JP2008196015A - 連続焼鈍設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスジェット冷却設備を有する急冷帯出側における鋼帯幅方向の温度むらを解消し、焼付け硬化性鋼板のストレッチャーストレインやしわ模様の発生を防止することができる連続焼鈍設備を提供する。
【解決手段】少なくとも加熱帯、均熱帯および急冷帯を備えた鋼板用の連続焼鈍設備であって、前記急冷帯はガスジェット冷却設備を有すると共に、前記急冷帯の入口および出口のそれぞれには１対以上のシールロールを配設し、さらに前記急冷帯の前後には２本以上のブライドルロールから構成されるブライドルロールユニットを配設すると共に、前記急冷帯後のブライドルロールユニットは内部に誘導加熱装置を有する加熱ロールを２本以上有し、さらに該加熱ロールの巻付け角度は各加熱ロール当り１００°以上でかつ全加熱ロール合計で３８０°以上であることを特徴とする連続焼鈍設備。
【選択図】図２

Description

本発明は、連続焼鈍設備に関し、特に鋼帯を連続焼鈍後、ガスジェット冷却装置で急冷した後における鋼帯幅方向の温度分布を均一化することができる連続焼鈍設備に関するものである。

自動車の外板材等に用いられている冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、素材となる鋼帯を連続焼鈍炉で熱処理してから冷却し、あるいは熱処理後、溶融亜鉛めっき浴に導いて溶融亜鉛を被覆し、所定の付着量に制御し、あるいはさらにその後、ガス加熱、誘導加熱等による合金化炉へ導き、めっき層へ鉄を熱拡散させる合金化処理を施してから冷却し、その後、必要に応じて調質圧延を施して製造されるのが普通である。

上記鋼板の製造に用いられる連続焼鈍炉は、鋼帯をあらかじめ決められた温度まで加熱し、焼きなまし処理を施す加熱帯および均熱帯と、高温の鋼帯を室温あるいは所定の温度まで冷却するための冷却帯とから構成されており、さらに上記急冷帯は、通常の冷却帯のみからなる場合のほかに、急冷帯と徐冷帯あるいは急冷帯と過時効処理帯等とから構成されている場合がある。

一方、自動車用鋼板は、自動車が大型化するのにともなって幅広化されつつあり、また、安全性を確保する観点から高強度化が、さらに地球環境を保護する観点から、自動車車体を軽量化するための薄肉化が進められている。その結果、連続焼鈍炉では、高強度材の採用にともなう焼鈍温度の高温化が進み、この焼鈍温度の高温化は鋼帯の高温強度の低下を招くため、鋼板の通板性が悪化する傾向にある。さらに、上述した鋼帯の幅広化や薄肉化が重なることによって、従来の連続焼鈍技術では、連続焼鈍炉の安定操業を維持することが難しくなってきている。

ところで、近年、連続焼鈍炉における鋼帯を高温状態から急冷する材質制御手法を積極的に利用することにより、成形性と強度を併せ持つ製品開発が活発に行われており、その一つの例として、自動車のボディー用に用いられる焼き付け硬化性を有する鋼板（いわゆるＢＨ鋼板）がある。

斯かる鋼板の製造に適用される急冷技術としては、雰囲気ガスを熱交換器にて冷却した冷却ガスを鋼帯に高速のガスジェット流として吹き付けるガスジェット冷却方式、ロール内部に冷却媒体を注入してロールを冷却し、この冷却したロールを鋼帯に押付けることで鋼帯の冷却を行うロール冷却方式などの技術が知られている。

このうち、ガスジェット冷却方式は、冷却後の鋼帯の外観および形状が比較的良好であり、また冷却設備も比較的安価であるという特長を有するものの、他の冷却方法に比べて、冷却速度が低いという欠点があった。そこで、この欠点を補うため、冷却ガスの流速を上げたり、ガスジェットノズルと鋼帯間の距離を小さくして熱伝達率を上げたりすることが行われてきた。

しかし、冷却ガスジェット流の増速やガスジェットノズルと鋼帯間の距離を狭めることは、熱伝達率の向上には効果があるものの、冷却ガスが鋼帯面に衝突する際に、鋼帯エッジ部の過冷却を引き起こして、鋼帯幅方向の温度むらを助長するという問題がある。さらに、焼き付け硬化性鋼板を製造する場合には、この鋼帯幅方向の温度むらによってストレッチャーストレインやしわ模様と称される欠陥が発生するという問題がある。しかも、自動車用鋼板への品質要求が厳格化するのにともない、連続焼鈍炉における温度や冷却速度をより一層精度よく制御することが望まれている。

