(57)【要約】【課題】オフライン熱処理法において、全ての鋼板に対して良好な鋼板形状を有する鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】加熱された鋼板を順次搬送して冷却する搬送ロール拘束装置を有するローラクエンチ装置において、該鋼板の板厚が30mm以下で、板幅/板厚比が150以上の場合に、鋼板搬送速度および鋼板押付け力またはロール締込み量を定めて熱処理することを特徴とする形状性に優れた鋼板の製造方法。【選択図】図３
2008231476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された鋼板を順次搬送して冷却する搬送ロール拘束装置を有するローラクエンチ装置において、該鋼板の板厚が30mm以下で、板幅/板厚比が150以上の場合に、鋼板搬送速度および鋼板押付け力またはロール締込み量を定めて熱処理することを特徴とする形状性に優れた鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記鋼板搬送速度が式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の形状性に優れた鋼板の製造方法。
【数１】
2008231476.tif 000009
【請求項３】
前記ロール締込み量が1mm超6mm以内であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の形状性に優れた鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記搬送ロール拘束装置の鋼板単位幅あたりの押付け力が0.2kgf/mm以上であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の形状性に優れた鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板特に厚鋼板の熱処理における変形防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
厚鋼板は、熱間圧延によって、多種多様な製品が製造されている。厚板製造プロセスにおいても、合金成分の低減、省熱処理を目的として、図１の製造フローに示す加速冷却装置を用いて、圧延後の加速冷却により、所定の鋼板品質を得る技術が多く紹介されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
本プロセスは、能率面や、再加熱を必要としないため熱収支の面でも優れた製造方法であるが、急冷により、製品に歪みなどの変形が生じた場合、ライン停止の危険性もあるので、対象とする鋼板寸法、強度が限定される場合がある。
【０００４】
一方、製品寸法に圧延後、オフラインの熱処理装置によって加熱冷却するプロセス（オフライン熱処理法）を図２に示す。本熱処理方法では、均一な品質と高能率な生産を行うためにローラクエンチ設備が用いられることが多い。ローラクエンチ設備は、非特許文献１に示すように、加熱炉から出た鋼板をテーブルで送りこみ、上下のロールで鋼板を挟んで連続的に移送させながら、多数のスプレーノズルから出る冷却水で冷却する装置である。
【０００５】
図３にローラクエンチ設備の詳細を示す。加熱炉を出た厚鋼板４は矢印方向にローラクエンチ設備に搬送され、搬送ロール拘束装置３で拘束されて、鋼板温度の高い熱処理設備入側（加熱炉側）にある大水量冷却帯２で、高圧多量の水を噴射した冷却を、その後面では比較的水量の少ない冷却を行い、効率的な冷却が行われる。また通常、これらのゾーン毎に水量の設定が可能である。
【０００６】
しかしながらオフライン熱処理法においても、鋼板に生ずる変形が問題となることがある。一般に熱処理工程において生ずる変形の一要因として、非特許文献2に示すような熱応力あるいは変態応力がある。ここで示されているのは棒状の材料に対する応力の解析であるが、鋼板では、表面を幅方向端部として考えれば、幅端部が先に冷却され、その後、中央部が冷却されるため、同様に考えることができる。
【０００７】
実際には板厚方向でも同様の現象が起こり得るが、幅方向の偏差に比べると小さい。これらは通常、変形としては表れず、鋼材内部に残留応力として保存される。残留応力が鋼材の強度に比べて小さい場合には問題は生じないが、降伏点を超えるレベルに達すると変形として表れるものと考えられる。
【０００８】
板厚が厚い場合には断面積が大きいため、残留応力が相対的に小さくなるので、問題を生じることは少ないが、薄物になるほど、熱処理による鋼板の変形を抑制することは困難となる。
【０００９】
