KR20240047396A

KR20240047396A - 후강판의 제조 방법 및 제조 설비

Info

Publication number: KR20240047396A
Application number: KR1020247007754A
Authority: KR
Inventors: 유스케 노지마; 유타 다무라; 사토시 우에오카; 다카히로 히라노; 겐 미우라; 아츠시 구리모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-04-12
Also published as: WO2023042545A1; EP4378603A1; JPWO2023042545A1; CN117980508A; JP7452696B2

Abstract

부대 설비를 증설하지 않고, 또 여분의 에너지를 소비하지 않고 막비등 상태를 가능한 한 저온까지 유지하는 제조 설비 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 후강판의 수랭을 실시하는 후강판의 제조 방법으로서, 상기 후강판의 반송 방향을 따라 배치된 적어도 상하 1 쌍의 냉각수 분사 노즐을 복수 세트 갖는 수랭 장치를 사용하여, 상기 냉각수 분사 노즐의 냉각수의 분사 속도를 0.4 m/s 이상 30 m/s 이하로 하여 상기 후강판의 수랭을 실시한다.

Description

후강판의 제조 방법 및 제조 설비

본 발명은, 후강판의 제조 방법 및 제조 설비에 관한 것이다.

최근, 건축 구조물의 대형화에 수반하여, 사용되는 강재의 고강도화가 요구되고 있다. 동시에 안전성의 관점에서, 높은 허용 응력을 가짐과 함께, 인장 강도에 대한 항복 강도의 비인 항복비를 저감시킬 것도 요구되고 있다. 항복비를 저감시키면, 항복점 이상의 응력이 부가되어도, 파괴까지 허용되는 응력 및 균일 연신이 커져, 건축 구조물에 바람직한 소성 변형능이 우수한 강재가 되기 때문이다.

저항복비 강 제조의 기본적인 기술 사상은 하기와 같다. 페라이트상과 베이나이트 혹은 마텐자이트상의 복합 조직을 만들고, 부드러운 페라이트상에 의해 항복 응력을 낮게 유지한다. 그리고, 단단한 베이나이트 혹은 마텐자이트상으로 높은 인장 강도를 얻음으로써, 항복비를 낮게 한다.

복합 조직은 일반적으로, 주로 냉각, 특히 열간 압연 직후의 가속 냉각을 제어함으로써 얻어진다. 보다 구체적으로는, 가속 냉각을 전단의 완냉각과 후단의 급냉각의 2 단계로 나누고, 전단의 완냉각에서 연질의 페라이트상을 충분히 성장시킨다. 그리고, 후단의 급냉각에서 경질의 베이나이트 혹은 마텐자이트상을 얻음으로써, 저항복비를 실현하는 복합 조직을 얻고 있다.

예를 들어 특허문헌 1 에는, 연질의 페라이트상과 경질의 베이나이트 혹은 마텐자이트상을 포함하는 복합 조직으로 구성된, 항복비가 낮고 용접성이 높은 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1 에 나타내는 저항복비 용접 강관의 제조 방법에 의하면, 열연 종료 직후의 강판을, 그 온도가 600 ℃ 전후가 될 때까지 완냉각시키는 전단 냉각과, 그 후 권취 온도까지 급냉각시키는 후단 냉각의 2 단계로 나누어 가속 냉각을 실시한다. 그리고, 전단의 완냉각에서 연질의 페라이트상을 충분히 성장시키고, 후단의 급냉각에서 경질의 베이나이트 혹은 마텐자이트상을 얻을 수 있다고 하고 있다.

또, 특허문헌 1 에 의하면, 강판을 용접하여 강관으로 한 상태에 있어서, 강관의 두께를 t, 외경을 D 로 하면, t/D ≤ 2 일 때 항복비 ≤ 80 ％, 2 ＜ t/D ≤ 3 일 때 항복비 ≤ 85 ％, t/D ＞ 3 일 때 항복비 ≤ 88 ％ 를 만족하는 저항복비 용접 강관이 얻어진다고 하고 있다. 연질의 페라이트상을 석출시키기 위한 구체적인 냉각 속도로서 특허문헌 2 에는, 판 두께 25 ㎜ 의 후강판에 냉각 속도가 5 ∼ 15 ℃/s 인 완냉각을 실시하는 기술이 개시되어 있다.

도 2 에 고온 후강판 수랭 프로세스에 있어서의 후강판 표면 온도의 이력의 일례를 나타낸다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 수랭의 초기 단계에서는, 후강판과 물 사이에 증기막이 있는 막비등 상태에서 냉각된다. 막비등 상태에서는 물과 후강판이 직접 접촉하지 않기 때문에, 냉각 능력의 지표인 열전달률이 낮고, 표면 온도의 저하도 완만하다.

그러나, 표면 온도가 700 ∼ 500 ℃ 정도에 도달하면, 물과 후강판 사이의 증기막을 유지하는 것이 어려워져, 물과 후강판이 부분적으로 접촉하는 천이비등 상태에서 냉각된다. 일단 물과 후강판의 접촉이 일어나면, 후강판에 접촉한 물의 증발에 의해 후강판 근방의 물의 유동이 격렬해져, 열전달률이 급격하게 상승하고, 표면 온도가 급격하게 저하된다. 그리고 그 후, 높은 열전달률을 유지한 채, 후강판과 물의 접촉이 정상적으로 일어나는 핵비등 상태로 이행되고, 표면 온도는 급격하게 수온 부근까지 저하된다.

특허문헌 1 혹은 특허문헌 2 에 기재된 기술과 같이, 후강판을 600 ℃ 전후가 될 때까지 완냉각시키는 경우에는, 열전달률이 낮은 막비등 상태에서 후강판을 냉각시키는 것이 바람직하다. 그러나 앞서 서술한 바와 같이, 막비등 상태는 후강판 표면 온도가 700 ∼ 500 ℃ 의 정도에 도달하면 열전달률이 높은 핵비등 상태로 천이되어 버린다. 한 번 핵비등 상태로 이행되어 버리면, 후강판 표면 온도가 급격하게 저하되고 냉각 속도가 과대해져, 원하는 특성을 가진 후강판을 제조할 수 없다. 게다가 후강판 내에서 핵비등 상태로의 이행이 부분적으로 발생한 경우, 그 부분만 소정의 재질을 만들 수 없어, 후강판 전체면에서 균질한 특성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 막비등 상태에서 후강판을 수랭시킬 때에는, 막비등 상태로부터 핵비등 상태로 천이되는 온도를 제어하여, 안정적으로 막비등 상태를 유지하는 것이 중요하다.

또한, 도 2 에 나타낸 수랭 프로세스의 모식도로부터, 막비등 상태는 결국 반드시 핵비등 상태로 이행되는 것을 알 수 있다. 그 하한값, 요컨대 천이 온도의 하한값에 대해서는, 예를 들어 비특허문헌 1 에 있어서는, 자발 핵생성 온도로 정리할 수 있다고 생각되고 있다. 요컨대, 냉매와 후강판의 계면 온도가 냉매의 자발 핵생성 온도를 상회하는 것이, 냉매 중에 증발핵이 생성되어 막비등 상태로 이행되기 위한 필요 조건이라고 되어 있다.

냉매와 후강판의 계면 온도 Tb 는, 열전도율을 λ, 열확산율을 α, 온도를 T 로 하고, 냉매의 파라미터를 첨자 w, 후강판의 파라미터를 첨자 s 로 나타내면 식 1 로 나타내어진다.

