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技術 鋼帯の製造方法および製造設備

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 佐々木成人武田玄太郎高橋秀行
出願日 2013年8月19日 (7年4ヶ月経過) 出願番号 2013-169579
公開日 2015年2月26日 (5年10ヶ月経過) 公開番号 2015-038233
状態 特許登録済
技術分野 熱処理のプロセス制御 熱処理 ストリップ・線材の熱処理
主要キーワード 水切り機構 使用段数 遮蔽ボックス 飛散水 噴射水量 水切り性 水中内 板厚変更
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

生産性品質を低下させることなく、所望の特性を有する鋼帯を安定的に製造することができる鋼帯の製造方法および製造設備を提供することを目的とする。

解決手段

鋼帯を連続焼鈍処理する鋼帯の製造方法において、焼鈍炉での加熱後の鋼帯を急速冷却装置で急冷した後、前記急速冷却装置の出側に配置される急速加熱装置で、急冷された前記鋼帯を加熱して鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持することを特徴とする鋼帯の製造方法。

概要

背景

鋼帯連続焼鈍において、処理する鋼帯に所期機械的特性を付与するためには、加熱および冷却という熱処理条件の制御が重要である。特に、近年、高張力鋼板需要が増大しており、高張力鋼板の製造に有利な急速冷却技術の重要性増している。急速冷却技術としては、水焼入れ法ロール冷却法、気水混合(ミスト冷却法ガスジェット冷却法があり、必要な材質を得るためにそれぞれの方法が適宜選択されている。これらの中で、冷却水に浸漬する水焼入れ法が最も冷却速度が速く、強度を高めるための合金元素の添加も少なくできることから、水焼入れ法は高張力鋼板の製造に適している。

水焼入れ法は、加熱された鋼帯を水中に浸漬させると同時に、水中内に設けられたクエンチノズルにより冷却水を鋼帯に噴射し、急冷を行う方法が一般的である。しかし、水焼入れ法では、冷却速度が速いために、冷却停止温度を制御することが非常に難しく、鋼帯が浸漬槽内を通過する間に水温まで一気に冷却されてしまう。このため、急冷後の過時効処理において鋼帯を再加熱する際の加熱に大きな負荷をもたらす。一方、再加熱時の加熱の負荷を下げるために、冷却水の水温を上げることが考えられる。しかし、水温の上昇は冷却能力の低下をもたらすため、所定の材質が得られなくなる。

水焼入れ法の速い冷却速度を維持しつつ、再加熱時の負荷を和らげる方法として、特許文献1が開示されている。特許文献1では、鋼帯を急冷するにあたり、有機酸を含む水溶液を空中でスプレーして冷却を行い、その直後に前記と同一の成分の水溶液中に浸漬させる。そして、浸漬槽内には複数の加熱ロールが設けられており、浸漬中において冷却と同時に加熱も行うことにより、浸漬槽出側における鋼帯の温度を高め、再加熱時の負荷の低減を図っている。また、特許文献2では、連続焼鈍炉におけるストリップ冷却方法として、冷却水と熱水のいずれも切替可能なノズルを設置し、鋼帯を所定の温度に停止させる方法が開示されている。また、特許文献2では、熱水を噴射する際に、ノズルから噴射された熱水のうち蒸気にならなかった液滴を下流側へ排水させないように、トレイを介して受水槽捕集している。

概要

生産性品質を低下させることなく、所望の特性を有する鋼帯を安定的に製造することができる鋼帯の製造方法および製造設備を提供することを目的とする。鋼帯を連続焼鈍処理する鋼帯の製造方法において、焼鈍炉での加熱後の鋼帯を急速冷却装置で急冷した後、前記急速冷却装置の出側に配置される急速加熱装置で、急冷された前記鋼帯を加熱して鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持することを特徴とする鋼帯の製造方法。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、生産性や品質を低下させることなく、所望の特性を有する高張力鋼板を安定的に製造することができる鋼帯の製造方法および製造設備を提供する

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

鋼帯連続焼鈍処理する鋼帯の製造方法において、焼鈍炉での加熱後の鋼帯を急速冷却装置で急冷した後、前記急速冷却装置の出側に配置される急速加熱装置で、急冷された前記鋼帯を加熱して鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持することを特徴とする鋼帯の製造方法。

請求項2

請求項1に記載の鋼帯の製造方法において、前記急速冷却装置の入側に鋼帯表面温度を測定する温度計を配置し、前記急速冷却装置の入側で測定される鋼帯表面温度の測定値に基づき前記急速冷却装置の出側の鋼帯表面温度を算出し、該急速冷却装置の出側の鋼帯表面温度と前記急速加熱装置の出側の鋼帯表面温度の目標値とから、前記急速加熱装置の加熱量を制御することを特徴とする鋼帯の製造方法。

