JPWO2019087805A1 - 厚鋼板の製造設備及び製造方法 - Google Patents

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Abstract

降伏比の同一の鋼板内におけるばらつきが少ない高強度かつ低降伏比の厚鋼板を製造することができる、厚鋼板の製造設備及び製造方法を提供する。厚鋼板の製造設備（１）は、１００℃以下の厚鋼板（Ｓ）をオーステナイト温度域まで加熱する加熱炉（２）と、加熱炉（２）で加熱された厚鋼板（Ｓ）を焼き入れする焼き入れ装置（３）とを備える。焼き入れ装置（３）は、加熱炉（２）から抽出された厚鋼板（Ｓ）を緩冷却する緩冷却ゾーン（４）と、緩冷却ゾーン（４）を通過した厚鋼板（Ｓ）を急冷却する急冷却ゾーン（５）とを備える。緩冷却ゾーン（４）における上側の緩冷却ノズル（６ａ）と急冷却ゾーン（５）における上側の急冷却ノズル（７ａ）との間に水切り装置（９）を配置する。加熱炉（２）から緩冷却ゾーン（４）までの距離を４ｍ以内とする。

Description

本発明は、１００℃以下の厚鋼板を、オフラインの熱処理設備により再加熱及び焼き入れする厚鋼板の製造設備及び製造方法に関する。
近年、日本国内では大規模な震災が発生しており、高層建築物を中心に安全性の観点から、大地震が発生しても建物の崩壊を招かないように、鋼板の高強度化（引張強度が４９０ＭＰａ以上）に加えて、降伏強度と引張強度の比である降伏比が８０％以下の低降伏比鋼のニーズが高まっている。このような高強度かつ低降伏比を有する鋼板の製造方法として、従来、例えば、特許文献１に示すものが知られている。高強度を保ったうえで、低降伏比を達成するためには、鋼板の組織として軟らかいフェライト相（α）と硬いベイナイト（β）若しくはマルテンサイト（Ｍ）等とを強度に応じた適当な割合で分散させる方法が広く利用されている。
ここで、特許文献１に示す低降伏比低炭素低合金高張力鋼の製造方法では、所定成分を有する鋼片を熱間圧延に際し９５０℃以下での累積圧下率２５％以上の圧延を行い、その後、熱間圧延ラインとは別の場所にある加熱炉及び冷却装置を用いたいわゆるオフラインでの熱処理を行う。このオフラインでの熱処理では、鋼片をＡｃ１変態点とＡｃ３変態点の中間の適当な温度に加熱し、変態オーステナイト相がマルテンサイト若しくは低温変態生成物あるいは両者の混合組織を得るのに十分な空冷以上の冷却速度で冷却し、その後、Ａｃ１変態点温度以下で焼戻すものである。オフラインで熱処理された鋼板を一般的には調質鋼と呼ぶ。
一方、オフラインでの熱処理を伴わずに低降伏比の鋼板を得るものとして、例えば、特許文献２及び３に示すものが知られている。この特許文献２及び３に示す方法では、熱間圧延直後の高温の鋼板を直接冷却する工程を有しており、これをオンラインの熱処理と称する。
特許文献２に示す高靱性高張力鋼の製造法は、所定成分の鋼を１０００℃〜１３００℃に加熱し、少なくとも９８０℃以下Ａｒ３の温度範囲で断面率８０％以上に熱間圧延する。そして、その直後に鋼板をフェライトが生成するＡｒ３変態温度以下まで空冷若しくはそれに準じた冷却を行うことにより先にフェライトを生成させ、その後、鋼板を急冷してフェライト・マルテンサイトの２相層状組織となすものである。
また、特許文献３に示す低降伏比高張力鋼の製造方法は、所定成分範囲の鋼を熱間圧延後、板厚中心部のオーステナイト分率が９０％以下になるまで５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却した後、Ａｃ１変態点＋２０℃〜Ａｃ３変態点−２０℃まで、昇温、加熱保持後、５〜３０℃／ｓの冷却速度で強制冷却し、６００〜４００℃で強制冷却を停止するものである。
なお、特許文献２、３に示す方法のように、オフラインの熱処理工程なしで製造された鋼板は、一般的には非調質鋼と呼ばれている。
特開昭５５−９７４２５号公報 特開昭５５−４１９２７号公報 特開平６−２７１９３４号公報 特許第５２１７５０９号公報 特開２０１５−１７４１３４号公報
ところで、一般的に高温の鋼板を水冷すると、図１６に示すように、高温域では熱流束が小さい膜沸騰が発生し、鋼板の表面温度が低下するにつれて、冷却が不安定な遷移沸騰状態を経て核沸騰状態となる。
ここで、遷移沸騰領域では、鋼板の表面温度が低温であるほど熱流束が増加するため、冷却開始時に鋼板内に温度偏差を有している場合、冷却が進行するにつれて温度偏差が拡大する。冷却が遷移沸騰領域で行われる限り、局所的な温度むらは積算されて拡大し、冷却後の鋼板の材質にばらつきが生じる。
これに対して、膜沸騰領域や核沸騰領域での冷却は、高温部は熱流束が大きいため冷却が促進されるのに対し、低温部は熱流束が小さいため冷却が遅れ、結果として両者の温度差が縮小して温度むらは減少する。ただし、核沸騰による冷却は冷却能力が高く、低い冷却速度（例えば、板厚２０ｍｍの板厚断面平均の冷却速度が５℃／ｓ）で冷却する場合には適さない。
従って、高温の鋼板を低い冷却速度で水冷する場合、遷移沸騰領域を避け、膜沸騰領域で冷却することで均一の冷却が可能となる。一般的に、鋼板に噴射される冷却水の水量密度が低いと膜沸騰が発生しやすいため、均一の冷却を実現するには低水量密度で水冷して、遷移沸騰領域を避ける必要がある。
更に、膜沸騰から遷移沸騰に移行する温度（以下、遷移沸騰温度と呼ぶ）は、鋼板の表面に生成するスケールの影響を受け、本願発明者らが検討したところ、冷却時におけるスケール厚と鋼板の温度履歴の関係は、図１７に示すようになり、スケールが厚いほど遷移沸騰温度が高温化し、遷移沸騰が発生し易くなる。
ここで、冷却前にスケールを除去して均一冷却を実現する方法として、例えば、特許文献５に示す鋼板の製造方法が知られている。特許文献５に示す鋼板の製造方法は、圧延最終パスを終了した後に、鋼板を搬送させながら、デスケーリグ装置によって鋼板の全長の表裏面にエネルギー密度が０．１０Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水を噴射し、その後、鋼板を加速冷却するようにしている。そして、デスケーリング装置による高圧水の噴射圧力を１０ＭＰａ以上としている。
しかしながら、特許文献５に示す鋼板の製造方法の場合、エネルギー密度が０．１０Ｊ／ｍｍ２以上、噴射圧力も１０ＭＰａ以上の高圧水をデスケーリング装置によって噴射する必要があるため、スケール除去に多大なエネルギーを要し、高圧のデスケーリングポンプや配管などが必要となる。
また、オンラインの熱処理において冷却を実施する際に、近年広く使われている通過型冷却装置を用いた場合、鋼板の先端と尾端とで冷却装置に進入するタイミングにずれが生じる。つまり、鋼板の搬送速度をＶ（ｍ／ｓ）、鋼板の長さをＬ（ｍ）とした時、鋼板の尾端は先端と比較してＬ／Ｖ（ｓ）だけ長く放冷されるので、冷却開始温度が鋼板の先端と尾端とで異なる。図１８には、冷却時の鋼板の先端及び尾端の温度履歴を示す。冷却開始温度が鋼板の先端と尾端とで異なることにより、フェライト分率が板内で変化し、降伏比が同一の鋼板内でばらついてしまう問題がある。
ここで、特許文献１に示す低降伏比低炭素低合金高張力鋼の製造方法にあっては、オフラインの熱処理における中間熱処理温度（Ａｃ１変態点とＡｃ３変態点の中間温度）を適切に選ぶことで低降伏比の鋼板が再現良く得られるものの、熱間圧延後に複数回の加熱及び冷却の熱処理工程が必要となり、エネルギーコストが高くなると共に鋼板の生産性の低下を回避することができない。
また、特許文献２に示す高靱性高張力鋼の製造法にあっては、オンラインの熱処理であり、熱間圧延後に再加熱を行わないため、エネルギーコストの観点からは非常に有利である。しかしながら、特許文献２に示す方法においては、熱間圧延直後に鋼板をフェライトが生成するＡｒ３変態温度以下まで空冷若しくはそれに準じた冷却を行うが、この待機期間中は、その他の素材を圧延することができず熱間圧延ラインの生産性の阻害要因となる。
また、特許文献３に示す低降伏比高張力鋼の製造方法にあっては、オンラインの熱処理であるが、板厚中心部のオーステナイト分率が９０％以下になるまで５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却した後に昇温過程が必要であることから、熱間圧延ラインに加熱装置を設置する必要がある。特許文献３においては、この加熱装置についての記載はなく、そもそも熱間圧延ラインにこのような加熱装置を設置すること自体が技術的な難易度が高い。
また、特許文献２及び３に示すような方法におけるオンラインの熱処理の問題として、前述したように、冷却開始温度が鋼板の先端と尾端とで異なることにより、フェライト分率が板内で変化し、降伏比が同一の鋼板内でばらついてしまう問題がある。
鋼板の焼き入れ開始温度が鋼板の先端と尾端とで均一になる方法として、従来、例えば、特許文献４に示す厚鋼板の製造方法及び製造設備が知られている。
特許文献４に示す厚鋼板の製造設備では、２つの冷却装置を準備し、第１の冷却装置で鋼板の先端と尾端とに予め温度差をつけておき、第２の冷却装置に進入するときの鋼板の先端の温度と鋼板の尾端の温度との温度差が５０℃以内となるようにするものである。
しかしながら、特許文献４に示す厚鋼板の製造方法及び製造設備においては、板厚みが薄い場合では、空冷でも冷却速度が速いため、所定の温度よりも焼き入れ温度（第１の冷却装置及び第２の冷却装置に進入するときの鋼板の温度）が低くなってしまったりして、実際の操業では第２の冷却装置に進入するときの鋼板の先端の温度と鋼板の尾端の温度との温度差を５０℃以内とするのは困難であった。
従って、本発明はこれら従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、エネルギーコストを安価にするともに鋼板の生産性の低下を招くことなく、降伏比の同一の鋼板内におけるばらつきが少ない高強度かつ低降伏比の厚鋼板を製造することができる、厚鋼板の製造設備及び製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る厚鋼板の製造設備は、１００℃以下の厚鋼板をオーステナイト温度域まで加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱された厚鋼板を焼き入れする焼き入れ装置とを備えた厚鋼板の製造設備であって、前記焼き入れ装置は、前記加熱炉から抽出された厚鋼板を緩冷却する緩冷却ゾーンと、該緩冷却ゾーンを通過した厚鋼板を急冷却する急冷却ゾーンとを備え、前記緩冷却ゾーンは、少なくとも上下１対の緩冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置されるとともに、前記急冷却ゾーンは、少なくとも上下１対の急冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置され、前記緩冷却ゾーンの上側の緩冷却ノズルと前記急冷却ゾーンの上側の急冷却ノズルとの間に水切り装置を配置するとともに、前記加熱炉から前記緩冷却ゾーンまでの距離を４ｍ以内とすることを要旨とする。
