JPS5864320A - 厚鋼板用冷却設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、厚鋼板用冷却設備に関し、通常圧延或いは
コンドロールド圧延後に厚鋼板を加速的に冷却処理する
設備において、特に冷却の九めの冷却帯を前後に複数配
しそのうち冷却帯入側のものを強冷却ゾーンとなす一方
、冷却帯出側を弱冷却シー７となし、これら強冷却ゾー
ンの水量密度と弱冷却ゾーンの水量密度との比ＷＩ／ｗ
ｗｔ−２〜１２に特定することによって特異冷却パター
ンでもって組織の微細化と焼入性の向上を図１、以って
厚鋼板のもつべき機械的強度を向上させるだけでなく殊
に靭性に優れた厚鋼板を提供で色るようにしたものであ
る。

周知のように熱間圧延後の厚鋼板（Ｉｎ以上）は、それ
を自然空冷【−てのち改めて焼入れ処置し所定の機械的
性質を確保するようにされていたが、そのための燃料費
は多大であり、又量産性に欠ける等の事由で所謂加速冷
却シメテムが新九に採用されクローズアップされている
のが現状である。

この加速冷却システムは通常圧延或いはコンドロールド
圧延後の厚鋼板に対し５ミナ流ｔかスプレイ流などによ
って水噴射冷却を施すもので従来の諸問題を解決する上
で非常に有効な手段であると注目されている。しかし乍
ら現行の設備では圧延後の厚鋼板に対し通板方向におい
て均等な水量密度分布のもとに冷却を施すに過ぎなかっ
たため・纂２図に示した熱伝達現象とか鋼材の熱伝導現
象などからして、たとえば、第１図に示す冷却バター１
０ｏの如く冷却開始点（Ａｒ１点以上）からｋｒＢ点付
近迄の冷却速度がＡｒ１点とＭｔｓ点間の断簡平均冷却
速度に比べて緩徐である一方においてＡｒ１点付近から
ｉ点間の冷却速度は平均冷却速度に比べ逆に速くなる傾
向となフ、従って同図に与られる如く鋼板の特定点の温
度を時間的に捉えると冷却パターンがＸの如く上向きに
凸型を呈すこととなる結果、こうした冷却設備によると
冷却時における結晶粒の微細化が今一つ促進されず、結
果として厚鋼板の機械的性質、とシ分は機械的強度（引
張強さ）並びに強靭性の向上が加速冷却採用に伴なって
大きく期待できるＫは到らなかつ喪。

この発明はこうした事実に着目してなされたものであり
、従ってここに特徴とする処は、仕上げ圧延後或いはホ
ットレベラ後にあって一方向へ通板されるＩＯＷ以上の
厚鋼板に対し冷却帯にて水冷を施し、鋼板をＡｒａ点近
傍からＭ８点近傍までの温度範囲を冷却する厚鋼板用冷
却設備に於いて、前記冷却帯を、通板方向に対１７前後
複数の制御ゾーンとして配置すると共に、冷却帯入側の
シー／を強冷却ゾーンとなす一方、出側を弱冷却ゾーン
となし、強冷却ゾーンの水量密度Ｗｍと弱冷却ゾーンの
水量密１ｈとの比Ｗｍ７％ｒを２〜１２となした点にあ
り、以下、図示した実施例に基いてこの発明に係る冷却
設備例を説明する。

第３＠会その冷却設備を組込んだ場合のレイアウト例を
示すもので、同図においては仕上げミル（１）とレペラ
（２）間に本設備を配置構成しであるが、レベ−）（２
）後に構成する場合もある。

本設備は、前段にカーテンラミナ制御ゾーン（３）（３
１（３１を３列に亘って上下対向型として配備する一方
、後段には、パイプラミナ制御ゾーン（４）を上部から
、又下部からスプレィ冷却制御ゾーン（５）を２バンク
宛対向配備して構成し、ここに前段の冷却帯と後段の冷
却帯とが形成され、前段の入側が強冷却ゾーン（Ｉ）　
Ｙｒ、又後段の出側か弱冷却ゾーン（ＩＤを夫々構成す
るものである。尚この各冷却ゾーンの具体的構成につい
ては上記に限るものでなく、ラミナ冷却・スプレィ冷却
及びミスト冷却ａｔ組合わせて種々態様で実施する予定
がある。

こうして強・弱両冷却ゾーン（Ｉ）＠を前後に配備した
ものであるが、これによってＷＬ１図Ｙで代表される冷
却パターンが完成した。

このパターンＣＹ）ハ前述した平均冷却速度に比べＸと
は逆の下向き凸型を呈すもので、即ち冷却開始点（Ａｒ
ａ点以上）からムｒｌレベル付近までは平均冷却速度よ
りも速い冷却速度をもち、逆にＡｒｌ付近からｉ点しベ
ルまでは平均冷却速度よりも遅い冷却速度が得られるこ
とを意味する。

