JP4827383B2

JP4827383B2 - 厚鋼板の熱処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP4827383B2
Application number: JP2004072674A
Authority: JP
Inventors: 善道日野; 正敏杉岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005256138A

Description

本発明は、熱間圧延され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及びその装置に関し、特に再加熱手段として誘導加熱装置を備えたものに関する。

従来、熱間圧延された鋼板を更に熱処理して厚鋼板の材質調整を行っているが、その材質調整は６５０℃程度の温度まで加熱することで行われており、具体的には、圧延された厚鋼板或いは圧延に引き続いて水冷が施された厚鋼板を熱処理用の炉に入れることで行われる。この熱処理用の炉はバッチ式のものであり、生産性が劣るという問題点がある。これに対して、熱間圧延機の下流側に誘導加熱装置を設置して誘導加熱による熱処理をすることにより生産性を上げる方法が提案されている（例えば特許文献１、２）。
特開昭４８−２５２３６号公報特開昭４８−２５２３９号公報

しかしながら、生産性を上げるということは、温度の変化が激しくなるため、板の長手方向の温度変化が急峻になり、板の熱膨張によって板が変形するという問題点を生じることになる。これは、近年の誘導加熱装置の発展に伴って、板の発熱量、即ち電力密度が３００Ｗ／ｃｍ²にも達するようになり、長さ方向で１ｍ程度の加熱長さで、温度差が２００℃も発生するようになったからである。

板の変形は、加熱前の板が初期の幅を保とうとするのに対して、加熱後の板が熱膨張で例えば９ｍｍ近く広がろうとし、互いに圧縮と膨張の応力を及ぼしあうために起きる。厚板は４ｍ程度の製品幅をもつため、長手方向１ｍで１０ｍｍの寸法差が生じると例えば幅方向にＣ反りとなって応力が面外変形の形で解放される。このような反りは、数十ｍｍ程度の高さになり、例えばソレノイド型の誘導加熱装置の場合には、厚鋼板が誘導加熱装置で加熱中に大きく反ると誘導加熱装置を破壊することになる。また、誘導加熱装置が複数設置されている場合には、加熱後に反りが大きくなり、後続した加熱誘導加熱装置を損傷する場合があり、設備保護の面で問題がある。また、反りは搬送ロールへの偏った接触を生じる等、均一加熱の面でも問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、厚鋼板の変形を抑えて加熱の温度精度を向上させることを可能にした厚鋼板の熱処理方法及び熱処理装置を提供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、熱間圧延された厚鋼板又はそれに引き続いて水冷処理された厚鋼板を誘導加熱装置により誘導加熱することによって熱処理する厚鋼板の熱処理方法において、前記誘導加熱装置が１又は複数台配置され、その内の最上流側に配置された前記誘導加熱装置の入側に設けられたピンチロールによって厚鋼板を挟み込んで厚鋼板の変形を抑制できる圧下力により圧下し、厚鋼板を平坦化して前記誘導加熱装置により加熱処理する。

本発明に係る厚鋼板の熱処理装置は、熱間圧延された厚鋼板又はそれに引き続いて水冷処理された厚鋼板を誘導加熱装置により誘導加熱することによって熱処理する厚鋼板の熱処理装置において、前記誘導加熱装置が１又は複数台配置され、その内の最上流側に配置された前記誘導加熱装置の入側に、厚鋼板を挟み込んで厚鋼板の変形を抑制できる圧下力が設定されたピンチロールを設けたものである。
また、本発明に係る厚鋼板の熱処理装置は、前記誘導加熱装置の上流側にホットレベラーを設けたものである。
また、本発明に係る厚鋼板の熱処理装置において、前記ピンチロールは、前記誘導加熱装置の電磁的な吸引、反発力による速度変化を抑制し得る回転力を有する駆動型のロールである。

