TW201446353A - 厚鋼板之製造方法及製造設備 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種可確保材質偏差較少之高品質的厚鋼板之厚鋼板之製造方法及製造設備。一種厚鋼板之製造方法，其係依照熱軋步驟、形狀矯正步驟及加速冷卻步驟之順序下製造厚鋼板之方法，於上述形狀矯正步驟與上述加速冷卻步驟之間具有溫度調整步驟及除鏽步驟，而該溫度調整步驟係藉由將厚鋼板表面溫度空冷至未滿Ar3變態點，或者以水量密度0.3~2.2 m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水而進行水冷，藉此使厚鋼板表面產生變態；而該除鏽步驟係在上述溫度調整步驟之後且在上述加速冷卻步驟之前，對厚鋼板之表面加以噴射能量密度為0.05 J/mm2以上之高壓水。

Description

厚鋼板之製造方法及製造設備
本發明係關於一種厚鋼板之製造方法及製造設備。
於藉由熱軋製造厚鋼板之製程中，冷卻控制之應用有所擴大。例如，如圖1所示，利用加熱爐1再加熱厚鋼板(未圖示)後，於除鏽(descaling)裝置2中對厚鋼板進行除鏽。繼而，厚鋼板由軋壓機3進行軋壓後，由形狀矯正裝置4進行矯正，之後於加速冷卻裝置5中進行利用水冷或空冷之控制冷卻。再者，圖中之箭頭為厚鋼板之行進方向。
已知，於利用加速冷卻裝置對厚鋼板進行水冷之情形時，如圖2所示，厚鋼板表面之鏽皮越厚，冷卻時間越短，因此，可知冷卻速度變大。然而，若鏽皮厚度存在偏差則冷卻速度變得不均一，因此，存在強度或硬度等材質產生偏差之問題。
又，於鏽皮厚度不均一之情形時，如上所述，冷卻速度變得不均一。已知，於此種情形時，厚鋼板寬度方向之加速冷卻停止時之厚鋼板表面溫度(以下，稱作「冷卻停止溫度」)之分佈例如如圖3所示般產生偏差。由於如此般厚鋼板之冷卻停止溫度產生偏差，故有無法獲得均一之材質之問題。若例示具體例，則於厚鋼板寬度方向上混合存在鏽皮厚度為40μm與20μm之部位之情形時，使板厚25mm之厚鋼板自800℃冷卻至目標溫度500℃時之冷卻停止溫度係於40μm 之部位成為460℃，於20μm之部位成為500℃。於40μm之部位，冷卻停止溫度自目標溫度下降了40℃，其結果，無法獲得均一之材質。
因此，於專利文獻1中揭示有一種方法，該方法係控制鏽皮厚度而進行冷卻速度之均一化，從而達成冷卻停止溫度之均一化。於專利文獻1中，於軋壓過程中使用配備於軋壓機之前後之除鏽裝置，以於厚鋼板之末端與前端相比冷卻停止溫度變低之情形時使末端側之除鏽之噴射水量多於前端側之噴射水量之方式進行控制，於厚鋼板之長度方向控制鏽皮去除率、殘存厚度，藉此，使控制冷卻時之鋼板表面之熱傳遞係數變化，而進行厚鋼板之長度方向之冷卻停止溫度之均一化。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平6-330155號公報
於習知之技術中，欲藉由調整冷卻水量或搬送速度而實現冷卻停止溫度之均一化。然而，於該方法中，因鏽皮厚度之偏差而冷卻速度產生偏差，因此，不僅冷卻速度之均一化較難，冷卻停止溫度之均一化亦較難。
又，於專利文獻1之方法中，若無法線上控制鏽皮去除率或殘存厚度，則亦無法控制熱傳遞係數，因此，無法實現高精度之冷卻速度之均一化。又，於使鏽皮去除率變化之情形時，於鏽皮殘存部位與剝離部位之冷卻停止溫度不同，因此材質出現偏差。
本發明之目的在於解決上述問題，且提供一種可確保材質偏差較少之高品質的厚鋼板之厚鋼板之製造方法及製造設備。
本發明係為了解決上述習知之問題點而完成者，其主旨如下所述。
[1]一種厚鋼板之製造方法，其係依照熱軋步驟、形狀矯正步驟及加速冷卻步驟之順序下製造厚鋼板之方法，其特徵在於：於上述形狀矯正步驟與上述加速冷卻步驟之間具有溫度調整步驟及除鏽步驟，而該溫度調整步驟係藉由將厚鋼板表面溫度空冷至未滿Ar3變態點，或者以水量密度0.3~2.2m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水而進行水冷，藉此使厚鋼板表面產生變態；而該除鏽步驟係在上述溫度調整步驟之後且在上述加速冷卻步驟之前，對厚鋼板之表面加以噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水。
