JPS6141724A - 厚鋼板のオンライン冷却方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は厚鋼板の制御冷却や直接焼入れ（グイレフトク
エンチ）等における厚鋼板のオンライン冷却方法に関す
る。

（従来技術及びその問題点） Ｗ、鋼板のオンライン冷却としては、制御冷却（加速冷
却）及び直接焼入れの２つのプロセスがある。これらプ
ロセスにおいては、夫々、必要とされる冷却温度範囲、
冷却速度が大きく異なり、従来においては、共通の設備
でこれらプロセスを実現することは不可能であった。そ
して、従来においては、仕上圧延機等の圧延設備の後方
に、オフラインの焼入設備と同様の高圧ジェット水によ
るローラクエンチ法を実施する冷却設備と、スプレノズ
ル及び／又はパイプノズルを用いる冷却設備とを連続し
て設置することが一般的で、前者の冷却設備により、直
接焼入れを、ｆ＆者の冷却Ｖｊｔ備により、制御冷却を
行うようにしている。

しかし乍ら、上記従来においては、特に直接焼入れ等の
強冷却条件下で冷却する場合に、最も重要な歪の発生し
ない平坦な厚鋼板を安定して製造する技術が未だ確立さ
れていなかった。又、上記従来においては、仕上圧延機
の後方に２つの冷却設備を設置しなければならず、冷却
設備の設置場所が制約されると共に、冷却設備の設備費
が膨大なものになる等、問題が多かった。

そこで、本件出願人は、上記問題を解決すべく、特願昭
５８−３８０５６号、実開昭５８−４１２４０号、特願
昭５８−１５９８９１号、特願昭５８−１６１５０１号
で、仕上圧延後の厚鋼板の上面を、パイプノズルからの
冷却水流によって、その下面をスプレノズルからの冷却
水流によって夫々冷却するようにした新規な冷却方法を
既に提案している。上記冷却方法によれば、広範囲な冷
却能力が得られると共に、鋼板の温度制御が容易で、冷
却設備のコンパクト化を図れる。

即ち、第１４１！ｌは、上記冷却方法を実施した際の鋼
板厚さと、鋼板温度が８００°Ｃ〜５００℃間での平均
鋼板冷却速度との関係を示したものであるが、これを見
れば、上記冷却方法を実施した場合の上限冷却能力は、
オフラインの焼入れ設備と同等で、制御冷却から直接焼
入れまで実施できる冷却能力を有しており、従来のよう
に、仕上圧延機の後方に２つの冷却設備を設置する必要
がなく、冷却設備をコンパクト化できて、その設置場所
が制約を受けることはない。

ところで、上記冷却方法によって種々の実験を行った処
、鋼板の歪制御に関して、以下のような知見が得られた
。

（ｉ　）　特ｍ昭５ａ−１６１５０１号ニ示すように、
ｒ！！−鋼板の弱冷却域、即ち、鋼板の厚さ方向中央で
の平均冷却速度が板厚２５龍のときに８００℃〜５００
°Ｃの平均で３〜ｂ 域（或は平均水量密度０．５　ｔｒｒ／ｗｉｎ　　−ｒ
ｄ以下の領域）では、鋼板の上下冷却水量比（鋼板の上
下面に対する冷却水量比）や板幅方向の冷却水量分布等
の冷却条件が比較的広い範囲で、冷却後に大きな歪の生
じない鋼板を得ることができる。

（ｉｉ）弱冷却域でも、鋼板冷却停止温度が５００℃以
下になれば、鋼板の平坦度確保のための冷却条件は厳し
くなる。但し、この場合、特願昭５８−１５９８９１号
に示したように、鋼板の温度域に応じて上下冷却水量比
や板幅方向の冷却水量分布等を変更することで、鋼板の
歪制御は可能となるが、冷却設備やその制御系が複雑と
なる。

（ｉｉｉ　）特願昭５８−１６１５０１号に示すように
、Ｗ−鋼板・の強冷却域、即ち、鋼板の厚さ方向中央で
の平均冷却速度が板厚２５鰭のときに８００℃〜５００
℃間の平均で１０℃／ｓｅｃ以上に相当する領域（或い
は平均水量密度０．５〜２　ｔｒｒ／ｗｉｎ　　−ｃｄ
の領域）では、鋼板の弱冷却域と比較して鋼板の歪制御
の条件は一層厳しくなる。この場合、鋼板冷却停止温度
が５００℃以上であっても、適正な冷却条件範囲は非常
に狭く、この範囲からずれると、冷却後に鋼板に大きな
歪が生じる。

