JPH04202652A - 連続浸炭・浸窒炉及び浸炭・浸窒方法 - Google Patents

連続浸炭・浸窒炉及び浸炭・浸窒方法

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JPH04202652A
JPH04202652A JP2334149A JP33414990A JPH04202652A JP H04202652 A JPH04202652 A JP H04202652A JP 2334149 A JP2334149 A JP 2334149A JP 33414990 A JP33414990 A JP 33414990A JP H04202652 A JPH04202652 A JP H04202652A
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二彦 中川
Hiroshi Kuramoto
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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、鋼帯を連続的に浸炭及び/又は浸窒する連続
浸炭・浸窒炉及び浸炭・浸窒方法に関する。
〔従来の技術〕
従来から、プレス加工用鋼板は、C20,01%の低C
−リムド鋼や低C−Aβキルト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
納期の短縮要求にかんがみ、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、加熱及び均熱時間か短いので、絞
り性を確保するために種々対策か講しられている。即ち
、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
対策か採られている。
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、固溶炭素が依然として残
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−Aβ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%、AA≦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、純鉄に近い組成であり
、表面の清浄度か高いので、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−AAキルト鋼と比較して
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)の組織か粗大化し、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−AAキルト鋼より不利てあった。
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−AAギルド鋼と同一の条件で打ち抜きや剪断を
行うと、その端面にノくりか発生し、このパリか後のプ
レス工程で脱落す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、加工性の向上のためには、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御
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、潤滑か十分てないと鋼板表
面とプレス型とが接触時に噛りあい、鋼板の表面キズ欠
陥か誘発されるはかりでなく、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。     ゛ そこで、前記問題に対する有効な解決策として、銅帯の
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か
、連続して銅帯を浸炭・浸窒するものではなかった。
そして、連続的に鋼帯の連続浸炭・浸窒処理装置として
は、特開昭47−29230号により開示されているよ
うに、個別部品を対象としたものは存在するか、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、特開昭50−70275号及び特公昭56−26
708号に開示されているように、水平パス方式による
