(57)【要約】【課題】経済性に優れた手法で還元性雰囲気炉内の露点を高精度に上昇させ、制御することができる露点制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】供給する還元性ガスとして、窒素ガスと水素ガスを用いる還元性雰囲気炉において、還元性ガスに、酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、炉内の露点を−２０℃〜０℃に調整する【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷延鋼板に焼鈍を施す際に、還元性雰囲気炉に供給する還元性ガスとして窒素ガスと水素ガスを用い、還元性ガスに酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、還元性雰囲気炉内の露点を調整することを特徴とする還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項２】
前記酸素を含有する気体が空気であることを特徴とする請求項１に記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項３】
前記還元性ガスの、酸素濃度を０ｖｏｌ％超え２ｖｏｌ％以下に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項４】
前記還元性雰囲気炉内の露点を−２０℃〜０℃に調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法を用いて、鋼板の製造を行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかの還元性雰囲気炉の露点制御方法で、還元性雰囲気炉の露点を制御して、冷延鋼板に焼鈍を施した後に、引き続き連続して溶融亜鉛めっきを行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項７】
冷延鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、窒素ガスと水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Cと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Cから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【請求項８】
連続式溶融亜鉛めっき設備鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、窒素ガスと水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Cと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Cから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板を熱処理する水素ガスと窒素ガスを含む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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に利用可能な高張力鋼板（ハイテン鋼材）の需要が高まっている。ハイテン鋼材としては、例えば、鋼中にＳｉを含有することにより穴広げ性の良好な鋼板や、また、ＳｉやＡｌを含有することにより残留γが形成しやすく延性の良好な鋼板が得られることがわかっている。
【０００３】
しかし、例えばＳｉを多量に含有する高強度鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板及び合金化溶融めっき鋼板を製造する場合、以下の問題がある。溶融亜鉛めっき鋼板は非酸化性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で６００〜９００℃程度の温度で加熱焼鈍を行った後に溶融亜鉛めっき処理を行う。しかし、鋼中のＳｉは易酸化性元素であり、一般的に用いられる非酸化性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中でも選択酸化されて、表面に濃化し酸化物を形成する。この酸化物は、めっき処理時の溶融亜鉛との濡れ性を低下させて不めっきを生じさせるので、鋼中のＳｉ濃度の増加とともに濡れ性が急激に低下し、不めっきの多発や、めっき密着性が悪化するという問題がある。さらに、鋼中のＳｉが選択酸化されて表面に濃化すると、溶融亜鉛めっき後の合金化過程において著しい合金化遅延が生じる。その結果、生産性を著しく阻害する。生産性を確保するために過剰に高温で合金化処理しようとすると、耐パウダリング性の劣化を招くという問題もあり、高い生産性と良好な耐パウダリング性を両立させることは困難である。
【０００４】
このような問題に対して、例えば、特許文献1及び特許文献2には、直火型加熱炉（ＤＦＦ）あるいは無酸化炉（ＮＯＦ）を用いて鋼板表面を一旦酸化させた後、還元帯で還元することでＳｉを内部酸化させ、Ｓｉ表面濃化を抑制し、溶融亜鉛めっき濡れ性及び密着性を向上させる方法が開示されている。
