JPH0672270B2 - ストリツプの熱処理方法 - Google Patents
ストリツプの熱処理方法Info
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- JPH0672270B2 JPH0672270B2 JP61001306A JP130686A JPH0672270B2 JP H0672270 B2 JPH0672270 B2 JP H0672270B2 JP 61001306 A JP61001306 A JP 61001306A JP 130686 A JP130686 A JP 130686A JP H0672270 B2 JPH0672270 B2 JP H0672270B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
-
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
- C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
- C21D9/562—Details
- C21D9/563—Rolls; Drums; Roll arrangements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は連続焼鈍設備におけるストリップの熱処理方法
に関する。
に関する。
<従来の技術> 連続焼鈍設備における冷却ロールによるストリップの冷
却方法として種々提案されているが、その1例として、
特開昭58−96824号公報にはロール径がある関係を満た
す冷却ロールにてストリップを冷却する方法が開示され
ている。この発明は、ストリップの冷却ロールに関し、
そのロール径をロール1本で冷却するストリップの温度
降下量に基づいて決定したものである。即ち、ロール1
本での冷却量が20℃以下の場合、冷却効率が悪く、冷却
ロールの本数が増大することから実機適用が難しくなる
としている。またロール1本での冷却量が150℃以上の
場合には、ストリップに冷却ムラが生じ易く、良好なス
トリップとなし難いとしている。
却方法として種々提案されているが、その1例として、
特開昭58−96824号公報にはロール径がある関係を満た
す冷却ロールにてストリップを冷却する方法が開示され
ている。この発明は、ストリップの冷却ロールに関し、
そのロール径をロール1本で冷却するストリップの温度
降下量に基づいて決定したものである。即ち、ロール1
本での冷却量が20℃以下の場合、冷却効率が悪く、冷却
ロールの本数が増大することから実機適用が難しくなる
としている。またロール1本での冷却量が150℃以上の
場合には、ストリップに冷却ムラが生じ易く、良好なス
トリップとなし難いとしている。
これらの認識に立ち、特開昭58−96824においては伝熱
モデルを作成し、下式(1)(2)に示すストリップ放
熱量Qsとストリップロール間伝熱量Qrを等値をした上で
式(3)に代入し、ロール外径D、熱通過量K、板厚t
及びライン速度Lsの関係を式(4)のように規定してい
る。
モデルを作成し、下式(1)(2)に示すストリップ放
熱量Qsとストリップロール間伝熱量Qrを等値をした上で
式(3)に代入し、ロール外径D、熱通過量K、板厚t
及びライン速度Lsの関係を式(4)のように規定してい
る。
<発明が解決しようとする問題点> 本発明者らは先願発明者と同様にロールによりストリッ
プを加熱ないし冷却する方法について、数百回に及ぶ実
験を繰り返したところ、特願昭58−96824号に開示され
る条件ではまだ不十分であることが判った。例えば、冷
却後ストリップに温度むらを生ずるもの、あるいは冷却
中にストリップが著しく変形して座屈し、しわ状の歪、
いわゆるクーリングバックルを生ずるものがあった。
プを加熱ないし冷却する方法について、数百回に及ぶ実
験を繰り返したところ、特願昭58−96824号に開示され
る条件ではまだ不十分であることが判った。例えば、冷
却後ストリップに温度むらを生ずるもの、あるいは冷却
中にストリップが著しく変形して座屈し、しわ状の歪、
