JP6870701B2 - 鋼板の冷却方法、鋼板の冷却装置および鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続焼鈍ラインの冷却帯を通板しながら鋼板の冷却を行う、鋼板の冷却方法、鋼板の冷却装置および鋼板の製造方法に関する。

冷延鋼板をはじめとする鋼板の製造では、例えば、加熱帯、均熱帯、冷却体および再加熱帯を有する連続焼鈍炉（以下、連続焼鈍ラインと称する場合もある）において、加熱後に鋼板を冷却し、相変態を起こさせるなどして材質の造り込みを行う。近年、自動車業界では車体の軽量化と衝突安全性の両立を目的として、高張力鋼板（ハイテン）の適用が進んでいる。そのような需要動向に対応するために、高張力鋼板の製造に有利な急速冷却（以下、急冷と称する。）の技術の重要性が増している。最も冷却速度が速い水焼入れ法としては、特許文献１が開示するように、加熱された高温の鋼板を水中に浸漬させると同時に、水中内に設けられたクエンチノズルにより冷却水を鋼板に噴射し、急冷を行う方法が一般的である。しかしながら、その急冷の際に、鋼板に反りや波状変形などの面外変形による形状不良が発生することが、問題となっている。

このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献２では、連続焼鈍炉での急冷焼入時に生じる鋼板の波状変形を抑制するために、急冷焼入工程に付される鋼板の張力を変えることに着目し、その張力変更手段として、ブライドルロールを急冷焼入部の前後に設ける技術が記載されている。

特許文献３では、焼入れ開始点（冷却開始点）において、鋼板幅方向で圧縮方向の熱応力が発生し、鋼板が座屈することによって形状不良が発生することに着目し、冷却により板幅方向で圧縮応力が発生している領域またはその近傍領域で、鋼板を両面側から拘束することにより面外変形を抑制する技術が記載されている。

特許文献４では、急冷焼入れ時に鋼板に大きな応力が働き形状が崩れることに着目し、急冷焼入れ装置内に一対の拘束ロールを配置し、該拘束ロールで鋼板を両面側から拘束することにより、面外変形を抑制する技術が記載されている。

特開昭５９−１５３８４３号公報 特開２０１１−１８４７７３号公報 特開２００３−２７７８３３号公報 国際公開第２０１６／０８４２８３号

しかしながら、特許文献２に記載された方法では、高温の鋼板に大きな張力をかけるため、鋼板の破断が起きるおそれがあった。また、高温の鋼板に接触する急冷焼入部前のブライドルロールには、大きなサーマルクラウンが発生するため、ブライドルロールと鋼板がブライドルロールの幅方向に不均一に接触する。その結果、鋼板に座屈や疵が発生し、鋼板形状を改善することができないという問題があった。

特許文献３に記載された方法を検証した結果、特許文献３に記載された方法では鋼板の形状矯正効果が小さいことがわかった。

特許文献４に記載された急冷焼入れ装置を用いると、急冷焼入れ時の鋼板の変形を防止できるものの、冷却水を噴射する噴射装置を鋼板が通過する際に、一時的に鋼板の冷却速度が低下することで、鋼板の特性が低下する場合があるという新たな課題が見出された。具体的には、鋼板の冷却速度の低下に起因して、所望の鋼板の材料特性、例えば所望の引張強度を有する鋼板が得られない場合があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、連続焼鈍ラインの冷却帯を通板しながら、焼鈍後の高温の鋼板を急冷焼入れする時に鋼板に発生する形状不良（変形）を抑制しつつ、鋼板の冷却速度が低下することも抑制できる鋼板の冷却方法、鋼板の冷却装置および鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下のような知見を得た。

鋼板の製造においては、水中への浸漬または冷却水の噴射を行うことにより高温の鋼板を急冷し、鋼板にマルテンサイト変態を起こさせる組織制御を用いる場合がある。この場合、鋼板にマルテンサイト変態が起こり、鋼板の組織が急速に体積膨張するため、鋼板は複雑で不均一な凹凸を有する形状になってしまうことがある。特に、マルテンサイト組織を有するような高張力鋼板（高強度鋼板）では、急冷焼入れ時の熱収縮中に変態膨張が生じるマルテンサイト変態開始温度（以下、Ｍｓ点と称する）からマルテンサイト変態終了温度（以下、Ｍｆ点と称する）の温度域の近傍で、鋼板に大きな応力が働き、鋼板の形状が崩れやすい。

