JP2008246498A - 圧延済み鋼材の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間または温間圧延により連続して順次圧延された複数の鋼材を、曲がりや品質のバラツキを生じることなく、検査可能な低温度域の付近まで効率良く冷却できる圧延済み鋼材の冷却方法を提供する。
【解決手段】連続して熱間圧延または温間圧延を施された長尺な複数の鋼材を、例えば、マルテンサイト変態Ｍｓなどを生じない冷却速度により所定の温度以下に徐冷する放冷工程Ｓ１と、前記徐冷された長尺な複数の鋼材を、それらの軸方向と直交する方向に沿って順送りしつつ径（断面）方向に沿って回転させると共に、係る個々の鋼材に対して冷却水を噴霧する急冷工程Ｓ２と、を含む、圧延済み鋼材の冷却方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、連続して熱間圧延または温間圧延された複数の鋼材を、後工程である検査工程との間で生じる仕掛かりを低減し易くするための冷却方法に関する。

例えば、熱間圧延によって所要直径の断面円形に成形された多数の長尺な鋼材は、渦流探傷などの検査に支障が出ない約６０℃以下の低温度域に冷却される。ところが、例えば、レツヘン式冷却床の上で圧延直後の高温度域から上記低温度域にまで、上記多数の鋼材を順送りによって放冷すると、著しく長い時間を要してしまう。しかも、一定長さのレツヘン式冷却床の上で、多数の鋼材を放冷することには、自ずと限界がある。
そこで、レツヘン式冷却床の上で順送りしつつ、数１００度まで放冷された多数の鋼材を一定数量ずつ結束し、係る結束された複数組の鋼材束を、井桁状に積み上げた状態で、約６０℃以下の低温度域に放冷する場合もある。しかし、係る放冷中の複数組の鋼材束は、検査工程に行くまでに、仕掛かりとなって溜まる。

更に、前記結束された状態の鋼材束に対し、冷却水を噴霧して急冷することも試みられているが、鋼材束の外周側に位置する鋼材と、鋼材束の内部および下部に位置する鋼材とでは、水の噴霧にバラツキが生じ、不均一な冷却となるため、冷却効率が低くなると共に、一部の鋼材に曲がり（反り）を生じることもあった。
そこで、前記仕掛かりを低減し、且つ多数の鋼材を均一に急冷するため、撒水・噴水冷却室内にレツヘン式冷却床を配置し、その固定受桟に対し、可動受桟の旋回半径を小径化して、係る２種類の受桟の谷部ごとに順送りされる多数の棒材に対し、１ピッチの送りごとに円形断面の円周方向に沿った回転を付与する棒材の冷却送り方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５８−１６２４１６号公報（第１〜４頁、図１〜４）

前記特許文献１の冷却送り方法によれば、レツヘン式冷却床に沿って、多数の棒材を円周方向に沿って回転させつつ、撒水または噴水により均一に急冷するため、棒材を真円断面に保ちつつ、冷却することが可能となる。
しかしながら、前記特許文献１の冷却送り方法では、圧延直後の例えば約１０００〜９００℃の高温度域から数１００℃までの広い温度帯におけるどの温度帯で、冷却水などより急冷するかについては、何ら開示されていない。
例えば、５００℃付近の鋼材に対して、水を噴霧して急冷すると、鋼種によっては、径方向の曲がり（反り）を生じるため、後工程の検査装置に適用できなくなったり、係る鋼材内部の金属組織が不用意に変化し、品質や特性にバラツキが生じたりする、という問題があった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、熱間または温間圧延により連続して順次圧延された複数の鋼材を、曲がりや品質のバラツキを生じることなく、検査可能な低温度域の付近まで効率良く冷却できる圧延済み鋼材の冷却方法を提供する、ことを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、熱間圧延などされた複数の鋼材を所定の冷却速度で放冷にて徐冷し、不用意な変態が生じにくい温度帯に達した時点から冷却水を均一に噴霧して急冷する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による圧延済み鋼材の冷却方法（請求項１）は、連続して熱間圧延または温間圧延を施された長尺な複数の鋼材を、所定の温度以下に徐冷する放冷工程と、係る徐冷された長尺な複数の鋼材を、それらの軸方向と直交する方向に沿って順送りしつつ断面方向に沿って回転させると共に、係る個々の鋼材に対して冷却水を噴霧する急冷工程と、を含む、ことを特徴とする。

