JP2018066065A - 急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属板を連続的に通板しながら焼鈍を行う連続焼鈍設備において、急冷焼入れ時に金属板に発生する形状不良を抑制しつつ、金属板の冷却速度の低下を抑えることのできる金属板の急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法を提供すること。
【解決手段】 高温の金属板を液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ装置であって、金属板を浸漬させる液体を収容した水槽と、少なくとも一部が水槽の液体中に設けられ、金属板の表面及び裏面に液体を噴射する複数のノズルを備えた噴出装置と、噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられ、金属板を拘束する一対の拘束ロールと、を備え、噴出装置において、ノズルを保持するノズルユニットが分割型であり、全てのノズルが拘束ロールの方へ傾斜してなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属板を連続的に通板しながら焼鈍を行う連続焼鈍設備において、急冷焼入れ時に金属板に発生する形状不良を抑制しつつ、金属板の冷却速度の低下を抑えることのできる急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法に関する。

鋼板をはじめとする金属板の製造においては、連続焼鈍設備において、金属板を加熱後に冷却し、相変態を起こさせる等して材質の造り込みを行う。近年、自動車業界では車体の軽量化と衝突安全性の両立を目的として、薄肉化した高張力鋼板（ハイテン）の需要が増している。ハイテンの製造時には、鋼板を急速に冷却する技術が重要となる。鋼板の冷却速度が最も速い技術の１つとして、水焼入れ法が知られている。水焼入れ法では、加熱された鋼板を水中に浸漬させると同時に、水中内に設けられたクエンチノズルにより冷却水を鋼板に噴射することで、鋼板の急冷焼入れが行われる。鋼板の急冷焼入れ時には、鋼板に反りや波状変形等の形状不良が発生するという問題がある。このような鋼板の急冷焼入れ時における形状不良を防止するために、従来、様々な手法が提案されている。

例えば、特許文献１では、連続焼鈍炉での急冷焼入れ時に生じる金属板の波状変形を抑制するために、急冷焼入工程に付される鋼板の張力を変えることのできる張力変更手段として、ブライドルロールを急冷焼入部前後に設ける手法が提案されている。また、特許文献２には、焼入れの際に鋼板の表裏面の少なくとも幅方向の全域に亘って張力を付与することにより、鋼板を平坦状に矯正する手法が提案されている。

しかし、特許文献１に記載された方法は、高温の鋼板に大きな張力をかけるため鋼板の破断が起きるおそれがある。また、高温の鋼板に接触する急冷焼入れ部前のブライドルロールには大きなサーマルクラウンが発生し、ブライドルロールと鋼板とが幅方向に不均一に接触してしまう。その結果、鋼板に座屈や疵が発生するので、鋼板形状を改善することができないという問題がある。また、特許文献２に記載された方法では、張力１５Ｎ／ｍｍ^２とすることで反り量が数ｍｍ程度まで減少しているが、このような高張力では鋼帯に絞りが発生する恐れがある。

これらの問題を解決するための技術を、本出願人は特願２０１４−２４０８３６号において出願している。特願２０１４−２４０８３６号にて用いられる急冷焼入れ装置を図１に示す。図１では、水槽１内に、金属板５に冷却水を吹き付けて水温まで冷却させるための噴出装置４を設ける。噴出装置４において、ノズル１４、２４から冷却水を金属板５に噴射することで金属板５の急冷を行うとともに、水面下に配置した拘束ロール７で金属板５を拘束することによって、急冷時の金属板の変形を抑制している。

特開２０１１−１８４７７３号公報 特開平１１−１９３４１８号公報

図１に示す急冷焼入れ装置を用いると、確かに急冷焼入れ時の鋼板の変形を防止できるものの、金属板が噴出装置４内を通過する際に、一時的に金属板の冷却速度が低下することで、金属板の特性が低下するという課題がある。具体的には、金属板の冷却速度の低下に起因して、所望の引張強度を有する金属板が得られないことがある。

さらに、図１の急冷焼入れ装置では、拘束ロールが一対しかないので、鋼板の形状不良はある程度抑制されるものの完全に表面が平坦とはならず、鋼板には５ｍｍ以上の反りが残りうるという問題がある。

