高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置制造方法
【专利摘要】从气体喷射冷却带侧输送来的钢板(S)在浸渍于水槽(2)内的冷却水(5)之前由从冷却设备(4a)的喷嘴(6)喷射的冷却水冷却。此时，由于喷嘴(6)配置成从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部而配置数量减少，因此钢板(S)的等温线的分布状态相对于冷却水(5)的水面而变成凸的圆弧形状。换言之，在钢板(S)的板宽方向上形成从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部而温度升高的温度分布。
【专利说明】高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置。
【背景技术】
[0002]近年来，出于确保碰撞时乘员的安全性、实现基于车身的轻量化的燃耗的改善的目的，积极地利用抗拉强度为750[MPa]以上且板厚较薄的高强度冷轧钢板作为车辆的构造部件。为了制造这种钢板，通过利用具有水淬装置的连续退火设备，来有效地提高钢板中的马氏体相的体积率(参照专利文献I)。即，在将钢板加热到钢板的组织变成铁素体相和奥氏体相的混合组织或奥氏体单相的组织的温度(水淬温度)以后，通过在水淬装置中使钢板浸溃于水而以临界冷却速度以上来冷却钢板，能够制造具有铁素体相和马氏体相的混合组织或马氏体单相的组织的钢板。水淬温度越高，马氏体相的体积率越增加，钢板的强度与马氏体相的体积率的增大成正比地升高。
[0003]但是，在为了提高钢板的强度而对钢板实施如上所述的水淬处理的情况下，会在钢板的板宽方向上产生圆弧状的翘曲，水淬处理前是平坦的钢板有时在水淬处理后变得不平坦。这是因为，由于基于水淬处理的急剧的温度下降，会产生急剧的热收缩，通过该热收缩，钢板会压曲。当钢板的平坦性变差时，连续退火设备内的通板性就会劣化，会招致钢板的输送速度下降、通板故障，并且也会给冲压加工等下道工序带来障碍。从这种背景出发，提出了抑制与水淬处理相伴的圆弧状翘曲的产生的方法。具体而言，专利文献2公开的是如下的技术，即，在进行水淬处理时，通过对钢板的表背面的宽度方向整个区域进行加压，将因所赋予的压力而变形的钢板部分矫正成平坦状。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2002 - 294351号公报
[0007]专利文献2:日本特开平11 - 193418号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]但是，根据本发明的
【发明者】们的探讨，水淬处理后的钢板在钢板的板宽方向上圆弧状变形较罕见，在钢板的板宽方向上多个条纹状(波状)地变形的情况占一大半。这种条纹状变形通过在设置于水淬装置的水槽内的导辊上滚动而会成为拉深划痕，成为钢板的制造成品率下降的主要原因。因此，正在期待能够抑制在钢板的板宽方向上发生条纹状变形的技术的提供。
[0010]本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制在钢板的板宽方向上发生条纹状变形的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置。
[0011]用于解决课题的技术方案
[0012]为了解决上述课题而实现目的，本发明的高强度冷轧钢板的制造方法包括:以从钢板的板宽方向端部朝向板宽方向中心部而钢板的温度升高的方式在钢板的板宽方向上形成温度分布的温度分布形成步骤；及通过使在板宽方向上形成了温度分布的钢板浸溃于冷却水中来对该钢板实施水淬处理的水淬步骤。
[0013]为了解决上述课题而实现目的，本发明的高强度冷轧钢板的制造装置具备:以从钢板的板宽方向端部朝向板宽方向中心部而钢板的温度升高的方式在钢板的板宽方向上形成温度分布的温度分布形成单元；及通过使利用所述温度分布形成单元在板宽方向上形成了温度分布的钢板浸溃于冷却水来对该钢板实施水淬处理的水淬单元。
[0014]根据本发明的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置，能够抑制在钢板的板宽方向上发生条纹状的变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1A是表示以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布时的钢板的构造分析模拟模型的图；
[0016]图1B是表示以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布时的钢板的构造分析模拟模型的图；
[0017]图1C是表示以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布时的钢板的构造分析模拟模型的图；
