(57)【要約】      （修正有）【課題】条鋼材のフェライト組織の微細均一化の一層の向上に寄与することができる熱間圧延設備における圧延材水冷方法を提供する。【解決手段】条鋼材の熱間圧延設備での圧延機列間を通過する圧延材を、水冷設備により下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標温度となるように水冷する圧延材水冷方法であって、前記水冷設備の各冷却帯に供給する冷却水量を、伝熱モデルと、予め各冷却帯毎に求めておいた冷却水量と熱伝達率との関係とを用いて算出するに際し、上流側の冷却帯からできる限り冷却水量が大きくなるようにして、各冷却帯毎に冷却帯出側の圧延材表面温度閾値を設定しておき、各冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝圧延材表面温度目標値、かつ、当該冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足するように冷却水量を算出する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
条鋼材の熱間圧延設備における上流側と下流側との圧延機列の間に設置され、冷却帯と復熱帯との組み合わせが２つ以上ある水冷設備により、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように、前記圧延機列間を通過する圧延材を水冷する熱間圧延設備における圧延材水冷方法であって、
前記各冷却帯に供給する冷却水量を、伝熱モデルと、予め各冷却帯毎に求めておいた冷却水量と熱伝達率との関係とを用いて算出するに際し、
上流側の冷却帯から設備上許容される範囲内でできる限り冷却水量が大きくなるようにして順に下流側の冷却帯へと各冷却帯の冷却水量を算出すること、
前記各冷却帯毎に冷却帯出側の圧延材表面温度閾値を設定しておくこと、
前記各冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝圧延材表面温度目標値、かつ、当該冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足するように冷却水量を算出すること、
を特徴とする熱間圧延設備における圧延材水冷方法。
【請求項２】
前記圧延材表面温度閾値がベイナイト変態開始温度の近傍であってベイナイト変態開始温度より高い温度の値であることを特徴とする請求項１記載の熱間圧延設備における圧延材水冷方法。
【請求項３】
条鋼材の熱間圧延設備における上流側と下流側との圧延機列の間に設置され、冷却帯と復熱帯との組み合わせが２つ以上ある水冷設備により、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように、前記圧延機列間を通過する圧延材を水冷する熱間圧延設備における圧延材水冷方法であって、前記各冷却帯に供給する冷却水量を、伝熱モデルと、予め各冷却帯毎に求めておいた冷却水量と熱伝達率との関係とを用いて算出するに際し、前記各冷却帯毎に冷却帯出側の圧延材表面温度閾値と、前記下流側圧延機列入側の圧延材表面温度目標値Ｔｆｓとを設定しておき、下記のステップを含むことを特徴とする熱間圧延設備における線材水冷方法。
（１）  最上流冷却帯の冷却水量を最大値Ｖｍａｘ、それ以降の冷却帯の冷却水量をゼロに設定した場合の、最上流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ１と、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値Ｔｆとを算出し、前記圧延材表面温度算出値Ｔｃ１がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより小さいか否か、又は、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値Ｔｆがその圧延材表面温度目標値Ｔｆｓより小さいか否かを判定すること、
（２）  前記（１）のステップで、判定がＹＥＳの場合は、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓとなるように、最上流冷却帯の冷却水量Ｖ１と最上流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ１’とを算出すること、
（３）  前記（２）のステップで得た前記圧延材表面温度算出値Ｔｃ１’がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより大きい場合は、最上流冷却帯の冷却水量を前記（２）のステップで得た冷却水量Ｖ１に定め、それ以降の冷却帯の冷却水量をゼロに定めること、
（４）  前記（２）のステップで得た前記圧延材表面温度算出値Ｔｃ１’がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより小さい場合は、Ｔｃ１’＝Ｔｃ１ｓとなるように、最上流冷却帯の冷却水量Ｖ１’を算出すること、
