含Si钢板的连续退火热浸镀方法以及连续退火热浸镀装置

摘要

本发明提供一种连续退火热浸镀方法及其装置，该方法在具有对含Si钢板进行热浸镀的退火炉的热浸镀装置中，不会使钢中的Si发生表面氧化、而是发生内部氧化，以避免钢板的镀覆性能的下降和合金化的延迟。在使用依次具有加热带前段、加热带后段、保温带以及冷却带的退火炉、以及热浸镀槽的连续退火热浸镀方法中，将钢板温度至少在300℃以上的温度区的钢板的加热或保温设定为间接加热，将各带段的炉内气氛设定为氢H：1～10vol％、余量为氮以及不可避免的杂质的气氛，在所述加热带前段，将加热中的钢板到达温度设定为550℃～750℃、将露点设定为不足－25℃、接着将上述加热带后段以及上述保温带的露点设定为－30℃～0℃、将上述冷却带的露点设定为不足－25℃，在这样的条件下进行退火。

说明书

技术领域

本发明涉及含Si钢板的连续退火热浸镀方法以及连续退火热浸镀装置。

此外，本发明的热浸镀并不特别指定镀覆金属的种类，包括锌、铝、锡及其它金属或它们的合金的热浸镀。

背景技术

在对钢板实施锌、铝、锡等金属或它们的合金的热浸镀的情况下，通常对钢板表面进行脱脂及清洗，在退火炉中进行钢板的退火以及钢板表面通过氢还原进行的活化，冷却到规定温度后，以浸渍在热浸镀槽中的方法进行镀覆。这种方法存在的问题是：在钢板成分含有Si、Mn等易氧化的金属的情况下，在退火中这些易氧化元素在钢板表面形成单独的或复合的氧化物，从而阻碍镀覆性能，诱发镀覆不上的缺陷，或者在镀覆后通过再加热而进行合金化处理的情况下，导致合金化速度的降低。其中，Si在钢板表面形成SiO₂的氧化膜，使钢板与热浸镀金属的湿润性显著降低，同时SiO₂的氧化膜成为合金化处理时钢板基体与镀层金属扩散的巨大的障碍，因而特别成为问题。为了避免这一问题，可以将退火气氛中的氧势降低至极低，但要获得Si、Mn等不被氧化的气氛，在工业上实质上是不可能的。

针对这一问题，日本专利第2618308号公报、以及日本专利第2648772号公报公开了一种方法，其采用退火炉前段配置的直燃(direct-fired)加热炉，以100nm以上的膜厚生成Fe的氧化膜，然后在接着的间接加热炉中进行控制，以便使先前生成的Fe的氧化膜于浸渍镀槽之前得以还原，结果不会使其生成Si、Mn等的易氧化金属的氧化物。

另外，特开2000-309824号公报公开了一种热浸镀钢板的制造方法，其在热轧钢板附着黑色氧化皮的状态下，直接于650℃～950℃的温度下进行热处理，使易氧化元素在内部氧化后，再进行酸洗、冷轧、热浸镀的各工序。

再者，特开2004-315960号公报公开了一种方法，其通过调整热浸镀装置的退火炉内的气氛，使Si和Mn发生内部氧化，以回避这些氧化物的不良影响。

然而，这些现有技术分别存在以下的问题。

日本专利第2618308号公报、以及日本专利第2648772号公报是将直燃加热炉生成的Fe系氧化膜在进行热浸镀槽浸渍之前完成还原的方法，当氧化膜还原不充分时，反而会导致镀覆性能的降低，而且在氧化膜的还原过早的情况下，会发生Si、Mn等的表面氧化。因此，要求极其高超的炉控制技术，从而在工业上缺乏稳定性。另外，在直燃加热炉中生成的氧化膜在钢板卷绕于炉内辊上的期间，从钢板上剥离而附着在辊体表面，由此使钢板发生压痕缺陷。因此，最近从确保钢板质量的角度考虑，其主流并不是直燃加热方式，而是间接加热方式的热浸镀装置，但间接加热方式的热浸镀装置不能适用于上述的技术。