[0018]图2是表示以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布时的钢板形状的模拟结果的图；
[0019]图3是表示以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布时的钢板形状的模拟结果的图；
[0020]图4是表示以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布时的钢板形状的模拟结果的图；
[0021]图5A是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布时的板表面的热应力的状态进行说明的示意图；
[0022]图5B是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布时的板表面的热应力的状态进行说明的示意图；
[0023]图5C是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布时的板表面的热应力的状态进行说明的示意图；
[0024]图6A是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布时的板表面的形状进行说明的示意图；
[0025]图6B是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布时的板表面的形状进行说明的示意图；
[0026]图6C是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布时的板表面的形状进行说明的示意图；
[0027]图7A是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布时的钢板的变形状态(截面的变形状态)的变化进行说明的示意图；
[0028]图7B是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布时的钢板的变形状态(截面的变形状态)的变化进行说明的示意图；
[0029]图7C是用于对以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布时的钢板的变形状态(截面的变形状态)的变化进行说明的示意图；
[0030]图8是表示应用本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置的连续退火设备的结构的示意图；
[0031]图9A是表示本发明的第一实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的结构的侧视图；
[0032]图9B是从图9A所示的箭头A方向观察本发明的第一实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的图；
[0033]图1OA是表示冷却设备冷却能力和水槽冷却能力同等时的钢板的板宽方向的温度分布的示意图；
[0034]图1OB是表示冷却设备冷却能力比水槽冷却能力大时的钢板的板宽方向的温度分布的示意图；
[0035]图1OC是表示水槽冷却能力比冷却设备冷却能力大时的钢板的板宽方向的温度分布的示意图；
[0036]图1lA是表示本发明的第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的结构的侧视图；
[0037]图1lB是从图1lA所示的箭头A方向观察本发明的第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的图；
[0038]图12是表示使用图11A、图1lB所示的高强度冷轧钢板的制造装置时所形成的钢板的板宽方向的温度分布的示意图；
[0039]图13是用于对钢板的板翘曲量的定义进行说明的图。
【具体实施方式】
[0040]下面，对本发明一实施方式的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置进行说明。
[0041]〔本发明的概念〕
[0042]首先，参照图1~图7对本发明的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置的概念进行说明。
[0043]本发明的
【发明者】们重新进行了深入研究，结果发现，根据钢板的板宽方向的温度分布的差异而伴随着水淬处理带来的钢板的板宽方向的变形状态发生变化。下面，说明通过构造分析模拟分析了板宽方向的温度分布的差异带来的钢板的热应力变形状态的变化的结果。
[0044]图1是为了分析伴随着板宽方向的温度分布的差异的钢板的变形状态的变化而使用的钢板的构造分析模拟模型，图1A是以使等温线C相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布的图(相对于水面平行)，图1B是以使等温线C相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布的图(相对于水面而成为凹形状)，图1C是以使等温线C相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布的图(相对于水面而成为凸形状)。