【０００５】
しかし、特許文献１及び２に記載の方法では、還元後のめっき密着性は良好であるものの、内部酸化量が不足しやすく、鋼中の含有Ｓｉの影響で合金化温度が通常よりも３０〜５０℃高温になってしまい、鋼板の引張強度や延性が低下する問題があった。十分な内部酸化量を確保するために酸化量を増加させると、炉内ロールに酸化スケールが付着し鋼板に押疵が発生する、いわゆるピックアップ現象が発生するため、酸化量を単に増加させる手段は取れない。
【０００６】
また、特許文献３には、ガスを温水中通過させる方法で供給ガスを加湿し、炉内をシール装置で分割制御し、焼鈍炉内の水素濃度及び露点を所定範囲に制御することによってＳｉを内部酸化させ、溶融亜鉛めっき濡れ性及び密着性を向上させる方法が開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献３に記載の方法では、外気温変動や鋼板の種類によって炉内に持ち込まれる水分量が変化すると、この変化により加湿ガスの露点が変動しやすく、安定して最適露点範囲に制御することは困難であった。
【０００８】
特許文献４には、加熱炉内に水蒸気を直接噴射して露点を上昇・制御する方法が開示されている。
【０００９】
しかし、特許文献４に記載の方法では、炉内に直接水蒸気を供給すると局所的に１０℃以上の高露点になる領域が発生し、その領域を鋼板が通ると地鉄までも酸化されてピックアップ現象が起こることがわかっている。また水蒸気生成装置と炉内に送気する装置と水蒸気が通る配管系統のドレン抜き装置が必要であり、メンテナンスや設置コストが高くなり、経済性に劣る。
【００１０】
特許文献５には、水蒸気透過膜なる加湿ユニットを用いて、炉内に投入するガスを加湿し炉内露点調整する方法が開示されている。
【００１１】
また特許文献６には、化成処理性に優れた高強度鋼板を製造するために、焼鈍炉内に加湿ガスを導入して鋼板の内部酸化を促進することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２０２９５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１７０６９号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７／０４３２７３号公報
【特許文献４】特開２００５−２６４３０５号公報
【特許文献５】特許第６０５２４６４号公報
【特許文献６】特開２０１５−１５１６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献５に記載の方法では、水蒸気透過膜モジュールを用いて露点制御を行うことにより、上記特許文献４の問題は解決されたが、水蒸気透過膜モジュールの破損による供給ガス系統への水漏洩の検知が困難であり、ガス供給配管内に液体としての水が流入し、設備停止トラブルの危険がある。また、モジュールへ水を送水するチラーユニットも必要であり、メンテナンスや設置コストが高くなり、経済性に劣るという問題があった。また、特許文献６も特許文献５と同様に加湿設備を必要とし、メンテナンス性や設置コストについて特段の検討はなされていない。
【００１４】
本発明はこの様な課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、経済性に優れた手法で還元性雰囲気炉内の露点を高精度に上昇させ、制御することができる露点制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
特許文献１〜４の課題は、特許文献５で解消されたと考えられるが、特許文献５、６には上記のように設備上の課題と、メンテナンスコストと設備コストの課題があった。発明者は上記課題を解決する露点制御方法に関して種々の検討を行った。その結果、以下を知見し本発明を完成させた。
【００１６】
還元性雰囲気炉の露点を上昇させるために、特許文献５では直接水蒸気を還元炉に供給しているので、その水蒸気に起因する種々の課題が発生した。従って、直接水蒸気を供給せずに炉内に水分を供給すれば、上記課題は解消可能であろうとの発想を得た。その手法として通常還元性雰囲気炉への供給ガスとして使用される窒素と水素との混合ガスの水素に着目した。還元性雰囲気炉への供給時に窒素と水素との混合ガスと共に酸素ガスを供給すれば、還元性雰囲気炉内では水素と酸素が反応して水となり、あたかも、水蒸気を供給したのと同じ雰囲気が形成されることを見出した。水蒸気となる気体の還元性雰囲気炉への供給前の状態は酸素であり、供給前の水蒸気に起因する問題は発生しないことは明らかである。
【００１７】
更に、単独で酸素ガスを直接還元性雰囲気炉へ供給することが考えられるが、この場合は、特許文献４の場合と同様に、還元性雰囲気炉内の酸素を供給する部位で、急激に炉内雰囲気の水素を酸化して水となり、局所的に鋼板を酸化する雰囲気が形成される。その結果、鋼板表面が酸化され、その後鋼板表面が還元されるまでに炉内ロールと接触し、炉内ロール表面に鋼板酸化物が付着して、押傷を発生させることが容易に想定される。従って、単独で酸素ガスを直接還元性雰囲気炉へ供給することには問題がある。
【００１８】
ここで，還元性雰囲気炉とは、通常鉄鋼製品の熱処理に使用される炉であり、鉄が酸化されずに、鉄酸化物が還元される雰囲気の炉を意味する。
【００１９】
