JP4815799B2

JP4815799B2 - フェライト系ステンレス鋼板のバッチ式焼鈍方法

Info

Publication number: JP4815799B2
Application number: JP2004376816A
Authority: JP
Inventors: 誠山口; 肇永井; 繁美笹山; 宏幸中島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006183084A

Description

本発明は、バッチ式焼鈍炉におけるフェライト系ステンレス鋼板の焼鈍方法に関する。

一般に、バッチ式焼鈍炉における鋼板の加熱は、材料毎に定められた、ヒートサイクル（均熱時間、均熱温度）に到達するべく、ベル温度を設定し実施されている。
加熱を行うに際しては、予め、炉内積込重量、積込コイル数などを考慮し、コイルの最冷点が所定の温度に到達するように加熱パターン（加熱速度と加熱時間）を決定し、この加熱パターンに従い、ヒートサイクルで定めた均熱温度までの加熱制御を実施している。また、加熱中は、実際のコイル温度あるいは雰囲気ガス温度を測定し、加熱パターンで決定した加熱速度で加熱が行えるように、制御を実施する。

この時、例えば、制御温度として、炉温、つまりアウターカバーとインナーカバーの間の温度であるベル温度を採用し、制御温度の加熱パターンを決定して炉温を制御するとともに、上記のように実際のコイル温度あるいは雰囲気ガス温度を測定し、実際のコイル温度あるいは雰囲気温度が目標温度に到達するまでベル温度を所定の温度に保持した後、コイルの材質等から要求される均熱時間保持することが行われる。

あるいは、被焼鈍物であるコイル自体の温度を制御対象とし、より適切な温度制御を行う方法として、例えば、特許文献1には、被焼鈍物に関する伝熱モデル式を用いて被焼鈍物の内部温度を予測し、その予測結果が所定の目標値に従うように燃焼制御を行う方法が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、コイル最冷点を所定の温度に到達させることはできるが、温度が高くなりやすいコイル外巻の過剰過熱を防止することができない。一方で、加熱パターンを変更し、加熱速度を低下させることで加熱中のコイル外巻温度の過剰加熱を防止できるが、生産能率を低下させてしまう。

ここで、フェライト系ステンレス鋼板をバッチ式焼鈍炉において焼鈍する場合は、結晶粒径の粗大化による材質の劣化を防止するため、均熱温度はγ変態点直下の温度に設定して焼鈍する。また、フェライト系ステンレス鋼板の焼鈍では、還元性雰囲気ガス中で焼鈍を実施するが、高価な水素使用量を抑えるため、通常、水素濃度3〜50％残り窒素の雰囲気とし、窒素濃度50％以上の雰囲気下でバッチ式焼鈍をおこなっており、このような雰囲気下で過剰に加熱されると、窒化し、鋼中のCrと反応してCr化合物を生成し耐食性が低下するという問題が発生する。

フェライト系ステンレス鋼板の焼鈍は上記のように設定されるため、特許文献1をフェライト系ステンレス鋼板の焼鈍に適用した場合、生産効率の低下はむろんの事、コイル外巻の過剰過熱により鋼板の窒化が問題となる。

特許文献2には、冷延圧延後の鋼帯コイルをベル型焼鈍炉により焼鈍するに際し、昇温過程中に昇温温度より70〜200℃低い中間均熱温度で中間均熱熱処理する方法が記載されている。

しかしながら、特許文献2に記載の技術では、圧着疵の防止はできるが、フェライト系ステンレス鋼板をバッチ焼鈍する際に問題となるコイル外巻きの窒化を防止できない。

また、特許文献３には、ベル型焼鈍の温度制御において、ベル温度の上限を規定してベース温度制御により昇温し、ベル温度が規定温度に達した時点でベース温度制御からベル温度制御に切り替える焼鈍温度制御方法が記載されている。

しかしながら、ベース温度制御からベル温度制御へ切り替えるだけでは、均熱温度到達の際に発生するコイル外巻の過剰加熱を十分に防止することができない場合があった。
特開平５−２７１７９２号公報特開平１０−２５１７６４号公報特開平６−２９９２５４号公報

以上のように、フェライト系ステンレス鋼板をバッチ式焼鈍炉により焼鈍するにあたっては、従来の方法では、コイル外巻きの過加熱によりフェライト系ステンレス鋼板が窒化したり、生産効率の大きな低下を招いてしまう等の問題がある。

本発明はかかる事情に鑑み、バッチ式焼鈍処理において、生産効率の大きな低下を招くことなく、コイル外巻きの過加熱を防止し、フェライト系ステンレス鋼板の窒化を防止するフェライト系ステンレス鋼板の焼鈍方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意研究した。その結果、均熱目標温度手前でまず加熱保持し、次いで、均熱目標温度まで再度加熱してバッチ式焼鈍処理を行うことにより、生産効率の大きな低下を招くことなく、コイル外巻きの過加熱が防止可能であることを見出した。さらに、本発明ではまず均熱保持する温度として、（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）の範囲内に規定することにより、生産効率の低下を最初に抑えつつ、フェライト系ステンレス鋼板の窒化を防止できることをも見いだした。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

