(57)【要約】【課題】本発明は、焼入れを回避しつつ冷却時間及び冷却スペースを削減できる棒鋼の冷却方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の棒鋼の冷却方法は、熱間圧延後の複数の棒鋼の冷却方法であって、上記複数の棒鋼を結束する工程と、上記結束工程で得られた棒鋼束の中心温度が空冷によりＭｓ点となるまでのＭｓ点到達時間を取得する工程と、上記棒鋼束を冷却する工程とを備え、上記冷却工程が、上記Ｍｓ点到達時間経過まで上記棒鋼束を空冷する工程と、上記Ｍｓ点到達時間経過後に上記棒鋼束を浸漬水冷する工程とを備えることを特徴とする。上記Ｍｓ点到達時間取得工程が、上記棒鋼束の外周温度を測定する工程と、上記外周温度から棒鋼束の温度分布を算出する工程と、上記温度分布に基づき上記Ｍｓ点到達時間を予測する工程とを有するとよい。【選択図】図１
2017221968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延後の複数の棒鋼の冷却方法であって、
上記複数の棒鋼を結束する工程と、
上記結束工程で得られた棒鋼束の中心軸温度が空冷によりＭｓ点となるまでのＭｓ点到達時間を取得する工程と、
上記棒鋼束を冷却する工程と
を備え、
上記冷却工程が、
上記Ｍｓ点到達時間経過まで上記棒鋼束を空冷する工程と、
上記Ｍｓ点到達時間経過後に上記棒鋼束を浸漬水冷する工程と
を備えることを特徴とする棒鋼の冷却方法。
【請求項２】
上記Ｍｓ点到達時間取得工程が、
上記棒鋼束の外周温度を測定する工程と、
上記外周温度から棒鋼束の温度分布を算出する工程と、
上記温度分布に基づき上記Ｍｓ点到達時間を予測する工程と
を有する請求項１に記載の棒鋼の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒鋼の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
棒鋼は、一般に精錬、造塊、分塊圧延等の前処理工程によりビレット（圧延素材）を形成し、このビレットの熱間圧延により得られる長尺の棒状材を切断することで製造される。棒鋼は上記切断後に品質検査及び加工処理されるが、そのためには温度を５０℃以下まで下げる冷却が必要である。
【０００３】
上記切断後の棒鋼の温度は最大で６００℃になるため、棒鋼の鋼種が焼入れ性の高いものである場合、上記冷却により焼きが入ることがあり、このように焼きが入ってしまうと後の加工のために焼鈍しが必要となって製造コストが増大する。そこで、切断後の棒鋼を徐冷することが一般的に行われる（特開２００５−２０６８８９号公報参照）。
【０００４】
しかし、徐冷を行うと棒鋼の出荷リードタイムが長くなることに加え、冷却を行うスペースが増大し、棒鋼のサイズによっては数十ｍの設備が必要となる。そのため、従来の棒鋼の冷却方法では、冷却時間及び設備コストの増大により、棒鋼の製造コストが上昇するという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０６８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記不都合に鑑みて、本発明は、焼入れを回避しつつ冷却時間及び冷却スペースを削減できる棒鋼の冷却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、熱間圧延後の複数の棒鋼の冷却方法であって、上記複数の棒鋼を結束する工程と、上記結束工程で得られた棒鋼束の中心軸温度が空冷によりＭｓ点となるまでのＭｓ点到達時間を取得する工程と、上記棒鋼束を冷却する工程とを備え、上記冷却工程が、上記Ｍｓ点到達時間経過まで上記棒鋼束を空冷する工程と、上記Ｍｓ点到達時間経過後に上記棒鋼束を浸漬水冷する工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