したがって、急冷焼入れ時の熱収縮中は、冷却速度が遅い方が、鋼板にかかる応力は低下するため、鋼板の形状が崩れにくい。しかし、Ｍｓ点からＭｆ点の温度域ではマルテンサイト変態が生じるため、この温度域での鋼板の冷却速度が低下すると、鋼板の材料特性（例えば引張強度）も低下する。鋼板の材料特性を維持するためには、Ｍｓ点以下の温度での冷却速度を５００℃／ｓ以上とすることが好ましい。

一方、Ｍｓ点より高い温度での冷却速度は、浸漬冷却程度の冷却速度は必要ではなく、マルテンサイト組織以外の強度の低い組織である、フェライト組織、パーライト組織、およびベイナイト組織が生じない程度の冷却速度で十分である。このようにＭｓ点より高い温度での冷却速度を遅くすることによって鋼板に働く応力が緩和され、Ｍｓ点以下で十分な冷却速度の急冷を行っても鋼板の変形が抑えられる。また、急冷時に鋼板を拘束するロールを用いないことによって十分な冷却速度が得られ、所望の材料特性を得ることが可能となる。

本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
[１] 連続焼鈍ラインの冷却帯で用いられる鋼板の冷却方法であって、
焼鈍後の鋼板の緩冷却を開始し、
鋼板のマルテンサイト変態開始温度より高い温度で緩冷却を停止した後、
前記マルテンサイト変態開始温度以上の温度から急冷却を開始し、
鋼板のマルテンサイト変態終了温度以下の温度で冷却を停止する制御を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。
[２] 前記緩冷却は、鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルを有する冷媒噴射装置により、気体、液体、および気体と液体の混合物のうちから選択されるいずれか１つの冷媒を鋼板に噴射して行うことを特徴とする［１］に記載の鋼板の冷却方法。
［３］ 前記急冷却は、鋼板を浸漬させる液体を収容する浸漬槽と、前記浸漬槽内に、鋼板の両方の板面側に複数のノズルを設けた液体噴射装置とを有する急冷焼入れ装置により、緩冷却後の鋼板を前記浸漬槽の液体に浸漬させるとともに、前記液体噴射装置から冷却液を鋼板に噴射して行うことを特徴とする［１］または［２］に記載の鋼板の冷却方法。
［４］ 前記冷媒噴射装置が、前記鋼板の組織をフェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態させない平均冷却速度以上で冷却するように、前記冷媒を、前記冷媒噴射装置の前記ノズルに供給することを特徴とする［２］または［３］に記載の鋼板の冷却方法。
［５］ ［１］〜［４］のいずれか１つに記載の鋼板の冷却方法を用いることを特徴とする鋼板の製造方法。
［６］ 連続焼鈍ラインの冷却帯で用いられる鋼板の冷却装置であって、
鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルを有する冷媒噴射装置と、
前記冷媒噴射装置の下方に配置され、鋼板を浸漬させる液体を収容する浸漬槽と、
前記浸漬槽内に、鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルを有する液体噴射装置とを有する急冷焼入れ装置とを備えることを特徴とする鋼板の冷却装置。

本発明によれば、連続焼鈍ラインの冷却帯を通板しながら鋼板を冷却する際、焼鈍後の高温の鋼板を急冷焼入れする時に鋼板に発生する形状不良（変形）を効果的に抑制しつつ、さらに鋼板の冷却速度が低下することも抑制できる。また、本発明の鋼板の冷却方法を鋼板の製造方法に適用することで、形状に優れ、所望の引張強度等の材質特性を有する鋼板を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態における鋼板の冷却装置を示す模式図である。 図２は、図１に示した鋼板の冷却装置を構成する冷媒噴射装置の一例を示す模式図である。 図３は、図１に示した鋼板の冷却装置を構成する急冷焼入れ装置の一例を示す模式図である。 図４は、本発明の実施形態の１例として、引張強度１５００ＭＰａ級鋼のＣＣＴ線図を示す。 図５は、実施例における鋼板の反り量を説明するための図である。

以下、各図を参照して、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

まず、図１〜図３を用いて、本発明の鋼板の冷却装置１について説明する。図１は、本発明の一実施形態における鋼板の冷却装置１の全体構成を説明する側面図である。図２は、図１に示した鋼板の冷却装置１を構成する冷媒噴射装置２を説明する側面図である。図３は、図１に示した鋼板の冷却装置１を構成する急冷焼入れ装置３を説明する側面図である。なお、以降の説明では、本発明の鋼板の冷却装置１（以下、冷却装置と称する）を、例えば冷延鋼板の連続焼鈍ラインの冷却帯に適用した場合について説明する。

