(57)【要約】【課題】脱水素により水素性欠陥の発生を防止するため、段積みした厚鋼板の端部を加熱する、端部加熱装置および厚鋼板の徐冷方法を提供する。【解決手段】厚鋼板端部を加熱する加熱機構、好ましくは熱風加熱装置と、該加熱機構を段積み山に対向する垂直平面内において移動可能とする移動機構と、前記加熱機構および前記移動機構を段積み山に対して進退可能とする走行機構とを備えている加熱装置。上記端部加熱装置を用いて熱間圧延後の厚鋼板を段積み徐冷する際、予め退避させておいた前記端部加熱装置の加熱機構を段積み徐冷されている厚鋼板の端部に近接させ、前記加熱機構を段積み山に対向する垂直平面内において移動させながら厚鋼板の端部を加熱する方法。【選択図】図２
2011094179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延後に段積み徐冷されている厚鋼板の端部を加熱する端部加熱装置であって、厚鋼板端部を加熱する加熱機構と、該加熱機構を段積み山に対向する垂直平面内において移動可能とする移動機構と、前記加熱機構および前記移動機構を段積み山に対して進退可能とする走行機構とを備えていることを特徴とする端部加熱装置。
【請求項２】
前記加熱機構として、熱風加熱装置を用いることを特徴とする請求項１記載の端部加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の端部加熱装置を用いて熱間圧延後の厚鋼板を段積み徐冷する厚鋼板の徐冷方法であって、予め退避させておいた前記端部加熱装置の加熱機構を段積み徐冷されている厚鋼板の端部に近接させ、前記加熱機構を段積み山に対向する垂直平面内において移動させながら厚鋼板の端部を加熱することを特徴とする厚鋼板の徐冷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延後に段積み徐冷されている厚鋼板の端部を加熱する、端部加熱装置および厚鋼板の徐冷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、厚鋼板は、連続鋳造されたスラブを熱片のまま加熱炉に挿入した後、熱間圧延を行いその後加速冷却し、必要に応じて熱処理をおこなうまでをオンライン設備で短時間に処理して製造されるケースが増えてきている。
【０００３】
オンラインプロセスはオフライン処理を含まないため省プロセスであり、環境負荷低減や生産効率化という観点で優れているが、鋳造段階から鋼板内に残存する水素を拡散・放出させるための十分な時間が確保出来ないため鋼板内に水素が残存しやすく、水素性欠陥が生じ易い。
【０００４】
水素性欠陥は高強度材ほど感受性が高く、内質欠陥や断面割れが生じ易い。水素性欠陥は、鋼中水素，中心偏析，剪断面残留応力等に起因する遅れ破壊の一種であり、板厚１／２部（中心部）の偏析部近傍や図９に示す剪断後断面を起点とした割れが生じる。ラインパイプ用厚鋼板などの品質要求が厳しい製品については、これら水素性欠陥の防止が必須となっている。
【０００５】
水素性欠陥の発生を防止する方法として、鋼板徐冷が有効なことが従来から知られている。鋼板徐冷は、圧延及び加速冷却を終えた鋼板を、切断前または切断後にパイリングクレーン等でラインから下ろし、徐冷ピットや空きヤードに山積みして保温する事で、鋼板中の水素の拡散・放出を促進する方法である。
【０００６】
図１１は段積み徐冷時の温度分布シミュレーション結果の一例であり、３００℃で徐冷を開始して３時間経過後の状態を、段積み山の断面の一部（１／４）について示したものである。上下面及び端部からの熱放散により、板厚方向及び板幅方向それぞれに温度偏差が生じているのがわかる。
【０００７】
鋼板上下面からの熱放散は、断熱材や保温用ダミー材などにより熱の移動を抑える事も可能であるが、端部は、厚鋼板寸法のばらつきにより端部位置が変化するため、四周に断熱壁を設けても、十分端部温度の低下を抑える事が出来ない。  
