JP6007952B2 - 鋼材の冷却方法、鋼材の冷却設備、鋼材の製造方法および鋼材の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材の冷却方法、鋼材の冷却設備、鋼材の製造方法および鋼材の製造設備に関するものである。

厚鋼板など肉厚の厚い鋼材の製造において、多量の合金成分の添加を行わずに高強度および高靭性を得るためには、一般的に、オフラインでローラークエンチする方法で焼入れ処理を行う。しかしながら、例えば、板厚が１００ｍｍを超えるような鋼材の場合、テーブルローラーが撓むなど、搬送の問題が生じる。そこでこのような厚物鋼材の場合、水中に浸漬させて冷却する方法で焼入れ処理を行っている。

水中に浸漬させて冷却する鋼材の焼入れ処理（以下、単に浸漬冷却と称することもある。）は、図２または図３に示すような設備において、鋼材１を台車２付きの加熱炉３で加熱した後、クレーンなどの吊り具４で鋼材１を吊って、水５で満たされた水槽６内に鋼材の広面部が垂直または水平になるようにして浸漬させて行う。焼入れ中の冷却速度を速くするほど、高強度で高靭性の材質の鋼材が得られる。

水中に浸漬させて鋼材を冷却する方法として、特許文献１の技術がある。特許文献１は、鋼片広面が側面となるように水中に垂直方向に浸漬させ、鋼片両面から水噴射を行うことを特徴とする鋼片の水冷方法であり、鋼片の急速かつ均一な冷却を図るものである。

特開２００６−１９９９９２号公報

しかしながら、特許文献１の方法のように、加熱炉から抽出した鋼材の広面部を垂直にして浸漬させる場合、図４に示すように、板長が長い鋼材では、自重によって吊上げ時に鋼材１が変形するという問題がある。例えば、板厚１５０ｍｍ、板長１３ｍの場合は、吊上げ時に変形して全長で５００ｍｍ程度の反りが生じてしまう。

また、加熱炉から抽出した鋼材の広面部を水平にして水に浸漬させる場合、図５に示すように、鋼材１の上面に発生する蒸気泡７は、滞留せずに矢印の方向に移動する。しかしながら、鋼材１の下面では、発生した蒸気泡７が滞留して蒸気膜８が形成されると、鋼材下面と水とが直接接触しなくなるため、熱伝達が阻害される。したがって、鋼材１の上面と比較して下面は冷えにくくなり、平均冷却速度の低下や上下面の冷却不均一が起こる。その結果、強度や靭性の低下、冷却中に反りが生じるという問題がある。例えば、板厚１５０ｍｍの鋼材の広面部を水平にして浸漬させた時、上下面の温度履歴は図６のようになり、鋼材の下面温度が上面温度に比べて最大３５０℃高くなる。

このため、加熱炉から抽出した鋼材の広面部を水平にして水に浸漬させる場合、鋼材上下面の冷却を均一にするためには、水噴流などの冷却装置を用いて下面の冷却を促進する必要がある。しかしながら、例えば、板幅２ｍ、板長１０ｍ以上の鋼材の焼入れ処理を行う場合、多数のノズル設置や多量の冷却水が必要となり、設備コストおよびランニングコストがかかる。さらに、ノズル配置によって冷却むらができてしまうという問題もある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、鋼材下面の冷却を促進させ、高強度および高靭性の材質を得られるうえに、冷却中に反りの生じない鋼材の冷却方法、鋼材の冷却設備、鋼材の製造方法および鋼材の製造設備を提供することを目的とする。

