JPS585247B2 - 連続焼鈍方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋼帯の連続焼鈍に当り、鋼帯表面に生成す
る酸化被膜を低減あるいは除去すると共に、良好な形状
の鋼帯を得ることができ、焼入装置の簡略化とともに過
時効処理に当っての再加熱の省略を図ることを目的とす
る連続焼鈍方法に関するものである。

従来、水焼入れによる鋼帯の連続焼鈍方法は、冷間圧延
された鋼帯を再結晶温度以上に加熱均熱して水焼入れを
行ない、ついで酸洗により鋼帯表面の酸化膜を除去の後
、再加熱し、過時効処理が施されていた。

上記水焼入れに当り、鋼帯を良好な形状に保ち、且つ鋼
帯表面の酸化を軽減するために、種々の方法が研究され
ており、例えば、特開昭５１−７３９１１号公報や「鉄
と鋼」 Ｖｏｌ、 ６２．４６に開示されているような
、水中にスプレー装置を設け、低い水温で且つ高いスプ
レー圧により、鋼帯を水中スプレーで急冷する方法が知
られている。

しかし、上記の如き水中スプレ一方法は、膨大且つ複雑
な設備が必要とされることから多額の建設費および運転
費を要する上、冷却速度が早いので、鋼帯の冷却を常温
に至るまでの中間温度で止めることが困難なために、水
焼入れされる鋼帯は、常温までの冷却を余儀なくされて
いた。

従って、過時効処理を施すためには、鋼帯を所定温度ま
で再加熱しなければならず、そのために余計なエネルギ
ーを必要とするばかりでなく、再加熱炉が必要となり、
設備費の高騰を招いていた。

また、水焼入れにより鋼帯表面には多量の酸化膜が生成
する問題があった。

即ち、第１図には、還元性雰囲気から連続的に水焼入れ
された鋼帯の表面酸化状況が、模式図により示されてお
り、図面において、点線は従来の酸化状況である。

図面かられかるように、酸化膜は、鋼帯表面の全面にほ
ぼ均一に生成する酸化被膜ａ′（以下バックグランドの
酸化被膜と呼称する。

）と、鋼帯表面に斑点状に存在する酸化程度の大きい酸
化酸ａ／ （以下スパッターと呼称する。

）の２つに分けられる。上記のような酸化膜の除去のた
めには、一般に水焼入れされた鋼帯を酸洗するか、特開
昭５１−１７１０７号公報で開示されている如く、酸化
膜を過時効処理炉中で水素還元することが行なわれてい
るが、いずれの方法による場合も、上記スパッターの生
成程度によって、酸化膜除去の成果が左右されるため、
前記水焼入れに当っては、スパッターの生成程度をいか
にして低減するかが課題とされていた。

前記スパッターの生成を低減するための対策としては、
従来次のような方法が行なわれていた。

（１）鋼板を噴流水中で焼入れたときに、水蒸気圧より
高い水圧を加えることによって、蒸気膜を急速に除去す
る。

（２）スプレーの冷却水中に含まれている気体を除去す
る。

（３）スプレーを整流し、冷却水の飛沫が焼入れ前の高
温ストリップに付着することを防止する。

（４）雰囲気ガスの巻込みを防止し、これに伴なうスパ
ッターの生成、冷却能低下による酸化を防止する。

上記各対策は、それぞれ有効な方法ではあるが、いずれ
も焼入れがタンク内に装置されたスプレーによる噴流水
で行なわれるため、建設上、操業上の経済的不利益を避
けることはできなかった。

本発明者等は、上述のような観点から、従来法の欠点を
解決し、鋼帯表面に生成する酸化膜を経済的に低減し、
且つ鋼帯形状を良好になすとともに、過時効処理に当っ
ての再加熱を不要にするための方法につき、種々研究を
重ねた結果、以下の如き新しい他見を得た。

即ち、従来一般的には、水焼入れの水温が上昇すると、
鋼帯に生成するバックグランドの酸化被膜およびスパッ
ターが、共に濃くなる上、鋼帯形状も悪化する傾向にあ
った。

しかし、連続熱処理ラインにおいて、鋼帯の急冷終了温
度（急冷出側温度）を高くするときは、鋼帯に上記従来
の傾向とは異なる挙動の現われることが判明した。

即ち、鋼帯の急冷に当り、従来性なわれていた水中スプ
レーを使用せず、出来得るかぎり静止状態に近い温水中
で高温の鋼帯を焼入れ、急冷停止温度（温水中から出る
鋼帯温度）を高くすると、鋼帯に生成する酸化膜は低減
し、鋼帯形状も悪化せず、過時効処理に当って鋼帯を再
加熱する必要もなくなることがわかった。