本発明者らの検討によると、高温の金属板と接する拘束ロール７の近傍にて、特に金属板の冷却速度の低下が起こりやすいことが見出された。より具体的に、図２を用いて説明する。図２において矢印で示されるように、噴出装置４の内側において、ノズル１４、２４から噴出した水は金属板５の表裏面に当たる。この際に、拘束ロール７よりも上側及び下側に位置するノズル１４、２４からの水は金属板５に当たって十分な冷却能を発揮する。一方で、拘束ロール７と重なる高さに位置するノズル１４、２４から噴出された水は、拘束ロール７に阻まれて金属板５の表裏面まで到達することができない。これにより、拘束ロール７の近傍にて金属板の冷却速度が低下しやすくなることが見出された。また、高温の金属板５と常に接触している拘束ロール７は温度が上昇しやすい。拘束ロール７が高温化することによっても、拘束ロール７の近傍における金属板５に対する冷却速度は低下しやすくなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みて完成されたものであり、急冷焼入れ時に金属板に発生する形状不良を最大限抑制しつつ、拘束ロールの近傍で金属板の冷却速度が低下することを抑えることのできる急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］高温の金属板を液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ装置であって、金属板を浸漬させる液体を収容した水槽と、少なくとも一部が前記水槽の液体中に設けられ、金属板の表面及び裏面に液体を噴射する複数のノズルを備えた噴出装置と、前記噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられ、金属板を拘束する一対の拘束ロールと、を備え、前記噴出装置において、前記拘束ロールに最も近いノズルが、水平面から拘束ロールの方へ傾斜してなることを特徴とする急冷焼入れ装置。
［２］高温の金属板を液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ装置であって、金属板を浸漬させる液体を収容した水槽と、少なくとも一部が前記水槽の液体中に設けられ、金属板の表面及び裏面に液体を噴射する複数のノズルを備えた噴出装置と、前記噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられ、金属板を拘束する複数対の拘束ロールと、を備え、前記噴出装置において、前記拘束ロールに最も近いノズルが、水平面から拘束ロールの方へ傾斜してなることを特徴とする急冷焼入れ装置。
［３］前記拘束ロールに最も近いノズルは、金属板に対して２０°以上６０°以下の角度をなすことを特徴とする［１］又は［２］に記載の急冷焼入れ装置。
［４］高温の金属板を水槽中に収容された液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ方法であって、噴出装置のノズルにより、液体に浸漬された金属板の表裏面に液体を噴射しつつ、噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられた一対の拘束ロールにより、金属板を拘束し、拘束ロールに最も近いノズルからは、拘束ロールの方へ向かって斜めに液体を噴出することを特徴とする急冷焼入れ方法。
［５］高温の金属板を水槽中に収容された液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ方法であって、噴出装置のノズルにより、液体に浸漬された金属板の表裏面に液体を噴射しつつ、噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられた複数対の拘束ロールにより、金属板を拘束し、拘束ロールに最も近いノズルからは、拘束ロールの方へ向かって斜めに液体を噴出することを特徴とする急冷焼入れ方法。
［６］拘束ロールに最も近いノズルから、金属板に対して２０°以上６０°以下の角度をなしながら、液体を噴出することを特徴とする［４］又は［５］に記載の急冷焼入れ方法。

本発明によって、急冷焼入れ時に、拘束ロールの近傍において金属板の冷却速度が一時的に低下してしまうことを防止することができる。

図１は、従来の急冷焼入れ装置を示す説明図である。 図２は、図１の噴出装置４付近を示す拡大図である。 図３は、本発明に係る急冷焼入れ装置を示す説明図である。 図４は、図３の噴出装置４付近を示す拡大図である。 図５は、本発明に係る急冷焼入れ装置の他の一例を示す説明図である。 図６は、本発明に係る急冷焼入れ装置を示す説明図である。 図７は、図６の噴出装置４付近を示す拡大図である。 図８は、本発明に係る急冷焼入れ装置を示す説明図である。 図９は、図８の噴出装置４付近を示す拡大図である。 図１０は、本発明例の結果を示すグラフである。 図１１は、比較例の結果を示すグラフである。 図１２は、本発明例及び比較例の結果を示すグラフである。 図１３は、本発明例及び比較例の結果を示すグラフである。 図１４は、鋼板を搬送方向から正対して見た模式図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について具体的に説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係る急冷焼入れ装置を示す図であり、図４は急冷焼入れ装置の噴出装置４付近の拡大図である。急冷焼入れ装置は、連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられた冷却設備に適用されうる。図３では、連続焼鈍炉の均熱帯の出口に設けられた一対のシールロール３が示されている。急冷焼入れ装置は、金属板５を冷却するための冷媒（液体）である水２を収容した水槽１と、金属板５に水２を吹き付けて冷却するための噴出装置４と、金属板５を拘束して変形を防ぐ拘束ロール７とを備えている。また、噴出装置４の出側には、金属板５を水中に浸漬させつつ金属板５の搬送方向（通板方向）を変更するシンクロール６が設けられる。

