JPH03294015A - 熱間圧延金属材料の冷却温度制御方法及びその装置列 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、近年実用化の進展の著しい金属材料のオン
ライン加工熱処理工程において問題になっている冷却過
程における温度分散（バラツキ）を防止しかつ冷却を制
御する方法及びそのための装置に関する。

（従来の技術） オンライン加工熱処理工程（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｍｅｃｈａ
ｎｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ、以後ＴＭ
ＣＰと略記）は、鉄鋼材料の製造分野で最も実用化が行
われているので、以下の説明では、鉄鋼のホットストリ
ップミルを例に具体的に記述する。

鉄鋼のホットストリップミルでは、通常、熱間圧延加工
後水蒸気を含む大気に約１〜３　ｓｅｃさらされ、次い
で水で冷却されて所定の温度でコイル状に巻き取られて
いる。巻取温度は通常５５０〜６５０℃程度が多い。し
かし、最近、高強度（４０〜８０ｋｇ　ｆ　／ｄ）でか
つ加工性の優れた熱間圧延鋼板（ホットストリップ）の
需要が増え、巻取温度も５００℃以下となる場合も増加
している。この低温巻き取りでは、巻取温度が分散し、
その結果として強度や加工性などの材質が分散し、歩留
低下を招いているのが実情である。

巻Ｍｍ度の分散防止技術に関しては、ホットストリップ
の表面粗さ制御によって防止する方法が提案されている
。例えば、特公昭６８−５４０４６号、特開昭６２−５
４５０７号及び特開昭６８−１４９３１号各公報等に開
示されている。いずれも表面をある範囲内の粗さに粗面
化することが特徴である。しかし、表面粗さ制御によっ
て巻取温度の分散が軽減するけれども、１００％解消し
たとは言えないのが実情である。

このように巻取温度の分散に、冷却される表面の条件が
関与していることが明らかにされたが、その要因として
表面粗さのみしか考慮されていないのが現段階である。

（発明が解決しようとする課題） 金属材料のＴＭＣＰにおける冷却温度分散を防止する技
術を構築することが本発明の課題である。

この課題を具体的に例示すれば、例えば鉄鋼のホットス
トリップミルの低温巻取温度の分散防止等が挙げられる
。

この冷却温度分散は、冷却する時の流体側条件と冷却さ
れる表面側条件の両者によって発生する。

本発明者は、この課題を表面側条件を制御することで解
決しようとするものである。鉄鋼のホットストリップミ
ルの場合、ホットストリップの表面側条件として考える
べき要因は、加熱工程での酸化スケールの生成状況、デ
スケーリング工程での酸化スケールの剥離状況、仕上圧
延工程でロールの摩耗、肌荒れの転写による表面粗さ状
況及び仕上圧延機出口からランアウトテーブル（Ｒｕｎ
　０ｕｔＴａｂｌｅ、以後ＲＯＴと略記）冷却装置入口
間での湿度の高い大気中酸化状況である。ただし、メタ
ラジ−的要因は除外した。

現実のホットストリップミルでの作業状況を見ると、圧
延速度が鋼種、板厚、仕上温度その他で変化する。それ
故、仕上圧延機出口からＲＯＴ入口までの大気中酸化時
間は、約０．１〜５ｓｅｃで作業条件によって大幅に変
化している。

仕上圧延で生成する圧延新生面は無酸化面であるから、
大気で鋭敏に酸化される。圧延新生面の性状は、大気中
酸化の短い領域で顕著に変化する二とが冷却実験からも
確認した。それ故、仕上比ロ〜ＲＯＴ冷却帯入ロ間の酸
化条件の安定化が、巻取温度の分散防止に効果があるこ
とが明らかになった。

したがって、本発明が解決しようとする：！１題は、よ
り具体的には、仕上比ロ〜ＲＯＴ冷却帯入ロ間の酸化条
件を制御することによって、巻取温度の分散を防止する
ことであると言い直すこともできる。

（：１題を解決するための手段） ホットストリップミルにおいては、仕上出口及び巻取機
入口でホットストリップ温度を測定している。しかし、
この間での温度降下状況すなわち冷却曲線を連続的に測
定することは不可能である。

