JPH02213460A - 表面特性の優れた鋼板の連続製造法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、特に連続熱処理ラインを利用した、表面特性
の優れた鋼板の連続製造法と装置に関する。

（従来の技術） 従来より、鋼板の表面処理法としては多くの方法があり
、例えば連続焼鈍法は調帯に連続的に加熱、均熱処理を
施した後に冷却、さらに必要に応じて過時効処理を施す
もので、生産性の極めて高い連続熱処理プロセスとして
冷延鋼板の製造において広くに採用されている。

しかしながら、連続焼鈍適用材料においては、急冷によ
る固溶炭素の残留を避けるために極低炭素化、炭化物形
成元素の添加が進められており、これらはいずれも鋼板
表面の不活性化を招くため塗装下地として重要な表面特
性であるりん酸塩処理性の劣化する問題がある．塗装鋼
板が広《普及した今日、かかる特性劣化はその改善が強
く求められている。

そこで、■特開昭５６ー１１６８８７号、同６１　−　
２３７９４号等では、連続焼鈍ラインの冷却工程後に、
電気めっき装置あるいは電解処理装置を配設せしめ、も
って冷延鋼板のりん酸塩処理性を改善する手段が提案さ
れている。

また、■特開昭６１−　２０１７３７号では連続焼鈍ラ
インの冷却工程に特殊液体を用いて、一種の予備化成処
理を行う手段が提案されている。

このような従来の提案は、いずれも湿式表面処理工程を
鋼板の連続熱処理プロセス中に組み入れることを特徴と
している。

ところで、湿式表面処理の適用に際しては、例えば電解
設備の場合に、１）表面活性化のための酸洗、２）引き
続いての水洗、３）電解処理液の水洗、４）乾燥、５）
電解処理液の回収・処理等の多くの付帯設備を必要とす
る。

また、りん酸塩処理性のように、鋼板表面の微妙な酸化
被膜性状と密接に関係する表面特性に関しては、湿式表
面処理による作用効果の大きなバラツキを避は難い、す
なわち、上記の電解設備を設ける例では、■水洗により
電解処理液が完全に除去できるか、■水洗後の鋼板表面
上水膜の乾燥が均一かつ迅速に行われるかによって、鋼
板表面処理特性は大いに変化する０例えば、電解処理液
中の金属塩が鋼板表面に付着したまま乾燥されると、そ
の部分は極めて不活性となり、りん酸塩被膜により被覆
されない、また、水洗後の乾燥に長時間を要した部位に
ついても同様の問題が生じる。

その他、湿式表面処理を用いて連続焼鈍鋼板の表面特性
を改善しようとした場合、酸洗、水洗、そして廃液処理
等の多くの付帯設備を要するのであって、これらの問題
はいずれも湿式表面処理にとって本質的で不可避の問題
点と考えられる。

このように、湿式表面処理において綱板表面特性を制御
するのはかなり困難であるばかりでなく、コスト的にも
かなり高価な手段となることが分かる。

（発明が解決しようとする課題） ここに、本発明の目的は、従来のような湿式法によらず
に鋼板表面特性を改善する方法およびそのために装置を
提供することである。

本発明の別の目的は、従来の湿式法に見られる問題点の
ないことはもちろん、迅速処理が可能となり連続処理が
実現でき、かつ従来見られなかった程に改善された表面
特性を備えた鋼板の連続製造法およびその装置を提供す
ることである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、かかる目的達成の手段について種々検討
を重ねたところ、連続通板により焼鈍される鋼板にプラ
ズマ処理を行うことに着目した。

これまでもプラズマ処理それ自体はよく知られており、
その原理的機構もかなり解明されており、鉄鋼の分野で
も一部応用されている。これまでのプラズマ処理による
鋼材処理法としては、イオン窒化やプラズマ浸炭、ＰＶ
Ｄ等が知られており、−部実用化されている。しかし、
それらは高価な処理として、また反応が遅いことからバ
ッチ式で特殊な用途（例：金型・工具等）にしか適用さ
れていなかった。連続処理によりプラズマ処理を行うこ
とは一般に困難と考えられていたのであった。

仮に、それが可能であったとしてもその場合のプラズマ
処理装置は高価で複雑なものとなると推測されていた。

そこで、本発明者らは、連続熱処理プロセスに注目し、
鋼板が加熱状態にあるときにプラズマ処理を行えばその
表面性状がどのように変化するかを調べた。

その結果、■装置が比較的簡単であると言われている低
温プラズマ処理でも、鋼板がある程度の高温状態にあれ
ば効果があることを知り、ざらに■連続熱処理の冷却段
階（３００〜７００℃）においてかかるプラズマ処理を
行えば、その前後にシール機構を設けるだけでよいこと
を知り、■そのような構成で連続熱処理プロセスにおい
て鋼板のプラズマ処理による窒化処理を行ったところ、
りん酸塩処理性の大幅な改善が達成され、表面特性の優
れた鋼板の連続製造が可能となることを知り、本発明を
完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、鋼板の連続熱処
理プロセスにおいて、鋼板温度が３００〜７００℃の範
囲内にあるときに、特に低温プラズマ処理の場合には好
ましくは４００〜５００℃の範囲内にあるときに、前記
鋼板にプラズマ処理を行うことを特徴とする表面特性の 法である。

