JPS6152216B2 - - Google Patents

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JPS6152216B2
JPS6152216B2 JP9736380A JP9736380A JPS6152216B2 JP S6152216 B2 JPS6152216 B2 JP S6152216B2 JP 9736380 A JP9736380 A JP 9736380A JP 9736380 A JP9736380 A JP 9736380A JP S6152216 B2 JPS6152216 B2 JP S6152216B2
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JP
Japan
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carbon
atmosphere
annealing
hydrogen
equilibrium reaction
Prior art date
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Application number
JP9736380A
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English (en)
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JPS5739123A (en
Inventor
Masakatsu Fujino
Shoji Inanaga
Tomoaki Usuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JPS6152216B2 publication Critical patent/JPS6152216B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/663Bell-type furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76Adjusting the composition of the atmosphere

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、冷延鋼板を箱焼なましする際に、
鋼板表面のカーボン汚れ、或は窒化傾向等を抑制
するため焼なまし炉内の雰囲気性状が常時脱炭傾
向となるよう計算予測制御する冷延鋼板の焼なま
し方法に関する。
冷延鋼板は、冷間圧延工程で仕上げられるため
加工硬化する。そのため一般には機械的性質を改
善し、加工性を付与するため用途に応じた適当な
焼なましが施される。そして焼なましは通常鋼と
反応することのない保護雰囲気ガス中で行なわれ
るのである。
たとえば、冷間圧延のまま(以下直送品と呼
ぶ)、又は電気清浄した冷延鋼板をオープン又は
タイトに巻き取つてコイル状とし、これを箱型焼
なまし炉に装入し、10%水素(H2)−窒素(N2
ガス雰囲気中で加熱し630〜690℃の範囲内で均熱
保持したのち徐冷して製品化している。
しかし、上記焼なまし過程の炉内雰囲気中には
特に直送品の場合は鋼板に付着した圧延油中の炭
素分又は鋼板中に含まれる一部の固溶炭素が雰囲
気ガス中の水素(H2)又は水分(H2O)との反応
でメタン(CH4)又は一酸化炭素(CO)を生成す
る。
C+2H2CH4 …(イ)式 C+H2OH2+CO …(ロ)式 CO2+H2H2O+CO …(ハ)式 又鋼板への窒化傾向を抑制する必要のあるキル
ド鋼の焼なまし処理では、雰囲気中に4〜8%の
二酸化炭素(CO2)を吹込むと、効果的である
が、この場合にも(ハ)式の反応により一酸化炭素
(CO)を生成する等焼成雰囲気中には必然的にメ
タン(CH4)と一酸化炭素(CO)が存在する。
このようにして炉内で生成したメタン(CH4
と一酸化炭素(CO)又は窒化抑制のため吹込む
ことのある二酸化炭素(CO2)は、鋼板表面のカ
ーボン汚れ発生の原因をなすものと考えられてい
るが、その対策は皆無であつた。
そこで、発明者はメタン(CH4)、一酸化炭素
(CO)の成分が係る炉内雰囲気中の鋼板に対する
カーボンポテンシヤル(カーボン析出脱炭の傾向
を示す指標)を平衡反応の解析によつて究明した
ところ、焼なまし工程の随所でカーボン析出傾向
となる雰囲気性状に問題のあることがわかつた。
すなわち、昇温期500〜600℃の温度域で一時期
カーボン析出傾向となるメタン(CH4)が関与し
たPcH4/ac・PH2平衡反応(ac…アクテイブ炭
素、PcH4… メタン分圧、PH2…水素分圧)より、全焼なまし