【０００８】
鋼板徐冷に関する先行技術として、例えば特許文献１には、特に鋼板端部において効率的な徐冷を行うための鋼板積重ね方法が開示され、特許文献２には、徐冷ボックス内に鋼板を積置きした後、減圧する事により徐冷効率の向上を図る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２０２３１２号公報
【特許文献２】特開２００１−３０３１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、近年、構造物の大型化に伴い使用量が増加している、高強度厚鋼板の場合、高強度材ほど水素の拡散係数が低く（櫛田、倉富、松本、「遅れ破壊解明の新展開」、（社）日本鉄鋼協会、１９９７年１月２７日、ｐ．６３）、鋼板中の水素の拡散係数も温度低下に伴い急激に減少するので（深井、田中、内田、「水素と金属」、内田老鶴圃、２００２年４月１０日、第２版、ｐ．１１３）、脱水素のための徐冷を高温から開始することが好ましい。
【００１１】
しかしながら、高強度厚鋼板はマルテンサイトなどの低温変態組織を得るために水冷停止温度を低く、低温（Ｍｓ点以下など）まで水冷することが必要であるところ、脱水素のための徐冷開始温度は該温度より高くする事が出来ないため、脱水素に有効な徐冷を行う温度範囲が狭くなる。
【００１２】
更に、鋼板寸法が不均一で、鋼板端部の温度低下が大きい場合などは、鋼板内の温度偏差も考慮して徐冷温度を更に狭い温度範囲で制御することが必要で、安定製造が損なわれることも想定される。
【００１３】
なお、順次製造される厚鋼板の寸法が不均一で下段から上段にかけて板幅が増大する段積みが出来ない場合は、特許文献１の端部保温効果を得る事は出来ない。また、特許文献２のように完全に密閉された徐冷場を設ける方法では、大量の鋼板を処理する事が出来ない。
【００１４】
そこで本発明は、段積みされる高強度厚鋼板の寸法が不揃いであっても、各鋼板の先尾端や幅方向両側の端部の温度低下を抑制し、必要な徐冷温度に保持することが可能な端部加熱装置および同装置を用いた厚鋼板の徐冷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．熱間圧延後に段積み徐冷されている厚鋼板の端部を加熱する端部加熱装置であって、厚鋼板端部を加熱する加熱機構と、該加熱機構を段積み山に対向する垂直平面内において移動可能とする移動機構と、前記加熱機構および前記移動機構を段積み山に対して進退可能とする走行機構とを備えていることを特徴とする端部加熱装置。
２．前記加熱機構として、熱風加熱装置を用いることを特徴とする１記載の端部加熱装置。
３．１または２記載の端部加熱装置を用いて熱間圧延後の厚鋼板を段積み徐冷する厚鋼板の徐冷方法であって、予め退避させておいた前記端部加熱装置の加熱機構を段積み徐冷されている厚鋼板の端部に近接させ、前記加熱機構を段積み山に対向する垂直平面内において移動させながら厚鋼板の端部を加熱することを特徴とする厚鋼板の徐冷方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱間圧延後に段積み徐冷される厚鋼板端部の温度低下を抑制することができるため、脱水素のために行う徐冷の適正温度範囲が狭い高強度厚鋼板を段積みした場合でも確実に脱水素のための徐冷効果を得る事が可能となり、品質管理上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る端部加熱装置を用いた厚鋼板の徐冷方法を説明する模式図。
【図２】加熱トーチを鋼板端部に近接させた状態とし、更に往復移動させる場合を示す模式図。
【図３】段積み時の端部放冷挙動を説明する模式図。