本発明はその別の面からは、鋼板の連続熱処理装置にあ
って、冷却段階あるいは冷却終了段階であって鋼板温度
が３００〜７００℃の範囲内にある段階において、特に
低温プラズマ処理の場合には好ましくは４００〜５００
℃の範囲内にある段階に、差圧シール装置を前後に設け
たプラズマ処理装置を配設したことを特徴とする表面特
性の の連続製造装置である。

ここに、本発明にあって、改善目標となる調板表面特性
とは、窒化の促進による前述のりん酸塩処理性はもちろ
ん、雰囲気調整を適宜行えば一般的表面改質法としての
浸炭、窒化、さらには、めっき母材鋼板の窒化促進によ
るガルバニールドめっき被膜の組織制御、ホウ化処理に
よる表面微粒化、さらにまた、アルゴンガススパッタリ
ングによる鋼板表面の清浄化などが包含される。

したがって、上述の「連続熱処理プロセス」としては連
続焼鈍プロセスばかりではなく、連続溶融亜鉛めっき等
が例示され、またその設置箇所も一般には目的とする熱
処理完了後の冷却段階が好ましいが、一般には鋼板温度
が３００〜７００℃の範囲内であれば侍に制限はない。

なお、本発明にあって、プラズマ処理は低温プラズマ処
理ばかりでなく、設備的に高価となるがいわゆる高温プ
ラズマ処理をも包含するものである．特に、高温プラズ
マ処理の場合には反応が迅速に行われることから、例え
ば１００ｍｐｍ以上という高速連続処理にとっては特に
好ましいと考えられる。

（作用） 次に、添付図面を参照して本発明にかかる装置および方
法を詳・述する。

第１図は、本発明にかかるプラズマ処理装置を組み込ん
だ連続熱処理プロセスの１例を示す略式説明図であり、
第２図はそのプラズマ処理装置の一部拡大図である。

図示装置は、加熱帯１０、均熱帯１２、冷却帯ｌ４、プ
ラズマ処理帯１６、そして冷却帯１８から構成される連
続焼鈍装置である連続熱処理装置２０である。

加熱・均熱帯で７００℃以上の高温状態にした鋼帯１に
ガスジェットを吹き付けることにより急速に冷却し、鋼
板温度が４００〜５００℃となった時点でプラズマ処理
を施し、次いで冷却帯１８で冷却を行う構成となってい
る．プラズマ処理の実施には減圧雰囲気が必要であるた
め、連続熱処理プロセスにプラズマ処理を適用するには
差圧シールを備えた減圧雰囲気が必要である．したがっ
て、このプラズマ処理装置２ｌは第２図に示すように、
綱帯ｌの入側と出側輌は差圧シ，ール装置２２が設けら
れており、大気圧からプラズマ処理装置内部のｉｏ−　
”〜１０　Ｔｏｒｒ程度の真空にまで数段階で減圧する
．図中、Ｐは排気ポンプを示す。

プラズマ処理装置２工の詳細は後述するが、差圧シール
装Ｗ２２の機構等についてはすでに公知であるから説明
を簡便にするため以下説明を略す。

プラズマ処理は、表面改質効果の安定性、再現性にすぐ
れ、制御が容易である．また、すでに述べたように極め
て多様な表面改質の実施が可能である．例えば、窒化、
浸炭、あるいは表面コーティングばかりでなく、すでに
述べたように、窒化と組合せてのりん酸塩処理性などで
ある。

そのような表面改質に本発明のプラズマ処理がどのよう
に関与しているのかは、未だすべてが解明されたわけで
はないが、前述のイオン窒化およびイオン浸炭によるり
ん酸塩処理性の改善について述べると、りん酸塩処理時
の初期結晶核生成数が多くなり、その結果として、微細
・緻密なりん酸塩皮膜が生成するのであり、固溶窒素あ
るいは固溶炭素による鋼板表面の活性化が有効であるも
のと考えられる．したがって、そのような作用効果が得
られる限り、本発明は特定の態様にのみ制限されない。

また、以上からも明らかなように、本発明において利用
するプラズマは、その種類は特に制限されないが、次の
ような種類のプラズマ処理を例示できる。

１）直流グロー放電による低温プラズマ処理：直流グロ
ー放電によりイオン窒化、イオン浸炭処理を施すことが
でき、それにより、鋼板のりん酸処理性が向上する。

第３図に直流グロー放電によるプラズマ処理の態様を模
式的に示す０図中、プラズマ処理袋Ｗ、２１へ・は処理
ガスがガス人口３２から供給され、出口３４から排出さ
れる。窒化または浸炭のいずれを目的とするかによりこ
のガス組成を変え雰囲気ガスを調整する。プラズマ処理
装置２１には陽極３６を備えており、これに対向する鋼
帯１を陸橋として直流グロー放電を行う。

