(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚鋼板を誘導加熱する熱処理方法であって、少なくとも誘導加熱装置の前後に搬送装置を設けて、被加熱物である厚鋼板を前記搬送装置により前記誘導加熱装置内を、１回以上往復して通過させて加熱する際に、前記誘導加熱装置の周波数を一定の値にして、厚鋼板の板厚および／または板幅に応じて、厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度が均一となるように、各通過回毎および／または複数の通過回毎に、前記誘導加熱装置の投入電力を順次減少させることを特徴とする厚鋼板の熱処理方法。
【請求項２】
誘導加熱装置がソレノイド型誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の熱処理方法。
【請求項３】
誘導加熱装置の投入電力と厚鋼板の搬送速度を、厚鋼板の板厚および板幅に応じて決定することを特徴とする請求項1または２に記載の厚鋼板の熱処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の熱処理方法を熱処理工程に含むことを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは鋼材の熱処理する方法に関し、特に厚鋼板を連続的に加熱して熱処理するのに好適な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材は一般に焼入れ処理、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として行われている。特に焼戻し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９-２５６０５３号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る。また、具体的な手段の記載がないものの、特開平４−３５８０２２号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行われている。
【０００３】
一方、従来では誘導加熱による加熱方法も知られている。特開平９−２２５５１７号では、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長手方向に一様になるように、誘導加熱で粗バーを加熱する方法が開示されている。この中では、粗バーを一定速度で誘導加熱装置を通過させ、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、上述した従来技術のうち、ガス燃焼による加熱によって鋼材の熱処理を行う方法では、ふく射や対流伝熱によって鋼材に熱が伝わるために急速な加熱ができず、こ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分ほどの加熱時間が必要となる。
【０００５】
一方、誘導加熱は、特に被加熱物の表層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、またその場合、表層はす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を持って昇熱する。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か、長手方向の投入電力を変更する等の工夫が必要であり、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、上記のような問題を解決するためになされたもので、誘導加熱方式による鋼材の熱処理において、鋼材各部を迅速に且つ均一に加熱することができる鋼材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】
本発明の鋼材の熱処理方法は以下のような特徴を有する。
【０００８】
（１）厚鋼板を誘導加熱する熱処理方法であって、少なくとも誘導加熱装置の前後に搬送装置を設けて、被加熱物である厚鋼板を前記搬送装置により前記誘導加熱装置内を、１回以上往復して通過させて加熱する際に、前記誘導加熱装置の周波数を一定の値にして、厚鋼板の板厚および／または板幅に応じて、厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度が均一となるように、各通過回毎および／または複数の通過回毎に、前記誘導加熱装置の投入電力を順次減少させることを特徴とする厚鋼板の熱処理方法。
【０００９】
（２）誘導加熱装置がソレノイド型誘導加熱装置であることを特徴とする（１）に記載の厚鋼板の熱処理方法。
【００１０】
（３）誘導加熱装置の投入電力と厚鋼板の搬送速度を、厚鋼板の板厚および板幅に応じて決定することを特徴とする（1）または（２）に記載の厚鋼板の熱処理方法。
【００１１】
（４）（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の熱処理方法を熱処理工程に含むことを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の鋼材の熱処理方法の一実施形態を示す概略図である。