高炭素鋼薄帯の連続浸炭装置か存在するか、この装置は
、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。
〔発明が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(数十秒置内)て浸炭する必要かあ
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・浸窒炉を挿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か常に起こるのでこれIこも対応す
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になされ
たものであり、銅帯を連続的に浸炭及び/又は浸窒処理
する際に、鋼帯の通板速度か変更しても浸炭・浸窒性雰
囲気を迅速、且つ、高精度で変更可能な連続浸炭・浸窒
炉及び浸炭・浸窒方法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、浸炭及び/又は浸
窒雰囲気を維持する炉と、当該炉内を浸炭・浸窒温度に
加熱保持する手段と、を備え、連続的に送給される銅帯
を浸炭及び/又は浸窒する連続浸炭・浸窒炉において、
前記炉内を複数のゾーンに分割し、当該ゾーン毎に浸炭
・浸窒性雰囲気及び/又は浸炭・浸窒温度を制御する制
御手段か設けられてなる連続浸炭・浸窒炉であることを
特徴とするものである。
そして、炉内に連続的に送給される銅帯を連続的に浸炭
及び/又は浸窒する連続浸炭・浸窒方・法において、前
記炉内を複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に浸炭・浸
窒性雰囲気及び/又は浸炭・浸窒温度を制御する連続浸
炭・浸窒方法であることを特徴とするものである。
さらに、前記複数のゾーンの少なくとも1つを、浸炭・
浸窒性ガスを導入しないように制御し、有効浸炭・浸窒
炉長を変更する連続浸炭・浸窒方法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、連続浸炭・浸窒炉内を複数のゾーン
に分割し、各ゾーン毎に浸炭・浸窒性雰囲気及び/又は
浸炭・浸窒温度を制御することで、浸炭・浸窒性雰囲気
及び/又は浸炭・浸窒温度の変更を迅速、且つ、高精度
に行える。
そして、浸炭・浸窒性ガスを流通しないゾーンを形成す
ることにより、浸炭・浸窒炉の有効炉長を変更(短く)
することかできる。
従って、いずれの場合も、銅帯の通板速度か減少ないし
は増加した場合でも、過浸炭・浸窒又はその逆の浸炭・
浸窒不足を防ぐことかできる。
〔実施例〕
次に、本発明の一実施例を添付の図面に基ついて説明す
る。
第1図は、鋼帯を連続的に浸炭する連続浸炭炉の構成を
示すもので、第1図(2)は第1図(1)のA−A断面
図である。
第1図に示すように、本発明に係る連続浸炭炉4は、熱
を遮断する仕切壁I8により4つのゾーン(第1ゾーン
1)ないし第4ゾーン14)に分割されており、各ゾー
ン毎の鋼帯17の出入口には、隣接するゾーンとの浸炭
性雰囲気ガスの流通及び各ゾーン内温度が隣接するゾー
ン内の温度に影響を及はさないように、シール部材40
かそれぞれ設けられ、ゾーン毎に隔離された状態となっ
ている。また、各ゾーンには、それぞれ雰囲気ガス人口
I9及び雰囲気ガス出口20か設けられている。さらに
、各ゾーンには、ゾーン内を所望の温度にするため、図
示されていないヒータか備付けられており、このヒータ
は、供給される電流を調整することによりゾーン内の温
度を制御可能である。そして、各ゾーンの雰囲気ガス人
口19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(CO,Co□。
N2.N2)に連設される。そして、この各成分ガス源
のガス出口には、成分ガス流量制御弁および成分ガス流
量計か備付けられている。尚、16は、鋼帯17を誘導
するハースロールを示す。
本実施例における連続浸炭炉4内の各ゾーン毎の浸炭性
雰囲気の制御は、前記ヒータの温度制御。
雰囲気ガスの流量制御、雰囲気ガスの組成(Cポテンシ
ャル)の制御の少なくとも1つにより行われる。
この浸炭性雰囲気制御は、各ゾーン毎に実行するため、
浸炭帯金体の雰囲気を制御する場合に比較して、浸炭性
雰囲気制御を迅速、確実に実行することを可能とする。
この制御に際しては、銅帯の通板速度を常時モニタし、
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