更に、上記の如き焼入れの施された鋼帯を過時効処理炉
に送りこみ、過時効処理を施すに際して、前記過時効処
理炉の雰囲気ガス中に水素ガスを添加すれば、過時効処
理とともに鋼帯に生成された酸化膜が効率的に還元除去
されることを見出した。

この発明は、上記知見に基づきな岑れたもので、鋼帯の
連続焼鈍方法において、連続焼鈍炉で再結晶温度以上に
加熱均熱された鋼帯を、５５０℃以上の温度から、５０
℃以上の静水状態に近い温水中に焼入れを行ない、前記
鋼帯を３００℃〜５００℃の温度で油紙し、前記３００
℃〜５００℃の温度範囲で過時効処理を施し、また、前
記過時効処理を施す際に、過時効処理炉の雰囲気ガス中
に、水素ガスをｌｏ％以上混合することに特徴を有する
ものである。

この発明方法において、鋼帯に焼入れを施す温水の温度
を、５０°Ｃ以上とした理由は、５０℃未満では、鋼帯
の中央部と端部との温度差（板幅方向の温度差）を小と
なして、３００℃以上で急冷を停止することが工業的に
不可能となるからである。

即ち、５０℃未満の水温では、３００℃以上で急冷を停
止するために、鋼帯の通板速度を早くする必要があり、
その結果、通板により生ずる冷却水の攪拌現象が鋼帯端
部に大きく現われ、板幅方向の冷却速度を均一にするこ
とができなくなる。

第１図における実線は、この発明方法により、５０℃以
上の温水中に鋼帯を連続的に焼入れし、急冷出側温度を
３００℃〜５００℃とした場合の鋼帯表面酸化状況を模
式的に示したものである。

図面から明らかなように、この発明方法により焼入れを
行なった場合は、鋼帯全面にほぼ均一に生成するバック
グランドの酸化被膜ａは、従来よりやや濃くなる傾向に
なるが、酸化程度の大きいスパッターは、はとんど存在
しないことがわかった。

その理由は、この発明方法の冷却形態が完全に均一な膜
沸騰冷却になるためであると考えられる。

第２図には、温水温度と酸洗必要時間との関係が示され
ている。

図面において縦軸は酸洗必要時間、横軸は温水温度で、
前記酸洗必要時間は、塩酸酸洗（塩酸濃度１０％、酸洗
温度４０℃）により、鋼帯における酸化の強い部分ある
いはスパッターが光輝な表面になるまでの時間を測定し
たもので板厚Ｏ，Ｓ闘の鋼帯を、５０°Ｃ−１００℃の
温水を使用して７００℃から急冷し、上記各温水温度ま
で冷却した後、前記により酸洗した場合の所要時間を示
したものである。

図面から明らかなように、水温が高くなるほど酸洗に多
くの時間を要し、特に７０℃以上において顕著となる。

次に、急冷終了温度を、３００℃〜５００℃としたのは
、３００℃未満では酸洗に要する時間を短くすることが
できず、５００℃を超えると過時効処理の効果がなくな
るからである。

また、急冷開始温度を５５０℃以上としたのは５５０℃
未満では過時効処理の際に固溶炭素の析出が十分に行な
われず、過時効効果が生じないからである。

次に、この発明の実施例について説明する。

実施例 １ 板厚０．８ｓｍ、板巾３０Ｃ）ｍｍの鋼帯を、連続熱処
理ラインにより、無酸化状態で７００°Ｃから所定の速
度で７５℃の温水中に浸漬し、焼入れを施しこの際の急
冷終了温度を１００℃から５５０°Ｃまで変化させ、無
酸化雰囲気中で約４０℃まで冷却した後、塩酸酸洗を行
ない、酸化膜除去に要した時間を計測した。

第３図は上記計測結果を示したものであり、点線Ａは従
来法によるレベルである。

図面から明らかなように、この発明方法によって急冷終
了鋼帯温度を３００℃以上とすることにより、従来法と
比べて酸洗必要時間を短くすることができた。

また、酸洗前における鋼帯の表面状況を観察した結果、
バックグランドの酸化被膜は従来よりやや濃くなる場合
もあったが、スパッターの発生はほとんど認められなか
った。

実施例 ２ 板厚０．７ｍｍ、板巾３００ｍｍの鋼帯を、連続熱処理
ラインにより、急冷開始温度を５００℃から８５０℃ま
で変化させ、所定の速度で８０℃の温水中に浸漬して焼
入れを施し、急冷終了温度を４００’Ｃに調節して、前
記実施例１と同じ方法により酸化膜除去に要した時間を
計測した。

第４図は上記計測結果を従来法と比較して示したもので
あり、○印は上記この発明方法による場合、Ｘ印はスプ
レー装置を組込んだ焼入槽内で水中スプレーにより８０
℃の水温まで急冷した従来法の場合である。

