JP7334860B2 - 連続焼鈍炉の露点制御方法、鋼板の連続焼鈍方法、鋼板の製造方法、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備 - Google Patents
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Description
本開示は、連続焼鈍炉の露点制御方法、鋼板の連続焼鈍方法、鋼板の製造方法、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備に関する。
近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与する高張力鋼板（ハイテン鋼板）の需要が高まっている。ハイテン鋼板としては、例えば、鋼中にＳｉを含有することにより穴広げ性を向上した鋼板、鋼中にＳｉ及びＡｌを含有することにより残留γが形成しやすく延性の良好な鋼板などが知られている。
ここで、Ｓｉを多量に含有する高張力鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合に、以下の問題がある。溶融亜鉛めっき鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、非酸化性雰囲気中又は還元雰囲気中で６００～９００℃程度の温度で加熱焼鈍が行われた後に、溶融亜鉛めっき処理が行われる。鋼中のＳｉは易酸化性元素であり、一般的に用いられる非酸化性雰囲気中あるいは還元雰囲気中でも選択酸化されて、表面において濃化して酸化物を形成する。この酸化物は、めっき処理時の溶融亜鉛との濡れ性を低下させて不めっきを生じさせるため、鋼中Ｓｉ濃度の増加に伴って濡れ性が低下し、結果として不めっきが多発し得る。また、不めっきに至らなかった場合でも、めっき密着性が劣るという問題が生じ得る。さらに、鋼中のＳｉが選択酸化されて表面において濃化すると、溶融亜鉛めっき後の合金化過程において合金化遅延が生じ得る。その結果、生産性が低下し得る。生産性を確保するために、過剰な高温で合金化処理しようとすると、耐パウダリング性の劣化を招くことがある。そのため、高い生産性と良好な耐パウダリング性を両立させることは困難である。
また、引張強度が９８０ＭＰａを超えるような超高張力鋼板の場合、成形性だけでなく、鋼板の水素脆化割れの問題を解決する必要がある。水素脆化割れとは、使用状況下において高い応力が作用している鋼部材が、環境から鋼中に侵入した水素に起因して、突然破壊する現象である。この破壊現象は、発生形態から、遅れ破壊とも呼ばれる。一般に、鋼板の水素脆化割れは、鋼板の引張強度が上昇するほど発生し易くなることが知られている。鋼板の引張強度が高いほど、部品成形後に鋼板に残留する応力が増大するためであると考えられる。例えば自動車用鋼板の場合、この水素脆化割れは、大きな塑性ひずみが与えられる曲げ加工部で特に生じやすい。したがって、延性、曲げ性、穴広げ性などの成形性だけでなく、曲げ加工部の耐水素脆化特性の向上が求められる。
このような問題に対して、特許文献１は、所定の化学成分の冷延鋼板について、焼鈍炉を２回通板させた後に連続溶融めっき処理を施して亜鉛めっき鋼板を製造する方法を開示する。鋼板表層に適切な脱炭層を形成させるため、特許文献１の技術は、２回目の熱処理（焼鈍）において、炉内雰囲気をＨ２濃度が２～５％に対して、水蒸気分圧が－１．１≦ｌｏｇ（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）≦－０．０７を満足するように、すなわち露点に換算すると概ね－１７～＋３０℃であるように調整する。
ここで、特許文献１において換算された露点の範囲は上記であるが、炉内露点を一旦０℃以上に上昇させると、通常、炉内露点を低下させることが非常に難しい。炉内露点が高いままで、特許文献１がターゲットとするハイテン鋼板よりＳｉ含有量が低いハイテン鋼板を通板させると、激しく表面酸化して、ロールピックアップが顕著に発生する。