本発明においては、誘導加熱装置の少なくとも入側に設けられたピンチロールによって厚鋼板を平坦化するようにしたので、誘導加熱装置内の厚鋼板の変形が抑制され、誘導加熱装置による誘導加熱の温度精度を向上させるとともに、誘導加熱装置の破損を防止することができる。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。厚鋼板１は熱間圧延又はそれに引き続いて水冷が施された後に、誘導加熱装置２によって熱処理される。この誘導加熱装置２はソレノイド型のものが用いられ、その入側には１対のロール３ａ，３ｂからなるピンチロール３が隣接して配置されており、搬送ロール４により搬送されてきた厚鋼板１を所定の圧下力で挟み込んで、厚鋼板１の変形を抑制して誘導加熱装置２に送り出す。なお、ピンチロール３の圧下力は、厚鋼板１がピンチロール３間を通過する際に厚鋼板１の変形又はスリップを防止できる程度に設定される。また、このピンチロール３の内、ロール３ａは自由に回転できるものであり、ロール３ｂは搬送ロール４と同様に駆動源（図示せず）によって回転する駆動力を有するものである。

次に、本発明の実施形態１の厚鋼板の熱処理装置の動作を説明するが、それに先だって厚鋼板１に反りが生じた場合の問題点を説明する。

図２は熱処理装置２内で厚鋼板１にＣ反りが生じた状態の説明図である。図２に示されるように、厚鋼板１に例えば幅方向のＣ反りが発生すると、加熱しなければならない厚鋼板１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。このことは、上反りや下反りの場合においても同様である。
また、厚鋼板１が下に反る変形をすると、搬送ロール４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。
このように誘導加熱装置２によって厚鋼板１にＣ反り、上反り、下反り等の変形が生じたとしても、本実施形態１においては、ピンチロール３によってスリップが防止されるとともに、厚鋼板１のＣ反り、上反り、下反り等の変形が矯正され、厚鋼板１が平坦化されるため、目標の搬送速度が維持されることとなり、加熱時間も一定となって目標の温度で加熱されることとなる。

上述したように、温度の上昇量は厚鋼板１の変形による誘導加熱装置２内の質量増に反比例するから、ｃｏｓθに比例することとなる。従って、厚鋼板１が真っ直ぐであるθ＝０°、ｃｏｓθ＝１に対して、工業的にはｃｏｓθ＞０．９９５、θ＜５．７°であるようにするのが良く、これは加熱による温度上昇量が５００℃の場合で２．５℃の偏差以内で目標温度に加熱できることに相当する。

本実施形態１においては、上述のように、搬送ロール４によって搬送されてきた厚鋼板１をピンチロール３が所定の圧下力で挟み込んで誘導加熱装置２に送り出しており、厚鋼板１が誘導加熱装置２の入り側において平坦化される（その変形が抑制される）ので、誘導加熱装置２内の厚鋼板１は平坦にものとなっており、目標の搬送速度が維持されることとなり、加熱時間も一定となって厚鋼板１がその長手方向及び幅方向において目標の温度で加熱されることとなり、誘導加熱装置２による加熱の温度精度が向上するとともに、誘導加熱装置２の破損を防止することができる。また、厚鋼板１が誘導加熱装置２で加熱処理されることにより厚鋼板１の残留応力が低減されることとなる。

なお、本実施形態１においては、ピンチロール３のロール３ａは自由に回転できるものとしているが、ロール３ａ自体に駆動力を付与するような構成にしてもよい。その場合には、ピンチロール３の上下の１対のロール３ａ，３ｂの回転速度を同一にして両者の回転速度の同期を取ることが、厚鋼板１の搬送速度を一定にするために必要とされる。このことは、厚鋼板１の上反りや下反りが小さい場合には望ましいことであるが、逆に、厚鋼板１の上反りや下反りが大きい場合にはピンチロール３の上下のロールの回転速度を敢えて変えることにより、反りを矯正することが可能となる。また、ピンチロール３に駆動力を与えるようにするもう１つの理由は、誘導加熱装置２の電磁力により厚鋼板１の搬送速度が変化させられるような場合に、その電磁力による速度変化に対抗させるためにトルクを所定の圧下力と相俟って付与することにある。このピンチロール３の説明は後述の実施形態においては同様に適用される。また、誘導加熱装置２としてソレノイド型のものを説明したが、トランスバース型のものを用いてもよい。

実施形態２．
図３は本発明の実施形態２の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。本実施形態２においては、誘導加熱装置２の入側だけでなく出側にもピンチロール３が配置される。本実施形態２においては、誘導加熱装置２の入側に配置されたピンチロール３と、出側に配置されたピンチロール３とによって、誘導加熱装置２に装入された厚鋼板１を拘束しており、誘導加熱装置２による加熱によって厚鋼板１に発生する歪みを抑制することができる。

