CN111194245A - 钢板的制造设备以及钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

目的在于提供能够通过线上冷却均匀地冷却高温的钢板并制造平坦且均质的钢板的钢板的制造设备以及钢板的制造方法。钢板的制造设备依次配置有热轧机、第一形状矫正装置、加速冷却装置，加速冷却装置具备除水辊，除水辊上下限制钢板，加速冷却装置具有对用于限制钢板的按压负载(P)进行控制的控制机构。

Description

钢板的制造设备以及钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及在线上冷却热轧后的高温的钢板而获得高品质的产品的钢板的制造设备以及钢板的制造方法，特别是涉及制造平坦度优异的钢板的钢板的制造设备以及钢板的制造方法。

背景技术

近年来，特别是在厚钢板中，在线上实施在低温区域实施轧制的控制轧制、将轧制后的钢板冷却的加速冷却，伴随着产品的高品质化，高精度的温度控制、特别是冷却停止温度控制的高精度化变得重要。

一般来说，热轧后的钢板由于刚轧制之后的钢板的温度分布、形状、或者表面状态的不同，容易在冷却中产生冷却不均。特别是在板厚相对较厚的厚钢板中产生的冷却不均，也容易因冷却装置的性能而产生，若厚钢板产生冷却不均，则会产生厚钢板的变形、残留应力、材质的偏差等。出于这一点，开发出各种能够进行均匀的冷却的冷却装置，但仅靠冷却装置的改善、不会完全实现特别是冷却后的钢板的平坦化。冷却后的钢板的形状不良会引起生产线的钢板通过障碍等作业上的故障，需要后续工序中的加压、矫正机所进行的平整(日文：精整)处理，因此成本也会变高。

钢板的冷却不均有时源自于上下表面的温度偏差、宽度方向的温度均匀性等冷却喷嘴的特性，有时源自于冷却前的钢板形状。

这里，关于源自于上下表面的温度偏差、宽度方向的均匀性等冷却喷嘴的冷却不均，以往以来公开了很多技术。另一方面，关于以在轧制时产生的形状不良为起点产生的冷却不均并不多，但是出于以下的观点公开了几种技术。

作为第一方法，是在加速冷却装置之前实施形状矫正、使形状平坦化而确保冷却时的均匀冷却的方法。在专利文献1中，记载了利用第一形状矫正装置，将钢板的形状矫正成可利用冷却装置中的除水辊充分地进行除水的程度的形状。另外，在专利文献2中，记载有为了避免钢板的回热所引起的冷却后的平坦不良而确定从形状矫正装置出侧到冷却装置入侧的距离。

作为第二方法，有利用除水辊进行限制的方法。作为除水辊的目的，具有1)利用辊按压从而使钢板平坦化、2)防止向冷却区域喷射的冷却水向外部的泄漏这两个功能。

专利文献3是具备能够分别上下升降的除水辊、并配合于钢板的形状地使辊上下移动的技术。另外，专利文献4是以规定的负载以上按压除水辊而使变形了的钢板平坦化至规定量、从而缩窄钢板与辊的间隙而确保冷却水的拦截效果的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2002－11515号公报

专利文献2:日本特开2005－74480号公报

专利文献3:日本特开昭52－73111号公报

专利文献4:日本专利第3304816号公报

发明内容

发明将要解决的课题

近年来，在线上以在冷却装置之前设置形状矫正装置这类专利文献1、2 那样的技术作业的生产线有所增加。然而，在利用不具有除水辊的冷却装置冷却的情况下，特别是在钢板的上表面侧，从冷却水喷射区域泄漏到外部的冷却水将会在钢板上长时间滞留，在钢板上表面侧的滞留水所在的场所产生过冷。

另外，在冷却装置设置除水辊这类专利文献3、4那样的技术中，特别是在板厚较薄(例如30mm以下)、板宽较宽(例如3000mm以上)这种板厚薄且容易产生形状不良的区域中，容易产生轧制所引起的形状不良。因此，在冷却装置之前没有形状矫正装置的情况下，难以适当地使除水辊接触钢板而拦截冷却水，在钢板上表面侧，冷却水从冷却水喷射区域向外部泄漏而产生过冷，产生由于温度偏差而引起的形状不良。