本発明は、前記した従来の問題点を解決するためになされたものであって、その手段は下記のとおりである。
［１］鋼材の広面部を上下面として、鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上になるように鋼材を水中に浸漬し、
鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きい気泡を、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに噴射することを特徴とする鋼材の冷却方法。
［２］前記気泡を鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって噴射することを特徴とする［１］に記載の鋼材の冷却方法。
［３］前記気泡は、直径３ｍｍ以上の気泡であることを特徴とする［１］または［２］に記載の鋼材の冷却方法。
［４］鋼材を浸漬冷却させる水槽を有し、前記水槽内には、
鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上に保持するための浸漬具と、
鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに気泡を噴射するノズルと
を備えることを特徴とする鋼材の冷却設備。
［５］前記ノズルの直径を３〜５０ｍｍとすることを特徴とする［４］に記載の鋼材の冷却設備。
［６］前記ノズルは、鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって５００ｍｍ以下のピッチで配置されることを特徴とする［４］または［５］に記載の鋼材の冷却設備。
［７］鋼材を加熱する加熱工程と、
加熱された鋼材の広面部を上下面として、鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上になるように鋼材を水中に浸漬し、鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きい気泡を、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに噴射する冷却工程と
を有することを特徴とする鋼材の製造方法。
［８］前記気泡を鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって噴射することを特徴とする［７］に記載の鋼材の製造方法。
［９］前記気泡は、直径３ｍｍ以上の気泡であることを特徴とする［７］または［８］に記載の鋼材の製造方法。
［１０］［４］〜［６］のいずれか一つに記載の鋼材の冷却設備を有することを特徴とする鋼材の製造設備。

本発明によれば、鋼材下面の冷却を促進させることができる。その結果、鋼材全面を均一に冷却することができるため、冷却中に反りの生じない、高強度および高靭性の材質の鋼材を製造することができる。また、本発明では、鋼材の広面部を垂直にして浸漬させる必要がないため、吊り上げ時に鋼材が変形するという問題もない。

図１は、本発明の冷却方法を示す概略図である。 図２は、鋼材の焼入れ処理の一例を示す概略図である。 図３は、鋼材の焼入れ処理の一例を示す概略図である。 図４は、吊上げ時に変形する鋼材の一例を示す概略図である。 図５は、鋼材の広面部を水平にして水中に浸漬させる場合に生じる、蒸気泡および蒸気膜の様子の一例を示す概略図である。 図６は、板厚１５０ｍｍの鋼材について、広面部を水平にして水中に浸漬させた時の、上下面の温度履歴を表すグラフである。 図７は、鋼材の傾斜角度と、気泡の速度との関係を示すグラフである。 図８は、浸漬具の一例を示す概略図である。 図９は、浸漬具の一例を示す概略図である。 図１０は、浸漬具の一例を示す概略図である。 図１１は、気泡の直径と、気泡の速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明について説明する。

本発明の鋼材の冷却方法は、鋼材の広面部を上下面として、鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上になるように水中に浸漬し、鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で直径３ｍｍ以上の気泡を、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに噴射することを特徴とする。

図１は、本発明の冷却方法を示す概略図であり、具体的には、鋼材を浸漬冷却させた際の水槽内の断面図である。図１において、鋼材１の下方向には、ノズル９が配置されている。ノズル９の先端は、鋼材１の傾斜方向下端部に向けられている。ノズル９は、鉛直方向上向きに気泡１０を噴射する。なお、図１において、紙面垂直方向を鋼材の広面部長辺方向とする。すなわち、図1において長方形として示されている鋼材１の断面のうち、長いほうが短辺方向であり、短いほうが板厚方向である。

浸漬冷却中、鋼材１の下面で発生する蒸気泡７は、浮力によって鉛直方向上向きに上昇しようとする。鋼材１の広面部を上下面として、鋼材１を傾斜させた状態で浸漬すると、図１に示すように、鋼材１の下面で発生した蒸気泡７は、浮力により、滞留することなく鋼材１の下面に沿って、鋼材１の傾斜方向上端部に向かって移動する。さらに、蒸気泡７の上昇に伴い、冷却水の対流が発生する（図１の破線矢印）。このため、下面の冷却が促進される。本発明においては、さらにまた、図１に示すように、ノズル９から鋼材１の傾斜方向下端部に向けて、鉛直方向上向きに気泡１０が噴射され、気泡１０は鋼材１の下面に沿って上昇する。そのため、鋼材１の下面に沿って上昇する気泡１０により蒸気泡７が除去されるとともに、傾斜方向に沿った気泡１０の上昇に伴い、対流効果が大きくなる。したがって、鋼材１の下面において、蒸気膜８が形成されにくくなり、蒸気膜８に起因した熱伝達の阻害が起こらず、平均冷却速度の低下や上下面の冷却不均一が生じない。その結果、鋼材１の下面の冷却が促進され、浸漬冷却中の反りが起こらず、高強度および高靭性の材質の鋼材を製造することができる。

