KR102148266B1 - 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법 - Google Patents

Abstract

금속판을 연속적으로 통판하면서 어닐링을 행하는 연속 어닐링 설비에 있어서, 급랭 퀀칭시에 금속판에 발생하는 형상 불량을 억제하면서, 금속판의 냉각 속도의 저하를 억제할 수 있는 금속판의 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 고온의 금속판을 액체에 침지시켜 냉각하는 금속판의 급랭 퀀칭 장치로서, 금속판을 침지시키는 액체를 수용한 수조와, 적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성되고, 금속판의 표면 및 이면에 액체를 분사하는 복수의 노즐을 구비한 분출 장치와, 상기 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 형성되고, 금속판을 구속하는 한 쌍 또는 복수쌍의 구속 롤을 구비하고, 상기 분출 장치에 있어서, 구속 롤에 가장 가까운 노즐이, 수평면으로부터 구속 롤의 쪽으로 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 장치.

Description

급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법

본 발명은, 금속판을 연속적으로 통판하면서 어닐링을 행하는 연속 어닐링 설비에 있어서, 급랭 퀀칭시에 금속판에 발생하는 형상 불량을 억제하면서, 금속판의 냉각 속도의 저하를 억제할 수 있는 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법에 관한 것이다.

강판을 비롯한 금속판의 제조에 있어서는, 연속 어닐링 설비에 있어서, 금속판을 가열 후에 냉각하여, 상(相) 변태를 일으키게 하는 등 하여 재질의 조성(造成)을 행한다. 최근, 자동차 업계에서는 차체의 경량화와 충돌 안전성의 양립을 목적으로 하여, 박육화한 고장력 강판(하이텐(high-tensile))의 수요가 늘어나고 있다. 하이텐의 제조시에는, 강판을 급속히 냉각하는 기술이 중요해진다. 강판의 냉각 속도가 가장 빠른 기술 중 하나로서, 물 퀀칭법이 알려져 있다. 물 퀀칭법에서는, 가열된 강판을 수중에 침지시킴과 동시에, 수중 내에 형성된 퀀칭 노즐에 의해 냉각수를 강판에 분사함으로써, 강판의 급랭 퀀칭이 행해진다. 강판의 급랭 퀀칭시에는, 강판에 휨이나 파상(波狀) 변형 등의 형상 불량이 발생한다는 문제가 있다. 이러한 강판의 급랭 퀀칭시에 있어서의 형상 불량을 방지하기 위해, 종래, 여러 가지 수법이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 연속 어닐링로에서의 급랭 퀀칭시에 발생하는 금속판의 파상 변형을 억제하기 위해, 급랭 퀀칭 공정에 부여되는 강판의 장력을 바꿀 수 있는 장력 변경 수단으로서, 브라이들 롤(bridle roll)을 급랭 퀀칭부 전후에 형성하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 퀀칭시에 강판의 표리면의 적어도 폭방향의 전역에 걸쳐 장력을 부여함으로써, 강판을 평탄 형상으로 교정하는 수법이 제안되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법은, 고온의 강판에 큰 장력을 가하기 때문에 강판의 파단이 일어날 우려가 있다. 또한, 고온의 강판에 접촉하는 급랭 퀀칭부 앞의 브라이들 롤에는 큰 서멀 크라운(thermal crown)이 발생하여, 브라이들 롤과 강판이 폭방향으로 불균일하게 접촉해 버린다. 그 결과, 강판에 좌굴이나 흠집이 발생하기 때문에, 강판 형상을 개선할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 장력 15N/㎟로 함으로써 휨량이 수㎜ 정도까지 감소하고 있지만, 이러한 고장력에서는 강대에 수축(contraction)이 발생할 우려가 있다.

이들 문제를 해결하기 위한 기술을, 본 출원인은 일본특허출원 2014-240836호에 있어서 출원하고 있다. 일본특허출원 2014-240836호에서 이용되는 급랭 퀀칭 장치를 도 1에 나타낸다. 도 1에서는, 수조(1) 내에, 금속판(5)에 냉각수를 분사하여 수온까지 냉각시키기 위한 분출 장치(4)를 형성한다. 분출 장치(4)에 있어서, 노즐(14, 24)로부터 냉각수를 금속판(5)에 분사함으로써 금속판(5)의 급랭을 행함과 함께, 수면하에 배치한 구속 롤(7)로 금속판(5)을 구속함으로써, 급랭시의 금속판의 변형을 억제하고 있다.

일본공개특허공보 2011-184773호 일본공개특허공보 평11-193418호

도 1에 나타내는 급랭 퀀칭 장치를 이용하면, 확실히 급랭 퀀칭시의 강판의 변형을 방지할 수 있기는 하지만, 금속판이 분출 장치(4) 내를 통과할 때에, 일시적으로 금속판의 냉각 속도가 저하됨으로써, 금속판의 특성이 저하된다는 과제가 있다. 구체적으로는, 금속판의 냉각 속도의 저하에 기인하여, 소망하는 인장 강도를 갖는 금속판이 얻어지지 않는 경우가 있다.

