WO2022163044A1 - 金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法 - Google Patents

金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a metal plate quenching apparatus, a quenching method, and a steel plate manufacturing method that suppress shape defects that occur in a metal plate during quenching in a continuous annealing facility that anneals the metal plate while it is continuously passed.
  • Patent Document 1 discloses a method of mist cooling a metal strip while maintaining film boiling without transition boiling by appropriately controlling the water density of the mist sprayed onto the strip.
  • Patent Document 2 in a cooling zone in a vertical continuous annealing furnace in which the strip is continuously annealed while being transported vertically, water contained in the mist sprayed on the strip drips down on the surface of the strip.
  • a technique for suppressing the generation of temperature unevenness in the width direction of the strip caused by the above is disclosed.
  • Patent Document 3 if the temperature at the Ms point at which the martensitic transformation of the metal plate starts is T Ms (°C), and the temperature at the Mf point at which the martensitic transformation ends is T Mf (°C), then during quenching and quenching is constrained by a pair of constraining rolls provided in the cooling liquid in the range where the temperature of the metal plate is from (T Ms +150) (° C.) to (T Mf ⁇ 150) (° C.). It is
  • JP-A-2000-178658 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-127060 Japanese Patent No. 6094722
  • the present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide a metal plate quenching apparatus, a quenching method, and a steel plate manufacturing method that can suppress shape defects that occur in a metal plate during quenching. aim.
  • the inventors of the present invention have obtained the following knowledge as a result of earnest investigations to solve such problems.
  • structure control is used to cause martensite transformation in the metal sheet during quenching.
  • the greatest stress acts on the steel sheet in the vicinity of the Ms point to the Mf point where transformation expansion occurs during thermal contraction, and the shape collapses.
  • the stronger the cooling the easier it is for the cooling rate to fluctuate.
  • a constraining roll that constrains the metal plate is arranged in the range where the temperature of the metal plate is from the Ms point to the Mf point, so that the amount of warpage is sufficiently reduced.
  • the Ms point is the temperature at which martensitic transformation starts
  • the Mf point is the temperature at which martensitic transformation ends.
  • a cooling fluid injection device provided on the exit side of the soaking zone of the continuous annealing furnace and having a plurality of injection nozzles for injecting mist onto both surfaces of the continuously conveyed metal plate;
  • a hardening apparatus for a metal plate comprising at least a pair of restraint rolls for restraining the metal plate from both sides in a region from a cooling start point to a cooling end point by the cooling fluid injection device.
  • the plurality of jet nozzles are arranged so as to inject the mist onto the metal plate over the entire temperature range from the martensite transformation start temperature to the martensite transformation end temperature of the metal plate, [1] 4.
  • the apparatus for hardening a metal plate according to 1. [3] The metal plate quenching apparatus according to [1] or [2], which includes a draining spray nozzle downstream of the outlet of the cooling fluid injection device. [4] A region in which mist is sprayed onto both surfaces of a continuously conveyed metal plate to cool it, and the temperature of the metal plate during cooling is at least between the martensite transformation start temperature and the martensite transformation end temperature. A method of hardening a metal plate, wherein the metal plate is constrained from both sides. [5] The method of quenching a metal plate according to [4], wherein the mist has a water density of 100 L/m 2 ⁇ min or more and 800 L/m 2 ⁇ min or less.
  • the steel sheet is continuously annealed and further quenched by the metal plate quenching method described in [4] or [5] to produce a high-strength cold-rolled steel sheet, a hot-dip galvanized steel sheet, an electrogalvanized steel sheet, or a hot-dip galvannealed steel sheet.
  • the metal plate quenching apparatus According to the metal plate quenching apparatus, the quenching method, and the steel plate manufacturing method according to the present invention, it is possible to effectively suppress shape defects that occur in the metal plate during quenching.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a metal plate hardening apparatus and hardening method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a system for supplying air and water to a mist ejection nozzle in the metal plate quenching apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a two-fluid nozzle.
  • FIGS. 4(a) and 4(b) are diagrams showing examples of mist jetting nozzles.
  • FIGS. 5(a) and 5(b) are diagrams showing mist cooling and conventional water quenching by the metal plate quenching apparatus and quenching method of the present invention, respectively.
  • FIG. 6 is a view showing another example of the metal plate hardening apparatus and hardening method of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the effect of the metal plate quenching apparatus and quenching method of the present invention in comparison with a comparative example.
  • FIG. 8 is a diagram showing the definition of the amount of warpage of the metal plate in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a metal plate hardening apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • This hardening apparatus is applied to a cooling facility provided on the exit side of a soaking zone of a continuous annealing furnace.
  • this cooling equipment is installed to transform the austenite phase into martensite during cooling of the steel sheet to obtain the mechanical properties of the final product. Therefore, it has the ability to cool the range including the temperature range from the martensite transformation start temperature to the martensite transformation end temperature.
  • the metal plate quenching apparatus of the present embodiment includes a cooling fluid injection device including a plurality of mist ejection nozzles (ejection nozzles) 2, and a cooling region for restraining the metal plate 1 by the cooling fluid injection device. At least one pair of constraining rolls 3 and a draining spray nozzle 4 are provided.
  • the mist ejection nozzle 2 ejects mist 2a, which is a coolant (cooling fluid), from both sides of a metal plate (for example, a steel plate) 1 that is continuously passed through the metal plate 1 to perform rapid cooling.
  • the constraining roll 3 constrains the metal plate 1 in the area from the cooling start point, which is the inlet of the cooling fluid injection device, to the cooling end point, which is the outlet of the cooling fluid injection device, to prevent deformation.
  • the draining spray nozzle 4 is provided downstream of the outlet of the cooling fluid injection device, and ejects a gas 4a such as air or nitrogen onto the metal plate 1 from the outlet side of the metal plate 1 to discharge dripping water from the metal plate 1. .
  • mist refers to water or liquid in the form of a mist, in which fine droplets having a droplet diameter of about 0.01 ⁇ m to several hundred ⁇ m are suspended in gas.
  • the mist is generated by mixing water and air and injecting the mixture.
  • a sufficient cooling rate can be obtained by blowing air onto the metal plate to be cooled while the water in the form of fine droplets is attached thereto.
