CN117980508A - 厚钢板的制造方法及制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种制造设备及制造方法，其不增设附带设备，并且不消耗额外的能量，尽可能地将膜沸腾状态维持至低温。进行厚钢板的水冷的厚钢板的制造方法，其使用水冷装置，前述水冷装置具有多组沿前述厚钢板的搬运方向配置的至少上下1对的冷却水喷射喷嘴，使前述冷却水喷射喷嘴的冷却水的喷射速度为0.4m/s以上30m/s以下来进行前述厚钢板的水冷。

Description

厚钢板的制造方法及制造设备

技术领域

本发明涉及厚钢板的制造方法及制造设备。

背景技术

近年来，随着建筑结构物的大型化，要求所使用的钢材的高强度化。同时，从安全性的观点考虑，还要求具有高的容许应力，以及降低屈服强度相对于拉伸强度之比即屈服比。这是因为若降低屈服比，则即使施加屈服点以上的应力，达到破坏所容许的应力及均匀伸长率也变大，从而成为适合于建筑结构物的塑性变形能力优异的钢材。

制造低屈服比钢的基本技术构思如下。制作铁素体相和贝氏体或马氏体相的复合组织，通过软的铁素体相保持低屈服应力。并且，通过利用硬的贝氏体或马氏体相得到高的拉伸强度来降低屈服比。

一般而言，复合组织主要通过控制冷却，特别是刚热轧后不久的加速冷却来得到。更具体而言，将加速冷却分为前段的缓冷和后段的急冷这2个阶段，利用前段的缓冷使软质的铁素体相充分成长。并且，通过利用后段的急冷得到硬质的贝氏体或马氏体相，从而得到实现低屈服比的复合组织。

例如，专利文献1中记载了由包含软质的铁素体相和硬质的贝氏体或马氏体相的复合组织构成的、屈服比低、焊接性高的钢管的制造方法。根据专利文献1所示的低屈服比焊接钢管的制造方法，将热轧刚结束后不久的钢板分成2个阶段来实施加速冷却，即缓慢冷却至其温度达到600℃左右的前段冷却和其后急速冷却至卷绕温度的后段冷却。并且，利用前段的缓冷使软质的铁素体相充分成长，利用后段的急冷得到硬质的贝氏体或马氏体相。

另外，根据专利文献1，在将钢板焊接成钢管的状态下，将钢管的壁厚设为t、将外径设为D时，得到满足t/D≤2时屈服比≤80％、2<t/D≤3时屈服比≤85％、t/D>3时屈服比≤88％的低屈服比焊接钢管。作为用于使软质的铁素体相析出的具体的冷却速度，专利文献2中公开了对板厚25mm的厚钢板实施冷却速度为5～15℃/s的缓冷的技术。

图2示出高温厚钢板水冷工艺中的厚钢板表面温度的履历的一个例子。如图2所示，在水冷的初始阶段，在厚钢板与水之间有蒸汽膜的膜沸腾状态下进行冷却。由于在膜沸腾状态下，水不与厚钢板直接接触，因此冷却能力的指标即热传导率低，表面温度的下降也缓慢。

但是，表面温度达到700～500℃左右时，变得难以维持水与厚钢板之间的蒸汽膜，从而在水与厚钢板部分接触的过渡沸腾状态下进行冷却。一旦水与厚钢板发生接触时，由于与厚钢板接触的水的蒸发使钢板附近的水的流动变得剧烈，热传导率急剧上升，表面温度急剧下降。并且，在这之后，保持高热传导率的状态不变地、转移到厚钢板与水稳定接触的核沸腾状态，表面温度急剧下降至水温附近。

如专利文献1或专利文献2中记载的技术所述，在将厚钢板缓慢冷却至600℃左右的情况下，优选在热传导率低的膜沸腾状态下冷却厚钢板。但是，如前所述，膜沸腾状态在厚钢板表面温度达到700～500℃左右时，过渡为热传导率高的核沸腾状态。一旦转为核沸腾状态，则厚钢板表面温度急剧下降、冷却速度变得过大，不能制造具有所希望特性的厚钢板。此外，在厚钢板内部分地发生转为核沸腾状态的情况下，不能仅在该部分形成规定的材质，不能在厚钢板整个面上得到均质的特性。因此，在以膜沸腾状态对厚钢板进行水冷时，重要的是控制从膜沸腾状态向核沸腾状态过渡的温度，从而稳定地保持膜沸腾状态。

需要说明的是，从图2所示的水冷工艺的示意图可知，膜沸腾状态必然会转为核沸腾状态。针对其下限值，即过渡温度的下限值，例如在非专利文献1中认为能够利用自发成核温度来管理。即，冷却介质与厚钢板的界面温度超过冷却介质的自发成核温度是用于在冷却介质中生成蒸发核并转为膜沸腾状态的必要条件。

在将热传导率设为λ、将热扩散率设为α、将温度设为T，以下标w表示冷却介质的参数、以下标s表示厚钢板的参数时，冷却介质和厚钢板的界面温度Tb由式1表示。

[数学式1]

在冷却介质为水的情况下，Tb约为300℃，因此若将水温Tw设为30℃，则在对碳钢进行水冷的情况下，水中发生自发成核时的厚钢板温度Ts约为330～350℃。因此，膜沸腾状态即使在物理上低也仅能维持至330～350℃，在厚钢板表层温度为其以上的温度时，需要停止膜沸腾冷却。因此，应该注意的是，对厚钢板喷射冷却水应该在厚钢板的表背层的温度低但达到350℃前进行。