（５）  以降の冷却帯の冷却水量を、すでに算出されている上流側冷却帯の冷却水量を用い、前記の（２）〜（４）のステップと同様の手順で求めること、
（６）  最下流冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓ、かつ、最下流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足する冷却水量が得られない場合は、圧延材の圧延速度を所定量だけ遅く設定した上で、前記（１）のステップに戻ること、
（７）  一方、前記（１）のステップで、判定がＮＯの場合は、最上流冷却帯の冷却水量を前記最大値Ｖｍａｘとし、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓとなるように、次の冷却帯の冷却水量Ｖ２と当該冷却帯出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ２とを算出すること、
（８）  前記（７）のステップで得た次の冷却帯の出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ２がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより大きい場合は、当該次の冷却帯の冷却水量を前記（７）のステップで求めた冷却水量Ｖ２に定め、それ以降の冷却帯の冷却水量をゼロに定めること、
（９）  前記（７）のステップで得た次の冷却帯の出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ２がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより小さい場合は、Ｔｃ２＝Ｔｃ２ｓとなるように、当該冷却帯の冷却水量Ｖ２’を算出すること、
（１０）  以降の冷却帯の冷却水量を、すでに算出されている上流側冷却帯の冷却水量を用い、前記の（７）〜（９）のステップと同様の手順で算出すること、
（１１）  最下流冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓ、かつ、最下流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足する冷却水量が得られない場合は、圧延材の圧延速度を所定量だけ遅く設定した上で、前記（１）のステップに戻ること。
【請求項４】
前記圧延材表面温度閾値がベイナイト変態開始温度の近傍であってベイナイト変態開始温度より高い温度の値であることを特徴とする請求項３記載の熱間圧延設備における圧延材水冷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の熱間圧延設備における圧延材水冷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビレットなどの鋼片を連続圧延して条鋼材（線材，棒鋼）を製造する熱間圧延設備は、上流側から順に、粗圧延機列、中間圧延機列、仕上げ圧延機列、ピンチロール、巻取り装置を備えている。そして、例えば、中間圧延機列と仕上げ圧延機列との間には、仕上げ圧延機列に導入される圧延材の温度を所定温度に冷却するための水冷設備（中間水冷設備）が設けられている。
【０００３】
この水冷設備は、圧延材通過方向に沿って複数の冷却帯、例えば、上流側から順に第１番目から第４番目までの４つの冷却帯に分割され、各冷却帯の下流が復熱帯とされており、水冷と復熱との繰り返しによる緩冷却を行うことができるようになっている。なお、各冷却帯は、浸漬式水冷装置で構成されており、圧延材を誘導するパイプ内に冷却水が供給され、冷却水で満たされているパイプ内を圧延材が通過するようになっている。
【０００４】
そして、前記の条鋼材の熱間圧延設備では、加熱炉での鋼片加熱温度、各圧延機列での圧延材の圧延温度などを最適化することにより、条鋼材でオーステナイト組織を微細フェライト組織に変態させるようにした制御圧延が行われている。条鋼材の組織を微細フェライトとすることで、最終製品でその断面及び長さ方向にわたって優れた材料強度、靭性を得るようにしている。
【０００５】
このような制御圧延を実施するために、各圧延機列の入側などに設けた放射温度計などで圧延材の温度を定点測定し、水冷設備での冷却水量の増減を行い、圧延材の温度調整を行っている。この温度調整においては、冷却後における圧延材表面温度が目標値となるようにし、さらには圧延材断面にわたって均一な組織を得るために、冷却後の圧延材表面温度と圧延材中心温度との温度差ができるだけ小さくなるように水冷設備の冷却帯の冷却水量の設定を行うことが、最終製品において優れた材料強度、靭性を得るための要件である。
【０００６】
