JP4581418B2

JP4581418B2 - 厚鋼板の熱処理方法

Info

Publication number: JP4581418B2
Application number: JP2004034662A
Authority: JP
Inventors: 英治竹之内; 善道日野; 正敏杉岡; 晃夫藤林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: JP2005226106A

Description

本発明は、熱間圧延した鋼板を材質調整のために再加熱して熱処理する厚鋼板の熱処理方法に係り、更に詳しくは熱間圧延された鋼板を連続的に加熱する誘導加熱装置の入側で形状を矯正し、厚鋼板の先端部から後端部まで均一温度に加熱されるようにしたものに関する。

厚鋼板の熱処理はバッチ式の再熱炉で行われることが多く、生産性に劣るため、特許文献１では、熱間圧延後、焼入れ又は加速冷却した鋼板にライン上に設置した加熱装置を用いて焼き戻し処理を施す方法が提案されている。
また、特許文献２では、熱間圧延後にオンライン上に設置した誘導加熱装置により厚鋼板を熱処理することにより、効率的に、大量に残留応力の少ない厚鋼板を熱処理するようにしたものが提案されている。
特許第３０１５９２３号公報（第１頁、図２）特開２００３−１３１３３号公報（第１頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の厚鋼板の熱処理方法は、鋼板を生産性良くオンラインで均一加熱するための条件や優れた鋼板の平坦度を得るための条件については一切記載されていない。
また、特許文献２に記載の厚鋼板の熱処理方法は、オンライン上に設置した誘導加熱装置により厚鋼板を熱処理するが、これは鋼板が均一に加熱されることを前提とするものであり、形状の矯正をホットレベラーにより行うものである。
しかし、ホットレベラーを用いた形状の矯正では、厚鋼板の板厚が３０〜４０ｍｍクラスの厚物に対しては、十分満足のいく平坦度は得られないほか、一般的に薄物を含む通常サイズの厚鋼板に対しても先後端部については、十分な平坦度を得るには限界があるものであった。

また、誘導加熱装置は厚鋼板を通せる空間が限定されているため、誘導加熱装置を破壊しないように板の変形を矯正する必要がある。また、予め鋼板の反り高さを想定して余裕のある誘導加熱装置を設計する考え方もあるが、装置が大きくなるために設備コストがかかる他、被加熱材と誘導加熱コイルとの距離が大きくなるほど加熱効率が低下し、生産性を悪化させてしまう。
更に、鋼板の平坦度が悪いことに起因して鋼板の長手方向で誘導加熱コイルとの距離が異なってしまうと、加熱温度ムラが発生し、鋼板の材質上のバラツキの原因となる観点からも鋼板の形状をできるだけ平坦に矯正することが望まれる。
また、誘導加熱装置装入前に鋼板を平坦化しても、誘導加熱装置の加熱によって鋼板に変形が発生する場合も生じる。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、生産性を低下させることなく、平坦度に優れ、所望の特性を有する鋼板をオンラインで製造することを目的とするものである。

本発明に係る厚鋼板の熱処理方法は、誘導加熱装置の入り側に、複数本の上下ロールを配置してなる矯正用レベラーとプレス矯正装置とを備えた厚鋼板の熱処理装置を用い、熱間圧延後に水冷された厚鋼板を、前記矯正用レベラーにより矯正し、さらに、プレス矯正装置によりプレス成形し、その後、誘導加熱装置により熱処理することを特徴とするものである。

以上のように本発明によれば、誘導加熱装置の入り側に備えた矯正用レベラーとプレス矯正装置にて熱間圧延後に水冷された厚鋼板を平坦化して誘導加熱装置に装入するため、鋼板と誘導加熱コイルとの距離が一定に保たれ、加熱温度ムラの少ない均一な加熱を行うことができる。
また、鋼板の反りによって生じる鋼板搬送中のスリップを防止することができるため、目標の搬送速度が維持されて誘導加熱装置に送られ、誘導加熱装置による加熱時間も一定となって厚鋼板がその長手方向において目標の加熱温度で加熱され、温度ムラの少ない材質の良好な鋼材を安定して製造できるという効果がある。
さらには、大きな反りを有する矯正前の厚鋼板が誘導加熱装置を破壊するのを防止することができるため、厚鋼板と誘導加熱装置との距離を小さくすることができ、誘導加熱装置の加熱効率が向上するという効果がある。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図、図２は誘導加熱装置による厚鋼板の先端の変形を示す側面図である。
図において、本発明の実施の形態１の厚鋼板の熱処理装置は、厚鋼板１を熱間圧延し、水冷した後に、板の変形を矯正する矯正用レベラー２と、矯正用レベラー２の後に設置され、厚鋼板の先後端部の反りを矯正するプレス矯正装置４と、厚鋼板１に対して急速加熱処理を行う１基の誘導加熱装置８とを備えたことを基本構成とする。３は厚鋼板１を搬送する搬送ローラで、駆動源（図示省略）よって回転する駆動力を有するものである。
なお、図において、鋼板は左から右へと搬送される。このことは後述する実施の形態の図についても同様である。

