JP2003181519A - Method and device for cooling metal material - Google Patents

Method and device for cooling metal material

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JP2003181519A
JP2003181519A JP2001376364A JP2001376364A JP2003181519A JP 2003181519 A JP2003181519 A JP 2003181519A JP 2001376364 A JP2001376364 A JP 2001376364A JP 2001376364 A JP2001376364 A JP 2001376364A JP 2003181519 A JP2003181519 A JP 2003181519A
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JP
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cooling
plasma
metal material
steel plate
water
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Inventor
Yasuyuki Takada
保之 高田
Sumitomo Hidaka
澄具 日高
Takehiro Ito
猛宏 伊藤
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Kyushu TLO Co Ltd
Original Assignee
Kyushu TLO Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for cooling a metal material capable of artificially and easily controlling quenching points in the cooling process of the metal material such as a hot-rolled steel plate or the like. <P>SOLUTION: The device for cooling the metal material is composed of a transfer device 2 to transfer the steel plate 1, a plasma generator 3 to generate plasma which irradiates the surface of the steel plate 1, and a water cooling zone 4 to cool the steel plate 1 with water sprayed from a spray nozzle 4a. The steel plate 1 is irradiated with plasma generated from the plasma generator 3 for a period of 60 seconds during which the steel plate is transferred, and surface wettability is temporarily improved. Then, when water is sprayed through the spray nozzle 4a, an angle of contact with a droplet becomes smaller and the quenching point moves to a high temperature side to shorten a cooling time. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の熱処理
における冷却方法および装置に関し、例えば、熱延鋼板
の熱間圧延後などの高温金属材料の冷却技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling method and apparatus for heat treatment of a metallic material, for example, a cooling technique for a high temperature metallic material after hot rolling of a hot rolled steel sheet.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属材料は、熱処理を施して組織を変化
させれば、諸性質を広い範囲に改良することができる。
熱処理は、加熱と冷却のいろいろな組み合わせによって
行われる。特に鉄鋼材料の場合、焼ならしによる結晶粒
の微細化、焼入硬化などをはじめとして、多様な熱処理
が実用されている。例えば、熱延鋼板では、熱間圧延後
に急速冷却することで、大幅な強度アップが行われる。
2. Description of the Related Art A metal material can be improved in various properties by subjecting it to heat treatment to change its structure.
The heat treatment is carried out by various combinations of heating and cooling. In particular, in the case of steel materials, various heat treatments such as refining of crystal grains by normalizing, quench hardening, etc. are put into practical use. For example, in a hot-rolled steel sheet, the strength is significantly increased by rapid cooling after hot rolling.

【0003】従来、熱延鋼板の冷却プロセスにおいて
は、ミスト冷却、スプレー冷却、パイプラミナー冷却、
ダイレクト・クエンチ冷却やスリットラミナー冷却(カ
ーテンウォールクーリングとも呼ばれる)などの種々の
水冷却が行われており、冷却速度を制御することによっ
て、冶金学的に望ましい特性を有する鋼板が製造されて
いる。冷却速度の制御は、主に水量密度を変えることに
より行われる。
Conventionally, in the cooling process of hot rolled steel sheet, mist cooling, spray cooling, pipe laminar cooling,
Various types of water cooling such as direct quench cooling and slit laminar cooling (also referred to as curtain wall cooling) are performed, and by controlling the cooling rate, steel sheets having metallurgically desirable properties are manufactured. The cooling rate is controlled mainly by changing the water amount density.

