(57)【要約】  材質ばらつきの少ない高品質の厚鋼板を確保することができる厚鋼板の製造方法を提供することを目的とする。  熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、１回目のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に２回目のデスケーリング水を噴射させ、かつ、２回目のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
2016031169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、１回目のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に２回目のデスケーリング水を噴射させ、かつ、２回目のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【請求項２】
熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回以上行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回以上の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、最終の直前のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に最終のデスケーリング水を噴射させ、かつ、最終のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の厚鋼板の製造方法において、冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング工程終了後から前記加速冷却工程の開始までの時間ｔ［ｓ］は、ｔ≦５×１０−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしていることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延によって厚鋼板を製造するプロセスでは、制御冷却の適用が拡大している。例えば、図１に示すように、加熱炉１で厚鋼板（図示しない。）を再加熱した後、デスケーリング装置２において厚鋼板がデスケーリングされる。そして、厚鋼板は圧延機３によって圧延されてから、形状矯正装置４によって矯正された後、加速冷却装置５において水冷または空冷による制御冷却が行われる。なお、図中の矢印は厚鋼板の進行方向である。【０００３】
厚鋼板を加速冷却装置で水冷する場合、図２のように厚鋼板表面のスケールが厚くなるほど冷却速度が大きくなるため、冷却時間が短くなることが知られている。しかしながら、スケール厚みにばらつきがあると冷却速度が不均一になるため、強度や硬度などの材質がばらつくという問題がある。【０００４】
また、スケール厚が不均一である場合、上述したように冷却速度が不均一になる。このような場合、厚鋼板幅方向における加速冷却停止時の厚鋼板表面温度（以下、「冷却停止温度」と称する。）の分布は、例えば図３のようにばらつくことが知られている。このように厚鋼板の冷却停止温度がばらつくため、均一な材質を得られないという問題がある。具体例を示すと、厚鋼板幅方向にスケール厚が４０μｍと２０μｍの箇所が混在する場合、板厚２５ｍｍの厚鋼板を８００℃から目標温度５００℃まで冷却する時の冷却停止温度は、４０μｍの箇所で４６０℃、２０μｍの箇所で５００℃となる。４０μｍの箇所では、冷却停止温度が目標温度から４０℃下回ってしまい、その結果、均一な材質を得ることができない。【０００５】
そこで、特許文献１には、スケール厚みを制御して冷却速度の均一化を行い、冷却停止温度の均一化を達成する方法が開示されている。特許文献１では、圧延中に圧延機の前後に備えられたデスケーリング装置を用いて、厚鋼板の尾端が先端に比べて冷却停止温度が低くなる場合に、尾端側のデスケーリングの噴射水量を先端側の噴射水量より多くなるように制御する。こうして厚鋼板の長手方向でスケール除去率、残存厚を制御することにより、制御冷却時の鋼板表面の熱伝達係数を変化させて、厚鋼板の長手方向の冷却停止温度の均一化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３０１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術では、冷却水量や搬送速度を調整することで冷却停止温度の均一化を図ってきた。しかし、この方法では、スケール厚のばらつきによって冷却速度がばらつくため、冷却速度の均一化のみならず、冷却停止温度の均一化も難しい。【０００８】
また、特許文献１の方法では、オンラインでスケール除去率や残存厚を制御できなければ熱伝達係数も制御できないため、高精度の冷却速度の均一化を実現することができない。また、スケール除去率を変化させる場合、スケール残存箇所と剥離箇所で冷却停止温度が異なるため、材質にばらつきが出る。【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、材質ばらつきの少ない高品質の厚鋼板を確保することができる厚鋼板の製造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】
【００１０】
本発明は、前記の従来の問題点を解決するためになされたものであって、その要旨は下記のとおりである。