矯正レベラー２は複数本の上、下ロールを配置してなり、繰り返し曲げによって反り等の圧延時や加速冷却時に生じた厚鋼板５の形状不良を直すものである。
プレス矯正装置４は、上下方向に作動する一体構造の上プレス金型５と、該上プレス金型５と対向し、３個の搬送ロール３の間に独立して設けられ、個々に上下方向に作動する２個の下プレス金型６と、上プレス金型５及び下プレス金型６の出側に設けられ、上下方向に作動する鋼板位置決め装置７とで構成されている。誘導加熱装置２はソレノイド型のものである。

次に、本発明の実施の形態１の厚鋼板の熱処理装置の動作を説明する。
熱間圧延し、水冷した後の被加熱材である厚鋼板１は、板厚が３０ｍｍを超えると矯正用レベラー２で矯正しても十分な平坦度が得られない場合がある。また、薄物についても、矯正用レベラー２のロールピッチ間より短い先後端部の上反りに対しては、矯正用レベラー２だけでは形状矯正は不可能である。
このように、厚鋼板５の先後端部の上反りが矯正用レベラー２によって矯正されないまま加熱装置８によって加熱されると、加熱しなければならない厚鋼板５の質量は１／ｃｏｓθだけ大きくなり、その分、目標の温度より低めに加熱されることとなる。また、厚鋼板５が下に反る変形を起こすと、搬送ロール５に衝突してスリップし、目標の搬送速度よりも遅くなるため、加熱される時間が長くなり、目標の温度より高く加熱されることとなる。

そこで、本発明では、矯正用レベラー２で矯正を受けた厚鋼板１がプレス矯正装置４に入ると、まず鋼板位置決め装置７が上方向に作動して上プレス金型５と下プレス金型６の出側開口部を塞ぐため、厚鋼板１の先端部が鋼板位置決め装置７に突き当たって厚鋼板１の移動が停止させられてプレス矯正装置４内に厚鋼板１が位置決めされる。

しかる後に、上プレス金型５が下方向に作動すると共に２つの下プレス金型６が上方向に作動して厚鋼板１の先後端部がプレス矯正され、厚鋼板１が平坦化される。その後、鋼板位置決め装置７が下方向に作動し、上プレス金型５と下プレス金型６の出側開口部が開放され、それと同時に上プレス金型５が上方向に作動すると共に２つの下プレス金型６が下方向に作動する。
そうすると、平坦化された厚鋼板１は、誘導加熱コイルとの距離が一定に保たれ、また目標の搬送速度が維持されて誘導加熱装置８に送られるため、誘導加熱装置８による加熱時間も一定となって厚鋼板１がその長手方向において目標の温度で加熱され、温度ムラの少ない材質の良好な厚鋼板１を安定して製造することができる。

また、プレス矯正装置４の出側、即ちプレス矯正装置４と誘導加熱装置８との間に上下方向に作動する鋼板位置決め装置７が設けられ、鋼板位置決め装置７により厚鋼板１の位置決めを行い、プレス矯正装置４によって厚鋼板１の反りを矯正した後に平坦化された厚鋼板１を誘導加熱装置８に送り出すようにしているので、搬送ロール３の誤作動により大きな反りを有する矯正前の厚鋼板１が誘導加熱装置８を破壊するのを防止でき、そのため厚鋼板１と誘導加熱装置８との距離を小さくでき、誘導加熱装置８の加熱効率を向上させることができる。
さらに、３個の搬送ロール３の間に独立して設けられた２個の下プレス金型６は上下方向に作動するので、これら下プレス金型６を搬送ロール３のレベルより高めに設定することにより、厚鋼板１の反りをプレス矯正する際に、搬送ロールに不要な負荷がかかることを回避することができる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。図３において、実施の形態１と同様の構成は実施の形態１と同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態２は、実施の形態１と異なり、３基の誘導加熱装置８を使用したものである。
この実施の形態２は、３基の誘導加熱装置８が使用された場合に、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側にだけプレス矯正装置４を配置するようにしている。

これは、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側に配置したプレス矯正装置４による厚鋼板１の反りのプレス矯正の効果が大きいため、それより下流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置しなくてもよいと考えられたからである。
なお、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側に配置したプレス矯正装置４による厚鋼板１の反りのプレス矯正の効果が十分でないと考える場合には、それより下流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置するようにしてもよいことはいうまでもない。

