JPS62501300A - 鋼などの板材の連続焼入れ方法及びその焼入れ設備 - 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】 本発明は、硬化焼入れ及び軟化焼入れを同−設備で行うことができる、鋼などの 金属の板材の連続焼入れ方法及びこの方法を使用するための設備に関するもので ある。

含有量が低い合金元素を有する鋼の熱処理又は熱機械処理により、従来の方法で 処理される高合金鋼よりも同じように優れた機械的特性を、ある条件下で得るこ とができる。この結果、安価にするために、熱間圧延中直接焼入れする方法が開 発されてきた。

現在、次の二種類の熱処理法が使用されている。即ち、−硬化焼入れ、この目的 はマルテンサイト組織を作ることにあり、マルテンサイト領域を得るために最大 冷却速度を２００℃以下の温度にまで下げることが必要であり、 一軟化焼入れ、この目的は４００℃以上の温度領域で作られるフェライト、パー ライト又はベイナイトＭｉ織を得ることにあり、８００℃（初１１１１温度）か ら６００℃（最終温度）に亘る温度領域における従来方法よりも十倍も低くし得 る冷却速度が必要である。

これらの条件は、特に次の二種類の１１ａ械で得られる。

即ち、上記の如く、加速冷却機における硬化焼入れについては、例えばフランス 特許第２２２３０９６号にオイて、５　Ｍ　Ｗ　／　ｍ台の熱流束を除去せしめ 得る入力流量の水を使用して、案内ローラーが鋼板の両側に設けられている遮蔽 室を通して、処理される鋼板を駆動しており、−軟化焼入れについては、例えば 、刊行物［トランスアクションズ　アイ　ニス　ジエＪ　（Ｔｒａｎｓａｃｔｉ ｏｎｓ　Ｉ。

Ｓ、Ｊ、）　１９８２年度第２２巻の８２４５〜２４６頁に述べられているよう な薄膜状噴射又はシート状水流による冷却用機械によって行われ、０．４〜０． ８　Ｍ　Ｗ　／　ｍ台の熱流束を除去することができる。

硬化又は軟化焼入れを受ける金属板の特性は様々であるので、単−設備による方 法とエネルギー消費量が少ない方法との何れかによって鋼板を製造することが得 策である。不幸にして、流体に関係しているため、軟化焼入れ設備では、硬化焼 入れにとって必要な熱流束を除去することができず、硬化焼入れ設備の場合には 軟化焼入れの流束値にまで下げることができない。

実際の所、金属板を冷却するために必要な熱流束は、金属板の厚みと冷却速度に 比例している。

軟化焼入れの場合には、必要とされる冷却速度は８００℃〜６００℃の間で約り ０℃／秒であり、少なくとも２５１１以下の厚みでは鋼板の厚みに無関係である 。

硬化焼入れの場合には、冷却速度はかなり高く、鋼板の厚みによって決まる。従 って、冷却速度は、８００℃〜２００°Ｃの間で次の通りである。

１０ｍｍ鋼板では約１００°Ｃ／秒 ３０璽論鋼板では約３０°Ｃ／秒 ５０關鋼板では約りＯ℃／秒 厚板（３０ｇ＋＋＋以上）の場合には、冷却速度は金属における熱拡散によって 限定される。

上記から、板厚により、硬化焼入れにとって必要とされる熱流束と軟化焼入れに とって必要とされる熱流束との間には１０の係数があることになる。どのような 冷却法を冶金に使用しても、（４００℃以上の金属表面温度に対する）ライデン フロスト（Ｌｅｉｄｅｎｆｒｏｓｔ　）の現象法における熱流束は、水の流星の ０．６〜０．９の蕗として著しく変化する。従って、水の流量は、硬化焼入れと 軟化焼入れを生ぜしめるためには１０より１かに大きい係数で変化しなければな らない。

本発明は、同−設備を使用して硬化焼入れか、又は軟化焼入れの何れかを行うこ とができる焼入れ法を提供している。

処理される金属板は、板の表面が所要の金属）Ｊｌ織に相当する温度領域にもた らされるように、高冷却流束を存する第一区域を通して連続的に走行せしめられ 、中冷却流束を有する第二区域を通過して冷却は真下する。

