間を設定し、この浸
炭時間を達成するために必要な通板速度を設定すること
を特徴とするものである。
The continuous carburizing and sheet temperature control method for a metal strip according to a third aspect of the invention, the invention smell of claim 1
In setting the sheet passing speed from the conditions in which the sooting does not occur and the carburizing conditions, an atmosphere composition model formula and / or a carburizing method relating to a preset carburizing temperature in order to prevent the sooting in the carburizing furnace. Do not inhibit the reaction
The carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration are set based on the relational expression , and the carburizing is set based on this.
The present invention is characterized in that a carburizing time is set based on a maximum carburizing capacity in a furnace, and a sheet passing speed necessary for achieving the carburizing time is set.

【0024】本発明のうち請求項4に係る金属帯の連続
浸炭及び板温制御方法は、前記請求項2又は3の発明に
おいて、前記水素濃度を設定するに際し、前記スーティ
ングが発生しないための雰囲気組成モデル式に基づいて
設定された一酸化炭素濃度に対して、浸炭反応を阻害し
ないために設定された関係式に基づいて水素濃度を設定
することを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, a method for continuously carburizing a metal strip and controlling a sheet temperature according to the fourth aspect of the present invention is directed to the second or third aspect.
In setting the hydrogen concentration, with respect to the carbon monoxide concentration set based on the atmosphere composition model formula for preventing the sooting, the relational formula set to not inhibit the carburizing reaction. It is characterized in that the hydrogen concentration is set on the basis of this.

【0025】[0025]

【作用】本発明の金属帯の連続浸炭及び板温制御方法で
は、例えば要求される鋼板の仕様諸元を満足するストリ
ップへの浸炭量を設定し、浸炭温度に関するスーティン
グ発生限界の雰囲気組成モデル式から一酸化炭素の最大
濃度、又はこの雰囲気組成モデル式と必要に応じて浸炭
反応を阻害しない関係式とを用いて一酸化炭素及び水素
の最大濃度を設定する。この際、前記ストリップ板厚方
向への浸炭濃度分布が要求される場合には、前記浸炭量
一定の制約条件下で当該浸炭濃度分布を達成する一酸化
炭素濃度又は一酸化炭素濃度呼び水素濃度と浸炭時間と
を設定し、特に浸炭濃度分布が要求されず、浸炭量だけ
が要求される場合には、前記スーティング発生限界の
囲気組成モデル式から得られた一酸化炭素濃度又は一酸
化炭素濃度及び水素濃度に基づいて設定される浸炭炉内
の最大浸炭処理能力から浸炭時間を設定し、これらの設
定された浸炭時間を達成するための浸炭炉内の最大通板
速度を設定する。この浸炭炉内の最大通板速度が、前記
以外の手段によって設定されたその他の板温制御帯内の
最大通板速度よりも小さい場合には、この浸炭炉内の通
板速度がその他の板温制御帯内の通板速度を律速するこ
とから、この通板速度で各板温制御帯において所定の板
温を得るための、例えば加熱帯や均熱帯における炉
や、それに必要な燃料投入量を板温制御量として設定す
ることとした。
According to the continuous carburizing and strip temperature control method of the present invention, for example, the amount of carburizing into a strip satisfying the required specifications of a steel sheet is set, and the atmosphere composition model of the sooting generation limit with respect to the carburizing temperature is set. The maximum concentration of carbon monoxide and the maximum concentration of carbon monoxide are set by using the maximum concentration of carbon monoxide, or the atmosphere composition model formula and a relational expression which does not inhibit the carburizing reaction, if necessary. At this time, when the carburizing concentration distribution in the strip plate thickness direction is required, the carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration that achieves the carburizing concentration distribution under the constant condition of the carburizing amount and the nominal hydrogen concentration. The carburizing time is set, and when the carburizing concentration distribution is not particularly required and only the carburizing amount is required, the atmosphere of the sooting occurrence limit is set.
Set the carburizing time from the maximum carburizing capacity in the carburizing furnace set based on the carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration obtained from the atmosphere composition model formula, and achieve these set carburizing times To set the maximum threading speed in the carburizing furnace. When the maximum sheet passing speed in the carburizing furnace is smaller than the maximum sheet passing speed in the other sheet temperature control zones set by means other than the above, the sheet passing speed in the carburizing furnace is set to the other sheet passing speed. the sheet passing speed of the temperature control zone because the rate-limiting, in order to obtain a predetermined sheet temperature in each sheet temperature control zone at the strip running speed, the furnace temperature and example that put the heating zone and the soaking zone, you need The fuel input amount was set as the plate temperature control amount .