工程がカーボン析出傾向となる一酸化炭素
(CO)が関与したPco・PH2/ac・PH2o平衡
反応(ac…アクテ イブ炭素、PH2o…水分分圧、Pco…一酸化炭素
分圧、PH2…水素分圧)の方がカーボン汚れに対
し影響が著しいと判断され、この平衡反応を全焼
なまし域で脱炭傾向にする必要がある。
カーボン析出傾向となつた原因を考察すると、
炉内雰囲気中で生成した一酸化炭素(CO)の濃
度(%)に対し、相対的に水分(H2O)の生成濃
度(%)が低い。したがつて、平衡反応のカーボ
ンポテンシヤルを平衡状態又は脱炭傾向へ移行さ
せるには、平衡反応式の分子である水素(H2)濃
度を減少させるか、又は分母の水分(H2O)の濃
度(%)を増せば満足できることがわかる。
この発明は、前述の知見に基いて、次の手段で
全焼なまし過程でのPco・PH2/ac・PH2o平
衡反応を脱炭傾向 の指標に移行させるよう自動計算制御する方法を
提案するものであり、その効果は鋼板表面のカー
ボン汚れ、あるいは鋼板中への窒化傾向を抑制し
得ることにある。
すなわち、この発明は、窒素(N2)を主体とし
た水素(H2)との混合ガスの雰囲気中で冷延鋼板
を箱焼なましする際に、焼なまし処理の全過程を
通じて雰囲気中の一酸化炭素(CO)、水素
(H2)の各濃度を常時測定し、測定時点における
鋼板温度との関連で雰囲気中の鋼板に対する
Pco・PH2/ac・PH2o平衡反応のカーボンポ
テンシヤル指標を 算出し、その指標がカーボン析出傾向の雰囲気に
あるときは平衡反応に必要な量の水分(H2O)を
供給し、Pco・PH2/ac・PH2o平衡反応のカ
ーボンポテンシヤ ルが常時脱炭傾向となるよう自動制御することを
要旨とする。
すなわち、焼なまし過程における雰囲気中の水
素(H2)、炉内で生成した一酸化炭素(CO)、及
び水分(H2O)の3成分について、その濃度
(%)を測定管理し、これらの濃度(%)を
Pco・PH2/ac・PH2o平衡反応の分数式に代
入し、成分測定時 点での炉内温度との関連で鋼板に対する雰囲気の
カーボンポテンシヤルの平衡定数を求める。
そして、求めた平衡定数がカーボン析出傾向の
指標にあれば、平衡反応式を完結させ、さらに脱
炭傾向の指標を得るために必要とする水分
(H2O)の濃度(%)を求め、直ちに水分源とし
ての水蒸気、あるいは空気を必要量だけ炉内に吹
込み、水分計又は露点計で測定管理しながら雰囲
気性状が常時脱炭傾向の指標を維持するよう制御
するのである。
次に、この発明の実施例を第1図に示す箱型焼
なまし炉に付設した計算制御装置(ブロツク・ダ
イアグラムで示す)により実施した場合について
説明する。
図中、1は箱型焼なまし炉、2はガス混合機、
3は一酸化炭素及び水素分析計、4は水分
(H2O/露点)の分析計、5は鋼板コイル測温用
温度計、6は計算機、7は窒素ガス又は空気をガ
ス混合機2へ送るための調整用ガス送入管9の途
中に設けた電磁弁、8は水素と窒素の雰囲気ガス
をガス混合機2へ送るための雰囲気ガス送入管で
ある。
焼なまし処理の雰囲気ガス基準により5〜20%
の範囲で、その濃度を測定した水素(H2)と残り
は窒素(N2)からなる雰囲気ガスを雰囲気ガス送
入管8及びガス混合機2を通して箱型焼なまし炉
1へ送入し、焼なまし過程の炉内雰囲気中の水素
(H2)と炉内で不特定に生成した一酸化炭素
(CO)の各濃度(%)は分析計3で、水分
(H2O/露点)の濃度(%)は水分分析計4で、
及び鋼板コイルの温度(℃)は温度計5で、それ
ぞれ測定管理し、それらから発信される信号を計
算機6に入力する。
そして、分析計3と温度計5の入力信号を使つ
て下記(1)式及び(1′)式によりPco・PH2/ac
・PH2o平衡反応 を完結させるのに必要とする水分(H2O)の濃度
(%)を算出する。
ただし、この場合、平衡反応の定数と鋼板コイ
ル温度(℃)との関係線が600℃付近で若干屈折
するため、次の2つの式に別けて計算する。
600℃以上 log〔H2O〕=7205/203+t−9.63+log〔C
O〕+log 〔H2〕 …(1)式 600℃以下 log〔H2O〕=6898/273+t−9.28+log〔C
O〕+log 〔H2〕 …(1′)式 上記(1)式及び(1)′式で得たlog〔H2O〕は水分分
析計4が通常露点で表示されるため、下記(2)式に
よりそれぞれを露点D・P(℃)に換算する。
D・P={5484/19.59−2.303log〔H2O
〕}−273 …(2)式 Pco・PH2/ac・PH2o平衡反応を確実に脱
炭傾向の指標とす るには、(2)式で得た平衡状態のD・P(℃)を5
〜20℃あげる必要がある。すなわち、 (2)式で得たD・P(℃)+5〜20(℃) …(3)式 上記(1),(1′),(2)及び(3)式は次の(4)及び(4′

