JP2005279703A - 鋼板の製造方法及びその製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な材質安定性及び平坦度を得るための鋼板の製造方法及びその製造装置を提供する。
【解決手段】 仕上圧延機１、第一の形状矯正装置２、第一の冷却装置３、第二の冷却装置４、第二の形状矯正装置５が搬送方向上流側からこの順序で配列され、オンラインで鋼板を冷却、矯正する鋼板の製造設備において、第一の冷却装置３の投入水量密度を１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上に設定し、第二の冷却装置４の投入水量密度は２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下に設定するとともに、第一の冷却装置３での冷却を遷移沸騰で完了させ、かつ第二の冷却装置４での冷却を遷移沸騰で開始させる構成とした。
【選択図】図１

Description

鋼板特に厚鋼板の熱間圧延、冷却及び矯正をオンラインで行う鋼板の製造方法及びその製造設備に関する。

近年、鋼板の製造プロセスとして、オンラインでの冷却制御の適用が拡大している。これは、圧延直後の熱間鋼板をオンラインで冷却する方法で、高強度、高靭性の付与といった効果の他、合金元素の低減、オフラインでの熱処理の省略などのコスト削減効果も得られる。
しかしながら、一般に熱間鋼板は、温度分布、形状、表面性状などが必ずしも均一でないため、冷却中に鋼板内に温度ムラが発生しやすく、冷却後の鋼板に変形、残留応力、材質不均一などが生じることで、品質不良や操業上のトラブルを招いている。また、近年、製造品種が拡大しており、様々な板厚サイズの鋼板を幅広い範囲の冷却速度及び冷却停止温度で冷却するニーズが高まっているものの、これらのニーズに全て対応させるためには、極めて高い建造コストが必要となる。

そこで、オンラインにて鋼板を均一に冷却し、且つ平坦度を確保する手段として、従来においても、以下の観点からいくつかの技術が開示されている。
その第一の方法は、冷却装置を第一の冷却装置と第二の冷却装置とに分離して、それぞれの冷却水の水量や冷却ノズルの配置等を工夫することにより、冷却中の鋼板上下面の温度履歴や幅方向の均一性を確保する方法である。代表的なものとして、例えば特許文献１〜特許文献５に開示される技術が挙げられる。

特許文献１に開示される技術では、第一の冷却装置では、厚鋼板を抑えローラーにより上下から拘束した状態として、下流側に傾斜したスリットジェットノズルから水量密度２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上の冷却水流を噴出して鋼板の表面温度が６００℃以下になるまで冷却し、その後、第一の冷却装置と水切りローラーにより仕切られた第二の冷却装置に移行して、上面をパイプノズル、下面をスプレーノズルにより、水量密度７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上の冷却水流で冷却する。

特許文献２に開示される技術では、第一の冷却装置で、スリットノズルによって鋼板の表面温度が１００℃以下になるように急冷し、ついで第二の冷却装置で、上面をパイプラミナー冷却及び下面をスプレー冷却によって所定温度まで冷却することにより鋼板の板幅方向の温度偏差を減少させている。
特許文献３に開示される技術では、鋼板をＡ_r3点近傍からＭｓ点近傍までの温度範囲を冷却する厚鋼板用冷却設備において、第一の冷却装置の水量密度Ｗｓと第二の冷却装置の水量密度Ｗｗとの比（Ｗｓ／Ｗｗ）を２〜１２とするとともに、第一の冷却装置と第二の冷却装置との間に空冷ゾーンを設けている。

特許文献４に開示される技術では、８００℃以上の厚鋼板を搬送しながら、スリットノズルから噴出した冷却水流により３５０℃以下まで第一冷却し、引き続いて上面をパイプノズルから、下面をスプレーノズルから噴出した冷却水流により第二冷却する。
特許文献５に開示される技術では、第一冷却を全面を膜沸騰で行い、引き続いて第二冷却を所定の冷却停止温度まで全面を核沸騰冷却で行っている。

また、第二の方法は、矯正工程を冷却前若しくは冷却後に付与することにより、鋼板の平坦度や冷却均一性を確保する方法であり、例えば特許文献６〜８に開示される技術がある。
特許文献６に開示される技術では、熱間圧延機直後に設けられた第一の形状矯正装置（ホットレベラー）で矯正後、冷却装置にて加速冷却し、第二の形状矯正装置で矯正することにより、平坦な鋼板を得る。

特許文献７に開示される技術では、特許文献６に示される方法と同様に加速冷却の前後において矯正を施すことにより平坦度と冷却均一性を確保しているが、所定厚み以上の鋼板については冷却前に第二の形状矯正装置で矯正を施してから冷却装置に逆送することにより、第一の形状矯正装置での矯正負荷を低減し、設備コストを低減している。
また、特許文献８に開示される技術では、熱間圧延あるいは熱間矯正後に加速冷却した後、オンラインにて矯正する際に板幅方向の温度分布が１０℃以下になった時点で矯正する。
特開昭６１‐１５３２３５号公報 特開昭６２‐２８９３１６号公報 特開昭５８‐６４３２０号公報 特開昭６３‐１７６４１９号公報 特開２０００‐４２６２１号公報 特開昭５４‐１２４８６４号公報 特開平１１‐２２６６０５号公報 特開昭６１‐２６２４２８号公報

ここに、図５に示される、高温鋼板を冷却する際の鋼板表面温度と熱流束（単位面積、単位時間当りの抜熱量）との関係から分かるように、鋼板表面温度が高い状態では膜沸騰、鋼板表面温度が低い状態では核沸騰、この中間温度領域では遷移沸騰となっている。鋼板表面温度が高い状態で存在する膜沸騰では鋼板表面と冷却水の間に蒸気膜が発生し、この蒸気膜内の熱伝導により伝熱がなされる状態となり、冷却能力は低い。一方、鋼板表面温度が低い状態で存在する核沸騰では、鋼板表面と冷却水は直接接触し且つ鋼板表面から冷却水の一部が蒸発して出来た蒸気泡が発生し直ぐ回りの冷却水により凝縮され消滅するといった複雑な現象が起こっており、蒸気泡の生成・消滅に伴う冷却水の撹拌が発生することから、極めて冷却能力が高い。なお、中間温度領域では膜沸騰と核沸騰が混在した状態である遷移沸騰状態となる。遷移沸騰状態では、核沸騰・膜沸騰と異なり、鋼板表面温度が低くなるにつれ熱流束が大きくなる現象が起こる。