前記圧延済み鋼材の冷却方法によれば、前記放冷工程の徐冷によって、圧延された複数の鋼材に例えばマルテンサイト変態やベーナイト変態などの不用意な変態を生じさせずに、所定の温度以下に徐冷した後、軸方向と直交する断面の周方向に沿って回転を与えつつ、冷却水を均一に噴霧する急冷工程が施される。その結果、上記変態や不均一な急冷による曲がりがなく、且つ均一な品質であり、例えば約６０℃以下に均一の冷却された鋼材が得られる。このため、次の検査工程に支障のない温度を送れると共に、渦流探傷などの各種の検査装置の操作に支障を生じず、効率良く検査を行うことが可能となる。従って、冷却工程と検査工程との間に生じる仕掛かりの鋼材量および仕掛かり時間を低減することが可能となる。

尚、前記長尺な鋼材は、鋼、低合金鋼、または高合金鋼からなり、断面が円形、または各コーナーにアールが付された断面ほぼ角形で、例えば、長さが数〜１０数メートルで、直径が約２０〜約２５０ｍｍ程度、あるいは、一辺が２００ｍｍ程度のほぼ角形のものである。
また、前記冷却水は、例えば、レツヘン式冷却床の上方に配置した複数のノズルから円錐形または楕円錐形状にして噴霧される。冷却水を楕円錐形状に噴霧するには、水吐出孔が長円形または楕円形のノズルが用いられ、この場合、各鋼材の軸方向に対し、冷却水が形成する楕円錐形の長軸を平行になるように、各ノズルをセットする。係る複数のノズルは、上記冷却床の上方で格子状または千鳥状にして配置される。

更に、前記放冷工程において、前記鋼材が例えば炭素鋼または構造用鋼である場合、前記徐冷のための冷却速度は、約０．２〜１．５℃／秒の範囲であり、且つ徐冷を終了する前記所定の温度以下は、４００℃以下、望ましくは３５０℃以下、より望ましくは３００℃以下である。
また、前記急冷工程では、前記長尺な鋼材をその断面が少なくとも１回転させて、係る鋼材の全周面または全側面に対し、前記冷却水が噴霧される。
加えて、冷却工程の後で行われる検査工程では、渦流探傷、漏洩磁束探傷、あるは蛍光磁粉探傷などが行われ、これらに用いる探傷装置は、検査すべき鋼材の直径などの範囲に対応して、係る鋼材が通過する複数のコイルや、鋼材の表面に近接するプローブなどを備えている。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の各工程を含む鋼材の圧延工程〜検査工程を示す流れ図である。
本発明は、図１に示すように、予め、複数対の溝付きロールｒ１，ｒ２間を順次通す熱間圧延または温間圧延（Ｓ０）を施され、所定の直径に成形された断面円形を呈する複数の長尺な鋼材Ｗを、徐冷する放冷工程（Ｓ１）と、所定の温度以下に冷却された複数の鋼材Ｗに対し、冷却水ｗを噴霧して検査が可能な約６０℃以下の温度に冷却する急冷工程（Ｓ２）とからなる。

尚、急冷された長尺な鋼材Ｗは、図１に示すように、例えば、渦流探傷装置における前後一対のコイルｃ１，ｃ２の内側を通すことで、係る鋼材Ｗの表面に励起される渦電流の乱れの有無により、表面疵の有無を検出する検査工程（Ｓ３）に送られる。係る検査工程（Ｓ３）に用いる探傷装置の処理能力（容量）を越える量の鋼材Ｗが送られてきた場合には、図１に示すように、複数本の鋼材Ｗを鋼帯ｂで結束した鋼材束を形成して、待機させるための仕掛かり（ＳＫ）とされる。