  • the cooling rate can be slowed down and stabilized as compared with the case where only water is jetted.
  • the droplet diameter of the mist is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • mist ejection nozzle 2 for example, a product such as a slit nozzle PSN manufactured by Ikeuchi Co., Ltd. or a knife jet KJIS type (internal mixing type) manufactured by Kyoritsu Gokin Seisakusho Co., Ltd. can be used.
  • FIG. 2 schematically shows a system for supplying air and water to the mist ejection nozzle 2 in the metal plate quenching apparatus of this embodiment.
  • FIG. 3 schematically shows a two-fluid nozzle used as the mist ejection nozzle 2 in this embodiment.
  • the mist is generated by using the two-fluid nozzle shown in FIG. Any material can be used as long as it can be ejected.
  • mist ejection nozzle 2 When a two-fluid nozzle is used as the mist ejection nozzle 2, compressed air sent from a compressor 52 is supplied to the mist ejection nozzle 2 through the compressed air pipe 5, as shown in FIG. Also, water pumped from a water tank 62 by a pump 63 is supplied to the mist ejection nozzle 2 through the water pipe 6 .
  • the opening degrees of the supply valve 51 provided in the compressed air pipe 5 and the supply valve 61 provided in the water pipe 6 and the operation of the pump 63 are controlled by the flow controller 7 .
  • the compressed air and water may be supplied so that the pressure and amount of the compressed air and water supplied to the mist ejection nozzle 2 are within the allowable range according to the specifications of the mist ejection nozzle 2 .
  • a filter may be provided on the side of the mist jetting nozzle 2 rather than the supply valve 61 of the water pipe 6.
  • the air-water volume ratio of the mist jetted from the mist jetting nozzle 2 is less than 50, the adhesion and residue of water on the metal plate 1 become noticeable, and uneven cooling tends to occur.
  • the air-water volume ratio exceeds 1000, the droplet diameter of the mist becomes too fine, and the cooling rate necessary for obtaining the properties required for the metal plate 1 may not be obtained. Therefore, it is preferable to set the air-water volume ratio of the mist ejected from the mist ejection nozzle 2 to 50 to 1,000.
  • the mist ejection nozzles 2 are arranged in 80 rows at intervals of 200 mm in the direction of movement of the steel plate (longitudinal direction of the steel plate).
  • the arrangement of the mist ejection nozzles 2 is not limited to this, as long as they are arranged so as not to cause uneven cooling in the width direction of the metal plate 1 .
  • the nozzle interval I in the direction of movement of the steel plate is set to 100 to 600 mm. , preferably a slit nozzle. If the nozzle interval I in the steel plate traveling direction is less than 100 mm, the mist injection regions of the nozzles may interfere with each other, making it difficult to predict the cooling rate. This is because a sufficient cooling rate may not be obtained.
  • a nozzle 2B having a spot-shaped or conical ejection shape is used as the mist ejection nozzle 2
  • a plurality of nozzles 2B are arranged on the metal plate 1 according to the nozzle standard. are preferably arranged side by side in the width direction.
  • the mist injection areas of the respective nozzles 2B have no gap or overlap sufficiently so that a uniform cooling rate can be obtained in the width direction of the metal plate 1 .
  • mist ejection nozzles 2 may be arranged in a staggered manner, and the inclination angle of the ejection direction of the mist from the mist ejection nozzles 2 with respect to the metal plate 1 and the spread angle of the spray that spreads in a conical shape are the metal to be cooled. You may adjust according to the width
  • the nozzle set in the direction of movement of the steel plate It is preferable to set the interval I between them to be 100 to 600 mm. If the interval I between the nozzle sets in the direction of movement of the steel plate is less than 100 mm, the mist injection regions of the nozzles may interfere with each other, making it difficult to predict the cooling rate. This is because a sufficient cooling rate may not be obtained.
  • the constraining roll 3 is used to cool the metal plate. It is important to constrain 1. Therefore, in the metal plate quenching apparatus and the quenching method of the present embodiment, it is preferable to set the amount of mist for controlling the cooling capacity and the water temperature of the mist as follows.
  • the water density of the mist 2a is set to 100 L/m 2 ⁇ min or more and 800 L/m 2 ⁇ min or more. min or less is preferable. If the water density of the mist 2a is less than 100 L/m 2 ⁇ min, the mechanical properties of the steel sheet cannot be obtained, and the position of the constraining roll becomes long from the cooling start position, resulting in an increase in the size of the equipment.
  • the water density of the mist 2a is more preferably 200 L/m 2 ⁇ min or more and 500 L/m 2 ⁇ min or less.
  • the temperature of the cooling water that constitutes the particles of the mist 2a is preferably higher than 0 ° C. and 60 ° C. or lower from the viewpoint of equipment maintenance and obtaining a sufficient cooling rate, and 10 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. is particularly preferred. If the temperature is below 0°C, the equipment may be damaged due to freezing, and if the temperature is higher than 60°C, the cooling rate will be slowed down, and the position of the restraint rolls will be long from the cooling start position, resulting in an increase in the size of the equipment. be.
  • the water contained in the mist 2a falls downward along the metal plate 1 and adversely affects the cooling of the lower part. It can be controlled by injecting 2a or gas 4a upward about 30 degrees.
  • the cooling rate of the metal plate 1 it is desirable to set the cooling rate of the metal plate 1 to 50°C/sec or more and 500°C/sec or less in order to arrange practical and effective constraining rolls according to the cooling capacity. If the cooling rate is less than 50°C/sec, the distance from the cooling start point to the restraint roll becomes long, resulting in an increase in the size of the facility. On the other hand, if it exceeds 500° C./sec, the cooling time from the start of cooling to the arrival of the constraining roll becomes short, and the cooling becomes unstable, and the shape may be disturbed to the extent that it cannot be straightened by the constraining roll.
  • the temperature of the metal plate 1 is in the range from the Ms point to the Mf point.
  • a restraining roll 3 for restraining the metal plate 1 is arranged.
  • the Ms point refers to the temperature at which martensitic transformation of the metal plate 1 starts
  • the Mf point refers to the temperature at which martensitic transformation ends.
  • the temperature at the Ms point and the Mf point can be calculated from the composition of the metal plate 1 .
