JPS6187824A - 高温金属管の均一冷却方法 - 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） この発明は金属管の冷却特に熱処理のための冷却の方法
に関する。該熱処理用冷却にはオンラインあるいはオフ
ライン熱処理さらには焼入れに限らず各種の制御冷却熱
処理を含む。

（従来の技術） 従来、主として鋼管の焼入れを対象に各種の冷却方法や
その装置が多数提案されている。

それらは何づれも、焼入れむら、曲がシや真円度の崩れ
を防止あるいは改善する所に技術的な狙いがある。例え
ば、特公昭５７−４４７３５号公報では、鋼管を回転さ
せながら浸漬冷却することによシ冷却の均一化を図って
いる。これらの既存の提案は鋼管を回転するとか冷却水
の噴出方法や条件さらには冷却水の撹拌等の改良を付加
して鋼管の冷却の均一化を図る点で共通している。換言
するならば、従来の提案は、主として、冷却装置の改良
で鋼管の冷却の均一化を図ることに力点が置かれていた
。これらの提案は、それなシの効果はあるが完全に目的
を達したとは云えないのが実情である。

その他、例えば特開昭５７−９８６２８号公報に開示さ
れているように、加熱時の炉内雰囲気の酸素濃度を０．
２〜２％に制御することにより、冷却時の変形の減少を
図る方法等が提案されている。しかし、該方法でも完全
に解決することは出来ないことを轟業者は知っている。

本発明者の研究によれば、焼入れむら、変形等の問題の
基本的要因は伝熱面の物理的、化学的諸性質が冷却曲線
を金属管の部位や場所によシ変動させるためであること
をつきとめた。それ故、冷却曲線が場所的にも時間的に
も安定化する伝熱面を作ることが、基本的かつ本質的な
解決策であることが分った。

ところで、これまでの冷却技術では、どのような伝熱面
が冷却に際して最適かを検討していないし、また、開示
もされていない。

本発明者は全く異なる新しい観点から、高温金属管の均
一冷却方法について技術的に検討した。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は焼入れむらに基づく材質のバラツキおよび冷却
の不均一による形状不良（曲がシ、真円度の崩れ等）を
防止する方法を見出すことが第１の狙いである。第２に
、オンラインあるいはオフライン制御冷却における冷却
終了温度の安定化、材質の安定化および残留応力を含め
て形状不良の解消を図ることである。

これらの実用的々問題を解決するには、金属管表面の伝
熱面の改善が必要である。換言するならば、冷却曲線が
場所的にも時間的にも最も安定化する伝熱面を作ること
が根本的な解決策になるということである。

七の理由は、高温の金属管を冷却する時には。

通常冷媒として沸騰現象を伴う工業用水を用いるので、
膜沸騰の終了温度（最小膜沸騰温度とも云う）が伝熱面
の物理的あるいは化学的諸性質によって変動するからで
ある。

この膜沸騰の終了温度を安定化させる方法については、
従来例等の知見が開示されていない。本発明者は、伝熱
面に比較的規則正しい密な凹凸状突起をつげることによ
シ、伝熱面上の振動する蒸気膜を突き破って冷媒液体と
直接接触させることが、この膜沸騰の終了温度の安定化
につながυ冷却曲線ひいては冷却終了温度が狭い範囲に
安定することを見出した。この発見に基づいて、広範な
金属管製造プロセスにおける高温金属管の冷却の均一化
方法を開発したものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の要旨とするところは、金属管を高温から冷却
するに際して、冷却前にミルスケールのない状態または
ミルスケールを除去した後、金属管表面を２μｍ以上の
平均粗さの均一な粗面を形成せしめて冷却することを特
徴とする高温金属管の均一冷却方法である。

以下に、この発明を鋼管の場合を例に詳細に説明する。

冷却しようとする鋼管表面のミルスケールは、一般に場
所によシその厚さや組成がばらついておシ、その上、表
面凹凸は短周期的には比較的滑らかである。また、ミル
スケールが付いた鋼管を再加熱した時、スケールの表面
凹凸や厚さの相対的に関係は。

大体遺伝する。このような高温鋼管を水で冷却すると冷
却むらが生ずることは避けられない。

なお、第２図にミルスケールのみを除去した表面状況を
示すが、好ましくない伝熱表面状況であシ、ミルスケー
ルのついた表面も多少粗くなるが大略同様な表面粗さ状
況であシ、好ましい伝熱表面状況ではない。

