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技術 鋼板の熱処理方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 渡辺裕一郎日野善道
出願日 2005年3月4日 (15年11ヶ月経過) 出願番号 2005-059964
公開日 2006年9月14日 (14年5ヶ月経過) 公開番号 2006-241537
状態 特許登録済
技術分野 熱処理
主要キーワード 偏差分布 切り幅 電流浸透 最低電力 高冷却速度 添加元素成分 ワークサイド 温度不均一
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年9月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

鋼板温度不均一を解消し、条切りキャンバーに代表される鋼板の形状不具合を的確に低減することができる鋼板の熱処理方法を提供する。

解決手段

ソレノイド型誘導加熱装置群3で鋼板10の熱処理方法を行う際に、まず第1誘導加熱装置3aで、電流浸透深さδが3mm以下となる低電力誘導加熱を行った後、第2誘導加熱装置3bと第3誘導加熱装置3cで、目標熱処理温度が得られるように、高電力誘導加熱を行う。

概要

背景

近年、厚鋼板製造プロセスにおいて、制御圧延後に鋼板を強水冷することにより高強度、高靭性鋼板を得る加速冷却技術が広く行われるようになってきている。加速冷却は、従来の添加元素成分を低減して製造コストを大幅に削減できるのみならず、溶接性にも優れた鋼板を製造することが可能となる。加速冷却においては、高温の鋼板表面に冷却ノズルより冷却水噴射し、鋼板表面の対流沸騰熱伝達現象により自然放冷の数百倍の高冷却速度を達成させ、より微細結晶構造を有する鋼板、すなわち、高強度、高靭性の鋼板を製造することが可能となる。

しかし、加速冷却はその高冷却性ゆえに、冷却水の水量密度、鋼板の表面温度スケール厚等の鋼板表面性状といった冷却時のわずかな不均一要因が鋼板の大きな温度むらを生じさせる。特に、板幅端部近傍においては鋼板が冷えやすく温度が急激に低下する。このような温度むらが発生すると、鋼板の機械的特性にばらつきが生じるだけでなく、耳伸びや腹伸び、あるいは、残留応力による条切り時の横曲がり(条切りキャンバー)といった変形不具合が生じる可能性がある。

近年、厚鋼板製造ライン上にソレノイド型誘導加熱装置等の加熱装置を設置して、従来製造ライン通過後に改めて加熱炉装入して行なう熱処理焼戻し等)をオンラインで行なう試みがなされているが、その際に、上記の問題に対応するために、鋼板を2℃/s以上の加熱速度で急速加熱することによって、残留応力を減少し、条切りキャンバーを軽減する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−235112号公報

概要

鋼板の温度不均一を解消し、条切りキャンバーに代表される鋼板の形状不具合を的確に低減することができる鋼板の熱処理方法を提供する。ソレノイド型誘導加熱装置群3で鋼板10の熱処理方法を行う際に、まず第1誘導加熱装置3aで、電流浸透深さδが3mm以下となる低電力誘導加熱を行った後、第2誘導加熱装置3bと第3誘導加熱装置3cで、目標熱処理温度が得られるように、高電力誘導加熱を行う。

目的

しかし、加速冷却後の鋼板の板幅端部近傍における温度降下は非常に大きく、特許文献1に記載の技術のように、鋼板を2℃/s以上で急速加熱するだけでは、鋼板の板幅方向の温度不均一を十分に解消することが難しく、条切りキャンバー等の変形不具合を的確に抑止することができない。特に、最近、鋼板の形状に対する要求精度は日々厳しくなっており、なお一層の温度不均一の解消と変形不具合の低減が望まれている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ソレノイド型誘導加熱装置を用いて鋼板誘導加熱する鋼板の熱処理方法において、少なくとも1回は、電流浸透深さδが3mm以下となるように誘導加熱することを特徴とする鋼板の熱処理方法。

請求項2

複数回の誘導加熱を行う場合、少なくとも最初は、電流浸透深さδが3mm以下となるように誘導加熱することを特徴とする請求項1に記載の鋼板の熱処理方法。

技術分野

0001

本発明は、鋼板熱処理方法に関し、特に、条切りキャンバーに代表される鋼板の変形不具合を低減するのに好適な鋼板の熱処理方法に関するものである。

背景技術

0002

近年、厚鋼板製造プロセスにおいて、制御圧延後に鋼板を強水冷することにより高強度、高靭性鋼板を得る加速冷却技術が広く行われるようになってきている。加速冷却は、従来の添加元素成分を低減して製造コストを大幅に削減できるのみならず、溶接性にも優れた鋼板を製造することが可能となる。加速冷却においては、高温の鋼板表面に冷却ノズルより冷却水噴射し、鋼板表面の対流沸騰熱伝達現象により自然放冷の数百倍の高冷却速度を達成させ、より微細結晶構造を有する鋼板、すなわち、高強度、高靭性の鋼板を製造することが可能となる。