特开2000-309824号公报涉及一种在热轧钢板的阶段进行热处理，使有害的Si、Mn等进行内部氧化而实现无害化的方法，但与通常的热浸镀钢板制造工序相比，由于增加了工序，从而不可避免地带来制造成本的上升。

特开2004-315960号公报避免了上述的问题，并可能适用间接加热方式的热浸镀装置，也没有增加特别的工序。但是，使Si、Mn进行内部氧化的退火炉内的气氛条件在钢板温度比较低的区域，也是钢板基体的表面氧化得以发生的条件，因此，如不规定退火炉内的气氛调整方法，恐怕会招致因低温区生成的钢板基体表面氧化膜引起的炉内辊子缺陷的发生，这在工业上，需要在气氛控制方面下一番工夫。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供一种装置及方法，其在以间接加热方式热浸镀含有Si的钢板时，在比较低的温度区使钢板基体不会发生表面氧化，而是发生Si和Mn的内部氧化，从而可以避免钢板镀覆性能的降低和合金化的延迟。

本发明是为了解决上述课题而提出的，其要旨如下：

(1)一种含有Si的钢板的连续退火热浸镀方法，其采用在钢板的输送方向依次具有加热带前段、加热带后段、保温带以及冷却带的退火炉、以及设置在退火炉后段的热浸镀槽，将钢板连续地输送至退火炉以及热浸镀槽，从而连续地进行退火和热浸镀处理，其特征在于：将钢板温度至少达到300℃以上的温度区的钢板加热或保温设定为间接加热，将加热带前段、加热带后段、保温带以及冷却带的气氛设定为氢1～10vol％、余量为氮以及不可避免的杂质的组成，且将加热带前段的露点设定为不足-25℃、将加热带后段以及保温带的露点设定为-30℃～0℃、将冷却带的露点设定为不足-25℃，在加热带前段，将加热中的钢板到达温度设定为550℃～750℃，退火后进行热浸镀处理。

(2)根据(1)所述的含有Si的钢板的连续退火热浸镀方法，其特征在于：在所述加热带前段和所述加热带后段之间，排放从所述加热带前段流入所述加热带后段侧的气氛气体的至少一部分。

(3)根据(2)所述的含有Si的钢板的连续退火热浸镀方法，其特征在于：在所述加热带前段与所述气氛气体排放部位之间将气氛进行密封。

(4)根据(1)～(3)的任一项所述的含有Si的钢板的连续退火热浸镀方法，其特征在于：在所述保温带与所述冷却带之间将气氛进行密封。

(5)根据(1)～(4)的任一项所述的含有Si的钢板的连续退火热浸镀方法，其特征在于：将氮和氢的混合气体加湿并导入至所述加热带后段和/或所述保温带。

(6)根据(1)～(5)的任一项所述的含有Si的钢板的连续退火热浸镀方法，其特征在于：实施热浸镀后，将钢板再加热到460℃以上，使镀层与钢板基体合金化。

(7)一种含有Si的钢板的连续退火热浸镀装置，其具备退火炉和热浸镀槽，从退火炉的前面输送连续的钢板，使其在炉内连续移动而进行退火，然后送出炉外，接着在退火炉后面的热浸镀槽中连续地实施热浸镀，其特征在于：所述退火炉在钢板的输送方向依次具备划分为加热带前段、加热带后段、保温带以及冷却带的各带段；各带段具有输送钢板的辊子、以及在各带段间用于使钢板连续输送并通过的开口部；而且各带段具有分别控制气氛气体的组成、以及气氛气体的露点的机构；并且加热带前段、加热带后段、以及保温带具有采用间接加热的钢板加热机构；在加热带前段和加热带后段之间，至少具有将从加热带前段流入加热带后段的气氛气体的一部分排出炉外的气氛气体排出机构；同时在气氛气体排出机构与加热带前段之间、和/或所述保温带与所述冷却带之间，具有气氛气体的密封装置。

