JP4228654B2

JP4228654B2 - 鋼板の熱処理方法および装置

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Publication number: JP4228654B2
Application number: JP2002309578A
Authority: JP
Inventors: 善道日野; 晃夫藤林; 青史津山; 生雄竹波
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2004143528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼板の熱処理方法および装置、特に、鋼板の幅方向端部の過加熱を防止して、鋼板全体の材質が均一となるように熱処理可能な、鋼板の熱処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、板厚が８ｍｍ以上の厚鋼板は、高強度化、高靭性化を図るために、熱間圧延後の鋼板を焼入れや加速冷却によって急冷し、次いで焼戻し処理する方法により製造される場合が多い。
【０００３】
近年、焼入れや加速冷却はオンラインで行われるようになって来たが、焼戻し処理は、相変わらずオフラインでガス燃焼炉を用いて行われているため長時間を要し、厚鋼板の生産性を著しく阻害している。
【０００４】
生産性の向上のために、例えば、特開平９−２５６０５３号公報には、温度パターンを工夫して能率を上げる技術が提案されている。この技術では、炉内で鋼材を連続的に搬送して熱処理する場合において、鋼材の進行方向に向かって炉の設定温度を変化させ、炉の入り側を高温に、出側を低温に設定する。さらに、この技術では、炉の入り側を目的とする熱処理温度より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低下させ、炉の出口前での炉の設定温度を目的とする熱処理温度±２０℃以内とするというものである。しかし、ガス燃焼による加熱方式では、熱の伝達は輻射や対流によるため、急速な加熱を行うことは不可能である。
【０００５】
一方、高能率の熱処理方法として、加熱装置を圧延ライン上に設置して鋼材を熱処理するインライン熱処理方法が提案されている。特開平４−３５８０２２号公報には、圧延機−加速冷却装置−加熱装置をライン上に設置して、オンラインで急速加熱焼戻し熱処理を行い高強度高靭性鋼を製造する技術が、特開平６−２５４６１５号公報には、圧延機−矯正機−加速冷却装置−保温装置の順で設備を配置し、圧延や加速冷却により生じた残留応力を保温装置で加熱して残留応力を除去する技術がそれぞれ開示されている。しかしながら、特開平４−３５８０２２号公報や特開平６−２５４６１５号公報には、具体的な熱処理装置の記載はない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２５６０５３号公報
【特許文献２】
特開平４−３５８０２２号公報
【特許文献３】
特開平６−２５４６１５号公報
【特許文献４】
特開昭４８−２５２３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭４８−２５２３９号公報には、ソレノイド型誘導加熱装置を複数台直列に配置し、厚板を熱処理する技術が開示されている。
【０００８】
鋼材を誘導加熱装置で加熱すると、誘導電流が鋼材の表面近傍に集中して流れるため、主に表面が加熱されて鋼材内部は表面からの熱伝達で加熱される。誘導加熱装置で鋼材を焼戻し、あるいは残留応力除去等の熱処理を行う場合、表面が過加熱されて一定値（たとえばＡ_C1変態点）を超えないようにする必要がある。
【０００９】
図１１は、誘導加熱された鋼板の幅方向の温度分布を示すグラフである。この図から明らかなように、誘導電流が集中する鋼板の側端部は、鋼板の幅方向中央部付近に比べて過加熱されやすい。この過加熱された板端部の材質は他の部分と異なり、鋼板全体として均一な材質が得られないばかりか、熱処理後の冷却に際して熱歪が発生するといった問題があった。
【００１０】