【0026】これにより、例えば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
に従う反応速度域においては、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
限界の雰囲気組成モデル式又はこの雰囲気組成モデル
と浸炭反応を阻害しない関係式から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
雰囲気組成モデル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表面反
応速度を算出し、前記浸炭量をこの表面反応速度で微分
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
炭炉内の最大通板速度を算出する。この浸炭炉内の最大
通板速度が連続焼鈍浸炭設備の通板速度を律速する場合
には、当該浸炭炉内の通板速度で前記各板温制御帯の炉
温、燃料投入量等を設定する制御を行うことにより、最
も効率のよい浸炭条件の下に前記鋼板の仕様諸元を満足
する金属帯表層部への浸炭量を得ると共に、各板温制御
帯において所定の板温を得ることができる。
Thus, for example, in a reaction rate range in which the carburization rate follows a surface reaction rate greater than the diffusion rate from the surface layer portion of the metal strip to the inside, the amount of carburization into the metal strip from the specifications of the steel sheet is determined. Set the carburizing temperature to increase the carburizing reaction below the recrystallization temperature that is the carburizing condition, and set the atmosphere composition model formula of the sooting limit in the carburizing furnace at the carburizing temperature or this atmosphere composition model formula and the carburizing reaction. The control amount of the carbon monoxide concentration or the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration is calculated from the relational expression that does not hinder the control, and the control amount of the carbon monoxide partial pressure or the carbon monoxide partial pressure and the hydrogen partial pressure calculated based on this is calculated. If, to calculate the surface reaction rate per unit time based on the temperature-dependent coefficient of the reaction rate of carburization calculated from the atmosphere composition model formula related to the control amount of the carburization temperature, Either calculate the carburizing time by differentiating the carburizing amount with this surface reaction speed, or calculate the carburizing time to achieve the carburizing concentration distribution set according to the surface reaction speed, and use the effective carburizing time with these carburizing times. The maximum threading speed in the carburizing furnace is calculated by dividing the furnace length. When the maximum sheet passing speed in the carburizing furnace controls the sheet passing speed of the continuous annealing carburizing equipment, the furnace temperature of each of the sheet temperature control zones and the fuel injection are controlled by the sheet passing speed in the carburizing furnace. By performing the control to set the amount, etc., under the most efficient carburizing conditions, while obtaining the amount of carburization to the metal band surface layer portion that satisfies the specifications of the steel sheet, a predetermined sheet in each sheet temperature control zone You can get warmth.

【0027】なお、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
算出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。そ
して、本発明の金属帯の連続浸炭方法では、例えば必要
な浸炭制御を行うために、加熱と浸炭とを同時に行う場
合や加熱の後に幾らか温度を下げて浸炭を行う場合のよ
うに、板温制御と浸炭制御との場が同じ場合も異なる場
合も、例えば通板速度の時系列的な考慮により同様な制
御を可能とする。
In particular, when the supply / discharge flow rate of the atmospheric gas is small at high temperatures, in order to take into account the effect of inhibiting the carburizing reaction, for example, the carbon dioxide partial pressure is calculated in the above formula for calculating the surface reaction rate. and by adding H 2 O partial pressure, it is possible to more accurately control the carburization of the metal strip in the carburizing conditions CO 2, H 2 O is present. And in the continuous carburizing method of the metal strip of the present invention, for example, in order to perform necessary carburizing control, such as when heating and carburizing are performed simultaneously or when carburizing is performed by lowering the temperature somewhat after heating, When the temperature control and the carburizing control are performed in the same or different fields, similar control can be performed by, for example, considering the passing speed in a time-series manner.