そこで、鋼帯幅方向の温度むらを低減する技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、無酸化炉を有する焼鈍炉の急速冷却帯前部もしくは後部に誘導加熱装置を装備する技術が、また、特許文献２には、冷却炉後部に誘導加熱装置を設けて誘導加熱する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、溶融亜鉛めっき浴の前段に、ロール内に複数の誘導加熱コイルを有する鋼板端部を加熱するためのエッジ加熱ロールを配設する技術が開示されている。
特開平０６−１７９９５５号公報 特開２００４−３３９５５３号公報 特開２００５−１１３２４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、横型炉の冷却帯後部に誘導加熱装置を配置し、また、特許文献２に開示されている方法は、縦型炉の冷却帯後部に誘導加熱装置を配置しているため、幅広薄肉厚の鋼帯の場合には、鋼帯のカテナリーや反りが大きく、かつ鋼帯の形状が悪いときには、誘導加熱装置の加熱コイルと鋼帯が接触し易いため、スパークやそれによる加熱コイル冷却部からの水漏れなどのトラブルを起こしたり、鋼帯の破断を引き起こしたりするおそれがある。また、特許文献３に開示されている方法は、実施例に示されているエッジ加熱ロールの巻付け角度が１２０°程度であり、鋼帯が幅広薄肉厚でかつ形状が悪い場合には、鋼帯とロールとの接触が不十分となり、エッジ加熱ロールの効果が十分に得られないことが、発明者らの検討の結果から明らかとなってきている。

また、焼鈍炉内に誘導加熱装置を設置し、加熱コイルから直接鋼帯を加熱する方法の場合、誘導加熱コイルの補修には炉を開放する必要があり、長時間の停止が必要となる。さらに、鋼帯の片面あたりの熱伝達係数（α）が１７０Ｗ／ｍ^２／℃以上の高速ガスジェット冷却設備においては、鋼帯面に衝突した冷却ガスが、冷却帯から流出して、急冷帯の入口や出口の直近に配置されたハースロールに板幅方向の温度むらを発生させ、急冷帯後の鋼帯エッジ部の過冷や鋼帯幅方向の温度むらを助長する。そして、この鋼帯幅方向の温度むらは、鋼板幅方向の固溶Ｃ量の不均一化を招き、ひいては上述した焼付け硬化性鋼板のストレッチャーストレインやしわ模様の発生に大きく悪影響を及ぼすこととなる。

そこで、本発明の目的は、ガスジェット冷却設備を有する急冷帯出側における鋼帯幅方向の温度むらを解消し、焼付け硬化性鋼板のストレッチャーストレインやしわ模様の発生を防止することができる連続焼鈍設備を提供することにある。

発明者らは、上記課題を解決するべく、鋭意検討を重ねた。その結果、連続焼鈍設備のガスジェット冷却設備を有する急冷帯の後に、ロール内部に誘導加熱装置を有する２本以上の加熱ロールからなるブライドルロールユニットを配設することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、少なくとも加熱帯、均熱帯および急冷帯を備えた鋼板用の連続焼鈍設備であって、前記急冷帯はガスジェット冷却設備を有すると共に、前記急冷帯の入口および出口のそれぞれには１対以上のシールロールを配設し、さらに前記急冷帯の前後には２本以上のブライドルロールから構成されるブライドルロールユニットを配設すると共に、前記急冷帯後のブライドルロールユニットは内部に誘導加熱装置を有する加熱ロールを２本以上有し、さらに該加熱ロールの巻付け角度は各加熱ロール当り１００°以上でかつ全加熱ロール合計で３８０°以上であることを特徴とする連続焼鈍設備である。

本発明の連続焼鈍設備は、冷延鋼板の製造設備、溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備のいずれかであることを特徴とする。

本発明によれば、連続的に鋼板を熱処理する連続焼鈍炉の急冷帯出口における鋼帯幅方向の温度分布を最適化できるので、焼き付け硬化性鋼板におけるストレッチャーストレインやしわ模様の発生を効果的に防止し、鋼板の品質向上や歩留りの向上に大いに寄与することができる。さらに、本発明によれば、連続焼鈍設備における操業トラブルを解消し、安定した操業が可能となる。

本発明に係る連続焼鈍設備について、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備を例にとって説明する。
図１は、本発明の連続焼鈍設備を備えた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備を示したものであり、１は鋼帯、２は加熱帯、３は均熱帯、４および６はブライドルロールユニットチャンバー、５は急冷帯、７は冷却帯（徐冷帯）、８は溶融亜鉛めっき槽、９は亜鉛めっき付着量制御装置、１０は合金化炉である。

