JP7060003B2 - Steel sheet cooling method, steel sheet manufacturing method, and steel sheet cooling equipment - Google Patents
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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、鋼板の冷却方法および鋼板の製造方法ならびに鋼板の冷却設備に関する。 The present invention relates to a method for cooling a steel sheet, a method for manufacturing a steel sheet, and a cooling facility for a steel sheet, which cool the steel sheet while passing through a cooling zone of a continuous annealing line.
鋼板を製造する際には、連続焼鈍設備において、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)の適用が進んでおり、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(急冷)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、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。 When manufacturing a steel sheet, the material is built in by cooling the steel sheet after heating in a continuous annealing facility to cause a phase transformation. In recent years, the application of high-strength steel sheets (HITEN) has been progressing in the automobile industry for the purpose of achieving both weight reduction of the vehicle body and collision safety, and it is advantageous for manufacturing high-strength steel sheets in order to meet such demand trends. Rapid cooling (quenching) technology is becoming more important. As a water quenching method with the fastest cooling rate, a method of immersing a heated high-temperature steel sheet in water and at the same time injecting cooling water onto the steel sheet by a quench nozzle provided in the water to quench the steel sheet is common. be. However, there is a problem that the steel sheet has a shape defect due to out-of-plane deformation such as warpage and wavy deformation during the rapid cooling.
このような問題に対して、特許文献1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ができる張力変更手段として、ブライドルロールを急冷焼入部前後に設ける手法が提案されている。
In response to such a problem, in
また、特許文献2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の圧縮応力が発生している領域またはその近傍領域で、鋼板両面側から拘束することにより面外変形を抑制する手法が提案されている。
Further, in
また、特許文献3では、急冷焼入れ装置内に一対の拘束ロールを配置し、この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手法が提案されている。
Further,
しかしながら、特許文献1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し、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。
However, in the method described in
また、特許文献2に記載された方法では、ピンチロールが1対しかなく、鋼板の形状矯正効果が小さいと考えられる。
Further, in the method described in
また、特許文献3の急冷焼入れ装置を用いると、急冷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。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る。
Further, although the quenching quenching device of
本発明はかかる事情に鑑みて完成されたものであって、高温の鋼板の急冷時に鋼板に発生する形状不良を抑制しつつ、所望の材質特性を有する鋼板の冷却方法および鋼板の製造方法ならびに鋼板の冷却設備を提供することを課題とする。 The present invention has been completed in view of such circumstances, and is a method for cooling a steel sheet having desired material characteristics, a method for manufacturing the steel sheet, and a steel sheet while suppressing shape defects that occur in the steel sheet during rapid cooling of the high temperature steel sheet. The challenge is to provide cooling equipment for the steel sheet.
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。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the following findings.
Ms点からMf点にかけてマルテンサイト変態が生じるが、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。なお、Ms点とはマルテンサイト変態が開始する温度(マルテンサイト変態開始温度)のことであり、Mf点とはマルテンサイト変態が終了する温度(マルテンサイト変態終了温度)のことである。 Martensitic transformation occurs from the Ms point to the Mf point, but when the cooling rate of the steel sheet in this temperature range decreases, the material properties (for example, tensile strength) of the steel sheet also decrease. The Ms point is the temperature at which martensitic transformation starts (martensite transformation start temperature), and the Mf point is the temperature at which martensitic transformation ends (martensite transformation end temperature).
材料特性を維持するためには、Ms点以下の冷却速度を維持する必要があるが、Ms点より高い温度については、浸漬冷却程度の冷却速度が必要ではなく、マルテンサイト以外の強度が低い組織である、フェライト、パーライト、ベイナイトが生じない程度の冷却速度で十分である。 In order to maintain the material properties, it is necessary to maintain a cooling rate below the Ms point, but for temperatures higher than the Ms point, a cooling rate similar to that of immersion cooling is not required, and the structure has low strength other than martensite. A cooling rate that does not generate ferrite, pearlite, or bainite is sufficient.
一方、冷却速度が大きいと、熱収縮が大きいため、鋼板が変形し、製品形状が劣化する。熱収縮を小さくするためには、鋼板長手方向の温度勾配を小さくすることが重要であり、そのため、鋼板長手方向において、段階的に冷却速度を増加させると良い。 On the other hand, when the cooling rate is high, the heat shrinkage is large, so that the steel sheet is deformed and the product shape is deteriorated. In order to reduce the heat shrinkage, it is important to reduce the temperature gradient in the longitudinal direction of the steel sheet, and therefore, it is preferable to gradually increase the cooling rate in the longitudinal direction of the steel sheet.