【0028】[0028]

【実施例】図2は本発明の金属帯の連続浸炭及び板温制
御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
極低炭素鋼ストリップA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、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 in which the method for continuously carburizing a metal strip and controlling the sheet temperature according to the present invention is implemented. In the figure, an ultra-low carbon steel strip A is a not-shown entrance equipment having a coil rewinding machine, a welding machine, a washing machine, etc., a pre-tropical zone 1, a heating zone 2, a soaking zone 3, a carburizing zone 4, a first cooling zone 5. , The second cooling zone 6, a shearing machine, a winding machine, and other delivery-side equipment (not shown).

【0029】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.

【0030】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。本発明で
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)熱量と同等であり、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 arranged near the path of the strip that is passed up and down through the heating zone 2 and the leveling zone 3 through a hearth roll. The temperature inside the furnace (furnace temperature) is controlled by burning the fuel gas supplied to the furnace. In the present invention, the setting of the supply flow rate of the fuel gas is based on the heat demand in the furnace obtained from the heat balance in the furnace, which is 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 is passed through and carries the heat from the furnace. (Necessary) It is equivalent to the amount of heat, and is performed by a host computer (not shown) in accordance with the control logic of the entire line described later.

【0031】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 carburizing 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.

【0032】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, carburizing temperature, and sheet passing speed, ie, 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.

【0033】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
の浸炭ガスの組成及び供給・排出流量は、前記CO2
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 of the carburizing gas supplied to the carburizing furnace and the supply / discharge flow rate are determined by the host computer in such a manner that the free energy in the furnace is minimized in consideration of the material balance in the furnace described later. Is controlled in accordance with various conditions calculated based on the atmosphere composition model formula. The composition of the carburizing gas and the supply and discharge flow rates are controlled so as to suppress the increase in the CO 2 and the dew point to prevent a reduction in the carburizing reaction rate and a temper color.

【0034】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 strips in the carburizing furnace are passed through the hearth rolls 20 while moving up and down the furnace through hearth rolls 20. These hearth rolls 20 are required to maintain their rotation and 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.

【0035】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 is not described in detail here, for example, the sealing device 21 has a three-layered sealing layer 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.

【0036】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 the 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.

【0037】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によって行われるトータ
ルな連続焼鈍浸炭制御の構成概念について説明する。
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.

【0038】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、前記浸炭炉のコンパクト
化並びに定められた炉長で最大の浸炭処理能力を得るた
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 reduce the size of the carburizing furnace and obtain the maximum carburizing capacity with a specified furnace length, it is necessary to increase the carburizing reaction rate based on the principle of the above-described carburizing amount = carburizing reaction speed x carburizing time. From this necessity, the higher the carburizing temperature involved in the carburizing reaction rate, the better. This prevents the occurrence of sooting, which will be described later, and reduces CO2.
It also leads to raising the concentration upper limit.

【0039】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、本発明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CO
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。
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 invention, a relational expression that does not hinder the carburization reaction rate is set in advance, and for example, CO 2 obtained by the atmosphere composition model expression that does not cause sooting is obtained.
The H 2 concentration is calculated using this relational expression based on the concentration. 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.

【0040】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。
When the surface reaction rate is set, a carburizing time for achieving a desired carburizing concentration distribution is set. That is, in the case where only the C concentration in the surface layer portion is increased to make the gradient with the C concentration in the inner layer portion 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.

