(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚鋼板を熱処理する方法において、ソレノイド型誘導加熱装置と同一ライン上であって該ソレノイド型誘導加熱装置の上流側と下流側に放射率の小さい断熱板を配置した保熱炉を設け、該保熱炉に前記厚鋼板を往復通過させて該厚鋼板を加熱することを特徴とする厚鋼板の熱処理方法。
【請求項２】
ソレノイド型誘導加熱装置が２基以上同一ライン上に近接配置されていることを特徴とする請求項１記載の厚鋼板の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚鋼板の熱処理方法に関し、特に、厚鋼板を連続的に加熱して熱処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚鋼板は一般に焼き入れ処理、その後の焼戻し処理によって高強度・高靭性を得るプロセスが熱処理方法として行われている。特に焼戻処理は燃焼をエネルギー源とした炉による熱処理が一般的であり、特開平９ー２５６０５３号公報のように、温度パターンを工夫して能率を上げることが行われていた。また、具体的な手段の記載がないものの、特開平４ー３５８０２２号公報のように、温度上昇速度を大きくとることで能率を上げる方法もあった。
【０００３】
一方、誘導加熱による加熱方法も開示されている。特開平９ー２２５５１７号公報では、熱延鋼板の製造プロセスにおいて、粗圧延された粗バーの仕上圧延機入側の温度が粗バーの長手方向に一様になるように、誘導加熱でバーを加熱する方法が開示されている。この中には、熱圧延鋼板を一定速度で通過させ、仕上圧延機入側温度が一定になるように加熱する方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス燃焼における加熱方式では（熱処理）炉による鋼材の熱処理において、ふく射や対流伝熱によって鋼板に熱が伝わるために、急速な加熱はできなかった。そのために加熱効率が悪く、例えば厚み２０ｍｍ程度の厚鋼板であっても１５分から４０分程の加熱時間が必要で、そのために、加熱装置は鋼板をすべて挿入するいわゆる加熱炉のような方式が一般的であった。
【０００５】
一方、誘導加熱方式は、鋼板の表面の温度を急速に上げることは比較的容易にできるが、連続的に昇熱させるためには、搬送速度をかなり落としてゆっくり通板させる必要があり、その場合、表面は直ぐに所望の加熱温度に到達するが、中心部はある時間遅れて昇熱する。従って、特に均熱性が要求される厚鋼板の熱処理では、厚鋼板の各部を所望の温度領域に入れるためには誘導加熱装置のコイル長を長くする、長手方向の投入パワーを変更する等の工夫が必要で、厚鋼板各部の均熱性を確保する制御は非常に難しかった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、誘導加熱により温度上昇速度を高めるとともに、特にソレノイド型の誘導加熱を適用することにより、表面を加熱した後に引き続いて、均熱性を上げるために内部まで十分に熱が拡散し、その間、鋼板の温度が冷えないように保熱する保熱炉を設けることで、均熱性を十分に確保することができる高能率の熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる厚鋼板の熱処理方法は、次のように構成した。
（１）  厚鋼板を熱処理する方法であって、ソレノイド型誘導加熱装置と同一ライン上であってソレノイド型誘導加熱装置の上流側と下流側に放射率の小さい断熱板を配置した保熱炉を設け、この保熱炉内に厚鋼板を往復通過させて厚鋼板を加熱するようにしたものである。
【０００８】