従ってそ仁には強冷却ゾーン（Ｄでの冷却速度Ｃｍと弱
冷却ゾーン（２）で゛の冷却速Ｆｌｏｗとの比、即ち冷
却速度堤が”／ｃｗ≧１なる関係を満足することが条件
となる。

こｑ））Ｃ＠／（Ｘ比は、強冷却ゾーン（Ｉ）での水量
密度Ｗｓと弱冷却ゾーン（２）での水量密度−との比、
即ち１４４図に示す水量密度比”ＡＮｗとの関係で決定
されるのであり、従ってＷＢ烏比をここで２以上に設定
すれば”／ｃｗ比がここで１以上となることが判った。

しかし乍ら”１ｍｗ比が２以上であればどの程度であっ
ても支障がないと云ったものではなく自から限界がある
もので、即ち、実際の冷却帯のレイアウトを考慮した場
合、”／’Ｗｗ比管過膨管過度くとることは強冷却域長
さＬｍが弱冷却域長さしに比べて余りに短くなり、従っ
て現実性に欠けることから”／ｖｗ比の上限値を１ｇに
規定したのである。

これら設備を表−１の主成分をもつＡ−８２１１の厚鋼
板に対しＷｌ／％Ｉ中６の条件のもとに実施した場合を
纂６図に示しである。

表１　　　主な化学組成　（ｗｔ１６）この−実施例で
は強冷却ゾーン（Ｉ）と弱冷却ゾーン＠管、フェライト
変態終了温度又はベーナイト変態開始近傍温度を一つの
目安としその中間温度から決定してお）、表−２に示し
た実施結果からみて明らかなように本設備を使用したこ
とにより前段で強冷却が、又後段で弱冷却が実現された
結果、！Ｉ〜ｌ１ｋｇ／−の強度増大が得られただけで
なく、特に靭性に関してはｖＴｒａ値で４０℃前後も優
れた厚鋼板を得ること・ができたのであり、又、一方冷
却開始温度をＡｒ３点以下から開始した場合の結果を示
す表−８の実施例においては、従来設備によっては冷却
開始温度が多少遅れると機械的強度（靭性を含む）の低
下がみられた訳であるが、本設備使用に伴ないその防止
が可能で６９、それに伴ない鋼板の冷却帯入側での温度
の長手方向の変化に関して安定な性質を得ることかで救
た。

（徴集） 以上のように本発明に基づ〈実施結果は平均冷却速度で
表わされるパターン管基準として従来とは逆の冷却パタ
ーンとなしたことにより得られた訳であるが、この結果
得られた事実その他金属組織の一般的変態特性等を充分
考慮し、冷却パターンを前段と後段に分けて考察した結
果次の如き理論的根拠を見出すに到ったのでその紹介を
する。

即ちまず前段（Ａｒ３以上からＡｒｌ付近迄）の冷却速
度を平均冷却速度よ〕も速くした理由について述べると
、フェライト粒は既によく知られているようにその微細
化によって強度・靭性をともに向上させる重要な因子で
あ）、圧延後の加速冷却は、このフェライト粒の微細化
を促進させることを主眼とし大ものであって、圧延制御
によってオーステナイト粒界面積の増大や変形帯等の加
工下部組織の導入によるフェライト核生成サイトを増せ
ば、フェライト粒の微細化はよｐ一層促進される。加速
冷却では更に、このフェライト粒の微細化に加えて細粒
ベイナイト（上部ベイナイト）を生成されることが重要
な←とである。過去において上部ベイナイト組織は強度
上昇に寄与できる反面、靭性を著しく損なうとされてい
たが、加速冷却に裏って生成されるような細粒ベイナイ
トは靭性劣化に殆んど影Ｗを及はさない。従って従来検
討されているような加速冷却技術よりも微細なフェライ
トが得られ、かつ靭性を損なう度合をさらに低減できる
ような上部ベイナイトを生成できれば更に一層の強靭効
果を期待しうろこととなる。本発明わち加速冷却後、フ
ェライト（→＋ベイナイ）　０３）、α十Ｂ＋パーライ
トｅ）、ないしはα十Ｐ、を有する鋼板は、加速冷却の
前段階においてαを核生成並びに成長する。

このような冷却を考えた場合、ａ１１図にみられるよう
に強制冷却温度範囲における平均冷却速度の後停止する
までの温度範囲において、本発明では単位時間当りの過
冷度が大となることからαの核生ａ：を促す駆動力が大
きくなること、さらにαの核生成後の成長をみた場合本
発明でセα生成開始から終了までの時間が短いことから
従来法よりαの成長が抑制されることによりαの微細化
を従来よ〕も促進させることがで麹るものである。