(8)根据(7)所述的含有Si的钢板的连续退火热浸镀装置，其特征在于：在所述热浸镀槽的后段设置合金化炉，该合金化炉具有再加热镀覆钢板的加热机构。

根据本发明，在加热含有Si的钢板时，通过控制加热带以及保温带的露点，以避免钢板表面的Fe系氧化物的生成，同时使Si发生内部氧化，便能够抑制Si在表面的富集，可以进行镀层外观和镀层附着力优良的热浸镀钢板的制造，以及可能进行不要求合金化温度极度上升或合金化时间长期化的合金化热浸镀钢板的制造。

附图说明

图1例示了本发明的避免Fe系氧化物生成的内部氧化物形成方法。

图2是本发明的热浸镀装置的整体结构图。

具体实施方式

钢板中含有的Si、Mn等易氧化元素在通常的热浸镀装置所使用的退火炉的气氛条件下，在钢板的表面形成单独或复合的氧化物，即产生外部氧化，因此导致因镀覆性能的降低所引起的“镀覆不上”的发生、以及合金化处理后的合金化速度的降低。然而，当使Si、Mn等易氧化元素在钢板内部形成氧化物，也就是使其产生内部氧化时，钢板表面的大部分被Fe所占有，因而能够避免镀覆性能的降低以及合金化速度的下降。这样的Si、Mn等的单独或复合的内部氧化物可以采用下述的方法来形成，即将退火炉内的气氛设定为氢1～10％、氮99～90％、露点-30℃～0℃、以及其它为不可避免的杂质的气氛，并将钢板加热到至少550℃以上。在露点不足-30℃时，Si、Mn等的外部氧化不能得到充分的抑制，从而镀覆性能降低。另一方面，在露点超过0℃时，尽管形成内部氧化物，但同时也产生钢板基体的氧化，因而产生由Fe系氧化物的还原不良引起的镀覆性能的降低。当在适于上述内部氧化的气氛条件下加热到550℃以上时，在距钢板表面2μm以内形成内部氧化物。在内部氧化物达到距钢板表面超过2μm深的情况下，由于受到在高露点、高温下进行必要量以上的长时间加热等的影响，内部氧化物量将会大量生成，因而在这样的情况下，将产生合金化延迟等方面的问题。

在加热前段采用直燃加热的退火炉的情况下，直燃加热带的气氛以燃烧器的燃烧废气成分为主体，由于燃烧废气中含有的大量水蒸气的影响，钢板基体的氧化是不可避免的，如上述那样，恐怕在钢板上将产生起因于炉内辊的压痕缺陷，因此，对于钢板温度达到用直燃加热方式实质上将使钢板发生氧化的300℃以上的区域，采用间接加热方式是适当的。但是，本发明并不关心到不足300℃为止的加热方法。

Si、Mn等的氧化从退火的加热阶段开始发生，因此，适于上述内部氧化的气氛条件是应该设定退火炉的加热带以及保温带。但是，当气氛中的露点达到-25℃以上时，加热途中的钢板温度在较低的温度区，于钢板表面生成Fe系氧化物。间接加热方式产生的这种氧化物虽然在随后的加热过程中消失，但即使钢板温度超过550℃也会残存。在此情况下，本发明者发现其附着在炉内辊上，与直燃加热方式一样，在钢板表面产生压痕缺陷。为了避免这样的缺陷，需要将退火炉的加热带前段以及冷却带的露点设定为不足-25℃，以避免Fe系表面氧化物的生成；而且将加热带后段或保温带的气氛设定为适于上述内部氧化的条件。加热带前段的钢板到达温度最好设定为550℃～750℃。之所以将钢板到达温度的下限设定为550℃，是因为钢板表面即使生成Fe系氧化物，在不足550时附着于炉底辊上而使钢板产生压痕缺陷的问题实质上也不会发生的。另一方面，之所以将钢板到达温度的上限设定为750℃，是因为超过750℃时，Si、Mn的外部氧化物快速生长，因而即使在适于随后的Si和Mn的内部氧化的气氛中加热或保温而形成内部氧化物，却仍然不能得到良好的镀覆性能和合金化特性。

