JP2024071831A - 鋼板の蛇行抑制方法、および鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水焼入れ装置を持つ連続焼鈍、めっき等の表面処理などの鋼板の連続処理ラインにおいて、水焼入れ後の鋼板の蛇行抑制方法を提供すること。【解決手段】水焼入れ装置を持つ連続焼鈍、めっき等の表面処理などの鋼板の連続処理ラインにおいて、鋼板の終端と始端の接続条件を、同じ板幅同士もしくは始端側の板幅が狭くなるように接続して、通板させる事により、水焼入れ装置以降の炉内蛇行を抑制する事ができるようになり、安定した連続処理ラインの通板が可能となり、通板速度の上昇による生産性の向上や、蛇行による鋼板の損傷の防止も可能となる。【選択図】図５

Description

本発明は、水焼入れ装置を持つ連続焼鈍ライン、めっき等の表面処理ラインなどの連続処理ラインにおいて、炉内における鋼板の蛇行抑制方法に関し、特に、水焼入れ後の鋼板に発生する形状不良による鋼板の蛇行抑制方法、および鋼板の製造方法に関する。

近年、地球環境を保護する観点から、自動車の燃費改善が強く求められている。このため、自動車部材の薄肉化を図り、車体そのものを軽量化しようとする動きが活発となってきている。この際、単に自動車部材を薄肉化すると車体の強度が低下するため、薄肉化した場合でも強度を保つ必要がある。また、衝突時における乗客の安全確保の観点からも、自動車車体の高強度化が強く求められている。これらの要求に応えるため自動車部材の軽量化と高強度化の両立が推し進めてられている。自動車部材の素材となる冷延鋼板や、溶融亜鉛系めっき鋼板などは一般的に連続焼鈍炉のような連続処理ラインで製造される。

連続焼鈍炉による製造において、鋼板（以下、ストリップともいう。）の強度を高める方法は、Ｓｉ添加による固溶強化などの鋼板組成の調整による方法もあるが、水焼入れ装置を用いた急冷により、鋼板内部の組織を高強度な組織へ変態させる方法もある。これにより、合金元素の添加量を減らすことができ、生産コストを低減することが可能である。

連続焼鈍炉では、鋼板が炉の上部と下部に設けられたハースロールに掛け渡されて通板される。連続焼鈍炉は加熱帯、均熱帯、冷却帯、過時効帯などのセクションを有しており、鋼板がこれらを通板されることで連続焼鈍が行われる。また、連続焼鈍炉などの様な鋼板の連続処理ラインでは、ルーパーにて通板速度を調節しながら各鋼板の終端と始端を溶接でつなぎ、連続した鋼板として通板するようにしている。

連続焼鈍を実施するにあたり、重要な課題の一つは、鋼板の蛇行を抑制し炉内を真直に通板する事である。蛇行の抑制が不十分な場合は、鋼板が炉壁に接触し、設備の損傷や鋼板の疵の発生などの不具合が発生することでラインの通板速度が低下し、生産性が低下する。また、鋼板側の損傷が大きい場合は鋼板の破断による長時間のライン停止が発生し、さらに生産性が低下する阻害を生じる。

蛇行抑制方法として、一般的には鋼板の幅方向の位置を測定して継続的にモニタリングする装置であるセンターポジションコントロール（ＣＰＣ）装置が設けられており、ハースロールに付随するステアリング装置により蛇行を抑制する。また、特許文献１には、連続焼鈍炉の加熱炉上段と下段で粗度の大きさを変えたハースロールを設置する事で、蛇行と座屈を防止する技術が開示されている。特許文献２には、蛇行した方向のハースロールのテーパー部とストリップの非接触幅を検知し、検知したロールテーパー部に非接触なストリップ部をガスで冷却する事で、ストリップの熱収縮によるロールとの接触面積を上げて糸巻き効果による蛇行抑制力の増加を図る技術が開示されている。