次に後段の冷却を平均冷却速度よりも外とした理由につ
いては、強制冷却後期段階（Ａｒｌ付近から廁まで）で
は、Ｂが生成する場合が多くとのＢの靭性を支配する機
構については、なお不明な点カ多イが、おおまかにはそ
のサイズとベイナイトを構成する島状マルテンサイトが
靭性に大きな影響を与えると考えられる。一般にベイナ
イト粒径μ、熱間圧延制御によって最終的に得られるオ
ーステナイト（γ）粒界面積によって律速され、基本的
には、強制冷却範囲における冷却速度によってそのサイ
ズは大きく変らないと＾えてよい。一方ペイナイト粒内
に生成する島状マルテンサイトは、鋼板の靭性を大幅に
劣化させることが知られており、このマルテンサイトの
生成を抑制できればベイナイト生成に伴なう靭性の劣化
を防止するととが可能となる。この場合島状マルテンサ
イトの生成メカニズムについても不明な点が多いが、一
般に針状α生成に伴なうＣ，Ｍｎ勢の合金元素の濃縮が
α／、界面におけるγ側で化しこの位置で高濃度のマル
テンサイトとしての島状マルテンサイトが生成すると考
えられている。従ってα／７界面でのＣ，Ｍｎ勢の拡散
を十分起させるようにしてこれら合金元素の濃縮を緩和
できれば島状マルテンサイトの生成を抑制できる訳であ
る。この濃縮を緩和させる方法とり、てＢ生成開始温度
以下の冷却を遅らせることが有効であル、本発明で稜段
階の冷却速度を従前よりも遅くしたのはこうした理由に
基づくもので弗る。

次に本発明設備によれば強靭性に大きな効果をもたらす
未再結晶γ域（低温域）圧延を従前エフも強化し、かつ
α粒微−細化に有効な加速冷却を実施できる。

即ち、炭素鋼や含ｖ鋼のように歯を含有しない鋼種では
圧延パス４に無関係に未再結晶γ状態にある温度範囲が
狭いＣＮｂ銅よりも１００〜１５０　’Ｃ）ため、この
ような鋼種の未再結晶γ域における強圧下を付与した圧
延は、当温度域全体に亘る場合があり、圧ＩＡｖｋの加
速冷却開始と同時ないしは圧延後加速冷却開始までにα
の生成が始まる。この場合従来の加速冷却を実施すると
第１図に示すように冷却開始後漸くセ温度低下が少なく
この間での冷却速度が著しく遅くなるため、αの核生成
頻度も少なくかつ成長も高温で早くなることから、α粒
が粗大化し、加速冷却によって均一で微細なα粒を得る
効果が損なわれる結果となる。一方α粒微細化に有効な
温度域を加速冷却しようとすれば加速冷却開始後温度低
下の少ない温度域での冷却に、必然的にオーステナイト
温度域となり未再結晶γ域での合計圧下率は減少せざる
を得なくなる。

本発明設備によれば冷却開始直後の温度低下は従来より
大きく、従って未再結晶γ域全体に亘る強圧下を付与し
、た場合でも冷却開始後直ちにα粒微細化に有効な冷却
となり、従来にもまして強靭化効果を期待することがで
きることとなった。

尚、対象をｌＯ麹以−上の板厚鋼板としたのは、それ以
下の板厚を対象とすると冷却パターンが従前のものと大
幅に変異せず又強靭化効果もそれに伴なって減退するこ
とに基〈ものである。更に上鮎でＵ平均冷却速度を種々
設定し、であるが、設備実施上、１〜ｂ の理由は、それより速い冷却速度ではα生成量が少なく
ＢないしはＭ（マルテンサイト）の割合が増大【１強ｔ
は上昇するものの圧延のままでは靭性に着しい劣化が与
られることに基づく。

以上本発明の詳細な説明してきたが、本発明に係る冷却
設備によれば従来より極めて優れた強度・靭性を有する
強靭性非調質鋼の製造が可能となり、その工業的効果ハ
急わめて大きいものがある。

こうして前記した厚鋼板冷却装置（例えば第８図示設備
）を用いて材質的に大きな効果が得られ、ｆｃのである
が、強冷却ゾーンでの冷却速度が大きく、特に２５ｍ１
以上の厚鋼板を対象としている場合にｕ１板厚方向の温
度分布が著しく生じるため鋼板表面近傍が低温となって
ｈ点以下となる。この場合鋼種によっては焼入性効果の
ため表面近傍で硬くなシ、鋼板厚さ方向で硬度分布が生
ずる。

こうした問題点を解決するため第６図に示すように前段
強冷却ゾーン（Ｉ）と後段弱強冷ゾーン■の中間に空冷
ゾーン（至）を設けたのである。なお第６図（ＬＡＣ）
は空冷ゾーン長を示すものである。又操業上は第１図に
示した設備において弱冷却ゾーン（１０の強竺却ゾーン
（Ｉ）容重がらの一部注水に代えここを空冷ゾーン［相
］として使用することも可能である。