［１］熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、１回目のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に２回目のデスケーリング水を噴射させ、かつ、２回目のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度がＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
［２］熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回以上行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回以上の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、最終の直前のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に最終のデスケーリング水を噴射させ、かつ、最終のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
［３］［１］または［２］に記載の厚鋼板の製造方法において、冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング工程終了後から前記加速冷却工程の開始までの時間ｔ［ｓ］は、ｔ≦５×１０−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしていることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却速度および冷却停止温度の均一化を図ることができる。その結果、材質ばらつきの少ない高品質の厚鋼板の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、従来の厚鋼板の製造設備を示す概略図である。
【図２】図２は、加速冷却時における、スケール厚みと、冷却時間と、厚鋼板表面温度との関係を示す図である。
【図３】図３は、加速冷却後の、厚鋼板の幅方向位置と冷却停止温度との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態である厚鋼板の製造設備を示す概略図である。
【図５】図５は、デスケーリング装置の噴射ノズルの配置関係を示す模式図であり、（ａ）は噴射ノズルの位置関係を表す模式図、（ｂ）はスプレーパターンを示す模式図である。
【図６】図６は、デスケーリング水のエネルギー密度と、スケール剥離率との関係を示す図である。
【図７】図７は、デスケーリング工程の各回における、厚鋼板の温度履歴を示す図である。
【図８】図８は、１回目のデスケーリングから２回目のデスケーリングを行うまでの厚鋼板の変態図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係る加速冷却装置の側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係る他の加速冷却装置の側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態に係る隔壁のノズル配置例を説明する図である。
【図１２】図１２は、隔壁上の冷却排水の流れを説明する図である。
【図１３】図１３は、隔壁上の冷却排水の他の流れを説明する図である。
【図１４】図１４は、従来例の厚鋼板幅方向温度分布を説明する図である。
【図１５】図１５は、加速冷却装置における冷却水の流れを説明する図である。
【図１６】図１６は、加速冷却装置における隔壁上の冷却排水との非干渉を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して本発明を説明する。
【００１４】
図４は、本発明の一実施形態である、厚鋼板の製造設備を示す概略図である。図４において、矢印は厚鋼板の搬送方向である。厚鋼板の搬送方向上流側から、加熱炉１、デスケーリング装置２、圧延機３、形状矯正装置４、デスケーリング装置６、デスケーリング装置７、加速冷却装置５の順に配置されている。図４において、加熱炉１で厚鋼板（図示しない。）を再加熱した後、デスケーリング装置２において一次スケール除去のために厚鋼板がデスケーリングされる。そして、厚鋼板は圧延機３によって熱間圧延され、形状矯正装置４によって矯正された後、デスケーリング装置６およびデスケーリング装置７においてスケールを完全除去するデスケーリングが行われる。そして、加速冷却装置５において水冷または空冷による制御冷却が行われる。
【００１５】
本発明では、形状矯正装置４と加速冷却装置５との間に、２つのデスケーリング装置、すなわち、デスケーリング装置６およびデスケーリング装置７が配置される。図４で示されたデスケーリング装置は２列のみである。なお、３列以上で構成されていても良い。図４に示すようにデスケーリング装置が２列の場合は、デスケーリング装置６およびデスケーリング装置７から厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を、２列の噴射ノズルの合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、デスケーリング装置６からのデスケーリング水噴射後、０．５ｓ以上後にデスケーリング装置７からデスケーリング水を噴射させ、デスケーリング装置７からのデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度がＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする。デスケーリング装置が３列以上の場合は、構成されるすべてのデスケーリング装置の列の噴射ノズルの合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、最終の直前のデスケーリング装置からのデスケーリング水噴射後、０．５ｓ以上後に最終のデスケーリング水を噴射させ、最終のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にする。このようにすることにより、スケールを完全に除去して均一冷却を実現できる。