冷却速度を段階的に変化させる際、冷却領域(冷却エリア)を区分するため、鋼板を押さえつけるロールを設置することが好ましい。ロールを使用することにより、鋼板上での冷却エリア間の冷媒移動を抑制することができ、また、ロールで鋼板を押さえつけることができるので、鋼板の変形を抑制する効果も期待できる。 When the cooling rate is changed stepwise, it is preferable to install a roll that presses the steel plate in order to divide the cooling area (cooling area). By using the roll, the movement of the refrigerant between the cooling areas on the steel sheet can be suppressed, and since the steel sheet can be pressed by the roll, the effect of suppressing the deformation of the steel sheet can be expected.
以上より、本発明者らは、急冷前に、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冷却し、Ms点以下では急冷を行うことにより、熱収縮により鋼板に与えられる応力を抑制し、形状不良(変形)を抑制しつつ、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と考えた。 From the above, the present inventors cool the steel sheet to a temperature higher than the Ms point at a necessary and sufficient cooling rate before quenching, and quench the steel sheet below the Ms point to apply stress to the steel sheet due to thermal shrinkage. It was considered that a steel sheet having desired material properties such as tensile strength could be manufactured while suppressing the shape defect (deformation).
本発明は上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨は次のとおりである。
[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、
鋼板搬送方向上流側の領域における鋼板の冷却速度を緩冷とするとともに、鋼板搬送方向下流側の領域における鋼板の冷却速度を急冷とし、
かつ、前記鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を、鋼板搬送方向に沿って複数の冷却領域とし、前記鋼板搬送方向下流側の冷却領域の冷却速度が前記鋼板搬送方向上流側の冷却領域の冷却速度以上とする鋼板の冷却方法。
[2]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、
鋼板搬送方向上流側の領域における鋼板の冷却速度を緩冷とするとともに、鋼板搬送方向下流側の領域における鋼板の冷却速度を急冷とし、
かつ、鋼板搬送方向に沿って、前記鋼板搬送方向上流側の領域を1つの緩冷の冷却領域とするとともに、前記鋼板搬送方向下流側の領域を1つの急冷の冷却領域とし、
前記鋼板搬送方向下流側の冷却領域の冷却速度が前記鋼板搬送方向上流側の冷却領域の冷却速度以上とする鋼板の冷却方法。
[3]前記緩冷では、鋼板のマルテンサイト変態開始温度より高い温度まで冷却する[1]または[2]に記載の鋼板の冷却方法。
[4]鋼板のマルテンサイト変態開始温度以上の温度から前記急冷での鋼板の冷却を開始し、前記急冷では、鋼板のマルテンサイト変態終了温度以下の温度まで冷却する[1]~[3]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
[5]前記緩冷において、冷却前の組織から10%以上の組織変態を進行させないように冷却する、[1]~[4]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
[6]前記緩冷は、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種の冷媒を鋼板に噴射する[1]~[5]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
[7]前記急冷は、冷却液を鋼板に噴射する[1]~[6]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
[8]鋼板を板厚方向に押さえつけるロールによって、前記鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を区分する[1]~[7]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
[9]前記冷却領域において、下記式(1)を満たす条件で冷却を行うことを特徴とする[1]~[8]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[1] A method for cooling a steel sheet used in a cooling zone of a continuous annealing line.
The cooling rate of the steel sheet in the region upstream in the steel sheet transport direction is slowed down, and the cooling rate of the steel sheet in the region downstream in the steel sheet transport direction is rapidly cooled.
Further, the regions on the upstream side and the downstream side in the steel sheet transport direction are set as a plurality of cooling regions along the steel sheet transport direction, and the cooling rate of the cooling region on the downstream side in the steel sheet transport direction is the cooling region on the upstream side in the steel sheet transport direction. A method for cooling steel sheets that is faster than the cooling rate.
[2] A method for cooling a steel sheet used in the cooling zone of a continuous annealing line.
The cooling rate of the steel sheet in the region upstream in the steel sheet transport direction is slowed down, and the cooling rate of the steel sheet in the region downstream in the steel sheet transport direction is rapidly cooled.
Further, along the steel sheet transport direction, the region on the upstream side in the steel sheet transport direction is designated as one slow cooling cooling region, and the region on the downstream side in the steel plate transport direction is designated as one quenching cooling region.
A method for cooling a steel plate, wherein the cooling rate of the cooling region on the downstream side in the steel plate transport direction is equal to or higher than the cooling rate of the cooling region on the upstream side in the steel plate transport direction.
[3] The method for cooling a steel sheet according to [1] or [2], wherein in the slow cooling, the steel sheet is cooled to a temperature higher than the martensitic transformation start temperature of the steel sheet.