また、鋼板表面温度と熱流束の関係は投入水量毎に変化する。例えば、図５に示すようにある水量で鋼板を冷却した場合の鋼板表面温度と熱流束の関係を基準として、それよりも水量を増加させた場合は全体的に熱流束が高くなる。これに付随して、膜沸騰から遷移沸騰へ移行する温度（図中の遷移温度（１））及び遷移沸騰から核沸騰に移行する温度（図中の遷移温度（２））も高温側に移行する。一方、水量を低下させた場合は、全体的に熱流束は低下し、遷移温度（１）及び遷移温度（２）は低温側に移行する。なお、一般的な設備で鋼板の冷却を行った場合、遷移温度（１）は５００〜８００℃程度、遷移温度（２）は２００〜４００℃程度である。

上記に述べたように、鋼板を水で冷却した場合には、鋼板の温度や投入水量により様々な伝熱形態となる。そのため、冷却開始から冷却終了までの鋼板の温度履歴は、図６に示すように、一定の低水量で冷却する場合（図６（ａ））は高温領域で膜沸騰して、遷移沸騰、核沸騰と遷移し、また、一定の高水量で冷却する場合（図６（ｂ））は高温領域で膜沸騰が発生せず、遷移沸騰、核沸騰と遷移するものとなる。いずれの場合も、鋼板温度が遷移沸騰領域で急激に下がり、冷却速度が加速度的に大きくなっていることが分かる。

しかしながら、このように鋼板の温度によって冷却速度が変化することは、材質制御の観点から好ましくなく、且つ、遷移沸騰状態となる温度域で冷却を停止させようとすると、遷移沸騰領域では加速度的に冷却速度が大きくなることから、わずかに冷却制御時間が長くなっただけで鋼板温度は狙いより大きく低くなってしまう問題がある。また、冷却前の鋼板に圧延等で局所的に温度偏差があった場合、冷却中に遷移沸騰領域では低温ほど良く冷えるため、温度偏差は拡大する。

前記第一の方法は、高温鋼板を冷却する上で避けられない沸騰状態の変化に着目したものである。しかし、特許文献１においては、第一の冷却装置では水量密度を２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とし、第二の冷却装置における冷却水の水量密度７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上とすることにより材質の強度確保を図っているが、第一の冷却装置及び第二の冷却装置における水量密度の差が少ないため、温度履歴は一定水量で冷却している場合とあまり変わらず上記の問題を回避することが出来ない。

特許文献２では、ノズル形式のみ規定されているものの、その冷却水量については述べておらず、上記の問題を解決する具体的な手段については言及していない。
特許文献３では、第一の冷却装置と第二の冷却装置の水量密度の比を２〜１２倍として、膜沸騰状態及び核沸騰状態での冷却能力の差を抑えているものの、第一の冷却装置から出た鋼板を空冷ゾーンで十分復熱させてから第二の冷却装置に入れるため、第二の冷却装置に進入する鋼板温度はかなり高くなり、水量が少ない第二の冷却装置では膜沸騰が発生する危険性がある。第二の冷却装置において膜沸騰領域から冷却を開始すると、一定水量で冷却した場合と同様の温度履歴となるため、第二の冷却装置では、先に述べたように、冷却前に付いた温度偏差が拡大する危険性があり温度均一性や歪が悪化し、さらに遷移沸騰領域で冷却を停止させる場合は、加速度的に冷却速度が変化しているため、その精度も低い。

特許文献４では、第一の冷却装置で３５０℃まで急冷した後に、第二の冷却装置で冷却するが、第一の冷却装置で３５０℃まで冷却する必要があり、３５０℃以上の冷却停止温度では制御することが出来ない。
特許文献５では、冷却の前段である第一の冷却装置では冷却能力の低い膜沸騰で、冷却の後段である第二の冷却装置では冷却能力の高い核沸騰で冷却を実施するが、前段の高温域では冷却速度が低く、後段の低温域では冷却速度が速くなるため、鋼板冷却中の冷却速度が変化してしまい材質制御の観点から好ましくない。

また、前記第二の方法では、特許文献６、７に示されるように冷却の前後に形状矯正を施すことにより、平坦度や冷却の均一性を確保できるが、冷却ノズルなどの設備仕様や冷却条件によっては、冷却中に、幅方向温度不均一の発生や鋼板上下面の温度履歴が一致しないこと等に起因して鋼板形状が乱れた場合、第二の矯正装置の矯正能力を極めて高いものにする必要がある。また、温度不均一がある状態で第二の形状矯正を実施しても、徐冷の過程で鋼板温度偏差に起因して鋼板形状は再び悪化する。そのため、均一冷却が出来なければ、第二の形状矯正は無意味なものとなる。

特許文献８は、冷却中に温度不均一になったとしても、その後の徐冷の過程で温度偏差を縮小させ、温度偏差が１０℃未満になった時点で第二の矯正を実施する技術であるが、冷却装置について言及していないので、温度均一性が保てない冷却装置が既存設備である場合、長時間待機した後に温度が均一化してから形状矯正をしなくてはならない。そのため、冷却装置から比較的近い距離に第二の形状矯正装置を設置した場合は、形状矯正装置の前で待ち時間が発生し、圧延能率を阻害することとなる。また、これを回避するためには、第二の冷却装置よりも十分に離れた位置に形状矯正装置を設置すればよいが、製造設備の構成上この位置には、鋼板のせん断装置やマーキング装置などがあるため、新規に工場を建設するような場合には適用できるものの、現状の設備を活用する場合は事実上不可能である。
本発明は上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、材質安定及び平坦度を確保する方法を総合的に考慮することにより、良好な材質安定性及び平坦度を得るための鋼板の製造方法及びその製造装置を提供する。

本発明の請求項１による鋼板の製造方法は、熱間圧延機、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置を搬送方向上流側からこの順序で配列して、オンラインで鋼板を冷却、矯正する鋼板の製造方法において、前記第二の冷却装置の投入水量密度を前記第一の冷却装置の投入水量密度よりも小さく設定するとともに、前記第一の冷却装置での冷却を遷移沸騰で終了させ、かつ前記第二の冷却装置での冷却を遷移沸騰から開始することを特徴とする。