当該棒鋼の冷却方法は、棒鋼束の中心軸温度がＭｓ点に到達するまでの時間を予め取得し、この到達時間まで棒鋼束を空冷により徐冷することで、棒鋼束の中心軸温度を測定することなく、確実に焼入れを回避し軟化組織化することができる。ここで、「棒鋼束の中心軸」とは、棒鋼束の断面の重心にその中心軸が最も近い棒鋼の中心軸を意味する。また、当該棒鋼の冷却方法は、上記空冷後に、棒鋼束を冷却速度の比較的高い浸漬水冷により冷却するので、冷却時間及び冷却スペースを著しく削減できる。さらに、当該棒鋼の冷却方法は、棒鋼を結束して冷却を行うので、徐冷速度を抑えられると共に、棒鋼のハンドリングを容易化できる。なお、「Ｍｓ点」とは、ＪＩＳ−Ｇ０２０１：２０００に記載されるマルテンサイト変態開始温度を意味する。
【０００９】
上記Ｍｓ点到達時間取得工程が、上記棒鋼束の外周温度を測定する工程と、上記外周温度から棒鋼束の温度分布を算出する工程と、上記温度分布に基づき上記Ｍｓ点到達時間を予測する工程とを有するとよい。このような工程によりＭｓ点到達時間を精度よく予測することができるため、より確実に棒鋼の焼入れを回避しつつ冷却時間及び冷却スペースの削減を促進できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の棒鋼の冷却方法は、焼入れを回避しつつ冷却時間及び冷却スペースを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の棒鋼の冷却方法の手順を示すフロー図である。
【図２】図１のＭｓ点到達時間取得工程の手順を示すフロー図である。
【図３】実施例における棒鋼束のモデルを示す模式図である。
【図４】実施例における棒鋼束の空冷時の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１３】
［鋼板冷却方法］
図１の棒鋼の冷却方法は、熱間圧延後の棒鋼を冷却する方法である。当該棒鋼の冷却方法は、上記複数の棒鋼を結束する結束工程Ｓ１と、結束工程Ｓ１で得られた棒鋼束の中心軸温度が空冷によりＭｓ点となるまでのＭｓ点到達時間を取得するＭｓ点到達時間取得工程Ｓ２と、棒鋼束を冷却する冷却工程Ｓ３とを主に備える。
【００１４】
当該棒鋼の冷却方法で冷却する棒鋼の長さは特に限定されないが、例えば３ｍ以上１０ｍ以下である。また、棒鋼の径も特に限定されないが、例えば１０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下である。また、結束する棒鋼は同一長さ及び同一径である。
【００１５】
＜結束工程＞
結束工程Ｓ１では、熱間圧延した棒状材を切断して得られる複数の棒鋼の端を揃えて結束し、棒鋼束を形成する。棒鋼の結束手段としては、例えばワイヤーを用いることができる。
【００１６】
１つの棒鋼束に含まれる棒鋼の数は、棒鋼の径によって調整されるが、例えば７本以上５００本以下である。また、棒鋼束の外径は、例えば１０ｍｍ以上２ｍ以下である。
【００１７】
＜Ｍｓ点到達時間取得工程＞
Ｍｓ点到達時間取得工程Ｓ２では、最も冷却速度が小さくなる棒鋼束の中心軸温度が空冷によりＭｓ点となるまでの時間を取得する。このように棒鋼束の中心軸温度がＭｓ点となるまでの時間で空冷から水冷への切り替えを行うことで、棒鋼の焼入れを回避しつつ冷却時間の最小化を図ることができる。
【００１８】
棒鋼束の中心軸温度のＭｓ点到達時間は、後述する手順で算出してもよいし、予め算出したＭｓ点到達時間のテーブルから棒鋼束の冷却条件に対応したＭｓ点到達時間を選択して求めてもよい。
【００１９】
Ｍｓ点到達時間を算出する場合、図２に示すように、Ｍｓ点到達時間取得工程Ｓ２は、棒鋼束の外周温度を測定する外周温度測定工程Ｓ１０と、外周温度から棒鋼束の温度分布を算出する温度分布算出工程Ｓ１１と、温度分布に基づきＭｓ点到達時間を予測するＭｓ点到達時間予測工程Ｓ１２とを有するとよい。これらの工程により、計測が容易な棒鋼束の外周温度から中心軸温度のＭｓ点到達時間を予測することができる。
【００２０】
（外周温度測定工程）
外周温度測定工程Ｓ１０では、温度計により棒鋼束の外周の温度分布を測定する。この温度計としては、例えば放射温度計を用いることができる。