【0004】ところで、仕上圧延直後の熱延鋼板のよう
に、比較的高温の材料を水などの沸騰型冷媒で冷却する
と、膜沸騰型の伝熱が行われる。この膜沸騰型伝熱で
は、伝熱面に液体が直に接触することなく連続的に蒸気
膜に覆われるので、材料の温度降下速度は小さい。一
方、比較的低温の材料の冷却では、核沸騰型の伝熱が行
われる。この核沸騰型伝熱では、伝熱面に液体が直に接
触するので、温度降下速度が大きい。
By the way, when a material having a relatively high temperature, such as a hot rolled steel sheet immediately after finish rolling, is cooled with a boiling type refrigerant such as water, film boiling type heat transfer is performed. In this film boiling type heat transfer, since the liquid is not directly in contact with the heat transfer surface and is continuously covered with the vapor film, the temperature drop rate of the material is small. On the other hand, nucleate boiling type heat transfer is performed in cooling a material having a relatively low temperature. In this nucleate boiling type heat transfer, since the liquid directly contacts the heat transfer surface, the temperature drop rate is large.

【0005】熱延鋼板の巻き取り温度は、前述の冷却速
度を制御することによって制御されるが、巻き取り温度
の低い、いわゆる低温巻き取り材の冷却においては、通
常、冷却途中で膜沸騰から核沸騰に伝熱状態が変化する
(膜沸騰状態から核沸騰状態に遷移する点をクエンチ点
という)。核沸騰型の伝熱では、材料の温度降下速度が
大きく、不安定であるため、冷却停止温度制御が困難と
なり、巻き取り温度の外れによる品質不良が生じる。ま
た、温度むらが大きくなり、形状不良が発生しやすい。
The coiling temperature of the hot-rolled steel sheet is controlled by controlling the above-mentioned cooling rate. However, in cooling a coiling material having a low coiling temperature, that is, a low-temperature coiling material, usually, film boiling occurs during cooling. The heat transfer state changes to nucleate boiling (the point where the film boiling state transitions to the nucleate boiling state is called the quench point). In the nucleate boiling type heat transfer, since the temperature drop rate of the material is large and unstable, it is difficult to control the cooling stop temperature, and the quality is deteriorated due to the deviation of the winding temperature. In addition, temperature unevenness becomes large, and defective shapes are likely to occur.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、水によ
る鉄鋼材料の制御冷却には、種々の方法が提案されてい
るが、スリットラミナー冷却を最後に革新的な冷却法は
提案されていない。いずれの場合も、熱延鋼板の走行速
度に合わせて水量密度を変化させることにより冷却速度
を制御する方法をとっているが、この方法ではクエンチ
点の温度を制御することはできない。
As described above, various methods have been proposed for the controlled cooling of steel materials with water, but no slit laminar cooling and no innovative cooling method have been proposed. . In either case, the cooling rate is controlled by changing the water amount density according to the running speed of the hot-rolled steel sheet, but this method cannot control the temperature at the quench point.

【0007】ところが、これらの水冷プロセスにおい
て、クエンチ点温度が何度になるかということは極めて
重要であり、このクエンチ点を人為的に、しかも手軽に
制御できるようになれば冷却上のメリットは計り知れな
い。
However, in these water cooling processes, it is extremely important that the quenching point temperature becomes high. If the quenching point can be controlled artificially and easily, the cooling merit will be improved. unfathomable.

【0008】そこで、本発明では、熱延鋼板等の金属材
料の水冷プロセスにおけるクエンチ点を人為的かつ容易
に制御可能とした金属材料の冷却方法および装置を提供
することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for cooling a metallic material such as a hot rolled steel sheet, in which the quench point in the water cooling process can be artificially and easily controlled.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の金属材料の冷却
方法では、金属材料にプラズマを照射した後、水冷却す
る。金属材料の表面にプラズマを照射すると、金属表面
に付着している活性度の低い分子層すなわち固体の表面
エネルギが低い分子層が分解され、活性度の高い酸化層
すなわち表面エネルギが高い酸化層が表面に現れるた
め、一時的に濡れ性が格段に向上する。
In the method for cooling a metallic material according to the present invention, the metallic material is irradiated with plasma and then cooled with water. When the surface of the metal material is irradiated with plasma, the low-activity molecular layer adhering to the metal surface, that is, the solid surface energy of the molecular layer is decomposed, and a highly active oxide layer, that is, an oxide layer with high surface energy is formed. Since it appears on the surface, the wettability is significantly improved temporarily.