いわゆるクーリングバックルを生ずるものがあった。
本発明者らは、これらの原因について、数百に及ぶロー
ルによる加熱,冷却の実験データを詳細に解析した結
果、ロールとストリップの接触状態がストリップ冷却
(あるいは加熱)後の温度むらに大きく影響を及ぼすこ
と、ロール自体の自重,流通されている熱媒の重量,ス
トリップテンション等によるたわみに大きく支配されて
いることが判明した。
ルによる加熱,冷却の実験データを詳細に解析した結
果、ロールとストリップの接触状態がストリップ冷却
(あるいは加熱)後の温度むらに大きく影響を及ぼすこ
と、ロール自体の自重,流通されている熱媒の重量,ス
トリップテンション等によるたわみに大きく支配されて
いることが判明した。
本発明は、ストリップの塑性変形、ロールシェルの熱
歪、ロールシェルの強度上の制約及び伝熱上の制約の4
つの要件を考慮することにより、ストリップの加熱、冷
却むら及びこれに起因するストリップの変形を防止する
ことのできるストリップの熱処理方法を提供することを
目的とする。
歪、ロールシェルの強度上の制約及び伝熱上の制約の4
つの要件を考慮することにより、ストリップの加熱、冷
却むら及びこれに起因するストリップの変形を防止する
ことのできるストリップの熱処理方法を提供することを
目的とする。
<問題点を解決するための手段> 斯かる目的を達成するための本発明の構成は内部に熱媒
を流通させた加熱あるいは冷却ロールにストリップを接
触させて加熱あるいは冷却する方法において、次式の関
係をすべて満たすロール外径D,ロールシェル厚δR,ロ
ール表面粗度σ2のロールを使用することを特徴とする
連続焼鈍設備におけるストリップの熱処理方法。
を流通させた加熱あるいは冷却ロールにストリップを接
触させて加熱あるいは冷却する方法において、次式の関
係をすべて満たすロール外径D,ロールシェル厚δR,ロ
ール表面粗度σ2のロールを使用することを特徴とする
連続焼鈍設備におけるストリップの熱処理方法。
<作用> まず、第1図を参照して、ロール1上のストリップ3が
塑性変形を起こさないための条件を示す。同図に示され
るようにストリップ3には、単位断面積当りユニットテ
ンションUTの張力が作用する(このユニットテンション
UTは板幅方向の関数である。)と共にロール外径Dに沿
って湾曲しているので曲げ応力が作用している。従って
ストリップ3の外表面に作用する張力の和は(ET/D+U
T)となる。この張力の和の第1項は板厚の関数であ
り、板厚の増加により増大する。従って、最大の板厚t
maxであっても、曲げによる応力とユニットテンション
の和(Etmax/D+UT)がストリップ3の降伏応力σsより
小さくしなければ、ストリップ3は塑性変形を起こして
しまう。即ち、ストリップ3の塑性変形を防止するに
は、下式(5)が満たされる必要がある。
塑性変形を起こさないための条件を示す。同図に示され
るようにストリップ3には、単位断面積当りユニットテ
ンションUTの張力が作用する(このユニットテンション
UTは板幅方向の関数である。)と共にロール外径Dに沿
って湾曲しているので曲げ応力が作用している。従って
ストリップ3の外表面に作用する張力の和は(ET/D+U
T)となる。この張力の和の第1項は板厚の関数であ
り、板厚の増加により増大する。従って、最大の板厚t
maxであっても、曲げによる応力とユニットテンション
の和(Etmax/D+UT)がストリップ3の降伏応力σsより
小さくしなければ、ストリップ3は塑性変形を起こして
しまう。即ち、ストリップ3の塑性変形を防止するに
は、下式(5)が満たされる必要がある。
これをロール外径Dについて解けば下式(6)となる。
Etmax/(σs−UT)<D …(6) しかしながら、第6図に本発明者らの実験結果を示すよ
うに、式(6)を満足しなくても、操業下において品質
上問題となるストリップ3の塑性変形は起こらず、下式
(7)に示すように、式(6)の1/2.8のロール外径以
上の範囲で操業下において何んら品質上問題とならなか
った。
うに、式(6)を満足しなくても、操業下において品質
上問題となるストリップ3の塑性変形は起こらず、下式
(7)に示すように、式(6)の1/2.8のロール外径以
