WO2013140495A1 - 高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置 Download PDF

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width direction
temperature distribution
water
plate
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日野　善道
玄太郎 武田
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a high-strength cold-rolled steel sheet.
  • the steel sheet after heating the steel sheet to a temperature (water quenching temperature) at which the structure of the steel sheet becomes a mixed structure of a ferrite phase and an austenite phase or an austenite single phase structure (water quenching temperature), the steel sheet is immersed in water in a water quenching apparatus.
  • a temperature water quenching temperature
  • water quenching temperature a temperature at which the structure of the steel sheet becomes a mixed structure of a ferrite phase and an austenite phase or an austenite single phase structure
  • water quenching temperature water quenching temperature
  • the volume ratio of the martensite phase increases as the water quenching temperature increases, and the strength of the steel sheet increases in proportion to the increase in the volume ratio of the martensite phase.
  • Patent Document 2 discloses a technique for correcting a steel plate portion deformed by an applied pressure to a flat shape by pressurizing the entire width direction of the front and back surfaces of the steel plate when performing a water quenching process. ing.
  • the steel sheet after the water quenching process rarely deforms in an arc shape in the sheet width direction of the steel sheet, and has a plurality of streaks (wavy shapes) in the sheet width direction of the steel sheet. ) was mostly deformed.
  • Such streak-like deformation is caused by striking a sink roll provided in the water tank of the water quenching apparatus, resulting in reduction of the steel sheet manufacturing yield.
  • produces in the board width direction of a steel plate was anticipated.
  • This invention is made
  • the objective is to manufacture the manufacturing method and manufacturing apparatus of a high-strength cold-rolled steel plate which can suppress that a linear deformation
  • the manufacturing method of the high-strength cold-rolled steel sheet according to the present invention is such that the temperature of the steel sheet increases from the sheet width direction end of the steel sheet toward the center of the sheet width direction.
  • the high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus increases the temperature of the steel sheet from the sheet width direction end of the steel sheet toward the sheet width direction center.
  • a temperature distribution forming means for forming a temperature distribution in the sheet width direction of the steel sheet, and water quenching the steel sheet by immersing the steel sheet in which the temperature distribution is formed in the sheet width direction by the temperature distribution forming means in cooling water. Water quenching means for performing the treatment.
  • FIG. 1A is a diagram showing a structural analysis simulation model of a steel sheet when a temperature distribution is formed so that an isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 1B is a diagram showing a structural analysis simulation model of a steel sheet when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 1C is a diagram showing a structural analysis simulation model of a steel sheet when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 1A is a diagram showing a structural analysis simulation model of a steel sheet when a temperature distribution is formed so that an isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 1B is a diagram showing a structural analysis simulation model of a steel sheet when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with
  • FIG. 2 is a diagram showing a simulation result of the steel plate shape when the temperature distribution is formed so that the isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of the steel plate shape when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram showing a steel plate shape simulation result when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 5A is a schematic diagram for explaining the state of thermal stress on the plate surface when the temperature distribution is formed so that the isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 5B is a schematic diagram for explaining the state of thermal stress on the plate surface when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 5C is a schematic diagram for explaining the state of thermal stress on the plate surface when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 6A is a schematic diagram for explaining the shape of the plate surface when the temperature distribution is formed so that the isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the shape of the plate surface when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 6C is a schematic diagram for explaining the shape of the plate surface when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 7A is a schematic diagram for explaining a change in the deformation state (cross-sectional deformation state) of the steel sheet when the temperature distribution is formed so that the isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 7B is a schematic diagram for explaining a change in the deformation state (cross-sectional deformation state) of the steel sheet when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 7C is a schematic diagram for explaining a change in the deformation state (cross-sectional deformation state) of the steel sheet when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a continuous annealing facility to which the manufacturing method and manufacturing apparatus for high-strength cold-rolled steel sheets according to the first and second embodiments of the present invention are applied.
  • FIG. 9A is a side view showing the configuration of the high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a view of the high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention as seen from the direction of arrow A shown in FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a schematic diagram showing a temperature distribution in the sheet width direction of a steel sheet when the cooling facility cooling capacity and the water tank cooling capacity are equal.
  • FIG. 10B is a schematic diagram illustrating a temperature distribution in the plate width direction of the steel sheet when the cooling facility cooling capacity is larger than the water tank cooling capacity.
  • FIG. 10C is a schematic diagram showing a temperature distribution in the sheet width direction of the steel sheet when the water tank cooling capacity is larger than the cooling facility cooling capacity.
  • FIG. 11A is a side view showing the configuration of a high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11B is a view of the high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention as seen from the direction of arrow A shown in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a temperature distribution in the plate width direction of a steel plate formed when the high-strength cold-rolled steel plate manufacturing apparatus shown in FIGS. 11A and 11B is used.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the definition of the amount of warpage of a steel plate.
  • the inventors of the present invention have intensively studied, and as a result, have found that the deformation state in the plate width direction of the steel plate accompanying water quenching changes according to the difference in temperature distribution in the plate width direction of the steel plate.
  • the result of analyzing the change in the thermal stress deformation state of the steel sheet due to the difference in the temperature distribution in the sheet width direction by the structural analysis simulation will be described.