（２）  上記（１）の厚鋼板の熱処理方法であって、ソレノイド型誘導加熱装置が２基以上同一ライン上に近接配置されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１、図２はそれぞれ本発明に係る厚鋼板の熱処理設備の実施の形態を示す模式図である。１は熱処理を行う厚鋼板、２は厚鋼板１を連続的に加熱するソレノイド型誘導加熱装置（以下、誘導加熱装置という）で、この誘導加熱装置２は、第１〜第３の３基の誘導加熱装置２ａ〜２ｃを近接させて直線的に並べてある。
【００１０】
３は厚鋼板１を均熱化するための保熱炉で、誘導加熱装置２の直近（下流側である後部（図１）、または上流側と下流側である前後部（図２））に設けられ、断熱板４により上下左右を覆ってその中に厚鋼板１を通過させ、厚鋼板１の均熱化を行う。この断熱板４は、それ自身が放射率の小さい、例えば金属光沢のステンレス薄板などであって、厚鋼板１からの放射熱を反射して返すような素材が望ましい。断熱板４の放射率は小さい程性能が優れているが、目安として放射率が０．５以下、望ましくは０．３以下が好ましい。さらに、この断熱板４は、即応して表面温度があがるように極力薄く、裏側には断熱材が裏打ちされたような構造のものが望ましい。
５は第１〜第３の誘導加熱装置２ａ〜２ｃの間、誘導加熱装置２ａ〜２ｃの前後および保熱炉３内に配設した搬送用のロールで、回転数制御が細かく制御可能としている。なお、６は温度計である。
【００１１】
上記のように構成した厚鋼板１の熱処理設備においては、被加熱物である厚鋼板１を誘導加熱装置２によって連続的に加熱した後に、保熱炉３内を通過させ  （図１）、または誘導加熱装置２と保熱炉３内を往復通過させながら（図２）、そのあいだに表面に発生した熱を拡散させて、厚鋼板１の内部まで均熱させる。
上記の誘導加熱装置２によって加熱制御を行う手順を、以下の実施例１，２で詳述する。
【００１２】
［実施例１］
まず、図１を用いて、実施例１を説明する。本実施例は、被加熱材である厚鋼板１をまず誘導加熱装置２によって連続的に加熱し、その後、厚鋼板１の上下を断熱材４ではさんで保熱炉３内を通過させて均熱化を行うものである。
誘導加熱装置２は、間口が幅４７００ｍｍ、高さ２００ｍｍで、長さが約８０ｃｍの第１、第２、第３の誘導加熱装置２ａ，２ｂ，２ｃを３基近接させて直線的に並べており、各誘導加熱装置２ａ，２ｂ，２ｃの間には搬送用のロール５が設けられている。一方、誘導加熱装置２の後において、保熱炉３内では厚鋼板１の下面の各ロール５間に断熱板４を挿入し、厚鋼板１の上面には厚鋼板１を覆うように断熱板４を設置して、断熱板４に挟まれた空間に厚鋼板１を通過させる。この断熱板４の長さは８ｍである。
【００１３】
断熱板４は、厚み１ｍｍの表面が光沢を持つステンレス板（放射率は０．１５〜０．２）をセラミック性の断熱材で裏打ちしたものである。光沢のあるステンレス鋼板は、放射率が低く、すなわち熱放射を多く反射するので断熱効果が高く、また、厚みが薄いために、雰囲気温度に追従してすぐにステンレス温度が上昇するので、熱慣性が小さくて済み、熱損失が小さく済む。
【００１４】
このような熱処理装置において、幅４５００ｍｍ、長さ４８ｍ、厚み２０ｍｍの常温の厚鋼板１を、誘導加熱装置２を通した後に、続けて保熱炉３内を連続的に通過させて加熱および均熱化させ、焼鈍温度である６５０℃まで加熱した。このときの誘導加熱装置２の周波数は１０００Ｈｚ、投入パワーは前段から順に、１、０．５、０．２ＭＷ／ｍ2 、搬送速度は２ｍｐｍとした。厚鋼板１にとりつけた熱伝対の出力より求めた厚鋼板１の表面と板厚方向中心部の測温結果より、保熱炉３を出た時点の厚鋼板１の表面と板厚方向中心部の温度差は０．１℃以下であって、ほぼ均熱されて焼きあがった。
【００１５】