本発明者らは、図３に破線で示すように、鋼板表面温度が高い状態では、熱流束が大きくなるように水量を多くし、鋼板表面温度が低い状態では、熱流束が小さくなるように水量を少なくして、遷移沸騰領域で速やかに水量を切り替えるような冷却をすることにより、遷移沸騰領域における目標冷却停止温度での冷却停止の精度が向上し、冷却前に鋼板に存在した温度偏差が拡大しないなど、安定した冷却を実現する方法の知見を得た。

これは遷移温度（１）で熱流束は極小となり遷移温度（２）で熱流束は極大となるが、本発明のように遷移沸騰領域で水量を変化させた場合には、遷移沸騰領域における熱流束の変化量（以後、「熱流束差」と呼ぶ）ｑ２が、一定水量で冷却した場合の熱流束差ｑ１よりも小さくなることによる。このため、本発明では第一の冷却装置での冷却が遷移沸騰のときに、水量密度の小さい第二の冷却装置での冷却に切り替えることにより、遷移沸騰領域における熱流束差を小さくして、目標冷却停止温度での冷却停止の精度を向上させている。すなわち、熱流束差を小さくすると、遷移沸騰領域における冷却能力の変化が少なくなるので、従来の冷却方式のような遷移沸騰領域における加速度的な冷却速度の増大を減らすことが可能になる。これにより、鋼板冷却中の冷却速度は高温域から低温域まであまり変化しないため、目標の冷却停止温度での冷却停止の精度を向上させることが可能となり、かつ材質制御の観点からも好ましい。

ここで、第一の冷却装置、第二の冷却装置において適正な水量で冷却しなければ、本発明の効果は半減する。
例えば第二の冷却装置において、適正水量よりも少なくした場合は、遷移温度（１）よりも鋼板表面温度が高い状態で第二の冷却装置に進入するため、以後の冷却は膜沸騰から遷移沸騰を経て核沸騰に至り、一定水量で冷却した場合と同じ熱流束差となり本発明の効果は得られない。一方第二の冷却装置において水量を多くしすぎると、第一の冷却装置における温度と熱流束の関係に近づくため、やはり一定水量で冷却した場合と同様の状態に近づき、本発明の効果は得られない。

また、第一の冷却装置において、水量を少なくしすぎると膜沸騰が発生する。膜沸騰が発生すると遷移温度（１）までの冷却では、表面温度が下がるにつれ熱流束が低下し、遷移温度（１）で極小となり、更に表面温度が下がるにつれ熱流束は大きくなる。そのため、第一の冷却装置において膜沸騰が発生しない条件で冷却すると、膜沸騰が発生する条件のように熱流束が極小となる遷移温度（１）を通過しないので、全体的な熱流束差を小さくすることが可能となる。

適正な流量範囲で冷却をすると、図４に示すように、遷移沸騰における加速度的な冷却速度の増加が少なくなり、あまり冷却速度が変化せずに安定した冷却が可能となる。このため、本発明では第二の冷却装置における水量密度を、第一の冷却装置からの切り替え時に、遷移沸騰から開始することができるような水量密度としている。
また、本発明の第一の形状矯正装置及び第二の形状矯正装置は、冷却前及び冷却後の形状矯正により、鋼板の平坦度や冷却均一性を確保するために必須のものである。以下、それぞれの設置理由について説明する。

一般に、圧延後に冷却をしないアズロール材と比較して、圧延後に冷却を実施した場合、鋼板温度が低くなるため変形抵抗が増大しホットレベラーなどで矯正しにくい。また、鋼板温度を高い状態で保持するアズロール材はクリープによる残留応力低減効果があり鋼板形状は改善される傾向にある。そのため、圧延時にしばしば発生する反りなどで形状が乱れた場合、冷却すると殆どその形状が凍結されてしまう。また、鋼板形状が乱れたまま冷却すると、鋼板表面を流れる冷却水水流が変化し温度偏差が発生して、歪がさらに悪化する。そのため、冷却前に事前に鋼板形状を矯正し、ある程度の平坦度を確保した状態で冷却することが好ましい。そのため、圧延後に第一の矯正を実施している。
一方、平坦度を確保した状態で冷却しても、冷却後の幅方向温度の不均一や冷却中の鋼板上下面の温度履歴がずれた場合、歪が発生する。近年高い平坦度レベルが要求されている厚鋼板では、冷却中に発生したわずかな歪を矯正するために、第二の矯正を実施している。

本発明の請求項２による鋼板の製造方法は、請求項１において、前記第一の冷却装置の投入水量密度を１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上に設定し、前記第二の冷却装置の投入水量密度を２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下に設定することを特徴とする。
このような水量密度であれば、上述のように遷移沸騰領域で第一の冷却装置による第一冷却から第二の冷却装置による第二冷却に切り替えることができるので、遷移沸騰領域における熱流束差を小さくすることができる。

本発明の請求項３による鋼板の製造方法は、請求項１又は２において、前記鋼板を目標冷却停止温度にするために必要な冷却時間が、その鋼板を搬送手段の最低搬送速度で搬送したときに第一の冷却装置及び第二の冷却装置を通過させるのに要する時間よりも短い場合は、第一の冷却装置及び第二の冷却装置で通過冷却させ、長い場合は、第一の冷却装置では通過冷却させるとともに、第二の冷却装置ではオシレーション冷却させることを特徴とする。

ここで、厚鋼板をオンライン冷却する方法として、鋼板を停止またはオシレーションしながら冷却する方法（オシレーション冷却と呼ぶ）と、鋼板を搬送しながら冷却する方法（通過冷却と呼ぶ）がある。しかしながら、例えばスリットラミナー冷却を実施した場合、ノズル直下の冷却能力が極端に高く、その他の領域の冷却能力は低いため、鋼板を停止した瞬間はラミナー直下のみ過冷却となってしまい、鋼板が変形したり材質が不安定になったりする原因となる。そこで、鋼板を均一冷却する観点から、本発明では通常使用するときには通過冷却とする。

但し、本発明者らは本発明の様に第一の冷却装置では水量密度１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上で遷移沸騰領域まで通過冷却し、かつ、第二冷却装置において水量密度２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下かつ遷移沸騰領域で冷却を開始すると、第二の冷却装置でオシレーション冷却しても温度ムラは発生しにくいことを見出した。また、冷却時間の長い鋼板は、冷却速度が遅く板厚が厚いものであるため、鋼板の剛性が高く変形しにくいことと、鋼板の冷却速度は物理的限界まで冷却しても数℃／ｓ程度であるため、局所的に冷却能力が高い部位があったとしても、材質はあまり変化しない。