次に、鋼材の広面部短辺方向の傾斜角度について、気泡径５ｍｍ、広面部短辺方向の鋼板長さ８００ｍｍの条件で、発明者らは検討した。その結果、図７に示すように、傾斜角度が大きいほど、傾斜方向に沿って気泡１０が上昇する気泡の速度が増加することがわかった。図７から、傾斜角度が大きいほど蒸気泡７が除去されやすくなるとともに、気泡の速度が増加する。このため、対流効果がより大きくなり、鋼材下面の冷却が促進されることがわかる。なお、気泡の速度については、鋼板に沿って上昇する気泡を撮影し、撮影した映像から気泡速度を算出した。

本発明では、鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上とする。傾斜角度が１０°未満で浸漬冷却すると、鋼材下面に沿って上昇する気泡の速度が遅く、蒸気膜の形成を十分に抑制することができない。また、十分な対流効果を得られない。このため、鋼材下面の冷却が促進されず、高強度および高靭性の材質の鋼材を得ることができないうえに、浸漬冷却中に鋼材反りが生じてしまう。なお、上下面冷却均一性の観点から、傾斜角度は、１５°以上であることが好ましい。

なお、実用上の上限として水平面からの傾斜角度は４５°以下であることが好ましい。４５°を超えると、浸漬時の鋼材高さが高くなり、水槽を大きくする必要がある。そのうえ、鋼材を傾斜させるための装置が大掛かりとなるため、設備コストがかかる。なお、設備コスト抑制の観点から、傾斜角度は、３０°以下であることがさらに好ましい。

鋼材の傾斜方向については、鋼材の広面部を上下面として、鋼材の広面部短辺方向に傾斜させる。短辺方向に傾斜させることにより、鋼材浸漬時の鋼材の傾斜方向下端部から上端部までの高さが短くなり、水槽深さを浅くすることができる。例えば、鋼材広面部が、短辺３ｍ×長辺１０ｍの長方形である鋼材を、傾斜角度３０°に傾斜させて浸漬冷却させる場合、短辺方向に傾斜させると浸漬時の鋼材高さは１．５ｍとなる。これに対して、長辺方向に傾斜させると５ｍとなるため、水槽が大きくなり設備コストが膨大となる。さらに、本発明では、鋼材の広面部を垂直にして浸漬させる必要がないため、吊上げ時に自重により鋼材が変形するという問題がない。したがって、板長の長い鋼材も問題なく製造できる。

鋼材の冷却設備における水槽としては、鋼材体積の２０倍以上の水を蓄えることが可能である水槽が好ましい。鋼材体積の２０倍以上の水を蓄えた水槽内であれば、冷却中に水槽内の水温が上昇して冷却能力が低下することがなくなり、その結果、高強度および高靭性の材質の鋼材をより安定的に製造することができる。

本発明では、鋼材の冷却設備における水槽内で、鋼材の広面部短辺方向の傾斜角度を１０°以上に保持するための浸漬具を用いる。浸漬具としては、鋼材の広面部短辺方向の傾斜角度を１０°以上に保持することができる浸漬具であればよく、例えば、図８のような傾斜架台１１、図９のようなＣフック１２、図１０のような浸漬装置１３等が挙げられる。なお、図８の傾斜架台１１は安価に製造できる。その一方で、図９のＣフック１２や、図１０の浸漬装置１３は設備コストがかかる。このため、本発明では、図８のような傾斜架台１１が好ましい。