因此，本发明鉴于这种情况而完成，目的在于提供能够通过线上冷却均匀地冷却高温的钢板并制造平坦且均质的钢板的钢板的制造设备以及钢板的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明人们深刻研究的结果发现，利用第一形状矫正装置优选的是将钢板的形状平坦化至规定的陡峭度以下，接着利用加速冷却装置中的除水辊适当地限制钢板，从而能够制造平坦度较高的钢板。

本发明的主旨如以下所述。

[1]一种钢板的制造设备，依次配置有热轧机、第一形状矫正装置、加速冷却装置，

加速冷却装置具备除水辊，除水辊上下限制钢板，加速冷却装置具有控制机构，该控制机构对用于限制钢板的按压负载P进行控制。

[2]根据[1]所记载的钢板的制造设备，其中，按压负载P满足下述式(1)。

P≤37×((L－W)×W²/(D⁴－d⁴))^－1.25···(1)

其中，

P：按压负载(ton)

L：辊主体长度(mm)

W：板宽(mm)

D：辊外径(mm)

d：辊内径(mm)。

[3]根据[1]或者[2]所记载的钢板的制造设备，其中，接着加速冷却装置而配置有第二形状矫正装置。

[4]根据[1]～[3]中任一项所记载的钢板的制造设备，其中，第一形状矫正装置以及/或者第二形状矫正装置是辊式矫直机。

[5]根据[1]～[4]中任一项所记载的钢板的制造方法，第一形状矫正装置将钢板的陡峭度矫正为不足2.0％。

[6]一种钢板的制造方法，其特征在于，具备如下步骤：

依次配置热轧机、第一形状矫正装置、加速冷却装置，

在通过热轧机轧制钢板之后，利用第一形状矫正装置矫正钢板的形状，接着在加速冷却装置中，利用除水辊以规定的按压负载P上下限制钢板，同时将钢板冷却。

[7]根据[6]所记载的钢板的制造方法，其中，按压负载P满足下述式(1)。

P≤37×((L－W)×W²/(D⁴－d⁴))^－1.25···(1)

其中，

P：按压负载(ton)

L：辊主体长度(mm)

W：板宽(mm)

D：辊外径(mm)

d：辊内径(mm)。

[8]根据[6]或者[7]所记载的钢板的制造方法，其中，接着加速冷却装置配置第二形状矫正装置，利用第二形状矫正装置进一步矫正钢板的形状。

[9]根据[6]～[8]中任一项所记载的钢板的制造方法，其中，第一形状矫正装置以及/或者第二形状矫正装置是辊式矫直机。

[10]根据[6]～[9]中任一项所记载的钢板的制造方法，其中，在第一形状矫正装置中，将钢板的陡峭度矫正为不足2.0％。

发明效果

根据本发明，能够通过线上冷却均匀地冷却高温的钢板，并制造平坦且均质的钢板。

附图说明

图1是表示本发明的钢板的制造设备的构成的示意图。

图2是表示钢板流过第一形状矫正装置以及加速冷却装置的情形的示意图。

图3是表示钢板与除水辊的间隙的状态的示意图，(a)是除水辊的按压负载不足的情况，(b)是除水辊的按压负载过大的情况，(c)是除水辊的按压负载适当的情况。

图4是表示按压负载与除水辊的挠曲的关系的图表。

图5是说明陡峭度λ的定义的图。

图6是表示有无冷却水的泄漏时的陡峭度与按压负载的关系的图表，并且是辊径为400Φ的图表。

图7是表示除水辊的按压负载的模型的图。

图8是表示有无冷却水从除水辊的泄漏时的挠曲参数与除水辊的按压负载的关系的图表。

具体实施方式

本发明的制造设备如图1所示，以热轧机1、第一形状矫正装置2、加速冷却装置3、第二形状矫正装置4的顺序配置。钢板5在被热轧机1轧制后，被第一形状矫正装置2形状矫正，然后被加速冷却装置3控制冷却，且根据需要被第二形状矫正装置4矫正形状。另外，图中的箭头是钢板的输送方向。