なお、第一の冷却装置でオシレーション冷却を行うと、大きい水量密度での冷却時間が長くなり遷移沸騰領域を通り越して核沸騰領域に至ってしまい、遷移沸騰領域における水量の切り替えができなくなる。したがって、遷移沸騰領域における水量の切り替えをした後の第二の冷却装置でオシレーション冷却を行うこととする。
このことを考慮して、必要な冷却時間が長い場合は、第一の冷却装置では通過冷却し、第二の冷却装置ではオシレーション冷却を行うことにより、短い設備長であっても、厚くて冷却時間の長い鋼板の冷却が可能になる。

本発明の請求項４による鋼板の製造方法は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記第一の冷却装置での冷却の完了から前記第二の冷却装置での冷却の開始までの時間が１秒以内となるように前記第一の冷却装置及び第二の冷却装置を配置することを特徴とする。
本発明の請求項５による鋼板の製造設備は、熱間圧延機、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置が搬送方向上流側からこの順序で配列され、オンラインで鋼板を冷却、矯正する鋼板の製造設備において、前記第一の冷却装置の投入水量密度を１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上に設定し、前記第二の冷却装置の投入水量密度を２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下に設定するとともに、前記第一の冷却装置での冷却を遷移沸騰で終了させ、かつ前記第二の冷却装置での冷却を遷移沸騰から開始させる構成としたことを特徴とする。

本発明の請求項６による鋼板の製造設備は、請求項５において、前記鋼板を目標冷却停止温度にするために必要な冷却時間が、その鋼板を搬送手段の最低搬送速度で搬送したときに第一の冷却装置及び第二の冷却装置を通過させるのに要する時間よりも短いと判定した場合は、第一の冷却装置及び第二の冷却装置で通過冷却させ、長いと判定した場合は、第一の冷却装置では通過冷却させるとともに、第二の冷却装置ではオシレーション冷却させるコントローラを備えたことを特徴とする。
本発明の請求項７による鋼板の製造設備は、請求項５又は６において、前記第一の冷却装置での冷却の完了から前記第二の冷却装置での冷却の開始までの時間が１秒以内となるように前記第一の冷却装置及び第二の冷却装置が配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、鋼板の製造において、幅広い温度範囲での制御冷却を優れた精度及び安定性で行うことができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）に本発明の実施の形態に係る鋼板の製造設備を示す。なお、図１（ｂ）には、図１（ａ）に示す鋼板の製造設備における通板パターン（後述する）を示す。
鋼板の製造設備は、図１（ａ）に示すように、鋼板９の搬送方向上流側から順に、仕上圧延機１、第一の形状矯正装置２、第一の冷却装置３、第二の冷却装置４及び第二の形状矯正装置５が配置されるとともに、鋼板９の搬送速度を調節するコントローラ１５を備える。なお、符号６，８は鋼板温度を測定する温度計である。
仕上圧延機１は、所定の圧延速度で搬送された鋼板９を熱間圧延するものである。

第一の形状矯正装置２は、熱間圧延中に鋼板９に発生した歪の形状矯正をするものである。図１（ａ）では、第一の形状矯正装置２として、上下に千鳥状に配設された矯正ロール２１によって鋼板９を挟圧するローラーレベラー方式の形状矯正装置が用いているが、これに限定されずスキンパス方式あるいはプレス方式の形状矯正装置を用いてもよい。しかしながら、鋼板形状を安定させ、高い能率で操業するためには、仕上圧延機１でスキンパス矯正を行わず、別に、圧延中に発生する反りや波などの形状矯正に特化した形状矯正装置を設置する必要がある。

第一の形状矯正装置２を仕上圧延機１と第一の冷却装置３との間に設置する理由は以下の通りである。
冷却後に形状矯正をする場合には、鋼板９の温度が低いため高い矯正反力を必要とする。このため、かりに高い矯正能力を持つ形状矯正装置を設置できたとしても、形状矯正装置のコストは極めて膨大なものとなるし、また、矯正力を大きくするためには、ローラーレベラーの押し込み量を大きくする必要がある。この場合あまり押し込むと、矯正ロールと鋼板９の間に滑りが発生しやすくなったり、鋼板表面に大きな歪が発生したりするため、鋼板９表面にあるスケールが剥がれてしまい、外観不良やスケールの噛込み等の発生原因となる。そこで、圧延で発生した歪は、矯正反力が低く、スケールがある程度延性をもち剥離しにくい条件である高温状態で除去することが好ましい。そのため、本実施形態では、仕上圧延機１と第一の冷却装置３との間に第一の形状矯正装置２を設置することにより、冷却前の鋼板が高温状態のときに形状矯正を行っている。

また、本実施形態では仕上圧延機１と第一の形状矯正装置２との間の距離を、製造する鋼板９の最大長さ以上としている。これにより、仕上圧延機１と第一の形状矯正装置２との間のスペースで、圧延速度から冷却に最適な搬送速度への加減速が可能になっている。
第一の冷却装置３及び第二の冷却装置４は、例えば図２に示すように、鋼板９の上面側及び下面側に所定ピッチで配置された冷却ノズル１２を備えて構成され、冷却ノズル１２から所定の水量密度で冷却水流を鋼板９に噴出することにより、搬送ロール１０によって搬送される鋼板９を冷却するものである。

冷却ノズル１２は、遮断弁１８及び流量調整弁１９が取り付けられており、通水の有無や流量を自由に変更することができる。本実施形態では、第一の冷却装置３では水量密度が１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上に、第二の冷却装置４では水量密度が２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下の範囲になるように、流量調整弁１９が調整される。なお、冷却方式は限定されるものではなく、スプレー冷却やパイプラミナー、スリットラミナー、円管ジェット冷却、スリットジェット冷却、ミスト冷却などを採用することができる。

この第一の冷却装置３及び第二の冷却装置４の設備長の比は、１：１〜１：３程度にすること好ましい。このようにすれば、第一の冷却装置３での冷却完了時及び第二の冷却装置４での冷却開始時の鋼板表面温度が遷移温度（１）と遷移温度（２）（図５参照）の中央付近になるので、遷移沸騰領域における熱流束差をより小さくすることができる。
また、第一の冷却装置３の配設位置は、第一の冷却開始温度を確保する観点から考えると、仕上圧延機１になるべく近い方が好ましいことから、本実施形態では第一の形状矯正装置２に近接させている。

