JP2018031073A - 焼入鋼帯の製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
Abstract
Description
引用文献1の製造方法は鋼帯表面に発生する疵を抑制するとともに硬度を高めることができ、引用文献2の発明は熱処理能力を向上させることができる優れた発明だが、引用文献1、2ともに上記課題の解決について示唆されておらず、検討の余地が残されている。
よって本発明の目的は、良好な平坦度が得られ、さらに鋼帯を切断して得られる金属条の横曲り不良を抑制することができる焼入鋼帯の製造方法を提供することである。
鋼帯を巻出す巻出し工程と、
鋼帯を加熱炉に通板し、変態点以上の温度まで加熱した後、冷却する焼入れ工程と、
焼入れ後の鋼帯を、焼戻し炉に通板して焼戻しする焼戻し工程と、
焼戻し後の鋼帯を巻戻す巻戻し工程と、を連続して行う焼入鋼帯の製造方法であって、
前記焼入れ工程の冷却は、
冷却液噴霧装置により前記鋼帯をMs点超、かつ(Ms点+200℃)以下の温度範囲まで冷却する第一冷却工程と、
前記第一冷却工程後、冷却液除去装置にて前記鋼帯表面の液滴を除去する冷却液除去工程と、
前記冷却液除去工程後の鋼帯を、冷却定盤で挟みながら(Ms点−50℃)以下に冷却する第二冷却工程とを備えることを特徴とする。
まず本発明は、焼入れ焼戻しを連続で行うために、巻出し機1より圧延済みの鋼帯2を巻出した後(巻出し工程)、加熱炉3に通板して変態点(オーステナイト化温度)以上の温度まで加熱した後、冷却する(焼入れ工程)。この加熱炉3の温度は850〜1200℃であることが好ましい。850℃未満の場合、炭化物の固溶が不十分となり、特性が低下する。1200℃超の場合、炭化物の固溶量が大きくなり、焼戻し時の硬さが低下する傾向にある。加熱炉3の温度の下限は900℃がより好ましく、930℃がさらに好ましい。加熱炉3の温度の上限は1150℃がより好ましく、1120℃がさらに好ましい。なお、焼入れ工程における通板速度が過度に速すぎると、上述した温度範囲に到達しない可能性があるため、鋼帯のある部位が加熱炉3を通過する時間(加熱される時間)を50〜120秒と設定することが好ましい。また加熱炉3内の雰囲気は、窒素、アルゴン、水素混合ガス等の非酸化性ガスを選択することが出来る。
また予熱工程時の予熱温度は、予熱を有効なものにするために、600℃以上に設定することが好ましい。一方で急激な昇温による変形をより確実に抑制するために、800℃以下に設定することが好ましい。
本発明の第一冷却工程は、冷却液噴霧装置を用いて加熱後の鋼帯をMs点超、かつ(Ms点+200℃)以下の温度範囲まで冷却する。第一冷却方法にはソルト焼入れや溶融金属による焼入れ等も候補に挙がるが、温度調節がし易い点や、後述する冷却定盤による冷却時に鋼帯を保護する酸化皮膜を発生させることが出来るため、本発明の第一冷却工程には冷却液噴霧装置を用いた冷却が適している。第一冷却工程で鋼帯の温度がMs点以下となる場合、鋼帯に発生する歪が大きくなり過ぎて形状が不安定になる可能性がある。第一冷却時の鋼帯の温度がMs点+200℃を超える場合、後述する冷却定盤による冷却でMs点以下とすることが困難となる。
ここで上記の冷却液噴霧装置を用いた冷却に使用する冷却液は、例えば水(水溶性の油脂を添加したものも含む)を使用することができるが、より好ましくは純水を使用する。純水を使用することで、水道水に含まれるカルシウム等の不純物が焼入炉出口に堆積しなくなるため、上述した堆積物が鋼帯表面に引っ掛かることで発生する疵を抑制することができる。なおここでいう純水とは、電気伝導率が1mS/m以下の水である。
本発明では、第一冷却工程の後に冷却液除去装置による冷却液除去工程を行う。第一冷却工程で用いた冷却液噴霧装置による冷却を行うと、鋼帯の表面には液滴が残存する。この残存した液滴は後述する第二冷却工程時に、不均一な冷却を引き起こし、鋼帯の圧延方向における伸び差が増大する原因となるため、第二冷却工程の前に液滴を除去する工程が必要となる。この冷却液除去装置として、吸水性材(フェルトなど)を備えたローラー等も使用できるが、簡易に設置でき、鋼帯に疵を付けずに液滴を除去するという観点からは、空気やガス等の気体を吹き付けて水滴を飛ばすことができる気体噴射装置を使用することが好ましい。上記の気体噴射装置を適用することによって、マルテンサイト変態の進行をコントロールして形状を矯正することも可能である。この気体噴射装置は2台以上設置することも可能であり、例えば2台設置した場合、一方を液滴除去用、もう一方を形状矯正用とすることもできる。このとき形状矯正用の気体は、形状不良が発生しやすい箇所に集中的に吹き付けてもよい。上述した形状不良は第一冷却工程による冷却ばらつきにより、後述する第二冷却工程によるマルテンサイト変態が均一に進行しないことが原因の一つとして挙げられる。このマルテンサイト変態の不均一な進行を抑制するために、気体噴射冷却で鋼帯の冷却分布を調整することが有効である。例えば耳波が発生する際は鋼帯の端部に、中伸びが発生する場合には鋼帯の中央部に気体を吹き付けることが効果的である。