  • the constraining rolls 3 sandwich the metal plate 1 from the front and back surfaces in order to prevent deformation that may occur during quenching of the metal plate 1 .
  • the pair of restraint rolls 3 are preferably arranged with their central axes shifted in the conveying direction of the metal plate 1 . By displacing the central axis, the binding force of the metal plate 1 can be increased, and the shape correcting force can be enhanced. As an example, it is preferable to arrange the restraint rolls 3 with their respective central axes shifted in the conveying direction by 40 mm or more and 150 mm or less, and more preferably 80 mm or more and 100 mm or less.
  • the pushing amount by one restraining roll 3 is preferably 0 mm or more and 2.5 mm or less when the case where the metal plate 1 is linearly threaded as shown in FIG. It is more preferable to be 0.5 mm or more and 1.0 mm or less.
  • FIGS. 5(a) and 5(b) show a comparison between mist cooling by the metal plate quenching apparatus and quenching method of the present embodiment and conventional water quenching.
  • cooling from the Ms point to the Mf point is performed gently by mist cooling, so that the cooling from the Ms point to the Mf point is faster than the conventional water quenching shown in FIG. 5(b). becomes longer. Therefore, it has been conventionally practiced to flexibly respond to changes in the threading speed and plate thickness of the metal plate 1 by using the constraining rolls 3 in an appropriate temperature range or by increasing or decreasing the number of constraining rolls 3 used for constraining. It is easier than water quenching.
  • the water quenching shown in Fig. 5(b) If the cooling rate is 1500° C./(sec ⁇ mm), the distance L from point Ms to point Mf is 100 mm. On the other hand, in the mist cooling shown in FIG. 5A, the cooling rate is approximately 300° C./(sec ⁇ mm), and the distance L from point Ms to point Mf can be increased to 500 mm.
  • the metal plate 1 is reliably restrained in the temperature range from the Ms point to the Mf point, and the shape is corrected. can be reliably implemented. In addition, it is easy to respond flexibly to unsteady changes in the restraining position, such as changes in the strip threading speed and strip thickness.
  • the shape correction effect of the constraining rolls 3 may not be sufficiently obtained.
  • the distance L from the Ms point to the Mf point exceeds 1000 mm, the martensite transformation becomes insufficient, and desired material properties may not be obtained. Therefore, in order to effectively obtain the effect of shape correction by the constraining rolls 3 in the region from the Ms point to the Mf point, it is preferable to secure a distance L from the Ms point to the Mf point of approximately 200 to 1000 mm.
  • mist 2a may be used over the entire length of the area of the metal plate 1 that requires cooling, including the side of the temperature higher than the Ms point and the side of the temperature lower than the Mf point.
  • the restraint roll 3 In order to prevent the occurrence of roll flaws on the metal plate 1, it is preferable to rotate the restraint roll 3 in the circumferential direction by electric power. Furthermore, in order to adjust the straightening force of the metal plate 1, it is preferable that the restraint rolls 3 can be opened and closed as necessary (the amount of pressing into the metal plate 1 can be controlled).
  • the restraining rolls 3 need only be made of a material that has excellent thermal conductivity and is strong enough to withstand the load when the metal plate 1 is pressed.
  • Examples of the material of the restraint roll 3 include SUS304 or SUS310 defined in Japanese Industrial Standard JIS G4304 "Hot-rolled stainless steel plate and steel strip", or ceramics.
  • each constraining roll is preferably 0 mm or more and 2.5 mm or less, and particularly preferably 0.5 mm or more and 1.0 mm or less.
  • the number of constraining rolls 3 arranged on the front surface and the back surface of the metal plate 1 does not necessarily have to be the same.
  • the same number of restraining rolls 3 are arranged on the front surface and the back surface of the metal plate 1 so as to form a pair, or are arranged on the front surface and the back surface of the metal plate 1. It is preferable that the difference between the number of restraining rolls 3 to be applied is one.
  • the mist 2a and the constraining roll 3 adheres and stays on the constraining roll 3, and the amount of droplets adhering and staying depends on the width direction of the metal plate 1. (that is, in the axial direction of the constraining roll 3).
  • a draining mechanism (not shown) may be provided in the vicinity of the constraining roll 3 to remove droplets adhering to and staying on the constraining roll 3 .
  • an obstacle on the blade, a wiper, an air nozzle, or the like can be used as the draining mechanism.
  • the object of the present invention is to reduce the complex and non-uniform uneven shape that occurs when the structure expands in volume due to martensite transformation occurring during rapid cooling of the steel sheet. , is preferably applied to a method for manufacturing high-strength steel sheets (high-tensile steel).
  • the tensile strength is not particularly limited, it may be 1600 MPa or less as an example.
  • the high-strength steel sheets include high-strength cold-rolled steel sheets, hot-dip galvanized steel sheets, electro-galvanized steel sheets, alloyed hot-dip galvanized steel sheets, and the like.
  • C is 0.04% or more and 0.25% or less
  • Si is 0.01% or more and 2.50% or less
  • Mn is 0.80% or more and 3.70%.
  • P is 0.001% or more and 0.090% or less
  • S is 0.0001% or more and 0.0050% or less
  • Al is 0.005% or more and 0.065% or less, if necessary, at least one of Cr, Mo, Nb, V, Ni, Cu, and Ti is 0.5% or less, and if necessary , B, and Sb are each 0.01% or less, and the balance is Fe and unavoidable impurities.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the example of quenching a steel plate, and can be applied to quenching of metal plates in general other than steel plates.
  • composition of the high-strength cold-rolled steel sheet with a tensile strength of 1470 MPa class is, in mass%, C 0.20%, Si 1.0%, Mn 2.3%, P 0.005%, S was set to 0.002%.
  • the temperature at the Ms point of the high-strength cold-rolled steel sheet is 400°C, and the temperature at the Mf point is 300°C. Therefore, as described above, the temperature when passing through the constraining rolls may be set in the range of 400° C. to 300° C., so here it is set to 350° C. as described above.
  • FIG. 8 shows the definition of the amount of warpage. Specifically, the height of the highest position when the steel plate was placed on a horizontal plane was taken as the amount of warpage.