図１に示すように、本発明の装置は、連続焼鈍ラインの冷却帯を通板しながら鋼板を冷却する鋼板の冷却装置１であって、焼鈍後の高温の鋼板４（鋼帯）を焼入れ前に緩冷却する冷媒噴射装置２と、冷媒噴射装置２の下方に配置された、緩冷却後の鋼板４を液体に浸漬させて急冷却する急冷焼入れ装置３とを備える。この冷却装置１は、連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられた冷却設備に適用することができる。

冷媒噴射装置２は、冷媒２２を噴射し、焼鈍後の高温の鋼板４を焼入れ前に緩冷却する装置である。冷媒噴射装置２では、鋼板のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）より高い温度で冷却が停止するように制御を行う。冷媒噴射装置２は、図１に示すように、連続焼鈍炉の均熱帯の出側で、かつ後述する急冷焼入れ装置３よりも前方（上方）に配置される。

図１および図２に示すように、冷媒噴射装置２は、搬送される鋼板４の両方の板面側に設けた複数のノズル２１を有する。ノズル２１として、例えば、１流体スプレーノズルや２流体スプレーノズルを用いることができる。ノズル２１は、図示は省略するが鋼板４の幅方向に延びて設けられており、鋼板４の幅方向にその両方の板面側から冷媒２２を噴射する。ノズル２１は、鋼板４の幅方向に並んだ複数個のノズルでも良いし、鋼板４の幅方向を長手方向とする１個のスリットノズルでも良い。また、ノズル２１は、鋼板４が通過する鋼板通板ラインの両側に相対して配置され、鋼板の搬送方向（図１、２に示した矢印の方向。以下、通板方向とも称する。）に所定の隙間を介して設置される。例えば、図１、図２に示した冷媒噴射装置２の場合には、ノズル２１は、鋼板４の通板方向の両側に所定の間隔で８列ずつ配置される。具体的には、鋼板幅方向の冷却均一性の観点より、ノズル２１の設置数は、１０〜３０列が好ましく、また、隣り合うノズル２１の隙間は、５０ｍｍ〜１５０ｍｍとすることが好ましい。

冷媒噴射装置２により噴射される冷媒２２は、気体、液体、および気体と液体の混合物のうちから選択されるいずれか１つを用いる。例えば、液体冷媒としては水、エタノール、水・エタノール混合液等が、気体冷媒としては空気、窒素、水素等がある。気体と液体の混合物や液体同士の混合液を噴射する場合は、例えば、２流体スプレーノズルを使用すれば良い。２流体スプレーノズルは、例えば、ノズルに配置されている水用配管、空気用配管にそれぞれ水、空気を接続すると、水と空気がノズル内部で混合され、ノズル噴射口から、水と空気の混合物が噴射される。なお本発明では、冷媒の種類は、鋼板に含有される化学成分に応じて適宜選択すれば良い。具体的には、必要以上に鋼板を酸化させたくない場合には、窒素などの不活性ガスを気体として使用すれば良い。エタノールと窒素は鋼板を酸化させにくいため、鋼板の錆を抑制する場合には、エタノールと窒素の使用は効果的である。

上述したように、冷媒噴射装置２では、焼鈍後の高温の鋼板に対して、後述の急冷焼入れ装置３により焼入れする前に緩冷却を行う。例えば、鋼板の組織をフェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態させない平均冷却速度以上で冷却するように、冷媒を各ノズル２１に供給することが好ましい。なお、平均冷却速度の調整は、例えば、気体と水の流量を変化させる方法、流速を変化させる方法、あるいは混合比を変化させる方法等といった一般的な方法により制御を行なえば良い。本発明において平均冷却速度とは、焼鈍直後の温度から緩冷却の停止温度までの温度域における冷却速度（℃／ｓ）の平均を意味する。

急冷焼入れ装置３は、上記した緩冷却後の鋼板４を液体に浸漬させるとともに、冷却液を噴射して急冷却する装置である。急冷焼入れ装置３では、鋼板４のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）以上の温度から冷却を開始し、かつ鋼板４のマルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ点）以下の温度で冷却が停止するように制御を行う。

この急冷焼入れ装置３は、連続焼鈍炉の均熱帯から排出された高温の鋼板４が、液槽３１（以下、浸漬槽と称する）の上方から槽内に収容された液体中に搬送される構造であることが望ましい。このような構造にすることにより、液体噴射装置３２による冷却に加えて、浸漬槽３１の液体による冷却も行われるため、より十分な冷却が可能となる。よって、図１に示した例では、急冷焼入れ装置３は、連続焼鈍炉の均熱帯の出側で、かつ冷媒噴射装置２の後方（下方）に配置されるものとする。

