(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱型焼鈍により鋼板コイルを還元ガス雰囲気下で焼鈍するに際し、均熱温度への昇温途中 350〜430℃の温度域に鋼板コイルを、コイル温度ＴCと雰囲気ガス中のH2濃度ＣH2が、次式
ＴC ×ＣH2＝2200〜2800（℃・vol％）
の関係を満足する条件下で一旦保持することによって、鋼板表面に付着した水分および鋼板表面の鉄酸化物の還元により生成した水分を気化させつつ排除し、雰囲気ガス露点が−20℃以下になった時点で、均熱温度への昇温を再開することを特徴とする箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法。
【請求項２】
請求項１において、鋼板コイルの成分について、特にＳ含有量を、0.009 mass％以上でかつ、Mnとの兼ね合いでMn含有量（mass％）／Ｓ含有量（mass％）≧13を満足する範囲で含有させることを特徴とする箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法。
【請求項３】
請求項１または２において、鋼板コイルが、JIS G 3141等の低炭素鋼板用の冷間圧延コイルまたはJIS G 3303等のブリキ原板用の冷間圧延コイルであることを特徴とする箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷延鋼板は、冷間圧延によって加工硬化していることから、軟質化および歪取りのために焼鈍処理が施される。このような焼鈍の形式には、箱型焼鈍と連続焼鈍の２種類があるが、特に加工性が要求される軟質材については、箱型焼鈍にて冷間圧延後の鋼板コイル（冷延コイルともいう）を焼鈍処理するのが一般的である。また、雰囲気ガスとしては、通常、窒素と水素の混合ガスが用いられるが、最近では熱伝達率が高い水素：100vol％の焼鈍炉も普及してきている。
さらに、かような箱型焼鈍においては、コイルの最冷点温度を所定の再結晶温度まで上げるために、焼鈍炉の温度を段階的に順次引き上げる制御が一般的に行われている。
【０００３】
ところで、最近、外装板として使用される鋼板については、その表面外観に対する要求がとりわけ厳しくなっている。かような表面外観の厳格化に伴い、特にティンフリースチールのようなめっき前の原板の色調がそのままめっき後の外観となる製品においては、原板の色調むらが品質劣化の主原因になっている。
【０００４】
このような色調むらとして特に問題となるのが、箱型焼鈍で発生するテンパーカラーである。このテンパーカラーは、焼鈍中に鋼板表面に濃化する鋼中成分（特にMn，Al，Si）の酸化によって生じた表面酸化被膜に起因した表面欠陥である。
従来、鋼中成分元素の拡散による表面濃化は、箱型焼鈍プロセスでは必然的に生じる現象とされ、特にMn，Al，Siは酸素ポテンシャルが非常に低い元素であることから、従来操業では大なり少なりこれらの酸化に起因したテンパーカラーの発生を余儀なくされていた。
【０００５】
そこで、これまでにも、テンパーカラーの発生を防止する技術に関して、種々の提案がなされている。
その一つとして、テンパーカラーの発生原因が鋼板表面に付着した水分であるとの認識から、かような水分を積極的に排除すべく、テンパーカラーの発生しない温度域で、還元ガスをインナーカバー内に大量に供給する、いわゆるシェルフィングを行う方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法は、還元ガスの消費量が極めて大きく、コスト高になるという問題があった。
また、上記の方法に従い、鋼板表面に付着した水分を完全に蒸発させ、排除したと考えられる場合であっても、テンパーカラーの発生を完全に防止することはできなかった。
【０００７】
この発明は、上記の実状に鑑み開発されたもので、還元ガス消費量の増大によるコスト高を招くことなしに、テンパーカラーの発生を効果的に防止することができる、箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を進めたところ、テンパーカラーの発生を完全に防止するためには、鋼板表面に付着した水分を排除するだけでは不十分で、焼鈍中に還元反応によって生成する水分をも併せて排除する必要があることの知見を得た。