請求項3

請求項1に記載の鋼帯の製造方法において、前記急速加熱装置の出側に鋼帯表面温度を測定する温度計を配置し、前記急速加熱装置の出側で測定される鋼帯表面温度の測定値と前記急速加熱装置の出側の鋼帯表面温度の目標値とから、前記急速加熱装置の加熱量を制御することを特徴とする鋼帯の製造方法。

請求項4

請求項1〜3のいずれかに記載の鋼帯の製造方法において、前記急速冷却装置の入側および出側にそれぞれ一対のロールを配置し、前記鋼帯表面に滞留する冷媒を除去することを特徴とする鋼帯の製造方法。

請求項5

請求項1〜4のいずれかに記載の鋼帯の製造方法において、前記急速冷却装置は鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に配置されていることを特徴とする鋼帯の製造方法。

請求項6

鋼帯の製造設備において、鋼帯を連続焼鈍処理する連続焼鈍装置が、焼鈍炉での加熱後の鋼帯を急冷する急速冷却装置と、前記急速冷却装置の出側に配置されて、前記鋼帯を加熱して鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持する急速加熱装置とを備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。

請求項7

請求項6に記載の鋼帯の製造設備において、前記急速冷却装置の入側および前記急速加熱装置の出側に配置されて、鋼帯表面温度を測定する温度計を備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。

請求項8

請求項6または7に記載の鋼帯の製造設備において、前記急速冷却装置は冷媒を供給する冷却ノズルを有し、前記冷却ノズルは前記鋼帯の搬送方向と平行に複数配置されていることを特徴とする鋼帯の製造設備。

請求項9

請求項6〜8のいずれかに記載の鋼帯の製造設備において、前記急速冷却装置の入側および出側に、一対のロールを備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。

請求項10

請求項6〜9のいずれかに記載の鋼帯の製造設備において、前記急速冷却装置は鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に配置されていることを特徴とする鋼帯の製造設備。

技術分野

0001

本発明は、鋼帯の製造方法および製造設備に関する。具体的には、焼鈍した鋼帯を焼入れするために、水冷によって急速冷却する鋼帯の製造方法および製造設備に関する。

背景技術

0002

鋼帯の連続焼鈍において、処理する鋼帯に所期機械的特性を付与するためには、加熱および冷却という熱処理条件の制御が重要である。特に、近年、高張力鋼板需要が増大しており、高張力鋼板の製造に有利な急速冷却技術の重要性増している。急速冷却技術としては、水焼入れ法ロール冷却法、気水混合(ミスト冷却法ガスジェット冷却法があり、必要な材質を得るためにそれぞれの方法が適宜選択されている。これらの中で、冷却水に浸漬する水焼入れ法が最も冷却速度が速く、強度を高めるための合金元素の添加も少なくできることから、水焼入れ法は高張力鋼板の製造に適している。

0003

水焼入れ法は、加熱された鋼帯を水中に浸漬させると同時に、水中内に設けられたクエンチノズルにより冷却水を鋼帯に噴射し、急冷を行う方法が一般的である。しかし、水焼入れ法では、冷却速度が速いために、冷却停止温度を制御することが非常に難しく、鋼帯が浸漬槽内を通過する間に水温まで一気に冷却されてしまう。このため、急冷後の過時効処理において鋼帯を再加熱する際の加熱に大きな負荷をもたらす。一方、再加熱時の加熱の負荷を下げるために、冷却水の水温を上げることが考えられる。しかし、水温の上昇は冷却能力の低下をもたらすため、所定の材質が得られなくなる。

0004

水焼入れ法の速い冷却速度を維持しつつ、再加熱時の負荷を和らげる方法として、特許文献1が開示されている。特許文献1では、鋼帯を急冷するにあたり、有機酸を含む水溶液を空中でスプレーして冷却を行い、その直後に前記と同一の成分の水溶液中に浸漬させる。そして、浸漬槽内には複数の加熱ロールが設けられており、浸漬中において冷却と同時に加熱も行うことにより、浸漬槽出側における鋼帯の温度を高め、再加熱時の負荷の低減を図っている。また、特許文献2では、連続焼鈍炉におけるストリップ冷却方法として、冷却水と熱水のいずれも切替可能なノズルを設置し、鋼帯を所定の温度に停止させる方法が開示されている。また、特許文献2では、熱水を噴射する際に、ノズルから噴射された熱水のうち蒸気にならなかった液滴を下流側へ排水させないように、トレイを介して受水槽捕集している。