在所要求的冷却速度高的情况下，可以通过使过渡温度上升来间歇地进行核沸腾状态和空冷状态。例如，在专利文献3中，利用夹送辊分隔在厚钢板的搬运方向上成列配置的冷却喷嘴，交替地设置通过喷射大流量的水而实现的核沸腾状态的急冷和不喷射水的空冷状态。由此，能够以表层冷却速度为30℃/s以上的冷却速度稳定地进行冷却。

作为不伴随上述那样的沸腾过渡的冷却，可以考虑向厚钢板喷射气体(例如，空气)。但是，一般而言，气体的强制对流的冷却能力与水冷的膜沸腾冷却能力相比低1个数量级，为了得到目标的冷却速度，需要以高速喷射气体。因此，需要在利用压缩机等压缩气体后进行喷射，但考虑到制造成本因压缩机的电消耗而增大，则不优选。

鉴于以上情况，在将低屈服比钢分为前段的缓冷和后段的急冷来制造形成复合组织的商品时，优选将前段的缓冷在热传导率低的膜沸腾状态下进行水冷。但是，若厚钢板表面的温度达到700～500℃，则膜沸腾状态过渡为热传导率高的核沸腾状态，因此将膜沸腾状态稳定地维持至低温变得重要。

作为将膜沸腾状态稳定地维持至低温的技术，例如，专利文献4中公开了通过使冷却水为高温来降低向核沸腾状态的过渡温度的技术。另外，专利文献5中公开了通过向水中添加蒸汽来降低向核沸腾状态的过渡温度，同时使膜沸腾状态下的热传导率上升的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-17980号公报

专利文献2：日本特开2005-313223号公报

专利文献3：日本特开2005-154841号公报

专利文献4：日本特开昭58-71339号公报

专利文献5：日本特开平10-300301号公报

非专利文献

非专利文献1：动力炉·核燃料开发事业团、“与原子炉安全性评价相关的蒸汽爆发现象”、1980年2月

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献2记载的技术中没有提及用于将5～15℃/s的弱冷却维持至充分低温的具体方法，其下限为600℃。鉴于工艺、成分的偏差，考虑到需要缓慢冷却至600℃以下的低温，因此认为通过专利文献2中记载的技术制造的商品的特性不稳定。

对于专利文献3中公开的技术而言，通过交替地设置核沸腾状态的急冷和空冷状态而进行的冷却限定于表层冷却速度为30℃/s以上的条件。因此，对于专利文献5的技术中要求的冷却速度为5～15℃/s的工艺这样的、表层冷却速度小于30℃/s的低冷速工艺，不能应用专利文献3的技术。

作为用于降低过渡温度的技术，如专利文献4那样，为了使水温上升，除了需要加热器等附带设备之外，还存在由于其运行成本而使制造成本增大的问题。此外，在循环利用厚钢板的冷却水的情况下，冷却水温度根据厚钢板的提取效率而变动，因此其管理变得更加困难。

另外，在如专利文献5那样使用蒸汽的情况下，也需要产生蒸汽的附带设备。此外，需要新设置用于控制蒸汽量的阀、总管等，造成因设备费用的增大、管理项目的增加而导致的维护性的恶化。此外，在两个现有技术中，均是通过使冷却水温上升来降低从膜沸腾向核沸腾状态的过渡温度。但是，从节能的观点考虑，不优选额外消耗用于水温上升的能量。

但是，已知一般冷却区域内的冷却水的水量密度与冷却能力具有相关性。因此，在以所希望的冷却速度对厚钢板进行冷却的情况下，对区域内的冷却水的水量密度进行控制来调整冷却能力。另一方面，冷却区域内的冷却水的水量密度还与从膜沸腾状态过渡为核沸腾状态的瞬间的厚钢板表层温度(以下称为过渡温度)具有相关性。因此，在现有技术中，在存在所希望的冷却速度的情况下，不能以降低过渡温度为目的而使水量密度降低，不能仅独立地使过渡温度下降。

因此，如非专利文献1所记载，虽然提出了能够维持膜沸腾状态的冷却的物理的下限温度，但是还不知道针对在固定了水量密度的参数的状态下降低沸腾过渡温度的方法。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种厚钢板的制造方法及制造设备，其不增设附带设备，并且不消耗额外的能量，将膜沸腾状态维持至低温。

用于解决课题的手段

解决上述课题的本发明的主要构成如下。

[1]厚钢板的制造方法，其进行厚钢板的水冷，前述厚钢板的制造方法使用水冷装置，前述水冷装置具有多组沿前述厚钢板的搬运方向配置的至少上下1对的冷却水喷射喷嘴，使前述冷却水喷射喷嘴的冷却水的喷射速度为0.4m/s以上30m/s以下来进行前述厚钢板的水冷。

[2]如[1]中记载的厚钢板的制造方法，其中，使在前述水冷装置内的前述厚钢板的表层冷却速度为0.4℃/s以上29℃/s以下。

[3]如[1]或[2]中记载的厚钢板的制造方法，其中，在前述水冷之前进行前述厚钢板的除锈。

[4]如[1]～[3]中任一项记载的厚钢板的制造方法，其中，在前述水冷之前进行前述厚钢板的氧化皮除去处理及加热。

[5]如[1]～[4]中任一项记载的厚钢板的制造方法，其中，在前述水冷之后测定前述厚钢板的上下面中的任一面或两面的温度。

[6]如[2]～[5]中任一项记载的厚钢板的制造方法，其中，通过控制从前述冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水量来控制前述表层冷却速度。