炉内露点を効率よく低下させる方法として、特許文献２は、炉内ガスの一部を取り出し、リファイナーを用いて除湿してガス温を４００～６００℃に上げたのち、炉内に供給する方法を開示する。また、特許文献３は、ハースロール近傍から雰囲気ガスを排出するとともに、ハースロール近傍に乾燥ガスを供給することで、少なくとも炉内最上部の露点を０℃以下にする方法を開示する。
しかし、特許文献２及び特許文献３に記載の方法を組み合わせて炉内ガスを置換したとしても、実際には、露点が下がるまでに時間がかかることがわかった。その原因は、露点を下げる過程で炉壁及び炉断熱材に含まれた水分が炉内に供給されるためである。従来技術では、Ｓｉ含有量が低いハイテン鋼板に適正な露点（例えば－２０℃以下）まで下げるのに、一例として１２時間以上かかり、生産性が著しく低下することがわかった。
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、炉内露点を短時間で制御できる連続焼鈍炉の露点制御方法、鋼板の連続焼鈍方法、鋼板の製造方法、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備を提供することにある。
本開示の一実施形態に係る連続焼鈍炉の露点制御方法は、
連続焼鈍炉において、加湿ガスの炉内への供給を停止して又は減らして、前記連続焼鈍炉の炉内壁に沿って乾燥ガスを供給する。
連続焼鈍炉において、加湿ガスの炉内への供給を停止して又は減らして、前記連続焼鈍炉の炉内壁に沿って乾燥ガスを供給する。
上記の連続焼鈍炉の露点制御方法は、連続焼鈍炉において、前記連続焼鈍炉の炉内壁を炉内雰囲気温度より３０℃以上高温にしてよい。また、上記の連続焼鈍炉の露点制御方法は、前記炉内露点を５℃以上の露点から０℃未満の露点に変更してよい。また、上記の連続焼鈍炉の露点制御方法は、連続焼鈍炉において炉内から炉内壁に噴射される乾燥ガスと前記炉内壁とがなす角度が５°以上かつ４５°以下であって、前記乾燥ガスの前記炉内壁への衝突風速が０．８ｍ／ｓ以上であるように制御してよい。
本開示の一実施形態に係る鋼板の連続焼鈍方法は、
上記の連続焼鈍炉の露点制御方法を用いて、炉内露点を制御する。
上記の連続焼鈍炉の露点制御方法を用いて、炉内露点を制御する。
本開示の一実施形態に係る鋼板の製造方法は、
上記の鋼板の連続焼鈍方法を用いて高張力鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する。
上記の鋼板の連続焼鈍方法を用いて高張力鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する。
本開示の一実施形態に係る連続焼鈍炉は、
炉内壁に沿ってガスを供給できるノズルを備え、前記ノズルから供給されるガスは乾燥ガスを含む。
炉内壁に沿ってガスを供給できるノズルを備え、前記ノズルから供給されるガスは乾燥ガスを含む。
上記の連続焼鈍炉は、炉内の炉頂壁及び炉側壁の少なくとも１つにガスを噴射するノズルを備え、前記ノズルから炉内壁に噴射される前記ガスと前記炉内壁とがなす角度が５°以上かつ４５°以下であってよい。また、上記の連続焼鈍炉は、炉内壁を炉内雰囲気温度より３０℃以上高温に加熱できる加熱機構を備えてよい。
本開示の一実施形態に係る連続溶融亜鉛めっき設備は、
上記の連続焼鈍炉と、前記連続焼鈍炉に続くめっき装置を備える。
上記の連続焼鈍炉と、前記連続焼鈍炉に続くめっき装置を備える。
本開示の一実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき設備は、
上記の連続焼鈍炉と、前記連続焼鈍炉に続くめっき装置及び合金化炉を備える。
上記の連続焼鈍炉と、前記連続焼鈍炉に続くめっき装置及び合金化炉を備える。
本開示によれば、炉内露点を短時間で制御できる連続焼鈍炉の露点制御方法、鋼板の連続焼鈍方法、鋼板の製造方法、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る連続焼鈍炉の露点制御方法、鋼板の連続焼鈍方法、鋼板の製造方法、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備が説明される。ここで、鋼板は、高張力鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板であってよいが、特定の種類に限定されない。