先行技術

0005

特公平1−18974号公報
特開昭61−183415号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1で開示されている方法の場合、空中でのスプレー冷却と浸漬槽内での冷却により冷却速度を確保しているため、冷却長が長くなり、高張力鋼板に必要な冷却速度が得られないという問題がある。また、浸漬槽内の加熱ロールは浸漬槽内の水溶液中にある。このため、加熱ロール内部は加熱されているものの、加熱ロール表面は水溶液と接触しているため、ロール温度は非常に不安定であり、定常的な操業には不向きである。

0007

また、特許文献2に開示されている方法の場合、製品の種類により急冷用ノズルと熱水用ノズルの切替を実施することにより、異なる冷却速度、冷却停止温度にて熱処理を実施する必要がなくなり、パスライン切り換える必要がなくなるが、熱処理後の再加熱能力低減効果の有無については述べられておらず、特に急冷用のノズルを用いて冷却を実施した場合には、鋼帯は水温まで冷却されてしまうため、その後、鋼帯を再加熱する際の加熱の負荷を軽減させることは困難である。

0008

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、生産性品質を低下させることなく、所望の特性を有する高張力鋼板を安定的に製造することができる鋼帯の製造方法および製造設備を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、鋼帯を連続焼鈍し、従来と同等の速い冷却速度で急速冷却し、次いで急速加熱装置で加熱することにより、冷却停止温度を従来法の冷却停止温度よりも高くするという方法を見出した。これにより、再加熱時の加熱の負荷を軽減し、生産性を高めることができる。本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]鋼帯を連続焼鈍処理する鋼帯の製造方法において、
焼鈍炉での加熱後の鋼帯を急速冷却装置で急冷した後、
前記急速冷却装置の出側に配置される急速加熱装置で、急冷された前記鋼帯を加熱して鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持することを特徴とする鋼帯の製造方法。
[2][1]に記載の鋼帯の製造方法において、前記急速冷却装置の入側に鋼帯表面温度を測定する温度計を配置し、前記急速冷却装置の入側で測定される鋼帯表面温度の測定値に基づき前記急速冷却装置の出側の鋼帯表面温度を算出し、該急速冷却装置の出側の鋼帯表面温度と前記急速加熱装置の出側の鋼帯表面温度の目標値とから、前記急速加熱装置の加熱量を制御することを特徴とする鋼帯の製造方法。
[3][1]に記載の鋼帯の製造方法において、前記急速加熱装置の出側に鋼帯表面温度を測定する温度計を配置し、前記急速加熱装置の出側で測定される鋼帯表面温度の測定値と前記急速加熱装置の出側の鋼帯表面温度の目標値とから、前記急速加熱装置の加熱量を制御することを特徴とする鋼帯の製造方法。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の鋼帯の製造方法において、
前記急速冷却装置の入側および出側にそれぞれ一対のロールを配置し、前記鋼帯表面に滞留する冷媒を除去することを特徴とする鋼帯の製造方法。
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の鋼帯の製造方法において、
前記急速冷却装置は鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に配置されていることを特徴とする鋼帯の製造方法。
[6]鋼帯の製造設備において、鋼帯を連続焼鈍処理する連続焼鈍装置が、
焼鈍炉での加熱後の鋼帯を急冷する急速冷却装置と、
前記急速冷却装置の出側に配置されて、前記鋼帯を加熱して鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持する急速加熱装置と
を備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。
[7][6]に記載の鋼帯の製造設備において、
前記急速冷却装置の入側および前記急速加熱装置の出側に配置されて、鋼帯表面温度を測定する温度計を備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。
[8][6]または[7]に記載の鋼帯の製造設備において、
前記急速冷却装置は冷媒を供給する冷却ノズルを有し、前記冷却ノズルは前記鋼帯の搬送方向と平行に複数配置されていることを特徴とする鋼帯の製造設備。
[9][6]〜[8]のいずれかに記載の鋼帯の製造設備において、
前記急速冷却装置の入側および出側に、一対のロールを備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。
[10][6]〜[9]のいずれかに記載の鋼帯の製造設備において、
前記急速冷却装置は鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に配置されていることを特徴とする鋼帯の製造設備。