  • Example 1 and 2 of the present invention the amount of warpage of the steel sheet was reduced to the range of 2.0 to 8.0 mm, and was suppressed to 10 mm or less over the entire longitudinal direction.
  • Comparative Examples 1 and 2 the amount of warpage of the steel plate was distributed in the range of 10.0 to 14.0 mm, and the effect of suppressing deformation was insufficient throughout the longitudinal direction.
  • Comparative Example 3 the amount of warpage of the steel plate varied in the range of 4.0 to 14.0 mm, and was not suppressed within the range of 10 mm or less over the entire longitudinal direction.

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Abstract

焼入れ時に金属板に発生する形状不良を抑制できる金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法を提供する。　連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられ、連続的に搬送される金属板の両面にミストを噴射する複数の噴出ノズルを有する冷却流体噴射装置と、前記冷却流体噴射装置による冷却開始点から冷却終了点までの領域の中で前記金属板を両面から拘束する少なくとも一対の拘束ロールを備える金属板の焼入れ装置。

Description

金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法
　本発明は、金属板を連続的に通板しながら焼鈍する連続焼鈍設備において、焼入れ時に金属板に発生する形状不良を抑制する金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法に関する。
　鋼板をはじめとする金属板の製造においては、連続焼鈍設備において、金属板を加熱後に冷却し、相変態を起こさせる等して材質の造り込みを行う。近年、自動車業界では車体の軽量化と衝突安全性の両立を目的として、薄肉化した高強度鋼板（ハイテン）の需要が増している。ハイテンの製造時には、鋼板を急速に冷却する技術が重要となる。この冷却では、一般的に、鋼板の冷却媒体として気体及び水が混合されたミストや、水素等の気体が用いられる。その際、鋼板に反りや波状変形などの面外変形による形状不良が発生し、問題となっている。このような鋼板の焼入れ時における形状不良を防止するために、従来、様々な手法が提案されている。
　例えば、特許文献１には、ストリップに噴霧するミストの水量密度を適正に制御することにより、遷移沸騰させることなく膜沸騰のままで金属ストリップをミスト冷却する手法が開示されている。
　また、特許文献２には、ストリップを上下方向へ搬送しながら連続的に焼鈍する縦型の連続焼鈍炉における冷却ゾーンにおいて、ストリップに噴霧されたミストに含まれる水がストリップの表面を垂れ落ちること等に起因したストリップの幅方向への温度むらの発生を抑制する手法が開示されている。
　さらに、特許文献３には、金属板のマルテンサイト変態が開始するＭｓ点の温度をＴＭｓ（℃）、マルテンサイト変態が終了するＭｆ点の温度をＴＭｆ（℃）とすると、急冷焼入れ中の金属板を、金属板の温度が（ＴＭｓ＋１５０）（℃）から（ＴＭｆ－１５０）（℃）である範囲において、冷却液体中に設けられた一対の拘束ロールにより拘束する手法が開示されている。
特開２０００－１７８６５８号公報 特開２００９－１２７０６０号公報 特許６０９４７２２号公報
　しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された方法を検証した結果、水量密度制御や幅方向への温度むら抑制だけでは形状不良抑制効果が小さいことが分かった。
　また、特許文献３に記載された方法を検証した結果、鋼板を液体に浸漬させて冷却する手法は強冷却すぎるため冷却速度が変動しやすく、それに起因して拘束ロール通過時の鋼板温度が変動しやすいため、長手方向で大きな反り量の変動が発生する場合があり、改善の余地があった。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、焼入れ時に金属板に発生する形状不良を抑制できる金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、このような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下のような知見を得た。金属板の製造方法においては、焼入れ時に、金属板にマルテンサイト変態を起こさせる組織制御が用いられる場合があるが、マルテンサイト変態が起こると組織が体積膨張するため、複雑で不均一な凹凸状の形状になってしまうことがある。マルテンサイト組織を有するような高張力鋼板は、焼入れ時に、熱収縮中に変態膨張が生じるＭｓ点からＭｆ点の近傍で、鋼板に最も大きな応力が働き、形状が崩れる。またこのとき、強冷却であればあるほど冷却速度が変動しやすい。そのため、強冷却になりすぎないミストを使用して冷却した上で、金属板の温度がＭｓ点からＭｆ点である範囲において、金属板を拘束する拘束ロールを配することで、反り量を十分に低減することができる。ここで、Ｍｓ点とはマルテンサイト変態が開始する温度のことであり、Ｍｆ点とはマルテンサイト変態が終了する温度のことである。
　本発明は、上記のような知見と着想に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有している。
［１］　連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられ、連続的に搬送される金属板の両面にミストを噴射する複数の噴出ノズルを有する冷却流体噴射装置と、
　前記冷却流体噴射装置による冷却開始点から冷却終了点までの領域の中で前記金属板を両面から拘束する少なくとも一対の拘束ロールを備える金属板の焼入れ装置。
［２］　前記複数の噴出ノズルは、前記金属板のマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態終了温度までの温度域の全体で該金属板に前記ミストを噴射するように配置される、［１］に記載の金属板の焼入れ装置。
［３］　前記冷却流体噴射装置の出口部よりも下流側に水切りスプレーノズルを備える、［１］又は［２］に記載の金属板の焼入れ装置。
［４］　連続的に搬送される金属板の両面にミストを噴射して冷却し、該冷却中の前記金属板の温度が少なくともマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態終了温度までの間にある領域で、前記金属板を両面から拘束する、金属板の焼入れ方法。