また、第一の冷却装置３と第二の冷却装置４とは、第一の冷却装置３での冷却を完了して、第二の冷却装置４での冷却を開始するまでの時間が１ｓｅｃ以内となるように、近接させて設置している。これは次の理由による。
もし、第一の冷却装置３と第二の冷却装置４との間に距離がある場合は、第一の冷却装置３から鋼板９が出た後、鋼板表面温度が復熱するため、鋼板表面温度が高い状態で第二の冷却装置４に進入し、膜沸騰が発生する危険性がある。よって、好ましくは第一の冷却装置３と第二の冷却装置４の間は、距離を開けないほうが良いが、設備の機械的な構造上困難な場合は１ｓｅｃ以内で通板可能な位置に設置すれば、復熱する前に第二の冷却装置４に進入させることが可能となり、第二の冷却装置４において遷移温度（１）以下から冷却することが可能となる。第一の冷却装置３を出てからこれ以上の時間復熱させると本発明で主張する第二の冷却装置４の水量密度では膜沸騰が発生してしまい本発明の効果が得られなくなる。

また、第一の冷却装置３と第二の冷却装置４の間は、図２に示すように水切りロール１１で仕切って連続させるのが良い。これは以下の理由による。
水切りロール１１で第一の冷却装置３と第二の冷却装置４を仕切ると、第一の冷却装置３と第二の冷却装置４との間の距離を実質的にゼロとし、第一冷却の完了後第二冷却の開始までに鋼板９の復熱を防止することができる。また、第一の冷却装置３の水量は第二の冷却装置４の水量に比べて多いので、第一の冷却装置３の冷却水が、第二の冷却装置４内に流入し、この流入水により第二の冷却装置４の水量密度が高くなり、目標の水量密度より高くなる危険性があるため、この水切りロールにより流入水を遮断すれば冷却は安定する。

なお、例えば第一の冷却装置３の出側で表面温度を測定するなど、設備の機械的構造の関係でこのような配置が困難な場合は、第一の冷却装置３の出側と第二の冷却装置４の入側それぞれに水切りロールを設置すれば、第一の冷却装置３の冷却水は第二の冷却装置４に進入することもなく、且つ第一の冷却装置３と第二の冷却装置４との間で鋼板９上に滞留水も存在せず、安定した温度測定が可能となる。

さらに、水切りロールは第一の冷却装置３の入側や第二の冷却装置４の出側にも設置すると、冷却水が鋼板に滞留することを防ぐことができるので、好ましい。例えば第二の冷却装置４の出側に水切りロールを設置しなかった場合、鋼板の上部に局所的に滞留水が載った状態で鋼板９が搬送され、この間滞留水がある場所で局所的に過冷却となってしまうので、温度均一性を損なうだけでなく、形状が悪くなる原因にもなる。さらに、水切りロール配置は、冷却装置の入側、出側だけでなく、冷却装置内にノズルユニットが長手方向に複数配置している場合は、各ノズルユニット前後に水切りロールを配置してもかまわない。

第二の形状矯正装置５は、冷却中に鋼板９に発生した歪の形状矯正をするものである。図１（ａ）では、第二の形状矯正装置として、第一の形状矯正装置２と同様にローラーレベラー方式を用いているが、これに限定されずスキンパス方式あるいはプレス方式の形状矯正装置を用いてもよい。但し、本発明の様に、圧延中に発生した歪は第一の形状矯正装置２で矯正し、冷却では第一の冷却装置３と第二の冷却装置４に分けさらに投入水量を適正化することにより、第二の形状矯正装置５により処理する鋼板はもともと平坦度が高く、鋼板温度も均一であるため、第二の形状矯正装置５の矯正反力はあまり高くする必要はない。

また、第二の冷却装置４と第二の形状矯正装置５との距離は、好ましくは、ラインで製造する鋼板９の最大長さよりも長くするとよい。これは第二の形状矯正装置５でリバース矯正などを実施する場合も多いため、逆送した鋼板９が搬送ロール上で跳ねて、第二の冷却装置４の水切りロール１１や冷却ノズル１２に衝突する等のトラブルを防ぐ効果や、冷却中に発生したわずかな温度偏差を均一化し、矯正後に温度偏差に起因した反りの発生を避ける効果が期待できる。

なお、設備配置上第二の冷却装置４と第二の形状矯正装置５の間の距離を確保するのが困難な場合は、第二の冷却装置４で冷却完了し、鋼板９が第二の冷却装置４から出た時点で速やかに冷却ノズル１２や水切りロール１１を上昇させるようにしてもよい。
コントローラ１５は、第一の形状矯正装置２入側の温度計６より入力された鋼板温度に基づいて、目標冷却停止温度にするために必要な冷却時間を算出し、これに基づき第一の冷却装置３及び第二の冷却装置４における各搬送速度を算出して各搬送速度調整手段１６にそれぞれの搬送速度の指令値を出力するものである。なお、本実施形態では、第一の形状矯正装置２入側に設置された温度計６からの出力値を用いているが、第一の冷却装置３入側に温度計７を設けてこの出力値を用いてもよい。

前記第一の冷却装置３及び第二の冷却装置４における各搬送速度の算出は、次の手順で行う。
まず、求められた冷却時間が、その鋼板を最低搬送速度で搬送したときに第一の冷却装置及び第二の冷却装置を通過させるのに要する時間よりも短いか否かを判定する。この最低搬送速度の情報は例えばあらかじめ入力された値を用いる。
短いと判定した場合は、第一の冷却装置及び第二の冷却装置で通過冷却させるための各搬送速度を算出する（図１（ｂ）の通板パターン（１））。

一方、長いと判定した場合は、第一の冷却装置では通過冷却させるための搬送速度を算出するとともに、第二の冷却装置ではオシレーション冷却させるための搬送速度及びオシレーション回数を算出する（図１（ｂ）の通板パターン（２））。これによって、鋼板９の尾端が第一の冷却装置を抜け出るまでの時間は例えば最低搬送速度の指令が第一の冷却装置及び第二の冷却装置の搬送速度調整手段１６に出力され、それ以後は冷却時間が経過するまでの間は搬送速度及びオシレーション回数（所定距離の前進及び後退の繰り返し回数）の指令が第二の冷却装置の搬送速度調整手段１６に出力される。