[7]如[1]～[6]中任一项记载的厚钢板的制造方法，其中，通过控制前述冷却水喷射喷嘴的根数及前述厚钢板的搬运速度来控制前述厚钢板的冷却停止温度，使前述冷却停止温度为以前述厚钢板的表层温度计为350℃以上。

[8]厚钢板的制造设备，其进行厚钢板的水冷，前述厚钢板的制造设备具备：水冷装置，其具有多组沿前述厚钢板的搬运方向配置的至少上下1对的冷却水喷射喷嘴；和控制装置，其将从前述冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水的喷射速度控制在0.4m/s以上30m/s以下。

[9]如[8]中记载的厚钢板的制造设备，其中，前述控制装置将在前述水冷装置内的前述厚钢板的表层冷却速度控制在0.4℃/s以上29℃/s以下。

[10]如[8]或[9]中记载的厚钢板的制造设备，其在前述水冷装置的入口侧还具备除锈装置。

[11]如[8]～[10]中任一项记载的厚钢板的制造设备，其在前述水冷装置的出口侧还具备测定前述厚钢板的上下面中的任一面或两面的温度的温度计。

[12]如[8]～[11]中任一项所述的厚钢板的制造设备，其中，前述控制装置还控制从前述冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水量。

[13]如[8]～[12]中任一项所述的厚钢板的制造设备，其中，前述控制装置控制前述冷却水喷射喷嘴的根数及前述厚钢板的搬运速度。

发明效果

根据本发明的厚钢板的制造设备及制造方法，在以显著低的冷却速度对厚钢板进行水冷时，能够将膜沸腾状态稳定地维持至低温。通过将膜沸腾状态稳定地维持至低温，能够制造在整个面上特性均质的厚钢板。

附图说明

图1是示出厚钢板的热处理设备的概略构成的图。

图2是示出水冷工艺中的厚钢板表面温度履历的曲线图。

图3是示出冷却水的喷射速度与厚钢板的过渡温度的关系的曲线图。

图4是示出控制装置等的构成的框图。

图5是示出具备脱水辊的热处理设备的概略构成的图。

图6是示出具备脱水清洗喷嘴的热处理设备的概略构成的图。

图7是示出具备脱水辊及脱水清洗喷嘴的热处理设备的概略构成的图。

图8是示出在水冷装置的入口侧及出口侧具备大流量冷却水喷射喷嘴的热处理设备的概略构成的图。

图9是示出在水冷装置的内侧具备大流量冷却水喷射喷嘴的热处理设备的概略构成的图。

图10是示出实施例中涉及的厚钢板的热处理设备的概略构成的图。

图11是示出冷却区域的水量密度与冷却速度的关系的曲线图。

图12是示出冷却区域的水量密度与喷射速度的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图针对本发明的实施方式进行说明。以下示出实施方式是例示出用于将本发明的技术构思具体化的装置、方法，本发明的技术构思不特定于下述实施方式中的构成部件的材质、形状、构造、配置等。另外，附图是示意性的。因此，应注意厚度与平面尺寸的关系、比率等与现实的不同，在附图相互之间也包含相互的尺寸的关系、比率不同的部分。

图1是示出本发明的一个实施方式的厚钢板的热处理设备的概略构成的图。如图1所示，本发明的一个实施方式的厚钢板的热处理设备1是离线型(off-line)的设备，其具备下述部件作为主要的构成要素：对厚钢板S实施氧化皮除去处理的氧化皮除去装置(未图示)、将厚钢板S加热至规定温度的加热炉2、对利用加热炉2加热后的厚钢板S进行冷却的水冷装置3、在加热炉2与水冷装置3之间对厚钢板S进行除锈的除锈装置9、对水冷装置3的出口侧的厚钢板S的温度进行测量的温度计4，以及控制水冷装置3的动作的控制装置10。另外，热处理设备1相当于本发明中的“厚钢板的制造设备”。

在加热炉2中装入厚钢板S，所述厚钢板S是在位于不同于热处理设备1的场所处的热轧线热轧至规定的厚度(例如30mm)及宽度(例如2000mm)并被冷却至室温程度的厚钢板S。在加热炉2中将厚钢板S加热至规定温度(例如910℃)。从加热炉2提取的厚钢板S由设置于加热炉2的出口侧的多个案辊6搬运并利用水冷装置3进行冷却。

需要说明的是，一般而言，在离线型的热处理设备中，厚钢板在被从加热炉2提取并利用水冷装置3冷却结束为止几乎以恒定速度进行搬运，因此在厚钢板的前后端的冷却开始温度差小。即，将厚钢板的加热温度设为T0、将加热炉2至水冷装置3的距离设为L0、将厚钢板的搬运速度设为V0时，厚钢板的前端部于温度T0被提取，经放冷时间L0/V0进行冷却。在离线型的热处理设备中，加热炉2至水冷装置3的距离L0短，因此即使厚钢板的前端部从加热炉2被提取并到达水冷装置3的入口，厚钢板的后端部在加热炉2内也保持在温度T0。因此，厚钢板的后端部也以与前端部相同的温度T0被提取，经放冷时间L0/V0进行冷却，因此能够在厚钢板的全长上保持冷却开始温度恒定。如此，在容易因放冷而温度下降的厚钢板中，有利于制造在整个面上材质均质的厚钢板，这是离线型的热处理设备的特征。