上の範囲で操業下において何んら品質上問題とならなか
った。
Etmax/(σs−UT)<2.8D …(7) 尚、第6図において、直線aよりも下の範囲が式(6)
を満足するロール径Dの範囲,直線bよりも下の範囲が
式(7)を満足するロール径Dの範囲を各々示してお
り、直線bよりも上の範囲の×印は好ましくない結果を
示し、また直線aよりも上で直線bよりも下の範囲の○
印は良好な結果を示している。
を満足するロール径Dの範囲,直線bよりも下の範囲が
式(7)を満足するロール径Dの範囲を各々示してお
り、直線bよりも上の範囲の×印は好ましくない結果を
示し、また直線aよりも上で直線bよりも下の範囲の○
印は良好な結果を示している。
次に、第2図を参照してロールシェルの熱歪上の制約に
ついて説明する。第2図(a)に示されるように、スト
リップ3を冷却する場合、ストリップ3に接触する部分
1aのロールシェル温度Tδ(δ)は下式(8)に示すよ
うに、冷媒2の温度TRより高く、ストリップ3の温度TS
より低い。
ついて説明する。第2図(a)に示されるように、スト
リップ3を冷却する場合、ストリップ3に接触する部分
1aのロールシェル温度Tδ(δ)は下式(8)に示すよ
うに、冷媒2の温度TRより高く、ストリップ3の温度TS
より低い。
TS>Tδ(δ)>TR ……(8) 一方、ストリップ3が接触していない部分1bのロールシ
ェル温度Tδ′はロール外面がほぼ断熱状態に近いた
め、冷媒3の温度TRにほぼ等しい。
ェル温度Tδ′はロール外面がほぼ断熱状態に近いた
め、冷媒3の温度TRにほぼ等しい。
Tδ′≒TR ……(9) この結果、ストリップ3が接触する部分1bのロールシェ
ルが膨張し、ストリップが接触していない部分1bとの間
で引き合いが起こり、第2図(b)に示すようにロール
1の外表面に波形の凹凸が生ずる。このため、ストリッ
プ3にロール1と接触する部分としない部分が生じ、冷
却むらが発生することとなる。簡易的に表現すれば、冷
却熱流により生ずるロールシェルの温度の算術的平均温
度を代表温度とすれば下式がなり立つ。
ルが膨張し、ストリップが接触していない部分1bとの間
で引き合いが起こり、第2図(b)に示すようにロール
1の外表面に波形の凹凸が生ずる。このため、ストリッ
プ3にロール1と接触する部分としない部分が生じ、冷
却むらが発生することとなる。簡易的に表現すれば、冷
却熱流により生ずるロールシェルの温度の算術的平均温
度を代表温度とすれば下式がなり立つ。
但し、qはストリップ熱媒間の熱流束(kcal/m2h)、 λRはロールシェルの熱伝導率(kcal/mh℃)、 ΔDはストリップ冷却部とストリップが接触していない
部分のロール径差(m)である。
部分のロール径差(m)である。
本発明者らの行った実験結果によれば、ストリップ幅1.
8mまでの範囲で、下式(8)が満たされなければ、スト
リップがロールから著しく浮き上り、冷却されず最終製
品品質に悪影響を及ぼす冷却むら、ストリップの変形が
発生することが確認されている。
8mまでの範囲で、下式(8)が満たされなければ、スト
リップがロールから著しく浮き上り、冷却されず最終製
品品質に悪影響を及ぼす冷却むら、ストリップの変形が
発生することが確認されている。
ΔD<3×10-3(m) ………(12) そこで式(12)に式(11),(10)を代入すると次の様
になる。
になる。
これをDについて解く。
次に、第3図を参照してロールシェル強度上の制約につ
いて説明する。
いて説明する。
第3図に示されるように、ロール1の内部には熱媒2が
流通し、その外周面にはストリップ3が巻き掛けられる
ので、ロール1にはロール自重2G1l1,熱媒重量2G2l2,
及びストリップテンション2G3Wが作用する。ロール1は
その両端を軸受4により支えられているので、単純はり
とみなすことができる。そこで、ロール自重2G1l1,熱
媒重量2G2l2,及びストリップテンション2G3Wが、軸受
4間におけるロール1に均一に分布するとして、ロール
1に生ずる最大曲げ応力σは下式(14)のように求めら
れる。
流通し、その外周面にはストリップ3が巻き掛けられる
ので、ロール1にはロール自重2G1l1,熱媒重量2G2l2,
