JP6402696B2

JP6402696B2 - 高張力鋼板の製造設備および製造方法

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Publication number: JP6402696B2
Application number: JP2015181731A
Authority: JP
Inventors: 佳久澤田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: JP2017057447A

Description

本発明は、高張力鋼板の製造設備および製造方法に関する。

引張強度590MPa級以上の高張力鋼板の製造方法においては、例えば、連続焼鈍設備もしくは連続溶融亜鉛メッキ設備の焼鈍炉でフェライト−オーステナイトの２相域まで昇温し、焼入れを行った後、焼戻し処理を行うことがある。この際、成分組成に応じて、焼入れ温度や焼戻し温度を調整することで、所望の強度を得ることができる。

近年では、このように製造される高張力鋼板に対して、強度ばらつきの低減が求められている。

強度ばらつきの原因の１つとして、成分組成のばらつきがある。通常、成分組成は、出鋼鍋毎に１回測定されるが、１つの出鋼鍋の溶鋼から製造される複数のスラブによっても成分組成が若干ばらつき、成分組成に応じて制御される焼入れ温度や焼戻し温度が適切な温度とならずに、製品となった鋼板の強度がばらつくことがある。

このような強度ばらつきを低減させるために、特許文献１には、「焼入れ手段および焼戻し手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を製造する方法において、連続焼鈍設備の出側に配置された調質圧延機における被圧延鋼板の単位幅当たりの圧延荷重Ｐ₀と被圧延鋼板の引張強度ＴＳ₀との関係を、予め鋼板の板厚毎に求めておき、この圧延荷重Ｐ₀と引張強度ＴＳ₀との関係に基づき、前記調質圧延機において実測された被圧延鋼板の単位幅当たりの圧延荷重Ｐ₁から当該被圧延鋼板の引張強度ＴＳ₁を算出し、この算出された引張強度ＴＳ₁が所望の引張強度になるように、鋼板の焼入れ温度および／または焼戻し温度を制御する」方法が開示されている。

また、特許文献２では、「質量％で（以下、化学成分について同じ。）、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するとともに、フェライトと焼戻しマルテンサイトを主体とする複合組織を有する高強度冷延鋼板を連続焼鈍ラインで製造する高強度冷延鋼板の製造方法であって、前記連続焼鈍ラインが、加熱工程、焼入れ開始温度Ｔｑまでの緩冷工程、急冷による焼入れ工程、および、再加熱による焼戻し工程を順次経るものであり、前記焼入れ工程の直後に鋼板のフェライト分率Ｖｆを磁気的特性により測定し、このフェライト分率Ｖｆを、予め設定しておいた、製品鋼板の機械的特性の目標値を達成するために必要なフェライト分率の目標値Ｖｆ０と比較し、このフェライト分率の目標値Ｖｆ０からの偏差ΔＶｆ＝Ｖｆ−Ｖｆ０が０に近づくように、前記焼入れ開始温度Ｔｑを調整する」ことが開示されている。

特開２００２−２９４３５１号公報特開２０１２−１１１９７８号公報

ここで、特許文献１および２で制御される焼入れ温度や焼戻し温度は、焼入れ装置や焼戻し装置の直前もしくは直後に配された温度計で鋼板の温度を計測し、この測定された温度に基づいて制御されている。

しかしながら、温度計として放射温度計を用いた場合には、放射率が安定せずに、十分な精度が得られないという問題がある。具体的には、SiやMn等の易酸化性元素を多く含む高張力鋼板では、焼鈍炉内の還元雰囲気でも表面が酸化しやすく、鋼板表面の酸化程度によって放射率が変動し、正確な温度測定ができず、この計測された温度に基づいて行われる温度設定も正確に実施することができない。この問題に対して、ロールと鋼板の間に出来る影を黒体とみなし、放射温度計で測定し放射率を１とする技術があるが、影を作ることが出来ない箇所では適用できない。