【００１６】
本発明では、たとえば、図５（ａ）のように、厚鋼板の長手方向に対してデスケーリング装置６のデスケヘッダー６−１、および、デスケーリング装置７のデスケヘッダー７−１が２列配置される。デスケヘッダーに複数設けられている噴射ノズル６−２、７−２からデスケーリング水が厚鋼板１に対して噴射され、図６（ｂ）のようなスプレーパターン２２となっている。なお、２列目のデスケーリング装置７のデスケーリング水の跳ね水が、１列目のデスケーリング装置６のデスケーリング水に干渉することを防ぐため、噴射ノズル６−２、７−２の配置関係としては、厚鋼板の長手方向、すなわち、鋼板の搬送方向において５００ｍｍ以上離すことが望ましい。また、幅方向の噴射パターンは、噴射ノズル６−２と噴射ノズル７−２とで幅方向にずらした千鳥配置にすることが好ましい。図５（ａ）に示されたデスケーリング装置の列は２列である。なお、３列以上でも同様の効果が得られる。デスケーリング装置が３列以上の場合においてもデスケーリング装置が２列の場合と同様に、各ノズル列を長手方向に５００ｍｍ以上離し、千鳥配置とすることが好ましい。ここで、３列を超える場合は上述の効果が飽和するので、上限は３列が好ましい。
【００１７】
デスケーリング時、スケール表面がデスケーリング水により冷却されることによりスケールには熱応力が生じるとともに、デスケーリング水による衝突力が作用する。その結果、スケールが剥離または破壊されることで除去される。本発明者らが鋭意検討したところ、熱間の形状矯正工程と加速冷却工程との間で、デスケーリングを２回以上行うことにより、デスケーリング時に発生する熱応力の効果を２回以上得ることができる。エネルギー密度とスケール剥離率（スケールが剥離した面積と鋼板面積の割合）の関係は、具体的には図６の「変態なし」のようになる。
【００１８】
さらに、図６の「変態あり」に示すように、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、デスケーリング装置６から厚鋼板表面にデスケーリング水を噴射後、０．５ｓ以上後にデスケーリング装置７から厚鋼板表面にデスケーリング水を噴射させ、かつ、デスケーリング装置からのデスケーリング水噴射開始時の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下とすることで、より効率よくスケールを除去することができる。デスケーリング水噴射開始時の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下とすることにより、より効率よくスケールを除去することができるという効果は、デスケーリング水の噴射回数が３回以上の場合についても確認された。ここで、２回のデスケーリングの合計のエネルギー密度は、後述の式により計算される各回のデスケーリングのエネルギー密度を合計することにより算出することができる。また、Ａｒ３変態点は、下記式（＊）により算出することができる。
Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ…（＊）
ただし、元素記号は各元素の鋼中含有量（ｍａｓｓ％）を示し、含有されない場合は０とする。
【００１９】
本発明者らが調査したところ、厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回以上の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、かつ、最終のデスケーリング水噴射直前の厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下に下げることによって、厚鋼板表面を変態させることができ、地鉄の変態によりスケールと地鉄の界面にずれが生じてスケール密着力が低下し、デスケーリングによるスケール除去が容易となり、より小さなエネルギー密度のデスケーリング水によってスケール剥離が可能となる。
【００２０】
デスケーリング装置６、７のデスケーリング水噴射時の温度履歴は図７のようになっている。地鉄最表層部は過冷却されて変態が促進されるため、Ａｒ３変態点以下の保持時間が１ｓ以下の非常に短い時間であっても、地鉄最表層の数十μｍのみフェライト変態が起こる。また、１回目のデスケーリングと２回目のデスケーリングのデスケーリング水噴射の時間を様々に変えて地鉄最表層部のフェライト変態有無を本発明者らが調査したところ、図８のようになることがわかった。２回目のデスケーリングにおけるデスケーリング水噴射開始時の鋼板表面温度がＡｒ３変態点以下であり、かつ１回目のデスケーリングから２回目のデスケーリングが行われるまでの時間が０．５ｓ以上であれば、地鉄最表層でフェライト変態が起こる。変態は地鉄最表層部の数十μｍのみ発生するので、強度など材質にほとんど影響を与えることなく、デスケーリングによるスケールの剥離が容易となる。
【００２１】
したがって、１回目のデスケーリング水噴射後、２回目のデスケーリング水噴射までの時間が０．５ｓ以上とし、２回目のデスケーリングにおけるデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度がＡｒ３変態点以下であれば、２回目のデスケーリングにおけるスケール剥離効果が向上し、スケール剥離に必要なデスケーリング時のデスケーリング水のエネルギーが小さくなる。