【００１３】
図１によれば、熱処理を行う鋼材１をまず、誘導加熱装置２を通過させて連続的に加熱を行なった後に、搬送方向を変えて逆送し、再度、誘導加熱装置２を通過させて連続的に加熱を行う。誘導加熱装置２の前後には搬送ロール４からなる搬送装置を設ける。また誘導加熱装置２の内部に搬送ロール４を設ける場合も有る。誘導加熱装置２の前後および内部の搬送ロール４は、回転数制御が細かく制御可能なものである。誘導加熱装置２の周波数は、例えば１０００Ｈｚ程度の一定の値とする。必要に応じてこの操作（パス）を繰り返して、鋼材１の加熱を行う。その時、誘導加熱装置２の前後には鋼材１の温度を計測する温度計３を配置し、鋼材温度を計測する。その温度計測値に応じて次のパスの昇温量を決め、そのパスの誘導加熱装置２の投入電力、鋼材１の搬送速度を調整し、鋼材１の加熱を行う。
【００１４】
鋼材加熱の昇温量を上げるためには誘導加熱装置２の通過速度を遅くするか、投入電力を大きくすることが望ましいが、鋼材加熱の均熱性を上げるためには、誘導加熱装置内の加熱時間が同じなら、鋼材の通過速度を上げて通過回数を多くして、投入電力を下げることが望ましい。そこで、必要な昇温量、均熱度に応じて次のパスの速度、投入電力を制御するものである。
【００１５】
誘導加熱装置２としては、トランスバース型とソレノイド型があるが、本発明では、被加熱物の表層近傍の発熱量を制御する目的から、原理的に被加熱物の表層に発熱が集中するソレノイド型誘導加熱装置を用いる方が好ましい。
【００１６】
ソレノイド型誘導加熱装置はその性質上、被加熱物の表層に発熱が集中するため、表層部が先行して昇熱し、その傾向は投入電力が大きいほど、また周波数が高いほど大きくなる。急速に加熱するためには電力を大きくする必要があるが、その分、誘導加熱装置２を出た時点での均熱度は悪く、鋼材表層と鋼材板厚方向中心部の温度差が大きくなる。そこで、本実施形態では、例えば第４パス以降に誘導加熱装置２の投入電力を順次減少させることが望ましい。さらに例えば第６パス以降は、往復通過する間に自然放冷で失われる熱にほぼ等しい電力を鋼材１に加えれば、ほぼ均熱状態に保たれる。
【００１７】
しかしながら、第1パスから投入電力を下げれば、均熱性は上がるが、昇熱速度が下がり結果として昇温量が落ちるので、加熱初期のパスでは必要な昇温量に応じて投入電力を選択すればよい。誘導加熱装置の投入電力を順次減少させ始めるパス回は任意である。
【００１８】
周波数は特に制限はない。ただし、好ましい条件としては５０Ｈｚ〜１０００Ｈｚである。本実施形態で用いた誘導加熱装置２の周波数は１０００Ｈｚと、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に比べてかなり高周波となっているが、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〜１０００Ｈｚを適宜周波数として選定すればよい。
【００１９】
また、この熱処理装置でさまざまな厚みの鋼材１を熱処理する場合は、各板厚毎に、鋼材表層と鋼材板厚方向中心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、すなわち温度が均一化されるように使用する誘導加熱装置の投入電力と通過させる搬送速度を調整すればよい。
【００２０】
また、同様にこの熱処理装置でさまざまな板幅の鋼材１を熱処理する場合は、各板幅毎に、鋼材表層と鋼材板厚方向中心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、すなわち温度が均一化されるように使用する誘導加熱装置の投入電力と通過させる搬送速度を調整すればよい。
【００２１】
なお、一つのパス内で途中から投入電力を変更すること、あるいは、途中から搬送速度を変更することは、被加熱物である鋼材の加熱前に温度の分布がある場合には、面内に生じた偏熱を解消するために適宜実施することが可能である。しかしながら基本的には、加熱前の面内の温度が均一な鋼材を加熱するような場合は、各パスの誘導加熱装置の投入電力と搬送速度は一定にした方が操業しやすい。
【００２２】
【実施例】
本実施例では、図２に示すように被加熱材である厚鋼板５を、ソレノイド型誘導加熱装置６を往復通過させることで加熱した。
【００２３】
ソレノイド型誘導加熱装置６は、間口は幅４７００ｍｍ、高さ２００ｍｍで、長さが１ｍのドーナツ型コイルの中を厚鋼板５を通過させて加熱するものである。ソレノイド型誘導加熱装置６の前後には搬送ロール７が設けられており、厚鋼板５をソレノイド型誘導加熱装置内を往復通過させることが可能である。なお、この搬送ロール７の回転数とソレノイド型誘導加熱装置６の出力は制御装置８によって演算して制御可能である。ソレノイド型誘導加熱装置６の前後には温度計９が設けられていて、厚鋼板５の温度を連続的に計測可能で、その温度によって次パス以降の搬送ロール７の回転数とソレノイド型誘導加熱装置６の投入電力を制御装置８によって演算して制御する。
【００２４】