次に、噴射する気泡の直径は、鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きい直径とする。本発明者らが気泡の直径について検討したところ、例えば、傾斜角度１５°の場合、図１１に示すように、気泡の直径が大きくなるほど傾斜方向の気泡の速度が増加することがわかった。これは、気泡の直径が大きいほど大きな浮力が働くためであると考えられる。すなわち、蒸気泡（約１〜３ｍｍ程度）と比べて直径の大きな気泡を鋼材の下面に沿って上昇させることにより、鋼材の下面の冷却が促進され、鋼材下面が均一に冷却される。したがって、本発明では、噴射する気泡の直径は３ｍｍ以上とすることが好ましい。噴射する気泡の直径が３ｍｍ未満では、鋼材下面に沿って上昇する気泡の速度が遅くなり、十分な対流効果が得られないため、下面が均一に冷却されない。攪拌効果向上の観点から、噴射する気泡の直径は、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。なお、噴射する気泡の直径の上限値は、５０ｍｍとすることが好ましい。５０ｍｍ超えでは、気泡の直径は大きくなるものの、噴射する気泡の数が少なくなる。また、噴射する気泡が断続的になり、気泡の供給が不安定になる。このため、鋼材下面を均一に冷却することができず、強度や靭性などの材質がばらつく。攪拌効果向上と冷却均一性確保の観点から、噴射する気泡の直径は、３０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

気泡は、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で噴射する。空気流量が３ＮＬ／ｍｉｎ未満では、噴射する気泡数が少なくなり、十分な対流効果が得られない。冷却能力確保の観点から、空気流量は、５ＮＬ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。一方、空気流量が１５ＮＬ／ｍｉｎ超えでは、噴射する気泡数が多すぎて鋼材下面が気泡で覆われてしまい、熱伝熱が阻害されて下面が均一に冷却されない。均一冷却性の観点から、空気流量は、１０ＮＬ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。

ノズルの直径は、鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きいものとする。具体的には、たとえば、３〜５０ｍｍが好ましい。ノズル直径が３ｍｍ未満だと、噴射する気泡の直径が３ｍｍ未満となり、鋼材下面に沿って上昇する気泡の速度が遅く、十分な対流効果が得られない。このため、下面が均一に冷却されない。攪拌効果向上の観点から、ノズルの直径は、５ｍｍ以上であることが好ましい。ノズル直径が５０ｍｍ超えでは、気泡の直径は大きくなるものの、噴射する気泡の数が少なくなる。したがって、気泡がノズルから断続的に噴射されて気泡の供給が不安定になるため、鋼材下面を均一に冷却することができず、強度・靭性などの材質がばらいてしまう。攪拌効果向上と冷却均一性確保の観点から、ノズルの直径は、３０ｍｍ以下であることが好ましい。

水槽内に配置されるノズルは、鋼材の傾斜方向下端部から鉛直下向きの位置に、鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって、５００ｍｍ以下のピッチで配置されることが好ましい。これにより、鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって気泡が噴射され、鋼材下面の冷却が促進され、鋼材下面が均一に冷却される。広面部長辺方向のノズルの設置間隔が５００ｍｍ超えでは、気泡によって攪拌されない箇所が生じて、広面部長辺方向の鋼材下面の冷却がばらつき、強度や靭性などの材質がばらいてしまう。

鋼材の焼入れ処理に際して、本発明の冷却方法を用いる場合には、冷却開始前の鋼材の温度を、鋼材全体の組織が十分にオーステナイト化される温度に加熱することが好ましい。これにより、その後の浸漬冷却によって十分に焼きが入り、均一な材質の鋼材が得られる。また、鋼材温度が１１５０℃超えでは、加熱中にオーステナイト粒が粗大化し、最終的な鋼組織も粗大化し、靭性が低くなってしまい、材質が確保できない可能性がある。したがって、鋼材温度は１１５０℃以下とすることが好ましい。また、冷却停止温度としては、焼入れ処理が十分に完了すればよく、例えば、１００℃以下であればよい。

なお、本発明の冷却方法は厚鋼板の熱処理工程で用いれば大きな効果を発揮する。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、鍛造品などの鋼材全般の熱処理工程に適用できる。また、本発明の冷却方法を用いることにより、冷却中に反りの生じない、高強度および高靭性の材質の鋼材を製造することができる。なお、厚鋼板の熱処理工程としては、本発明で説明した焼入れ処理に限られるものではなく、例えば、オーステナイト−フェライト二相域からから冷却するいわゆる二相域焼入れにも適用可能であるほか、冷却速度に関する制約がなければ、焼ならしや、焼戻しなどの熱処理工程でも適用することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図２に示すような、台車付き加熱炉を有する冷却設備を用いて、重量２５トン、板厚（ｔ）１５０ｍｍの鋼材１を９００℃まで再加熱した後、台車２によって鋼材１を加熱炉３から抽出し、Ｃフッククレーンで鋼材１を吊り上げた。水槽６上方に鋼材１を移動させて、水槽６内の傾斜架台（図示しない。）に鋼材１を載置した。そして、表１に示す条件で、冷却停止温度が１００℃以下となるように鋼材１を冷却した。なお、水槽６には、鋼材１の体積の８０倍以上の体積の水を確保した。