[0045]如图1A、图1B、图1C所示，在各模拟模型中，定义模仿浸溃于水淬装置的状态的水槽浸溃区域、形成有温度分布的调整区域及未在板宽方向上形成温度分布的未处理区域。在本实施方式中，设各模拟模型的厚度、宽度W、长度L分别为0.8、1200、5000 [mm]，作为钢板S的物性值，使用低碳钢的物性值(25~800°C的实际应力一实际形变的关系、杨氏模量、泊松比、平均线性膨胀系数)。另外，水槽浸溃区域及未处理区域的温度分别设为40、740[°C ]，在调整区域的长度方向上，以从未处理区域朝向水槽浸溃区域而温度下降的方式形成温度分布。而且，在约束了图示X方向(长度方向)、图示Y方向(板宽方向)及图示Z方向(厚度方向)的旋转且仅容许图示Y方向的变形的状态下，利用通用的构造分析软件(SMULIA公司制的构造分析软件ABAQUS6.9)，分析板宽方向的温度分布的差异带来的钢板S的变形状态的变化。下面，对各模拟模型的分析结果进行说明。
[0046]〔相对于水面平行地形成等温线的情况〕
[0047]图2是表示以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布时(图1A所示的模拟模型)的钢板形状的模拟结果的图。如图2所示，在以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成了温度分布的情况下，钢板在板宽方向上条纹状地变形，另外可知，由于钢板在调整区域的中心部分Rl较大地压曲，钢板的平坦性较大地受损。这被认为是如下的理由，即，在以使等温线相对于水淬装置的水面平行的方式形成温度分布的情况下，如图5A、图6A及图7A所示，在板宽方向的多个部位，随机产生伴随着热收缩带来的热应力。
[0048]〔相对于水面将等温线形成为凹的圆弧形状的情况〕
[0049]图3是表示以使等温线相对于水淬装置的水面变成凹的圆弧形状的方式形成了温度分布时(图1B所示的模拟模型)的钢板形状的模拟结果的图。如图3所示，可知，在以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成温度分布的情况下，钢板不在板宽方向上条纹状地变形，但钢板会在调整区域的中心部分R2较大地压曲，钢板的平坦性较大地受损。这被认为是如下的理由，即，在以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凹的圆弧形状的方式形成温度分布的情况下，由于板宽方向中心部的温度比板宽方向两端部的温度低，所以如图5B、图6B及图7B所示，从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部产生与热收缩相伴的热应力，该热应力集中于板宽方向中心部。
[0050]〔相对于水面而将等温线形成为凸的圆弧形状的情况〕
[0051]图4是表示以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成了温度分布时(图1C所示的模拟模型)的钢板形状的模拟结果的图。如图4所示，可知，在以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成温度分布的情况下，钢板在板宽方向上圆弧状地变形，但不发生条纹状变形、压曲。这被认为是如下的理由，即，在以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成温度分布的情况下，由于板宽方向两端部的温度比板宽方向中心部的温度低，所以如图5C及图6C所示，从板宽方向中心部朝向板宽方向两端部产生与热收缩相伴的热应力，热应力分散至板宽方向的一端部侧和另一端部侧。而且，认为，在这种情况下，如图7C所示，在直到钢板浸溃于水淬装置期间，在板宽方向两端部产生圆弧状的变形区域，两个变形区域在水淬装置内进行结合，结合后的变形区域作为整体而呈圆弧状的形状。
[0052] 如上所述，本发明的
【发明者】们对伴随着板宽方向的温度分布的差异带来的钢板的变形状态的变化进行了分析，结果发现，通过以使等温线相对于水淬装置的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成温度分布，换言之，通过在钢板的板宽方向上形成从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部而温度增大的温度分布，能够抑制在钢板的板宽方向上产生条纹状变形。下面，对基于该发现而想到的本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置进行说明。
[0053]〔连续退火设备的结构〕
[0054]首先，参照图8对应用本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置的连续退火设备的结构进行说明。
