JP3095913B2 - 金属帯の連続焼鈍方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属帯の連続焼鈍設備
に関するものであり、例えば極低炭素鋼からなるストリ
ップを焼鈍炉内から浸炭炉内に通板して連続的に焼鈍浸
炭を行い、超深絞り性を有する高張力鋼板等を製造する
のに適するものである。

【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、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。

【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）や時効性（Agin
g Index ：ＡＩ）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（抗張力，TensileStrength：Ｔ
Ｓ）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 Affecte
d Zone：ＨＡＺ）の粗粒化によってスポット溶接性が劣
化する。

【０００４】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。

【０００５】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（ストリップＡ）に対して所定の
再結晶焼鈍を行った後、浸炭帯４では鋼板温度，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。

【０００６】なお、前記浸炭帯４で浸炭された金属帯を
冷却する第１，第２冷却帯５，７は非常に重要であり、
こうしたストリップの連続浸炭操業の実際にあっては不
可欠である。これらの冷却帯５，７では金属帯を急冷す
ることによって浸炭された固溶Ｃの拡散を停止し、金属
帯の表層部のうち表面の極薄い範囲にのみ固溶Ｃが固定
される。このため例えば前記特開平４−８８１２６号公
報に記載される連続焼鈍浸炭設備では、浸炭後のストリ
ップを、第１冷却帯５で板温が６００℃以下，好ましく
は５００〜４００℃程度になるまで２０℃／sec.以上の
冷却速度で急冷し、前記第２冷却帯７では鋼板温度が２
５０〜２００℃程度になるまでガス冷却が行われる。一
方、この冷却速度及び冷却到達温度を制御することで、
常温遅時効性を有する高焼付硬化型鋼板（低ＡＩ−高Ｂ
Ｈ鋼板）を製造することもできることが判明してきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで連続焼鈍設備
に連続浸炭設備を付加した連続焼鈍浸炭設備では、確か
にプレス加工に有効な深絞り性を有する高張力鋼板を製
造することが可能である。しかしながらその一方で、よ
り一層の軽量化と資材の軽減化に伴うコストの低廉化の
ために，更に深絞り性を追求した超深絞り性を有する高
張力鋼板の安定供給が要求されている。

【０００８】ところが、抗張力（ＴＳ）に代表される強
度を高めるには、例えば浸炭による固溶Ｃの増加量を増
大すればよいが、固溶Ｃを増加しただけでは深絞り性
（ｒ値）や延性（Ｅｌ）に代表されるプレス加工性は劣
化してしまう。従って、業界ではこのような二律相反す
る課題を解決するような連続焼鈍浸炭方法の開発が早急
に望まれている。

【０００９】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３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。

【００１０】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。

【００１１】本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発され
たものであり、浸炭冷却後の金属帯を２５０〜５５０℃
に保持して焼戻しを行うことにより、同等の抗張力（Ｔ
Ｓ）でありながら深絞り性（Ｅｌ，ｒ値）の高い超深絞
り性を有する高張力鋼板を製造可能とした連続焼鈍方法
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本件発明者等は前記諸問
題について鋭意検討を重ねた結果、以下の知見に基づい
て本発明を開発した。即ち、前記表面反応律速域におけ
る金属帯の浸炭条件を広範囲に渡って研究するうち，浸
炭後の温度経緯（履歴）によっても固溶Ｃの存在状態に
代表される浸炭の状態をコントロールすることができる
ことに着目した。そして、具体的に固溶Ｃの拡散を制御
してそれらの固溶Ｃを固定する冷却工程の後に，金属帯
を所定の板温に保持することによって焼戻しの効果が発
生し、浸炭冷却によって低下した延性（Ｅｌ）や深絞り
性（ｒ値）の回復を可能とすることを見出した。