従って、この発明の目的は、鋼板の幅方向端部の過加熱を防止して、鋼板全体の材質が均一となるように熱処理可能な、鋼板の熱処理方法および装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、下記を特徴とするものである。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、鋼板を、複数台の誘導加熱装置から構成される誘導加熱装置列により加熱する、鋼板の熱処理方法において、前記誘導加熱装置列の前記鋼板の入側に配した第１端部冷却装置により、前記鋼板の幅方向端部が過加熱されてＡｃ ₁変態点を超えないように、前記鋼板の幅方向端部を加熱前に予め冷却するとともに、前記誘導加熱装置列の出側に配した第２端部冷却装置により、過加熱された前記鋼板の幅方向端部を冷却することに特徴を有するものである。
【００１３】
鋼板を誘導加熱すると、鋼板の幅方向端部が中央部に比べて過加熱される。この過加熱部分は、一旦、ある温度以上に加熱されると、変態点を超えてしまい、その後、冷却しても組織変化が生じて、鋼板の材質が不均一になる。請求項１記載の発明は、加熱前に鋼板の幅方向端部の過加熱部分を予め冷却して、幅方向端部が所定温度を超えて加熱されないようにし、これにより鋼板の材質の均一化を図るとともに、加熱前に予め鋼板の幅方向端部を冷却しても、加熱後に過加熱が生じる場合に、誘導加熱装置列の鋼板出側に配置した別の端部冷却装置により鋼板の幅方向端部を冷却して、鋼板の材質の均一化を図るものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、加熱前の鋼板の幅方向の温度分布を測定し、前記温度分布の測定値と加熱後の前記鋼板の幅方向端部の過加熱温度の予測値とに基づいて、前記第１端部冷却装置による前記鋼板の幅方向端部の冷却量を決定することに特徴を有するものである。
【００１５】
鋼板の幅方向端部が過冷却されると、その後の誘導加熱によっても所定温度まで加熱されず、所定の焼戻し処理が行えない。請求項２記載の発明は、加熱前に温度計により鋼板幅方向の温度分布を予め測定すると共に、加熱後の温度変化を予測（または過去の実績値から推定）して、第１端部冷却装置による冷却量を決定し、これにより、鋼板の幅方向端部の過冷却を防止するものである。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、鋼板をリバース加熱する際に、第２端部冷却装置により鋼板の幅方向端部を予め冷却し、第１端部冷却装置により、過加熱された鋼板の幅方向端部を冷却することに特徴を有するものである。
【００１９】
鋼板をリバース加熱することによって、誘導加熱装置の設置数を増加することなく厚鋼板まで均一に加熱することができる。請求項３記載の発明は、鋼板をリバース加熱する際に、誘導加熱装置列出側の端部冷却装置により、鋼板の幅方向端部を予め冷却し、誘導加熱装置列入側の端部冷却装置により、過加熱された鋼板の幅方向端部を冷却するものである。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の発明において、鋼板の板幅寸法から切り落とし端部を予測し、過加熱部が前記切り落とし端部に入るように鋼板を冷却することに特徴を有するものである。
【００２１】
厚鋼板は、圧延後、板端部を剪断ラインまたはガス切断機、レーザー切断機等の切断機によって所定の製品幅に切断される。その切り落とし幅は、ほぼ板厚に相当する。請求項４記載の発明は、過加熱部が前記切り落とし端部に入るように鋼板を冷却することにより、切り落とし部分を除いた鋼板の幅方向端部の過冷却を防止して余分な冷却を防止し、これによって、冷却水量の低減および冷却装置の簡素化を図るものである。
【００２２】
請求項５記載の発明は、鋼板の誘導加熱装置を備えた、鋼板の熱処理装置において、複数台の前記誘導加熱装置により構成される誘導加熱装置列と、前記誘導加熱装置列の前記鋼板の入側のみに配された、前記鋼板の幅方向端部を冷却する第１端部冷却装置とを備え、前記第１端部冷却装置は、前記鋼板の幅方向端部が過加熱されてＡｃ ₁変態点を超えないように、前記鋼板の幅方向端部を冷却することが可能であることに特徴を有するものである。
