JPS5848612B2

JPS5848612B2 - 鋼材の冷却方法

Info

Publication number: JPS5848612B2
Application number: JP14060180A
Authority: JP
Inventors: 明博松崎; 宏大坪; 正樹北川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1983-10-29
Also published as: JPS5767114A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は鋼材の冷却方法に係り、詳しくは、鋼材の焼入
れ時において水冷ノズルを適正に配置して有効に冷却で
きる冷却方法に係る。

近年、大型構造物や大径高張力鋼管などの製造に当って
、高強度の鋼材の需要が高まっている。

鋼材の強度を向上させるためには、強度上昇に寄与する
合金元素の添加が最も一般的である。

しかしながら、溶接性や戒形性の点から、炭素当量には
上限が存在し、合金元素の添加量にも自から限度がある
。

また、近年は、省資源の上から、または、鋼材の原価が
上昇することから、合金元素の添加量の増加は好ましく
ない。

このため、合金元素の添加量を増加せずに、高強度の鋼
材を製造することが必要であって、その一つとして例え
ば焼入れ焼もどし処理があげられる。

この焼入れは、通常、鋼材をＡｒｇ点以上に加熱してか
ら、水冷することによって行なわれるが、この処理にお
いてもつとも重要なのは、Ａｒ３点以上の高温から鋼材
を大きな冷却速度で冷却してマルテンサイト組織を得る
ことである。

この冷却速度は、鋼材の寸法や材質が同じであると、鋼
材表面の熱伝達係数によって決められ、焼入れ処理によ
って高強度の鋼材を得るには、鋼材表面の熱伝達係数を
適正に保つ必要がある。

一般に、水冷の場合、熱伝達係数は鋼材表面温度によっ
て異なり、焼入れの場合のように、Ａｒ３点以上の温度
からの冷却では、約３００℃付近までは表面温度の低下
に伴って熱伝達係数は大きくなる。

したがって、冷却速度を大きくするには、鋼材の表面温
度は冷却初期に急激に低下させる必要があり、このため
、例えば、高水量密度の冷却水を搬送中の鋼材に噴射し
て、冷却速度を大きくしている。

また、冷却水３は矢印方向に搬送される鋼材１に対し、
ノズル２の穴状の噴射口からスプレー状に噴射させる方
式（第１図ａならびにｂ参照）とノズルのスリット状の
噴射口からスプレー状に噴射させる方式があるが、鋼材
１の表面に衝突したスプレー３は、衝突後、鋼材表面に
沿って流れることになる。

つまり、鋼材との衝突位置に近い水流は、乱流状態であ
って、鋼材表面からの脱熱能が大きいのに反し、衝突位
置から遠ざかるにつれて水流は層流状態に近づき、脱熱
能は低下する。

また、第１図ａならびにｂに示すように、搬送されかつ
冷却される鋼材１の内部の実測冷却曲線を求め、この曲
線から表面温度と熱伝達係数を算出し、さら１こスプレ
ー冷却における表面温度、熱伝達係数、水量密度間の回
帰式を用いて水量密度を求め、この水量密度とスプレー
衝突後の距離との関係を求めると、第２図に示す関係が
得られる（第２図において、イはスプレー衝突位置での
水量密度が１００００（ｌ／ｍｉｎ−ｍ）の時、口
は９０００（ｌ／ｍｉｎ−ｍ２）の時、ハは
８０００（ｌ／ｍｉｎ−＠’ ）の時、二は６０
００（ｌ／ｍｉｎ゜ｍ”）の場合を示す）。

この水量密度は鋼材の冷却に有効に寄与している水量密
度であって、これを以下において有効水量密度と呼ぶと
、第２図から明らかの通り、スプレー衝突点から５０〜
１００ｍｍ以降においては有効水量密度が大巾に低下す
る。

従（つで、鋼材の搬送速度が大きい場合は、有効水量密
度の大きい領域で鋼材が冷却される時間が短いため、１
列のノズル群では十分に冷却できない。

そこで、このような搬送速度の増加に伴う冷却能い低下
を防止するために、通常は、第１図ａならびにｂに示す
如く、搬送方向に複数のノズル群を配列して冷却されて
いる。

しかし、従来例では、これらノズル群が必ずしも最適条
件にの列されておらず、更に、冷却水の全水量の増加の
割にはあまり冷却能は向上せず、給排水設備が過剰であ
り、その改善が望まれている。

本発明者は、これらの欠点を改善すべく、複数のノズル
群の冷却能について実験を重ねて成立したものであって
、最少の水量で鋼材を有効に冷却できる冷却方法を提案
する。