連続溶融亜鉛めっき設備は、例えば連続焼鈍炉と、連続焼鈍炉に続くめっき装置を備えて構成される。また、合金化溶融亜鉛めっき設備は、例えば連続焼鈍炉と、連続焼鈍炉に続くめっき装置及び合金化炉を備えて構成される。以下、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備をまとめて、溶融亜鉛めっき設備と称することがある。
溶融亜鉛めっき設備が備える連続焼鈍炉は、鋼板を昇温加熱する加熱炉（加熱帯）及び加熱した鋼板を均熱する均熱炉（均熱帯）を含んで構成される。ここで、連続焼鈍炉は、鋼板の昇温加熱と均熱する機構を有し、炉内を鋼板が走行すなわち移動する炉であり、かつ、雰囲気制御が行われるものであればよく、特定の設備及び形式に限定されない。加熱炉は、例えば直火炉（ＤＦＦ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｆｉｒｅｄ Ｆｕｒｎａｃｅ）型又は無酸化炉（ＮＯＦ：Ｎｏｎ Ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ Ｆｕｒｎａｃｅ）型であり得る。また、均熱炉は、輻射炉（ＲＴＦ：Ｒａｄｉａｎｔ Ｔｕｂｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）型であり得る。また、連続焼鈍炉は、加熱炉から均熱炉までが全てラジアントチューブ（輻射）方式であるオールラジアントチューブ方式であり得る。
本実施形態に係る連続焼鈍炉の露点制御方法は、ＤＦＦ型加熱炉とＲＴＦ型均熱炉又はＮＯＦ型加熱炉とＲＴＦ型均熱炉を含む連続焼鈍炉を備える連続溶融亜鉛めっき設備又は合金化溶融亜鉛めっき設備で用いられて、従来技術に比べて優れた効果を奏する。さらに、本実施形態に係る連続焼鈍炉の露点制御方法は、オールラジアントチューブ方式の連続焼鈍炉を備える連続溶融亜鉛めっき設備又は合金化溶融亜鉛めっき設備で用いられて、従来技術に比べて優れた効果を奏する。
ここで、本明細書において、還元炉とは、ラジアントチューブを備える炉部分を指す。例えば、ＤＦＦ型加熱炉とＲＴＦ型均熱炉を含む連続焼鈍炉及びＮＯＦ型加熱炉とＲＴＦ型均熱炉を含む連続焼鈍炉において、還元炉は均熱炉を指す。また、オールラジアントチューブ方式の連続焼鈍炉では、還元炉は加熱炉及び均熱炉を指す。
図１は、連続焼鈍炉２０とめっき装置２２を備える連続溶融亜鉛めっき設備１００の一構成例を説明する図である。連続焼鈍炉２０は、加熱帯１０と、均熱帯１２と、急冷帯１４と、徐冷帯１６と、を備えて構成される。急冷帯１４と徐冷帯１６とを合わせて、冷却帯と称することがある。加熱帯１０は、予熱帯１０Ａと、直火炉（ＤＦＦ）１０Ｂと、で構成される。また、均熱帯１２は、輻射炉（ＲＴＦ）であって、以下において還元炉とも称される。また、図１において、鋼板Ｐ、スナウト１８及びめっき装置２２が示されている。スナウト１８は、鋼板Ｐをめっき浴に浸漬させるための設備である。図１に示すように、連続溶融亜鉛めっき設備１００は、さらに合金化炉２３を備え、合金化溶融亜鉛めっき設備として構成されてよい。
図２は、還元炉における炉内ガスの供給ルートの一例を示す。図２に示すように、還元炉は、加湿装置２６と、循環恒温水槽２８と、ガス分配装置２４と、投入ガス用露点計３２と、加湿ガス投入口３６Ａ～３６Ｃ、３８Ａ～３８Ｃ、４０Ａ～４０Ｃと、常用の乾燥ガス投入口４２Ａ～４２Ｈと、供給ノズル４４Ａ～４４Ｇと、炉内露点の採取箇所４６と、を有する。ここで、炉内露点は、連続焼鈍炉の炉内雰囲気ガスの露点である。供給ノズル４４Ａ～４４Ｇは、炉内露点を低下させる場合に、炉内壁に沿って乾燥ガスを供給するためのノズルである。また、炉内壁は炉内側の炉壁である。