此外，退火炉的最高到达温度通常超过750℃，但根据目标的强度水平和钢成分的不同，适宜的温度也会不同，因而在此不作规定。另外，冷却带的钢板冷却温度通常与镀槽温度处于同等程度，但根据镀槽种类的不同，其适宜温度也会不同，因而在此不作规定。

作为将退火炉的加热带分割成前后段的方法，有在加热带的适宜位置设置隔离壁的方法，或者将加热带本身通过炉喉分开的方法。

图1例示了以上叙述的本发明的避免Fe系氧化物生成的内部氧化物形成方法。图中A例示了Fe系氧化物的生成界限，约在550℃附近。以此为界，在低温区生成Fe系氧化物，在高温区不生成Fe系氧化物，而且在低温侧生成的Fe系氧化物得以还原。图中B表示本发明的加热带前段的露点上限，约在-25℃附近。另外，图中的I例示了在本发明的最低露点形成内部氧化时优选的钢板加热图谱。另外，图中的II例示了在本发明的最高露点形成内部氧化时优选的钢板加热图谱。在钢板温度达到550℃以上的加热区均没有形成Fe系氧化物。

此外，作为本技术有效的钢板中的Si浓度，由Si的表面富集引起的镀覆性能的降低在Si浓度为0.2质量％以上时实质上成为问题，并且在Si浓度超过2.5质量％时Si含量过多，即使采用本技术，将Si的表面富集抑制在不阻碍镀覆性能的水平也变得困难，因此优选设定在0.2～2.5质量％的范围内。

但是，关于Mn的添加量，其适宜量根据目标的强度水平和钢组织的不同而不同，故在此不作规定。

热浸镀装置的退火炉内的气氛气体通常从镀槽侧向加热带前段方向流动，其大部分从加热带的入口向炉外排放。因此，为了在退火炉的加热带的前段和后段分隔气氛、尤其是露点，不仅需要防止高露点化的保温带或者加热带后段的气氛流入加热带前段，而且在加热带的前段和后段之间需要设置排出从加热带后段流入加热带前段侧的气氛气体的一部分的装置。

另外，为了提高防止保温带或加热带后段的气氛气体向加热带前段流入的效果，有效的方法是在加热带的前段和后段之间，设有排出从加热带后段流入前段侧的气氛气体的一部分的装置，进而在排气装置的前段侧，设有密封装置，用以抑制加热带前段的气氛气体的流出和加热带后段的气氛气体的流入。

另一方面，在比加热带或保温带靠后段的冷却带，当伴随钢板温度的降低而使露点在-25℃以上时，恐怕在钢板表面将再度生成Fe系氧化膜。因此，以抑制加热带或保温带的气氛气体随后反向流入冷却带为目的，在加热带或保温带与冷却带之间设置密封装置，也是为充分发挥因适当的内部氧化物形成所产生的镀覆性能、以及合金化特性的改善效果所必需的。

为有效地形成内部氧化物所必需的气氛是采用如下的方法获得的：即调整通常的氮气和氢气或者其混合气体的流量使其成为必要的组成，将其导入炉内，同时向炉内导入水蒸气。此时，如果将所谓的水蒸气直接导入炉内，则存在的问题是：炉内露点的均匀性差；以及在万一高浓度水蒸气直接接触钢板的情况下，在钢板表面生成无用的氧化物，所以，优选的是将氮气或氮气与氢气的混合气体加湿后导入的方法。通常导入炉内的氮气或氮与氢的混合气体处在露点为-40℃以下的低露点，但采用使这些气体通过热水中、或逆着气流喷出热水等的方法，可以得到含有大致接近热水温度的饱和水蒸气的加湿气体。与水蒸气自身相比，加湿气体中含有的水分量得以大幅度减少，在导入炉内的情况下，与喷吹水蒸气相比，具有可早期形成更均匀的气氛的优点。