図１および図３に示すように、急冷焼入れ装置３は、鋼板４を浸漬させる液体（冷却水）３４（例えば、水）を収容する浸漬槽３１と、鋼板４に冷却水を噴射する液体噴射装置３２とを有する。この液体噴射装置３２は、浸漬槽３１内に配置され、かつ搬送される鋼板４の両方の板面側に複数のノズル３３が設置される構造である。ノズル３３は、鋼板４の幅方向に並んだ複数個のノズルでも良いし、鋼板４の幅方向を長手方向とする１個のスリットノズルでも良い。なお、液体噴射装置３２は、浸漬槽３１内に収容される液体中３４に位置するように配置される。そのため、浸漬槽３１には、液体噴射装置３２が液体中に位置するようにするに十分な量の液体（例えば、水）が収容されていればよい。「液体噴射装置３２が液体中に位置するように」とは、液体噴射装置３２の少なくとも一対のノズル３３が浸漬槽３１の液体３４に浸かっていればよいことを意味する。

また、急冷焼入れ装置３は、鋼板４の搬送方向（通板方向）を変更するシンクロール３５を有する。このシンクロール３５は、浸漬槽３１に収容され、また液体噴射装置３２の後方（下方）に配置され、液体３４中に位置するように設けられる。

液体噴射装置３２のノズル３３は、図示は省略するが鋼板４の幅方向に延びて設けられており、鋼板４の幅方向にその両方の板面側から冷却水を噴射する。ノズル３３には、液体が、図示されないポンプと配管により供給される。ノズル３３は、鋼板４が通過する鋼板通板ラインの両側に相対して配置され、鋼板の搬送方向（図１、３に示した矢印の方向。以下、通板方向とも称する。）に所定の隙間を介して設置される。図１、図３に示した急冷焼入れ装置３の液体噴射装置３２の場合には、ノズル３３は、鋼板４の通板方向の両側に所定の間隔で８列ずつ配置される。例えば十分な冷却速度を確保する観点より、ノズル３３の設置数は、３〜１５列が好ましい。

なお、上記したように、従来の急冷焼入れ装置では、鋼板の変形を抑制するために、急冷焼入れの前後あるいは急冷焼入れ時に鋼板を拘束するロール（例えば、一対の拘束ロール）を設けている。鋼板を拘束するため鋼板の冷却速度が低下し、所望の引張強度等の材質特性を得られない場合もある。しかし、本発明によれば、Ｍｓ点より高い温度での冷却速度を遅くすることによって鋼板に働く応力が緩和され、これによりＭｓ点以下において十分な冷却速度の急冷を行っても鋼板の変形が抑えられるため、この拘束ロールを設ける必要がない。これにより、急冷焼入れにより上記した材質特性の低下を抑制することができる。

次に、本発明の鋼板の冷却方法について説明する。

本発明は、製鉄所等の鋼板の連続焼鈍炉の冷却帯における鋼板の冷却方法に適用できる。本発明の方法は、連続焼鈍ラインの冷却帯で用いられる鋼板の冷却方法であって、焼鈍後の鋼板を緩冷却し、鋼板のマルテンサイト変態開始温度より高い温度で緩冷却を停止した後、マルテンサイト変態開始温度以上の温度から急冷却を開始し、鋼板のマルテンサイト変態終了温度以下の温度で冷却を停止する制御を行うものである。また、緩冷却は、鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルを有する冷媒噴射装置により、気体、液体、および気体と液体の混合物のうちから選択されるいずれか１つの冷媒を鋼板に噴射して行うことができる。さらに、急冷却は、鋼板を浸漬させる液体を収容する浸漬槽と、浸漬槽内に、鋼板の両方の板面側に複数のノズルを設けた液体噴射装置とを有する急冷焼入れ装置により、緩冷却後の鋼板を浸漬槽の液体に浸漬させるとともに、液体噴射装置から冷却液を鋼板に噴射して行うことができる。さらに、冷媒噴射装置が、鋼板の組織をフェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態させない平均冷却速度以上で冷却するように、冷媒を、冷媒噴射装置の前記ノズルに供給することができる。

この本発明の鋼板の冷却方法は、上記構成を有する本発明の冷却装置１に適用することが好ましい。なお、以降の説明において、上述した冷却装置１の説明と同様の内容については省略する。

