JP5098201B2 - 厚鋼板の焼戻し処理方法 - Google Patents

Description

本発明は誘導加熱装置を用いた厚鋼板の焼戻し処理方法に関する。

鋼板の搬送ライン上に誘導加熱装置を配置し、熱間圧延後の冷却から焼戻し処理までをオンラインで処理する厚板製造装置が実用化され、高強度ラインパイプ材等高性能厚鋼板の製造に供されている。

誘導加熱は、１次コイル側に電流を流すことで磁界を発生させ、鋼板側に磁界にともなう誘導電流を発生させてジュール熱により加熱を行なうもので、強磁性体である鋼板の誘導加熱においては、鋼板表層のごく近傍に電流が流れ、その鋼板表層が発熱する。

従って、厚鋼板の誘導加熱では、鋼板表層と中心部の温度が乖離する傾向にあり、板厚方向の材質安定性が損なわれる場合も生じるため、周波数と投入電力を調整して板厚方向で均一な鋼板温度が得られる誘導加熱方法が提案されている。

特許文献１は被加熱素材である厚鋼板の誘導加熱方法に関し、被加熱素材を昇温させる加熱段階と均熱段階を有する、誘導加熱を用いた熱処理において、加熱段階と均熱段階の間に更に、準加熱段階を設けることが記載されている。

加熱段階から直ちに均熱段階に移行すると板厚方向の温度均一性が十分でない場合も生じるので、準加熱段階は、加熱段階と同一周波数で、投入電力を下げた誘導加熱を行う。

準加熱段階では、被加熱材の表面温度が一定に達した後も表面と中心の温度差が所定の範囲となるまで加熱するので、均熱段階での誘導加熱により板厚方向に均一な温度分布が得られる。

均熱段階では加熱段階よりも周波数を高くし、投入電力を下げて、被加熱材の表面部、特に端面における熱放散による温度低下を防止し、急激な温度変化を防止し、熱伝導による被加熱素材全体の温度偏差を熱伝導により解消する。
特許第３３７０４９９号公報

ところで、厚鋼板の製造においては、熱処理時間の短縮は重要な課題で、搬送ライン上に誘導加熱装置を設けた生産設備が開発されたが、一方、厚鋼板の需要分野では板厚拡大が進展し、誘導加熱における板厚方向の温度差の不均一性は助長される傾向にある。

特許文献１記載の方法は、被加熱素材を一つの誘導加熱炉内において高温加熱し、さらに所定時間均熱保持する誘導加熱方法であり、被加熱素材を誘導加熱装置を通過させながら板厚方向の温度均一性を向上させることに関しては記載がない。

そこで、本発明は、被加熱素材を誘導加熱装置を通過させながら加熱し、板厚方向の温度均一性を向上させる誘導加熱方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は、以下の手段により達成される。
１．厚鋼板が搬送ライン上の複数の誘導加熱装置を上流側から下流側に通過して所定の温度に加熱される厚鋼板の焼戻し処理方法であって、厚鋼板をＡｃ_１点未満に加熱する前段の焼戻し処理と厚鋼板の一部または全部をＡｃ_１点以上に加熱する後段の焼戻し処理を備え、後段の焼戻し処理は少なくとも最後に通過する誘導加熱装置によるものであり、複数の誘導加熱装置による加熱において、厚鋼板がＡｃ _１ 点以上となる加熱時間の合計が１０秒以下であることを特徴とする厚鋼板の焼戻し処理方法。
２．厚鋼板の一部または全部をＡｃ_１点以上に加熱する誘導加熱装置がソレノイド型誘導加熱装置で、前記ソレノイド型誘導加熱装置で加熱する際の周波数が１０００Ｈｚ以上で、エネルギー密度が前段の誘導加熱装置と同等以上であることを特徴とする請求項１記載の厚鋼板の焼戻し処理方法。