図面から明らかなように、この発明方法によれば、焼入
れ温度の高い場合における酸洗必要時間を、従来法と比
べて著しく小となすことができた。

実施例 ３ 板厚０．６ｍｍ、板巾７００ｍｍの鋼帯を、連続熱処理
ラインにより、急冷開始温度を６５０℃とし、所定の速
度で７０℃の温水中に浸漬して焼入れを施し、４５０℃
の急冷終了温度で抽出した後、水素ガスの添加された過
時効処理炉に入れ、前記過時効処理炉を構成する過時効
処理帯での過時効処理と、前記過時効処理帯に続く冷却
帯での冷却処理とからなる過時効処理を行なった。

第５図には、過時効処理時間と鋼帯温度および酸化膜の
還元率との関係が示されており、図面において、実線で
示す曲線Ｃは、過時効処理炉内における鋼帯温度、点線
で示す曲線ｄは、過時効処理炉内における雰囲気ガス中
の水素濃度を３０％とした場合（残りは窒素）、同じく
曲線ｅは、水素濃度を１０％とした場合におけるそれぞ
れの鋼帯の酸化膜還元状況である。

なお第５図における過時効処理時間とは、鋼帯が過時効
処理炉に入って過時効処理帯および冷却帯を通過し、そ
の間に過時効処理および冷却処理が施されて前記過時効
処理炉から出るまでの時間である。

図面から明らかなよに、雰囲気ガス中の水素濃度を３０
％とした場合には、過時効処理と同時に酸化膜は１００
係還元され、完全に除去することができた。

なお、酸化膜の還元状況は、処理炉の出側でサンプリン
グを行ない、エリプソメータによる測定を行なった。

第６図には、上記第５図に示すこの発明の実施例と同様
の鋼帯を、６５０℃から３５℃まで急冷し、しかる後４
５０℃まで再加熱して過時効処理を行なった従来法の場
合における過時効処理時間と鋼帯温度および酸化膜の還
元率との関係が示されており、図中の曲線は前記第５図
の場合と同様である。

なお第６図における過時効処理時間とは、鋼帯が過時効
処理炉に入って、過時効処理炉を構成する加熱帯、過時
効処理帯および冷却帯を通過し、その間に再加熱、過時
効処理および冷却処理が施されて前記過時効処理炉から
出るまでの時間である。

図面から明らかなように、従来法の場合は、過時効処理
に当り再加熱のための昇温時間を必要とする結果、前記
再加熱時間中においては酸化膜の還元が行なわれず、従
って酸化膜の還元除去は全体として不十分な結果となっ
た。

上記第５図および第６図から明らかな如く、この発明方
法によれば、過時効処理の熱サイクルが酸化膜の還元に
有利であり、鋼帯にスパッターが生成されないことから
、鋼帯の酸化膜は、過時効処理炉内の水素ガスによって
、十分に還元除去される。

実施例 ４ 板厚０．８ｍｍ、板巾３００ｍｍの鋼帯を、連続熱処理
ラインにより、急冷開始温度を６５０℃とし、所定の速
度で９０℃の温水中に浸漬の上、焼入れを施し、３００
℃の温度で抽出した後、雰囲気ガス中に水素ガスの添加
された前記水素ガス濃度の異なる過時効処理炉中におい
て、炉内における鋼板の平均温度を、ライン速度、過時
効処理炉の炉長等を変えることにより変化させて過時効
処理を施し、酸化膜の還元状態を調べた。

第７図には、上記酸化膜の還元状態が還元時間と鋼帯温
度との関係において示されており、第７図Ａは、雰囲気
ガス中の水素濃度が１０％の場合、Ｂは同じく水素濃度
が２０チの場合、Ｃは水素濃度４０％の場合、Ｄは水素
濃度８０％の場合で、図中の○印は完全に還元された条
件、Δ印はほぼ還元された条件、Ｘ印は酸化膜が残る条
件を示したものである。

なお、この実施例においては、還元結果の解析を容易に
するため、経時効処理炉内における鋼帯の温度低下を２
０℃以内に抑え、処理を終って炉から出された鋼帯を、
５％水素を含む窒素ガス中で室温付近まで急冷した。

また雰囲気ガスの露点は一３５℃以下とした。

上記第７図から、水素ガス濃度、鋼帯温度を適当に選ぶ
ことにより、酸水膜の効果的な還元を行ない得ることが
わかった。

そこで、本発明者等は上記第７図の結果より、定性的に
酸水膜の発生しない鋼帯を得るための必水水素濃度を解
析した結果、次式を得ることかでき、過時効処理炉内の
雰囲気ガスを、次式により算出された水素濃度とすれば
、酸化膜のない鋼帯の製造が可能となることが判明した
。