  • FIG. 1 is a structural analysis simulation model of a steel plate used for analyzing changes in the deformation state of the steel plate due to a difference in temperature distribution in the plate width direction.
  • FIG. 1A shows an isotherm C with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • 1B shows a temperature distribution formed in parallel (parallel to the water surface), and
  • FIG. 1B shows a temperature distribution formed so that the isotherm C has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus (with respect to the water surface).
  • FIG. 1C shows a temperature distribution formed so that the isotherm C has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus (convex shape with respect to the water surface).
  • each simulation model includes a water bath immersion region imitating a state immersed in a water quenching device, an adjustment region in which a temperature distribution is formed, and a plate width direction. An unprocessed area where no temperature distribution is formed is defined.
  • the thickness, width W, and length L of each simulation model are set to 0.8, 1200, and 5000 [mm], respectively, and the physical property values of the steel sheet S are those of low carbon steel (at 25 to 800 ° C. True stress-true strain relationship, Young's modulus, Poisson's ratio, average linear expansion coefficient) were used.
  • the temperature of the water bath immersion area and the untreated area is 40 and 740 [° C.], respectively, and a temperature distribution is formed in the length direction of the adjustment area so that the temperature decreases from the untreated area toward the water tank immersion area.
  • a general-purpose structure is constrained to rotate in the X direction (length direction), the Y direction (plate width direction), and the Z direction (thickness direction), and only deformation in the Y direction is allowed.
  • Analysis software SIMULIA structural analysis software ABAQUS6.9 was used to analyze changes in the deformation state of the steel sheet S accompanying the difference in temperature distribution in the sheet width direction.
  • the analysis results of each simulation model will be described.
  • FIG. 2 is a diagram showing a steel plate shape simulation result when the temperature distribution is formed so that the isotherm is parallel to the water surface of the water quenching apparatus (simulation model shown in FIG. 1A).
  • the steel plate is deformed in a streak shape in the plate width direction, and the center portion R1 of the adjustment region It can be seen that the flatness of the steel sheet is greatly impaired by the buckling of the steel sheet.
  • FIGS. 5A, 6A and 7A heat is generated at a plurality of locations in the plate width direction. This is considered to be because thermal stress accompanying shrinkage is randomly generated.
  • FIG. 3 is a view showing a simulation result of the steel plate shape when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a concave arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus (simulation model shown in FIG. 1B).
  • the steel plate does not deform in a streak shape in the plate width direction, It can be seen that the steel plate is greatly buckled at the center portion R2 of the adjustment region, and the flatness of the steel plate is greatly impaired.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the steel plate shape when the temperature distribution is formed so that the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus (simulation model shown in FIG. 1C).
  • the steel plate is deformed in an arc shape in the plate width direction. It can be seen that no deformation or buckling occurred.
  • arc-shaped deformation regions are generated at both ends in the plate width direction until the steel plate is immersed in the water quenching device, and the two deformation regions are the water quenching device. It is considered that the deformed region joined together has an arcuate shape as a whole.
  • the inventors of the present invention have analyzed the change in the deformation state of the steel sheet accompanying the difference in temperature distribution in the sheet width direction, and as a result, the isotherm has a convex arc shape with respect to the water surface of the water quenching apparatus.
  • the sheet width direction of the steel sheet by forming a temperature distribution in which the temperature increases from both ends in the sheet width direction toward the center part in the sheet width direction, the sheet width direction of the steel sheet It was found that it is possible to suppress the occurrence of streak deformation.
  • the manufacturing method and manufacturing apparatus of the high-strength cold-rolled steel sheet which are the first and second embodiments of the present invention, conceived based on this knowledge will be described.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a continuous annealing facility to which the manufacturing method and manufacturing apparatus for high-strength cold-rolled steel sheets according to the first and second embodiments of the present invention are applied.
  • the continuous annealing equipment 100 to which the manufacturing method and manufacturing apparatus of the high-strength cold-rolled steel sheet according to the first and second embodiments of the present invention are applied includes an inlet coiler 101, a cleaning apparatus 102, A heating / soaking zone 103, a gas jet cooling zone 104, a rapid heating device 105, a reheating zone 106, a pickling device 107, a skin pass device 108, and an exit side coiler 109 are provided.
  • the high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus 1 according to the first and second embodiments of the present invention is disposed between a gas jet cooling zone 104 and a rapid heating apparatus 105.
  • the steel sheet S unwound from the inlet coiler 101 is washed in the washing device 102 and then introduced into the heating / soaking zone 103.
  • the steel sheet S is heated and soaked in the heating and soaking zone 103 and then cooled in the gas jet cooling zone 104 to produce the high-strength cold-rolled steel sheets according to the first and second embodiments of the present invention.
  • a water quenching process for the steel sheet S is performed.
  • the steel sheet S is introduced into the rapid heating device 105 and rapidly heated to a predetermined temperature, and then a tempering heat treatment is performed on the steel sheet S in the reheating zone 106.
  • the steel sheet S after the tempering heat treatment is completed is sent to the exit side coiler 109 through the pickling device 107 and the skin pass device 108.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 9A shows a side view
  • FIG. 9B shows from the direction of arrow A shown in FIG. 9A.