すなわち、かような焼鈍に際しては、鋼板表面の清浄化を目的として、雰囲気ガスとして還元性ガスが使用されるのであるが、この時、次式
Fex O y ＋ Y H2 ＝ X Fe ＋ Y H2O
の反応によって水分が生成する。
この水分も考慮に入れて、これを完全に排除する必要があるわけである。
【０００９】
また、上記したような水分を排除するに際しては、鋼板コイル温度は、テンパーカラーの発生がない上限温度近傍に設定するのが、生産能率の向上を図る上で有利であるが、上記の上限温度近傍で処理した場合に、生成した水分に起因して雰囲気ガス露点が急激に上昇し、テンパーカラーが発生しないと考えられている温度範囲においても処理時間が長期に及んだ場合には、テンパーカラーの発生が散見された。
【００１０】
そこで、次に、発明者らは、このような急激な露点の上昇を伴わない操業方法について検討したところ、雰囲気ガス露点の挙動は、鋼板コイル温度だけでなく、雰囲気ガス中のH2濃度とも相関があり、これらを適切に制御してやれば、上限値近傍温度での処理であっても、テンパーカラーの発生を効果的に防止し得ることの知見を得た。
【００１１】
さらに、発明者らは、上記した一連の実験の過程で、テンパーカラーの発生に特に悪影響を及ぼすと考えられるMnの表面濃化については、鋼中Mn量に見合った適量のＳを積極的に添加し、このＳでMnを固定することによって有利に解消されることも併せて見出した。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１２】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．箱型焼鈍により鋼板コイルを還元ガス雰囲気下で焼鈍するに際し、均熱温度への昇温途中 350〜430℃の温度域に鋼板コイルを、コイル温度ＴCと雰囲気ガス中のH2濃度ＣH2が、次式
ＴC ×ＣH2＝2200〜2800（℃・vol％）
の関係を満足する条件下で一旦保持することによって、鋼板表面に付着した水分および鋼板表面の鉄酸化物の還元により生成した水分を気化させつつ排除し、雰囲気ガス露点が−20℃以下になった時点で、均熱温度への昇温を再開することを特徴とする箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法。
【００１４】
２．上記１において、鋼板コイルの成分について、特にＳ含有量を、0.009 mass％以上でかつ、Mnとの兼ね合いでMn含有量（mass％）／Ｓ含有量（mass％）≧13を満足する範囲で含有させることを特徴とする箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法。
【００１５】
３．上記１または２において、鋼板コイルが、JIS G 3141等の低炭素鋼板用の冷間圧延コイルまたはJIS G 3303等のブリキ原板用の冷間圧延コイルであることを特徴とする箱型焼鈍におけるテンパーカラー防止方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の解明経緯について説明する。
まず、発明者らは、Mn等の表面濃化挙動に及ぼす雰囲気ガス露点の影響について調査を行った。
その結果、Mn等の表面濃化は、図１に示すように、雰囲気ガスの露点に大きく影響されることが判明した。
【００１７】
次に、コイル温度と雰囲気ガス露点との関係について調査した。
その結果、図２に示すように、コイルの昇温過程で雰囲気ガス露点が急激に上昇する時期があることが判明した。
【００１８】
そこで、次に、このように雰囲気ガス露点が急激に上昇する原因について調べたところ、この現象は、鋼板表面の鉄酸化物が焼鈍中に還元されることによって生成する水分に起因していることが判明した。
特に従来の昇温制御では、かような還元反応による水分の生成に関係なく、コイル温度を上昇させていたため、コイル温度の上昇に伴って高露点となり、Mn等の拡散が促進されることになる。