냉매가 물인 경우, Tb 는 대략 300 ℃ 로 되어 있기 때문에, 수온 Tw 를 30 ℃ 로 하면, 탄소강을 수랭시키는 경우에 물에 자발 핵생성이 일어날 때의 후강판 온도 Ts 는, 대개 330 ∼ 350 ℃ 가 된다. 따라서 막비등 상태는 물리적으로 낮아도 330 ∼ 350 ℃ 까지밖에 유지할 수 없어, 후강판 표층 온도가 그 이상인 온도에 있어서, 막비등 냉각을 정지할 필요가 있다. 따라서 후강판에 대한 냉각수의 분사는, 후강판의 표리층의 온도가 낮아도 350 ℃ 가 되기 전에 되어야 하는 것에 유의해야 한다.

요구되는 냉각 속도가 높은 경우에는, 천이 온도를 상승시켜 핵비등 상태와 공랭 상태를 간헐적으로 실시함으로써 가능하다. 예를 들어 특허문헌 3 에서는, 후강판의 반송 방향으로 열을 이루어 배치된 냉각 노즐을 핀치 롤로 구획하고, 대유량의 물을 분사하는 것에 의한 핵비등 상태의 급냉각과, 물을 분사하지 않는 공랭 상태를 교대로 형성하고 있다. 이로써, 표층 냉각 속도가 30 ℃/s 이상인 냉각 속도로, 안정적으로 냉각 가능하다고 되어 있다.

상기와 같은 비등천이를 수반하지 않는 냉각으로서, 기체 (예를 들어 공기) 를 후강판에 분사하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 일반적으로 기체의 강제 대류에 의한 냉각 능력은 수랭의 막비등 냉각 능력과 비교하여 1 오더 낮으며, 목표로 하는 냉각 속도를 얻기 위해서는 고속으로 기체를 분사할 필요가 있다. 따라서 컴프레서 등으로 기체를 압축한 후에 분사할 필요가 있지만, 컴프레서의 전력 소비에 따라 제조 코스트가 증대되는 것을 생각하면 바람직하지 않다.

이상의 사정을 감안하면, 저항복비 강을 전단의 완냉각과 후단의 급냉각으로 나누어 복합 조직을 만드는 상품을 제조할 때에는, 전단의 완냉각을 열전달률이 낮은 막비등 상태에서 수랭시키는 것이 바람직하다. 그러나 막비등 상태는 후강판 표면의 온도가 700 ∼ 500 ℃ 가 되면 열전달률이 높은 핵비등 상태로 천이되어 버리기 때문에, 막비등 상태를 저온까지 안정적으로 유지하는 것이 중요해지고 있다.

막비등 상태를 저온까지 안정적으로 유지하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 4 에서는, 냉각수를 고온으로 함으로써 핵비등 상태로의 천이 온도를 저감시키는 기술이 개시되어 있다. 또 특허문헌 5 에서는, 물에 증기를 첨가함으로써 핵비등 상태로의 천이 온도를 저감시키면서, 막비등 상태에 있어서의 열전달률을 상승시키는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평10-17980호 일본 공개특허공보 2005-313223호 일본 공개특허공보 2005-154841호 일본 공개특허공보 소58-71339호 일본 공개특허공보 평10-300301호

동력로·핵 연료 개발 사업단,「원자로 안전성 평가에 관련된 증기 폭발 현상」, 1980년 2월

그러나, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, 5 ∼ 15 ℃/s 의 약냉각을 충분히 저온까지 유지하기 위한 구체적인 방법에 언급이 없고, 그 하한은 600 ℃ 까지였다. 프로세스나 성분의 편차를 감안하면, 600 ℃ 이하의 저온까지의 완냉각이 필요한 것으로 생각되기 때문에, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는 제조한 상품의 특성이 안정되지 않는 것으로 생각된다.

특허문헌 3 에서 개시되어 있는 기술은, 핵비등 상태에 의한 급냉각과 공랭 상태를 교대로 형성하는 것에 의한 냉각은 표층 냉각 속도가 30 ℃/s 이상인 조건에 한정되어 있다. 그 때문에 특허문헌 5 의 기술에서 요구되고 있는 냉각 속도가 5 ∼ 15 ℃/s 인 프로세스와 같은, 표층 냉각 속도가 30 ℃/s 미만인 저냉속 프로세스에 대해서는 특허문헌 3 의 기술은 적용할 수 없다.

천이 온도를 저감시키기 위한 기술로서, 특허문헌 4 와 같이 수온을 상승시키기 위해서는, 히터 등의 부대 설비가 필요해지는 것 외에, 그 러닝 코스트에 의해 제조 코스트가 증대된다는 문제점이 있다. 게다가 후강판의 냉각수를 순환 이용하고 있는 경우에는, 후강판의 추출 능률에 따라 냉각수 온도가 변동되기 때문에, 그 관리는 한층 어려워진다.

또, 특허문헌 5 와 같이 증기를 사용하는 경우에 있어서도, 증기를 발생시키는 부대 설비가 필요해진다. 게다가 증기량을 제어하기 위한 밸브나 헤더 등을 신설할 필요가 있어, 설비비의 증대나 관리 항목의 증가에 의한 메인터넌스성의 악화를 초래한다. 게다가 양 선행기술에 있어서는, 모두 냉각수온을 상승시킴으로써 막비등으로부터 핵비등 상태로의 천이 온도를 저감시키고 있다. 그러나 수온 상승을 위한 에너지를 여분으로 소비하는 것은, 에너지 절약의 관점에서 바람직하지 않다.

그런데, 일반적으로 냉각존 내에 있어서의 냉각수의 수량 밀도와 냉각 능력이 상관을 갖는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 원하는 냉각 속도로 후강판을 냉각시키는 경우에는, 존 내에 있어서의 냉각수의 수량 밀도를 제어하여 냉각 능력을 조정한다. 한편으로 냉각존 내에 있어서의 냉각수의 수량 밀도는 또한, 막비등 상태로부터 핵비등 상태로 천이되는 순간의 후강판 표층 온도 (이후, 천이 온도라고 호칭) 와도 상관을 갖는다. 따라서 선행하는 기술에서는, 원하는 냉각 속도가 있는 경우에, 천이 온도를 저하시킬 목적에서 수량 밀도를 저감시킬 수는 없어, 천이 온도만을 독립적으로 저하시킬 수 없었다.

그 때문에, 비특허문헌 1 에 기재된 바와 같이, 막비등 상태의 냉각을 유지할 수 있는 물리적인 하한 온도는 제안되어 있지만, 수량 밀도의 파라미터를 고정시킨 상태에서 비등천이 온도를 저감시키는 방법에 대해서는 알려져 있지 않다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 부대 설비를 증설하지 않고, 또 여분의 에너지를 소비하지 않고 막비등 상태를 저온까지 유지하는 후강판의 제조 방법 및 제조 설비를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하는 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 후강판의 수랭을 실시하는 후강판의 제조 방법으로서, 상기 후강판의 반송 방향을 따라 배치된 적어도 상하 1 쌍의 냉각수 분사 노즐을 복수 세트 갖는 수랭 장치를 사용하여, 상기 냉각수 분사 노즐의 냉각수의 분사 속도를 0.4 m/s 이상 30 m/s 이하로 하여 상기 후강판의 수랭을 실시하는, 후강판의 제조 방법.

[2] 상기 수랭 장치 내에서의 상기 후강판의 표층 냉각 속도를 0.4 ℃/s 이상 29 ℃/s 이하로 하는, [1] 에 기재된 후강판의 제조 방법.

[3] 상기 수랭 전에 상기 후강판의 디스케일링을 실시하는, [1] 또는 [2] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 방법.