0003

しかし、加速冷却はその高冷却性ゆえに、冷却水の水量密度、鋼板の表面温度スケール厚等の鋼板表面性状といった冷却時のわずかな不均一要因が鋼板の大きな温度むらを生じさせる。特に、板幅端部近傍においては鋼板が冷えやすく温度が急激に低下する。このような温度むらが発生すると、鋼板の機械的特性にばらつきが生じるだけでなく、耳伸びや腹伸び、あるいは、残留応力による条切り時の横曲がり(条切りキャンバー)といった変形不具合が生じる可能性がある。

0004

近年、厚鋼板製造ライン上にソレノイド型誘導加熱装置等の加熱装置を設置して、従来製造ライン通過後に改めて加熱炉装入して行なう熱処理焼戻し等)をオンラインで行なう試みがなされているが、その際に、上記の問題に対応するために、鋼板を2℃/s以上の加熱速度で急速加熱することによって、残留応力を減少し、条切りキャンバーを軽減する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−235112号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、加速冷却後の鋼板の板幅端部近傍における温度降下は非常に大きく、特許文献1に記載の技術のように、鋼板を2℃/s以上で急速加熱するだけでは、鋼板の板幅方向の温度不均一を十分に解消することが難しく、条切りキャンバー等の変形不具合を的確に抑止することができない。特に、最近、鋼板の形状に対する要求精度は日々厳しくなっており、なお一層の温度不均一の解消と変形不具合の低減が望まれている。

0006

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板の温度不均一を解消し、条切りキャンバーに代表される鋼板の形状不具合を的確に低減することができる鋼板の熱処理方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

0008

[1]ソレノイド型誘導加熱装置を用いて鋼板を誘導加熱する鋼板の熱処理方法において、少なくとも1回は、電流浸透深さδが3mm以下となるように誘導加熱することを特徴とする鋼板の熱処理方法。

0009

[2]複数回の誘導加熱を行う場合、少なくとも最初は、電流浸透深さδが3mm以下となるように誘導加熱することを特徴とする前記[1]に記載の鋼板の熱処理方法。

発明の効果

0010

本発明によれば、鋼板の温度不均一を解消し、条切りキャンバーに代表される鋼板の変形不具合を的確に低減することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明の一実施形態を以下に述べる。

0012

誘導加熱は、1次コイル側電流を流すことで磁界を発生させ、鋼板側に磁界にともなう誘導電流を発生させてジュール熱により加熱を行なうものである。

0013

鋼板に流れる誘導電流の形態は加熱装置の出力や周波数、材料の物性値などの条件に左右される。誘導電流の形態を表現する代表的なものに、(1)式で示される電流浸透深さδがある。

0014

0015

ここで、δ:電流浸透深さ、ρ:鋼板の抵抗率、μ:比透磁率、f:周波数である。

0016

鋼板に流れる誘導電流は、図2(a)に示すように、表面からの距離xに伴って指数関数的に減少するように分布し、表面からδの位置で表層の約37%となる。そして、表面からδまでの範囲で誘導加熱による発熱の約90%が発生する。

0017

通常、厚鋼板の場合δは板厚より小さく、誘導加熱による発熱は鋼板の表層近傍となるが、誘導加熱装置として、ソレノイド型誘導加熱装置を用いた場合、図2(b)に示すように、鋼板10の周辺ソレノイドコイル11が囲むため、鋼板10の上下面近傍のみならず、左右の側面近傍からも発熱し、板幅端部での温度降下を解消する効果が生じる。

0018

したがって、ソレノイド型誘導加熱装置(以下、単に誘導加熱装置はソレノイド型誘導加熱装置を意味する)を用いて、(1)式で示される電流浸透深さδを小さくし、誘導加熱による発熱が板幅端部に集中するようにすれば、加速冷却によって生じた板幅端部の温度降下(板幅方向の温度不均一)を解消することが可能になる。

0019

ここで、誘導加熱における電流浸透深さδは、(1)式より、周波数f、比透磁率μ抵抗率ρによって定まるが、一般に、誘導加熱装置の周波数fは固定式であり、均一な熱処理を考える場合には周波数fをあまり大きな値とすることができない。また、熱損失設備費用の面からも周波数を大きくするのには限界がある。