また、誘導加熱装置２を挟むようにして配置された入側及び出側のピンチロール３の間隔、言い換えると、誘導加熱装置２の長さは、例えば製品である厚鋼板１の長さが３０ｍとした場合に厚鋼板１の先後のそれぞれの切り落とし量である１ｍ未満に設定されている。その理由は、ピンチロール３が効果を持つのは、厚鋼板１の先端と後端を除く部分であり、先端と後端は加熱不良が発生する可能性がある。このため、この加熱不良部分は通常製品とはならない先後端の切り落とし部分と一致させることが望ましいからである。但し、厚鋼板１は極めて剛性が高く、このような短い距離ではピンチロール３に要求される圧下力が莫大になるため、先後端の切り落としする距離を経済的に許容できる範囲で大きく取り、ピンチロール３の構成を簡易化することが有効である。したがって、この経済的な距離、即ち誘導加熱装置２として利用可能な長さは、典型的な圧延長が３０ｍの場合には２ｍであり１ｍとするのが限度である。

実施形態３．
図４は本発明の実施形態３の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。本実施形態３においては、誘導加熱装置２が複数台（図示の例では２台）配置されており、各誘導加熱装置２の入側及び出側にそれぞれピンチロール３が配置されており、上記の実施形態２と同様に動作する。即ち、このように誘導加熱装置２を複数台配置した場合においても、各誘導加熱装置２の入側及び出側にピンチロール３をそれぞれ配置するようにしたので、最上流側の誘導加熱装置２の入側のピンチロール３により厚鋼板１を平坦化し、誘導加熱装置２による誘導加熱により厚鋼板１に変形が生じた場合にはそれを出側に配置されたピンチロール３により矯正し、更に、それより下流側に配置された誘導加熱装置２のピンチロール３により同様な処理が繰り返されるこことにことになり、厚鋼板１が平坦化が確実に確保されるため、目標の搬送速度が維持されることとなり、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２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。

なお、本実施形態３においては、各誘導加熱装置２の入側及び出側にピンチロール３をそれぞれ配置した例について説明したが、対象とする鋼板寸法や加熱温度によっては、上流側の誘導加熱装置２の出側に配置されるピンチロール３の設置を省略することも可能である。また、厚鋼板１の板厚や加熱温度によっては、厚鋼板１を複数台の誘導加熱装置２に１回通過させるだけでは厚鋼板１の温度が目標温度に到達しない場合がある。そのような場合には、１回加熱した後に厚鋼板１を逆方向に搬送して複数回加熱することで対応する。本実施形態３では、１台目及び２台目の誘導加熱装置２の前後にピンチロール３が設置されているため、逆方向に搬送、加熱された場合にも本発明の目的を達成することが可能となる。また、誘導加熱装置２が複数台配置された場合には、最上流側（最初の）の誘導加熱装置２が加熱による昇温量が大きく、最も加熱歪みが発生し易いので、最上流側の誘導加熱装置２にだけピンチロール３を設けて、その下流側の誘導加熱装置２のものは省略するようにしてもよい。

実施形態４．
図５は本発明の実施形態４の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図である。本実施形態４においては、誘導加熱装置２の上流側にホットレベラー５が配置されている。ホットレベラー５は複数本の上ロール及び下ロールが厚鋼板１の搬送方向に沿って交互に千鳥状に配置してなり、曲げ戻しを繰り返して圧延時や加速冷却時に生じた圧延歪や冷却歪を除去して厚鋼板１の形状不良を直して真直化を図るものである。

本実施形態４においては、ホットレベラー５により厚鋼板１を矯正して真直化を図り、圧延歪や冷却歪を除去してから誘導加熱装置２に装入するようにしているので、誘導加熱装置２の加熱歪みが抑制される。なお、本実施形態４のホットレベラー５は上記の実施形態２及び３にも同様に適用される。