또한, 도 1의 급랭 퀀칭 장치에서는, 구속 롤이 한 쌍밖에 없기 때문에, 강판의 형상 불량은 어느 정도 억제되기는 하지만 완전하게 표면이 평탄해지지는 않아, 강판에는 5㎜ 이상의 휨이 남을 수 있다는 문제가 있다.

본 발명자들의 검토에 의하면, 고온의 금속판과 접하는 구속 롤(7)의 근방에서, 특히 금속판의 냉각 속도의 저하가 일어나기 쉬운 것이 발견되었다. 보다 구체적으로, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2에 있어서 화살표로 나타나는 바와 같이, 분출 장치(4)의 내측에 있어서, 노즐(14, 24)로부터 분출된 물은 금속판(5)의 표리면에 닿는다. 이때에, 구속 롤(7)보다도 상측 및 하측에 위치하는 노즐(14, 24)로부터의 물은 금속판(5)에 닿아 충분한 냉각능을 발휘한다. 한편으로, 구속 롤(7)과 겹치는 높이에 위치하는 노즐(14, 24)로부터 분출된 물은, 구속 롤(7)에 방해받아 금속판(5)의 표리면까지 도달할 수 없다. 이에 따라, 구속 롤(7)의 근방에서 금속판의 냉각 속도가 저하되기 쉬워지는 것이 발견되었다. 또한, 고온의 금속판(5)과 항상 접촉하고 있는 구속 롤(7)은 온도가 상승하기 쉽다. 구속 롤(7)이 고온화함으로써도, 구속 롤(7)의 근방에 있어서의 금속판(5)에 대한 냉각 속도는 저하되기 쉬워진다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 완성된 것으로서, 급랭 퀀칭시에 금속판에 발생하는 형상 불량을 최대한 억제하면서, 구속 롤의 근방에서 금속판의 냉각 속도가 저하되는 것을 억제할 수 있는 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이하와 같다.

[1] 고온의 금속판을 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 장치로서, 금속판을 침지시키는 액체를 수용한 수조와, 적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성되고, 금속판의 표면 및 이면에 액체를 분사하는 복수의 노즐을 구비한 분출 장치와, 상기 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 형성되고, 금속판을 구속하는 한 쌍의 구속 롤을 구비하고, 상기 분출 장치에 있어서, 상기 구속 롤에 가장 가까운 노즐이, 수평면으로부터 구속 롤의 쪽으로 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 장치.

[2] 고온의 금속판을 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 장치로서, 금속판을 침지시키는 액체를 수용한 수조와, 적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성되고, 금속판의 표면 및 이면에 액체를 분사하는 복수의 노즐을 구비한 분출 장치와, 상기 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 형성되고, 금속판을 구속하는 복수쌍의 구속 롤을 구비하고, 상기 분출 장치에 있어서, 상기 구속 롤에 가장 가까운 노즐이, 수평면으로부터 구속 롤의 쪽으로 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 장치.

[3] 상기 구속 롤에 가장 가까운 노즐은, 금속판에 대하여 20° 이상 60° 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 급랭 퀀칭 장치.

[4] 고온의 금속판을 수조 중에 수용된 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 방법으로서, 분출 장치의 노즐에 의해, 액체에 침지된 금속판의 표리면에 액체를 분사하면서, 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 형성된 한 쌍의 구속 롤에 의해, 금속판을 구속하고, 구속 롤에 가장 가까운 노즐로부터는, 구속 롤의 쪽으로 향하여 비스듬하게 액체를 분출하는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 방법.

[5] 고온의 금속판을 수조 중에 수용된 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 방법으로서, 분출 장치의 노즐에 의해, 액체에 침지된 금속판의 표리면에 액체를 분사하면서, 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 형성된 복수쌍의 구속 롤에 의해, 금속판을 구속하고, 구속 롤에 가장 가까운 노즐로부터는, 구속 롤의 쪽으로 향하여 비스듬하게 액체를 분출하는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 방법.

[6] 구속 롤에 가장 가까운 노즐로부터, 금속판에 대하여 20° 이상 60° 이하의 각도를 이루면서, 액체를 분출하는 것을 특징으로 하는 [4] 또는 [5]에 기재된 급랭 퀀칭 방법.

