JPH04202650A - 連続焼鈍炉 - 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、連続焼鈍炉に係り、特に、加熱帯と冷却帯と
の間て鋼帯を連続的に浸炭及び／又は浸窒する。又は冷
却する浸炭・浸窒／冷却兼用帯を設けた連続焼鈍炉に関
する。

〔従来の技術〕

従来から、プレス加工用鋼板は、Ｃ２０，０１％の低Ｃ
−リムＦ鋼や低Ｃ−Ａｌキルド鋼を箱焼鈍することによ
り製造されていたか、最近の省エネルギーならびに製造
納期の短縮要求にがんかみ、連続焼鈍への変換が積極的
に進められている。

この連続焼鈍法では、加熱及び均熱時間が極めて短いた
め、絞り性か箱焼鈍法より劣る。そこで、絞り性を箱焼
鈍材並みにするために、低炭素鋼の熱延巻取り温度及び
焼鈍温度を箱焼鈍法より高温にする等の対策かとられて
いる。さらに、連続焼鈍法は、箱焼鈍法に比へ冷却時間
も極端に短いため、過時効処理を施すことにより焼鈍中
に固溶した炭素を析出させているか、固溶炭素か依然と
して残留するために、加工性はともかく常温遅時効性を
得ることは困難であった。

そこで、箱焼鈍された低Ｃ−Ａｌ！ギルド鋼と同等の耐
時効性と、それ以上の高加工性を得る手段として、極低
炭素鋼（Ｃ５０，０１％、Ａｊ７≦０．２０％を含有）
を用い、必要に応じてＴｉ、Ｎｂ。

Ｂ等の炭化物形成元素を添加することか行われ、現状で
は広くプレス加工用鋼板として採用されている。

しかしこのような極低炭素鋼は、プレス成形後、塗装下
地処理として施されるリン酸亜鉛処理において、反応性
か従来の低Ｃ−ＩＪムド鋼、低Ｃ−Ａｐキルド鋼と比較
して幾分劣り、生成したリン酸亜鉛鉄結晶の細かさ、化
成処理条件の変動時安定性か不利であった。

そして、溶接性に対しては、極低炭素鋼の場合熱影響部
（ＨＡＺ）の組織が粗大化し、溶着部や母材よりも強度
か低下し易いため、溶接部の強度及び疲労特性の点て低
Ｃ−Ａ４？キルド鋼より不利であった。

さらに、極低炭素鋼は延性に富み、非常に粘り強いため
、低Ｃ−Ａｊ２キルド鋼と同一の条件で打ち抜きや剪断
を行うと、その端面にパリか発生し、後のプレス工程で
剥かれると星目欠陥を誘発する等の問題かあり、極低炭
素鋼の打ち抜き住改善か強く望まれていた。

また、加工性向上のためには、必然的に不純物元素の低
減を伴うため、焼鈍中の鋼中元素の表面濃化量か制画さ
れ、鋼板の表面硬化の低下を引き起こす。そのため、プ
レス成形を施した場合に、潤滑か十分でないと鋼板表面
とプレス型とか接触時に噛りあい、鋼板の表面キズ欠陥
か誘発されるばかりでなく、極端な場合にはプレス割れ
さえ伴うという問題もあった。

前記問題に対する有効な解決策として、鋼帯の表層部の
みに浸炭・浸窒を行って表層の物性を変える技術か特公
平１−４２３３１号、特開昭６３−３８５５６号及び特
開平２−１３３５６１号等で提案されている。

しかしながら、鋼帯の連続浸炭・浸窒処理装置として、
個別部品を対象としたものは、特開昭４７−２９２３０
号により開示されているか、低炭素鋼、極低炭素鋼の鋼
帯を連続的に効率良く高精度で浸炭・浸窒処理する装置
及び方法については、未だ提案されていない。

また、高炭素鋼薄帯の製造装置としては、水平パス方式
による連続浸炭装置か特公昭５６−２６７０８号及び特
開昭５０−７０２７５号に開示されているか、低炭素鋼
及び極低炭素鋼の鋼帯表層部の浸炭・浸窒処理には適し
ていない。