常温の幅４５００ｍｍ、長さ６ｍ、厚み２０ｍｍの厚鋼板５を上記ソレノイド型誘導加熱装置６に往復通過させて加熱し、焼鈍温度である６５０℃まで加熱した。この時のソレノイド型誘導加熱装置６の周波数は１０００Ｈｚ、投入電力は第1パスから順に全部で第９パスまで、それぞれ１→１→１→０．５→０．２→０．１→０．０３→０．０３→０．０３ＭＷ／ｍ2、搬送速度は全パスで８．５７ｍｐｍとした。厚鋼板５の幅方向中央で且つ長手方向中央にとりつけた熱電対の出力より求めた厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度上昇曲線を図３に示す。この結果より、加熱開始後約５分で厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度は、所望の加熱温度６５０℃±１０℃に到達し、その差は、１℃以下であってほぼ均熱されて加熱された。
【００２５】
本実施例では、誘導加熱の性格上生じる厚鋼板表面と厚鋼板板厚方向中心部の温度差を少なくするために、第４パスから第５、第６パスと通過する毎にソレノイド型誘導加熱装置６の投入電力を順次減少させた。さらに第６パス以降は、往復通過する間に自然放冷で失われる熱にほぼ等しい電力を厚鋼板５に加えれば、ほぼ均熱状態に保たれる。
【００２６】
本実施例では第７パス以降の投入電力は０．０３ＭＷ／ｍ2であった。また、本実施例では保持時間を１５０秒程度としているが冶金学的に保持時間がさらに必要な場合は、このパスを繰り返すことによって保持時間を増やすことができる。
【００２７】
（比較例）
比較例として、本実施例と同様の熱処理装置を用いて、往復通過させずに、ソレノイド型誘導加熱装置６を1回通過させて加熱する方法で熱処理を実施した。被加熱物である厚鋼板５のサイズは、実施例と同じである。
【００２８】
比較例1の加熱条件は、上記実施例における第１パスの加熱条件、すなわち、ソレノイド型誘導加熱装置６の周波数を１０００Ｈｚ、投入電力を1ＭＷ／ｍ2、搬送速度を厚鋼板５の平均温度が６５０℃になるように２．３６ｍｐｍとした。上記実施例と同じ位置に取りつけた熱電対の出力より求めた厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度上昇曲線を図４に示す。この比較例1では、誘導加熱装置出側での厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度差が大きく、表層は約７５０℃まで過加熱され、均熱性が劣っていた。その結果、この条件では表層は過加熱によって表層に変態による異常組織が現われ、均質な材料が得られなかった。
【００２９】
比較例２の加熱条件は、上記実施例における第４パスの加熱条件、すなわち、ソレノイド型誘導加熱装置６の周波数を１０００Ｈｚ、投入電力を０．５ＭＷ／ｍ2、搬送速度を厚鋼板５の平均温度が６５０℃になるように１．１５ｍｐｍとした。上記実施例と同じ位置に取りつけた熱電対の出力より求めた厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度上昇曲線を図５に示す。この比較例２では、誘導加熱装置出側での厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度差が５０℃程度、表層は約７００℃まで過加熱され、比較例１よりは過加熱は少ないがやはり均熱性が劣っていた。その結果、この条件でも表層は過加熱によって表層に変態による異常組織が現われ、均質な材料が得られなかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、誘導加熱方式による鋼材の熱処理において、鋼材各部を迅速に且つ均一に加熱することができる。さらに、誘導加熱によって高い昇熱速度と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能率的な加熱を行なうことができる。また、表層の過加熱がなく、設備長も短くて済み省スペースである。勿論、高い均熱度を得られることで、熱処理後の鋼材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】本発明の鋼材の熱処理方法の一実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の鋼材の熱処理方法の実施例を示す概略図。
【図３】本発明の実施例における厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度上昇曲線を示すグラフ。
【図４】比較例１における厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度上昇曲線を示すグラフ。
【図５】比較例２における厚鋼板表層と厚鋼板板厚方向中心部の温度上昇曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
１  鋼材
２  誘導加熱装置
３  温度計
４  搬送ロール
５  厚鋼板
６  ソレノイド型誘導加熱装置
７  搬送ロール
８  制御装置
９  温度計
【図１】
0004066603.tif 000002
【図２】
0004066603.tif 000003
【図３】
0004066603.tif 000004
【図４】
0004066603.tif 000005
【図５】
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