[4] Cooling of the steel sheet by the rapid cooling is started from a temperature equal to or higher than the martensite transformation start temperature of the steel sheet, and in the rapid cooling, the steel sheet is cooled to a temperature equal to or lower than the martensite transformation end temperature of the steel sheet [1] to [3]. The method for cooling a steel plate according to any one.
[5] The method for cooling a steel sheet according to any one of [1] to [4], wherein in the slow cooling, the structure is cooled so as not to proceed with a structure transformation of 10% or more from the structure before cooling.
[6] The slow cooling of the steel sheet according to any one of [1] to [5], wherein the slow cooling is performed by injecting a refrigerant of any one selected from gas, liquid, and a mixture of gas and liquid onto the steel sheet. Cooling method.
[7] The method for cooling a steel sheet according to any one of [1] to [6], wherein the quenching is a method of injecting a cooling liquid onto a steel sheet.
[8] The method for cooling a steel sheet according to any one of [1] to [7], wherein the regions on the upstream side and the downstream side in the steel sheet transport direction are divided by a roll that presses the steel sheet in the plate thickness direction.
[9] The method for cooling a steel sheet according to any one of [1] to [8], wherein the cooling region is cooled under the condition of satisfying the following formula (1).
[10][1]~[9]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法を用いる、鋼板の製造方法。
[11]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、
鋼板搬送方向上流側の領域における鋼板の冷却速度を緩冷として鋼板を冷却する緩冷却装置と、
鋼板搬送方向下流側の領域における鋼板の冷却速度を急冷として鋼板を冷却する急冷装置とを備え、
前記鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を、鋼板搬送方向に沿って複数の冷却領域とし、前記鋼板搬送方向下流側の冷却領域の冷却速度が前記鋼板搬送方向上流側の冷却領域の冷却速度以上とする鋼板の冷却設備。
[12]鋼板を板厚方向に押さえつけるロールによって、前記鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を区分する[11]に記載の鋼板の冷却設備。
[13]前記緩冷却装置は、鋼板表裏面に設置されて、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種である冷媒を噴射する冷媒噴射装置を備え、
前記急冷装置は、表裏面に設置されて、冷却液を噴射する冷却液噴射装置を備える[11]または[12]に記載の鋼板の冷却設備。
[10] A method for manufacturing a steel sheet using the method for cooling a steel sheet according to any one of [1] to [9].
[11] A steel plate cooling device used in the cooling zone of a continuous annealing line.
A slow cooling device that cools the steel sheet by slowing down the cooling rate of the steel sheet in the area upstream of the steel sheet transport direction.
It is equipped with a quenching device that cools the steel sheet by quenching the cooling rate of the steel sheet in the area downstream in the steel sheet transport direction.
The regions on the upstream side and the downstream side in the steel sheet transport direction are defined as a plurality of cooling regions along the steel sheet transport direction, and the cooling rate of the cooling region on the downstream side in the steel sheet transport direction is the cooling rate of the cooling region on the upstream side in the steel sheet transport direction. The above steel sheet cooling equipment.
[12] The steel sheet cooling equipment according to [11], wherein the regions on the upstream side and the downstream side in the steel plate transport direction are divided by a roll that presses the steel plate in the plate thickness direction.
[13] The slow cooling device includes a refrigerant injection device installed on the front and back surfaces of a steel sheet and injecting a refrigerant which is one of a gas, a liquid, and a mixture of a gas and a liquid.
The steel plate cooling equipment according to [11] or [12], wherein the quenching device is installed on the front and back surfaces and includes a coolant injection device for injecting a coolant.
本発明によれば、形状不良を抑制しつつ、所望の材質特性を有する鋼板を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a steel sheet having desired material characteristics while suppressing shape defects.