【0041】一方、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。これらの
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。
On the other hand, as mentioned in the above-mentioned heating zone and soaking zone, the optimum sheet passing speed is set in each sheet temperature control zone by calculating the capacity and process of each furnace. In consideration of the maximum stripping speed of each of these strip temperature control zones and the maximum stripping rate of the carburized zone, in a continuous annealing carburizing facility in which strips are passed in series, any stripping speed is the same as that of the entire facility. It must be decided whether to control the plate speed. In this case, all specifications of the steel sheet must be considered, and the specifications are given as absolute conditions.

【0042】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。
From the above, when the maximum threading speed obtained in the carburizing zone is larger than the minimum value of each maximum threading speed obtained in each sheet temperature control zone, the maximum threading speed of each sheet temperature control zone 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.

【0043】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、本発明の骨子であるところの浸炭
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。
Conversely, when the minimum value of the maximum threading speed obtained in each of the sheet temperature control zones is equal to or higher than the maximum threading speed obtained in the carburizing zone, the carburization that is the essence of the present invention is performed. It is necessary to set the maximum stripping speed of the strip as the line stripping speed, and to reset the furnace temperature and fuel supply rate as the strip temperature control amount in order to satisfy the strip temperature of each strip temperature control zone at this stripping speed. is there.

【0044】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。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下限値が設定され
る。
The logic shown in FIG. 5 executed by the host computer embodies these control concepts. In this logic, first, in step S20, the carburized zone,
The upper and lower limits of the furnace temperature required to satisfy the specifications of each steel sheet are set from the capacity limits of each furnace including each sheet temperature control zone.

【0045】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。
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.

【0046】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,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の
雰囲気ガス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。次にステップS22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。
On the other hand, based on the carburizing model formula modeling the sooting conditions and carburizing conditions of the carburizing zone 4 described in detail later, the target carburizing amount set from the specifications of the steel sheet or the carburizing amount is satisfied. Atmospheric gas composition and carburizing temperature for obtaining the carburizing concentration distribution to be obtained are obtained, and under the conditions, the maximum passing speed in the carburizing zone is set. Next, proceeding to step S22, 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 sheet passing speed at which the roll crown is within the meandering limit of the strip is determined. The calculated thermal crown is calculated. 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.

【0047】次にステップS23に移行して、前記ステ
ップS21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 S23, where the maximum sheet passing speed in each furnace set in step S21 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.

【0048】次にステップS24に移行して、前記ステ
ップS23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 S24, 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 S23 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.

【0049】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。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3−199344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/CO2 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。
The conventional carburizing technique is carried out for the purpose of surface hardening for improving the wear resistance and impact resistance of discontinuous materials made of so-called tempered steel such as gears, shafts and bearings.
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. 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 is performed for the purpose of improving the surface characteristics of the strip and improving the material of the steel sheet itself. Will be Therefore, for example, when the carburizing conditions of the metal strip are obtained from the specifications (for example, JP-A-3-199344) required for the metal intended to improve the secondary work brittleness resistance, the present embodiment shows that The required amount of C is 20 ppm, the required amount of carburizing is 200 ppm or less, the carburizing depth is 50 to 200 μm, and the carburizing time depends on the sheet passing speed is 120 seconds or less. Under such conditions, the C concentration in the surface layer portion of the steel sheet does not reach the equilibrium concentration with respect to time.
As shown in (1), the carburizing rate is a surface reaction rate-determining region according to the reaction rate of the steel surface, and the carburizing rate is proportional to time itself. Since the carburizing amount and the carburizing depth are non-equilibrium in this surface reaction rate-controlling region, CO / CO is simply controlled by C potential control as an actual operation control index so that the equilibrium C concentration in the surface layer in the steel is simply obtained. It is necessary to set the carburizing conditions so as to obtain the required amount of carburizing determined from the required specifications of the steel sheet, taking into account not only the control of No. 2 but also the large number of controlled variables in the furnace. 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.

【0050】まず、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, it is necessary to prevent the occurrence of sooting and to suppress the rise of the dew point as described above. To reason. 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.

【0051】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.

【0052】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

【0053】 但し、 n:ガス種の数,p:凝縮種の数 を示す。[0053] Here, n: number of gas species, p: number of condensed species.