また、本発明の別の態様に係る厚鋼板の製造方法は、１００℃以下の厚鋼板を加熱炉でオーステナイト温度域まで加熱する加熱工程と、該加熱工程で加熱された厚鋼板を焼き入れ装置で焼き入れする焼き入れ工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、前記焼き入れ工程は、前記加熱炉から４ｍ以内に配置された、前記焼き入れ装置の緩冷却ゾーンにより、前記加熱炉から抽出された厚鋼板を緩冷却する緩冷却工程と、前記焼き入れ装置の急冷却ゾーンにより、前記緩冷却ゾーンを通過した厚鋼板を急冷却する急冷却工程とを備え、前記緩冷却工程では、少なくとも上下１対の緩冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置した前記緩冷却ゾーンの緩冷却ノズルから冷却水を前記厚鋼板に噴射して緩冷却を行うとともに、前記急冷却工程では、少なくとも上下１対の急冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置した前記急冷却ゾーンの急冷却ノズルから冷却水を前記厚鋼板に噴射して急冷却を行い、前記緩冷却ゾーンの上側の緩冷却ノズルと前記急冷却ゾーンの上側の急冷却ノズルとの間に水切り装置を配置し、前記上側の緩冷却ノズルからの冷却水と前記上側の急冷却ノズルからの冷却水とを前記水切り装置で拘束して前記上側の緩冷却ノズルからの冷却水と前記上側の急冷却ノズルからの冷却水との混合を回避することを要旨とする。
本発明に係る厚鋼板の製造設備及び製造方法によれば、降伏比の同一の鋼板内におけるばらつきが少ない高強度かつ低降伏比の厚鋼板を製造することができる、厚鋼板の製造設備及び製造方法を提供できる。
本発明の第１実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成図である。 厚鋼板の先端及び尾端が加熱炉から抽出されてから焼き入れ装置の緩冷却ゾーンに進入するまでの温度低下を説明するための図である。 本発明における厚鋼板の製造設備を適用して冷却した時の厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図であり、（ａ）は冷却初期を緩冷却とし、厚鋼板の表層及び板厚方向中心のフェライト分率が所定の分率となったところで急冷却としてほぼ室温まで冷却し、第二相としてマルテンサイトを主体とした組織としたときの厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図、（ｂ）は冷却初期を緩冷却とし、厚鋼板の表層及び板厚方向中心のフェライト分率が所定の分率となったところで急冷却とし、厚鋼板の板厚方向の平均温度がベイナイト生成温度となったところで急冷却を停止し、第二相としてベイナイトを主体とした組織としたときの厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図である。 参考例に係る厚鋼板の製造設備を適用して冷却した時の厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図である。 緩冷却ゾーンの緩冷却ノズルと急冷却ゾーンの急冷却ノズルとの間に水切り装置を配置した場合と当該水切り装置を配置しない場合との状況を示すもので、（ａ）は当該水切りロールを配置しない場合の状況を示す図、（ｂ）は当該水切りロールを配置した場合の状況を示す図である。 水切り装置を変形例に代えた場合図５（ｂ）と同様の図である。 本発明の第１実施形態に係る厚鋼板の製造設備における緩冷却ノズルの例を示し、（ａ）はスプレー形状がフルコーン（衝突形状：円形）の例を示す概略斜視図、（ｂ）はスプレー形状が角吹き（衝突形状：矩形）の例を示す概略斜視図である。 図１に示すオフラインの熱処理設備において、緩冷却ゾーンにおいて先頭から最後まで上下３対の緩冷却ノズルから冷却水を噴射し、急冷却ゾーンにおいて先頭から２つの上下２対の急冷却ノズルから冷却水を噴射し、最後の上下１対の急冷却ノズルから冷却水を噴射しない場合の厚鋼板の板厚方向の平均温度変化を示す図である。 図１に示すオフラインの熱処理設備において、緩冷却ゾーンにおいて先頭の上下１対の緩冷却ノズルから冷却水を噴射せずに、残りの２つの上下２対の緩冷却ノズルから冷却水を噴射し、急冷却ゾーンにおいて先頭から２つの上下２対の急冷却ノズルから冷却水を噴射し、最後の上下１対の急冷却ノズルから冷却水を噴射しない場合の厚鋼板の板厚方向の平均温度変化を示す図である。 図１に示すオフラインの熱処理設備において、緩冷却ゾーンにおいて先から２つの上下２対の緩冷却ノズルから冷却水を噴射し、最後の１つの上下１対の緩冷却ノズルから冷却水を噴射せず、急冷却ゾーンにおいて先頭から２つの上下２対の急冷却ノズルから冷却水を噴射し、最後の上下１対の急冷却ノズルから冷却水を噴射しない場合の厚鋼板の板厚方向の平均温度変化を示す図である。 本発明に係る厚鋼板の製造方法及び製造設備が適用されるオフラインの熱処理設備の変形例の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成図である。 スケール剥離率と噴射水のエネルギー密度との関係について、オフライン再加熱後にデスケーリングを行う場合とオンライン圧延後にデスケーリングを行う場合とを比較して示すグラフである。 デスケーリング装置を示すもので、（ａ）は厚鋼板の搬送方向側面側から見たデスケーリング装置の概略構成図、（ｂ）は厚鋼板の幅方向正面側から見たデスケーリング装置の概略構成図、（ｃ）は厚鋼板の上方向から見た噴射水のパターンを示す図である。但し、図１４（ｂ）においては、搬送ラインに対して下側に位置するデスケーリング装置は図示していない。 デスケーリング装置からの噴射水の噴射圧力に対する液滴速度と噴射距離との関係を示すグラフである。 膜沸騰、遷移沸騰及び核沸騰を説明するためのグラフである。 冷却時におけるスケール厚と鋼板の温度履歴との関係を示すグラフである。 冷却時の鋼板の先端及び尾端の温度履歴を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成が示されており、熱処理設備１は、オフライン型の熱処理設備であり、１００℃以下の厚鋼板Ｓをオーステナイト温度域まで加熱する加熱炉２と、加熱炉２で加熱された厚鋼板Ｓを焼き入れする焼き入れ装置３とを備えている。
加熱炉２には、熱処理設備１とは別の熱間圧延ライン（図示せず）で所定の厚み（例えば３０ｍｍ）及び幅（例えば２０００ｍｍ）に予め熱間圧延され、室温になった後に表面スケール除去装置（図示せず）でスケールを除去した厚鋼板Ｓが装入される。そして、加熱炉２では、厚鋼板Ｓをオーステナイト温度域（例えば、９１０℃程度）まで加熱する。
加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓは、加熱炉２の出側に設置されている複数のテーブルロール８により搬送されながら焼き入れ装置３で焼き入れされる。
ここで、焼き入れ装置３は、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓを緩冷却する緩冷却ゾーン４と、緩冷却ゾーン４を通過した厚鋼板Ｓを急冷却する急冷却ゾーン５とを備えている。
緩冷却ゾーン４は、搬送ラインに対して上下で対をなす上側の緩冷却ノズル６ａ及び下側の緩冷却ノズル６ｂを複数対（本実施形態にあっては、３対）、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って所定ピッチで並べて配置している。各緩冷却ノズル６ａ，６ｂから厚鋼板Ｓに向けて冷却水１２が噴射される。
また、急冷却ゾーン５は、搬送ラインに対して上下で対をなす上側の急冷却ノズル７ａ及び下側の急冷却ノズル７ｂを複数対（本実施形態にあっては、３対）、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って所定ピッチで並べて配置している。各急冷却ノズル７ａ，７ｂから厚鋼板Ｓに向けて冷却水１３が噴射される。
ここで、図１に示す熱処理設備１は、厚鋼板Ｓ内における降伏比のばらつきを少なくするために、オンライン型ではなくオフライン型の熱処理設備とし、また、可能な限り少ないエネルギーで製造してエネルギーコストを安価にするために、１回の熱処理工程（加熱が１回）で低降伏比（降伏強度と引張強度の比である降伏比が８０％以下）の厚鋼板を製造するものである。
先ず、オンライン型の熱処理設備ではなく、オフライン型の熱処理設備とする理由について述べる。オンライン型の熱処理設備とした場合の最大の課題は、冷却前の厚鋼板Ｓの先端と尾端の温度偏差によって機械的特性が同一の鋼板内でばらついてしまうことである。そこで、厚鋼板Ｓの全長にわたって冷却開始温度を一定とするために、オンライン型ではなくオフライン型の熱処理設備とし、加熱炉２と焼き入れ装置（冷却装置）３とを近接配置し、加熱炉２から厚鋼板Ｓを抽出するとほぼ同時に焼き入れ装置３で焼き入れを実施するようにしている。
図２を参照して厚鋼板の先端及び尾端が加熱炉から抽出されてから焼き入れ装置の緩冷却ゾーンに進入するまでの温度低下を説明する。
加熱炉２では、厚鋼板Ｓが一定の温度になるように均熱加熱する。一般的に、加熱炉２内での厚鋼板Ｓの板内温度偏差を±５〜１０℃程度で加熱することができ、且つ加熱炉２の炉温まで厚鋼板Ｓが昇温されることから、加熱炉２の炉内温度はほぼ狙いの温度に対して均一にすることができる。更に、図２に示すように、加熱炉２から焼き入れ装置３までの距離がＬの場合において、例えば、図２（ａ）に示すように、加熱炉２から厚鋼板Ｓの先端が抽出され、厚鋼板Ｓが搬送速度Ｖで搬送され、図２（ｂ）に示すように、厚鋼板Ｓの先端が焼き入れ装置３に進入したとする。この場合、厚鋼板Ｓが加熱炉２を出てから外気により厚鋼板Ｓの温度低下が開始するため、厚鋼板Ｓの先端は加熱炉２と焼き入れ装置３との間の距離Ｌだけ移動する時間Ｌ／Ｖだけ放冷されることになる。一方、厚鋼板Ｓの尾端についても、図２（ｃ）に示すように、加熱炉２から厚鋼板Ｓの尾端が抽出され、厚鋼板Ｓが搬送速度Ｖで搬送され、図２（ｄ）に示すように、厚鋼板Ｓの尾端が焼き入れ装置３に進入したとする。この場合、厚鋼板Ｓが加熱炉２を出てから外気により厚鋼板Ｓの温度低下が開始するため、厚鋼板Ｓの尾端は加熱炉２と焼き入れ装置３との間の距離Ｌだけ移動する時間Ｌ／Ｖだけ放冷されることになる。ここで、厚鋼板Ｓの搬送速度Ｖが一定とすると、加熱炉２内で厚鋼板Ｓの先尾端に温度偏差がなく、また、同一時間放冷されて、焼き入れ装置３に進入するため、焼き入れ装置３の進入時において厚鋼板Ｓの先尾端に温度偏差はない。このため、板材ごとの厚鋼板Ｓの先尾端の温度にばらつきは少なく、厚鋼板Ｓの先尾端について同一温度で冷却を開始することができる。これにより、厚鋼板Ｓの全長にわたって冷却開始温度を一定にすることができる。なお、厚鋼板Ｓの先尾端について同一温度で冷却を開始するためには、厚鋼板Ｓの先端が加熱炉２を出てから、厚鋼板Ｓの尾端が焼き入れ装置３に進入するまで一定の速度で通板することが好ましい。
次に、焼き入れ装置３を、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓを緩冷却する緩冷却ゾーン４と、緩冷却ゾーン４を通過した厚鋼板Ｓを急冷却する急冷却ゾーン５とを備えて構成する理由について述べる。