以下、本発明について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明の冷却設備100を示す模式図である。本発明の冷却設備は、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される。なお、図1中の矢印は、鋼板Sの搬送方向を示す。
FIG. 1 is a schematic view showing the
本発明の冷却設備100は、緩冷却装置1と急冷装置2とを備える。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Sが、緩冷却装置1にて冷却された後、急冷装置2にて冷却される。なお、急冷装置2での冷却後、鋼板Sはロール6により搬送方向が変更されて、後工程に導かれる。
The
本発明では、緩冷却装置1は、鋼板搬送方向上流側の領域における鋼板Sの冷却速度を緩冷として鋼板Sを冷却する。急冷装置2は、鋼板搬送方向下流側の領域における鋼板Sの冷却速度を緩冷として鋼板Sを冷却する。
In the present invention, the
本発明では、鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を、鋼板搬送方向に沿って複数の冷却領域とし、鋼板搬送方向下流側の冷却領域の冷却速度が鋼板搬送方向上流側の冷却領域の冷却速度以上となるように、鋼板を冷却する。冷却速度が大きいと、熱収縮が大きいため、鋼板が変形し、製品形状が劣化する。熱収縮を小さくするためには、鋼板長手方向の温度勾配を小さくすることが重要である。本発明では、鋼板長手方向において上流側よりも下流側の冷却速度を増加させることにより、従来のような高温の鋼板の急冷時に鋼板に発生し得る形状不良を抑制することができる。 In the present invention, the regions on the upstream side and the downstream side in the steel sheet transport direction are set as a plurality of cooling regions along the steel sheet transport direction, and the cooling rate of the cooling region on the downstream side in the steel sheet transport direction is the cooling of the cooling region on the upstream side in the steel sheet transport direction. Cool the steel sheet so that it exceeds the speed. When the cooling rate is high, the heat shrinkage is large, so that the steel sheet is deformed and the product shape is deteriorated. In order to reduce the heat shrinkage, it is important to reduce the temperature gradient in the longitudinal direction of the steel sheet. In the present invention, by increasing the cooling rate on the downstream side rather than the upstream side in the longitudinal direction of the steel sheet, it is possible to suppress the shape defect that may occur in the steel sheet during rapid cooling of the high temperature steel sheet as in the conventional case.
また、本発明では、緩冷の冷却領域と急冷の冷却領域がそれぞれ1つずつの場合でも、複数の冷却領域の場合と同様に、鋼板長手方向において上流側よりも下流側の冷却速度を増加させることができ、従来のような高温の鋼板の急冷時に鋼板に発生し得る形状不良を抑制することができる。 Further, in the present invention, even when there is one cooling region for slow cooling and one cooling region for rapid cooling, the cooling rate on the downstream side is increased in the longitudinal direction of the steel sheet as in the case of a plurality of cooling regions. It is possible to suppress the shape defect that may occur in the steel sheet when the high temperature steel sheet is rapidly cooled as in the conventional case.
冷却速度を鋼板搬送方向上流側よりも鋼板搬送方向下流側の方が大きくなるように変化させる際、複数の冷却領域(冷却エリア)を区分するため、鋼板Sを板厚方向に押さえつけるロール3を設置することが好ましい。例えば図1に示すように、鋼板Sの表裏面にロール3を設置することにより、鋼板S上での冷却エリアZ(Z1、Z2、Z3、Z4)間の冷媒移動を抑制することができ、また、ロール3で鋼板Sを押さえつけることができるので、鋼板の変形を抑制する効果も期待できる。ロール3の設置数(すなわち冷却エリアZの数)については特に制限がない。なお、鋼板Sの表裏面に少なくとも1対のロール3を設置するのが好ましく、ロール3をオフセットさせてもよい。オフセットさせる場合は、鋼板Sの長手方向にロール3の直径以下となるようにオフセットさせることが好ましい。また、冷却エリア(=ロールピッチ)の長さについては、冷却速度が速いほど変形しやすく、また、ロールピッチが短いほど変形を抑制しやすい、という2点から、緩冷側(鋼板搬送方向上流側)は冷却エリアを長くとっても鋼板の変形が生じにくくなる。したがって、緩冷側(鋼板搬送方向上流側)の冷却エリアのエリア長を長くしても、特に問題ない。
When changing the cooling rate so that the downstream side in the steel plate transport direction is larger than the upstream side in the steel plate transport direction, a
なお、一例として、図1では、緩冷却装置1と急冷装置2との境界に1対のロール3が設置されており、緩冷却装置1および急冷装置2において、いずれも2対のロール3が設置されている。これにより4つの冷却エリアZ1~Z4ができ、Z1もしくはZ2の冷却速度より、Z3もしくはZ4の冷却速度の方が大きいという設定になる。
As an example, in FIG. 1, a pair of
緩冷却装置1において緩冷する際、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種の冷媒を鋼板Sに噴射することが好ましい。冷媒の具体的な種類は鋼板Sに含有される化学成分に応じて選択すれば良い。必要以上に鋼板Sを酸化させたくない場合は、窒素などの不活性ガスを気体として使用すれば良い。