【0054】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

【0055】 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。
[0055] 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.

【0056】 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。
[0056] 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

【0057】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 Equations 8 and 1 is set by a program stored in the host computer, and a solution obtained from this atmosphere composition model equation is determined. 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.

【0058】 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 : enters the furnace C mass in atmospheric gas W s C : C mass taken off by the strip W g O : C mass in atmospheric gas exiting from the furnace V: Surface reaction rate, t: Carburizing time, w: Plate width.

【0059】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 above-mentioned atmosphere based on the thermodynamic (atmosphere composition) model formula in consideration of the material balance in the actual case of continuous carburization in the carburizing furnace ensures the generation of sooting. 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.

【0060】次に、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11〜13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 carburizing amount control constituting the main part of this embodiment will be described. The surface reaction when CO is used as the atmosphere gas can be considered as the following formulas 11 to 13. 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).

【0061】 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14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1
2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: equilibrium Indicates a constant. However, the effect of H 2 is not considered in the above equation (14). As the reaction formula for H 2 ,
The reaction represented by the following formula 15 is considered with respect to the reaction formula represented by formula 2.

【0062】 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
Understand. Therefore, in this embodiment, the surface reaction rate V is
It was expressed by an equation.

【0063】 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 and k 2 : reaction rate constants, and the reaction rate constants k 1 and k 2 can be set by the following equation 17 ′.

【0064】 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k
1 ,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, R is a gas constant, and T is an absolute temperature. . Note that the frequency factor A i , the activation energy E i ,
Since all gas constants R are constants, the reaction rate constant k
1 and k 2 were calculated from experimental values under various absolute temperature T conditions.

【0065】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).

【0066】 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17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, and X: diffusion distance. In addition, the said diffusion coefficient D was decided to be displayed approximately by actual measurement data. Therefore, the above equations (17) and (18)
The amount of carburizing of the steel sheet can be calculated by the formula.

【0067】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。つま
り、このロジックは、前記図5のロジックのステップS
21、或いは必要に応じてステップS24で実行される
マイナプログラムである。
Here, when the passing speed is regulated based on the operating 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 above equation (18) with this 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 condition that matches the carburizing amount. Toes
This logic corresponds to step S of the logic of FIG.
21 or, if necessary, executed in step S24
It is a minor program.

【0068】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
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, conditions such as the composition of the atmosphere gas, the flow rate of the input gas, the carburizing temperature and the sheet passing speed, and the specifications of the steel sheet are read from the condition settings given as the specifications of the steel sheet after carburizing. 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.

【0069】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 to set the atmosphere composition model formula 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).

【0070】次にステップS6に移行して、前記19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 rate into the steel is calculated based on the above equation (19), 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.

【0071】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.

【0072】 ΔC=ΔC+(ΔC’−ΔC)×b ………(20) 但し、 b:定数 を示す。前記ステップS10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。
ΔC = ΔC + (ΔC′−ΔC) × b (20) where b represents a constant. In step S10, 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.

【0073】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.

【0074】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 apparent from the figure, in the sooting generation limit determined in consideration of the material balance, the CO concentration and the H 2 concentration are higher than the sooting generation limit determined 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.

【0075】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 the carburizing conditions calculated by this program, that is, the carburizing amounts when the control amounts are changed, and the actually measured carburizing amounts. 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.

【0076】次に、本プログラムによって算出される浸
炭制御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 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.

【0077】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.

【0078】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浸炭
理能力が得られるように前記各浸炭制御量が設定され
る。次に、前記図6のロジックの浸炭制御によって通板
速度が規制された場合に、例えば前記図5の演算処理の
ステップS24において、浸炭帯以外の熱処理帯で行わ
れる板温制御の具体的演算例を図9に基づいて説明す
る。
Therefore, according to this logic, even when the carburizing concentration distribution is not required, as well as when the carburizing concentration distribution is required, sooting 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 that the maximum carburizing capacity is obtained under the conditions. Next, when the passing speed is regulated by the carburizing control of the logic of FIG. 6, for example, the calculation process of FIG.
A specific calculation example of the sheet temperature control performed in the heat treatment zone other than the carburizing zone in step S24 will be described with reference to FIG.