加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓに対し、冷却初期を緩冷却として、先ずフェライトを所定の分率だけ生成させ、その後に急冷却を実施して、残りのオーステナイト相をベイナイト相若しくはマルテンサイト相とする。これにより、１回の熱処理工程で第一相のフェライト分率のコントロールをするとともに、第二相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相を作り込む。これにより、厚鋼板の組織として軟らかいフェライト相と硬質相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相とを強度に応じた適当な割合で分散させることができ、引張強度を保った上で低降伏比を達成することができる。そして、オフラインの熱処理設備１としてあるから、フェライト分率が板内で変化することなく、降伏比が同一の鋼板内でばらつくことのない厚鋼板を得ることができる。
このように、焼き入れ装置３を、緩冷却ゾーン４と急冷却ゾーン５とで構成して厚鋼板Ｓを冷却した時の厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴の模式図を図３に示す。図３（ａ）は、冷却初期を緩冷却とし、厚鋼板の表層及び板厚方向中心のフェライト分率が所定の分率となったところで急冷却としてほぼ室温まで冷却し、第二相としてマルテンサイトを主体とした組織としたときの厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図である。なお、温度の模式図は、比較的板厚みが厚い（５０ｍｍ以上）条件について記載している。
ここで、緩冷却ゾーン４における緩冷却では、厚鋼板Ｓの表層から板厚方向中心までの各位置の冷却速度が０．４〜１０℃／ｓ程度、好ましくは０．４〜５℃／ｓとなるように調整すると、厚鋼板Ｓの表層と板厚方向中心のフェライト分率は大きく変化せず、板厚方向にわたりほぼ一定のフェライト分率とすることができる。緩冷却ゾーン４における緩冷却において、厚鋼板Ｓの表層から板厚方向中心までの各位置の冷却速度が０．４〜１０℃／ｓとなるように制御するために、緩冷却ゾーン４での冷却水の単位面積当たりの水量（以後、水量密度と称する）は、３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）とすることが好ましい。緩冷却ゾーン４での冷却水の水量密度が３０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）未満だと、目標の冷却速度の下限値である０．４℃／ｓを下回り、ほぼ空冷と同等の冷却速度となることから、生産性が著しく低下する。一方、当該水量密度が２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）よりも大きいと、ベイナイトなどの第二相の組織が緩冷却中に生成する可能性があり、安定的に目標のフェライト分率とすることができない。低い冷却速度で、より均一に冷却するには、当該水量密度を好ましくは１５０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）以下とするのが良い。
また、急冷却ゾーン５における急冷却では、緩冷却よりも速い冷却速度であればよく、特に冷却速度が最も遅くなる板厚方向中心部で４℃／ｓ以上とすることで厚鋼板Ｓの表層及び板厚方向中心の温度がマルテンサイト生成温度よりも低い温度まで冷やすことができ、第二相の組織をマルテンサイト主体とすることができる。急冷却ゾーン５における急冷却において、冷却速度が最も遅くなる板厚方向中心部で４℃／ｓ以上とするために、急冷却ゾーン５での冷却水の水量密度は１０００〜４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）とすることが好ましい。当該水量密度が１０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）未満では特に板厚みが厚い場合（例えば１００ｍｍ）、目標の冷却速度に達しない上、遷移沸騰が発生して温度むらが生じる問題がある。目標の冷却速度を達成しつつ、均一に冷却するには、当該水量密度を好ましくは１２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）以上とするのが良い。一方、当該水量密度が４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）よりも大きいと、これ以上水量密度を上げても冷却速度はほとんど変化しないことから冷却水の動力など経済性の観点から好ましくない。
また、図３（ｂ）は、冷却初期を緩冷却とし、厚鋼板の表層及び板厚方向中心のフェライト分率が所定の分率となったところで急冷却とし、厚鋼板の板厚方向の平均温度がベイナイト生成温度となったところで急冷却を停止し、第二相としてベイナイトを主体とした組織としたときの厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図である。なお、温度の模式図は、比較的板厚みが厚い（５０ｍｍ以上）条件について記載している。
ここで、緩冷却ゾーン４における緩冷却では、厚鋼板Ｓの表層から板厚方向中心までの各位置の冷却速度が０．４〜１０℃／ｓ程度、好ましくは０．４〜５℃／ｓとなるように調整すると、厚鋼板Ｓの表層と板厚方向中心のフェライト分率は大きく変化せず、板厚方向にわたりほぼ一定のフェライト分率とすることができる。好ましくは、緩冷却終了時の板厚方向の温度偏差（表層−板厚方向中心）が１００℃以下となるように冷却速度を選択するのがよい。また、その後の急冷却ゾーン５における急冷却では、緩冷却よりも速い冷却速度であればよく、板厚方向中心部で４℃／ｓ以上で冷却するとともに、ベイナイト生成温度（４００〜５５℃）で冷却を終了させることで、第二相の組織をベイナイト主体とすることができる。
一方、図４は、参考例に係る厚鋼板の製造設備を適用して冷却した時の厚鋼板の表層及び板厚方向中心の温度履歴及び厚鋼板の組織変化についてＣＣＴ線図を用いて説明した図である。なお、温度の模式図は、比較的板厚みが厚い（５０ｍｍ以上）条件について記載している。
参考例に係る厚鋼板の製造設備では、冷却初期から急冷却を実施し、ほぼ水温に至るまで厚鋼板を冷却している。この冷却方法では、冷却初期から急冷却を実施するために、厚鋼板Ｓの表面の冷却速度は冷却初期で速く、厚鋼板Ｓの表面温度が水温近傍になったところでほぼ一定温度となる。そのため、厚鋼板Ｓの表層はフェライト変態をせず、マルテンサイト変態をしている。このため、参考例に係る厚鋼板の製造設備では、１回の熱処理工程で複相組織を作り込むことができない。
これに対して、本実施形態に係る厚鋼板の製造設備では、前述したように、焼き入れ装置３を、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓを緩冷却する緩冷却ゾーン４と、緩冷却ゾーン４を通過した厚鋼板Ｓを急冷却する急冷却ゾーン５とを備えて構成されている。これにより、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓに対し、冷却初期を緩冷却として、先ずフェライトを所定の分率だけ生成させ、その後に急冷却を実施して、残りのオーステナイト相をベイナイト相若しくはマルテンサイト相とする。このため、１回の熱処理工程で第一相のフェライト分率のコントロールをするとともに、第二相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相を作り込むことができる。
また、熱処理設備１においては、図１及び図５（ｂ）に示すように、緩冷却ゾーン４の最も出側の上側の緩冷却ノズル６ａと急冷却ゾーン５の最も入側の上側の急冷却ノズル７ａとの間には、水切り装置９が設置されている。また、図１に示すように、緩冷却ゾーン４の最も入側の上側の緩冷却ノズル６ａの入側と急冷却ゾーン５の最も出側の上側の急冷却ノズル７ａの出側とにも水切り装置９が設置されている。更に、図１に示すように、緩冷却ゾーン４の各緩冷却ノズル６ａ間及び急冷却ゾーン５の各急冷却ノズル７ａ間にも水切り装置９が設置されている。これら水切り装置９は、水切りロールで構成される。
緩冷却ゾーン４の最も出側の上側の緩冷却ノズル６ａと急冷却ゾーン５の最も入側の上側の急冷却ノズル７ａとの間に水切り装置９を設置する理由について、図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、緩冷却ゾーン４の最も出側の上側の緩冷却ノズル６ａと急冷却ゾーン５の最も入側の上側の急冷却ノズル７ａとの間に水切り装置９を設置していない場合、上側の緩冷却ノズル６ａからの冷却水１２と上側の急冷却ノズル７ａからの冷却水１３とが混合してしまう。特に、急冷却ノズル７ａの方が冷却速度を速くする点で冷却水の流量を多くする必要があるため、冷却水１２の流量が少ない緩冷却ノズル６ａ側に急冷却ノズル７ａからの冷却水１３が進入してしまい、緩冷却ノズル６ａの直下では冷却能力が高くなる傾向となる。このため、図５（ｂ）に示すように、緩冷却ゾーン４の上側の緩冷却ノズル６ａと急冷却ゾーン５の上側の急冷却ノズル７ａとの間に水切り装置９を設置する。そして、上側の緩冷却ノズル６ａからの冷却水１２と上側の急冷却ノズル７ａからの冷却水１３とを水切り装置９で拘束して上側の緩冷却ノズル６ａからの冷却水１２と上側の急冷却ノズル７ａからの冷却水１３との混合を回避し、安定した冷却を実現できるようにしている。
また、緩冷却ゾーン４の最も入側の上側の緩冷却ノズル６ａの入側と急冷却ゾーン５の最も出側の上側の急冷却ノズル７ａの出側とに水切り装置９を設置した理由について説明する。
図４で説明したような参考例に係る厚鋼板の製造設備を適用して厚鋼板Ｓを冷却するときには、一般的に室温までの冷却しかできないので、ベイナイトが生成する４００〜５５０℃で冷却を停止させることができない。この参考例に係る厚鋼板の製造設備を適用して厚鋼板Ｓを冷却する場合において、図３（ｂ）に示すように厚鋼板Ｓの温度がベイナイト生成域（４００℃前後）で急冷却を停止させようとすると、急冷却ノズルからの冷却水が特に厚鋼板Ｓ上に滞留してしまい、その滞留水が存在している部位で厚鋼板の面内の過冷却を発生させる原因となる。このため、ベイナイトが生成する４００〜５５０℃で冷却を停止させることができない。また、最も加熱炉に近い緩冷却ゾーン４側では、加熱炉２側に滞留水が厚鋼板Ｓ上に沿って流れるため、加熱炉２側に冷却水が侵入してしまい、加熱炉２の故障の原因となったり、先と同じく厚鋼板Ｓの面内の過冷却を発生させたりする原因となる。このため、本実施形態のように、緩冷却ゾーン４の最も入側の上側の緩冷却ノズル６ａの入側と急冷却ゾーン５の最も出側の上側の急冷却ノズル７ａの出側とに水切り装置９を設置することにより、厚鋼板Ｓの上に滞留する滞留水を水切り装置９で拘束して滞留水が焼き入れ装置３の外に流出するのを阻止し、ベイナイト生成域で精度よく冷却を停止するようにしている。