[0055]图8是表示应用本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置的连续退火设备的结构的示意图。如图8所示，应用本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造方法及制造装置的连续退火设备100具备:入侧卷绕机101、清洗装置102、加热/均热带103、气体喷射冷却带104、快速加热装置105、再加热带106、酸洗装置107、平整装置108及出侧卷绕机109。本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置I设置在气体喷射冷却带104和快速加热装置105之间。
[0056]在这种连续退火设备100中，从入侧卷绕机101放卷的钢板S在清洗装置102中进行清洗，之后导入到加热/均热带103。接着，钢板S在加热/均热带103进行加热/均热，之后在气体喷射冷却带104被冷却，在本发明的第一及第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置I中，进行对钢板S的水淬处理。接着，钢板S导入快速加热装置105，在快速加热到规定温度以后，在再加热带106进行对钢板S的回火热处理。然后，回火热处理完成以后的钢板S经过酸洗装置107、平整装置108而送到出侧卷绕机109。
[0057] 〔第一实施方式〕
[0058]接着，参照图9及图10对本发明的第一实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置I进行说明。
[0059]图9是表示本发明第一实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的结构的示意图，图9A表示的是侧视图，图9B是从图9A所示的箭头A方向观察到的图。如图9A、图9B所示，本发明的第一实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置I由对钢板S实施水淬处理的水淬装置构成，具备水槽2、导辊3及冷却设备4a、4b。水槽2储存用于对钢板S实施水淬处理的冷却水5。导辊3由配置在冷却水5内的辊状部件构成，是用于对从图8所示的气体喷射冷却带104侧输送来的钢板S进行方向转换而输送到快速加热装置105侧的装置。
[0060]冷却设备4a、4b分别设置在储存于水槽2内的冷却水5的水面附近，与水淬处理前的钢板S相对配置。在冷却设备4a、4b的与钢板S的相对面的上端部，以相对于冷却水5的水面而变成凸的圆弧形状的方式形成有圆弧状曲面R，在相对面内，形成有多个喷嘴6。即，喷嘴6配置成从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部而配置数量减少。喷嘴6是在钢板S通过冷却设备4a和冷却设备4b之间时对钢板S喷射冷却水7的装置。水槽2及冷却设备4a、4b分别作为本发明的水淬单元及温度分布形成单元发挥作用。
[0061]在具有这种结构的制造装置I中，从图8所示的气体喷射冷却带104侧输送来的钢板S在浸溃于水槽2内的冷却水5之前，由从冷却设备4a、4b的喷嘴6喷射的冷却水7进行冷却。此时，由于喷嘴6配置成从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部而输送方向的累积配置数量减少，因此如图10A、图1OB及图1OC所示，钢板S的等温线的分布状态相对于冷却水5的水面而变成凸的圆弧形状。换言之，在钢板S的板宽方向上形成从两宽度端部朝向板宽方向中心部而温度升高的温度分布。由此，能够抑制在钢板S的板宽方向上发生条纹状变形的情况。另外，通过利用水量来调整冷却设备4a、4b的冷却能力，能够与水槽中的冷却能力同等，能够使等温线的间隔L在输送方向上等间隔。由于钢板达到水温时就变成一定温度，所以输送方向的热收缩的影响在板宽方向上相同。另外，如果将冷却设备4a、4b的冷却能力制成与水槽中的冷却能力不同，则能够使等温线的间隔在板宽中央部和板宽端部发生变化，为了使圆弧形状稳定化，只要微调冷却能力即可。
[0062]〔第二实施方式〕
[0063]接着，参照图11及图12对本发明的第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置I进行说明。
[0064]图11是表示本发明的第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的结构的示意图，图1IA表示的是侧视图，图1lB是从图1lA所示的箭头A方向观察到的图。如图11A、图1lB所示，本发明的第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置I由对钢板S实施水淬处理的水淬装置构成，具备水槽2、导辊3及冷却设备4a、4b。此外，本发明的第二实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的结构只有冷却设备4a、4b的结构与本发明的第一实施方式的高强度冷轧钢板的制造装置的结构不同，因此以下仅对冷却设备4a、4b的结构进行说明。