その発明は、フェライト系ステンレス鋼板を、目標ベル温度を設定して加熱しバッチ式焼鈍するにあたり、該目標ベル温度の設定を（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）として、ベル温度を昇温して該目標ベル温度に保持し、次いで前記目標ベル温度の設定を均熱目標温度としてベル温度の昇温を再開することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板のバッチ式焼鈍方法である。

本発明の焼鈍方法によれば、バッチ式焼鈍処理においてコイル外巻きの過加熱を防止し、フェライト系ステンレス鋼板の窒化を防止した焼鈍を行うことが可能となる。さらに本発明では、加熱速度を低下させずに焼鈍を行うことが可能となるため、生産能率低下を最小限に抑えることができる。

本発明者らの検討により、コイル温度がγ変態点を超えると、前述のように結晶粒径が粗大化するのみならず、窒化の問題が著しく大きくなることが判明し、コイル外巻の過加熱を確実に防止することが窒化を防止する上で重要であることが判った。

コイル外巻の過加熱を確実に防止するため、本発明のフェライト系ステンレス鋼板のバッチ式焼鈍方法は、まず、均熱目標温度手前で加熱保持し、次いで、均熱目標温度まで再度加熱することを特徴とする。そして、最初に加熱保持する温度を、（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）とすることをさらなる特徴とする。具体的には、まず、目標ベル温度の設定を（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）として、ベル温度を昇温して目標ベル温度に保持後、次いで、前記目標ベル温度の設定を均熱目標温度としてベル温度の昇温を再開することを特徴とする。このような特徴を有することにより、1）コイル外巻温度がγ変態点以下で焼鈍可能となり、コイル外巻の窒化を防止することができる。2）均熱目標温度-50℃〜 -20℃の範囲に到達するまで加熱速度を低下させず焼鈍を行うので、生産能率低下を最小限に抑えることができる。

次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼板のバッチ式焼鈍方法について詳細に述べる。なお、以下は、本発明の一実施態様を示すもので、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、目標ベル温度を（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）（例えば、以下800℃とする）に設定し、ベル温度が目標ベル温度800℃に到達するまで昇温する。この時の昇温は炉の最高能力で行うことが可能であり、設備仕様によって最高能力は異なるものの、目標ベル温度までの昇温速度は30℃/ｈ〜100℃/ｈ程度とすることができる。一方では、ベース温度も上記ベル温度と同時に測温する。そして、ベース温度が所定温度（例えば、以下650℃とする）に到達するまでは、ベル温度を800℃に保持する。次いで、ベース温度が650℃に到達したら、ベル目標温度を均熱目標温度（例えば、以下830℃とする）に設定し直し、ベル温度の昇温を再開する。ベル温度が目標ベル温度830℃に到達後は、ベース温度が830℃に到達するまで830℃に保持する。そして、ベース温度が830℃に到達したら、コイル全体が均熱温度に到達したとして、均熱時間をスタートさせ、所定の均熱時間保持する。

ここで、上述のように、目標ベル温度をまず（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）としベル温度をこの目標ベル温度まで昇温し一旦保持するのは、前述のように、生産効率を確保するために速い加熱速度で目標均熱温度までいっきに昇温することで、温度が最も高くなるコイル外巻部分の温度が目標温度を超え過加熱しまう事や、あるいは、加熱速度を落とすことで生産効率が低下するのを防止するためである。

目標ベル温度はまず（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）の範囲内に設定する。（均熱目標温度-50℃）未満であると必要以上に加熱能力を規制することで生産効率が低下するため、好ましくない。一方（均熱目標温度-20℃）を超えるとコイル外巻温度が過剰加熱され、γ変態点を超えて窒化される危険が高くなるため、好ましくない。なお、より好ましくは（均熱目標温度-30℃）以上である。

焼鈍雰囲気は、水素ガス原単位低減のため、窒素濃度50vol%以上とすることが好ましい。

ベース温度の所定値は、予め実験により、コイル外巻部分の温度が（均熱目標温度−５０℃）〜（均熱目標温度−２０℃）の範囲に設定した目標ベル温度となる温度を求めておけばよい。なお、ここで、コイル外巻温度は、バーナーに直近の最も高くなるコイルの外巻温度とすればよい。なお、目標ベル温度までの昇温速度が３０℃／ｈ〜１００℃／ｈ程度のバッチ式焼鈍炉では、ベース温度の所定値は６５０℃程度とすればよい。

（均熱目標温度-50℃）〜（均熱目標温度-20℃）の範囲内でのベル温度保持時間は、ベル温度が目標ベル温度到達後、ベース温度が所定温度（650℃）に到達するまでの間、保持可能であればよく、例えば、昇温速度30℃/ｈ〜100℃/ｈ程度の能力を持つバッチ式焼鈍炉であればおおむね10時間〜20時間の保持時間とすればよい。