【0010】このプラズマ照射による濡れ性向上のプロ
セスについて詳述すると、金属表面に照射されたプラズ
マは、(1)表面分子層の結合鎖を分解し、一時的に液
体と馴染みやすいOH基を生成する。(2)金属表面の
表面エネルギを低下させるような不純物を除去する。
(3)ナノオーダで表面を粗くする。これらの3つの相
乗作用によって金属材料表面の濡れ性が向上する。
The process of improving the wettability by the plasma irradiation will be described in detail. (1) Plasma irradiated on the metal surface decomposes the bonding chains of the surface molecular layer to temporarily generate an OH group which is easily compatible with the liquid. To do. (2) Remove impurities that reduce the surface energy of the metal surface.
(3) The surface is roughened by nano-order. These three synergistic effects improve the wettability of the metal material surface.

【0011】金属材料の濡れ性が向上すると液滴との接
触角が小さくなるため、クエンチ点が高温側に移動し、
冷却時間が短くなる。したがって、金属材料に照射する
プラズマの照射時間や照射強度を制御することでクエン
チ点を人為的かつ手軽に制御し、金属材料の高温面の水
冷却速度を制御することが可能となる。また、本発明の
冷却方法では、プラズマ照射によって金属材料の熱特性
が変化しないことから、冷却制御の目的で濡れ性のみを
変化させることができ、きめ細かい冷却制御を行うこと
が可能となる。
When the wettability of the metal material is improved, the contact angle with the liquid droplet becomes small, so that the quench point moves to the high temperature side,
Cooling time becomes shorter. Therefore, it is possible to control the quench point artificially and easily by controlling the irradiation time and the irradiation intensity of the plasma for irradiating the metal material, and to control the water cooling rate of the high temperature surface of the metal material. Further, in the cooling method of the present invention, since the thermal characteristics of the metal material are not changed by the plasma irradiation, only the wettability can be changed for the purpose of cooling control, and fine cooling control can be performed.

【0012】ここで、プラズマの照射時間は、60秒以
上とするのが望ましく、より好ましくは100秒以上、
さらに好ましくは120秒以上とする。プラズマの照射
時間が長くなるほど接触角は小さくなるが、60秒以上
であれば、銅、ステンレス綱やアルミニウムなどの大抵
の金属の接触角を10°以下とすることができる。特
に、照射時間が100秒以上では金属材料の表面粗さに
よる接触角の差が小さくなり、100秒以内では金属材
料の表面が粗いほど接触角度は小さくなる。120秒以
上では、表面粗さの違いによる接触角への顕著な影響が
なくなる。
Here, the plasma irradiation time is preferably 60 seconds or more, more preferably 100 seconds or more,
More preferably, it is 120 seconds or more. The longer the plasma irradiation time, the smaller the contact angle, but if it is 60 seconds or longer, the contact angle of most metals such as copper, stainless steel, and aluminum can be 10 ° or less. Particularly, when the irradiation time is 100 seconds or more, the difference in contact angle due to the surface roughness of the metal material becomes small, and when the irradiation time is 100 seconds or less, the contact angle becomes smaller as the surface of the metal material becomes rougher. At 120 seconds or longer, the contact angle is not significantly affected by the difference in surface roughness.

【0013】また、プラズマ照射後の水冷却は、プラズ
マ照射直後とするのが最も望ましいが、プラズマの照射
後、5分以内に水冷却すれば、プラズマ照射後の一時的
な濡れ性向上の効果を損なうことなくきめ細かい冷却制
御を行うことが可能となる。
The water cooling after the plasma irradiation is most preferably immediately after the plasma irradiation, but if the water cooling is performed within 5 minutes after the plasma irradiation, the effect of temporarily improving the wettability after the plasma irradiation is obtained. It is possible to perform fine cooling control without impairing the temperature.