そのために、巻取温度分散現象の発生機構の解明が遅れ
ている。そこで、圧延新生面の仕上出口〜ＲＯＴ冷却帯
入口までの大気中酸化が、冷却特性にどのように影響す
るかシミュレーションテストを行った。

熱間圧延新生面は、鋼管表面を機械加工し金属素地を露
出させ、無酸化雰囲気加熱炉（Ｎ２ガスバージ、密閉型
）で加熱させることでシミュレーションした。また、冷
却開始までの大気中酸化時間は、第２図に示した鋼管冷
却実験装置で、鋼管の搬送速度の制御あるいは鋼管加熱
炉出ロ〜冷却装置入ロ間を、部分的にＮ２ガス雰囲気で
囲む方法で制御した。鋼管の内面には等間隔に８本の熱
電対（長手方向中央部）を取付けて、冷却曲線を測定し
た。鋼管寸法は外径２２０×肉厚１２．７Ｘ長さ４００
Ω（＋＋ｎ）であった。

第３図は大気中酸化時間−〇　ｓｅｃの時の冷却曲線群
を示している。また、第４図は大気中酸化時間−２０ｓ
ｅｃの時の冷却曲線群である。

第３図の大気中酸化なしの条件では、冷却初期に緩冷却
となる膜沸騰が発生し、全体として冷却が遅延している
。しかし、第４図の大気中酸化あり（時間：　２０ｓｅ
ｃ）の時には、膜沸騰が発生せず全体として冷却が促進
されている。

これらの実験では、各々円周及び長手方向共に酸化条件
が十分に均一であるため、冷却曲線群に分散がなくほと
んど揃っている。つまり、圧延新生面が十分に酸化され
ると、膜沸騰が発生せず冷却が促進される。それに反し
て、圧延新生面が無酸化の時には、膜沸騰が発生して冷
却が遅延する。

それ故、膜沸騰の発生条件として圧延新生面の酸化の進
行状態があることが確認された。また、圧延新生面の酸
化状態が無酸化を含めて均一であれば冷却曲線が揃い、
冷却過程での温度分散は発生しないことが明らかになっ
た。

第５図には、大気中酸化時間３ｓｅｃの時の冷却曲線群
を示した。

この場合には、膜沸騰が混在しているため冷却曲線が分
散し、冷却過程で大きな温度偏差が発生している。その
理由は、圧延新生面の酸化−無酸化条件が中途半端であ
るため、表面性状が均一になっていないためである。

以上の実験結果から、圧延新生面の酸化条件を制御する
ことによって、温度分散を防止できかつ冷却の遅速を制
御できることが確認されたと言える。

ホットストリップミルの巻取温度分散防止との関連で言
えば、仕上圧延機出口での圧延新生面（無酸化）を、仕
上比ロ〜ＲＯＴ冷却帯入ロ間でホットストリップが通過
する雰囲気の酸化条件を制御することで、巻取温度の分
散を防止できかつ冷却の遅速も制御できることが、シミ
ュレーションテストで確認されたと言える。

実用的には、圧延新生面でも表面性状や酸化の難易度が
場所により分散があるので、第５図に示した通り、中途
半端な酸化は巻取温度に分散を発生させる。それ故、無
酸化あるいは加速酸化が望ましい。更に、現状ミルで圧
延速度が異なれば、圧延新生面の大気中酸化時間が変動
することに対応する。したがって、冷却特性が変動する
ので巻取温度が分散する原因の一つとなる。したがって
、仕上比ロ〜ＲＯＴ冷却帯入ロ間で無酸化を含めて酸化
条件を制御すると、圧延条件が変化しても冷却伝熱面の
酸化条件を所望の条件でかつ安定化させることができる
ので、巻取温度の分散が抑えられる。

（作　　用） 鉄鋼のホットストリップミルを例に具体的に記述する。

第１図は本発明の応用例の全体説明図である。

本発明の新機軸は、仕上比ロ〜ＲＯＴ冷却帯入ロ間は大
気遮蔽箱で囲まれ、この箱内はＮ２ガス等の無酸化雰囲
気あるいは０２富化ガス等の加速酸化雰囲気に制御され
ていることである。この箱内が無酸化雰囲気の場合を例
に述べる。