본 발명에 의해, 급랭 퀀칭시에, 구속 롤의 근방에 있어서 금속판의 냉각 속도가 일시적으로 저하되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

도 1은, 종래의 급랭 퀀칭 장치를 나타내는 설명도이다.
도 2는, 도 1의 분출 장치(4) 부근을 나타내는 확대도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치를 나타내는 설명도이다.
도 4는, 도 3의 분출 장치(4) 부근을 나타내는 확대도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치의 다른 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치를 나타내는 설명도이다.
도 7은, 도 6의 분출 장치(4) 부근을 나타내는 확대도이다.
도 8은, 본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 도 8의 분출 장치(4) 부근을 나타내는 확대도이다.
도 10은, 본 발명예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 본 발명예 및 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 본 발명예 및 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 강판을 반송 방향으로부터 정면으로 마주하여 본 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 급랭 퀀칭 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 급랭 퀀칭 장치의 분출 장치(4) 부근의 확대도이다. 급랭 퀀칭 장치는, 연속 어닐링로의 균열대의 출측에 형성된 냉각 설비에 적용될 수 있다. 도 3에서는, 연속 어닐링로의 균열대의 출구에 형성된 한 쌍의 시일 롤(3)이 나타나 있다. 급랭 퀀칭 장치는, 금속판(5)을 냉각하기 위한 냉매(액체)인 물(2)을 수용한 수조(1)와, 금속판(5)에 물(2)을 분사하여 냉각하기 위한 분출 장치(4)와, 금속판(5)을 구속하여 변형을 막는 구속 롤(7)을 구비하고 있다. 또한, 분출 장치(4)의 출측에는, 금속판(5)을 수중에 침지시키면서 금속판(5)의 반송 방향(통판 방향)을 변경하는 싱크 롤(6)이 형성된다.

분출 장치(4)는, 물을 분출하는 복수의 노즐(14, 24)과, 노즐(14, 24)을 보유지지(保持)하는 노즐 유닛(34, 44)으로 이루어진다. 한 쌍의 노즐 유닛(34와 44)의 사이에는, 간극이 형성되어 있다. 상기 간극 중을 금속판(5)이 통판될 때에, 금속판(5)의 표리면을 향하여 노즐(14, 24)로부터 물이 분출된다. 도 3(및 도 4)의 예에서는, 금속판(5)의 좌측을 표면으로 하고, 우측을 이면으로 한다. 도면의 좌측에는, 노즐(14)을 금속판(5)의 표면을 향하도록 노즐 유닛(34)이 배치되고, 도면의 우측에는, 노즐(24)을 금속판(5)의 이면을 향하도록 노즐 유닛(44)이 배치된다.

도 3 및 도 4의 예에서는, 노즐 유닛(34 및 44)은, 각각 반송 방향을 따라 2개씩으로 분할된다. 금속판(5)의 표면측에는, 입측 노즐 유닛(34a)과 출측 노즐 유닛(34b)이 형성되고, 이면측에는, 입측 노즐 유닛(44a)과 출측 노즐 유닛(44b)이 형성된다. 구속 롤(7)은, 입측 노즐 유닛(34a, 44a)과 출측 노즐 유닛(34b, 44b)의 사이에 형성된다. 이에 따라, 구속 롤(7)은, 분출 장치의 입측 단부(도 3에 있어서의 입측 노즐 유닛(34a, 44a)의 입측 단면)와, 분출 장치의 출측 단부(도 3에 있어서의 출측 노즐 유닛(34b, 44b)의 출측 단면)의 사이에 형성되게 된다.

입측 노즐 유닛(34a, 44a)은, 일부가 수중에 침지되고, 잔부가 수상으로부터 나오도록, 형성된다. 통판되어 온 금속판(5)은, 수상에 노출되는 입측 노즐 유닛(34a, 44a)의 내측의 간극에 장입되고, 이어서 수중에 침지되고, 노즐(14 및 24)로부터 물이 분출된다. 입측 노즐 유닛(34a, 44a)에는, 복수의 노즐(14, 24)이 형성되어 있다. 일부의 노즐(예를 들면 도 3의 입측 노즐 유닛(34a, 44a)의 가장 위에 형성된 노즐)은, 노즐의 개구부가 수면보다도 상부에 위치하고, 노즐의 개구부의 적어도 일부가 수중에 침지되어 있지 않은 상태에 있다. 개구부가 수면보다도 상부에 위치하는 노즐은, 고온의 금속판(5)이 수중에 도입되었을 때에 발생하는 물의 치솟음을 억제하기 위해, 비스듬히 아래를 향하여 물을 분출할 수 있도록, 종래부터(예를 들면 도 1과 같이) 하방향을 향하여 비스듬하게 형성되어 있다.

금속판(5)은, 입측 노즐 유닛(34a, 44a)을 통과한 후에, 구속 롤(7)에 의해 구속된다. 구속 롤(7)은, 금속판(5)의 급랭시에 발생할 수 있는 변형을 방지하기 위해, 수중에 있어서 금속판(5)을 표리면에서 사이에 끼운다. 한 쌍의 구속 롤(7)은, 중심축을 금속판(5)의 반송 방향으로 어긋나게 하여 배치하는 것이 바람직하다. 중심축을 어긋나게 하여 배치함으로써, 금속판(5)의 구속력을 증대시켜, 형상 교정력을 높일 수 있다. 일 예로서, 각각의 중심축을 반송 방향으로 40㎜ 이상 150㎜ 이하 어긋나게 하여 구속 롤(7)을 배치하는 것이 바람직하고, 80㎜ 이상 100㎜ 이하 어긋나게 하여 배치하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 구속 롤(7)에 의해 금속판(5)을 압입하여, 구속 롤(7)에 금속판(5)을 감듯이 통판하는 것이 바람직하다. 금속판(5)을 압입함으로써, 강판의 교정력을 높일 수 있음과 함께, 구속 롤(7)의 공전을 막을 수 있다. 1개의 구속 롤(7)에 의한 압입량은, 도 3 및 도 4와 같이 금속판(5)이 직선 형상으로 통판되는 경우를 기준(0㎜)으로 한 경우에, 0㎜ 이상 2.5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.5㎜ 이상 1.0㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