图2是表示钢板5流过第一形状矫正装置2以及加速冷却装置3的情形的示意图。由热轧机1轧制后的钢板5大多具有边波等形状不良，在利用第一形状矫正装置2平坦化之后，由加速冷却装置3进行控制冷却。加速冷却装置3包括从上下限制钢板5的除水辊31、喷射冷却水的冷却喷嘴32、以及控制除水辊31的按压负载P的按压负载控制机构33，冷却喷嘴32设置于除水辊31间即可。

图3是表示钢板5与除水辊31的间隙的状态的示意图。在钢板的形状较差的情况下(例如在钢板宽度方向上向下凸起的凸形状)钢板5以变形的状态被除水辊31按压。因此，例如若按压负载不足，则如图3(a)那样，不能使向下凸起的形状的钢板5平坦化，在钢板5与除水辊31之间产生间隙。另一方面，在除水辊31的按压负载过大的情况下，除水辊31自身将会挠曲，仍会在钢板5与除水辊31之间产生间隙(图3(b))。一般来说，已知为了将边波等形状不良利用除水辊按压来平坦化，需要数百吨左右的按压负载。图4 是表示将辊径300mm(实心辊)、主体长度6m的除水辊按压于板宽4000mm 的钢板时的按压负载与除水辊的挠曲的关系的图表。用间隙量规测定了挠曲。用除水辊适当地拦截水推断需要至少1mm以下左右的间隙，但按压负载超过数十ton时，除水辊的挠曲超过1mm，施加100ton左右的负载的情况下将会产生约6mm的间隙，已不能发挥作为除水辊的功能。

因此，如图3(c)那样，为了使钢板5与除水辊31的间隙适当，认为需要使钢板的初始形状平坦化，并且将除水辊31的按压负载限制在某一定值以下，并且在通过钢板的过程中维持一定的按压负载。

接下来，使用图1以及2所示的制造设备，通过变更第一形状矫正装置2 的矫正条件(压入量)而使各种形状的钢板通过加速冷却装置3，确认了冷却水的泄漏状态。另外，钢板设为板厚30mm，板宽3500mm，温度850℃。通过第一形状矫正装置2后的钢板形状使用图5以及下述式(2)所示的定义表示的陡峭度λ(％)而定量化，通过第一形状矫正装置2的压入量适当控制。另外，下述式(2)中的δ/p的值设为长度方向的边波形状整体的平均值。

λ＝(δ/p)×100···(2)

其中，在式(2)中，

λ：陡峭度(％)

δ：波高度(mm)

p：波间距(mm)。

另外，加速冷却装置3中的除水辊31分别使用了主体长度为6000mm、辊径为一般的加速冷却装置的除水辊所使用的直径300Φ以及400Φ的实心辊。

图6是表示有无冷却水的泄漏时的陡峭度与按压负载的关系的图表，并且是辊径为400Φ的图表。在图6中，○是没有从钢板与辊之间泄漏水，×是从钢板与辊之间泄漏了水。另外，通过目视观察确认了冷却水的泄漏。

根据图6的结果，若过度增大除水辊31的按压负载，则产生冷却水的泄漏，另外，若过度减小，仍会产生冷却水的泄漏，因此需要适当的按压负载。另外，得知若钢板5的陡峭度过大，则即使调整按压负载也不能防止冷却水的泄漏。关于这一点，推测在使按压负载过大的情况下，会产生之前说明的除水辊31的挠曲，成为图3(b)那样的状态。另外，推测在按压负载不足的情况下，不能限制钢板5自身的变形，成为图3(a)那样的状态。

根据图6的结果可知，需要使搬入加速冷却装置3之前的钢板5以某种程度平坦化，并且需要适当的按压负载。因此，接下来，基于若使按压负载过大则辊挠曲这一见解，对什么程度的按压负载优选进行了调查。

出于材料力学的观点，以图7所示的模型考虑除水辊31的挠曲时，则能够通过以下的式子计算除水辊31的主体长度方向中心部的挠曲量δ。

[式1]

P：按压负载(ton)

L：除水辊的主体长度(mm)

W：板宽(mm)

E：除水辊的杨氏模量(＝21ton/mm²)

I：截面惯性矩(mm⁴)

另外，在中空辊的情况下，截面惯性矩I能够由以下的式记载。

[式2]