また、図２は、本発明の連続焼鈍設備における、ガスジェット冷却設備１４を有する急冷帯５およびその前後の詳細な構成を示した図である。急冷帯５の前後のブライドルロールユニットチャンバー４および６には、鋼帯１に所望の目標張力を付与するための、複数本のブライドルロールからなるブライドルロールユニット１２および１６が、また、急冷帯５内のガスジェット冷却設備１４から噴出された冷却ガスが急冷帯５から流出するのを防止するため、急冷帯５の入口および出口のそれぞれにはシールロール１３、１３´が、さらに、急冷帯５前後のブライドルロールユニット１２および１６を収納するチャンバー４および６にはブライドルロールの冷却を防止するための伝熱ヒーター１１が備えられている。さらに、本発明では、急冷帯後に配設されるブライドルロールユニットは、鋼帯幅方向の温度むらを解消するため、ロール内部に誘導加熱装置を設けた加熱ロールを有することが必要である。

なお、上記図２では、急冷帯前に、５本のブライドルロール１２ａからなるブライドルロールユニット１２を配設し、また、急冷帯後に、４本のブライドルロール１６ａからなるブライドルロールユニット１６を配設し、そのうち急冷帯に近い側から３本を加熱ロール１６ｂとした例を示した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、急冷帯前後のブライドルロールユニット１２および１６がそれぞれ３本のブライドルロールから構成され、急冷帯後のブライドルロールのうちの急冷帯に近い側の２本を加熱ロール１６ｂとしたものであってもよい。すなわち、本発明では、急冷帯５の鋼帯１に所望の張力を付与することができ、かつ、急冷帯後の鋼帯幅方向の温度分布を均一化できれば、ブライドルロールや加熱ロールの本数は２本であってもよく、また、図２や図３とは異なる他の構造（配置）のものでもあってもよい。

次に、本発明の連続焼鈍炉の作用について説明する。
鋼帯１は、図２に示したように、図中の矢印方向に向かって、均熱帯３からブライドルロールユニットチャンバー４へ搬送されて、ブライドルロールユニット１２に巻き掛かり、次いで、急冷帯５に搬送され、その後、ブライドルロールユニット１６に巻き掛かるようにして通板される。その際、鋼帯１は、ブライドルロールユニット１２および１６によって、急冷帯５における所望の張力が付与されると同時に、ロール内部の誘導加熱装置で予め加熱された加熱ロール１６ｂを有する急冷帯後のブライドルロールユニット１６によって、鋼帯幅方向の温度分布の均一化が達成される。

また、本発明の連続焼鈍設備では、急冷帯の入口および出口のそれぞれには１対以上のシールロールを配設することが必要である。というのは、急冷帯のガスジェット冷却設備から噴出された冷却ガスは、鋼帯面に衝突したのち、急冷帯の入口および出口、即ち、急冷帯とその前後に設けられたブライドルロールユニットチャンバーとの連結部を通ってブライドルロールユニットチャンバーに大量に流出し、連結部近傍に設置されているブライドルロールのエッジ部を過剰に冷却する。その結果、ブライドルロールの鋼帯幅方向に温度差を生じ、さらに、この温度むらは、急冷帯における冷却速度のむらを引き起こし、ひいては鋼帯幅方向の固溶Ｃ量の変動を招いて、製品鋼帯のストレッチャーストレインやしわ模様を発生させる原因となるからである。特に、鋼帯厚が薄い時には、かなりの頻度で、ストレッチャーストレインやしわ模様を引き起こす。

上述した急冷帯後に配設される少なくても２本以上のブライドルロールから構成されるブライドルロールユニットは、急冷帯内の鋼帯に所望の張力を付与すると共に、該ユニットが有する加熱ロールによって鋼帯幅方向の温度の均一性を向上する作用を有する。このうち、鋼帯幅方向の温度均一化効果は、ブライドルロール、特に加熱ロール１６ｂへの鋼帯の巻き付け性に大きく影響される。そこで、発明者らは、上記点について鋭意検討を重ねた結果、上記温度均一化効果を確実に得るためには、誘導加熱装置を内蔵した加熱ロール１６ｂへの鋼帯の巻付け角度を、各加熱ロール当り１００°以上とし、かつ全加熱ロール合計で３８０°以上とする必要があることを新たに見出した。

急冷帯後のブライドルロールユニット１６は、目標とする鋼帯温度の均一化が達成されるのに必要な本数だけ誘導加熱装置を内蔵した加熱ロールとし、残りは通常のブライドルロールとする構成としてもよく、また、全てを誘導加熱装置内蔵の加熱ロールとし、必要に応じてＯＮ、ＯＦＦを切換え可能な構成としてもよい。ただし、いずれの場合も、誘導加熱して用いるロールは、急冷帯に近い側のロールとするのが好ましい。