［５］　前記ミストの水量密度を１００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上８００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以下とする、［４］に記載の金属板の焼入れ方法。
［６］　鋼板を連続焼鈍し、さらに［４］または［５］に記載の金属板の焼入れ方法によって焼入れして、高強度冷延鋼板、溶融亜鉛鍍金鋼板、電気亜鉛鍍金鋼板、合金化溶融亜鉛鍍金鋼板のいずれかを製造する鋼板の製造方法。
　本発明に係る金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法によれば、焼入れ時に金属板に発生する形状不良を、効果的に抑制することができる。
図１は、本発明の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法の一例を示す図である。 図２は、本発明の金属板の焼入れ装置における、ミスト噴出ノズルへの空気および水の供給系統の一例を示す図である。 図３は、２流体ノズルの一例を示す図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、ミスト噴出ノズルの例を示す図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ、本発明の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法によるミスト冷却、従来の水焼入れを示す図である。 図６は、本発明の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法の他の一例を示す図である。 図７は、本発明の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法による効果を、比較例と対比して示すグラフである。 図８は、図７における金属板の反り量の定義を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の金属板の焼入れ装置及び金属板の焼入れ方法並びに鋼板の製造方法の実施形態について、具体的に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る金属板の焼入れ装置を示す図である。この焼入れ装置は、連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられた冷却設備に適用される。この冷却設備は、冷却対象物である金属板が鋼板である場合、この鋼板の冷却中にオーステナイト相をマルテンサイト変態させ、最終製品の機械的特性を得るために設置されている。そのため、マルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態終了温度までの温度域を含む範囲を冷却する能力を備えるものである。
　図１に示すように、本実施形態の金属板の焼入れ装置は、複数のミスト噴出ノズル（噴出ノズル）２からなる冷却流体噴射装置と、冷却流体噴射装置による冷却領域で金属板１を拘束する少なくとも一対の拘束ロール３と、水切りスプレーノズル４とを備えている。ミスト噴出ノズル２は、連続的に通板する金属板（例えば、鋼板）１の両面側から金属板１に冷媒（冷却流体）であるミスト２ａを噴射し急速冷却を行う。拘束ロール３は、冷却流体噴射装置の入口部となる冷却開始点から出口部となる冷却終了点までの領域の中で金属板１を拘束して変形を防ぐ。水切りスプレーノズル４は、冷却流体噴射装置の出口部よりも下流側に設けられ金属板１の出側から金属板１に空気や窒素等の気体４ａを噴射し金属板１の垂れ水を排出する。
　ここで、ミストとは、霧状の水または液体であって、０．０１μｍから数百μｍ程度の液滴径を有する微小液滴が気体中に浮遊している状態にあるものをいう。本実施形態では、水と空気とを混合して噴射することにより、上述のミストを発生させる。冷却対象となる金属板には、微小液滴状の水が付着すると同時に空気が吹き付けられることにより、十分な冷却速度を得ることができる。また、水と空気とが混合された状態で金属板に到達するため、水のみを噴射する場合よりも、冷却速度を緩やかにして安定させることができる。
　ここで、ミストの液滴径が１０μｍ未満であると、水滴が蒸発しやすく、十分な冷却速度が得られない場合がある。また、ミストの液滴径が１００μｍを超えると、水滴状態の水が金属板に付着、残留する場合があり、冷却ムラを生じやすい。よって、ミストの液滴径は１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
　ミスト噴出ノズル２には、例えば、株式会社いけうち製のスリットノズルＰＳＮや、株式会社共立合金製作所製のナイフジェットＫＪＩＳ型（内部混合式）等の製品を使用することができる。
　図２に、本実施形態の金属板の焼入れ装置における、ミスト噴出ノズル２への空気および水の供給系統を模式的に示す。また、図３に、本実施形態でミスト噴出ノズル２として用いる２流体ノズルを模式的に示す。本実施形態では、ミスト噴出ノズル２として、図３に示す２流体ノズルを用いてミストを発生させる場合を例に説明するが、ミスト噴出ノズルはこれに限定されず、好適な流量範囲でミストを噴出できるものであればよい。
　ミスト噴出ノズル２として、２流体ノズルを用いる場合は、図２に示すように、コンプレッサー５２から圧送される圧縮空気を、圧縮空気配管５を通じてミスト噴出ノズル２に供給する。また、水槽６２からポンプ６３により圧送される水を、水配管６を通じてミスト噴出ノズル２に供給する。ここで、圧縮空気配管５に設けられる供給バルブ５１および水配管６に設けられる供給バルブ６１の開度、ならびにポンプ６３の動作を、流量制御装置７によって制御する。このようにして、ミスト噴出ノズル２に供給される圧縮空気および水の圧力や量が、ミスト噴出ノズル２の仕様上許容される範囲内となるように、圧縮空気および水を供給すればよい。また、ミスト噴出ノズル２のつまりを避けるために、水配管６の供給バルブ６１よりもミスト噴出ノズル２側にフィルターを設けるようにしてもよい。
　ここで、ミスト噴出ノズル２から噴射されるミストの気水体積比が５０を下回ると、金属板１への水の付着、残留が顕著になって、冷却ムラを生じやすい。また、気水体積比が１０００を超えると、ミストの液滴径が微細になりすぎ、金属板１に要求される特性を得るために必要な冷却速度を得られない場合がある。よって、ミスト噴出ノズル２から噴射されるミストの気水体積比を５０～１０００とすることが好ましい。
　本実施形態の金属板の焼入れ装置では、ミスト噴出ノズル２は鋼板進行方向（鋼板長手方向）に２００ｍｍ間隔で８０列配置されている。
　しかし、ミスト噴出ノズル２の配置はこれに限定されず、金属板１の幅方向に冷却ムラが発生しないように配置されていればよい。例えば、図４（ａ）に示すように、ミスト噴出ノズル２として、金属板１の幅よりも広幅のスリットノズル２Ａを用いる場合は、鋼板進行方向のノズル間隔Ｉが１００～６００ｍｍとなるように、スリットノズルを配置することが好ましい。鋼板進行方向のノズル間隔Ｉが１００ｍｍ未満になると、ノズル同士のミスト噴射域が干渉して冷却速度の予測が困難になることがあり、鋼板進行方向のノズル間隔Ｉがノズル６００ｍｍを超えると、十分な冷却速度が得られない場合があるためである。