0020

そこで、周波数fを変更せずにδを小さくすることを考えた場合、比透磁率μを大きくするか、抵抗率ρを小さくすることになる。

0021

図3は、鋼を誘導加熱した際の比透磁率μと鋼板表面の電力密度W(単位表面積当たりの投入電力)との関係を示す図であり、電力密度Wが小さいほど比透磁率μが大きくなっている。したがって、誘導加熱装置の投入電力を小さくするほど電流浸透深さδは小さくなり、より鋼板表面、すなわち、鋼板の板幅端部近傍での発熱割合が増加し、板幅端部の温度降下を解消する効果が大きくなる。

0022

また、図4は、抵抗率ρと鋼板温度との関係を示す図であり、鋼板温度が低いほど抵抗率ρが小さくなる。したがって、鋼板温度が低い段階で誘導加熱するほど電流浸透深さδは小さくなり、鋼板の板幅端部近傍での発熱割合が増加し、板幅端部の温度降下を解消する効果が大きくなる。

0023

ちなみに、これまでの試験結果等から、電流浸透深さδが3mm以下となるようにして誘導加熱すれば、加速冷却によって生じた板幅端部の温度降下を大幅に解消できることを確認している。

0024

一方、誘導加熱装置の本来の目的である所定の材質を得るための熱処理を行うことを考えた場合、鋼板表面近傍のみが発熱すると板厚方向に材質の不均一が生じるため、電流浸透深さδをなるべく大きくする必要がある。

0025

したがって、加速冷却後、材質確保のために誘導加熱による熱処理を行う鋼板については、温度不均一解消のための電流浸透深さδを3mm以下に小さくした誘導加熱と、材質確保のための電流浸透深さδをできるだけ大きくした誘導加熱の両者を行うことになる。

0026

その場合、前述したように、鋼板温度が低い段階で誘導加熱するほど電流浸透深さδは小さくなり、板幅端部の温度降下を解消する効果が大きくなることから、まず最初に、投入電力を小さくして、温度不均一解消のための電流浸透深さδを3mm以下に小さくした誘導加熱(低電力誘導加熱)を必要回数行い、その後、投入電力を大きくして、材質確保のための電流浸透深さδをできるだけ大きくした誘導加熱(高電力誘導加熱)を必要回数行うようにするのが好ましい。

0027

すなわち、誘導加熱装置が1機の場合には、鋼板をレバース搬送して複数パスの誘導加熱を行うことにして、少なくとも最初のパスは低電力誘導加熱を行い、必要なら次パス以降でも低電力誘導加熱を行った後、所定の熱処理温度が得られるまで必要パス数の高電力誘導加熱を行えばよい。

0028

また、誘導加熱装置が直列に複数基設置されている場合には、少なくとも最初の誘導加熱装置では低電力誘導加熱を行い、必要なら次以降の誘導加熱装置でも低電力誘導加熱を行った後、それ以降の誘導加熱装置で、所定の熱処理温度が得られるまで高電力誘導加熱を行えばよい。必要に応じてレバース搬送してもよい。

0029

ちなみに、上記における低電力誘導加熱の回数は、加速冷却後の鋼板の板幅方向温度分布に基づいて定めればよく、誘導加熱装置の近傍に温度計を設置して、その測定温度に基づいて、低電力誘導加熱の回数をフィードバックフィードフォワードで調整するようにしてもよい。

0030

なお、上記においては、最初に低電力誘導加熱を行った後、高電力誘導加熱を行うようにしているが、それに限定されるものではなく、誘導加熱装置の性能等を考慮して、低電力誘導加熱と高電力誘導加熱を組み合わせればよい。

0031

また、電流浸透深さδが小さければ小さい程、板幅端部の温度降下を解消する効果が大きくなるので、低電力誘導加熱を行う際には、誘導加熱装置の最低電力で誘導加熱するのが好ましい。

0032

そして、材質確保のための誘導加熱を行う必要がない鋼板については、低電力誘導加熱のみ行うようにすればよいことはいうまでもない。

0033

このようにして、この実施形態においては、ソレノイド型誘導加熱装置を用いて、加速冷却後の鋼板を、少なくとも1回は電流浸透深さδが3mm以下となるように誘導加熱するようにしているので、鋼板の温度不均一を解消し、条切りキャンバーに代表される鋼板の変形不具合を的確に低減することが可能となる。