从加热带后段的流入气氛的排气例如可以通过风量调整闸板和排气风机来实现。另外，排气装置的前段侧所设置的密封装置可以设计为如下的结构：例如在设置多个密封辊、闸板或遮护板之后，向该部位导入密封用氮气。通过排气装置可以排出密封气体的一部分，但加热带前段的气氛几乎不会排出，而且能够抑制高露点的加热带后段的气氛流入加热带前段。加热带后段或保温带和冷却带之间所设置的密封装置例如可以具有与设置于上述排气装置的前段侧的密封装置同样的结构，但退火炉内的气流基本上是从冷却带侧向加热带或保温带的方向，因而也可以中止密封用氮气的导入。

对这样得到的钢板实施热浸镀后，将钢板温度再加热到460℃以上，便能够以工业上不成问题的速度使镀层与钢板基体合金化，从而可以制造不会镀覆不上的含Si的合金化热浸镀钢板。

实施例

图2表示了本发明的热浸镀装置的一实施方案的概要。在本实施方案中，热浸镀装置的构成为：在钢板1的输送方向依次具有加热带前段3、加热带后段4、保温带5以及冷却带6的退火炉2、热浸镀槽7以及合金化装置8。退火炉的各带段3、4、5、6装设有用于连续输送钢板的辊子18，各带段之间设置有开口部19，钢板能在炉内的各带段通过。退火炉2的各带段连接有导入由氢和氮构成的气氛气体配管9。加湿氮从氮气配管11向氮加湿装置10喷吹氮气而得到，经由加湿氮供给配管12而导入加热带后段4以及保温带5。在加热带前段3与加热带后段4之间配置有排气装置13和加热带前段密封装置14，并且在保温带5以及冷却带6之间配置有冷却带密封装置15。将密封用氮气配管16连接在这些密封装置上。通过设定为以上的装置结构，正如气氛气体17流向所示意表示的那样，产生退火炉内的气流。因此，即使将加热带后段与保温带的露点设定为-30℃以上而导入加湿氮气，高露点气氛向加热带前段或冷却带的流入也大幅度受到抑制，其结果是，加热带前段以及冷却带的露点能够维持在不足-25℃。

其次，运用本实施方案的热浸镀装置，对含Si钢板实施热浸镀锌，然后进行再加热，以制造合金化热浸镀锌钢板。下面就这样的实例进行说明。

实验使用表1所示成分系的钢板作为镀覆原板。退火炉内的气氛事先调整为氢5％、余量为氮和不可避免的杂质，然后根据镀覆条件导入加湿氮气，同时使排气装置、密封装置动作，由此将各带段的露点控制在-45℃～5℃的范围，其中冷却带的露点在所有情况下设定为-30℃以下。作为退火条件，加热带前段出口侧的钢板温度设定为400～780℃，加热带后段出口侧的钢板温度设定为830～850℃，在保温带保持75秒。另外，冷却带出口侧的钢板温度设定为465℃。作为镀槽的条件，镀槽温度设定为460℃、镀槽中Al浓度设定为0.13％、借助于气刀(gas wiping)将每单面的镀层附着量调整为50g/m²。作为合金化条件，合金化温度设定为500℃、保持30秒。

加热以及保温中钢板是否发生氧化，通过采用使用了偏光型检测元件的辐射温度计进行钢板表面的辐射率的检测来进行。在钢板无表面氧化的情况下，显示出0.20～0.30左右的辐射率，根据钢板表面的氧化程度辐射率显示较高的值。本次辐射率为0.33以上的情况可以判定为钢板表面有氧化。该辐射温度计设置在加热带前段出口、加热带后段中心、加热带后段出口、以及保温带出口。

对得到的镀覆钢板，通过停机检查确认是否有镀覆不上的缺陷，通过取样进行镀层中Fe浓度的测定，以评价镀覆性能以及合金化特性。关于合金化特性，将镀层中Fe浓度不足8％判定为未合金化、超过12％判定为过合金化，均属不合格，其它判定为合格。

所得到的结果如表2所示，对于含Si的任何钢种，通过将加热带前段出口侧的钢板温度设定为550～750℃、将加热带前段的露点设定为不足-25℃、将加热带后段以及保温带的露点设定为-30℃～0℃，可以避免退火炉内钢板的表面氧化，而且可以得到镀覆性能、合金化特性良好的合金化热浸镀覆钢板。

表1

表2