及びストリップテンション2G3Wが作用する。ロール1は
その両端を軸受4により支えられているので、単純はり
とみなすことができる。そこで、ロール自重2G1l1,熱
媒重量2G2l2,及びストリップテンション2G3Wが、軸受
4間におけるロール1に均一に分布するとして、ロール
1に生ずる最大曲げ応力σは下式(14)のように求めら
れる。
σ=16D(G1l1+G2l2+G3W)L /{π(D4-D4 i)} ……(14) 式(14)で求められる最大曲げ応力σがロールシェルの
降伏応力σyより小さければ、上述した3つの外力によ
りロール1が破損しないわけであるが、これだけでは不
十分である。外力によりロール1が大きくたわんでしま
うと、ロール1とストリップ2の接触状態が悪くなり、
ストリップ2に温度むらを生ずることとなるからであ
る。そこで、実験データを解析したところ、ロール1と
ストリップ2とが沿って良く接触するには、下式(15)
に示すように最大曲げ応力σがロールシェルの降伏応力
σyの10.5分の1より小さくする必要があることが判っ
た。尚、10.5は実験定数である。
降伏応力σyより小さければ、上述した3つの外力によ
りロール1が破損しないわけであるが、これだけでは不
十分である。外力によりロール1が大きくたわんでしま
うと、ロール1とストリップ2の接触状態が悪くなり、
ストリップ2に温度むらを生ずることとなるからであ
る。そこで、実験データを解析したところ、ロール1と
ストリップ2とが沿って良く接触するには、下式(15)
に示すように最大曲げ応力σがロールシェルの降伏応力
σyの10.5分の1より小さくする必要があることが判っ
た。尚、10.5は実験定数である。
σy/10.5>σ ……(15) また、式(14)(15)によりロール外径D,ロール内径Di
が求められるので、ロールシェル厚δRは下式(16)に
従って求められる。
が求められるので、ロールシェル厚δRは下式(16)に
従って求められる。
δR=(D−Di)/2 ……(16) ここで、一般にロールシェル厚δRはロール内外径Di,D
に比べて十分小さいので、次の様に近似することができ
る。
に比べて十分小さいので、次の様に近似することができ
る。
σy/10.5>16D(G1l1+G2l2+G3W) ・L/{π(D4-D4 i)} ……(17) ここで式(16)より D4 i=(D-2δR)4 =D4+16D2δ2 R+16δ4 R+8D2δ2 R −8D3δR-24Dδ3 R =D4-8D3δR+24D2δ2 R−24Dδ3 R +16δ4 R ≒D4-8D3δR(∵δ2 R,δ3 R,δ4 Rの項を無視した) …
(18) (18)式を(17)式にして 最後に、第4図を参照して伝熱上の制約について説明す
る。第4図は冷却の場合の伝熱関係図である。
(18) (18)式を(17)式にして 最後に、第4図を参照して伝熱上の制約について説明す
る。第4図は冷却の場合の伝熱関係図である。
ここでストリップ3の抜熱量は下式(20)で示される。
Q=CstWLs(Tsi-Tso) …(20) ロール1中の熱媒2とストリップ3との伝熱は下式(2
1)で示される。
1)で示される。
但し、θはストリップ巻付角(度)である。
また、ストリップ熱媒間の熱通過率Kは下式(22)で示
される。
される。
但し、λgはストリップとロール間に介在する ガスの熱伝導率(kcal/mh℃)、 σ1はストリップの表面粗さ(m)、 σ2はロールシェル外表面の粗さ(m) である。
式(20)(21)より下式が導かれる。
式(23)は各々の限界条件を考慮して下式に変形され
る。
る。
ここで、以上の伝熱によりストリップが例えば冷却され
てΔTsだけ温度が下がった場合、下式で示される熱応力
σsを生じる。
てΔTsだけ温度が下がった場合、下式で示される熱応力
σsを生じる。
σs/E=βΔTs ……(25) これは、周囲の拘束条件、ストリップの温度により変形
に至るかどうか決まるが、その上限温度ΔTscriはほぼ2
00℃である。
に至るかどうか決まるが、その上限温度ΔTscriはほぼ2
00℃である。
<実施例> φ750,φ1500mmのロールを用いK=700,1000で0.5t〜1.