目標均熱温度はおおむねγ変態点-80℃〜γ変態点-40℃の範囲である。（γ変態点-80℃）未満の温度では十分に再結晶させることができないため、（γ変態点-40℃）超えではコイル外巻温度が過剰加熱され、局部的にγ変態点を超える箇所が生じ窒化されるため、好ましくない。

なお、上記においては、炉温の設定位置として、ベース温度を測定した。コイル全体の温度の均一性を考慮した場合、ベース温度を測定するのが好ましいが、炉温の測定位置は特に限定されない。

以上のように、まず均熱目標温度手前の温度に目標ベル温度を設定することにより、速い加熱速度で加熱してもコイル外巻きの過加熱が発生しない。また、均熱目標温度手前の温度で加熱保持することにより、コイル外巻温度がγ変態点以下で焼鈍を行うことになる。その結果、コイル外巻の窒化が防止される。また、上記温度で保持し、ベース温度が所定温度まで昇温するのを待つことにより、コイル内外の温度格差を小さくできる。

さらに、均熱目標温度-50℃〜均熱目標温度-20℃の範囲に到達するまでは、加熱速度を低下させないため、生産能率低下を最小限に抑えることができる。

図１に示すフェライト系ステンレス鋼板加熱中の昇温・均熱パターンに沿って、フェライト系ステンレス鋼板のバッチ式焼鈍を行った。均熱目標温度を８３０℃（γ変態点８７０℃直下−４０℃の範囲）とし、焼鈍均熱目標温度３０℃手前（８００℃）で一旦加熱保持を実施した。なお、焼鈍を行うにあたり用いたバッチ式焼鈍炉の構成を図３に示す。図３によれば、ベース１にＡ積〜Ｄ積までのコイル２を載せて、インナーカバー３を被せ、さらに加熱用のベル４を被させる。ベル４の炉壁にはベル温度計５を、ベース１にはベ−ス温度計6を設置する。

具体的には、目標ベル温度をまず８００℃に設定し、加熱能力を大として加熱昇温し、ベル温度（図１中（１））が８００℃となってからは、ベース温度（図１中（２））が６５０℃になるまでベル温度を８００℃に保持した。なお、点火後目標ベル温度までの加熱速度の平均は８０℃／ｈｒであった。また、実績としては、８００℃での保持時間は１２時間であった。次いでベース温度が６５０℃に到達後、目標ベル温度を均熱目標温度である８３０℃に設定し直し、ベル温度の昇温を再開した。ベル温度が８３０℃に到達後は８３０℃を保持した。なお、実施例ではバーナー７に最も近いＡ積コイル外巻温度（図１中（３））も上記ベル温度、ベース温度と同時に測温した。得られた結果を図１に併せて示す。

また、比較例として図２に示す従来のフェライト系ステンレス鋼板加熱中の昇温・均熱パターンに沿って、フェライト系ステンレス鋼板の焼鈍を行った。なお、焼鈍を行うにあたり用いたバッチ式焼鈍炉の構成は実施例と同様である。

図２に示すように、比較例（従来例）では目標ベル温度として、均熱温度（８３０℃）のみを設定して焼鈍を行った。さらに、実施例同様に、Ａ積コイル外巻温度（図１中（３））もベル温度、ベース温度と同時に測温した。得られた結果を図２に併せて示す。

以上より、本発明例では、最も温度が高くなりやすいＡ積コイル外巻温度の最高到達温度は均熱目標温度である830℃以下となっており、コイル外巻温度がγ変態点以下での焼鈍焼鈍が可能となった。

一方、比較例ではA積みコイル外巻では均熱目標温度を超えて過加熱となり、Ａ積コイル外巻温度の最高到達温度は850℃となった。

以上の結果、本発明のバッチ式焼鈍方法を用いることにより、従来方法と比較して不適合率、すなわち窒化の不具合の発生率を、1.0％から0.3％に低減することができた。

本発明のバッチ式焼鈍方法を用いることにより、生産効率の大きな低下を招くことなく、コイル外巻きの過加熱を防止を目的とする焼鈍が可能となる。

本発明の方法によるフェライト系ステンレス鋼板加熱中の温度曲線および昇温・均熱パターンの一実施例を示す図である。従来の焼鈍方法によるフェライト系ステンレス鋼板加熱中の温度曲線および昇温・均熱パターンの一例を示す図である。バッチ式焼鈍炉の構成を示す図である。

符号の説明

１ベース
２コイル
３インナーカバー
４ベル
５ベル温度計
６ベース温度計
７バーナー

Claims

フェライト系ステンレス鋼板を、窒素濃度５０ｖｏｌ％以上の焼鈍雰囲気で、均熱目標温度を（γ変態点−８０℃）〜（γ変態点−４０℃）の範囲とし、目標ベル温度を設定して加熱しバッチ式焼鈍するにあたり、
該目標ベル温度の設定を（均熱目標温度−５０℃）〜（均熱目標温度−２０℃）として、ベル温度を昇温して該目標ベル温度に保持し、次いで前記目標ベル温度の設定を均熱目標温度としてベル温度の昇温を再開する
ことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板のバッチ式焼鈍方法。