通常、還元炉には、乾燥ガス投入口４２Ａ～４２Ｈから露点－６０～－４０℃の乾燥したＮ２又はＮ２とＨ２の混合ガス（以下「Ｎ２＋Ｈ２」と表記されることがある）が、常時、供給されている。本実施形態において、その供給ガスの一部は、加湿装置２６で加湿され後に炉内に供給される。加湿装置２６は、フッ素系又はポリイミド系の中空糸膜、平膜などを有する加湿モジュールを備える。加湿装置２６は、膜の内側に乾燥ガスを流し、膜の外側に循環恒温水槽２８で所定温度に調整された純水を循環させる。中空糸膜又は平膜は、水分子との親和力を有するイオン交換膜の一種である。膜の内側と外側に水分濃度差が生じると、その濃度差を均等にしようとする力が発生し、水分はその力をドライビングフォースとして低い水分濃度の方へ膜を透過し移動する。加湿前の乾燥ガスの温度は、季節及び１日の気温変化にしたがって変化する。加湿装置２６は、水蒸気透過膜を介したガスと水の接触面積を十分に大きくすることで熱交換も行うため、加湿前の乾燥ガスの温度が循環水温より高くても低くても、乾燥ガスが設定水温と同じ露点まで加湿されたガスとなり、高精度な露点制御が可能になる。このように加湿装置２６で加湿されたガス（以下「加湿ガス」と称される）の温度は、５～５０℃の範囲で任意に制御可能である。
図２に示すように、加湿ガスは、直接に連続焼鈍炉内に供給される。還元炉の雰囲気は炉全体で計測機器及びプロセスコンピュータによって管理される。計測機器及びプロセスコンピュータは、露点についても、適宜測定し、その結果を加湿装置の制御系統に出力することによって管理する。加湿装置２６は、炉内露点が目標範囲を下回るようであれば、循環水温を上昇させることで高い露点のガスを供給する。また、加湿装置２６は、炉内露点が目標範囲を上回るようであれば、循環水温を低下させることで低い露点のガスを供給する。本実施形態において、４２Ａ～４２Ｈのノズルからの加湿ガスの供給とは別に、４４Ａ～４４Ｇのノズルから乾燥ガスの供給（炉壁に沿った乾燥ガスの供給）が実施される。加湿ガスの停止と炉壁に沿った乾燥ガスの供給は同時に実施されてよいし、加湿ガスを停止してから時間間隔をあけて、炉壁に沿った乾燥ガスが供給されてよい。また、加湿ガスの供給を減らしながら、炉壁に沿う乾燥ガスの供給を増加させることが実施されてよい。ここで、加湿ガスの供給を０Ｎｍ３／ｈｒまで完全停止させなくても、乾燥ガスの供給量の１／２未満の流量まで、より好ましくは１／３未満の流量まで減らせば、炉内露点を短時間で制御可能との効果が得られる。
還元炉において実行される工程（還元焼鈍工程）は、加熱帯１０での酸化処理工程で鋼板表面に形成された鉄酸化物を還元する。このとき、鉄酸化物から供給される酸素によって、Ｓｉ、Ｍｎなどの合金元素が鋼板内部で内部酸化物として形成される。結果として、鋼板最表面に鉄酸化物から還元された還元鉄層が形成され、Ｓｉ、Ｍｎなどは内部酸化物として鋼板内部に留まる。そのため、鋼板表面でのＳｉ、Ｍｎなどの酸化が抑制され、鋼板と溶融めっきの濡れ性の低下を防止し、良好なめっき密着性を得ることができる。Ｓｉ量が低い（例えば０．５％以下）鋼種においては、－３０℃以下の炉内露点が適正であるのに対し、それ以上のＳｉを含有する場合、上記のめっき性向上効果を得るために、－１５～－５℃程度の炉内露点に調整されることが望ましい。
さらに高強度の鋼板（９８０ＭＰａ以上）では、曲げ加工が行われる部分の耐水素脆化特性の課題があり、焼鈍後の鋼板表層に５０μｍ前後の脱炭層を設けることで曲げ特性を顕著に向上させることができる。本発明者は、炉内露点を＋５～＋２０℃、望ましくは＋１０～＋１５℃にすれば、曲げ特性を顕著に向上させることができることを見出した。
一方で、＋５～＋２０℃といった露点が適正なのは一部の鋼種であるため、実操業において、炉内露点を迅速に制御できる設備が必要である。ここで、露点を上昇させる場合に、上記の手法で適正量の加湿ガスを投入することによって、数分で所望の露点に調整することが可能である。しかし、露点を低下させる場合に、単に炉内ガスを置換するだけでは、炉壁及び断熱材からの水分放出に時間がかかる。また、炉内露点が十分下がらないままＳｉ量が低い鋼板を通板させると、不めっき及びピックアップといった表面欠陥が発生し得る。従来技術を用いて、特に炉内露点を＋５℃以上の露点から０℃未満の露点に変更すること（例えば＋１０℃から－５℃への炉内露点の低下）は困難である。上記のように、ガスの切り替えだけでなく、炉内水分を除去する必要があるためである。したがって、＋５℃以上から０℃未満までの露点低下を含めて、効率よく露点を下げることが可能な技術が求められていた。