発明の効果

0010

本発明によれば、急速冷却と急速加熱を組み合わせることにより急冷後の冷却停止温度を鋼帯のサイズ変更が生じても高温でほぼ一定に保持することが可能となり、鋼帯の再加熱時の加熱の負荷を軽減することができるので、生産性を高めることができる。そして、品質を低下させることなく、所望の特性を有する鋼帯を安定的に製造することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施に供する鋼帯の連続焼鈍設備の一例を示す概略図である。
本発明の実施に供する鋼帯の冷却設備の一例を示す概略図である。
従来法における鋼帯の連続焼鈍設備の一例を示す概略図である。
従来法における鋼帯の冷却設備の一例を示す概略図である。
従来法における鋼帯の温度履歴の一例を示す図である。
本発明における鋼帯の温度履歴の一例を示す図である。
本発明で用いた冷却ノズルの熱伝達係数と鋼帯表面温度との関係を表す図である。
本発明を実施した際の鋼帯の温度履歴の一例を示す図である。
本発明を実施した際の鋼帯の温度履歴の一例を示す図である。

0012

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

0013

図1および図2は、本発明の実施に供する鋼帯の連続焼鈍設備および冷却設備の一例を示す概略図である。また、図3および図4は、従来の連続焼鈍設備および冷却設備の一例を示す概略図である。

0014

図1に示すとおり、本発明の鋼帯の連続焼鈍設備は、連続して搬送される鋼帯1を連続加熱する加熱帯2、均熱帯3、ガスジェット冷却帯4、冷却設備5、過時効帯7とから構成されている。

0015

図2に示すとおり、本発明の鋼帯の冷却設備5は、鋼帯1に冷媒(以下、単に冷却水と称することもある。)を噴射し急速冷却を行う急速冷却装置8と、急速冷却装置8の出側に配置される急速加熱装置9とから構成されている。急速冷却装置8は、鋼帯の表裏面に冷却水を噴射する複数の冷却ノズル(スリットノズル)から構成されている。冷却ノズルは鋼帯の搬送方向と平行に、複数列配置されている。急速冷却装置8の入側および急速加熱装置9の出側には、鋼帯の表面温度を測定する温度計11が配置されている。急速冷却装置8の入側および出側には、冷媒を除去するための一対のロール12が配置されている。急速冷却装置8の周囲には、鋼帯冷却後の水が周囲へ飛散するのを防止するために、遮蔽ボックス13が配置されている。また、急速冷却装置8の出側でロール12の手前には、水切りエアパージノズル14が配置されている。

0016

従来の連続焼鈍設備では、図3図4に示すように、冷却設備16において冷却された鋼帯1は、誘導加熱装置6により再加熱後、過時効帯7において過時効処理が施される。冷却設備16では、図4に示すとおり、加熱された鋼帯1を浸漬槽15内に浸漬させると同時に、浸漬槽15の水面下に配置されたクエンチノズル17から冷却水を鋼帯に噴射し、急冷を行う。なお、クエンチノズル17の入側の直上にはピンチロール18が配置され、クエンチノズル17の出側にはリンガーロール19とドライヤー20とが配置される。

0017

図5は、従来の連続焼鈍設備における鋼帯の温度履歴の一例を示す図である。従来の冷却方法の場合、図5に示すように、鋼帯はクエンチノズル17および浸漬槽15内で冷却水温まで一気に冷却される。このため、例えば、浸漬槽内の水温が35℃の場合、誘導加熱装置6へ到達する時点で鋼帯の温度も35℃まで冷却されてしまうため、生産性を向上させようとする場合、誘導加熱装置6への負荷が大きくなってしまう。

0018

一方、本発明は、急速冷却装置8で鋼帯1を急冷した後、急速冷却装置8の出側に配置される急速加熱装置9で急冷された鋼帯を加熱し、鋼帯表面温度を冷却停止温度に保持することを特徴とする。図6は、本発明の連続焼鈍設備における鋼帯の温度履歴の一例を示す図である。本発明の場合、図6に示すように、急速冷却装置8での冷却後、急速冷却装置8の出側に配置される急速加熱装置9により、鋼帯を300℃程度の高温に保持する。鋼帯を300℃程度の高温に保持することにより、過時効帯7の入側の段階で再加熱する必要がなくなるため、従来の誘導加熱装置6が不要となる。そして、誘導加熱装置6による再加熱が不要であるため、ライン速度を容易に上げることができ、生産性が向上する。

0019

本発明では、急速冷却装置8内において、鋼帯表面温度が水温に到達する途中の温度領域である300〜500℃で急冷を一旦停止するために、急速冷却装置は鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に設置する。鋼板が上方から下方へ移動する縦パスの場合、冷却後の水は重力の影響により下流側へ漏れ出しやすく、冷却装置出側に冷却水が滞留してしまった場合、その冷却水の影響により鋼板の表面が冷却されてしまい冷却停止温度が不安定となりやすい。一方、本発明では、鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に急速冷却装置を設置し、更に急速冷却装置出側に水切りロール12を設置することで、鋼板に付着した冷却水や鋼板上から離脱した飛散水通板下流側(水切りロール12の上方側)に漏れることを防止しやすくなり、冷却停止精度が向上(冷却停止温度が安定)し、板幅方向温度分布も均一にできる。

