(57)【要約】  厚鋼板に対して二段階で急冷却を行う場合に、第一段階の急冷却と第二段階の急冷却を精緻に管理することができる厚鋼板の製造設備及び製造方法を提供する。厚鋼板の製造設備（１）において、冷却装置（３）は、加熱炉（２）から抽出された厚鋼板（Ｓ）を急冷却する第１急冷却ゾーン（５）、厚鋼板（Ｓ）を空冷する空冷ゾーン（６）及び空冷された厚鋼板（Ｓ）を急冷却する第２急冷却ゾーン（７）を有する急冷却エリア（４）を備える。急冷却エリア（４）は、厚鋼板（Ｓ）の上面側か下面側のいずれか一方または両側に設置される放射式温度計（１１ａ），（１１ｂ）を空冷ゾーン（６）を含めて少なくとも１台、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って並べて配置する。空冷ゾーン（６）に配置された放射式温度計（１１ａ），（１１ｂ）によって厚鋼板（Ｓ）の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定する。
2021033723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚鋼板を加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱された厚鋼板を冷却する冷却装置と、該冷却装置の入側及び出側の厚鋼板の温度のうちのいずれか一方または両方を測定する温度計を備えた厚鋼板の製造設備であって、
前記冷却装置は、前記加熱炉から抽出された厚鋼板を急冷却する第１急冷却ゾーン、該第１急冷却ゾーンで急冷却された厚鋼板を空冷する空冷ゾーン及び該空冷ゾーンで空冷された厚鋼板を急冷却する第２急冷却ゾーンを有する急冷却エリアを備え、
該急冷却エリアは、上下１対の急冷却ノズルを複数組、厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置するとともに、厚鋼板の上面側か下面側のいずれか一方または両側に設置される放射式温度計を前記空冷ゾーンを含めて少なくとも１台、厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置し、
前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計によって厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定することを特徴とする厚鋼板の製造設備。
【請求項２】
前記第２急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルの出側に水切り機構を設置し、前記第１急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルと測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の間及び測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計と前記第２急冷却ゾーンの最も入側の上側の急冷却ノズルの間に、少なくとも各々１つの水切り機構を設置したことを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の製造設備。
【請求項３】
前記水切り機構の各々が、水切りロール、エアパージ、及び水パージより選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする請求項２に記載の厚鋼板の製造設備。
【請求項４】
前記第１急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルと測定に用いられる前記空冷ゾーンの上面側に配置された前記放射式温度計の間及び測定に用いられる前記空冷ゾーンの上面側に配置された前記放射式温度計と前記第２急冷却ゾーンの最も入側の上側の急冷却ノズルの間に設置された前記水切り機構の各々が水切りロールであり、測定に用いられる前記空冷ゾーンの上面側に配置された前記放射式温度計の集光部が前記水切りロールの上端よりも低い位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の厚鋼板の製造設備。
【請求項５】
測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の集光部と厚鋼板の間を大気圧以上の圧力の空気で満たす機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
【請求項６】
前記第１急冷却ゾーン及び前記第２急冷却ゾーンにおける冷却水の噴射水量が変更可能であり、その噴射可能な最小水量と最大水量の比が２以上であり、その最大水量密度が１０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上かつその最小水量密度が３００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
【請求項７】
前記温度計によって測定された前記冷却装置の入側及び出側の厚鋼板の温度のうちのいずれか一方または両方の測定値と、前記放射式温度計によって測定された厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度の実測値に基づいて、前記第１急冷却ゾーンの冷却開始温度、冷却停止温度及び板厚中心位置における平均冷却速度、前記空冷ゾーンでの空冷時間、前記第２急冷却ゾーンの冷却開始温度、冷却停止温度及び板厚中心位置における平均冷却速度のそれぞれが目標の範囲内に収まるように、前記第１急冷却ゾーンで使用する急冷却ノズルの数及び噴射水量、前記空冷ゾーンのゾーン長、前記第２急冷却ゾーンで使用する急冷却ノズルの数及び噴射水量、及び前記厚鋼板の搬送速度を制御する冷却制御装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造設備。
【請求項８】
厚鋼板を加熱する加熱工程と、該加熱工程で加熱された厚鋼板を冷却装置で冷却する冷却工程と、該冷却工程の入側及び出側の厚鋼板の鋼板温度のうちのいずれか一方または両方を温度計で測定する温度測定工程を備えた厚鋼板の製造方法であって、
前記冷却工程は、前記加熱工程で加熱された厚鋼板を第１急冷却ゾーンで急冷却する第１急冷却工程、該第１急冷却工程で急冷却された厚鋼板を空冷ゾーンで空冷する空冷工程及び該空冷工程で空冷された厚鋼板を第２急冷却ゾーンで急冷却する第２急冷却工程を有する急冷却工程を備え、
前記第１急冷却工程及び前記第２急冷却工程では、前記厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置された、上下１対の複数組の急冷却ノズルから厚鋼板に冷却水を噴射し、
前記空冷工程では、前記空冷ゾーンを含めて前記厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置された、厚鋼板の上面側か下面側のいずれか一方または両側に設置される少なくとも１台の放射式温度計のうち、前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計によって厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【請求項９】
前記空冷工程では、前記第１急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルと測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の間及び測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計と前記第２急冷却ゾーンの最も入側の上側の急冷却ノズルの間に少なくとも各々１つ設置された水切り機構を作動させて、前記第１急冷却ゾーンで噴射される冷却水及び前記第２急冷却ゾーンで噴射される冷却水が測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の近傍に流入するのを阻止することを特徴とする請求項８に記載の厚鋼板の製造方法。
【請求項１０】
前記第２急冷却工程の出側において厚鋼板の板厚平均温度を１００℃以上で停止する際に、前記第２急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルの出側に設置された水切り機構を作動させて、前記第２急冷却ゾーンで噴射される冷却水が第２急冷却ゾーンの出側に流出するのを阻止することを特徴とする請求項９に記載の厚鋼板の製造方法。
【請求項１１】
前記空冷工程では、測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の集光部を、前記第１急冷却ゾーンの最も出側の上側の急冷却ノズルと測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の間及び測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計と前記第２急冷却ゾーンの最も入側の上側の急冷却ノズルの間に設置された前記水切り機構の各々の上端よりも低い位置に設置した状態で、厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の厚鋼板の製造方法。
【請求項１２】
前記空冷工程では、測定に用いられる前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計の集光部と厚鋼板の間を大気圧以上の圧力の空気で満たした状態で、厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定することを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
【請求項１３】