D：除水辊外径(mm)

d：除水辊内径(mm)

π：圆周率

另外，在实心辊的情况下，在上述式(4)的截面惯性矩I的式子中使除水辊31的内径d为0即可。根据上述式，认为钢板5的宽度、除水辊31的尺寸所引起的除水辊31的挠曲量δ处于以下的参数与比例关系。

[式3]

之后，将上述(5)式的右边称作挠曲参数。

接下来，以确认辊的挠曲对除水辊31的拦截效果的影响为目的，预先制作数种陡峭度0.75％的钢板，将钢板输送到加速冷却装置3，一边利用加速冷却装置3喷射冷却水，一边使除水辊31的按压负载变化，确认了有无冷却水的泄漏。钢板设为板厚30mm，板宽为2500mm、3500mm、5000mm，除水辊为实心辊、中空辊都是直径400mm(另外，中空辊的内径为32mm，壁厚为 40mm。)，辊主体长度设为6000mm。通过目视观察确认了冷却水有无泄漏，将从钢板与辊之间泄漏水者判断为冷却水泄漏(×：不良)。

图8是表示挠曲参数与除水辊31的按压负载对有无冷却水从除水辊31 的泄漏带来的影响的图表。得知挠曲参数越大，就会以越低的按压负载引发冷却水的泄漏。根据图8，得知若整理冷却水的泄漏产生的极限，则有以下的关系。

[式4]

即，得知在决定了除水辊31的外径D、内径d、主体长度L的情况下根据板宽W，按压负载P满足下述式(1)，从而能够防止除水辊31的挠曲而确保良好的除水性。

P≤37×((L－W)×W²/(D⁴－d⁴))^－1.25···(1)

其中，

P：按压负载(ton)

L：辊主体长度(mm)

W：板宽(mm)

D：辊外径(mm)

d：辊内径(mm)。

另外，关于按压负载P的下限值，出于将由辊式矫直机强制残留于钢板的微小应变平坦化至能够通过除水辊的按压力最低限度地除水的程度这一点，优选的是1.0ton以上。

关于第一形状矫正装置2，可以是压下型的表皮光轧矫直机和重复弯曲型的辊式矫直机中的某一个。在本发明中，在钢板5的前端部产生了翘曲的情况下，有钢板5不会被插入加速冷却装置3的除水辊31的风险。因此，与对于钢板5的前后端部产生的长度方向的翘曲的矫正能力低的表皮光轧矫直机相比，优选的是利用矫正能力高的、能够重复弯曲的辊式矫直机进行矫正。

另外，在利用第一形状矫正装置2矫正钢板5时，钢板5的陡峭度优选的是矫正为不足2.0％。更优选的是矫正为不足1.0％。

另外，在加速冷却装置3中，难以将钢板宽度方向的流量管理为完全均匀。因此，有由于控制冷却时的温度不均而产生微量翘曲的情况，因此优选的是在利用加速冷却装置3控制冷却后利用第二形状矫正装置4进一步矫正钢板5。另外，作为第二形状矫正装置4，优选的是利用能够重复弯曲的辊式矫直机进行矫正。

除水辊31可以是中空构造，也可以是实心构造。另外，出于减少除水辊 31的挠曲的观点，提高辊的刚性较好，因此实心构造(实心辊)较恰当。而且，通过采用实心构造，也能够利用除水辊自身的自重减少液压等附加的按压负载。

作为冷却喷嘴32，不被特别限制，例如能够使用多个圆管喷流喷嘴、狭缝喷嘴、平坦喷雾器、角喷雾器(corner spray)、全锥形喷雾器、椭圆形喷雾器等喷射水单体的喷射喷嘴、相同形状的混合了水与空气的雾喷射喷嘴。

另外，按压负载控制机构33可以是弹簧等弹簧型、或能够赋予气压、液压那种一定的按压压力的任意一类型，但在本发明中，重要的是使除水辊31 维持不会挠曲的程度的按压负载。因此，优选的是能够维持一定的按压力的控制机构。但是，在弹簧型的情况下，弹簧(发条)的压入量根据钢板5的形状而变化，其结果，按压负载也大幅变化，因此在弹簧型的控制机构的情况下，在第一形状矫正装置2对钢板的形状矫正中，需要将钢板的陡峭度抑制为较低(优选的是不足1.0％)。因而，优选的是使用了可期待一定的按压负载的液压、气压的控制机构。