[4] 상기 수랭 전에 상기 후강판의 산화 스케일 제거 처리 및 가열을 실시하는, [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 방법.

[5] 상기 수랭 후에 상기 후강판의 상하면 중 어느 일방의 면 또는 양방의 면의 온도를 측정하는, [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 방법.

[6] 상기 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수량을 제어함으로써 상기 표층 냉각 속도를 제어하는 [2] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 방법.

[7] 상기 냉각수 분사 노즐의 개수 및 상기 후강판의 반송 속도를 제어함으로써 상기 후강판의 냉각 정지 온도를 제어하고, 상기 냉각 정지 온도를 상기 후강판의 표층 온도로 하여 350 ℃ 이상으로 하는, [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 방법.

[8] 후강판의 수랭을 실시하는 후강판의 제조 설비로서, 상기 후강판의 반송 방향을 따라 배치된 적어도 상하 1 쌍의 냉각수 분사 노즐을 복수 세트 갖는 수랭 장치와, 상기 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수의 분사 속도를 0.4 m/s 이상 30 m/s 이하로 제어하는 제어 장치를 구비하는, 후강판의 제조 설비.

[9] 상기 제어 장치는 상기 수랭 장치 내에서의 상기 후강판의 표층 냉각 속도를 0.4 ℃/s 이상 29 ℃/s 이하로 제어하는, [8] 에 기재된 후강판의 제조 설비.

[10] 상기 수랭 장치의 입측에 디스케일링 장치를 추가로 구비하는, [8] 또는 [9] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 설비.

[11] 상기 수랭 장치의 출측에 상기 후강판의 상하면 중 어느 일방의 면 또는 양방의 면의 온도를 측정하는 온도계를 추가로 구비하는, [8] ∼ [10] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 설비.

[12] 상기 제어 장치는 상기 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수량을 추가로 제어하는, [8] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 설비.

[13] 상기 제어 장치는, 상기 냉각수 분사 노즐의 개수 및 상기 후강판의 반송 속도를 제어하는, [8] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 후강판의 제조 설비.

본 발명에 관련된 후강판의 제조 설비 및 제조 방법에 의하면, 후강판을 현저하게 낮은 냉각 속도로 수랭할 때에, 막비등 상태를 저온까지 안정적으로 유지할 수 있다. 막비등 상태를 저온까지 안정적으로 유지함으로써, 전체면에서 특성이 균질한 후강판을 제조할 수 있다.

도 1 은, 후강판의 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 수랭 프로세스에 있어서의 후강판 표면 온도 이력을 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 냉각수의 분사 속도와 후강판의 천이 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 제어 장치 등의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5 는, 물기 제거 롤을 구비한 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 6 은, 물기 제거 퍼지 노즐을 구비한 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 7 은, 물기 제거 롤 및 물기 제거 퍼지 노즐을 구비한 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 8 은, 대유량 냉각수 분사 노즐을 수랭 장치의 입측 및 출측에 구비한 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 9 는, 대유량 냉각수 분사 노즐을 수랭 장치의 내측에 구비한 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 10 은, 실시예에 관련된 후강판의 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 11 은, 냉각존의 수량 밀도와 냉각 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 냉각존의 수량 밀도와 분사 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 실시형태에 특정하는 것은 아니다. 또, 도면은 모식적인 것이다. 그 때문에, 두께와 평면 치수의 관계, 비율 등은 현실의 것과는 상이한 것에 유의해야 하며, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 후강판의 열 처리 설비의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 후강판의 열 처리 설비 (1) 는, 오프라인형의 설비이고, 후강판 (S) 에 산화 스케일 제거 처리를 실시하는 산화 스케일 제거 장치 (도시 생략), 후강판 (S) 을 소정 온도까지 가열하는 가열로 (2), 가열로 (2) 로 가열된 후강판 (S) 을 냉각시키는 수랭 장치 (3), 가열로 (2) 와 수랭 장치 (3) 사이에서 후강판 (S) 을 디스케일링하는 디스케일링 장치 (9), 수랭 장치 (3) 의 출측에 있어서의 후강판 (S) 의 온도를 계측하는 온도계 (4), 및 수랭 장치 (3) 의 동작을 제어하는 제어 장치 (10) 를 주된 구성 요소로서 구비하고 있다. 또, 열 처리 설비 (1) 가 본 발명에 있어서의「후강판의 제조 설비」에 상당한다.

가열로 (2) 에는, 열 처리 설비 (1) 와는 다른 장소에 있는 열간 압연 라인에서 소정의 두께 (예를 들어 30 ㎜) 및 폭 (예를 들어 2000 ㎜) 으로 열간 압연되고, 실온 정도까지 냉각된 후강판 (S) 이 장입된다. 후강판 (S) 은 가열로 (2) 에 있어서 소정 온도 (예를 들어 910 ℃) 로 가열된다. 가열로 (2) 로부터 추출된 후강판 (S) 은, 가열로 (2) 의 출측에 설치되어 있는 복수의 테이블 롤 (6) 에 의해 반송되면서 수랭 장치 (3) 로 냉각된다.

또한, 일반적으로, 오프라인형의 열 처리 설비에서는, 후강판은 가열로 (2) 로부터 추출되어 수랭 장치 (3) 에 의해 냉각이 끝날 때까지 대략 일정 속도로 반송되기 때문에, 후강판의 선미단에서의 냉각 개시 온도차는 작다. 즉, 후강판의 가열 온도를 T0, 가열로 (2) 에서 수랭 장치 (3) 까지의 거리를 L0, 후강판의 반송 속도를 V0 으로 하면, 후강판의 선단부는 온도 T0 에서 추출되어 방랭 시간 L0/V0 를 거쳐 냉각된다. 오프라인형의 열 처리 설비에서는, 가열로 (2) 에서 수랭 장치 (3) 까지의 거리 L0 이 짧기 때문에, 후강판의 선단부가 가열로 (2) 로부터 추출되어 수랭 장치 (3) 의 입구에 도달해도, 후강판의 미단부는 가열로 (2) 내에서 온도 T0 으로 유지되어 있다. 그 때문에, 후강판의 미단부도 선단부와 동일하게 온도 T0 에서 추출되고, 방랭 시간 L0/V0 를 거쳐 냉각되므로, 후강판의 전체 길이에 걸쳐 냉각 개시 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 이와 같이, 방랭에 의해 온도 저하되기 쉬운 후강판에 있어서, 전체면에서 재질적으로 균질한 후강판을 제조하는 데에 유리한 것이 오프라인형의 열 처리 설비의 특징이다.

단, 본 발명은 온라인형의 열 처리 설비에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, 후강판을 가열하는 가열 설비와, 가열 설비에 의해 가열된 후강판을 압연하는 압연 설비와, 압연 설비에 의해 소정의 판 두께까지 압연된 후강판을 냉각시키는 수랭 장치를 구비하는 후강판의 열 처리 설비가 대상이 된다. 이 경우에도, 수랭 장치의 입측에서는 후강판은 고온으로 가열된 상태인 점에서, 오프라인형의 열 처리 설비와 동일하다. 한편으로 온라인형의 열 처리 설비에서는, 압연 직후부터 냉각 개시까지의 방랭 시간은, 후강판의 선단부보다 미단부 쪽이 길다. 그 때문에, 후강판의 길이를 L, 후강판의 반송 속도를 v 로 하면, 미단부와 선단부에서는 시간 L/v 만큼 방랭 시간차가 발생해 버린다. 따라서, 압연 후의 후강판 온도가 균일했을 경우에도, 미단부는 방랭 시간차만큼 여분으로 방랭되기 때문에, 선단부와 미단부의 냉각 개시 온도에 차가 발생하여, 전체면에 걸쳐 특성이 균질한 후강판이 얻어지지 않는다. 그 때문에 후술하는 바와 같이, 제어 장치 (10) 에 의해 후강판의 온도를 예측하고, 그것에 따라 수랭 장치 (3) 의 조업 조건을 후강판 (S) 의 길이 위치에 걸쳐 변경하는 것이 바람직하다.