【００２３】
請求項６記載の発明は、鋼板の誘導加熱装置を備えた、鋼板の熱処理装置において、複数台の前記誘導加熱装置により構成される誘導加熱装置列と、前記鋼板の幅方向端部を冷却する、前記誘導加熱装置列の前記鋼板の入側にのみ配された第１端部冷却装置および出側にのみ配された第２端部冷却装置とを備え、前記第１端部冷却装置は、前記鋼板の幅方向端部が過加熱されてＡｃ ₁変態点を超えないように、前記鋼板の幅方向端部を冷却することが可能であることに特徴を有するものである。
【００２４】
端部冷却装置を誘導加熱装置内または誘導加熱装置間に配置すると、スパーク発生を防止するための対策を講じる必要があり、このために設備構成が複雑になりコスト高となる。しかも、スパーク発生の問題により水冷式を採用できないので、冷却能率が悪い衝風冷却や接触冷却を採用せざるを得ない。請求項５記載の発明は、誘導加熱装置列の鋼板の入側に、請求項６記載の発明は、誘導加熱装置列の鋼板の入側および出側に鋼板の端部冷却装置を配置して、上記問題を解決したものである。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記端部冷却装置は、水冷式であり、冷却水の前記誘導加熱装置への浸入を防止するパージ手段を備えていることに特徴を有するものである。
【００２６】
端部冷却装置を水冷式とすれば、高い冷却能力を得ることができ、しかも、冷却水の誘導加熱装置への浸入を防止するパージ手段を備えることにより、スパークの発生を防止することができる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記端部冷却装置は、スプレーノズルおよびラミナーノズルの少なくとも１つを備えていることに特徴を有するものである。
【００２８】
端部冷却装置としてスプレーノズルを用いれば、鋼板の上下動により鋼板の位置変動が生じても、冷却水の噴射角度を調整することによって、冷却水を確実に鋼板端面にスプレーすることができる。また、端部冷却装置としてラミナーノズルを用いれば、位置変動が少ない厚板の場合には、必要最小限の水量で高い冷却効率を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の鋼板の熱処理方法および装置の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、この発明の鋼板の熱処理装置を備えた鋼板製造ラインを示す工程図、図２は、図１の鋼板製造ラインにおける端部冷却および誘導加熱工程を示す概略斜視図、図３は、端部冷却装置を誘導加熱装置列の鋼板の入側および出側に配した端部冷却および誘導加熱工程を示す概略斜視図、図４は、ソレノイド型誘導加熱装置の原理図、図５は、スプレーノズルによる鋼板の端部冷却状態を示す側面図、図６は、ラミナーノズルによる鋼板の端部冷却状態を示す側面図、図７は、鋼板幅方向の温度分布を示すグラフであり、（ａ）は、端部冷却無しの場合の温度分布を示すグラフ、（ｂ）は、十分に端部冷却を行った場合の温度分布を示すグラフ、（ｃ）は、最少構成の冷却装置による場合の温度分布を示すグラフである。
【００３１】
図１から図６において、１は、熱間圧延機、２は、鋼板、３は、熱間圧延機１により圧延された鋼板２を冷却する冷却装置、４は、搬送テーブルを構成する搬送ローラーであり、鋼板２は、搬送ローラー４によって図１および図２中、矢印方向に搬送される。５は、冷却装置３による冷却により鋼板２に生じた形状歪を矯正する矯正装置、６は、鋼板２の端部冷却装置としての一対のスプレーノズル、そして、７は、一対のスプレーノズル６により端部が冷却された鋼板全体を加熱する誘導加熱装置列である。
【００３２】
この発明において対象とする鋼板２は、熱間圧延機１により熱間圧延された後、冷却装置３により加速冷却または直接焼入れされた鋼板であり、少なくとも室温以上（実質１００℃以上）の温度を有している。一対のスプレーノズル６は、誘導加熱装置列７の鋼板入側に配置され、誘導加熱装置列７によって過加熱される鋼板端部（以下、過加熱部という）を予め冷却する。誘導加熱装置列７は、スプレーノズル６により過加熱部が予め冷却された鋼板全体を加熱して、鋼板２を焼戻し処理する。