水冷設備における冷却帯と復熱帯の組合せは、圧延速度に基づく水冷時間と後続の圧延機列間に必要な温度降下に基づく抜熱量とから定められたもので、各冷却帯の長さ、位置を自由に変更できない。このため、鋼種変更をはじめとする操業条件の変更の際には、各冷却帯に対する冷却水量の配分を運転者が変更することによって対処するようになされている。
【０００７】
しかしながら、こうした冷却水量の配分を運転者が決めることは圧延機列入側における圧延材温度目標値に個人差を許容することになり、さらに、この冷却水量配分比率は操業条件に応じて変えるものであるから、厳密な温度管理を行うためには、各冷却帯の冷却水量の設定を頻繁に実施することが必要になってくる。
【０００８】
複数の冷却帯（水冷ゾーン）を備えた水冷設備において、水冷設備出側の鋼線材温度が目標値となるように、各冷却帯の冷却水量を設定するようにした従来技術として、例えば、特開昭６１−４８５３２号公報に開示されたものがある。この従来技術は、仕上げ圧延機列と巻取り装置との間に設けられた水冷設備（製品水冷設備）において、鋼線材の巻取り温度を目標値と一致するように、水冷設備における冷却水量を操作するようにしたものである。
【０００９】
この従来技術では、水冷設備出側の鋼線材温度測定値が目標値と一致するように水冷設備でのトータル冷却水量を算出し、このトータル冷却水量に基づいて複数の冷却帯の各冷却水量を制御するにあたり、各冷却帯毎に水冷設備出側の鋼線材温度と冷却水量比率との関係を設定し、該関係と水冷設備出側の鋼線材温度測定値とから各冷却帯毎の冷却水量比率を求め、該冷却水量比率と前記算出したトータル冷却水量とから、各冷却帯毎の冷却水量を求めるようにしている。この場合、各冷却帯毎の冷却水量の決定にあたっては、冷却後の鋼線材の断面温度をなるべく均一とすべく、最下流冷却帯による鋼線材の温度変動を最小限に留めるため、極力上流側（前段側）の冷却帯より冷却水量を配分していくことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−４８５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来技術を前述した制御圧延における水冷設備に適用しようとすると、次のような問題があった。
【００１２】
条鋼材の熱間圧延設備での制御圧延においては、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように水冷設備の各冷却帯の冷却水量を設定するにあたり、圧延材断面全体にわたって微細フェライト組織を得るべく、下流側圧延機列入側での圧延材温度がその中心温度と表面温度との差ができるだけ小さくなるようにすることを考慮する必要がある。このためには、冷却後の復熱時間が長くとれるように最上流の冷却帯（上流側の第１番目の冷却帯）を最大限に活用する必要がある。
【００１３】
ところが、前記従来技術では、水冷設備の各冷却帯の冷却水量を決定する際に、各冷却帯出側の圧延材表面温度について考慮されていない。このため、最上流冷却帯からの冷却水量配分の結果、冷却帯出側の圧延材表面温度がベイナイト変態開始温度を下回った状態で圧延材が圧延機列に投入された場合、該圧延材に割れなどの品質不良が発生するという問題がある。このように、前記従来技術を制御圧延における水冷設備に適用して、割れなどの品質不良を発生させることなく最上流の冷却帯へ最大限に冷却水量を配分することはできないことであった。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、条鋼材の熱間圧延設備での制御圧延における圧延機列間を通過する圧延材を、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように水冷するに際し、水冷後の圧延で圧延材に割れなどの品質不良の発生を招くことなく水冷設備の最上流冷却帯に最大限に冷却水を配分することで冷却後の復熱時間をできるだけ長くとれるようにすることができ、これにより、条鋼材のフェライト組織の微細均一化の一層の向上に寄与することができる熱間圧延設備における圧延材水冷方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１６】
請求項１の発明は、条鋼材の熱間圧延設備における上流側と下流側との圧延機列の間に設置され、冷却帯と復熱帯との組み合わせが２つ以上ある水冷設備により、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように、前記圧延機列間を通過する圧延材を水冷する熱間圧延設備における圧延材水冷方法であって、前記各冷却帯に供給する冷却水量を、伝熱モデルと、予め各冷却帯毎に求めておいた冷却水量と熱伝達率との関係とを用いて算出するに際し、上流側の冷却帯から設備上許容される範囲内でできる限り冷却水量が大きくなるようにして順に下流側の冷却帯へと各冷却帯の冷却水量を算出すること、前記各冷却帯毎に冷却帯出側の圧延材表面温度閾値を設定しておくこと、前記各冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝圧延材表面温度目標値、かつ、当該冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足するように冷却水量を算出すること、を特徴とする熱間圧延設備における圧延材水冷方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の熱間圧延設備における圧延材水冷方法において、前記圧延材表面温度閾値がベイナイト変態開始温度の近傍であってベイナイト変態開始温度より高い温度の値であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項３の発明は、条鋼材の熱間圧延設備における上流側と下流側との圧延機列の間に設置され、冷却帯と復熱帯との組み合わせが２つ以上ある水冷設備により、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように、前記圧延機列間を通過する圧延材を水冷する熱間圧延設備における圧延材水冷方法であって、前記各冷却帯に供給する冷却水量を、伝熱モデルと、予め各冷却帯毎に求めておいた冷却水量と熱伝達率との関係とを用いて算出するに際し、前記各冷却帯毎に冷却帯出側の圧延材表面温度閾値と、前記下流側圧延機列入側の圧延材表面温度目標値Ｔｆｓとを設定しておき、下記のステップを含むことを特徴とする熱間圧延設備における線材水冷方法である。（１）最上流冷却帯の冷却水量を最大値Ｖｍａｘ、それ以降の冷却帯の冷却水量をゼロに設定した場合の、最上流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ１と、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値Ｔｆとを算出し、前記圧延材表面温度算出値Ｔｃ１がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより小さいか否か、又は、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値Ｔｆがその圧延材表面温度目標値Ｔｆｓより小さいか否かを判定すること、（２）前記（１）のステップで、判定がＹＥＳの場合は、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓとなるように、最上流冷却帯の冷却水量Ｖ１と最上流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ１’とを算出すること、（３）前記（２）のステップで得た前記圧延材表面温度算出値Ｔｃ１’がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより大きい場合は、最上流冷却帯の冷却水量を前記（２）のステップで得た冷却水量Ｖ１に定め、それ以降の冷却帯の冷却水量をゼロに定めること、（４）前記（２）のステップで得た前記圧延材表面温度算出値Ｔｃ１’がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより小さい場合は、Ｔｃ１’＝Ｔｃ１ｓとなるように、最上流冷却帯の冷却水量Ｖ１’を算出すること、（５）以降の冷却帯の冷却水量を、すでに算出されている上流側冷却帯の冷却水量を用い、前記の（２）〜（４）のステップと同様の手順で求めること、（６）最下流冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓ、かつ、最下流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足する冷却水量が得られない場合は、圧延材の圧延速度を所定量だけ遅く設定した上で、前記（１）のステップに戻ること、（７）一方、前記（１）のステップで、判定がＮＯの場合は、最上流冷却帯の冷却水量を前記最大値Ｖｍａｘとし、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓとなるように、次の冷却帯の冷却水量Ｖ２と当該冷却帯出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ２とを算出すること、（８）前記（７）のステップで得た次の冷却帯の出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ２がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより大きい場合は、当該次の冷却帯の冷却水量を前記（７）のステップで求めた冷却水量Ｖ２に定め、それ以降の冷却帯の冷却水量をゼロに定めること、（９）前記（７）のステップで得た次の冷却帯の出側の圧延材表面温度算出値Ｔｃ２がその圧延材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより小さい場合は、Ｔｃ２＝Ｔｃ２ｓとなるように、当該冷却帯の冷却水量Ｖ２’を算出すること、（１０）以降の冷却帯の冷却水量を、すでに算出されている上流側冷却帯の冷却水量を用い、前記の（７）〜（９）のステップと同様の手順で算出すること、（１１）最下流冷却帯で、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度算出値＝Ｔｆｓ、かつ、最下流冷却帯出側の圧延材表面温度算出値≧圧延材表面温度閾値を満足する冷却水量が得られない場合は、圧延材の圧延速度を所定量だけ遅く設定した上で、前記（１）のステップに戻ること。