[2]如[1]之厚鋼板之製造方法，其中，於上述除鏽步驟中，將上述高壓水之噴射壓力設為10MPa以上。
[3]一種厚鋼板之製造設備，其特徵在於：將熱軋裝置、形狀矯正裝置、溫度調整裝置、除鏽裝置及加速冷卻裝置，依順自搬送方向上游側加以配置，在上述溫度調整裝置中，藉由將厚鋼板表面溫度空冷至未滿Ar3變態點，或者以水量密度0.3~2.2m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水而進行水冷，藉此使厚鋼板表面產生變態，並且在上述除鏽裝置中，對厚鋼板之表面加以噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水。
[4]如[3]之厚鋼板之製造設備，其中，在上述除鏽裝置中，將上述高壓水之噴射壓力設為10MPa以上。
根據本發明，於形狀矯正步驟與加速冷卻步驟之間具有使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點而使厚鋼板表面變態的溫度調整步驟、及於溫度調整步驟後對厚鋼板之表面噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水的除鏽步驟，藉此，可實現冷卻速度及冷卻停止溫度之均一化。其結果，可製造材質偏差較少之高品質的厚鋼板。
1‧‧‧加熱爐
2‧‧‧除鏽裝置
3‧‧‧軋壓機
4‧‧‧形狀矯正裝置
5‧‧‧加速冷卻裝置
6‧‧‧溫度調整裝置
7‧‧‧除鏽裝置
10‧‧‧厚鋼板
11‧‧‧上集管
12‧‧‧下集管
13‧‧‧上冷卻水噴射噴嘴(圓管噴嘴)
14‧‧‧下冷卻水噴射噴嘴(圓管噴嘴)
15‧‧‧間隔壁
16‧‧‧給水口
17‧‧‧排水口
18‧‧‧噴射冷卻水
19‧‧‧排出水
20‧‧‧脫水輥
21‧‧‧脫水輥
△T‧‧‧溫度下降量
圖1係表示習知之厚鋼板之製造設備的概略圖。
圖2係表示加速冷卻時之鏽皮厚度、冷卻時間及厚鋼板表面溫度之關係的圖。
圖3係表示加速冷卻後之厚鋼板之寬度方向位置與冷卻停止溫度之關係的圖。
圖4係表示作為本發明之一實施形態之厚鋼板之製造設備的概略圖。
圖5係表示厚鋼板表面之變態之有無、高壓水之能量密度、及鏽皮剝離率之關係的圖。
圖6係表示軋壓結束後之厚鋼板表面之溫度與為了破壞鏽皮所需之噴射壓力之關係的圖。
圖7係定義自溫度調整步驟起至除鏽步驟開始前之厚鋼板表面之溫度差的圖。
圖8係表示厚鋼板表面之溫度下降量與冷卻停止溫度之偏差之關係的圖。
圖9係本發明之一實施形態之冷卻裝置的側視圖。
圖10係本發明之一實施形態之另一冷卻裝置的側視圖。
圖11係對本發明之一實施形態之間隔壁之噴嘴配置例進行說明的圖。
圖12係對間隔壁上之冷卻排水之流動進行說明的圖。
圖13係對間隔壁上之冷卻排水之另一流動進行說明的圖。
圖14係對習知例之厚鋼板寬度方向溫度分佈進行說明的圖。
圖15係對加速冷卻裝置中之冷卻水之流動進行說明的圖。
圖16係對加速冷卻裝置中之與間隔壁上之冷卻排水之不干涉進行說明的圖。
以下，針對本發明，參照圖式對用以實施本發明之形態進行說明。
圖4係表示作為本發明之一實施形態之厚鋼板之製造設備的概略圖。於圖4中，箭頭係厚鋼板之搬送方向。自厚鋼板之搬送方向上游側依次配置有加熱爐1、除鏽裝置2、軋壓機3、形狀矯正裝置4、溫度調整裝置6、除鏽裝置7、加速冷卻裝置5。於圖4中，利用加熱爐1再加熱厚鋼板(未圖示)後，於除鏽裝置2中首次對厚鋼板進行除鏽以去除鏽皮。繼而，厚鋼板由軋壓機3進行熱軋，並由形狀矯正裝置4進行矯正後，利用溫度調整裝置6使厚鋼板表面溫度下降，之後進一步於除鏽裝置7中進行將鏽皮完全去除之除鏽。繼而，於加速冷卻裝置5中進行利用水冷或空冷之控制冷卻。
