JP2014169478A - 鋼板の急速加熱方法および急速加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱を用いて鋼板を急速加熱する際に生ずる鋼板の形状不良を効果的に防止することができる鋼板の急速加熱方法とその装置を提案する。
【解決手段】誘導加熱装置と、上記誘導加熱装置の上流側に設けられた、デフレクタロールおよび／または搬送ロールで鋼板にＣ反りを付与する手段を有する冷間圧延後の鋼板を急速加熱する急速加熱装置を提供する。また、上記急速加熱装置を用いて、鋼板を誘導加熱装置で急速加熱する際、急速加熱する前の鋼板に予めＣ反りを付与する薄鋼板の急速加熱方法を提案する。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋼板の急速加熱方法および急速加熱装置に関し、具体的には、冷間圧延した普通鋼板や電磁鋼板等の素材鋼板を焼鈍する連続焼鈍設備に用いて好適な急速加熱方法とその方法に用いる急速加熱装置に関するものである。

冷間圧延した鋼板を熱処理する設備には、大別して、雰囲気ガスを制御したカバー内に鋼板コイルを載置して熱処理を施す箱型焼鈍炉（バッチ焼鈍炉ともいう）と、鋼板コイルを巻き戻しながら雰囲気ガスを制御した炉内に鋼板を連続的に通板して熱処理を施す連続焼鈍炉とがあり、現在では、焼鈍後の材質の均一性や生産性に優れる連続焼鈍設備が主流となっている。

上記連続焼鈍炉における熱処理は、鋼板コイルを巻き戻しながらラジアントチューブ等で加熱された炉内に鋼板を連続して通板し、所定の温度に加熱した後、所定の時間保持する均熱処理を施した後、室温まで冷却して再びコイルに巻き取ることにより終了する。上記加熱、均熱および冷却過程のうち、必須の過程は均熱過程であり、加熱、冷却過程は本質的に不要な工程であり、生産性を高める観点からは、それらの時間は短いほど好ましいといえる。

そこで、例えば、特許文献１には、通電ロールを介して冷延鋼板に電流を流し、あるいは、冷延鋼板を環状トランス内を貫通させ、還流トランスに交流電流を通して冷延鋼板に誘導電流を発生させることにより通電し、ジュール熱によって冷延鋼板を急速加熱した後、Ｈ_２を含む無酸化ガスの噴流によって急速冷却する連続焼鈍方法が開示されている。この焼鈍方法には、均熱過程が含まれてはいないが、加熱、冷却過程の時間を短縮するのに有効な技術を開示している。

しかし、板厚が０．５ｍｍ以下の冷延鋼板を、通電ロールを介して６００〜９００℃の温度に急速加熱すると、高温側に配設された通電ロールとの接触によって鋼板の熱膨脹が拘束されるため、鋼板に筋状の形状不良が発生するという問題がある（例えば、特許文献２参照。）。
そこで、このような問題に対応する技術として、上記の通電加熱に代えて、通電ロールのない誘導加熱によって鋼板を急速加熱する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特許第３１５６１０８号公報 特開平０９−１３７２３３号公報 特開２００９−０４６７２７号公報

上記誘導加熱の採用により、通電ロールとの接触に起因した鋼板の形状不良は回避することができる。しかし、誘導加熱することによって、鋼板に新たな形状不良が発生し、鋼板が搬送ロールに接触した際にダブり込みを起こし、しわ状、筋状等の欠陥が発生するという新たな問題が発生するようになった。この形状不良は、鋼板を急速加熱するほど顕著となる。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、誘導加熱を用いて急速加熱する際に生ずる新たな鋼板の形状不良を効果的に防止することができる鋼板の急速加熱方法とその装置を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決するべく、急速加熱時の鋼板形状の変化と搬送ロールとの関係に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、急速加熱を受けた鋼板は、幅方向に熱膨張しようとするが、搬送ロールとの接触によって上記熱膨脹が拘束されてしわ状欠陥を生ずること、したがって、上記欠陥を防止するためには、急速加熱する前の鋼板に上向きのＣ反りを付与し、鋼板が搬送ロールと接触する点を１点にしてやればよいことを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、冷間圧延後の鋼板を誘導加熱装置で急速加熱する方法において、急速加熱する上記鋼板に予めＣ反りを付与することを特徴とする薄鋼板の急速加熱方法である。