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３記載の熱間圧延設備における圧延材水冷方法において、前記圧延材表面温度閾値がベイナイト変態開始温度の近傍であってベイナイト変態開始温度より高い温度の値であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の熱間圧延設備における圧延材水冷方法は、条鋼材の熱間圧延設備での制御圧延における圧延機列間を通過する圧延材を、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度が目標値となるように水冷するに際し、冷却後の復熱時間をできるだけ長くとれるようにするため、上流側の冷却帯からできる限り冷却水量が大きくなるようにして順に下流側の冷却帯へと各冷却帯の冷却水量を算出するようにしている。また、水冷後の圧延で圧延材に割れなどの品質不良が発生することを防止するため、各冷却帯毎に冷却帯出側の圧延材表面温度閾値を設定して、各冷却帯出側の圧延材表面温度が該閾値を下回らないようにしている。したがって、水冷後の圧延で圧延材に割れなどの品質不良の発生を招くことなく水冷設備の最上流冷却帯に最大限に冷却水を配分することで冷却後の復熱時間をできるだけ長くとれるようにすることができ、これにより、条鋼材のフェライト組織の微細均一化の一層の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による方法が適用される線材の熱間圧延設備に備えられた水冷設備を示す図である。
【図２】図１に示す水冷設備で実施される本発明の方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す水冷設備で実施される本発明の方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す水冷設備で実施される本発明の方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】シミュレーション試験での水冷設備を示す図である。
【図６】実施例としての試験３による線材の温度履歴の結果を示すグラフである。
【図７】比較例としての試験１による線材の温度履歴の結果を示すグラフである。
【図８】比較例としての試験２による線材の温度履歴の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について説明する。本発明の圧延材水冷方法では、冷却帯と復熱帯との組み合わせが２つ以上ある水冷設備において、各冷却帯の冷却水量を、伝熱モデルと、予め各冷却帯毎に求めておいた冷却水量と熱伝達率との関係とを用いて、所定の要件を満たすようにして算出するようにしている。以下に、水冷設備の各ポイントでの圧延材温度（各冷却帯出側の圧延材温度、下流側圧延機列入側の圧延材温度）と、各冷却帯の冷却水量の求め方について、説明する。
【００２３】
下記の式（１）は公知の１次元熱伝導解析モデル（極座標系における半径ｒ方向の１次元熱伝導解析モデル）の方程式、式（２）は圧延材表面での水と圧延材間の伝熱式（境界条件）、式（３）は圧延材表面での空気と圧延材間の伝熱式（境界条件）である。ここで、式（１）において、材料物性値については、λ：熱伝導率、ρ：密度、ｃ：比熱である。また、式（２），（３）において、Ｔｓ：表面温度、Ｔｗ：水温、Ｔａ：空気温度、α：熱伝達率（水）、αａ：放射率（空気）である。
【００２４】
【数１】
2010221270.tif 000002
【００２５】
前記式（１）〜（３）は偏微分方程式であり、本発明の方法では、これらの式をクランク・ニコルソン法の公知の差分方程式に変形し、この差分方程式を使用した伝熱モデルを用いている。
【００２６】
前記差分方程式は、［１］時間、［２］温度、［３］熱伝達率（水⇔圧延材）、［４］熱物性値（熱伝導率、比熱、密度、放射率、水温、空気温度）、［５］線径（圧延材：線材）、をパラメータとしている。前記差分方程式での未知数は、熱伝達率と温度（下流側圧延機列入側の圧延材表面温度）であり、その他のパラメータは後述のように既知であるため、これら既知のパラメータを前記差分方程式に入力することで、未知数を算出する。
【００２７】