特開平８－２８３８７２号公報 特開平４－３３３５２８号公報

しかしながら、特許文献１は、加熱炉内での蛇行に限定している。また、鋼板の通板量の増加に従って鋼板との接触摩擦による摩耗が起き、これによりロールの粗度が低下して蛇行抑制能力が低下してしまう懸念がある。また、特許文献２は、蛇行抑制用のストリップ冷却ガスが必要な事や、水焼入れされた鋼板を対象とする場合には、鋼板温度が既に室温程度の温度まで下がっている事から、焼入れ後の鋼板の蛇行抑制には効果がほとんどないという課題があった。また、従来のＣＰＣ装置による蛇行抑制技術では、くの字溶接の場合や幅方向のオフセットの程度が非常に大きい場合に、過剰な蛇行修正や応答遅れが発生し、蛇行をかえって助長させる場合があり、鋼帯の連続処理ラインを停止することによる生産量の低下が問題となる。

本発明は、水焼入れ装置を持つ連続焼鈍、めっき等の表面処理などの鋼板の連続処理ラインにおいて、水焼入れ後の鋼板の蛇行抑制方法を提供する事を目的とする。

本発明は、前記課題を解決する為に水焼入れ装置をもつ連続処理ラインにおいて、冷却帯にある水焼入れ装置によって焼入れされた鋼板の蛇行抑制を目的に、鋼板の終端と始端の接続を板幅が同一もしくは狭くなる様に接続する事を特徴とし、特に後行する鋼板の板幅と、先行する鋼板の板幅のいずれか一方または両方が９００ｍｍ以上の幅を持つ鋼板に効果的な蛇行抑制方法である。
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］ 鋼板の連続処理ラインにおいて、後行する鋼板の板幅が先行する鋼板の板幅以下となるように接続する、鋼板の蛇行抑制方法。
［２］ 前記後行する鋼板の板幅と、前記先行する鋼板の板幅のいずれか一方または両方が９００ｍｍ以上である、［１］に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
［３］ 前記鋼板の連続処理ラインが加熱装置および水焼入れ装置を備える、［１］または［２］に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
［４］ 前記後行する鋼板と、前記先行する鋼板のいずれか一方または両方が、前記水焼入れ装置を通過後にマルテンサイト組織を有する、［３］または［４］に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
［５］ 前記後行する鋼板の板幅に対する、前記先行する鋼板の板幅の比が１．０～１．３である、［１］～［４］のいずれかに記載の鋼板の蛇行抑制方法。
［６］ ［１］～［５］のいずれかに記載の鋼板の蛇行抑制方法を用いる、鋼板の製造方法。

本発明によって、水焼入れ装置を有する連続焼鈍炉など表面処理を実施する連続処理ラインにおいて、鋼板の終端と始端の接続条件を同じ板幅同士もしくは始端側の板幅が狭くなるように接続して通板させる事により、水焼入れ装置以降の炉内蛇行を抑制する事ができる。その結果、安定した連続処理ラインの通板が可能となり、通板速度の上昇による生産性の向上や、蛇行による鋼板の損傷の抑制が実現できる。

本実施形態に係る鋼板の蛇行抑制方法が実施できる連続焼鈍ラインの一例を示す模式図である。 本実施形態における鋼板の接続条件を示す図である。 本実施形態における蛇行メカニズムを示す図である。 本実施形態のシミュレーションにおける反りの計算位置と冷却ムラの想定位置を示す図である。 本実施形態における鋼板幅方向冷却ムラによる反り変化量のシミュレーション結果を示す図である。 本実施形態における鋼板幅方向冷却ムラの温度差による反り変化量のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る鋼板の蛇行抑制方法が実施できる連続焼鈍ラインの一例を示す模式図である。
連続焼鈍炉とは図１における加熱帯４から、均熱帯５、冷却帯７、過時効帯９、空冷帯１１までの帯域のことを指し、続いて後処理帯１２を有する。加熱帯４は加熱装置を有し、冷却帯７は水焼入れ装置８を有する。鋼板は連続焼鈍炉の各帯域に設けられたハースロール６によって通板され焼鈍される。本実施形態に係る鋼板の蛇行抑制方法は、冷却帯７に設けられた水焼入れ装置８により焼入れされ過時効帯内９を通板される鋼板に適用することが好ましい。図１に示す連続焼鈍炉は連続処理ラインの一例である。ただし、連続処理ラインは連続焼鈍炉に限らず水焼入れ装置のような冷却装置を有するラインであればよい。