於本發明中，於形狀矯正裝置4與加速冷卻裝置5之間配置有溫度調整裝置6及除鏽裝置7。而且，於溫度調整裝置6中，使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點而使厚鋼板表面變態。本發明之 特徵在於，其後，於除鏽裝置7中進行對厚鋼板噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水之除鏽。
溫度調整裝置6係配置於形狀矯正裝置4與除鏽裝置7之間。藉由於利用溫度調整裝置6之溫度調整步驟中使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點而使厚鋼板表面變態，而於其後之除鏽步驟中容易將鏽皮去除。
藉由於溫度調整步驟中使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點而使厚鋼板表面變態，引起基材鐵之變態，於鏽皮與基材鐵之界面產生偏移而鏽皮之密接力降低。可認為其原因在於如下之機制。若使厚鋼板之表面冷卻至未滿Ar3變態點，則基材鐵自奧氏體向肥粒鐵變態。此時，由於基材鐵膨脹，故對鏽皮與基材鐵之界面施力，而於界面產生裂縫。可認為作為其結果而鏽皮之密接力降低。因此，藉由使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點而使厚鋼板表面變態，於利用除鏽裝置7之除鏽步驟時鏽皮去除變得容易。再者，Ar3變態點可根據下述式(*)算出。
Ar3=910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo…(*)
其中，元素符號表示各元素之鋼中含量(質量%)。
接著，使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點而使厚鋼板表面變態而成之厚鋼板係於除鏽裝置7中進行去除鏽皮之除鏽。此時，藉由對厚鋼板噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水(本發明中，將噴射壓力為5MPa以上之情形設為高壓水)，可將鏽皮完全地去除。藉由於該除鏽步驟中將鏽皮完全地去除，可於其後之利用加熱冷卻裝置5之加速冷卻步驟中進行冷卻控制。其結果，可實現高精度之冷卻速度之均一化及冷卻停止溫度之均一化。再者，高壓水只要遍及 厚鋼板全長噴射即可。
本發明者等人使用某鋼種，就除鏽步驟前之厚鋼板表面之變態之有無之影響調查了高壓水之能量密度與鏽皮剝離率(鏽皮已剝離之面積與厚鋼板面積之比率)之關係。其結果，獲得如圖5所示之見解。根據圖5可知，若能量密度較大，則鏽皮剝離率變大，而且，藉由使厚鋼板表面變態，即便能量密度較小，亦可剝離鏽皮。又，根據圖5可謂，於變態後進行除鏽之情形時，於能量密度小於0.05J/mm2之情形時，鏽皮剝離率較低，因此，於厚鋼板之一部分殘存有鏽皮，冷卻停止溫度產生偏差而材質變得不均一。因此，高壓水之能量密度設為0.05J/mm2以上。較佳為0.10J/mm2以上。再者，就供給高壓水之泵之消耗能量之觀點而言，高壓水之能量密度較佳為0.60J/mm2以下。
於本發明中，較佳為於除鏽步驟中噴射噴射壓力10MPa以上之高壓水。藉由使噴射壓力為10MPa以上，可將鏽皮完全地去除。因此，可實現加速冷卻步驟中之冷卻速度及冷卻停止溫度之均一化。為了破壞鏽皮，高壓水之液滴衝撞於厚鋼板時之壓力必須超過鏽皮之硬度。本發明者等人對軋壓結束後之厚鋼板表面之溫度與為了破壞鏽皮所需之高壓水之噴射壓力之關係進行了調查，結果獲得圖6之見解。通常，於如本發明般製造需要進行控制冷卻之厚鋼板之情形時，軋壓結束後之厚鋼板表面之溫度即便較高亦僅為900℃左右。因此，於本發明中，為了破壞鏽皮，較佳為使高壓水之噴射壓力為10MPa以上。
此處，所謂對厚鋼板噴射之冷卻水之能量密度E(J/mm2)，係指藉由除鏽將鏽皮去除之能力之指標，且如以下之(1)式般定義。
E=Q/(d×W)×ρv2/2×t…(1)
其中，Q：除鏽水之噴射流量[m3/s]、d：扁平噴嘴之噴霧噴射厚度[mm]、W：扁平噴嘴之噴霧噴射寬度[mm]、流體密度ρ[kg/m3]、厚鋼板衝撞時之流體速度v[m/s]、衝撞時間t[s](t=d/1000/V、搬送速度V[m/s])。