금속판(5)은, 구속 롤(7)을 통과한 후에, 출측 노즐 유닛(34b, 44b)의 간극을 통과한다. 이때에도, 출측 노즐 유닛(34b, 44b)에 형성된 노즐(14, 24)에 의해 금속판(5)의 표리면에 물이 분출된다.

도 3의 예에서는, 입측 노즐 유닛(34a, 44a)과 출측 노즐 유닛(34b, 44b)이, 구속 롤(7)을 사이에 끼우도록 형성되어 있고, 구속 롤(7)과 겹치는 높이 위치에는 노즐 유닛 및 노즐이 형성되어 있지 않다. 이러한 예에서는, 입측 노즐 유닛(34a, 44a)의 가장 출측에 위치하는 노즐(도 3 및 도 4에서는 위에서 3번째의 노즐)과, 출측 노즐 유닛(34b, 44b)의 가장 입측에 위치하는 노즐(도 3 및 도 4에서는 아래에서 3번째의 노즐)이, 구속 롤(7)에 가장 가까운 노즐(이하, 「직근(直近) 노즐」이라고 칭하는 경우가 있음)이 된다.

상기 직근 노즐은, 종래와 같이 수평이 아니고, 노즐의 개구부가 수평면으로부터 구속 롤(7)의 쪽으로 향하도록, 기울여 형성된다. 보다 구체적으로는, 도 4에 있어서의 입측 노즐 유닛(34a, 44a)의 가장 출측에 위치하는 직근 노즐은, 하방향으로 기울여 부착되고, 출측 노즐 유닛(34b, 44b)의 가장 입측에 위치하는 직근 노즐은, 상방향으로 기울여 부착된다. 이와 같이 직근 노즐을 기울이면, 직근 노즐을 수평이 되도록 형성한 종래예에 비해, 직근 노즐로부터 분출된 물을, 구속 롤(7)과 금속판(5)의 접촉점에 보다 가까운 위치까지 도달시킬 수 있다. 이에 따라, 구속 롤(7)의 근방에서 노즐로부터 분출된 물이 금속판(5)의 표리면에 접촉하기 어려운 것에 기인하는, 구속 롤(7) 근방에서의 금속판(5)에 대한 냉각 능력의 저하를 방지할 수 있다.

도 3 및 도 4의 예에서는, 직근 노즐 이외의 다른 노즐에 대해서도, 모두 직근 노즐과 동일한 방향으로 기울여 형성되어 있지만, 직근 노즐 이외의 노즐은 종래와 같이 수평으로 형성되어 있어도 좋다. 단, 금속판(5)에 있어서의 물의 접촉 위치를 가능한 한 균일하게 하여, 길이 방향에 있어서의 냉각 불균일을 없앤다는 관점에서는, 각 노즐 유닛에 있어서의 모든 노즐을 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 기울이는 것이 바람직하다.

도 4와 같이, 직근 노즐의 경사 각도로서는, 직근 노즐의 축선 방향(물의 분출 방향)과 금속판이 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도(a)를 설정할 수 있다. 또한, 물은 일정한 확산으로 노즐로부터 토출되지만, 상기 물의 분출 방향으로서는 노즐로부터 토출된 물의 중심축선의 방향을 채용할 수 있다. 각도(a)는, 직근 노즐로부터의 물의 분출량, 직근 노즐의 개구부와 구속 롤(7)의 거리, 직근 노즐의 개구부와 금속판(5)의 표리면의 거리 등에 따라서 설정할 수 있다. 각도(a)의 적합예로서는, 20° 이상 60° 이하를 들 수 있다. 각도(a)가 20° 미만이면, 직근 노즐로부터 분출된 물의 흐름이 직근의 구속 롤(7)에 의해 저해되어, 물이 구속 롤(7)과 금속판(5)의 접촉 위치 근방까지 도달할 수 없기 때문에, 구속 롤(7) 근방에서의 금속판(5)에 대한 냉각 속도 저하를 억제하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, 각도(a)가 60° 초과이면, 물이 금속판(5)의 표리면에 대하여 수직에 가까운 형태로 분출되게 되고, 구속 롤(7)의 근방에서 금속판(5)의 표리면에 충분히 분출수를 접촉시키지 못하여, 금속판(5)에 대한 냉각 능력이 저하되어 버린다. 또한, 각도(a)를 30° 이상 45° 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 노즐을 경사시킬 때에는, 노즐로부터 물을 비스듬하게 분사할 수 있도록, 적어도 노즐의 선단을 경사지게 하고 있으면 좋다.