また、特許文献５は溶融亜鉛めっき鋼板製造時の還元性雰囲気炉の露点制御時に課題があり、本発明はこの課題を解決することを目的とするが、溶融亜鉛めっき鋼板に限らず、化成処理性に代表される良好な表面特性が要求される冷延鋼板製造時にも還元性雰囲気炉内の露点を高精度に上昇させ、制御することが課題として存在している。本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板と冷延鋼板の焼鈍時に共通して適用可能な技術である。
【００２０】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］冷延鋼板に焼鈍を施す際に、還元性雰囲気炉に供給する還元性ガスとして窒素ガスと水素ガスを用い、還元性ガスに酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、還元性雰囲気炉内の露点を調整することを特徴とする還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［２］前記酸素を含有する気体が空気であることを特徴とする前記［１］に記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［３］前記還元性ガスの、酸素濃度を0ｖｏｌ％超え２ｖｏｌ％以下に制御することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［４］前記還元性雰囲気炉内の露点を−２０℃〜０℃に調整することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［５］前記［１］〜［４］のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法を用いて、冷延鋼板の製造を行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
［６］前記［１］〜［４］のいずれかの還元性雰囲気炉の露点制御方法で、還元性雰囲気炉の露点を制御して、冷延鋼板に焼鈍を施した後に、引き続き連続して溶融亜鉛めっきを行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［７］冷延鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、窒素ガスと水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
［８］連続式溶融亜鉛めっき設備鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、窒素ガスと水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、加湿装置や配管内ドレン抜き装置が不要であるから、安価な設備改造で上記溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。
【００２２】
また供給ガスに水分ではなく、酸素を含有する気体を混合し、混合された供給ガスの酸素濃度と供給ガス流量をコントロールし、炉内露点制御を出来るようにしたので、加湿ユニットが不要となり、従来よりもメンテナンス性や経済性に優れる露点制御が出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の連続溶融亜鉛めっき設備の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の還元性雰囲気炉内の一実施形態を示す図である。
【図３】先行技術（特許文献５）の還元性雰囲気炉内の１実施形態である。
【図４】本発明例と比較例における露点推移を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態について、具体的に説明する。
【００２５】
まず図面を参照しながら本実施形態に用いる設備の例を示す。鋼板に焼鈍と溶融亜鉛め
っき処理を施し、溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際に用いる連続溶融亜鉛めっき設備の焼鈍炉タイプとしては、鋼板を昇温加熱する加熱炉がＤＦＦ（直火型）又はＮＯＦ（無酸化型）で、加熱した鋼板を均熱する均熱炉がラジアントチューブ炉（ＲＴＦ）タイプのもの、加熱炉から均熱炉までが全てラジアントチューブであるオールラジアントチューブ炉タイプのもの等が例示できる。
【００２６】
本発明においては、ラジアントチューブを備える炉部分を還元性雰囲気炉と称する。すなわち、加熱炉がＤＦＦ（直火型）又はＮＯＦ（無酸化型）で均熱炉がラジアントチューブ炉（ＲＴＦ）タイプのものでは、均熱炉を還元性雰囲気炉とする。加熱炉から均熱炉までが全てラジアントチューブであるオールラジアントチューブ炉タイプのものでは、還元性雰囲気炉は、加熱炉から均熱炉までとする。
【００２７】
そして、本発明の還元性雰囲気炉の露点制御方法を用いれば、加熱炉がＤＦＦ（直火型）又はＮＯＦ（無酸化型）で均熱炉がラジアントチューブ炉（ＲＴＦ）タイプのもの、オールラジアントチューブタイプのもののいずれでも、還元性雰囲気炉内の露点を高精度に制御でき、Ｓｉ等の易酸化性元素を多量に含む鋼板の場合でもめっき性が確保される。