例えば、上記した本発明の冷却装置１を用いて鋼板を冷却する場合には、鋼板を連続的に通板しながら加熱、均熱、冷却および再加熱を行う連続焼鈍炉の均熱帯から排出された高温の鋼板４に対して、まず、鋼板の両方の板面側（以下、両面側と称する場合もある）に冷媒２２を噴射する複数のノズル２１を備えた冷媒噴射装置２の間に搬送される。そして、冷媒噴射装置２のノズル２１から鋼板４の両面側に冷媒２２を噴射され、鋼板が緩冷却される。その後、冷媒噴射装置２の下方に設けられた、鋼板４の両面側から鋼板に冷却液（例えば、水）を噴射する複数のノズル３３を備えた液体噴射装置３２の間に搬送される。そして、液体噴射装置３２のノズル３３から鋼板の両面側に冷却水が噴射され、鋼板４が急冷却される。このように、冷却水の噴射により例えば冷却水の温度まで冷却された後、鋼板４は次の工程へと搬送される。

以上のように、本発明では鋼板の変形を抑制するため、連続焼鈍炉の冷却帯における緩冷却および急冷却の冷却条件を制御することが特に重要である。そこで、これらの冷却条件を制御することにより得られる作用および効果について、詳細に説明する。

上述したように、鋼板には、急冷焼入れ前に行われる冷却および急冷焼入れ時の液体噴射装置のノズルから噴射された冷却水による冷却により、熱収縮が生じる。特に、鋼板の成分組成がマルテンサイト変態を生じるような材料の場合には、鋼板の温度がＭｓ点以下となったときに、鋼板に急激な熱収縮と変態膨張が同時に生じる。その結果、鋼板に働く応力が大きくなり、鋼板の形状が崩れやすくなる。

例えば、上記した特許文献３に記載されるような従来技術では、焼鈍炉から出た鋼板は、炉内雰囲気で放冷された後、急冷焼入れ装置で冷却される。その場合、鋼板は、焼鈍温度から少し温度が低下した状態から水温まで急冷されるため、非常に大きな熱収縮が生じることになる。そこで、本発明者らは、上記した従来の焼鈍炉における熱収縮の要因について鋭意検討をした結果、次の冷却制御により抑制できることを新たに見出した。

具体的には、この熱収縮に起因する鋼板の変形を抑制するためには、Ｍｓ点より高い温度では、急冷焼入れよりも遅い平均冷却速度で緩冷却するように制御を行い、かつＭｓ点以下の温度では急冷焼入れを行う平均冷却速度になるように制御を行うことが有効であることが分かった。それにより、鋼板の急冷焼入れ時の熱収縮を抑制し、鋼板に発生する変形を効果的に抑制することができる。なお本発明では、急冷焼入れでの平均冷却速度は、５００℃／ｓ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１０００℃／ｓ以上とする。

この条件に加えて、緩冷却では鋼板のＭｓ点より高い温度で冷却を停止する制御を行い、急冷却焼入れではＭｓ点以上の温度から冷却を開始し、Ｍｆ点以下の温度で冷却を停止する制御を行うことが有効であることが分かった。それにより、十分な量のマルテンサイト組織を得ることができる。さらに、急冷時に鋼板を拘束するロールを用いないことによって十分な冷却速度が得られ、所望の材料特性を得ることが可能となる。
なお、緩冷却の冷却停止温度がＭｓ点以下の温度の場合、必然的に急冷焼入れ開始温度もＭｓ点以下の温度となるため、マルテンサイトの自己焼き戻しを生じ、本発明で目的とする引張強度を得られない。

本発明は、上記効果を得られることから、例えば自動車用や家電用の冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板等を安定して製造するために用いることが好ましい。具体的には、鋼板の引張強度（ＴＳ）が７８０ＭＰａ〜１．８ＧＰａまでの鋼板の冷却および製造に適用することができる。

ここで、図４を用いて、具体的な高強度冷延鋼板の冷却条件について説明する。図４には、一例として引張強度１５００ＭＰａ級（引張強度：１４７０ＭＰａ以上１５７０ＭＰａ以下）の高強度冷延鋼板を８８０℃から冷却した場合におけるＣＣＴ線図を示す。図４の縦軸は鋼板温度（℃）であり、横軸は冷却時間（ｓ）である。この高強度冷延鋼板の成分組成は特に限定されないが、例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．５％および必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕの内から選択される少なくとも１種類以上が合計で１．０％以下であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物とする。