〔発明か解決しようとする課題〕

鋼板表面に連続して浸炭することにより、鋼板表面層の
みに固溶Ｃを所望量、且つ、所望深さて存在させるため
には、鋼板を短時間（数十秒以内）で浸炭する必要かあ
る。

実際に冷延鋼板の製造現場で浸炭・浸窒を行うには、連
続焼鈍ラインの加熱帯から冷却帯の間で適当な温度域に
浸炭・浸窒炉を装入して処理するのか最も効率的である
。この場合、通板速度は鋼板本体の熱処理条件で決定さ
れるので、浸炭・浸窒炉の条件をこれに適合させる必要
かある。さらに、鋼板の材質規格と寸法等の条件変更に
より通板速度の変更が常に起こるのでこれにも対応する
必要かある。また、浸炭・浸窒処理自体も異なる製造仕
様に対応する必要かある。

短時間の浸炭においては、炭素の固溶は表面反応律速で
あるため、連続焼鈍に際しての鋼板の通板速度の変化に
伴う浸炭処理時間の変化か浸炭濃度や浸炭深さに大きな
影響を与えることになる。

そこで、この発明は、前記課題を解決するため、鋼帯の
通板速度か変更しても、有効浸炭・浸窒炉長を迅速、且
つ、高精度で変更し、常にプしス成形性・化成処理性・
溶接性・打ち抜き性及び摺動性等各種の特性に優れた鋼
板を連続して製造てきる連続焼鈍炉を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために本発明は、連続的に送給され
る鋼帯を加熱する加熱帯と、次いで当該鋼帯を冷却する
冷却帯とを存する連続焼鈍炉において、前記加熱帯と冷
却帯との間に鋼帯の通板速度に応じて浸炭・浸窒帯側又
は冷却帯側とに切り換え可能な複数の浸炭・浸窒／冷却
兼用帯か設けられ、当該浸炭・浸窒／冷却兼用帯は、前
記鋼帯を連続的に浸炭及び／又は浸窒、ないしは冷却す
る連続焼鈍炉であることを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明によれば、加熱帯と冷却帯との間に浸炭・浸窒
／冷却兼用帯を設けているため、炭素及び／又は窒素を
鋼帯の表面部分に固定することか可能な連続浸炭・浸窒
を行うことかでき、且つ、鋼帯の通板速度に応じ、前記
兼用帯毎に独立して浸炭・浸窒帯側又は冷却帯側とに切
り換えを行うことかできるため、例えば、通板速度か減
少した場合は、浸炭・浸窒帯として使用していた前記兼
用帯の少なくとも１つを冷却帯に切り換えることて、浸
炭・浸窒帯の有効炉長を短くすることかでき、過浸炭・
浸窒を避けることかできる。一方、鋼帯の通板速度か増
加した場合は、冷却帯として使用していた前記兼用帯の
少なくとも１つを浸炭・浸窒帯に切り換えることで、浸
炭・浸窒帯の有効炉長を長くすることかてき、浸炭・浸
窒不足を避けることかできる。

さらに、全ての兼用帯を冷却帯側に切り換えることで、
鋼帯の浸炭・浸窒が不要の際にも対応することかできる
。

この結果、鋼帯の通板速度に応じ、炉内の雰囲気組成を
変える方法より、鋼帯の通板速度に対する応答性、制御
性が極めて良好で効率的である。

このため、鋼帯の材質仕様を満足させなから表層浸炭・
浸窒濃度及び深さか常に所望の値となる安定した品質を
有する鋼帯を連続して効率良く製造することかできる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、鋼帯１０を連続的に焼鈍する竪型連続焼鈍炉
の構成を示すもので、この連続焼鈍炉は順に、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１１加熱帯２、均熱帯３、浸炭／冷却兼用帯４
、第１冷却帯５、第２冷却帯６、速度センサ７、せん断
機１巻取り機等の図示しない出側設備からなる。