鋼材の評価は、８００℃から４００℃の間の平均冷却速度の値で評価した。本実施例で用いた鋼において目標とする材質（強度・靭性）の鋼材を確保するためには、板厚方向上面（１／４ｔ）および板厚方向下面（３／４ｔ）において、それぞれ平均冷却速度を１．１０℃／ｓ以上にする必要がある。また、板厚中心（１／２ｔ）においては、平均冷却速度を０．９０℃／ｓ以上にする必要がある。また、冷却中の反りを抑制するためには、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差（絶対値）を、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内にする必要がある。ここで、板厚方向上面（１／４ｔ）部の温度は、上面から板厚１／４ｔ部まで穴を開けて取り付けた熱電対により、板厚方向下面（３／４ｔ）部の温度は、上面から板厚３／４ｔ部まで穴を開けて取り付けた熱電対により、板厚中心（１／２ｔ）部の温度は、上面または下面から板厚中心（１／２ｔ）部まで穴を開けて取り付けた熱電対により、それぞれ測定した。８００℃から４００℃まで各温度を測定し、温度降下量と時間とから、平均冷却速度を算出した。

各条件および平均冷却速度を表１に示す。

発明例１では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１５°傾斜させた状態で浸漬させ、直径１０ｍｍの気泡を８ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は、板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で１．２５℃／ｓ、板厚中心で０．９６℃／ｓとなった。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．１０となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。したがって、冷却中の反りがなく、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができた。

発明例２では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１５°傾斜させた状態で浸漬させ、直径６ｍｍの気泡を８ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は、板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で１．２０℃／ｓ、板厚中心で０．９４℃／ｓとなった。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．０５となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。したがって、冷却中の反りがなく、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができた。

発明例３では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１３°傾斜させた状態で浸漬させ、直径１０ｍｍの気泡を６ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は板厚方向１／４ｔで１．１５℃/ｓ、３／４ｔ位置で１．１７℃／ｓ、板厚中心で０．９３℃／ｓとなった。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．０２となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。したがって、冷却中の反りがなく、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができた。

発明例４では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１０°傾斜させた状態で浸漬させ、直径３ｍｍの気泡を３ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は板厚方向１／４ｔで１．１５℃/ｓ、３／４ｔ位置で１．１０℃／ｓ、板厚中心で０．９０℃／ｓとなった。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．０５となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。したがって、冷却中の反りがなく、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができた。

発明例５では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１３°傾斜させた状態で浸漬させ、直径２ｍｍの気泡を６ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は、板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で１．０５℃／ｓ、板厚中心で０．９０℃／ｓとなった。板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．１０となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。したがって、冷却中の反りがなく、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができた。なお、気泡直径が１０ｍｍであること以外は発明例５と同じ条件である発明例３の結果と比較すると、発明例５の場合は、板厚中心での平均冷却速度は小さく、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は大きかった。これは、気泡の直径が２ｍｍだと気泡の上昇速度が遅いため、蒸気泡の鋼材下面からの離脱・除去が発明例３の場合に比べて促進されず、下面が発明例３の場合に比べて均一に冷却されなかったためと考えられる。

比較例１では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１３°傾斜させた状態で、気泡を噴射することなく浸漬させて、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は、板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で１．００℃／ｓ、板厚中心で０．８６℃／ｓとなった。これは、気泡を噴射させていないため、十分な対流効果を得られず、下面が均一に冷却されなかったためと考えられる。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．１５となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足しなかった。したがって、冷却中の反りがなく、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができなかった。

