JPH0618660B2 - 熱間圧延金属材料の冷却温度制御方法及びその装置列 - Google Patents

熱間圧延金属材料の冷却温度制御方法及びその装置列

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JPH0618660B2
JPH0618660B2 JP9404090A JP9404090A JPH0618660B2 JP H0618660 B2 JPH0618660 B2 JP H0618660B2 JP 9404090 A JP9404090 A JP 9404090A JP 9404090 A JP9404090 A JP 9404090A JP H0618660 B2 JPH0618660 B2 JP H0618660B2
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hot
dispersion
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杏坪 村田
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、近年実用化の進展の著しい金属材料のオン
ライン加工熱処理工程において問題になっている冷却過
程における温度分散(バラツキ)を防止しかつ冷却を制
御する方法及びそのための装置に関する。
(従来の技術) オンライン加工熱処理工程(Thermo−Mechanical Contro
l Process,以後TMCPと略記)は、鉄鋼材料の製造
分野で最も実用化が行われているので、以下の説明で
は、鉄鋼のホットストリップミルを例に具体的に記述す
る。
鉄鋼のホットストリップミルでは、通常、熱間圧延加工
後水蒸気を含む大気に約1〜3secさらされ、次いで水
で冷却されて所定の温度でコイル状に巻き取られてい
る。巻取温度は通常550〜650℃程度が多い。しかし、最
近、高強度(40〜60kgf/mm2)でかつ加工性の優れた
熱間圧延鋼板(ホットストリップ)の需要が増え、巻取
温度も500℃以下となる場合も増加している。この低温
巻き取りでは、巻取温度が分散し、その結果として強度
や加工性などの材質が分散し、歩留低下を招いているの
が実情である。
巻取温度の分散防止技術に関しては、ホットストリンプ
の表面粗さ制御によって防止する方法が提案さている。
例えば、特公昭63−54046号、特開昭62−54507号及び特
開昭63−14931号各広報等に開示されている。いずれも
表面をある範囲内の粗さに粗面化することが特徴であ
る。しかし、表面粗さ制御によって巻取温度の分散が軽
減するけれども、100%解消したとは言えないのが実情
である。
このように巻取温度の分散に、冷却される表面の条件が
関与していることが明らかにされたが、その要因として
表面粗さのみしか考慮されていないのが現段階である。
(発明が解決しようとする課題) 金属材料のTMCPにおける冷却温度分散を防止する技
術を構築することが本発明の課題である。この課題を具
体的に例示すれば、例えば鉄鋼のホットストリップミル
の低温巻取温度の分散防止等が挙げられる。
この冷却温度分散は、冷却する時の流体側条件と冷却さ
れる表面側条件の両者によって発生する。本発明者は、
この課題を表面側条件を制御することで解決しようとす
るものである。鉄鋼のホットストリップミルの場合、ホ
ットストリップの表面側条件として考えるべき要因は、
加熱工程での酸化スケールの生成状況、デスケーリング
工程での酸化スケールの剥離状況、仕上圧延工程でロー
ルの摩耗、肌荒れの転写による表面粗さ状況及び仕上圧
延機出口からランアウトテーブル(Run Out Table,以
後ROTと略記)冷却装置入口間での湿度の高い大気中
酸化状況である。ただし、メタラジー的要因は除外し
た。
現実のホットストリップミルでの作業状況を見ると、圧
延速度が鋼種、板厚、仕上温度その他で変化する。それ
故、仕上圧延機出口からROT入口までの大気中酸化時