本発明方法は、搬送中の鋼材の表面に２段の冷却用ノズ
ル群から冷却水を噴出させて鋼材を冷却する際に、１段
目の冷却用ノズル群から冷却水を鋼材表面に対して３０
〜３５°の入射角で衝突させると共に、２段目の冷却用
ノズルから冷却水を鋼材表面に対し２５〜４０’の入
射角で衝突させ、更に、２段目の水冷ノズル群からの冷
却水の量が冷却水全量の３０〜４０％になるよう、調整
して冷却することを特徴とする。

まず、本発明者らが、１段の冷却ノズル群から噴射され
る水流のなかで、冷却に有効に寄与する水量密度、つま
り、有効水量密度の変化を求めたところ、上記の通り第
２図に示す通りであった。

この第２図に示す状況から、冷却水のスプレー衝突後、
約５０〜１００ｍｍ以降において、有効水量密度の低下
が著るしくなっていることがわかる。

従って、本発明者らはこの有効水量密度が低下し始める
位置に２段目のノズル群を配置して冷却水を噴射すると
、有効な冷却が行なえることに着目した。

また、鋼材表面にはスケール層が存在し、しかも、スケ
ール層は冷却にとっては不利であるため、スケール層を
剥離するため、冷却水の衝撃力を高めることに着目した
。

一方、２段目以降では、噴射された水流が１段目のノズ
ル群からの噴射水流により形成される鋼材表面の水膜を
貫通して、鋼材表面と直接接触することにより冷却され
ることに着目した。

そこで、これらの知見に基づき、本発明者らは第１図ａ
ならびにｂに示す如く２段の冷却用ノズル２群によって
鋼材１を冷却する場合においてその冷却能に及ぼす諸要
因、つまり、冷却水の鋼材に対する入射角度（θ１，θ
２）、１段目の冷却用ノズル群と２段目の冷却用ノズル
群間の距離（ｌ）、各段の冷却用ノズル群への冷却水の
水量の分配比等について多数の実験を行なったところ、
表１から表３の結果が得られた。

すなわち、表１から明らかな通り、各入射角θ１，θ２
には適正な組合せがあって、冷却用ノズルのうち、１段
目のノズル群から冷却水が入射角度３０〜３５゜で吹付
けられるとともに、２段目のノズル群から入射角度２５
〜４０’で吹付けられたときに限ってのみ良好な冷却
能が得られることがわかる。

また、表２から各冷却用ノズル群間の距離（ｌ）も冷却
能に関係することがわかり、この値は５０〜９０間の範
囲が好ましいことがわかった。

また、各段のノズル群からの冷却水の量は、表３から２
段目の冷却用ノズル群の水量が全冷却水の量の３０〜４
０％が良好な冷却能が得られることがわかる。

要するに、本発明方法においては、はじめに１段目の冷
却用ノズル群から搬送中の鋼材に対し、入射角（θ１）
３０〜３５゜で冷却水を吹付け、更に、２段目の冷却用
ノズル群からは鋼板に対し、入射角（θ２）２５〜４０
’で冷却水を吹付けると同時に、２段目の冷却用ノズル
からの冷却水が全冷却水量の３０〜４０％を占めるよう
調整して冷却する。

これらの条件が同時に満足されると、冷却能が犬巾に向
上し、少ない水量で大きな冷却速度が得られるとともに
、給排水設備がコンパクト化し、採集面で有利となる。

つまり、本発明方法で冷却する場合は、単一ノズル群で
冷却する場合と同じ水量の冷却水によって、より大きな
搬送速度で送られる鋼材まで十分に冷却でき、冷却設備
能力が増強される。

また、複数ノズル群による従来例の冷却方法に比べても
、冷却水の全水量は大巾に低下させることができ、給排
水設備及び操業の面でも有利である。

なお、本発明方法は上記の焼入れ焼戻しのみにとどまら
ず、鋼材一般の冷却にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａならびにｂは複数の冷却用ノズル群によって、
鋼材を冷却する際の平面図と側面図、第２図は鋼材の搬
送方向の有効水量密度の変化を示すグラフである。符号、１・・・・・・鋼材、２・・・・・・ノズル、３
・・・・・・冷却水。

Claims

【特許請求の範囲】

１搬送中の鋼材の表面に２段の冷却用ノズル群から冷
却水を噴出させて鋼材を冷却する際に、１段目の冷却用
ノズル群から冷却水を鋼材表面に対して３０〜３５°の
入射角で衝突させると共に、２段目の冷却用ノズルから
冷却水を鋼材表面に対し２５〜４０゜の入射角で衝突さ
せ、更に２段目の水冷ノズル群からの冷却水の量が冷却
水全量の３０〜４０％になるよう、調整して冷却するこ
とを特徴とする鋼材の冷却方法。