ここで、前記冷却時間は、第一の形状矯正装置２入側の温度計６により測定された鋼板の冷却開始温度を初期値として、冷却終了後の温度が目標冷却停止温度と所定の許容誤差範囲内で一致するように、数値シミュレーションによって収束計算することにより算出する。
数値シミュレーションによって計算する理由は、解析解と異なり鋼材の熱物性値等の温度依存性や第二の冷却装置４を出てから温度計８に到達するまでの放冷等を考慮しやすいためである。この計算方法の詳細は多くの文献等に記載されており、例えば日本鉄鋼協会編「連続鋼片加熱炉における伝熱実験と計算方法」や日本鉄鋼協会圧延理論部会編「板圧延の理論と実際」などに記載されている。また、水量と冷却能力は予め実験により求めておけばよいが、例えば日本鉄鋼協会編「鋼材の強制冷却」等の文献に冷却方式毎の水量と熱伝達係数が記載されており、これを元に数値計算してもかまわない。

搬送速度調整手段１６は、コントローラ１５の指令に従って搬送ローラによる搬送速度を調節するものである。本実施形態では、搬送ラインには所定複数箇所に搬送速度調整手段１６が設けられて搬送速度の調整が可能になっていて、例えば図１（ａ）に示す第一の冷却装置３の搬送速度調整手段１６及び第二の冷却装置４の搬送速度調整手段１６は、それぞれ第一の冷却装置３又は第二の冷却装置４に配設される搬送ロール１０を駆動するモータで構成されている。

次に、上記のようにして構成される鋼板の製造設備の動作、作用及び効果を説明する。
通板パターン（１）では、まず、仕上圧延機１によって熱間圧延された鋼板９が搬送ロールによって第一の形状矯正装置２前まで圧延速度で搬送される。圧延された鋼板９は圧延速度で搬送されてはいるが、その尾端が仕上圧延機１から払い出されるまでは仕上圧延機１と第一の形状矯正装置２との間のスペースに滞留する。このとき、温度計６が鋼板９の温度を測定し、この測定値に基づいてコントローラ１５が第一の冷却装置３及び第二の冷却装置４における各搬送速度を算出し、各搬送速度調整手段１６にそれぞれの搬送速度を出力する。そして、圧延が完了して鋼板９が尾端まで払い出されると、このスペースにおいて圧延速度からコントローラ１５によって指令された搬送速度への加減速が実施され、高温状態の鋼板９が第一の形状矯正装置２に搬送され、圧延時に生じた歪みが矯正される。この矯正時の搬送速度は第一の冷却装置３における搬送速度に一致させたものであるので、形状矯正された鋼板９はそのままの搬送速度で第一の冷却装置３に搬送されて第一冷却が開始される。第一の冷却装置３においては、鋼板９は入側から出側に至るまで遷移沸騰領域で通過冷却される。第一冷却が完了した鋼板９は連続して復熱することなく第二の冷却装置４に搬送され、この第一の冷却装置３よりも投入水量の少ない第二の冷却装置４でも遷移沸騰で冷却が開始される。第二の冷却装置４で、鋼板９はコントローラ１５により指令された搬送速度で搬送されて、通過冷却される。そして、鋼板９が第二の冷却装置４の出側に至ると、目標冷却停止温度となって第二の冷却装置４から払い出される。冷却された鋼板９は、第二の形状矯正装置５に搬送され冷却時に生じた歪の形状矯正がなされる。

このように、鋼板は平坦度を適切に確保した後に冷却するため、形状の乱れに起因する温度偏差が発生することもなく均一に冷却され、変態が均一に阻止されるので、材質が安定する。
また、鋼板温度によって冷却速度が変化する遷移沸騰時に水量密度を小さく切り替えて遷移沸騰領域における熱流束差を小さくしているので、目標冷却停止温度が遷移沸騰領域である場合にも優れた精度及び安定性で冷却を停止することができる。このため、幅広い温度範囲での制御冷却によって、多様な品種を製造することができる。
さらに、均一な冷却を行なった後にさらに矯正を行うことにより、高い平坦度が要求される鋼板の製造も可能である。

通板パターン（２）では、第一の冷却装置３に至るまでは通板パターン（１）のときと同様であり、鋼板９は第一の冷却装置３においてはコントローラ１５により指令された搬送速度で通過冷却される。そして、鋼板９の尾端が第一の冷却装置３を抜けた後、第二の冷却装置４内ではコントローラ１５により指令されたオシレーション回数でオシレーションが行われる。そして、冷却時間が経過すると鋼板９は第二の冷却装置４から払い出され、第二の形状矯正装置５で形状矯正される。
このように、水量密度の小さい第二の冷却装置４でオシレーション冷却を行うことで、冷却の不均一に起因する鋼板に材質の不安定や歪みをほとんど生じさせることなく、短い設備長で、厚みが大きく冷却時間の長い鋼板の冷却も可能である。

ここで、オシレーション冷却する場合は、第二の冷却装置４に設置されている水切りロール１１は搬送速度に追従して回転するようにすると、鋼板９と水切りロール１１の接触による擦り傷発生のリスクを回避することができる。もし、このような水切りロール１１の回転数制御が出来ない場合は、水切りロール１１を昇降可能に構成し、オシレーション冷却時には、第一の冷却装置３内の水切りロール１１、第一の冷却装置３と第二の冷却装置４とを仕切る水切りロール１１及び第二の冷却装置４出側の水切りロール１１は鋼板９を拘束できる状態にしておき、それ以外の第二の冷却装置４内の水切りロール１１は上方の退避位置まで上昇させても良い。このように構成すれば、水切りロール１１の接触による擦り傷発生を回避することができるとともに、オシレーションを完了した高温鋼板を第二の冷却装置４から搬出するときに鋼板上面にある滞流水を排除することによって、第二の冷却装置４で冷却が完了してから第二の形状矯正装置で矯正するまでの間の鋼板９の過冷却を防止できる。なお、水切りロール１１で鋼板９を拘束する代わりに、第二の冷却装置４の出側に圧縮空気や高圧水による水切りパージ等を設置してもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。実施例の製造設備の構成概要は上述の実施形態において示したものと同様である。以下、その具体的な構成とその冷却方法について図面を参照しながら説明する。
実施例の製造設備は、図１（ａ）に示したものと同様の構成であり、本製造設備で圧延される最大鋼板長は５０ｍであることから、仕上圧延機１と第一の形状矯正装置２との距離及び第二の冷却装置４と第二の形状矯正装置５との距離は６０ｍとされている。また、第一の形状矯正装置２と第一の冷却装置３との距離は５ｍである。また、温度計６，８として、非接触で鋼板温度が測定可能な放射温度計を用いている。