このときの放電条件等は適宜設定できる。

また、処理ガスとしてＨ２ガスを用いた直流グロー放電
処理によれば、加熱・均熱工程において鋼板表面に生じ
たテンパーカラーを除去することが可能であり、美麗な
光沢表面を得ることができる。

２）高周波またはマイクロ波放電による低温プラズマ処
理： 高周波またはマイクロ波放電によるプラズマ処理もイオ
ン窒化を行うことにより、前述と同様、鋼板のりん酸塩
処理性を改善する。

第４図に示すように、高周波電源４０に接続した誘導コ
イル４２が印加されると、ガス人口４３から装填される
処理ガスはプラズマ状態になり、プラズマ処理装置内の
鋼帯１に当たってから出口４５を経て排気される。

低温プラズマ処理は、鋼板の温度が４００〜７００℃、
好ましくは４００〜５００℃の場合に特に有効である。

したがって、通常のバッチ処理においては被処理鋼板の
加熱が必要となるが、本発明の連続熱処理設備を用いた
場合には鋼板を一旦高温状態とするため、そこからの冷
却工程中あるいは冷却工程後に鋼板温度が適当な条件と
なったところで、プラズマ処理を施せばよい。

３）直流または高周波アーク放電による熱く高温）プラ
ズマ処理： プラズマジェットによる高温プラズマ処理は表面改質の
効率向上、すなわち極めて短時間での改質に有利である
。

ここに、「低温プラズマ処理」とは、圧力が数十Ｔｏｒ
ｒ以下の放電で生成されるプラズマによる処理をいい、
その場合、電子と気体粒子との衝突回数が少ないため、
電子は高温となるが、気体粒子は比較的低い温度状態の
ままで存在する。

一方、「高温プラズマ処理」とは、アーク放電により発
生し、圧力が１００Ｔｏｒｒ以上、電子密度が１０”ｃ
ｍ−”となっており、電子と気体粒子との衝突回数が多
く、気体粒子も高温になっているプラズマによる処理を
いう。

なお、プラズマの発生機構およびその装置については、
低温プラズマおよび高温プラズマのいずれについても既
に当業者に顛よく知られており、説明を簡単にするため
にこれ以上の言及は省略する。

次に、本発明をその実施例によってさらに具体的に説明
する。

実施例 第１図に示す装置を使用して鋼帯の連続熱処理を行った
０通仮速度は４Ｏ−ｐ−であった。

供試材は厚みＯ，ｈｍ　ノ鋼板（ＣｉＯ，００５％、ｓ
ｌ：０．０１３　％、Ｍｎ：０．１４％、Ｔｉ：０．０
８％）を使用した。

加熱速度は８℃／Ｓ、均熱は７５０ｔ’Ｘ４０秒行い、
その雰囲気は５％Ｈｚ−Ｎｔとした。その後、ガスジェ
ットで所定温度にまで冷却してから本発明方法にしたが
い、プラズマ処理を行った。

発明例Ｎａ１〜２はそれぞれ第３図および第４図に示す
方式でプラズマ発生を行った例である。前者は窒化を、
後者は浸炭を行っている。

本発明におけるプラズマ処理条件とともに、りん酸塩処
理性の評価を第１表にまとめて示す。

いずれの場合にあっても、りん酸塩処理性は良好である
。

本発明にかかるプラズマ処理に代えて、ロール冷却後に
湿式電解処理を施した従来例を同じ第１図の装置を使用
して行った。処理後は、従来のように、水洗および乾燥
が必要であった。

結果を下欄表にまとめて示す。

第１表 第２表 未被覆部が存在 ：　× 調布 １：螺子 なお、りん酸塩処理性の評価は、次のようにして行った
。

すなわち、日本パーカライジング■製のＰＲ−Ｌ３０２
０を用いて３０秒間処理を施し、生成したりん酸塩被膜
形態の顕微鏡観察結果をもとに評価する。

微細結晶による緻密な被膜が生成；◎ 粗大化・不均一化被膜が生成　　：Δ 未被覆部が存在　　　　　　　　：× （発明の効果） 以上詳述したように、本発明にかかる連続熱処理方法お
よび装置によれば、表面特性の優れた鋼板を安定して製
造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる方法を実施するための装置の
略式説明図； 第２図は、第１図のプラズマ処理装置の部分詳細説明図
；および 第３図および第４図は、それぞれプラズマ処理装置の略
式説明図である。 第 図 帛 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板の連続熱処理プロセスにおいて、鋼板温度が
   ３００〜７００℃の範囲内にあるときに前記鋼板にプラ
   ズマ処理を行うことを特徴とする表面特性の優れた鋼板
   の連続製造法。
2. （２）鋼板の連続熱処理装置にあって、冷却段階あるい
   は冷却終了段階であって鋼板温度が３００〜７００℃の
   範囲内にある段階において、差圧シール装置を前後に設
   けたプラズマ処理装置を配設したことを特徴とする表面
   特性の優れた鋼板の連続製造装置。