가열로 (2) 에 있어서는, 무산화 분위기 (예를 들어 질소 분위기) 에서 가열되는 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이 천이 온도는, 산화 스케일의 두께에 영향을 받으며, 산화 스케일이 두꺼울수록 막비등 상태로부터 핵비등 상태로 천이되기 쉬워지기 때문이다. 그 때, 가열로 (2) 내의 산소 농도는 1 ％ (체적％) 이하로 제어되는 것이 바람직하다.

수랭 장치 (3) 는, 후강판 (S) 을 소정의 냉각 조건에서 수랭시키는 수랭 장치 (3) 를 구비하고 있다. 수랭 장치 (3) 는, 후강판 (S) 의 반송 방향에 대해 상하로 쌍을 이루는 상측의 냉각수 분사 노즐 (32a) 및 하측의 냉각수 분사 노즐 (32b) 을 복수쌍, 후강판 (S) 의 반송 방향을 따라 소정 피치로 나열하여 배치하고 있다. 냉각수 분사 노즐 (32) (상측의 냉각수 분사 노즐 (32a) 및 하측의 냉각수 분사 노즐 (32b)) 로부터는 후강판 (S) 을 향하여 냉각수 (7) 가 분사된다. 요컨대, 후강판 (S) 의 반송 방향을 따라 배치된 적어도 상하 1 쌍의 냉각수 분사 노즐을 복수 세트 갖고 있다. 또 후강판 (S) 은, 후강판 (S) 의 반송 방향을 따라 소정 피치로 나열하여 배치된 테이블 롤 (6) 에 의해 반송되면서 냉각된다. 또한, 1 쌍의 냉각수 분사 노즐 (32a, 32b) 을 단위로 한 냉각 구간을 냉각존이라고 호칭하고, 냉각존은 단위를「존」으로 하여 세는 것으로 한다. 도 1 에서는, 냉각존은 합계 7 존으로서 그려져 있지만, 7 존 이외로 해도 본 발명의 효과는 저해되지 않는다.

수랭 장치 (3) 의 조업 파라미터에는, 1 쌍의 냉각수 분사 노즐 (32a, 32b) 로부터 분사되는 냉각수 (7) 의 수량 (냉각수량) 과, 테이블 롤 (6) 에 의해 반송되는 후강판 (S) 의 반송 속도가 포함되어 있다. 냉각수량이 많을수록, 후강판 (S) 의 냉각 속도 및 온도 강하량을 크게 할 수 있다. 한편, 후강판 (S) 의 반송 속도가 낮을수록, 후강판 (S) 의 온도 저하량을 크게 할 수 있다. 또, 이들 조업 파라미터를 조합함으로써, 원하는 재질을 얻기 위한 냉각 조건으로서 냉각 정지 온도나 냉각 속도를 제어할 수 있다.

수랭 장치 (3) 의 조업 파라미터로서, 냉각수량의 냉각존마다의 밸런스 (예를 들어, 상류측의 냉각존에서 냉각수량을 많게 하고, 하류측의 냉각존에서 냉각수량을 적게 하는 등) 를 설정해도 된다. 후강판 (S) 의 온도역에 따라 냉각 속도를 제어할 수 있기 때문이다. 또한, 냉각수를 분사하는 냉각존의 수를 설정해도 된다. 사용하는 냉각존의 수에 따라 냉각 속도를 동일하게 하면서 냉각 정지 온도를 제어할 수 있기 때문이다.

냉각 속도는 재질에 따라 다양하게 변경할 수 있는 것이 바람직하고, 연질의 페라이트상을 얻는 관점에서 표층 냉각 속도는 29 ℃/s 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 15 ℃/s 이하, 더욱 바람직하게는 10 ℃/s 이하의 표층 냉각 속도로 후강판 (S) 을 냉각시키는 것이 바람직하다. 또 표층 냉각 속도가 0.4 ℃/s 미만이 되면, 방랭과 거의 동등한 냉각 속도가 되어 버려, 생산 효율이 저하된다. 그 때문에 표층 냉각 속도는 0.4 ℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다.

도 2 에 나타낸 수랭 프로세스의 모식도로부터, 막비등 상태는 결국 반드시 핵비등 상태로 이행되고, 그 이후 온도의 하한은 대개 330 ℃ 내지 350 ℃ 인 것은 앞서 서술한 바와 같다. 따라서 후강판 (S) 에 대한 냉각수 (7) 의 분사는, 바람직하게는 후강판 (S) 의 표리면 온도가 350 ℃ 이상, 보다 바람직하게는 400 ℃ 이상에서 정지되면 된다.

또, 도 3 에 나타낸 냉각수의 분사 속도 V 와 천이 온도 Tt 의 관계를 정식화하면 식 2 와 같이 나타내어진다.

이것에 후술하는 냉각수를 안정적으로 분사하기 위한 분사 속도를 대입하면, V = 0.4 m/s 에서 Tt = 350 ℃, V = 0.9 m/s 에서 Tt = 400 ℃ 가 된다. 이 점에서도, 후강판 (S) 에 대한 냉각수 (7) 의 분사는, 바람직하게는 후강판 (S) 의 표리면 온도가 350 ℃ 이상, 보다 바람직하게는 400 ℃ 이상에서 정지되면 된다.

상기 온도에서 냉각 정지한 후에는 핵비등 상태가 되기 쉽다. 그 때문에 공지된 기술로 핵비등 상태에 의한 급냉각을 실시하는 것이 바람직하다. 핵비등에 의한 냉각을 유지하기 위해서는, 냉각존의 최소 수량 밀도가 300 L/(㎡·min) 이상인 것이 바람직하다. 또, 고온 또한 함열량이 큰 후강판에서도 확실하게 핵비등에 의한 급속 냉각이 실시되도록 배려해야 하기 때문에, 냉각존에 있어서의 최소 수량 밀도가 보다 바람직하게는 1000 L/(㎡·min) 이상이다. 더욱 바람직하게는 1500 L/(㎡·min) 이상, 가장 바람직하게는 2000 L/(㎡·min) 이상이다. 한편 냉각존에 있어서, 수량 밀도가 4000 L/(㎡·min) 보다 크면, 수량 밀도를 올려도 냉각 속도가 거의 변화하지 않는다. 이 점에서, 냉각수의 동력 등 경제성의 관점에서 바람직하지 않기 때문에, 최대 수량 밀도는 4000 L/(㎡·min) 이하로 하는 것이 좋다.

또한, 발명자들이 예의 조사한 결과, 존 내 수량 밀도가 동일했을 경우, 천이 온도는 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수의 분사 속도와 상관을 갖는 것이 밝혀졌다. 도 3 에 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수의 분사 속도와, 천이 온도의 관계를 나타낸다. 냉각수의 분사 속도와 천이 온도가 정의 상관을 갖는 것을 도면으로부터 이해할 수 있다. 게다가, 특허문헌 1 에 나타난 기술과 같이 600 ℃ 까지의 완냉각을 실시하는 경우에는, 분사되는 냉각수는 30 m/s 이하로 제어해야 하는 것도 도면으로부터 이해할 수 있다. 따라서, 안정적으로 막비등 상태를 유지할 때에는, 냉각수 분사 노즐 (32) 로부터 분사되는 냉각수의 분사 속도는 30 m/s 이하, 바람직하게는 20 m/s 이하, 더욱 바람직하게는 7 m/s 이하로 제어되어야 한다. 또 냉각수 분사 노즐 (32) 로부터 사출되는 냉각수 (7) 를 안정적으로 사출하기 위해서는, 분사 속도는 0.4 m/s 이상, 바람직하게는 0.9 m/s 이상으로 제어되어야 한다.