0020

よって、本発明では、急速冷却装置で鋼帯表面温度が水温に到達する途中の300〜500℃で急冷を一旦停止するために、急速冷却装置8は鋼帯が下方から上方に移動する縦パス中に設置するようにし、水切り機構として、急速冷却装置8の下流に一対の水切りロール12を配置した。急速冷却装置8の入側および出側には、水切り用の一対のロール12を配置することが好ましい。急速冷却装置8の入り側にロールを設置しない場合、急速冷却装置8からの冷却水が下部へ流出し、冷却開始前の鋼帯が冷却されてしまうため、鋼帯の冷却開始温度が変動し品質低下を招くおそれがある。急速冷却装置8の入側へロール12を設置することにより、冷却水を下部へ流出するのを防止することが可能となり、冷却開始温度が一定に保持することが可能となる。また、急速冷却装置8の出側のロール12は、冷却後の鋼帯に冷却水が滞留するのを防止する役割を持つ。冷却後の冷却水が鋼帯表面へ滞留する場合、冷却水の蒸発により鋼帯が不均一に冷却され、材質不均一、形状不均一の原因となる。急速冷却装置8の出側にロール12を設置することにより鋼帯表面の冷却水を分離することが可能となり、鋼帯表面温度を均一に保持することが可能となる。

0021

さらに、急速冷却装置8の出側で、急速冷却装置8とロール12との間に、水切り用のエアパージノズル14を配置してもよい。図2に示すように、エアパージノズル14により、急速冷却装置8の出側に配置されるロール12の水切り性がさらに向上する。エアパージノズル14の先端は、水切り性向上のために鋼帯に対して斜め下方向に配置されればよい。また、急速冷却装置8で使用する冷却ノズルの段数を変更する場合、エアパージノズル14を用いることにより、使用していない冷却ノズルに対向する鋼帯表面の水をパージできるので、冷却停止時の温度の精度も向上するという効果がある。

0022

なお、冷却水流出の防止方法としては、上記のようなロールに限定されるものではなく、例えば、ガスノズルからガスを噴射し、パージを行うことも可能である。

0023

また、鋼帯冷却後の水が周囲へ飛散するのを防止するために、急速冷却装置8の周囲に遮蔽ボックス13を配置することが好ましい。図2のように、鋼帯が鉛直方向の下方から上方に移動する縦パスの場合、急速冷却装置8に遮蔽ボックス13を配置することにより、鋼帯下部へ流出する冷却水をき止めることができる。その結果、冷却開始温度を一定に保持することが可能となる。

0024

本発明の急速冷却装置8は、複数の冷却ノズル(以下、単にスリットノズルと称することもある。)から構成されていることが好ましい。図2に示すとおり、冷却ノズルは鋼帯の搬送方向と平行に、鋼帯の表裏面に複数配置されればよい。冷却ノズルの先端は鋼帯に向けられ、冷却ノズルから冷却水が鋼帯に向けて噴射される。複数の冷却ノズルについては、使用する冷却ノズル数(使用ゾーン数)を適宜変更することができる。これにより、板厚変更やライン速度の変更に伴う、急速冷却装置の冷却量を適宜制御することができる。

0025

また、急速冷却時の鋼帯の平均冷却速度は、冷却後の鋼帯の強度を確保するために700℃/s以上が好ましい。

0026

本発明の急速加熱装置9について、急速加熱する方式としては、誘導加熱方式近赤外線加熱方式高温ガスを鋼帯へ吹き付ける方式などが挙げられる。なお、鋼帯が急速加熱装置9を通過する際に所定の温度へ加熱可能であれば、いずれの方式を用いてもよい。急速加熱装置9の加熱量の制御は、誘導加熱方式を用いる場合には、加熱コイルを搬送方向に複数列配置し、加熱コイルの使用段数を制御し、近赤外線加熱方式を使用する場合には、加熱用ランプ長手方向に複数列配置し、ランプの使用段数を適宜制御すればよい。

0027

本発明では、急速冷却装置8入側、急速加熱装置9出側に温度計11を設置し、板厚、ライン速度、急速加熱装置出側目標温度、水冷熱伝達係数、急速冷却装置入側温度実績値、急速加熱装置出側温度実績値を入力値として演算装置21に入力し、1次元温度計算を算出することで急速加熱装置出側目標温度となるように急速加熱装置9の加熱量を制御装置22を用いて制御している。