본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치는, 금속판(5)의 반송 방향을 따라 일체로서 형성된, 비(非)분할형의 노즐 유닛을 구비하고 있어도 좋다. 도 5를 이용하여 비분할형의 노즐 유닛을 이용한 예에 대해서 설명한다.

도 5의 예에서는, 좌우의 노즐 유닛(34 및 44)은 반송 방향을 따라 분할되어 있지 않고, 일체로서 형성된다. 구속 롤(7)은, 노즐 유닛(34 및 44)의 간극의 내측에 형성된다. 이와 같이, 비분할형의 노즐 유닛을 채용하는 예에서는, 노즐 유닛(34, 44)에 형성된 복수의 노즐(14, 24) 중, 개구부가 구속 롤(7)의 높이와 겹치는 노즐이 존재하는 경우가 있다(도 5의 예에서는, 노즐 유닛(34)의 위에서 5번째 및 6번째의 노즐과, 노즐 유닛(44)의 위에서 4번째 및 5번째의 노즐이 해당). 이 경우에는, 구속 롤(7)의 높이와 개구부의 높이가 겹치는 노즐을 제외하고, 그 이외의 노즐 중에서 가장 구속 롤(7)에 가까운 노즐을 직근 노즐로 한다. 또한, 구속 롤(7)의 높이와 개구부의 높이가 겹치는 노즐은, 처음부터 노즐 유닛(34, 44)에 형성하지 않도록 해도 좋다. 또한, 도 5에서는 직근 노즐에 각각 흑색을 칠하고 있다.

비분할형의 노즐 유닛을 채용하는 예에서도, 직근 노즐을 구속 롤(7)의 쪽을 향하여 기울임으로써, 동일하게 구속 롤(7) 근방에 있어서의 금속판(5)의 냉각 속도의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 구속 롤(7)의 착탈 및 메인터넌스 등이 용이해지는 것이나, 노즐(14, 24)의 개구부와 금속판(5)까지의 거리를 가깝게 하여 냉각 능력을 높일 수 있는 것 등의 이유로부터, 비분할형의 노즐 유닛(도 5)보다도 분할형의 노즐 유닛(도 3 및 도 4)을 채용하는 쪽이 보다 바람직하다.

도시하고 있지 않지만, 분출 장치(4)에 있어서의 각 노즐은, 펌프를 도중에 형성한 배관에 접속된다. 펌프에 의해, 수조(1) 내의 물(2)이 배관 내로 펌핑되어, 노즐(14, 24)로 압송됨으로써, 노즐(14, 24)의 개구부로부터 고압수가 분출된다. 또한, 수조(1) 내의 물(2)은, 퀀칭에 적합한 수온이 되도록 유지된다. 수조(1) 내의 물(2)의 일부가, 외부의 쿨링 타워 등의 냉각 설비로 이송되어 냉각된 후에, 냉각 후의 물(2)이 수조(1)로 되돌려짐으로써, 수조(1) 내의 수온 상승이 방지된다. 예를 들면, 수조(1) 내의 수온으로서는, 0℃ 초과 50℃ 이하가 바람직하고, 10℃ 이상 40℃ 이하가 특히 바람직하다.

금속판에 있어서의 롤 흠집의 발생을 방지하기 위해, 전동에 의해 구속 롤(7)을 둘레 방향으로 회전시키는 것이 바람직하다. 또한, 금속판(5)의 교정력을 조정하기 위해, 구속 롤(7)은, 필요에 따라서 개폐 가능(금속판(5)에 대한 압입량을 제어 가능)하게 하는 것이 바람직하다.

구속 롤(7)은, 열 전도율이 우수함과 함께, 금속판(5)을 끼워 가압할 시에 있어서의 하중에 견딜 수 있는 강도를 구비한 재질로 형성되어 있으면 좋다. 구속 롤(7)의 재질로서는, 예를 들면, SUS304, SUS310, 세라믹 등을 들 수 있다. 또한, SUS304 및 SUS310은, 각각 JIS(일본공업규격)에서 규정된 재질을 채용할 수 있다.

다음으로, 도 6∼도 9를 이용하여, 복수쌍의 구속 롤(7)을 이용하는 예에 대해서 설명한다. 이하에 있어서, 한 쌍의 구속 롤(7)을 이용하는 경우와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 6 및 도 7의 예에서는, 금속판(5)의 표리면을 2쌍의 구속 롤(7)에 의해 구속한다. 이 경우도 전술과 동일하게, 각각의 구속 롤(7)의 높이와 개구부의 높이가 겹치는 노즐을 제외하고, 그 이외의 노즐 중에서 가장 구속 롤(7)에 가까운 노즐을 직근 노즐로 하면 좋다.