前記第１急冷却工程及び前記第２急冷却工程における冷却水の噴射水量が変更可能であり、その噴射可能な最小水量と最大水量の比が２以上であり、その最大水量密度が１０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上かつその最小水量密度が３００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項８乃至１２のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
【請求項１４】
冷却制御装置により、前記温度計で測定された前記冷却装置の入側及び出側の厚鋼板の温度のうちのいずれか一方または両方の測定値と、前記放射式温度計によって測定された厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度の実測値に基づいて、前記第１急冷却工程での冷却開始温度、冷却停止温度及び板厚中心位置における平均冷却速度、前記空冷工程での空冷時間、前記第２急冷却工程での冷却開始温度、冷却停止温度及び板厚中心位置における平均冷却速度のそれぞれが目標の範囲内に収まるように、前記第１急冷却工程で使用する急冷却ノズルの数及び噴射水量、前記空冷ゾーンのゾーン長、前記第２急冷却工程で使用する急冷却ノズルの数及び噴射水量、及び前記厚鋼板の搬送速度を制御することを特徴とする請求項８乃至１３のうちいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚鋼板の製造設備及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築構造物の大型化に伴い、使用される鋼材の高強度化が要求されている。同時に安全性の観点から、高い許容応力を有するとともに、引張強さに対する降伏強さの比である降伏比を低減することも要求されている。降伏比を低減すると、降伏点以上の応力が付加されても、破壊までに許容される応力及び一様伸びが大きくなり、建築構造物に好適である塑性変形能に優れた鋼材となるためである。【０００３】
低降伏比鋼製造の基本的な技術思想は、フェライト相とベイナイトあるいはマルテンサイト相の複合組織を造り込み、降伏比を低くするものである。すなわち、軟らかいフェライト相によって降伏応力を低く保ち、硬いベイナイトあるいはマルテンサイト相で高い引張強さを得る。
複合組織は一般的に、主に冷却、特に熱間圧延直後の加速冷却を制御することで得られている。より具体的には、加速冷却を前段の緩冷却と後段の急冷却の２段階に分け、前段の緩冷却で軟質のフェライト相を十分に成長させ、後段の急冷却で硬質のベイナイトあるいはマルテンサイト相を得る。【０００４】
例えば特許文献1では、軟質のフェライト相と硬質のベイナイトあるいはマルテンサイト相を含む複合組織で構成された、降伏比が低く溶接性の高い鋼管の製造方法が記載されている。特許文献1に示す低降伏比溶接鋼管の製造方法では、熱延終了直後の鋼板を、その温度が６００℃前後になるまで緩冷却する前段冷却と、その後巻き取り温度まで急冷却する後段冷却の２段階に分けて加速冷却を実施する。そうすることで、前段の緩冷却で軟質のフェライト相を十分に成長させ、後段の急冷却で硬質のベイナイトあるいはマルテンサイト相を得られるとしている。この製造方法により、鋼板を溶接し鋼管とした状態において、鋼管の肉厚をt、外径をDとすると、ｔ／Ｄ≦２のとき降伏比≦８０％、２＜ｔ／Ｄ≦３のとき降伏比≦８５％、ｔ／Ｄ＞３のとき降伏比≦８８％を満たす低降伏比溶接鋼管が得られるとしている。【０００５】
至近、建築構造物の耐震性確保の要望が更に高まり、従来よりも更に引張強さが高い鋼材が要求されている。従来の軟質フェライト相-硬質ベイナイトあるいはマルテンサイト相の複合組織では、特に表層の軟質フェライト相において、高い引張強さを安定して得難いため、至近要求されている高い引張強さを満足できない。
加えて、構造物の施工能率の向上とコストの低減のために、溶接効率の向上と鋼材の大入熱溶接の適用範囲拡大が要求されている。大入熱溶接を施した場合でも高い靱性を保つためには、溶接部熱影響部でのオーステナイト粒の成長を抑制する必要があり、合金の成分組成を適切な範囲とする必要がある。したがって、合金成分の多量添加による高強度化を図ることは難しい。【０００６】
この要求を達成するため、ベイナイト相と島状マルテンサイト相の複合組織とすることで、高張力化を図る技術が開示されている。その製造方法では、二段に分かれた冷却において、各段階の冷却停止温度に加え、特に第二段階の冷却開始温度や、各段階の冷却速度の範囲をも制限することでミクロ組織の造り込みを行なっているのが特徴である。【０００７】
特許文献２に示す非調質低降伏比高張力厚鋼板の製造方法では、熱間圧延後、第一の冷却として、鋼板の表面温度でＡｒ３変態点以上の温度から冷却を開始する。そして、表面の冷却速度が５０℃／ｓ以上で冷却し、表面温度が（Ｂｓ−１５０）℃以上（Ｂｓ−３０）℃以下、さらに、板厚の１／２位置の温度がＡｒ３変態点以上で冷却を停止する加速冷却を行う。第１の冷却停止後、表面温度が冷却停止から３０℃以上上昇して、かつＢｓ以下の温度まで復熱する。次いで、第二の冷却として、板厚の１／２位置の平均冷却速度が１０℃／ｓ以上として、１／２位置温度がＭｓ以上６００℃以下まで冷却するようになっている。【０００８】
また、特許文献３に示す低降伏比高張力厚鋼板の製造方法は、所定成分組成を有する鋼素材を熱間圧延して厚鋼板とする熱間圧延工程に続き、再加熱工程、第１水冷工程、空冷工程及び第２水冷工程を有する。再加熱工程は、厚鋼板を、９００〜１０００℃の再加熱温度まで再加熱し、再加熱温度に１０分以上保持する。第１水冷工程は、再加熱工程後の厚鋼板を、Ａｒ３変態点以上の冷却開始温度から、板厚１／４位置における平均冷却速度：１〜２００℃／ｓで、４００〜５５０℃の冷却停止温度まで冷却する。空冷工程は、第１水冷工程後の厚鋼板を３０〜３００ｓ空冷する。第２水冷工程は、空冷工程後の厚鋼板を、板厚１／４位置における平均冷却速度：１〜２００℃／ｓで、３００℃以下の冷却停止温度まで冷却する。【０００９】
ここで、図８に高温鋼板水冷プロセスにおける温度履歴の一例を示す。水冷の初期段階では、鋼板は水と鋼板の間に蒸気膜がある膜沸騰状態で冷却される。膜沸騰状態では水と鋼板が直接接触しないため、冷却能力の指標である熱伝達率は低い。しかし、鋼板表層温度が７００〜５００℃程度に達すると、水と鋼板の間の蒸気膜を維持することが難しくなり、水と鋼板が部分的に接触する遷移沸騰状態で冷却される。一旦固液接触が起こると、鋼板に接触した水の蒸発によって鋼板近傍の水の流動が激しくなり、熱伝達率が急激に上昇する。その結果、高い熱伝達率を保ったまま、鋼板と水との接触が定常的に起こる核沸騰状態に移行し、鋼板の温度は急激に水温付近まで低下する。【００１０】
鋼板温度と熱伝達率は、図９に示すようなＮ字の曲線関係になる。膜沸騰域と核沸騰域では、鋼板温度と熱伝達率は正の相関を持つため、鋼板温度が高い部分は冷却が強く、鋼板温度が低い部分は冷却が弱い。したがって、温度偏差がついた鋼板をこの領域で冷却すると、温度偏差は徐々に縮小していく。一方遷移沸騰域では、鋼板温度と熱伝達率は負の相関を持つため、鋼板温度が高い部分は冷却が弱く、鋼板温度が低い部分は冷却が強い。したがって、ひとたび鋼板内に温度偏差がついてしまうと、その温度偏差は徐々に拡大してしまう。
全面で均質な鋼板を製造するためには、鋼板全面を均一に冷却することが肝要である。そのため鋼板冷却装置では、鋼板温度と熱伝達率が正の相関を持つ核沸騰域と膜沸騰域を用いて冷却するのが一般的である。【００１１】
図９の鋼板温度と熱伝達率の関係を改めて参照すると、熱伝達率は膜沸騰域よりも核沸騰域の方が大きいことがわかる。さらにどんな冷却様式をとったとしても、水温付近までを膜沸騰域のみで冷却することはできず、いずれ沸騰遷移により不安定な遷移沸騰領域に移行してしまう。そのため、急速冷却を必要とする工程では、核沸騰による冷却を用いるのが一般的である。
冷却水量が多いほど核沸騰が起こりやすく、またその冷却熱伝達率も高いことが知られている。したがって、熱間圧延直後の直接焼入れや、熱処理設備での焼入れ等の急速冷却プロセスでは、大量の冷却水を鋼板に噴射し、冷却速度の高い核沸騰状態で冷却して鋼板を製造するのが一般的である。特許文献１〜３に記載の低降伏比高張力鋼の製造プロセス、特にマルテンサイト相を得るために実施する第二段階の急冷却プロセスも、高い冷却速度が要求されるため同じように冷却される。【００１２】
ここで焼入れとは、熱間圧延後Ａｃ３変態点以上に保たれた鋼板、及び圧延後冷却された後加熱炉等で再びＡｃ３変態点以上まで加熱された鋼板を、冷却装置でＭｓ点以下まで急速冷却する高強度鋼板の製造手法を指す。また、圧延後の鋼板を冷却・再加熱することなく焼入れすることを、特に直接焼入れと呼称する。この直接焼入れは、後に述べるオンライン冷却装置によって実施される。また、熱処理設備とは、圧延ラインとは別の場所にある加熱炉と冷却装置からなる設備であり、主として熱間圧延後冷却された鋼板の焼入れに用いられる。この熱処理設備は、後に述べるオフライン型の熱処理設備とも呼ばれる。【００１３】
ところで近年では、建築物の高層化が進んでいる。これら超高層建築物の構造に使用される低降伏比高張力鋼は、その板厚を顕著に厚くすることで柱梁接合部の弾性剛性・降伏耐力を確保している。このような顕著に厚い鋼板の冷却には、冷却速度が高い核沸騰状態で冷却したとしても、数分から十数分に到るまでの長い冷却時間を要する。
焼入れの場合は鋼板温度が室温になるまで冷却するため、板厚が顕著に厚い鋼板を冷却する際でも、鋼板を冷却装置内で滞留させることで充分な冷却時間を確保することができる。【００１４】
一方で低降伏比高張力鋼などの高付加価値鋼は、鋼板の冷却を７００〜３００℃程度で停止することで、内部組織の造り込みを実施することが多い。鋼板の冷却停止制御は、例えば特許文献４に記載の方法により実現される。すなわち、あらかじめ各冷却ヘッダの冷却能力を評価しておき、要求停止温度で冷却が停止するようヘッダの冷却能力をもとに温度計算し冷却時間を算出、その冷却時間に合うように鋼板の搬送速度を設定する。そのため一般に冷却停止を伴う鋼板は、冷却装置内で滞留しない通過冷却によって実施される。【００１５】