噴出装置４は、水を噴出する複数のノズル１４、２４と、ノズル１４、２４を保持するノズルユニット３４、４４とからなる。一対のノズルユニット３４と４４との間には、間隙が設けられている。前記間隙中を金属板５が通板される際に、金属板５の表裏面に向かってノズル１４、２４から水が噴出される。図３（及び図４）の例では、金属板５の左側を表面とし、右側を裏面とする。図の左側には、ノズル１４を金属板５の表面に向けるようにノズルユニット３４が配置され、図の右側には、ノズル２４を金属板５の裏面に向けるようにノズルユニット４４が配置される。

図３及び図４の例では、ノズルユニット３４及び４４は、それぞれ搬送方向に沿って２つずつに分割される。金属板５の表面側には、入側ノズルユニット３４ａと出側ノズルユニット３４ｂとが設けられ、裏面側には、入側ノズルユニット４４ａと出側ノズルユニット４４ｂとが設けられる。拘束ロール７は、入側ノズルユニット３４ａ、４４ａと出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂとの間に設けられる。これにより、拘束ロール７は、噴出装置の入側端部（図３における入側ノズルユニット３４ａ、４４ａの入側端面）と、噴出装置の出側端部（図３における出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂの出側端面）との間に設けられることになる。

入側ノズルユニット３４ａ、４４ａは、一部が水中に浸漬し、残部が水上から出るように、設けられる。通板されてきた金属板５は、水上に露出する入側ノズルユニット３４ａ、４４ａの内側の間隙に装入され、次いで水中に浸漬し、ノズル１４及び２４から水が噴出される。入側ノズルユニット３４ａ、４４ａには、複数のノズル１４、２４が設けられている。一部のノズル（例えば図３の入側ノズルユニット３４ａ、４４ａの最も上に設けられたノズル）は、ノズルの開口部が水面よりも上部に位置し、ノズルの開口部の少なくとも一部が水中に浸漬していない状態にある。開口部が水面よりも上部に位置するノズルは、高温の金属板５が水中に導入された際に発生する水の噴き上げを抑えるため、斜め下に向かって水を噴出できるように、従来から（例えば図１のように）下方向に向いて斜めに設けられている。

金属板５は、入側ノズルユニット３４ａ、４４ａを通過した後に、拘束ロール７により拘束される。拘束ロール７は、金属板５の急冷時に生じうる変形を防止するために、水中において金属板５を表裏面から挟みつける。一対の拘束ロール７は、中心軸を金属板５の搬送方向にずらして配置することが好ましい。中心軸をずらして配置することで、金属板５の拘束力を増大させ、形状矯正力を高めることができる。一例として、それぞれの中心軸を搬送方向に４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下ずらして拘束ロール７を配置することが好ましく、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下ずらして配置することがさらに好ましい。

また、拘束ロール７によって金属板５を押し込み、拘束ロール７に金属板５を巻き付けるように通板することが望ましい。金属板５を押し込むことにより、鋼板の矯正力を高めることができるとともに、拘束ロール７の空転を防ぐことができる。１個の拘束ロール７による押し込み量は、図３及び図４のように金属板５が直線状に通板される場合を基準（０ｍｍ）とした場合に、０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。

金属板５は、拘束ロール７を通過した後に、出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂの間隙を通過する。この際にも、出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂに設けられたノズル１４、２４によって金属板５の表裏面に水が噴出される。

図３の例では、入側ノズルユニット３４ａ、４４ａと出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂとが、拘束ロール７を挟むように設けられており、拘束ロール７と重なる高さ位置にはノズルユニット及びノズルが設けられていない。このような例では、入側ノズルユニット３４ａ、４４ａの最も出側に位置するノズル（図３及び図４では上から３番目のノズル）と、出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂの最も入側に位置するノズル（図３及び図４では下から３番目のノズル）とが、拘束ロール７に最も近いノズル（以下、「直近ノズル」と称することがある。）となる。