軟化焼入れの場合には、冷却流束と滞留時間は、仮の表面温度が高冷却区域で５ ００°Ｃ以下に低下せず、中冷却区域では５００　′ｃ以下を維持するように遊 離に選定され、ライデンフロストの現象又は膜沸騰によって冷却が得られる。硬 化焼入れの場合には、冷却流束と滞留時間は、中冷却区域において冷却が核沸騰 によって行われるように、金属板の表面温度が急速に１００℃に近づくように選 定される。

高冷却流束は、軟化焼入れの場合、１．５ＭＷ／ｒ＋（台であって、硬化焼入れ の場合は約三倍高く、一方、中冷却流束は、軟化焼入れの場合、約０．２〜０． 　Ｂ　Ｍ　Ｗ　／　ｒｄに亘っており、熱交換は膜沸騰又はライデンフロストの 現象によって行われ、硬化焼入れの場合には約三倍高く、核沸騰によって熱交換 が行われる。

この方法を使用するための設備は、高熱流束を有する冷却部門と、次に中熱流束 を有する冷却部門とを組入れており、この第一部門における冷却流束は１：３の 比に亘って、又第二部門における冷却流束は１：４の比に亘って調整可能であり 、（、核沸騰か、又はライデンフロストの現象の何れかの）与えられた沸騰法に 対して、所要の冷却速度に適応できるようにしている。

例として以下に提供されている説明と図により、本発明が如何にして実施され得 るかがわかるであろう。

第１図は本発明による方法を使用するための冷却設備の第一実施例を示す図であ る。

第２図は冷却設備の第二実施例を示す図である。

第３図は軟化焼入れを受ける金属板に関する冷却曲線を示す。

第４図は硬化焼入れを受ける金属板に介する冷却曲線を示す。

本発明の方法によれば、処理される金属板は、８０　’０“０台の温度で圧延機 を出て、高熱流束を除去することができる第一冷却区域、即ち強冷却区域に入る 。この区域を過ぎると、少なくとも金属板の表面は、硬化焼入れか又は軟化焼入 れの何れかが得られるかによって、所要の最終マルテンサイトｍｌ又はパーライ ト−フェライト組織に相当する温度領域に運ばれる。所要の最終組織に相当する 程度まで製品の表面温度を維持するのに十分な、中熱流束を除去することができ る第二冷却区域において、冷却が続行される。

初めに述べたように、高熱流束を有する冷却区域の出口における金属板の表面温 度は、その厚みには関係なく、初期温度と冷却熱流束によって決まる。軟化焼入 れに関する限りでは、少なくとも１２１１の厚みで７５０℃以上の初期温度にお ける金属板が、２ＭＷ／ｎｆ台の流束で３分間冷却された時、金属板の表面温度 がその厚みに無関係であって５００℃以下にならないので、硬化焼入れによって 得られる組織を形成するための領域に達しないという熱形態が示された。他方、 金属板の平均温度は６００℃以上のままで、厚みに依存している゛。

０．８〜０．２　Ｍ　Ｗ　／　ｍ　）による第二冷却区域で完了し、６００℃に 対しては約り０℃／秒の平均冷却速度を維持するように調整される。この第二区 域において、表面温度は常に６００°Ｃ〜５００℃間にある。

この方法によって生じる冷却は、１０℃／秒の一定速度における冷却によって生 じる方法に匹敵し、これは、軟化焼入れ組織を得るために必要であると思われる 。

本発明による設備の実施例によれば、初期温度が８００℃でＪｔ終温度が６００ ℃であって、２ｍ／秒の走行速度を存する２　５　ｍｓ厚の金属板については、 第一区域における冷却熱流束が２　Ｍ　Ｗ　／　ｒｄ台であり、第一区域の長さ が６ｍで第二区域の長さが２４ｍであって、全長３０ｍの設備を提供している。

第３図は、上記の設備を通過した２５１＠厚の金属板の表面、平均及び中心部温 度の変化を示す。

現在知られているように、軟化焼入れ設備は長さが４０ｍになっている。

硬化焼入れを生せしめるためには、金属板をマルテンサイト領域へもたらされて 急冷しなければならない。更に、硬化焼入れ試験により、１５０℃以下の温度に 金属板を冷却することが必要であり、これは厚板の場合、例えば５０鰭厚の金属 板で１２０秒もの長時間冷却になることがわかった。