基ついて各ゾーン内の温度、雰囲気ガス流量、雰囲気ガ
ス組成をフィードバック制御すること等により、前記制
御を自動化することも可能である。
次に゛、前記連続浸炭炉を連続焼鈍炉に組み込み、銅帯
を連続焼鈍しなから連続的に浸炭を行う方法について図
面に基ついて説明する。
第2図は、銅帯を連続的に焼鈍する竪型連続焼鈍炉の加
熱帯と冷却帯との間に前記第1図の連続浸炭炉を設けた
連続焼鈍炉の構成を示すもので、この連続焼鈍炉は順に
、コイル巻き戻し機、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、連続浸
炭炉4、第1冷却帯5、第2冷却帯6、せん断機1巻取
り機等の図示しない出側設備からなる。
極低炭素の鋼帯17は、入側設備から連続的に送給され
た後、予熱帯l、加熱帯2、均熱帯3を通過し、連続浸
炭炉4に到る。この連続浸炭炉4に供給された鋼帯17
は、ハースロール16により、第1ゾーン1)ないし第
4ゾーン14を通過した後、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。
入側設備から連続的に送給された鋼帯17は、予熱帯1
で予熱され、次いて、加熱帯2に到る。
この加熱帯2て当該鋼帯17は、再結晶温度以上(具体
的には炉内温度か900〜950°Cで、鋼帯17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17は、均熱帯3に送給され
、次いて浸炭炉4に到る。
この連続浸炭炉4は、設置面積の低減の要求から竪型に
て形成される。そして、連続浸炭炉4は、銅帯表面の極
薄い部分(0,5μm〜100μm以下)にC20,0
1%の浸炭層を形成するために、650〜900’Cの
炉内温度に制御される。前記鋼帯温度か650 ’C未
満であると、浸炭速度か低下して熱処理生産性か低下す
る。一方、炉内温度が900°Cを越えると、固溶Cか
拡散し表面層にのみ固溶Cを固定することかてきない。
この連続浸炭炉内温度分布は、銅帯表面へのスーティン
グを防止するため、浸炭炉内温度差は50°C以内であ
ることか望ましい。銅帯の表面に遊離Cか付着すると化
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。
連続浸炭炉4内に供給される浸炭性ガスの組成とじては
、例えば、C0=5〜10vO1%、H2=2〜4vO
1%、Co/Co2=15〜20、残部N2か挙げられ
る。
この連続浸炭炉4ては、前記鋼帯17の通板速度に応し
て浸炭性雰囲気及び/又は浸炭温度か制御される。
例えば、鋼帯の通板速度か通常の通板速度より減少した
場合は、当該鋼帯か浸炭炉内に滞在する時間か長くなり
、その時の浸炭条件を維持すると過浸炭となり、プレス
成形性か劣る等、銅帯の品質か低下する。そこで、この
過浸炭を避ける方法として、以下の制御を行うことか有
効である。
即ち、雰囲気ガス流量制郭弁を全閉し、雰囲気ガスを供
給しないゾーンを作り、実質炉長を短くすることで、銅
帯か炉内に滞在する時間を短くし、過浸炭を避ける。又
は、雰囲気ガス流量制御弁を閉方向に絞り1つ又は2つ
以上のゾーン内に供給する雰囲気ガス流量を減少するこ
とて過浸炭を避ける。又は、各成分ガスの流量制御弁を
閉方向に絞り雰囲気ガス組成を変更し、1つ又は2つ以
上のゾーンに供給される該雰囲気ガスのCポテンシャル
を下げることて過浸炭を避ける。又は、ヒータに供給す
る電流を調整し、1つ又は2つ以上のゾーン内温度を下
げることて過浸炭を避ける。これらのうち少なくとも1
つ、又は、2つ以上を組み合わせて実行することて、鋼
帯の通板速度か変化しても常に一定した濃度、深さの浸
炭層を形成することがてきる。尚、前記浸炭性雰囲気の
制御は、通板速度の変化に対応して行う他、銅帯の厚さ
2幅、素材等の他の連続焼鈍条件の変化にも対応して行
うことかできる。
次いて、連続浸炭炉4を出た鋼帯17は、前記、第1冷
却帯5に到る。この第1冷却帯5では、鋼帯17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17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
一冷却速度で急冷する。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1
7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1春付は角等が制御される。