前記直近ノズルは、従来のように水平ではなく、ノズルの開口部が水平面から拘束ロール７の方へと向くように、傾けて設けられる。より具体的には、図４における入側ノズルユニット３４ａ、４４ａの最も出側に位置する直近ノズルは、下方向に傾けて取り付けられ、出側ノズルユニット３４ｂ、４４ｂの最も入側に位置する直近ノズルは、上方向に傾けて取り付けられる。このように直近ノズルを傾けると、直近ノズルを水平となるように設けた従来例に比べて、直近ノズルから噴出された水を、拘束ロール７と金属板５との接触点により近い位置まで到達させることができる。これにより、拘束ロール７の近傍でノズルから噴出された水が金属板５の表裏面に接触しにくいことに起因する、拘束ロール７近傍での金属板５に対する冷却能力の低下を防止することができる。

図３及び図４の例では、直近ノズル以外の他のノズルについても、全て直近ノズルと同じ方向に傾けて設けているが、直近ノズル以外のノズルは従来通り水平に設けていてもよい。ただし、金属板５における水の接触位置をなるべく均一にして、長手方向における冷却むらをなくすという観点からは、各ノズルユニットにおける全てのノズルを同じ方向に同じ角度だけ傾けることが好ましい。

図４のように、直近ノズルの傾斜角度としては、直近ノズルの軸線方向（水の噴出方向）と金属板とのなす角度のうち、鋭角となる角度ａを設定することができる。尚、水は一定の広がりをもってノズルから吐出されるが、前記水の噴出方向としてはノズルから吐出された水の中心軸線の方向を採用することができる。角度ａは、直近ノズルからの水の噴出量、直近ノズルの開口部と拘束ロール７との距離、直近ノズルの開口部と金属板５の表裏面との距離等に応じて設定することができる。角度ａの好適例としては、２０°以上６０°以下が挙げられる。角度ａが２０°未満であると、直近ノズルから噴出された水の流れが直近の拘束ロール７によって阻害され、水が拘束ロール７と金属板５との接触位置近傍まで到達できないので、拘束ロール７近傍での金属板５に対する冷却速度低下を抑制する効果が十分に得られない。また、角度ａが６０°超であると、水が金属板５の表裏面に対して垂直に近い形で噴出されることとなり、拘束ロール７の近傍で金属板５の表裏面に十分に噴出水を接触させることができず、金属板５に対する冷却能力が低下してしまう。また、角度ａを３０°以上４５°以下とすることがさらに好ましい。尚、ノズルを傾斜させる際には、ノズルから水を斜めに噴射できるように、少なくともノズルの先端を傾斜させていればよい。

本発明に係る急冷焼入れ装置は、金属板５の搬送方向に沿って一体として形成された、非分割型のノズルユニットを備えていてもよい。図５を用いて非分割型のノズルユニット
を用いた例について説明する。

図５の例では、左右のノズルユニット３４及び４４は搬送方向に沿って分割しておらず、一体として形成される。拘束ロール７は、ノズルユニット３４及び４４の間隙の内側に設けられる。このように、非分割型のノズルユニットを採用する例では、ノズルユニット３４、４４に設けられた複数のノズル１４、２４のうち、開口部が拘束ロール７の高さと重なるノズルが存在することがある（図５の例では、ノズルユニット３４の上から５番目及び６番目のノズルと、ノズルユニット４４の上から４番目及び５番目のノズルが該当）。この場合には、拘束ロール７の高さと開口部の高さとが重なるノズルを除外して、それ以外のノズルのうちで最も拘束ロール７に近いノズルを直近ノズルとする。また、拘束ロール７の高さと開口部の高さとが重なるノズルは、最初からノズルユニット３４、４４に設けないようにしてもよい。尚、図５では直近ノズルにそれぞれ黒色を付している。

非分割型のノズルユニットを採用する例でも、直近ノズルを拘束ロール７の方に向けて傾けることにより、同様に拘束ロール７近傍における金属板５の冷却速度の低下を防止することができる。

尚、拘束ロール７の着脱及びメンテナンス等が容易となることや、ノズル１４、２４の開口部と金属板５までの距離を近づけて冷却能力を高められること等の理由から、非分割型のノズルユニット（図５）よりも分割型のノズルユニット（図３及び図４）を採用する方がより好ましい。