連続焼鈍ラインでは各鋼板の終端と始端を溶接で接続し、連続した鋼板として通板するようにしている。この接続は、図２に示す３種の接続条件に分類できる。図２（ａ）は先行側の板幅が狭く後行側の板幅が広くなる接続条件を示し、図２（ｂ）は先行側の板幅が広く後行側の板幅が狭くなる接続条件を示し、図２（ｃ）は先行側と後行側の板幅が同じである接続条件を示す。それぞれ、図２（ａ）に示した接続条件をワイドアップ接続とし、図２（ｂ）に示した接続条件をナローダウン接続とし、図２（ｃ）に示した接続条件を同一板幅接続とする。本実施形態では、この接続を図２（ｂ）もしくは図２（ｃ）のように、後行する鋼板の板幅が先行する鋼板の板幅以下となるように接続する。これにより、鋼板の蛇行を抑制できる。なお、同一板幅とは、接続する板幅の差が１０ｍｍ以内であり、実質的に同一の板幅とみなせる場合を含む。

鋼板の蛇行の主原因には、水焼入れ時の形状不良が挙げられる。高強度鋼板の製造において、鋼板を高温域から約１０００℃／ｓで一気に冷却（浸漬冷却）し、鋼板組織を相変態させる場合が多い。この相変態は、マルテンサイト変態とも呼ばれ、組織の変態時に鋼板の体積が膨張し、鋼板が幅方向や長手方向に変形する。この相変態による片伸びなどの鋼板の幅方向の形状不良によって、連続焼鈍ラインの炉内のハースロールでは、図３（ｂ）に示すようにセンタリングの力が板幅方向について不均一となり、進行方向に対する蛇行が生じる。

鋼板の形状不良は、浸漬冷却前における鋼板形状にも起因するが、主に幅方向の冷却ムラによる浸漬冷却時の相変態の不均一によって発生する。板幅方向の冷却ムラが大きいほど鋼板の幅方向の温度がより不均一となるため、相変態のタイミングが板幅方向で不均一になる。相変態のタイミングが幅方向で不均一になると、前述のように鋼板の幅方向の形状不良が生じてしまう。図２（ａ）と図２（ｂ）で示す各接続条件と冷却ムラの影響を調査すべく、図４（ｂ）に示すように、水焼入れにおいて、鋼板の幅方向の片側の冷却が遅れて冷却ムラが発生する場合と、冷却ムラが発生しない場合の反り量をコンピューターシミュレーションで算出し、反り量の変化を形状不良と見立てて評価した。図４（ａ）に示すように、先行材の溶接点から１ｍの断面をＡ断面とし、後行材の溶接点から１ｍの断面をＢ断面とした。図５（ａ）および図５（ｂ）のグラフにおける反り量の差とはこのＡ断面とＢ断面のそれぞれで測定した反り量の差を意味している。図５（ａ）および（ｂ）にはシミュレーションした板温の分布と、先行する鋼板のＡ断面と後行する鋼板のＢ断面の各板幅方向位置における水焼入れ後の反り量の差を示している。なお、図５における板幅方向位置は狭い側の鋼板の片側をＤＲ、逆側をＯＰ、中央をＣｅと定義し、ＤＲとＣｅの中間位置をｑ－Ｄｒ、ＣｅとＯＰの中間位置をｑ－ＯＰと定義した。図５（ａ）に示すように幅方向の冷却ムラがない場合は接続条件によらず形状不良に与える影響は小さい。しかし、図５（ｂ）に示すように、幅方向に冷却ムラがある場合は、図２（ａ）のようなワイドアップ接続では形状不良が大きく、図２（ｂ）のようなナローダウンでは形状不良が小さい。図５に各接続方法における各温度ムラによる溶接部付近の鋼板の反り量を示しているが、冷却ムラが大きいほど反り量も大きくなる事が示された。これらの鋼板の蛇行抑制方法は、種々の鋼板の製造方法に適用できる。