【００１３】而して本発明の金属帯の連続焼鈍方法は、
高強度及び超深絞り性が要求される金属帯を連続的に送
給して浸炭する浸炭帯と、その浸炭帯から連続的に送出
される金属帯を所定の冷却速度で所定の冷却温度まで冷
却する冷却帯とを備えた金属帯の連続焼鈍設備にあっ
て、前記冷却帯の出側に板温保持帯を備え、この板温保
持帯で、前記冷却帯から連続的に送出される金属帯を２
５０℃〜５５０℃の保持温度に保持することを特徴とす
るものである。

【００１４】

【作用】本発明の金属帯の連続焼鈍方法では、例えば加
熱帯や均熱帯を有する焼鈍帯内に連続的に送給される金
属帯に対して再結晶温度以上の板温条件下で焼鈍を行う
ことにより、例えば極低炭素鋼からなるストリップの結
晶方位を発達させて十分な延性や深絞り性を発揮せしめ
る。そして、例えば前記焼鈍帯内から浸炭帯内へ金属帯
が連続的に送給される場合は、焼鈍帯から送出される金
属帯を強制冷却するか或いは放冷して、必要に応じて加
熱し、又は一旦、焼鈍処理された金属帯が巻取り等によ
って完全に冷却した場合には必要に応じて加熱するなど
して、前記浸炭帯内に連続的に送給される金属帯に対し
て再結晶温度以下の板温条件下で浸炭を行うことによ
り、金属帯内層部への固溶Ｃの拡散を抑制して金属帯表
層部の濃度だけを高め、同時にこの表層浸炭部では粒内
への固溶Ｃの取り込みを抑制して粒界に多量の固溶Ｃを
存在せしめる。更に、浸炭帯から送出された金属帯を冷
却帯内に連続的に送給し、この冷却帯内で金属帯を所定
の冷却速度で所定の到達冷却温度まで冷却することによ
り、固溶Ｃの拡散を停止して前記金属帯表層部にのみ多
量の固溶Ｃを固定し、抗張力ＴＳに代表される強度を向
上する。次いで、例えば前記冷却帯内から板温保持帯内
へ金属帯が連続的に送給される場合は、冷却帯から送給
される金属帯を強制冷却するか或いは放冷して、必要に
応じて加熱し、当該板温保持帯内で金属帯を２５０℃〜
５５０℃の保持温度に保持することにより実質的な焼戻
しを行い、前記抗張力はそのままに又は小さな低下量
で、前記浸炭帯での浸炭や冷却帯での冷却によって低下
した延性及び深絞り性を回復し、高強度及び超深絞り性
を有する高張力鋼板の製造を可能とする。

【００１５】

【実施例】図４は本発明の金属帯の連続焼鈍方法を実施
化した連続焼鈍設備び一実施例を示すものであり、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、板温保持帯６、第２冷却帯７、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
ことにより、図５に示す板温経緯・履歴が行われる。

【００１６】前記加熱帯２は、図５に示すように入側設
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７００〜９５０℃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。

【００１７】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。

【００１８】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、図５に示すように該浸炭帯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７００〜９
５０℃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。また、浸炭炉内の
雰囲気塑性としては例えばＣＯ濃度２５％以下，Ｈ₂ 濃
度３０％以下のＣＯ＋Ｈ₂ ＋Ｎ₂ の混合雰囲気が用いら
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，例え
ば本出願人が先に提案した特願平４−３２０８９１号に
記載され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。

【００１９】本実施例では，浸炭炉内のストリップはハ
ースロール１０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１０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Ｃ
ｒ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１１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。

【００２０】前記シール装置１１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。

【００２１】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、図５に示すように浸炭後のストリ
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。

【００２２】前記第１冷却帯５から送出された金属帯は
板温保持帯６に送給される。この板温保持帯６は、図５
に示すように前記浸炭帯４及び第１冷却帯５での浸炭冷
却によって低下した延性（Ｅｌ）や深絞り性（ｒ値）を
回復するために，当該金属帯を２５０℃〜５５０℃の所
定温度に保持して所謂焼戻しを行い、これによって浸炭
冷却で得られた高張力はそのままに深絞り性を向上する
ためのものである。