When slowing down in the
緩冷却装置1において緩冷する場合、例えば、図1に示すように、各冷却エリアZ内に設置される冷媒噴射装置4を用いて、鋼板Sの表裏面に冷媒を噴射すればよい。なお、冷媒噴射装置4は冷媒を噴射するノズルを有している。図1は、冷媒噴射装置4が鋼板Sの表裏面および幅方向に複数設置されている一例であるが、このような配置に限定されない。
鋼板表裏面での冷却能力が同等であれば、ロール3間において冷媒噴射装置4は相対して設置する必要はない。
In the case of slow cooling in the
If the cooling capacities on the front and back surfaces of the steel sheet are the same, it is not necessary to install the
次に、緩冷却装置1で緩冷にて冷却された後の鋼板Sは、急冷装置2に搬送されて急冷される。急冷装置2で急冷する際、例えば、図1に示すように、各冷却エリアZ内に設置される複数の冷却液噴射装置5を用いて、鋼板Sの表裏面に冷却液を噴射すればよい。なお、冷却液噴射装置5は冷却液を噴射するノズルを有している。冷却液噴射装置5は鋼板Sの表裏面および幅方向に複数設置され、鋼板Sの両面に冷却液を噴射すればよい。冷却液としては、例えば冷却水が好ましい。このように冷却液の噴射により例えば冷却液の温度まで冷却された鋼板は、次の工程へと搬送される。
Next, the steel sheet S after being slowly cooled by the
鋼板Sは、緩冷却装置1および急冷装置2によって急冷されることにより熱収縮する。特に、鋼板S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Sの温度がマルテンサイト変態開始温度であるMs点からマルテンサイト変態が終了する温度であるMf点となったときに、鋼板Sに急激な熱収縮と変態膨張が同時に生じ、鋼板Sに働く応力が大きくなり、形状が崩れやすい。
The steel sheet S is thermally shrunk by being rapidly cooled by the
特許文献3に記載されるように、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、急冷装置で冷却される。その場合、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。
As described in
鋼板の変形を抑制するために、本発明では、Ms点より高い温度については、急冷装置2よりも遅い冷却速度で緩冷却装置1にて緩冷で冷却し、Ms点以上の温度から急冷装置2で急冷を行うことが好ましい。すなわち、緩冷却装置1での緩冷による鋼板Sの冷却は、Ms点より高い温度で行うことが好ましい。また、急冷装置2での急冷による鋼板Sの冷却は、鋼板SのMs点以上の温度から急冷での鋼板の冷却を開始し、鋼板のMf点以下の温度まで急冷で鋼板を冷却することが好ましい。
In order to suppress the deformation of the steel sheet, in the present invention, the temperature higher than the Ms point is cooled by the
なお、Ms点やMf点の温度は、鋼板の成分組成から推定することができる。例えば、引張強度1500MPa級の鋼の場合、図2に示すようなCCT線図から、緩冷却装置1での緩冷による冷却は、420℃より高い温度で停止することが好ましい。急冷装置2による急冷は、420℃以上から開始し、50℃以下まで冷却することが好ましい。また、鋼板の温度は、鋼板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。
The temperature at the Ms point and the Mf point can be estimated from the component composition of the steel sheet. For example, in the case of steel having a tensile strength of 1500 MPa class, it is preferable that the cooling by the slow cooling in the
変形を抑制し、良好な鋼板形状にするためには、前述のようにロールで区切られた冷却エリアと冷却速度を制御すれば良いが、本発明者らが解析および実験から求めた下記の判定式(1)を用いて判断すれば良い。 In order to suppress deformation and obtain a good steel plate shape, it is sufficient to control the cooling area and the cooling rate separated by rolls as described above, but the following determinations obtained by the present inventors from analysis and experiment The judgment may be made using the equation (1).
式(1)において、Vは通板速度(m/s)、νはポアソン比(=0.3)、αは線膨張係数(=12×10-6/℃)、Cvtは冷却速度と板厚の積(単位は℃・m/s)、kは変形係数(=840)、πは円周率、Lはロールで区切られた冷却エリア長(単位はm)、tは板厚(単位はm)である。各冷却エリアにおいて上式で判定を行い、すべての冷却エリアで上式を満足するようにすれば、鋼板の変形を抑制することが可能である。 In equation (1), V is the plate passing speed (m / s), ν is the Poisson's ratio (= 0.3), α is the linear expansion coefficient (= 12 × 10 -6 / ° C), and C vt is the cooling rate. Product of plate thickness (unit is ° C.m / s), k is deformation coefficient (= 840), π is pi, L is cooling area length separated by roll (unit is m), t is plate thickness (unit: m) The unit is m). It is possible to suppress the deformation of the steel sheet by making a judgment by the above formula in each cooling area and satisfying the above formula in all the cooling areas.
なお、式の導出については、以下のとおりである。
冷却により鋼板にかかる応力は下記式(2)で表される。
The derivation of the equation is as follows.
The stress applied to the steel sheet by cooling is expressed by the following equation (2).