ここで、各水切り装置９は、搬送ラインに対して上方に位置しており、昇降機能を有することで、様々な板厚の厚鋼板Ｓを一定の押圧力で拘束することができる。良好な水切り性を得るには冷却中の厚鋼板Ｓの表面形状を平坦とするのがよく、各水切り装置９の押付け力は好ましくは４ｔｏｎ以上、より好ましくは６ｔｏｎ以上、さらに好ましくは８ｔｏｎ以上がよい。一方、各水切り装置９がたわんで厚鋼板Ｓと水切り装置９との間に隙間が生じて水切り性が悪化する可能性があるため、押付け力は２０ｔｏｎ以下が好ましい。
なお、水切り装置９は、図６に示すように、水切りロールではなく、パージ水１５を噴射して冷却水を後続するパージノズルで構成したり、あるいは空圧パージで構成してもよい。但し、水冷適用区間外に冷却水を漏洩させずに、より安定した冷却を実施するためには、水切り装置９として水切りロールを用いることが好ましい。
ここで、前述したように、緩冷却ゾーン４における緩冷却では、フェライトを生成させる点から冷却速度を０．４〜１０℃／ｓ程度に制御したいことから、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度を、３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）程度とするのが好適である。そして、緩冷却時には、厚鋼板Ｓの冷却としては比較的冷却水量が少ない状態となるため、緩冷却ノズル６ａ，６ｂから噴射された液滴となった冷却水は厚鋼板Ｓに衝突した時に、液滴と厚鋼板Ｓとの間に蒸気膜が発生するいわゆる膜沸騰状態となる。この膜沸騰状態は温度が低くなると崩壊して液滴と厚鋼板Ｓが直接接触するいわゆる核沸騰に移行して急激に冷却能力が速くなる。緩冷却ノズル６ａ，６ｂからの水量密度が高いほど、核沸騰に移行する温度（いわゆる遷移温度）が高温化するため、緩冷却が可能な膜沸騰状態の温度範囲が狭くなってゆく。そのため、局所的な水量密度が高くならないように、なるべく広がって噴射されるスプレー形状が好ましい。この点から、緩冷却ノズル６ａ，６ｂからの冷却水１２の冷却形式としては、広範囲に低い水量密度で噴霧可能なスプレー冷却が良く、特に図７（ａ）に示すフルコーン（衝突形状：円形）、オーバル（衝突形状：楕円）、図７（ｂ）に示す角吹き（衝突形状：矩形）が好ましい。なるべく広範囲に均一に噴霧する点から、オーバルであれば、短径と長径の比は１：１〜１：４の範囲に入るのが好ましい。また、角吹きの場合もオーバルと同じく、短辺と長辺の比を１：１〜１：４の範囲にするのが好ましい。また、水と空気を混合させたいわゆるミスト冷却でも先に述べたスプレーのように、短辺と長辺の比率を適切に選定すれば同等の性能とすることができる。
また、遷移温度は、厚鋼板Ｓの表面に生成する酸化スケールの影響を受け、一般的にはスケール厚みが厚いほど遷移温度が高温化する。緩冷却中にこのような遷移温度に達してしまうと厚鋼板Ｓの表面が急速に冷却されるため、特に鋼板表層の冷却速度が、０．４〜１０℃／ｓよりもはるかに速くなる危険性がある。そこで、この遷移温度を低くして、可能な限り膜沸騰で冷却可能な範囲を広げるために、加熱炉装入前の厚鋼板は、ショットブラストや酸洗などの工程で、予め熱間圧延時に生成した比較的厚いスケールを除去するのが好ましい。一般的なミルスケールは、１０〜５０μｍ程度であるが、ショットブラストや酸洗により加熱炉装入前のスケールの厚みを１μｍ未満とすることができる。また、加熱炉２内は窒素雰囲気加熱などの無酸化雰囲気で加熱することで、加熱炉２内でのスケールの生成を抑えるのが良く、好ましくは、加熱炉２内の酸素濃度を１％未満とするのが好適である。
このようにすることで、加熱炉２抽出までのスケールの生成を防止することができるが、加熱炉２抽出後に高温鋼板は大気雰囲気に暴露されてやはり酸化スケールが生成する。そこで、酸化スケールの抑制の観点から、厚鋼板Ｓの先端及び尾端のそれぞれが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満、好ましくは１００ｓｅｃ以内とするように厚鋼板Ｓの搬送速度を制御するのが好適である。また、一般的なオフライン熱処理の搬送速度は、２〜２０ｍｐｍ程度であり、酸化スケールを可能な限り防止する観点から、最低の搬送速度を２ｍｐｍとした場合、加熱炉２の抽出口から緩冷却ゾーンまでの距離Ｌは４ｍ以内が好ましく、３．３ｍ以内となると更に好適である。このため、本実施形態にあっては、加熱炉２から緩冷却ゾーン４までの距離Ｌを４ｍ以内としている。
熱処理設備１においては、図１に示すように、厚鋼板Ｓの先端及び尾端のそれぞれが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満となるように厚鋼板Ｓの搬送速度を制御する制御装置１０が設けられている。
この制御装置１０は、厚鋼板Ｓの搬送速度を制御するため、即ち搬送速度制御装置として機能するために、厚鋼板Ｓを搬送するテーブルロール８に接続されるとともに、上位コンピュータ１１に接続されている。制御装置１０は、上位コンピュータ１１から、加熱炉２から緩冷却ゾーン４までの距離Ｌの情報を取得するとともに、この距離Ｌに基いて厚鋼板Ｓの先端及び尾端のそれぞれが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満となるような厚鋼板Ｓの搬送速度Ｖを算出し、この算出された搬送速度Ｖで厚鋼板Ｓを搬送するようにテーブルロール８の回転速度を制御する。
また、緩冷却ゾーン４における緩冷却から急冷却ゾーン５における急冷却に切り替えるタイミングの厚鋼板Ｓの温度、即ち、厚鋼板Ｓの、緩冷却ゾーン４の終点時における板厚断面平均温度は、少なくとも１０％以上、好ましくは２０％以上、８０％以下のフェライト分率となるフェライトを生成したいため、５５０℃〜８００℃の範囲内とするのが好適である。
熱処理設備１においては、前述の制御装置１０が、緩冷却制御装置としての機能も兼ね備えており、制御装置１０は、厚鋼板Ｓに冷却水を噴射する緩冷却ノズル６ａ、６ｂに接続されている。そして、制御装置１０は、上位コンピュータ１１から、加熱温度、板厚などの情報に加えて、厚鋼板Ｓの目標温度（緩冷却ゾーン４の終点時における板厚断面平均温度である５５０℃〜８００℃の範囲内の目標温度）の情報を取得するとともに、この目標温度に基いて、冷却水を噴射する緩冷却ノズル６ａ，６ｂの数（緩冷却ノズル６ａ，６ｂの対数）、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を算出する。そして、制御装置１０は、この算出された厚鋼板Ｓの搬送速度で厚鋼板Ｓを搬送しつつ緩冷却ノズル６ａ，６ｂの数（緩冷却ノズル６ａ，６ｂの対数）及び緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度で緩冷却ノズル６ａ，６ｂから厚鋼板Ｓに向けて冷却水を噴射する。これにより、厚鋼板Ｓの、緩冷却ゾーン４の終点時における板厚断面平均温度は、５５０℃〜８００℃の範囲内の目標温度とされる。
また、急冷却ゾーン５における急冷却では、緩冷却でオーステナイトからある分率だけフェライトにされた厚鋼板Ｓの組織を、その残りのオーステナイトをベイナイト若しくはマルテンサイトにしたいため、冷却速度は可能な限り速い方がよく、少なくとも厚鋼板Ｓの板厚方向中心で４℃／ｓ以上に制御する。この点から、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度は１０００〜４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）程度とするのがよい。当該水量密度が１０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）未満では特に板厚みが厚い場合（例えば１００ｍｍ）、目標の冷却速度に達せず、当該水量密度が４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）より大きい場合には、これ以上水量密度を上げても冷却速度はほとんど変化しないことから冷却水の動力など経済性の観点から好ましくない。更に急冷却時には、先に説明した膜沸騰状態となると冷却能力が低くなるため、核沸騰に遷移しやすいように急冷却ノズル７ａ、７ｂの噴射圧力は高い方がよく、少なくとも０．１ＭＰａ以上、好ましくは０．３ＭＰａ以上が良い。また、当該噴射圧力が１．０ＭＰａを超えるとポンプの動力が大きくなるだけではなく、配管なども耐圧性の高いものが必要となり経済的ではないため、当該噴射圧力は１．０ＭＰａ以下が好適である。
また、厚鋼板Ｓの急冷却の終了温度、即ち、厚鋼板Ｓの、急冷却ゾーン５の終点時における板厚断面平均温度が室温〜５５０℃の範囲内が好適である。５５０℃よりも急冷却の終了温度が高い場合は、安定してベイナイトを生成することができないため、高強度鋼板を得ることができないからである。
熱処理設備１においては、前述の制御装置１０が、急冷却制御装置としての機能も兼ね備えており、制御装置１０は、厚鋼板Ｓに冷却水を噴射する急冷却ノズル７ａ、７ｂに接続されている。そして、制御装置１０は、上位コンピュータ１１から、加熱温度、板厚などの情報に加えて、厚鋼板Ｓの目標温度（急冷却ゾーン５の終点時における板厚断面平均温度である室温〜５５０℃の範囲内の目標温度）の情報を取得するとともに、この目標温度に基いて、冷却水を噴射する急冷却ノズル７ａ，７ｂの数（急冷却ノズル７ａ，７ｂの対数）、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を算出する。そして、制御装置１０は、この算出された厚鋼板Ｓの搬送速度で厚鋼板Ｓを搬送しつつ急冷却ノズル７ａ，７ｂの数（急冷却ノズル７ａ，７ｂの対数）及び急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度で急冷却ノズル７ａ，７ｂから厚鋼板Ｓに向けて冷却水を噴射して停止する。これにより、厚鋼板Ｓの、急冷却ゾーン５の終点時における板厚断面平均温度は、室温〜５５０℃の範囲内の目標温度で停止される。
なお、図８には、図１に示すオフラインの熱処理設備において、制御装置１０によって厚鋼板Ｓの搬送速度制御、緩冷却制御及び急冷却制御を行い、緩冷却ゾーン４において先頭から最後まで上下３対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射し、急冷却ゾーン５において先頭から２つの上下２対の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を噴射し、最後の上下１対の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を噴射しない場合の厚鋼板の板厚方向の平均温度変化が示されている。