浸炭／冷却兼用帯４Ａないし４Ｃには、それぞれ図示さ
れていない雰囲気ガス入口、出口及び冷却ガス入口、出
口か設けられており、さらに、浸炭／冷却兼用帯４人な
いし４Ｃ内を所望の温度にするため、図示されていない
ヒータが備え付けられている。このヒータは、供給され
る電流量を調整することにより、浸炭／冷却兼用帯４Ａ
ないし４Ｃ内の温度の制御か可能である。そして、前記
雰囲気ガス入口には、図示しないか、雰囲気ガス流量制
御弁及び雰囲気ガス流量計を備えた雰囲気ガス供給管か
連設され、さらにこの雰囲気ガス供給管は分岐して、雰
囲気ガスの各々の成分ガス源に連設される。一方、前記
冷却ガス入口には、図示しないか、冷却ガス流量制御弁
及び冷却ガス流量計か備え付けられている。そして、鋼
帯ｌＯの出入口には、各浸炭／冷却兼用帯４内の雰囲気
かその外部と隔離されるようにシール部材４０が設けら
れている。

速度センサ７は、鋼帯の通板速度を常時感知し、当該鋼
帯の通板速度に応じて、マイクロコンピュータに予め設
定された記憶テーブルに基づいて、浸炭／冷却兼用帯４
を浸炭帯として使用するか、或いは冷却帯として使用す
るかを判断する制御手段を存している。この制御は、浸
炭帯内の雰囲気ガス組成を変化することで、鋼帯の通板
速度の変化により生じる過浸炭又は浸炭不足を避ける方
法より、前記通板速度に対する応答性、制御性か極めて
良好で効率的である。

本実施例における浸炭／冷却兼用帯４の浸炭帯／冷却帯
との切り換えは、前記ヒータの温度制御。

雰囲気ガス流量制置弁及び冷却ガス流量制御弁の開閉に
より行われる。例えば、鋼帯の通板速度か減少し、浸炭
帯として使用していた浸炭／冷却兼用帯４を冷却帯側に
切り換える場合は、雰囲気ガス流量制御弁を閉じ、前記
ヒータへの電流の供給を停止し、冷却ガス流量制御弁を
開き、冷却ガスを浸炭／冷却兼用帯４に供給して、帯内
温度を下げ、冷却帯とする。

そして、浸炭帯／冷却帯の切り換えは、各兼用帯毎に実
行するため、鋼帯１０の通板速度変化に迅速、且つ、確
実に対応する。

次に、この連続焼鈍炉の動作について説明する。

極低炭素の鋼帯ｌＯは、入側設備から連続的に送給され
た後、予熱帯１、加熱帯２、均熱帯３及び浸炭／冷却兼
用帯４に到り、次いで、第１・２冷却帯５，６を順に通
過して最終的には常温まで冷却される。この時、鋼帯の
通板速度は、速度センサ７により常時モニタされている
。

入側設備から連続的に送給された鋼帯ＩＯは、予熱帯１
で予熱され、次いで、加熱帯２に到る。

この加熱帯２て当該鋼帯１０は、再結晶温度以上（具体
的には加熱帯内温度が９００〜９５０°Ｃて、鋼帯１０
の温度か７００〜８００°Ｃ）になるように加熱される
。そして、加熱された前記鋼帯１０は、均熱帯３に送給
され、次いで浸炭／冷却兼用帯４に到る。

前記浸炭／冷却兼用帯４は、設置面積の低減の要求から
竪型にて形成される。この浸炭／冷却兼用帯４ては、鋼
帯１０の通板速度に応じて、浸炭帯剣と冷却帯側との切
り換えか行われる。

例えば、鋼帯１０の通板速度か通常の通板速度より減少
した場合は、鋼帯１０か浸炭帯内に滞在する時間か長く
なり、過浸炭となる。この過浸炭を避けるためには、有
効炉長を短くし、鋼帯１０が浸炭帯内に滞在する時間を
調整する必要かある。

この時、浸炭帯として使用していた浸炭／冷却兼用帯４
のうち少なくとも１つを冷却帯とすることで、浸炭帯の
有効炉長を短くすることかできる。

この結果、鋼帯の通板速度か変化しても常に一定した浸
炭層を形成することかてきる。尚、浸炭／冷却兼用帯４
の切り換え制御は、鋼帯の通板速度の変化に対応じて行
う他、鋼帯の厚さ９幅、素材等の他の連続焼鈍条件の変
化にも対応じて行うことかできる。