【0014】本発明の金属材料の冷却装置は、金属材料
にプラズマを照射する照射部と、照射部の後段に設けら
れ金属材料を水冷却する冷却部と、プラズマの照射を制
御する制御部とを備えたものである。ここで、制御部
は、プラズマの照射時間と照射強度のいずれかまたは両
方を上記のように制御するものであることが望ましい。
The metallic material cooling apparatus of the present invention comprises an irradiation unit for irradiating the metallic material with plasma, a cooling unit provided in the subsequent stage of the irradiation unit for cooling the metallic material with water, and a control unit for controlling the irradiation of plasma. It is equipped with. Here, it is desirable that the control unit controls either or both of the plasma irradiation time and the irradiation intensity as described above.

【0015】本発明の金属材料の冷却装置によれば、制
御部によってプラズマの照射を制御することで、金属材
料の表面の濡れ性を一時的に格段に向上してきめ細かい
冷却制御を行うことができ、所望の特性を有する金属材
料を容易に得ることが可能となる。
According to the metal material cooling apparatus of the present invention, the control unit controls the irradiation of the plasma, so that the wettability of the surface of the metal material can be remarkably improved to perform fine cooling control. It is possible to easily obtain a metal material having desired characteristics.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態におけ
る金属材料としての熱延鋼板の冷却装置の概略構成図で
ある。図1に示す熱延鋼板の冷却装置は、鋼板1を搬送
する搬送装置2、鋼板1の表面に照射するプラズマを発
生するプラズマ発生装置3、および、スプレーノズル4
aから噴霧する水によって鋼板1を冷却する水冷ゾーン
4により構成される。搬送装置2によって搬送される鋼
板1は、仕上圧延直後の高温の熱延鋼板であり、その表
面温度は300〜1000℃である。また、その表面粗
さは、水濡れ性を向上させるという点から、自乗平均粗
さ(RMS)で0.4μm以上としておくのが望まし
い。
1 is a schematic configuration diagram of a cooling device for a hot rolled steel sheet as a metal material according to an embodiment of the present invention. The hot-rolled steel plate cooling device shown in FIG. 1 includes a carrier device 2 for carrying the steel plate 1, a plasma generator 3 for generating plasma for irradiating the surface of the steel plate 1, and a spray nozzle 4.
The water cooling zone 4 cools the steel plate 1 with water sprayed from a. The steel sheet 1 conveyed by the conveying device 2 is a hot-rolled steel sheet at high temperature immediately after finish rolling, and its surface temperature is 300 to 1000 ° C. The surface roughness is preferably 0.4 μm or more in terms of root mean square roughness (RMS) from the viewpoint of improving water wettability.

【0017】鋼板1は、搬送装置2によって搬送される
60秒間、プラズマ発生装置3から発生されるプラズマ
が照射される。プラズマ発生装置3により発生されるプ
ラズマは、アーク放電による大気中プラズマである。ま
た、プラズマ発生装置3は、照射時間や照射強度を制御
する制御装置を備え、本実施形態においては、放電オン
とオフの時間をそれぞれ8msずつ繰り返すように照射
時間を制御する。なお、放電オンの時間は、プラズマ粒
子を鋼板1表面の隅々にまで均一に行き渡らせるため、
4〜8msの間で変化させるのが好ましい。
The steel plate 1 is irradiated with the plasma generated by the plasma generator 3 for 60 seconds while being conveyed by the conveying device 2. The plasma generated by the plasma generator 3 is plasma in the atmosphere due to arc discharge. In addition, the plasma generator 3 includes a control device that controls the irradiation time and the irradiation intensity, and in the present embodiment, controls the irradiation time so that the discharge on time and the discharge off time are each repeated for 8 ms. It should be noted that the discharge-on time is set so that the plasma particles can be evenly spread to every corner of the surface of the steel plate 1.
It is preferable to change between 4 and 8 ms.