図示していないが、噴出装置４における各ノズルは、ポンプを途中に設けた配管に接続される。ポンプによって、水槽１内の水２が配管内を汲み上げられて、ノズル１４、２４へと圧送されることにより、ノズル１４、２４の開口部から高圧水が噴出される。また、水槽１内の水２は、焼入れに適した水温となるように維持される。水槽１内の水２の一部が、外部のクーリングタワー等の冷却設備に送られて冷却された後に、冷却後の水２が水槽１へと戻されることで、水槽１内の水温上昇が防止される。例えば、水槽１内の水温としては、０℃超５０℃以下が好ましく、１０℃以上４０℃以下が特に好ましい。

金属板におけるロール疵の発生を防止するために、電動により拘束ロール７を周方向に回転させることが好ましい。さらに、金属板５の矯正力を調整するために、拘束ロール７は、必要に応じて開閉可能（金属板５に対する押し込み量を制御可能）とすることが好ましい。

拘束ロール７は、熱伝導率に優れるとともに、金属板５の挟圧時における荷重に耐えられる強度を備えた材質で形成されていればよい。拘束ロール７の材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０、セラミック等が挙げられる。

次に、図６〜図９を用いて、複数対の拘束ロール７を用いる例について説明する。以下において、一対の拘束ロール７を用いる場合と同様の点については説明を省略することがある。

図６及び図７の例では、金属板５の表裏面を２対の拘束ロール７によって拘束する。この場合も上述と同様に、それぞれの拘束ロール７の高さと開口部の高さとが重なるノズルを除外し、それ以外のノズルのうちで最も拘束ロール７に近いノズルを直近ノズルとすればよい。

図７では、直近ノズルにそれぞれ黒色を付している。本例でも直近ノズルを拘束ロールの方に向けて傾けることで、拘束ロール７近傍における金属板５の冷却速度の低下が防止される。尚、拘束ロール７と拘束ロール７との間に配置された直近ノズルは、該ノズルに隣接するいずれの拘束ロール７に向けて傾けてもよい。さらに、ノズルの先端を分岐させることによって、隣接する両方の拘束ロール７に向けて傾けてもよい。具体的に、図７の表面側における上から７番目のノズルである直近ノズル１４ａ、及び裏面側における上から９番目のノズルである直近ノズル２４ａは、それぞれ上側及び下側の両方に向けて噴射可能に構成されている。

図８及び図９では、金属板５の表裏面を３対の拘束ロール７によって拘束する例を示す。本例においても上述と同様に、直近ノズルを拘束ロール７の方に傾ければよい。

拘束ロールを複数対設ける例においても、拘束ロールを１対のみ設ける例と同様の理由により、直近ノズルを傾ける角度ａの好適例として２０°以上６０°以下を挙げることができ、より好ましい例として３０°以上４５°以下を挙げることができる。

拘束ロールを複数対設ける例においても、拘束ロールを１対のみ設ける例と同様の理由により、拘束ロールにより金属板を押し込むことが好ましい。個々の拘束ロールにおける押し込み量は、０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が特に好ましい。

拘束ロールを複数対設ける例では、鋼板の表裏面に配置された拘束ロールの通板方向における位置をずらし、拘束ロールを千鳥状に配置することが好ましい。これにより、金属板５の拘束力を増大させ、形状矯正力をより高めることができる。尚、対向する拘束ロール７のうち最も距離の近い２つの中心軸の通板方向におけるずれ量は、上記と同様の理由により４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすることが好ましく、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

拘束ロールを複数対設ける例では、拘束ロールを１対のみ設ける例に比べて、冷却時における鋼板の形状矯正力をより高めることができる。特に、変形の起こりやすい高強度の鋼板を冷却する場合であっても、拘束ロールを複数対設けることにより、冷却時における鋼板の反り等の変形をより抑制することができる。一方で、拘束ロールの数を増やし過ぎると、設備制約上の問題や噴出装置における冷却能が下がるといった問題もあるので、これらの問題を勘案して適宜拘束ロールの数を決定すればよい。

本発明に係る急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法は、高強度冷延鋼板（ハイテン）の製造方法に適用することが特に好ましい。より具体的には、引張強度が５８０ＭＰａ以上である鋼板の製造方法に適用することが好ましい。引張強度の上限は特に制限されないが、一例として１６００ＭＰａ以下であればよい。ハイテンの製造時には、鋼板を急速に冷却することで、緻密な組織制御を行うことが重要となる。従来の急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法では、拘束ロール７近傍での冷却速度が低下することで、所望の金属組織を作りこむことができず、ハイテンの強度が所望値よりも低下してしまうという問題が発生している。本発明に係る急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法を適用してハイテンを製造することで、拘束ロール７近傍での冷却速度の低下を防ぎ、より確実に所望の強度のハイテンを製造することができる。