実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。図４において、実施の形態１と同様の構成は実施の形態１と同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態３は、実施の形態２と同様に３基の誘導加熱装置８を使用した場合で、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置し、かつ互いに隣接する誘導加熱装置８の間にそれぞれプレス矯正装置４を配置するようにしたものである。

このように、３基の誘導加熱装置８を使用した場合に、互いに隣接する誘導加熱装置８の間にそれぞれプレス矯正装置４を配置するようにしたので、各誘導加熱装置２の加熱により厚鋼板５に変形が生じた場合に、その変形を出側に配置されたプレス矯正装置４により矯正し、それより下流側の誘導加熱装置８に厚鋼板１が入る前に鋼板を平坦化するようにしたものである。
このようにして、平坦化された厚鋼板１は目標の搬送速度が維持されて各誘導加熱装置８に送られるため、各誘導加熱装置８による加熱時間も一定となって厚鋼板１がその長手方向において目標の温度で加熱されることとなる。
また、厚鋼板１が各誘導加熱装置８でそれぞれ加熱処理される毎に、厚鋼板１の残留応力が低減されることとなる。

実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態３の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。図５において、実施の形態１と同様の構成は実施の形態１と同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態４は、実施の形態２と同様に３基の誘導加熱装置８を使用した場合に、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置するだけでなく、各誘導加熱装置８の出側に厚鋼板５に対して所定の圧下力を有するピンチロール１１を搬送ロール３と対向して配置するようにしたものである。
このピンチロール１１の圧下力は、厚鋼板１がピンチロール１１と搬送ロール３との間を通過する際に厚鋼板の変形を矯正できる程度に設定されている。

この実施の形態４では、３基の誘導加熱装置８が使用された場合に、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置するだけでなく、各誘導加熱装置８の出側にピンチロール１１を配置するようにしたので、一番上流側の誘導加熱装置８にプレス矯正装置４により平坦化された厚鋼板１が送られたとしても、各々の誘導加熱装置８の加熱により厚鋼板１に変形が生じた場合に、その変形を出側のピンチロール１１によって矯正して厚鋼板１が平坦化されることにより、平坦化された厚鋼板１が目標の搬送速度が維持されて各誘導加熱装置８に送られるため、各誘導加熱装置８による加熱時間も一定となって厚鋼板１がその長手方向において目標の温度で加熱されることとなる。
また、厚鋼板１が各誘導加熱装置８でそれぞれ加熱処理される毎に、厚鋼板１の残留応力が低減されることとなる。
ここで、プレス矯正装置４の代わりにピンチロール１１を設置したのは、加熱直後の高温の鋼板ではピンチロール１１の圧下力でも十分に変形を矯正できると考えたからである。
なお、対象とする鋼板の寸法や加熱温度によっては、３台目の加熱による鋼板の変形やスリップの影響は小さいため、３台目の誘導加熱装置８の出側のピンチロール１１を省略することも可能である。

実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。図６において、実施の形態１と同様の構成は実施の形態１と同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態５は、３基の誘導加熱装置８を使用した場合に、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置すると共にその誘導加熱装置８の出側にピンチロール１１を配置するだけでなく、それより下流側の各誘導加熱装置８の入り側と出側にピンチロール１１を搬送ロール３と対向して配置するようにしたものである。

この実施の形態５では、３基の誘導加熱装置８が使用された場合に、一番上流側の誘導加熱装置８の入り側にプレス矯正装置４を配置すると共にその誘導加熱装置８の出側にピンチロール１１を配置するだけでなく、それより下流側の各誘導加熱装置８の入り側と出側にピンチロール１１を配置するようにしたので、一番上流側の誘導加熱装置８にプレス矯正装置４により平坦化された厚鋼板１が送られたとしても、その誘導加熱装置８の加熱により厚鋼板１に変形が生じた場合に、その変形を出側のピンチロール１１により矯正し、その出側のピンチロール１１による厚鋼板１の変形の矯正が十分でないときに、それより下流側の各誘導加熱装置８の入り側のピンチロール１１により板の変形を矯正し、各誘導加熱装置８による加熱処理により厚鋼板１に変形が生じた場合にもその変形を出側のピンチーロールにより矯正するようにしたものである。
なお、対象とする鋼板の寸法や加熱温度によっては、２台目以降の加熱による鋼板の変形やスリップの影響は小さいため、３台目の誘導加熱装置の入り側、及び出側のピンチロール１１を省略することも可能である。

それにより、平坦化された厚鋼板１は目標の搬送速度が維持されて各誘導加熱装置８に送られるため、各誘導加熱装置８による加熱時間も一定となって厚鋼板１がその長手方向において目標の温度で加熱されることとなる。
また、厚鋼板１が各誘導加熱装置８でそれぞれ加熱処理される毎に、厚鋼板１の残留応力が低減されることとなる。
上述した実施の形態１〜５では、誘導加熱装置８としてはソレノイド型のものを用いているが、トランスバース型のものを用いても、本発明を実施し得ることは勿論である。

