JP2002332519A - 鋼板の条切りキャンバーの低減方法 - Google Patents

鋼板の条切りキャンバーの低減方法

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JP2002332519A
JP2002332519A JP2001143008A JP2001143008A JP2002332519A JP 2002332519 A JP2002332519 A JP 2002332519A JP 2001143008 A JP2001143008 A JP 2001143008A JP 2001143008 A JP2001143008 A JP 2001143008A JP 2002332519 A JP2002332519 A JP 2002332519A
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residual stress
steel sheet
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temperature
camber
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JP2001143008A
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Yuichiro Watanabe
裕一郎 渡辺
Katsuhiro Takebayashi
克浩 竹林
Shunichi Nishida
俊一 西田
Kenji Ihara
健滋 井原
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Accessories And Tools For Shearing Machines (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料原単位を最小限に抑え、且つ、条切り後
のキャンバーを許容値内にできるようにする。 【解決手段】 熱間圧延後に冷却して製造される鋼板を
条切りする際のキャンバーを低減させる際に、冷却後、
熱処理前の鋼板について測定した板幅方向温度分布に基
づき板幅方向の残留応力分布を算出する(ステップ1
0、12)と共に、予め、切断後の形状変化の許容範囲
を満足する許容残留応力を求めておき(ステップ1
6)、算出された前記板幅方向の残留応力と、予め求め
てある前記許容残留応力とを比較し(ステップ18)、
板幅方向の少なくとも一部の残留応力が許容残留応力を
超えている場合には、熱処理温度を、鋼板の降伏応力が
前記許容残留応力と一致する温度以上に設定して熱処理
を施す(ステップ22、24)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延後の鋼板
を冷却する際、冷却むらに起因する残留応力に伴う条切
り後の条切りキャンバーを低減する技術に関し、特に、
熱間圧延後に加速冷却を行い製造した厚板鋼板を条切り
する際のキャンバーを低減するために適用して好適な鋼
板の条切りキャンバーの低減方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、厚板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
靭性の鋼板を得る加速冷却処理が広く行われるようにな
ってきている。この加速冷却処理によれば、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。
【0003】上記加速冷却においては、高温の鋼板表面
に冷却ノズルから冷却水を噴射することにより、鋼板表
面における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し、より微細な結晶構造を有する鋼
板、即ち、高強度、高靭性の鋼板を製造することが可能
となっている。
【0004】ところが、加速冷却はその高冷却性故に、
冷却時のわずかな不均一要因、例えば冷却水の水量密
度、鋼板の表面温度又はスケール厚等の鋼板表面性状等
が、鋼板に大きな温度むらを生じさせる。
【0005】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
伸び等の形状不良、及び、残留応力による条切り時の横
曲がり(キャンバー)が生じる原因となる。このような
鋼板については、再加熱処理を行い、残留応力を除去す
る必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記再
加熱処理工程においては、熱処理温度が低過ぎると残留
応力を十分に低減できず、条切り後のキャンバーが依然
として発生する問題があり、又、高温で熱処理すると加
熱に要する燃料原単位が著しく悪化する問題がある。
【0007】本発明は、前記従来の問題を解決するべく
なされたもので、燃料原単位を最小限に抑え、且つ、条
切り後のキャンバーを許容値内とするキャンバーの低減
方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱間圧延後に
冷却して製造される鋼板を条切りする際のキャンバーを
低減させる鋼板の条切りキャンバーの低減方法におい
て、冷却後、前記熱処理前の鋼板について測定した板幅
方向温度分布に基づき板幅方向の残留応力分布を算出す
ると共に、予め、切断後の形状変化の許容範囲を満足す