（実施例１）
本発明の実施例１として、図５に示される実施形態４について、厚さ２５ｍｍ、幅３ｍ、長さ１５ｍに熱間圧延され、５００℃に水冷された後にホットレベラー５で板の変形が矯正された厚鋼板１に対して、５５０℃まで誘導加熱装置２により誘導加熱して、その効果を調べた。このとき、誘導加熱装置２は長さ約１ｍのソレノイド型であり、単機容量は約２０ＭＷであり、厚鋼板１を往復させて加熱した。ソレノイド型の誘導加熱装置２は効率を向上させるために開口面積を小さくするのが有効であり、開口部の高さを約１５０ｍｍとしてあり、厚鋼板１は搬送ロール４によってそのほぼ中央を通過するために、上方には約５０ｍｍの余裕しかない状態になっている。厚鋼板１を初期速度２０ｍｐｍで加熱したが、１台の誘導加熱装置２を通過することにより、約１５０℃の温度変化を生じた。この温度上昇では、厚鋼板１は高さ約１００ｍｍのＣ反りを生じようとするが、ピンチロール３によって２０ｔｏｎの押さえ力を与えることによって、厚鋼板１の変形は高さ方向５ｍｍに止まった。

（比較例）
比較例（従来例）として、図５のピンチロール３のロール３ａを上方に待避開放して、上記の実施例１と同じサイズの厚鋼板１を誘導加熱装置２により加熱した場合の反りの高さを調べた。ロール３ａがない場合には、出力約５ＭＷ、１台の温度上昇量約４０℃でＣ反りの高さは約３０ｍｍ、出力８ＭＷで約６０℃、Ｃ反りの高さが約５０ｍｍであったが、上記の実施例１のように高出力にした場合には誘導加熱装置２を破壊することになるために、この出力（８ＭＷ）までしか与えられなかった。比較例の場合には、厚鋼板１が下に凸形状になる場合があり、そのような場合には搬送ロール４（及びロール３ｂ）に接触する部分が選択的に搬送ロール４で冷やされて幅方向の中央部が低温化していたが、上記の実施例１ではそのようなことはなかった。上記の実施例１と比較例（ピンチロール無し）とを纏めると次のとおりである。

（実施例２）
また、本発明の実施例２として、図１に示される実施形態１のように、誘導加熱装置２の入側だけにピンチロール３を配置した場合について調べた。誘導加熱装置２の出力が２０ＭＷの場合でも、Ｃ反りの高さは３０ｍｍ程度に抑制することができた。

（実施例３）
また、本発明の実施例３として、誘導加熱装置２を３台配置し、それぞれにピンチロール３を配置した場合（図４の実施形態３参照）について調べた。どの場所においても厚鋼板１のＣ反りの高さを数ｍｍ程度の抑制することができた。このとき、最上流側に位置する誘導加熱装置２にのみピンチロール３を配置した場合においても、後続する誘導加熱装置２においてＣ反りが抑制され、その高さはどこも５０ｍｍ以下であり、誘導加熱装置２に接触するような事態が避けられている。

本発明の実施形態１の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。誘導加熱装置内での厚鋼板の変形例を示す側面図。本発明の実施形態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。本発明の実施形態４の厚鋼板の熱処理装置の構成を示す側面図。

符号の説明

１厚鋼板、２誘導加熱装置、３ピンチロール、４搬送ロール、５ホットレベラー。

Claims

熱間圧延された厚鋼板又はそれに引き続いて水冷処理された厚鋼板を誘導加熱装置により誘導加熱することによって熱処理する厚鋼板の熱処理方法において、
前記誘導加熱装置が１又は複数台配置され、その内の最上流側に配置された前記誘導加熱装置の入側に設けられたピンチロールによって厚鋼板を挟み込んで厚鋼板の変形を抑制できる圧下力により圧下し、厚鋼板を平坦化して前記誘導加熱装置により加熱処理することを特徴とする厚鋼板の熱処理方法。
熱間圧延された厚鋼板又はそれに引き続いて水冷処理された厚鋼板を誘導加熱装置により誘導加熱することによって熱処理する厚鋼板の熱処理装置において、
前記誘導加熱装置が１又は複数台配置され、その内の最上流側に配置された前記誘導加熱装置の入側に、厚鋼板を挟み込んで厚鋼板の変形を抑制できる圧下力が設定されたピンチロールを設けたことを特徴とする厚鋼板の熱処理装置。
前記誘導加熱装置の上流側にホットレベラーを設けたことを特徴とする請求項２に記載の厚鋼板の熱処理装置。
前記ピンチロールは、前記誘導加熱装置の電磁的な吸引、反発力による速度変化を抑制し得る回転力を有する駆動型のロールであることを特徴とする請求項２又は３に記載の厚鋼板の熱処理装置。