0028

一般的に、冷媒に水を用いて鋼帯を急速冷却する場合、鋼帯の表面温度が400〜500℃で遷移沸騰領域となり、鋼帯からの抜熱量が大きくなる。このため、冷却が不均一となりやすく、鋼帯が過冷却されやすくなる。本発明の急速冷却装置8の場合、鋼帯表面温度と熱伝達係数の関係は、図7のようになっており、500℃以下にて遷移沸騰領域となる。

0029

そこで、急速冷却装置8の入側の鋼帯表面温度720℃、鋼帯の搬送速度115m/minとし、図7に示す冷却時の熱伝達係数を用い、上記の入力値を演算装置21に入力し、1次元の温度計算を行った。急速冷却装置8に使用したスリットノズルは100mmピッチで9段配置されており、スリットノズルを5段使用した。なお、鋼帯の温度履歴は、例えば板圧延の理論と実際(日本鉄鋼協会、1984年、p141−160)に記載されているように1次元の熱伝導方程式既知初期条件(冷却開始温度、板厚、ライン速度、冷却時間)と境界条件(水冷時の熱伝達係数)を用いて差分法を用いて解くことにより算出される。今回も1次元熱伝導方程式を差分法により急速冷却装置入側から急速冷却装置出側までの温度履歴を算出した。

0030

図8は、板厚1.6mmの鋼帯を冷却した際の温度履歴の図である。急速加熱装置9の出側の鋼帯表面目標温度を300℃とする場合、図8に示すような温度履歴となる。一方、板厚1.6mmの鋼帯の冷却処理と同様の条件で、板厚1.4mmの鋼帯を処理した場合、図9に示すような温度履歴となる。図9に示すように、急速加熱装置9を使用しない場合、急速加熱装置9の出側温度が220℃程度まで冷却されてしまい、過冷となってしまう。例えば、図9の場合、板厚を1.4mmに変更した際、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面目標温度(300℃)に対して80℃分の加熱量が必要となる。

0031

そこで本発明では、サイズ変更に伴うライン速度の加減速を行うことなく高能率で操業するために、急速冷却装置8の入側および急速加熱装置9の出側に、鋼帯の表面温度を測定する温度計11を配置することが好ましい。この温度計11で鋼帯の表面温度を測定することにより、急速加熱装置9の加熱量を適宜制御することができる。なお、温度計11としては、例えば、放射温度計を用いればよい。

0032

本発明では、急速冷却装置8の入側で測定される鋼帯表面温度の測定値、ライン速度、板厚に基づき急速冷却装置8の出側の鋼帯表面温度を演算装置21で算出し、該急速冷却装置8の出側の鋼帯表面温度と急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度の目標値とから、急速加熱装置9の加熱量を制御することができる。まず、急速冷却装置8の入側に配置される温度計11により、急速冷却装置8の入側の鋼帯表面温度を測定する。そして、この測定値(急速冷却装置8の入側の鋼帯表面温度の実測値)、ライン速度、板厚から、急速冷却装置8の出側の温度を演算装置21にて1次元の温度計算により算出する。

0033

この算出した急速冷却装置8の出側の鋼帯表面温度と、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度の目標値との温度差を演算装置21で算出する。この温度差が、急速加熱装置9での必要な加熱量となり、制御装置22を介して急速加熱装置にて鋼板を加熱する。

0034

その結果、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度を一定値に保持することが可能となり、サイズ変更(板幅変更)に伴うライン速度の加減速を行うことなく高能率での操業が可能となる。なお、急速加熱装置9での必要な加熱量を求める際には、板厚変更時の冷却停止温度を演算装置21にてモデル計算で予め算出し、急速加熱装置出側の目標温度と急速冷却装置出側温度の計算値の差を算出し、急速加熱装置9での必要な加熱量を決定している。

0035

また、本発明では、演算装置21に予め設定される急速加熱装置9出側の鋼板表面温度の目標値と急速加熱装置出側に設置した温度計11の測定値を入力値として与え、目標値と実績値との温度差を算出し、この温度差を急速加熱装置9での必要加熱量として制御装置22へ入力し、急速加熱装置9の加熱量を制御することができる。
その結果、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度を一定値に保持することが可能となり、サイズ変更に伴うライン速度の加減速を行うことなく高能率での操業が可能となる。