【0079】前記図5に示す板温制御プログラムによれ
ば、各熱処理炉の能力計算及び鋼板の仕様諸元に基づい
て炉温が再設定され、同時に焼鈍処理に必要な目標板温
及び板温変動の許容範囲が再設定される。一方、前記浸
炭制御プログラムによって通板速度が規制され、その通
板速度精度が±0.06m/min.である場合に、図9に
示す設定炉温に対する板温と焼鈍時間との制御マップに
基づいて,当該通板速度の通板条件に従って板温制御時
間(目標焼鈍時間)及び焼鈍時間変動の許容範囲を設定
する。
According to the sheet temperature control program shown in FIG. 5, the furnace temperature is reset based on the calculation of the capacity of each heat treatment furnace and the specifications of the steel sheet, and at the same time, the target sheet temperature and the sheet temperature required for the annealing treatment. The fluctuation tolerance is reset. On the other hand, when the passing speed is regulated by the carburizing control program and the passing speed accuracy is ± 0.06 m / min., The control map of the sheet temperature and the annealing time with respect to the set furnace temperature shown in FIG. On the basis of this, the sheet temperature control time (target annealing time) and the allowable range of the annealing time fluctuation are set in accordance with the sheet passing conditions at the sheet passing speed.

【0080】この場合、板温変動の許容範囲と焼鈍時間
変動の許容範囲とが前記板温と焼鈍時間との制御マップ
上で合致しない場合には設定炉温を変更し、当該変更さ
れた設定炉温を達成するために、前記ラジアントチュー
ブへの燃料流量等の制御量,即ち加熱量等の板温制御量
を変更する。つまりこれが図5のロジックによって達成
される定常時の連続焼鈍浸炭制御に相当し、所謂フィー
ドバック制御を行っていることになる。一方、図5のロ
ジックにおける非定常時の連続焼鈍浸炭制御にあって
は、前記プロセスモデル計算,最適ルート計算によって
炉温を決定している燃料流量の制御量を直接算出するこ
とにより、応答速度の大きい炉温制御の時定数エラーを
低減若しくは抑止する,所謂フィードフォワード制御に
よって最適な板温制御が可能となる。
In this case, if the allowable range of the sheet temperature fluctuation and the allowable range of the annealing time fluctuation do not match on the control map of the sheet temperature and the annealing time, the set furnace temperature is changed and the changed setting is changed. In order to achieve the furnace temperature, a control amount such as a fuel flow rate to the radiant tube, that is, a plate temperature control amount such as a heating amount is changed. That is, this corresponds to the continuous annealing and carburizing control in a steady state achieved by the logic of FIG. 5, and so-called feedback control is performed. On the other hand, in the unsteady continuous annealing carburizing control in the logic of FIG. 5, the response speed is calculated by directly calculating the control amount of the fuel flow rate that determines the furnace temperature by the process model calculation and the optimal route calculation. The so-called feed-forward control, which reduces or suppresses the time constant error of the furnace temperature control having a large value, enables the optimal plate temperature control.

【0081】なお、本実施例では表面反応においてC
O,H2 ,CO2 及びH2 O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。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。
In the present embodiment, C is used in the surface reaction.
Although the case where the surface reaction rate is calculated taking into account only the influence of O, H 2 , CO 2 and H 2 O has been described in detail, as described above, the influence of other atmosphere gas compositions, for example, the influence of heavy hydrocarbons, is taken into account. Alternatively, the surface reaction rate may be calculated. Further, in the present embodiment, the thermodynamic model formula considering the material balance is linearized, and the equilibrium state is calculated by converging the solution. However, the means for calculating the equilibrium state is not limited to this. Absent.