【0018】水冷ゾーン4では、20〜50℃の水をス
プレーノズル4aから2〜2000L/mminで噴
霧する。水噴霧には、0.3〜10aの高圧水によるエ
アレスミストまたは4〜15aの圧縮空気に混合するエ
アミックスミストなどを用いることができる。
In the water cooling zone 4, water at 20 to 50 ° C. is sprayed from the spray nozzle 4a at 2 to 2000 L / m 2 min. For water spraying, an airless mist of high pressure water of 0.3 to 10a or an air mix mist mixed with compressed air of 4 to 15a can be used.

【0019】上記構成の熱延鋼板の冷却装置では、搬送
装置2によって搬送される鋼板1に対し、プラズマ発生
装置3により発生されるプラズマを照射する。その後、
水冷ゾーン4でスプレーノズル4aから噴霧する水によ
り鋼板1を冷却する。
In the apparatus for cooling a hot-rolled steel sheet having the above structure, the steel sheet 1 conveyed by the conveyor 2 is irradiated with plasma generated by the plasma generator 3. afterwards,
In the water cooling zone 4, the steel plate 1 is cooled by the water sprayed from the spray nozzle 4a.

【0020】鋼板1は、プラズマ発生装置3により照射
されたプラズマによってその表面に付着している活性度
の低い分子層が分解され、活性度の高い酸化層が表面に
現れる。これにより、鋼板1の表面の濡れ性が一時的に
ではあるが格段に向上する。こうして表面の濡れ性が向
上した鋼板1に対し、水冷ゾーン4にてスプレーノズル
4aから水を噴霧すると、この液滴との接触角が小さく
なるため、クエンチ点が高温側に移動し、冷却時間が短
くなる。
On the surface of the steel sheet 1, a low-activity molecular layer adhering to the surface of the steel sheet 1 is decomposed by the plasma irradiated by the plasma generator 3, and a high-activity oxide layer appears on the surface. As a result, the wettability of the surface of the steel sheet 1 is remarkably improved temporarily. When water is sprayed from the spray nozzle 4a in the water cooling zone 4 on the steel sheet 1 having improved surface wettability in this way, the contact angle with the liquid droplets becomes small, so the quench point moves to the high temperature side, and the cooling time Becomes shorter.

【0021】ここで、図2は水冷却時の鋼板表面近傍の
温度履歴を模式的に示す図である。図2に示すように、
温度履歴(I)、(II)において、それぞれ冷却開始点
Aからクエンチ点B,Cまでの範囲が膜沸騰状態であ
る。クエンチ点B,Cは、冷却速度が比較的遅い膜沸騰
状態から冷却速度の大きい核沸騰状態に遷移する点であ
る。図2に示すように、クエンチ点Cが高温側に移動
し、クエンチ点Bとなった場合、温度履歴は(II)から
(I)へと変化するため、冷却時間は短くなる。
Here, FIG. 2 is a diagram schematically showing a temperature history near the surface of the steel sheet during water cooling. As shown in FIG.
In the temperature histories (I) and (II), the range from the cooling start point A to the quench points B and C is the film boiling state. Quenching points B and C are points at which the film boiling state in which the cooling rate is relatively slow transitions to the nucleate boiling state in which the cooling rate is high. As shown in FIG. 2, when the quench point C moves to the high temperature side and reaches the quench point B, the temperature history changes from (II) to (I), so the cooling time becomes short.

【0022】本実施形態における熱延鋼板の冷却装置で
は、鋼板1に照射するプラズマの照射時間や照射強度を
プラズマ発生装置3に備える制御装置により制御するこ
とでクエンチ点を人為的かつ手軽に制御し、鋼板1の高
温面の水冷却速度を制御することが可能である。また、
このとき、プラズマ照射によって鋼板1の熱特性は変化
しないため、冷却制御の目的で濡れ性のみを変化させる
ことができ、きめ細かい冷却制御を行うことが可能であ
る。
In the cooling apparatus for a hot-rolled steel sheet according to this embodiment, the quench point is artificially and easily controlled by controlling the irradiation time and the irradiation intensity of the plasma applied to the steel sheet 1 by the control device provided in the plasma generator 3. However, it is possible to control the water cooling rate of the high temperature surface of the steel plate 1. Also,
At this time, since the thermal characteristics of the steel sheet 1 are not changed by the plasma irradiation, only the wettability can be changed for the purpose of cooling control, and fine cooling control can be performed.