然而，由於厚鋼板衝撞時之流體速度v之測定未必容易，故而，若欲嚴密地求出由(1)式定義之能量密度E，則需要極大之勞力。
因此，本發明者等人進一步加以研究，結果發現，作為對厚鋼板噴射之冷卻水之能量密度E(J/mm2)之簡便之定義，採用水量密度×噴射壓力×衝撞時間即可。此處，水量密度(m3/m2‧min)係由「冷卻水之噴射流量÷冷卻水衝撞面積」所計算之值。噴射壓力(MPa)係由冷卻水之噴出壓力進行定義。衝撞時間(s)係由「冷卻水之衝撞厚度÷厚鋼板之搬送速度」所計算之值。再者，由該簡便之定義所算出之本發明之高壓水之能量密度與鏽皮剝離率之關係亦與圖5相同。
於溫度調整步驟中，藉由空冷或水冷使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點。再者，於進行空冷之情形時，只要於搬送厚鋼板之輸送輥上適當空冷至未滿Ar3變態點即可。
於本發明中，於在溫度調整步驟中實施水冷之情形時，以水量密度0.3~2.2m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水。若水量密度小於0.3m3/m2‧min，則無法使厚鋼板表面溫度下降至未滿Ar3變態點，而無法使厚鋼板表面變態。其結果，鏽皮殘存於厚鋼板，即便於其後之加速冷卻步驟中進行冷卻控制，冷卻停止溫度亦產生偏差而材質變得不均一。又，若水量密度大於2.2m3/m2‧min，則下述溫 度調整步驟中之溫度下降量△T超過200℃，冷卻停止溫度產生偏差而材質變得不均一。
於溫度調整裝置6中使厚鋼板表面變態之情形時，於鏽皮附著於厚鋼板之狀態下使厚鋼板表面冷卻。本發明者等人獲得如下見解：於溫度調整裝置6中之冷卻時之溫度下降量較大之情形時，鏽皮之附著狀況影響冷卻停止溫度之均一化，冷卻停止溫度之偏差(加速冷卻步驟後之設為目標之鋼板表面溫度與加速冷卻後之實際之鋼板表面溫度的差)變大。此處，將溫度調整裝置6中之厚鋼板表面之溫度下降量△T如圖7所示般定義為冷卻開始時之厚鋼板表面溫度與厚鋼板表面之最低到達溫度之差。
本發明者等人使用利用軋壓機之軋壓結束後之表面溫度為800℃、板厚25mm之厚鋼板，按照溫度調整步驟、除鏽步驟及加速冷卻步驟之順序製造厚鋼板。此處，作為無論除鏽時之鋼板表面為變態前抑或為變態後均可將鏽皮全部去除之條件，除鏽時之能量密度設為0.2J/mm2。再者，於加速冷卻步驟中，以厚鋼板表面溫度成為500℃之方式進行冷卻。其結果，可知，溫度調整步驟之溫度下降量△T與冷卻停止溫度之偏差之關係如圖8所示。根據圖8，為了獲得均一之材質，較佳為使冷卻停止溫度之偏差為25℃以下且使溫度調整步驟之溫度下降量△T為200℃以下。
關於本發明之加速冷卻裝置5，較佳為，如圖9所示，具備對厚鋼板10之上表面供給冷卻水之上集管(header)11、自該上集管11懸垂之噴射棒狀冷卻水之冷卻水噴射噴嘴13、及設置於厚鋼板10與上集管11之間之間隔壁15，並且於間隔壁15設置有多數個內插冷卻水噴射噴嘴13之下端部之給水口16、及將供給至厚鋼板10之上 表面之冷卻水向間隔壁15上排出之排水口17。
具體而言，上表面冷卻設備具備：上集管11，其對厚鋼板10之上表面供給冷卻水；冷卻水噴射噴嘴13，其自該上集管11懸垂；及間隔壁15，其遍及厚鋼板寬度方向水平地設置於上集管11與厚鋼板10之間，且具有多數個貫通孔(給水口16與排水口17)。而且，冷卻水噴射噴嘴13係包含噴射棒狀之冷卻水之圓管噴嘴13，且以其前端內插於設置於上述間隔壁15之貫通孔(給水口16)而較間隔壁15之下端部更靠上方之方式設置。再者，冷卻水噴射噴嘴13較佳為以其上端突出至上集管11之內部之方式貫穿至上集管11內，以防止吸入上集管11內之底部之異物而堵塞。
在此，所謂本發明中之棒狀冷卻水，係指以經某種程度地加壓之狀態自圓形狀(亦包含橢圓或多邊之形狀)之噴嘴噴出口噴射之冷卻水，且來自噴嘴噴出口之冷卻水之噴射速度為6m/s以上，較佳為8m/s以上，自噴嘴噴出口噴射之水流之剖面保持為大致圓形之具有連續性與直進性之水流之冷卻水。即，與來自圓管層流噴嘴之自由落下流或如噴霧般之以液滴狀態噴射者不同。