本実施形態に係る連続焼鈍炉を含む溶融亜鉛めっき設備は、以下に説明するように、露点上昇を担う加湿ガスの炉内への供給を停止して又は減らして、連続焼鈍炉の炉内壁に沿って乾燥ガスを供給する露点制御方法を実行する。この方法によって炉壁からの水分放出を促進することが可能となった。
図３は、従来の還元炉の乾燥ガス供給方法である。従来、炉壁に垂直に設置されたガス配管から炉内に向かって乾燥ガスが供給されていた。常用のガス供給口４２は、例えばサイズが２５Ａ～５０Ａである配管を用いる。例えば投入口数が３～２０か所程度、トータルのガス流量が３００～１０００Ｎｍ３／ｈｒ程度であるので、炉内への噴出速度は２～５０ｍ／ｓ程度である。従来の還元炉の乾燥ガス供給方法では、乾燥ガスが炉内のガスと直ちに混合するため、炉内壁近傍の露点を効率よく下げることができない。炉の中央部の露点が低下しても、炉内壁近傍の露点が下がらず、炉壁から少量ずつしか水分が放出されない。
本発明者は、鋭意検討の結果、炉内壁近傍の露点を積極的に下げて水分濃度差をつけることによって、炉壁及び炉断熱材に含まれた水分を、炉内壁に沿って流れる乾燥ガス中に効率よく放出することが可能であることを見出した。
図４は、本実施形態に係る連続焼鈍炉を含む溶融亜鉛めっき設備の還元炉のノズル（例えば供給ノズル４４Ｃ）の一例を示す。本実施形態に係る連続焼鈍炉は、炉内壁に沿ってガスを供給できるノズルを備える。また、ノズルから供給されるガスは乾燥ガスを含む。つまり、本実施形態において、ノズルは炉内壁に沿って乾燥ガスを供給することができる。ノズルは、図４に示すようにスリットノズルであるであることが好ましい。ただし、ノズルの種類及び形状は特に限定されない。他の例として、ノズルは、ワイピングノズルのような形状を有してよい。
図４のスリットノズルは、例えば鋼板の幅方向に延在する円管の一部に、炉内壁に向けて２～１０ｍｍのスリット幅を有する。スリットノズルのスリット長さ（ガス噴射有効長）は通板する鋼板最大幅程度である。スリットは炉内壁に対して噴射角度θだけ傾けて、炉内壁に向かって乾燥ガスを噴射する。噴射角度θは例えば５～４５゜の範囲である。換言すると、スリットノズルから炉内壁に噴射されるガスと炉内壁とがなす角度が５°以上かつ４５°以下である。噴射角度θをこの範囲とすることで、噴流が炉内壁から剥離しにくくなり、壁面に沿って乾燥ガスを供給することができる。
ガス噴射速度は２～２０ｍ／ｓ程度であるように調整されてよい。ここで、ノズルスリット幅をＢ［ｍｍ］、噴射角度を考慮したノズル噴射口と炉内壁との距離（図４参照）をＤ［ｍｍ］、噴射速度をＶ［ｍ／ｓ］とすると、衝突風速であるＶｓ［ｍ／ｓ］は以下の式で推定できる。そのため、Ｖｓ≧０．８ｍ／ｓ以上となるように、乾燥ガスの炉内壁への噴射速度を設定することが望ましい。Ｖｓ≧０．８ｍ／ｓとすることで、壁面噴流を維持し、壁面近傍の水分濃度を低減させることが可能となる。
Ｖｓ＝３．４６＊Ｖ＊√（（Ｂ／Ｄ）／２）
ここで、炉内壁への衝突風速であるＶｓが速いほど炉壁の水分除去効果は大きくなるが、投入乾燥ガスの流量が多すぎると還元炉の内圧が上昇し、冷却帯側に逆流する可能性がある。そのため、還元炉の内圧は冷却帯の内圧よりも低くなるように調整しなければならない。一例としてＶｓ＜１０ｍ／ｓとすることが望ましい。