誘導加熱はその性格上、被加熱物の表面に発熱が集中し、表面部が先行して昇熱し、その傾向は、投入パワーが大きいほど、周波数が高いほど、表面の発熱効果が大きくなる。急速に加熱するためにはパワーを大きくするが、その分、誘導加熱装置２を出た時点での均熱度は悪く、すなわち、厚鋼板１の表面と板厚方向の中心部の温度差が大きくなる。そこで、本発明は、第１の誘導加熱装置２ａから第２、第３の誘導加熱装置２ａ，２ｂの投入パワーを順次減少させている。しかしながら、投入パワーを下げれば、能率が落ちるので、必要な能率に応じて投入パワーを選択すればよい。
【００１６】
また、本実施例では、第１から第３までの誘導加熱装置２ａ〜２ｃの周波数を１０００Ｈｚ一定としたが、さらに厚鋼板１の表面と板厚方向の中心部の焼戻しのパターンを均一化させるためには、例えば第１〜第３の誘導加熱装置２ａ〜２ｃの周波数を高周波数から低周波数へ、例えば１０００Ｈｚから５０Ｈｚまで順次下がるように設定すると、１つの設備で誘導発熱の浸透深さを徐々に深くすることで、より均熱性が得られる。
【００１７】
なお、本実施例で用いた誘導加熱装置２の周波数は１０００Ｈｚで、常温の鋼を加熱するのに適しているといわれる周波数５０Ｈｚ程度に比べて高周波数となっているが、これは、加熱して鋼がキュリー点（７３０℃）を越えると比透磁率が小さくなるので、熱処理装置としてキュリー点を越える温度域でも加熱が行えるように１０００Ｈｚを選んだ。しかしながら、設備の熱処理温度がキュリー点を越えない場合には、低周波側の周波数を例えば５０Ｈｚ〜５００Ｈｚと適宜の周波数として選定すればよい。
また、この熱処理装置でさまざまな厚みの厚鋼板を熱処理する場合は、各板厚毎に、表面と板厚中央部の温度が所望とされる均熱度に応じて熟熱されるように、使用する誘導加熱装置２の投入パワーを調整すればよい。
【００１８】
［実施例２］
次に、図２を用いて、実施例２を説明する。本実施例は、誘導加熱装置２の前後に断熱板４で上下左右を覆った保熱炉３を設け、その中で厚鋼板１を往復通過させながら加熱・均熱を行うものである。この誘導加熱装置２の構成は、実施例１と同じ３基の誘導加熱装置２ａ〜２ｃを近接させて直線的に並べたもので、各誘導加熱装置２ａ〜２ｃの間には搬送用のロール５が設けられている。一方、保熱炉３の断熱板４は、それ自身が放射率の低い、例えば金属光沢のステンレス薄板などで、厚鋼板１からの放射熱を反射して返すような素材で構成され、即応して表面温度があがるように、極力薄く、裏側には断熱材が裏打ちされたような構造となっている。
【００１９】
誘導加熱装置２は、間口が幅４７００ｍｍ、高さ２００ｍｍで、長さが約８０ｃｍの第１、第２、第３の誘導加熱装置２ａ，２ｂ，２ｃを３基近接させて直線的に並べており、各誘導加熱装置２ａ，２ｂ，２ｃの間には搬送用のロール５が設けられている。一方、誘導加熱装置２の前後において、保熱炉３内では厚鋼板１の下面の各ロール５間に断熱板３を挿入し、厚鋼板１の上面には、厚鋼板１を覆うように断熱板４を設置して、断熱板４に挟まれた空間に厚鋼板１を通過させる。この断熱板４の長さは２０ｍである。
【００２０】
断熱板４は、厚み１ｍｍの表面が光沢を持つステンレス板をセラミック性の断熱材で裏打ちしたものである。これは、光沢のあるステンレス鋼板は放射率が低くすなわち熱放射を多く反射するので断熱効果が高く、また、厚みが薄いために、雰囲気温度に追従してすぐにステンレス温度が上昇するので、熱慣性が小さくて済み、熱損失が小さく済む。
【００２１】
このような熱処理装置において、幅４５００ｍｍ、長さ１８ｍ、厚み５０ｍｍの常温の厚鋼板１を、誘導加熱装置２と保熱炉３との中を往復通過させ、保熱炉３からはみださないようにオッシレートさせながら連続的に加熱および均熱化させ、焼鈍温度である６５０℃まで加熱した。このときの誘導加熱装置２の周波数は１０００Ｈｚ、投入パワーは前段から順に、１、０．５、０．２ＭＷ／ｍ2 、搬送速度は２０ｍｐｍとしたが、厚鋼板１の昇温にともなって投入パワーを徐々に下げていった。厚鋼板１にとりつけた熱電対の出力より求めた厚鋼板１の表面と板厚方向の中心部の測温結果より、保熱板を出た時点の厚鋼板１の表面と板厚方向の中心部の温度差は２℃以内であって、ほぼ均熱されて焼きあがった。