【図４】加熱トーチから噴出した熱風が鋼板端部で位置ずれした部分を加熱する状況を模式的に示す図。
【図５】本発明の一実施形態に係る端部加熱装置の構成と動作を説明する概略模式図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る端部加熱装置の構成を説明する概略外観図。
【図７】厚鋼板の段積み状態と加熱トーチ２の移動方向を示す図（実施例）。
【図８】端部の徐冷状態（端部温度と徐冷時間の関係）を示す図（実施例）。
【図９】剪断後断面を起点とした割れを説明する図。
【図１０】先尾端部、両側端部それぞれについて端部の熱放散が生じている状態を示す模式図。
【図１１】段積み徐冷時の温度分布シミュレーション結果（１／４断面，徐冷開始３００℃−３ｈ）の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、段積み徐冷時の厚鋼板端部の温度が低下するのを抑制し、水素性欠陥の発生を防止するように加熱することが可能な端部加熱装置で、加熱範囲が広い加熱機構と当該加熱装置の移動機構を備え、段積み山に対して進退可能とする走行機構を備えていることを特徴とする。以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図５は、本発明の一実施形態に係る端部加熱装置の構成と動作を説明する概略模式図で、図において１は端部加熱装置、２、２ａは加熱トーチ、３は架体、４，４ａは加熱トーチ２、２ａの加熱トーチ取り付け基台、５、５ａは加熱トーチ取り付け基台４、４ａをＺ方向に移動させるＺ軸方向移動機構、６、６ａはＺ軸方向移動機構５、５ａをＹ軸方向に移動させるための溝状軌道部、７はＹ軸移動機構の一部を成す走行車輪（Ｚ軸方向移動機構５aを取り付けたＹ軸移動機構の一部を成す走行車輪は図示省略）、８、８ａは、架体３をＸ軸方向に走行させるための走行機構、９、９ａはＸ軸方向走行機構８、８ａをＸ軸方向に走行させるための溝状軌道部、１０、１０ａは加熱トーチ２、２ａに熱風など加熱エネルギー（矢印ｄ）を送るエネルギー供給配管を示す。図５を用いた説明において、Ｘ軸方向は加熱しようとする厚鋼板端面と直交する方向、Ｙ軸方向は、厚鋼板端面と平行する水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向とする。  端部加熱装置１は、厚鋼板の端部を加熱する加熱機構と該加熱機構を加熱しようとする段積み山に対向する垂直平面内（ＹＺ平面内）で移動可能とする移動機構を備えた架体３と当該架体３を段積み山に対して進退可能（Ｘ軸方向に移動可能）とする走行機構とを備えている。
【００２０】
端部加熱装置１の加熱機構は、２台の加熱トーチ２、２ａと加熱トーチ２、２ａに熱エネルギーを供給するエネルギー供給装置（図示しない）とエネルギー供給配管１０，１０ａを備える。本発明では加熱方法は特に規定しない。加熱トーチ２から遠赤外線を放射したり、熱風をエネルギー供給配管１０，１０ａから加熱トーチ２に供給し、噴出させることにより、厚鋼板の端部を加熱する。
【００２１】
図３は、段積み時の端部放冷挙動を説明する模式図で、段積み時に鋼板端部に位置ずれがある場合を示し、突出部については端面に加えて上下面からも放冷されるため特に温度低下が起こり易い。このような場合は、加熱トーチ２，２ａから熱風を噴出させて加熱することが望ましい。
【００２２】
図４は加熱トーチ２、２ａから噴出した熱風が鋼板端部で位置ずれした部分を加熱する状況を模式的に示す図で、直接熱風を受ける端面に加えて、突出部に熱風が当たると拡散効果により上下面も同時に加熱される。また、鋼板端部位置のずれが大きいほど熱風の当たる領域が増えて加熱効果が大きくなり、放冷による突出部の温度低下抑制に特に有効に作用する。  
【００２３】