냉각수 분사 노즐 (32) 에는, 냉각수를 소정의 분사 속도로 균일하게 분사할 수 있는 스프레이 노즐을 사용할 수 있다. 그 때, 냉각수를 노즐 내부에서 회전시키면서 사출하는 스프레이 형식, 구체적으로는, 풀콘 스프레이나 스퀘어 스프레이와 같은 형식이 바람직하다. 노즐 내부에서 물에 회전력을 부여함으로써, 냉각수의 분사 속도를 저감시킬 수 있기 때문이다. 충분히 분사 속도를 저감시킬 수 있다면, 슬릿 타입의 노즐이나 다공 분류 노즐이나 미스트 노즐을 사용해도 된다. 또 냉각 노즐은, 냉각수량 밀도를 목표로 하는 냉각 속도에 따라 다양하게 변경할 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 냉각수 분사 노즐 (32) 의 조업 조건은, 상기에 한정되는 것은 아니다. 즉, 냉각수 분사 노즐 (32) 을 막비등 상태의 냉각과 핵비등 상태의 냉각의 겸용 노즐로 하고, 원하는 재질에 따라 상기 조건에서의 막비등 상태의 냉각과, 대유량의 냉각수를 분사하는 것에 의한 핵비등 상태의 냉각을 구별하여 사용해도 된다.

일반적으로 천이 온도는, 후강판 (S) 의 표리면에 생성되는 산화 스케일의 영향을 받는 것이 알려져 있다. 산화 스케일이 두꺼울수록 천이 온도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 안정적으로 막비등 상태를 유지하기 위해서는, 후강판 (S) 표리면의 산화 스케일은 제거되는 것이 바람직하다. 따라서 가열로 (2) 에 장입되기 전에 산화 스케일 제거 장치로 후강판 (S) 의 표리면에 생성된 산화 스케일을 제거하는 것이 바람직하다. 또한 산화 스케일 제거 장치로서, 숏 블라스트 장치를 사용하여 후강판 (S) 을 숏 블라스트 처리하여 표리면의 산화 스케일을 제거해도 된다. 또 산세 장치를 사용하여 후강판 (S) 을 산세 처리하여 표리면의 산화 스케일을 제거해도 된다. 또한 연삭 장치를 사용하여 후강판 (S) 을 연삭하여 표리면의 산화 스케일을 제거해도 된다.

산화 스케일의 두께에 관하여, 일반적인 밀 스케일은 10 ∼ 50 ㎛ 정도이다. 그와 같은 두께의 산화 스케일을 갖는 후강판 (S) 에 대해, 상기에 구체예로서 예시한 산화 스케일 제거 처리를 실시함으로써, 산화 스케일을 두께 1 ㎛ 미만까지 저감시킬 수 있다. 따라서 가열로 (2) 에 장입되는 후강판 (S) 의 표리면을 덮는 산화 스케일의 두께는, 1 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.

또한, 산화 스케일 제거 장치는, 반드시 열 처리 설비 (1) 와 동일한 라인 내에 배치될 필요는 없고, 다른 라인이나 다른 설비, 혹은 다른 공장에 배치된 산화 스케일 제거 장치를 사용해도 된다. 가열로 (2) 에 장입되는 후강판 (S) 의 물류의 자유도를 높이고, 생산 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.

가열로 (2) 로부터 추출된 후강판 (S) 은, 고온 상태인 채 대기 분위기에 노출된다. 따라서 가열로 (2) 로부터 수랭 장치 (3) 까지 반송되고 있는 동안에, 후강판 (S) 의 표리면에 산화 스케일이 생성된다. 그 때문에 가열로 (2) 와 수랭 장치 (3) 사이에 디스케일링 장치 (9) 를 배치하여, 후강판 (S) 의 표리면에 부착된 산화 스케일을 디스케일링하는 것이 바람직하다.

또한, 디스케일링 장치 (9) 와 산화 스케일 제거 장치의 양방을 배치해도 된다. 가열로 (2) 에 장입되기 전에 후강판 (S) 에 생성된 산화 스케일을 산화 스케일 제거 장치로 제거, 가열로 (2) 로부터 추출된 후강판 (S) 에 생성된 산화 스케일을 디스케일링 장치 (9) 로 제거하면, 스케일을 균일하게 또한 용이하게 제거할 수 있다.

산화 스케일의 두께에 관하여, 일반적인 밀 스케일은 10 ∼ 50 ㎛ 정도이다. 그와 같은 두께의 산화 스케일을 갖는 후강판 (S) 에 대해, 디스케일링 처리를 실시함으로써, 산화 스케일을 두께 1 ㎛ 미만까지 저감시킬 수 있다. 따라서 수랭 장치 (3) 에 진입하는 후강판 (S) 의 표리면을 덮는 산화 스케일의 두께는, 1 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.

후강판 (S) 은, 전술한 바와 같이 350 ℃ 이상의 온도에서 정지하도록 수랭 장치 (3) 를 통과한다. 따라서 온도계 (4) 를, 수랭 장치 (3) 의 출측에 설치하여, 수랭 장치 (3) 에 의해 냉각된 후강판 (S) 의 표면 온도를 계측함으로써, 후강판 (S) 을 상정대로 냉각시킬 수 있는지를 확인할 수 있다. 또 가열 온도 정보와 온도 측정 결과를 아울러, 계산이나 전열 시뮬레이션을 실시하여, 수랭 중의 냉각 속도를 산출함으로써, 후강판 (S) 을 상정대로 냉각시킬 수 있는지를 확인할 수도 있다. 또한 수랭 후의 후강판 (S) 의 면 내 온도 분포를 측정함으로써, 후강판 (S) 이 균일하게 냉각되어 있는지를 확인해도 된다.

온도계 (4) 는, 후강판 (S) 의 폭 방향으로 온도계를 주사하는 방식이나 후강판 (S) 의 폭 방향으로 단수 혹은 복수의 온도계를 배치하는 방식 등에 의해, 후강판 (S) 의 온도를 계측하는 장치이다. 또, 온도계 (4) 는, 후강판의 상하면 중 어느 일방의 면 또는 양방의 면의 온도를 측정한다.

도 1 에 있어서 온도계 (4) 는 수랭 장치 (3) 의 출측에 설치되어 있지만, 수랭 장치 (3) 의 냉각 후의 후강판 온도를 측정할 수 있으면 수랭 장치 (3) 안에 온도계 (4) 를 설치해도 된다. 그 때, 온도계 (4) 를 후강판 (S) 의 반송 방향에 대해 복수대 나열하여 설치하여, 각 냉각존에 있어서의 후강판 (S) 의 온도를 측정해도 된다. 또한 온도계 (4) 를 수랭 장치 (3) 의 입측에 설치하여, 후강판 (S) 의 가열 온도나 냉각 개시 온도를 측정해도 된다. 수랭 장치 (3) 의 입측에서의 후강판 (S) 의 온도를 측온하는 편이, 냉각 속도의 계산 정밀도가 향상되기 때문이다.