本発明によれば、厚鋼板製造における熱処理時間が短縮され、且つ板厚方向の材質均一性に優れる厚鋼板が得られ、産業上極めて有用である。

本発明は鋼板を複数の誘導加熱装置を通過させて加熱し、少なくとも最後に通過する誘導加熱装置における加熱で所定の温度とすることを特徴とする焼戻し処理方法である。

図１は、本発明に係る焼戻し処理方法の実施に好適な厚板熱処理ラインを説明する図で、（ａ）は前加熱を実施中の厚板熱処理ライン、（ｂ）は最終加熱を実施中の厚板熱処理ラインを示し、図において１ａ，１ｂは後段の誘導加熱装置、２ａ，２ｂは前段の誘導加熱装置、３は被加熱鋼板、４は放射温度計、矢印ａは被加熱鋼板の搬送方向、ｂはパスラインを示す。尚、本発明において前段は上流側、後段は下流側を意味し、誘導加熱装置が前段、後段に各１台が配置される場合も含み、前段と後段の誘導加熱装置の台数に特に制限はない。

図示した厚板熱処理ラインは複数の誘導加熱装置２ａ，２ｂ，１ａ，１ｂを所定の間隔を設けて配置し、前段の加熱を行う誘導加熱装置２ａ、２ｂの入側と出側、後段の加熱を行う誘導加熱装置１ａ、１ｂの入側、出側に鋼板表面の温度を測定する放射温度計４を其々配置する。

被加熱鋼板３は、所定の間隔を設けて配置された複数の誘導加熱装置２ａ，２ｂと１ａ，１ｂによって、パスラインｂ上を通過しながら加熱される。

本発明に係る厚鋼板の誘導加熱方法では、前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂによる加熱は、目標加熱温度をＡｃ_１点以下とし、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂによる加熱は、目標加熱温度をＡｃ_１点以上とする。

前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂによる加熱は、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂによる、目標加熱温度をＡｃ_１点以上とする加熱を行う際の誘導加熱装置への負荷を軽減し、被加熱鋼板３がＡｃ１点以上に加熱される時間を短縮するための、前加熱で４００〜６００℃を目標加熱温度とする。

前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂによる加熱は、可能な限り被加熱鋼板３の温度を高温とし、且つ鋼板の板厚方向の温度が均一となるように加熱条件を選定する。

後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂによる加熱は、水冷などにより硬化した鋼板表面を軟化させ、板厚方向の材質を一様にするため、板厚目標加熱温度をＡｃ_１点以上とし、被加熱鋼板３の一部または全部をＡｃ_１点以上に加熱するが、Ａｃ_１点以上に加熱される時間は材質劣化を防止するため１０秒以下とする。

前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂによる加熱の際、一時的に鋼板表面温度がＡｃ_１点を超える場合は、当該表面温度を超える時間を加算し、得られた合計時間が１０秒以下となるように後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂによる加熱条件を調整する。

後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂはソレノイド型誘導加熱装置を用い、周波数を１０００Ｈｚ以上、望ましくは４０００Ｈｚ以上で加熱する。

目標加熱温度をＡｃ_１点以上として加熱すると、鋼板表面温度が磁気変態点を超えた段階で、比透磁率が低下し、加熱効率が低下する。実験によれば、厚鋼板の誘導加熱では磁気変態点以下では比透磁率μｒが３〜１０であったものが、磁気変態点を超えると１となる。

従って、加熱効率（電流の流れる空間分布、すなわち、スキンデプスで周波数ｆと比透磁率μｒの積）を一定とするため、磁気変態点以下の加熱で１０００Ｈｚの高周波とした場合、磁気変態点超えの加熱では３０００〜５０００Ｈｚとする。尚、高周波となるほど、水焼入れなどで硬化した鋼板表面が効果的に加熱されて好ましい。

本発明は、鋼板がＡｃ_１点を超えて加熱されても、短時間の場合、材質上の劣化が実用上無視できる程度であることを利用して、前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂによる加熱や後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂによる加熱条件を、所定温度に達するまでの昇温速度が速くなるように設定するので、熱処理時間が短縮される。

また、前工程の水冷工程から搬出された鋼板が、直ちに前段の誘導加熱装置に搬入できるように、前段や最後の誘導加熱装置による加熱条件を調整すると生産性が向上して望ましい。

図１に示した厚板熱処理ラインを用いて、スラブ厚２５０ｍｍから板厚４０ｍｍに熱間圧延後、水冷を施した厚鋼板に焼戻し処理を施した。後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂはソレノイド型誘導加熱装置とした。