本発明の薄鋼板の急速加熱方法は、上記Ｃ反りを、鋼板をデフレクタロールで９０°以上の方向転換することで付与することを特徴とする。

また、本発明の薄鋼板の急速加熱方法は、上記Ｃ反りを、誘導加熱装置の上流側に配設された搬送ロールで付与することを特徴とする。

また、本発明は、冷間圧延後の鋼板を急速加熱する急速加熱装置であって、鋼板を急速加熱する誘導加熱装置と、上記誘導加熱装置の上流側に設けられた、鋼板にＣ反りを付与する手段を有することを特徴とする薄鋼板の急速加熱装置である。

本発明の薄鋼板の急速加熱装置は、上記Ｃ反りを付与する手段が、９０°以上の方向転換を行うデフレクタロールであることを特徴とする。

また、本発明の薄鋼板の急速加熱装置は、上記Ｃ反りを付与する手段が、誘導加熱装置の上流側に配設された、胴部の形状が鞍型または樽型である搬送ロールであることを特徴とする。

また、本発明の薄鋼板の急速加熱装置における上記Ｃ反りを付与する手段と誘導加熱装置との間の距離が１０ｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、誘導加熱で急速加熱する前の鋼板に予めＣ反りを付与しておくことで、急速加熱に伴う熱膨張に起因した鋼板断面形状の変化を吸収し、無害化できるので、急速加熱に伴う鋼板の形状不良を防止することができる。したがって、本発明によれば、誘導加熱で鋼板を急速加熱する連続焼鈍設備でも、鋼板を安定して通板することが可能となり、形状品質の向上や生産性の向上に大いに寄与する。

従来の急速加熱装置を備えた連続焼鈍設備を説明する図である。 急速加熱によりしわ状欠陥が発生するメカニズムを説明する図である。 Ｃ反り付与によってしわ状欠陥を防止するメカニズムを説明する図である。 鋼板を曲げ変位したときのＣ反り発生メカニズムを説明する図である。 デフレクタロールによる鋼板へのＣ反り付与を説明する図である。 本発明の急速加熱装置を備えた連続焼鈍設備を説明する図である。 鋼板にＣ反りを付与する他の方法を説明する図である。

先ず、本発明の基本的な技術思想について説明する。
図１は、従来の急速加熱装置を備えた連続焼鈍設備の入側設備と熱処理炉の部分を抜粋して示したものである。急速加熱される鋼板１は、図示されていないアンコイラやウェルダ、洗浄設備、ルーパー等の入側設備６から供給され、直線的に横型の熱処理炉３に送り込まれている。上記熱処理炉３は、鋼板を加熱速度１００℃／ｓ以上で所定の温度まで短時間で加熱する急速加熱領域４と、上記鋼板をさらに均熱温度まで加熱し、所定の時間保持する均熱領域５とから構成されている。なお、急速加熱される鋼板１は、進行方向に多数配設された搬送ロールによって搬送される。なお、上記急速加熱領域４は、通常の連続焼鈍設備の予熱帯や加熱帯に、均熱領域５は均熱帯に相当する。

上記急速加熱領域４は、通常、鋼板の進行方向に配設された複数の誘導加熱装置から構成されており、所定の加熱速度を確保するため、鋼板の通板速度や鋼板寸法の変化に対応して誘導加熱装置の使用数や出力を変えられるようになっている。また、各誘導加熱装置間には鋼板を搬送するための搬送ロール７が配設されている。

このような構成の熱処理炉では、平坦な状態で急速加熱領域４に送り込まれた鋼板１は、急速加熱によって熱膨張し、板幅方向に拡がろうとする。しかし、鋼板は、搬送ロールとの接触によって拘束されているため、上記熱膨張により生じた余幅を吸収するため、鋼板の幅方向断面は波打った不規則な形状となる。そして、図２に示したように、上記不規則な断面形状のまま、鋼板が搬送ロールに到達すると、鋼板は複数の点で接触して幅方向への移動が拘束されることと、温度上昇による変形抵抗の低下とが相俟って、上記余幅部分が座屈し、塑性変形して筋状欠陥やしわ状欠陥を生ずる。