  • the high-strength cold-rolled steel sheet manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is configured by a water quenching apparatus that performs a water quenching process on the steel sheet S. , Sink roll 3, and cooling equipment 4a, 4b.
  • the water tank 2 stores cooling water 5 for subjecting the steel sheet S to water quenching.
  • the sink roll 3 is constituted by a roll-shaped member disposed in the cooling water 5, changes the direction of the steel sheet S conveyed from the gas jet cooling zone 104 side shown in FIG. 8 and conveys it to the rapid heating apparatus 105 side. Is to do.
  • the cooling facilities 4a and 4b are respectively disposed near the surface of the cooling water 5 stored in the water tank 2, and are disposed opposite to the steel sheet S before the water quenching process.
  • An arcuate curved surface R is formed at the upper end of the surface of the cooling equipment 4a, 4b facing the steel sheet S so as to have a convex arc shape with respect to the water surface of the cooling water 5, and a plurality of surfaces are formed in the facing surface.
  • the spray nozzle 6 is formed. In other words, the spray nozzles 6 are arranged so that the number of arrangements decreases from both ends in the plate width direction toward the center in the plate width direction.
  • the spray nozzle 6 injects the cooling water 7 with respect to the steel plate S, when the steel plate S passes between the cooling equipment 4a and the cooling equipment 4b.
  • the water tank 2 and the cooling facilities 4a and 4b function as water quenching means and temperature distribution forming means according to the present invention, respectively.
  • the steel sheet S conveyed from the gas jet cooling zone 104 side shown in FIG. 8 is sprayed from the cooling facilities 4a and 4b before being immersed in the cooling water 5 in the water tank 2. Cooled by the cooling water 7 ejected from the nozzle 6. At this time, since the spray nozzles 6 are arranged so that the cumulative arrangement number in the transport direction decreases from both ends in the plate width direction toward the center in the plate width direction, as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C. Moreover, the distribution state of the isotherm of the steel sheet S is a convex arc shape with respect to the water surface of the cooling water 5.
  • the cooling capacity of the cooling equipment 4a, 4b is different from the cooling capacity in the water tank, the interval of the isotherm can be changed between the center part of the plate width and the end part of the plate width, and the arc shape is stabilized. In order to achieve this, the cooling capacity may be finely adjusted.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of a manufacturing apparatus for a high-strength cold-rolled steel sheet according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 11A shows a side view
  • FIG. 11B shows from the direction of arrow A shown in FIG. 11A.
  • strength cold-rolled steel plate which is the 2nd Embodiment of this invention is comprised by the water quenching apparatus which performs the water quenching process with respect to the steel plate S, and is the water tank 2. , Sink roll 3, and cooling equipment 4a, 4b.
  • strength cold-rolled steel sheet which is the 2nd Embodiment of this invention is the manufacturing apparatus of the high-strength cold-rolled steel sheet whose structure of the cooling equipment 4a, 4b is the 1st Embodiment of this invention. Therefore, only the configuration of the cooling facilities 4a and 4b will be described below.
  • the cooling facilities 4a and 4b are respectively disposed near the water surface of the cooling water 5 stored in the water tank 2, and are opposed to each other in the vicinity of both ends in the sheet width direction of the steel sheet S.
  • a plurality of spray nozzles 6 are formed in the surface of the cooling equipment 4a, 4b facing the steel plate S. The spray nozzle 6 injects the cooling water 7 with respect to the steel plate S, when the steel plate S passes between the cooling equipment 4a and the cooling equipment 4b.
  • the water tank 2 and the cooling facilities 4a and 4b function as water quenching means and temperature distribution forming means according to the present invention, respectively.
  • the steel sheet S conveyed from the gas jet cooling zone 104 side shown in FIG. 8 is sprayed from the cooling facilities 4a and 4b before being immersed in the cooling water 5 in the water tank 2. Cooled by the cooling water 7 ejected from the nozzle 6. At this time, since the spray nozzle 6 is disposed in the vicinity of both ends in the plate width direction, both ends in the plate width direction are cooled. Moreover, after the cooling water 7 sprayed to both ends of the plate width direction contacts the steel plate S, it spreads in the center portion of the plate width direction as it flows downward. Thereby, as shown in FIG. 12, the distribution state of the isotherm C of the steel sheet S becomes convex with respect to the water surface of the cooling water 5.
  • the plate warpage amount ⁇ when using the manufacturing apparatus of the first and second embodiments is the height between the lowest point and the highest point of the curve B1 indicating the plate shape of the steel plate as shown in FIG.
  • the difference was calculated as Further, as shown in FIG. 13, the plate warpage amount ⁇ when the conventional water quenching apparatus is used was calculated as a difference in height between the lowest point and the highest point of the curve B2 indicating the streak-like deformation.
  • a martensitic steel plate having a tensile strength of 980 MPa was used as the steel plate, the plate thickness was 0.8, 1.2, 1.4, 1.6 [mm], the plate width was 1100, 1200,1400 [mm], and the plate passing speed was changed between 80,95,110,120 [mpm].
  • the temperature of the steel plate before water quenching was 720 [° C.]
  • the temperature of the cooling water in the water tank was 46 [° C.].
  • Examples 1 to 4 the amount of warpage ⁇ of the steel sheet after the water quenching process was evaluated using the manufacturing apparatus of the first embodiment.