本発明の急冷焼入れ前の緩冷却では、マルテンサイト変態以外の変態が生じないように平均冷却速度を制御することが望ましい。図４に示した高強度冷延鋼板の場合、Ｍｓ点は４２０℃であり、Ｍｆ点は２２０℃である。よって、急冷焼入れ前の緩冷却は、４２０℃より高い温度で停止するように制御する必要がある。緩冷却での冷却停止温度が、Ｍｓ点すなわち４２０℃以下では、必然的に急冷焼入れ開始温度も４２０℃以下となり、後述する不都合を生じるおそれがある。緩冷却での冷却停止温度は、より好ましくは４２０℃超え４３０℃以下とし、さらに好ましくは４２０℃超え４２５℃以下とする。

また、急冷焼入れは、４２０℃以上の高い温度から開始し、２２０℃以下まで冷却するように制御する必要がある。急冷焼入れ開始温度が４２０℃以下では、マルテンサイトの自己焼き戻しを生じるおそれがあり、本発明で目的とする引張強度を得られない場合がある。急冷焼入れの冷却停止温度が２２０℃超えでは、十分な量のマルテンサイト組織が得られないおそれがあり、本発明で目的とする引張強度を得られない場合がある。急冷焼入れでの焼入れ開始温度は、より好ましくは４２０〜４３０℃とし、さらに好ましくは４２０〜４２５℃とする。
急冷焼入れでの冷却停止温度は、より好ましくは５０℃以下とし、さらに好ましくは３０℃以下とする。

なお、Ｍｓ点やＭｆ点の温度は、一般に、鋼板の成分組成から推定することができる。また、鋼板の温度は、鋼板の表面に熱電対を取り付ける等の方法により測定することができる。

また、図４に示すように、冷却開始後、約１０ｓでフェライト変態（図４中に示したＦｓ）やベイナイト変態（図４中に示したＢｓ）が生じている。例えば焼鈍温度が８５０℃の場合、１０ｓ以内にＭｓ点の４２０℃より高い温度（例えば、４２５℃）まで緩冷却するためには、８５０〜４２５℃の温度域の平均冷却速度を４２℃／ｓ以上とすることが好ましい。緩冷却での平均冷却速度は、４３℃／ｓ以上が好ましく、より好ましくは４４℃／ｓ以上とし、さらに好ましくは４５℃／ｓ以上とする。ただし、冷却速度が速いほど、熱収縮により鋼板が受ける応力は大きくなる。このため、緩冷却の平均冷却速度は、下限に近い平均冷却速度で冷却することが好ましい。一方、緩冷却での平均冷却速度は１００℃／ｓ以下とすることが好ましい。

なお、変態開始までの時間は、フォーマスタ等の装置で測定することが可能である。また、工場の急冷焼入れ装置の前に、公知の変態率センサ（例えば、特開平８−６２１８１号公報に記載の変態率センサを参照）を設置することにより、望ましい組織になっているかを確認しながら、急冷焼入れ前の冷却速度を制御すれば良い。

したがって、図４に示した高強度冷延鋼板の場合には、緩冷却における平均冷却速度：４２℃／ｓ、緩冷却における冷却停止温度：４２５℃の冷却条件で冷却を行い、それ以降は急冷却における冷却開始温度：４２０℃、急冷却における冷却停止温度：５０℃の冷却条件で急冷焼入れを行えば、熱収縮が小さく、鋼板の形状が良好にすることができる。さらに、急冷時に拘束ロールを用いないことで冷却液の噴射が妨げられず、冷却速度の低下が生じないため、引張強度といった材料特性も満足することができる。

次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。

本発明は、上述した冷却装置１による鋼板の冷却方法を用いた鋼板の製造方法である。例えば、鋼板の連続焼鈍炉の冷却帯を通板しながら、焼鈍後の鋼板４に上記した緩冷却を行った後、上記した急冷却（急冷焼入れ）を行う鋼板の製造方法である。なお、本発明の鋼板の製造方法に適用できる鋼板の成分組成は、特に限定されず、公知の成分組成の鋼を用いることができる。また、本発明の鋼板の製造方法において、熱間圧延や冷間圧延等の加熱温度や圧延の圧下率などの条件は、特に限定されず、公知の条件を採用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、連続焼鈍ラインの冷却帯を通板しながら鋼板を冷却する際、焼鈍後の高温の鋼板を急冷焼入れ前に、必要かつ十分な冷却速度でＭｓ点より高い温度まで鋼板を緩冷却した後、Ｍｓ点以下の温度では急冷焼入れを行う。これにより、急冷焼入れ時の熱収縮中に、鋼板に与えられる応力を抑制するため、鋼板の形状不良（変形）を抑制することができる。さらに、急冷焼入れ装置３に拘束ロールを用いることが必要ないため、鋼板の冷却速度が低下することも抑制できる。これにより、所望の引張強度等の材質特性を満足する鋼板を製造することもできる。