도 7에서는, 직근 노즐에 각각 흑색을 칠하고 있다. 본 예에서도 직근 노즐을 구속 롤의 쪽을 향하여 기울임으로써, 구속 롤(7) 근방에 있어서의 금속판(5)의 냉각 속도의 저하가 방지된다. 또한, 구속 롤(7)과 구속 롤(7)의 사이에 배치된 직근 노즐은, 당해 노즐에 인접하는 어느것의 구속 롤(7)을 향하여 기울여도 좋다. 또한, 노즐의 선단을 분기시킴으로써, 인접하는 양쪽의 구속 롤(7)을 향하여 기울여도 좋다. 구체적으로, 도 7의 표면측에 있어서의 위에서 7번째의 노즐인 직근 노즐(14a) 및, 이면측에 있어서의 위에서 9번째의 노즐인 직근 노즐(24a)은, 각각 상측 및 하측의 양쪽을 향하여 분사 가능하게 구성되어 있다.

도 8 및 도 9에서는, 금속판(5)의 표리면을 3쌍의 구속 롤(7)에 의해 구속하는 예를 나타낸다. 본 예에 있어서도 전술과 동일하게, 직근 노즐을 구속 롤(7)의 쪽으로 기울이면 좋다.

구속 롤을 복수쌍 형성하는 예에 있어서도, 구속 롤을 1쌍만 형성하는 예와 동일한 이유에 의해, 직근 노즐을 기울이는 각도(a)의 적합예로서 20° 이상 60° 이하를 들 수 있고, 보다 바람직한 예로서 30° 이상 45° 이하를 들 수 있다.

구속 롤을 복수쌍 형성하는 예에 있어서도, 구속 롤을 1쌍만 형성하는 예와 동일한 이유에 의해, 구속 롤에 의해 금속판을 압입하는 것이 바람직하다. 개별의 구속 롤에 있어서의 압입량은, 0㎜ 이상 2.5㎜ 이하가 바람직하고, 0.5㎜ 이상 1.0㎜ 이하가 특히 바람직하다.

구속 롤을 복수쌍 형성하는 예에서는, 강판의 표리면에 배치된 구속 롤의 통판 방향에 있어서의 위치를 어긋나게 하여, 구속 롤을 지그재그 형상으로 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 금속판(5)의 구속력을 증대시켜, 형상 교정력을 보다 높일 수 있다. 또한, 대향하는 구속 롤(7) 중 가장 거리가 가까운 2개의 중심축의 통판 방향에 있어서의 어긋남량은, 상기와 동일한 이유에 의해 40㎜ 이상 150㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 80㎜ 이상 100㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

구속 롤을 복수쌍 형성하는 예에서는, 구속 롤을 1쌍만 형성하는 예에 비해, 냉각시에 있어서의 강판의 형상 교정력을 보다 높일 수 있다. 특히, 변형이 일어나기 쉬운 고강도의 강판을 냉각하는 경우라도, 구속 롤을 복수쌍 형성함으로써, 냉각시에 있어서의 강판의 휨 등의 변형을 보다 억제할 수 있다. 한편으로, 구속 롤의 수를 지나치게 늘리면, 설비 제약상의 문제나 분출 장치에 있어서의 냉각능이 내려간다는 문제도 있기 때문에, 이들 문제를 감안하여 적절히 구속 롤의 수를 결정하면 좋다.

본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법은, 고강도 냉연 강판(하이텐)의 제조 방법에 적용하는 것이 특히 바람직하다. 보다 구체적으로는, 인장 강도가 580㎫ 이상인 강판의 제조 방법에 적용하는 것이 바람직하다. 인장 강도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 일 예로서 1600㎫ 이하이면 좋다. 하이텐의 제조시에는, 강판을 급속히 냉각함으로써, 치밀한 조직 제어를 행하는 것이 중요해진다. 종래의 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법에서는, 구속 롤(7) 근방에서의 냉각 속도가 저하됨으로써, 소망하는 금속 조직을 만들 수 없어, 하이텐의 강도가 소망값보다도 저하되어 버린다는 문제가 발생하고 있다. 본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치 및 급랭 퀀칭 방법을 적용하여 하이텐을 제조함으로써, 구속 롤(7) 근방에서의 냉각 속도의 저하를 막아, 보다 확실히 소망하는 강도의 하이텐을 제조할 수 있다.

고강도 냉연 강판의 조성의 구체예로서, 질량％로, C가 0.04％ 이상 0.25％ 이하, Si가 0.01％ 이상 2.50％ 이하, Mn이 0.80％ 이상 3.70％ 이하, P가 0.001％ 이상 0.090％ 이하, S가 0.0001％ 이상 0.0050％ 이하, sol.Al이 0.005％ 이상 0.065％ 이하, 필요에 따라서, Cr, Mo, Nb, V, Ni, Cu 및, Ti 중 적어도 1종 이상이 각각 0.5％ 이하, 추가로 필요에 따라서, B, Sb가 각각 0.01％ 이하, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 예를 들 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태는, 강판을 수랭하는 예로 한정되는 것이 아니고, 강판 이외의 금속판 전반의 냉각에 적용할 수 있고, 또한, 물 이외의 냉매를 이용한 급랭 퀀칭에도 적용할 수 있다.