0036

鋼帯の強度は急冷時の冷却速度に依存し、冷却速度が遅いと強度不足となる。図3および図4に示すような、浸漬槽中で冷却水を噴射する従来の冷却方法では、単に鋼帯を水中に浸漬させるよりも速い冷却速度を達成させるために、噴流により鋼帯表面と浸漬槽の浸漬水との境界層打ち破ることを利用していた。しかし、十分な水量をスリットノズルから噴射すれば、水中で噴射するのと同等の冷却能力が得られる。同一の鋼帯サイズの場合、冷却速度はノズルからの噴射流速および冷却水の水温に依存する。ノズルからの噴射流速が速いほど、冷却速度は増加するものの、ある程度以上の噴射流速になるとほぼ同じ冷却速度になる。一方、水温が高いほど冷却速度は低下する。したがって、速い冷却速度を保つためには、冷却水の水温は極力低い方が好ましい。本発明者らが鋭意検討した結果、材質との兼ね合いから水温は60℃以下が好ましいことがわかった。さらに、焼入れ開始温度、水温のばらつき、ライン速度の変動等を考慮すると、45℃以下の水温が好ましい。したがって、本発明の急速冷却装置においては、45℃以下の水温で鋼帯を製造することにより、より安定的な操業が可能となる。

0037

以上に述べたように、本発明では、品質と生産能率の向上の両立を実現するために、急速冷却装置8と急速加熱装置9とを配置することにより、急速冷却装置8での過冷却分を急速加熱装置9により再加熱する。これにより急速加熱装置9の出側における板温を高温で保持することができる。

0038

以下、本発明の実施例を従来方法の比較例と比較して説明する。

0039

本発明の製造方法と従来の製造方法でのライン速度について比較を行った。図1および図2に示した連続焼鈍ラインを用いて、焼入れ開始温度を720℃として、板厚1.6mm、板幅が1000mmである引張強度が980MPa級高張力冷延鋼板を製造した。急速冷却装置8のスリットノズルは表裏面ともに9段とし、冷却長は900mmである。長手方向表裏1段あたりのスリットノズルからの噴射水量は、100トン/時間とした。急速加熱装置9については、誘導加熱方式を用い、搬送方向に鋼帯の表裏面に4段ずつ加熱コイルを設置した。また、温度計11を用いて、鋼帯表面温度を測定した。

0040

本発明例では、急速冷却装置8の入側の鋼帯表面温度(測定値)、ライン速度、板厚から急速冷却装置8の出側の鋼帯表面温度を演算装置21にて1次元の温度計算を実施することにより算出し、さらに急速加熱装置9の出側の鋼帯表面目標温度との温度差を演算装置21にて算出することにより、急速加熱装置9の必要加熱量を算出した。そして、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度の目標値が、300℃または250℃となるように調整した。

0041

比較例では、図3図4に示す従来法により、本発明例と同一の高張力冷延鋼板を製造した。クエンチノズル17は浸漬槽15内に設置され、クエンチノズル17から噴射される冷却水および浸漬槽15内の水温は30℃とした。

0042

結果を表1に示す。

0043

0044

本発明例の場合、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度が300℃になるように急速加熱装置9の加熱量を調整した場合、ライン速度は115mpmとなった。また、鋼帯表面温度が250℃になるように急速加熱装置9の加熱量を調整した場合も、ライン速度は125mpmであった。なお、得られた鋼板について、機械特性等の品質検査も行ったところ、全く問題のないレベルであった。

0045

比較例の場合、浸漬槽内で鋼板の温度が30℃まで冷却されてしまうため、再加熱時における誘導加熱装置6への負荷が高くなる。表1に示すとおり、比較例では、目標温度まで昇温させるためにライン速度を75mpmに減速せざるを得なかった。したがって、比較例に比べて、本発明例は、急速加熱装置の出側の鋼帯表面温度を高くすることにより、誘導加熱装置6を用いることなく、生産性を向上することができた。

0046

製造中に板厚が変化した際のライン速度について比較を行った。図1および図2に示した連続焼鈍ラインを用いて、焼入れ開始温度を720℃として、板幅が1000mmである引張強度が980MPa級の高張力冷延鋼板を製造した。急速冷却装置8のスリットノズルは表裏面ともに9段とし、冷却長は900mmである。長手方向表裏1段あたりのスリットノズルからの噴射水量は、100トン/時間とした。急速加熱装置9については、誘導加熱方式を用い、搬送方向に鋼帯の表裏面に4段ずつ加熱コイルを設置した。

0047

本発明例では、急速冷却装置8の入側の鋼帯表面温度(測定値)、ライン速度、板厚から演算装置21を用いて、1次元熱伝導方程式を差分法により解くことで、急速冷却装置8の出側の鋼帯表面温度を算出し、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面目標温度との温度差を演算装置21にて算出することで、急速加熱装置9の必要加熱量を算出した。そして、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度の目標値が300℃または250℃となるように調整した。