  • the upper end surfaces of the cooling facilities 4a and 4b have an arcuate curved surface shape (convex shape) having a diameter of 2000 [mm], and 4000 [L / m 2 ⁇ min] from the spray nozzle 6.
  • Cooling water 7 having a flow rate of Further, the tension of the steel plate S is 9.8 [N / mm 2 ], and the cooling water 7 from the spray nozzle 6 is prevented so that the cooling water sprayed on the steel plate S does not blow up toward the opposite surface side of the cooling equipment.
  • the injection direction of was directed slightly downward relative to the horizontal direction.
  • the amount of warpage ⁇ of the steel sheet S at this time is shown in Table 1 below.
  • Example 5 to 8 the amount of warpage ⁇ of the steel sheet after the water quenching process was evaluated using the manufacturing apparatus of the second embodiment.
  • the cooling facilities 4a and 4b are arranged at a distance of 100 [mm] from the steel plate S from a height of 300 [mm] from the water surface of the cooling water 5, and both ends of the steel plate S are arranged.
  • the cooling water 7 was sprayed from the spray nozzle 6 at a flow rate of 2000 [L / m 2 ⁇ min].
  • the tension of the steel plate S is 4.9 [N / mm 2 ], and the cooling water 7 from the spray nozzle 6 is prevented so that the cooling water sprayed onto the steel plate S does not blow up toward the opposite surface side of the cooling facility.
  • the injection direction was slightly lower than the horizontal direction.
  • the amount of warpage ⁇ of the steel sheet S at this time is shown in Table 1 below.
  • Comparative Examples 1 to 4 In Comparative Examples 1 to 4, the amount of warpage ⁇ of the steel sheet after the water quenching process was performed without using the cooling facilities 4a and 4b was evaluated. In Comparative Examples 1 to 4, the tension of the steel sheet S was 4.9 [N / mm 2 ]. The amount of warpage ⁇ of the steel sheet S at this time is shown in Table 1 below.
  • the water quenching process of Examples 1 to 4 is more warped than the water quenching process of Examples 5 to 8. It can be seen that the quantity ⁇ can be reduced. From this, it is confirmed that the plate warp amount ⁇ of the entire steel plate can be further reduced by forming the temperature distribution so that the distribution state of the isotherm of the steel plate S becomes a convex arc shape with respect to the water surface of the cooling water 5. did it.
  • the present invention is not limited by the description and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment.
  • the temperature distribution is formed in the sheet width direction of the steel plate so that the isotherm is convex with respect to the water surface of the water quenching apparatus, but the present invention is not limited to this embodiment.
  • the shape of the isotherm is a shape other than a curved shape such as a triangular shape or a staircase shape. There may be.
  • other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.

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Abstract

　ガスジェット冷却帯側から搬送されてきた鋼板（Ｓ）は、水槽（２）内の冷却水（５）に浸漬される前に冷却設備（４ａ）のスプレーノズル（６）から噴射される冷却水によって冷却される。このとき、スプレーノズル（６）は、板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって配置数が減少するように配置されているので、鋼板（Ｓ）の等温線の分布状態は冷却水（５）の水面に対して凸の円弧形状になる。換言すれば、鋼板（Ｓ）の板幅方向には板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって温度が高くなる温度分布が形成される。