この第1冷却帯5を出た鋼帯17は、次いて第2冷却帯
6に到る。この第2冷却帯では、鋼帯17温度か250
〜200’C程度になるまでガス冷却が行われる。
このようにして最終的には、表面層にのみ固溶Cか存在
する極低炭素のプしス成形用鋼帯を得ることかできる。
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。
銅帯中にCを20ppm含有しているスラブを、転炉出
鋼後RHNガス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℃で熱間圧
延し、540℃で巻取り熱延コイルとした。次いて、こ
の熱延コイルを巻き戻して酸洗後圧工率75%で冷間圧
延を施し、厚さ0゜9鵬、板幅1200叩の鋼帯コイル
とした。
このような鋼帯コイルを前記第2図の連続焼鈍・浸炭炉
にて第3図に示す温度履歴による連続焼鈍を行った。こ
の第3図は、第2図の焼鈍プロセスにおける鋼帯の温度
履歴を示したちのであり、第3図の(al、 (b)、
 +CI、 (dlは、それぞれ第2図の(al。
(bL (C1,(d)の各点における鋼帯温度に対応
する。
第3図の(a)は浸炭炉内温度領域、(blは浸炭炉出
側温度領域、(C)は第1冷却帯内温度領域、(d)は
第1冷却帯出側温度領域をそれぞれ示す。
この連続焼鈍において、前記鋼帯の通板速度を200〜
400m/minの範囲で変化させるとその変化に伴い
連続浸炭炉4内の浸炭性雰囲気は、以下のように制御さ
れる。
銅帯の通板速度が400m/minの時は、第1ゾーン
1)ないし第4ゾーン14の4ゾーン全てに浸炭性ガス
を流す。
銅帯の通板速度か400m/m i nから300m/
minに変化した時は、前記4ゾーンのうちの3ゾーン
に浸炭性ガスを流す。この時、浸炭性ガスを流さないゾ
ーンには、HNガスを流す。
銅帯の通板速度が400m/minから200m/mi
nに変化した時は、前記4ゾーンのうちの2ゾーンに浸
炭性ガスを流す。この時、浸炭性ガスを流さないゾーン
には、HNガスを流す。
このように、浸炭性ガスを流さないゾーンを設ける二と
て、有効炉長を短・くすることかてきるため、鋼帯の通
板速度が減少しても、当該鋼帯か浸炭可能ゾーン内に滞
在する時間を一定にすることかできる。この結果、常に
一定した浸炭濃度及び深さとなる浸炭を行うことかでき
る。
鋼帯の通板速度か400m/minから350m/mi
nに変化した時は、全てのゾーンの浸炭性ガスのCポテ
ンシャルを下げる、又は4つのゾーンのうち選択したゾ
ーンの浸炭性ガスのCポテンシャルを下げる。
尚、前記連続浸炭炉4における浸炭性ガス組成は、C○
=5.0voi%、H2=3.0vof%。
H20=0.1 v o I!%、残部N2とし、ガス
流量を1000Nrr?/h r、浸炭温度780°C
2浸炭炉内圧力200韮Agとした。
次いで、連続浸炭炉4を出た鋼帯は、第1冷却帯におけ
る冷却速度か20’C/sec、、出側温度か500°
Cになる迄冷却された。
その後、鋼帯は、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4種類作成し
た。
この4種類のプレス成形用鋼帯の表層部のCa度を各々
測定したところ、通板速度を前記実施例のように変更し
ても、表層部のC濃度のバラツキはCの平均濃度か10
0 ppmの時、9 ppmであった。
次に、比較例として、前記実施例と同じスラブを用い、
第2図に示す連続焼鈍炉と同様の装置で、連続浸炭炉4
か分割されていない連続焼鈍炉を使用して前記実施例と
同条件で、それぞれの通板速度を変化させた4種類のプ
レス成形用鋼帯を作成した。
この4種類のプレス成形用鋼帯の表層部のCa1度を各
々測定したところ、表層部のCa度のバラツキはCの平
均濃度か100 ppmの時、37ppmであった。
このように、有効炉長の変更、或いは浸炭性雰囲気を制
御して浸炭を行った銅帯は、その表層部のC濃度のバラ
ツキか極めて少なく、安定した浸炭品を得ることかでき
た。
尚、前記実施例では、連続焼鈍しながら連続的に浸炭を
行う場合について説明したか、連続浸炭のみを行っても
同様の効果か得られることは、勿論である。
前記実施例では、4つのゾーンを有する連続浸炭炉につ
いて説明したか、これに限らずゾーンの数は任意に決定
して良い。
また、前記実施例では、通板速度か減少した時の浸炭性
雰囲気の制御について説明したか、通板速度か増加した