そして、浸炭帯として使用される浸炭／冷却兼用帯４は
、鋼帯表面の極薄い部分（０，５μｍ−１００μｍ以下
）にＣ≧０．０１％の浸炭層を形成するために、６５０
〜９００°Ｃの浸炭帯内温度に制御される。前記鋼帯温
度か６５０’Ｃ未満であると、浸炭速度が低下して熱処
理生産性か低下する。−方、浸炭帯内温度か９００°Ｃ
を越えると、固溶Ｃか拡散し表面層にのみ固溶Ｃを固定
することがてきない。

この浸炭帯内温度分布は、鋼帯表面へのスーティングを
防止するため、浸炭帯内温度差は５０°Ｃ以内であるこ
とか望ましい。鋼帯の表面に遊離Ｃが付着すると化成処
理性の劣化等、品質低下及び後工程の弊害要因となる。

前記浸炭帯内に供給される浸炭性ガスの組成として、例
えば、Ｃ０−５〜１０ｖｏｉ％、Ｈ２−２〜４ｖｏ１％
、　ＣＯ／Ｃ０２＝１’５〜２０．残部としてＮ２が挙
げられ、この浸炭性ガスを１００ＯＮｒｎ’／ｈｒ以上
の割合で当該浸炭帯内に供給する。

また、冷却帯として使用される浸炭／冷却兼用帯４は、
次の第１冷却帯５の一部として扱われ、第１冷却帯５と
同じ雰囲気に制御される。即ち、鋼帯１０の表面の極薄
い範囲にのみ固溶Ｃを固定するため、浸炭後の鋼帯１０
の温度か６００’Ｃ以下、好ましくは、５００〜４００
°Ｃ程度になるまて、２０°Ｃ／ｓｅｃ、以上の冷却速
度で急冷する。前記冷却帯及び第１冷却帯５内では、こ
の冷却条件か達成できるように、冷却帯内を搬送される
鋼帯１０へ吹きつけられる冷却ガス流量、流速及び冷却
ロール温度２春付は角等が制御される。

また、浸炭／冷却兼用帯４の全てか浸炭帯として使用さ
れた場合は、前記冷却は第１冷却帯５のみで行われる。

この第１冷却帯５を出た鋼帯１０は、次いで第２冷却帯
６に到る。この第２冷却帯６では、鋼帯１０温度か２５
０〜２００’Ｃ程度になるまでガス冷却か行われる。

このようにして最終的には、表面層にのみ固溶Ｃか存在
する極低炭素のプレス成形用鋼帯を得ることができる。

このプレス成形用鋼帯は、特公平１−４２３３１号にも
記載されているように、プレス成形性及び化成処理性に
優れたものとなる。

そして、このようなプレス加工用鋼帯は、溶接性、打ち
抜き性、及び摺動性等各種の特性にも優れたものとなる
。

次に具体的な実施例について説明する。

鋼帯中にＣを２０ｐｐｍ含有しているスラブを、転炉出
鋼後ＲＨガス及び連続鋳造法により作成した。該スラブ
を１２００°Ｃに加熱後、仕上げ温度８９０°Ｃて熱間
圧延し、５４０°Ｃで巻取り熱延コイルとした。次いで
、この熱延コイルを巻き戻して酸洗後圧工率７５％て冷
間圧延を施し、厚さ０゜９ｍｍ、板幅１２００ｍｍの鋼
帯コイルとした。

このような鋼帯コイルを前記第１図の連続焼鈍炉にて第
２図の温度履歴による連続焼鈍を行った。

この第２図は、第１図の焼鈍プロセスにおける鋼帯の温
度履歴を示したものであり、第２図の（ａ）。

（ｂ）、　（Ｃ１は、それぞれ第１図の（ａ）、　（ｂ
）、　ｆｃ）の各点における鋼帯温度に対応する。第２
図の（ａＪは浸炭帯入側温度領域、（ｂ）は第１冷却帯
内温度領域、（Ｃ１は第２冷却帯入側温度領域をそれぞ
れ示す。