【0023】[0023]

【実施例】(実施例1)本実施例では、プラズマ照射時
間と接触角の関係について説明する。図3はエメリー紙
#600、#1000、#1500、#2000および
ミラー仕上げした5種類の鋼板表面におけるプラズマ照
射時間と接触角の関係を表す図である。接触角は、プラ
ズマ照射停止後直ちに測定した。図3に示すように、照
射時間が短い場合、表面が滑らかなほど接触角は大きい
が、照射時間が100秒を超えると粗さによる接触角の
差が小さくなっている。
Example 1 In this example, the relationship between plasma irradiation time and contact angle will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the plasma irradiation time and the contact angle on the surfaces of five types of emery papers # 600, # 1000, # 1500, # 2000 and mirror-finished steel sheets. The contact angle was measured immediately after stopping the plasma irradiation. As shown in FIG. 3, when the irradiation time is short, the contact angle increases as the surface becomes smoother, but when the irradiation time exceeds 100 seconds, the difference in contact angle due to roughness decreases.

【0024】図4は同じ5種類の鋼板表面にそれぞれ4
0秒、60秒、120秒間プラズマを照射した後、時間
の経過とともに接触角が上昇する様子を示したものであ
る。照射時間40秒、60秒、120秒の順に接触角が
小さくなっている。線で結んだ照射時間120秒のデー
タは、比較的接触角が小さいが、特にエメリー紙#60
0によって研磨したものが、経過時間300秒以内にお
いて、接触角が約10°と安定している。
FIG. 4 shows that the same five types of steel plate surfaces are each provided with four
It shows that the contact angle increases with the lapse of time after the plasma irradiation for 0 seconds, 60 seconds, and 120 seconds. The contact angle decreases in the order of irradiation time of 40 seconds, 60 seconds, and 120 seconds. The data of irradiation time 120 seconds connected by a line has a relatively small contact angle.
The one polished by 0 has a stable contact angle of about 10 ° within the elapsed time of 300 seconds.

【0025】図5は最初に一度だけエメリー紙#600
で研磨した伝熱面を加熱し、120秒間のプラズマ照射
と液滴径2.16mmの落下を繰り返し行った結果を示
したものである。伝熱面温度は、接触角を測定するた
め、蒸発速度が遅い約60°に設定した。9回の繰り返
しの間、接触角は約10°と変わらず、エメリー紙#6
00で研磨した表面に120秒間プラズマ照射した伝熱
面を、液滴落下時間に使用できることを確認した。
FIG. 5 shows the emery paper # 600 only once at the beginning.
The result is obtained by heating the heat transfer surface polished in step 1, and repeatedly performing plasma irradiation for 120 seconds and dropping the droplet diameter of 2.16 mm. The temperature of the heat transfer surface was set to about 60 ° at which the evaporation rate was slow in order to measure the contact angle. The contact angle was about 10 ° during the 9th repetition, and the emery paper # 6
It was confirmed that the heat transfer surface, which was obtained by irradiating the surface polished with No. 00 with plasma for 120 seconds, could be used during the drop time of the droplet.