Description

高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置
　本発明は、高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置に関するものである。
　近年、衝突時における乗員の安全性の確保や車体の軽量化による燃費の改善を目的として、引張強さが７５０［ＭＰａ］以上で板厚の薄い高強度冷延鋼板が車両の構造部材として積極的に利用されるようになっている。このような鋼板を製造するためには、水焼入れ装置を有する連続焼鈍設備を利用することによって鋼板中におけるマルテンサイト相の体積率を高めることが有効である（特許文献１参照）。すなわち、鋼板の組織がフェライト相とオーステナイト相との混合組織又はオーステナイト単相の組織になる温度（水焼き入れ温度）まで鋼板を加熱した後、水焼入れ装置において鋼板を水に浸漬させることによって鋼板を臨界冷却速度以上で冷却することにより、フェライト相とマルテンサイト相との混合組織又はマルテンサイト単相の組織を有する鋼板を製造することができる。マルテンサイト相の体積率は水焼き入れ温度が高くなるほど増加し、鋼板の強度はマルテンサイト相の体積率の増加に比例して高くなる。
　ところで、鋼板の強度を高めるために鋼板に対し上述のような水焼入れ処理を施す場合、鋼板の板幅方向に円弧状の反りが発生し、水焼入れ処理前は平坦であった鋼板が水焼入れ処理後に平坦でなくなることがある。これは、水焼入れ処理による急激な温度低下によって急激な熱収縮が生じ、この熱収縮によって鋼板が座屈するためである。鋼板の平坦性が悪化すると、連続焼鈍設備内の通板性が劣化し、鋼板の搬送速度の低下や通板トラブルを招くと共に、プレス加工等の次工程にも支障をきたす。このような背景から、水焼入れ処理に伴う円弧状の反りの発生を抑制する方法が提案されている。具体的には、特許文献２には、水焼入れ処理を行う際に鋼板の表裏面の幅方向全域を加圧することによって、付与した圧力によって変形した鋼板部分を平坦状に矯正する技術が開示されている。
特開２００２－２９４３５１号公報 特開平１１－１９３４１８号公報
　しかしながら、本発明の発明者らの検討によれば、水焼入れ処理後の鋼板は、鋼板の板幅方向に円弧状に変形するのは稀で、鋼板の板幅方向に複数の筋状（波状）に変形するものが大半であった。このような筋状の変形は、水焼入れ装置の水槽内に設けられたシンクロールに乗り上がることによって絞り疵となり、鋼板の製造歩留まり低下の要因となる。このため、鋼板の板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制可能な技術の提供が期待されていた。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋼板の板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制可能な高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置を提供することにある。
　上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高強度冷延鋼板の製造方法は、鋼板の板幅方向端部から板幅方向中心部に向かって鋼板の温度が高くなるように鋼板の板幅方向に温度分布を形成する温度分布形成ステップと、板幅方向に温度分布が形成された鋼板を冷却水に浸漬させることによって該鋼板に対して水焼入れ処理を施す水焼入れステップと、を含む。
　上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高強度冷延鋼板の製造装置は、鋼板の板幅方向端部から板幅方向中心部に向かって鋼板の温度が高くなるように鋼板の板幅方向に温度分布を形成する温度分布形成手段と、前記温度分布形成手段によって板幅方向に温度分布が形成された鋼板を冷却水に浸漬させることによって該鋼板に対して水焼入れ処理を施す水焼入れ手段と、を備える。
　本発明に係る高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置によれば、鋼板の板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制できる。
図１Ａは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成した場合の鋼板の構造解析シミュレーションモデルを示す図である。 図１Ｂは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の鋼板の構造解析シミュレーションモデルを示す図である。 図１Ｃは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の鋼板の構造解析シミュレーションモデルを示す図である。 図２は、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成した場合の鋼板形状のシミュレーション結果を示す図である。 図３は、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の鋼板形状のシミュレーション結果を示す図である。 図４は、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の鋼板形状のシミュレーション結果を示す図である。 図５Ａは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成した場合の板表面の熱応力の状態を説明するための模式図である。 図５Ｂは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の板表面の熱応力の状態を説明するための模式図である。 図５Ｃは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の板表面の熱応力の状態を説明するための模式図である。 図６Ａは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成した場合の板表面の形状を説明するための模式図である。 図６Ｂは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の板表面の形状を説明するための模式図である。 図６Ｃは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の板表面の形状を説明するための模式図である。 図７Ａは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成した場合の鋼板の変形状態（断面の変形状態）の変化を説明するための模式図である。 図７Ｂは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の鋼板の変形状態（断面の変形状態）の変化を説明するための模式図である。 