上記のように、本件出願人が提案した冷却方法において
、鋼板の歪制御を困難にしている原因としては、（ａ）
水冷却特性とｆｂｌ　＆ｖＪ板の変態に伴う変形抵抗の
変化とがある。

第１５図はＰＬ鋼板の温度と熱流束との関係を示すグラ
フで、水冷却特性を示し、第１６図は厚鋼板の温度と降
伏応力との関係を示すグラフで、厚鋼板の変態に伴う変
形抵抗の変化を示しており、いずれのグラフも、Ｗ−鋼
板温度が５００度付近で急激な変化がある。

本発明は、本件出願人が提案した上記冷却方法を更に発
展させたものであって、広範囲な冷却条件下で、厚鋼板
の大きな冷却歪の発生を防止できると共に、冷却設備も
簡易なものとでき、しかも、制御も容易に行える厚鋼板
のオンライン冷却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） 上記目的を達成するために、本発明の特徴とする処は、
厚鋼板４の下方に配置されて厚鋼板４を搬送する搬送テ
ーブルローラ７と、厚鋼板４の上方で昇降機構１７によ
り昇降自在とされて厚鋼板４を搬送テーブルローラ７と
の間で解除自在に拘束する上ローラ１９とを備え、仕上
圧延後の厚鋼板４の上面をパイプノズル１０．１１から
の冷却水流によって、又、その下面をスプレノズル１３
からの冷却水流によって夫々冷却して、厚鋼板４を制御
冷却又は直接焼入れする方法であって、厚鋼板冷却停止
温度が略５００℃以下となる冷却条件、又は、厚鋼板冷
却停止温度が略５００℃以上で且つ厚鋼板４の厚さ方向
中央での冷却速度が板厚が２５ｍのときに８００℃〜５
００℃間の平均で略１０℃／ｓｅｃ以上となる冷却条件
で冷却し、少なくとも厚鋼板４の変態温度領域で、厚鋼
板４を上ローラ１９と搬送テーブルローラ７間で拘束し
乍ら冷却する点にある。

（作用） 仕上圧延された厚鋼板４を搬送テーブルローラ７上に載
置して、その上面をパイプノズル１０．１１からの冷却
水流によって、又、その下面をスプレノズル１３からの
冷却水流によって夫々冷却して、厚鋼板４を制御冷却又
は直接焼入れする。

上記冷却時には、厚鋼板冷却停止温度が略５００度以下
となる冷却条件、又は、厚鋼板冷却停止温度が略５００
℃以上で且つ厚鋼板４の厚さ方向中央での冷却速度が２
５ｍ１のときに８００℃〜５００℃間の平均で略１０℃
／ｓｅｃ以上となる冷却条件で冷却する。

そして、少なくとも厚鋼板４の変態温度領域では、上ロ
ーラ１９を昇降機構１７により下降させ、厚鋼板４を上
ローラ１９と搬送テーブルローラ７間で拘束して、大き
な冷却歪の発生を防止する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第１３図の図面に
基き説明すれば、第２図は設備レイアウトの概略を示す
もので、１は仕上圧延機で、その後方に、強制水冷却設
備２、矯正ｖｉ３が上記の順で配設されて、厚鋼板４が
上記各設備を通されていく。

第１図及び第３図乃至第６図は強制水冷却設備２を示す
もので、高温鋼板の単なるオンライン制御冷却と、オン
ライン直接焼入れとが実施可能とされており、ｒｇ、ｗ
４板を通板方向前端から後端に向って順次冷却する。

６はパスラインを示し、熱間で仕上圧延機１により仕上
圧延された高温鋼板が通るものであって、その下方に、
搬送テーブルローラ７が通板方向に多数並設されている
。

パスライン６の上方には、オンライン側扉冷却用及び、
オンライン直接焼入用上部ヘッダ８．９とが通板方向に
並設されており、これら各ヘッダ８゜９には、厚鋼板上
面に冷却水流を吹付けるパイプノズル１０．１１が備え
られている。

パスライン６の下方における通板方向に隣接する搬送テ
ーブルローラ７間には、下部ヘッダ１２が夫々配設され
、これら各へ７ダ１２には、厚鋼板下面に冷却水流を吹
付けるスプレノズル１３が備えられている。