【００２８】
図１は、焼鈍炉とめっき装置を備える連続溶融亜鉛めっき設備の一構成例を示す図である。図１において、１は鋼板、２は鋼板搬送ロール、３は直火型加熱帯（ＤＦＦ）、４は還元性雰囲気炉（ラジアントチューブ炉タイプ）、５は急冷帯、６は徐冷帯、７はめっき装置である。
【００２９】
鋼板１は鋼板搬送ロール２により直火型加熱炉３に送られて、加熱（酸化処理工程）されて、次いで、還元性雰囲気炉４にて還元（還元焼鈍工程）され、その後、急冷帯５、徐冷帯６により冷却（冷却工程）され、めっき装置７にてめっき処理される。
【００３０】
なお、本発明における焼鈍炉はめっき設備の前処理として用いられるものに限られない。焼鈍した鋼板にリン酸塩皮膜等を付与する化成処理の前処理に適用してもよい。冷延鋼板の焼鈍炉に用いることも可能である。
【００３１】
図２は、図１で示した還元性雰囲気炉４の構成を示し、本発明の還元性雰囲気炉の一実施形態を示す図である。図２では、還元性雰囲気炉（ラジアントチューブタイプ）４における炉内へ供給するガスの供給ルートを示している
ここで、酸素を含有するガスを酸素含有ガスと略する場合がある。また、酸素を含有するガスとは酸素と不可避的不純物からなるガスを含むものとする。
【００３２】
図２において８は窒素ガスと水素ガス供給流量調整装置、９は酸素含有ガス供給流量調整装置、１０は窒素ガスと水素ガスと酸素含有ガス混合流量調整装置、１１は供給混合ガス酸素濃度計、１２は酸素含有ガス乾燥装置、１４は炉内露点測定箇所、１５は供給混合ガス配管である。
【００３３】
図２によれば、窒素ガスと水素ガス供給流量調整装置８により窒素ガスと水素ガスの混合ガスの流量を調整し、酸素含有ガス供給流量調整装置９により酸素含有ガスの流量を調整する。これにより、窒素ガスと水素ガスと酸素含有ガス混合流量調整装置１０へ供給されるガスの混合割合が調整される。そして窒素ガスと水素ガスと酸素含有ガス混合流量調整装置１０で、還元性雰囲気炉４へ供給されるガス流量を調整し、供給ガス配管１５を通って、還元性雰囲気炉４内に供給される。また混合前の酸素含有ガスは水分を含む場合がある為、酸素含有ガスエアー乾燥装置１２を用いて水分除去することが好ましい。また、供給ガス配管１５を通る供給混合ガスは、供給混合ガス酸素濃度計１１により酸素濃度を測定し、必要に応じて酸素濃度の流量をフィードバック制御する事が好ましい。供給混合ガスは、還元性雰囲気炉内に投入直後に、供給混合ガス中の酸素と還元性雰囲気炉内の水素と反応し、水分となり、還元性雰囲気炉内の露点温度は上昇する。
【００３４】
還元性雰囲気炉内には炉内露点採取箇所１４が一つ又は複数個所設置されており、還元性雰囲気炉内の露点が測定される。そして、測定結果を受けて、混合供給ガス酸素濃度計１１を監視しながら、ガスと酸素含有ガスの流量を適正範囲に制御し、還元性雰囲気炉内露点を所望の範囲に調整する。還元性雰囲気炉内に供給するガスの酸素濃度は０ｖｏｌ％超２ｖｏｌ％以下に制御されることが好ましい。
【００３５】
酸素濃度０ｖｏｌ％では還元性雰囲気炉内露点を−２０℃以上とするのは困難である。酸素濃度０．０００１ｖｏｌ％で還元性雰囲気炉内露点を−２０℃以上と出来ることが確認された。また、２ｖｏｌ%を超えると還元炉の混合ガス供給部で露点が部分的に高くなりすぎて鋼板の酸化を引き起こす危険性がある。
【００３６】
混合供給ガス流量を露点に基づき制御することで還元性雰囲気炉内水分生成量を調整でき、還元性雰囲気炉内露点を調整することができる。なお酸素含有ガスに代えて、酸素を還元性ガスに混合して還元性雰囲気炉に供給してもよい。窒素ガスと水素ガスと酸素含有ガス混合流量調整装置１０の最小制御分解能を考慮し、還元性雰囲気炉内の露点を正確に制御するためには、酸素含有ガスや酸素を希釈した酸素含有ガスを供給することで酸素含有ガス流量調整弁１１の制御誤差を吸収する事が好ましく、またコストの観点からは酸素含有ガスとして空気を供給する事が好ましい。
【００３７】
図２では省略して示していないが、通常、還元性雰囲気炉４には、還元性ガスとして露点−６０〜−４０℃の乾燥した窒素と水素とを混合したガスが常時供給される。より具体的には雰囲気中の水素体積分率が１〜５０%が好ましく、残部は窒素および不可避的不純物であることが好ましい。なお、雰囲気の組成はこれに限られず、露点の制御に影響を及ぼさない範囲で、さらにＣＯ、ＣＯ２ガスなどの気体成分をさらに含有してもよく、乾燥していないガスを還元性雰囲気炉４に供給してもよい。また、水素体積分率も上記範囲に限定する必要はなく、例えばバッチ式の還元炉のように還元性ガス中の水素体積分率を１００％としてもよい。
【００３８】
以上のように、本発明によれば、それぞれ流量調整弁により流量調整された窒素ガスと水素ガスと乾燥酸素含有ガスを混合し、そして炉内露点採取箇所での露点状態により、ガスと酸素含有ガスのそれぞれの流量をフィードバック制御出来るようにしたので、還元性雰囲気炉内露点の制御が可能となる。
【００３９】
これに対して、図３は特許文献5に記載された水蒸気透過膜モジュールを用いて露点制御を行う還元性雰囲気炉である。図３において、１は鋼板、２は鋼板搬送ロール、４は還元性雰囲気炉、１４は炉内露点測定箇所、１５は供給混合ガス配管、１６はガス分配装置、１７はガス混合装置、１８は供給ガス用露点計、１９は加湿装置、２０は循環高温水槽である。
【００４０】