第一の冷却装置３及び第二の冷却装置４も、図２に示したものと同様の構成であるが、詳細な構成について以下に説明する。
搬送ロール１０は１ｍピッチで設置され、各搬送ロール１０と上下で対向位置に水切りロール１１が設置されている。また、この水切りロール１１，１１間及び搬送ロール１０，１０間には、スプレーノズルで構成される冷却ノズル１２がそれぞれ取り付けられており、１ｍピッチで配置される構成となっている。さらに、水切りロール１１は昇降する機構を有しており、通常時には搬送ロール１０の対向位置で鋼板９を拘束し、第二の冷却装置４でオシレーション冷却を行う際には上述のように退避位置まで上昇する。冷却ノズル１２は、水切りロール１１が上昇していても、下降していても通水が可能な構造となっている。

また、冷却設備長は第一の冷却装置３が４ｍ、第二の冷却装置が８ｍとなっており、第一の冷却装置長と第二の冷却装置長の比は、１：２となっている。また、第一の冷却装置３と第二の冷却装置４との間は水切りロール１１により仕切られており、第一及び第二の冷却装置間距離をゼロとしている。なお、第二の冷却装置４の搬送方向上流側に設置されている冷却ノズルの遮断弁１８を閉とし、冷却水の通水を止めることにより、第一の冷却装置３を出て第二の冷却装置４に進入するまでの時間を変化させることができる。
このような製造設備において、実際に鋼板をオンライン冷却した結果を表１に示す。

［実施例１〜３］
厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）のように、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は表１に示すように本発明の範囲内で３水準変化させた。また、第一の冷却装置で水冷してから第二の冷却装置で水冷を開始するまでの時間は０ｓｅｃとした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより第一及び第二の冷却装置における搬送速度を設定した。なお、本発明では収束計算により搬送速度を計算するため、実施に先立って予めオフラインにて本製造設備における投入水量と熱伝達率の関係を求めておき、数値計算により冷却時間、搬送速度を決めた。

冷却後の鋼板の温度は、図１（ａ）中の第二の形状矯正装置入側の温度計８により計測した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となり、冷却後の鋼板全面の平均温度はほぼ目標の冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も少なく、強度も規格内となった。また、鋼板の形状も極めて良好であり、再矯正をすることなく出荷が可能となった。

［比較例１］
実施例1〜３と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に通板させるが、第一の形状矯正装置及び第二の形状矯正装置の上側の矯正ロールを上昇させ、矯正なしとした。第一の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また搬送速度は、実施例１と同じとした。圧延時に形状が乱れてしまったが、形状が乱れたまま第一の冷却装置に進入し、冷却後に局所的に過冷却が発生した結果、平均温度は５２０℃となり、目標より低い冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も５０℃となり、強度も規格オーバーであった。また、鋼板の形状も耳波が発生し、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［比較例２］
実施例１〜３と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に通板させるが、第二の形状矯正装置の上側の矯正ロールを上昇させ、矯正なしとした。第一の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また搬送速度は、実施例１〜３と同じとした。圧延時に形状が乱れてしまったものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となり、冷却後の平均温度は６０５℃となり、ほぼ目標通りの冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も１１℃と良好であり、強度も規格内となった。しかし、冷却中に若干歪が発生したため、再矯正が必要となり、製造コスト高となった。

［比較例３］
実施例１〜３と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に通板させるが、第一の形状矯正装置の上側の矯正ロールを上昇させ、矯正なしとした。第一の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また搬送速度は、実施例１〜３と同じとした。圧延時に形状が乱れてしまい、形状が乱れたまま第一の冷却装置に進入し、冷却後に局所的に過冷却が発生した結果、平均温度は５３０℃となり、目標より低い冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も４８℃となり、強度も規格オーバーであった。さらに、圧延で発生した歪に加え、冷却で歪が更に悪化し、第二の形状矯正装置で矯正しきれなかったため、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［比較例４］
実施例１〜３と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより搬送速度を設定した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となったが、第一の冷却装置の水量密度が少なかったため、圧延中に生じた温度偏差が増大してしまい、冷却後の鋼板全面の平均温度は６４０℃となり、目標より若干高いの冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も６０℃となり、強度不足が発生した。冷却中に温度偏差が発生した結果、歪が発生し、第二の形状矯正装置で矯正しきれなかったため、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［比較例５］
実施例１〜３と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は１００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより搬送速度を設定した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となったが、第二の冷却装置の水量密度が少なかったため、圧延中に生じた温度偏差が増大してしまい、冷却後の鋼板温度全面の平均温度は６７０℃となり、目標より高い冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も１００℃となり、強度不足が発生した。冷却中に温度偏差が発生した結果、歪が発生し、第二の形状矯正装置で矯正しきれなかったため、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［比較例６］
実施例１と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより搬送速度を設定した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となったが、第二の冷却装置の水量密度が多かったため、圧延中に生じた温度偏差が増大してしまい、冷却後の鋼板全面の平均温度は４００℃となり、目標より低い冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も５７℃となり、強度オーバーが発生した。冷却中に温度偏差が発生した結果、歪が発生し、第二の形状矯正装置で矯正しきれなかったため、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［比較例７］
実施例１〜３と同じく、厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は１００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより搬送速度を設定した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となったが、第一の冷却装置及び第二の冷却装置の水量密度が少なかったため、圧延中に生じた温度偏差が増大してしまい局所的に過冷却となった。冷却後の鋼板全面の平均温度は６００℃となり、ほぼ目標通りとなったが、鋼板全面の温度偏差が５０℃となり局所的に過冷却が発生したため、強度オーバーが発生した。冷却中に温度偏差が発生した結果、歪が発生し、第二の形状矯正装置で矯正しきれなかったため、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［実施例４〜６］
厚み１００ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ７０００ｍｍ、８００℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（２）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置まで通板し、第二の冷却装置でオシレーションを実施した後、第二の形状矯正装置に通板させた。表１に示すように本発明の範囲内で３水準変化させた。また、第一の冷却装置で水冷してから第二の冷却装置で水冷を開始するまでの時間は０ｓｅｃとした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚１００ｍｍ、８００℃の鋼板を３５０℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより第一の冷却装置の搬送速度と第二の冷却装置のオシレーション時間を設定した。冷却後の鋼板は、図１（ａ）中の第二の形状矯正装置入側の温度計８により計測した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となり、冷却後の鋼板全面の平均温度はほぼ目標の冷却停止温度となった。また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も少なく強度も規格内となった。また、鋼板の形状も極めて良好であり、再矯正をすることなく出荷が可能となった。