１５はメインフレーム、１６は昇降フレームで、昇降フ
レーム１６は、搬送テーブルローラ７と上部ヘッダ８．
９間に昇降機構１７により昇降自在に備えられている。

昇降フレーム１６には、通板方向と直交状に配置された
支持フレーム１８が通板方向に等間隔で多数並設されて
いる。１９は上ローラで、搬送テーブルローラ７とによ
り、厚鋼板を解除自在に挟持拘束するもので、支持フレ
ーム１８にその下方で回転自在に支持されて、冷却設備
２の一部もしくは全長にわたって配設されている。上ロ
ーラ１９は搬送テーブルローラ７と略同−長さであって
、隣接する上ローラ１９は、スプロケット２０とチェノ
２１とから成る巻掛機構２２を介してその一側端側で連
動連結されて、電動モータ２３により回転駆動される。

２４はユニバーサルジヨイントである。各巻掛機構２２
には、テンション用スプロケット２５が備えられ、これ
らスプロケット２５を支持するフレーム２６が昇降機構
２７により昇降自在とされている。各支持フレーム１８
からは、ブラケット２８が長手方向に等間隔で下役され
、各ブラケット２８には、上ローラ１９上面と回転自在
に接当する押えローラ２９が備えられ、上ローラ１９の
上方側への、弯曲変形を防止している。

昇降機構１７は、昇降フレーム１６の外側方に適宜間隔
を置いて配置されたギヤボックス３１と、ギヤボックス
３１から上方に延出された駆動軸３２と、伝動軸３３及
びギヤボックス３１内のギヤ伝動機構を介して駆動軸３
２を回転駆動する電動モータ３４と、昇降フレーム１６
に回転自在に備えられて駆動軸３２に進退自在に螺合さ
れたナツト３５とから成り、昇降フレーム１６及び上ロ
ーラ１９を昇降させる。

まず、上記強制水冷却設備２による鋼板冷却の概略を説
明すると、仕上圧延後の高温厚鋼板は直ちに冷却設備２
人側に搬入される。冷却設備２では、予め冷却水量等の
冷却条件、上ローラ１９と搬送テーブルローラ７との間
隔が設定されており、鋼板は所定の速度で冷却設備２内
に送り込まれ、移送され乍ら、その上下面に、上部ヘッ
ダ８．９のノズル１０．１１の一方又は両方と下部ヘン
ダ１２のノズル１３からの冷却水流が吹付けられて、厚
鋼板が通板方向前端から後端に向って順次冷却されてい
く、このとき、水冷中に生じる厚鋼板の熱変形は、回転
駆動された上ローラ１９と搬送テーブルローラ７とによ
る挟持拘束によって極力防止される。

以下に冷却方法に関する詳細を説明する。

Ｗ、鋼板の温度制御方法の一例として、第７図に示すロ
ジックがある。

まず、第７図に示すステップ■では、上ローラの必要性
をチェックする。これは、鋼板冷却停止温度が５００℃
以下であるかどうか、鋼板の厚さ方向中央での冷却速度
が板厚２５ｍｍのときに８００℃〜５００℃間の平均で
１０℃／ｓｅｃ以上であるかどうかにより決定される。

鋼板冷却停止温度、平均冷却速度は、材質上の問題とし
て、鋼板の成分及び、制御圧延プロセスを考慮したモデ
ル式により決定される。

ステップ■では、ステップ■にてチェックされた鋼板冷
却速度及び鋼板サイズ等より、必要水量密度ωを計算す
る。これは、例えば予め求めておいた第８図に示すグラ
フ等より決定することができる。第８図は、鋼板の厚さ
を種々変更した場合における必要水量密度と、鋼板の厚
さ方向中央での８００℃〜５００℃間の平均冷却速度と
の関係を示すグラフである。更に、鋼板温度計算として
は、次に示す公知の方程式がある。

θＴ　　θ２Ｔ ここで、Ｔ：温度、ｔ：時間、Ｘ：厚板の厚さ方向に関
する表面からの距離、ａ；温度伝導率−Ｃγ である。

又、境界条件としては次式が用いられる。

ここで、ｑ：熱流束、α二熱伝達率、Ｔω：水温である
。

尚、αは α″″ｆ　（ω・　Ｔ表面・　Ｔ″′）で与えられる。

そして、公知の差分法等により、冷却過程における鋼板
温度を計算することができる。

尚、上記説明例では、τの決定に第８図を用いたが、τ
を仮基準として、τ±Δωを考慮し、差分法の計算結果
より、繰返し計算により、精度良く丁を再決定してもよ
い。得られた鋼板冷却パターンの一例を第９図に示す、
第９図は、鋼板冷却時間と鋼板温度との関係を示してい
る。

