JP2016204688A - 熱処理方法および台車式熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】台車式熱処理炉を用いた厚鋼板の熱処理時に生じる歪を抑制させることができる熱処理方法および台車式熱処理炉を提供すること。
【解決手段】台車式熱処理炉１の台車３に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を載せ、台車３に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を載せた状態で、台車式熱処理炉１を用いて厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理する熱処理方法であって、台車３に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を載せる際に、台車３の上部に設けられる、下敷板３３ａと上敷板３３ｂとの間に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を挟んで配し、下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂとして、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも厚みが厚く、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板を用いる。
【選択図】 図１

Description

本開示は、熱処理方法および台車式熱処理炉に関する。

厚鋼板の製造工程では、一般的に、圧延装置にて圧延された厚鋼板が熱処理炉等にて熱処理されることによって、厚鋼板の組織制御が行われる。熱処理に用いられる熱処理炉は、バッチ式の熱処理に用いられる台車式熱処理炉と、連続した熱処理に用いられる連続式熱処理炉との２種類に大別される。台車式熱処理炉では、熱処理される厚鋼板が上下に重なることなく台車上に配された状態で、厚鋼板が台車ごと熱処理炉内に収容され、加熱や均熱といった熱処理が行われる（例えば、特許文献１，２）。連続式熱処理炉では、搬送テーブル上に厚鋼板が上下に重なることなく配され、搬送テーブルによって厚鋼板が熱処理炉内へ搬送され、加熱や均熱といった熱処理が行われる。

特開平７−２９４１５２号公報 特開２００４−２９３９２７号公報

台車式熱処理炉を用いた熱処理では、加熱・均熱処理が完了した後、台車が熱処理炉から取り出され、厚鋼板が雰囲気ガスによって冷却処理される。しかし、台車式熱処理炉を用いた熱処理の場合、台車上面の耐火物は加熱時と同程度に熱くなっているため、厚鋼板の上下面において冷却速度に差が生じ、上下面の温度差によって熱応力が生じる。特に、板厚の厚みが３ｍｍ以上２５ｍｍ以下程度と薄い厚鋼板では、熱応力に耐えきれずに歪が生じることが問題となる。

また、様々な厚みの厚鋼板が製造される熱処理設備では、処理効率の高い連続式熱処理炉では厚みが比較的薄い厚鋼板、台車式熱処理炉では厚みが比較的厚い厚鋼板を処理するのが一般的である。しかし、厚みが薄い厚鋼板の中でも加熱・均熱時間が同じ厚みの一般的な厚鋼板よりも長く、生産効率の低い厚鋼板の場合、台車式熱処理炉にて処理する方が効率的となる。この際、厚みが薄い厚鋼板を台車式熱処理炉で熱処理する際に生じる歪が問題となるため、生産効率の向上させることが困難であった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、台車式熱処理炉を用いた厚鋼板の熱処理時に生じる歪を抑制させることができる熱処理方法および台車式熱処理炉を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、台車式熱処理炉の台車に厚鋼板を載せ、台車に厚鋼板を載せた状態で、台車式熱処理炉を用いて厚鋼板を熱処理する熱処理方法であって、台車に厚鋼板を載せる際に、台車の上部に設けられる、下敷板と上敷板との間に厚鋼板を挟んで配し、下敷板および上敷板として、厚鋼板よりも厚みが厚く、厚鋼板よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板を用いることを特徴とする熱処理装置が提供される。

本発明の一態様によれば、厚鋼板を熱処理する台車式熱処理炉であって、炉体と、炉体内に出入可能な台車とを有し、台車は、台座と、台座の上面に設けられる枕材と、枕材の上に設けられる下敷板と、下敷板の上方に設けられる上敷板とを有し、下敷板および上敷板は、厚鋼板よりも厚みが厚く、厚鋼板よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板であることを特徴とする台車式熱処理炉が提供される。

本発明の一態様によれば、台車式熱処理炉を用いた厚鋼板の熱処理時に生じる歪を抑制させることができる。

本発明の一実施形態に係る台車式熱処理炉を示す断面図である。 厚鋼板を載せた台車を示す側面図である。 本発明の熱処理方法を示す説明図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜装置構成＞
はじめに、本発明の一実施形態に係る台車式熱処理炉１の構成について説明する。台車式熱処理炉１は、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理する装置であり、図１に示すように、炉体２と、台車３と、複数のレール４とを有する。熱処理される厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、厚みが３ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、長手方向の長さ（図１における紙面に対して直行方向の長さ）および幅（図１における紙面に対して左右方向の長さ）の寸法がそれぞれ同程度である。

炉体２は、図１および図３に示すように、下部および長手方向（図１における紙面に対して直行方向）の一端側の側部にそれぞれ開口部が形成された略直方体状の形状を有し、内部の全面に耐火物が設けられる。また、炉体２の幅方向（図１における紙面に対して左右方向）に対向する両側壁には、炉体２の内部を加熱する複数のバーナー２１が設けられ、開口部が設けられた長手方向の一端には、上下方向に昇降可能な扉部２２が設けられる。