このように、従来の昇温制御パターンでは、高露点域でMn等の酸化が促進されることになり、その結果、テンパーカラーが発生するものと考えられる。
【００１９】
ところで、上記した還元反応による水の生成ひいてはMn等の酸化は、図２に示すように、コイル温度が均熱温度に到達する以前に生じ、しかもMn酸化ポテンシャルは非常に低く、低炭素鋼の再結晶温度域では常時酸化雰囲気であることから、一旦形成されたMn酸化物は均熱処理によっても還元されることなく残存することになる。
【００２０】
そこで、この発明では、鉄酸化物の還元反応が比較的低温で進行することを利用して、図３に示すように、かかる還元反応が進行中は炉温をテンパーカラーが発生しない低温に保持し、反応が終了し、雰囲気ガスの置換に伴って雰囲気中の水分が炉外に排出され、露点が、コイル温度を上昇させてもテンパーカラーが発生しない−20℃以下（好ましくは−25℃以下）まで低下させてから、炉温を再度上昇させるヒートパターン制御を行うことによって、Mn等の濃化を効果的に抑制し、もってテンパーカラーの発生を防止することにしたものである。
【００２１】
ところで、発明者らは、上記の研究を進める過程で、雰囲気ガス露点の挙動は、鋼板コイル温度だけでなく、雰囲気ガス中のH2濃度とも相関関係にあることを突き止めた。
すなわち、図４に示すように、雰囲気ガス中のH2濃度が低いほど、雰囲気ガス露点の上昇を抑制することができ、ひいてはテンパーカラーの発生を効果的に防止できることが判明した。
しかしながら、あまりに雰囲気ガス中のH2濃度を低くすると、還元性も低下するため、鋼板表面を清浄にすることができない。
【００２２】
そこで、鋼板表面の清浄化に支障がなく、かつ雰囲気ガス露点の上昇も効果的に抑制できるコイル温度ＴC と雰囲気ガス中のH2濃度ＣH2との関係について調査したところ、両者を、次式
ＴC ×ＣH2＝2200〜2800（℃・vol ％）
を満足する範囲に制御すれば、鋼板表面が清浄化されると同時に、雰囲気ガス露点の上昇が効果的に抑制されて、テンパーカラーの発生をほぼ完全に防止できることが究明されたのである。
また、上記の要件を満足させると、雰囲気ガス露点を極めて短時間のうちにテンパーカラーが発生しない−20℃まで低下させることができ、生産能率の向上にも寄与する。
【００２３】
この発明において、還元ガスとしては、ＨＮガス特にH2濃度を８ vol％以下（好ましくは５〜７ vol％）に調整したＨＮガスが有利に適合する。また、かかる還元ガスの供給量は４〜８ m3(Normal)/min 程度とすることが好ましい。
さらに、この還元ガスについては、供給前のガス露点を−60℃以下にしておくことが好ましい。
【００２４】
また、この発明において、均熱温度への昇温途中で鋼板コイルを一旦保持する温度域を 350〜430 ℃の範囲に限定した理由は、保持温度が 350℃に満たないと鋼板表面に付着した水分および鋼板表面の鉄酸化物の還元によって生成した水分を排除するのに長時間を要し、一方 430℃を超えると雰囲気ガス中のH2濃度を調整してもテンパーカラーの発生を完全に防止することができないからである。
【００２５】
上述したように、均熱温度への昇温途中 350〜430 ℃の温度域で、かつコイル温度ＴC と雰囲気ガス中のH2濃度ＣH2との関係を所定の範囲に調整した条件下で鋼板コイルを一旦保持し、鋼板表面に付着した水分および鋼板表面の鉄酸化物の還元により生成した水分を排除してから、均熱温度への昇温を再開することによって、ほぼ完全にテンパーカラーの発生を防止することができた。
しかしながら、鋼種によっては必ずしもテンパーカラーの発生を防止することができない場合があった。
【００２６】
そこで、発明者らは、この点を解明すべく、鋼板の成分組成について検討を行った。
その結果、テンパーカラーの発生が見られた鋼板では、鋼中Mn量が比較的多いことが判明した。
そこで、さらに、この問題を解決すべく、鋭意検討を重ねたところ、鋼中Mn量に見合った適量のＳを積極的に添加し、このＳでMnを固定する、具体的には、Ｓ≧0.009 mass％でかつ、Mn／Ｓ≧13を満足する量のＳを含有させることによって所期した目的が達成されることが究明されたのである。