図７Ｃは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成した場合の鋼板の変形状態（断面の変形状態）の変化を説明するための模式図である。 図８は、本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置が適用される連続焼鈍設備の構成を示す模式図である。 図９Ａは、本発明の第１の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置の構成を示す側面図である。 図９Ｂは、本発明の第１の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置を図９Ａに示す矢印Ａ方向からみた図である。 図１０Ａは、冷却設備冷却能力と水槽冷却能力とが同等の場合の鋼板の板幅方向の温度分布を示す模式図である。 図１０Ｂは、冷却設備冷却能力が水槽冷却能力よりも大きい場合の鋼板の板幅方向の温度分布を示す模式図である。 図１０Ｃは、水槽冷却能力が冷却設備冷却能力よりも大きい場合の鋼板の板幅方向の温度分布を示す模式図である。 図１１Ａは、本発明の第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置の構成を示す側面図である。 図１１Ｂは、本発明の第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置を図１１Ａに示す矢印Ａ方向からみた図である。 図１２は、図１１Ａ，図１１Ｂに示す高強度冷延鋼板の製造装置を用いた場合に形成される鋼板の板幅方向の温度分布を示す模式図である。 図１３は、鋼板の板反り量の定義を説明するための図である。
　以下、本発明の一実施形態である高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置について説明する。
〔本発明の概念〕
　始めに、図１乃至図７を参照して、本発明に係る高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置の概念について説明する。
　本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねてきた結果、鋼板の板幅方向の温度分布の違いに応じて水焼入れ処理に伴う鋼板の板幅方向の変形状態が変化することを知見した。以下、板幅方向の温度分布の違いに伴う鋼板の熱応力変形状態の変化を構造解析シミュレーションによって解析した結果について説明する。
　図１は、板幅方向の温度分布の違いに伴う鋼板の変形状態の変化を解析するために用いた鋼板の構造解析シミュレーションモデルであり、図１Ａは等温線Ｃが水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成したもの（水面に対し平行）、図１Ｂは等温線Ｃが水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成したもの（水面に対し凹形状）、図１Ｃは等温線Ｃが水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成したもの（水面に対し凸形状）である。
　図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃに示すように、各シミュレーションモデルには、水焼入れ装置に浸漬されている状態を模倣した水槽浸漬領域，温度分布が形成されている調整領域，及び板幅方向に温度分布が形成されていない未処理領域が定義されている。本実施形態では、各シミュレーションモデルの厚さ，幅Ｗ，長さＬをそれぞれ０．８，１２００，５０００［ｍｍ］とし、鋼板Ｓの物性値として低炭素鋼の物性値（２５～８００℃における真応力－真ひずみの関係、ヤング率、ポアソン比、平均線膨張率）を用いた。また、水槽浸漬領域及び未処理領域の温度はそれぞれ４０，７４０［℃］とし、調整領域の長さ方向には未処理領域から水槽浸漬領域に向かって温度が低下するように温度分布が形成されている。そして、図示Ｘ方向（長さ方向），図示Ｙ方向（板幅方向），及び図示Ｚ方向（厚さ方向）の回転を拘束し、図示Ｙ方向の変形のみを許容した状態で、汎用の構造解析ソフト（SIMULIA社製構造解析ソフトウェアABAQUS6.9）を利用して板幅方向の温度分布の違いに伴う鋼板Ｓの変形状態の変化を解析した。以下、各シミュレーションモデルの解析結果について説明する。
〔水面に対して平行に等温線を形成した場合〕
　図２は、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布を形成した場合（図１Ａに示すシミュレーションモデル）の鋼板形状のシミュレーション結果を示す図である。図２に示すように、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布が形成されている場合、鋼板が板幅方向に筋状に変形し、また調整領域の中心部分Ｒ１で鋼板が大きく座屈することによって、鋼板の平坦性が大きく損なわれていることがわかる。これは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し平行になるように温度分布が形成されている場合には、図５Ａ、図６Ａ及び図７Ａに示すように、板幅方向の複数箇所において熱収縮に伴う熱応力がランダムに発生するためであると考えられる。
〔水面に対して凹の円弧形状に等温線を形成した場合〕
　図３は、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布を形成した場合（図１Ｂに示すシミュレーションモデル）の鋼板形状のシミュレーション結果を示す図である。図３に示すように、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布が形成されている場合、鋼板が板幅方向に筋状に変形することはないが、調整領域の中心部分Ｒ２で鋼板が大きく座屈し、鋼板の平坦性が大きく損なわれていることがわかる。これは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凹の円弧形状になるように温度分布が形成されている場合には、板幅方向中心部の温度が板幅方向両端部の温度より低いために、図５Ｂ、図６Ｂ及び図７Ｂに示すように、板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって熱収縮に伴う熱応力が発生し、この熱応力が板幅方向中心部に集中するためであると考えられる。
〔水面に対して凸の円弧形状に等温線を形成した場合〕
　図４は、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成した場合（図１Ｃに示すシミュレーションモデル）の鋼板形状のシミュレーション結果を示す図である。図４に示すように、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布が形成されている場合には、鋼板は板幅方向に円弧状に変形するが、筋状の変形や座屈が発生していないことがわかる。これは、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布が形成されている場合には、板幅方向両端部の温度が板幅方向中心部の温度より低いために、図５Ｃ及び図６Ｃに示すように、板幅方向中心部から板幅方向両端部に向かって熱収縮に伴う熱応力が発生し、熱応力が板幅方向の一方の端部側と他方の端部側とに分散されるためであると考えられる。そして、この場合には、図７Ｃに示すように、鋼板が水焼入れ装置に浸漬されるまでの間は板幅方向両端部に円弧状の変形領域が発生し、２つの変形領域が水焼入れ装置内で結合し、結合した変形領域が全体として円弧状の形状を呈したと考えられる。