既知のパラメータについて説明する。［１］時間は、線速（圧延速度）と冷却帯及び復熱帯の設備長さにより求められる。［２］温度は、最上流冷却帯（Ｎｏ．１冷却帯）入側の圧延材温度（中心温度＝表面温度）と、下流側圧延機列入側の圧延材温度目標値である。［４］熱物性値は、鋼種、温度によって決まる（便覧等に記載されている）。［５］線径は、狙い線径が決まっている。これらの［１］、［２］、［４］及び［５］を前記差分方程式に代入する。
【００２８】
そして、未知数は、前述のように、熱伝達率（水⇔圧延材）と温度（下流側圧延機列入側の圧延材表面温度）である。このままでは、未知数が２つで式が１つで解けない。そこで、熱伝達率（水⇔圧延材）を任意で与え、その結果算出される温度（下流側圧延機列入側の圧延材表面温度）が、下流側圧延機列入側の圧延材表面温度目標値に合うように計算し、最終的な熱伝達率を決定する。
【００２９】
このようなやり方で、前記式（１）の１次元熱伝導解析モデルの使用が可能となり、任意の冷却パターンでの温度履歴の算出が可能となる。
【００３０】
例えば、水冷設備のＮｏ．１冷却帯からＮｏ．２冷却帯まで使用する場合の伝熱収支は、次の通りとなる。
【００３１】
［ａ］Ｎｏ．１冷却帯での水冷時の熱収支は、（Ｎｏ．１冷却帯入側の時点で圧延材が保持している熱量）＝（Ｎｏ．１冷却帯による水冷で圧延材から奪い取られる熱量）＋（Ｎｏ．１冷却帯による水冷後、圧延材に残る熱量）である。
［ｂ］Ｎｏ．１冷却帯出側とＮｏ．２冷却帯入側間（復熱帯）での熱収支は、（Ｎｏ．１冷却帯による水冷後、圧延材に残る熱量）＝（復熱帯で空冷により圧延材から奪い取られる熱量）＋（空冷後、圧延材に残る熱量）である。
［ｃ］Ｎｏ．１冷却帯での水冷時の熱収支は、（空冷後、圧延材に残る熱量）＝（Ｎｏ．２冷却帯による水冷で圧延材から奪い取られる熱量）＋（Ｎｏ．２冷却帯による水冷後、圧延材に残る熱量）である。
［ｄ］Ｎｏ．２冷却帯出側と下流側圧延機列入側間（復熱帯）での熱収支は、（Ｎｏ．２冷却帯による水冷後、圧延材に残る熱量）＝（復熱帯で空冷により圧延材から奪い取られる熱量）＋（空冷後、圧延材に残る熱量）である。
【００３２】
Ｎｏ．１冷却帯、Ｎｏ．２冷却帯における熱伝達率（水⇔圧延材）を与えることで、前記［ｄ］に記載の「空冷後、圧延材に残る熱量」や、各冷却帯出側の時点で圧延材に残っている熱量が求まり、これから、水冷設備の各ポイントでの圧延材の表面温度と中心温度とが求まる。
【００３３】
そして、この時点では、冷却水量は求まっていない。このため、過去の操業実績データ（各冷却帯での使用冷却水量実績、Ｎｏ．１冷却帯入側の圧延材温度、及び下流側圧延機列入側の圧延材温度）をもとに、前記伝熱モデルを使用して、当該操業実績データにマッチする各冷却帯の熱伝達率を算出し、算出されたこれらの各熱伝達率とそのときの冷却水量との関係を示す相関式を、予め作成しておくようにしている。このようにして前記相関式を予め作成しておくことで、本発明の方法では、前述の手順で算出される熱伝達率から、各冷却帯の冷却水量を計算により求めるようにしている。
【００３４】
図１は本発明の一実施形態による方法が適用される線材の熱間圧延設備に備えられた水冷設備を示す図、図２〜図４は図１に示す水冷設備で実施される本発明の方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【００３５】
図１に示すように、上流側圧延機列（図示せず）と下流側圧延機列ＢＭとの間に、上流側から順に第１冷却帯１１、第２冷却帯１２及び第３冷却帯１３を有して、冷却帯と復熱帯との組み合わせが３つある水冷設備が設けられている。
【００３６】
本発明の圧延材水冷方法では各冷却帯１１〜１３の冷却水量を決定するに際し、まず、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度目標値Ｔｆｓを設定しておく。また、第１冷却帯１１出側の線材表面温度閾値Ｔｃ１ｓ、第２冷却帯１２出側の線材表面温度閾値Ｔｃ２ｓ、及び第３冷却帯１３出側の線材表面温度閾値Ｔｃ３ｓを設定しておく。線材表面温度閾値Ｔｃ１ｓ，Ｔｃ２ｓ，Ｔｃ３ｓは、ベイナイト変態開始温度の近傍であってベイナイト変態開始温度より１０〜５０℃高い温度の値である。なお、第１冷却帯１１入側の線材表面温度は、第１冷却帯１１入側に設けられた放射温度計からの測定値が与えられるようになっている。
【００３７】
次に、図２〜図４に示すフローチャートに従って、本発明の方法の一例を説明する。まず、ステップ１０１において、第１冷却帯１１の冷却水量をこれに供給可能な最大値Ｖｍａｘ、それ以降の冷却帯１２，１３の冷却水量をゼロに設定した場合の、第１冷却帯１１出側の線材表面温度算出値Ｔｃ１と、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度算出値Ｔｆとを算出する。次にステップ１０２で、前記線材表面温度算出値Ｔｃ１がその線材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより小さいか否か、又は、前記線材表面温度算出値Ｔｆがその線材表面温度目標値Ｔｆｓより小さいか否かを判定する。