ここでσは応力、ΔTは冷却前後の温度差である。また、Eはヤング率(Pa)である。
ロール間の温度差については、ΔTであることから、以下の式(3)で表される。
Here, σ is the stress and ΔT is the temperature difference before and after cooling. Further, E is Young's modulus (Pa).
Since the temperature difference between the rolls is ΔT, it is expressed by the following equation (3).
上記2式より、以下の式(4)を導き出すことができる。 The following equation (4) can be derived from the above two equations.
また、文献:座屈設計のガイドライン作成小委員会、鋼構造シリーズ2 座屈設計ガイドライン、土木学会、1987年 より、以下の式(5)が知られている。
In addition, the following formula (5) is known from the literature: Buckling Design Guideline Development Subcommittee,
ここで、σcrは座屈が生じる限界応力、πは円周率である。
σ>σcrで座屈が生じるため、それを回避できる条件は、以下の式(1)となる。
Here, σ cr is the critical stress at which buckling occurs, and π is the pi.
Since buckling occurs when σ> σ cr , the condition for avoiding it is the following equation (1).
本発明において、緩冷却装置1での緩冷による冷却は、マルテンサイトを含めて急冷前に10%以上の組織変態が生じないように冷却速度を制御することが望ましい。本発明において、急冷状態(急冷装置2での急冷)における組織は、100%変態が生じたマルテンサイトであることが望ましい。したがって、緩冷において、冷却前の組織から10%以上の組織変態を進行させないように冷却することが好ましい。図2に示す引張強度1500MPa級鋼のCCT線図のように、例えば、この鋼については、冷却開始後、約10秒でフェライト変態やベイナイト変態が生じ、Ms点が420℃である。図2に示すように、Ms点以上でも長時間が経過するとフェライト変態やベイナイト変態が生じる。したがって、そのような変態率を10%未満にすることが好ましい。なお、図2において、焼鈍温度850℃だと、約10秒でMs点の420℃まで冷却するために、平均冷却速度が約45℃/s以上であることが好ましい。
In the present invention, it is desirable to control the cooling rate of the cooling by slow cooling in the
なお、変態開始までの時間については、フォーマスタ等の装置で測定することが可能であり、また、緩冷却装置1と急冷装置2との間に特開平8-62181号公報に記載される変態率センサ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、急冷前の冷却速度を制御すれば良い。
The time until the start of transformation can be measured by an apparatus such as Formaster, and the transformation described in JP-A-8-62181 between the
また、緩冷却装置1での緩冷の際の冷却速度については、気体もしくは液体の流量を変化させる、流速を変化させる、混合比を変化させる、といった手法により制御すれば良い。
Further, the cooling rate at the time of slow cooling in the
また、冷却速度が速いほど、熱収縮により鋼板Sが受ける応力が大きくなるため、緩冷において、下限に近い冷却速度、すなわち緩冷で変態を生じない最低限の冷却速度で冷却することが好ましい。なお、緩冷却装置1での緩冷と急冷装置2での急冷について、緩冷は10℃/s以上500℃/s未満であることが好ましく、急冷は500~2000℃/sであることが好ましい。
Further, the faster the cooling rate, the greater the stress applied to the steel sheet S due to heat shrinkage. Therefore, in slow cooling, it is preferable to cool at a cooling rate close to the lower limit, that is, at the minimum cooling rate at which slow cooling does not cause transformation. .. Regarding the slow cooling in the
また、図1では、鋼板通板ラインの両側にそれぞれ4つずつノズル4、5を設けた場合であるが、鋼板Sを両面側から冷却できればよく、鋼板S通板ラインの両側に最低2つずつ(緩冷却装置1に最低1つ、急冷装置2に最低1つ)でも、それぞれ複数設けられていてもよい。
Further, in FIG. 1, four
以上より、本発明によれば、形状不良を抑制しつつ、所望の材質特性を有する鋼板を得ることができる。すなわち、本発明の冷却方法を鋼板の製造設備に適用することにより、形状不良を抑制しつつ、所望の材質特性を有する鋼板を製造することができる。 From the above, according to the present invention, it is possible to obtain a steel sheet having desired material characteristics while suppressing shape defects. That is, by applying the cooling method of the present invention to the steel sheet manufacturing equipment, it is possible to manufacture a steel sheet having desired material characteristics while suppressing shape defects.
以下に、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、実施例はなんら本発明を限定するものではない。 Hereinafter, examples will be described for further understanding of the present invention. The examples do not limit the present invention in any way.