加熱トーチ２、２ａを加熱しようとする段積み山に対向する垂直平面内（ＹＺ平面内）で移動可能とする移動機構は、加熱トーチ２，２ａを取り付けた基台４、４ａをＺ軸方向に移動させるＺ軸方向移動機構５、５ａと、Ｚ軸方向移動機構５、５ａをＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動機構で構成する。
【００２４】
Ｙ軸方向移動機構は架体３の面内でＹ軸と平行に設けた溝状軌道部６、６ａとその軌道上を移動する自走式走行台車で構成され、当該自走式走行台車にはＺ軸方向移動機構５、５ａを加熱トーチ２、２ａがＺ軸方向に移動可能なようにとりつけられている。図は走行台車の一部の車輪７を示している。
【００２５】
Ｚ軸方向移動機構５、５ａは加熱トーチ取り付け基台４、４ａを直動させる直動アクチュエータとする。特にその構造は規定しないが、例えば、その一端に取り付けた、モータと減速機からなる駆動機構で回転するボールネジに、加熱トーチ取り付け基台４、４ａをスライダーとして嵌合させて構成する。Ｚ軸方向移動機構に準じてＹ軸方向移動機構を構成しても良い。
【００２６】
架体３を段積み山に対して進退可能（Ｘ軸方向に移動可能）とする走行機構２は、徐冷しようとする厚鋼板を載置する工場床または敷板に設けた溝状軌道部（ピット）９、９ａと走行機構８、８ａで構成する。走行機構８、８ａは自走式走行台車、または溝状軌道部（ピット）９、９ａの全長のうち、必要とされる走行長さをＺ軸方向移動機構に準じて構成しても良い。
【００２７】
端部加熱装置１における加熱トーチの加熱能力や、ＸＹＺの各軸方向への移動能力（移動距離、移動速度および配置）は、予想される製品寸法の厚鋼板に対して目標とする徐冷効果が得られるように適宜決定する。また、ＸＹＺの各軸移動機構は、操作員または自動制御によりその動きが制御可能なように構成する。既存の駆動方式や市販のアクチュエータを利用して構成することが可能である。
【００２８】
図２は加熱トーチ２を鋼板端部に近接させた状態とし、更に往復移動させる場合を示す。厚鋼板は４０００ｍｍを超える程度の板幅を有する事が多く、加熱トーチを静止させて均一加熱を行う場合には非常に多数の加熱装置を設ける必要がある。少ない加熱装置で端部を均一に加熱するため、本発明に係る端部加熱装置を用いて加熱トーチを垂直方向ないし水平方向の少なくとも１方向に往復移動させながら加熱を行うことが有効である。
【００２９】
また、このような往復移動させる機能を有する加熱装置を用いると、例えば、先尾端および側端からの放熱により温度低下の大きいコーナー部を重点的に加熱する、というように、加熱強度を局所的に変化させるような制御も可能となる。
【００３０】
図１に、本発明に係る端部加熱装置１を用いた厚鋼板の徐冷方法を説明する模式図を示す。厚鋼板徐冷のための段積みは、通常、パイリングクレーン等の搬送装置を用いて行われるため、段積み時の作業スペース確保のため、予め端部加熱装置１を退避しておく（図中、点線）。
【００３１】
そして、所定の高さまで段積みが終了した時点で端部加熱装置１を近接させ、端部加熱を行う（図中、実線）。近接時の加熱装置の位置制御は、非接触式ないし接触式のセンサー等を用いて鋼板端部位置に対して最適な位置まで移動するような制御を用いる。
【００３２】
なお、図は、端部加熱装置１を先尾端部に配置した場合を示すが、通常の段積み徐冷では、図１０に模式的に示すように先尾端部、両側端部それぞれについて端部の熱放散が生じるので、四周面全てにおいて温度均一性が求められる場合は、本発明に係る端部加熱装置を、先尾端部、両側端部それぞれに設ける。また、一部分（例えば先尾端）のみ温度均一性が求められる場合には、必要部分に対してのみ配置する。
【００３３】