このような変形は図4に示すように、幾つかの形態が存在し、長手方向の反り１１については、大水量冷却帯２の上下水量比の設定により、ある程度回避は可能であるが、耳波１２あるいは中波１３またこれらの複合形態、さらには幅方向の反りとは異なるオワン状の変形１４については水量比の設定のみでの形状確保は困難である。
【００１０】
このような変形が生ずる原因として、詳細に検討を行った結果、以下の2つが主なものであることが判明した。一つは搬送中に強冷却を行うために起こる面外変形であり、もう一つは冷却ムラによるものである。
【００１１】
面外変形は加熱炉を出てすぐに冷却を開始するため、鋼板温度が1000℃近くのものが数秒後には300〜500℃程度も温度降下するために起こる現象であることを解析によって明らかにした。すなわち、鋼板の長手方向位置がわずかに変わるだけで大幅に温度変化が生じるために、低温部で収縮する鋼材が圧縮応力を生じさせ、これが高温部との変形差となって幅方向に座屈あるいはそれに近い幅方向変形となって顕在化するものである。
【００１２】
一方、冷却ムラについては幅方向に温度分布が生じるために、局部的に冷却中あるいは冷却後にひずみ差が生じ、変形となるものである。
【００１３】
これらを解決するため、従来はこの様な変形を低減するために幅方向の冷却を均一にする技術開発が行われてきた。例えば特許文献2においては、通常使用されているものとは異なるノズルを製作し、このミストによって、均一な冷却かつ速い冷却速度を得ることができるとしている。
【００１４】
他方、変形が生ずることはある程度許容し、それを高精度に矯正することで品質を達成するという技術開発も行われている。例えば特許文献3では加速冷却後の技術ではあるが、従来の熱間矯正機（ホットレベラー）に替わり、鋼板に軽圧下を施すことで歪みを矯正しようとするものである。一方、長手方向の温度差に着目した技術開発はほとんど見当たらない。
【非特許文献１】鉄鋼便覧第３版  III（１）卷（１９８２）Ｐ２９３〜２９４
【非特許文献２】鉄鋼便覧第３版  VI卷（１９８２）Ｐ４９６
【特許文献１】特許第３４４９２９５号
【特許文献２】特開２００６−１１０６１１号公報
【特許文献３】特開２０００−１０２８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、非特許文献1に示されている再加熱後に鋼板を搬送しながら急冷する、ローラクエンチによる熱処理方法においては、長手方向の温度差に起因する面外変形抑制はもとより、冷却ムラについては特許文献1あるいは2のような技術を適用しても、鋼板寸法によっては平坦な鋼板形状を確保することが困難であることは、加速冷却装置を適用できないことから考えても明らかであり、さらには既存設備への適用は大幅な設備改造を要するため好ましくない。
【００１６】
熱処理後の矯正による形状の確保は、高強度材に対してはあまり有効ではなく、また困難であり、それ故、特許文献3あるいは冷間矯正の強化では、矯正による大きな残留応力が残るため、出荷後の再加工時等で残留応力に起因する変形が生じることもあり問題である。
【００１７】
すなわち、解決しようとする問題点は、ローラクエンチ等のオフライン熱処理法においては、全ての鋼板に対して良好な鋼板形状を確保することが困難で有る点である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上述のような従来技術の問題を解決すべく、なされたものである。
【００１９】
第一の発明は、加熱された鋼板を順次搬送して冷却する搬送ロール拘束装置を有するローラクエンチ装置において、該鋼板の板厚が30mm以下で、板幅/板厚比が150以上の場合に、鋼板搬送速度および鋼板押付け力またはロール締込み量を定めて熱処理することを特徴とする鋼板の製造方法である。
【００２０】
第二の発明は、鋼板搬送速度が式（１）を満たすことを特徴とする第一の発明に記載の形状性に優れた鋼板の製造方法である。
【００２１】
【数１】
2008231476.tif 000003
【００２２】
第三の発明は、前記ロール締込み量が1mm超6mm以内であることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の形状性に優れた鋼板の製造方法である。
【００２３】