なお、上述の説明では、冷延鋼板の連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられた冷却装置１、その冷却装置１に適用した冷却方法、およびその冷却方法を適用した鋼板の製造方法について記載したが、本発明はこの実施形態に限定されない。すなわち、その他の加熱炉の出側の冷却設備に適用しても、同様に効果を得ることができる。

また、急冷焼入れ装置３では、鋼板を水冷する場合を例に説明したが、この実施形態に限定されるものでもない。すなわち、水以外の液体により冷却する急冷焼入れ装置全般にも適用可能である。

さらに、図１〜図３に示した冷却装置１、冷媒噴射装置２、急冷焼入れ装置３の例では、ノズル２１、３３として鋼板４の通板ラインの両側にそれぞれ８列ずつ各ノズル２１、３３を設けた冷媒噴射装置２および急冷焼入れ装置３を説明したが、設置する列数は特に限定されず、搬送される鋼板４をその両面側から冷却できる能力があればよい。すなわち、鋼板通過ラインの両側に、それぞれ１列ずつ各ノズル２１、３３を設けたものであっても、複数列の各ノズル２１、３３を設けたものであってもよい。

以下、本発明の更なる理解のために実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

実施例１〜１４では、急冷焼入れ前に冷却装置を設置し、この冷却装置の冷却速度を変化させて鋼板の製造を行った。具体的には、図１〜図３に示した冷媒噴射装置２および急冷焼入れ装置３を有する冷却装置１を用いて、上記した本発明の冷却方法および鋼板の製造方法により、板厚１．０ｍｍ、板幅１０００ｍｍ、引張強度１４００〜１５７０ＭＰａの高強度冷延鋼板をそれぞれ製造した。

上記製造時において、通板速度２０〜１８０ｍｐｍの範囲でそれぞれ変化させた。いずれの鋼板も、鋼板の焼鈍炉直後の温度が８５０℃、表１に示した条件で冷却（緩冷却および急冷却）を行った。急冷焼入れ時の平均冷却速度は、１０００℃／ｓとした。各鋼板のＭｓ点およびＭｆ点は、表１に示す温度であった。また、表１に示した冷媒噴射装置２の冷媒には、気体：空気、液体：水、前記した気体および液体の混合物のうちから選択されるいずれか１つを用いた。混合物の噴射には２流体スプレーノズルを使用した。また、表１に示した急冷焼入れ装置３の冷却液には水を用いた。ただし、実施例１４は、急冷焼入れ時の平均冷却速度のみ５００℃／ｓとし、その他の製造条件は上記の通りとした。
実施例１〜３、５〜７、９〜１２については、体積比で、空気：水を１０：１の割合で噴射した。実施例８については、体積比で、窒素：エタノールを１０：１の割合で噴射した。
水の流量密度（リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ））について、実施例１では１０リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ）、実施例２では１５リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ）、実施例３では３０リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ）、実施例４では１５０リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ）とした。
実施例５〜７、９〜１２では、水の流量密度を４０リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ）とした。また、実施例８では、エタノールの流量密度を１００リットル／（ｍ^２・ｍｉｎ）とした。

なお、各図に示すように、冷媒噴射装置２および急冷焼入れ装置３のノズル２１、３３は、通板方向の両側にそれぞれ８列ずつ配置した。冷媒噴射装置２のノズル２１には、幅方向の噴射幅が１５０ｍｍのノズル８個を幅方向に並べて用いた。急冷焼入れ装置３のノズル３３には、噴射幅が１２００ｍｍのスリットノズルを用いた。急冷焼入れ装置３の液体噴射装置３２は、一部を浸漬槽３１の液体３４中に浸漬させた。

これに対し、従来例では、急冷焼入れ前に設置される冷却装置（例えば、上記した冷媒噴射装置２）を用いずに鋼板を製造した。なお、冷却装置を不使用としたこと以外は、上記した各実施例と同じ条件で行った。

上記製造により得られた鋼板（従来例および実施例１〜１４の鋼板）について、それぞれ次の方法で引張強度、鋼板形状を評価した。
＜引張強度の評価＞
得られた鋼板の引張強度は、引張方向が圧延方向となるように、ＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠して引張試験を実施して求めた。測定された引張強度に対し、次に示す基準で評価し、各記号を付した。