但是，本发明也能够应用于在线型(on-line)的热处理设备。在此情况下，将具备加热设备、轧制设备和水冷装置的厚钢板的热处理设备作为对象，前述加热设备对厚钢板进行加热，前述轧制设备对利用加热设备加热后的厚钢板进行轧制，前述水冷装置对利用轧制设备轧制至规定板厚的厚钢板进行冷却。在此情况下，在厚钢板在水冷装置的入口侧是被加热到高温的状态，这一点与离线型的热处理设备相同。另一方面，在在线型的热处理设备中，对于从刚轧制后不久至冷却开始为止的放冷时间而言，厚钢板的后端部比前端部的时间长。因此，将厚钢板的长度设为L、将厚钢板的搬运速度设为v时，后端部和前端部以时间L/v产生放冷时间差。因此，即使在轧制后的厚钢板温度均匀的情况下，由于后端部由于放冷时间差而被额外放冷，因此也产生前端部和后端部的冷却开始温度差，得不到在整个面上特性均质的厚钢板。因此，优选如后述那样利用控制装置10来预测厚钢板的温度，并根据结果在厚钢板S的长度位置上变更水冷装置3的操作条件。

在加热炉2中，优选利用无氧化气氛(例如，氮气氛)进行加热。这是因为如后述那样，过渡温度受氧化皮的厚度影响，氧化皮越厚，越容易从膜沸腾状态过渡为核沸腾状态。此时，加热炉2内的氧浓度优选控制在1％(体积％)以下。

水冷装置3具备以规定的冷却条件对厚钢板S进行水冷的水冷装置3。水冷装置3配置多对上侧的冷却水喷射喷嘴32a及下侧的冷却水喷射喷嘴32b，它们相对于厚钢板S的搬运方向上下成对，并沿厚钢板S的搬运方向以规定间距排列。从冷却水喷射喷嘴32(上侧的冷却水喷射喷嘴32a及下侧的冷却水喷射喷嘴32b)向厚钢板S喷射冷却水7。即，具有多组沿厚钢板S的搬运方向配置的至少上下1对的冷却水喷射喷嘴。另外，厚钢板S一边由沿厚钢板S的搬运方向以规定间距排列而配置的案辊6进行搬运一边被冷却。需要说明的是，将以一对冷却水喷射喷嘴32a、32b为单位的冷却区间称作冷却区域，冷却区域将单位作为“区域”来计数。图1中，冷却区域被描述为共计7个区域，但7个区域以外也不损害本发明的效果。

水冷装置3的操作参数中包含从一对冷却水喷射喷嘴32a、32b喷射的冷却水7的水量(冷却水量)、和利用案辊6搬运的厚钢板S的搬运速度。冷却水量越多，厚钢板S的冷却速度及温度下降量越大。另一方面，厚钢板S的搬运速度越低，厚钢板S的温度下降量越大。另外，通过组合这些操作参数，能够控制作为用于得到所希望的材质的冷却条件的冷却停止温度、冷却速度。

作为水冷装置3的操作参数，也可以设定冷却水量在每个冷却区域的平衡(例如，在上游侧的冷却区域增大冷却水量、在下游侧的冷却区域减少冷却水量等)。这是因为能够根据厚钢板S的温度域控制冷却速度。并且，也可以设定喷射冷却水的冷却区域的数量。这是因为能够根据所使用的冷却区域的数量使冷却速度相同并控制冷却停止温度。

冷却速度优选能够根据材质进行各种变更，从得到软质的铁素体相的观点考虑，表层冷却速度优选为29℃/s以下。更优选以15℃/s以下、进一步优选以10℃/s以下的表层冷却速度对厚钢板S进行冷却。另外，若表层冷却速度小于0.4℃/s，则成为与放冷几乎同等的冷却速度，从而生产效率下降。因此，表层冷却速度优选为0.4℃/s以上。

根据图2示出的水冷工艺的示意图，如上所述，膜沸腾状态必然会转为核沸腾状态，之后温度的下限大致为330℃至350℃。因此，向厚钢板S的冷却水7的喷射优选在厚钢板S的表背面温度为350℃以上、更优选为400℃以上停止即可。

另外，若将图3示出的冷却水的喷射速度V与过渡温度Tt的关系公式化，则如式2所示。

[数学式2]

T_t＝400×V^0.1371···(式2)

若将用于稳定地喷射后述的冷却水的喷射速度代入其中，则V＝0.4m/s时Tt＝350℃、V＝0.9m/s时Tt＝400℃。由此，向厚钢板S的冷却水7的喷射优选以厚钢板S的表背面温度为350℃以上、更优选为400℃以上停止即可。

在上述温度停止冷却时容易成为核沸腾状态。因此，优选利用已知的技术实施核沸腾状态的急冷。为了维持核沸腾引起的冷却，优选冷却区域的最小水量密度为300L/(m²·min)以上。另外，即使是高温且含热量大的厚钢板，也应该考虑可靠地进行核沸腾引起的急速冷却，因此冷却区域中的最小水量密度更优选为1000L/(m²·min)以上。进一步优选为1500L/(m²·min)以上，最优选为2000L/(m²·min)以上。另一方面，在冷却区域中，若水量密度比4000L/(m²·min)大，则即使提高水量密度，冷却速度也几乎没有变化。因此，从冷却水的动力等经济性的观点考虑不优选，因此最大水量密度可以为4000L/(m²·min)以下。