第四の発明は、前記搬送ロール拘束装置の鋼板単位幅あたりの押付け力が0.2kgf/mm以上であることを特徴とする第一の発明から第三の発明の何れかに記載の形状性に優れた鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の厚鋼板の製造方法によれば、鋼板寸法に応じて、搬送速度およびロール間隔等を適切に定めることで、急冷による変形を抑制でき、矯正等の追加設備の投資も不要である。さらに、主に搬送速度の下限を規定することになるため、従来より能率が向上することも期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の鋼板は図2に示すように、再加熱装置にて加熱され、近接した熱処理装置（ローラクエンチ装置）にて急冷処理が行われる。本発明においては、対象となる鋼材は問わないが、急冷による焼入れ後に、レベラーなどの矯正装置では変形を解消することが困難な、例えば降伏応力が500MPa以上の鋼材や、合金を多く含む耐磨耗鋼などに適用されることが望ましい。
【００２６】
本発明では、焼入れを行うため、鋼板は加熱装置により900〜1000℃に加熱される。そして所定の温度に到達し、所定の均熱時間を加熱炉内にて保持した後、図３に示すローラクエンチ装置へと搬送される。ローラクエンチ装置では、冷却ノズル６等により冷却水が高温の鋼板に、大量に吐出される。
【００２７】
この冷却水の加熱装置への流入を抑制するために、熱処理装置入側には水切りロール１が設置されている。またローラクエンチ装置内部においても、搬送ロール５が多く設けられ、これらにより鋼板は上下から拘束される。
【００２８】
なお、上述したように、主に加熱炉に近い側で冷却水量が多くなるように設定されている。このローラクエンチ設備において、水切りロール１および該装置内の搬送ロール群５による押付け力を、またはそのロール間隔を鋼板の板厚から本発明における規定量だけ締め込むことにより、変形を抑制することができる。
【００２９】
変形は熱応力・変態応力によるものだけでなく、このような搬送を伴う場合には、鋼板長手方向で応力の状態が異なるため、高温部に比べ、急冷部は収縮するために幅方向に圧縮応力がかかる。板厚が薄いと、この圧縮応力により座屈し、面外変形を生じやすい。
【００３０】
よって、本発明では実験的事実からも、30mm以下の板厚については特に過大な圧縮応力がかからないよう、冷却速度を制御する目的で速度を規定している。望ましくは幅端部と中央部での温度差が極端にならないようにするために、搬送速度を高速化するのが良い。
【００３１】
幅端部は板の上下面からの冷却のみならず、端部側面からも冷却される。側面冷却の影響を小さくするためには、水をなくせばよいが、このような冷却方法は不可能である。そこで搬送速度を高速化し、冷却水との接触時間を最小限とすることで、その影響をも最小化させることができる。
【００３２】
また薄物・広幅材では面外変形が顕著になり、また上下水量比を変更して反りを調整する場合にも、その調整量の適正領域が極めて狭くなる。よってこれらを抑制あるいは調整範囲を広くすることで操業を容易にするために、水切りロール１やローラクエンチ設備内に設置されている搬送ロール５で拘束することにより、面外変形等の発生を防止できる。このとき押付け力が小さければ変形に対する抑止効果が少ないため、下限を定めることが望ましい。
【００３３】
鋼板の板幅が広ければ広いほど、幅中央部と幅端部との冷却中における温度差は大きくなるため、熱応力等に起因する変形は生じやすい。このため、板厚30mmであれば、板幅4500mm、板厚20mmであれば板幅3000mm以上の鋼板に対し、特に本発明を適用することが望ましい。
【００３４】
また薄物と厚物では面外変形のし易さが異なるため、搬送速度の適正範囲もまた異なる。これを一般化するため、実験を行い、式（１）に示す範囲を得た。なお、鋼板搬送速度の上限は、ローラクエンチ装置出口での鋼板表面温度が、材質上の問題を生じない２５０℃以下となる速度を目処とする。
【００３５】
【数１】
2008231476.tif 000004
【００３６】
搬送速度を適正化することで長手方向位置での温度差に起因する面外変形を抑制できるが、他方、冷却ムラについては搬送速度のみでは解消できない。温度ムラは操業努力によってある程度は改善可能であるが、バラツキをも解消することは困難であり、これに起因する変形の抑制は別途、設定するべきである。そこで冷却装置内での拘束ロール間隔を製品板厚よりも適正な範囲で小さくすることで、板厚減少を引き起こすほどの圧下はせずに搬送中にも拘束を厳しくすることで変形の抑制が可能となる。
【００３７】
本発明においては、ロール群５のロール間隔と鋼板の板幅により押付け力が定まる。従って、板幅が広い場合には総押付け力は増加するが、鋼板単位幅あたりにすれば同じである。この鋼板単位幅あたりの押付け力を適正な値とすることで変形を抑制できる。
【００３８】
なおローラクエンチ装置内の冷却ノズル６は、スリットノズルなど大量の冷却媒体が吐出可能で急冷可能な装置が望ましいが、他の一般的なスプレーなどでも良い。
【００３９】