本発明によれば、図３のような還元性雰囲気炉内露点を高めるための加湿装置による水分付与が不要となるため、加湿装置と供給ガス配管内結露対策におけるドレン抜き装置及び配管保温施工が不要となり、安価な費用で還元性雰囲気炉内露点を制御出来るようになる。以上、図１、図２によれば、還元性雰囲気炉（還元焼鈍工程）において、高精度な露点の制御が可能となる。
【００４１】
本発明において焼鈍の対象となる金属帯の組成は特に限定されない。所望の表面性状を実現するために還元性雰囲気炉内露点を所望範囲まで高める必要がある場合であれば、任意の組成の金属帯に適用することができる。
【００４２】
金属帯の例としては、鋼帯、特にＳｉまたはＭｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯を一
例として挙げることができる。当該鋼帯としては、例えば以下の様な組成を例示できる。
【００４３】
本発明において、鋼板の成分組成は下記の範囲が好ましい。
【００４４】
なお、成分に関する％表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
【００４５】
Ｃ：０．０３〜０．３５％
Ｃは鋼帯の強度を高める効果を有する。そのためには、０．０３％以上必要である。一方で、０．３５％を超えると自動車や家電の素材として用いる場合に必要である溶接性が劣化する。したがって、Ｃ量は０．０３％以上０．３５％以下としてよい。
【００４６】
Ｓｉ：０．０１〜３．００％
Ｓｉは鋼を強化し、延性を向上させるのに有効な元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。一方で、３．００％を超えると、Ｓｉが表面に酸化物を形成し、めっき外観が劣化する。したがって、Ｓｉ量は０．０１％以上３．００％以下としてよい。
【００４７】
Ｍｎ：０．５〜３．０％
Ｍｎは、焼入れ性を高め鋼板の強度を高めるために有用な元素である。その効果は、０．５％未満では得られない。一方、含有量が３．０％を超えるとＭｎの偏析が生じ、加工性が低下する。したがって、Ｍｎ量は０．５〜３．０％が望ましい。
【００４８】
Ａｌ：０．００１〜１．０００％
Ａｌは溶鋼の脱酸を目的に添加されるが、その含有量が０．００１％未満の場合、その目的が達成されない。一方、１．０００％を超えると、Ａｌが表面に酸化物を形成し、めっき外観（表面外観）が劣化する。したがって、Ａｌ量は０．００１％以上１．０００％以下としてよい。
【００４９】
Ｐ：０．１０％以下
Ｐは不可避的に含有される元素のひとつであり、０．００５％未満にする為には、コストの増大が懸念される為、０．００５％以上が望ましい。一方、Ｐの増加に伴いスラブ製造性が劣化する。さらに、Ｐの含有は合金化反応を抑制し、めっきムラを引き起こす。これらを抑制する為には、含有量を０．１０％以下にすることが必要である。したがって、Ｐ量は０．１０％以下としてよい。好ましくは０．０５％以下である。
【００５０】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは製鋼過程で不可避的に含有される元素である。しかしながら、多量に含有すると溶接性が劣化する。そのため、Ｓは０．０１％以下としてよい。
残部はＦｅおよび不可避不純物である。
【００５１】
なお、下記を目的として、Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０８０％、Ｃｒ：０．００１〜１．０００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．０５〜１．００％、Ｓｂ：０．００１〜０．２００％の中から選ばれる１種以上の元素を必要に応じて含有してもよい。
【００５２】
これらの元素を添加する場合における適正含有量およびその限定理由は以下の通りである。
【００５３】
Ｂ：０．００１〜０．００５％
Ｂは０．００１％以上で焼き入れ促進効果が得られる。一方、０．００５％超えではめっき密着性が劣化する。よって、含有する場合、Ｂ量は０．００１％以上０．００５％以下としてよい。
【００５４】
Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％
Ｎｂは０．００５％以上で強度調整（強度向上）の効果が得られる。一方、０．０５０％超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ｎｂ量は０．００５％以上０．０５０％以下としてよい。
【００５５】
Ｔｉ：０．００５〜０．０８０％
Ｔｉは０．００５％以上で強度調整（強度向上）の効果が得られる。一方、０．０８０％超えではめっき密着性の劣化を招く。よって、含有する場合、Ｔｉ量は０．００５％以上０．０８０％以下としてよい。
【００５６】
Ｃｒ：０．００１〜１．０００％
Ｃｒは０．００１％以上で焼き入れ性効果が得られる。一方、１．０００％超えではＣｒが表面濃化するため、溶接性が劣化する。よって、含有する場合、Ｃｒ量は０．００１％以上１．０００％以下としてよい。
【００５７】
Ｍｏ：０．０５〜１．００％
Ｍｏは０．０５％以上で強度調整（強度向上）の効果が得られる。一方、１．００％超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ｍｏ量は０．０５％以上１．００％以下としてよい。