【００３３】
この発明によれば、熱間圧延機１により熱間圧延された後、冷却装置３により加速冷却または直接焼入れされ、そして、矯正装置５により形状矯正された１００℃以上の温度を保有する鋼板２は、その過加熱部がスプレーノズル６により予め冷却された後、誘導加熱装置列７によって鋼板全体が加熱される。
【００３４】
鋼板２の過加熱部をスプレーノズル６により予め冷却するのは、以下の理由による。
【００３５】
誘導加熱装置列７により鋼板全体が加熱されると、上述した理由により鋼板２の幅方向端部が他の部分に比べて過加熱される。この過加熱部は、加熱後、冷却しても一旦ある温度以上に加熱されると、変態点を超えてしまい、組織変化が生じて、鋼板２の材質が均一にならない。そこで、スプレーノズル６により過加熱部を誘導加熱装置列７による加熱前に予め冷却して、過加熱部がその後の加熱により所定温度を超えないように制御し、これにより鋼板２の材質を均一にするためである。
【００３６】
なお、スプレーノズル６により鋼板端部が過度に冷却されると、その後の加熱によっても鋼板端部が所定温度に加熱されないことがある。このために、加熱前に冷却量を把握しておく必要がある。これには、加熱前に温度計（図示せず）により鋼板２の幅方向の温度分布を測定し、さらに、加熱後の鋼板２の幅方向端部の過加熱温度を予測し、そして、前記温度分布の測定値と加熱後の鋼板２の幅方向端部の過加熱温度の予測値とに基づいて、鋼板２の幅方向端部の冷却量を決定すれば良い。なお、加熱後の鋼板２の幅方向端部の過加熱温度を予測する代わりに、過去の実績値から過加熱温度を推定しても良い。
【００３７】
また、図７（ａ）に示すように、圧延後、板端部、すなわち、切り落とし端部幅（端部クロップ）は、剪断ラインまたはガス切断機、レーザー切断機等の切断機によって所定の製品幅に切断される。その切り落とし端部幅Ｗは、ほぼ板厚に相当する。従って、同図（ｃ）に示すように、少なくとも製品にならない部分が過加熱部に入るように、すなわち、過加熱部が切り落とし端部に入るように鋼板端部を冷却すれば、同図（ｂ）に示すように、切り落とし端部も上限温度以下になるように冷却する場合に比べて余分な冷却を防止でき、これによって、冷却水量の低減および冷却装置の簡素化を図ることができる。
【００３８】
過加熱部が切り落とし端部に入るように鋼板２を冷却するには、製品の厚さ、加熱前の鋼板２の幅方向の温度分布の測定値、および、加熱後の鋼板２の幅方向端部の過加熱温度の予測値（または過去の実績値からの推定値）から必要最小限の冷却水量を決定すれば良い。
【００３９】
以下、この発明の各構成要件をさらに説明する。
【００４０】
誘導加熱装置列７は、複数台（この例では２台）のソレノイド型誘導加熱装置８を鋼板製造ラインに沿って直列に配置したものからなっている。
【００４１】
ソレノイド型誘導加熱装置８は、図４に示すように、鋼板２の周囲を囲むように加熱コイル８Ａを配置したものであり、加熱コイル８Ａは、高周波電源９により励磁される。
【００４２】
複数台の誘導加熱装置８により鋼板２を加熱する理由は、以下の通りである。
【００４３】
（１）複数台の誘導加熱装置８により鋼板２を加熱することによって、加熱途中での鋼板幅方向の温度分布の把握が可能である。従って、過加熱状態を把握しながら次段の誘導加熱装置８の出力調整が可能となり、結果として、過加熱を抑制することができる。
【００４４】
（２）一台の誘導加熱装置８により昇温量を多くして鋼板２を加熱すると、鋼板２が加熱コイル８Ａを通過するのに要する時間が長くなる。このため、加熱コイル８Ａ中に鋼板２の先端が入り、加熱コイル８Ａ内に完全に入るまでの負荷変動が大きくなる。この結果、鋼板先端部の温度上昇が定常部、すなわち、加熱コイル８Ａ内に鋼板２が完全に入っている状態の温度上昇に比べて小さくなる。従って、加熱コイル８Ａ長が短いほど、負荷変動を受ける鋼板端部の長さが短くなる。
【００４５】