[0065]冷却设备4a、4b分别设置在储存于水槽2内的冷却水5的水面附近，且相对配置在钢板S的板宽方向两端部附近。在冷却设备4a、4b的与钢板S的相对面内形成有多个喷嘴6。喷嘴6是在钢板S通过冷却设备4a和冷却设备4b之间时对钢板S喷射冷却水7的装置。水槽2及冷却设备4a、4b分别作为本发明的水淬单元及温度分布形成单元发挥作用。
[0066]在具有这种结构的制造装置I中，从图8所示的气体喷射冷却带104侧输送来的钢板S在浸溃于水槽2内的冷却水5之前，由从冷却设备4a、4b的喷嘴6喷射的冷却水7进行冷却。此时，由于喷嘴 6配置在板宽方向两端部附近，因此对板宽方向两端部进行冷却。另外，喷射到板宽方向两端部的冷却水7在与钢板S接触以后，随着向下方流动而向板宽方向中心部扩展。由此，如图12所示，钢板S的等温线C的分布状态相对于冷却水5的水面而变成凸状。换言之，在钢板S的板宽方向上形成从板宽方向两端部朝向板宽方向中心部而温度升高的温度分布。由此，能够抑制在钢板S的板宽方向上产生条纹状变形。
[0067]实施例
[0068]最后，说明对上述第一及第二实施方式的制造装置和现有的水淬装置评价实施了水淬处理以后的钢板的板翘曲量的试验结果。此外，如图13所示，使用上述第一及第二实施方式的制造装置时的板翘曲量δ作为表示钢板的板形状的曲线BI的最下面的点和最上面的点之间的高度差而计算出。另外，如图13所示，使用现有的水淬装置时的板翘曲量δ作为表示条纹状变形的曲线Β2的最下面的点和最上面的点之间的高度差而计算出。另外，在本试验中，作为钢板，使用具有980MPa级的抗拉强度的马氏体系钢板，使板厚在0.8、1.2,1.4,1.6[mm]之间、使板宽在 1100、1200、1400[mm]之间、使通板速度在 80、95、110、120 [mpm]之间进行变化。另外,水淬处理前的钢板的温度设为720 [°C ],水槽内的冷却水的温度设为46[°C ]。
[0069]〔实施例1~4〕
[0070]在实施例1~4中，对使用上述第一实施方式的制造装置实施了水淬处理后的钢板的板翘曲量S进行评价。在本实施例1~4中，将冷却设备4a、4b的上端面设为直径2000 [mm]的圆弧状的曲面形状(凸形状)，从喷嘴6喷射出4000 [L/m2 ?分钟]的流量的冷却水7。另外，钢板S的张力设为9.8 [N/mm2]，来自喷嘴6的冷却水7的喷射方向相对于水平方向稍朝向下方，以使喷射到钢板S的冷却水不向冷却设备的相对面侧喷起。将此时的钢板S的板翘曲量δ表示在下面的表1中。
[0071]〔实施例5~8〕
[0072]在实施例5~8中，对使用上述第二实施方式的制造装置实施了水淬处理后的钢板的板翘曲量S进行评价。在本实施例5~8中，冷却设备4a、4b以从距冷却水5的水面有300[mm]的高度起相对于钢板S离开100[mm]的方式配置，且以对距钢板S的两端部有50[mm]附近的区域进行冷却的方式配置，从喷嘴6喷射出2000[L/m2.分钟]的流量的冷却水7。另外，钢板S的张力设为4.9 [N/mm2]，来自喷嘴6的冷却水7的喷射方向相对于水平方向而稍朝向下方，以使喷射到钢板S的冷却水不向冷却设备的相对面侧喷起。将此时的钢板S的板翘曲量δ表示在下面的表1中。
[0073]〔比较例I~4〕
[0074]在比较例I~4中，对不使用冷却设备4a、4b而实施了水淬处理后的钢板的板翅曲量S进行评价。在比较例I~4中，钢板S的张力设为4.9[N/mm2]。将此时的钢板S的板翅曲量δ表不在下面的表1中。
[0075][表 I]
[0076]
【权利要求】
1.一种高强度冷轧钢板的制造方法，其特征在于，包括: 以从钢板的板宽方向端部朝向板宽方向中心部而钢板的温度升高的方式在钢板的板宽方向上形成温度分布的温度分布形成步骤；及 通过使在板宽方向上形成了温度分布的钢板浸溃于冷却水中来对该钢板实施水淬处理的水淬步骤。
2.根据权利要求1所述的高强度冷轧钢板的制造方法，其特征在于， 所述温度分布形成步骤包括以使所述钢板的等温线的分布状态相对于所述冷却水的水面成为凸的圆弧形状的方式在钢板的板宽方向上形成温度分布的步骤。
3.根据权利要求1所述的高强度冷轧钢板的制造方法，其特征在于， 所述温度分布形成步骤包括对所述钢板的板宽方向两端部进行冷却的步骤。
4.一种高强度冷轧钢板的制造装置，其特征在于，具备: 以从钢板的板宽方向端部朝向板宽方向中心部而钢板的温度升高的方式在钢板的板宽方向上形成温度分布的温度分布形成单元；及 通过使利用所述温度分布形成单元在板宽方向上形成了温度分布的钢板浸溃于冷却水来对该钢板实施水淬处理的水淬单元。
【文档编号】C21D9/46GK104169445SQ201280071573
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年3月19日 优先权日:2012年3月19日
【发明者】日野善道, 武田玄太郎 申请人:杰富意钢铁株式会社