JPS5942050B2 - ステンレス鋼材固溶化熱処理時の冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステンレス鋼材を連続的に移動させつつ固
溶化熱処理を施す際において、鋼材を長手方向に連続的
に送り順次加熱・冷却する際の冷却方法に関する。

図１は、一般的な固溶化熱処理の加熱・冷却装置の概
略を装置内で移送される移送距離における鋼材表面温度
グラフと対応して示すが、図１において、加熱炉１によ
り加熱されたステンレス鋼材３は、金属組織の点から冷
却ゾーン２で９５０℃から５５０℃の温度範囲を少なく
とも２４゜Ｃ／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する必要が
ある。

一方、冷却ゾーンから出た鋼材３は加熱炉内での変形
や、冷却ゾーン２での不均一な冷却により変形している
ことが多い。

よって、製品として出荷するためには冷却ゾーンを通っ
た後、矯正機を通さなければならない。ここで、鋼材の
変形が大きければ矯正機にスムーズに入れることができ
なくなり、人工と時間を費すことになる。本発明は金属
組織の点から限界冷却速度を満足し、かつ、鋼材の変形
量を小さ＜（３０ｍｍ１５ｍ以下）おさえるための冷却
方法を提供するものである。 鋼材の変形を小さくおさ
えるためには、鋼材の全面を一様に冷却する方法、たと
えば、図２｜２′に示す冷却水だめ５中の冷却水４の中
に投入、あるいは、加熱された鋼材が冷却ゾーンにすべ
て入った時点で冷却水を噴射する方法も考えられる。し
かし、これらはいずれも冷却装置が大きくなるという欠
点がある。そこで、本発明においては図３に示すように
鋼材の長手方向の一部に冷却水を邑て冷却する方法にお
いて鋼材の変形をおさえる方法、つまり、図４に示す鋼
材３の上面３１、下面３２に一様に冷却水を蟲てる方式
を基本とする。まず、連続移動する鋼材の上下両面から
一様に冷却水を吹き付ける上記方法においては、本発明
の結果、変形量を矯正機を通すのに一般に許容される値
（３０ｍｍ／長さ５ｍ当り二以下同じ）以下にするため
には、鋼材表面において９５０゜Ｃから１００℃までの
温度範囲における冷却速度を２００℃／秒以上とする急
激かつ一様な冷却とすることが必要であることが判明し
た。９５０゜Ｃ〜１００℃間で２００℃／秒という冷却
速度の達成は、もちろんステンレス鋼材の厚さによって
、冷却に必要な冷却水量、噴射方法等を調節する必要が
生ずるが、普通の２〜１５ｍｍ程度の厚さ以上の鋼材に
ついては、水のジニット噴射による急冷却が少なくとも
必要とされる。

この際、噴射速度は初速１ｍ／秒以上の流速によって行
なうことが好ましく、より好ましくは５ｍ／秒でやるの
がよく、この噴射速度により鋼材表面上に生成する蒸気
膜を破ることができ、冷却速度をさらに高めることがで
き、変形はより小吉することができる。上記温度範囲の
冷却速度が２００℃／秒より小のときはこれに反し、鋼
材の変形量（曲がり量）が３０７ｎπ／ ５ｍｍを越え
ることが明らかとなった。

これらの関係を図５に、冷却速度（’Ｃ／秒）と変形量
Ｑｕ＋）の関係として図式化して示す。図５から明らか
なように冷却速度２００℃／秒を越えると、最大限界変
形量（３０ｍｍ）以内に変形量を抑えることができる。
なお、図５は、図７（本発明実施例、２００℃／秒以上
の急冷却）及び図６（参考対照実症例２００℃／秒未満
の比較的緩かな冷却）を基にして作成したものであり。
基本は図３に示すような冷却装置によるものである。図
６は噴霧冷却によって行なわれたもので、表面冷却速度
１５〜２００゜Ｃ／秒を与えたが、この結果の考察から
本発明に有用な次の点が得られる。即ち、噴霧冷却では
、鋼材表面温度の温度勾配が緩やかとなり、また一様な
冷却水の噴霧分布により一様な冷却が行なわれているよ
うに思われるにもかかわらず、変形量は、２００うＣ／
秒以上の急冷却の場合よりもかえって増大し最大限界変
形量を越えること（但し、金属組織形成上に必要とされ
る最低限界冷却速度を満たすだけの速かな冷却は前提と
される）。本発明のジニット噴射、冷却による基本的な
表面冷却速度は確保されるが、さらに、このジニット噴
射において、効率的な冷却とより均一な冷却を行なうた
めに、次の事項にも考慮を払うことが好ましい。