【0026】図6はエメリー紙#600で研磨した伝熱
面上に4種類の大きさの液滴を落下させ、その蒸発時間
を測定したものである。伝熱面温度が低いときは液滴径
が大きいほど蒸発時間が長く、高温になるとその差はな
くなる。このときの濡れ限界温度は、液滴の大きさによ
らず約122℃であった。この伝熱面の接触角は約90
°である。ここで、「濡れ限界温度」とは、加熱しなが
ら徐々に表面温度を上げていく場合には、膜沸騰状態に
遷移する直前の温度であり、逆に、高温から冷やしてい
く場合には、各沸騰に遷移する直前の温度をいう。
FIG. 6 shows the evaporation time measured by dropping droplets of four different sizes on the heat transfer surface polished with emery paper # 600. When the heat transfer surface temperature is low, the larger the droplet diameter, the longer the evaporation time, and when the temperature is high, the difference disappears. The wetting limit temperature at this time was about 122 ° C. regardless of the size of the droplet. The contact angle of this heat transfer surface is about 90
°. Here, the "wetting limit temperature" is the temperature immediately before transitioning to the film boiling state when gradually increasing the surface temperature while heating, and conversely, when cooling from high temperature, It refers to the temperature immediately before the transition to each boiling.

【0027】図7は図6と同様の手順で実験を行った結
果であるが、液滴を落下させる直前にプラズマを120
秒間照射したものである。図6と比べると低温域では、
液滴径が大きいほど蒸発時間は長いが、蒸発時間の差は
小さくなっている。濡れ限界温度は、約144℃であ
り、プラズマを照射しない伝熱面に比べ、大きな差が見
られる。このように表面が濡れ始める温度が高いという
ことは、クエンチ点が高くなることを意味する。すなわ
ち、プラズマ照射によってクエンチ点を高温側へ移動
し、冷却時間を短くできることが確認できた。
FIG. 7 shows the results of an experiment conducted in the same procedure as in FIG.
It was irradiated for a second. Compared to Fig. 6, in the low temperature range,
The larger the droplet diameter, the longer the evaporation time, but the difference between the evaporation times is smaller. The wetting limit temperature is about 144 ° C., which is a large difference from the heat transfer surface that is not irradiated with plasma. The high temperature at which the surface begins to get wet means that the quench point becomes high. That is, it was confirmed that the plasma irradiation can move the quench point to the higher temperature side and shorten the cooling time.

【0028】また、蒸発の様相を確認するため、液滴直
径2.16mm、伝熱面温度約60℃の場合と、液滴直
径2.16mm、伝熱面温度120℃の場合とで、それ
ぞれ接触角10°について高速度カメラで得た画像を比
較すると、伝熱面温度が変わってもその様相が変化して
いないことから、高温でも接触角は安定していることが
確認できた。
In order to confirm the appearance of evaporation, a droplet diameter of 2.16 mm and a heat transfer surface temperature of about 60 ° C. and a droplet diameter of 2.16 mm and a heat transfer surface temperature of 120 ° C. Comparing the images obtained by the high-speed camera for the contact angle of 10 °, it was confirmed that the contact angle was stable even at high temperature because the appearance did not change even if the temperature of the heat transfer surface changed.

【0029】(実施例2)本実施例では、浸漬冷却にお
けるプラズマ照射の効果について説明する。図8は直径
30mm、厚さ8mmのペレット状の銅サンプルによる
浸漬冷却時の温度履歴であり、図2に対応するものであ
る。図8はエメリー紙#600で研磨した銅サンプルの
表面に、プラズマを照射した場合と照射しない場合の二
つの冷却曲線を示して比較している。いずれも銅サンプ
ルを300℃まで加熱してから100℃の水に浸漬し
た。
(Embodiment 2) In this embodiment, the effect of plasma irradiation in immersion cooling will be described. FIG. 8 is a temperature history during immersion cooling with a pellet-shaped copper sample having a diameter of 30 mm and a thickness of 8 mm, and corresponds to FIG. FIG. 8 shows and compares two cooling curves with and without plasma irradiation on the surface of a copper sample polished with emery paper # 600. In each case, the copper sample was heated to 300 ° C. and then immersed in water at 100 ° C.