【００２２】
デスケーリング水の噴射回数が３回以上の場合も同様に、最終の直前のデスケーリング水噴射後、最終のデスケーリング水噴射までの時間が０．５ｓ以上とし、最終のデスケーリング水噴射直前の鋼板表面温度がＡｒ３変態点以下であれば、最終のデスケーリングにおけるスケール剥離効果が向上し、スケール剥離に必要なデスケーリング時のデスケーリング水のエネルギーが小さくなる。
【００２３】
また、本発明者らは、デスケーリング装置６による１回目のデスケーリングのエネルギー密度、デスケーリング装置７による２回目のデスケーリングのエネルギー密度についても検討した。上述のように、１回目のデスケーリングによって２回目のデスケーリング水が噴射される前に地鉄表層がフェライト変態する場合、２回目のデスケーリングによるスケール剥離効果が向上する。そのため、１回目は地鉄表層が変態するために必要なエネルギーを投入し、２回目でより大きなエネルギー密度でデスケーリングすることでより効率的にスケールを剥離できる。具体的には、１回目のデスケーリングのエネルギー密度を０．０２Ｊ／ｍｍ2以上とすることが好ましい。これより小さいと、１回目のデスケーリング水の冷却によって地鉄表層を変態させるためには、デスケーリング開始前にあらかじめ鋼板温度を下げるなど、デスケーリング前で鋼板を冷却する必要が生じる。なお、デスケーリング能力としてデスケーリング水のエネルギー密度の上限は無い。しかしながら、２回の合計で０．７Ｊ／ｍｍ2以上になると、ポンプの吐出圧力などが膨大となるため、０．７Ｊ／ｍｍ2以下であることが好ましい。
【００２４】
２回目のデスケーリング時の鋼板表面温度がＡｒ３変態点より大きい、または１回目のデスケーリングから２回目のデスケーリングを行うまでの時間が０．５ｓより小さい場合は、２回目のデスケーリング前にフェライト変態が発生せず、変態によるスケール剥離性向上が期待できない。
【００２５】
この関係から、デスケーリングを２回以上行うこととし、その合計のエネルギー密度が０．０７Ｊ／ｍｍ２以上の場合でも、２回目のデスケーリング水噴射までに変態が発生していなければ、鋼板の一部にスケールが残存し、冷却停止温度がばらついて材質が不均一となる。
【００２６】
デスケーリング回数が３回以上の場合も、デスケーリング回数が２回の場合と同様に、最終直前のデスケーリングのエネルギー密度を０．０２Ｊ／ｍｍ2以上とすることが好ましく、また、全デスケーリング回数の合計のデスケーリング水のエネルギー密度の合計が０．７Ｊ／ｍｍ2以下であることが好ましい。
【００２７】
ここで、厚鋼板に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）とは、デスケーリングによってスケールを除去する能力の指標であり、次の（１）式のように定義される。
Ｅ＝Ｑρｖ２ｔ÷（２ｄＷ）…（１）
ただし、Ｑ：デスケーリング水の噴射流量［ｍ３／ｓ］、ｄ：フラットノズルのスプレー噴射厚み［ｍｍ］、Ｗ：フラットノズルのスプレー噴射幅［ｍｍ］、流体密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、厚鋼板衝突時の流体速度ｖ［ｍ／ｓ］、衝突時間ｔ［ｓ］（ｔ＝ｄ／１０００Ｖ、搬送速度Ｖ［ｍ／ｓ］）である。
【００２８】
しかしながら、厚鋼板衝突時の流体速度ｖの測定は必ずしも容易ではないため、（１）式で定義されるエネルギー密度Ｅを厳密に求めようとすると、多大な労力を要する。
【００２９】
そこで、本発明者らは、さらに検討を加えた結果、厚鋼板に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）の簡便な定義として、水量密度×噴射圧力×衝突時間を採用すればよいことを見出した。ここで、水量密度（ｍ３／（ｍｍ２・ｍｉｎ））は、「デスケーリング水の噴射流量÷デスケーリング水衝突面積」で計算される値である。噴射圧力（Ｎ／ｍ２＝Ｐａ）は、デスケーリング水の吐出圧力で定義される。衝突時間（ｓ）は、「デスケーリング水の衝突厚み÷厚鋼板の搬送速度」で計算される値である。なお、この簡便な定義で算出される本発明の高圧水のエネルギー密度とスケール剥離率との関係も、図６と同様である。
【００３０】
ところで、加速冷却装置５による厚鋼板の冷却時の安定性に影響を及ぼす、厚鋼板の表面のスケールについて、厚鋼板のスケールの成長は一般的に拡散律速で整理できるとされ、次の（２）式で表されることが知られている。
ξ２＝ａ×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）×ｔ…（２）
ただし、ξ：スケール厚み、ａ：定数、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：定数、Ｔ：冷却前の厚鋼板温度［Ｋ］、ｔ：時間である。
【００３１】
そこで、デスケーリング装置６、７によるスケール除去後のスケール成長を考慮し、種々の温度、時間でスケール成長のシミュレーション実験を行い、上記（２）式の定数を実験的に導出し、さらに、スケール厚みと冷却安定性について鋭意検討した。その結果、スケール厚みが１５μｍ以下で冷却が安定し、スケール厚みが１０μｍ以下でより安定し、スケール厚みが５μｍ以下で非常に安定するという知見を得た。
【００３２】
スケール厚みが１５μｍ以下の場合、上記（２）式に基づき、下記式（３）を導出することができる。すなわち、デスケーリング装置６、７による厚鋼板のスケール除去終了後から、加速冷却装置５で厚鋼板の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］が、次の（３）式を満たす場合に、加速冷却装置５による冷却が安定する。