冷却装置の入側と出側に広い待避スペースがある場合には、一段階目の冷却を終えた鋼板を一旦冷却装置出側に払い出した後、逆走させて二段目の冷却を実施し冷却装置入側に払い出すことで二段階冷却を実施できる。しかし冷却装置の直前に加熱炉等の付帯設備を伴うようなものは、逆走による二段目の冷却を実施することができず、一段目と二段目の冷却はすべて逆走を伴わないで実施する必要がある。【００１６】
鋼板冷却装置の設備長は、一般的には１０〜２０ｍ程度なので、板厚が厚い低降伏比高張力鋼の冷却に際しては、十分な冷却時間を確保するために搬送速度を数ｍ／ｍｉｎ程度の顕著に低い速度に設定する必要がある。
鋼板の冷却は、オンライン冷却装置によって実施する場合と、オフライン型の熱処理設備により実施する場合がある。前者は、圧延ライン上の圧延機の後方に配置され、圧延後の鋼板を直接冷却する。後者は、圧延ラインとは別の場所にある加熱炉の後方に配置され、当該加熱炉にて再加熱された鋼板を冷却する。【００１７】
オンライン冷却装置は、特許文献５に記載された技術のように上下対になった複数の拘束ロール対で鋼板を拘束し通板冷却することが一般的である。その際、拘束ロール対によって冷却ゾーンが区切られるため、冷却水量を拘束ロール対間で調整するとともに、鋼板搬送速度を適切に設定することで要求を満たす鋼板温度履歴を実現している。その例として、特許文献６には、冷却前段では弱冷したのち、冷却後段では強冷する技術が記載されている。このように、低降伏比高張力鋼に求められる精緻な冷却開始・冷却停止温度と冷却速度の制御をする水冷装置としては、オンライン冷却装置は好適である。【００１８】
しかし、オンライン冷却装置を用いる場合、圧延直後から冷却開始までの放冷時間は、鋼板先端よりも鋼板尾端の方が長い。したがって、圧延後の鋼板温度が均一だった場合でも、鋼板尾端は放冷時間差だけ余分に放冷されるため、鋼板の先尾端の冷却開始温度に差が生じてしまい、特に鋼板長手方向に特性が均質な厚鋼板を得られない。鋼板の先尾端の放冷時間差は、その搬送速度が低ければ低いほど増大する。顕著に厚い鋼板を製造する場合は、加熱炉と冷却装置が近接したオフライン型の熱処理設備を用いることで、鋼板の先尾端の放冷時間差を低減させることができる。【００１９】
オフライン型の熱処理設備は、焼入れに用いられることがほとんどである。そのため、冷却速度が高くなるように大流量の水を流すことができるハイクエンチゾーンと、内部からの復熱を防止する程度の水を噴射するロークエンチゾーンとで構成されている。鋼板を拘束するロール対は上下についているものの、オンライン冷却装置のように各ロール対間で冷却水量を調整するといった機能は持っていないのが一般的である。【００２０】
以上のように、従来よりも板厚が顕著に厚い低降伏比高張力鋼を製造するに際しては、冷却時間を充分にとるために搬送速度を低くする必要がある。そのため、そのような場合でも鋼板先尾端で冷却開始温度を確保できるオフライン型の熱処理設備を使用しなければならない。
しかし、一般的なオフライン型の熱処理設備で冷却すると冷開・冷停温度や冷却速度を制御することができず、複合組織の造り込みが難しいことが課題になっている。【００２１】
また、二段階冷却特有の課題として、中間温度の管理が挙げられる。鋼板の冷却装置にはその入側と出側に温度計が設置されており、それらの温度を基に冷却水量や搬送速度を設定することで、冷却量や冷却停止温度を制御することが一般的である。一方、オフライン型の熱処理設備で二段冷却を行なう際に、中間温度、すなわち一段目の冷却停止温度と二段目の冷却開始温度を制御する際には、入出側温度計に加えて冷却装置内で鋼板の温度を測定する必要がある。【００２２】
高温物体の表面温度測定方法は、大別して２つの方法がある。1つは高温物体の表面に熱電対などの測温素子を溶接または接触させて測定する方法であり、他の1つは、高温物体から放射される輻射エネルギを非接触で検出する放射式温度計による測定方法である。前者の場合、測温は安定かつ正確であるが、測温物体が移動を伴う実プロセスでは測温素子の溶接や接触は困難である。そのため冷却装置での表面温度は、専ら放射式温度計により測定される。しかしながら、放射式温度計は、雰囲気中に水滴や水蒸気が存在すると、水蒸気によって高温物体から放射される輻射エネルギが散乱及び減衰してしまい、温度測定精度が低下するという欠点がある。【００２３】
なお、ここでの「水蒸気」は、空気中を漂う直径数十〜数百μｍの水の粒子のことを意味する。空気中を漂う水の粒子を示す言葉としては、「（微細な水の）液滴」が正しく、水の気体状態を示す「水蒸気」は本来適切ではない。しかし、温度計測において、空気中を漂う水の粒子を示す言葉として水蒸気が一般的であるため、ここではこれを水蒸気、それで満たされた雰囲気のことを水蒸気環境と称呼する。
冷却中の鋼板温度を放射式温度計で測定する際に、水蒸気の影響を防止する方法として、雰囲気をエアパージする方法がある。特許文献７では、連続鋳造機の二次冷却帯において放射式温度計を用いて鋳片温度を測温するに際して、放射式温度計と鋳片の間をエア柱で満たすことにより、水蒸気による測定精度の悪化を低減できる技術が開示されている。【００２４】
また、冷却中の鋼板温度を放射温度計で測定するに際し、鋼板から放射された熱放射光をパージ水を介して放射温度計で検出する方法として、従来、例えば、特許文献８に示すものが知られている。特許文献８に示す鋼材の表面温度測定方法は、搬送中の熱延鋼帯の下面の温度を放射式温度計で測定するに際して、放射式温度計と鋼帯の間を水柱で満たすことにより、水蒸気による測定精度の悪化を低減するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平１０−１７９８０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９０００８号公報
【特許文献３】特開２０１８−９０８７２号公報
【特許文献４】特開平１１−１６９９４１号公報
【特許文献５】特開平１０−１６６０２３号公報
【特許文献６】特開２０００−４２６２１号公報
【特許文献７】特許第５４５９４５９号公報
【特許文献８】特開２００６−１７５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、特許文献７に示す鋳片の表面温度測定方法の場合、発生する水蒸気が多い場合には、エアパージをしても水蒸気の影響を完全に取り除くことができない。そのため、季節や温度によっては表面温度の測定精度が悪化してしまうという問題がある。一般的に、オフライン型の熱処理設備の水温は、水温による冷却能力の変化を抑えるべく通年で一定になるように管理されている。そのため、室温が低い冬季は、冷却装置内が冷却水から発生した多量の水蒸気で満たされてしまう。
また、特許文献８に示す鋼材の表面温度測定方法の場合、パージ水自体によって鋼板が冷却されてしまうため、鋼板の上面の温度を測定する方法として望ましくない。【００２７】
本発明はこれら従来の問題点を解決するためになされたものである。その目的は、厚鋼板に対して二段階で急冷却を行う場合に、第一段階の急冷却と第二段階の急冷却を精緻に管理し、鋼板全面で均質な厚鋼板を製造することができる厚鋼板の製造設備及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る厚鋼板の製造設備は、厚鋼板を加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱された厚鋼板を冷却する冷却装置と、該冷却装置の入側及び出側の厚鋼板の温度のうちのいずれか一方または両方を測定する温度計を備えた厚鋼板の製造設備であって、前記冷却装置は、前記加熱炉から抽出された厚鋼板を急冷却する第１急冷却ゾーン、該第１急冷却ゾーンで急冷却された厚鋼板を空冷する空冷ゾーン及び該空冷ゾーンで空冷された厚鋼板を急冷却する第２急冷却ゾーンを有する急冷却エリアを備え、該急冷却エリアは、上下１対の急冷却ノズルを複数組、厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置するとともに、厚鋼板の上面側か下面側のいずれか一方または両側に設置される放射式温度計を前記空冷ゾーンを含めて少なくとも１台、厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置し、前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計によって厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定することを要旨とする。【００２９】
また、本発明の別の態様に係る厚鋼板の製造方法は、厚鋼板を加熱する加熱工程と、該加熱工程で加熱された厚鋼板を冷却装置で冷却する冷却工程と、該冷却工程の入側及び出側の厚鋼板の温度のうちのいずれか一方または両方を温度計で測定する温度測定工程を備えた厚鋼板の製造方法であって、前記冷却工程は、前記加熱工程で加熱された厚鋼板を第１急冷却ゾーンで急冷却する第１急冷却工程、該第１急冷却工程で急冷却された厚鋼板を空冷ゾーンで空冷する空冷工程及び該空冷工程で空冷された厚鋼板を第２急冷却ゾーンで急冷却する第２急冷却工程を有する急冷却工程を備え、前記第１急冷却工程及び前記第２急冷却工程では、前記厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置された、上下１対の複数組の急冷却ノズルから厚鋼板に冷却水を噴射し、前記空冷工程では、前記空冷ゾーンを含めて前記厚鋼板の搬送方向に沿って並べて配置された、厚鋼板の上面側か下面側のいずれか一方または両側に設置される少なくとも１台の放射式温度計のうち、前記空冷ゾーンに配置された前記放射式温度計によって厚鋼板の上面か下面のいずれか一方または両方の温度を測定することを要旨とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る厚鋼板の製造設備及び製造方法によれば、厚鋼板に対して二段階で急冷却を行う場合に、第一段階の急冷却と第二段階の急冷却を精緻に管理し、鋼板全面で均質な厚鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成図である。