ここで、供給ノズル４４Ａ～４４Ｇ（図２参照）は、炉頂壁及びすべての炉側壁に設けることが望ましい。ただし、供給ノズルは、炉床部に設けられると異物を巻き上げることがあり得るため、炉床部を除いて設けられてよい。供給される乾燥ガスは、炉内雰囲気温度より低温であってよい。ここで、炉内雰囲気温度は、連続焼鈍炉の炉内雰囲気ガスの温度である。乾燥ガスは、炉内雰囲気温度より低温である場合に、雰囲気ガスとの温度差によって炉頂部分で壁面噴流を維持しにくい。そのため、炉頂壁において供給ノズルは３～５ｍの間隔で設けられることが好ましい。例えば図２の供給ノズル４４Ｃと供給ノズル４４Ｄとの間隔が３～５ｍであってよい。噴射方向は、連続焼鈍炉の上流に向かう方向であってよいし、下流に向かう方向であってよいし、鋼板の幅方向であってよい。炉側壁では、低温のガスが下降する性質を利用するために、還元炉の上部から下向きにガスを噴射することが好ましい。一般に、連続焼鈍炉の高さは２０～３０ｍ程度であるため、炉側壁において高さ方向に１０ｍ程度の間隔で設けられることが好ましい。例えば図２の供給ノズル４４Ａと供給ノズル４４Ｂとの間隔が１０ｍ程度であってよい。
乾燥ガスは、従来技術の乾燥ガスと同様に、露点－７０～－５０℃程度のＮ２とＨ２の混合ガスを用いることができる。
本発明者は、さらに、連続焼鈍炉の炉内壁を炉内雰囲気温度より３０℃以上高温にすることで、炉壁及び断熱材からの水分放出が促進されることを見出した。このとき、連続焼鈍炉の炉内壁の温度は、炉内雰囲気温度より３０℃以上かつ５０℃以下の範囲で高温であればよい。
図５は、還元炉の炉内壁を加熱制御する装置の一例を示す。還元炉は、炉内壁を加熱する加熱機構である発熱体５０Ａ～５０Ｅと、炉内壁の温度を測定する温度計５２Ａ～５２Ｅと、制御装置５４Ａ～５４Ｅと、を備える。制御装置５４Ａ～５４Ｅは、温度計５２Ａ～５２Ｅが測定した炉内壁の温度に基づいて、発熱体５０Ａ～５０Ｅの加熱量を制御する。発熱体５０Ａ～５０Ｅの加熱量は、例えば制御装置５４Ａ～５４Ｅが発熱体５０Ａ～５０Ｅを流れる電流量を制御することによって調整される。実操業中の還元炉の炉内壁は、炉内のラジアントチューブの輻射熱によって例えば７００～９００℃になっている。発熱体５０Ａ～５０Ｅは、ラジアントチューブの輻射熱による炉内の温度から、さらに３０～５０℃の加熱が可能な加熱能力を有すればよい。ここで、炉内壁の温度を、５０℃を超えて上昇させても、水分除去効果が下がることが知られている。そのため、発熱体５０Ａ～５０Ｅの加熱能力は３０～５０℃でよい。
（実施例）
連続焼鈍炉にＤＦＦ型加熱炉を備える連続溶融亜鉛めっき設備（ＣＧＬ）において、ＤＦＦ型加熱炉の加熱用バーナーは４つの群（グループ１～グループ４）に分割された。酸化ゾーンとして、連続焼鈍炉における鋼板移動方向の上流側に３つの群（グループ１～グループ３）の加熱用バーナーが配置された。また、還元ゾーンとして、酸化ゾーンよりも鋼板移動方向の下流側に残りの１つの群（グループ４）の加熱用バーナーが配置された。酸化ゾーン及び還元ゾーンの空気比を個別に制御して試験が行われた。酸化ゾーン及び還元ゾーンのそれぞれの長さは４ｍである。
連続焼鈍炉にＤＦＦ型加熱炉を備える連続溶融亜鉛めっき設備（ＣＧＬ）において、ＤＦＦ型加熱炉の加熱用バーナーは４つの群（グループ１～グループ４）に分割された。酸化ゾーンとして、連続焼鈍炉における鋼板移動方向の上流側に３つの群（グループ１～グループ３）の加熱用バーナーが配置された。また、還元ゾーンとして、酸化ゾーンよりも鋼板移動方向の下流側に残りの１つの群（グループ４）の加熱用バーナーが配置された。酸化ゾーン及び還元ゾーンの空気比を個別に制御して試験が行われた。酸化ゾーン及び還元ゾーンのそれぞれの長さは４ｍである。
連続焼鈍炉においてガスを調湿するために、中空糸膜式加湿部を有する加湿装置が用いられた。加湿装置で調湿された加湿ガスは、直接、連続焼鈍炉に供給された。常用の乾燥ガス投入口は、図２と同様に、計８か所に設けられた。加湿ガス投入口は、図２と同様に、計９か所に設けられた。加湿装置の中空糸膜式加湿部は、１０個の膜モジュールを備える。各膜モジュールに最大５００リットル／ｍｉｎのＮ２＋Ｈ２混合ガスと、最大１０リットル／ｍｉｎの循環水が流れるように構成された。Ｎ２＋Ｈ２混合ガスは、連続焼鈍炉の投入用に予め成分調整された乾燥ガスであって、露点が－５０℃で一定である。循環恒温水槽は１０個の膜モジュールで共通であって、計１００リットル／ｍｉｎの純水を供給可能である。