ｔ≦５×１０−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）…（３）
ただし、Ｔ：冷却前の厚鋼板温度［Ｋ］である。
【００３３】
また、スケール厚みが１０μｍ以下の場合、上記（２）式に基づき、下記式（４）を導出することができる。すなわち、デスケーリング装置６、７による厚鋼板のスケールの除去終了後から、加速冷却装置５で厚鋼板の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］が、次の（４）式を満たす場合に、加速冷却装置５による冷却がより安定する。
ｔ≦２．２×１０−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）…（４）
さらに、スケール厚みが５μｍ以下の場合、上記（２）式に基づき、下記式（５）を導出することができる。すなわち、デスケーリング装置６、７による厚鋼板のスケール除去終了後から、加速冷却装置５で厚鋼板の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］が、次の（５）式を満たす場合に、加速冷却装置５による冷却が非常に安定する。
ｔ≦５．６×１０−１０×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）…（５）
本発明の加速冷却装置５について説明する。図９に示すように、本発明の加速冷却装置５の上面冷却設備は、厚鋼板１０の上面に冷却水を供給する上ヘッダ１１と、該上ヘッダ１１から懸垂した棒状冷却水を噴射する冷却水噴射ノズル１３と、厚鋼板１０と上ヘッダ１１との間に設置される隔壁１５とを備える。隔壁１５には、冷却水噴射ノズル１３の下端部を内挿する給水口１６と、厚鋼板１０の上面に供給された冷却水を隔壁１５上へ排水する排水口１７とが、多数設けられていることが好ましい。
【００３４】
具体的には、上面冷却設備は、厚鋼板１０の上面に冷却水を供給する上ヘッダ１１と、該上ヘッダ１１から懸垂した冷却水噴射ノズル１３と、上ヘッダ１１と厚鋼板１０との間に厚鋼板幅方向に亘り水平に設置され多数の貫通孔（給水口１６と排水口１７）を有する隔壁１５とを備えている。そして、冷却水噴射ノズル１３は棒状の冷却水を噴射する円管ノズルからなり、その先端が前記隔壁１５に設けられた貫通孔（給水口１６）に内挿されて隔壁１５の下端部より上方になるように設置されている。なお、冷却水噴射ノズル１３は、上ヘッダ１１内の底部の異物を吸い込んで詰まるのを防止するため、その上端が上ヘッダ１１の内部に突出するように、上ヘッダ１１内に貫入させることが好ましい。
【００３５】
ここで、本発明における棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口からある程度加圧された状態で噴射される冷却水であって、ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が６ｍ／ｓ以上、好ましくは８ｍ／ｓ以上であり、ノズル噴出口から噴射された水流の断面がほぼ円形に保たれた連続性と直進性のある水流の冷却水のことをいう。すなわち、円管ラミナーノズルからの自由落下流や、スプレーのような液滴状態で噴射されるものとは異なる。
【００３６】
冷却水噴射ノズル１３の先端が貫通孔に内挿されて隔壁１５の下端部より上方になるように設置されているのは、仮に先端が上方に反った厚鋼板が進入してきた場合でも隔壁１５によって冷却水噴射ノズル１３が損傷するのを防止するためである。それによって冷却水噴射ノズル１３が良好な状態で長期間に亘って冷却を行うことができるので、設備補修等を行うことなく、厚鋼板の温度ムラの発生を防止することができる。
【００３７】
また、円管ノズル１３の先端が貫通孔に内挿されているので、図１６に示すように、隔壁１５の上面を流れる点線矢印の排出水の幅方向流れと干渉することがない。したがって、冷却水噴射ノズル１３から噴射された冷却水は、幅方向位置によらず等しく厚鋼板上面へ達することができ、幅方向に均一な冷却を行うことができる。
【００３８】
隔壁１５の一例を示すと、図１１に示すように隔壁１５には直径１０ｍｍの貫通孔が厚鋼板幅方向に８０ｍｍ、搬送方向に８０ｍｍのピッチで碁盤の目状に多数開けられている。そして、給水口１６には外径８ｍｍ、内径３ｍｍ、長さ１４０ｍｍの冷却水噴射ノズル１３が挿入されている。冷却水噴射ノズル１３は千鳥格子状に配列され、冷却水噴射ノズル１３が通っていない貫通孔は冷却水の排水口１７となっている。このように、本発明の加速冷却装置の隔壁１５に設けられた多数の貫通孔は、ほぼ同数の給水口１６と排水口１７とから成り立っており、それぞれに役割、機能を分担している。
【００３９】
このとき、排水口１７の総断面積は、冷却水噴射ノズル１３の円管ノズル１３の内径の総断面積よりも十分広く、円管ノズル１３の内径の総断面積の１１倍程度が確保されており、図９に示すように厚鋼板上面に供給された冷却水は、厚鋼板表面と隔壁１５との間に充満し、排水口１７を通して、隔壁１５の上方に導かれ、速やかに排出される。図１２は隔壁上の厚鋼板幅方向端部付近の冷却排水の流れを説明する正面図である。排水口１７の排水方向が冷却水噴射方向と逆の上向きになっており、隔壁１５の上方へ抜けた冷却排水は、厚鋼板幅方向外側へ向きを変え、上ヘッダ１１と隔壁１５との間の排水流路を流れて排水される。
【００４０】
一方、図１３に示す例は、排水口１７を厚鋼板幅方向に傾斜させて排水方向が厚鋼板幅方向外側に向くように幅方向外側へ向けた斜め方向としたものである。このようにすることで、隔壁１５上の排出水１９の厚鋼板幅方向流れが円滑になり、排水が促進されるので好ましい。
【００４１】