【００３８】
このステップ１０２で判定がＹＥＳの場合、すなわち、本発明で規定する条件を満たしていない場合は、ステップ１０３に進み、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度算出値がその線材表面温度目標値Ｔｆｓに一致するように、第１冷却帯１１の冷却水量Ｖ１と、そのときの該冷却帯１１出側の線材表面温度算出値Ｔｃ１’を算出する。
【００３９】
次にステップ１０４で、前記線材表面温度算出値Ｔｃ１’がその線材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより大きいか否かを判定する。Ｔｃ１’≧Ｔｃ１ｓの場合（ステップ１０４でＹＥＳ）には、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖ１、第２冷却帯１２及び第３冷却帯１３の冷却水量：ゼロとして、冷却水量の設定を終了する（ステップ１０５）。
【００４０】
前記ステップ１０４で第１冷却帯１１出側の線材表面温度算出値Ｔｃ１’がその線材表面温度閾値Ｔｃ１ｓより小さい場合（ステップ１０４でＮＯ）には、ステップ１０６で、Ｔｃ１’＝Ｔｃ１ｓとなるように、第１冷却帯１１の冷却水量Ｖ１’を算出する。
【００４１】
次にステップ１０７で、第１冷却帯１１の冷却水量を前記Ｖ１’として、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度算出値がその線材表面温度目標値Ｔｆｓに一致するように、第２冷却帯１２の冷却水量Ｖ２と、そのときの該冷却帯１２出側の線材表面温度算出値Ｔｃ２を算出し、ステップ１０８に進む。
【００４２】
ステップ１０８で、前記線材表面温度算出値Ｔｃ２がその線材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより大きいか否かを判定する。Ｔｃ２≧Ｔｃ２ｓの場合（ステップ１０８でＹＥＳ）には、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖ１’、第２冷却帯１２の冷却水量：Ｖ２、第３冷却帯１３の冷却水量：ゼロとして、冷却水量の設定を終了する（ステップ１０９）。
【００４３】
前記ステップ１０８で第２冷却帯１２出側の線材表面温度算出値Ｔｃ２がその線材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより小さい場合（ステップ１０８でＮＯ）には、ステップ１１０で、Ｔｃ２＝Ｔｃ２ｓとなるように、第２冷却帯１１の冷却水量Ｖ２’を算出する。
【００４４】
次にステップ１１１で、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖ１’、第２冷却帯１２の冷却水量：Ｖ２’として、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度算出値がその線材表面温度目標値Ｔｆｓに一致するように、第３冷却帯１３の冷却水量Ｖ３と、そのときの該冷却帯１３出側の線材表面温度算出値Ｔｃ３を算出し、ステップ１１２に進む。
【００４５】
ステップ１１２で、前記線材表面温度算出値Ｔｃ３がその線材表面温度閾値Ｔｃ３ｓより大きいか否かを判定する。Ｔｃ３≧Ｔｃ３ｓの場合（ステップ１１２でＹＥＳ）には、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖ１’、第２冷却帯１２の冷却水量：Ｖ２’、第３冷却帯１３の冷却水量：Ｖ３として、冷却水量の設定を終了する（ステップ１１３）。
【００４６】
ここで、ステップ１１２で第３冷却帯１３出側の線材表面温度算出値Ｔｃ３がその線材表面温度閾値Ｔｃ３ｓより小さい場合（ステップ１１２でＮＯ）には、線速の設定を所定量遅くして、ステップ１０１に戻り、冷却水量の設定をやり直す。
【００４７】
一方、前記ステップ１０２で判定がＮＯの場合、すなわち、第１冷却帯１１出側の線材表面温度算出値Ｔｃ１≧線材表面温度閾値Ｔｃ１ｓの場合には、ステップ１１５に進み、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖｍａｘとして、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度算出値がその線材表面温度目標値Ｔｆｓに一致するように、第２冷却帯１２の冷却水量Ｖ２と、そのときの該冷却帯１２出側の線材表面温度算出値Ｔｃ２を算出する。
【００４８】
次にステップ１１６で、前記線材表面温度算出値Ｔｃ２がその線材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより大きいか否かを判定する。Ｔｃ２≧Ｔｃ２ｓの場合（ステップ１１６でＹＥＳ）には、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖｍａｘ、第２冷却帯１２の冷却水量：Ｖ２、第３冷却帯１３の冷却水量：ゼロとして、冷却水量の設定を終了する（ステップ１１７）。