【００２１】
（温度分布算出工程）
温度分布算出工程Ｓ１１では、外周温度測定工程Ｓ１０で測定した外周温度、棒鋼の径、棒鋼の鋼種、棒鋼束の棒鋼数、周囲温度等の条件を用いて棒鋼束の温度分布を算出する。具体的には、２次元熱伝導方程式を用い、上記条件を境界条件として空冷開始後の各時点における棒鋼束内部の温度分布を求める。
【００２２】
上記２次元熱伝導方程式としては、例えば下記式（１）で表される方程式を用いることができる。
【００２３】
【数１】
2017221968.tif 000003
【００２４】
上記式（１）中、ｉは軸方向の格子番号、ｊは棒鋼束の断面の重心に中心軸が最も近い棒鋼から順に半径方向外側に向かって割り振った棒鋼番号、ｎは棒鋼束の中心の棒鋼から順に半径方向外側に向かって割り振った棒鋼番号、Ｔｉ，ｊｎ［Ｋ］は棒鋼の格子点（ｉ，ｊ）における温度、ρ［ｋｇ／ｍ３］は棒鋼の密度、Ｃ［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］は棒鋼の比熱、λ［Ｗ／ｍ／Ｋ］は棒鋼の熱伝導率、σ［Ｗ／ｍ２／Ｋ４］はステファンボルツマン定数、ε［−］は放射率、ｄ［ｍ］は棒鋼の平均径、Δｘ［ｍ］は軸方向格子間隔、Δｔ［ｓ］は時間刻み、ａはＴｉ，ｊｎの棒鋼に隣接する棒鋼の数である。
【００２５】
（Ｍｓ点到達時間予測工程）
Ｍｓ点到達時間予測工程Ｓ１２では、温度分布算出工程Ｓ１１で算出した温度分布から、棒鋼束の中心軸温度がＭｓ点となるＭｓ点到達時間を予測する。なお、Ｍｓ点到達時間は、棒鋼束の中心軸上の温度が全てＭｓ点以下となる時間としてもよいし、中心軸上の代表点（例えば長さ方向中心点や最大温度の点）の温度がＭｓ点以下となる時間としてもよい。なお、棒鋼束の中心軸が複数存在する場合（棒鋼束の断面の重心にその中心軸が最も近い棒鋼が複数存在する場合）は、全ての中心軸温度がＭｓ点以下となる点をＭｓ点到達時間としても良いし、複数あるうち一本の中心軸温度を代表温度として評価しても良い。
【００２６】
＜冷却工程＞
冷却工程Ｓ３は、Ｍｓ点到達時間取得工程Ｓ２で取得したＭｓ点到達時間経過まで棒鋼束を空冷する工程と、Ｍｓ点到達時間経過後に空冷した棒鋼束を浸漬水冷する工程とを備える。
【００２７】
Ｍｓ点到達時間まで棒鋼を空冷することで、急冷による割れが防止されると共に軟化組織（フェライト・パーライト組織）を得ることができる。その後、浸漬水冷することで、棒鋼束の冷却時間及び冷却スペースが低減できる。
【００２８】
浸漬水冷は、Ｍｓ点到達時間を一定時間経過してから開始してもよいが、冷却時間及び冷却スペースの削減効果の観点からＭｓ点到達時間経過と同時に浸漬水冷を開始することが好ましい。つまり、Ｍｓ点到達時間と浸漬水冷開始時間とのタイムラグとしては、圧延工程と置き場とのバランスを考えて、１束分の棒鋼を圧延する時間以下程度にすることが好ましい。
【００２９】
浸漬水冷での水温としては、例えば５℃以上５０℃以下とされる。
【００３０】
当該棒鋼の冷却方法は、冷却時間及び冷却スペースを削減できるので、ビレットを熱間圧延する工程と、熱間圧延で得られた棒状材を切断する工程と、切断後の棒状材を冷却する工程とを備える棒鋼の製造方法において、切断後の棒状材の冷却方法として好適に適用できる。
【００３１】
［利点］
当該棒鋼の冷却方法は、棒鋼束の中心軸温度がＭｓ点に到達するまでの時間を予め取得し、この到達時間まで棒鋼束を空冷により徐冷することで、棒鋼束の中心軸温度を測定することなく、確実に焼入れを回避し軟化組織化することができる。また、当該棒鋼の冷却方法は、上記空冷後に、棒鋼束を冷却速度の比較的高い浸漬水冷により冷却するので、冷却時間及び冷却スペースを著しく削減できる。さらに、当該棒鋼の冷却方法は、棒鋼を結束して冷却を行うので、徐冷速度を抑えられると共に、棒鋼のハンドリングを容易化できる。
【００３２】
［その他の実施形態］
本発明の棒鋼の冷却方法は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、当該棒鋼の冷却方法は必要に応じて上述以外の工程を備えてもよい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００３４】