另外，本发明优选的是应用于板厚30mm以下以及/或者板宽3000mm 以上的钢板，能够抑制轧制所引起的形状不良的产生。

实施例1

使用图1所示的制造设备制造了钢板。利用热延轧制机1制造板厚25mm、板宽3500mm的钢板5，接着，利用第一形状矫正装置2将钢板5的形状矫正为规定的陡峭度，并输送到加速冷却装置3。另外，钢板5的陡峭度通过调整第一形状矫正装置2的压下设定而控制。另外，根据需要利用第二形状矫正装置4进行矫正，在利用第二形状矫正装置4矫正后产生了应变的情况下，利用冷矫正机再次进行矫正。

作为加速冷却装置3，如图2所示那样设置一台在除水辊31之间配置冷却喷嘴32、并且具备按压负载控制机构33的单元，在钢板5的行进方向上使用了10台的配置。按压负载控制机构33采用气压式。另外，除水辊31采用主体长度6000mm、辊外径400mm、辊内径320mm的中空辊。

首先，作为第一实施例，对于钢板5的陡峭度以及除水辊31的按压负载 P与冷却后的钢板的温度分布以及之后的形状的关系进行了调查(发明例1～ 2以及比较例2～4)。

在控制冷却后，确认钢板宽度方向的温度偏差，出于获得规定的材质的观点，将钢板宽度方向的温度偏差为25℃以内设为合格。对于温度偏差超过 25℃的材料，再次利用冷矫正机实施了满足规定的产品规格的程度的再矫正。

将结果表示在表1中。

[表1]

P＝37×((L-W)×W²/(D⁴-d⁴))^-1.25…(1)

发明例1～2是将除水辊31的按压负载设定为作为由本发明的式(1)表示的按压负载P(15.3ton)以下的10ton的例子。发明例1、2陡峭度分别为 0.75％、1.5％，宽度方向的温度偏差分别为12℃、22℃这一合格范围内。另外，在利用第二形状矫正装置4矫正后，钢板也平坦，不需要再次矫正。而且，在机械试验中，也没有拉伸强度的偏差，较为良好。另外，若比较发明例1与2，则钢板的陡峭度小的发明例1的温度偏差进一步得以改善。

比较例2～4是将除水辊31的按压负载设定为比由本发明的式(1)表示的按压负载P(15.3ton)大的30ton的例子。在该情况下，无关于钢板5的陡峭度，在板宽方向上产生了较大的温度偏差(58～72℃)。在实施中的观察中，在钢板上的特别是宽度方向中央部观察到大量的滞留水，推测未能利用除水辊31拦截冷却水。另外，在宽度方向中央部存在滞留水，认为产生了较大的温度偏差。而且，比较例2～4的钢板在利用第二形状矫正装置4矫正之后产生了较大的应变，因此需要再次利用冷矫正机进行再次矫正，产生了追加的制造成本。而且，在进行比较例2～4的钢板的机械试验时，拉伸强度有大幅偏差。

接下来，作为第二实施例，调查了利用第一形状矫正装置2使加速冷却前的钢板5平坦化而使陡峭度为0.75％，接着利用加速冷却装置3进行控制冷却时的钢板的板宽以及除水辊31的按压负载和冷却后的钢板的温度分布以及之后的形状(发明例3～4以及比较例5～6)。

在板厚设为30mm、板宽设为2000mm与5000mm的情况下实施。另外，宽度方向的温度偏差与第一实施例相同，以在板宽方向上成为25℃以内为目标。另外，与第一实施例相同，对于温度偏差超过25℃的材料，再次利用冷矫正机进行了再次矫正。

将结果表示在表2中。

[表2]

P＝37×((L-W)×W²/(D⁴-d⁴))^-1.25…(1)