また、図９には、図１に示すオフラインの熱処理設備において、制御装置１０によって厚鋼板Ｓの搬送速度制御、緩冷却制御及び急冷却制御を行い、緩冷却ゾーン４において先頭の上下１対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射せずに、残りの２つの上下２対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射し、急冷却ゾーン５において先頭から２つの上下２対の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を噴射し、最後の上下１対の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を噴射しない場合の厚鋼板の板厚方向の平均温度変化が示されている。図９に示す制御の例では、緩冷却ゾーン４において先頭の上下１対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射せず、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓの放冷時間が図８の制御例に対して長くなっている。
更に、図１０には、図１に示すオフラインの熱処理設備において、制御装置１０によって厚鋼板Ｓの搬送速度制御、緩冷却制御及び急冷却制御を行い、緩冷却ゾーン４において先頭から２つの上下２対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射し、最後の１つの上下１対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射せず、急冷却ゾーン５において先頭から２つの上下２対の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を噴射し、最後の上下１対の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を噴射しない場合の厚鋼板の板厚方向の平均温度変化が示されている。図１０に示す制御の例では、緩冷却ゾーン４において最後の１つの上下１対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を噴射せず、緩冷却と急冷却との間に空冷でほぼ一定温度として保持可能となっている。
図８〜図１０に示した制御の例は、一例であって、目標とする素材の特性（例えば、フェライト分率）により制御形態は種々変更することができる。
次に、図１に示す熱処理設備１を用いた本発明の厚鋼板の製造方法について説明する。
先ず、熱処理設備１とは別の熱間圧延ライン（図示せず）で所定の厚み（例えば３０ｍｍ）及び幅（例えば２０００ｍｍ）に予め熱間圧延され、室温になった後に表面スケール除去装置（図示せず）でスケールを除去した厚鋼板Ｓを加熱炉２に装入する。そして、加熱炉２において、厚鋼板Ｓをオーステナイト温度域（例えば、９１０℃程度）まで加熱する（加熱工程）。
次いで、厚鋼板Ｓは加熱炉２から抽出され、加熱炉２の出側に設置されている複数のテーブルロール８により搬送されながら焼き入れ装置３で焼き入れする（焼き入れ工程）。
ここで、この焼き入れ工程では、先ず、加熱炉２から４ｍ以内に配置された、焼き入れ装置３の緩冷却ゾーン４により、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓを緩冷却する（緩冷却工程）。
この緩冷却工程では、上下複数（３）対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂを厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って並べて配置した緩冷却ゾーン４の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水を厚鋼板Ｓに噴射して緩冷却を行う。
ここで、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度を３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）として緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を厚鋼板Ｓに噴射して緩冷却を行う。また、厚鋼板Ｓの、緩冷却ゾーン４の終点時における板厚断面平均温度が５５０℃〜８００℃の範囲内の目標温度となるように、制御装置１０で冷却水１２を噴射する緩冷却ノズルの数（緩冷却ノズル６ａ，６ｂの対数）、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御して緩冷却を行う。
また、制御装置１０は、厚鋼板Ｓの先端及び尾端のそれぞれが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満となるように厚鋼板Ｓの搬送速度を制御する。
次に、焼き入れ工程では、焼き入れ装置３の急冷却ゾーン５により、緩冷却ゾーン４を通過した厚鋼板Ｓを急冷却する（急冷却工程）。
この急冷却工程では、上下複数（３）対の急冷却ノズル７ａ，７ｂを厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って並べて配置した急冷却ゾーン５の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水を厚鋼板Ｓに噴射して急冷却を行う。
ここで、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度を１０００〜４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）として急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を厚鋼板Ｓに噴射して急冷却を行う。また、厚鋼板Ｓの、急冷却ゾーン５の終点時における板厚断面平均温度が室温〜５５０℃の範囲内の目標温度で冷却停止するように、制御装置１０で冷却水１３を噴射する急冷却ノズル７ａ，７ｂの数（急冷却ノズル７ａ，７ｂの対数）、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御して急冷却を行う。
そして、焼き入れ工程を経た厚鋼板Ｓは、後工程に供される。
このように、本発明の第１実施形態に係る厚鋼板Ｓの製造方法によれば、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓに対し、冷却初期を緩冷却として、先ずフェライトを所定の分率だけ生成させ、その後に急冷却を実施して、残りのオーステナイト相をベイナイト相若しくはマルテンサイト相とする。これにより、１回の熱処理工程で第一相のフェライト分率のコントロールをするとともに、第二相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相を作り込む。このため、厚鋼板Ｓの組織として軟らかいフェライト相と硬質相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相とを強度に応じた適当な割合で分散させることができ、引張強度を保った上で低降伏比を達成することができる。そして、１回の熱処理工程で低降伏比の厚鋼板Ｓを得ることができるので、可能な限り少ないエネルギーで製造してエネルギーコストを安価にすることができる。
（第２実施形態）
図１２には、本発明の第２実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成が示されている。図１２に示す熱処理設備１は、基本構成は、図１に示す熱処理設備と同様であるが、加熱炉２と焼き入れ装置３との間に、加熱炉２で加熱された厚鋼板Ｓに対しデスケーリングを行うデスケーリング装置１６を備えている点で相違している。
加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓは、加熱炉２の出側に設置されている複数のテーブルロール８により搬送されながらデスケーリング装置１６によって鋼板表裏面のスケールが除去される。これにより、厚鋼板Ｓのさらに均一な冷却を実現でき、ばらつきが少ない高強度かつ低降伏比の厚鋼板Ｓを製造することが可能となる。
そして、デスケーリング装置１６によってスケールが除去された厚鋼板Ｓは、テーブルロール８により搬送されながら焼き入れ装置３で冷却される。
オフライン型の熱処理設備１において、熱間圧延された厚鋼板Ｓを、再加熱した後にデスケーリングすることにより、噴射水のエネルギー密度が小さくても、厚鋼板Ｓの表裏面のスケールを除去することができる。このため、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓの表裏面に対してデスケーリング装置３から噴射水１７を噴射することによって鋼板表裏面のスケールを除去するようにしている。
ここで、厚鋼板Ｓに噴射される噴射水のエネルギー密度（Ｊ／ｍｍ２）とは、デスケーリングによってスケールを除去する能力の指標であり、噴射水の水量密度×噴射圧力×衝突時間として定義される。水量密度（ｍ３／（ｓ・ｍｍ２））は、噴射水の噴射流量（ｍ３／ｓ）÷噴射水の衝突面積（ｍｍ２）で計算される値である。また、噴射圧力（Ｎ／ｍ２）は、噴射水の吐出圧力で定義され、衝突時間（ｓ）は、噴射水の衝突厚み÷厚鋼板Ｓの搬送速度で計算される値で定義される。
この噴射水のエネルギー密度とスケール剥離率（噴射水が厚鋼板Ｓに噴射されスケールが剥離した面積と鋼板面積の割合）との関係は、ある鋼種におけるデスケーリングでのスケール剥離状況について、オンラインでの圧延後の厚鋼板Ｓとオフラインでの再加熱後の厚鋼板Ｓを調査したところ、具体的には図１３に示すようになり、オフラインで再加熱した後では低いエネルギー密度、具体的には０．００５Ｊ／ｍｍ２以上でスケールを厚鋼板Ｓの全面で剥離することが可能となる。
一方、オンラインで熱間圧延された後のスケールは厚鋼板Ｓに押し込まれているため、スケールの地鉄への密着性が高く、０．１Ｊ／ｍｍ２以上のエネルギー密度の噴射水を厚鋼板Ｓに衝突させることにより、スケールを厚鋼板Ｓの全面で剥離することが可能となる。これに対して、熱間圧延されその後１００℃以下まで冷却した厚鋼板Ｓを加熱炉２で再加熱すると、再加熱時にスケールと厚鋼板Ｓとの熱膨張差によってスケールが剥離して、加熱炉２抽出後はスケールが厚鋼板Ｓから剥離した状態となっており、デスケーリング水のエネルギー密度が低くてもスケールを均一除去することが可能となる。また、加熱炉２内や加熱炉２抽出後に生成したスケールに関しても、スケールは圧延によって押し込まれることなく、密着力の低い状態であるため、０．００５Ｊ／ｍｍ２以上の低いエネルギー密度でスケール除去が可能となる。
このため、本実施形態にあっては、加熱炉２の出側にデスケーリング装置１６を配置して加熱炉２で加熱された厚鋼板Ｓに対しデスケーリングを行うようにし、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２以上としている。そして、デスケーリング装置１６は、図示しないデスケーリングポンプを介して図１２に示すように制御装置１０に接続され、制御装置１０が、デスケーリングから噴射される噴射水のエネルギー密度が０．００５Ｊ／ｍｍ２以上となるように、噴射水の水量密度、噴射圧力及び衝突時間を制御している。また、制御装置１０は、後述するように、デスケーリング装置３から噴射される噴射水の噴射圧力が、０．５ＭＰａ以上となるように制御している。