【００２７】
図５に、Ｃ：0.07mass％、Si：0.01mass％、Ｐ：0.006mass ％、Al：0.04mass％およびMn：0.6 mass％を基本組成とし、この基本組成にさらにＳ量を種々に変化させて含有させた鋼板のテンパーカラー発生率について調べた結果を示す。なお、テンパーカラーの発生率は、多数のコイルを同一条件で処理した時にテンパーカラーが発生したコイルの全コイル数に対する比率で示した。
同図に示したとおり、Ｓを 0.009mass％以上（好ましくは 0.010mass％以上）含有させることによって、Mn量が比較的多い場合であっても、テンパーカラーの発生を効果的に防止することができたのである。
【００２８】
ここに、Mn量とＳ量との比をMn／Ｓ≧13の範囲としたのは、Mn量に比べてＳ量が上記の範囲を超えて多くなると、スラブ製造時にスラブ割れの発生が懸念されるからである。
また、Ｓ量を、 0.009mass％以上でかつ、Mn／Ｓ≧13を満足する範囲に調整したとしても、Mn量があまりに多くなるとやはりテンパーカラーの発生が避けられないので、Mn量は 0.6mass％以下程度とするのが好適である。
【００２９】
なお、この発明において、対象鋼種が特に限定されることはなく、軟質化や歪取りのために焼鈍が施されて製造される鋼板、特に箱焼鈍が施される鋼板全てが適合するが、特に好適な鋼種は次のとおりである。
・JIS G 3141等の低炭素鋼板
・JIS G 3303等のブリキ原板
【００３０】
上記の好適鋼種における成分組成範囲の好適範囲を以下に示す。
Ｃ：0.02〜0.08mass％
Ｃは、鋼板を所望の強度とするために添加するが、含有量が0.02mass％に満たないと結晶粒径が粗大化して外観不良を起こす場合があり、一方0.08mass％超えると鋼板が過度に硬質化し、加工性が劣化するので、Ｃは0.02〜0.08mass％程度とすることが好ましい。
【００３１】
Si：0.03mass％以下
Siの含有量が0.03mass％を超えると表面性状および耐食性が劣化するので、Siは0.03mass％以下程度とする。
【００３２】
Mn：0.2 〜0.6 mass％
Mnは、前述したように、Ｓによるスラブ割れを防止すると共に、鋼板の強度を確保するのに有用な元素であるが、含有量が 0.2mass％に満たないと鋼板の強度上昇に対する効果が小さいという問題があり、一方 0.6mass％超えると鋼板の加工性が劣化し、またテンパーカラーも発生し易くなるので、Mnは 0.2〜0.6 mass％程度で含有させることが好ましい。
【００３３】
Ｐ：0.02mass％以下
Ｐの含有量が0.02mass％を超えると耐食性が劣化するので、Ｐは0.02mass％以下程度とすることが好ましい。
【００３４】
Al：0.02〜0.07mass％
Alは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度を向上させるために添加するが、含有量が0.02mass％に満たないとその添加効果が十分ではないという問題があり、一方0.07mass％超えてもその効果は飽和し、製造コストの上昇を招くだけなので、Alは0.02〜0.07mass％程度とすることが好ましい。
【００３５】
Ｓ：0.009 〜0.020mass ％
Ｓは、通常は不可避不純物として極力低減することが望まれる元素であるが、このＳは鋼中のMnを固定して、テンパーカラーの発生原因となるMnの表面濃化を抑制することがあるので、本発明では積極的に含有させるものとした。そして、この観点から、好適なＳ量として上記の範囲を定めた。
【００３６】
【実施例】
実施例１
図６に示す箱型焼鈍炉を用いて、Ｃ：0.07mass％, Si：0.01mass％, Mn：0.65mass％, Ｐ：0.006 mass％, Ｓ：0.015 mass％およびAl：0.04mass％を含有し（Mn／Ｓ＝43.3）、残部は実質的にFeの組成になる冷延コイル（ブリキ原板用；鋼種Ａ）およびＣ：0.07mass％, Si：0.01mass％, Mn：0.25mass％, Ｐ：0.007 mass％, Ｓ：0.005 mass％およびAl：0.04mass％を含有し（Mn／Ｓ＝50）、残部は実質的にFeの組成になる冷延コイル（ブリキ原板用；鋼種Ｂ）をそれぞれ、表１に示す条件で箱焼鈍した。なお、雰囲気ガスとしては、H2：７ vol％，N2：93 vol％組成のＨＮガス（露点：−60℃）を用い、このＨＮガスを炉内に５ m3(Normal)/min の割合で供給した。