第１に、より一様な表面冷却速度を得るため、噴流のピ
ッチをできるだけ細かく分布させること、第２に、冷却
水噴射の初速をＩｍ／秒以上（より好ましくは５ｍ／秒
以上）として鋼材表面に生成する蒸気膜を破壊すること
。この蒸気膜は冷却水が直接に接するのを妨害し表面に
浮いた状態にする。このため冷却効果を低下させるばか
りでなく、一部の冷却水は炉出口側（進行方向に逆行）
へ不安定な液端面を形成しつつ走ることになり、冷却速
度の分布を不安定かつ不均一化することになっている。
第３に、従ってこのような水蒸気膜上に浮遊する冷却水
を冷却帯の方向（進行方向）へ追いやるため、炉出口と
冷却帯との間にエアカーテンを配すること、第４には、
冷却水噴射の角度を鋼材の進行方向に向って適当角度α
だけ傾斜させること、これら第３、第４の事項を付加す
ることにより、冷却水が炉側へ流れることは防止され、
各鋼材表面部分毎における冷却速度の均一化に資するも
のである。本発明により、冷却速度２００℃／秒以上の
急冷却を冷却水の均一な噴射により行なうことにより、
ステンレス鋼等の連続固溶化処理における冷却の際の変
形量を小さく抑えることができ、固溶化熱処理ラインを
自動化するための前提的条件を付与する。

なお、本発明においてはステンレス鋼（ＳＵＳ３Ｏ４）
について測定が行なわれたが、同種の固溶化熱処理を症
す他のステンレス鋼材についても、本発明の方法は適用
されうる。なお、第５図に示す、実測値は、ＳＵＳ３Ｏ
４ステンレス鋼アングル（５０Ｘ５０Ｘ厚さ３ｍｍＸ長
さ８ｍ）を１１００℃×１分以上加熱保持した後、移動
速度１，６〜２ｍ／分にて送り出して、夫々の冷却速度
にて冷却して測定したものである。

以下、本発明の実施例について説明する。図７において
、鋼材３はローラ９１，９２により支持されるとともに
、Ｘ軸に沿って矢印の方向へ定速移動される。

加熱炉１から出た赤熱鋼材３（１１００℃）は吹出し口
８１，８２から吹出すエアカーテンにより予備冷却され
ると共に移動方向への強い空気流が鋼材表面に形成され
る。第１の冷却水管６１（上部）、７１（下部）は噴射
ノズル列を細かい定ピンチ（ノズル口径１．２ｖａｒ，
ピッチ２５ｍｍ）で有し、噴射ノズルの噴射角は、鋼材
軸に直交する面から鋼材移動方向へα度（好ましくはα
＝１５〜４５度）だけ傾斜されている。次いで第２の冷
却水管６２．７２が第４の冷却水管と同様な構造をもっ
て但し噴射角度は鋼材移動方向に直交して配され、第１
と第２噴射水流は一箇の急速冷却帯を成すように構成さ
れる。この噴射冷却帯の後部にはさらに緩かな冷却帯を
後続させるこさもできる。

このような構成により、急速冷却帯において、図７下部
グラフに示す通り、９５０８Ｃ〜１００℃の間の冷却速
度２００゜Ｃ／秒以上の急速冷却が達成される。この際
、冷却水の噴射速度はＩｍ／秒（好ましくは５ｍ／秒）
以上の初速において、鋼材の移動速度、熱容量（すなわ
ち厚さ）等に依存して、噴射量と共に適宜設定される。

図６（対照例）においては、噴霧冷却のため、所定冷却
速度を十分に与えるのが困難である。

噴霧冷却で十分な冷却速度を得るためにはノズル数を増
加する等の改善が必要である。

【図面の簡単な説明】

図１は、ステンレス鋼の固溶化熱処理工程をＸ軸上にお
ける各位置の鋼材表面温度と共に示す概念図、図２は、
従来法の一例の概念図、図２は、図２Ａ矢視図、図３は
、本発明の一実症例を示す斜視図、図４は、本発明の一
実施例たるジニット噴射の詳細図、図５は、鋼材表面の
冷却速度（’Ｃ／秒：横軸）と変形量（岨／長さ５ｍ当
り：縦軸）との関係を示す図式、図６は、噴霧冷却（対
照ＦＩＤを示す概念図、図７は、本発明の図３の実症例
を示す概念図、を夫々示す。 １・・・・・・加熱炉、２・・・・・・冷却ゾーン、３
・・・・・・鋼材、４・・・・・・冷却水、５・・・・
・・冷却水だめ、６７６１〜６３，７１〜７３・・・・
・・冷却水管、９，９１，９２・・・・・・送りローラ
、８１，８２・・・・・・エアカーテン、α・・・・・
・傾斜角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステンレス鋼材を長手方向に送り順次加熱・冷却し
   て固溶化熱処理を施す際の冷却方法において、ステンレ
   ス鋼材表面を９５０℃以上の温度から１００℃までの温
   度の間の冷却速度を２００℃／秒以上として冷却するこ
   とを特徴とするステンレス鋼材固溶化熱処理時の冷却方
   法。 ２ 冷却水を噴射初速１ｍ／秒以上の速度をもって噴射
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 冷却水を鋼材の進行方向に向って噴射方向を傾斜さ
   せて噴射する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。