台車３は、台座３１と、複数の枕材３２と、下敷板３３ａと、上敷板３３ｂと、複数の車輪３４とを有する。台座３１は、炉体２の下部の開口部に嵌る略直方体状の形状を有し、上面および側面が耐火物からなる。複数の枕材３２は、図１および図２に示すように、台座３１の上面に設けられる耐火物製の枕木であり、台座３１の幅方向（図１における紙面に対して左右方向）および長手方向（図１における紙面に対して直行方向）に並んで設けられる。下敷板３３ａは、熱処理が行われる厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも長手方向の長さおよび幅が大きな鋼板であり、厚みが厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の厚みの合計である総厚みよりも大きい。下敷板３３ａは、複数の枕材３２の上に設けられる。上敷板３３ｂは、下敷板３３ａと同様に、熱処理が行われる厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも長手方向の長さ（図１における紙面に対して直行方向の長さ）および幅（図１における紙面に対して左右方向の長さ）が大きな鋼板であり、厚みが厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の総厚みよりも大きい。上敷板３３ｂは、下敷板３３ａの上方に設けられ、熱処理が行われる際に、下敷板３３ａの上に設けられる厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４のさらに上に設けられる。また、上敷板３３ｂおよび下敷板の厚みは、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の総厚みの２倍以上の厚さであることが好ましく、より好ましくは３倍以上である。複数の車輪３４は、台座３１の下面に、台座３１の幅方向および長手方向に並んで設けられ、複数のレール４上にそれぞれ配される。

複数のレール４は、炉体２の長手方向に沿って、炉体２の幅方向に並んで敷設される。また、複数のレール４は、炉体２の長手方向の長さよりも長く、炉体２の下方から、炉体２の扉部２２の設けられた方向に延出して設けられる。
上記構成の台車式熱処理炉１は、台車３が複数のレール４の延出方向に沿って移動することにより、台車３が炉体２の側部の開口部を介して炉体２内に出入可能に構成される。

＜熱処理方法＞
次に、本実施形態に係る熱処理方法について説明する。まず、図２および図３（Ａ）に示すように、炉体２の外にて４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を台車３に載せる。この際、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を台車３の上部に設けられる下敷板３３ａの上に順に積層させて載せ、さらに、最上部の厚鋼板Ｓ４の上に上敷板３３ｂを載せる。また、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂから長手方向および幅方向にはみ出さないように配される。

次いで、台車３をレール４に沿って移動させ、炉体２の内部に台車３および４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を収容させる。台車３および４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が炉体２に収容された後、図３（Ｂ）に示すように、炉体２の扉部２２を下降させることで、炉体２の側部の開口部を閉める。
さらに、複数のバーナー２１によって炉体２の内部が加熱されることで、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が熱処理される。このとき、目的とする厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の組織に応じて、最適な昇熱パターンで熱処理が行われることで、焼鈍や焼準（ノルマ）、焼戻し（テンパー）等の熱処理が行われる。

その後、図３（Ｃ）に示すように、扉部２２を上昇させることで炉体２の側部の開口部を開け、複数のレール４に沿って台車３および厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を炉体２の外に移動させる。そして、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が台車３に載せられた状態で、室温程度となるまで４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却する。この際、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂに挟まれて拘束されているため、熱応力による歪の発生が抑制され、さらに上下面における温度差が小さくなることから生じる熱応力が低減される。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
例えば、上記実施形態では、一度の熱処理で、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理する場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。一度の熱処理で処理する厚鋼板の枚数は、１枚以上であればよい。なお、一度の熱処理で処理する厚鋼板の枚数を複数枚とすることで、台車式熱処理炉１での処理効率を高めることができる。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る熱処理方法は、台車式熱処理炉１の台車３に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を載せ、台車３に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を載せた状態で、台車式熱処理炉１を用いて厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理する熱処理方法であって、台車３に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を載せる際に、台車３の上部に設けられる、下敷板３３ａと上敷板３３ｂとの間に厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を挟んで配し、下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂとして、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも厚みが厚く、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板を用いる。

ここで、通常の台車式熱処理炉を用いた熱処理方法の場合、台車には上記実施形態の台車３における下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂが設けられない。そして、台車に厚鋼板を載せる際には、厚鋼板を枕木の上に段積みせずに配する。その後、上記実施形態と同様に加熱・均熱処理および冷却処理等が行われることで、厚鋼板の熱処理が行われる。冷却処理では、厚鋼板は、台車に載せられた状態で、炉体の外で冷却される。この際、厚鋼板の下面側には上面が耐火物からなる高温の台座があるため、厚鋼板の下面と上面とで温度差が生じ、熱応力によって厚鋼板に歪が生じることとなる。また、台座には厚鋼板を支持する枕材が厚鋼板の長手方向に離間して設けられるため、厚鋼板の下面においても温度斑が生じ、歪が生じ易くなる。