【００５８】
Ｃｕ：０．０５〜１．００％
Ｃｕは０．０５％以上で残留γ相形成促進効果が得られる。一方、１．００％超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ｃｕ量は０．０５％以上１．００％以下としてよい。
【００５９】
Ｎｉ：０．０５〜１．００％
Ｎｉは０．０５％以上で残留γ相形成促進効果が得られる。一方、１．００％超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ｎｉ量は０．０５％以上１．００％以下としてよい。
【００６０】
Ｓｂ：０．００１〜０．２００％
Ｓｂは鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表面の数十ミクロン領域の脱炭を抑制する観点から含有することができる。窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や表面品質が改善する。このような効果は、０．００１％以上で得られる。一方、０．２００％を超えると靭性が劣化する。よって、含有する場合、Ｓｂ量は０．００１％以上０．２００％以下としてよい。
【００６１】
このような鋼帯は、公知又は任意の方法で製造することができる。例えば、上記成分組成を有するスラブを加熱し、熱間圧延して熱延鋼板とし、この熱延鋼板を酸洗した後、必要に応じて熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とすることができる。
【００６２】
上記のようなＳｉまたはＭｎ含有鋼を本実施形態の還元焼鈍工程に適用する場合、酸化処理工程で鋼板表面に形成された鉄酸化物を還元するとともに、鉄酸化物から供給される酸素によって、ＳｉやＭｎの合金元素が鋼板内部に内部酸化物として形成することになる。結果として、鋼板最表面には鉄酸化物から還元された還元鉄層が形成され、ＳｉやＭｎは内部酸化物として鋼板内部に留まるため、鋼板表面でのＳｉやＭｎの酸化が抑制され、鋼板と溶融めっきの濡れ性の低下を防止し、不めっきなく良好なめっき密着性を得ることができる。
【００６３】
しかしながら、良好なめっき密着性は得られるものの、Ｓｉ含有鋼における合金化温度は高温になるために、残留オーステナイト相のパーライト相への分解や、マルテンサイト相の焼き戻し軟化が起こり、所望の機械特性が得られない場合がある。そこで、合金化温度を低減させるための技術検討を行った結果、Ｓｉの内部酸化を更に積極的に形成させることで、鋼板表層の固溶Ｓｉ量を低下させ、合金化反応を促進させる技術を考案した。Ｓｉの内部酸化を更に積極的に形成させるためには、還元性雰囲気炉内の雰囲気露点を−２０℃以上に制御することが有効である。
【００６４】
還元性雰囲気炉内の露点を−２０℃以上に制御すると、鉄酸化物から酸素が供給されて、Ｓｉの内部酸化物が形成した後も、雰囲気の水分から供給される酸素によってＳｉの内部酸化が継続して起こるために、より多くのＳｉの内部酸化が形成される。すると、内部酸化が形成された鋼板表層の内部の領域において、固溶Ｓｉが低下する。固溶Ｓｉ量が低下すると、鋼板表層はあたかも低Ｓｉ鋼のような挙動を示し、その後の合金化反応が促進され、低温で合金化反応が進行する。合金化温度が低下した結果として、残留オーステナイト相が高分率で維持できることによる延性の向上や、マルテンサイト相の焼き戻し軟化が進行せずに、所望の強度が得られることになる。還元性雰囲気炉４内では、＋１０℃以上の露点になると、鋼板地鉄が酸化し始めるため、還元性雰囲気炉内露点分布の均一性や露点変動幅を最少化する理由から上限は０℃で管理することが好ましい。
【００６５】
なお、炉内露点を所望範囲まで高める必要があれば、還元焼鈍工程の条件は限定されない。ＳｉまたはＭｎ含有鋼を処理する条件としては、例えば鋼板最高到達温度７００℃〜９００℃、加熱時間３０秒以上、等を例示できる。
【実施例】
【００６６】
本発明を実施例により更に詳細に説明する。
【００６７】
加熱炉がＤＦＦ（直火型）で均熱炉がラジアントチューブ（ＲＴＦ）タイプの連続溶融亜鉛めっき設備において焼鈍と溶融亜鉛めっき処理を施した。鋼板の組成は質量％で、Ｃ：０．１３、Ｓｉ：１．４、Ｍｎ：１．９、Ｐ：０．０１、Ｓ：０．００１、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００６８】
次いで、合金化処理を行い合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。加熱炉では、加熱炉用バーナーを４つの群（＃１〜＃４）に分割したＤＦＦを用い、鋼板移動方向上流側の３つの群（＃１〜＃３）（前段）は酸化ゾーン、最終ゾーン（＃４）（後段）は還元ゾーンとし、酸化ゾーンの空気比は１．１０〜１．１５に、還元ゾーンの空気比は０．８５に個別に制御した。加熱炉出側での鋼板温度は７１８〜７２２℃であった。なお、各ゾーンの長さは４ｍである。
【００６９】
均熱炉として、図２に示す還元性雰囲気炉を用いた。図２に示すように、乾燥した窒素ガスと水素ガスと乾燥した空気とを混合させてから還元性雰囲気炉に供給した。供給ガスの供給口は、図２に示すように、炉下部３か所、炉中段３か所、炉上段３か所である。
【００７０】
供給混合ガスの流量は最大３５０Ｎｍ３／Ｈｒとし、酸素濃度は０．００１〜０．１ｖｏｌ％になるように、混合する空気を０．２〜１．０ｍ３／Ｈｒの間で流量調整した。