本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、放射温度計を用いて焼入れ温度および焼戻し温度を制御する場合に、放射温度計による測定精度を向上させ、焼入れ温度、焼入戻し温度を適切に制御することで、強度ばらつきの少ない高張力鋼板を製造することができる高張力鋼板の製造設備および製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］焼入れ装置と焼戻し装置を有する焼鈍炉と、
焼入れ装置の直前または直後に配され、鋼板の温度を測定する焼入れ用放射温度計と、
焼戻し装置の直前または直後に配され、鋼板の温度を測定する焼戻し用放射温度計と、
焼鈍炉の出側から巻取リールとの間に設置され、鋼板の強度をオンラインにて非接触で測定する強度測定装置と、
強度測定装置によって測定された鋼板の強度に応じて、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計によって測定された鋼板の温度、および、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計に設定される放射率のうち少なくとも一方を補正し、補正された鋼板の温度および放射率を用いて焼入れ温度および焼戻し温度を制御する制御装置と、を有する高張力鋼板の製造設備。
［２］前記鋼板は、成分組成中に、0.4質量%超のSiおよび1.2質量%超のMnのうち少なくとも一方を含む高張力鋼板である［１］に記載の高張力鋼板の製造設備。
［３］焼入れ装置の直前または直後に配された焼入れ用放射温度計によって鋼板の温度を測定し、
焼戻し装置の直前または直後に配された焼戻し用放射温度計によって鋼板の温度を測定し、
焼鈍炉の出側から巻取リールとの間において、鋼板の強度をオンラインにて非接触で測定し、
測定された鋼板の強度に応じて、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計によって測定された鋼板の温度、および、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計に設定される放射率のうち少なくとも一方を補正し、補正された鋼板の温度および放射率を用いて焼入れ温度および焼戻し温度を制御する高張力鋼板の製造方法。
［４］前記鋼板は、成分組成中に、0.4質量%超のSiおよび1.2質量%超のMnのうち少なくとも一方を含む高張力鋼板である［３］に記載の高張力鋼板の製造方法。

本発明によれば、放射温度計による鋼板温度の測定精度を向上させ、焼入れ温度、焼入戻し温度を適切に制御することで、強度ばらつきの少ない高張力鋼板を製造することができる。

本発明の実施の形態に係る高張力鋼板の製造設備を示す図である。

以下、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る高張力鋼板の製造設備を示す図である。この高張力鋼板（引張強度590MPa級以上）の製造設備では、入側設備のペイオフリール２で巻き戻された鋼板１が、入側ルーパ３を経た後、加熱帯４、均熱帯５、冷却帯６および過時効帯７から構成される焼鈍炉８で熱処理を施された後、出側ルーパ９および調質圧延機１０を経て、出側設備のテンションリール１１に巻き取られる。

焼鈍炉８には、冷却帯６の途中に焼入れ装置１２が、過時効帯７に焼戻し装置が配されている。例えば、焼入れ装置１２は、水槽に鋼板１を浸漬する水焼入れ装置である。例えば、焼戻し装置は、過時効帯７に設置された誘導加熱装置やラジアントチューブ（いずれも図示せず）である。

制御装置（図示せず）は、成分組成や目標とする引張強度などから焼入れ温度（焼入れ開始温度、焼入れ停止温度）や焼戻し温度を設定し、設定された焼入れ温度や焼戻し温度となるように、鋼板１の温度を制御している。

焼入れ開始温度は、焼入れ装置１２の直前に配されたガスジェット冷却装置のガスジェット風量を調整することにより制御することができる。焼入れ停止温度は、焼入れ装置１２内に設置された冷媒（水、ガス等）の流量を調節することにより制御することができる。

また、焼戻し温度は、誘導加熱装置の通電量やラジアントチューブのガス供給量を調整することによって制御することができる。

焼入れ装置１２の直前には、焼入れ開始温度の制御に用いられる焼入れ開始用放射温度計１８が配置されている。ここで、焼入れ開始用放射温度計１８の放射率を補正するための技術として、ロールと鋼板１との間に出来る影を黒体とみなし、この黒体を放射温度計で測定した際の放射率を、１とする技術がある。しかしながら、焼入れ開始用放射温度計１８が配置された場所では、黒体を作ることができないので、例えば、焼入れ開始用放射温度計１８付近のロールに配置された焼鈍用放射温度計１５、放射率測定用放射温度計１７の測定値から、鋼板１から放射される赤外線や可視光線の強度を測定することにより放射率を測定し、焼入れ開始用放射温度計１８の放射率に反映させて、焼入れ開始用放射温度計１８の測定精度を上げる。