この場合、無酸化の圧延新生面が大気中で酸化されるこ
となく初期の均一状態が保持されるから、表面の酸化条
件は無酸化・均一条件である。圧延速度が変化しても、
同一の無酸化・均一状態が保持されるから、ＲＯＴでの
冷却特性が安定し、巻取温度の分散が解消される。

（実　施　例） 生産用ホットストリップミルの仕上比ロ〜ＲＯＴ冷却帯
入ロ間を箱状に覆い、この箱の入口及び出口はガスカー
テンで空気の侵入を防止した。

供試材の主要成分は、Ｃ：０．１％、Ｍｎ：１．０％、
Ｓｉ：０．６％で、仕上板厚２．８＋ｎ及び出口温度８
５０℃であった。ＲＯＴ冷却条件も実操業条件で、目標
巻取温度が４５０℃になるように制御した。

実施例　１： 比較のベースで仕上出口〜ＲＯＴ冷却帯間が開放された
本発明の実施前の条件である。

大気中酸化時間は約２．０ｓｅｃであった。

実施例　２： 本発明の実施態様の一つで、箱内にＮ２ガスを注入し雰
囲気の０２濃度を１ｏｏｐｐ−以下に制御した。

巻取温度の分散の状況を第１表に整理して示した。

第　　　　１　　　　表 区　分　　平均巻取温度 （”Ｃ） 実施例１ （従来法） 実施例２ （本発明） １１ ５３ 範　　囲（分散） 最高（”Ｃ）　　最低（’Ｃ） ３０ ６８ ＜３００ ３７ １１１表より明らかな通り、圧延新生面を無酸化状態に
保持することによって、巻取温度の分散が激減すること
が検証された。

（発明の効果） 金属材料の熱処理工程は一段とＴＭＣＰ化が進行し、伝
熱面条件が多様化しつつある。酸化条件に限定しても、
圧延新生面の酸化状態は操業条件によって大幅に変化し
ている。従来の冷却技術においては、この点が無視され
ていた。

本発明は、冷却伝熱面の酸化条件を安定化・人為的制御
することによって沸騰冷却不安定現象を防止可能である
ことを実証した。更に、本発明は熱処理冷却における形
状・寸法精度不良及び材質分散を防止する基本技術を構
築しているので、工業的に重要でかつ適用範囲が広い。

圧延新生面の酸化条件の制御法には、各種の酸化・還元
方法が応用可能である。また、前述の通り、冷却過程で
の温度分散には表面条件に限定しても多くの要因が絡ん
でいる。それ故、本発明と各種の要因制御法との組合せ
が一層効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をホットストリップミルに適応した場合
の概略説明図、第２図はシミュレーションテストに使用
した鋼管冷却実験装置の概略説明図、第３，４及び５図
は鋼管の冷却曲線群で、第３図は鋼管抽出後の大気中酸
化時間ｔ　−Ｏｓｅｅ　ｓｊ＠４図はｔ−２０ｓｅｃ及
び第４図はｔ−３ｓｅｃの時に対応した図表である。 １：仕上圧延機（列） ２：圧延新生面の酸化条件制御装置 ３　：　ＲＯＴ冷却帯　　　　４：巻取機５：鋼管加熱
炉 ６：冷却伝熱面の酸化条件制御装置 ７：供試鋼管　　　　　　８：冷却用ヘッダー化　理　
人　　弁理士　　茶野木　立　夫第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属材料の熱間圧延に引き続いて水冷却を行う加工
   熱処理冷却工程において、無酸化圧延新生面を大気中で
   酸化させることなく保持した後、冷却することを特徴と
   する熱間圧延金属材料の冷却温度制御方法。 ２、金属材料の熱間圧延に引き続いて水冷却を行う加工
   熱処理冷却工程において、仕上圧延機と冷却装置間に、
   大気を遮断しかつ雰囲気を制御する装置を付加したこと
   を特徴とする熱間圧延金属材料の冷却温度制御用装置列
   。