以冷卻水噴射噴嘴13之前端內插於貫通孔而較間隔壁15之下端部更靠上方之方式設置之原因在於：即便於前端向上方翹曲之厚鋼板進入之情形時，亦藉由間隔壁15防止冷卻水噴射噴嘴13損傷。藉此，冷卻水噴射噴嘴13能夠以良好之狀態長期地進行冷卻，因此，無需進行設備維護等，且可防止厚鋼板之溫度不均之產生。
又，由於圓管噴嘴13之前端內插於貫通孔，故而，如圖16所示，不會與沿間隔壁15之上表面流動之虛線箭頭之排出水19之寬度方向流動產生干涉。因此，自冷卻水噴射噴嘴13噴射之冷卻水 可不管寬度方向位置而均等地到達至厚鋼板上表面，從而可於寬度方向上進行均一之冷卻。
若例示間隔壁15之一例，則如圖11所示，於間隔壁15，以厚鋼板寬度方向上80mm、搬送方向上80mm之間距呈柵格狀開設有多數個直徑10mm之貫通孔。而且，於給水口16插入有外徑8mm、內徑3mm、長度140mm之冷卻水噴射噴嘴13。冷卻水噴射噴嘴13呈交錯格子狀排列，冷卻水噴射噴嘴13未穿過之貫通孔成為冷卻水之排水口17。如此，設置於本發明之加速冷卻裝置之間隔壁15之多數個貫通孔包括數量大致相同之給水口16與排水口17，而分別分擔作用、功能。
此時，排水口17之總截面積與冷卻水噴射噴嘴13之圓管噴嘴13之內徑之總截面積相比足夠大，且確保有圓管噴嘴13之內徑之總截面積之11倍左右，而如圖9所示，供給至厚鋼板上表面之冷卻水充滿厚鋼板表面與間隔壁15之間，並通過排水口17被導引至間隔壁15之上方而迅速地被排出。圖12係對間隔壁上之厚鋼板寬度方向端部附近之冷卻排水之流動進行說明的前視圖。排水口17之排水方向成為與冷卻水噴射方向相反之朝上方向，穿流至間隔壁15之上方之冷卻排水朝向厚鋼板寬度方向外側改變方向，沿上集管11與間隔壁15之間之排水流路流動而排出。
另一方面，圖13所示之例係使排水口17於厚鋼板寬度方向傾斜而排水方向以朝向厚鋼板寬度方向外側之方式設為朝向寬度方向外側之斜向者。藉此，間隔壁15上之排出水19之厚鋼板寬度方向流動變得較順利，促進排水，故而較佳。
此處，若如圖14所示般將排水口與給水口設置於同一 貫通孔，則冷卻水衝撞於厚鋼板後，難以穿流至間隔壁15之上方，而於厚鋼板10與間隔壁15之間朝向厚鋼板寬度方向端部流動。如此一來，厚鋼板10與間隔壁15之間之冷卻排水之流量係越靠近板寬度方向之端部則越多，因此，噴射冷卻水18貫通滯留水膜而到達至厚鋼板之力係越是靠近板寬度方向端部越是受到阻礙。
於薄板之情形時，由於板寬至多為2m左右，故上述影響有限。然而，尤其於板寬為3m以上之厚板之情形時，上述影響不可忽視。因此，厚鋼板寬度方向端部之冷卻變弱，而此情形時之厚鋼板寬度方向之溫度分佈成為不均一之溫度分佈。
與此相對，本發明之加速冷卻裝置5如圖15所示般分開設置有給水口16與排水口17，而分擔給水與排水之作用，因此，冷卻排水通過間隔壁15之排水口17順利地流至間隔壁15之上方。因此，迅速地將冷卻後之排水自厚鋼板上表面排除，因此，後續供給之冷卻水可容易地貫通滯留水膜，從而可獲得充分之冷卻能力。此情形時之厚鋼板寬度方向之溫度分佈成為均一之溫度分佈，從而可於寬度方向上獲得均一之溫度分佈。
另外，只要排水口17之總截面積為圓管噴嘴13之內徑之總截面積之1.5倍以上，便可迅速地進行冷卻水之排出。此情況例如只要於間隔壁15開設大於圓管噴嘴13之外徑之孔且使排水口之數量與給水口之數量相同或者超過給水口之數量即可實現。
若排水口17之總截面積小於圓管噴嘴13之內徑之總截面積之1.5倍，則排水口之流動阻力變大，而滯留水難以排出，結果，可貫通滯留水膜而到達至厚鋼板表面之冷卻水量大幅減少，從而冷卻能力降低，故而欠佳。更佳為4倍以上。另一方面，若排水口過多或 排水口之剖面直徑變得過大，則間隔壁15之剛性變小，於厚鋼板衝撞時容易損傷。因此，排水口之總截面積與圓管噴嘴13之內徑之總截面積之比較佳為1.5至20之範圍。