发明例3是将除水辊31的按压负载设定为比由本发明的式(1)表示的按压负载P(34.5ton)低的30ton的情况。在发明例3中，宽度方向的温度偏差为18℃这样小，在合格范围内，不需要利用第二形状矫正装置4矫正。另外，在实施中的观察中，在发明例3中也没有滞留水。另一方面，比较例5 是设为与发明例3相同的宽度、并将除水辊的按压负载设为比由本发明的式 (1)表示的按压负载P(34.5ton)大的50ton的例子。比较例5在板宽方向上产生了较大的温度偏差(100℃)。在钢板上的特别是宽度方向中央部观察到大量的滞留水，因此推测未能利用除水辊31拦截冷却水。另外，与之前的比较例相同，比较例5的钢板在用第二形状矫正装置4矫正之后产生了较大的应变，因此需要利用冷矫正机再次矫正，产生了追加的制造成本。而且，在机械试验中，拉伸强度有大幅偏差。

发明例4是将除水辊31的按压负载设定为比由本发明的式(1)表示的按压负载P(19.7ton)低的15ton的情况。在发明例4中，宽度方向的温度分布为10℃这样良好，在利用第二形状矫正装置4矫正后，钢板形状也较为平坦。另一方面，在比较例6中，温度偏差成为100℃，产生了较大的过冷。在比较例6中，在钢板上的特别是宽度方向中央部观察到大量的滞留水，推测未能利用除水辊31拦截冷却水。另外，与之前的比较例相同，比较例6的钢板在用第二形状矫正装置4矫正后产生了较大的应变，因此需要利用冷矫正机再次矫正，产生了追加的制造成本。而且，在机械试验中，拉伸强度有大幅偏差。

通过以上得知，在使钢板的形状平坦化的同时，利用除水辊以规定的按压负载限制钢板而使钢板的温度分布均匀化，可获得平坦度优异的钢板，而且，通过板宽适当地使按压负载变化，能够使钢板的温度分布均匀化，制造平坦度优异的钢板。

附图标记说明

1热轧机

2第一形状矫正装置

3加速冷却装置

31除水辊

32冷却喷嘴

33按压负载控制机构

4第二形状矫正装置

5钢板

W板宽

L辊主体长度

P按压负载

δ波高度

p波间距

Claims (10)

1.一种钢板的制造设备，依次配置有热轧机、第一形状矫正装置、加速冷却装置，

加速冷却装置具备除水辊，除水辊上下限制钢板，加速冷却装置具有控制机构，该控制机构对用于限制钢板的按压负载P进行控制。

2.根据权利要求1所述的钢板的制造设备，其特征在于，

按压负载P满足下述式(1)。

P≤37×((L－W)×W²/(D⁴－d⁴))^－1.25…(1)

其中，

P：按压负载(ton)

L：辊主体长度(mm)

W：板宽(mm)

D：辊外径(mm)

d：辊内径(mm)。

3.根据权利要求1或2所述的钢板的制造设备，其特征在于，

接着加速冷却装置而配置有第二形状矫正装置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板的制造设备，其特征在于，

第一形状矫正装置以及/或者第二形状矫正装置是辊式矫直机。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢板的制造设备，其特征在于，

第一形状矫正装置将钢板的陡峭度矫正为不足2.0％。

6.一种钢板的制造方法，其特征在于，

依次配置热轧机、第一形状矫正装置、加速冷却装置，

在通过热轧机轧制钢板之后，利用第一形状矫正装置矫正钢板的形状，接着在加速冷却装置中，利用除水辊以规定的按压负载P上下限制钢板，同时将钢板冷却。

7.根据权利要求6所述的钢板的制造方法，其特征在于，

按压负载P满足下述式(1)，

P≤37×((L－W)×W²/(D⁴－d⁴))^－1.25…(1)

其中，

P：按压负载(ton)

L：辊主体长度(mm)

W：板宽(mm)

D：辊外径(mm)

d：辊内径(mm)。

8.根据权利要求6或7所述的钢板的制造方法，其特征在于，

接着加速冷却装置配置第二形状矫正装置，利用第二形状矫正装置进一步矫正钢板的形状。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的钢板的制造方法，其特征在于，

第一形状矫正装置以及/或者第二形状矫正装置是辊式矫直机。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的钢板的制造方法，其特征在于，

在第一形状矫正装置中，将钢板的陡峭度矫正为不足2.0％。

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