Ｈ，（ｑｂ≧□Ｘ−＋２．２ ５０００ ｔ Ｏ，５４ｅ Ｘ ｐ （−−） Ｔ＋２７３ 但し、Ｔ：過時効処理炉内における鋼板の平均温度（’
Ｃ） ｔ：過時効処理炉内における鋼板の過通 時間（秒） 実施例 ５ 前記実施例４の結果から、過時効処理炉内における雰囲
気ガス中の水素濃度が低い場合には、ガス還元のみでは
酸化膜の除去が不十分な場合もあるので、このような場
合における酸化膜除去のために、過時効処理炉から出た
鋼帯に酸洗処理を行なった。

なお、前記酸洗処理に当っては、連続焼鈍ラインの出側
において、オンラインで鋼帯に湿式スキンパスをかける
ため、その際にスキンパス前で鋼帯の温度を材質上の理
由から４０℃以下まで下げる必要上、冷却と酸洗とを併
用し、次のような処理を行なった。

即ち、板厚０．８ｍｍ、板巾３００ｍｍの鋼帯を、連続
熱処理ラインにより、急冷開始温度を６５０℃とし、所
定の速度で７０℃の温水中に浸漬の上、焼入れを施し、
急冷出側温度を４５０℃および３５０℃とした上、雰囲
気ガス中の水素濃度が１０％の過時効処理炉で過時効処
理を行なうとともに酸化膜の還元を行ない、その後２０
０℃以下まで雰囲気ガス中で冷却の後、約８０℃の温水
中で急冷し、ＨＣ１濃度５％および１０％、液温３０℃
および４０℃の酸洗液中で酸洗を行なった。

下記第１表には、その酸洗結果が従来例とともに示され
ている。

なお、同表における従来例は、前記板厚、板巾の鋼帯を
、６５０℃から３５℃まで急冷し、しかる後４５０℃ま
で再加熱し、以降前記と同じように過時効処理、水素還
元、冷却および酸洗を行なった。

また、過時効処理後、直ちに酸洗液に入れず、２００℃
以下まで雰囲気ガス中で冷却するのは、鋼帯を所定の材
質に保つ材質上の問題と、炉内の露点を下げないように
するエンフジニアリング上の問題とからであり、更に２
００℃以下まで冷却された鋼帯を、８０℃の温水で急冷
するのは、鋼板の保有熱を回収し、鋼帯の洗浄等に利用
するためである。

同表から明らかなように、この発明方法によれば、従来
法と比較して酸洗液の温度、濃度を低くした場合も、ま
た酸洗時間を短くした場合も良好な表面状態の鋼板を得
ることができた。

なお、酸洗液を硫酸となした場合も、同様の効果が得ら
れた。

以上説明したように、この発明方法によれば、鋼帯の連
続焼鈍に当り、鋼帯表面に生成する酸化膜を低減あるい
は全くなくすことができるとともに、鋼帯形状は良好な
状態に保たれ、焼入れ装置の簡略化、過時効処理に当っ
ての再加熱の省略等から設備費およびエネルギー消費量
を大巾に低減することができる等、工業上極めて優れた
効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼帯表面の酸化状況を示す模式図、第２図は温
水温度と酸洗必要時間との関係を示す図、第３図は鋼帯
の急冷終了温度と酸洗必要時間との関係を示す図、第４
図は急冷開始温度と酸洗必要時間との関係を示す図、第
５図および第６図は過時効処理時間と鋼帯温度および酸
化膜の還元率との関係を示す図、第１図は酸化膜の還元
状態を還元時間と鋼帯温度との関係において示す図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼帯の連続焼鈍方法において、連続焼鈍炉で再結晶
   温度以上に加熱均熱された鋼帯を、５５０℃以上の温度
   から、５０℃以上の静水状態に近い温水中に焼入れを行
   ない、前記鋼帯を３００℃〜５００℃の温度で抽出し、
   前記３００℃〜５００℃の温度範囲で過時効処理を施す
   ことを特徴とする連続焼鈍方法。 ２ 鋼帯の連続焼鈍方法において、連続焼鈍炉で再結晶
   温度以上に加熱均熱された鋼帯を、５５０℃以上の温度
   から、５０℃以上の静水状態に近い温水中に焼入れを行
   ない、前記鋼帯を３００℃〜５００℃の温度で抽出し、
   前記３００８Ｃ〜５００℃の温度範囲で過時効処理を施
   す際に、過時効処理炉の雰囲気ガス中に、水素ガスを工
   ｏ％以上混合することにより、過時効処理とともに鋼帯
   の酸化膜の還元除去を行なうことを特徴とする連続焼鈍
   方法。