まず、表１の鋼種Ｂを用いて、約９０分の通板試験が実施された。炉内露点を下げるための乾燥ガスは、図２に示される位置に配置された供給ノズル４４Ａ～４４Ｇと、さらに炉側壁の２か所に配置された２つの供給ノズルの合計で９つの供給ノズルから供給された。これらの供給ノズルのそれぞれは、ノズルスリット幅が４［ｍｍ］、長さ（鋼板の幅方向）が２ｍ、炉内壁への噴射角度θが３０゜、噴射角度を考慮したノズル噴射口から炉内壁までの距離Ｄが８０ｍｍである。また、ガス噴射速度が２．３５ｍ／ｓ、衝突風速であるＶｓが１．２９ｍ／ｓで、乾燥ガスが噴射された。このとき、乾燥ガスの炉内へのトータルの流量は約６００Ｎｍ３／ｈｒであった。
比較例として、特許文献２（特開２０１２－１１１９９５号公報）に記載の装置を用いて、炉内露点を変化させるために、常用の乾燥ガスと同じく炉内壁に対して垂直に開口した供給口から乾燥ガスが供給された。その他の条件は表２に示す通りである。
図６に示すように、炉内露点が－２０℃以下に下がるまでに要した時間は、比較例で９０分を超えていたのに対し、実施例で２０分に短縮された。ここで、炉内露点の測定位置は、図２の採取箇所４６（上流側及び下流側に偏っておらず、高さ方向においてやや炉頂側に近い位置）である。
次に、目標とする炉内露点が異なる複数の鋼種（表１参照）を連続通板する試験を実施した。各鋼種のコイルの通板時間はそれぞれ２０分程度となるようにコイル長が調整された。鋼板温度及び炉内露点の実績値は、各コイルの長手方向の中央部５００ｍの平均値で求められた。
比較例として、特許文献２（特開２０１２－１１１９９５号公報）及び特許文献３（特開２０１６－１２５１３１号公報）に記載の装置が用いられた。
その他の製造条件は表３及び表４に示す通りである。めっき浴温は４６０℃で行われた。めっき浴中のＡｌ濃度は０．１３０％であった。また、付着量はガスワイピングにより片面当り４５ｇ／ｍ２に調節された。また、溶融亜鉛めっきを施した後に、合金化温度は皮膜合金化度（Ｆｅ含有率）が１０～１３％内となるように、誘導加熱式合金化炉にて合金化処理が行われた。
めっき外観は、光学式の表面欠陥計による検査（不めっき欠陥有無、ピックアップ性欠陥有無を検出）を行って評価された。コイル長手全長において欠陥発生率が０．１％以下であればＶＧ、０．１～１．０％であればＧ、１．０～５．０％であればＢ、５．０％以上であればＶＢとした。総合評価の合格の条件は、めっき外観の評価がＶＧ又はＧであることである。
また、材料強度（引張強度）が測定されて、評価された。総合評価の合格の条件は、材料強度が基準値以上であることである。鋼種Ａの基準値は１１８０ＭＰａである。鋼種Ｂの基準値は１４７０ＭＰａである。鋼種Ｃの基準値は９８０ＭＰａである。鋼種Ｄの基準値は５９０ＭＰａである。
曲げ性は、圧延方向に対して平行方向を曲げ試験軸方向とする、幅が３０ｍｍ、長さが１００ｍｍの短冊形の試験片を採取し、曲げ試験を行った。ストローク速度が５０ｍｍ／ｓ、押込み荷重が１０トン、押付け保持時間が５秒の条件で、９０°Ｖ曲げ試験を行った。曲げ頂点の稜線部を１０倍の拡大鏡で観察し、亀裂長が０．５ｍｍ以上の亀裂が認められなくなる最小曲げ半径が求められた。最小曲げ半径Ｒの板厚ｔに対する比（Ｒ／ｔ）を算出し、比（Ｒ／ｔ）によって曲げ性が評価された。総合評価の合格の条件は、比（Ｒ／ｔ）が基準値以下であることである。鋼種Ａの基準値は３．５である。鋼種Ｂの基準値は５．０である。鋼種Ｃの基準値は１．５である。鋼種Ｄの基準値は０．５である。
総合評価は、めっき外観の条件、材料強度の条件及び曲げ性の条件の全てを満たした場合に合格とした。特許文献２に記載の装置を用いた比較例であるＮｏ．１及びＮｏ．２と、特許文献３に記載の装置を用いた比較例であるＮｏ．３は、最終的に不合格であった。これらの比較例は、鋼種Ａ及び鋼種Ｂを通板している間では合格であったが、鋼種Ｃ及び鋼種Ｄを通板しているときに炉内露点が低下しなかったため、ピックアップ欠陥、不めっき欠陥などが発生して、不合格となった。また、炉内を加湿しない（炉内露点を低下させる場合だけでなく、常に加湿ガスを炉内へ供給しない）比較例であるＮｏ．８は、鋼種Ａ～鋼種Ｃで材料特性を満足せずに不合格であった。これに対して、実施例であるＮｏ．４～Ｎｏ．７は、いずれの鋼種においても、表面品質及び材料特性を満足しており、総合評価が合格であった。