間は、約0.1〜5secで作業条件によって大幅に変化して
いる。
仕上圧延で生成する圧延新生面は無酸化面であるから、
大気で鋭敏に酸化される。圧延新生面の性状は、大気中
酸化の短い領域で顕著に変化することが冷却実験からも
確認した。それ故、仕上出口〜ROT冷却帯入口間の酸
化条件の安定化が、巻取温度の分散防止に効果があるこ
とが明らかになった。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、より具
体的には、仕上出口〜ROT冷却帯入口間の酸化条件を
制御することによって、巻取温度の分散を防止すること
であると言い直すこともできる。
(課題を解決するための手段) ホットストリンプミルにおいては、仕上出口及び巻取機
入口でホットストリップ温度を測定している。しかし、
この間での温度降下状況すなわち冷却曲線を連続的に測
定することは不可能である。そのために、巻取温度分散
現象の発生機構の解明が遅れている。そこで、圧延新生
面の仕上出口〜ROT冷却帯入口までの大気中酸化が、
冷却特性にどのように影響するかシミュレーションテス
トを行った。
熱間圧延新生面は、鋼管表面を機械加工し金属素地を露
出させ、無酸化雰囲気加熱炉(Nガスパージ、密閉
型)で加熱させることでシミュレーションした。また、
冷却開始までの大気中酸化時間は、第2図に示した鋼管
冷却実験装置で、鋼管の搬送速度の制御あるいは鋼管加
熱炉出口〜冷却装置入口間を、部分的にNガス雰囲気
で囲む方法で制御した。鋼管の内面には等間隔に8本の
熱電対(長手方向中央部)を取付けて、冷却曲線を測定
した。鋼管寸法は外径220×肉厚12.7×長さ4000(mm)
であった。
第3図は大気中酸化時間=Osecの時の冷却曲線群を示
している。また、第4図は大気中酸化時間=200secの時
の冷却曲線群である。
第3図は大気中酸化なしの条件では、冷却初期に緩冷却
となる膜沸騰が発生し、全体として冷却が遅延してい
る。しかし、第4図の大気中酸化あり(時間:20sec)
の時には、膜沸騰が発生せず全体として冷却が促進され
ている。
これらの実験では、各々円周及び長手方向共に酸化条件
が十分に均一であるため、冷却曲線群に分散がなくほと
んど揃っている。つまり、圧延新生面が十分に酸化され
ると、膜沸騰が発生せず冷却が促進される。それに反し
て、圧延新生面が無酸化の時には、膜沸騰が発生して冷
却が遅延する。
それ故、膜沸騰の発生条件として圧延新生面の酸化の進
行状態があることが確認された。また、圧延新生面の酸
化状態が無酸化を含めて均一であれば冷却曲線が揃い、
冷却過程での温度分散は発生しないことが明らかになっ
た。
第5図には、大気中酸化時間3secの時の冷却曲線群を
示した。
この場合には、膜沸騰が混在しているため冷却曲線が分
散し、冷却過程で大きな温度偏差が発生している。その
理由は、圧延新生面の酸化−無酸化条件が中途半端であ
るため、表面性状が均一になっていないためである。
以上の実験結果から、圧延新生面の酸化条件を制御する
ことによって、温度分散を防止できかつ冷却の遅速を制
御できることが確認されたと言える。
ホットストリンプミルの巻取温度分散防止との関連で言
えば、仕上圧延機出口での圧延新生面(無酸化)を、仕
上出口〜ROT冷却帯入口間でホットストリップが通過
する雰囲気の酸化条件を制御することで、巻取温度の分
散を防止できかつ冷却の遅速も制御できることが、シミ
ュレーションテストで確認されたと言える。
実用的には、圧延新生面でも表面性状や酸化の難易度が
場所により分散があるので、第5図に示した通り、中途
半端な酸化は巻取温度に分散を発生させる。それ故、無
酸化あるいは加速酸化が望ましい。更に、現状ミルで圧
延速度が異なれば、圧延新生面の大気中酸化時間が変動
することに対応する。したがって、冷却特性が変動する
ので巻取温度が分散する原因の一つとなる。したがっ
て、仕上出口〜ROT冷却帯入口間で無酸化を含めて酸
化条件を制御すると、圧延条件が変化しても冷却伝熱面
の酸化条件を所望の条件でかつ安定化させることができ
