JP2012026011A - 連続式熱処理炉の炉温決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設定した炉温よりも低い温度で、鋼板を連続的に抽出する鋼板の熱処理において、鋼板内に発生する強度のばらつきを低減し、かつ、熱処理炉の生産性を高め得る炉温を決定する。
【解決手段】鋼板を連続的に熱処理する熱処理炉の炉温を決定する方法において、（ｉ-1）鋼板に許容される強度のばらつきの範囲に収まる熱処理温度の範囲（熱処理操業で発生が許容できる温度差）を求め、（ｉ-2）鋼板内で実際に生じる温度差が、上記熱処理温度の範囲を超えない設定炉温の最大値を求め、（ii-1）目標とする熱処理能力から、鋼板が熱処理炉内に滞在し得る最大在炉時間を求め、（ii-2）求めた最大在炉時間から、目標とする鋼板の抽出温度に対して設定する設定炉温の最小値を求め、（iii）求めた設定炉温の最大値と最小値の間で、鋼板内に発生する強度のばらつきの低減、及び、熱処理炉の生産性の向上の観点から、熱処理炉の炉温を決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋼板を連続的に熱処理する熱処理炉の炉温を決定する方法に関するものである。

通常、所要の材質特性を得るため、鋼板に対し、種々の温度で焼戻しを施し、強度−靭性バランスを調整する。オフラインの連続式熱処理炉において実施する焼戻しは、一般に、鋼板を、炉温を設定した熱処理炉中に所定時間保持して昇熱し、鋼板温度が炉温に達したところで、所定時間保定する。

この場合、熱処理炉から鋼板を抽出する時の鋼板温度は、設定した炉温にほぼ等しく、鋼板内での温度偏差は小さい。それ故、熱処理温度の差に起因する強度のばらつきも小さくなる。

鋼板を、炉温とほぼ等しい温度で熱処理炉から抽出する熱処理の場合には、設定炉温パターンを工夫し、熱処理能率を上げることが課題となる（特許文献１及び２、参照）。

特許文献１には、炉の入側の炉温を、狙いの熱処理温度より２００℃以上高く設定し、炉の出側に向かって、段階的に設定炉温を下げ、出側で、設定温度を狙いの温度±２０℃以内にすることが開示されている。

また、特許文献２には、独立して炉温の設定が可能な複数の帯を備える連続式加熱炉において、目標温度及び目標均熱度を設定する目標位置を定め、鋼材が、目標位置において目標温度及び目標均熱度となるように、各帯の炉温を設定することが開示されている。

しかし、従来の焼戻しは長時間を要するので、オフラインで連続的に行う熱処理には必ずしも適さない。

この解決策の一つは、鋼板を、設定炉温より低温で抽出することである。この低温抽出で、熱処理時間を短縮することができ、熱処理炉の生産性が向上する。

図１に、鋼板の炉温抽出熱処理と低温抽出熱処理の概念を示す。図１（ａ）に、鋼板温度が炉温に達するまで昇熱し、その後、保定して抽出する従来の炉温抽出熱処理の概念を示し、図１（ｂ）に、鋼板温度が炉温より低い状態で抽出する低温抽出熱処理の概念（本発明の前提概念）を示す。

低温抽出熱処理は、図１から明らかなように、熱処理時間が短くなり、生産性が向上する。材質から定まる鋼板抽出温度に対して設定する炉温が高いほど、鋼板の在炉時間は短くなり、熱処理炉の生産性は向上する。

しかし、鋼板の在炉時間が短くなると、鋼板内の温度差が拡大し、鋼板強度のばらつきを解消しきれない可能性がある。結局、鋼板強度のばらつきの解消と、熱処理炉の生産性の向上を両立させる適正な炉温を決定することは難しい。

特開平０９−２５６０５３号公報 特開２００８−２４９６６号公報

本発明は、上記実情を踏まえ、設定した炉温よりも低い温度で、鋼板を連続的に抽出する鋼板の熱処理において、鋼板内に発生する強度のばらつきを低減し、かつ、熱処理炉の生産性を高め得る炉温を、適確に決定することを課題とし、該課題を解決する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、材質上許容される強度のばらつき、及び、熱処理炉の処理能力に基づいて、設定炉温の最小値及び最大値を決定する手法を見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、次の通りである。

（１）鋼板を連続的に熱処理する熱処理炉の炉温を決定する方法において、
（ｉ-1）鋼板に許容される強度のばらつきの範囲に収まる熱処理温度の範囲（熱処理操業で発生が許容できる温度差）を求め、
（ｉ-2）鋼板内で実際に生じる温度差が、上記熱処理温度の範囲を超えない設定炉温の最大値を求め、
（ii-1）目標とする熱処理能力から、鋼板が熱処理炉内に滞在し得る最大在炉時間を求め、
（ii-2）求めた最大在炉時間から、目標とする鋼板の抽出温度に対して設定する設定炉温の最小値を求め、
（iii）求めた設定炉温の最大値と最小値の間で、鋼板内に発生する強度のばらつきの低減、及び、熱処理炉の生産性の向上の観点から、熱処理炉の炉温を決定する、
ことを特徴とする熱処理炉の炉温決定方法。