进而，本申请的发明人深入研究的结果，发现在区域内水量密度相同的情况下，过渡温度与从冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水的喷射速度具有相关性。图3示出了从冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水的喷射速度与过渡温度的关系。由图中可知，冷却水的喷射速度与过渡温度呈正相关。此外，由图中还可知，如专利文献1中示出的技术那样，在进行至600℃为止的缓冷的情况下，所喷射的冷却水应该控制在30m/s以下。因此，在稳定地维持膜沸腾状态时，从冷却水喷射喷嘴32喷射的冷却水的喷射速度应该控制在30m/s以下，优选控制在20m/s以下、进一步优选控制在7m/s以下。另外，为了稳定地射出从冷却水喷射喷嘴32射出的冷却水7，喷射速度应该控制在0.4m/s以上、优选控制在0.9m/s以上。

冷却水喷射喷嘴32能够使用能够以规定的喷射速度均匀地喷射冷却水的喷雾喷嘴。此时，优选使冷却水在喷嘴内部旋转并射出的喷雾形式、具体而言、如全圆锥喷雾、方形喷雾那样的形式。这是因为通过在喷嘴内部对水施加旋转力，从而能够降低冷却水的喷射速度。只要能够充分降低喷射速度，则也可以使用狭缝型的喷嘴、多孔喷流喷嘴、弥雾喷嘴。另外，冷却喷嘴优选能够根据以冷却水量密度为目标的冷却速度而进行各种变更。

需要说明的是，冷却水喷射喷嘴32的操作条件不限定于上述条件。即，也可以将冷却水喷射喷嘴32作为膜沸腾状态的冷却和核沸腾状态的冷却的兼用喷嘴，根据所希望的材质，分开使用上述条件下的膜沸腾状态的冷却、和喷射大流量的冷却水引起的核沸腾状态的冷却。

一般而言，已知过渡温度受生成于厚钢板S的表背面的氧化皮的影响。存在氧化皮越厚，过渡温度越高的倾向，因此为了稳定地维持膜沸腾状态，优选除去厚钢板S表背面的氧化皮。因此，优选在装入加热炉2前利用氧化皮除去装置除去生成于厚钢板S的表背面的氧化皮。需要说明的是，作为氧化皮除去装置，也可以使用喷丸装置对厚钢板S进行喷丸处理来除去表背面的氧化皮。另外，也可以使用酸洗装置对厚钢板S进行酸洗处理来除去表背面的氧化皮。此外，也可以使用研磨装置对厚钢板S进行研磨来除去表背面的氧化皮。

关于氧化皮的厚度，一般的热轧氧化皮(mill scale)为10～50μm左右。通过对于具有这样厚度的氧化皮的厚钢板S实施作为上述具体例举出的氧化皮除去处理，能够使氧化皮的厚度降低至小于1μm。因此，装入加热炉2的覆盖厚钢板S的表背面的氧化皮的厚度优选小于1μm。

需要说明的是，氧化皮除去装置未必需要配置于与热处理设备1相同的线内，也可以使用配置于其它线、其它设备、或者其它工厂的氧化皮除去装置。这是为了提高装入加热炉2的厚钢板S的物流的自由度，从而使生产效率提高。

从加热炉2提取的厚钢板S保持高温状态地暴露于大气气氛中。因此，在从加热炉2搬运至水冷装置3期间，在厚钢板S的表背面生成氧化皮。因此，优选在加热炉2与水冷装置3之间配置除锈装置9对附着于厚钢板S的表背面的氧化皮进行除锈。

而且，也可以配置除锈装置9和氧化皮除去装置这两者。只要利用氧化皮除去装置除去在装入加热炉2之前生成于厚钢板S的氧化皮、利用除锈装置9除去生成于从加热炉2提取的厚钢板S的氧化皮，则能够均匀且容易地除去氧化皮。

关于氧化皮的厚度，一般的热轧氧化皮为10～50μm左右。通过对于具有这样厚度的氧化皮的厚钢板S实施除锈处理，能够使氧化皮的厚度降低至小于1μm。因此，进入水冷装置3的覆盖厚钢板S的表背面的氧化皮的厚度优选小于1μm。

厚钢板S以在如上所述的350℃以上的温度停止的方式通过水冷装置3。因此，通过将温度计4设置于水冷装置3的出口侧来测量利用水冷装置3进行冷却的厚钢板S的表面温度，能够确认厚钢板S是否能够如预想的那样冷却。另外，通过将加热温度信息和温度测定结果合并来进行计算、传热模拟，算出水冷中的冷却速度，也能够确认厚钢板S是否能够如预想的那样冷却。而且，通过测定水冷后的厚钢板S的面内温度分布，也可以确认厚钢板S是否被均匀地冷却。

温度计4是通过在厚钢板S的宽度方向上扫描温度计的方式、在厚钢板S的宽度方向上配置单个或多个温度计的方式等来测量厚钢板S的温度的装置。另外，温度计4对厚钢板的上下面中的任一面或两面的温度进行测定。

图1中，温度计4设置于水冷装置3的出口侧，但只要能够测定水冷装置3的冷却后的厚钢板温度，则也可以在水冷装置3之中设置温度计4。此时，也可以相对于厚钢板S的搬运方向排列设置多台温度计4来测定各冷却区域中的厚钢板S的温度。而且，也可以将温度计4设置于水冷装置3的入口侧来测定厚钢板S的加热温度、冷却开始温度。这是因为对水冷装置3的入口侧的厚钢板S的温度进行测温更加提高冷却速度的计算精度。