ここで、図１４に示すように排水口と給水口が同一の貫通孔に設置されていると、冷却水は、厚鋼板に衝突した後、隔壁１５の上方に抜けにくくなって、厚鋼板１０と隔壁１５の間を厚鋼板幅方向端部へ向かって流れるようになる。そうすると厚鋼板１０と隔壁１５の間の冷却排水の流量は、板幅方向の端部に近づく程多くなるので、噴射冷却水１８が滞留水膜を貫通して厚鋼板に到達する力が板幅方向端部ほど阻害されることとなる。
【００４２】
薄鋼板の場合には板幅が高々２ｍ程度であるのでその影響は限定的である。しかしながら、特に板幅が３ｍ以上の厚鋼板の場合には、その影響は無視できない。従って、厚鋼板幅方向端部の冷却が弱くなり、この場合の厚鋼板幅方向の温度分布は、不均一な温度分布となる。
【００４３】
これに対して、本発明の加速冷却装置５は、図１５に示すように給水口１６と排水口１７は別個に設けられており、給水と排水を役割分担しているので、冷却排水は隔壁１５の排水口１７を通過して隔壁１５の上方に円滑に流れて行くようになる。従って、冷却後の排水が速やかに厚鋼板上面から排除されるので、後続で供給される冷却水は、容易に滞留水膜を貫通することができ、十分な冷却能力を得ることができる。この場合の厚鋼板幅方向の温度分布は、均一な温度分布となり、幅方向に均一な温度分布を得ることができる。
【００４４】
ちなみに、排水口１７の総断面積は、円管ノズル１３の内径の総断面積の１．５倍以上であれば、冷却水の排出が速やかに行われる。このことは、例えば、隔壁１５には円管ノズル１３の外径よりも大きい穴を開け、排水口の数を給水口の数と同じか、それ以上にすれば実現できる。
【００４５】
排水口１７の総断面積が円管ノズル１３の内径部の総断面積の１．５倍より小さいと、排水口の流動抵抗が大きくなり、滞留水が排水されにくくなる結果、滞留水膜を貫通して厚鋼板表面に到達できる冷却水量が大幅に減り、冷却能が低下するので好ましくない。より好ましくは４倍以上である。一方、排水口が多過ぎたり、排水口の断面径が大きくなりすぎると、隔壁１５の剛性が小さくなって、厚鋼板が衝突したときに損傷し易くなる。従って、排水口の総断面積と円管ノズル１３の内径の総断面積の比は１．５から２０の範囲が好適である。
【００４６】
また、隔壁１５の給水口１６に内挿した円管ノズル１３の外周面と給水口１６の内面との隙間は３ｍｍ以下とすることが望ましい。この隙間が大きいと、円管ノズル１３から噴射される冷却水の随伴流の影響により、隔壁１５の上面へ排出された冷却排水が給水口１６の円管ノズル１３の外周面との隙間に引き込まれ、再び厚鋼板上に供給されることとなるので、冷却効率が悪くなる。これを防止するには、円管ノズル１３の外径を給水口１６の大きさとほぼ同じにすることがより好ましい。しかしながら、工作精度や取り付け誤差を考慮し、実質的に影響が少ない３ｍｍまでの隙間は許容する。より望ましくは２ｍｍ以下とする。
【００４７】
さらに、冷却水が滞留水膜を貫通して厚鋼板に到達できるようにするためには、円管ノズル１３の内径、長さ、冷却水の噴射速度やノズル距離も最適にする必要がある。
【００４８】
即ち、ノズル内径は３〜８ｍｍが好適である。３ｍｍより小さいとノズルから噴射する水の束が細くなり勢いが弱くなる。一方ノズル径が８ｍｍを超えると流速が遅くなり、滞留水膜を貫通する力が弱くなる。
【００４９】
円管ノズル１３の長さは１２０〜２４０ｍｍが好適である。ここでいう円管ノズル１３の長さとは、ヘッダ内部へある程度貫入したノズル上端の流入口から、隔壁の給水口に内挿したノズルの下端までの長さを意味する。円管ノズル１３が１２０ｍｍより短いと、ヘッダ下面と隔壁上面との距離が短くなりすぎる（例えば、ヘッダ厚み２０ｍｍ、ヘッダ内へのノズル上端の突出量２０ｍｍ、隔壁へのノズル下端の挿入量１０ｍｍとすると、７０ｍｍ未満となる）ため、隔壁より上側の排水スペースが小さくなり、冷却排水が円滑に排出できなくなる。一方、２４０ｍｍより長いと円管ノズル１３の圧力損失が大きくなり、滞留水膜を貫通する力が弱くなる。
【００５０】
ノズルからの冷却水の噴射速度は、６ｍ／ｓ以上、好ましくは８ｍ／ｓ以上が必要である。６ｍ／ｓ未満では、滞留水膜を冷却水が貫通する力が極端に弱くなるからである。８ｍ／ｓ以上であれば、より大きな冷却能力を確保できるので好ましい。また、上面冷却の冷却水噴射ノズル１３の下端から厚鋼板１０の表面までの距離は、３０〜１２０ｍｍとするのが良い。３０ｍｍ未満では、厚鋼板１０が隔壁１５に衝突する頻度が極端に多くなり設備保全が難しくなる。１２０ｍｍ超えでは、冷却水が滞留水膜を貫通する力が極端に弱くなる。
【００５１】
厚鋼板上面の冷却では、冷却水が厚鋼板長手方向に拡がらないように、上ヘッダ１１の前後に水切ロール２０を設置するのが良い。これにより、冷却ゾーン長が一定となり、温度制御が容易になる。ここで水切ロール２０により厚鋼板搬送方向の冷却水の流れは堰き止められるので冷却排水は厚鋼板幅方向外側に流れるようになる。しかしながら、水切ロール２０の近傍は冷却水が滞留し易い。
【００５２】
そこで図１０に示すように、厚鋼板幅方向に並んだ円管ノズル１３の列のうち、厚鋼板搬送方向の最上流側列の冷却水噴射ノズルは、厚鋼板搬送方向の上流方向へ１５〜６０度傾け、厚鋼板搬送方向の最下流側列の冷却水噴射ノズルは、厚鋼板搬送方向の下流方向へ１５〜６０度傾けることが好ましい。こうすることにより、水切ロール２０に近い位置にも冷却水を供給することができ、水切ロール２０近傍に冷却水が滞留することがなく、冷却効率が上がるので好適である。
【００５３】
上ヘッダ１１下面と隔壁１５上面の距離は、ヘッダ下面と隔壁上面に囲まれた空間内での厚鋼板幅方向流路断面積が冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上となるように設けられることが好ましく、例えば１００ｍｍ程度以上であることが好ましい。この厚鋼板幅方向流路断面積が冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上ない場合、隔壁に設けられた排水口１７から隔壁１５上面へ排出された冷却排水が円滑に厚鋼板幅方向に排出できないおそれがある。