【0082】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、
本発明の連続焼鈍及び連続浸炭方法は,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。
Further, in this embodiment, particularly, a strip made of ultra-low carbon steel is continuously annealed and carburized, and before the carburizing concentration reaches the equilibrium concentration, the carburizing speed is controlled by the surface reaction speed. Although only carburizing control was described in detail,
Needless to say, the continuous annealing and continuous carburizing method of the present invention can be applied to a diffusion-controlled region where the carburizing speed is controlled by the diffusion speed from the surface of the metal strip to the inside.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上説明したように本発明の金属帯の連
続浸炭及び板温制御方法によれば、浸炭温度に関するス
ーティング発生限界の雰囲気モデル式及び又は浸炭反応
を阻害しない関係式に基づいて、材料の仕様諸元から与
えられる浸炭量を制約条件として、例えば所望する浸炭
濃度分布を満足する或いは浸炭炉内の最大浸炭処理能力
から得られる一酸化炭素又は一酸化炭素及び水素の濃度
や分圧を設定すると共に、浸炭時間を設定してこの浸炭
時間を達成するための通板速度を設定し、この通板時間
で各板温制御帯において所定の板温を得るために、例え
ば加熱帯や均熱帯における炉温や、それに必要な燃料投
入量を設定することとしたために、最も効率のよい浸炭
条件の下に前記鋼板の仕様諸元を満足する金属帯表層部
への浸炭量を得ると共に、各板温制御帯において所定の
板温を得ることができる。
As described above, according to the method for continuously carburizing a metal strip and controlling the sheet temperature according to the present invention, the atmosphere model formula of the sooting occurrence limit with respect to the carburizing temperature and / or the carburizing reaction.
Based on a relational expression that does not hinder, the carburizing amount given from the specification data of the material is used as a constraint, for example, carbon monoxide or carbon monoxide that satisfies the desired carburizing concentration distribution or is obtained from the maximum carburizing capacity in the carburizing furnace. Concentration of carbon oxide and hydrogen
In addition to setting the partial pressure and setting the carburizing time to set the sheet passing speed to achieve this carburizing time, in order to obtain a predetermined sheet temperature in each sheet temperature control zone with this sheet passing time, for example, In order to set the furnace temperature in the heating zone and the soaking zone and the necessary fuel input amount, the amount of carburization to the surface layer of the metal strip that satisfies the specifications of the steel sheet under the most efficient carburizing conditions And a predetermined plate temperature can be obtained in each plate temperature control zone.

【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及び板温制御方法を
用いた浸炭制御の対象となる連続焼鈍浸炭設備の一実施
例を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a continuous annealing carburizing facility to be subjected to carburizing control using the continuous strip carburizing and sheet temperature control method of the present invention.

【図3】低AI−高BH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及び板温制御方法を
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 and sheet temperature control 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】図5,図6の実施例によって目標とする板温を
得るために算出された板温制御諸条件の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of sheet temperature control conditions calculated to obtain a target sheet temperature according to the embodiments of FIGS. 5 and 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1 is a pre-tropical zone 2 is a heating zone 3 is a solitary zone 4 is a carburizing zone 5 is a first cooling zone 6 is a second cooling zone A is a strip

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸住 順 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 岡田 進 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 8/22 C21D 9/52 101 C21D 11/00 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Jun Morozumi 1-chome, Mizushima-Kawasaki-dori, Kurashiki-shi, Okayama Pref. No. 1 town Kawasaki Steel Engineering Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 8/22 C21D 9/52 101 C21D 11/00 101