　以上のように、本発明の発明者らは、板幅方向の温度分布の違いに伴う鋼板の変形状態の変化を解析した結果、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸の円弧形状になるように温度分布を形成する、換言すれば、鋼板の板幅方向には板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって温度が増加する温度分布を形成することによって、鋼板の板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制できることを知見した。以下、この知見に基づき想到された、本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置について説明する。
〔連続焼鈍設備の構成〕
　始めに、図８を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置が適用される連続焼鈍設備の構成について説明する。
　図８は、本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置が適用される連続焼鈍設備の構成を示す模式図である。図８に示すように、本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造方法及び製造装置が適用される連続焼鈍設備１００は、入側コイラー１０１，洗浄装置１０２，加熱・均熱帯１０３，ガスジェット冷却帯１０４，急速加熱装置１０５，再加熱帯１０６，酸洗装置１０７，スキンパス装置１０８，及び出側コイラー１０９を備えている。本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置１は、ガスジェット冷却帯１０４と急速加熱装置１０５との間に配設されている。
　このような連続焼鈍設備１００では、入側コイラー１０１から巻き出された鋼板Ｓは、洗浄装置１０２において洗浄された後、加熱・均熱帯１０３に導入される。次に、鋼板Ｓは、加熱・均熱帯１０３において加熱・均熱された後、ガスジェット冷却帯１０４において冷却され、本発明の第１及び第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置１において鋼板Ｓに対する水焼入れ処理が行われる。次に、鋼板Ｓは、急速加熱装置１０５に導入されて所定の温度まで急速加熱された後、再加熱帯１０６において鋼板Ｓに対する焼戻し熱処理が行われる。そして、焼戻し熱処理が完了した後の鋼板Ｓは、酸洗装置１０７、スキンパス装置１０８を経て出側コイラー１０９へと送られる。
〔第１の実施形態〕
　次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第１の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置１について説明する。
　図９は、本発明の第１の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置の構成を示す模式図であり、図９Ａは側面図を示し、図９Ｂは図９Ａに示す矢印Ａ方向からみた図である。図９Ａ，図９Ｂに示すように、本発明の第１の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置１は、鋼板Ｓに対して水焼入れ処理を施す水焼入れ装置によって構成され、水槽２，シンクロール３，及び冷却設備４ａ，４ｂを備えている。水槽２は、鋼板Ｓに対して水焼入れ処理を施すための冷却水５を貯留するものである。シンクロール３は、冷却水５内に配置されたロール状の部材によって構成され、図８に示すガスジェット冷却帯１０４側から搬送されてきた鋼板Ｓを方向転換して急速加熱装置１０５側に搬送するためのものである。
　冷却設備４ａ，４ｂはそれぞれ、水槽２内に貯留されている冷却水５の水面近くに配設され、水焼入れ処理前の鋼板Ｓに対向配置されている。冷却設備４ａ，４ｂの鋼板Ｓとの対向面の上端部には冷却水５の水面に対して凸の円弧形状になるように円弧状の曲面Ｒが形成されており、対向面内には複数のスプレーノズル６が形成されている。すなわち、スプレーノズル６は、板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって配置数が減少するように配置されている。スプレーノズル６は、鋼板Ｓが冷却設備４ａと冷却設備４ｂとの間を通過する際に鋼板Ｓに対し冷却水７を噴射するものである。水槽２及び冷却設備４ａ，４ｂはそれぞれ、本発明に係る水焼入れ手段及び温度分布形成手段として機能する。
　このような構成を有する製造装置１では、図８に示すガスジェット冷却帯１０４側から搬送されてきた鋼板Ｓは、水槽２内の冷却水５に浸漬される前に冷却設備４ａ，４ｂのスプレーノズル６から噴射される冷却水７によって冷却される。このとき、スプレーノズル６は、板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって搬送方向の累積配置数が減少するように配置されているので、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、鋼板Ｓの等温線の分布状態は冷却水５の水面に対して凸の円弧形状になる。換言すれば、鋼板Ｓの板幅方向には両幅端部から板幅方向中心部に向かって温度が高くなる温度分布が形成される。これにより、鋼板Ｓの板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制できる。また、冷却設備４ａ，４ｂの冷却能力を水量で調整することで、水槽中での冷却能力と同等し、等温線の間隔Ｌを搬送方向に等間隔にすることができる。鋼板は水温に至ると一定温度になるから、搬送方向の熱収縮の影響は板幅方向に同じとなる。また、冷却設備４ａ，４ｂの冷却能力を水槽中での冷却能力と異なるものにすれば、等温線の間隔を板幅中央部と板幅端部とで変化させることができ、円弧形状を安定化させるために冷却能力を微調整すればよい。
〔第２の実施形態〕
　次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置１について説明する。
　図１１は、本発明の第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置の構成を示す模式図であり、図１１Ａは側面図を示し、図１１Ｂは図１１Ａに示す矢印Ａ方向からみた図である。図１１Ａ，図１１Ｂに示すように、本発明の第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置１は、鋼板Ｓに対して水焼入れ処理を施す水焼入れ装置によって構成され、水槽２，シンクロール３，及び冷却設備４ａ，４ｂを備えている。なお、本発明の第２の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置の構成は、冷却設備４ａ，４ｂの構成が本発明の第１の実施形態である高強度冷延鋼板の製造装置の構成と異なるだけであるので、以下では冷却設備４ａ，４ｂの構成についてのみ説明する。