この連続焼鈍において、鋼帯１０の通板速度を４００〜
２００ｍ／ｍｉｎの範囲で変化させるとその変化に伴い
浸炭／冷却兼用帯４は、以下のように制御される。

鋼帯ｌＯの通板速度か４００ｍ／ｍｉｎの時は、浸炭／
冷却兼用帯４Ａないし４Ｃを浸炭帯として使用する。

鋼帯１０の通板速度か４００ｍ／ｍｉｎから３００ｍ／
ｍｉｎに変化した時は、浸炭帯として使用している浸炭
／冷却兼用帯４Ｃを冷却帯として使用する。尚、浸炭／
冷却兼用帯４を浸炭帯から冷却帯に切り換える方法とし
ては、例えば、前記兼用帯に連設している雰囲気ガス流
量制御弁を閉し、浸炭性ガスの供給を停止し、当該浸炭
／冷却兼用帯４に備え付けられているヒータに供給して
いる電流を切り、保温を停止する。次いで、当該浸炭／
冷却兼用帯４内の浸炭性ガスを排出し、その後、冷却ガ
スを供給し、当該浸炭／冷却兼用帯４内を所望の温度ま
で冷却し、冷却帯とする。

鋼帯１０の通板速度か４００ｍ／ｍｉｎから２００ｍ／
ｍｉｎに変化した時は、浸炭帯として使用している浸炭
／冷却兼用帯４Ｂ及び４Ｃを冷却帯として使用する。

尚、前記浸炭／冷却兼用帯４を浸炭帯として使用する際
の浸炭性ガス組成は、Ｃ０＝５．０ｖｏｆｆ％、Ｈ２＝
３．０ｖｏ１％、　Ｈ２０＝０．１　ｖ　ｏ　１％。

残部Ｎ２とし、ガス流量を１００　ＯＮｍ”／ｈ　ｒ。

浸炭温度７８０°Ｃ７浸炭帯内圧力２００ｍｍＡｇとし
た。

また、前記浸炭／冷却兼用帯４を冷却帯として使用する
際は、第１冷却帯５に使用する冷却ガスを雰囲気ガスと
して使用した。

次いで、浸炭／冷却兼用帯４を出た鋼帯１０は、第１冷
却帯５．第２冷却帯６に到り、２５０°Ｃになる迄ガス
冷却された。

このように、通板速度を変化して、表層面にのみ固溶Ｃ
か存在する極低炭素のプレス成形用鋼帯を３種類作成し
た（発明品）。

この３種類のプレス成形用鋼帯の表層部のＣ濃度を各々
測定した結果を第１表に示す。

次に、比較例として、前記実施例と同じスラブを用い、
第１図に示す連続焼鈍炉と同様の装置で、浸炭／冷却兼
用帯を浸炭帯に固定した連続焼鈍炉を使用して前記実施
例と同条件て、それぞれの通板速度を変化させた３種類
のプレス成形用鋼帯を作成した（比較品）。

この３種類のプレス成形用鋼帯の表層部のＣ濃度を各々
測定した結果を第１表に示す。

第　　１　　表 以上のように、発明品は比較品と比べ、その表層部のＣ
濃度か９０〜９５ｐｐｍであり、Ｃ濃度のバラツキか極
めて少なく、安定した品質を示した。

尚、本実施例では、浸炭／冷却兼用帯を３つ設けたか、
これに限らず浸炭／冷却兼用帯の数は通板速度の変化、
鋼帯の厚さ、幅、素材等に応じて任意に決定して良い。

そして、浸炭／冷却兼用帯の数が多いほど、鋼帯の通板
速度の大幅な変化に対しても、迅速、且つ、正確に対応
することができる。

本実施例では、冷却帯として使用した浸炭・冷却兼用帯
を第１冷却帯の一部とみなして帯内の雰囲気を第１冷却
帯と同じにしたか、これに限らず、鋼帯表面の極薄い範
囲にのみ固溶Ｃを固定できる範囲内であれば任意にその
雰囲気を決定して良い。