本実施形態に係る鋼板の蛇行抑制方法では、後行する鋼板の板幅に対する、先行する鋼板の板幅の比が、１．０～１．３であることが好ましい。詳細な理由は不明であるが、後行する鋼板の板幅に対して先行する鋼板の板幅の比が１．０～１．３（同一の板幅を含む）の場合には、先行する鋼板と後行する鋼板の溶接部とならない部分、つまり先行する鋼板の両端部の範囲が小さいことから、拘束されていない両端部の幅方向の冷却ムラも小さくなり、反り量の差も小さくなると推定される。よって、後行する鋼板の板幅に対して先行する鋼板の板幅の比が１．０～１．３が好ましい。

本実施形態に係る鋼板の蛇行抑制方法では、後行する鋼板の板幅と、先行する鋼板の板幅がいずれか一方または両方が９００ｍｍ以上であることが好ましい。詳細な理由は不明であるが、鋼板の板幅が広いほど、水焼入れ時の冷却ムラによる組織変化の不均一性が起こる範囲が大きくなる為、先行する鋼板の板幅がいずれか一方または両方が９００ｍｍ以上の場合かつワイドアップの場合に反り量が大きくなってしまうと推定される。よって、先行する鋼板の板幅がいずれか一方または両方が９００ｍｍ以上の場合に本発明を適用することが好ましい。

また、後行する鋼板と、先行する鋼板のいずれか一方または両方が焼入れ装置を通過後にマルテンサイト組織を有する場合は、焼入れにおいて冷却ムラが発生した場合、マルテンサイト変態による変形が不均一に生じてしまい、反り量が大きくなってしまう。よって、後行する鋼板と、先行する鋼板のいずれか一方または両方が焼入れ装置を通過後にマルテンサイト組織を有する場合に本実施形態に係る鋼板の蛇行抑制方法を適用することが好ましい。

板幅方向の冷却ムラは焼入れ前の鋼板温度のムラや、通板速度によっても異なり、様々な条件が影響しているため、完全に無くす事は困難である。その為、冷却ムラが発生した場合であっても反りの発生を低減する技術が重要であり、水焼入れ装置より後段側にある過時効帯での蛇行抑制にはナローダウンもしくは同一板幅接続による接続が効果的である。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１に示すような水焼入れ装置を備える連続焼鈍ラインを用いて、鋼板の焼鈍を行った。対象とした鋼板は、質量％で、Ｃ：０．１０％以上０．３５％以下、Ｓｉ：０．０１％以上２．０％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．３５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．００５％以下０．１０％以下、Ｎ：０．００６０％以下、Ｖ：０．００１％以上１．０％以下、Ｔｉ：０．００１％以上０．３％以下の成分組成を有し、
上記に加えさらにＮｂ：０．００１％以上０．３％以下、Ｃｒ：０．００１％以上１．０％以下、Ｍｏ：０．００１％以上１．０％以下、Ｎｉ：０．０１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０１％以上１．０％以下、Ｂ：０．０００２％以上、０．００５％以下、Ｓｂ：０．００１％以上０．０５％以下、ＲＥＭ：０．０００２％以上０．０５％以下、Ｍｇ：０．０００２％以上０．０５％以下、およびＣａ：０．０００２％以上０．０５％以下のいずれか１種または２種以上の成分を含有し、板厚１．０～２．３mm、板幅７５０～１２５０ｍｍの高強度鋼板である。前述の高強度鋼板を、均熱帯での板温を８７０℃以上、水焼入れ前の冷却帯での板温を７３０℃以上、水焼入れ時の水温を１０～４０℃の間とする条件で水焼入れした。焼入れにより鋼板組織をマルテンサイト組織に相変態させた。焼入れ後の組織においてＳＥＭ観察を行い、針状の組織の有無を確認した。焼入れ後の高強度鋼板には、針状の組織が確認され、マルテンサイト組織が析出していることを確認した。その後、過時効帯にて１５０～２００℃の板温で焼戻しを行った。表１に、先行する鋼板と後行する鋼板の接続条件や、各条件ごとの鋼板の蛇行量を示す。