本発明の放冷工程（Ｓ１）における徐冷は、例えば、構造用鋼（ＳＣＭ）の図２のＣＣＴ曲線を含む温度−時間の概略グラフ中の実線で例示するように、熱間圧延された直後の鋼材Ｗを約９００℃付近から、大気中において約０．５℃／秒程度のゆっくりとした冷却速度によって徐冷する。係る冷却速度の徐冷とすることにより、マルテンサイト変態開始線Ｍｓと交差して、鋼材Ｗの金属組織がマルテンサイト変態を生じたり、ベーナイト変態開始線Ｂと交差して、ベーナイト変態を生じる事態を回避することができる。その結果、鋼材Ｗの金属組織は、冷却温度の低下に連れて、オーステナイトからパーライトにゆっくり変化する。これにより、係る鋼材Ｗの特性や品質を、所定のものに保つことが可能となる。
尚、図２のグラフ中で、Ｍｆは、マルテンサイト変態終了線を示し、上記Ｍｓ、Ｂ、およびＭｆの右側に示した破線は、マルテンサイト変態やベーナイト変態が生じなくなるか、殆んど影響がなくなる範囲を示すものである。また、図２のグラフの横軸は、時間を対数目盛で示している。

放冷工程（Ｓ１）における前記徐冷は、例えば、図３に示すように、図示で前後方向に配置された固定受桟Ｒ１と、可動受桟Ｒ２とのを複数対からなるレツヘン式冷却床が用いられる。
予め、前記熱間圧延工程（Ｓ０）の圧延機から軸方向に沿って、順次送られて来た複数の長尺な鋼材Ｗは、所定の位置で停止した後、昇降可能な可動爪などによって、上向きに持ち上げられ、且つ横（径）方向に押された後、固定受桟Ｒ１における左端の谷部ｖに順次移送される。

図３に示すように、固定受桟Ｒ１および可動受桟Ｒ２は、側面視で三角形および逆三角形を呈する山部ｍと谷部ｖとを交互に且つ等間隔にそれぞれ有している。係る固定受桟Ｒ１に対し、可動受桟Ｒ２が図示しないカム機構などによって、水平姿勢を保ちつつ、半径ｒの旋回運動を１回行うたびに、可動受桟Ｒ２の同じ谷部ｖと固定受桟Ｒ１の同じ谷部ｖとが１回重複し、且つ可動受桟Ｒ２の同じ山部ｍと固定受桟Ｒ１の同じ山部ｍとが１回重複する。即ち、上記旋回半径ｒは、隣接する２つの谷部ｖ間の距離（１ピッチ）の半分である。
このため、図３で固定受桟Ｒ１の左側の谷部ｖに支持されつつ放冷（徐冷）されていた鋼材Ｗは、隣接する右側の谷部ｖに１ピッチずつ順送りされる。この間において、個々の鋼材Ｗは、前記冷却速度によって除冷されるため、前記マルテンサイト変態やベーナイト変態を生じることなく、例えば、４００℃（所定の温度）以下の温度域に放冷される。

次に、４００℃以下に冷却された前記鋼材Ｗは、急冷工程（Ｓ２）に送られる。
本発明の急冷工程（Ｓ２）は、図４に示すように、前記放冷工程（Ｓ１）で用いられたレツヘン式冷却床の下流側に隣接して配置され、前記同様の固定受桟Ｒ１および可動受桟Ｒ２からなるレツヘン式冷却床の上において行われる。
図４に示すように、固定受桟Ｒ１および可動受桟Ｒ２の左端（入口）における上方には、前記除冷された鋼材Ｗが４００℃以下であるか否かを確認する温度センサｓが配置されている。この他に、急冷（水冷）してはならない鋼種が混入する事態を防ぐべく、各鋼材Ｗをそのロットごとの履歴と照合するため、上記温度センサｓに隣接して、例えば、ＣＣＤカメラ（図示せず）などによって撮像するようにしても良い。尚、温度センサｓにより、未だに４００℃超の鋼材Ｗや、急冷すると組織が不用意に変化する鋼材Ｗが検出された場合には、次述する可動受桟Ｒ２の旋回運動を停止して、当該鋼材Ｗを一旦レツヘン式冷却床から外部に排除する。