　また、図４（ｂ）に示すように、ミスト噴出ノズル２として、噴射形状がスポット形状や円錐形状となるノズル２Ｂを用いる場合は、ノズルの規格に応じて複数本のノズル２Ｂを金属板１の幅方向に並べて配置することが好ましい。このとき、各ノズル２Ｂのミスト噴射域が金属板１の幅方向に均一な冷却速度を得られるよう隙間なく、あるいは、十分に重なるようにすることが好ましい。また、図４（ｂ）に示すように、金属板１の幅方向に並べて配置される複数本のノズル２Ｂを、ヘッダー２１に取り付けて用いることが好ましい。
　また、ミスト噴出ノズル２を千鳥状に配置してもよく、ミスト噴出ノズル２からのミストの噴射方向の金属板１に対する傾斜角や、円錐形状に広がる噴霧の広がり角度を、冷却対象とする金属板１の幅等に応じて調整してもよい。
　このように、金属板１の幅方向に均一な冷却能力が得られるように、金属板１の幅方向に並べて配置された複数本のノズルをノズルセットとして用いる場合も、鋼板進行方向のノズルセット間の間隔Ｉが１００～６００ｍｍとなるようにすることが好ましい。鋼板進行方向のノズルセット間の間隔Ｉが１００ｍｍ未満になると、ノズル同士のミスト噴射域が干渉して冷却速度の予測が困難になる場合があり、ノズルセット間の間隔Ｉが６００ｍｍを超えると、十分な冷却速度が得られない場合があるためである。
　ここで、本発明においては、冷却流体噴射装置（ミスト噴射ノズル）２の冷却能力と拘束ロール３の位置関係により、金属板１の形状が最も乱れる温度域において、拘束ロール３を用いて金属板１を拘束することが重要である。そこで、本実施形態の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法では、冷却能力を制御するミスト量とミストの水温を、下記のように設定することが好ましい。
　まず、金属板１の表面に複数のミスト噴出ノズル２からミスト２ａを噴射することで冷却する焼入れ方法を行う場合には、ミスト２ａの水量密度を１００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上８００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以下とすることが好ましい。ミスト２ａの水量密度が１００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ未満になると、鋼板の機械的性質が得られない上、冷却開始位置から拘束ロールの位置が長距離化し、設備の大型化を招く。また、ミスト２ａの水量密度が８００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ超になると、冷却開始から拘束ロール到達までの冷却時間が短時間になって冷却が安定せず、拘束ロールで矯正できない程度まで形状が乱れる場合があるためである。
　また、ミスト２ａの水量密度は２００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上５００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以下とすることが更に好ましい。
　また、ミスト２ａの粒子を構成する冷却水の温度としては、設備保全と、十分な冷却速度を得る観点から、０℃超６０℃以下とすることが好ましく、１０℃以上５０℃以下とすることが特に好ましい。０℃以下になると凍結により設備破損を招く恐れがあり、６０℃より高温になると、冷却速度が遅くなり、冷却開始位置から拘束ロールの位置が長距離化して、設備の大型化を招くためである。
　また、縦型のミスト冷却装置ではミスト２ａに含まれる水が金属板１を伝って下方へ落下して下部の冷却に悪影響を与えるので、垂れ水防止対策を施しておくことが好ましく、例えばミスト２ａや気体４ａを約３０度上方に向けて噴射することで制御できる。
　その際、上述の理由により、冷却能力に応じて実用的かつ効果的な拘束ロールを配置するため、金属板１の冷却速度を５０℃／ｓｅｃ以上、５００℃／ｓｅｃ以下にすることが望ましい。５０℃／ｓｅｃ未満になると、冷却開始点から拘束ロールまでの距離が長距離になり、設備の大型化を招く。一方、５００℃／ｓｅｃ超になると、冷却開始から拘束ロール到達までの冷却時間が短時間になって冷却が安定せず、拘束ロールで矯正できない程度まで形状が乱れる場合がある。
　このように、ミスト２ａを用い、かつ、好適な冷却速度範囲となるように制御することによって、拘束ロール３による形状矯正効果を向上できる。
　本実施形態では、金属板１の表面に複数のミスト噴出ノズル２からミスト２ａを噴射することで冷却する焼入れ方法を行う際に、金属板１の温度がＭｓ点からＭｆ点である範囲において、金属板１を拘束する拘束ロール３を配している。ここで、Ｍｓ点とは、金属板１のマルテンサイト変態が開始する温度をいい、Ｍｆ点とは、マルテンサイト変態が終了する温度をいう。なお、Ｍｓ点やＭｆ点の温度は、金属板１の成分組成から算出することができる。
　拘束ロール３は、金属板１の焼入れ時に生じうる変形を防止するために、金属板１を表裏面から挟みつける。一対の拘束ロール３は、中心軸を金属板１の搬送方向にずらして配置することが好ましい。中心軸をずらして配置することで、金属板１の拘束力を増大させ、形状矯正力を高めることができる。一例として、それぞれの中心軸を搬送方向に４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下ずらして拘束ロール３を配置することが好ましく、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下ずらして配置することがさらに好ましい。
　また、拘束ロール３によって金属板１を押し込み、拘束ロール３に金属板１を巻き付けるように通板することが望ましい。金属板１を押し込むことにより、鋼板の矯正力を高めることができるとともに、拘束ロール３の空転を防ぐことができる。１個の拘束ロール３による押し込み量は、図１のように金属板１が直線状に通板される場合を基準（０ｍｍ）とした場合に、０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
　図５（ａ）および図５（ｂ）に、本実施形態の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法によるミスト冷却と、従来の水焼入れとを、対比して示す。図５（ａ）に示すように、Ｍｓ点からＭｆ点までの冷却を、ミスト冷却により緩やかに実施することで、図５（ｂ）に示す従来の水焼入れよりも、Ｍｓ点からＭｆ点までの距離Ｌが長くなる。したがって、金属板１の通板速度や板厚の変更に柔軟に対応して、拘束ロール３を適切な温度域で用いたり、拘束に供する拘束ロール３の本数を増減させたりすることが、従来の水焼入れよりも容易となる。
　例えば、板厚×通板速度が１．５（ｍ／ｓｅｃ）・ｍｍ、Ｍｓ点とＭｆ点との温度差が１００℃である場合を考えると、図５（ｂ）に示す水焼入れでは、冷却速度が１５００℃／（ｓｅｃ・ｍｍ）であれば、Ｍｓ点からＭｆ点までの距離Ｌは１００ｍｍとなる。これに対し、図５（ａ）に示すミスト冷却では、冷却速度が３００℃／（ｓｅｃ・ｍｍ）程度となり、Ｍｓ点からＭｆ点までの距離Ｌを５００ｍｍまで拡大できる。そして、Ｍｓ点からＭｆ点までの距離Ｌ（５００ｍｍ）の区間に複数本の拘束ロール３を設けることにより、Ｍｓ点からＭｆ点までの温度域で確実に金属板１を拘束して、形状矯正を確実に実施できる。また、通板速度や板厚の変更などの非定常な拘束位置の変動にも、柔軟に対応しやすい。