そこで、発明者らは、誘導加熱での急速加熱に伴う筋状欠陥やしわ状欠陥の発生を防止する方法について検討を重ねた。その結果、鋼板に筋状欠陥やしわ状欠陥を発生させる搬送ロールの拘束は、鋼板が搬送ロールと複数点で接触することによって引き起こされること、したがって、上記拘束を無くすには、鋼板と搬送ロールとの接触点を１つにしてやればよいこと、そして、その実現のためには、急速加熱する前の鋼板に大きなＣ反りを付与してやればよいことを見出した。

図３は、鋼板に予めＣ反りを付与した後、急速加熱したときの、鋼板板幅方向の断面形状の変化を示したものである。Ｃ反りを付与された鋼板は、急速加熱によって熱膨脹を起こすが、その熱膨脹による形状変化は、小波が大波に吸収されるように、予め付与されたＣ反りに吸収されるので、断面形状に不規則な変化は生じない。その結果、熱膨張した鋼板は、下に反った状態で板幅中央の１点でのみ搬送ロールと接するので、搬送ロールによる拘束を受けることなく幅方向に自由に熱膨脹することができる。さらに、熱膨張した鋼板と搬送ロールとの接触域は、板幅中央から徐々に左右に拡大して行き、最後にはロールに倣って平坦化していくので、鋼板には筋状やしわ状の欠陥は生じない。

次に、発明者らは、急速加熱する前の鋼板に、予めＣ反りを付与する方法について検討した。
一般に、鋼板に曲げ変形を付与すると、図４に示すように、鋼板の内面側には、圧延方向に縮められるため、板幅方向に伸びようとする内部応力が、外面側には、圧延方向に引っ張られるため、板幅方向に縮もうとする内部応力が発生する。その結果、曲げ変形を受けた鋼板は、外面側に反り返り、いわゆる「鞍反り」と称されるＣ反りが発生することが知られている。

そこで、発明者らは、連続焼鈍設備には、通常、鋼板の進行方向を転換するためのデフレクタロールが多数設置されていることに着目し、このデフレクタロールをＣ反り付与手段として用いることを検討した。図５は、デフレクタロール２によって進行方向を９０°曲げられた鋼板の形状変化を示したものである。デフレクタロールで方向転換される前の平坦な形状の鋼板は、方向転換する際の曲げに伴う体積変化によって、鋼板の両幅端部が上方に反り返ったＣ反り（上反り）が付与される。

図６は、従来の急速加熱装置を備えた連続焼鈍設備に、上記デフレクタロールを設置した本発明の急速加熱装置の一例を示したものである。アンコイラやウェルダ、洗浄設備、ルーパー等の入側設備６から供給された急速加熱される前の鋼板１は、デフレクタロール２´によって、進行方向を水平方向から上方向に９０°転換され、さらに、デフレクタロール２によって上方向から水平方向に９０°転換されると同時に、Ｃ反りを付与されて、横型の熱処理炉３の急速加熱領域４に向かって搬送されている。急速加熱領域４に送り込まれた鋼板は、急速加熱されて熱膨張するが、その熱膨張分は、予め付与されたＣ反りによって吸収されるため、Ｃ反りの大きさが大きくなるだけである。そのため、搬送ロールとの接触点は、基本的には１箇所のままで高温まで加熱されることになる。その後、この鋼板は、均熱領域５で全体が等温に加熱されるので、Ｃ反りは解消されて平坦な形状に戻る。

ここで、Ｃ反りを付与するためにデフレクタロール２によって鋼板の進行方向を転換する角度は、大きいほどＣ反りが大きくなるので、９０°以上とするのが好ましい。９０°未満では、十分な大きさのＣ反りを得難いからである。したがって、例えば、１８０°の方向転換を行ってもよい。

また、デフレクタロール２と急速加熱領域４（誘導加熱装置）との間の距離Ｌは、１０ｍ以下とするのが好ましい。デフレクタロールによって付与されるＣ反りは、通常、弾性域内での変形であり、デフレクタロールから離れるに従い、徐々に小さくなり、１０ｍを超えると鋼板が平坦化してしまい、Ｃ反り付与効果が失われてしまうからである。なお、２００℃／ｓ以上の急速加熱を行うような場合には、熱膨張による形状変化が厳しくなるので、付与するＣ反りもより大きくする必要があり、デフレクタロール２と急速加熱領域４との間の距離Ｌは、５ｍ以下とするのが望ましい。