以上のように、本実施形態に係る連続焼鈍炉の露点制御方法、鋼板の連続焼鈍方法、鋼板の製造方法、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛めっき設備及び合金化溶融亜鉛めっき設備は、上記の構成及び工程によって、炉内露点を短時間で制御できる。また、表３及び表４における実施例と比較例との対比から明らかなように、本開示によれば、様々な成分を含む高張力鋼板を製造する場合に、生産性を落とすことなく生産が可能である。
１０ 加熱帯
１０Ａ 予熱帯
１０Ｂ 直火炉
１２ 均熱帯
１４ 急冷帯
１６ 徐冷帯
１８ スナウト
２０ 連続焼鈍炉
２２ めっき装置
２３ 合金化炉
２４ ガス分配装置
２６ 加湿装置
２８ 循環恒温水槽
３６Ａ～３６Ｃ 加湿ガス投入口
３８Ａ～３８Ｃ 加湿ガス投入口
４０Ａ～４０Ｃ 加湿ガス投入口
４２ 常用のガス供給口
４２Ａ～４２Ｈ 常用の乾燥ガス投入口
４４Ａ～４４Ｇ 供給ノズル
４６ 採取箇所
５０Ａ～５０Ｅ 発熱体
５２Ａ～５２Ｅ 温度計
５４Ａ～５４Ｅ 制御装置
１００ 連続溶融亜鉛めっき設備
１０Ａ 予熱帯
１０Ｂ 直火炉
１２ 均熱帯
１４ 急冷帯
１６ 徐冷帯
１８ スナウト
２０ 連続焼鈍炉
２２ めっき装置
２３ 合金化炉
２４ ガス分配装置
２６ 加湿装置
２８ 循環恒温水槽
３６Ａ～３６Ｃ 加湿ガス投入口
３８Ａ～３８Ｃ 加湿ガス投入口
４０Ａ～４０Ｃ 加湿ガス投入口
４２ 常用のガス供給口
４２Ａ～４２Ｈ 常用の乾燥ガス投入口
４４Ａ～４４Ｇ 供給ノズル
４６ 採取箇所
５０Ａ～５０Ｅ 発熱体
５２Ａ～５２Ｅ 温度計
５４Ａ～５４Ｅ 制御装置
１００ 連続溶融亜鉛めっき設備
Claims (10)
- スリットノズル又はワイピングノズルを用いて、炉内から炉内壁に噴射される乾燥ガスと前記炉内壁とがなす角度が５°以上かつ４５°以下であるように構成される連続焼鈍炉で実行される連続焼鈍炉の露点制御方法であって、
連続焼鈍炉において、加湿ガスの炉内への供給を停止して又は減らして、前記連続焼鈍炉の炉内壁に沿って乾燥ガスを供給する、連続焼鈍炉の露点制御方法。 - 連続焼鈍炉において、前記連続焼鈍炉の炉内壁を炉内雰囲気温度より３０℃以上高温にする、請求項１に記載の連続焼鈍炉の露点制御方法。
- 炉内露点を５℃以上の露点から０℃未満の露点に変更する、請求項１又は２に記載の連続焼鈍炉の露点制御方法。
- 前記乾燥ガスの前記炉内壁への衝突風速が０．８ｍ／ｓ以上であるように制御する、請求項１から３のいずれか一項に記載の連続焼鈍炉の露点制御方法。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載の連続焼鈍炉の露点制御方法を用いて、炉内露点を制御する、鋼板の連続焼鈍方法。
- 請求項５に記載の鋼板の連続焼鈍方法を用いて高張力鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する鋼板の製造方法。
- 炉内壁に沿ってガスを供給できるノズルを備え、前記ノズルから供給されるガスは乾燥ガスを含み、前記ノズルはスリットノズル又はワイピングノズルであって、炉内から前記炉内壁に噴射される乾燥ガスと前記炉内壁とがなす角度が５°以上かつ４５°以下であるように構成される、連続焼鈍炉。
- 炉内壁を炉内雰囲気温度より３０℃以上高温に加熱できる加熱機構を備える、請求項７に記載の連続焼鈍炉。
- 請求項７又は８に記載の連続焼鈍炉と、前記連続焼鈍炉に続くめっき装置を備える、連続溶融亜鉛めっき設備。
- 請求項７又は８に記載の連続焼鈍炉と、前記連続焼鈍炉に続くめっき装置及び合金化炉を備える、合金化溶融亜鉛めっき設備。
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