高強度冷延鋼板の組成の具体例として、質量％で、Ｃが０．０４％以上０．２５％以下、Ｓｉが０．０１％以上２．５０％以下、Ｍｎが０．８０％以上３．７０％以下、Ｐが０．００１％以上０．０９０％以下、Ｓが０．０００１％以上０．００５０％以下、ｓｏｌ．Ａｌが０．００５％以上０．０６５％以下、必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＴｉの少なくとも１種以上がそれぞれ０．５％以下、さらに必要に応じて、Ｂ、Ｓｂがそれぞれ０．０１％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる例が挙げられる。

尚、本発明の実施形態は、鋼板を水冷する例に限定されるものではなく、鋼板以外の金属板全般の冷却に適用することができ、また、水以外の冷媒を用いた急冷焼入れにも適用することができる。

以下に、実施例を用いて本発明についてより具体的に説明する。
（本発明例１）
図３及び図４に示した急冷焼入れ装置を用いて、板厚１．０ｍｍ、板幅１０００ｍｍで引張強さ５８０〜１４７０ＭＰａ級の高張力冷延鋼板を、通板速度１．０ｍ／ｓで製造した。尚、噴出装置４においてノズル１４、２４を傾斜させる角度ａは、全て３０°とした。ここで、拘束ロールの中心軸は通板方向に８０ｍｍずらして配置し、拘束ロール７の金属板５への押し込み量は全て０．５ｍｍとした。

また、急冷焼入れ装置に通板中の鋼板の温度を測定した。具体的には、熱電対型の温度計を用いて、鋼板の被測定領域の温度を経時的に測定した。尚、鋼板の冷却開始温度（噴出装置４に入る直前の温度）は７４０℃であり、冷却終了温度（水槽１から出た直後の温度）は５０℃であった。冷却開始後の経過時間と鋼板の温度との関係から、鋼板の冷却速度を計算した。結果を図１０に示す。

また、通板後に鋼板の反り量を測定した。具体的には、鋼板を搬送方向から正対して見た図１４を用いて説明する。鋼板に反りが発生すると、鋼板の幅方向において高さの高い部分と低い部分とが形成される。通板後の鋼板において、最も高さの高い部分と、最も高さの低い部分との高さの差を反り量として測定した。
（比較例１）
図１及び図２に示した急冷焼入れ装置を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして実験を行った。尚、直近ノズルの傾斜角度は９０°であった。結果を図１１に示す。

図１０（本発明例）では、鋼板の冷却速度は時間によって低下せず、ほぼ一定であった。一方、図１１（比較例）では、経過時間が０．２（ｓ）と０．４（ｓ）との間で、冷却速度が約４０％（１５００℃／ｓ→９００℃／ｓ）低下している。この冷却速度が低下する時間には、鋼板は拘束ロール７の近傍を通過していた。以上より、本発明に係る急冷焼入れ装置を用いることで、拘束ロール近傍における金属板の冷却速度の低下を抑えられることが示された。

また、本発明例１によって製造された鋼板の引張強度はほぼ１４７０ＭＰａであったのに対し、比較例１によって製造された鋼板の引張強度は約１４００ＭＰａであり、引張強度の低下が見られた。本発明を適用することで、拘束ロール近傍での冷却速度の低下に伴う、鋼板の特性低下を防止することができた。尚、鋼板の反り量に関する結果については後述することとする。
（本発明例２）
本発明例１と同様の実験を、角度ａを１０°〜９０°まで１０°おきに設定して行った。尚、角度ａが９０°の例は、本発明に係るものではなく比較例に属するものである。各角度ａで実験を行った場合に、拘束ロールの近傍を通過する際の鋼板の冷却速度の低下率を計算してプロットしたのが、図１２である。