【0030】図8に示すように、プラズマを照射した場
合、クエンチ点Xは高温側に移動しており、プラズマを
照射しない場合のクエンチ点Yよりも約10秒短い時間
で冷却が完了している。すなわち、図8により冷却に対
するプラズマ照射の効果が確認できた。
As shown in FIG. 8, when the plasma is irradiated, the quench point X moves to the high temperature side, and the cooling is completed in about 10 seconds shorter than the quench point Y when the plasma is not irradiated. There is. That is, the effect of plasma irradiation on cooling could be confirmed from FIG.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明では、金属材料にプラズマを照射
した後、水冷却することによって、金属材料表面の濡れ
性を一時的に格段に向上して細かい冷却制御を行うこと
が可能となるため、熱延鋼板等の金属材料の水冷プロセ
スにおけるクエンチ点を人為的かつ容易に制御して、所
望の特性を有する金属材料を得ることが可能となる。
According to the present invention, by irradiating a metal material with plasma and then cooling it with water, the wettability of the surface of the metal material can be remarkably improved and fine cooling control can be performed. It is possible to artificially and easily control the quench point of a metal material such as a hot-rolled steel sheet in a water cooling process to obtain a metal material having desired characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態における金属材料として
の熱延鋼板の冷却装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cooling device for a hot rolled steel sheet as a metal material according to an embodiment of the present invention.

【図2】 水冷却時に鋼板表面近傍の温度履歴を模式的
に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a temperature history near the surface of a steel plate during water cooling.

【図3】 鋼板表面におけるプラズマ照射時間と接触角
の関係を表す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a plasma irradiation time and a contact angle on a steel plate surface.

【図4】 プラズマを照射した後の時間の経過とともに
接触角が上昇する様子を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing how the contact angle rises with the lapse of time after plasma irradiation.

【図5】 プラズマ照射と液滴の落下を繰り返し行った
結果を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a result of repeatedly performing plasma irradiation and dropping of droplets.

【図6】 伝熱面上に落下した液滴の蒸発時間を測定し
た結果を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of measuring an evaporation time of a droplet that has dropped onto a heat transfer surface.

【図7】 液滴を落下させる直前にプラズマを120秒
間照射した結果を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a result of irradiating plasma for 120 seconds immediately before dropping a droplet.

【図8】 銅サンプルによる浸漬冷却時の温度履歴を示
した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a temperature history during immersion cooling with a copper sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 鋼板 2 搬送装置 3 プラズマ発生装置 4 水冷ゾーン 4a スプレーノズル 1 steel plate 2 Conveyor 3 Plasma generator 4 water cooling zone 4a spray nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K034 BA04 CA01 DB03 FA05 FB03 FB15 4K043 AA01 CB04 DA01 EA07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4K034 BA04 CA01 DB03 FA05 FB03                       FB15                 4K043 AA01 CB04 DA01 EA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属材料にプラズマを照射した後、水冷
却する金属材料の冷却方法。
1. A method for cooling a metal material, which comprises cooling the water with water after irradiating the metal material with plasma.
【請求項2】 前記プラズマの照射時間が、60秒以上
である請求項1記載の金属材料の冷却方法。
2. The method for cooling a metal material according to claim 1, wherein the plasma irradiation time is 60 seconds or more.
【請求項3】 金属材料にプラズマを照射する照射部
と、同照射部の後段に設けられ前記金属材料を水冷却す
る冷却部と、前記プラズマの照射を制御する制御部とを
備えた金属材料の冷却装置。
3. A metal material, comprising: an irradiation unit for irradiating the metal material with plasma; a cooling unit provided at a subsequent stage of the irradiation unit for cooling the metal material with water; and a control unit for controlling irradiation of the plasma. Cooling system.
【請求項4】 前記制御部は、前記プラズマの照射時間
と照射強度のいずれかまたは両方を制御するものである
請求項3記載の金属材料の冷却装置。
4. The cooling device for a metallic material according to claim 3, wherein the control unit controls one or both of an irradiation time and an irradiation intensity of the plasma.
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