記号
○ ：引張強度１４７０ＭＰａ以上１５７０ＭＰａ以下
△ ：引張強度１４００ＭＰａ以上１４７０ＭＰａ未満
× ：引張強度１４００ＭＰａ未満
＜鋼板形状の評価＞
得られた鋼板の鋼板形状の評価（判定）は、鋼板の反り量を定規で測定し、行った。ここで、鋼板の反り量とは、図５に示すように、鋼板を水平面に置いた場合に、水平面に対して最も高い位置を示す箇所の離間距離を、反り量とする。測定された鋼板の反り量に対し、次に示す基準で評価し、各記号を付した。

記号
○ ：鋼板の反りが０ｍｍ以上１０ｍｍ以下のもの
△ ：鋼板の反りが１０ｍｍ超え２０ｍｍ以下のもの
× ：鋼板の反りが２０ｍｍを超えるもの
以上により得られた評価結果を表１に示す。

実施例３、５、６では、急冷焼入れ装置３での冷却開始温度がＭｓ点以下であり、マルテンサイトの自己焼き戻しが生じたことにより、引張強度が低下した。

実施例１２では、急冷焼入れ装置３での冷却停止温度がＭｆ点より高いため、十分な量のマルテンサイト組織が得られず、引張強度が小さくなった。

実施例１、２、４、７〜１１では、上記した本発明の冷却条件を満たすため、鋼板の反りが２０ｍｍ以下と形状に優れ、かつ引張強度も１４００ＭＰａ以上の特性を有する鋼板を製造できた。特に、実施例７〜１０では、緩冷却における冷却速度および急冷焼入れ開始温度がより好適範囲内のため、引張強度は１４７０ＭＰａ以上の特性を有するとともに、鋼板の反りが０〜１０ｍｍ以下と形状もより優れた特性を有する鋼板を製造できた。

一方、従来例では、急冷焼入れ温度が高く、急冷による熱収縮が大きくなるため、形状は維持できても、鋼板の反りが大きくなった。

１ 鋼板の冷却装置
２ 冷媒噴射装置
２１ ノズル
２２ 冷媒
３ 急冷焼入れ装置
３１ 浸漬槽
３２ 液体噴射装置
３３ ノズル
３４ 液体（冷却水）
３５ シンクロール
４ 鋼板

Claims (5)

1. 連続焼鈍ラインの冷却帯で用いられる鋼板の冷却方法であって、
   焼鈍後の鋼板に対して、鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルを有する冷媒噴射装置により、気体、液体、および気体と液体の混合物のうちから選択されるいずれか１つの冷媒を鋼板に噴射することによって、緩冷却を開始し、
   鋼板のマルテンサイト変態開始温度より高い温度で緩冷却を停止した後、
   鋼板を浸漬させる液体を収容する浸漬槽と、前記浸漬槽内に、鋼板の両方の板面側に複数のノズルを設けた液体噴射装置とを有し、かつ、前記液体噴射装置の少なくとも一対のノズルが前記浸漬槽の液体に浸かるように配置された急冷焼入れ装置により、緩冷却後の鋼板を前記浸漬槽の液体に浸漬させるとともに、前記液体噴射装置から冷却液を鋼板に噴射することによって、前記マルテンサイト変態開始温度以上の温度から、Ｍｓ点以下の温度の平均冷却速度を５００℃／ｓ以上とする急冷却を開始し、
   鋼板のマルテンサイト変態終了温度以下の温度で冷却を停止する制御を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。
2. 前記鋼板の引張強度が、１４００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却方法。
3. 前記冷媒噴射装置が、前記鋼板の組織をフェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態させない平均冷却速度以上で冷却するように、前記冷媒を、前記冷媒噴射装置の前記ノズルに供給することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板の冷却方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼板の冷却方法を用いることを特徴とする鋼板の製造方法。
5. 連続焼鈍ラインの冷却帯で用いられる鋼板の冷却装置であって、
   鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルよって、気体、液体、および気体と液体の混合物のうちから選択されるいずれか１つの冷媒が鋼板に噴射され、鋼板の緩冷却を行う冷媒噴射装置と、
   前記冷媒噴射装置の下方に配置され、鋼板を浸漬させる液体を収容する浸漬槽と、
   前記浸漬槽内に、鋼板の両方の板面側に設けた複数のノズルを有し、かつ、少なくとも一対のノズルが前記浸漬槽の液体に浸かるように配置された液体噴射装置とを有し、鋼板の急冷却を行う急冷焼入れ装置とを備え、
   前記急冷焼入れ装置では、緩冷却後の鋼板を前記浸漬槽の液体に浸漬するとともに、前記液体噴射装置から鋼板に冷却液を噴射して、Ｍｓ点以下の温度の平均冷却速度が５００℃／ｓ以上となるように制御されることを特徴とする鋼板の冷却装置。

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