【図２】測定に用いられる空冷ゾーンに配置される放射式温度計の設置高さを説明する図。（ａ）は厚鋼板の上面側に配置された上側放射式温度計の集光部が水切りロールの上端よりも高い位置に配置されている様子を示している。（ｂ）は厚鋼板の上面側に配置された上側放射式温度計の集光部が水切りロールの上端よりも低い位置に配置されている様子を示している。
【図３】第１急冷却ゾーンと空冷ゾーンとの境目における水切り機構を説明する図。（ａ）は水切り機構を水切りロールとエアパージによって構成した場合、（ｂ）は水切り機構を水切りロールのみによって構成した場合、（ｃ）は水切り機構をエアパージのみによって構成した場合を示している。
【図４】図１に示す熱処理設備において、第１急冷却ゾーンの上下１対の急冷却ノズルから強冷モードで冷却水を噴射し、第２急冷却ゾーンの上下３対の急冷却ノズルから強冷モードで冷却水を噴射した状態を示す説明図である。第１急冷却ゾーンを急冷却エリアにおいて最も入側の上下１対の急冷却ノズルから冷却水が噴射される領域としている。空冷ゾーンを第１急冷却ゾーン５の上下１対の急冷却ノズルの出側の上下３対の急冷却ノズルから冷却水が噴射されない領域としている。第２急冷却ゾーンを空冷ゾーンの上下３対の急冷却ノズルの出側の上下３対の急冷却ノズルから冷却水が噴射される領域としている。図４においては、厚鋼板の板厚方向中心位置の温度履歴をともに示してある。
【図５】図１に示す熱処理設備において、第１急冷却ゾーンの最も入側の上下１対の急冷却ノズルから強冷モードで冷却水を噴射するとともにその出側の上下１対の急冷却ノズルから弱冷モードで冷却水を噴射し、第２急冷却ゾーンの最も入側の上下１対の急冷却ノズルから強冷モードで冷却水を噴射するとともにその出側の上下２対の急冷却ノズルから弱冷モードで冷却水を噴射した状態を示す説明図である。第１急冷却ゾーンを急冷却エリアにおいて最も入側のから上下２対の急冷却ノズルから冷却水が噴射される領域としている。空冷ゾーンを第１急冷却ゾーンの上下２対の急冷却ノズルの出側の上下２対の急冷却ノズルから冷却水が噴射されない領域としている。第２急冷却ゾーンを空冷ゾーンの上下２対の急冷却ノズルの出側の上下３対の急冷却ノズルから冷却水が噴射される領域としている。図５においては、厚鋼板の板厚方向中心位置の温度履歴をともに示してある。
【図６】本発明の第２実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成図である。
【図７】実施例に用いられたオフラインの熱処理設備の概略構成図である。
【図８】膜沸騰、遷移沸騰、及び核沸騰につき、鋼板表面温度と冷却時間との関係で説明するためのグラフである。
【図９】膜沸騰、遷移沸騰、及び核沸騰につき、熱伝達率と鋼板温度との関係で説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００３３】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフライン型の熱処理設備の概略構成が示されている。熱処理設備１は、１００℃以下の厚鋼板Ｓをオーステナイト温度域の所定温度まで加熱する加熱炉２と、加熱炉２で加熱された厚鋼板Ｓを冷却する冷却設備３と、入側温度計８及び出側温度計９を備えている。
加熱炉２には、熱処理設備1とは別の熱間圧延ラインで所定の厚み（例えば８０ｍｍ）及び幅（例えば２０００ｍｍ）にあらかじめ熱間圧延され、室温まで冷却された厚鋼板Ｓが装入される。厚鋼板Ｓは加熱炉２によって、オーステナイト温度域の所定の加熱温度（例えば、９１０℃程度）に加熱される。
【００３４】
加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓは、加熱炉２の出側に設置されている複数のテーブルロール１２によって搬送されながら、冷却装置３で冷却される。
冷却装置３は、急冷却エリア４を備えている。急冷却エリア４は、加熱炉２から抽出された厚鋼板Ｓを急冷却する第１急冷却ゾーン５、第１急冷却ゾーン５で急冷却された厚鋼板Ｓを空冷する空冷ゾーン６及び空冷ゾーン６で空冷された厚鋼板Ｓを急冷却する第２急冷却ゾーン７を有する。
【００３５】
急冷却エリア４は、搬送ラインに対して上下で対をなす急冷却ノズル１０ａ，１０ｂを複数組、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って並べて配置している。また、搬送ラインを搬送される厚鋼板Ｓの上面側及び下面側の両側に設置されて対をなす放射式温度計１１ａ，１１ｂを複数組、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って急冷却ノズル１０ａ，１０ｂに隣接して並べて配置している。
【００３６】
急冷却エリア４における急冷却ノズル１０ａ，１０ｂは、後述する強冷モード、弱冷モード及び停止モードで動作する。強冷モードでは、各急冷却ノズル７ａ，７ｂは後述するように最大水量に近い水量で冷却水１４を厚鋼板Ｓに向けて噴射する。弱冷モードでは、各急冷却ノズル７ａ，７ｂは後述するように最小水量に近い水量で冷却水１４を厚鋼板Ｓに向けて噴射する。また、停止モードでは、各急冷却ノズル７ａ，７ｂからの冷却水１４の噴射は停止し、各急冷却ノズル７ａ，７ｂが停止モードにある各急冷却ノズル７ａ，７ｂ対の区間が空冷ゾーン６を形成する。
【００３７】
ここで、熱処理設備１としては、オフライン型の熱処理設備を用いているが、オンライン冷却装置を用いる場合、圧延直後から冷却開始までの放冷時間は、厚鋼板Ｓの先端よりも尾端の方が長い。厚鋼板Ｓの長さをＬ、厚鋼板Ｓの搬送速度をｖとすると、尾端と先端ではＬ／ｖだけ放冷時間差が生じてしまう。したがって、圧延後の鋼板温度が均一だった場合でも、厚鋼板Ｓの尾端は放冷時間差だけ余分に放冷されるため、先尾端の冷却開始温度に差が生じてしまい、厚鋼板Ｓの全面にわたって特性が均質な厚鋼板を得られない。特に搬送速度が低い厚物鋼板は、放冷時間差Ｌ／ｖが大きくなるため、オンライン冷却装置における先尾端の冷却開始温度差は、搬送速度が遅いほど顕著になるといえる。
【００３８】
オフライン型の熱処理設備１では、一般に加熱炉２から抽出され水冷帯（冷却装置３）で冷却され終わるまでほぼ一定速度で搬送されるため、厚鋼板Ｓの先尾端での冷却開始温度差が小さい。厚鋼板Ｓの加熱温度をＴ０、加熱炉２から水冷帯までの距離をＬ０、搬送速度をｖ０とおくと、厚鋼板Ｓの先端は温度Ｔ０で抽出され放冷時間Ｌ０／ｖ０を経て冷却される。オフライン型の熱処理設備１は加熱炉２から水冷帯までの距離が短いため、厚鋼板Ｓの先端が加熱炉２から抽出され冷却に到っても、厚鋼板Ｓの尾端は加熱炉内で温度Ｔ０に保たれている。そのため厚鋼板Ｓの尾端も、先端と同じように温度Ｔ０で抽出され、放冷時間Ｌ０／ｖ０を経て冷却されるので、厚鋼板Ｓの全長にわたって冷却開始温度を一定に保つことが可能である。したがって、搬送速度が低い厚物鋼板において、全面で均質な鋼板を製造するためには、オフライン型の熱処理設備１を使用するのが効果的である。
【００３９】
急冷却エリア４の第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７では、核沸騰による高冷速の冷却を行なう。そのため急冷却ノズル７ａ，７ｂは、大流量の水を幅方向に均一に噴射できるスリットタイプのノズルや、フラットスプレーノズルが用いられることが一般的である。しかし、急冷却ノズル７ａ，７ｂとして、オンライン冷却装置で用いられている多孔噴流や、連続鋳造で主に用いられているミストスプレーによって大流量の水を噴射してもよく、効果が損なわれるものではない。
【００４０】
厚鋼板Ｓのあらゆる板厚に対応できるように、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７における冷却水１４の噴射水量を変更可能とする。第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７における最小水量と最大水量との比が２以上が好ましく、より好ましくは６程度、更に好ましくは１０程度である。ただし、核沸騰による冷却を維持するために、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７のそれぞれにおける最小水量密度が３００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上であることが好ましい。また、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７のそれぞれにおいて、高温かつ含熱量の大きい厚鋼板でも確実に核沸騰による急速冷却が行なわれるよう最大水量密度は１０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上であることが好ましい。より好ましくは１５００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上、さらに好ましくは２０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上である。一方、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７のそれぞれにおいて、水量密度が４０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎよりも大きいと、水量密度を上げても冷却速度がほとんど変化しない。冷却水の動力など経済性の観点から好ましくないため、最大水量密度は４０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以下とするのが良い。以降、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７のそれぞれにおいて、好適な最大水量に近い水量で噴射する場合を強冷モード、好適な最小流量に近い水量で噴射する場合を弱冷モードと呼称する。
【００４１】