そこで、ショツトブラスト法でグリッドの材質、サイズ
および吹付は条件を広範に変化させて、ミルスケールを
除去し、さらに表面粗さの異なる鋼管を製作した。これ
らの鋼管を９３０℃に再加熱して外面冷却装置で目標冷
却終了温度５００℃の条件で冷却したところ、平均表面
粗さく中心線平均粗さＲａ　）が２μｍ以上の時、さら
に好ましくは３μｍ以上の時、円周方向および長手方向
の冷却終了温度のばらつきは極めて小さくなることが判
明した。

この理由を伝熱工学的に考察すれば以下のようである。

冷却水の温度が２０〜３０℃前後の時、蒸気膜の厚さは
、大略、数μｍから１０数μｍ程度であり、さらに蒸気
膜上の冷却水面は振動や脈動をしている。したがって、
伝熱面上に本発明で特定した条件の比較的規則正しい密
な凹凸状突起があれば蒸気膜層を突き破って突起が冷却
水膜に突入し、突起は固体−液体接触やフィン効果で、
局部的に表面部製が低下し、蒸気膜崩壊の核となる。

即ち、２μｍ以上の凹凸状突起が比較的規則正しく密に
あれば、蒸気膜崩壊の核が沢山できると共に全面はぼ同
時に均一に蒸気膜が崩壊し、逓移沸騰に移行し、冷却終
了温度が極めて狭い範囲に安定することになる。第１図
に均一冷却に望ましい伝熱面表面状況を模式図で示す。

このような機構で、伝熱面のミルスケールを除去し、表
面に規則的でかつ適度な表面粗さを与えることが冷却の
均一化を図る手段として有効であると理解される。

オフライン熱処理冷却の場合には、焼入れであれ各棟の
制御冷却熱処理冷却であれショツトブラスト法の改良で
対処できるが、オンライン加工熱処理の場合にはショツ
トブラスト法の適用は困難である。そこで、熱間圧延後
制御冷却を行う場合（オンライン加工熱処理）の例とし
て、ストン。

チレｒユーサ−（ＳＲ）の最終スタンドにダル仕上げし
たロールを組込み、そのロールで圧延して２μｍ以上の
平均粗さの均一な粗面を形成し、１伐いて目標冷却終了
温度５００℃で外面冷却を行った。その結果、冷却終了
温既のばらつきが飛躍的に小さくなった。熱間圧延で新
生面が形成されるので、冷却直前でスケールの除去の必
要はなく鋼管表面に比較的規則正しい蜜な凹凸状突起を
つけると高温からの冷却が極めて安定することが確認さ
れた。

（実施例） １）オフライン熱処理冷却の場合 鋼管の表面粗度はショツトブラスト法で、グリッドの材
質、サイズおよび吹付は条件を変化させて調整した。第
１表のデータを得るために供試した鋼管はラインパイプ
（Ｘ−６５）材で、その寸法は１７７．８ｏ＋　Ｘ１２
．７ｏ＋　Ｘ１２ｍＬである。刀口熱条φ 件は９３０℃×３０分（保定）で、冷却水温は３０℃で
行った。

同一の鋼管を第１表のＡ１と＆５の表面条件で焼入れ一
焼戻し熱処理後の機械的性質のばらつきを第２表に示し
た。

第２表 第１表および第２表より、冷却前の表面を比較的規則正
しく粗面化することによって冷却の均一化が図られ、熱
処理材の機械的性質のばらつきが、はぼ半減することが
確認された。

２）オンライン熱処理冷却の場合 実験用ストレッチレデューサ−の最終スタンドのロール
表面をショツトブラストで粗面化し梨地肌（ダル状）に
した。該ストレッチレデューサ−の後方に外面冷却装置
を設置し、圧延後直ちに冷却した。目標冷却終了温度は
５００℃であった。供試＠管の寸法は、外径４４２−７
ｔｘ、肉厚２．８調、長さ４ｍで、材質は５ＴＫ３０で
ある。実験結果を第３表に示す。

本　表面粗さ：くぼみの部分を除く 材　熱電対測定：　８個所／円局方向（内面）扁１，２
は比較例を示す。

第３表のデータから冷却の際の伝熱面表面に比較的規則
正しい凹凸状突起を形成すると温度むらがなく均一に冷
却されることが示されている。したがって、ストレッチ
レデューサ−の後面で、各種の制御冷却熱処理を施して
材質の向上を図る加工熱処理プロセスの実用化に際して
、ストレッチレデューサ−の後段スタンドのロール表面
を均一な粗面化して鋼管を圧延することにより、鋼管の
表面が粗面化し、より均一な冷却が可能になる。