なお、加熱炉２に厚鋼板Ｓを装入する前に予めスケール除去機構、例えばショットブラストや酸洗などの工程でスケールを除去して、加熱炉２に装入する前のスケール厚みを１μｍ未満とすることで、スケールをより均一かつ容易に除去することが可能となる。更に、加熱炉２内は窒素雰囲気などの無酸化雰囲気で加熱することで、加熱炉２内でのスケール生成を抑えることにより容易にスケールを除去できるため、加熱炉２内の酸素濃度を１％未満とするのが好ましい。
厚鋼板Ｓの全面でスケールを除去するためには、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水のエネルギー密度を好ましくは０．００８Ｊ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは０．０１Ｊ／ｍｍ２以上とするのがよい。当該噴射水のエネルギー密度が大きすぎると、高圧ポンプや高圧配管が必要となり、設備コストが増大するため、当該噴射水のエネルギー密度を０．０５Ｊ／ｍｍ２以下とするのがよい。
ここで、デスケーリング装置１６は、図１４（ａ）に示すように、搬送ラインを搬送される厚鋼板Ｓに対して上方及び下方に設置され、それぞれのデスケーリング装置１６が、図示しないデスケーリングポンプに接続されたデスケーリングヘッダ１６ａと、デスケーリングヘッダ１６ａに設けられた複数のデスケーリングノズル１６ｂとを備えている。各デスケーリングノズル１６ｂから厚鋼板Ｓの表面あるいは裏面に向けて噴射水１７が噴射され、厚鋼板Ｓの表面あるいは裏面に発生したスケールが除去される。噴射水１７のエネルギー密度は、前述したように、０．００５Ｊ／ｍｍ２以上とされる。
複数のデスケーリングノズル１６ｂは、図１４（ｂ）に示すように（図１４（ｂ）には上側のデスケーリング装置１６のみ図示）、厚鋼板Ｓの幅方向に延びるデスケーリングヘッダ１６ａに当該幅方向に沿って所定ピッチで設置されている。そして、隣り合うデスケーリングノズル１６ｂからの噴射水１７が、図１４（ｃ）に示すように、空中で衝突しないように、各デスケーリングノズル１６ｂは捩り角度を付与されて設置されている。ここで、捩り角度は、厚鋼板Ｓの搬送方向に対し直交する厚鋼板Ｓの幅方向に延びる線Ｌと噴射水１７とのなす角度である。この捩り角度が、具体的には２°以上２０°以下となるように各デスケーリングノズル１６ｂが設置される。
また、厚鋼板Ｓの表面あるいは裏面から各デスケーリングノズル１６ｂの噴射口までの噴射距離（図１４（ａ）参照）が長すぎると、噴射された液滴の速度は飛行中に減衰するため、スケール除去能力が低下してしまう。様々な噴射圧力に対して液滴速度と噴射距離との関係を調査したところ、図１５に示すようになる。本実施形態におけるデスケーリング装置１６からの噴射水の噴射圧力は、オンラインにおける熱間圧延後の通常のデスケーリング装置からの噴射水の噴射圧力と比較して低いため、液滴速度の減衰は小さく、噴射距離の影響は小さいが、本実施形態におけるデスケーリング装置１６からの噴射水の噴射距離は、好ましくは６００ｍｍ以下、さらに好ましくは４００ｍｍ以下がよい。ただし、デスケーリング装置１６が厚鋼板Ｓの表面あるいは裏面と近接しすぎると、厚鋼板Ｓにデスケーリングノズル１６ｂが衝突して当該デスケーリングノズル１６ｂが破損するため、噴射距離は４０ｍｍ以上とするのがよい。
そして、焼き入れ装置３により厚鋼板Ｓを冷却する前に、デスケーリング装置１６で厚鋼板Ｓの表面及び裏面に生成したスケールを除去することにより、焼き入れ装置３で厚鋼板Ｓを均一に冷却することができ、厚鋼板Ｓの板内で均一な材質、特に降伏比のばらつきが小さい高強度の低降伏比調質厚鋼板を製造することができる。
図１７に示すように、スケール厚が薄いほど、遷移沸騰温度が低温化するため、焼き入れ装置３における後述の緩冷却が可能な膜沸騰状態の温度範囲が広くなり（図１６参照）、遷移沸騰が発生することなく均一に厚鋼板Ｓを冷却することができ、厚鋼板Ｓ内の強度や降伏比のばらつきが少ない厚鋼板Ｓを製造することができる。
なお、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水の噴射圧力は、０．５ＭＰａ以上であるとよい。これにより、デスケーリングによって厚鋼板Ｓを冷やし過ぎることなく、狙いの冷却開始温度で緩冷却ゾーン４による緩冷却を開始することができる。これにより、精度よくフェライト分率を制御可能となり、降伏比のばらつきが小さい高強度の低降伏比調質鋼板を製造することができる。厚鋼板Ｓを水冷する場合、冷却能力（熱流束×水冷時間）は水量密度のおよそ０．７乗に比例し、搬送速度に反比例するため、冷却能力は水量密度や搬送速度の影響が大きく、噴射圧力の影響は小さい。
一方、噴射圧力が低い場合、噴射水のエネルギー密度０．００５Ｊ／ｍｍ２以上を確保するには、水量密度を大きくするか、搬送速度を低下させる必要があるが、デスケーリングによる冷却能力が大きくなって、冷却開始温度が低下してしまう。噴射水の噴射圧力が、０．５ＭＰａ未満で、噴射水のエネルギー密度０．００５Ｊ／ｍｍ２以上を確保すると、デスケーリングの冷却能力が大きくなって、特に板厚が薄い（例えば１０ｍｍ）と狙いの冷却開始温度で緩冷却を開始することができず、フェライト分率が狙いからずれて降伏比がばらついてしまう。
また、図１２に示す熱処理設備１においては、緩冷却ゾーン４の最も出側の上側の緩冷却ノズル６ａと急冷却ゾーン５の最も入側の上側の急冷却ノズル７ａとの間には、水切り装置９が設置されている。また、緩冷却ゾーン４の最も入側の上側の緩冷却ノズル６ａの入側と急冷却ゾーン５の最も出側の上側の急冷却ノズル７ａの出側とにも水切り装置９が設置されている。更に、緩冷却ゾーン４の上側の各緩冷却ノズル６ａ間及び急冷却ゾーン５の上側の各急冷却ノズル７ａ間にも水切り装置９が設置されている。
次に、図１２に示す熱処理設備１を用いた厚鋼板の製造方法について説明する。
先ず、熱処理設備１とは別の熱間圧延ライン（図示せず）で所定の厚み（例えば１５ｍｍ）、幅（例えば３０００ｍｍ）及び長さ（例えば１５ｍ）に予め熱間圧延され、室温になった後にスケール除去機構（図示せず）でスケールを除去した厚鋼板Ｓを加熱炉２に装入する。そして、加熱炉２において、厚鋼板Ｓをオーステナイト温度域（例えば、９１０℃程度）まで加熱する（加熱工程）。
次いで、加熱炉２で加熱され、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓに対しデスケーリング装置１６でデスケーリングを行う（デスケーリング工程）。
このデスケーリング工程では、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水１７のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２以上としてデスケーリング装置１６から噴射水１７を厚鋼板Ｓの表面及び裏面に噴射してデスケーリングを行う。
また、デスケーリング工程では、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水１７の噴射圧力を０．５ＭＰａ以上としてデスケーリング装置１６から噴射水１７を厚鋼板Ｓの表面及び裏面に噴射してデスケーリングを行う。
次いで、デスケーリング工程でデスケーリングされた厚鋼板Ｓを焼き入れ装置３で冷却する（焼き入れ工程）。
この焼き入れ工程では、先ず、加熱炉２から４ｍ以内に配置された焼き入れ装置３の緩冷却ゾーン４により、加熱工程完了後から厚鋼板Ｓが焼き入れ装置３に進入するまでの時間を１２０秒以下として、デスケーリング装置１６によってデスケーリングされた厚鋼板Ｓを緩冷却する（緩冷却工程）。
この緩冷却工程では、上下複数対の緩冷却ノズル６ａ，６ｂを厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って並べて配置した緩冷却ゾーン４の緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を厚鋼板Ｓに噴射して緩冷却を行う。
ここで、緩冷却工程では、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度を３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）として緩冷却ノズル６ａ，６ｂから冷却水１２を厚鋼板Ｓに噴射して緩冷却を行う。また、厚鋼板Ｓの、緩冷却ゾーン４の終点時における板厚断面平均温度が５５０℃〜８００℃の範囲内の目標温度となるように、制御装置１０で冷却水１２を噴射する緩冷却ノズル６ａ，６ｂの数（緩冷却ノズル６ａ，６ｂの対数）、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御して緩冷却を行う。
次に、焼き入れ工程では、焼き入れ装置３の急冷却ゾーン５により、緩冷却ゾーン４を通過した厚鋼板Ｓを急冷却する（急冷却工程）。
この急冷却工程では、上下複数対の急冷却ノズル７ａ，７ｂを厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って並べて配置した急冷却ゾーン５の急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を厚鋼板の表面及び裏面に噴射して急冷却を行う。
ここで、急冷却工程では、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度を１０００〜４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）として急冷却ノズル７ａ，７ｂから冷却水１３を厚鋼板Ｓに噴射して急冷却を行う。また、厚鋼板Ｓの、急冷却ゾーン５の終点時における板厚断面平均温度が室温〜５５０℃の範囲内の目標温度で停止するように、制御装置１０で冷却水１３を噴射する急冷却ノズル７ａ，７ｂの数（急冷却ノズル７ａ，７ｂの対数）、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御して急冷却を行う。
そして、焼き入れ工程を経た厚鋼板Ｓは、後工程に供される。
このように、本発明の第２実施形態に係る厚鋼板Ｓの製造方法によれば、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓに対しデスケーリング装置１６でデスケーリングを行い、焼き入れ装置３により厚鋼板Ｓを冷却する前に、厚鋼板Ｓの表面及び裏面に生成したスケールを除去する。これにより、焼き入れ装置３で厚鋼板Ｓを均一に冷却することができる。
そして、熱間圧延された厚鋼板Ｓを、再加熱した後にデスケーリングすることにより、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水１７のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２以上の低いエネルギー密度でスケール除去が可能となる。このため、冷却前のデスケーリングに際し多大なエネルギーを要することなく均一なデスケーリングを行うことができる。