　冷却設備４ａ，４ｂはそれぞれ、水槽２内に貯留されている冷却水５の水面近くに配設され、鋼板Ｓの板幅方向両端部付近に対向配置されている。冷却設備４ａ，４ｂの鋼板Ｓとの対向面内には、複数のスプレーノズル６が形成されている。スプレーノズル６は、鋼板Ｓが冷却設備４ａと冷却設備４ｂとの間を通過する際に鋼板Ｓに対し冷却水７を噴射するものである。水槽２及び冷却設備４ａ，４ｂはそれぞれ、本発明に係る水焼入れ手段及び温度分布形成手段として機能する。
　このような構成を有する製造装置１では、図８に示すガスジェット冷却帯１０４側から搬送されてきた鋼板Ｓは、水槽２内の冷却水５に浸漬される前に冷却設備４ａ，４ｂのスプレーノズル６から噴射される冷却水７によって冷却される。このとき、スプレーノズル６は、板幅方向両端部付近に配置されているので、板幅方向両端部が冷却される。また、板幅方向両端部に噴射された冷却水７は鋼板Ｓに接触した後、下方に流れるに従って板幅方向中心部に広がる。これにより、図１２に示すように、鋼板Ｓの等温線Ｃの分布状態は冷却水５の水面に対して凸状になる。換言すれば、鋼板Ｓの板幅方向には板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって温度が高くなる温度分布が形成される。これにより、鋼板Ｓの板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制できる。
　最後に、上記第１及び第２の実施形態の製造装置と従来の水焼入れ装置とについて、水焼入れ処理を施した後の鋼板の板反り量を評価した実験結果について説明する。なお、上記第１及び第２の実施形態の製造装置を用いた場合の板反り量δは、図１３に示すように鋼板の板形状を示す曲線Ｂ１の最下点と最上点との高さの差として算出した。また、従来の水焼入れ装置を用いた場合の板反り量δは、図１３に示すように、筋状の変形の示す曲線Ｂ２の最下点と最上点との高さの差として算出した。また、本実験では、鋼板として９８０ＭＰａ級の引張強度を有するマルテンサイト系の鋼板を用い、板厚を０．８，１．２，１．４，１．６［ｍｍ］、板幅を１１００，１２００，１４００［ｍｍ］、通板速度を８０，９５，１１０，１２０［ｍｐｍ］の間で変化させた。また、水焼入れ処理前の鋼板の温度は７２０［℃］、水槽内の冷却水の温度は４６［℃］とした。
〔実施例１～４〕
　実施例１～４では、上記第１の実施形態の製造装置を用いて水焼入れ処理を施した後の鋼板の板反り量δを評価した。なお、本実施例１～４では、冷却設備４ａ，４ｂの上端面を直径２０００［ｍｍ］の円弧状の曲面形状（凸形状）とし、スプレーノズル６からは４０００［Ｌ／ｍ２・分］の流量の冷却水７を噴射した。また、鋼板Ｓの張力は９．８［Ｎ／ｍｍ２］とし、鋼板Ｓに噴射された冷却水が冷却設備の対向面側に向かって吹き上がらないように、スプレーノズル６からの冷却水７の噴射方向は水平方向に対しやや下方に向けた。このときの鋼板Ｓの板反り量δを以下の表１に示す。
〔実施例５～８〕
　実施例５～８では、上記第２の実施形態の製造装置を用いて水焼入れ処理を施した後の鋼板の板反り量δを評価した。なお、本実施例５～８では、冷却設備４ａ，４ｂは冷却水５の水面から３００［ｍｍ］の高さから鋼板Ｓに対して１００［ｍｍ］離間させて配置し、鋼板Ｓの両端部から５０［ｍｍ］付近の領域を冷却するように配置し、スプレーノズル６からは２０００［Ｌ／ｍ２・分］の流量の冷却水７を噴射した。また、鋼板Ｓの張力は４．９［Ｎ／ｍｍ２］とし、鋼板Ｓに噴射された冷却水が冷却設備の対向面側に向かって吹き上がらないように、スプレーノズル６からの冷却水７の噴射方向は水平方向に対しやや下方に向けた。このときの鋼板Ｓの板反り量δを以下の表１に示す。
〔比較例１～４〕
　比較例１～４では、冷却設備４ａ，４ｂを用いずに水焼入れ処理を施した後の鋼板の板反り量δを評価した。なお、比較例１～４では、鋼板Ｓの張力は４．９［Ｎ／ｍｍ２］とした。このときの鋼板Ｓの板反り量δを以下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
〔評価〕
　表１に示すように、実施例１～８の水焼入れ処理によれば、比較例１～４の水焼入れ処理と比較して板反り量δを大幅に小さくできることが明らかになった。このことから、冷却設備４ａ，４ｂを設けて鋼板Ｓの板幅方向に板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって温度が高くなる温度分布を形成することにより、鋼板の板幅方向に筋状の変形が発生することを抑制しつつ、鋼板全体の板反り量δを低減できることが確認できた。また、実施例１～４の水焼入れ処理と実施例５～８の水焼入れ処理とを比較すると、実施例１～４の水焼入れ処理の方が実施例５～８の水焼入れ処理より板反り量δを低減できることがわかる。このことから、鋼板Ｓの等温線の分布状態が冷却水５の水面に対して凸の円弧形状になるように温度分布を形成することにより、鋼板全体の板反り量δをより低減できることが確認できた。
　以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、等温線が水焼入れ装置の水面に対し凸状になるように鋼板の板幅方向に温度分布を形成したが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、板幅方向両端部から板幅方向中心部に向かって温度が高くなる温度分布が鋼板の板幅方向に形成されれば、等温線の形状は三角形状や階段状等の曲線形状以外の形状であってもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。
　１　製造装置
　２　水槽
　３　シンクロール
　４ａ，４ｂ　冷却設備
　５，７　冷却水
　６　スプレーノズル
　Ｓ　鋼板

Claims (4)

  1. 　鋼板の板幅方向端部から板幅方向中心部に向かって鋼板の温度が高くなるように鋼板の板幅方向に温度分布を形成する温度分布形成ステップと、
    　板幅方向に温度分布が形成された鋼板を冷却水に浸漬させることによって該鋼板に対して水焼入れ処理を施す水焼入れステップと、
    　を含むことを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
  2. 　前記温度分布形成ステップは、前記鋼板の等温線の分布状態が前記冷却水の水面に対して凸の円弧形状になるよう鋼板の板幅方向に温度分布を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
  3. 　前記温度分布形成ステップは、前記鋼板の板幅方向両端部を冷却するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
  4. 　鋼板の板幅方向端部から板幅方向中心部に向かって鋼板の温度が高くなるように鋼板の板幅方向に温度分布を形成する温度分布形成手段と、
    　前記温度分布形成手段によって板幅方向に温度分布が形成された鋼板を冷却水に浸漬させることによって該鋼板に対して水焼入れ処理を施す水焼入れ手段と、
    　を備えることを特徴とする高強度冷延鋼板の製造装置。
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