【００３７】
焼鈍後の各コイルについて、テンパーカラーの発生状況について調べた結果を表１に併記する。
また、表１には、従来法に従って均熱温度まで昇温速度：18℃/minの速度で昇温した場合の調査結果についても併せて示す。
なお、図６中、番号１は冷延コイル、２はスペーサー、３はインナーカバー、４は焼鈍炉、５は炉温計、６はコイル測温計、７は露点計、８はパージ配管、９は炉温制御装置、10は燃焼用ガス流量調整弁である。
【００３８】
【表１】
0003838096.tif 000002
【００３９】
表１に示したとおり、この発明に従って箱焼鈍を行った場合には、従来法に比べて、テンパーカラーの発生は大きく改善され、特に昇温途中の保持期間にわたってコイル温度ＴC と雰囲気ガス中のH2濃度ＣH2が、次式
ＴC ×ＣH2＝2200〜2800（℃・vol ％）
の関係を満足する範囲に制御した場合には、とりわけ良好なテンパーカラー改善効果が得られた。
【００４０】
実施例２
同じく、図６に示す箱型焼鈍炉を用いて、Ｃ：0.07mass％, Si：0.01mass％,Mn：0.27mass％, Ｐ：0.009 mass％, Ｓ：0.013 mass％およびAl：0.040 mass％を含有し（Mn／Ｓ＝20.8）、残部は実質的にFeの組成になる冷延コイル（ブリキ原板用）を、表２に示す条件で箱焼鈍した。なお、雰囲気ガスとしては、H2：７ vol％，N2：93 vol％組成のＨＮガス（露点：−60℃）を用い、このＨＮガスを炉内に５ m3(Normal)/min の割合で供給した。
焼鈍後の各コイルについて、テンパーカラーの発生状況について調べた結果を表２に併記する。
【００４１】
【表２】
0003838096.tif 000003
【００４２】
表２に示したとおり、この発明に従って箱焼鈍を行った場合には、テンパーカラーの発生は大きく改善され、特に昇温途中の保持期間にわたってコイル温度ＴC と雰囲気ガス中のH2濃度ＣH2が、次式
ＴC ×ＣH2＝2200〜2800（℃・vol ％）
の関係を満足する範囲に制御した場合にはテンパーカラーの発生は皆無であった。
【００４３】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、鋼板表面に付着した水分だけでなく、鋼板表面の鉄酸化物の還元によって生成した水分をも効果的に排除し、従来に較べて極めて短時間のうちに雰囲気ガス露点を低下させることができ、その結果、テンパーカラーの発生防止を生産能率の向上に併せて達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  雰囲気ガス露点と表面Mn濃度との関係を示した図ある。
【図２】  コイル温度と雰囲気ガス露点との関係を示した図ある。
【図３】  この発明に従うコイルの昇温パターンを示した図ある。
【図４】  雰囲気ガス中のH2濃度が雰囲気がす露点に及ぼす影響を示した図である。
【図５】  鋼中Ｓ量が鋼板のテンパーカラーの発生に及ぼす影響を示したグラフである。
【図６】  実施例で使用した箱型焼鈍炉の模式図である。
【符号の説明】
１  冷延コイル
２  スペーサー
３  インナーカバー
４  焼鈍炉
５  炉温計
６  コイル測温計
７  露点計
８  パージ配管
９  炉温制御装置
10  燃焼用ガス流量調整弁
【図１】
0003838096.tif 000004
【図２】
0003838096.tif 000005
【図３】
0003838096.tif 000006
【図４】
0003838096.tif 000007
【図５】
0003838096.tif 000008
【図６】
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