金属板の前後間を許容し得る最大温度差におさえるためには、Ｏ，ｌ　−０，２ ｍ　／秤台の最低速度にしなければならないので、強冷却区域を連続して通過す る金属板の最大滞留時間は６０秒である。

熱形態としては、最大能力で制御されている強冷却区域の出口において、１５０ ℃に下げて冷却を完了せしめることが必要とされる熱流束は２ＭＷ／ｒｄを越え ないことを示している。

高冷却流束による第一区域（即ち強冷却区域）を過ぎた金属板の表面温度は１０ ０℃に近いので、軟化焼入れの場合熱交換を制限するライデンフロストの現象は なくなって、噴霧水を使用する従来の冷却法が多用され、強烈な１発作用により ４０％台の効率を示している。従って、２ＭＷ／ｎ（の熱流束と４０％の冷却効 率のため、得られる表面水量は２　ｋｇ　／　ｒｄである。この流量は、中冷却 流束を存していて、且つ従来の軟化焼入れ設備の特性（ライデンフロスト現象法 では約０．８ＭＷ／ｎ？）に相当する第二区域における冷却に必要な流量と同じ 程度の量である。

上述の設備例は、６ｍの第一区域と２４ｍの第二区域とを存していて、０．２　 ｍ　／秒の速度で連続して通過する５０１１厚の金属板、或いは０．１　ｍ７秒 で連続通過する７０１１厚の金属板を処理することが可能である。

第４図は、上記の設備を通過した５０′ｌ■厚の金属板の表面、平均及び中心部 温度の変化を示す。

第１図は、本発明による方法を使用するための冷却設備の実施例を示している。

圧延機１を過ぎた金属板は矯正加工設備２を通り、次いで冷却設備３に入る。こ の設備は高冷却流束を有する第一区域４と中冷却流束を有する第二区域５を組込 んでいる。

強冷却区域４を通して上部ローラー７と下部ローラー８との間を走行する被処理 金属板６は、平坦性が良好であるという特徴を有しなければならない。所要の平 坦性を得るために、圧延機を通った金属板は矯正加工設備２を通過するが、これ は二重の利点、即ち、平坦化の見地から見れば、熱間のまま金属板を真直にする のでエネルギー消費量が少なく、冷却の観点からすれば、水の分布状態を良好に するという利点を存している。

強冷却区域は、フランス特許第２２２３０９６号に記述されているような構成要 素を含んでいる。これは金属板が通過する多数の対の案内ローラーを組込んでい る。

これらのローラーは、相互に、且つ金属板の上面と下面に平らで平行な壁部をロ ーラー間に有する遮蔽室９内に収納されている。これらの壁部は、一部のローラ ーのハウジングに設けられている入口から供給され、且つ他のローラーのハウジ ングに設けられている出口から排出されるシート状の冷却水用通路をなしている 。水の流量制御により３の係数で冷却流束を変えることができる。

数組の案内ローラーは金属板を走行せしめ得るが、冷却中の偶発的な変形を防く ために、一部は金属板を保持する役目もしている。熱処理を受ける金属板の厚み は様りであるので、上部ローラーを支持する本機の頂部は、ローラー間の通路を 調整し得るように移動可能でなければならず、従ってこの部分の設備は高価であ り、その長さを減少することが得策である。実際には、その長さは６ｍ程度にす るように限定されている。

中冷却区域５は、金属板を載置する駆動ローラー１０と、ローラー間に設けられ ていてシート状水流又は薄膜状噴射によって金属板をぬらすための噴霧器又は装 置とを含んでいる。好適な実施例によれば、フランス特許第２４２１６７８号に おいて記述されているように、二次元噴射による噴霧装置１１．１２が使用され ている。これらの装置は細長いスリットになっている中空体を存していて、これ に中程度の圧力のガスと水が供給される。

この中空体に注入された水は圧縮ガスの流入によってスリットを通して噴出し、 二次元の微細な霧状噴射を生しる。この微細な霧状噴射の精度が良好であるため 、金属板の幅に亘って均質で、且つその両面に同一な冷却を得ることが可能であ り、冷却能力が４の係数で速やかに調整され得る比較的安価な設備になっている 。この冷却は均質且つ対称であるので、金属板の変形を回避することができる。