る許容残留応力を求めておき、算出された前記板幅方向
の残留応力と、予め求めてある前記許容残留応力とを比
較し、板幅方向の少なくとも一部の残留応力が許容残留
応力を超えている場合には、熱処理温度を、鋼板の降伏
応力が前記許容残留応力と一致する温度以上に設定して
熱処理を施すことにより、前記課題を解決したものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明に係る一実施形態である条
切りキャンバーの低減方法の処理手順を示すフローチャ
ートである。
【0011】本実施形態では、熱間圧延後に冷却して製
造される鋼板の条切り後のキャンバーを低減させる際
に、上記フローチャートに従って以下のように処理す
る。
【0012】冷却後、更に熱処理する前の鋼板はまだ常
温まで完全に冷却されていないが、その状態で板幅方向
温度分布を測定し(ステップ10)、その温度分布に基
づき常温まで完全に冷却された時の板幅方向の残留応力
分布を算出する(ステップ12)と共に、キャンバーの
許容値を設定し(ステップ14)、予め、切断後の形状
変化の許容範囲を満足する許容残留応力を求めておき
(ステップ16)、算出された前記板幅方向の残留応力
と、予め求めてある前記許容残留応力とを比較し(ステ
ップ18)、板幅方向の少なくとも一部の残留応力が許
容残留応力を超えている場合には、鋼板の降伏応力と鋼
板温度の関係を測定しておき(ステップ20)、鋼板の
降伏応力が前記許容残留応力と一致する温度(以下とな
る温度t℃)を決定し(ステップ22)、その温度に熱
処理温度を設定して熱処理を施す(ステップ24)。
【0013】以下、本実施形態について詳述する。前記
した鋼板の残留応力は、例えば特開2000−4263
1等に示されているように、熱間圧延の冷却後の板幅方
向温度分布、もしくは引き続いて行われるホットレベラ
ーが終了して鋼板が十分復熱した際の板幅方向温度分布
を測定することにより求めることができる。
【0014】即ち、表面温度の測定値から板厚方向の温
度分布を推定し、降伏応力、ヤング率及び線膨張係数等
の温度依存性を考慮しつつ、温度むらに起因する熱膨張
量差が常温まで完全冷却後の鋼板に残留応力として露見
するとして求めることができる。
【0015】又、条切り後のキャンバーは、求めた残留
応力を用いて、例えば以下の方法により算出できる。
【0016】即ち、まず以下の仮定を設ける。
【0017】(1)条切り前後で塑性歪は生じない。
【0018】(2)長手方向に垂直な横断面は平面を保
持する(平面歪)。
【0019】(3)キャンバーは円弧を描く。
【0020】上記の仮定から、図2に示すように条切り
前における板幅方向位置をx〔mm〕として、簡単のた
め板厚方向平均値を開いて、全歪をε(x)、応力をσ
(x)、条切り前の残留応力分布をσb(x)とする
と、 ε(x)=ε(x1)+n1・(x−x1) …(1) σ(x)=E・ε(x)−σb(x) …(2) となる。ここで、図2に使用されている記号について説
明すると、同図にも併記してあるが、x1、x2は条切り
位置〔mm〕、Lは条切り材の長さ〔mm〕、d1、d2
はx1、x2位置でのキャンバー量〔mm〕、R1、R2は
x1、x2位置でのキャンパーの曲率半径〔mm〕、n
1、n2はx1、x2位置での曲率〔1/mm〕、ε1はx1
位置での全ひずみ〔−〕である。
【0021】上記(1)式、(2)式を以下の力とモー
メントの釣り合い式
【数1】 に代入して、n1について解くと、次式が得られる。
【0022】
【数2】
【0023】ここで、Wは板幅、Eはヤング率である。
これによりn2は n2=1/{1/n1+(x2−x1)} …(6) となり、キャンバー量d1、d2は、 d1=(L2・n1)/8 …(7) d2=(L2・n2)/8 …(8) のようになる。よって、目標として設定されたキャンバ
ーの許容量から、前記各式により逆算することにより、
許容される応力σb(x)、即ち、許容残留応力を求め
ることができる。
【0024】次に、熱処理による残留応力の低減につい
て説明する。
【0025】一般に金属の降伏応力は、温度が高くなる
と小さくなる。そこで、鋼板を加熱し、鋼板中に生じて
いる残留応力により鋼板を降伏させることにより、残留
応力を加熱温度における降伏応力以下とすることがで
き、条切り後のキャンバー量を低減させることができ
る。
【0026】図3に、鋼板の降伏応力と鋼板温度との関
係の例を示す。このような関係は、各温度に鋼板を加熱
して引張試験を行うことで求めることができる。
【0027】ここで、例えば熱処理温度を550℃とし
た場合、図2の矢印で示したように降伏応力Ytが12
0MPaとなり、降伏応力以上の残留応力により生じて
いる弾性歪が降伏により塑性歪となり、残留応力は降伏
応力以下に低減される。
【0028】本実施形態では、まず鋼板の冷却後、熱処
理前において板幅方向温度分布を測定し、これに基づき
板幅方向の残留応力分布を算出する。図3に例示した鋼
板と同じ鋼板について、図4に、ホットレベラー出側で
の鋼板温度の測定結果から求めた残留応力分布の計算値
と完全冷却後の残留応力の測定結果を示す。残留応力の
測定値は、鋼板の板幅方向各位置に歪ゲージを貼付して
鋼板を微小幅に鋸切断して歪変化量を測定することで求
めた。
【0029】次に、条切り後のキャンバー許容量の設定
値に基づき、許容残留応力を求めたところ、60MPa
であった。この許容残留応力と、図4において算出した
残留応力を比較し、算出した残応力が許容残留応力を超
える場合に、熱処理を施す。