（２）前記鋼板が、温度制御圧延プロセスで製造される厚鋼板であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉の炉温決定方法。

（３）前記熱処理が焼戻しであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉の炉温決定方法。

本発明によれば、熱処理炉の操業において、熱処理炉から抽出した鋼板内に生じる強度のばらつきを低減し、かつ、熱処理炉の生産性を高める得る炉温を、適確に決定することができる。

鋼板の炉温抽出熱処理と低温抽出熱処理の概念を示す図である。（ａ）は、鋼板温度が炉温に達するまで昇熱し、その後、保定して抽出する従来の熱処理の概念を示し、（ｂ）は、鋼板温度が炉温より低い状態で抽出する熱処理の概念（本発明の前提概念）を示す。 鋼板の強度TSと熱処理温度Ｔの関係を示す図である。 鋼板温度差ΔＴと設定炉温Ｔsの関係を示す図である。 鋼板温度、炉温Ｔaと在炉時間ｔの関係を示す図である。 目標とする鋼板抽出温度Ｔaに対する、操業上適正な設定炉温の範囲を示す図である。

本発明は、鋼板を、熱処理炉から、鋼板温度が炉温より低い状態で抽出することを前提とし、熱処理炉の炉温を、次の手順で求めることを特徴とする。

（ｉ-1）鋼板に許容される強度のばらつきの範囲に収まる熱処理温度の範囲（熱処理操業で発生が許容できる温度差）を求め、（ｉ-2）鋼板内で実際に生じる温度差が、上記熱処理温度の範囲を超えない設定炉温の最大値を求める。

（ii-1）目標とする熱処理能力から、鋼板が熱処理炉内に滞在し得る最大在炉時間を求め、（ii-2）求めた最大在炉時間から、目標とする鋼板の抽出温度に対して設定する設定炉温の最小値を求める。

（iii）求めた設定炉温の最大値と最小値の間で、鋼板内に発生する強度のばらつきの低減、及び、熱処理炉の生産性の向上の観点から、熱処理炉の炉温を決定する。

以下、本発明について説明する。

鋼板を、熱処理炉から、昇温途中で抽出する場合、抽出時の鋼板温度差ΔＴは、従来の焼戻し（図１（ａ）、参照）の場合に比べて拡大する。鋼板温度差ΔＴが大きくなると、材質のばらつきも拡大する。

ここで、図２に、鋼板の強度TSと熱処理温度Ｔの関係を示す。図２に示すように、熱処理温度Ｔが上昇すると、鋼板強度TSは低下する。

鋼板の昇温途中、鋼板の四周部と中央部では温度が異なり、また、熱処理炉内での鋼板位置の変動等により、鋼板に温度差が発生することを踏まえ、材質上、鋼板に要求される許容強度範囲ΔTSを満足する熱処理温度Ｔの範囲を、ΔＴaとする。

鋼板表面の熱流速は、炉温と鋼板の温度差に依存するので、目標とする抽出温度に対し、設定炉温Ｔsが高くなるほど、鋼板が熱処理炉内にとどまる在炉時間ｔは短くなる。在炉時間ｔが短いほど、抽出時の鋼板温度差ΔＴは大きくなるので、ΔＴとＴsの関係は、図３に示すように、右上がりの関係になる。

そして、鋼板温度差ΔＴが、鋼板の許容強度範囲ΔTSから導かれる熱処理温度範囲ΔＴaと等しくなるときの炉温が、設定可能な炉温の最大値Ｔsmaxとなる。

前述したように、目標とする抽出温度Ｔaに対して、設定炉温Ｔsが高くなるほど、在炉時間ｔは短くなるが、反対に、設定炉温Ｔsが低い場合は、Ｔsが高い場合に比べ、目標とする抽出温度Ｔaに達する時間が長くなる。図４に、鋼板温度、炉温Ｔaと在炉時間ｔの関係を示す。

熱処理炉の操業において目標とする処理能力を確保するために許容される最大在炉時間ｔmaxを決めると、図４に示す関係から、目標とする抽出温度に対して設定可能な炉温の最小値Ｔsminが定まる。

以上のようにして、種々の鋼板抽出温度に対し、（ｉ）鋼板強度のばらつきを抑制するとの観点から、炉温最大値Ｔsmaxが定まり、（ii）所要の熱処理能力を確保するとの観点から、炉温最小値Ｔsminが定まる。図５に、目標とする鋼板抽出温度Ｔaに対する、操業上適正な炉温Ｔsの範囲を示す。そして、Ｔsmin以上Ｔsmax以下の範囲内で、鋼板毎に、具体的な炉温を決定する。