［試験例１］
鋼種がＳＣＭ４３５（Ｃ：０．３３〜０．３８質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５質量％、Ｍｎ：０．６０〜０．９０質量％、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｎｉ：０．２５質量％以下、Ｃｒ：０．９０〜１．２０質量％、Ｍｏ：０．１５〜０．３０質量％）、Ｍｓ点が３９０℃、直径３０ｍｍの棒鋼について、６００℃から中心軸温度がＭｓ点となるまで空冷した後、３０℃まで浸漬冷却を行った。
【００３５】
［試験例２］
棒鋼の中心軸温度が６５０℃となるまで実施例１と同じ条件で空冷した後、さらに実施例１と同じ条件で浸漬水冷を行った。
【００３６】
［試験例３］
棒鋼の中心軸温度が５００℃となるまで実施例１と同じ条件で空冷した後、さらに実施例１と同じ条件で浸漬水冷を行った。
【００３７】
［試験例４］
空冷を行わず、棒鋼に対し実施例１と同じ条件での浸漬水冷のみを行った。
【００３８】
上記試験例について、冷却後の棒鋼の割れの有無と、形成された組織とを確認した。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2017221968.tif 000004
【００４０】
表１に示すように、Ｍｓ点到達時間経過後に浸漬水冷をした試験例１では、組織がマルテンサイト化されておらず、焼入れが回避されていることがわかる。これに対し、Ｍｓ点到達時間前に浸漬水冷をした試験例２〜４では、組織が焼入れによりマルテンサイト化しているため、加工のためには焼鈍しが必要である。従って、棒鋼束においても、中心軸のＭｓ点到達時間経過まで空冷し、Ｍｓ点到達時間経過後に浸漬水冷することで、焼入れを回避しつつ冷却効率を向上できる。
【００４１】
［Ｍｓ点到達時間の予測］
試験例１〜４で用いた棒鋼を図３に示すように半径方向に中心対称で５本重なるように結束した９１本の棒鋼からなる棒鋼束について、初期温度６００℃から空冷した際の温度分布を上記式（１）の２次元熱伝導方程式を用いて算出した。棒鋼束の中心から半径方向外側に向かう順に棒鋼♯１〜５としたとき、算出した温度分布から得られる棒鋼♯１〜５の中心の温度変化を図４に示す。
【００４２】
なお、温度分布算出に用いた数値は以下のとおりである。
棒鋼束軸長                ：０．３ｍ
軸方向格子分割数          ：５０分割
軸方向格子間隔Δｘ        ：０．００３０ｍ
密度ρ                    ：７８００ｋｇ／ｍ３
比熱Ｃ                    ：５００Ｊ／ｋｇ／Ｋ
熱伝導率λ                ：５０Ｗ／ｍ／Ｋ
側面放射率ε              ：０．７
端面放射率ε              ：０．７
ステファンボルツマン定数σ：５．６７×１０−８Ｗ／ｍ２／Ｋ４
雰囲気温度                ：３０３Ｋ
時間刻みΔｔ              ：０．１ｓｅｃ
【００４３】
図４から、棒鋼束の中心軸温度（棒鋼♯１の中心温度）がＭｓ点となるまでのＭｓ点到達時間は９２０ｓｅｃと判断される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
当該棒鋼の冷却方法は、焼入れを回避しつつ冷却時間及び冷却スペースを削減できる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ１  結束工程
Ｓ２  Ｍｓ点到達時間取得工程
Ｓ３  冷却工程
Ｓ１０  外周温度測定工程
Ｓ１１  温度分布算出工程
Ｓ１２  Ｍｓ点到達時間予測工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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