又，內插於間隔壁15之給水口16之圓管噴嘴13之外周面與給水口16之內表面之間隙理想的是設為3mm以下。若該間隙較大，則因自圓管噴嘴13噴射之冷卻水之伴隨流之影響，而排出至間隔壁15之上表面之冷卻排水被引入至給水口16與圓管噴嘴13之外周面之間隙，再次供給至厚鋼板上，從而冷卻效率變差。為了防止此種情況，更佳為將圓管噴嘴13之外徑設為與給水口16之大小大致相同。然而，考慮到工作精度或安裝誤差，實質上容許影響較少之至多3mm之間隙。更理想的是設為2mm以下。
進而，為了使冷卻水可貫通滯留水膜而到達至厚鋼板，必須亦使圓管噴嘴13之內徑、長度、冷卻水之噴射速度或噴嘴距離為最佳。
即，噴嘴內徑較佳為3~8mm。若小於3mm，則自噴嘴噴射之水束變細而力量變弱。另一方面，若噴嘴直徑超過8mm，則流速變慢，而貫通滯留水膜之力變弱。
圓管噴嘴13之長度較佳為120~240mm。所謂此處言及之圓管噴嘴13之長度，意指自以某種程度貫穿至集管內部之噴嘴上端之流入口起直至內插於間隔壁之給水口之噴嘴之下端為止的長度。若圓管噴嘴13短於120mm，則集管下表面與間隔壁上表面之距離變得過短(例如，若將集管厚度設為20mm，將噴嘴上端朝向集管內之突出量設為20mm，將噴嘴下端朝向間隔壁之插入量設為10mm，則未滿70mm)，因此，較間隔壁更靠上側之排水空間變小，從而冷卻排水 無法順利地排出。另一方面，若長於240mm，則圓管噴嘴13之壓力損失變大，從而貫通滯留水膜之力變弱。
來自噴嘴之冷卻水之噴射速度必須為6m/s以上，較佳為8m/s以上。其原因在於：若未滿6m/s，則冷卻水貫通滯留水膜之力極端地變弱。若為8m/s以上，則可確保更大之冷卻能力，故而較佳。又，自上表面冷卻之冷卻水噴射噴嘴13之下端至厚鋼板10之表面之距離較佳為設為30~120mm。若未滿30mm，則厚鋼板10衝撞於間隔壁15之頻率極端變多而難以保全設備。若超過120mm，則冷卻水貫通滯留水膜之力極端變弱。
較佳為以於厚鋼板上表面之冷卻時冷卻水不於厚鋼板長度方向擴散之方式於上集管11之前後設置脫水輥20。藉此，冷卻區域長度成為固定，而溫度控制變得容易。在此，由於厚鋼板搬送方向之冷卻水之流動被脫水輥20阻擋，故冷卻排水朝厚鋼板寬度方向外側流動。然而，脫水輥20之附近容易滯留冷卻水。
因此，較佳為，如圖10所示，沿厚鋼板寬度方向排列之圓管噴嘴13之列中，厚鋼板搬送方向之最上游側列之冷卻水噴射噴嘴朝向厚鋼板搬送方向之上游方向傾斜15~60度，厚鋼板搬送方向之最下游側列之冷卻水噴射噴嘴朝向厚鋼板搬送方向之下游方向傾斜15~60度。藉此，亦可對靠近脫水輥20之位置供給冷卻水，且冷卻水不會滯留於脫水輥20附近，而冷卻效率提高，故而較佳。
上集管11下表面與間隔壁15上表面之距離係以由集管下表面與間隔壁上表面包圍之空間內之厚鋼板寬度方向流路截面積成為冷卻水噴射噴嘴內徑之總截面積之1.5倍以上之方式設置，例如為約100mm以上。於該厚鋼板寬度方向流路截面積並非冷卻水噴射噴嘴內 徑之總截面積之1.5倍以上之情形時，自設置於間隔壁之排水口17排出至間隔壁15上表面之冷卻排水無法順利地沿厚鋼板寬度方向排出。
於本發明之加速冷卻裝置中，最發揮效果之水量密度之範圍為1.5m3/m2‧min以上。於水量密度低於此之情形時，滯留水膜不那麼厚，而亦有如下情形：即便應用使棒狀冷卻水自由落下而使厚鋼板冷卻之公知之技術，寬度方向之溫度不均亦不那麼大。另一方面，即便於水量密度高於4.0m3/m2‧min之情形時，使用本發明之技術亦為有效，但有設備成本變高等實用化方面之問題，因此，1.5~4.0m3/m2‧min係最實用之水量密度。
應用本發明之冷卻技術於在冷卻集管之前後配置脫水輥之情形時尤其有效。然而，亦可應用於無脫水輥之情形。例如，亦可應用於如下之冷卻設備，該冷卻設備係集管於長度方向相對較長(有2~4m左右之情形)，且於該集管之前後噴射沖洗用之水噴霧，防止朝向非水冷區域之漏水。
再者，於本發明中，關於厚鋼板下表面側之冷卻裝置，並無特別限定。於圖9、10所示之實施形態中，示出具備與上表面側之冷卻裝置相同之圓管噴嘴14之冷卻下集管12之例。然而，於厚鋼板下表面側之冷卻時，所噴射之冷卻水衝撞於厚鋼板後自然落下，因此，可不具備如上表面側冷卻般之將冷卻排水沿厚鋼板寬度方向排出之間隔壁15。又，亦可使用供給膜狀冷卻水或噴霧狀之噴霧冷卻水等之公知之技術。