ステップ■では、上ローラのレイアウトより、鋼板通板
速度最大値を計算する。

第９図に示した鋼種の場合、ベーナイト変態終了温度Ｔ
Ｏ？が板厚中心で終了する冷却時間でＢｆまでを上ロー
ラと搬送テーブルローラとにより鋼板を拘束した状態で
冷却を実施する必要がある。従って、冷却設備内による
上記拘束域の長さをＬとすれば、鋼板通板速度の最大値
Ｖ　ｎ＋ａｘは、Ｖｍａｘ＝Ｌ／τＢｆ となる。

ステップ■では、操業条件を決定する。操業条件として
は、材質確保に必要な丁、鋼板冷却停止温度Ｔｓｔｏｐ
確保に必要な通板速度■≦Ｖｍａｘ及び、鋼板形状確保
に必要な上下水量比等がある。

以上の結果を踏まえ、本発明では、以下のような冷却方
法で、大きな歪の生じない厚鋼板の製造技術を確立でき
た。

（ｉ）６１ｉ板冷却停止温度が５００°Ｃ以下の冷却条
件である場合には、鋼板を上ローラと搬送テーブルロー
ラとにより挟持拘束した状態で通板し乍ら冷却する。

上記拘束状態での冷却温度範囲はＡｒ３近傍から少なく
とも変態温度域までとする。ここで、変態温度は鋼種に
よって異なるが、例えば、直接焼入れが通用される高張
力鋼板ではマルテンサイト変態温度（ＴＭｓ＝ＴＭｆ）
　、制御冷却が通用される低炭素鋼板では、ベイナイト
変態温度（ＴＢｓ−ＴＢｆ）　　とする。

第１０図は、鋼板冷却停止温度Ｔ　ｓ　ｔｏｐが１５０
℃〜３００℃で冷却速度ＣＲが５〜ｂ において、上ロール拘束カバー域、即ち、鋼板の厚さ方
向中央泣面における拘束解除温度　Ｔ１・ｏｉｌと変態
下限温度ＴＢｆ又はＴＭｆとの比と〜鋼板の反り量Δ２
との関係を示すグラフである。

第１０図によれば、上記比が１．２５以上となれば、即
ち、変６下限温度よりも、拘束解除温度がかなり大きく
なれば、鋼板の反り量が急速に大になることがわかる。

（ｉｉ）鋼板冷却停止温度が５００℃以上でも、厚鋼板
の厚さ方向中央での冷却速度が板厚２５ｍのときに８０
０℃〜５００°Ｃ間の平均で１０℃／ｓｅｃ以上となる
冷却条件のときには、同様に拘束状態で冷却する。

第１１図は、鋼板冷却ｆ挙止温度Ｔ　ｓ　ｔｏｐがＳＯ
Ｏ℃〜６００℃のときに、厚鋼板の厚さ方向中央におけ
る８００℃〜５００℃間の平均冷却速度と、冷却時にお
ける厚鋼板の拘束の有無による反り量差との関係を示す
グラフで、平均冷却速度が１０°Ｃ／ｓｅｃ以上となる
と、反り量差が急速に大となり、冷却時における厚鋼板
の拘束の有効性が判る。

即ち、上記（ｉ）、（ｉｉ）の冷却条件で冷却すれば、
第１５図及び第１６図に示した冷却時に鋼板温度の低温
化に伴う冷却特性非線型化による不均一、冷却が生じ易
すくなることと、鋼板変態域での変形抵抗激減による鋼
板剛性の低下による変形を、上ローラと搬送テーブルロ
ーラとによる鋼板の拘束によって防止でき、冷却中の不
均一冷却を助長させないと云う効果を奏する。

尚、上ローラと搬送テーブルローラとによる厚鋼板の拘
束を解除するのは、鋼板の変態が完了した時であるが、
この場合、鋼板の厚さ方向に関するどの位置の変態完了
を基準とするかが問題となる。

第１２図は、厚鋼板の厚さ方向に関する変態完了位置と
厚鋼板の反り量との関係を示すグラフで、板厚をｔとし
た場合に、表面から１／４ｔの位置よりも深い位置を基
準とすれば、鋼板の反り量に大差がないことが判る。