図６は本発明の他の実施形態に係る端部加熱装置の構成を説明する概略外観図で、端部加熱装置１は、架体３内にスライダーの移動が直交するように２台の、駆動機構１１で回転するボールネジ１２とスライダーからなる直動アクチュエータを配置する。
【００３４】
一方の直動アクチュエータのスライダー（図においてｘ軸方向のボールネジ１２に螺合した枠体）に、他の直動アクチュエータを取り付け、前記直動アクチュエータのＺ軸方向に移動するスライダーを加熱トーチ取り付け基台４とする。加熱トーチ取り付け基台４は回転機構１３を有し、加熱トーチ２をＺ軸まわりに回転させる。架体３はその下部に取り付けた回転自在台車１４、１４ａで、段付け山に対して進退可能とする。
【００３５】
図６に示す実施形態によれば、先尾端部、両側端部を問わず、加熱が必要な位置に端部加熱装置を移動させて、厚鋼板端部を加熱することができる。
【００３６】
本発明によれば、徐冷時の厚鋼板端部に対して、端部に近接させた状態で加熱を行う事により、端部温度低下を抑制することが可能である。
【００３７】
加熱装置の出力を大きくすれば、端部の温度低下抑制のみでなく、厚鋼板全体の温度が均一になるように積極的に徐冷温度を制御する事も可能となる。
【実施例１】
【００３８】
圧延及び加速冷却終了後の段積み徐冷の開始状態を模擬するため、２０×３００×４００ｍｍの厚鋼板１２枚を、それぞれ５０ｍｍずつ位置をずらした状態で段積みし、段積み状態のまま加熱炉にて徐冷開始温度２００℃まで昇温した。
【００３９】
次に、２００℃昇温後の段積みサンプルを加熱炉から取り出し、最上段から３枚目の鋼板端部位置に対して、幅方向に往復移動させながら５００℃の熱風にて加熱を行った。図７に厚鋼板の段積み状態と加熱トーチ２の移動方向を示す。
【００４０】
図８に端部の徐冷状態（端部温度と徐冷時間の関係）を示す。段積み鋼板の最上段から３枚目及び２枚目の端部温度を端部加熱有り、端部加熱無しで整理した結果を示す。加熱有りの場合、幅方向往復移動の影響で上下に細かい温度変動が見られる。図より、端部加熱無しの場合、短時間で温度低下しているのに対し、端部加熱有りの場合は温度低下速度が抑制されており、端部保温効果が高くなっている事が分かる。
【実施例２】
【００４１】
実際の厚鋼板を圧延，加速冷却，剪断を行った後に段積み徐冷した。まず、本発明例として、２５０℃で剪断を行った後、鋼板を段積みし、本発明の加熱装置を移動させながら、鋼板端部に熱風を４ｈ吹きつけた。このとき、加熱終了時点での鋼板端部の温度は１７０℃であった。その結果、剪断面に水素割れは発生しなかった。
【００４２】
一方、同じく２５０℃で剪断を行った後、鋼板を段積みし、加熱せずにそのまま徐冷した比較例では、剪断面に水素割れが発生した。
【符号の説明】
【００４３】
１          端部加熱装置
２，２ａ    加熱トーチ
３          架体
４、４ａ    加熱トーチ取り付け基台
５、５ａ    Ｚ軸方向移動機構
６、６ａ    溝状軌道部
７          走行車輪
８、８ａ    走行機構
９、９ａ    溝状軌道部
１０、１０ａエネルギー供給配管  
１１        駆動機構
１２        ボールねじ
１３        回転機構
１４        回転自在台車
【図１】
2011094179.tif 000003
【図２】
2011094179.tif 000004
【図３】
2011094179.tif 000005
【図４】
2011094179.tif 000006
【図５】
2011094179.tif 000007
【図６】
2011094179.tif 000008
【図７】
2011094179.tif 000009
【図８】
2011094179.tif 000010
【図９】
2011094179.tif 000011
【図１０】
2011094179.tif 000012
【図１１】
2011094179.tif 000013