제어 장치 (10) 는, 퍼스널 컴퓨터 등의 주지된 정보 처리 장치에 의해 구성된다. 제어 장치 (10) 는, 상위 컴퓨터 (11) 로부터 후강판 (S) 의 가열 온도, 판 두께 등의 사이즈 정보 외에, 원하는 재질을 얻기 위해 필요한 냉각 정지 온도의 목표 범위 (목표 냉각 정지 온도) 나 냉각 속도의 목표 범위 (목표 냉각 속도) 에 관한 정보를 취득한다. 그리고, 제어 장치 (10) 는, 이와 같은 조건을 실현하기 위한 열 처리 설비 (1) 의 조업 조건을 산출하고, 수랭 장치 (3) 의 각 기기의 조업 파라미터를 결정한다.

본 실시형태에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (10) 는, 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 수랭 조건 연산부 (12) 로서 기능한다. 수랭 조건 연산부 (12) 는, 내부 모델에 기초한 전열 계산을 실시하고, 냉각 조건으로서 설정되는 목표 냉각 정지 온도나 목표 냉각 속도를 만족하도록, 사용하는 냉각존의 수, 냉각수량 및 후강판 (S) 의 반송 속도를 결정한다. 이와 같이 하여 결정된 냉각수량과 후강판 (S) 의 반송 속도의 지령값은, 수랭 조업 조건 출력부 (13) 로부터 수랭 장치 (3) 에 이송된다. 수랭 장치 (3) 에서는, 냉각수량과 후강판 (S) 의 반송 속도의 지령값에 기초하여, 냉각수 펌프의 작동압이나 작동 대수, 냉각수 분사 노즐 (32) 의 상류측에 형성된 헤더의 개수나 유량 조정 밸브의 개도, 및 테이블 롤 (6) 을 구동시키는 모터의 회전 속도가 결정된다.

다음으로, 도 1 에 나타내는 열 처리 설비 (1) 를 사용한 본 발명의 후강판의 제조 방법에 대해 설명한다. 먼저 열 처리 설비 (1) 와는 다른 열간 압연 라인 (도시 생략) 에서 소정의 두께 (예를 들어 30 ㎜) 및 폭 (예를 들어 2000 ㎜) 으로 미리 열간 압연되고, 실온이 된 후에 산화 스케일 제거 장치로 스케일을 제거한 후강판 (S) 을 가열로 (2) 에 장입한다. 그리고, 가열로 (2) 에 있어서 후강판 (S) 을 소정 온도까지 가열한다.

이어서, 후강판 (S) 은 가열로 (2) 로부터 추출되고, 가열로 (2) 의 출측에 설치되어 있는 복수의 테이블 롤 (6) 에 의해 반송되면서, 수랭 장치 (3) 로 냉각시킨다. 이 냉각 공정에서는, 판 두께와 목표로 하는 소재의 특성에 따라 사용하는 존수나 수량을 제어 장치 (10) 에 의해 계산하여 설정하지만, 여기서는 예로서 도 1 에 나타낸 모든 존으로부터 물을 분사하는 경우의 제조 방법을 나타낸다.

먼저 후강판 (S) 은, 상하 7 쌍으로 배치된 냉각수 분사 노즐 (32) 로부터 냉각수 (7) 를 후강판 (S) 에 분사한다. 이들 수랭 장치 내에서의 수량 밀도 및 후강판 (S) 의 반송 속도는, 목표로 하는 후강판 특성이 얻어지도록, 제어 장치 (10) 에 의해 설정되고, 냉각수 분사 노즐 (32), 및 테이블 롤 (6) 에 지령되는 것이다.

이 냉각 공정을 거친 후강판 (S) 은 후공정에 제공된다. 수랭 장치에, 가열로 (2) 로부터 추출된 후강판 (S) 을 통판시킴으로써, 원하는 후강판 특성 (예를 들어, 항복비 80 ％ 이하) 을 확보한 후강판을 제조할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 다양한 변경, 개량을 실시할 수 있다. 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이, 수랭 장치 (3) 의 출측에 물기 제거 롤 (33) 을 설치하여, 후강판 (S) 상에 체류한 냉각수 (7) 를 제거해도 된다. 판 상에 체류한 냉각수 (7) 를 제거함으로써, 원하는 냉각 정지 온도, 나아가서는 특성을 보다 확실하게 얻을 수 있다.

양호한 물기 제거성을 얻기 위해, 물기 제거 롤 (33) 의 후강판 (S) 에 대한 가압력은, 바람직하게는 4 ton 이상, 보다 바람직하게는 6 ton 이상, 더욱 바람직하게는 8 ton 이상이면 된다. 가압력이 20 ton 이하이면, 물기 제거 롤 (33) 이 변형되지 않고 보다 양호한 물기 제거성이 얻어진다. 그 때문에, 가압력은 20 ton 이하로 하는 것이 바람직하다.

물기 제거 롤 (33) 에 의해 가압력을 부여하는 기구로는, 용수철 등의 스프링형이나, 공압이나 유압과 같은 일정한 가압력을 부여 가능한 것 중 어느 것이어도 상관없다. 물기 제거 롤 (33) 의 휨을 조정할 목적에서는, 일정한 가압력을 유지할 수 있는 기구가 바람직하고, 나아가서는 가압력을 후강판 (S) 의 길이 방향에서 변경할 수 있는 응답성을 갖는 기구가 바람직하다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 물기 제거 롤 (33) 대신에 물기 제거 퍼지 노즐 (34) 을 배치하여, 물기 제거 퍼지 (35) 를 분사함으로써, 후강판 (S) 상에 체류한 냉각수 (7) 를 제거해도 된다. 물기 제거 퍼지 (35) 는 액체여도 되고 기체여도 되며, 그들의 혼합 유체를 분사해도 상관없다. 후강판 (S) 의 온도 편차를 보다 작게 유지하려면, 기체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 생산 코스트의 관점에서는 공기를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 물기 제거 롤 (33) 과 물기 제거 퍼지 노즐 (34) 을 병용해도 된다. 또 수랭 장치 (3) 의 입측에 물기 제거 롤 (33) 및 물기 제거 퍼지 노즐 (34) 중 어느 쪽 혹은 그 양방을 배치하여, 수랭 장치 (3) 로부터 누설되는 냉각수 (7) 를 제거해도 된다. 후강판 (S) 의 냉각 개시 온도를 보다 정확하게 컨트롤할 수 있기 때문이다.

또한, 수랭 장치 (3) 의 입출측에 한정되지 않고, 각 냉각존의 입출측에 물기 제거 롤 (33) 및 물기 제거 퍼지 노즐 (34) 중 어느 쪽 혹은 그 양방을 배치하여, 각 냉각존을 구획해도 된다. 냉각존마다 상이한 수량을 분사할 때에, 냉각수량이 상이한 존을 구획하여 후강판의 온도 이력을 확실한 것으로 할 수 있기 때문이다. 게다가 예를 들어 수랭 장치 (3) 의 가장 입측의 분사를 정지시켜 냉각 시간을 짧게 하는 등, 사용하는 노즐쌍의 수를 자유롭게 설정할 수 있다. 이로써, 냉각되는 후강판이 취할 수 있는 온도 이력을 보다 다채로운 것으로 하여, 요구 특성에 맞추어 적절한 냉각을 실시할 수 있다.