従って、発生する鋼板反り量が操業上の許容範囲内であ
れば、基準とする変態完了位置を１７２を以下ではなく
、１／４を以下を目安としてもよい。

このようにすることにより、鋼板通板速度を早めること
ができ、生産性の点からも有利である。

ところで、一般に、水冷時の鋼板では、座屈による波打
、あるいは、反りなどの変形が起こる。

従来の無拘束状態での冷却の場合、このような水冷中の
変形が不均一冷却を助長するために、歪のない鋼板を得
ることが難しかった。

而して、本発明の上ローラには、上記のような変形を拘
束する効果と、鋼板上面の滞溜水の水切り性を良くして
、均一冷却を実現し易くする効果とがある。

本発明の冷却設備における上ローラ条件としては以下の
通りである。

（ｉ　）　綱板上面冷却のパイプノズルからの冷却水を
阻害しないように、上ローラの直径と配列を決定するこ
と。

（ｉｉ　）鋼板の変形防止としては、鋼板を通板方向か
ら視た場合における反りを拘束することが’ＪＪ果的で
あり、従って、上ローラの通板方向の間隔は狭い程、鋼
板の変形を効果的に防止できる。

第１３図は、本発明と従来例とを比較試験した際の反り
量と、反り量の頻度分布割合とを示すものであって、本
発明例の有効性が判る。

尚、実施例では、仕上圧延機の直後に強制水冷却設備を
配設したが、冷却設備の前側に矯正機を配設するように
してもよい。又、上ローラは冷却設備の通板方向一部に
備えてもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、厚鋼板の制御冷
却から直接焼入れまで実施でき、従来のように、仕上圧
延機の後方に２つの冷却設備を設置する必要がなく、冷
却設備をコンパクト化できて、その設置場所が制約を受
けることはないと共に、広範囲な冷却条件下で、厚鋼板
の大きな冷却歪の発生を防止でき、しかも、冷却設備も
簡易なものとでき、又、制御も容易にできる０本発明は
上記各種の利点を有し、実益大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１３図は本発明の一実施例を示し、第１図
は要部の正面断面図、第２図は設備レイアウトを示す説
明図、第３図は強制水冷却設備の平面図、第４図は同側
面図、第５図は第３図のＡ−Ａ線矢視断面図、第６図は
第１図のＢ−Ｂ線矢視断面図、第７図はＷ−鋼板の温度
制御方法の一例として示すフローチャート、第８図乃至
第１３図の各図は実験結果を示すグラフ、第１４図乃至
第１６図は実験結果を示すグラフである。 ｌ・・−仕上圧延機、２−・強制水冷却設備、３・・・
矯正機、４−厚鋼板、７・−・搬送テーブルローラ、８
゜９−上部ヘッダ、１０．１１．１３−・ノズル、１２
・・・−・下部ヘッダ、１７・−・・・昇降機構、１９
−・・上ローラ。 特　許　出　願　人　　株式会社神戸製鋼所第１０図 ＠７７　＠ オ赤ワｙｔ五ｐ這フ１（′γ！） ＠１２＠ 嗜〜　ノ３　図 め１ｆムノ（ゝ声

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、厚鋼板４の下方に配置されて厚鋼板４を搬送する搬
   送テーブルローラ７と、厚鋼板４の上方で昇降機構１７
   により昇降自在とされて厚鋼板４を搬送テーブルローラ
   ７との間で解除自在に拘束する上ローラ１９とを備え、
   仕上圧延後の厚鋼板４の上面をパイプノズル１０、１１
   からの冷却水流によって、又、その下面をスプレノズル
   １３からの冷却水流によって夫々冷却して、厚鋼板４を
   制御冷却又は直接焼入れする方法であって、厚鋼板冷却
   停止温度が略５００℃以下となる冷却条件、又は、厚鋼
   板冷却停止温度が略５００℃以上で且つ厚鋼板４の厚さ
   方向中央での冷却速度が板厚が２５ｍｍのときに８００
   ℃〜５００℃間の平均で略１０℃／ｓｅｃ以上となる冷
   却条件で冷却し、少なくとも厚鋼板４の変態温度領域で
   、厚鋼板４を上ローラ１９と搬送テーブルローラ７間で
   拘束し乍ら冷却することを特徴とする厚鋼板のオンライ
   ン冷却方法。