再者，關於本發明之加熱爐1及除鏽裝置2，並無特別限制，可使用習知之裝置。關於除鏽裝置2，無需為與本發明之除鏽裝置7相同之構成。
[實施例1]
以下，對本發明之實施例進行說明。於以下說明中，鋼板溫度均為鋼板表面之溫度。
使用如圖4所示之厚鋼板之製造設備，製造本發明之厚鋼板。利用加熱爐1再加熱鋼坯(slab)後，於除鏽裝置2中首次去除鏽皮，利用軋壓機3進行熱軋，並利用形狀矯正裝置4矯正形狀。形狀矯正後，利用溫度調整裝置6調整厚鋼板表面之溫度，之後利用除鏽裝置7進行除鏽。除鏽裝置7係噴射距離(除鏽裝置7之噴射噴嘴與厚鋼板之表面距離)設為130mm，噴嘴噴射角度設為32°，噴嘴攻角設為15°。利用除鏽裝置7除鏽後，利用加速冷卻裝置5冷卻至500℃。此處，關於溫度調整步驟及溫度調整後之除鏽步驟，以表1所示之條件進行。再者，溫度調整裝置6之冷卻長度設為1m。又，所使用之厚鋼板之Ar3變態點為780℃。利用軋壓機3之軋壓結束後之板厚為25mm，厚鋼板溫度為830℃。關於溫度調整步驟之溫度下降量△T，僅對在溫度調整步驟中採用水冷之情形進行測定。其原因在於：於利用空冷實施溫度調整之情形時，不會產生因溫度下降過大而導致之問題。
關於所獲得之厚鋼板，為了獲得材質偏差較少之厚鋼板，根據圖8之關係，將冷卻停止溫度之偏差為25℃以內之厚鋼板設為合格。
將製造條件及結果示於表1。
於發明例1中，軋壓結束後，於溫度調整裝置6中藉由空冷使厚鋼板表面溫度下降至770℃。其後，於除鏽裝置7中，以能量密度0.08J/mm2、噴射壓力15MPa、每1根噴嘴之噴射流量40L/min(=6.7×10-4m3/s)遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。由於在厚鋼板表面自奧氏體變態為肥粒鐵之後進行除鏽，故可將鏽皮完全地去除，冷卻停止溫度之偏差(以下，簡稱為溫度不均)成為10℃。
於發明例2中，軋壓結束後，於溫度調整裝置6中，以水量密度1.0m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水而使厚鋼板表面溫度下降至750℃。其後，於除鏽裝置7中，以能量密度0.08J/mm2遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。於溫度調整裝置6中，用以進行水冷之水量密度為1.0m3/m2‧min，因此，除鏽時之厚鋼板溫度成為750℃，而可於厚鋼板表面自奧氏體變態為肥粒鐵後進行除鏽。由於溫度調整步驟之溫度下降量△T亦為120℃，故溫度不均成為19℃。
於發明例3中，軋壓結束後，藉由空冷使厚鋼板表面溫度下降至770℃。其後，於除鏽裝置7中，以噴射壓力15MPa、每1根噴嘴1之噴射流量40L/min(=6.7×10-4m3/s)、能量密度0.13J/mm2遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。於厚鋼板表面自奧氏體變態為肥粒鐵之後進行除鏽。因此，可將鏽皮完全地去除，溫度不均成為10℃。
於發明例4中，軋壓結束後，於溫度調整裝置6中使厚鋼板表面溫度下降至770℃。其後，於除鏽裝置7中，以能量密度0.13J/mm2、噴射壓力8MPa遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷 卻裝置進行冷卻而製造。由於噴射壓力為8MPa，為本發明中較佳之範圍外之值，因此，可認為無法破壞鏽皮而略有殘存，溫度不均成為23℃。雖然發明例4之噴射壓力與在本發明之較佳之範圍內之發明例3之情形相比變大，但其他方面滿足本發明中必需之條件，因此，達成設為目標之25℃以內。