るので、巻取温度の分散が押えられる。
(作用) 鉄鋼のホットストリップミルを例に具体的に記述する。
第1図は本発明の応用例の全体説明図である。本発明の
新機軸は、仕上出口〜ROT冷却帯入口間は大気遮蔽箱
で囲まれ、この箱内はNガス等の無酸化雰囲気あるい
はO富化ガス等の加速酸化雰囲気に制御されているこ
とである。この箱内が無酸化雰囲気の場合を例に述べ
る。
この場合、無酸化の圧延新生面が大気中で酸化されるこ
となく初期の均一状態が保持されるから、表面の酸化条
件は無酸化・均一条件である。圧延速度が変化しても、
同一の無酸化・均一状態が保持されるから、ROTでの
冷却特性が安定し、巻取温度の分散が解消される。
(実施例) 生産用ホットストリップミルの仕上出口〜ROT冷却帯
入口間を箱状に覆い、この箱の入口及び出口はガスカー
テンで空気の侵入を防止した。供試材の主要成分は、
C:0.1%、Mn:1.0%、Si:0.6%、仕上板厚2.6mm
及び出口温度850℃であった。ROT冷却条件も実操業
条件で、目標巻取温度が450℃になるように制御した。
実施例1: 比較のベースで仕上出口〜ROT冷却帯間が開放された
本発明の実施前の条件である。
大気中酸化時間は約2.0secであった。
実施例2: 本発明の実施態様の一つで、箱内にNガスを注入し雰
囲気のO濃度を100ppm以下に制御した。
巻取温度の分散の状況を第1表に整理して示した。
第1表より明らかな通り、圧延新生面を無酸化状態に保
持することによって、巻取温度の分散が激減することが
検証された。
(発明の効果) 金属材料の熱処理工程は一段とTMCP化が進行し、伝
熱面条件が多様化しつつある。酸化条件に限定しても、
圧延新生面の酸化状態は操業条件によって大幅に変化し
ている。従来の冷却技術においては、この点が無視され
ていた。
本発明は、冷却伝熱面の酸化条件を安定化・人為的制御
することによって沸騰冷却不安定現象を防止可能である
ことを実証した。更に、本発明は熱処理冷却における形
状・寸法精度不良及び材質分散を防止する基本技術を構
築しているので、工業的に重要でかつ適用範囲が広い。
圧延新生面の酸化条件の制御法には、各種の酸化・還元
方法が応用可能である。また、前述の通り、冷却過程で
の温度分散には表面条件に限定しても多くの要因が絡ん
でいる。それ故、本発明と各種の要因制御法との組合せ
が一層効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明をホットストリップミルに適応した場合
の概略説明図、第2図はシミュレーションテストに使用
した鋼管冷却実験装置の概略説明図、第3,4及び5図
は鋼管の冷却曲線群で、第3図は鋼管抽出後の大気中酸
化時間t=Osec、第4図はt=20sec及び第4図はt=
3secの時に対応した図表である。 1……仕上圧延機(列) 2……圧延新生面の酸化条件制御装置 3……ROT冷却器、4……巻取機 5……鋼管加熱炉 6……冷却伝熱面の酸化条件制御装置 7……供試鋼管、8……冷却用ヘッダー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属材料の熱間圧延に引き続いて水冷却を
    行う加工熱処理冷却工程において、無酸化圧延新生面を
    大気中で酸化させることなく保持した後、冷却すること
    を特徴とする熱間圧延金属材料の冷却温度制御方法。
  2. 【請求項2】金属材料の熱間圧延に引き続いて水冷却を
    行う加工熱処理冷却工程において、仕上圧延機と冷却装
    置間に、大気を遮断しかつ雰囲気を制御する装置を付加
    したことを特徴とする熱間圧延金属材料の冷却温度制御
    用装置列。
JP9404090A 1990-04-11 1990-04-11 熱間圧延金属材料の冷却温度制御方法及びその装置列 Expired - Lifetime JPH0618660B2 (ja)

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