しかしながら、放射温度計１５、１７の測定温度域と、焼入れ開始用放射温度計１８の測定温度域が大きく異なる場合には、放射温度計１５、１７の測定温度域と、焼入れ開始用放射温度計１８の測定温度域で鋼板１の放射率が大きく変わってしまうため、焼入れ開始用放射温度計１８の測定精度を上げることができない。そこで、本発明では、放射率もしくは放射温度計によって測定された温度のうち少なくとも一方を、強度測定装置２０によって測定された鋼板の強度に基づいて補正している。

焼入れ装置１２の出側には、焼入れ停止温度の制御に用いられる焼入れ用放射温度計１６が配置されている。

また、焼戻し装置が配される過時効帯７の出口付近には、焼戻し用放射温度計１９が配置されている。

制御装置は、焼入れ装置１２の直前に配された焼入れ開始用放射温度計１８によって測定された鋼板１の温度に基づいて、焼入れ開始温度を制御している。

制御装置は、焼入れ装置１２の出側に配された焼入れ用放射温度計１６によって測定された鋼板１の温度に基づいて、焼入れ停止温度を制御している。

制御装置は、過時効帯７に配された焼戻し用放射温度計１９によって測定された鋼板１の温度に基づいて、焼戻し温度を制御している。

なお、焼入れ装置、焼戻し装置や、焼入れ温度および焼戻し温度を制御する装置については、上記のものに限られず、種々の装置を用いることができる。また、焼入れ装置および焼戻し装置は、焼鈍炉８の出側に設置してもよい。

調質圧延機１０とテンションリール１１との間には、オンラインにて非接触で鋼板１の強度（TS）を連続測定する強度測定装置２０が設置されている。強度測定装置２０としては、例えば、電磁気的方法や、Ｘ線回折法、渦電流法など種々の測定方法を用いることができる。

制御装置は、強度測定装置２０によって測定された鋼板の強度に基づいて、黒体を作ることが可能な位置に設置された放射温度計（図１では放射温度計１５、１６、１９）によって測定された鋼板１の温度や、黒体を作ることが不可能な位置に設置された放射温度計（図１では焼入れ開始用放射温度計１８）に設定された放射率を補正する。具体的には、制御装置は、成分組成と、強度測定装置２０で計測された強度から、焼入れ温度および焼戻し温度を算出する。そして、焼入れ開始用放射温度計１８によって測定された鋼板１の温度が、強度から算出された焼入れ開始温度となるように測定された温度および放射率の少なくとも一方を補正する。同様に、焼入れ停止用放射温度計１６及び焼戻し用放射温度計１９によって測定された鋼板１の温度が、強度から算出された焼入れ停止温度、焼戻し温度となるように測定された温度および放射率の少なくとも一方を補正する。

前述したように、放射温度計による測定は、放射率が安定せずに、十分な精度が得られない。特に、SiやMnを多く含む高張力鋼板では、焼鈍炉内の低酸素状態でも表面が酸化しやすく、鋼板表面の酸化程度によって放射率が変動し、正確な温度測定ができず、この計測された温度に基づいて行われる温度設定も正確に実施することができない。

そこで、本発明では、焼鈍炉８の出側に、非接触で鋼板１の強度を連続測定する強度測定装置２０を設置し、この強度測定装置２０によって計測された鋼板１の強度に基づいて放射温度計１５、１６、１８、１９によって測定された鋼板１の温度、もしくは、焼入れ開始用放射温度計１８に設定された放射率を補正するように構成している。

そして、制御装置が補正された温度や放射率を用いて焼入れ開始温度、焼入れ停止温度および焼戻し温度を制御することで、焼入れ開始温度、焼入れ停止温度および焼戻し温度を正確に制御することができる。これによって、放射温度計による測定精度を向上させ、焼入れ開始温度、焼入れ停止温度、焼戻し温度を適切に制御することができ、強度ばらつきの少ない高張力鋼板を製造することができる。