これに対して上記構成によれば、台車３の上部に設けられた下敷板３３ａと上敷板３３ｂとの間に、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を挟んで設ける。したがって、下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂによって厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が拘束されているため、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４に熱応力が生じても、歪の発生を防止することができる。また、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の台座３１側となる下側には、下敷板３３ａがあるため、枕材３２の上に直接厚鋼板を載せて冷却する場合に比べ、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の上下面の温度差および下面における長手方向の温度斑を低減させることができ、熱応力が低減される。

（２）台車に厚鋼板を載せる際に、下敷板と上敷板との間に、複数の厚鋼板を重ねて配する。
上記構成によれば、上下に重ねずに厚鋼板を台車に載せる通常の熱処理方法に比べ、一度の熱処理で処理できる厚鋼板の量を増大させることができる。
（３）下敷板および上敷板の厚みを、厚鋼板の総厚みの２倍以上とする。
上記構成によれば、厚鋼板の歪をより抑制させることができる。

（４）厚鋼板の厚みは、３ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。
上記構成によれば、歪が生じやすい厚みの薄い厚鋼板において、熱処理時に生じる歪を効果的に抑制することができる。また、台車式熱処理炉にて生産効率が低く厚みの薄い厚鋼板を熱処理することにより、連続式熱処理炉における生産効率を向上させることができる。
（５）台車式熱処理炉１を用いて厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理する際に、台車式熱処理炉１の炉体１１内で厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理し、その後、炉体１１の外で厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却処理する。

（６）本発明の一態様に係る台車式熱処理炉１は、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理する台車式熱処理炉１であって、炉体２と、炉体２内に出入可能な台車３とを有し、炉体２は、台座３１と、台座３１の上面に設けられる枕材３２と、枕材３２の上に設けられる下敷板３３ａと、下敷板３３ａの上方に設けられる上敷板３３ｂとを有し、下敷板３３ａおよび上敷板３３ｂは、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも厚みが厚く、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板である。
上記構成によれば、（１）の構成と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明者らが行った実施例について説明する。
実施例では、図１および図２に記載の上記実施形態の台車式熱処理炉１を用いて、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理した。４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の１枚あたりの厚みは、６ｍｍとした。下敷板３ａおよび上敷板３ｂには、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４よりも長手方向の長さおよび幅が大きく、厚みが４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の総厚みの２倍以上となる７０ｍｍの鋼板を用いた。

また、実施例では、台車式熱処理炉１にて４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を目標温度である７８０±１０℃に加熱し、目標温度で所定時間保持することで焼鈍（加熱・均熱処理）を行った。その後、炉体２の外で４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却した。
そして、冷却した厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４について、歪の発生有無を測定した。また、厚鋼板Ｓ１について長手方向の先端部、中央部および尾端部における材質を評価するため、各部位の幅方向中央からサンプルを採取し、ブリネル硬さ試験により硬さを測定した。
実施例の結果、焼鈍後の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４における歪量はいずれも基準値以下となり、歪の発生が抑制されることを確認した。また、表１に示すように、ブリネル硬さ試験の結果、いずれの部位においても、規定範囲（１８９ＨＢ以上２３０ＨＢ以下）内の硬さになり、材質的に問題がないことを確認した。

１ 台車式熱処理炉
２ 炉体
２１ バーナー
２２ 扉部
３ 台車
３１ 台座
３２ 枕材
３３ａ 下敷板
３３ｂ 上敷板
３４ 車輪
４ レール
Ｓ１〜Ｓ４ 厚鋼板

Claims (5)

1. 台車式熱処理炉の台車に厚鋼板を載せ、
   前記台車に厚鋼板を載せた状態で、前記台車式熱処理炉を用いて厚鋼板を熱処理する熱処理方法において、
   前記台車に前記厚鋼板を載せる際に、前記台車の上部に設けられる、下敷板と上敷板との間に前記厚鋼板を挟んで配し、
   前記下敷板および前記上敷板として、前記厚鋼板よりも厚みが厚く、前記厚鋼板よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板を用いることを特徴とする熱処理方法。
2. 前記台車に前記厚鋼板を載せる際に、前記下敷板と前記上敷板との間に、複数の前記厚鋼板を重ねて配することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
3. 前記下敷板および前記上敷板の厚みを、前記厚鋼板の総厚みの２倍以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理方法。
4. 前記厚鋼板の厚みは、３ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理方法。
5. 厚鋼板を熱処理する台車式熱処理炉であって、
   炉体と、前記炉体内に出入可能な台車とを有し、
   前記台車は、台座と、前記台座の上面に設けられる枕材と、前記枕材の上に設けられる下敷板と、前記下敷板の上方に設けられる上敷板とを有し、
   前記下敷板および前記上敷板は、前記厚鋼板よりも厚みが厚く、前記厚鋼板よりも長手方向の長さおよび幅が大きい鋼板であることを特徴とする台車式熱処理炉。

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