（３）鋼板２の幅方向端部の自然放熱量は、幅方向中央部に比べて多い。従って、ある温度まで鋼板２を加熱する場合、同じ投入電力で加熱することを想定すると、加熱コイル８Ａを複数に分けて、間欠的に昇温させた方が、すなわち、時間をかけて昇温した方が鋼板端部の過加熱を抑制することができる。
【００４６】
スプレーノズル６は、図２に示すように、鋼板２の幅方向端面に向けて冷却水を噴霧して、鋼板２の端部を冷却する。スプレーノズル６は、冷却水が誘導加熱装置８内に浸入しないように、誘導加熱装置８に対して外側に向けて、すなわち、誘導加熱装置８から離間する方向に向けて配置されている。誘導加熱装置８内への冷却水の浸入を防止するのは、加熱中に誘導加熱装置８内に冷却水が浸入すると、鋼板２との間でスパークが発生して、鋼板２が損傷するからである。
【００４７】
誘導加熱装置８内への冷却水の浸入を確実に防止するには、図２に示すように、パージ手段としての一対のエアーパージノズル１０を、誘導加熱装置８から離間する方向に向けて設置し、エアーパージノズル１０からの噴射空気により、冷却時に飛散する冷却水が確実に誘導加熱装置８から隔離されるようにすることが望ましい。
【００４８】
誘導加熱装置８内を移動する鋼板２は、矯正装置５により形状が矯正されているとはいえ、必ずしも平坦とは限らない。鋼板２が平坦でないと、図５に示すように、移動中に鋼板２が上下動して、スプレーノズル６の設置位置における鋼板位置が変動し、この結果、スプレーノズル６からの冷却水が鋼板２の端面に的確に噴射されず、所望の端部冷却が行われない。図５中、鋼板２の位置変動幅を（Ｌ１）で示す。このため、スプレーノズル６からの噴霧水（Ｓ１）の広がり角度（θ）を、鋼板２の位置変動をカバーできる角度に設定する必要がある。鋼板２の位置変動幅は、圧延、冷却による鋼板形状に依存するが、最大で１００ｍｍ程度である。従って、鋼板２の最大板幅、搬送テーブル端部とスプレーノズル６との間隔等から決定することができる。スプレーノズル６としては、ノズル孔が円形状のもの以外にノズル孔がフラットなフラットスプレーノズルを使用しても良い。フラットスプレーノズルを使用する場合には、フラットノズル孔を縦方向に向けて使用すれば、上述の鋼板２の位置変動に対処することができる。
【００４９】
鋼板２が厚板の場合には、図６に示すように、鋼板形状は比較的平坦でその上下の位置変動も小さい。図６中、鋼板２の位置変動幅を（Ｌ２）で示す。この場合には、端部冷却装置としてラミナーノズル１１を用いることができる。ラミナーノズル１１は、スプレーノズル６のように冷却水が分散しない噴流水（Ｓ２）を鋼板４の端面にかけることができるので、必要最小限の冷却水の使用量で効率良い端部冷却が行える。
【００５０】
端部冷却装置を、並列配置したスプレーノズル６およびラミナーノズル１１の両方を備えたものにより構成すれば、鋼板２の寸法、形状に応じて各ノズルを適宜使い分けすることができる。
【００５１】
鋼板２をリバース加熱すれば、誘導加熱装置８の設置数を増加させることなく、厚鋼板まで均一に加熱することができる。リバース加熱の場合には、誘導加熱装置列７の鋼板入側および出側の両端に上記端部冷却装置を配置する。すなわち、図３に示すように、誘導加熱装置列７の鋼板入側に第１端部冷却装置としての第１スプレーノズル６Ａを配し、鋼板出側に第２端部冷却装置としての第２スプレーノズル６Ｂを配する。エアーパージノズル１０を設ける場合には、エアーパージノズル１０を鋼板入側および出側にそれぞれ設ける。
【００５２】
この場合には、第１スプレーノズル６Ａにより図３中、Ａ方向に搬送される鋼板２の過加熱端部を冷却した後、誘導加熱装置列７により鋼板全体を加熱し、次いで、鋼板２の搬送方向を図３中、Ｂ方向に反転した後、今度は、第２スプレーノズル６Ｂにより、鋼板４の過加熱端部を冷却し、再度、誘導加熱装置列７により加熱することを繰り返し行う。
【００５３】
上記端部冷却装置の配置位置を誘導加熱装置列７の鋼板入側あるいは鋼板入側および出側とした理由は、次の通りである。端部冷却装置を誘導加熱装置８内または誘導加熱装置８間に配置すると、上述のスパーク発生を防止するための対策を講じる必要があり、このために設備構成が複雑になりコスト高となる。しかも、スパーク発生の問題により水冷式を採用できないので、冷却能率が悪い衝風冷却や接触冷却を採用せざるを得ないからである。