【００５４】
本発明の加速冷却装置において、最も効果を発揮する水量密度の範囲は、１．５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上である。水量密度がこれよりも低い場合には滞留水膜がそれほど厚くならず、棒状冷却水を自由落下させて厚鋼板を冷却する公知の技術を適用しても、幅方向の温度ムラはそれほど大きくならない場合もある。一方、水量密度が４．０ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）よりも高い場合でも、本発明の技術を用いることは有効であるが、設備コストが高くなるなど実用化の上での問題があるので、１．５〜４．０ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）が最も実用的な水量密度である。
【００５５】
本発明の冷却技術を適用するのは、冷却ヘッダの前後に水切りロールを配する場合が特に効果的である。しかしながら、水切りロールがない場合にも適用することは可能である。例えば、ヘッダが長手方向に比較的長く（２〜４ｍ程度ある場合）、そのヘッダの前後でパージ用の水スプレーを噴射して、非水冷ゾーンへの水漏れを防止する冷却設備に適用することも可能である。
【００５６】
なお、本発明において、厚鋼板下面側の冷却装置については、特に限定されるものではない。図９、１０に示す実施形態では、上面側の冷却装置と同様の円管ノズル１４を備えた冷却下ヘッダ１２の例を示した。しかしながら、厚鋼板下面側の冷却では、噴射された冷却水は厚鋼板に衝突した後に自然落下するので、上面側冷却のような冷却排水を厚鋼板幅方向に排出する隔壁１５はなくてよい。また、膜状冷却水や噴霧状のスプレー冷却水などを供給する公知の技術を用いてもよい。
【００５７】
なお、本発明の加熱炉１およびデスケーリング装置２については、特に制限されず、従来の装置を用いることができる。デスケーリング装置２については、本発明のデスケーリング装置６、７と同様の構成である必要はない。
【実施例１】
【００５８】
以下、本発明の実施例を説明する。以下の説明で、鋼板温度はいずれも鋼板表面の温度である。【００５９】
図４に示すような厚鋼板の製造設備を用いて、本発明の厚鋼板を製造した。加熱炉１でスラブを再加熱した後、デスケーリング装置２において一次スケールを除去し、圧延機３で熱間圧延し、形状矯正装置４で形状矯正した。形状矯正後、デスケーリングを行った。熱間矯正後のデスケーリングについては、２回の場合は、デスケーリング装置６、デスケーリング装置７の２つのデスケーリング装置が配置されており、厚鋼板の表面に２回デスケーリングを行った。なお、デスケーリングが３回以上の場合は、デスケーリング装置を３列以上配置させるとともに、各ノズル列を長手方向に５００ｍｍ以上離し、千鳥配置とした。デスケーリング終了後、加速冷却装置５を用いて厚鋼板の制御冷却を行った。【００６０】
デスケーリング装置６、デスケーリング装置７ともに、噴射距離（デスケーリング装置の噴射ノズルと厚鋼板の表面距離）が１３０ｍｍ、ノズル噴射角度が６６°、迎え角が１５°とした。デスケーリング装置７でのデスケーリング後、加速冷却装置５で５００℃まで冷却した。また、デスケーリング装置６、デスケーリング装置７の各ノズルについては、隣り合うノズルの噴射領域がある程度ラップするように幅方向に並べたものを用いた。デスケーリング装置６とデスケーリング７との距離は、長手方向に１．１ｍ離れた距離に配置させた。また、ノズルはフラットスプレーノズルとした。ここで、熱間圧延後のデスケーリングのノズルの噴射圧力およびノズル１本あたりの噴射流量については、デスケーリング装置６、デスケーリング装置７ともに同じとして、表１に示す条件で行った。また、用いた鋼板のＡｒ３変態点は７８０℃であった。圧延機３での圧延終了後の板厚は３０ｍｍ、厚鋼板温度は８３０℃または８４０℃であった。
また、前述の（３）、（４）、（５）式から計算される冷却が安定する条件は、デスケーリング装置による厚鋼板のスケールを除去終了後から加速冷却装置で厚鋼板の冷却を開始するまでの時間ｔが４２ｓ以下で、好ましくは１９ｓ以下、さらに好ましくは５ｓ以下である。【００６１】
得られた厚鋼板について、材質ばらつきの少ない厚鋼板を得るために、冷却停止温度のばらつきが２５℃以内の厚鋼板を合格とした。【００６２】
製造条件および結果を表１に示す。なお、表１中のＴは冷却前の厚鋼板温度（Ｋ）である。【００６３】
【表１】
2016031169.tif 000003
発明例１は、厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後に２回目のデスケーリングを行ったので、スケールを完全に除去できた。発明例１の冷却停止温度のばらつき（以下、単に温度ムラと称する）は１５℃となった。【００６４】
発明例２も、厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後に２回目のデスケーリングを行ったので、スケールを完全に除去できた。特に発明例２は、デスケーリング終了から制御冷却までの時間が３ｓと短いため、スケール除去終了後から冷却開始までの間に成長するスケールが薄くなる。その結果、冷却がより安定し、温度ムラは１０℃となった。【００６５】