　ここで、図５（ａ）に示す、本実施形態の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法においてＭｓ点からＭｆ点までの距離Ｌが２００ｍｍ未満になると、図５（ｂ）に示す水焼入れの場合と同様に、金属板１の通板速度や板厚の変更に柔軟に対応するのが難しくなる。よって、拘束ロール３による形状矯正効果を十分に得られない場合がある。また、Ｍｓ点からＭｆ点までの距離Ｌが１０００ｍｍを超えると、マルテンサイト変態が不十分となり、所望の材料特性を得られない場合がある。よって、Ｍｓ点からＭｆ点までの領域で、拘束ロール３による形状矯正効果を効果的に得るためには、Ｍｓ点からＭｆ点までの距離Ｌは２００～１０００ｍｍ程度確保することが好ましい。
　さらに、Ｍｓ点よりも高温側、Ｍｆ点よりも低温側も含め、金属板１の冷却を必要とする領域の全長にわたってミスト２ａを用いてもよい。
　金属板１におけるロール疵の発生を防止するために、電動により拘束ロール３を周方向に回転させることが好ましい。さらに、金属板１の矯正力を調整するために、拘束ロール３は、必要に応じて開閉可能（金属板１に対する押し込み量を制御可能）とすることが好ましい。
　拘束ロール３は、熱伝導率に優れるとともに、金属板１の挟圧時における荷重に耐えられる強度を備えた材質で形成されていればよい。拘束ロール３の材質としては、例えば、日本産業規格ＪＩＳＧ４３０４「熱間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯」に規定されるＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１０、若しくはセラミック等が挙げられる。
　次に、図６を用いて、３本以上の拘束ロール３を用いる例について説明する。以下において、一対の拘束ロール３を用いる場合と同様の点については説明を省略することがある。
　図６の例では、金属板１の表裏面を４本（２対）の拘束ロール３によって拘束する。拘束ロールを複数対設ける例においても、拘束ロールを２本（１対）のみ設ける例と同様の理由により、拘束ロールにより金属板１を押し込むことが好ましい。個々の拘束ロールにおける押し込み量は、０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が特に好ましい。金属板１の表面と裏面にそれぞれ配置される拘束ロール３の本数は、必ずしも同一でなくてもよい。ただし、金属板１の両側から均等に拘束力を与えるため、金属板１の表面と裏面に同じ本数の拘束ロール３を、対になるように配置するか、金属板１の表面と裏面に配置される拘束ロール３の本数の差が１本となるようにすることが好ましい。
　拘束ロールを３本以上設ける例では、拘束ロールを２本（１対）のみ設ける例に比べて、冷却時における鋼板の形状矯正力をより高めることができる。特に、変形の起こりやすい高強度の鋼板を冷却する場合であっても、拘束ロールを３本以上設けることにより、冷却時における鋼板の反り等の変形をより抑制することができる。一方で、拘束ロールの数を増やし過ぎると、設備制約上の問題や噴出装置における冷却能が下がるといった問題もあるので、これらの問題を勘案して適宜拘束ロールの数を決定すればよい。
　また、本実施形態のように、ミスト２ａによる冷却と拘束ロール３とを併用すると、ミスト２ａが拘束ロール３に付着、滞留し、この液滴の付着、滞留量が、金属板１の幅方向（すなわち、拘束ロール３の軸方向）で不均一となることがある。この結果、冷却ムラが発生して、拘束ロール３による形状矯正効果が低減する場合がある。そこで、このような問題を解消するために、拘束ロール３の近傍に、拘束ロール３に付着、滞留する液滴を除去する水切り機構（図示せず）を設けるようにしてもよい。具体的には、水切り機構として、ブレード上の障害物、ワイパー、エアーノズルなどを用いることができる。
　前述のように、本発明は、鋼板の急冷中にマルテンサイト変態が起こって組織が体積膨張する際に発生する複雑で不均一な凹凸状の形状を低減させることを目的としており、本発明は、高強度鋼板（ハイテン）の製造方法に適用することが好ましい。
　より具体的には、引張強度が５８０ＭＰａ以上である鋼板の製造に適用することが好ましい。引張強度の上限は特に制限されないが、一例として１６００ＭＰａ以下であればよい。
　上記の高強度鋼板（ハイテン）としては、高強度冷延鋼板、およびそれらに表面処理を施した溶融亜鉛鍍金鋼板、電気亜鉛鍍金鋼板、合金化溶融亜鉛鍍金鋼板等がある。
　高強度鋼板の組成の具体例として、質量％で、Ｃが０．０４％以上０．２５％以下、Ｓｉが０．０１％以上２．５０％以下、Ｍｎが０．８０％以上３．７０％以下、Ｐが０．００１％以上０．０９０％以下、Ｓが０．０００１％以上０．００５０％以下、ｓｏｌ．Ａｌが０．００５％以上０．０６５％以下、必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＴｉの少なくとも１種以上がそれぞれ０．５％以下、さらに必要に応じて、Ｂ、Ｓｂがそれぞれ０．０１％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる例が挙げられる。
　尚、本発明の実施形態は、鋼板を急冷する例に限定されるものではなく、鋼板以外の金属板全般の焼入れに適用することができる。
　本発明の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法を適用して、鋼板の製造試験を行い、その効果を検証したので、これについて説明する。
（本発明例１）
　図１に示した金属板の焼入れ装置を用いて、板厚１．０ｍｍ、板幅１０００ｍｍの引張強さ１４７０ＭＰａ級の高張力冷延鋼板を、通板速度１．０ｍ／ｓ、焼入れ開始温度８００℃、ミストの水量密度４００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ、拘束ロール通過時の温度３５０℃で製造した。
　ここで、引張強さ１４７０ＭＰａ級の高張力冷延鋼板の組成として、質量％で、Ｃが０．２０％、Ｓｉが１．０％、Ｍｎが２．３％、Ｐが０．００５％、Ｓが０．００２％とした。
　なお、当該高張力冷延鋼板のＭｓ点の温度は４００℃、Ｍｆ点の温度は３００℃である。したがって、上述したように、拘束ロール通過時の温度は、４００℃～３００℃の範囲で設定すればよいので、ここでは、上記のように３５０℃に設定した。
　ここで、拘束ロールの中心軸は通板方向に８０ｍｍずらして配置し、拘束ロール３の金属板１への押し込み量は全て０．５ｍｍとした。
（本発明例２）
　図６に示した焼入れ装置を用いて、本発明例１と同様の条件で操業を行った。尚、対向する拘束ロールの中心軸は全て通板方向に８０ｍｍずつずらして配置し、拘束ロール３による金属板１への押し込み量は全て０．５ｍｍとした。
（比較例１）
　比較例として、特許文献１に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高張力冷延鋼板を製造した。
（比較例２）
　比較例として、特許文献２に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高張力冷延鋼板を製造した。
（比較例３）