水冷後の鋼板温度は３００℃で、前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂの目標加熱温度は５００℃とした。誘導加熱装置２ａ，２ｂによる加熱は、鋼板への投入電力密度（エネルギー密度）は３ＭＷ／ｍ^２から１ＭＷ／ｍ^２と順次低下させて均熱し、約８０秒で目標温度まで加熱した。

次に、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂで、目標加熱温度を８００℃として加熱を行った。周波数は１０００Ｈｚで、鋼板への投入電力は最大出力とし、出力調整は行わなかった。加熱当初、３ＭＷ／ｍ^２であったものが、鋼板温度が磁気変態点を超え始めると鋼板の磁気特性に影響されて低下し、ソレノイド型誘導加熱装置１の加熱目標温度８００℃になった時点で、約２ＭＷ／ｍ^２となった。

前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂによって、加熱前の鋼板温度が一定に保たれるため、一定の送り速度で全長方向に均一な加熱が実現された。

図２に、前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂ、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂの加熱による、鋼板特定部分における温度の時間的変化を示す。また、図３に焼戻し処理後の板厚方向の硬度分布を示す。尚、図において６００℃熱処理材は後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂでの目標加熱温度を６００℃としたものである。

図３より、本発明の焼戻し熱処理方法によれば、板厚方向に均一な鋼板の硬度分布が得られることが確認できた。尚、機械的特性は、６００℃熱処理材と本発明材では差がなかった。表面温度を放射温度計４で測定したところ、表面がＡｃ_１点を超えた時間は８秒であった。

本実施例では、全長２０ｍの鋼板を加熱するのに６０秒を要し、加熱後に板厚で一様な温度になった時、板温が６３０℃であり、Ａｃ_１点を超えた部分は板表面近傍であった。

実施例１と同じ供試材を、前段の誘導加熱装置２ａ，２ｂに替えて雰囲気炉を用いて６００℃まで加熱後、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂで加熱して焼戻し処理を行った。

後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂでＡｃ_１以上に加熱し、得られた鋼板は実施例１と同等の硬度分布であったが、６００℃まで加熱するのに約１時間を要し、能率を阻害した。

次に、雰囲気炉を１２００℃と高温に設定し、加熱時間を短縮したところ、炉内の温度分布に応じて、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂの加熱で、鋼板温度がＡｃ_１を超えた所と超えなかった所ができた。

このため、水冷後に鋼板を一旦オフラインして、熱電対を多数設置し、同様の熱処理を施したところ、Ａｃ_１を超えた累積時間が１０秒を超えていないと予想される場所は、実施例１と同等の材質が得られたが、超えたと予想される場所では材質劣化を生じていた。

従って、後段の誘導加熱装置１ａ，１ｂの前段において鋼板を加熱する装置は誘導加熱装置とする。

本発明の適用に好適な厚板熱処理ラインを説明する図。 本発明例 本発明例

符号の説明

１ａ，１ｂ 後段の誘導加熱装置
２ａ，２ｂ 前段の誘導加熱装置
３ 被加熱鋼板
４ 放射温度計
ａ 被加熱鋼板の搬送方向を示す矢印
ｂ パスライン

Claims (2)

1. 厚鋼板が搬送ライン上の複数の誘導加熱装置を上流側から下流側に通過して所定の温度に加熱される厚鋼板の焼戻し処理方法であって、厚鋼板をＡｃ_１点未満に加熱する前段の焼戻し処理と厚鋼板の一部または全部をＡｃ_１点以上に加熱する後段の焼戻し処理を備え、後段の焼戻し処理は少なくとも最後に通過する誘導加熱装置によるものであり、複数の誘導加熱装置による加熱において、厚鋼板がＡｃ _１ 点以上となる加熱時間の合計が１０秒以下であることを特徴とする厚鋼板の焼戻し処理方法。
2. 厚鋼板の一部または全部をＡｃ_１点以上に加熱する誘導加熱装置がソレノイド型誘導加熱装置で、前記ソレノイド型誘導加熱装置で加熱する際の周波数が１０００Ｈｚ以上で、エネルギー密度が前段の誘導加熱装置と同等以上であることを特徴とする請求項１記載の厚鋼板の焼戻し処理方法。

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