特許文献１や２において、焼入れ温度や焼戻し温度の制御に、放射温度計を用いる場合には、放射率がずれていたとしても、放射率や測定された鋼板の温度を補正せずに、焼入れ温度および焼戻し温度自体を修正するため、正確な温度制御を実施することができないが、本発明では、測定された鋼板の温度自体もしくは放射率を補正することで、焼入れ温度、焼戻し温度を適切に制御することが可能となる。

また、特許文献１では、鋼板と調質圧延機の圧延ロールが接触するため、測定された圧延荷重の変動には、調質圧延機側の要因が含まれ、鋼板自体の材質を正確に捉えることができない。これに対し、本発明は、非接触で鋼板の強度を測定するため、引用文献１によりも精度良く焼入れ温度および焼戻し温度を制御することができる。

なお、強度測定装置２０は、調質圧延機１０の前に設置しても本発明の効果は十分得られるが、高張力鋼板でも調質圧延により若干の引張強度TSの上昇がみられるので、強度測定装置２０は、調質圧延機１０の出側に設置することが好ましい。

なお、放射率の変動は、成分組成中にSiやMnを多く含む高張力鋼板において顕著となるため、成分組成中に0.4質量%超のSiおよび1.2質量%超のMnのうち少なくとも一方を含む高張力鋼板を製造する際に、本発明を適用することでより大きな効果を得ることができる。

なお、本発明における高張力鋼板の製造設備は、連続式の焼鈍設備や連続式の焼鈍溶融亜鉛めっき設備等を含むものとする。

本発明を適用することで、強度ばらつきによる品質不良の発生率が、従来１６％であったものを、９％まで低減することができた。

これにより、本発明を適用することで、強度ばらつきを低減させることができることが分かった。

１鋼板
２ペイオフリール
３入側ルーパ
４加熱帯
５均熱帯
６冷却帯
７過時効帯
８焼鈍炉
９出側ルーパ
１０調質圧延機
１１テンションリール
１２焼入れ装置
１５焼鈍用放射温度計
１６焼入れ停止用放射温度計
１７放射率測定用放射温度計
１８焼入れ開始用放射温度計
１９焼戻し用放射温度計
２０強度測定装置

Claims

焼入れ装置と焼戻し装置を有する焼鈍炉と、
焼入れ装置の直前または直後に配され、鋼板の温度を測定する焼入れ用放射温度計と、
焼戻し装置の直前または直後に配され、鋼板の温度を測定する焼戻し用放射温度計と、
焼鈍炉の出側から巻取リールとの間に設置され、鋼板の強度をオンラインにて非接触で測定する強度測定装置と、
強度測定装置によって測定された鋼板の強度に応じて、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計によって測定された鋼板の温度、および、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計に設定される放射率のうち少なくとも一方を補正し、補正された鋼板の温度および放射率を用いて焼入れ温度および焼戻し温度を制御する制御装置と、を有する高張力鋼板の製造設備。
前記鋼板は、成分組成中に、０．４質量％超のＳｉおよび１．２質量％超のＭｎのうち少なくとも一方を含む高張力鋼板である請求項１に記載の高張力鋼板の製造設備。
焼入れ装置の直前または直後に配された焼入れ用放射温度計によって鋼板の温度を測定し、
焼戻し装置の直前または直後に配された焼戻し用放射温度計によって鋼板の温度を測定し、
焼鈍炉の出側から巻取リールとの間において、鋼板の強度をオンラインにて非接触で測定し、
測定された鋼板の強度に応じて、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計によって測定された鋼板の温度、および、焼入れ用放射温度計および焼戻し用放射温度計に設定される放射率のうち少なくとも一方を補正し、補正された鋼板の温度および放射率を用いて焼入れ温度および焼戻し温度を制御する高張力鋼板の製造方法。
前記鋼板は、成分組成中に、０．４質量％超のＳｉおよび１．２質量％超のＭｎのうち少なくとも一方を含む高張力鋼板である請求項３に記載の高張力鋼板の製造方法。