比較例２では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から９°傾斜させた状態で浸漬させ、直径３ｍｍの気泡を３ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で１．０８℃／ｓ、板厚中心で０．８９℃／ｓとなった。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．０７となり、冷却中の反りがない鋼材を得るために必要な板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。しかし、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な平均冷却速度の条件を満たすことができなかった。これは、傾斜角度が９°では、気泡速度が遅いため、下面が均一に冷却されなかったためと考えられる。

比較例３では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１３°傾斜させた状態で浸漬させ、直径１０ｍｍの気泡を２ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に向けて噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は、板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で１．０５℃／ｓ、板厚中心で０．８８℃／ｓとなった。板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．１０となり、冷却中の反りがない鋼材を得るために必要な板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足した。しかし、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができなかった。これは、空気流量が２ＮＬ／ｍｉｎだと噴射される気泡数が少なくなるため、蒸気泡の鋼材下面からの離脱・除去が十分には促進されず、下面が均一に冷却されなかったためと考えられる。

比較例４では、鋼材の広面部短辺方向に水平面から１３°傾斜させた状態で浸漬させ、直径１０ｍｍの気泡を１６ＮＬ／ｍｉｎで鋼材下端部に噴射して、全ての部分が１００℃以下になるまで冷却して製造した。平均冷却速度は、板厚方向１／４ｔ位置で１．１５℃／ｓ、３／４ｔ位置で０．９５℃／ｓ、板厚中心で０．８４℃／ｓとなった。また、板厚方向上面と板厚方向下面との平均冷却速度の差は０．２０となり、板厚方向上面の平均冷却速度の１０％以内（０．１１５℃／ｓ以内）を満足しなかった。したがって、冷却中の反りがないうえに、高強度および高靭性の材質の鋼材を得るために必要な条件を満たすことができなかった。これは、空気流量が１６ＮＬ／ｍｉｎだと噴射する気泡数が多すぎて鋼材下面が気泡で覆われてしまい、熱伝熱が阻害されて下面が均一に冷却されなかったためと考えられる。

１ 鋼材
２ 台車
３ 加熱炉
４ 吊り具
５ 水
６ 水槽
７ 蒸気泡
８ 蒸気膜
９ ノズル
１０ 気泡
１１ 傾斜架台
１２ 吊り具
１３ 浸漬装置

Claims (10)

1. 鋼材の広面部を上下面として、鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上４５°以下になるように鋼材を水中に浸漬し、
   鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きい気泡を、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに噴射することを特徴とする鋼材の冷却方法。
2. 前記気泡を鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって噴射することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の冷却方法。
3. 前記気泡は、直径３ｍｍ以上の気泡であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の冷却方法。
4. 鋼材を浸漬冷却させる水槽を有し、前記水槽内には、
   鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上４５°以下に保持するための浸漬具と、
   鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きい気泡を噴射するノズルと
   を備えることを特徴とする鋼材の冷却設備。
5. 前記ノズルの直径を３〜５０ｍｍとすることを特徴とする請求項４に記載の鋼材の冷却設備。
6. 前記ノズルは、鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって５００ｍｍ以下のピッチで配置されることを特徴とする請求項４または５に記載の鋼材の冷却設備。
7. 鋼材を加熱する加熱工程と、
   加熱された鋼材の広面部を上下面として、鋼材の広面部短辺方向の水平面からの傾斜角度を１０°以上４５°以下になるように鋼材を水中に浸漬し、鋼材の下方向において、３〜１５ＮＬ／ｍｉｎの空気流量で鋼材下面に発生する蒸気泡の直径より大きい気泡を、鋼材の傾斜方向下端部に向けて鉛直方向上向きに噴射する冷却工程と
   を有することを特徴とする鋼材の製造方法。
8. 前記気泡を鋼材の広面部長辺方向の全長にわたって噴射することを特徴とする請求項７に記載の鋼材の製造方法。
9. 前記気泡は、直径３ｍｍ以上の気泡であることを特徴とする請求項７または８に記載の鋼材の製造方法。
10. 請求項４〜６のいずれか一つに記載の鋼材の冷却設備を有することを特徴とする鋼材の製造設備。

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