　比較例として、特許文献３に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高張力冷延鋼板を製造した。
　そして、それぞれの場合（本発明例１～２、比較例１～３）について、冷却後の鋼板を長手方向で１００ｍおきに１０枚採取し、それぞれの鋼板の反り量を調査した。なお、反り量の定義を図８に示す。具体的には、鋼板を水平面に置いた場合の、最も高い位置の高さを反り量とした。
　本発明例１～２の結果と比較例１～３の結果を図７に示す。
　本発明例１～２では、鋼板の反り量は２．０～８．０ｍｍの範囲に低減しており、長手方向全域で１０ｍｍ以下にまで抑えられていた。これに対し、比較例１～２では、鋼板の反り量が１０．０～１４．０ｍｍの範囲に分布しており、長手方向全域で変形抑制効果が不十分であった。また、比較例３では、鋼板の反り量が４．０～１４．０ｍｍの範囲にばらついており、長手方向全域で１０ｍｍ以下の範囲に抑えられていなかった。
　これより、本発明の金属板の焼入れ装置及び焼入れ方法、並びに鋼板の製造方法の有効性が確認された。
　１　　金属板
　２（２Ａ、２Ｂ）　　ミスト噴出ノズル（噴出ノズル）
　２ａ　　ミスト
　２１　　ヘッダー
　３　　拘束ロール
　４　　水切りスプレーノズル
　４ａ　　気体
　５　　圧縮空気配管
　５１　　供給バルブ
　５２　　コンプレッサー
　６　　水配管
　６１　　供給バルブ
　６２　　水槽
　６３　　ポンプ
　７　　流量制御装置

Claims (6)

  1. 　連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられ、
    　連続的に搬送される金属板の両面にミストを噴射する複数の噴出ノズルを有する冷却流体噴射装置と、
    　前記冷却流体噴射装置による冷却開始点から冷却終了点までの領域の中で前記金属板を両面から拘束する少なくとも一対の拘束ロールを備える金属板の焼入れ装置。
  2. 　前記複数の噴出ノズルは、前記金属板のマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態終了温度までの温度域の全体で該金属板に前記ミストを噴射するように配置される、請求項１に記載の金属板の焼入れ装置。
  3. 　前記冷却流体噴射装置の出口部よりも下流側に水切りスプレーノズルを備える、請求項１又は２に記載の金属板の焼入れ装置。
  4. 　連続的に搬送される金属板の両面にミストを噴射して冷却し、該冷却中の前記金属板の温度が少なくともマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態終了温度までの間にある領域で、前記金属板を両面から拘束する、金属板の焼入れ方法。
  5. 　前記ミストの水量密度を１００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上８００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以下とする、請求項４に記載の金属板の焼入れ方法。
  6. 　鋼板を連続焼鈍し、さらに請求項４または５に記載の金属板の焼入れ方法によって焼入れして、高強度冷延鋼板、溶融亜鉛鍍金鋼板、電気亜鉛鍍金鋼板、合金化溶融亜鉛鍍金鋼板のいずれかを製造する鋼板の製造方法。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5695573U (ja) * 1979-12-20 1981-07-29
JPS62501300A (ja) * 1984-10-09 1987-05-21 ベルタン・エ・コンパニ 鋼などの板材の連続焼入れ方法及びその焼入れ設備
JP2000178658A (ja) 1998-12-08 2000-06-27 Nippon Steel Corp 金属ストリップの冷却方法
JP2008150685A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Sumitomo Metal Ind Ltd 冷間圧延鋼板の製造方法、及び製造装置
JP2009127060A (ja) 2007-11-20 2009-06-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 冷延鋼板の製造方法
US20160304984A1 (en) * 2013-12-05 2016-10-20 Fives Stein Method and apparatus for continuous thermal treatment of a steel strip
JP6094722B2 (ja) 2014-11-28 2017-03-15 Ｊｆｅスチール株式会社 金属板の製造方法および急冷焼入れ装置
JP2019090106A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 Ｊｆｅスチール株式会社 急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法並びに金属板製品の製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102430332B1 (ko) * 2017-10-31 2022-08-05 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 후강판의 제조 설비 및 제조 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5695573U (ja) * 1979-12-20 1981-07-29
JPS62501300A (ja) * 1984-10-09 1987-05-21 ベルタン・エ・コンパニ 鋼などの板材の連続焼入れ方法及びその焼入れ設備
JP2000178658A (ja) 1998-12-08 2000-06-27 Nippon Steel Corp 金属ストリップの冷却方法
JP2008150685A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Sumitomo Metal Ind Ltd 冷間圧延鋼板の製造方法、及び製造装置
JP2009127060A (ja) 2007-11-20 2009-06-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 冷延鋼板の製造方法
US20160304984A1 (en) * 2013-12-05 2016-10-20 Fives Stein Method and apparatus for continuous thermal treatment of a steel strip
JP6094722B2 (ja) 2014-11-28 2017-03-15 Ｊｆｅスチール株式会社 金属板の製造方法および急冷焼入れ装置
JP2019090106A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 Ｊｆｅスチール株式会社 急冷焼入れ装置及び急冷焼入れ方法並びに金属板製品の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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