【００２２】
［比較例］
比較例として、実施例１，２で説明した設備において、誘導加熱装置を１回通過させて加熱した場合（比較例１）と、往復通過させて加熱した場合（比較例２）の厚鋼板１の表面温度と板厚中心部の温度との温度差（均熱度）を比較した。
比較例１の加熱条件は、実施例１において保熱炉３がない場合に相当し、すなわち、誘導加熱装置２の周波数は１０００Ｈｚ、投入パワーは前段から順に、１、０．５、０．２ＭＷ／ｍ2 、搬送速度は２ｍｐｍに、幅４５００ｍｍで、長さ４８ｍ、厚み２０ｍｍの常温の厚鋼板１を誘導加熱装置２を１回通過させた場合の、厚鋼板１の表面と板厚方向の中心部の温度差を計測したところ、厚鋼板１の表面と板厚方向の中心部の温度差が３０℃と大きく、均熱性が劣っていた。その結果、この条件では表面は焼戻効果が得られたが、中心部は焼戻効果がなく、均質な材料が得られなかった。これは誘導加熱装置２を通過した直後は、厚鋼板表面の温度が上がっていたが、熱が板厚中心まで拡散するまえに放熱によって表面温度が下がり始めるため、十分な焼戻し効果が得られなかったと考えられる。
【００２３】
比較例２の加熱条件は、実施例２で示す装置において、幅４５００ｍｍ、長さ１８ｍ、厚み５０ｍｍの常温の厚鋼板１を、誘導加熱装置２を往復通過させ、連続的に加熱し、焼鈍温度である６５０℃まで加熱した。このときの誘導加熱装置２の周波数は１０００Ｈｚ、投入パワーは前段から順に、当初１、０．５、０．２ＭＷ／ｍ2 、搬送速度は２０ｍｐｍとしたが、厚鋼板１の温度の昇温にともなって投入パワーは徐々に下げていった。本比較例２は実施例２において誘導加熱装置２のみを用いて加熱した場合に相当する。その結果、厚鋼板１先端部の表面が６５０℃になった時点で厚鋼板１内の各部の温度を調べたところ、中心部は６２０℃、また、板中央部の板厚中心温度が板先端部と板後端部の板厚中心温度より３０℃高く、均熱性が劣っていた。これは往復通過させる際に、誘導加熱装置２を出たところは順次放熱によって温度が下がるために、厚鋼板長手方向で板中央部が温度が高くなる傾向があるためである。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、誘導加熱によって大きな温度上昇速度を与えることにより、従来よりも高い加熱速度を得ることができ、かつ、続けて保熱炉内で均熱させることで、厚鋼板各部の温度が同じになるように熟熱加熱が連続的に行われ、結果として、非常に効率のよい熟熱加熱が可能となった。従って、本発明によれば、誘導過熱による高い昇熱速度と、保熱炉による高い均熱性とが同時に得られるので、温度の均一化を図りながら、効率的な加熱を行うことができる。また、設備長も短くて済み、省スペース化を実現できる。勿論、高い均熱度を得られることで、熱処理後の厚鋼板各部の強度差が少なく、より均一な材質にすることができる。その結果、材質はずれによる格落ちがなく、製品歩留まりが高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における熱処理設備を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例２における熱処理設備を示す模式図である。
【符号の説明】
１  厚鋼板
２  誘導加熱装置
２ａ  第１の誘導加熱装置
２ｂ  第２の誘導加熱装置
２ｃ  第３の誘導加熱装置
３  保熱炉
４  断熱板
５  搬送用のロール
【図１】
0003945161.tif 000002
【図２】
0003945161.tif 000003