（発明の効果） 先に、材質のばらつきや形状不良の主要因は、焼き入れ
むら等の冷却の不均一であることを述べた。伝熱面の表
面条件を２μｍ以上好ましくは３μｍ以上の平均粗さを
持ち、かつ比較的規則的な凹凸状突起を与えることによ
シ冷却が安定するので、冷却むらに起因する材質のばら
つきや形状不良は殆んど解消する。本発明者の実験結果
によれば、本発明方法を実施することによジラインノ９
イブの降伏強度や降伏比のばらつきは約５０％減少した
。

また、曲が９および真円度不良も約６０％軽減した。

本発明の方法を、各棟のオンライン加工熱処理プロセス
、オフライン制御冷却熱処理プロセスに適用すれば、冷
却終了温度が極めて安定し、後味的性質、形状が飛躍的
に向上する。

その他、従来、焼き入れむら防止のために焼入性向上元
素を多量に添加していたが、その量の１＋３ｉｌ減が可
能になる。また、金属管の表面肌が美麗になる等実用的
効果は大きい。

尚、本発明の方法は金属管に限らず、厚板およびホット
ストリップ等のオンラインおよびオフライン熱処理プロ
セスでも同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却の安定化に望ましい伝熱面表面粗さの模式
図、第２図はミルスケールのみ除去した表面状態の模式
図である。 第１図 第２図 手続補正書 昭和１；’）　＋＋　１０　ｏ／タ　日１冒／１庁Ｌ’
＜宜志賀　学　；・’：＜１勉１、ｉ′−１’トのノ、
小 昭４１１　ｊ’／　’１１°ｆ；Ｔ’ｉｆｉ’ｌ／ヲノ
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１ｉ１ｉ〜１、丁目ｊ２丁；１６１音３号え、、、Ｐｈ
＋’：１．　（６６５）岳ＩＩ呆１瞑二］覧株式會社４
　代　　理　　人 １１：　　所　　東】、・、都千代ＩＩＩ区丸の内２丁
ＩＪ６番２号丸の内へ小洲ビル３３０５、　　！１１ｉ
止ｕ＋７＜ｒ　−”１１．１１’ｒ　　　ｂ　Ｌｑ′−
−÷＋− 補　　　　正　　　　書 本願明細書及び図面中下記事項を補正いたします。 記 １、第７頁最下行の次に次文全追加する。 「尚、ロール表面のダル化には、ショツトブラスト法の
他に放電加工法によるロール表面の粗面化等が適用でき
る。」 ２、図面中「第１図」を本日提出の図面に訂正する。 第１図 手続補正書 昭和ｇＯ年Ｚ　月＋、ｊｔ　　１１ 昭＋ｕ夕？年特　許願第１？コ０７＆号氏名（名称）　
　新日本製鐵株式０社 ４　　代　　理　　！、 １１　所　　東京都ｆ代［１１区九０内２丁ロ６番２−
号丸の内Ｉいり、→ｌビル３３０、　　　　′″ 補　　　　　正　　　　書 本願明細ｄ中下記事項を補正いたしフす。 記 １、第７’Ｍ５行目と６行目の間に天文を挿入する。 「　なお、表面粗δを特徴つけるために、と述のように
平均表面粗さを用いたが、更に単位長さ当りの凹凸のＩ
３．を加味すると冷却特性をより効果的に決定づけられ
る。 単位艮妊当りの凹凸の数は、通常１インチ当りの長官の
中ＶＣ山の数がいくら含まれているか、すなわちＰＰＩ
　（Ｐｅａｋｓ　Ｐｅｒ　Ｉｎｃｈ）　ｔ’表示される
ことが多い。 本兜明肴等の研究によれば冷却の促進、安定化に対して
ＰＰＩは５０〜５００程度が好ｌしいことを究明してい
る。５０以下のＰＰＩでは冷却の安定化に対して余り鵡
著な効果がない。 ５００以とのＰＰＩでは、凹凸が余り密になり過ぎ、粗
度の効果が、ｉつきりしなくなるし、冷却が抑制される
。また、ＰＰＩ　＞　５００の粗面を形成するには、大
幅なコストの上昇を招き、性済的に不利となる。 但し、ここでいう山の数は平ｊｌ−Ｉ粗さの２５チリ上
の山の数を意味している。」 手続補正書 昭和６０年口月７十日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属管を高温から冷却するに際して、冷却前にミルスケ
   ールのない状態またはミルスケールを除去した後、金属
   管表面を２μｍ以上の平均粗さの均一な粗面を形成せし
   めて冷却することを特徴とする高温金属管の均一冷却方
   法。