控制装置10由个人计算机等周知的信息处理装置构成。除厚钢板S的加热温度、板厚等尺寸信息外，控制装置10还从上位计算机11取得涉及用于得到所希望的材质所必须的冷却停止温度的目标范围(目标冷却停止温度)、冷却速度的目标范围(目标冷却速度)的信息。并且，控制装置10算出用于实现这样的条件的热处理设备1的操作条件，决定冷却装置3的各机器的操作参数。

本实施方式中，如图4所示，控制装置10通过执行计算机程序来发挥作为水冷条件运算部12的功能。水冷条件运算部12进行基于内部模型的传热计算，以满足作为冷却条件而设定的目标冷却停止温度、目标冷却速度的方式决定所使用的冷却区域的数量、冷却水量及厚钢板S的搬运速度。像这样决定的冷却水量和厚钢板S的搬运速度的指令值从水冷操作条件输出部13送至水冷装置3。在水冷装置3基于冷却水量和厚钢板S的搬运速度的指令值决定冷却水泵的工作压、工作台数、设置于冷却水喷射喷嘴32的上游侧的总管的根数、流量调节阀的开度、以及驱动案辊6的马达的旋转速度。

接下来，针对图1所示的使用热处理设备1的本发明的厚钢板的制造方法进行说明。首先，将下述厚钢板S装入加热炉2：通过与热处理设备1不同的热轧线(未图示)预先热轧为规定的厚度(例如30mm)及宽度(例如2000mm)，在达到室温后利用氧化皮除去装置除去氧化皮。然后，在加热炉2中将厚钢板S加热至规定温度。

然后，从加热炉2提取厚钢板S，利用设置于加热炉2的出口侧的多个案辊6进行搬运并利用水冷装置3进行冷却。在该冷却工序中，根据板厚和作为目标的原料的特性来通过控制装置10计算并设定所使用的区域数、水量，但在此作为例子示出在从图1所示的所有区域喷射水的情况下的制造方法。

首先，对于厚钢板S而言，从配置为上下7对的冷却水喷射喷嘴32向厚钢板S喷射冷却水7。在这些水冷装置内的水量密度及厚钢板S的搬运速度以得到目标的厚钢板特性的方式通过控制装置10设定，并对冷却水喷射喷嘴32及案辊6发出指令。

经该冷却工序的厚钢板S供于后工序。通过将从加热炉2提取的厚钢板S通过水冷装置，从而能够制造确保所希望的厚钢板特性(例如屈服比80％以下)的厚钢板。

以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于此，能够进行各种的变更、改良。例如，如图5所示，也可以在水冷装置3的出口侧设置脱水辊33来除去滞留于厚钢板S上的冷却水7。通过除去滞留于板上的冷却水7，能够更可靠地得到所希望的冷却停止温度、进而得到特性。

为了得到良好的脱水性，脱水辊33对厚钢板S的按压力可以优选为4吨以上、更优选为6吨以上、进一步优选为8吨以上。只要按压力为20吨以下，则脱水辊33不变形，能够得到更良好的脱水性。因此，按压力优选为20吨以下。

作为通过脱水辊33赋予按压力的机构，可以是弹簧等弹簧型，也可以是如气压、液压那样能够赋予恒定按压力的任何机构。从调整脱水辊33的挠曲的目的考虑，优选能够维持恒定按压力的机构，进而优选能够在厚钢板S的长度方向上变更按压力那样的具有响应性的机构。

如图6所示，也可以通过配置脱水清洗喷嘴34来代替脱水辊33，从而喷射脱水清洗35来除去滞留于厚钢板S上的冷却水7。脱水清洗35可以是液体、可以是气体，也可以喷射它们的混合流体。为了将厚钢板S的温度偏差保持得更小，优选使用气体。而且，从生产成本的观点考虑，更优选使用空气。

如图7所示，也可以并用脱水辊33和脱水清洗喷嘴34。另外，也可以在水冷装置3的入口侧配置脱水辊33及脱水清洗喷嘴34中的任一者或其两者，从而从水冷装置3除去泄漏的冷却水7。这是因为能够更正确地控制厚钢板S的冷却开始温度。

并且，也可以不限定于水冷装置3的出入口侧，在各冷却区域的出入口侧配置脱水辊33及脱水清洗喷嘴34中的任一者或其两者来分隔各冷却区域。这是因为在各冷却区域喷射不同水量时，能够分隔冷却水量不同的区域，使厚钢板的温度履历准确。此外，例如能够使水冷装置3的最靠入口侧的喷射停止而使冷却时间缩短等、自由地设定所使用的喷嘴对的数量。由此，被冷却的厚钢板能够得到的温度履历更丰富，能够根据要求特性进行适当的冷却。

如图8所示，也可以在水冷装置3的出入口侧中的任一侧或两侧设置能够喷射发明范围外的水量的大流量冷却水喷射喷嘴36(上侧的大流量冷却水喷射喷嘴36a及下侧的大流量冷却水喷射喷嘴36b)，并根据作为目标的厚钢板S的特性使用它们来冷却厚钢板S。设置有大流量冷却水喷射喷嘴36的冷却区域数在图8中为水冷装置3的入口侧3个区域、出口侧3个区域，但3个区域以外也不影响效果。