急冷工程（Ｓ２）で用いるレツヘン式冷却床は、図４に示すように、前記同様の固定受桟Ｒ１および可動受桟Ｒ２からなり、これらの上方に、冷却水ｗを噴霧する複数のノズルｎが配置されている。
図４，図５に示すように、固定受桟Ｒ１に対し、可動受桟Ｒ２を図示しないカム機構などによって、水平姿勢を保ちつつ、比較的小さな半径ｒの旋回運動を行わせる。係る１回の旋回運動を行うたびに、可動受桟Ｒ２の谷部ｖは、その右側に隣接する固定受桟Ｒ１の山部ｍと谷部ｖとの中間付近を通過した後、固定受桟Ｒ１の下部を通って、元の位置に戻る。その結果、可動受桟Ｒ２の谷部ｖごとに支持された複数の鋼材Ｗは、それらの右側に隣接する固定受桟Ｒ１の山部ｍと谷部ｖとの中間に載置される。その結果、図５に示すように、それらの軸方向と直交する径方向に沿って、１回送りごとに数１０度〜約１８０度の回転（自転）を行って、固定受桟Ｒ１の当該谷部ｖに移動する。

複数の長尺な鋼材Ｗは、可動受桟Ｒ２の前記旋回運動によって、図４，図５に示すように、前記回転を行いつつ、固定受桟Ｒ１における左側の谷部ｖから右側の谷部ｖに順次送られる。尚、個々の鋼材Ｗは、固定受桟Ｒ１における左端の谷部ｖから右端の谷部ｖに送られるまでの間に、少なくとも１以上回転させられる。
この間において、上記回転を伴ないつつ水平移動する複数の鋼材Ｗに対し、急冷工程（Ｓ２）における固定受桟Ｒ１および可動受桟Ｒ２の上方に配置された複数のノズルｎから噴霧された冷却水ｗによって、６０度以下の低温度域まで急速に冷却される。係る冷却速度は、図２の前記グラフ中で示すように、前記放冷工程（Ｓ１）での冷却速度に比べて、著しく大である。このため、急冷工程（Ｓ２）は、数〜１０分程度の極く短時間で行うことができる。

図４，５およびこられと直交する視覚の図６に示すように、冷却水ｗを噴霧する複数のノズルｎは、固定受桟Ｒ１の各谷部ｖに支持され且つ可動受桟Ｒ２の前記旋回運動によって順送りされる複数の鋼材Ｗの軸方向および送り（径）方向に沿って、格子模様の各交点の位置、または千鳥状にして配置されている。しかも、複数の上記ノズルｎは、鋼材Ｗの送り方向において、図４，５に示すように、固定受桟Ｒ１の各谷部ｖのほぼ真上に配置されている。更に、各ノズルｎの水吐出孔は、長軸が各鋼材Ｗの軸方向と平行な楕円形または長円形を呈している。

このため、図６に示すように、複数のノズルｎから噴霧された冷却水ｗは、各鋼材Ｗの軸方向に沿って、互いに重複しつつ、前記回転している各鋼材Ｗの表面に噴射され、係る長尺な鋼材Ｗ全体を急速に水冷によって急冷する。同時に、図４，５に示すように、固定受桟Ｒ１の谷部ｖごとのほぼ真上に位置する上記各ノズルｎから、冷却水ｗが前記回転している鋼材Ｗごとの表面に噴射され、各鋼材Ｗを急冷する。
その結果、固定受桟Ｒ１の各谷部ｖを順送りされ且つ回転される複数の鋼材Ｗを、均一に水冷し且つ急速に冷却できるため、曲がりや反りを生じることなく、約６０℃以下の温度に急冷することができる。