上記の実施例では、第二区域５の長さは２４ｍ台であ上述による設備は以下の事 項が可能である。即ち、一連続して硬化焼入れを行い、強冷却区域が、７０　ｍ ｍ以下の厚みの金属板を使用して最大能力で調整され、１０ｍ以上の長さも可能 であり、 −７０１−以上の厚みを存する金属板の硬化又は静的焼入れを行い（この場合、 金属板は第二冷却区域において、往復運動を受ける）、 一１〜２ＭＷ／ｒ／の冷却流束と２ｍ／秒台の通過速度に調整された強冷却区域 で軟化焼入れを行う。

第２図は冷却設備の第二実施例を示した図であって、強冷却区域４が数組のロー ラー１３．１４を組込んでいて、これらのローラー間には金属板１７の上面と下 面に各々向けられている数列の噴霧器１５．１６が配設されている。区域４の次 には中冷却区域５が設けられていて、駆動ローラー２０間に前記実施例と同じよ うに配設されている数列の噴霧器１８．１９を組込んでいる。

各実施例におけるローラーの回転速度は調整され得る。

図面の簡単な説明 ○ 国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．硬化焼入れと軟化焼入れを同一設備で行うことが可能な鋼板の連続焼入れ方 法において、処理される金属板が高冷却流束を有する第一区域を通して連続的に 走行せしめられ、金属板の表面温度を所要の金属組織に相当する温度領域にもた らすように制御されることができ、所要の基準で表面温度を維持し乍ら、中程度 で且つ制御可能な冷却流束を有する第二区域を通過して冷却が完了し、第一及び 第二冷却区域が硬化焼入れ又は軟化焼入れに共に使用され；軟化焼入れの場合に は、冷却流束と滞留時間は、金属板の表面温度が高冷却区域において約５００℃ 以下に低下せず、中冷却区域においては５００℃を維持するように選定され、冷 却がライデンフロストの現象或いは膜沸騰によって行われ、硬化焼入れの場合に は、冷却流束と滞留時間は、金属板の表面温度が急速に１００℃に近づくように 選定されて、中冷却区域においては冷却が核沸騰によって行われるようにしたこ とを特徴とする鋼板の連続焼入れ方法。
2. ２．高冷却流束が、軟化焼入れの場合、１．５ＭＷ／ｍ２台であって、硬化焼入 れの場合には約三倍高く、中冷却流束が、軟化焼入れの場合、約０．２〜０．８ ＭＷ／ｍ２に亘って変化して、硬化焼入れの場合には約三倍高く、中冷却に必要 な水の流量が軟化焼入れの場合とほぼ同じであるようにした、請求の範囲１に従 う方法。
3. ３．第一冷却区域における滞留時間が、軟化焼入れの場合約３秒である、請求の 範囲２に従う方法。
4. ４．請求の範囲１に従う方法を実施するための設備において、設備がローラー（ ７，８，１３，１４，２０）と制御可能な流量で冷却するための装置（９，１５ ，１６，１８，１９）とを組込んでいる高冷却流束を有する区域（４）と中冷却 流束を有する区域（５）とを含んでいて、ローラーの回転数が調整され得、処理 される金属板がローラー上及び／又はローラー間を通過し、冷却装置の少なくと も一部（９）が金属板の両面の各側部における入口から給水される遮蔽室を含ん でいる設備。
5. ５．高冷却流束を有する区域（４）は、処理される金属板（６，１７）が通過す る数組のローラー（７，８；１３，１４）と、上記水を満たす遮蔽室（９）を有 する冷却装置とを含んでおり；中冷却用区域（５）は微細噴霧（１８，１９）又 は撒水によって冷却するための装置を下部ローラー（２０）間に設けている、請 求の範囲４に従う設備。
6. ６．高冷却流束を有する区域における冷却装置が遮蔽室（９）に収納されている ローラー（７，８）を含んでいて、遮蔽室が相互に、且つ金属板の上面と下面に 平らで平行な壁部をローラー間に有し、該壁部は、一部のローラーのハウジング に設けられている入口から供給され、且つ他のローラーのハウジングに設けられ ている出口で排出されるシート状の冷却水用通路を構成し；中冷却流束を有する 区域（５）における微細噴霧するための装置が二次元噴射による空圧式噴霧器（ １１，１２）を組み入れられていて、噴霧器がローラー（１０）間で金属板（６ ）の上下面の前に配設されている、請求の範囲５に従う設備。