【００５４】
上記端部冷却装置を誘導加熱装置列７の鋼板入側および出側に配置した場合には、鋼板入側の第１端部冷却装置により鋼板端部を予め冷却しても、誘導加熱装置列７による加熱後に依然として過加熱が生じたときに、鋼板出側の第２端部冷却装置によりさらに過加熱端部を冷却することができる。従って、鋼板端部の過加熱を確実に防止でき、これにより、鋼板全体の材質の均一化をより確実に図ることができる。
【００５５】
なお、誘導加熱の場合、出力が一定であれば、鋼板２の定常部の温度上昇は速度に反比例すると共に鋼板端部の温度上昇量も同じ傾向を示す。同様に、水冷による温度降下量も速度に反比例するから、最初に水量密度と冷却長を適切に選んでおけば、加熱による水冷の調整、制御は高度なものである必要はない。特に、板厚が厚くなるほど端部の温度上昇が大きいから、厚いもので設計し、薄いものは必要な冷却量に応じて、冷却をオフする工程を設ければ良い。勿論、各ノズルヘッダを細分化してオンオフしたり、水量密度を変えるなどの制御を行えば、より細かい温度コントロールが可能である。
【００５６】
また、鋼板端面に冷却水をかけて冷却し、且つ、冷却水のパージを積極的に行えば、冷却水が鋼板面上に滞留して冷却能力が不安定になることがなく、鋼板の表面温度が２００℃程度までならば一定の冷却能力を持つ。鋼板の表面温度が室温から２００℃程度の低温の領域では、冷却水による冷却能力が２００℃を超える高温の場合よりも大きくなるので、冷却ヘッダを間引いて使用するなどの制御が必要である。
【００５７】
【実施例】
次に、この発明を実施例によりさらに説明する。
【００５８】
図１に示す鋼板製造ライン（誘導加熱装置８の設置台数は異なる）に従って、スラブを熱間圧延機１により板厚４０ｍｍ、板幅３ｍ、長さ２０ｍの鋼板２（厚物）に熱間圧延した後、水冷式冷却装置３により４００℃まで加速冷却を行った。次いで、矯正装置５により形状矯正を行った後、後述する端部冷却装置を使用して、鋼板端部を加熱前に予め冷却した。そして、誘導加熱装置列７によって鋼板２を加熱した。
【００５９】
また、スラブを熱間圧延機１により板厚１８ｍｍ、板幅３ｍ、長さ３０ｍの鋼板２（薄物）に熱間圧延した後、上記厚物の場合と同様にして、冷却、矯正、事前冷却、そして、加熱を行った。
【００６０】
誘導加熱装置列７は、３台のソレノイド型誘導加熱装置８を約３ｍ間隔で直列に配置したものからなり、鋼板２を誘導加熱装置列７中に３回通してリバース加熱し、すなわち、３パスさせて６２０℃の焼戻し温度まで加熱した。
【００６１】
このときの誘導加熱装置８の出力は、上記厚物の場合、１パス目の加熱でほぼ１００％の出力で、搬送速度は、３０ｍｐｍとし、２パス目以降は、より早い速度に切り替えて、出力も２０〜８０％程度に抑制して加熱した。一方、上記薄物の場合には、１パス目の加熱でほぼ１００％の出力で、搬送速度は６０ｍｐｍとし、２パス目以降は、より早い速度に切り替えて、出力も２０〜８０％程度に抑制して加熱した。
【００６２】
各誘導加熱装置８の鋼板２の通過開口寸法は、高さ１５０ｍｍ×幅（鋼板幅方向）４８００ｍｍ×長さ（鋼板長手方向）１２００ｍｍであった。出力は、最高２４ＭＷの電力をかけられるものであり、周波数は、１３００Ｈｚで、出力と鋼板搬送速度とは、鋼板幅方向定常部の表面温度が高温になりすぎないように選んだ。
【００６３】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、端部冷却装置は、長さ約１ｍのノズルヘッダ１２に取り付けられたラミナーノズル１１と、長さ約１ｍのノズルヘッダ１３に取り付けられたスプレーノズル６とを備えたものを使用した。ノズルヘッダ１２、１３は、それぞれ鋼板２の板幅に応じて板幅方向に進退自在としたが、鋼板２との接触を避けるために、鋼板２の幅方向端面から１００ｍｍの距離を確保した。
【００６４】