放射式温度計１１ａ，１１ｂは、急冷却エリア４において、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って複数組設置されている。空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａ，１１ｂを用いて厚鋼板Ｓの上面及び下面の温度を測定することにより、厚鋼板Ｓと放射式温度計１１ａ，１１ｂとの間に水蒸気や水が介入することを防ぎ、減衰や散乱のない確実な測定が可能になる。これにより、中間温度（第１急冷却ゾーン５での冷却停止温度及び第２急冷却ゾーン７での冷却開始温度）を適切に管理して第一段階の急冷却と第二段階の急冷却を精緻に管理することができることになる。なお、放射式温度計１１ａ，１１ｂの集光部と厚鋼板Ｓとの間を大気圧以上の圧力の空気で満たすこと、例えば、放射式温度計１１ａ，１１ｂの集光部と厚鋼板Ｓとの間でエアパージを行うことにより、水蒸気や水の除去を確実なものとしてもよい。
【００４２】
また、図１において、放射式温度計１１ａ，１１ｂは、急冷却エリア４のすべてにおいて、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って複数組設置されているが、空冷ゾーン６にのみ設置するようにしてもよい。また、放射式温度計１１ａ，１１ｂは、上側の放射式温度計１１ａのみ設置して厚鋼板Ｓの上面のみを測定するようにしてもよいし、下側の放射式温度計１１ｂのみ設置して厚鋼板Ｓの下面のみを測定するようにしてもよい。図１においては、放射式温度計１１ａ，１１ｂは、厚鋼板Ｓの上下に対をなして設置されているが、上側の放射式温度計１１ａのみを作動させて厚鋼板Ｓの上面のみを測定するようにしている。
【００４３】
また、測定する放射式温度計１１ａ，１１ｂが設置されている空冷ゾーン６には、必ずしも急冷却ノズル１０ａ，１０ｂは設置されていなくてもよい。ただし、この場合、空冷ゾーン６の長さを変更したときに対応できないため、急冷却ノズル１０ａ，１０ｂは、急冷却エリア４のすべてにおいて、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って複数組設置することが好ましい。
放射式温度計１１ａ，１１ｂは、必ずしも急冷却ノズル１０ａ，１０ｂと一体である必要はなく、急冷却ノズル１０ａ，１０ｂと独立に昇降する機能を備えていてもよい。逆に急冷却ノズル１０ａ，１０ｂが昇降するときに放射式温度計１１ａ，１１ｂの絶対的な高さが一定になるような機能を備えていても良い。
【００４４】
また、熱処理設備１においては、図１に示すように、急冷却エリア４の最も入側には水切り機構としての水切りロール１３を設置している。また、急冷却エリア４の最も出側にも同様に水切り機構としての水切りロール１３を設置している。これは、冷却水１４が厚鋼板Ｓを伝い装置の入側に流出すること、及び冷却水１４が厚鋼板Ｓを伝い装置の出側に流出することを防ぐためである。これにより、急冷却エリア４を出た厚鋼板Ｓへの乗り水による板内冷却停止温度のばらつきや、板内若しくは上下の冷却停止温度の不均一による厚鋼板Ｓの形状悪化、及び装置出側にある別の装置に冷却水１４が流入することを防止できる。特に、厚鋼板Ｓを１００℃以上の温度で冷却停止する際には、冷却停止温度に対する乗り水の影響が大きいため、第２急冷却ゾーン７の最も出側に水切りロール１３を設置して、急冷却エリア４を出た厚鋼板Ｓへの乗り水を排除することが好ましい。
【００４５】
また、図１に示すように、急冷却エリア４における各上側の急冷却ノズル１０ａ間にも水切り機構としての水切りロール１３が設置されている。これにより、例えば急冷却エリア４の最も入側の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂからの冷却水１４の噴射を停止させ、急冷却の時間を短くするなど、各ゾーンで使用する急冷却ノズル対の数を自由に設定することができる。また、第１急冷却ゾーン５あるいは第２急冷却ゾーン７において、各急冷却ノズル対が異なる水量を噴射する場合でも、水切りロール１３によってそれらを区切ることで、冷却水１４が別の場所に混入し、意図しない冷却速度で厚鋼板Ｓを冷却するのを防ぐことができる。これにより、冷却される厚鋼板Ｓがとれる温度履歴を多彩なものとし、要求特性に合わせて適切な冷却が行える。
【００４６】
各水切りロール１３は、テーブルロール１２の上方に位置しており、昇降機能を有することで様々な板厚の厚鋼板Ｓを一定の押付け力で拘束することができる。良好な水切り性を得るには冷却中の厚鋼板Ｓの形状を平坦に保つのが良く、水切りロール１３の押付け力は好ましくは４ｔｏｎ以上、より好ましくは６ｔｏｎ以上、さらに好ましくは８ｔｏｎ以上がよい。なお、各水切りロール１３の押付け力が大きすぎると、水切りロール１３が撓んで厚鋼板Ｓと水切りロール１３との間に隙間が生じて水切り性が悪化するおそれがある。このため、各水切りロール１３の押付け力は、２０ｔｏｎ以下が好ましい。
【００４７】
なお、第１急冷却ゾーン５の最も出側の上側の急冷却ノズル１０ａと空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａとの間及び空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａと第２急冷却ゾーン７の最も入側の上側の急冷却ノズル１０ａとの間に、少なくとも各々１つの水切りロール１３を設置することが好ましい。これにより、空冷ゾーン６への冷却水１４の漏洩を確実に抑制することができ、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによる温度測定を正確に行うことができる。  
【００４８】
水冷区間と空冷区間との境目では、図３（ａ）に示すように、水切りロール１３に加えて噴射ノズル１７から噴射される水パージ１８あるいはエアパージを行い、水冷適用区間外への冷却水１４の漏洩を確実に抑制することが好ましい。特に、第１急冷却ゾーン５あるいは第２急冷却ゾーン７において強冷モードにより厚鋼板Ｓの冷却を実施している隣の空冷ゾーン６で厚鋼板Ｓの温度計測を行う場合は、強冷モードで噴射されている多量の冷却水１４を確実に適用区間内に留めるため、水切りロール１３と水パージあるいはエアパージを用いることが好ましい。
ただし、温度計測を行うゾーンの隣のゾーンが空冷や弱冷モードであった場合は、図３（ｂ）に示すように、水切りロール１３のみを用いてもよいし、図３（ｃ）に示すように、水パージ１８あるいはエアパージのみを用いても良い。
【００４９】
なお、図２（ｂ）に示すように、空冷ゾーン６の入側及び出側に設置された水切り機構が水切りロール１３であるとき、空冷ゾーン６の上面側に配置された放射式温度計１１ａの集光部が水切りロール１３の上端よりも低い位置に配置されていることが好ましい。図２（ａ）に示すように、空冷ゾーン６の上面側に配置された放射式温度計１１ａの集光部が水切りロール１３の上端よりも高い位置に配置されていると、隣のゾーンから流入した水蒸気によって輻射エネルギが減衰・散乱するので、これを防止するためである。
【００５０】
また、熱処理設備１は、図１に示すように、厚鋼板Ｓの冷却を制御する冷却制御装置１５を備えている。冷却制御装置１５は、厚鋼板Ｓを搬送するテーブルロール１２、各急冷却ノズル１０ａ，１０ｂ、入側温度計８及び出側温度計９、各放射式温度計１１ａ，１１ｂ、及び上位コンピュータ１６に接続されている。
【００５１】
この冷却制御装置１５は、要求された材質特性を確保できる第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７の冷却開始温度、冷却停止温度、板厚中心位置における平均冷却速度、及び空冷ゾーン６での空冷時間のそれぞれの目標の範囲を上位コンピュータ１６から取得する。また、冷却制御装置１５は、入側温度計８及び出側温度計９によって測定された冷却装置３の入側及び出側の厚鋼板Ｓの温度と、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって測定された厚鋼板Ｓの温度を取得する。そして、冷却制御装置１５は、上記取得した温度を用いて内部モデルに基づいた伝熱計算を行い、第１急冷却ゾーン５と第２急冷却ゾーン７で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御する。この際、第１急冷却ゾーン５と第２急冷却ゾーン７の冷却開始温度、冷却停止温度及び板厚中心位置における平均冷却速度、空冷ゾーン６での空冷時間のそれぞれが目標の範囲内に収まるようにする。これにより、各急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから所定の流量の冷却水１４が噴射される。同時に厚鋼板Ｓが所定の搬送速度で搬送される。
【００５２】
例えば、厚鋼板Ｓを急冷却して焼入れする場合を考える。
板厚が厚い（例えば１６ｍｍ以上）場合、水冷によって厚鋼板Ｓの表層温度が低下しても板厚方向に熱伝導に時間がかかるため、板厚中心はすぐに冷却されず表層と中心の温度差が大きくなる。従って、厚鋼板Ｓの内部の熱伝導による冷却が支配的である。一般的な鋼板水冷プロセスの強冷却の熱流束は１０６ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ前後のオーダーなのに対し、内部の熱伝導の熱流束は１０５ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ前後のオーダーと、両者には大きな差がある。そのため、急冷却エリア４の強冷モード（例えば、水量密度１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２）によって厚鋼板Ｓの表層の温度を下げた後は、急冷却エリア４の弱冷モード（例えば、水量密度３００〜８００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２）によって冷却するのが好適である。
【００５３】
板厚が薄い（例えば１６ｍｍ未満）場合、水冷によって厚鋼板Ｓの表層温度が低下した後、板厚方向の熱伝導によってすぐさま厚鋼板Ｓの中心が冷却される。そのため、厚鋼板Ｓの表層と中心の温度差はそれほど大きくなく、厚鋼板Ｓの表層の水冷熱伝達による冷却が支配的である。この範囲の板厚では、急冷却エリア４の弱冷モード（例えば、水量密度３００〜８００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２）によって中〜小流量の水を噴射して冷却するのが好適である。
【００５４】