式にまとめて用いることができる。
600℃以上 D・P={5484/−16593/273+t +41.77−2.303(log 〔CO〕〔H2〕)}−273+5〜20 …(4)式 600℃以下 D・P={5484/−15890/273+t +40.96−2.303(log 〔CO〕〔H2〕)}−273+5〜20 …(4′)式 ただし、t:鋼板コイル温度(℃) 〔CO〕:炉内雰囲気中の一酸化炭素濃度
(%) 〔H2〕:炉内雰囲気中の水素濃度(%) そして、計算機6で上記式を使つて計算した露
点(℃)と、先に入力してある現状雰囲気中の露
点(℃)を比較する。このとき、計算機が現状雰
囲気中の露点(℃)が不足し、雰囲気中の鋼板に
対するカーボンポテンシヤルがカーボン析出傾向
の指標にあると判定すれば、指令により電磁弁7
が開き、調整用ガス送入管9を通して水分(水蒸
気又は空気)がガス混合機2に供給され、雰囲気
ガス送入管8から送入される雰囲気ガスと十分に
混合されて箱型焼なまし炉1に送り込まれる。こ
の状況は水分の分析計4が刻々とモニターし、計
算機に入力して所定の露点(℃)に到達すると電
磁弁7は閉塞され、水分の供給は停止する。
以上の自動制御は全焼なまし処理過程のうち、
昇温期に水素を炉内に送入すると同時に開始し、
均熱域を経て冷却期の550℃付近まで行う。
その理由は、水素が雰囲気中に存在しないと
Pco・PH2/ac・PH2o平衡反応が成り立たず
、又冷却期の約 550℃以下では、一般に雰囲気中の露点を低下さ
せて鋼板に対する酸化還元ポテンシヤルを還元傾
向の指標として鋼板表面の被酸化を防ぐ必要があ
ることと、鋼板表面のカーボン汚れ、及び鋼板中
への窒化傾向がほとんど生じないためである。
実施例 圧延油の付着した直送品の冷延鋼板(厚さ0.9
mm、巾1010mmの鋼帯)をコイルに巻きとつて、こ
れを箱型焼なまし炉に装入し、次の条件で焼なま
し処理した。
雰囲気ガス:水素(H2)10%、残り窒素(N2)の
混合ガス 自動計算制御範囲:昇温の550℃から均熱を経て
冷却の550℃まで 計算式:炉内温度600℃以上の場合(4)式 炉内温度600℃以下の場合(4′)式 そして、焼なまし過程の炉内では、第2図の下
部に示すパターンで一酸化炭素(CO)が生成し
たが、この一酸化炭素濃度(%)は雰囲気ガス中
の水素濃度(%)の実測値、並びに炉内温度
(℃)との相関で(4)(4′)式で計算制御し、焼な
まし過程における炉内の適正露点(℃)を制御期
間中維持した。その状態を第2図に示した。すな
わち、実線部分がその適正露点を示しており、破
線部分で示す露点レベルは自然発生的な現象であ
る。
したがつて、計算制御期間中における炉内雰囲
気中の鋼板コイルに対するPco・PH2/ac・P
o平衡反応のカ ーボンポテンシヤル指標は、第3図に実線で示す
ように、確実に脱炭傾向の指標を示しており、こ
れにより自動計算制御が有効なことがわかる。
この結果、鋼板表面の付着カーボンはコイルの
全長、全面にわたり0.5〜2mgC/m2以内、又計
算制御によつて改善した雰囲気性状中では鋼板表
面が非活性化するため、焼なまし前の鋼板中窒素
48ppmが焼なまし後では50ppmであつて、ほと
んど固溶することがなく、カーボン汚れ及び窒化
傾向を効果的に抑制し、焼なましを行うことがで
きた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例における自動計算
制御方法のブロツクダイアグラムを示す説明図、
第2図は同実施例における10%水素−窒素雰囲気
中の露点を示す図表、第3図は同上雰囲気中の鋼
板に対するカーボンポテンシヤルを示す図表であ
る。 図中1……箱型焼なまし炉、2……ガス混合
機、3……一酸化炭素及び水素分析計、4……水
分の分析計、5……鋼板コイル測温用温度計、6
……計算機、7……電磁弁、8……雰囲気ガス送
入管、9……調整用ガス送入管、……カーボン
析出、……脱炭。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒素を主体とした水素との混合ガスの雰囲気
    中で冷延鋼板を箱焼なましする際に、焼なまし処
    理の全過程を通じて雰囲気中の一酸化炭素
    (CO)、水素(H2)の各濃度を常時測定し、測定
    時点における鋼板温度との関連で雰囲気中の鋼板
    に対するPco・PH2/ac・PH2O平衡反応のカ
    ーボンポテンシヤ ル指標(カーボン析出脱炭の傾向を示す指標)を
    算出し、その指標がカーボン析出傾向の雰囲気に
    あるときは平衡反応に必要な量の水分(H2O)を
    供給し、Pco・PH2/ac・PH2O平衡反応のカ
    ーボンポテンシヤ ルが常時脱炭傾向となるよう自動計算制御するこ
    とを特徴とする冷延鋼板の焼なまし方法。
JP9736380A 1980-07-16 1980-07-16 Annealing method for cold rolled steel plate Granted JPS5739123A (en)

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JP9736380A JPS5739123A (en) 1980-07-16 1980-07-16 Annealing method for cold rolled steel plate

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JPS6372821A (ja) * 1986-09-16 1988-04-02 Osaka Oxygen Ind Ltd 金属処理方法
KR20020055713A (ko) * 2000-12-29 2002-07-10 이구택 분위기가스 오염도 측정 장치
JP7111059B2 (ja) * 2019-05-23 2022-08-02 Jfeスチール株式会社 還元性雰囲気炉の露点制御方法および還元性雰囲気炉、ならびに冷延鋼板の製造方法および溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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