この気体噴射工程を終えた鋼帯の温度は、第一冷却工程の温度以下、かつ(Ms点−50℃)を超える温度の範囲内に設定することができる。これは気体噴射で(Ms点−50℃)以下を達成するためには大がかりな設備改良が必要となるためである。また上述した気体の流速は、鋼帯表面から十分に液滴を除去させるために、5〜110m/sの範囲内で設定することが好ましい。より好ましい流速の上限は、95m/sである。より好ましい流速の下限は20m/sであり、さらに好ましい流速の下限は40m/sであり、最も好ましい流速の下限は60m/sである。なお噴射する気体は、例えば窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス、空気などの既存の噴射用気体から選択できるが、安価な空気を選択することがより好ましい。気体噴射装置自体も、冷却液に合わせて既存のエアブロー装置や扇風機等を用いることができる。また本発明に用いる気体噴射装置は、図1に示すように鋼帯の上面のみに設置するだけでなく、鋼帯の表面側と裏面側とに1台ずつ設置したり、鋼帯の横側に設置してもよい。
本発明の第2冷却工程は、冷却液除去工程後の鋼帯を冷却定盤にて挟み込み、(Ms点−50℃)以下まで冷却する。これにより鋼帯を物理的接触による熱伝導で急速に冷却しつつ、変形を抑制することが出来る。本発明で用いる冷却定盤は水により冷却する水冷定盤を使用することが好ましく、更に、複数個を連続して配置することが好ましい。水冷定盤を複数個連続して配置することにより、水冷定盤内で拘束する時間を長くすることができる。これにより確実に(Ms点−50℃)以下まで冷却することができ、鋼帯2の変形の防止や矯正をより確実に行うことができる。なお本実施形態では、図1に示すように3個の水冷定盤を設置している。
焼き入れ工程後、焼戻し炉7にて鋼帯を焼戻し、鋼帯を所望の硬さに調整する。この焼戻し炉の温度は300〜350℃に設定することが良い。焼戻しの温度が300℃未満の場合、鋼帯の硬度が高くなり過ぎ、焼戻しの温度が350℃を超える場合、硬度が低くなる。なお、焼戻し工程における通板速度が過度に速すぎると、上述した温度範囲に到達しない可能性があるため、鋼帯のある部位が加熱炉3を通過する時間(加熱される時間)を30〜90秒と設定することが好ましい。また焼戻し炉内の雰囲気は、窒素、アルゴン、水素混合ガス等の非酸化性ガスを選択することができる。
焼戻し工程後、巻取り機8によって巻取ることにより、脱炭を発生させることなく所望の硬さを有する焼入れ鋼帯を得ることができる。
本発明では、前述したように、巻出し工程から巻取り工程までの各工程をコイルから巻
き出した鋼帯を再びコイルに巻き取るまでを連続で行うことが可能なため、高い生産性を有する。
本発明の焼入鋼帯は伸び差率が0.02%以下であることが好ましい。伸び差率をこの数値範囲に収めることで、中伸びや耳波等の鋼帯に発生する形状不良を抑制し、切断後の金属条に発生する横曲がり量を低減させることができる。ここでの伸び差率とは、焼入れ時に生じた長手方向(圧延方向)における歪みの差を示す。伸び差率の測定方法としては、複数条に切断したり、既存の三次元測定装置を使用することで計測することができる。本実施形態での測定方法は、例として下記に示す方法で測定することができる。まず鋼帯を一定長さに切断して水平定盤上に置き、レーザー変位計等を用いて切断した鋼帯の浮上り高さを測定する。この浮上り高さより、幅方向の位置ごとに一定長さにおける伸びが算出できるので、最も伸びが小さい測定部位を基準伸び長さLとする。そして各幅位置における伸び長さをLxとした際、伸び差率は(Lx−L)/Lの計算により求めることができる。
2 鋼帯
3 加熱炉(焼入れ用)
4 冷却液噴霧装置
5 冷却液除去装置
6 冷却定盤
7 焼戻し炉
8 巻取り装置
Claims (4)
- 鋼帯を巻出す巻出し工程と、
鋼帯を加熱炉に通板し、変態点以上の温度まで加熱した後、冷却する焼入れ工程と、
焼入れ後の鋼帯を焼戻し炉に通板して焼戻しする焼戻し工程と、
焼戻し後の鋼帯を巻戻す巻戻し工程と、を連続して行う焼入鋼帯の製造方法であって、
前記焼入れ工程の冷却は、
冷却液噴霧装置により前記鋼帯をMs点超、かつ(Ms点+200℃)以下の温度範囲まで冷却する第一冷却工程と、
前記第一冷却工程後、冷却液除去装置にて前記鋼帯表面の液滴を除去する冷却液除去工程と、
前記冷却液除去工程後の鋼帯を、冷却定盤で挟みながら(Ms点−50℃)以下に冷却する第二冷却工程とを備えることを特徴とする焼入鋼帯の製造方法。 - 前記冷却液除去工程における冷却液除去装置は、気体噴射装置であることを特徴とする請求項1に記載の焼入鋼帯の製造方法。
- 前記焼入鋼帯は伸び差率が0.02%以下であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の焼入鋼帯の製造方法。
- 前記鋼帯はマルテンサイト系ステンレスであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の焼入鋼帯の製造方法。
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