この条件で、薄物の板形状の乱れによる上下方向への５０ｍｍの変動に対応するため、スプレーノズル６の開き角度θは、５０ｍｍ＝２×ｔａｎ（θ／２）×１００ｍｍを少なくとも満たすように余裕を持たせて６０°とした。ここで角度を大きめにしたのは、円形ノズル孔の噴霧ノズルを使用したために、冷却面積が上下方向であまり変らない板厚方向中央部で５０ｍｍの上下変動分を冷却するためである。また、冷却水が誘導加熱装置８内に入らないようにエアーパージノズル１０を配置した。
【００６５】
加熱前の幅方向の温度分布は、図９のようになっており、加速冷却後、端部がやや冷えた状態にある。誘導加熱すると、上述のように、鋼板表面部は中心部より温度が高くなり、特に端部は温度が上がりやすい。
【００６６】
１パス分の加熱で幅方向の定常部より１００℃高温化することが、事前の加熱やシミュレーションにより判明している。従って、１パス毎に端部の温度が５０℃低下するように、冷却水の流量密度と冷却長さを選択した。なお、鋼板端部は冷却前に既に冷えているので、厳密には、この温度低下分を見越して５０℃未満、例えば、約４０℃とすべきである。この実施例では、鋼板端面への衝突時点で流量密度が約１０００Ｌ／平方ｍ分になるように選択した。
【００６７】
具体的には、ラミナーノズルの場合は、ノズルヘッダ１２に３ｍｍφのノズルを８個、間隔をあけて設け、冷却水を４０Ｌ／分の割合で供給した。この場合、板厚４０ｍｍの厚物に対して、（４０Ｌ／分）／（０．０４ｍ×１ｍ）＝１０００Ｌ／平方ｍ分であった。一方、スプレーノズルの場合は、ノズルヘッダ１３に円形ノズルを８個、間隔をあけて取り付け、各ノズルから１５Ｌ／分の割合で冷却水を噴射させた。
【００６８】
合計の冷却水量は、ラミナーノズルが４０Ｌ／分、スプレーノズルが８×１５＝１２４Ｌ／分であり、スプレーノズルの方が多いのは、スプレーノズルの場合、大部分の冷却水はパージされるからである。なお、鋼板の形状に合わせてヘッダが移動するような高度な制御を行っても良い。
【００６９】
端部冷却を実施した場合としなかった場合の、３パスの加熱を行った後の幅方向温度分布を図１０に示す。
【００７０】
図１０（ａ）は、加熱前のみ端部冷却装置を使用した場合の例であり、図１０（ｂ）、（ｃ）は、加熱前後において端部冷却装置を使用した例である。各図に、端部冷却装置を使用しなかった場合もそれぞれ併記する。
【００７１】
図１０（ａ）から明らかなように、加熱前のみ端部冷却装置により鋼板端部を冷却することによって、鋼板端部に若干の過加熱部が認められるが、鋼板幅方向に亘ってほぼ均一に加熱されていることが分かった。また、図１０（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、加熱前後で端部冷却装置により鋼板端部を冷却することによって、板厚によらず、鋼板幅方向に亘って均一に加熱されていることが分かった。
【００７２】
なお、図１０（ｂ）、（ｃ）において、端部温度が低下しているのは、冷却直後は、鋼板幅方向に亘って均一温度であっても、端部は中央部に比べてすぐに自然放冷により１０〜２０℃程度、温度低下するからである。この端部温度の低下幅は、板厚相当分である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、鋼板を誘導加熱装置により加熱する、鋼板の熱処理方法において、鋼板の幅方向端部を加熱前に予め端部冷却装置により冷却することによって、鋼板の幅方向端部の誘導加熱装置による過加熱が防止でき、これにより鋼板全体の材質を均一にすることができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の鋼板の熱処理装置を備えた鋼板製造ラインを示す工程図である。
【図２】図１の鋼板製造ラインにおける端部冷却および誘導加熱工程を示す概略斜視図である。
【図３】端部冷却装置を誘導加熱装置列の鋼板の入側および出側に配した端部冷却および誘導加熱工程を示す概略斜視図である。
【図４】ソレノイド型誘導加熱装置の原理図である。
【図５】スプレーノズルによる鋼板の端部冷却状態を示す側面図である。
【図６】ラミナーノズルによる鋼板の端部冷却状態を示す側面図である。