モードを切り替える板厚の閾値は、実施形態では１６ｍｍとしているが、目標とする第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７のそれぞれにおける冷却開始温度や冷却停止温度、冷却速度によって変更してもよい。
また、本実施形態では、使用するモードの切り替えは板厚のみに着目しているが、その他のパラメータ（例えば、所望する厚鋼板Ｓの特性、歩留まり、製造時間、板幅や板長など）によって、モードを切り替えてもよい。
【００５５】
図４には、図１に示すオフラインの熱処理設備において、第１急冷却ゾーン５の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂ及び第２急冷却ゾーン７の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから強冷モードで冷却水１４を噴射した状態が示されている。ここで、第１急冷却ゾーン５を急冷却エリア４において最も入側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域としている。また、空冷ゾーン６を第１急冷却ゾーン５の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射されない領域としている。そして、第２急冷却ゾーン７を空冷ゾーン６の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域としている。図４においては、厚鋼板Ｓの板厚方向中心位置の温度履歴が示されている。
【００５６】
この図４に示すような冷却パターンでは、より確実に水や水蒸気を除去するため、空冷ゾーン６において中央の急冷却ノズル１０ａに隣接して配置された放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの上面の温度を測定することが好ましい。なお、この温度履歴における厚鋼板Ｓの板厚は１２ｍｍを想定している。
【００５７】
また、図５には、図１に示すオフラインの熱処理設備において、第１急冷却ゾーン５の最も入側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから強冷モードで冷却水１４を噴射するとともにその出側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから弱冷モードで冷却水１４を噴射した状態が示されている。同時に、第２急冷却ゾーン７の最も入側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから強冷モードで冷却水１４を噴射するとともにその出側の上下２対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから弱冷モードで冷却水１４を噴射した状態が示されている。ここで、第１急冷却ゾーン５を急冷却エリア４において最も入側の上下２対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域としている。また、空冷ゾーン６を第１急冷却ゾーン５の上下２対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下２対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射されない領域としている。そして、第２急冷却ゾーン７を空冷ゾーン６の上下２対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域としている。
【００５８】
この図５に示すような冷却パターンでは、より確実に水や水蒸気を除去するため、空冷ゾーン６において上下２対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂのうち入側の急冷却ノズル１０ａに隣接して配置された放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの上面の温度を測定することが好ましい。空冷ゾーン６の入側は隣の第１急冷却ゾーン５の出側の冷却水１４の噴射が弱冷モードであるのに対し、出側は隣の第２急冷却ゾーン７の入側の冷却水１４の噴射が強冷モードであり、弱冷モードの噴射に近い入側の方が確実に水や水蒸気を除去できる。なお、この温度履歴における厚鋼板Ｓの板厚は８０ｍｍを想定している。厚鋼板Ｓの表層の温度は第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７の強冷モードでの冷却により低下し、弱冷モードに切り替えた場合でも厚鋼板Ｓの内部では高い冷却速度を維持できていることが図５から読み取れる。
図４及び図５に示した制御の例は一例であって、目標とする素材の特性（例えば、降伏比や引張強さ）によって制御形態は種々変更することができる。
【００５９】
次に、図１に示す熱処理設備１を用いた本発明の厚鋼板の製造方法について説明する。
先ず、所定の厚み（例えば８０ｍｍ）及び幅（例えば２０００ｍｍ）にあらかじめ熱間圧延され、室温になった後にスケールを除去した厚鋼板Ｓを加熱炉２に装入する。そして、加熱炉２において、厚鋼板Ｓをオーステナイト温度域（例えば、９１０℃）まで加熱する（加熱工程）。
次いで、厚鋼板Ｓは加熱炉２から抽出され、加熱炉２の出側に設置されている複数のテーブルロール１２により搬送されながら、冷却装置３で冷却される（冷却工程）。
【００６０】
そして、この冷却工程に先立ち、冷却装置３の入側に設置された入側温度計８により冷却工程の入側の厚鋼板Ｓの上面の温度を測定する。また、冷却工程後、冷却装置３の出側に設置された出側温度計９により冷却工程の出側の厚鋼板Ｓの上面の温度を測定する（温度測定工程）。
ここで、冷却工程は、加熱工程で加熱された厚鋼板Ｓを第１急冷却ゾーン５で急冷却する第１急冷却工程、第１急冷却工程で急冷却された厚鋼板Ｓを空冷ゾーン６で空冷する空冷工程及び空冷工程で空冷された厚鋼板Ｓを第２急冷却ゾーン７で急冷却する第２急冷却工程を備えている。
【００６１】
図１に示す熱処理設備１では、第１急冷却ゾーン５は、急冷却エリア４において最も入側の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域としている。また、空冷ゾーン６を第１急冷却ゾーン５の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射されない領域としている。そして、第２急冷却ゾーン７を空冷ゾーン６の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下３対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域としている。しかし、本実施形態では、第１急冷却ゾーン５は、急冷却エリア４において最も入側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域とする。また、空冷ゾーン６を第１急冷却ゾーン５の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射されない領域とする。そして、第２急冷却ゾーン７を空冷ゾーン６の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下５対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射される領域として以降説明する。
【００６２】
従って、第１急冷却工程では、厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って最も入側に配置された、上下１対の急冷却ノズル１０ａ、１０ｂから厚鋼板Ｓに冷却水を噴射する。また、空冷工程では、第１急冷却ゾーン５の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４が噴射されない。そして、第２急冷却工程では、空冷ゾーン６の上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの出側の上下５対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂから冷却水１４を噴射する。
空冷工程では、急冷却エリア４において厚鋼板Ｓの搬送方向に沿って上面側及び下面側の両側に設置された７対の放射式温度計１１ａ，１１ｂのうち、空冷ゾーン６に配置された１台の放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの上面の温度を測定する。
【００６３】
ここで、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び厚鋼板Ｓの搬送速度は、冷却制御装置１５により制御される。冷却制御装置１５は、測定された各温度に基づいて前述の第１急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量等を制御する。上記温度として、入側温度計８及び９で測定された冷却装置３の入側及び出側の厚鋼板Ｓの温度と、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって測定された厚鋼板Ｓの上面の温度が用いられる。上記制御は、第１急冷却工程及び第２急冷却工程での冷却開始温度、冷却停止温度及び板厚中心位置における平均冷却速度、空冷工程での空冷時間のそれぞれが目標の範囲内に収まるように行われる。
【００６４】
そして、冷却工程を構成する急冷却工程を経た厚鋼板Ｓは後工程に供される。
これにより、要求される鋼板特性（たとえば、降伏比８０％以下）を確保する厚鋼板Ｓを製造することができる。
ここで、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの上面の温度を測定するので、厚鋼板Ｓと放射式温度計１１ａとの間に水蒸気や水が介入することを防ぎ、減衰や散乱のない確実な測定が可能になる。これにより、中間温度（第１急冷却ゾーン５での冷却停止温度及び第２急冷却ゾーン７での冷却開始温度）を適切に管理して第一段階の急冷却と第二段階の急冷却を精緻に管理することができる。このため、板厚が顕著に厚い厚鋼板Ｓに対して二段階で急冷却を行う場合でも、鋼板全面で均質な厚鋼板Ｓを製造することができる。