실시예

이하에, 실시예를 이용하여 본 발명에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

(본 발명예 1)

도 3 및 도 4에 나타낸 급랭 퀀칭 장치를 이용하여, 판두께 1.0㎜, 판폭 1000㎜로 인장 강도 580∼1470㎫급의 고장력 냉연 강판을, 통판 속도 1.0m/s로 제조했다. 또한, 분출 장치(4)에 있어서 노즐(14, 24)을 경사지게 하는 각도(a)는, 모두 30°로 했다. 여기에서, 구속 롤의 중심축은 통판 방향으로 80㎜ 어긋나게 하여 배치하고, 구속 롤(7)의 금속판(5)으로의 압입량은 모두 0.5㎜로 했다.

또한, 급랭 퀀칭 장치에 통판 중인 강판의 온도를 측정했다. 구체적으로는, 열전대형의 온도계를 이용하여, 강판의 피측정 영역의 온도를 시간 경과적으로 측정했다. 또한, 강판의 냉각 개시 온도(분출 장치(4)에 들어가기 직전의 온도)는 740℃이고, 냉각 종료 온도(수조(1)로부터 나온 직후의 온도)는 50℃였다. 냉각 개시 후의 경과 시간과 강판의 온도의 관계로부터, 강판의 냉각 속도를 계산했다. 결과를 도 10에 나타낸다.

또한, 통판 후에 강판의 휨량을 측정했다. 구체적으로는, 강판을 반송 방향으로부터 정면으로 마주하여 본 도 14를 이용하여 설명한다. 강판에 휨이 발생하면, 강판의 폭방향에 있어서 높이가 높은 부분과 낮은 부분이 형성된다. 통판 후의 강판에 있어서, 가장 높이가 높은 부분과, 가장 높이가 낮은 부분의 높이의 차를 휨량으로서 측정했다.

(비교예 1)

도 1 및 도 2에 나타낸 급랭 퀀칭 장치를 이용한 것 이외는, 본 발명예 1과 동일하게 하여 실험을 행했다. 또한, 직근 노즐의 경사 각도는 90°였다. 결과를 도 11에 나타낸다.

도 10(본 발명예)에서는, 강판의 냉각 속도는 시간에 따라 저하되지 않고, 거의 일정했다. 한편, 도 11(비교예)에서는, 경과 시간이 0.2(s)와 0.4(s)의 사이에서, 냉각 속도가 약 40％(1500℃/s→900℃/s) 저하되어 있다. 이 냉각 속도가 저하되는 시간에는, 강판은 구속 롤(7)의 근방을 통과하고 있었다. 이상으로부터, 본 발명에 따른 급랭 퀀칭 장치를 이용함으로써, 구속 롤 근방에 있어서의 금속판의 냉각 속도의 저하를 억제할 수 있는 것이 나타났다.

또한, 본 발명예 1에 의해 제조된 강판의 인장 강도는 거의 1470㎫인 것에 대하여, 비교예 1에 의해 제조된 강판의 인장 강도는 약 1400㎫로, 인장 강도의 저하가 보였다. 본 발명을 적용함으로써, 구속 롤 근방에서의 냉각 속도의 저하에 수반하는, 강판의 특성 저하를 방지할 수 있었다. 또한, 강판의 휨량에 관한 결과에 대해서는 후술하는 것으로 한다.

(본 발명예 2)

본 발명예 1과 동일한 실험을, 각도(a)를 10°∼90°까지 10° 간격으로 설정하여 행했다. 또한, 각도(a)가 90°인 예는, 본 발명에 따른 것이 아니고 비교예에 속하는 것이다. 각 각도(a)로 실험을 행한 경우에, 구속 롤의 근방을 통과할 때의 강판의 냉각 속도의 저하율을 계산하여 플롯한 것이, 도 12이다.

도 12와 같이, a가 90°인 예(비교예)에서는 냉각 속도가 40％ 저하되었다. 한편으로, a가 10°∼80°인 예(본 발명예)에서는, 모두 냉각 속도의 저하율을 30％ 미만으로 억제할 수 있었다. 특히, a가 20° 이상 60° 이하인 예에서는, 강판의 냉각 속도가 저하되어 버리는 것 자체를 방지할 수 있어(저하율이 0％로), 특히 적합하다는 것이 나타났다.

(본 발명예 3)

도 6 및 도 7에 나타낸 급랭 퀀칭 장치를 이용하여, 본 발명예 1과 동일한 조건으로 조업을 행했다. 또한, 대향하는 구속 롤의 중심축은 모두 통판 방향으로 80㎜씩 어긋나게 하여 배치하고, 구속 롤(7)에 의한 금속판(5)으로의 압입량은 모두 0.5㎜로 했다.