於比較例1中，軋壓結束後，於溫度調整裝置6中藉由空冷使厚鋼板表面溫度下降至770℃。其後，於除鏽裝置7中，以能量密度0.04J/mm2、噴射壓力12MPa遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。由於能量密度為0.04J/mm2，故而，可認為於厚鋼板之一部分殘存有鏽皮，而溫度不均成為36℃。又，目視觀察冷卻至室溫之比較例1之厚鋼板之表面時，對表面之色調確認到不均，因此，推定溫度不均之原因在於在厚鋼板之一部分殘存有鏽皮。
於比較例2中，軋壓結束後，不於溫度調整裝置6中使厚鋼板表面之溫度下降，而於除鏽裝置7中，以能量密度0.08J/mm2、噴射壓力15MPa之高壓水對厚鋼板表面溫度800℃之厚鋼板遍及厚鋼板全長進行噴射，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。能量密度在本發明之範圍內。然而，由於在厚鋼板表面未變態之狀態下進行除鏽，故而，可認為於厚鋼板之一部分殘存有鏽皮，而溫度不均成為40℃。又，目視觀察冷卻至室溫之比較例2之厚鋼板之表面時，對表面之色調確認到不均，因此，推定溫度不均之原因在於在厚鋼板之一部分殘存有鏽皮。
於比較例3中，軋壓結束後，於溫度調整裝置6中，以水量密度0.2m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水。其後，於 除鏽裝置7中，以能量密度0.08J/mm2遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。由於水量密度為0.2m3/m2‧min而較小，因此，厚鋼板溫度僅下降至785℃，而於厚鋼板表面未變態之狀態下進行除鏽。因此，可認為於厚鋼板之一部分殘存有鏽皮，而溫度不均成為41℃。目視觀察冷卻至室溫之比較例3之厚鋼板之表面時，對表面之色調確認到不均，因此，推定溫度不均之原因在於在厚鋼板之一部分殘存有鏽皮。
於比較例4中，軋壓結束後，於溫度調整裝置6中，以水量密度2.4m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水，其後，於除鏽裝置7中，以能量密度0.08J/mm2遍及厚鋼板全長噴射高壓水，之後利用加速冷卻裝置5進行冷卻而製造。由於水量密度為2.4m3/m2‧min而較大，故而，除鏽前冷卻時之△T成為220℃，而溫度不均成為27℃。目視觀察冷卻至室溫之比較例4之厚鋼板之表面時，對表面之色調確認到不均，因此，推定溫度不均之原因在於在厚鋼板之一部分殘存有鏽皮。
1‧‧‧加熱爐
2‧‧‧除鏽裝置
3‧‧‧軋壓機
4‧‧‧形狀矯正裝置
5‧‧‧加速冷卻裝置

Claims (4)

  1. 一種厚鋼板之製造方法，其係依照熱軋步驟、形狀矯正步驟及加速冷卻步驟之順序下製造厚鋼板之方法，其特徵在於：於上述形狀矯正步驟與上述加速冷卻步驟之間具有溫度調整步驟及除鏽步驟，而該溫度調整步驟係藉由將厚鋼板表面溫度空冷至未滿Ar3變態點，或者以水量密度0.3~2.2m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水而進行水冷，藉此使厚鋼板表面產生變態；而該除鏽步驟係在上述溫度調整步驟之後且在上述加速冷卻步驟之前，對厚鋼板之表面加以噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水。
  2. 如申請專利範圍第1項之厚鋼板之製造方法，其中，於上述除鏽步驟中，將上述高壓水之噴射壓力設為10MPa以上。
  3. 一種厚鋼板之製造設備，其特徵在於：將熱軋裝置、形狀矯正裝置、溫度調整裝置、除鏽裝置及加速冷卻裝置，依順自搬送方向上游側加以配置，在上述溫度調整裝置中，藉由將厚鋼板表面溫度空冷至未滿Ar3變態點，或者以水量密度0.3~2.2m3/m2‧min對厚鋼板之上下表面供給冷卻水而進行水冷，藉此使厚鋼板表面產生變態，並且在上述除鏽裝置中，對厚鋼板之表面加以噴射能量密度為0.05J/mm2以上之高壓水。
  4. 如申請專利範圍第3項之厚鋼板之製造設備，其中，在上述除鏽裝置中，將上述高壓水之噴射壓力設為10MPa以上。
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