【００６５】
なお、入側温度計８、出側温度計９及び放射式温度計１１ａで計測された各温度と、実験室での実験データや実機での製造実績を比較することで、製造された厚鋼板Ｓが要求特性を満たしていることを確認することができる。また、厚鋼板Ｓの搬送速度の実績と上記各温度により、第１急冷却工程及び第２急冷却工程における冷却速度も計算することができ、要求特性をより確かなものとすることができる。また、上記各温度や冷却速度は、鋼板仕様（たとえば板厚や板幅、鋼種）や操業実績（たとえば水温や気温、水量）などとともに上位コンピュータ１６内に保存することが好ましい。それにより、以後鋼板仕様や操業実績が近いものを冷却する際に参考データとして取り出し、それに応じて各ゾーンの水量に適切な学習を施すことで、各温度や冷却速度の狙いを確かなものとすることもできる。さらにこれらデータは、材料試験によって評価された鋼板特性と結びつけることにより、顧客の要求に応じた鋼板特性の微調整を行なうこともできる。
【００６６】
第２急冷却工程では、第２急冷却ゾーン７の最も出側の上側の急冷却ノズル１０ａの出側に設置された水切りロール１３を作動させて、第２急冷却ゾーン７で噴射される冷却水１４が出側に流出するのを阻止することが好ましい。これにより、急冷却エリア４を出た厚鋼板Ｓへの乗り水による板内冷却停止温度のばらつきを防ぐことができる。また、板内若しくは上下の冷却停止温度の不均一による厚鋼板Ｓの形状悪化、及び装置出側にある別の装置に冷却水１４が流入することも防ぐことができる。
【００６７】
空冷工程では、第１急冷却ゾーン５の最も出側及び第２急冷却ゾーン７の最も入側の上側の急冷却ノズル１０ａと、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａとの間に各１つ設置された水切りロール１３を作動させることが好ましい。これにより、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７で噴射される冷却水１４が空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａの近傍に流入するのを阻止し、温度測定を正確に行うことができる。  
また、空冷工程では、空冷ゾーン６の上面側に配置された放射式温度計１１ａの集光部を、上記２つの水切りロール１３の各々の上端よりも低い位置に設置した状態で、厚鋼板Ｓの上面の温度を測定することが好ましい。これにより、空冷ゾーン６の上面側に配置された放射式温度計１１ａの温度測定に際し、隣の第１急冷却ゾーン５あるいは第２急冷却ゾーン７から流入した水蒸気によって輻射エネルギが減衰・散乱するのを防止することができる。
【００６８】
さらに、空冷工程では、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａの集光部と厚鋼板Ｓとの間を大気圧以上の圧力の空気で満たした状態で、厚鋼板Ｓの上面の温度を測定することが好ましい。これにより、放射式温度計１１ａによる温度測定に際し、水蒸気や水の除去を確実なものとすることができる。
また、第１急冷却工程及び第２急冷却工程における冷却水の噴射水量が変更可能であり、その噴射可能な最小水量と最大水量との比が２以上であり、その最大水量密度が１０００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上かつその最小水量密度が３００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎ以上であるのが好ましい。
【００６９】
（第２実施形態）
図６には、本発明の第２実施形態に係る厚鋼板の製造設備を表すオフラインの熱処理設備の概略構成が示されている。基本構成は図１に示す熱処理設備１と同様だが、急冷却エリア４において、各上下１対の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂに隣接して、急冷却エリア４の設定水量外の水量（例えば３０〜２００Ｌ／ｍ２・ｍｉｎのような低流量）を噴射することができるノズル１９ａ，１９ｂを設置している。
これにより、目標とする厚鋼板Ｓの特性に応じて、適宜急冷却及び別の冷却のいずれかを選択して厚鋼板Ｓを冷却することができる。
また、図６に示す熱処理設備１は、冷却装置３の出側に鋼板形状計２０を設置している。これにより、前材や過去の厚鋼板Ｓの鋼板形状から水量・搬送速度の設定パターンをフィードバック制御し、厚鋼板Ｓの形状改善を行うことができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、図１及び図４乃至図６に示す熱処理設備１は、オフライン型の熱処理設備であるが、オンライン冷却装置に本発明を適用しても良い。オフライン型の熱処理設備は、オンライン冷却装置と比較して追加の工程が必要となるため、時間的・金額的なコストが高くなる。また、板の搬送等によって生産性を阻害するおそれもある。そのため、本発明で述べた極めて厚い板厚の厚鋼板Ｓの冷却ではなく通常の板厚の材料の場合には、搬送速度が速くなり、厚鋼板Ｓの先尾端の冷却開始温度に差がつきにくいため、かえってオンライン冷却装置を用いる方が好適である。
【００７１】
一方、オンライン冷却装置を用いる場合においても、二段冷却時は中間温度の管理が必要となることは明らかであり、本発明に記載の技術をそのまま使用して厚鋼板Ｓを製造できることは言うまでもない。
また、図１及び図４乃至図６に示す熱処理設備１において、放射式温度計１１ａ，１１ｂは厚鋼板Ｓの上面側及び下面側の両方に設置されているが、厚鋼板Ｓの上面側のみあるいは下面側のみに設置されていてもよい。また、図１及び図４乃至図６に示す熱処理設備１において、下面側の放射式温度計１１ｂが厚鋼板Ｓの下面の温度のみを測定してもよいし、上面側及び下面側の両方の放射式温度計１１ａ，１１ｂが厚鋼板Ｓの上面及び下面の両方の温度を測定するようにしてもよい。
また、冷却装置３の入側に入側温度計８を設置し、出側に出側温度計９を設置してあるが、いずれか一方のみを設置して、入側及び出側の厚鋼板Ｓの温度のうちのいずれか一方の温度を測定するようにしてもよい。
【実施例】
【００７２】
図７に示す熱処理設備１において、予めショットブラスト加工でスケールを除去した室温状態の厚鋼板Ｓを窒素雰囲気の加熱炉２で９００℃に加熱した。その後、加熱炉２から２．０ｍ離れた位置にある冷却装置３で冷却し、低降伏比を有する建築用鋼を製造した。厚鋼板Ｓの成分組成は、質量％でＣ：０．０６１％、Ｓｉ：０．０７％、Ｍｎ：１．９８％、Ｐ：０．００７％、Ｓ：０．０００８％、Ａｌ：０．０３％、Ｃｕ：０．３３％、Ｎｉ：１．０１％、Ｃｒ：０．３４％、Ｍｏ：１．５０％、Ｎｂ：０．０１０％、Ｖ：０．０４％、Ｔｉ：０．０１２％、Ｎ：０．００４２％であり、残部はＦｅ及び不可避不純物である。
図７に示す熱処理設備１においては、加熱炉２から冷却装置３の間に入側温度計８として走査型放射式温度計が設置され、冷却装置３の５．０ｍ出側に出側温度計９として走査型放射式温度計が設置されている。また、冷却装置３の急冷却エリア４には、上面側の急冷却ノズル１０ａの近傍に放射式温度計１１ａが設置されている。【００７３】
そして、実施例１〜２では、厚鋼板Ｓの冷却に際し、第２急冷却ゾーン７の出側の水切りロール１３と、第１急冷却ゾーン５の出側の水切りロール１３及び第２急冷却ゾーン７の入側の水切りロール１３を作動させた。また、入側温度計８で測定された厚鋼板Ｓの温度及び出側温度計９で測定された厚鋼板Ｓの温度と、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって測定された厚鋼板Ｓの上面の温度に基づいて、各種制御を行った。すなわち、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御し、下記温度条件が達成されるようにした。第１急冷却工程での冷却開始温度：Ａｒ３変態点以上、第１急冷却工程での冷却停止温度：４００〜５５０℃、第１急冷却工程での板厚中心位置における平均冷却速度：１〜２００℃／ｓ、空冷工程での空冷時間：３０〜３００ｓ、第２急冷却工程での冷却停止温度：３００℃以下、第２急冷却工程での板厚中心位置における平均冷却速度：１〜２００℃／ｓ。実施例１では、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は全て強冷モードとした。実施例２では、第１急冷却工程及び第２急冷却工程のそれぞれで使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は強冷モードと弱冷モードとの両者を用い、出側の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂを弱冷モードとした。【００７４】
比較例１では、厚鋼板Ｓの冷却に際し、第２急冷却ゾーン７の出側の水切りロール１３と、第１急冷却ゾーン５の出側の水切りロール１３及び第２急冷却ゾーン７の入側の水切りロール１３を作動させなかった。また、中間温度（第１急冷却工程での冷却停止温度及び第２急冷却工程での冷却開始温度）の管理をせず、入側温度計８で測定された厚鋼板Ｓの温度及び出側温度計９で測定された厚鋼板Ｓの温度に基づいて、各種制御を行った。すなわち、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御し、下記温度条件が達成されるようにした。第１急冷却工程での冷却開始温度：Ａｒ３変態点以上、第２急冷却工程での冷却停止温度：３００℃以下。比較例１では、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は全て強冷モードとした。【００７５】