そして、デスケーリング装置１６によってデスケーリングされた厚鋼板Ｓに対し、冷却初期を緩冷却として、先ずフェライトを所定の分率だけ生成させ、その後に急冷却を実施して、残りのオーステナイト相をベイナイト相若しくはマルテンサイト相とする。これにより、１回の熱処理工程で第一相のフェライト分率のコントロールをするとともに、第二相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相を作り込む。これにより、厚鋼板の組織として軟らかいフェライト相と硬質相のベイナイト相若しくはマルテンサイト相とを強度に応じた適当な割合で分散させることができ、引張強度を保った上で低降伏比を達成することができる。そして、オフラインの熱処理設備１としてあるから、フェライト分率が板内で変化することなく、降伏比が同一の鋼板内でばらつくことのない厚鋼板を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、緩冷却ゾーン４において、緩冷却ノズル６ａ，６ｂは少なくとも上下１対あればよく、本実施形態のように３対に限られない。
また、急冷却ゾーン５において、急冷却ノズル７ａ，７ｂは少なくとも上下１対あればよく、本実施形態のように３対に限られない。
また、第１実施形態及び第２実施形態に係る熱処理設備１において、水切り装置９は、緩冷却ゾーン４の最も出側の上側の緩冷却ノズル６ａと急冷却ゾーン５の最も入側の上側の急冷却ノズル７ａとの間に設置されていればよく、緩冷却ゾーン４の最も入側の上側の緩冷却ノズル６ａの入側と急冷却ゾーン５の最も出側の上側の急冷却ノズル７ａの出側、及び緩冷却ゾーン４の上側の各緩冷却ノズル６ａ間及び急冷却ゾーン５の上側の各急冷却ノズル７ａ間に設置されている必要は必ずしもない。
また、図１１に示すように、緩冷却ゾーン４及び急冷却ゾーン５において、水切り装置９間に緩冷却ノズル６ａ及び急冷却ノズル７ａの両者を設置し、目標とする厚鋼板Ｓの特性に応じて、適宜、緩冷却若しくは急冷却のいずれかを選択して、緩冷却ゾーン４において緩冷却を、急冷却ゾーン５において急冷却を行うようにしてもよい。
また、加熱炉２〜焼き入れ装置３間及び焼き入れ装置３の出側に放射温度計を設置し、厚鋼板Ｓの表面温度を測定することもできる。これにより、厚鋼板Ｓの表面温度の実績を元に計算機により厚鋼板Ｓの内部温度の予測も可能となる。
本発明の効果を検証すべく、実施例１〜７として、図１２に示す熱処理設備１において、予めショットブラスト加工でスケールを除去した室温状態の厚鋼板Ｓ（板厚み１２ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、板幅３５００ｍｍ、板長７ｍ）を加熱炉２で９３０℃まで窒素雰囲気で加熱した後、加熱炉２から２．７５ｍ離れた位置にある焼き入れ装置３で焼き入れした。ここで、緩冷却ゾーン４、急冷却ゾーン５における上側の冷却ノズルと下側の冷却ノズルとの対の数（冷却水を噴射した上下ノズル対の数）は表１に示す通りとした。
また、デスケーリング装置１６は、図１４に示すように、複数のデスケーリングノズル１６ｂが幅方向に並べられ、噴射距離は４００ｍｍ、捩り角は１０°、単一ノズルによるスプレー輻射幅は１５０ｍｍであり、加熱炉２から２．０ｍ離れた位置に設置されていた。但し、実施例１〜７及び比較例１〜６においては、デスケーリング装置１６は使用しなかった。
ここで、厚鋼板Ｓの、緩冷却ゾーン４の終点時における板厚断面平均温度が７００±２５℃となるように、緩冷却ノズル６ａ，６ｂの対数、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を設定した。また、厚鋼板Ｓの、急冷却ゾーン５の終点時における板厚断面平均温度（急冷終了温度）が４００±２５℃となるように、急冷却ノズル７ａ，７ｂの対数、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を設定した。なお、前述の３種類の板厚みに対して、緩冷却時の冷却速度が表層に対して０．４〜１０℃／ｓとなるように緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度を３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）に設定した。急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度は、急冷却時の冷却速度が板厚方向中心部で４℃／ｓ以上となるように、１０００〜１５００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）に設定した。
また、実施例１〜７において、加熱炉２から緩冷却ゾーン４までの距離を２．７５ｍとし、かつ厚鋼板Ｓの先端及び尾端のそれぞれが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満となるように厚鋼板Ｓの搬送速度を設定した。また、加熱炉２〜焼き入れ装置３間及び焼き入れ装置３の出側に放射温度計を設置し、厚鋼板Ｓの表面温度を測定し、厚鋼板Ｓの表面温度の実績を元に計算機により厚鋼板Ｓの板厚方向の平均及び中心温度を算出した。
なお、冷却の対象となる厚鋼板の素材は、実験室で実施した小さなサンプルの熱サイクル試験で９３０℃まで加熱後、冷却速度５℃／ｓで７００℃まで冷却した後、４００℃まで冷却速度１５℃／ｓで冷却した試験を行い、組織はフェライト＋ベイナイトとなり、降伏比は７５％となったものである。そのため、実施例１〜７において、厚鋼板Ｓの狙いの組織としてはフェライト＋ベイナイトとするが、その他の試験から板厚方向の一部（例えば、表層近傍）にフェライト＋マルテンサイトとなっていても特性が大きく劣化しないことを確認している。このため、本熱履歴と同じ熱履歴で実際の熱処理設備で厚鋼板を製造した場合、フェライト＋ベイナイトの混相組織となり、降伏比は７５％と予想され、実施例１〜３においてはこれを目標の組織及び低降伏比とする。なお、降伏比は８０％以下を良として判断する。
また、材質ばらつきが小さい鋼板を製造するためには、急冷却ゾーン５の出側の鋼板面内の温度偏差を３０℃以内に抑える必要があった。鋼板面内の温度偏差は、急冷却ゾーン５の出側に設置された走査型放射温度計を用いて、鋼板全面に対して測定された鋼板表面温度のうち、最大値と最小値を差し引いた値として評価した。
その結果を表１の実施例１〜７に示す。厚鋼板Ｓが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間、加熱炉２から緩冷却ゾーン４までの距離、及び緩冷却ゾーン４及び急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度を本発明の範囲にすると、緩冷却時の表層の冷却速度及び急冷却時の板厚方向中心の冷却速度は本発明の推奨する範囲（緩冷却０．４〜１０℃／ｓ、急冷却４℃／ｓ以上）となり、厚鋼板Ｓの組織は板厚方向中心では狙いのフェライト＋ベイナイトとなった。また、厚鋼板Ｓの板厚みが厚い５０ｍｍ（実施例２、４〜６）、１００ｍｍ（実施例３及び７）では、厚鋼板Ｓの組織は表層近傍で狙いの組織と若干異なりフェライト＋マルテンサイトとなったが、いずれの場合も降伏比は目標の８０％以下を達成できた。さらに、実施例１〜７において、鋼板面内の温度偏差は３０℃以内となり、材質ばらつきが小さい高強度かつ低降伏比の鋼板を製造することができた。
Figure 2019087805
これに対して、表１において、比較例１〜３は緩冷却を実施しなかった例である。比較例１〜３では、緩冷却を実施していないため、厚鋼板Ｓの組織はフェライトが生成せず、板厚方向の全体にわたりベイナイト若しくはマルテンサイトとなった。このため、降伏比がいずれの場合も８０％以上となった。
また、比較例４は、緩冷却ゾーン４における冷却水の水量密度を２５０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）に設定した例である。比較例４では、当該水量密度が２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）を超えているため、緩冷却中に遷移沸騰が発生して、緩冷却の表層冷却速度が１２．７℃となって降伏比が９１％となった上、鋼板面内の温度偏差が４０℃と大きくなってしまった。
また、比較例５は、急冷却ゾーン５における冷却水の水量密度を９００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）に設定した例である。比較例５では、当該水量密度が１０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）未満であるため、急冷却中に遷移沸騰が発生して、降伏比は８０％であったが、鋼板面内の温度偏差が３６℃と大きくなってしまった。
また、比較例６は、加熱炉２から緩冷却ゾーン４までの距離を４．５ｍ、厚鋼板Ｓの搬送速度を２．０ｍｐｍとして、厚鋼板Ｓが加熱炉２を抽出されてから緩冷却ゾーン４に進入するまでの時間を１３５ｓｅｃと本発明の推奨範囲である１２０ｓｅｃ未満よりも長くした例である。比較例６においては、厚鋼板が大気雰囲気に曝された時間が長く、厚鋼板Ｓの表面に生成されたスケールが厚く、緩冷却中に遷移沸騰が発生して、鋼板面内の温度偏差が４２℃と大きくなった上、緩冷却と急冷却の終了温度が狙いの７００±２５℃、４００±２５℃から大きく外れてしまい、降伏比が８５％となってしまった。
次に、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓに対しデスケーリング装置１６を使用してデスケーリングを実施した結果を表２に示す。
Figure 2019087805
実施例８〜１２は、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２以上としてデスケーリングした後、本発明の範囲の水量密度で緩冷却ゾーン４及び急冷却ゾーン５で冷却した例である。この場合、降伏比８０％以下を達成しつつ、鋼板面内の温度偏差を１０〜１４℃と小さくすることができた。特に、実施例９及び１０は、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水のエネルギー密度が０．００８０Ｊ／ｍｍ２、０．０１０２Ｊ／ｍｍ２と大きかったため、スケールが鋼板全面で均一に除去されて、鋼板面内の温度偏差が小さくなり、材質ばらつきが小さい高強度かつ低降伏比の鋼板を製造することができた。また、実施例１１では、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水の噴射圧力が、０．５ＭＰａであったため、搬送速度を下げたり、噴射水の水量を多くしたりせずにエネルギー密度０．００５Ｊ／ｍｍ２を確保することができた。その結果、デスケーリングによる温度降下を抑えることができ、冷却開始温度を低下させることなく緩冷却を開始することができたので、フェライト分率が狙い通りとなって、降伏比が狙いの７５％となった。また、実施例１２では、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水の噴射圧力がさらに高く１．０ＭＰａであったため、搬送速度を下げたり、噴射水の水量を多くしたりせずにエネルギー密度０．０１０１Ｊ／ｍｍ２を確保することができた。その結果、フェライト分率が狙い通りとなって、降伏比が狙いの７５％となった上、鋼板面内の温度偏差が１０℃と小さくすることができた。