도 8 에 나타내는 바와 같이, 수랭 장치 (3) 의 입출측 중 어느 쪽 혹은 양방에 발명 범위 외의 수량을 분사할 수 있는 대유량 냉각수 분사 노즐 (36) (상측의 대유량 냉각수 분사 노즐 (36a) 및 하측의 대유량 냉각수 분사 노즐 (36b)) 을 설치하여, 목표로 하는 후강판 (S) 의 특성에 따라 그들을 사용하여 후강판 (S) 을 냉각시켜도 된다. 대유량 냉각수 분사 노즐 (36) 이 설치된 냉각존수는, 도 8 에 있어서는 수랭 장치 (3) 의 입측 3 존, 출측 3 존으로 되어 있지만, 3 존 이외로 해도 효과는 저해되지 않는다.

또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 수랭 장치 (3) 내에서 냉각수 분사 노즐 (32) 과 발명 범위 외의 수량을 분사할 수 있는 대유량 냉각수 분사 노즐 (36) 을 동일 냉각존에 배치해도 된다. 본 발명의 완냉각과 발명 범위 외의 급냉각을 조합함으로써, 더욱 다채로운 온도 이력을 취할 수 있기 때문이다. 도 9 에 있어서 동일 냉각존에 배치된 냉각수 분사 노즐 (32) 과 대유량 냉각수 분사 노즐 (36) 은 합계 7 존으로 되어 있지만, 7 존 이외로 해도 효과는 저해되지 않는다. 거기에 더하여 수랭 장치 (3) 의 입출측 중 어느 쪽 혹은 양방에 발명 범위 외의 수량을 분사할 수 있는 대유량 냉각수 분사 노즐 (36) 을 설치해도 된다.

실시예

이하, 본 실시형태에 관련된 후강판의 제조 방법을 사용하여 후강판을 제조한 실시예를 설명한다.

도 10 에 나타내는 설비에 있어서, 미리 숏 블라스트 가공으로 스케일을 제거한 실온 상태의 후강판 (판 두께 19 ㎜, 25 ㎜, 40 ㎜ × 판 폭 3500 ㎜ × 판 길이 7 m) 을 가열로로 840 ℃ 까지 질소 분위기에서 가열하였다. 그 후, 가열로로부터 2.0 m 떨어진 위치에 있는 수랭 장치로 냉각시켜, 항복비가 80 ％ 이하인 저항복비 조질강을 제조하였다.

냉각 대상이 되는 후강판의 소재는, 실험실에서 실시한 소샘플의 열 사이클 시험에서 840 ℃ 까지 가열 후, 냉각 속도 6 ℃/s 로 450 ℃ 까지 냉각시킨 후, 실온까지 급속 냉각시킨 시험을 실시하여, 조직은 페라이트 + 베이나이트로 되고, 항복비가 75 ％ 로 된 것이다. 후강판 (S) 의 목적으로 하는 조직으로는 페라이트 + 베이나이트로 했지만, 그 밖의 시험으로부터 판 두께 방향의 일부 (예를 들어, 표층 근방) 이 페라이트 + 마텐자이트로 되어 있어도 특성이 크게 열화되지 않는 것을 확인하였다. 이 때문에, 본 열 이력과 동일한 열 이력으로 실제의 열 처리 설비로 후강판을 제조한 경우, 페라이트 + 베이나이트의 혼상 조직으로 되고, 항복비는 75 ％ 로 예상되며, 이것을 목표로 하는 조직 및 저항복비로 한다. 또한, 항복비는 80 ％ 이하를 합격으로 하였다.

수랭 장치 (3) 는 가열로 (2) 의 출측에 배치되어 있고, 그 내부에는 냉각수 분사 노즐 (32) 이 상하 7 쌍 배치되어 있었다. 또한 그 출측에는 온도계 (4) 가 배치되어 있어, 냉각 후의 후강판 (S) 의 표층 온도를 측온할 수 있도록 되어 있다. 온도계 (4) 는 후강판 (S) 의 폭 방향 온도 분포를 측정하는 주사형 온도계이다. 후강판 전체면에 대해 측정된 후강판 표면 온도 중, 최대값으로부터 최소값을 뺀 값을 후강판 내의 온도 편차값으로서 평가하였다.

전체면에서 균일한 후강판을 얻기 위해서는, 전체면에서 균일한 냉각 속도와 냉각 정지 온도가 되도록 냉각시킬 필요가 있다. 그 때문에, 후강판 면 내의 특성의 균일성을 냉각 정지 온도로 평가하는 것으로 하고, 후강판 내의 온도 편차값이 ±25 ℃ 이내에 들어가 있는 것을 합격으로 하였다.

냉각수 분사 노즐 (32) 로는, 풀콘 노즐과 플랫 스프레이 노즐의 2 종류를 병용하였다. 또한 이들 노즐로부터 분사되는 냉각수의 속도는, 사전에 실험실 내에서 측정하고 있으며, 그 결과와 조업 조건의 결과를 대조하여 본 발명의 범위 내에 들어가 있는지를 확인하였다.

후강판 (S) 의 제조시에는, 후강판 표층에 있어서의 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도가 4 ℃/s, 온도계 (4) 시점에서의 후강판 표층 온도가 450 ℃ 가 되도록, 냉각수 분사 노즐 (32) 의 사용 개수와 각 존의 수량 밀도, 후강판의 반송 속도를 설정하였다. 또 수랭 장치 (3) 로부터 불출된 후강판 (S) 은, 후공정인 급속 냉각에 제공되고, 주지된 기술로 실온까지 급속 냉각시켰다.

우선 먼저, 수량 밀도와 냉각 속도의 관계를 파악하기 위해, 후강판 (S) 을 1000 ℃ 까지 고온 가열한 후, 650 ℃ 까지 수랭시키는 예비 실험을 실시하였다. 후강판 (S) 을 질소 분위기의 가열로 (2) 로 1000 ℃ 까지 가열한 후, 수랭 장치 (3) 로 냉각을 실시하였다. 수랭 장치 (3) 출측의 온도계 (4) 에 있어서의 후강판 (S) 의 표층 온도가 650 ℃ ± 25 ℃, 후강판 (S) 의 표층에 있어서의 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도가 4 ∼ 10 ℃/s 가 되도록, 냉각수 분사 노즐 (32) 의 사용 개수와 각 존의 수량 밀도, 후강판의 반송 속도를 설정하였다.

또, 냉각수 분사 노즐 (32) 로는, 풀콘 노즐과 플랫 스프레이 노즐의 2 종류를 사용하고, 각각의 결과를 비교하였다. 또 수랭 장치 (3) 출측의 온도계 (4) 로 측정한 후강판 (S) 의 표층 온도와 후강판 (S) 의 가열 온도를 기초로 1 차원의 전열 시뮬레이션을 실시하여, 후강판 (S) 의 표층에 있어서의 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도를 계산하였다.

수랭 장치 (3) 내의 냉각존의 수량 밀도와 냉각 속도의 관계는 도 11 에, 수량 밀도와 분사 속도의 관계는 도 12 에 나타내는 바와 같이 되었다. 즉, 수량 밀도와 냉각 속도의 관계는 스프레의 종류에 따라 변화하지 않는다. 한편으로 수량 밀도와 분사 속도의 관계는 다르게, 동일한 수량 밀도로 분사한다고 해도 풀콘 노즐 쪽이 플랫 스프레이 노즐보다 냉각수의 분사 속도가 낮았다.