比較例２では、厚鋼板Ｓの冷却に際し、第１急冷却ゾーン５の出側の水切りロール１３及び第２急冷却ゾーン７の入側の水切りロール１３を作動させなかった。また、中間温度の管理をせず、入側温度計８で測定された厚鋼板Ｓの温度及び出側温度計９で測定された厚鋼板Ｓの温度に基づいて、各種制御を行った。すなわち、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御し、下記温度条件が達成されるようにした。第１急冷却工程での冷却開始温度：Ａｒ３変態点以上、第２急冷却工程での冷却停止温度：３００℃以下。比較例２では、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は全て強冷モードとした。【００７６】
比較例３〜５では、厚鋼板Ｓの冷却に際し、第２急冷却ゾーン７の出側の水切りロール１３と、第１急冷却ゾーン５の出側の水切りロール１３及び第２急冷却ゾーン７の入側の水切りロール１３を作動させた。また、厚鋼板Ｓの冷却に際し、中間温度の管理をせず、入側温度計８で測定された厚鋼板Ｓの温度及び出側温度計９で測定された厚鋼板Ｓの温度に基づいて、各種制御を行った。すなわち、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び厚鋼板Ｓの搬送速度を制御し、下記温度条件が達成されるようにした。第１急冷却工程での冷却開始温度：Ａｒ３変態点以上、空冷工程での空冷時間：３０〜３００ｓ、第２急冷却工程での冷却停止温度：３００℃以下。比較例３では、第１急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は全て弱冷モードとし、第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は全て強冷モードとした。また、比較例４では、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は全て強冷モードとした。更に、比較例５では、第１急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は強冷モードと弱冷モードとの両者を用い、第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの噴射水量は強冷モードとした。【００７７】
そして、実施例１〜２及び比較例１〜５のそれぞれについて、熱伝導方程式を計算機で逆算処理することで、板厚中心の温度履歴を算出した。逆算処理には、入側温度計８で測定された厚鋼板Ｓの温度及び出側温度計９で測定された厚鋼板Ｓの温度と、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって測定された厚鋼板Ｓの上面の温度を用いた。また、算出した板厚中心の温度の履歴から、第１急冷却工程での冷却開始温度、冷却停止温度、及び第２急冷却工程での冷却停止温度を計算した。さらに、算出した板厚中心の温度と設定された厚鋼板Ｓの搬送速度と急冷却に使用した総ゾーン長から、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度を計算した。また、設定された厚鋼板Ｓの搬送速度と空冷ゾーン６のゾーン長から空冷時間を計算した。【００７８】
また、実施例１〜２及び比較例１〜５のそれぞれについて、冷却装置３の出側に出側温度計９として設置した走査型放射式温度計で厚鋼板Ｓの長手位置での幅方向温度偏差を測定し、厚鋼板Ｓの表面温度分布を求めた。表面温度の最大値から最小値を差し引いた値を温度偏差値として評価した。
また、実施例１〜２及び比較例１〜５のそれぞれの冷却条件で冷却された厚鋼板Ｓの機械特性を評価した。厚鋼板Ｓの板厚中央（板厚１／２）位置からＪＩＳ４号引張試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１の規定に準拠した引張試験を実施し、引張強さ（ＴＳ）、降伏強さ（ＹＳ）、降伏比（ＹＲ）を評価した。そして、ＴＳは７８０ＭＰａ以上、ＹＳは６３０ＭＰａ以上、ＹＲは８０％以下で合格とした。【００７９】
また、厚鋼板Ｓの板厚中央位置からＪＩＳＺ２２０２の規定に準拠したＶノッチ試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４２の規定に準拠したシャルピー衝撃試験を実施し、０℃におけるシャルピー吸収エネルギ（ｖＥ０）を評価した。０℃におけるシャルピー吸収エネルギ（ｖＥ０）は１００Ｊ以上で合格とした。
評価結果を表１に示す。【００８０】
【表１】
2021033723.tif 000003
【００８１】
実施例１〜２では、計算された第１急冷却工程及び第２急冷却工程での冷却開始温度、冷却停止温度、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度、及び空冷時間が目標温度の範囲内となった。また、厚鋼板Ｓの表面温度における幅方向温度偏差も小さく、引張強さ（ＴＳ）、降伏強さ（ＹＳ）、降伏比（ＹＲ）、及び０℃におけるシャルピー吸収エネルギ（ｖＥ０）は合格であった。
また、実施例２の場合、第１急冷却ゾーン５及び第２急冷却ゾーン７の出側の急冷却ノズル１０ａ，１０ｂを弱冷モードとしたため、実施例１と比較して出側の水切りが容易になり幅方向温度偏差が改善された。【００８２】
比較例１では、第１急冷却ゾーン５の出側及び第２急冷却ゾーン７の入側の水切りロール１３を作動させなかったので、空冷ゾーン６側に冷却水が漏れ出した。そのため、第１急冷却工程での冷却停止温度、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度、及び空冷時間が計算できず、不明であった。また、第２急冷却ゾーン７の出側の水切りロール１３を作動させなかったため、厚鋼板Ｓの表面温度における幅方向温度偏差が大きくなってしまった。第２急冷却ゾーン７の出側で水切りが行われないため、冷却水が第２急冷却ゾーン７の出側に流出し、冷却装置３の出側でも厚鋼板Ｓに水が乗った状態になったためと考えられる。【００８３】
また、比較例２では、第１急冷却ゾーン５の出側及び第２急冷却ゾーン７の入側の水切りロール１３を作動させなかったので、空冷ゾーン６側に冷却水が漏れ出した。そのため、第１急冷却工程での冷却停止温度、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度、及び空冷時間が計算できず、不明であった。また、空冷ゾーン６に冷却水が漏れだしたことから、空冷時間が短くなったと考えられ、これによりベイナイト変態率が不十分となって島状のマルテンサイトが得られなかったため、厚鋼板ＳのＹＲが不合格となった。【００８４】
また、比較例３では、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの温度を測定せず、中間温度の管理を行わなかった。このため、計算された第１急冷却工程での冷却停止温度、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度が目標範囲外となり、厚鋼板ＳのＹＳ及びｖＥ０が不合格となった。
また、比較例４では、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの温度を測定せず、中間温度（第１急冷却工程での冷却停止温度及び第２急冷却工程での冷却開始温度）の管理を行わなかった。このため、計算された第１急冷却工程での冷却停止温度、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度が目標範囲外となり、厚鋼板ＳのＴＳ、ＹＲ及びｖＥ０が不合格となった。【００８５】
更に、比較例５では、空冷ゾーン６に配置された放射式温度計１１ａによって厚鋼板Ｓの温度を測定せず、中間温度の管理を行わなかった。このため、計算された第１急冷却工程での冷却停止温度、第１急冷却工程及び第２急冷却工程でのそれぞれの板厚中心の冷却速度が目標範囲外となり、厚鋼板ＳのＹＳ及びｖＥ０が不合格となった。【００８６】
仮に、比較例３〜５と同条件で、第１急冷却工程及び第２急冷却工程で使用する急冷却ノズル１０ａ，１０ｂの数及び噴射水量、空冷ゾーン６のゾーン長、及び搬送速度を実施例１〜２と同じにした場合、実施例１〜２と同じような特性を持つ厚鋼板Ｓを製造できると推定される。しかし、中間温度の測定を行わない場合（空冷ゾーン６に配置される放射式温度計１１ａによる厚鋼板Ｓの温度測定を行わない場合）、第１急冷却工程での冷却停止温度及び第２急冷却工程での冷却開始温度の制御が適切にできない。そのため、厚鋼板Ｓが要求特性を満たしていることを確認するためには、その都度材料評価試験を行って特性評価するほかない。また、季節ごとの水温の変化や、設備の経年変化による変化に対応するためには、中間温度測定による冷却能力の評価と学習をその都度行うことが必要である。【００８７】
従って、中間温度の測定を行わない場合の厚鋼板Ｓの製造は、偶然温度履歴が合致したとしても、極めて生産性が低い、もしくは品質管理状況が悪い工程となってしまう。厚鋼板Ｓに対して二段階で急冷却を行う際に第一段階及び第二段階の急冷却のそれぞれにおける冷却開始温度、冷却停止温度及び冷却速度の制御を行う場合には、本発明のような中間温度の測定と水量調整が必要である。
【符号の説明】
【００８８】
１  熱処理設備
２  加熱炉
３  冷却装置
４  急冷却エリア
５  第１急冷却ゾーン
６  空冷ゾーン
７  第２急冷却ゾーン
８  入側温度計（温度計）
９  出側温度計
１０ａ，１０ｂ  急冷却ノズル
１１ａ，１１ｂ  放射式温度計
１２  テーブルロール
１３  水切りロール（水切り機構）
１４  冷却水
１５  冷却制御装置
１６  上位コンピュータ
１７  噴射ノズル
１８  水パージ
１９ａ，１９ｂ  ノズル
２０  鋼板形状計
Ｓ  厚鋼板
【図１】
2021033723.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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【国際調査報告】
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2021033723.tif 000014
2021033723.tif 000015
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