ここで第８図の設備（以下、設備Ａとする）を用いた場
合と、１ｇ６図の設備（以下、設備Ｂとする）を用いた
場合における両者の鋼板冷却の様子を纂７図において示
す。

この場合第７図では、強冷却ゾーン（Ｉ）の後に空冷ゾ
ーン（［ｌを設けたことにょ９１表面近傍のＭｓ点以下
の過冷部は急激な復熱作用を呈し、これにより次の弱冷
却ゾーン■において表面においてもＭｓ点以上での冷却
を実施できることとなり、その結果として表面近傍の硬
化性を緩和てきるに到ったものである。

第８図は設備Ａによる場合の板厚中心位置からの距離か
らみたビッカース硬さくＨｖ）の関係を示し、又第９図
は設備Ｂ、即ち空冷ゾーンｉを付加［また場合の関係を
示し、これら比較からみると第８図の設備ＡＫよると表
面層での硬化現象が明示されている一方、ＩＮ９図の設
備Ｂによると表面層の軟化がみられることこれら実施結
果から明らかである。〜

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼板冷却パターンの比較図、ｌ！２図は水によ
る冷却伝熱特性図、ｗＬａ図はプロセスレイアウト及び
鋼板冷却設備例を示した説明図、第４図μ強冷却域と弱
冷却域の水量密度比と鋼板冷却速度比との関係グラフ図
、ＷＬ５図は前記実施的による鋼板冷却曲線図、纂６図
は空冷ゾーンを強・弱冷ゾーン間に設けた設備例図、ｌ
！７図は設備Ａと設備Ｂによる鋼板の表面部・中央部温
度比較を示す冷却曲線例図、第８図は設備Ａによる板厚
上のビッカース硬さを示す実施結果図、第８図示設備Ｂ
による板厚上のビッカース硬さを示す実施結果図である
。 （１）・・・仕上ミル、（２）・・・レベラ、（Ｉ）・
・・強冷却ゾーン、■・・・弱冷却ゾーン、側・・・空
冷ゾーン、閃・・・従来設備による冷却パターン例、（
イ）・・・本発明設備による冷却パターン例。 特　許　出　願　人　　株式会社神戸製鋼所第１凶　　
　　　第２図 第３図 ７’Ｒ２Ｌ−Ｒ，ＭｆＡｒ彦川ａメ用Ｔｆ１貢Ｈｔｌ第
４図　　　　　　　ル５１４ 手続補正書輸発） 昭和５７年２月６　日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和　５６年　　特許願第１６４８２７　号ゝ２、発明
の名称 厚鋼板用冷却設備 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （１１９）株式会社　神戸製鋼所 ４、代理人 ５、拒絶理由通知の日付 昭和　　　年　　　月　　　　日　（自　発）　　　　
　字抹泊７、補正の内容 次　　票 １、　仕上げ圧延後或いはホットレベラ後にあって一方
向へ通板される１０鱈以上の厚鋼板に対し冷却帯にて水
冷を施し、鋼板ｆ：　Ａｒ８点近傍からＭｅ点近傍まで
の温度範囲を冷却する厚鋼板用冷却設備に於いて、前記
冷却帯を、通板方向に対し前後複数の制御ゾーンとして
配置すると共に、冷却帯入閣のゾーンを強冷却ゾーンと
なす９万、出ｌｌｉ！Ｉｔ−弱冷−却ゾーンとなし、強
冷却ゾーンの水量密度Ｗｓ＋　　と弱冷却シー７の水量
密度Ｗｗとの比／ＷＷを２〜１２となしたことを特徴と
する厚鋼板用冷却設備。 ａ５ 特徴とする厚鋼板用冷却設備。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕上は圧延後或いはホットレベラ後にあって一方向
   へ通板される１０ｊｅ１以上の厚鋼板に対し冷却帯にて
   水冷を施し、鋼板をＡｒ３点近傍からｉ点近傍までの温
   度範囲を冷却する厚鋼板用冷却設備に於いて、前記冷却
   帯を、通板方向に対し前後複数の制御ゾーンとして配置
   すると共に１、冷却帯入側のゾーンを強冷却ゾーンとな
   す一方、出１ｌｌｌを弱冷却ゾーンとなし、強冷却ゾー
   ンの水量密度Ｗｓと弱冷却ゾーンの水量密度型との比”
   、％を２〜１２となしたことを特徴とする厚鋼板用冷却
   設備。 ２、特許請求の範囲ＩＩＩ項に記載の厚鋼板用冷却設備
   において、強冷却ゾーンと弱冷却ゾーンとの間に空冷ゾ
   ーンを設けたことを特徴とする厚鋼板用冷却設備。