本発明の実施例では、図１に示す厚鋼板の熱処理装置として、矯正用レベラー２と１台のソレノイド型の誘導加熱装置８で熱処理するに際し、プレス矯正装置４を設置した場合について、その効果を調べた。
また、プレス矯正装置を使用しない場合を比較例とし、プレス矯正装置を用いた本発明の場合と比較した。
熱間圧延し、水冷した後の厚鋼板１を矯正用レベラー２により矯正後、その厚鋼板１は、搬送ロール３上をプレス矯正装置４へと搬送される。
厚鋼板１としては厚さ４０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３ｍの寸法のものを用いた。
矯正用レベラー２はロール径２００ｍｍの３本のロールで曲げ戻しにより板の真直化を行う。

プレス矯正装置４の上プレス金型５は一体構造で油圧シリンダー（図示せず）で上下方向に作動し、下プレス金型６は搬送ロール３の間に分割して設け、それぞれ独立して油圧シリンダー（図示せず）で上下方向に作動する。
上プレス金型５は長さ６００ｍｍ、幅２００ｍｍ、下プレス金型６は長さ１６０ｍｍ、幅２００ｍｍである。
プレス矯正装置４の出側に、鋼板位置決め装置７を設け、この鋼板位置決め装置７は油圧シリンダー（図示せず）により上下方向に作動する。
８は誘導加熱装置で、周波数１５００Ｈｚのソレノイド型のものであり、開口部が２００ｍｍ×２００ｍｍ、長さが７００ｍｍで、出力は最大１ＭＷである。

このような厚鋼板の熱処理装置において、矯正用レベラー２から搬送されてくる厚鋼板１をプレス矯正装置４に受け入れるために、上プレス金型５と下プレス金型６をそれぞれ上方、下方に作動させ、上プレス金型５と下プレス金型６の間隔を広げる。
この時、厚鋼板１の先端部をプレス矯正装置４内に止めるために、鋼板位置決め装置７を上方へ作動させておく。
その後、厚鋼板１をプレス矯正装置４内に受け入れ、上プレス金型５と下プレス金型６をそれぞれ下方、上方へ作動させ、厚鋼板１の反りや波を矯正する。１回のプレス矯正で矯正不十分の場合には、鋼板位置決め装置７を下方に作動させた後、搬送ロール２の寸動によって、厚鋼板１の位置を変え、再度プレス矯正する。

プレス矯正装置４による矯正後、厚鋼板１は搬送ロール２によって誘導加熱装置８に搬送され、誘導加熱装置８により目標温度を全長にわたり一様な温度３００℃として、連続的に加熱される。
なお、上下プレス金型５，６は高温の厚鋼板１の輻射熱に晒されて温度が上昇するため、耐熱・冷却手段をとることが望ましい。
プレス矯正装置４を用いない比較例の場合、加熱後の厚鋼板１の全長の温度分布は図７に示すようになっており、この比較例では、先端部は約１００ｍｍ程度上向きに反っていた。この厚鋼板を加熱した際には、先端の温度上昇量は小さかった。図７における温度変動をΔＴとして、その結果を下記の表１に比較例として示した。
また、本発明の実施例では、プレス矯正装置４の押し付け力を３段階に変えた場合の温度変動ΔＴの結果を下記の表１に本発明１〜３として示した。

表１を見て分かるように、プレス矯正装置４を用いない比較例では、加熱温度が長手方向で一定にならないのに対し、プレス矯正装置を用いた本発明では、プレス矯正力を増やすことで、温度変動ΔＴは減っており、その効果がわかる。

本発明の実施の形態１の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。誘導加熱装置による厚鋼板の先端の変形を示す側面図。本発明の実施の形態２の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。本発明の実施の形態３の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。本発明の実施の形態４の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。本発明の実施の形態５の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。比較例の温度分布を示すグラフ。

符号の説明

１厚鋼板、２矯正用レベラー、３搬送ロール、４プレス矯正装置、５上プレス金型、６下プレス金型、７鋼板位置決め装置、８誘導加熱装置。

Claims

誘導加熱装置の入り側に、複数本の上下ロールを配置してなる矯正用レベラーとプレス矯正装置とを備えた厚鋼板の熱処理装置を用い、
熱間圧延後に水冷された厚鋼板を、前記矯正用レベラーにより矯正し、さらに、プレス矯正装置によりプレス成形し、その後、誘導加熱装置により熱処理することを特徴とする厚鋼板の熱処理方法。