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 浸炭炉の内外で金属帯に対して所望する
板温を得るための板温制御を行いながら、スーティング
が発生しない雰囲気組成範囲内で、浸炭炉内に通板され
る金属帯を連続的に浸炭する場合の浸炭及び板温の制御
方法であって、前記浸炭炉内のスーティングが発生しな
い条件と浸炭条件とから通板速度設定、この通板速
度に応じて前記所望する板温を得るための板温制御量
して板温制御帯での炉内温度及び/又は燃料投入量を設
定することを特徴とする金属帯の連続浸炭及び板温制御
方法。
1. A metal sheet passing through a carburizing furnace within an atmosphere composition range in which sooting does not occur, while performing a sheet temperature control for obtaining a desired sheet temperature for a metal strip inside and outside a carburizing furnace. A method for controlling carburization and sheet temperature when continuously carburizing a belt, wherein a sheet passing speed is set from a condition in which sooting does not occur in the carburizing furnace and a carburizing condition, and the sheet passing speed is set in accordance with the sheet passing speed. A sheet temperature control amount for obtaining the desired sheet temperature ;
A method for continuously carburizing a metal strip and controlling a sheet temperature, wherein the furnace temperature and / or the amount of fuel input in the sheet temperature control zone are set by setting the temperature.
【請求項2】 前記のスーティングが発生しない条件と
浸炭条件とから通板速度を設定するに際し、前記浸炭炉
内でスーティングが発生しないために予め設定された浸
炭温度に関する雰囲気組成モデル式及び/又は浸炭反応
を阻害しない関係式に基づいて、目標とする浸炭濃度分
布を得るための一酸化炭素濃度又は一酸化炭素濃度及び
水素濃度と浸炭時間とを設定し、この浸炭時間を達成す
るために必要な通板速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及び板温制御方法。
2. When setting a sheet passing speed from the conditions in which sooting does not occur and the carburizing condition, an atmosphere composition model formula relating to a carburizing temperature set in advance so that sooting does not occur in the carburizing furnace; / Or carburizing reaction
The carbon monoxide concentration or carbon monoxide concentration and hydrogen concentration and the carburizing time for obtaining the target carburizing concentration distribution are set based on the relational expression that does not inhibit the carburizing time, and the necessary carburizing time for achieving this carburizing time is set. The method for continuously carburizing a metal strip and controlling a sheet temperature according to claim 1, wherein the sheet speed is set.
【請求項3】 前記のスーティングが発生しない条件と
浸炭条件とから通板速度を設定するに際し、前記浸炭炉
内でスーティングが発生しないために予め設定された浸
炭温度に関する雰囲気組成モデル式及び/又は浸炭反応
を阻害しない関係式に基づいて一酸化炭素濃度又は一酸
化炭素濃度及び水素濃度を設定し、これに基づいて設定
される浸炭炉での最大浸炭処理能力から浸炭時間を設定
し、この浸炭時間を達成するために必要な通板速度を設
定することを特徴とする請求項1に記載の金属帯の連速
浸炭及び板温制御方法。
3. An atmosphere composition model formula relating to a predetermined carburizing temperature in order to prevent sooting from occurring in the carburizing furnace when setting the sheet passing speed from the conditions in which sooting does not occur and the carburizing conditions. / Or carburizing reaction
A carbon monoxide concentration or a carbon monoxide concentration and a hydrogen concentration are set based on a relational expression that does not hinder, and a carburizing time is set from a maximum carburizing treatment capacity in a carburizing furnace set based on this, and this carburizing time is The continuous strip carburization of a metal strip and the sheet temperature control method according to claim 1, wherein a sheet passing speed required to achieve the target is set.
【請求項4】 前記水素濃度を設定するに際し、前記ス
ーティングが発生しないための雰囲気組成モデル式に基
づいて設定された一酸化炭素濃度に対して、浸炭反応を
阻害しないために設定された関係式に基づいて水素濃度
を設定することを特徴とする請求項2又は3に記載の金
属帯の連続浸炭及び板温制御方法。
4. When setting the hydrogen concentration, a relationship set so as not to inhibit a carburizing reaction with respect to a carbon monoxide concentration set based on an atmosphere composition model formula for preventing the sooting. The method for continuously carburizing a metal strip and controlling a sheet temperature according to claim 2 or 3 , wherein the hydrogen concentration is set based on an equation.
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