図１２のように、ａが９０°の例（比較例）では冷却速度が４０％低下した。一方で、ａが１０°〜８０°の例（本発明例）では、いずれも冷却速度の低下率を３０％未満に抑えることができた。特に、ａが２０°以上６０°以下の例では、鋼板の冷却速度が低下してしまうこと自体を防止することができ（低下率が０％であり）、特に好適であることが示された。
（本発明例３）
図６及び図７に示した急冷焼入れ装置を用いて、本発明例１と同様の条件で操業を行った。尚、対向する拘束ロールの中心軸は全て通板方向に８０ｍｍずつずらして配置し、拘束ロール７による金属板５への押し込み量は全て０．５ｍｍとした。
（本発明例４）
図８及び図９に示した急冷焼入れ装置を用いて、本発明例１と同様の条件で操業を行った。尚、対向する拘束ロールの中心軸は全て通板方向に８０ｍｍずつずらして配置し、拘束ロール７による金属板５への押し込み量は全て０．５ｍｍとした。
＜冷却速度の評価＞
本発明例３及び本発明例４における鋼板の冷却速度の測定結果は、本発明例１と同様に図１０の通りであった。本結果より、複数対の拘束ロールを用いる場合であっても、拘束ロール近傍における金属板の冷却速度の低下を抑えられることが示された。
＜反り量の評価＞
本発明例１及び３〜４、比較例１において、３種類の鋼板について測定した反り量の結果を図１３に示す。３種類の鋼板は、引張強度が５８０ＭＰａ級の鋼板、１１８０ＭＰａ級の鋼板、及び１４７０ＭＰａ級の鋼板である。尚、本発明例１と比較例１とではともに鋼板の反り量は同等であった。図１３に示すように、高強度の鋼板であっても、拘束ロールの数を増やすことによって鋼板の反り量を抑えることができた。よって、拘束ロールの数を増やすことで、急冷焼入れ時の鋼板の変形をより防止できることが確認された。

１ 水槽
２ 水
３ シールロール
４ 噴出装置
５ 金属板
６ シンクロール
７、１７ 拘束ロール
１１ 急冷焼き入れ装置
１４、２４ ノズル
１４ａ、２４ａ 直近ノズル
３４、４４ ノズルユニット
３４ａ、４４ｂ 入側ノズルユニット
３４ｂ、４４ｂ 出側ノズルユニット

Claims (6)

1. 高温の金属板を液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ装置であって、
   金属板を浸漬させる液体を収容した水槽と、
   少なくとも一部が前記水槽の液体中に設けられ、金属板の表面及び裏面に液体を噴射する複数のノズルを備えた噴出装置と、
   前記噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられ、金属板を拘束する一対の拘束ロールと、を備え、
   前記噴出装置において、ノズルを保持するノズルユニットが分割型であり、全てのノズルが前記拘束ロールの方へ傾斜してなることを特徴とする急冷焼入れ装置。
2. 高温の金属板を液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ装置であって、
   金属板を浸漬させる液体を収容した水槽と、
   少なくとも一部が前記水槽の液体中に設けられ、金属板の表面及び裏面に液体を噴射する複数のノズルを備えた噴出装置と、
   前記噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられ、金属板を拘束する複数対の拘束ロールと、を備え、
   前記噴出装置において、ノズルを保持するノズルユニットが分割型であり、全てのノズルが前記拘束ロールの方へ傾斜してなることを特徴とする急冷焼入れ装置。
3. 前記ノズルユニットにおける全てのノズルは、金属板に対して２０°以上６０°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の急冷焼入れ装置。
4. 高温の金属板を水槽中に収容された液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ方法であって、
   噴出装置のノズルにより、液体に浸漬された金属板の表裏面に液体を噴射しつつ、
   噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられた一対の拘束ロールにより、金属板を拘束し、
   分割型のノズルユニットに保持された全てのノズルからは、拘束ロールの方へ向かって斜めに液体を噴出することを特徴とする急冷焼入れ方法。
5. 高温の金属板を水槽中に収容された液体に浸漬させて冷却する急冷焼入れ方法であって、
   噴出装置のノズルにより、液体に浸漬された金属板の表裏面に液体を噴射しつつ、
   噴出装置の入側端部と出側端部との間に設けられた複数対の拘束ロールにより、金属板を拘束し、
   分割型のノズルユニットに保持された全てのノズルからは、拘束ロールの方へ向かって斜めに液体を噴出することを特徴とする急冷焼入れ方法。
6. 前記ノズルユニットにおける全てのノズルから、金属板に対して２０°以上６０°以下の角度をなしながら、液体を噴出することを特徴とする請求項４又は５に記載の急冷焼入れ方法。