また、本実施例では、通板速度か減少した時の浸炭帯剣
と冷却帯側との切り換えについて説明したか、通板速度
が増加した際にも、前記とは逆の切り換えを行うことに
より同様の効果か得られることは勿論である。

そして、浸炭帯剣と冷却帯側との切り換えをマイクロコ
ンピュータにより制御したか、これに限らず、鋼帯の通
板速度に応じて浸炭帯剣と冷却帯側との切り換えを行え
れば、いかなる方法で切り換えても良い。

また、本実施例では、浸炭／冷却兼用帯の切り換えによ
り、浸炭炉の有効炉長を制御して浸炭を行ったか、これ
に加えて浸炭／冷却兼用帯筋に浸炭性雰囲気又は冷却雰
囲気を変化させても良い。

そして、本実施例では、浸炭／冷却兼用帯を浸炭帯とし
て使用する場合について説明したか、浸炭に変えて浸窒
を行う浸窒帯として使用しても良い。また、雰囲気を変
えることにより前記兼用帯を浸炭帯と浸窒帯とに使い分
けることもできる。

浸窒性雰囲気としては、例えば、ＮＨ３を含有する（Ｎ
２＋８２　）ガスや、その他の混合ガスを用いれば充分
である。

また、本発明の浸炭帯は、浸炭はかりてなく浸炭窒化を
行うものであっても良い。

そして、本実施例では、極低炭素鋼の鋼帯の連続焼鈍に
ついて説明したか、これに限定されず低Ｃ−リムド鋼、
低Ｃ−ＡＡキルド鋼等の低炭素鋼等地の鋼種に対しても
適用できる。

本実施例では均熱帯と第１冷却帯との間に浸炭・浸窒／
冷却兼用帯か設けられているか、均熱帯を省略して加熱
帯と第１冷却帯との間に浸炭・浸窒／冷却兼用帯を設け
ること、均熱帯のあと浸炭・浸窒／冷却兼用帯の前段に
第１冷却帯を設け、この第１冷却帯により、均熱後の鋼
帯を浸炭・浸窒に適当な温度まで調整して浸炭・浸窒後
さらに第２冷却帯により冷却すること、等もそれぞれ可
能である。

そして、第１冷却帯及び第２冷却帯を一つの冷却帯にす
ることもできる。

そしてまた、前記兼用帯の全てを冷却帯として使用する
ことて、浸炭・浸窒を必要としない中炭素高、高炭素鋼
の連続焼鈍にも本発明に係る連続焼鈍炉を使用すること
かできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係わる連続焼鈍炉によれば
、加熱帯と冷却帯との間に浸炭・浸窒／冷却兼用帯を設
け、鋼帯の通板速度に応じて当該兼用帯筋に独立して浸
炭・浸窒寄倒と冷却帯側との切り換えを行うことで、浸
炭・浸窒帯の有効炉長を所望の浸炭・浸窒に必要な長さ
にすることかできる。

この結果、鋼帯の通板速度に対する応答性、制御性か極
めて良好で効率的となり、鋼帯の材質仕様を満足させな
がら表層浸炭・浸窒濃度及び深さか常に所望の値となる
安定した品質を有する鋼帯を連続して効率良く製造する
ことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る連続焼鈍炉の一実施例に係る構
成図、第２図は連続焼鈍される鋼帯の温度履歴を示すグ
ラフである。 図中、２は加熱帯、４は浸炭／冷却兼用帯、５は第１冷
却帯、７は速度センサ、ｌＯは鋼帯を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続的に送給される鋼帯を加熱する加熱帯と、次
   いで当該鋼帯を冷却する冷却帯とを有する連続焼鈍炉に
   おいて、前記加熱帯と冷却帯との間に鋼帯の通板速度に
   応じて浸炭・浸窒帯側又は冷却帯側とに切り換え可能な
   複数の浸炭・浸窒／冷却兼用帯が設けられ、当該浸炭・
   浸窒／冷却兼用帯は、前記鋼帯を連続的に浸炭及び／又
   は浸窒、ないしは冷却することを特徴とする連続焼鈍炉
   。