并且，如图9所示，也可以在水冷装置3内将冷却水喷射喷嘴32和能够喷射发明范围外的水量的大流量冷却水喷射喷嘴36配置于同一冷却区域。这是因为，通过组合本发明的缓冷和发明范围外的急冷，能够得到进一步丰富的温度履历。图9中，配置于同一冷却区域的冷却水喷射喷嘴32和大流量冷却水喷射喷嘴36共计7个区域，但7个区域以外也不影响效果。此外，也可以在水冷装置3的出入口侧中的任一侧或两侧设置能够喷射发明范围外的水量的大流量冷却水喷射喷嘴36。

实施例

以下，对使用本实施方式涉及的厚钢板的制造方法制造厚钢板的实施例进行说明。

在图10所示的设备中，将预先利用喷丸加工除去了氧化皮的室温状态的厚钢板(板厚19mm、25mm、40mm×板宽3500mm×板长7m)利用加热炉在氮气氛下加热至840℃。然后，利用位于距离加热炉2.0m位置的水冷装置进行冷却，从而制造屈服比为80％以下的低屈服比调质钢。

作为冷却对象的厚钢板的原料如下：在实验室实施的小样本的热循环试验中加热至840℃后，以冷却速度6℃/s冷却至450℃后，进行急速冷却至室温的试验，组织为铁素体+贝氏体，屈服比为75％。铁素体+贝氏体作为厚钢板S的目标组织，但从其它试验确认到，即使板厚方向的一部分(例如表层附近)为铁素体+马氏体，特性也没有明显劣化。因此，在利用实际的热处理设备以与本热履历相同的热履历制造厚钢板的情况下，预计为铁素体+贝氏体的混相组织，屈服比为75％，以此为目标的组织及低屈服比。需要说明的是，屈服比80％以下为合格。

水冷装置3配置于加热炉2的出口侧，在其内部配置有上下7对冷却水喷射喷嘴32。并且，在其出口侧配置有温度计4，能够对冷却后的厚钢板S的表层温度进行测温。温度计4是测定厚钢板S的宽度方向温度分布的扫描型温度计。对厚钢板整个面测定的厚钢板表面温度之中，将由最大值减去最小值所得的值作为厚钢板内的温度偏差值进行评价。

为了在整个面上得到均匀的厚钢板，需要以在整个面上成为均匀的冷却速度和冷却停止温度的方式进行冷却。因此，以冷却停止温度来评价厚钢板面内的特性的均匀性，厚钢板内的温度偏差值控制在±25℃以内的厚钢板为合格。

并用全圆锥喷嘴和扁平喷雾喷嘴的这2种作为冷却水喷射喷嘴32。需要说明的是，从这些喷嘴喷射的冷却水的速度事先在实验室内进行测定，对照其结果和操作条件的结果确认了是否控制在本发明的范围内。

在制造厚钢板S时，以厚钢板表层处的800℃至650℃范围的平均冷却速度为4℃/s、在温度计4的时间点的厚钢板表层温度为450℃的方式设定冷却水喷射喷嘴32的使用根数和各区域的水量密度、厚钢板的搬运速度。另外，从水冷装置3排出的厚钢板S供于作为后工序的急速冷却，通过周知的技术急速冷却至室温。

首先，为了把握水量密度与冷却速度的关系进行了下述预备实验：将厚钢板S高温加热至1000℃后，水冷至650℃。将厚钢板S利用氮气氛的加热炉2加热至1000℃后，利用水冷装置3进行冷却。以水冷装置3出口侧的温度计4处的厚钢板S的表层温度为650℃±25℃、厚钢板S的表层处的800℃至650℃范围的平均冷却速度为4～10℃/s的方式设定冷却水喷射喷嘴32的使用根数和各区域的水量密度、厚钢板的搬运速度。

另外，使用全圆锥喷嘴和扁平喷雾喷嘴这2种作为冷却水喷射喷嘴32，比较各结果。另外，对利用水冷装置3出口侧的温度计4测定的厚钢板S的表层温度和厚钢板S的加热温度均实施一维的传热模拟，计算厚钢板S的表层处的800℃至650℃范围的平均冷却速度。

水冷装置3内的冷却区域的水量密度与冷却速度的关系如图11所示，水量密度与喷射速度的关系如图12所示。即，水量密度与冷却速度的关系不根据喷雾的种类而变化。另一方面，水量密度与喷射速度的关系不同，即使以相同水量密度进行喷射，全圆锥喷嘴的冷却水的喷射速度也比扁平喷雾喷嘴低。

接下来，制造屈服比为80％以下的低屈服比调质钢。将厚钢板S利用氮气氛的加热炉2加热至840℃后，利用水冷装置3进行冷却。以水冷装置3出口侧的温度计4处的厚钢板S的表层温度为450℃±25℃、厚钢板S的表层处的800℃至650℃范围的平均冷却速度为6℃/s的方式设定冷却水喷射喷嘴32的使用根数和各区域的水量密度、厚钢板的搬运速度。需要说明的是，冷却水喷射喷嘴32的使用根数和各区域的水量密度、厚钢板的搬运速度使用前述的冷却速度测定实验的结果进行设定。使用全圆锥喷嘴和扁平喷雾喷嘴这2种作为冷却水喷射喷嘴32，比较各结果。

另外，对利用水冷装置3出口侧的温度计4测定的厚钢板S的表层温度和厚钢板S的加热温度均实施一维的传热模拟，计算厚钢板S的表层处的800℃至650℃范围的平均冷却速度。从水冷装置3排出的厚钢板S供于作为后工序的急速冷却，通过周知的技术急速冷却至室温。然后，从所制造的厚钢板S采集小样本，进行拉伸试验来测定屈服比，并观察显微组织。