なお、鋼板にＣ反りを付与する手段としては、上記デフレクタロールによる方法に限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。例えば、図７（ａ）に示したように、搬送ロールの胴部形状を中央部分が凹んだ鼓状とすることによって鋼板にＣ反りを付与する方法、図７（ｂ）に示したように、搬送ロールの胴部形状を中央部分が凸の樽状とし、これを押し付けることによって鋼板にＣ反りを付与する方法、あるいは、上記鼓状と、樽状の搬送ロールを組み合わせて配設することによって鋼板にＣ反りを付与する方法等を用いることができる。

これらの方法は、鋼板の搬送方向が、図６とは逆の方向、すなわち、上方から下方に搬送された鋼板がデフレクタロール２によって９０°方向転換される場合には、付与されるＣ反りが、図５とは逆に、鋼板の両幅端部が垂れ下がった下反りとなるため、逆方向のＣ反り（上反り）を付与してやる必要がある場合や、焼鈍設備の設備配列上、デフレクタロールを設置することが難しいような場合に有効である。

なお、搬送ロールを用いてＣ反りを付与する場合にも、前述した理由から、Ｃ反り付与する搬送ロールと急速加熱領域（誘導加熱装置）との間の距離Ｌは、１０ｍ以下とするのが好ましい。
また、上記搬送ロールによりＣ反りを付与する方法と、デフレクタロールによりＣ反りを付与する方法を併用して適用してもよいことは勿論である。

Ｓｉを３ｍａｓｓ％含有し、板厚が０．３ｍｍまたは０．２ｍｍで、板幅が１２００ｍｍの電磁鋼板用の冷間圧延後鋼板を、図６に示したデフレクタロールで鋼板にＣ反りを付与する本発明の急速加熱装置を設置した連続焼鈍設備を用いて、表１に示した種々の条件で急速加熱して連続焼鈍し、熱処理後の鋼板形状を目視検査し、しわ状または筋状欠陥の発生有無を調査した。なお、比較例として、図１に示したデフレクタロールのない急速加熱装置を設置した連続焼鈍設備を用いた場合についても、同様にして調査した。

上記調査の結果を表１に併記した。この結果から、従来の急速加熱装置を用いたときには、いずれの条件でもしわ状等の欠陥が発生しているのに対して、デフレクタロールでＣ反りを付与する本発明の急速加熱装置を用いたときには、しわ状等の欠陥の発生は確認されていない。ただし、デフレクタロールと急速加熱装置の間の距離Ｌが、急速加熱速度が１５０℃／ｓの場合には１０ｍを超えると、また、５００℃／ｓの急速加熱速度の場合には５ｍを超えると、軽度のしわ状欠陥の発生が認められている。

本発明の技術は、連続焼鈍ライン（ＣＡＬ）の他、連続溶融亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）等、連続的に鋼板に焼鈍を施すラインにも好適に適用することができる。

１：鋼板（鋼帯）
２：デフレクタロール
３：熱処理炉
４：急速加熱領域
５：均熱領域
６：入側設備
７：搬送ロール

Claims (7)

1. 冷間圧延後の鋼板を誘導加熱装置で急速加熱する方法において、
   急速加熱する前の上記鋼板に予めＣ反りを付与することを特徴とする薄鋼板の急速加熱方法。
2. 上記Ｃ反りを、鋼板をデフレクタロールで９０°以上の方向転換することで付与することを特徴とする請求項１に記載の薄鋼板の急速加熱方法。
3. 上記Ｃ反りを、誘導加熱装置の上流側に配設された搬送ロールで付与することを特徴とする請求項１に記載の薄鋼板の急速加熱方法。
4. 冷間圧延後の鋼板を急速加熱する急速加熱装置であって、
   鋼板を急速加熱する誘導加熱装置と、
   上記誘導加熱装置の上流側に設けられた、鋼板にＣ反りを付与する手段を有することを特徴とする薄鋼板の急速加熱装置。
5. 上記Ｃ反りを付与する手段が、９０°以上の方向転換を行うデフレクタロールであることを特徴とする請求項４に記載の薄鋼板の急速加熱装置。
6. 上記Ｃ反りを付与する手段が、誘導加熱装置の上流側に配設された、胴部の形状が鞍型または樽型である搬送ロールであることを特徴とする請求項４に記載の薄鋼板の急速加熱装置。
7. 上記Ｃ反りを付与する手段と誘導加熱装置との間の距離が１０ｍ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の薄鋼板の急速加熱装置。

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