다음으로, 항복비가 80 ％ 이하인 저항복비 조질강을 제조하였다. 후강판 (S) 을 질소 분위기의 가열로 (2) 로 840 ℃ 까지 가열한 후, 수랭 장치 (3) 로 냉각을 실시하였다. 수랭 장치 (3) 출측의 온도계 (4) 에 있어서의 후강판 (S) 의 표층 온도가 450 ℃ ± 25 ℃, 후강판 (S) 의 표층에 있어서의 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도가 6 ℃/s 가 되도록, 냉각수 분사 노즐 (32) 의 사용 개수와 각 존의 수량 밀도, 후강판의 반송 속도를 설정하였다. 또한 냉각수 분사 노즐 (32) 의 사용 개수와 각 존의 수량 밀도, 후강판의 반송 속도는, 앞서 서술한 냉각 속도 측정 실험의 결과를 사용하여 설정하였다. 냉각수 분사 노즐 (32) 로는, 풀콘 노즐과 플랫 스프레이 노즐의 2 종류를 사용하고, 각각의 결과를 비교하였다.

또, 수랭 장치 (3) 출측의 온도계 (4) 로 측정한 후강판 (S) 의 표층 온도와 후강판 (S) 의 가열 온도를 기초로 1 차원의 전열 시뮬레이션을 실시하여, 후강판 (S) 의 표층에 있어서의 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도를 계산하였다. 수랭 장치 (3) 로부터 불출된 후강판 (S) 은, 후공정인 급속 냉각에 제공되고, 주지된 기술로 실온까지 급속 냉각시켰다. 그 후, 제조한 후강판 (S) 으로부터 소샘플을 채취하고, 인장 시험을 실시하여 항복비를 측정함과 함께 마이크로 조직을 관찰하였다.

표 1 에 후강판 (S) 의 제조 조건 및 특성 평가 시험의 결과를 나타낸다. 표 중의「조직」에 있어서의 F 는 페라이트를, B 는 베이나이트를, M 은 마텐자이트를 의미하고,「냉각 정지 온도」에 있어서의「R.T.」는 실온을 의미한다.

실시예 1 ∼ 3 은, 풀콘 스프레이 노즐을 사용하여 냉각수의 분사 속도를 저감시켜, 수랭을 실시한 조건이다. 목적대로의 냉각 속도와 냉각 정지 온도에서 후강판 (S) 을 냉각시킬 수 있어, 항복비는 합격 범위 내가 되었다. 냉각수의 분사 속도를 저감시킨 것에 의해, 천이 온도가 저감되어 막비등 상태를 저온까지 유지할 수 있어, 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도를 저온까지 유지할 수 있었기 때문인 것으로 생각된다.

실시예 4 는 숏 블라스트에 의한 후강판 표층의 스케일 제거를 실시하지 않은 조건이다. 대략 목적대로의 냉각 속도와 냉각 정지 온도에서 후강판 (S) 을 냉각시킬 수 있었지만, 스케일 제거를 실시한 실시예 1 과 비교하여 후강판 폭 방향의 온도 편차가 확대되었다. 스케일이 생성되어 있던 부분의 비등천이 온도가 상승하여, 부분적으로 핵비등화되어 냉각 속도가 증가하고 있었기 때문인 것으로 생각된다.

비교예 1 ∼ 3 은, 플랫 스프레이 노즐을 사용하여 냉각수의 분사 속도를 발명의 범위 외까지 증속시켜, 수랭을 실시한 조건이다. 냉각 조건은 앞서 서술한 냉각 속도 측정 실험의 결과를 사용하여 설정했지만, 냉각 정지 온도는 실온까지 저하되어 버렸다. 그 때문에, 정확한 냉각 속도는 불명이었다. 그 때문에 존수를 짧게 하여 별도 냉각 속도를 동정하는 시험을 실시한 결과, 냉각 속도는 본 발명의 범위 외까지 증가되어 있었다. 또 냉각 속도가 높았기 때문에, 항복비는 합격 범위 외가 되어 버렸다. 비등천이 온도가 향상되어 냉각이 핵비등 상태가 되어, 800 ℃ 에서 650 ℃ 까지의 범위의 평균 냉각 속도를 저온까지 유지할 수 없었기 때문인 것으로 생각된다.

비교예 4 는, 플랫 스프레이 노즐을 사용하여 냉각수의 분사 속도를 발명의 범위 외까지 감속시켜, 수랭을 실시한 조건이다. 냉각 속도는 공랭과 거의 동등하였다. 또 후강판의 폭 방향 온도 편차가 불합격이 되었다. 스프레의 분사 유속이 낮아져, 냉각수를 안정적으로 분사할 수 없어, 스프레이 바로 아래에만 물이 집중됐기 때문인 것으로 생각된다.

1 : 열 처리 설비 (후강판의 제조 설비)
2 : 가열로
3 : 수랭 장치
4 : 온도계
5 : 냉각존
6 : 테이블 롤
7 : 냉각수
9 : 디스케일링 장치
10 : 제어 장치
11 : 상위 컴퓨터
12 : 수랭 조건 연산부
13 : 수랭 조업 조건 출력부
32 : 냉각수 분사 노즐
32a : 상측의 냉각수 분사 노즐
32b : 하측의 냉각수 분사 노즐
33 : 물기 제거 롤
34 : 물기 제거 퍼지 노즐
35 : 물기 제거 퍼지
36 : 대유량 냉각수 분사 노즐
36a : 상측의 대유량 냉각수 분사 노즐
36b : 하측의 대유량 냉각수 분사 노즐
S : 후강판

Claims

후강판의 수랭을 실시하는 후강판의 제조 방법으로서,
상기 후강판의 반송 방향을 따라 배치된 적어도 상하 1 쌍의 냉각수 분사 노즐을 복수 세트 갖는 수랭 장치를 사용하여,
상기 냉각수 분사 노즐의 냉각수의 분사 속도를 0.4 m/s 이상 30 m/s 이하로 하여 상기 후강판의 수랭을 실시하는, 후강판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수랭 장치 내에서의 상기 후강판의 표층 냉각 속도를 0.4 ℃/s 이상 29 ℃/s 이하로 하는, 후강판의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수랭 전에 상기 후강판의 디스케일링을 실시하는, 후강판의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수랭 전에 상기 후강판의 산화 스케일 제거 처리 및 가열을 실시하는, 후강판의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수랭 후에 상기 후강판의 상하면 중 어느 일방의 면 또는 양방의 면의 온도를 측정하는, 후강판의 제조 방법.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수량을 제어함으로써 상기 표층 냉각 속도를 제어하는, 후강판의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각수 분사 노즐의 개수 및 상기 후강판의 반송 속도를 제어함으로써 상기 후강판의 냉각 정지 온도를 제어하고, 상기 냉각 정지 온도를 상기 후강판의 표층 온도로 하여 350 ℃ 이상으로 하는, 후강판의 제조 방법.
후강판의 수랭을 실시하는 후강판의 제조 설비로서,
상기 후강판의 반송 방향을 따라 배치된 적어도 상하 1 쌍의 냉각수 분사 노즐을 복수 세트 갖는 수랭 장치와,
상기 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수의 분사 속도를 0.4 m/s 이상 30 m/s 이하로 제어하는 제어 장치를 구비하는, 후강판의 제조 설비.
제 8 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 수랭 장치 내에서의 상기 후강판의 표층 냉각 속도를 0.4 ℃/s 이상 29 ℃/s 이하로 제어하는, 후강판의 제조 설비.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 수랭 장치의 입측에 디스케일링 장치를 추가로 구비하는, 후강판의 제조 설비.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수랭 장치의 출측에 상기 후강판의 상하면 중 어느 일방의 면 또는 양방의 면의 온도를 측정하는 온도계를 추가로 구비하는, 후강판의 제조 설비.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 냉각수 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수량을 추가로 제어하는, 후강판의 제조 설비.
제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 냉각수 분사 노즐의 개수 및 상기 후강판의 반송 속도를 제어하는, 후강판의 제조 설비.