【００７１】
還元性雰囲気炉の水素濃度は１５ｖｏｌ％とした。還元性雰囲気炉の炉内温度は８００〜８３０℃であった。なお、めっき浴温は４６０℃、めっき浴中Ａｌ濃度は０．１３質量％、付着量はガスワイピングにより片面当たり４５ｇ／ｍ２に調整した。合金化温度は５１０〜５３０℃に調整し、皮膜合金化度（Ｆｅ含有率）が１０〜１３質量％内となるように、誘導加熱式合金化炉にて合金化処理を行った。
【００７２】
比較のため、均熱炉として、従来の中空糸膜を有する加湿装置（図３）を用いた。中空糸膜加湿方式では、還元性雰囲気炉内に投入する全ガス量を最大３５０Ｎｍ３／Ｈｒとし、１２台の膜モジュールからなり、各膜モジュールに最大０．５Ｎｍ３／Ｈｒの窒素ガスと水素の混合ガスと、最大０．６ｍ３／Ｈｒの循環水を流すようにした。循環恒温水槽は計６．０ｍ３／ｈｒの純水を供給可能である。なお、加湿装置以外は、上記実施例と同じである。
【００７３】
以上により得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板に対して、めっき外観を評価した。
【００７４】
めっき外観の評価は、光学式の表面欠陥計による検査（φ０．５ｍｍ以上の不めっき欠陥や過酸化性欠陥を検出）及び目視による合金化ムラ判定を行った。発明例のめっき外観は比較例と同等であり、歩留りも同程度であった。
【００７５】
なお、発明例での炉内酸素濃度は５０〜４００ｐｐｍの範囲内、比較例での炉内酸素濃度は２０〜２００ｐｐｍの範囲内におさまり、発明例と比較例とで炉内酸素濃度に有意差は見られなかった。
【００７６】
得られた結果を図４に示した。図４は製造時間と還元帯の上段、中断、下段３点で測定した露点の平均値の推移を示したものである。図４より、本発明例では、比較例として示した従来の中空糸膜を有する加湿装置による露点制御と同等の時間で−２０℃〜０℃の範囲に収束し、露点制御が出来ていることがわかる。
【００７７】
また、表面外観は良好であり、材料強度も鋼板成分から要求される強度水準を満足した。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の還元性雰囲気炉の露点制御方法および還元性雰囲気炉では、露点を高精度に制御出来る為、Ｓｉを０．１質量％以上含む鋼の焼鈍にも安定して使用可能であり、溶融亜鉛めっき鋼板、冷延鋼板の製造分野で広範に使用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１  鋼板
２  ロール
３  直火型加熱帯（ＤＦＦ）
４  還元性雰囲気炉（ラジアントチューブタイプ）
５  急冷帯
６  徐冷帯
７  めっき装置
８  窒素ガスと水素ガス供給流量調整装置
９  酸素含有ガス供給流量調整装置
１０  窒素ガスと水素ガスと酸素含有ガス混合流量調整装置
１１  供給混合ガス酸素濃度計
１２  酸素含有ガス乾燥装置
１４  炉内露点測定箇所
１５  供給ガス配管
１６  ガス分配装置
１７  ガス混合装置
１８  供給ガス用露点計
１９  加湿装置
２０  循環恒温水槽
【図１】
2020190017.tif 000003
【図２】
2020190017.tif 000004
【図３】
2020190017.tif 000005
【図４】
2020190017.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月22日(2020.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷延鋼板に焼鈍を施す際に、還元性雰囲気炉に供給する還元性ガスとして、少なくとも水素ガスを用い、還元性ガスに酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、還元性雰囲気炉内の露点を調整することを特徴とする還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項２】
冷延鋼板に焼鈍を施す際に、還元性雰囲気炉に供給する還元性ガスとして窒素ガスと水素ガスを用い、還元性ガスに酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、還元性雰囲気炉内の露点を調整することを特徴とする還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項３】
前記酸素を含有する気体が空気であることを特徴とする請求項１または２に記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項４】
前記還元性ガスの、酸素濃度を０ｖｏｌ％超え２ｖｏｌ％以下に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項５】
前記還元性雰囲気炉内の露点を−２０℃〜０℃に調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法を用いて、鋼板の製造を行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかの還元性雰囲気炉の露点制御方法で、還元性雰囲気炉の露点を制御して、冷延鋼板に焼鈍を施した後に、引き続き連続して溶融亜鉛めっきを行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項８】