前述の蛇行量の値は、水焼入れ後に鋼板が通板する過時効帯内の、ハースロールの幅方向中心を０ｍｍとして鋼板のセンター部が幅方向に変動した最大の長さとする。連続焼鈍炉では蛇行量が１７５ｍｍ以上になるとラインを減速する必要がある。このため、蛇行量の合否判定の閾値を１７５ｍｍとし、１７５ｍｍ以上の蛇行量が発生した例を不可×とした。また、１７５ｍｍ未満を合格とし、１００ｍｍ以上１７５ｍｍ未満を〇、１００ｍｍ未満を◎とした。鋼板幅方向の冷却ムラは不可避的に起きる為、ワイドアップ接続した場合では合否判定の閾値を超える蛇行が発生した。一方、鋼板の接続をナローダウン接続にする事で、１７５ｍｍ以上の蛇行は発生しなかった。特に先行する鋼板と後行する鋼板の板幅のいずれか一方が９００ｍｍ以上である場合、蛇行量が大きくなる傾向が確認された。一方、ナローダウン接続の場合は、蛇行量はワイドアップ接続に比べて改善された。

１：巻戻機
２：溶接機
３：入側ルーパー
４：加熱帯
５：均熱帯
６：ハースロール
７：冷却帯
８：水焼入れ装置
９：過時効帯
１０：蛇行発生箇所
１１：空冷帯
１２：後処理帯
１３：出側ルーパー
１４：調質圧延機
１５：サイドトリマー
１６：巻取り機
２１：焼入れ水槽
２２：水面
２３：鋼板
２４：ロール

Claims (9)

1. 鋼板の連続処理ラインにおいて、後行する鋼板の板幅が先行する鋼板の板幅以下となるように接続する、鋼板の蛇行抑制方法。
2. 前記後行する鋼板の板幅と、前記先行する鋼板の板幅のいずれか一方または両方が９００ｍｍ以上である、請求項１に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
3. 前記鋼板の連続処理ラインが加熱装置および水焼入れ装置を備える、請求項１に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
4. 前記鋼板の連続処理ラインが加熱装置および水焼入れ装置を備える、請求項２に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
5. 前記後行する鋼板と、前記先行する鋼板のいずれか一方または両方が、前記水焼入れ装置を通過後にマルテンサイト組織を有する、請求項３に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
6. 前記後行する鋼板と、前記先行する鋼板のいずれか一方または両方が、前記水焼入れ装置を通過後にマルテンサイト組織を有する、請求項４に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
7. 前記後行する鋼板の板幅に対する、前記先行する鋼板の板幅の比が１．０～１．３である、請求項１～６のいずれか１項に記載の鋼板の蛇行抑制方法。
8. 請求項１～６のいずれか１項に記載の鋼板の蛇行抑制方法を用いる、鋼板の製造方法。
9. 請求項７に記載の鋼板の蛇行抑制方法を用いる、鋼板の製造方法。

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