［比較例８］
厚み１００ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ７０００ｍｍ、８００℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は３００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚１００ｍｍ、８００℃の鋼板を３５０℃まで冷却するために必要な時間を求めたが、搬送ロールを本設備の最低搬送速度としても、この冷却時間を確保できなかった。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となったが、冷却後の鋼板全面の平均温度は６００℃となり、目標の冷却停止温度より高くなってしまった。冷却後の鋼板全面の温度偏差も１２℃と良好であったが、冷却後の温度が高かったため、強度不足となった。また、鋼板の形状も極めて良好であったが、強度を確保するためるにオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。

［実施例７］
厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は表１に示すように２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また、第一の冷却装置で水冷してから第二の冷却装置で水冷を開始するまでの時間は１ｓｅｃとした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより搬送速度を設定した。

冷却後の鋼板は、第二の形状矯正装置入側の温度計８により計測した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となり、冷却後の鋼板全面の平均温度は６０５℃となり、ほぼ目標の冷却停止温度となった。
また、冷却後の鋼板全面の温度偏差も１１℃となり少なく、強度も規格内となった。また、鋼板の形状も極めて良好であり、再矯正をすることなく出荷が可能となった。

［比較例９］
厚み２５ｍｍ、幅３５００ｍｍ、長さ３００００ｍｍ、７５０℃の厚鋼板を図１（ｂ）の通板パターン（１）の様に、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置の順に通板させた。第一の冷却装置の水量密度は表１に示すように２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、第二の冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²とした。また、第一の冷却装置で水冷してから第二の冷却装置で水冷を開始するまでの時間は２ｓｅｃとした。また予め求めておいた冷却水量と冷却能力の関係から板厚２５ｍｍ、７５０℃の鋼板を６００℃まで冷却するために必要な時間を求め、これより搬送速度を設定した。

冷却後の鋼板は、第二の形状矯正装置入側の温度計８により計測した。圧延時に形状が乱れたものの、第一の形状矯正装置でほぼ平坦となり、冷却後の鋼板全面の平均温度は６０５℃となり、ほぼ目標の冷却停止温度となったものの、冷却後の鋼板全面の温度偏差が５０℃と大きく、強度オーバーが発生した。冷却中に温度偏差が発生した結果、歪が発生し、第二の形状矯正装置で矯正しきれなかったため、再矯正及びオフライン熱処理炉による調質を実施して出荷したため、製造コスト高となった。
これらの結果からも、本発明を適用しないと冷却停止温度の安定性や冷却均一性、鋼板の平坦度を確保できないことが分かる。

本発明の実施の形態に係る鋼板の製造設備の概要を示す図である。 第一の冷却装置及び第二の冷却装置の構成概要を示す図である。 本発明を適用した場合の鋼板表面温度と熱流束の関係の一例を説明する図である。 本発明を適用した場合の鋼板温度の時間変化を説明する図である。 鋼板表面温度と熱流束の関係を示すグラフである。 従来方法での冷却時の鋼板温度の時間変化を説明する図である。

符号の説明

１ 仕上圧延機
２ 第一の形状矯正装置
３ 第一の冷却装置
４ 第二の冷却装置
５ 第二の形状矯正装置
６〜８ 温度計
１０ 搬送ロール
１１ 水切りロール
１２ 冷却ノズル
１５ コントローラ
１６ 搬送速度調整手段
１８ 遮断弁
１９ 流量調整弁
２１ 矯正ロール

Claims (7)

1. 熱間圧延機、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置を搬送方向上流側からこの順序で配列して、オンラインで鋼板を冷却、矯正する鋼板の製造方法において、
   前記第二の冷却装置の投入水量密度を前記第一の冷却装置の投入水量密度よりも小さく設定するとともに、前記第一の冷却装置での冷却を遷移沸騰で終了させ、かつ前記第二の冷却装置での冷却を遷移沸騰から開始することを特徴とする鋼板の製造方法。
2. 前記第一の冷却装置の投入水量密度を１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上に設定し、前記第二の冷却装置の投入水量密度を２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の製造方法。
3. 前記鋼板を目標冷却停止温度にするために必要な冷却時間が、その鋼板を搬送手段の最低搬送速度で搬送したときに第一の冷却装置及び第二の冷却装置を通過させるのに要する時間よりも短い場合は、第一の冷却装置及び第二の冷却装置で通過冷却させ、長い場合は、第一の冷却装置では通過冷却させるとともに、第二の冷却装置ではオシレーション冷却させることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板の製造方法。
4. 前記第一の冷却装置での冷却の完了から前記第二の冷却装置での冷却の開始までの時間が１秒以内となるように前記第一の冷却装置及び第二の冷却装置を配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼板の製造方法。
5. 熱間圧延機、第一の形状矯正装置、第一の冷却装置、第二の冷却装置、第二の形状矯正装置が搬送方向上流側からこの順序で配列され、オンラインで鋼板を冷却、矯正する鋼板の製造設備において、
   前記第一の冷却装置の投入水量密度を１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上に設定し、前記第二の冷却装置の投入水量密度を２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以上７００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²以下に設定するとともに、前記第一の冷却装置での冷却を遷移沸騰で終了させ、かつ前記第二の冷却装置での冷却を遷移沸騰から開始させる構成としたことを特徴とする鋼板の製造設備。
6. 前記鋼板を目標冷却停止温度にするために必要な冷却時間が、その鋼板を搬送手段の最低搬送速度で搬送したときに第一の冷却装置及び第二の冷却装置を通過させるのに要する時間よりも短いと判定した場合は、第一の冷却装置及び第二の冷却装置で通過冷却させ、長いと判定した場合は、第一の冷却装置では通過冷却させるとともに、第二の冷却装置ではオシレーション冷却させるコントローラを備えたことを特徴とする請求項５に記載の鋼板の製造設備。
7. 前記第一の冷却装置での冷却の完了から前記第二の冷却装置での冷却の開始までの時間が１秒以内となるように前記第一の冷却装置及び第二の冷却装置が配置されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の鋼板の製造設備。

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