0048

比較例として、図3および図4に示した連続焼鈍ラインを用いて本発明例と同一の高張力冷延鋼板を製造した。クエンチノズル17は浸漬槽15内に設置され、クエンチノズル17から噴射される冷却水および浸漬槽15内の水温は30℃とした。

0049

表2に結果を示す。

0050

0051

本発明例の場合、板厚の変化に伴い、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度になるように急速加熱装置9の加熱量を調整した場合、速度変化をほぼ生じることなく製造することが可能となった。

0052

一方、比較例の場合、浸漬槽内で鋼板の温度が30℃まで冷却されてしまうため、再加熱時における誘導加熱装置6への負荷が高くなる。表2に示すとおり、比較例では、目標温度まで昇温させるため板厚変更前後において本発明例よりもライン速度が低くなった。したがって、比較例に比べて、本発明例は、急速加熱装置の出側の鋼帯表面温度を急速加熱装置により高温で保持することにより、板厚が変更した場合でも速度変動を生じさせることなく高生産性を実現することができた。

0053

鋼板のライン速度が変化した際の急速加熱装置の加熱量の制御の有無について、比較を行った。図1および図2に示した連続焼鈍ラインを用いて、焼入れ開始温度を720℃として、板厚1.6mm、板幅が1000mmである引張強度が980MPa級の高張力冷延鋼板を製造した。急速冷却装置8のスリットノズルは表裏面ともに9段とし、冷却長は900mmである。長手方向表裏1段あたりのスリットノズルからの噴射水量は、100トン/時間とした。急速加熱装置9については、誘導加熱方式を用い、搬送方向に鋼帯の表裏面に4段ずつ加熱コイルを設置した。

0054

結果を表3に示す。

0055

0056

鋼板のライン速度が変化した際に急速加熱装置の加熱量を制御した本発明例では、急速加熱装置出側の温度を測定することにより、目標温度との温度差を演算装置21にて算出し、その温度差を急速加熱装置での加熱量としてあたえ制御装置22を用いて急速加熱装置での加熱量を制御することにより、ライン速度が変化した場合でもほぼ一定に鋼板の温度を制御することが可能となった。

0057

一方、比較として急速加熱装置の加熱量を制御しない(急速加熱装置を使用しない)場合、ライン速度が低下した場合の速度変化に伴い、急速冷却装置の通過時間が長くなる。このため、急速加熱装置の加熱量を制御しない場合には、急速加熱装置出側の温度が目標温度に比べ50℃以上低下した。したがって、本発明例では、急速加熱装置9の出側の鋼帯表面温度を一定値に保持することが可能となる。

0058

鋼板の板厚を1.2mm〜1.8mmの範囲で変更した際の急速冷却装置の冷却ノズルの使用段数の影響、および、冷却ノズルの使用段数を固定した場合のライン速度の比較を行った。図1および図2に示した連続焼鈍ラインを用いて、焼入れ開始温度を720℃として、板幅が1000mmである引張強度が980MPa級の高張力冷延鋼板を製造した。急速冷却装置8のスリットノズルは表裏面ともに9段とし、冷却長は900mmである。長手方向表裏1段あたりのスリットノズルからの噴射水量は、100トン/時間とした。急速加熱装置9については、誘導加熱方式を用い、搬送方向に鋼帯の表裏面に4段ずつ加熱コイルを設置した。結果を表4に示す。

0059

実施例

0060

本発明例では、急速冷却装置8の入側の鋼帯表面温度、ライン速度、板厚、急速加熱装置の出側目標温度から演算装置21を用いて、1次元の熱伝導方程式を差分法により解くことで急速加熱装置の出側目標温度となる急速冷却装置8でのノズル使用段数を予め算出し、制御装置22を介してノズル使用段数を制御することにより、過冷却を回避することが可能となり、各板厚条件にて目標温度での制御が可能となった。一方、急速冷却装置の冷却ノズル使用段数を固定した場合、過冷却が発生し、再加熱時の昇温負荷が拡大したためライン速度が低下し生産性が悪化した。

0061

1鋼帯
2加熱帯
3均熱帯
4ガスジェット冷却帯
5冷却設備
6誘導加熱装置
7過時効帯
8急速冷却装置
9 急速加熱装置
11温度計
12ロール
13遮蔽ボックス
14エアパージノズル
15浸漬槽
16 冷却設備
17クエンチノズル
18ピンチロール
19リンガーロール
20ドライヤー
21演算装置
22 制御装置

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