図1の冷却設備を用いて、板厚1.0~2.0mm、板幅1000mm、引張強度1500MPa級の冷延鋼板を製造した。鋼板の焼鈍炉直後の温度が850℃、冷却完了温度30℃(水温)の条件で冷却を行った。なお、鋼板のMs点は420℃、Mf点は200℃である。 Using the cooling equipment shown in FIG. 1, a cold-rolled steel sheet having a plate thickness of 1.0 to 2.0 mm, a plate width of 1000 mm, and a tensile strength of 1500 MPa was manufactured. Cooling was performed under the conditions that the temperature immediately after the annealing furnace of the steel sheet was 850 ° C. and the cooling completion temperature was 30 ° C. (water temperature). The Ms point of the steel sheet is 420 ° C., and the Mf point is 200 ° C.
発明例1では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表1の条件で冷却を行った。 In Invention Example 1, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mmp, and cooling was performed under the conditions shown in Table 1.
発明例2では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表2の条件で冷却を行った。 In Invention Example 2, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 2.
発明例3では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表3の条件で冷却を行った。 In Invention Example 3, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mmp, and cooling was performed under the conditions shown in Table 3.
発明例4では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表4の条件で冷却を行った。 In Invention Example 4, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 4.
発明例5では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表5の条件で冷却を行った。 In Invention Example 5, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mmp, and cooling was performed under the conditions shown in Table 5.
発明例6では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表6の条件で冷却を行った。 In Invention Example 6, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 6.
発明例7では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表7の条件で冷却を行った。 In Invention Example 7, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 7.
発明例8では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表8の条件で冷却を行った。 In Invention Example 8, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 8.
発明例9では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表9の条件で冷却を行った。 In Invention Example 9, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 9.
発明例10では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表10の条件で冷却を行った。 In Invention Example 10, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 10.
比較例1では、急冷前の冷却装置は不使用とし、急冷のみを、板厚1.2mm条件では、167mpm(冷却速度1250℃/s)で行った。 In Comparative Example 1, the cooling device before quenching was not used, and only quenching was performed at 167 mpm (cooling rate 1250 ° C./s) under the condition of a plate thickness of 1.2 mm.
比較例2では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表11の条件で冷却を行った。 In Comparative Example 2, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mmp, and cooling was performed under the conditions shown in Table 11.
比較例3では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表12の条件で冷却を行った。 In Comparative Example 3, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 12.
比較例4では、板厚1.2mm、通板速度167mpmとし、表13の条件で冷却を行った。 In Comparative Example 4, the plate thickness was 1.2 mm, the plate passing speed was 167 mmp, and cooling was performed under the conditions shown in Table 13.
比較例5では、板厚1.8mm、通板速度111mpmとし、表14の条件で冷却を行った。 In Comparative Example 5, the plate thickness was 1.8 mm, the plate passing speed was 111 mpm, and cooling was performed under the conditions shown in Table 14.
得られた鋼板について、引張強度および鋼板形状を評価した。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。引張強度が1470MPa未満は×、1470MPa以上1500MPa未満は○、1500MPa以上は◎とした。 The tensile strength and the shape of the steel sheet were evaluated for the obtained steel sheet. The tensile strength was determined by collecting JIS No. 5 tensile test pieces and conducting a tensile test in accordance with the provisions of JIS Z 2241 so that the tensile direction is the rolling direction. When the tensile strength was less than 1470 MPa, it was evaluated as x, when it was 1470 MPa or more and less than 1500 MPa, it was evaluated as ◯, and when it was 1500 MPa or more, it was evaluated as ⊚.
また、鋼板形状については、式(1)を満足するか否かを以下の基準で判定した。
◎:緩冷、急冷ともに式(1)を満足し、その結果、鋼板の反りが0mm以上5mm未満となったもの
〇:急冷において式(1)を満足し、その結果、鋼板の反りが5mm以上10mm未満となったもの
×:緩冷、急冷ともに式(1)を満足せず、鋼板の反りが10mm以上となったもの
結果を表15に示す。
Further, regarding the shape of the steel plate, it was determined based on the following criteria whether or not the formula (1) was satisfied.
⊚: Both slow cooling and quenching satisfy the formula (1), and as a result, the warp of the steel sheet is 0 mm or more and less than 5 mm. More than 10 mm ×: The steel sheet did not satisfy the formula (1) in both slow cooling and quenching, and the warpage of the steel sheet was 10 mm or more. The results are shown in Table 15.