これによって、次の検査工程（Ｓ３）に送った際に、前記渦流探傷装置などの検査装置に直ちに通して検査することができる。また、前記急冷工程（Ｓ２）後の鋼材Ｗは、曲がりや反りがなく軸方向に沿って直線状であるので、前記渦流探傷装置における一対のコイルｃ１，ｃ２の内側の中心部を容易に通すなど、所定の位置に配置できる。このため、探傷装置への搬入および搬出が容易になると共に、その検査精度も高くして安定させることが可能となる。
尚、急冷工程（Ｓ２）から供給される鋼材Ｗの量が、検査工程（Ｓ３）における検査装置の処理容量を超えている場合には、前述した鋼帯ｂによって結束した鋼材束として、仕掛かり（ＳＫ）となる。係る仕掛かり（ＳＫ）が生じる場合でも、本発明の急冷工程（Ｓ２）で６０℃以下に急冷された鋼材Ｗを、検査工程（Ｓ３）にスムースに供給することができる。このため、本発明の冷却方法による場合には、従来の放冷のみによる場合や、鋼材束の状態で水冷する場合に比べて、仕掛かり（ＳＫ）となる鋼材Ｗの量を、著しく低減することが可能となる。

以上のような本発明の圧延済み鋼材の冷却方法によれば、複数の鋼材Ｗに対し例えばマルテンサイト変態などの不用意な変態を生じさせずに、所定の温度以下に徐冷した後、軸方向と直交する断面の円周方向に沿って、上記複数の鋼材Ｗに回転を与えつつ、冷却水ｗを噴霧する急冷工程が施される。その結果、上記変態や不均一な急冷による曲がりが少なく、且つ均一な品質であり、例えば約６０℃以下に均一の冷却された鋼材が得られるため、次の検査工程（Ｓ３）に支障のない温度を送れる。しかも、各種の検査装置の操作に支障を生じず、効率良く検査を行うことが可能となる。従って、急冷（冷却）工程と検査工程との間に生じる仕掛かり（ＳＫ）の鋼材量および仕掛かり時間を低減することが可能となる。

本発明は、前述した形態に限定されるものではない。
例えば、本発明が適用される鋼材には、各コーナーにアールが付された断面ほぼ角形の鋼材も含まれる。
また、前記放冷工程における冷却速度や目標とする冷却温度は、冷却すべき鋼材の鋼種に応じて、それぞれ適宜選定することができる。
更に、前記放冷工程および急冷工程は、前記レツヘン式冷却床に限らず、複数の鋼材をそれらの径方向に沿って順送りできる搬送装置であり、加えて、急冷工程では、個々の鋼材を径（断面）方向に回転させ得る搬送装置を用いても良い。
加えて、急冷工程で用いるノズルは、冷却水をほぼ円錐形状に噴霧する形態のものを用いても良い。
その他、本発明は、その趣旨の範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明の工程およびその前後の工程を含む流れ図。 本発明の放冷工程の概略をを示す温度−時間グラフ。 本発明の放冷工程を示す概略図。 本発明の急冷工程を示す概略図。 図４と異なる状態の急冷工程を示す概略図。 図４，５と直交する視覚による急冷工程を示す概略図。

符号の説明

Ｗ……鋼材
Ｓ１…放冷工程
Ｓ２…急冷工程
ｎ……ノズル
ｗ……冷却水

Claims (1)

1. 連続して熱間圧延または温間圧延を施された長尺な複数の鋼材を、所定の温度以下に徐冷する放冷工程と、
   上記徐冷された長尺な複数の鋼材を、それらの軸方向と直交する方向に沿って順送りしつつ断面方向に沿って回転させると共に、係る個々の鋼材に対して冷却水を噴霧する急冷工程と、を含む、
   ことを特徴とする圧延済み鋼材の冷却方法。

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