[表1]

表1示出厚钢板S的制造条件及特性评价试验的结果。表中的“组织”处的F表示铁素体、B表示贝氏体、M表示马氏体，“冷却停止温度”处的“R.T.”表示室温。

实施例1～3是使用全圆锥喷雾喷嘴使冷却水的喷射速度降低来进行水冷的条件。能够以目标的冷却速度和冷却停止温度冷却厚钢板S，屈服比在合格范围内。通过使冷却水的喷射速度降低，从而过渡温度降低，能够使膜沸腾状态维持至低温，认为这是由于能够将800℃至650℃范围的平均冷却速度维持至低温。

实施例4是未利用喷丸进行厚钢板表层的氧化皮除去的条件。虽然能够以大致目标的冷却速度和冷却停止温度冷却厚钢板S，但与进行氧化皮除去的实施例1相比，厚钢板宽度方向的温度偏差扩大。认为这是由于生成氧化皮的部分的沸腾过渡温度上升，部分性地核沸腾化，冷却速度增加。

比较例1～3是使用扁平喷雾喷嘴使冷却水的喷射速度增速至发明范围外来进行水冷的条件。冷却条件使用前述的冷却速度测定实验的结果进行设定，但冷却停止温度下降至室温。因此，正确的冷却速度不明。因此，缩短区域数并另外进行鉴定冷却速度的试验，结果冷却速度增加至本发明范围外。另外，由于冷却速度高，因此屈服比为合格范围外。认为这是由于沸腾过渡温度提高，冷却成为核沸腾状态，不能将800℃至650℃范围的平均冷却速度维持至低温。

比较例4是使用扁平喷雾喷嘴使冷却水的喷射速度减速至发明的范围外来进行水冷的条件。冷却速度与空冷几乎相同。另外，厚钢板的宽度方向温度偏差不合格。认为这是由于喷雾的喷射流速变低，不能稳定地喷射冷却水，水仅集中在喷雾正下方。

附图标记说明

1 热处理设备(厚钢板的制造设备)

2 加热炉

3 水冷装置

4 温度计

5 冷却区域

6 案辊

7 冷却水

9 除锈装置

10 控制装置

11 上位计算机

12 水冷条件运算部

13 水冷操作条件输出部

32 冷却水喷射喷嘴

32a 上侧的冷却水喷射喷嘴

32b 下侧的冷却水喷射喷嘴

33 脱水辊

34 脱水清洗喷嘴

35 脱水清洗

36 大流量冷却水喷射喷嘴

36a 上侧的大流量冷却水喷射喷嘴

36b 下侧的大流量冷却水喷射喷嘴

S 厚钢板

Claims (13)

1.厚钢板的制造方法，其进行厚钢板的水冷，

所述厚钢板的制造方法使用水冷装置，所述水冷装置具有多组沿所述厚钢板的搬运方向配置的至少上下1对的冷却水喷射喷嘴，

使所述冷却水喷射喷嘴的冷却水的喷射速度为0.4m/s以上30m/s以下来进行所述厚钢板的水冷。

2.如权利要求1所述的厚钢板的制造方法，其中，使在所述水冷装置内的所述厚钢板的表层冷却速度为0.4℃/s以上29℃/s以下。

3.如权利要求1或2所述的厚钢板的制造方法，其中，在所述水冷之前进行所述厚钢板的除锈。

4.如权利要求1～3中任一项所述的厚钢板的制造方法，其中，在所述水冷之前进行所述厚钢板的氧化皮除去处理及加热。

5.如权利要求1～4中任一项所述的厚钢板的制造方法，其中，在所述水冷之后测定所述厚钢板的上下面中的任一面或两面的温度。

6.如权利要求2～5中任一项所述的厚钢板的制造方法，其中，通过控制从所述冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水量来控制所述表层冷却速度。

7.如权利要求1～6中任一项所述的厚钢板的制造方法，其中，通过控制所述冷却水喷射喷嘴的根数及所述厚钢板的搬运速度来控制所述厚钢板的冷却停止温度，使所述冷却停止温度为以所述厚钢板的表层温度计为350℃以上。

8.厚钢板的制造设备，其进行厚钢板的水冷，

所述厚钢板的制造设备具备：

水冷装置，其具有多组沿所述厚钢板的搬运方向配置的至少上下1对的冷却水喷射喷嘴；和

控制装置，其将从所述冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水的喷射速度控制在0.4m/s以上30m/s以下。

9.如权利要求8所述的厚钢板的制造设备，其中，所述控制装置将在所述水冷装置内的所述厚钢板的表层冷却速度控制在0.4℃/s以上29℃/s以下。

10.如权利要求8或9所述的厚钢板的制造设备，其在所述水冷装置的入口侧还具备除锈装置。

11.如权利要求8～10中任一项所述的厚钢板的制造设备，其在所述水冷装置的出口侧还具备测定所述厚钢板的上下面中的任一面或两面的温度的温度计。

12.如权利要求8～11中任一项所述的厚钢板的制造设备，其中，所述控制装置还控制从所述冷却水喷射喷嘴喷射的冷却水量。

13.如权利要求8～12中任一项所述的厚钢板的制造设备，其中，所述控制装置控制所述冷却水喷射喷嘴的根数及所述厚钢板的搬运速度。