一方、比較例７は、デスケーリング装置１６から噴射される噴射水のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２以上としてデスケーリングしたが、その後、緩冷却ゾーン４で冷却を実施していない例である。この場合、厚鋼板の組織はフェライトが生成せず、板厚方向の全体にわたりベイナイトとなった。このため、降伏比が８５％となった。
１ オフラインの熱処理設備（厚鋼板の製造設備）
２ 加熱炉
３ 焼き入れ装置
４ 緩冷却ゾーン
５ 急冷却ゾーン
６ａ 上側の緩冷却ノズル
６ｂ 下側の緩冷却ノズル
７ａ 上側の急冷却ノズル
７ｂ 下側の急冷却ノズル
８ テーブルロール
９ 水切り装置
１０ 制御装置（搬送速度制御装置、緩冷却制御装置、急冷却制御装置）
１１ 上位コンピュータ
１２ 緩冷却ノズルからの冷却水
１３ 急冷却ノズルからの冷却水
１５ パージ水
１６ デスケーリング装置
１６ａ デスケーリングヘッダ
１６ｂ デスケーリングノズル
１７ 噴射水
Ｓ 厚鋼板

Claims (18)

  1. １００℃以下の厚鋼板をオーステナイト温度域まで加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱された厚鋼板を焼き入れする焼き入れ装置とを備えた厚鋼板の製造設備であって、
    前記焼き入れ装置は、前記加熱炉から抽出された厚鋼板を緩冷却する緩冷却ゾーンと、該緩冷却ゾーンを通過した厚鋼板を急冷却する急冷却ゾーンとを備え、
    前記緩冷却ゾーンは、少なくとも上下１対の緩冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置するとともに、前記急冷却ゾーンは、少なくとも上下１対の急冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置し、
    前記緩冷却ゾーンの上側の緩冷却ノズルと前記急冷却ゾーンの上側の急冷却ノズルとの間に水切り装置を配置するとともに、前記加熱炉から前記緩冷却ゾーンまでの距離を４ｍ以内とすることを特徴とする厚鋼板の製造設備。
  2. 前記緩冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度は３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）、前記急冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度は１０００〜４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）であることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の製造設備。
  3. 前記厚鋼板の先端及び尾端のそれぞれが前記加熱炉を抽出されてから前記緩冷却ゾーンに進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満となるように、前記厚鋼板の搬送速度を制御する搬送速度制御装置を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の厚鋼板の製造設備。
  4. 前記加熱炉と前記焼き入れ装置との間に、前記加熱炉で加熱された厚鋼板に対しデスケーリングを行うデスケーリング装置を備え、前記デスケーリング装置から噴射される噴射水のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２とすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
  5. 前記デスケーリング装置から噴射される噴射水の噴射圧力は、０．５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項４に記載の厚鋼板の製造設備。
  6. 前記厚鋼板の、前記緩冷却ゾーンの終点時における板厚断面平均温度が５５０℃〜８００℃の範囲内の目標温度となるように、冷却水を噴射する緩冷却ノズルの数、緩冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度、及び厚鋼板の搬送速度を制御する緩冷却制御装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
  7. 前記厚鋼板の、前記急冷却ゾーンの終点時における板厚断面平均温度が室温〜５５０℃の範囲内の目標温度で冷却停止するように、冷却水を噴射する急冷却ノズルの数、急冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度、及び厚鋼板の搬送速度を制御する急冷却制御装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
  8. 前記１００℃以下の厚鋼板は、前記加熱炉で加熱する前に、表面スケール除去装置でスケールを除去したものであることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
  9. 前記緩冷却ゾーンの最も入側の上側の緩冷却ノズルの入側と前記急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルの出側とに水切り装置を配置することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
  10. １００℃以下の厚鋼板を加熱炉でオーステナイト温度域まで加熱する加熱工程と、該加熱工程で加熱された厚鋼板を焼き入れ装置で焼き入れする焼き入れ工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、
    前記焼き入れ工程は、前記加熱炉から４ｍ以内に配置された、前記焼き入れ装置の緩冷却ゾーンにより、前記加熱炉から抽出された厚鋼板を緩冷却する緩冷却工程と、前記焼き入れ装置の急冷却ゾーンにより、前記緩冷却ゾーンを通過した厚鋼板を急冷却する急冷却工程とを備え、
    前記緩冷却工程では、少なくとも上下１対の緩冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置した前記緩冷却ゾーンの緩冷却ノズルから冷却水を前記厚鋼板に噴射して緩冷却を行うとともに、前記急冷却工程では、少なくとも上下１対の急冷却ノズルを厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置した前記急冷却ゾーンの急冷却ノズルから冷却水を前記厚鋼板に噴射して急冷却を行い、
    前記緩冷却ゾーンの上側の緩冷却ノズルと前記急冷却ゾーンの上側の急冷却ノズルとの間に水切り装置を配置し、前記上側の緩冷却ノズルからの冷却水と前記上側の急冷却ノズルからの冷却水とを前記水切り装置で拘束して前記上側の緩冷却ノズルからの冷却水と前記上側の急冷却ノズルからの冷却水との混合を回避することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
  11. 前記緩冷却工程では、前記緩冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度を３０〜２００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）として前記冷却ノズルから冷却水を前記厚鋼板に噴射して緩冷却を行い、前記急冷却工程では、前記急冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度を１０００〜４０００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ２）として前記急冷却ノズルから冷却水を前記厚鋼板に噴射して急冷却を行うことを特徴とする請求項１０に記載の厚鋼板の製造方法。
  12. 前記厚鋼板の先端及び尾端のそれぞれが前記加熱炉を抽出されてから前記緩冷却ゾーンに進入するまでの時間が１２０ｓｅｃ未満となるように、搬送速度制御装置で前記厚鋼板の搬送速度を制御することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の厚鋼板の製造方法。
  13. 前記加熱工程と前記焼き入れ工程との間に、前記加熱工程で加熱された厚鋼板に対しデスケーリング装置でデスケーリングを行うデスケーリング工程を備え、該デスケーリング工程では、前記デスケーリング装置から噴射される噴射水のエネルギー密度を０．００５Ｊ／ｍｍ２として前記デスケーリング装置から噴射水を前記厚鋼板に噴射してデスケーリングを行うことを特徴とする請求項１０乃至１２のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
  14. 前記デスケーリング工程では、前記デスケーリング装置から噴射される噴射水の噴射圧力を０．５ＭＰａ以上として前記デスケーリング装置から噴射水を前記厚鋼板に噴射してデスケーリングを行うことを特徴とする請求項１３に記載の厚鋼板の製造方法。
  15. 前記厚鋼板の、前記緩冷却ゾーンの終点時における板厚断面平均温度が５５０℃〜８００℃の範囲内の目標温度となるように、緩冷却制御装置で冷却水を噴射する緩冷却ノズルの数、緩冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度、及び厚鋼板の搬送速度を制御することを特徴とする請求項１０乃至１４のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
  16. 前記厚鋼板の、前記急冷却ゾーンの終点時における板厚断面平均温度が室温〜５５０℃の範囲内の目標温度で冷却停止するように、急冷却制御装置で冷却水する噴射する急冷却ノズルの数、急冷却ゾーンにおける冷却水の水量密度、及び厚鋼板の搬送速度を制御することを特徴とする請求項１０乃至１５のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
  17. 前記１００℃以下の厚鋼板は、前記加熱炉で加熱する前に、表面スケール除去装置でスケールを除去したものであることを特徴とする請求項１０乃至１６のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
  18. 前記緩冷却ゾーンの最も入側の上側の緩冷却ノズルの入側と前記急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルの出側とに水切り装置を配置し、前記厚鋼板の上に滞留する滞留水を前記水切り装置で拘束して前記滞留水が前記焼き入れ装置の外に流出するのを阻止することを特徴とする請求項１０乃至１７のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
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