発明例３は、厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後に３回目のデスケーリングを行ったので、スケールを完全に除去できた。デスケーリング終了から制御冷却開始までの時間が３ｓと短いため、スケール除去終了後から冷却開始までの間に成長するスケールが薄くなり、その結果、冷却がより安定して温度ムラは１０℃となった。【００６６】
発明例４は、厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後に２回目のデスケーリングを行ったので、スケールを完全に除去できた。なお、デスケーリング終了から制御冷却開始までの時間が１９ｓであり、スケール除去終了後から冷却開始までの間にスケールが成長し、温度ムラは１８℃とやや大きくなった。【００６７】
比較例１は、１回目から２回目のデスケーリングまでの時間が０．５２ｓ、２回目のデスケーリング時の鋼板表面温度が７７９℃であり、厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後に２回目のデスケーリングを行っている。しかしながら、エネルギー密度の合計が０．０６Ｊ／ｍｍ２と小さいため、鋼板の一部にスケールが残存し、温度ムラが４０℃となった。【００６８】
比較例２は、エネルギー密度が０．０７Ｊ/ｍｍ２であった。しかしながら、２回目のデスケーリング時の鋼板表面温度が７８５℃であった。厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態していない状態で２回目のデスケーリングを行ったため、鋼板の一部にスケールが残存し、温度ムラが４０℃となった。【００６９】
比較例３は、エネルギー密度が０．０７Ｊ／ｍｍ２であった。しかしながら、１回目から２回目のデスケーリングまでの時間が０．４８ｓであった。厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態していない状態で２回目のデスケーリングを行ったため、鋼板の一部にスケールが残存し、温度ムラが４０℃となった。
【符号の説明】
【００７０】
１    加熱炉
２    デスケーリング装置
３    圧延機
４    形状矯正装置
５    加速冷却装置
６    デスケーリング装置
６−１  デスケヘッダー
６−２  噴射ノズル
７    デスケーリング装置
７−１  デスケヘッダー
７−２  噴射ノズル
１０  厚鋼板
１１  上ヘッダ
１２  下ヘッダ
１３  上冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
１４  下冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
１５  隔壁
１６  給水口
１７  排水口
１８  噴射冷却水
１９  排出水
２０  水切ロール
２１  水切ロール
２２  スプレーパターン
【図１】
2016031169.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2016031169.tif 000015
【図１３】
2016031169.tif 000016
【図１４】
2016031169.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月23日(2017.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、１回目および２回目の厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度をそれぞれ０．０２Ｊ／ｍｍ２以上、かつ２回の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、１回目のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に２回目のデスケーリング水を噴射させ、かつ、２回目のデスケーリング水噴射時の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【請求項２】
熱間圧延工程、熱間矯正工程及び加速冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程と加速冷却工程との間でデスケーリング水の噴射を２回以上行うデスケーリング工程を有し、前記デスケーリング工程では、最終直前および最終の厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度をそれぞれ０．０２Ｊ／ｍｍ２以上、かつ厚鋼板の表面に噴射されるデスケーリング水のエネルギー密度を２回以上の噴射の合計で０．０７Ｊ／ｍｍ２以上とし、最終の直前のデスケーリング水を噴射してから０．５ｓ以上後に最終のデスケーリング水を噴射させ、かつ、終のデスケーリング水噴射時の鋼板表面温度をＡｒ３変態点以下にすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の厚鋼板の製造方法において、冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング工程終了後から前記加速冷却工程の開始までの時間ｔ［ｓ］は、ｔ≦５×１０−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしていることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【国際調査報告】
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2016031169.tif 000022
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