(본 발명예 4)

도 8 및 도 9에 나타낸 급랭 퀀칭 장치를 이용하여, 본 발명예 1과 동일한 조건으로 조업을 행했다. 또한, 대향하는 구속 롤의 중심축은 모두 통판 방향으로 80㎜씩 어긋나게 하여 배치하고, 구속 롤(7)에 의한 금속판(5)으로의 압입량은 모두 0.5㎜로 했다.

<냉각 속도의 평가>

본 발명예 3 및 본 발명예 4에 있어서의 강판의 냉각 속도의 측정 결과는, 본 발명예 1과 동일하게 도 10과 같았다. 본 결과로부터, 복수쌍의 구속 롤을 이용하는 경우라도, 구속 롤 근방에 있어서의 금속판의 냉각 속도의 저하를 억제할 수 있는 것이 나타났다.

<휨량의 평가>

본 발명예 1 및 3∼4, 비교예 1에 있어서, 3종류의 강판에 대해서 측정한 휨량의 결과를 도 13에 나타낸다. 3종류의 강판은, 인장 강도가 580㎫급인 강판, 1180㎫급인 강판 및, 1470㎫급인 강판이다. 또한, 본 발명예 1과 비교예 1은 모두 강판의 휨량은 동등했다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 고강도의 강판이라도, 구속 롤의 수를 늘림으로써 강판의 휨량을 억제할 수 있었다. 따라서, 구속 롤의 수를 늘림으로써, 급랭 퀀칭시의 강판의 변형을 보다 방지할 수 있는 것이 확인되었다.

1 : 수조
2 : 물
3 : 시일 롤
4 : 분출 장치
5 : 금속판
6 : 싱크 롤
7, 17 : 구속 롤
11 : 급랭 퀀칭 장치
14, 24 : 노즐
14a, 24a : 직근 노즐
34, 44 : 노즐 유닛
34a, 44b : 입측 노즐 유닛
34b, 44b : 출측 노즐 유닛

Claims (6)

1. 고온의 금속판을 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 장치로서,
   금속판을 침지시키는 액체를 수용한 수조와,
   적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성되고, 금속판의 표면 및 이면에 액체를 분사하는 복수의 노즐을 구비한 분출 장치와,
   상기 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 중심축을 금속판의 반송 방향으로 엇갈리게 하여 형성되고, 금속판을 구속하고, 또한, 상기 수조의 액체 중에 있어서 금속판을 표리면에서 사이에 끼워 교정하는 한 쌍의 구속 롤을 구비하고,
   상기 분출 장치에 있어서, 상기 구속 롤에 가장 가까운 노즐이, 수평면으로부터 구속 롤의 쪽으로 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 장치.
2. 고온의 금속판을 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 장치로서,
   금속판을 침지시키는 액체를 수용한 수조와,
   적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성되고, 금속판의 표면 및 이면에 액체를 분사하는 복수의 노즐을 구비한 분출 장치와,
   상기 분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 중심축을 금속판의 반송 방향으로 엇갈리게 하여 형성되고, 금속판을 구속하고, 또한, 상기 수조의 액체 중에 있어서 금속판을 표리면에서 사이에 끼워 교정하는 복수쌍의 구속 롤을 구비하고,
   상기 분출 장치에 있어서, 상기 구속 롤에 가장 가까운 노즐이, 수평면으로부터 구속 롤의 쪽으로 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구속 롤에 가장 가까운 노즐은, 금속판에 대하여 20° 이상 60° 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 장치.
4. 고온의 금속판을 수조 중에 수용된 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 방법으로서,
   적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성된 분출 장치의 노즐에 의해, 액체에 침지된 금속판의 표리면에 액체를 분사하면서,
   분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 중심축을 금속판의 반송 방향으로 엇갈리게 하여 형성된 한 쌍의 구속 롤에 의해, 금속판을 구속하고, 또한, 상기 수조의 액체 중에 있어서 금속판을 표리면에서 사이에 끼워 교정하며,
   구속 롤에 가장 가까운 노즐로부터는, 구속 롤의 쪽으로 향하여 비스듬하게 액체를 분출하는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 방법.
5. 고온의 금속판을 수조 중에 수용된 액체에 침지시켜 냉각하는 급랭 퀀칭 방법으로서,
   적어도 일부가 상기 수조의 액체 중에 형성된 분출 장치의 노즐에 의해, 액체에 침지된 금속판의 표리면에 액체를 분사하면서,
   분출 장치의 입측 단부와 출측 단부의 사이에 중심축을 금속판의 반송 방향으로 엇갈리게 하여 형성된 복수쌍의 구속 롤에 의해, 금속판을 구속하고, 또한, 상기 수조의 액체 중에 있어서 금속판을 표리면에서 사이에 끼워 교정하며,
   구속 롤에 가장 가까운 노즐로부터는, 구속 롤의 쪽으로 향하여 비스듬하게 액체를 분출하는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   구속 롤에 가장 가까운 노즐로부터, 금속판에 대하여 20° 이상 60° 이하의 각도를 이루면서, 액체를 분출하는 것을 특징으로 하는 급랭 퀀칭 방법.

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