【0030】ここで、材料温度tで熱処理を施した場
合、常温及び加熱時の残量応力の分布σ0(x)及びσt
(x)は、 σ0(x)=ε0(x)・E0 …(9) σt(x)=ε0(x)・Et …(10) σt(x)=σ0(x)・(Et/E0) …(11) で表わされるため、許容残留応力をσ0(x)としたと
き、降伏応力Ytが、σt(x)=Ytとなる温度、即ち
許容残留応力と降伏応力が一致する温度を下回ることな
く、これに近い加熱温度を設定して熱処理を行う。好ま
しくは許容残留力と降伏応力が一致する温度を加熱温度
として設定する。なお、変形抵抗と加熱温度との関係は
鋼種成分毎に予め求めておくと良い。
【0031】ここで、E0、Etはそれぞれ常温及び温度
tでの鋼板のヤング率である。
【0032】但し、∫σt(x)・dx=0である。
【0033】以上から熱処理温度を求めることができ、
この鋼板の場合、630℃以上での加熱が必要となる。
【0034】次に、実際に、図4に示す残留応力を有す
る鋼板を550℃及び630℃の各温度でそれぞれ熱処
理を施し、再度残留応力を測定した結果と、上述の方法
で残留応力分布を推定した結果(計算値)を、図5及び
図6に示す。
【0035】これにより、求めた熱処理温度に満たない
温度で加熱した場合は、図5に示すように、幅方向端部
で許容残留応力を大きく超えており、条切り後には、目
標として設定した許容量(10mm)を超えるキャンバ
ーが発生した。これに対し、求めた熱処理温度で加熱し
た場合は、図6のように鋼板幅方向にわたって許容残留
応力以下となっており、条切り後のキャンバー量も設定
した許容量以下となり、本発明の方法により熱処理後の
条切りキャンバーを低減するに最低限必要な条件で熱処
理を行うことが可能であることがわかる。
【0036】
【実施例】板厚55mm、板幅3200mmの加速冷却
材30枚について、熱処理温度を500℃とした場合
(従来法1)、700℃とした場合(従来法2)、及
び、本発明法において熱処理温度を決定した場合の各方
法で、それぞれ10枚ずつ熱処理を施した。
【0037】図7には、上記熱処理を施した各厚板につ
いて、板端部から幅300mm、長さ10mで条切りし
た場合のキャンバー量を示す。
【0038】従来法1においてはほとんどの材料のキャ
ンバー量が許容値を超えており、熱処理効果が十分でな
いことがわかる。
【0039】それに対して、本発明法ではほとんど許容
値内となっている。
【0040】従来法2においてもキャンバー量は許容値
内であるが、燃料原単位が著しく悪く、本発明法より1
0%悪化した。又、一部の材料は加熱過多で鋼板が軟化
する不具合が生じていた。
【0041】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、条切り
キャンバーを低減するにおいて、材質確保及び燃料原単
位削減の点から最適な熱処理温度で熱処理を施し、キャ
ンバーを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施形態の処理手順を示すフロ
ーチャート
【図2】残留応力からキャンバー量を算出する際の説明
【図3】鋼板の降伏応力と温度との関係の一例を示す線
【図4】製造過程での温度の測定値から求めた残留応力
の計算値と歪ゲージ貼付により測定した実測値とを示す
線図
【図5】550℃で熱処理した際の残留応力の計算値と
実測値とを示す線図
【図6】630℃で熱処理した際の残留応力の計算値と
実測値とを示す線図
【図7】実施例における条切りキャンバーの測定結果を
示す線図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 俊一 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 井原 健滋 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Fターム(参考) 3C051 FF04 FF27 4K034 AA10 AA12 BA09 CA01 DA06 DB02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱間圧延後に冷却して製造される鋼板を条
    切りする際のキャンバーを低減させる鋼板の条切りキャ
    ンバーの低減方法において、 冷却後、前記熱処理前の鋼板について測定した板幅方向
    温度分布に基づき板幅方向の残留応力分布を算出すると
    共に、 予め、切断後の形状変化の許容範囲を満足する許容残留
    応力を求めておき、 算出された前記板幅方向の残留応力と、予め求めてある
    前記許容残留応力とを比較し、 板幅方向の少なくとも一部の残留応力が許容残留応力を
    超えている場合には、 熱処理温度を、鋼板の降伏応力が前記許容残留応力と一
    致する温度以上に設定して熱処理を施すことを特徴とす
    る鋼板の条切りキャンバーの低減方法。
JP2001143008A 2001-05-14 2001-05-14 鋼板の条切りキャンバーの低減方法 Pending JP2002332519A (ja)

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CN112427889A (zh) * 2020-11-04 2021-03-02 中国航发南方工业有限公司 一种削减锻造挤压叶片残余应力的方法

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