なお、上述した説明は、厚鋼板の再加熱装置と近接した熱処理設備についての形態について説明してあるが、例えば鋼板の拘束に関わるロール装置などは既存のものと別途、加熱装置と熱処理設備の間に設置するなどしても構わない。
【実施例１】
【００４０】
本発明の効果を検証するため、鋼板の強度が360MPaの材料および500MPa相当のものについて、上下水量比、搬送速度、および板厚とロール間隔の差を表すロール締込み量を変化して熱処理後の鋼板形状を調査した。なお鋼板形状は、通常実施している熱処理後のレベラーによる軽矯正を施した後、1m長さあたりの最大波高さをもって変形量とし、評価は対象材の出荷判定に相当するものとした。
【００４１】
降伏強度360MPaのマルテンサイト組織焼入れ材について表1の水準で試験を実施した。１水準のＮ数は全て鋼板３枚について試験を行い、変形量は３枚の鋼板の平均値で示した。
【００４２】
比較例1は鋼板板厚で、比較例2は板幅/板厚比の点で本発明に該当しないものであり、板厚が厚い場合などでは鋼板形状が良好であることを示している。対して比較例3、4においては、比較例1、2に比べて、同じ板幅でも板厚が薄くなると鋼板形状が悪化していることがわかる。
【００４３】
しかしながら、この板厚に応じて、搬送速度を早くする、すなわち高速側へ制御することにより、最終的に、発明例1、2の通り、鋼板形状は良好な傾向を示し、全数不合格から合格へ向上した。
【００４４】
【表１】
2008231476.tif 000005
【実施例２】
【００４５】
次に同じく降伏強度360MPaの焼入れ材について表2の水準で試験を実施した。
実施例1では主に板厚を変更しており、表1に示したように、搬送速度と板厚の積で表されるVtが本発明範囲において変形を抑制できることが示されているが、実施例２では、鋼板寸法を同一とし、搬送速度を変化させることで、本発明の効果を検討した。
【００４６】
その結果、いずれにおいても速度の増加、すなわちVtが発明範囲となった場合（発明例１〜４）に変形を抑制できていることが確認された。
【００４７】
【表２】
2008231476.tif 000006
【実施例３】
【００４８】
次に上下ロールの間隔の効果を実験にて確認した。請求項1および2に該当する条件を選択し、ロール締込み量を制御した。ここで、ロール締込み量とは、通板させる鋼板の板厚での上下ロール間隔をゼロとして、これよりも上下ロール間隔を狭くする場合を締込み量＋とする。従って、締込み量２mmの場合の上下ロール間隔Ｈmmは、板厚をＴmmとして、Ｈ＝Ｔ―２となる。その結果、表3に示すように、従来の1mmでは変形抑制は不十分であったが、これを超えた領域から締込み量の増加に伴い、形状は改善した。変形量では本発明例範囲外の8mmがもっとも良かったが、一部、ロールの押込み疵と思われる表面疵が見られたため、発明範囲を限定することで、全数の合格となることを確認した。
【００４９】
【表３】
2008231476.tif 000007
【実施例４】
【００５０】
また降伏強度の異なる、500MPaの焼入れ材について表4の水準で試験を実施した。板厚は16mm、20mm、板幅は3500mmおよび4000mmの各2水準である。ロール１本あたりの押込み荷重を算出し、この値を板幅で除したものを押付け力として評価した。
【００５１】
その結果、従来行われていた比較例1あるいは比較例2では、いずれにおいても変形量が過大で、再度熱処理を行わざるを得なかった。しかしながら、ここで押付け力を増加させ、鋼板にかかる単位幅荷重を本発明の範囲内とすることで、いずれの板幅においても、全数合格水準となることを確認した。
【００５２】
【表４】
2008231476.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は厚鋼板以外の鋼板にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】厚鋼板の製造フローの一例を示す図である。
【図２】熱処理ラインの一例を示す図である。
【図３】熱処理設備の一例を示す図である。
【図４】熱処理後の鋼板の変形状況の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    水切りロール
２    大水量冷却帯
３    搬送ロール拘束装置
４    厚鋼板
５    搬送ロール
６    冷却ノズル
１１  長手方向反り
１２  耳波
１３  中波
１４  オワン状変形
１５  厚鋼板
【図１】
2008231476.tif 000010
【図２】
2008231476.tif 000011
【図３】
2008231476.tif 000012
【図４】
2008231476.tif 000013