【図７】鋼板幅方向の温度分布を示すグラフであり、（ａ）は、端部冷却無しの場合の温度分布を示すグラフ、（ｂ）は、十分に端部冷却を行った場合の温度分布を示すグラフ、（ｃ）は、最少構成の冷却装置による場合の温度分布を示すグラフである。
【図８】この発明の実施例における端部冷却装置を示す構成図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側面図、（ｃ）は、平面図である。
【図９】この発明の実施例における加熱前の鋼板の温度分布を示すグラフであり、（ａ）は、板厚４０ｍｍの鋼板の温度分布、（ｂ）は、板厚１８ｍｍの鋼板の温度分布である。
【図１０】この発明の実施例における１パス目の加熱後の鋼板の温度分布であり、（ａ）は、板厚４０ｍｍの鋼板を加熱前のみ端部冷却したときの鋼板の温度分布、（ｂ）は、板厚４０ｍｍの鋼板の加熱前後、端部冷却したときの鋼板の温度分布、（ｃ）は、板厚１８ｍｍの鋼板の加熱前後、端部冷却したときの鋼板の温度分布である。
【図１１】誘導加熱された鋼板の幅方向の温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１：熱間圧延機
２：鋼板
３：冷却装置
４：搬送ローラー
５：矯正装置
６：スプレーノズル
６Ａ：第１スプレーノズル
６Ｂ：第２スプレーノズル
７：誘導加熱装置列
８：誘導加熱装置
８Ａ：加熱コイル（ソレノイド型）
８Ｂ：加熱コイル（トランスバース型）
９：高周波電源
１０：エアーパージノズル
１１：ラミナーノズル
１２：ノズルヘッダ（ラミナーノズル側）
１３：ノズルヘッダ（スプレーノズル側）

Claims

鋼板を、複数台の誘導加熱装置から構成される誘導加熱装置列により加熱する、鋼板の熱処理方法において、
前記誘導加熱装置列の前記鋼板の入側に配した第１端部冷却装置により、前記鋼板の幅方向端部が過加熱されてＡｃ ₁変態点を超えないように、前記鋼板の幅方向端部を加熱前に予め冷却するとともに、前記誘導加熱装置列の出側に配した第２端部冷却装置により、過加熱された前記鋼板の幅方向端部を冷却することを特徴とする、鋼板の熱処理方法。
加熱前の鋼板の幅方向の温度分布を測定し、前記温度分布の測定値と加熱後の前記鋼板の幅方向端部の過加熱温度の予測値とに基づいて、前記第１端部冷却装置による前記鋼板の幅方向端部の冷却量を決定することを特徴とする、請求項１記載の、鋼板の熱処理方法。
前記鋼板をリバース加熱する際に、前記第２端部冷却装置により前記鋼板の幅方向端部を予め冷却し、前記第１端部冷却装置により、過加熱された前記鋼板の幅方向端部を冷却することを特徴とする、請求項１または２記載の、鋼板の熱処理方法。
前記鋼板の板幅寸法から切り落とし端部を予測し、過加熱部が前記切り落とし端部に入るように前記鋼板を冷却することを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、鋼板の熱処理方法。
鋼板の誘導加熱装置を備えた、鋼板の熱処理装置において、
複数台の前記誘導加熱装置により構成される誘導加熱装置列と、前記誘導加熱装置列の前記鋼板の入側のみに配された、前記鋼板の幅方向端部を冷却する第１端部冷却装置とを備え、前記第１端部冷却装置は、前記鋼板の幅方向端部が過加熱されてＡｃ ₁ 変態点を超えないように、前記鋼板の幅方向端部を冷却することが可能であることを特徴とする、鋼板の熱処理装置。
鋼板の誘導加熱装置を備えた、鋼板の熱処理装置において、
複数台の前記誘導加熱装置により構成される誘導加熱装置列と、前記鋼板の幅方向端部を冷却する、前記誘導加熱装置列の前記鋼板の入側にのみ配された第１端部冷却装置および出側にのみ配された第２端部冷却装置とを備え、前記第１端部冷却装置は、前記鋼板の幅方向端部が過加熱されてＡｃ ₁ 変態点を超えないように、前記鋼板の幅方向端部を冷却することが可能であることを特徴とする、鋼板の熱処理装置。
前記端部冷却装置は、水冷式であり、冷却水の前記誘導加熱装置への浸入を防止するパージ手段を備えていることを特徴とする、請求項５または６記載の、鋼板の熱処理装置。
前記端部冷却装置は、スプレーノズルおよびラミナーノズルの少なくとも１つを備えていることを特徴とする、請求項７記載の、鋼板の熱処理装置。