冷延鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、少なくとも水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される前記水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【請求項９】
冷延鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、窒素ガスと水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【請求項１０】
連続式溶融亜鉛めっき設備鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、少なくとも水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される前記水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【請求項１１】
連続式溶融亜鉛めっき設備鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、少なくとも水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明は、以下の知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］冷延鋼板に焼鈍を施す際に、還元性雰囲気炉に供給する還元性ガスとして、少なくとも水素ガスを用い、還元性ガスに酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、還元性雰囲気炉内の露点を調整することを特徴とする還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［２］冷延鋼板に焼鈍を施す際に、還元性雰囲気炉に供給する還元性ガスとして窒素ガスと水素ガスを用い、還元性ガスに酸素を含有する気体を混合させ、供給する還元性ガス中の酸素濃度を制御することで、還元性雰囲気炉内の露点を調整することを特徴とする還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［３］前記酸素を含有する気体が空気であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［４］前記還元性ガスの、酸素濃度を０ｖｏｌ％超え２ｖｏｌ％以下に制御することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［５］前記還元性雰囲気炉内の露点を−２０℃〜０℃に調整することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法。
［６］前記［１］〜［５］のいずれかに記載の還元性雰囲気炉の露点制御方法を用いて、鋼板の製造を行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法
［７］前記［１］〜［５］のいずれかの還元性雰囲気炉の露点制御方法で、還元性雰囲気炉の露点を制御して、冷延鋼板に焼鈍を施した後に、引き続き連続して溶融亜鉛めっきを行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［８］冷延鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、少なくとも水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される前記水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
［９］冷延鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、窒素ガスと水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
［１０］連続式溶融亜鉛めっき設備鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、少なくとも水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される前記水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。
［１１］連続式溶融亜鉛めっき設備鋼板の焼鈍装置の還元性雰囲気炉であり、ラジアントチューブによる加熱装置と、少なくとも水素ガスを供給する配管とその供給流量調整装置からなる装置Ａと、酸素を含むガスを供給する配管とその供給量調整装置からなる装置Ｂと、前記装置Ａから供給される窒素ガスと水素ガスと前記装置Ｂから供給される酸素を含むガスを混合して流量調整する装置Ｃと、前記混合したガス中の酸素濃度測定装置と、前記装置Ｃから供給される混合ガスを前記還元性雰囲気炉に供給する配管と、前記還元性雰囲気炉内に設置された露点測定装置を備えた還元性雰囲気炉。