0tのストリップをライン速度200〜400mpm,ロール接触角
20〜120°で実験した結果を第5図に示す。ストリップ
は700〜550℃でロール接触を開始し、650〜250℃でロー
ルから離れている。第5図に示されるように、本発明の
条件を満足する場合にはストリップ形状が良好となるこ
とが判る。
0tのストリップをライン速度200〜400mpm,ロール接触角
20〜120°で実験した結果を第5図に示す。ストリップ
は700〜550℃でロール接触を開始し、650〜250℃でロー
ルから離れている。第5図に示されるように、本発明の
条件を満足する場合にはストリップ形状が良好となるこ
とが判る。
<発明の効果> 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
のストリップの熱処理方法は、ストリップの塑性変形,
ロールシェルの熱歪,ロールシェルの強度上の制約及び
伝熱上の制約の4つの要件を考慮したロールを使用して
ストリップを加熱ないし冷却するので、実操業条件に近
い状態でストリップの加熱、冷却むらあるいはこれに起
因するストリップの変形を防止することができる。
のストリップの熱処理方法は、ストリップの塑性変形,
ロールシェルの熱歪,ロールシェルの強度上の制約及び
伝熱上の制約の4つの要件を考慮したロールを使用して
ストリップを加熱ないし冷却するので、実操業条件に近
い状態でストリップの加熱、冷却むらあるいはこれに起
因するストリップの変形を防止することができる。
第1図はロール上のストリップに作用するユニットテン
ションと曲げ応力を示す説明図、第2図(a)はロール
シェルの温度分布を示す説明図、第2図(b)はロール
外表面の熱変形を示す説明図、第3図はロールシェルに
加わる外力とその分布を示す説明図、第4図はロールと
ストリップ間の伝熱関係図、第5図、第6図は各々本発
明者らの行った実験の結果を示すグラフである。 図面中、 1はロール、 2は熱媒、 3はストリップ、 4は軸受である。
ションと曲げ応力を示す説明図、第2図(a)はロール
シェルの温度分布を示す説明図、第2図(b)はロール
外表面の熱変形を示す説明図、第3図はロールシェルに
加わる外力とその分布を示す説明図、第4図はロールと
ストリップ間の伝熱関係図、第5図、第6図は各々本発
明者らの行った実験の結果を示すグラフである。 図面中、 1はロール、 2は熱媒、 3はストリップ、 4は軸受である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 祐弘 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 白石 典久 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内
Claims (1)
- 【請求項1】内部に熱媒を流通させた加熱あるいは冷却
ロールにストリップを接触させて加熱あるいは冷却する
方法において、次式の関係をすべて満たすロール外径D,
ロールシェル厚δR,ロール表面粗度σ2のロールを使用
することを特徴とする連続焼鈍設備におけるストリップ
の熱処理方法。 但し、CSはストリップ比熱(kcal/kg℃)、 Dはロール外径(m)、 Diはロール内径(m)、 Eはストリップのヤング率(kg/m2)、 G1はロールバレル単位長当たりの重量(kg/m)、 G2はロールバレル単位長当たりの熱媒重量(kg/m)、 G3はストリップ単位幅当たりの張力(kg/m)、 Kはストリップ熱媒間の熱通過率(kcal/m2h℃)、 Lはロールベアリング間の2分の1の距離(m)、 l1はロールバレル長の2分の1の距離(m)、 l2はロール熱媒充填部バレル方向長の2分の1の距離
(m)、 LSはストリップのライン速度(m/h)、 tはストリップ厚さ(m)、 tmaxは処理される最大ストリップ厚さ(m)、 Tsiはロールに接触直前のストリップ温度(℃)、 Tsoはロールと熱交換した後ロールから離脱直後のスト
リップ温度(℃)、 TRは熱媒温度(℃)、 UTはユニットテンション(kg/m2)、 Wはストリップ幅(m)、 αiは熱媒とロール内面の間の熱伝達率(kcal/m2h)、 βロールシェルの線膨張率(1/℃)、 δRロールシェル厚さ(m)、 λRロールシェルの熱伝導率(kcal/mh℃)、 πは円周率、 σはロールに発生する応力(kg/m2)、 σsはストリップの降伏応力(kg/m2)、 σyはロールシェルの降伏応力(kg/m2)である。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61001306A JPH0672270B2 (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | ストリツプの熱処理方法 |
AU67179/87A AU567840B2 (en) | 1986-01-09 | 1987-01-06 | Continuous annealing of crs with heating/cooling roll in the furnace |
EP87100196A EP0230882B1 (en) | 1986-01-09 | 1987-01-09 | Method for heat-treatment of a strip |
US07/001,896 US4738733A (en) | 1986-01-09 | 1987-01-09 | Method for heat-treatment of a strip |
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