【００４９】
前記ステップ１１６で第２冷却帯１２出側の線材表面温度算出値Ｔｃ２がその線材表面温度閾値Ｔｃ２ｓより小さい場合（ステップ１１６でＮＯ）には、ステップ１１８で、Ｔｃ２＝Ｔｃ２ｓとなるように、第２冷却帯１２の冷却水量Ｖ２’を算出する。
【００５０】
次にステップ１１９で、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖｍａｘ、第２冷却帯１２の冷却水量：Ｖ２’として、下流側圧延機列ＢＭ入側の線材表面温度算出値がその線材表面温度目標値Ｔｆｓに一致するように、第３冷却帯１３の冷却水量Ｖ３と、そのときの該冷却帯１３出側の線材表面温度算出値Ｔｃ３を算出し、ステップ１２０に進む。
【００５１】
ステップ１２０で、前記線材表面温度算出値Ｔｃ３がその線材表面温度閾値Ｔｃ３ｓより大きいか否かを判定する。Ｔｃ３≧Ｔｃ３ｓの場合（ステップ１２０でＹＥＳ）には、第１冷却帯１１の冷却水量：Ｖｍａｘ、第２冷却帯１２の冷却水量：Ｖ２’、第３冷却帯１３の冷却水量：Ｖ３として、冷却水量の設定を終了する（ステップ１２１）。
【００５２】
ここで、ステップ１２０で第３冷却帯１３出側の線材表面温度算出値Ｔｃ３がその線材表面温度閾値Ｔｃ３ｓより小さい場合（ステップ１２０でＮＯ）には、線速の設定を所定量遅くして、ステップ１０１に戻り、冷却水量の設定をやり直す。
【実施例】
【００５３】
実施例として、本発明の方法を評価するためのシミュレーション試験を行った。図５はシミュレーション試験での水冷設備を示す図である。
【００５４】
試験は熱間圧延設備における制御圧延での鋼線材の水冷を想定としてものであり、試験として、比較例としての試験１及び試験２、実施例としての試験３を行った。共通の条件は、鋼種：ＳＣＭ４３５相当品、線径：φ４０ｍｍ、線速：１１．０ｍ／ｓ、第１冷却帯入側の線材表面温度：１０２１℃、下流側圧延機列入側の線材表面温度目標値：８２７℃、である。また、第１〜第４の各冷却帯の線材表面温度閾値は、いずれも同一の、５６０℃（ベイナイト変態開始温度５５０℃＋１０℃で設定）とした。なお、前記の第１冷却帯入側の線材表面温度は、図５における位置Ａでの温度であり、下流側圧延機列入側の線材表面温度目標値は、図５における位置Ｂでの温度である。
【００５５】
試験結果を表１、図６〜図８に示す。図６は実施例としての試験３による線材の温度履歴の結果を示すグラフ、図７は比較例としての試験１による線材の温度履歴の結果を示すグラフ、図８は比較例としての試験２による線材の温度履歴の結果を示すグラフである。
【００５６】
【表１】
2010221270.tif 000003
【００５７】
試験１（比較例）では、本発明で規定する要件から外れて第２及び第４冷却帯による水冷を行っている。このため、試験２，３に比べて、冷却後の復熱時間が短く、図５における位置Ｂでの線材中心と線材表面との温度差ΔＴがΔＴ＝１９３℃と大きくなり、組織の微細均一化の点で劣るものであった。
【００５８】
試験２（比較例）では、第１冷却帯のみによる水冷を行っており、試験１，３に比べて、冷却後の復熱時間が長く、線材中心と線材表面との温度差ΔＴがΔＴ＝１７７℃と小さくなっている。しかしながら、本発明で規定する要件から外れて第１冷却帯出側での線材表面温度がその線材表面温度閾値を下回っており、水冷後の圧延で線材に割れなどの品質不良が発生するおそれがあるものとなっていた。
【００５９】
これに対して、試験３（実施例）では、第１冷却帯及び第２冷却帯による水冷を行っており、図６に示すように、第１冷却帯出側での線材表面温度がその線材表面温度閾値を下回ることなく、良好な線材の温度履歴の結果が得られている。これにより、水冷後の圧延で全面微細なフェライト組織の線材となり得る。線材中心と線材表面との前記温度差ΔＴがΔＴ＝１７９℃で、試験１に比べて１４℃改善されている。このように前記温度差ΔＴを小さくすることで、結晶粒径の改善が見込め、例えば、前記温度差ΔＴを３０℃改善することで、線材の結晶粒径が約１０％（約２μｍ）細かくなる。
【符号の説明】
【００６０】
１１…第１冷却帯
１２…第２冷却帯
１３…第３冷却帯
１４…第４冷却帯
ＢＭ…下流側圧延機列
【図１】
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【図２】
2010221270.tif 000005
【図３】
2010221270.tif 000006
【図４】
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【図５】
2010221270.tif 000008
【図６】
2010221270.tif 000009
【図７】
2010221270.tif 000010
【図８】
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