際にも、前記とは逆の制御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、前記実施例ては、浸炭の場合について説明した
か、連続浸炭炉に変えて浸窒を行う連続浸窒炉を設けて
も良い。また、雰囲気を変えることにより同一炉を浸炭
と浸窒に使い分けることもてきる。浸窒性雰囲気として
は、例えば、NH3を含有する(N2+82)ガスや、
その他の混合ガスを用いれば充分である。尚、本発明の
連続浸炭炉は、浸炭ばかりでなく浸炭窒化を行うもので
あっても良い。
また、前記実施例では、極低炭素鋼の銅帯の連続焼鈍に
ついて説明したか、これに限定されず低C−リムド鋼、
低C−Aj7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。
そしてまた、前記実施例では厚さ0.9mm、幅120
0a+mの鋼帯を使用したか、銅帯の使用目的に応じて
鋼帯厚及び銅帯幅共、任意に決定して良い。
また、前記実施例では均熱帯と第1冷却帯との間に連続
浸炭炉が設けられているか、均熱帯と連続浸炭炉とを同
一炉で形成すること、均熱帯を省略して加熱帯と第1冷
却帯との間に連続浸炭炉を設けること、均熱帯のあと連
続浸炭炉の前段に第1冷却帯を設け、この第1冷却帯に
より、均熱後の銅帯を浸炭に適当な温度まで調整して浸
炭後さらに第2冷却帯により冷却すること、連続浸炭炉
と第1冷却帯との間に浸炭深さを調整するための拡散帯
を設けること、等もそれぞれ可能である。
そしてまた、二つある冷却帯を一つの冷却帯にすること
もてきる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれは、連続浸炭・浸窒
炉内を複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に浸炭・浸窒
性雰囲気及び/又は浸炭・浸窒温度を制御することて、
浸炭・浸窒炉をゾーン分割しない場合に比較して、浸炭
・浸窒性雰囲気及び/又は浸炭・浸窒温度の変更を迅速
、且つ、高精度に行える。従って、例えば、鋼帯の通板
速度が変更しても過浸炭・浸窒又はその逆の浸炭・浸窒
不足を生じることなく、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銅帯を連続して効率良く提供するこ
とができる。
そして、浸炭・浸窒性ガスを流通しないゾーンを形成す
ることにより、浸炭・浸窒炉の有効炉長を変更(短く)
することて、鋼帯の通板速度か大幅に減少した場合でも
前記効果をより確実に達成することか可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る連続浸炭炉の構成図、第2図は
、第1図の連続浸炭炉を利用した連続焼鈍プロセスの構
成図、第3図は、連続焼鈍される銅帯の温度履歴を示す
クラ7である。 図中、2は加熱帯、4は連続浸炭炉、5,6は冷却帯、
1)は第1ゾーン、12は第2ゾーン、13は第3ゾー
ン、14は第4ゾーン、17は鋼帯、18は仕切壁、1
9は雰囲気ガス入口、2゜は雰囲気ガス出口を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)浸炭及び/又は浸窒雰囲気を維持する炉と、当該
    炉内を浸炭・浸窒温度に加熱保持する手段と、を備え、
    連続的に送給される鋼帯を浸炭及び/又は浸窒する連続
    浸炭・浸窒炉において、前記炉内を複数のゾーンに分割
    し、当該ゾーン毎に浸炭・浸窒性雰囲気及び/又は浸炭
    ・浸窒温度を制御する制御手段か設けられてなることを
    特徴とする連続浸炭・浸窒炉。
  2. (2)炉内に連続的に送給される鋼帯を連続的に浸炭及
    び/又は浸窒する連続浸炭・浸窒方法において、前記炉
    内を複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に浸炭・浸窒性
    雰囲気及び/又は浸炭・浸窒温度を制御することを特徴
    とする連続浸炭・浸窒方法。
  3. (3)前記複数のゾーンの少なくとも1つを、浸炭・浸
    窒性ガスを導入しないように制御し、有効浸炭・浸窒炉
    長を変更することを特徴とする請求項(2)記載の連続
    浸炭・浸窒方法。
JP33414990A 1990-07-31 1990-11-30 連続浸炭・浸窒炉及び浸炭・浸窒方法 Expired - Fee Related JP2954340B2 (ja)

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