本発明例はいずれも引張強度および鋼板形状を満足した。一方で、比較例1では、急冷温度が高く、急冷による熱収縮が大きく、鋼板の反りが大きくなった。また、比較例2、3では、急冷温度が低く、マルテンサイト変態が不十分であり、鋼板の引張強度が低下した。また、急冷前の緩冷においても、一部の冷却領域で冷却速度が逆転しているため、形状も悪化した。 All of the examples of the present invention satisfied the tensile strength and the shape of the steel plate. On the other hand, in Comparative Example 1, the quenching temperature was high, the heat shrinkage due to the quenching was large, and the warp of the steel sheet was large. Further, in Comparative Examples 2 and 3, the quenching temperature was low, the martensitic transformation was insufficient, and the tensile strength of the steel sheet was lowered. Further, even in the slow cooling before quenching, the cooling rate is reversed in a part of the cooling region, so that the shape is also deteriorated.
1 緩冷却装置
2 急冷装置
3 ロール
4 冷媒噴射装置
5 冷却液噴射装置
6 ロール
100 冷却設備
S 鋼板
Z(Z1~Z4) 冷却エリア
1
Claims (7)
鋼板搬送方向上流側の領域において、鋼板のマルテンサイト変態開始温度より高い温度まで冷却速度10℃/s以上500℃/s未満で緩冷し、
鋼板搬送方向下流側の領域において、鋼板のマルテンサイト変態開始以上の温度から、鋼板のマルテンサイト変態終了温度以下の温度まで、鋼板の冷却速度500℃/s~2000℃/sで急冷し、
かつ、前記鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を、鋼板を板厚方向に押さえつけるロールによって、鋼板搬送方向に沿ってさらに1以上の冷却エリアに区分し、1つの冷却エリアの冷却速度は、それよりも前段のすべての冷却エリアの冷却速度よりも大きく、
それぞれの冷却エリアにおいて、式(1)を満たすように、冷却を行う鋼板の冷却方法。
In the region on the upstream side in the steel sheet transport direction, the steel sheet is slowly cooled to a temperature higher than the martensitic transformation start temperature at a cooling rate of 10 ° C./s or more and less than 500 ° C./s.
In the region downstream of the steel sheet transport direction, the steel sheet is rapidly cooled at a cooling rate of 500 ° C./s to 2000 ° C./s from the temperature above the start of martensitic transformation of the steel sheet to the temperature below the end temperature of martensitic transformation of the steel sheet.
Further, the regions on the upstream side and the downstream side in the steel plate transport direction are further divided into one or more cooling areas along the steel plate transport direction by a roll that presses the steel plate in the plate thickness direction, and the cooling rate of one cooling area is set. It is higher than the cooling rate of all the cooling areas in the previous stage,
A method for cooling a steel sheet that is cooled so as to satisfy the formula (1) in each cooling area.
鋼板搬送方向上流側の領域において、鋼板のマルテンサイト変態開始温度より高い温度まで冷却速度10℃/s以上500℃/s未満で緩冷する緩冷却装置と、
鋼板搬送方向下流側の領域において、鋼板のマルテンサイト変態開始以上の温度から、鋼板のマルテンサイト変態終了温度以下の温度まで、鋼板の冷却速度500℃/s~2000℃/sで急冷する急冷装置とを備え、
前記鋼板搬送方向上流側および下流側の領域を、鋼板搬送方向に沿ってさらに1以上の冷却エリアに区分する、鋼板を板厚方向に押さえつけるロールと、を備え、
1つの冷却エリアの冷却速度は、それよりも前段のすべての冷却エリアの冷却速度よりも大きく、
それぞれの冷却エリアにおいて、式(1)を満たすように、冷却を行う鋼板の冷却設備。
In the region on the upstream side in the steel sheet transport direction, a slow cooling device that slowly cools the steel sheet to a temperature higher than the martensitic transformation start temperature at a cooling rate of 10 ° C./s or more and less than 500 ° C./s.
Quenching device that quenches the steel sheet at a cooling rate of 500 ° C / s to 2000 ° C / s from the temperature above the martensitic transformation start temperature of the steel sheet to the temperature below the martensitic transformation end temperature of the steel sheet in the region downstream in the steel sheet transport direction. And with
A roll for pressing the steel plate in the plate thickness direction, which further divides the upstream and downstream regions in the steel plate transport direction into one or more cooling areas along the steel plate transport direction, is provided.
The cooling rate of one cooling area is higher than the cooling rate of all the cooling areas in the previous stage.
A steel plate cooling facility that cools each cooling area so as to satisfy the formula (1).
前記急冷装置は、表裏面に設置されて、冷却液を噴射する冷却液噴射装置を備える請求項6に記載の鋼板の冷却設備。 The slow cooling device includes a refrigerant injection device installed on the front and back surfaces of a steel sheet and injecting a refrigerant which is one of a gas, a liquid, and a mixture of a gas and a liquid.
The steel plate cooling equipment according to claim 6, wherein the quenching device is installed on the front and back surfaces and includes a coolant injection device for injecting a coolant.
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