0034

本発明の実施例を以下に述べる。

0035

図1は、この実施例で用いた厚鋼板製造ラインを示すものであり、上流側から順に、仕上圧延機1と、加速冷却装置2と、誘導加熱装置群3と、熱間矯正機4を備えている。そして、誘導加熱装置群3は直列に配置された3基のソレノイド型誘導加熱装置(上流側から順に、第1誘導加熱装置3a、第2誘導加熱装置3b、第3誘導加熱装置3c)からなっている。また、誘導加熱装置群3の上流側と下流側にそれぞれ温度計5が設置されている。図中10は鋼板である。

0036

上記のような厚板製造ラインにおいて、寸法が板厚15mm、板幅2500mmで、加速冷却装置2で加速冷却された後の温度が550℃の鋼板を、誘導加熱装置群3で熱処理温度650℃に誘導加熱した。その際、誘導加熱装置群3を1パスで通過させて、各誘導加熱装置3a〜3cで1回ずつの誘導加熱を行うようにした。加熱時間は約20秒である。なお、各誘導加熱装置3a〜3cの周波数は1700Hzに固定されている。

0037

そして、本発明法の熱処理として、第1誘導加熱装置3aでは2MWの低電力誘導加熱を行った後、目標熱処理温度650℃を達成できるように、第2誘導加熱装置3bと第3誘導加熱装置3cでそれぞれ約10MWの高電力誘導加熱を行った。

0038

これに対して、従来法の熱処理として、各誘導加熱装置3a〜3cの電力を同程度にして目標熱処理温度650℃が達成できるように、それぞれで約8MWの高電力誘導加熱を行った。

0039

本発明法及び従来法における誘導加熱前後のワークサイド(WS)とドライブサイド(DS)の板幅端部近傍の温度偏差板幅中央部との温度差)分布を、それぞれ図5図6に示す。また、板幅端部位置の温度偏差の値を図7に示す。

0040

図5図7で明らかなように、従来法でも若干の温度偏差解消効果はみられたが、本発明法では大幅な温度偏差解消効果が見られた。

0041

ちなみに、本発明法において、第1誘導加熱装置3aでの2MWの低電力誘導加熱による電力密度は200W/cm2であり、図3から比透磁率μは7となる。また、誘導加熱開始時の鋼板の温度は500℃なので、図4から抵抗率ρは42μΩcmとなる。したがって、(1)式より電流浸透深さδを計算すると、以下のように3mmとなる。

0042

0043

一方、同様にして、従来法における第1誘導加熱装置3aでの電流浸透深さδを計算すると、5mmとなる。

0044

これにより、電流浸透深さδが3mm以下になる誘導加熱を少なくとも1回行うことによって、大幅な温度偏差解消効果が得られることが再確認された。

0045

さらに、板厚25mmおよび40mmの鋼板について、それぞれ本発明法の熱処理と従来法の熱処理を行った。その際の、誘導加熱前後の板幅端部位置の温度偏差と、その温度偏差の減少量(解消量)を、前述の板厚15mmの場合も含めて表1に示す。

0046

0047

この結果、本発明法によれば、従来法の2〜3倍程度の温度偏差解消効果があることが分かる。

0048

そして、本発明法の熱処理を行って製造した鋼板と、従来法の熱処理を行って製造した鋼板をそれぞれ50枚ずつ、切代30mm、条切り幅150mmで条切りを行った。なお、鋼板の板厚は15〜40mm、板幅は2000〜3500mmである。

0049

その際の板幅端部における条切りキャンバー量図8に示す。ここでの条切りキャンバーの許容値は±10mm/10mであるが、本発明法の熱処理を行って製造した鋼板は、条切りキャンバーが全て許容値内であるのに対して、従来法の熱処理を行って製造した鋼板は、条切りキャンバーが許容値を外れたものが多数あった。

図面の簡単な説明

0050

本発明の実施例において用いた厚鋼板製造ラインを示す図である。
ソレノイド型誘導加熱装置を用いた誘導加熱の説明図である。
比透磁率と鋼板表面の電力密度との関係を示す図である。
鋼板温度と抵抗率との関係を示す図である。
本発明法による誘導加熱前後の鋼板温度偏差分布を示す図である。
従来法による誘導加熱前後の鋼板温度偏差分布を示す図である。
本発明法及び従来法での板幅端部の温度偏差量を示す図である。
本発明法及び従来法での条切りキャンバー量を示す図である。

符号の説明

0051

1仕上圧延機
2加速冷却装置
3ソレノイド型誘導加熱装置群
3a 第1誘導加熱装置
3b 第2誘導加熱装置
3c 第3誘導加熱装置
4熱間矯正機
5温度計
10鋼板
11 ソレノイドコイル

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