なお、目標とする抽出温度が異なる鋼板を連続して熱処理する場合、各鋼板それぞれの設定炉温Ｔs範囲において共通するＴs範囲内で炉温を設定すれば、鋼板が異なる度に炉温を変更する作業がなくなり、熱処理炉の生産性は、さらに向上する。

本発明で対象とする鋼板は、連続式熱処理炉で熱処理できる鋼板であればよく、成分組成や、形状・寸法により、特定の鋼板に限定されるものではない。連続式熱処理炉では、通常、焼戻しが行われる。したがって、本発明は、温度制御圧延プロセス（Thermo-Mechanical Controlled Processing[ＴＭＣＰ]）で製造する厚鋼板の熱処理（焼戻し）に好適である。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
１）高強度薄肉ラインパイプ用鋼板（１５mm×２８００mm×１２ｍ、単重４．５ｔ）の機械的性質に及ぼす焼戻しの影響を調査した。

上記鋼板に種々の温度で焼戻しを施し、降伏強度、引張強度、及び、シャルピー衝撃試験値等の材質特性の変化を調査した。このとき、上記鋼板で生じる強度のばらつきを５０ＭＰa以内に抑えることを目標にした。

材質調査結果より、強度のばらつきを５０ＭＰa以内に抑えるためには、３６０〜４５０℃の抽出温度で鋼板を抽出すればよいことが解った。即ち、抽出温度の温度差は、９０℃以内であればよいことが解った。

次に、直火式連続熱処理炉を用いて、実際に、上記鋼板に熱処理を施し、鋼板抽出時に生じる温度差を測定した。３６０〜４５０℃の目標抽出温度に対し、炉温を、種々に変化させ、鋼板抽出時の鋼板温度分布を測定した。その結果、炉温４５０℃で４０℃、５５０℃で８０℃、６００℃で、１００℃の温度差が発生することが解った。この結果より、目標とする鋼板抽出温度の範囲を満足する炉温最大値は５７０℃であることが解った。

２）熱処理を施す上記鋼板の総圧延量、圧延頻度、鋼板サイズ、及び、単重から、圧延機の圧延能力を計算し、この計算値に基づいて、熱処理炉の目標とする最低熱処理能力を設定した。

単重４トンの上記鋼板を、２万トン／月で圧延すると仮定した場合、圧延能力と同等の熱処理能力を確保するためには、少なくとも８．６min／sheet以上のピッチで、鋼板を、熱処理炉に装入する必要がある。

用いた熱処理炉は、炉長が約５０ｍであり、製品長１２ｍの鋼板を３枚装入することができるので、許容される最長在炉時間は、
８．６（min／sheet）×３（sheet）＝２５．８（min）≒２６（min）
となり、約２６分である。

上記１）で求めた鋼板抽出温度３６０〜４５０℃の中央値の４０５℃を、目標とする鋼板抽出温度とし、鋼板板厚と設定炉温から在炉時間を計算するプログラムで在炉時間ｔを計算した。計算値から、設定可能な炉温の最小値が４６０℃であることが解った。

３）このようにして求めた炉温範囲４６０〜５７０℃において、材質のばらつき低減（５０ＭＰa以下）を最優先して、炉温を４７０℃と定めて、熱処理炉を操業した。その結果、上記鋼板の強度のばらつきを、３０ＭＰa以内に抑えることができた。

前述したように、本発明によれば、熱処理炉の操業において、熱処理炉から抽出した鋼板内に生じる強度のばらつきを低減し、かつ、熱処理炉の生産性を高め得る炉温を、適確に決定することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において、利用可能性が高いものである。

Claims (3)

1. 鋼板を連続的に熱処理する熱処理炉の炉温を決定する方法において、
   （ｉ-1）鋼板に許容される強度のばらつきの範囲に収まる熱処理温度の範囲（熱処理操業で発生が許容できる温度差）を求め、
   （ｉ-2）鋼板内で実際に生じる温度差が、上記熱処理温度の範囲を超えない設定炉温の最大値を求め、
   （ii-1）目標とする熱処理能力から、鋼板が熱処理炉内に滞在し得る最大在炉時間を求め、
   （ii-2）求めた最大在炉時間から、目標とする鋼板の抽出温度に対して設定する設定炉温の最小値を求め、
   （iii）求めた設定炉温の最大値と最小値の間で、鋼板内に発生する強度のばらつきの低減、及び、熱処理炉の生産性の向上の観点から、熱処理炉の炉温を決定する、
   ことを特徴とする熱処理炉の炉温決定方法。
2. 前記鋼板が、温度制御圧延プロセスで製造される厚鋼板であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉の炉温決定方法。
3. 前記熱処理が焼戻しであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉の炉温決定方法。

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