図４は、本発明の加熱ロールの１例を示したものであり、ロール内部に１５０〜３００ｍｍ程度の幅で８分割された誘導加熱コイル１７を配設した例である。なお、上記誘導加熱コイルは、１００ｍｍ幅当たり１０〜３０ｋＷの加熱能力を有するものであることが好ましく、さらに、鋼帯の幅方向の温度分布に応じて、加熱有無の選択や加熱出力の制御が可能な構造のものであることが好ましい。

なお、本発明の連続焼鈍設備は、上記要件を備えたものであればいずれでもよく、上記に説明した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備の他に、例えば、冷延鋼板の製造設備や溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備であってもよい。

Ｃ：０．０００５〜０．００２５ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２５ｍａｓｓ％を含有する板厚：０．６５ｍｍ×板幅：１８２０ｍｍの冷間圧延後の鋼帯を、図１、２に示した連続焼鈍設備を有する合金化溶融亜鉛めっきラインに通板し、８２０〜８８０℃×２〜４秒の焼鈍を施したのち片面あたりの熱伝達係数（α）が２８０Ｗ／ｍ^２／℃のガスジェット冷却設備で５００〜５５０℃まで急冷し、その後、徐冷してから溶融亜鉛めっきを施し、合金化処理して目付け量が４５ｇ／ｍ^２（片面当たり）の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。この際、急冷帯後のブライドルロールの通板条件（加熱ロール使用本数、各加熱ロールの巻付け角および合計の巻付け角）を、加熱ロールの使用本数を誘導加熱装置のＯＮ，ＯＦＦで、また、巻付け角度を加熱ロールの配置を変更することで、表１に示したように変化させた。また、加熱ロールの幅方向の出力は均一とし、１本当たり２００ｋＷとした。

このようにして得た合金化溶融亜鉛めっき鋼板からサンプルを採取し、幅方向から３００ｍｍ角の試験片を各条件で５枚ずつ切り出し、次いで、この試験片に歪量が３％の張り出し加工を付与し、その表面に発生したしわ模様を目視観察し、５枚の試験片のいずれにもしわ模様の発生が無いものを○、軽度のしわ模様が発生しているものを△、しわ模様の発生大を×と判定し、その結果を表１に示した。また、急冷帯後のブライドルロールユニット出側で、鋼帯幅方向中央部と最端部から５０ｍｍ位置の温度を、放射温度計を用いて測定し、その値から両端部と中央部の温度差の平均を求め、その結果も表１に示した。

表１から、本発明を満たす、各加熱ロールの巻付け角が１００°以上かつ全加熱ロールの合計巻付け角が３８０°以上の場合には、鋼帯の幅方向の温度差を３℃以内とすることができ、製品鋼帯におけるしわ模様の発生を防止できていることがわかる。

本発明の技術は、鋼帯以外の金属帯の焼鈍炉にも適用することができる。

本発明に適合する合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備を説明する図である。 図１に示した製造設備の急冷帯前後の構造例を説明する図である。 図１に示した製造設備の急冷帯前後の他の構造例を説明する図である。 誘導加熱装置を備えた加熱ロールの内部構造を説明する図である。

符号の説明

１：鋼帯
２：加熱帯
３：均熱帯
４：急冷帯前のブライドルロールユニットチャンバー
５：急冷帯（第１冷却帯）
６：急冷帯後のブライドルロールユニットチャンバー
７：冷却帯（第２冷却帯）
８：溶融亜鉛めっき槽
９：亜鉛めっき付着量制御装置
１０：合金化炉
１１：伝熱ヒーター
１２：急冷帯前のブライドルロールユニット
１２ａ：急冷帯前のブライドルロールユニット内のブライドルロール
１３、１３´：シールロール
１４：ガスジェット冷却装置
１５：放射温度計
１６：急冷帯後のブライドルロールユニット
１６ａ：急冷帯後のブライドルロールユニット内のブライドルロール
１６ｂ：加熱ロール
１７：誘導加熱装置（誘導加熱コイル）

Claims (4)

1. 少なくとも加熱帯、均熱帯および急冷帯を備えた鋼板用の連続焼鈍設備であって、前記急冷帯はガスジェット冷却設備を有すると共に、前記急冷帯の入口および出口のそれぞれには１対以上のシールロールを配設し、さらに前記急冷帯の前後には２本以上のブライドルロールから構成されるブライドルロールユニットを配設すると共に、前記急冷帯後のブライドルロールユニットは内部に誘導加熱装置を有する加熱ロールを２本以上有し、さらに該加熱ロールの巻付け角度は各加熱ロール当り１００°以上でかつ全加熱ロール合計で３８０°以上であることを特徴とする連続焼鈍設備。
2. 冷延鋼板の製造設備であることを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍設備。
3. 溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備であることを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍設備。
4. 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備であることを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍設備。

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