【００２３】この板温保持帯６内を，ハースロール１２
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
板路近傍には前記加熱帯及び均熱帯と同様に多数のラジ
アントチューブや冷却ガスジェットノズルが配設されて
おり、前記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）を制御して板温の加熱又は
均熱制御を可能とすると共に，前記冷却ガスジェットノ
ズルからストリップ表面に吹付けられる冷却ガス流量を
制御して板温の冷却制御を可能とする。本発明では、前
記第１冷却帯５での冷却到達温度が前記所定の保持温度
以上である場合には放冷若しくは前記冷却ガスジェット
ノズルによる強制冷却によって金属帯を当該所定の保持
温度とし、第１冷却帯５での冷却到達温度が前記所定の
保持温度以下である場合には前記ラジアントチューブ１
２によって金属帯を加熱して当該所定の保持温度とす
る，いずれの場合にも適用可能である。

【００２４】前記板温保持帯６から送出されたストリッ
プＡは次いで第２冷却帯７に送給される。この第２冷却
帯７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設備によって
金属帯に浸炭のみを施した（冷却工程を含む）場合と、
浸炭冷却の後に前記板温保持帯で所定の温度Ｔ℃に所定
時間ｔsec.保持して焼戻しを施した場合とで，得られる
鋼板の材質特性の相違について図６に基づいて説明す
る。同図から明らかなように、焼戻しを施した場合には
抗張力ＴＳは低下するが，その低下量は比較的小さく、
延性Ｅｌや深絞り性ｒ値は大幅に増大し、浸炭量が増大
するにつれてその傾向は顕著化する。このことは、逆に
浸炭工程で得られた高い浸炭量を冷却工程で固定して大
きな抗張力を得ながらも，焼戻し工程で延性や深絞り性
の大幅な回復を得られることを意味するから、本発明の
目的とする超深絞り性を有する高張力鋼板の製造及びそ
の安定供給を可能とする。

【００２５】なお、本実施例では板温の履歴が図５に実
線で示すように推移される場合についてのみ詳述した
が、例えば同図に仮想線で示すように，一旦，冷却され
た金属帯を再加熱して前記浸炭や焼戻しを行う場合にも
同様に展開可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の金属帯の連
続焼鈍方法によれば、浸炭帯に連続する冷却帯から送出
された金属帯を、板温保持帯で２５０℃〜５５０℃の所
定温度に保持して、当該金属帯に焼戻しを行うことによ
り、浸炭工程や冷却工程で得られた抗張力はそのまま
に、それらの工程で低下した延性や深絞り性を大幅に回
復し、高強度及び超深絞り性を有する高張力鋼板の製造
及びその安定供給を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１の熱処理工程を実施化するための連続焼鈍
設備の一例を示す概略構成図である。

【図３】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。

【図４】本発明の連続焼鈍設備の一実施例を示す概略構
成図である。

【図５】図４の連続焼鈍設備で行われる板温制御の温度
経緯・履歴の説明図である。

【図６】図４の連続焼鈍設備で得られる金属帯又は鋼板
の抗張力及び延性，深絞り性の特性説明図である。

【符号の説明】

１は予熱帯 ２は加熱帯 ３は均熱帯 ４は浸炭帯 ５は第１冷却帯 ６は板温保持帯 ７は第２冷却帯 Ａはストリップ

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 (56)参考文献 特開 昭63−18018（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−198417（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−88126（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−156063（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/56 101 C23C 8/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高強度及び超深絞り性が要求される金属
   帯を連続的に送給して浸炭する浸炭帯と、その浸炭帯か
   ら連続的に送出される金属帯を所定の冷却速度で所定の
   冷却温度まで冷却する冷却帯とを備えた金属帯の連続焼
   鈍設備にあって、前記冷却帯の出側に板温保持帯を備
   え、この板温保持帯で、前記冷却帯から連続的に送出さ
   れる金属帯を２５０℃〜５５０℃の保持温度に保持する
   ことを特徴とする金属帯の連続焼鈍方法。