Установка и способ для производства толстого стального листа

Группа изобретений относится к установке и способу термической обработки толстого стального листа. Установка содержит нагревательную печь, выполненную с возможностью нагрева толстого стального листа от 100°C или менее до температурного диапазона получения аустенита, и закалочное устройство, выполненное с возможностью закалки толстого стального листа, нагретого в нагревательной печи. Причем закалочное устройство содержит зону медленного охлаждения, выполненную с возможностью медленного охлаждения толстого стального листа, выходящего из нагревательной печи, и зону быстрого охлаждения, выполненную с возможностью быстрого охлаждения толстого стального листа, прошедшего через зону медленного охлаждения. При этом в зоне медленного охлаждения в направлении транспортирования толстого стального листа расположена по меньшей мере одна пара верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения, и в зоне быстрого охлаждения в направлении транспортирования толстого стального листа расположена по меньшей мере одна пара верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения. Между верхним охлаждающим соплом медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения и верхним охлаждающим соплом быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения расположено устройство для удаления воды, причем расстояние от нагревательной печи до зоны медленного охлаждения находится в пределах 4 м, а удельный расход охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения составляет 30 – 200 л/(мин·м²) и удельный расход охлаждающей воды в зоне быстрого охлаждения составляет 1000 – 4000 л/(мин·м²). Технический результат заключается в получении толстого стального листа, имеющего высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности с незначительным изменением отношения предела текучести к пределу прочности в одном и том же листе. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 табл., 18 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке и способу для производства толстого стального листа, содержащему повторный нагрев и закалку толстого стального листа от 100°C или менее в термообрабатывающей установке для термообработки вне производственной линии.

Уровень техники

Некоторое время тому назад в Японии произошло крупное землетрясение, и в связи с этим с точки зрения безопасности, ориентированной на многоэтажные здания, увеличивается необходимость в стали с низким отношением предела текучести к пределу прочности, имеющей отношение предела текучести к пределу прочности 80% или менее, помимо увеличения прочности толстого стального листа (предел прочности 490 МПа или более) во избежание обрушения зданий. В качестве способа для производства толстого стального листа, имеющего такую высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности, известен, например, способ, описанный в PTL 1. Для достижения низкого отношения предела текучести к пределу прочности с сохранением высокой прочности широко используется способ, с помощью которого обеспечивают дисперсию, например, мягкой фазы феррита (α) и твердого бейнита (β) или мартенсита (М) в качестве структур толстого стального листа при соответствующем соотношении в зависимости от прочности.

Здесь согласно способу производства низкоуглеродистого низколегированного сплава с низким отношением предела текучести к пределу прочности и высокопрочной стали, описанному в PTL 1, выполняют горячую прокатку при температуре 950°C или менее с общим обжатием 25% или более стального сляба, имеющего заданный состав, и затем так называемую термообработку вне производственной линии, используя нагревательную печь и охлаждающее устройство, расположенные в другом месте по отношению к месту расположения линии горячей прокатки. Во время термообработки вне производственной линии стальной сляб нагревают до соответствующей промежуточной температуры между температурой превращения Ac1 и температурой превращения Ac3, охлаждают с интенсивностью охлаждения, равной или выше интенсивности воздушного охлаждения, достаточной для превращения аустенитной фазы и получения мартенсита или низкотемпературного продукта превращения или смешанной структуры обоих, и отпускают при температуре превращения Ac1 или ниже. Толстый стальной лист, термообработанный вне производственной линии, в общем, именуется термообработанной сталью.

С другой стороны, известны, например, способы, описанные в PTL 2 и 3, для получения толстого стального листа, имеющего низкое отношение предела текучести к пределу прочности, без использования термообработки вне производственной линии. Известные из PTL 2 и 3 способы характеризуются непосредственным охлаждением горячего толстого стального листа сразу после горячей прокатки, которое называется термической обработкой в линии.

Способ производства высокопрочной стали с высокой ударной вязкостью, описанный в PTL 2, включает в себя нагрев стали заданного состава до 1000 - 1300°C и затем горячую прокатку стали для получения степени обжатия 80% или более, по меньшей мере, в температурном диапазоне от 980°C или менее до Ar3. Далее, сразу же после этого толстый стальной лист подвергают воздушному охлаждению до температуры превращения Ar3 или эквивалентному охлаждению, в результате чего сначала образуется феррит, и затем толстый стальной лист быстро охлаждают, так что образуется двухфазная пластинчатая структура феррит/мартенсит.

Способ производства высокопрочной стали с низким отношением предела текучести к пределу прочности, описанный в PTL 3, включает в себя горячую прокатку стали в диапазоне, соответствующем заданному составу, охлаждение стали с интенсивностью охлаждения 5°C/с или выше до тех пор, пока аустенитная фракция в центральном участке по толщине толстого толстого листа не составит 90% или менее, повышение температуры в диапазоне от температуры превращения Ac1 +20°C до температуры превращения Ac3 -20°C, выдерживание при нагреве, принудительное охлаждение стали с интенсивностью охлаждения 5 – 30°C/с и прекращение принудительного охлаждения при 600 – 400°C.

Толстые стальные листы, изготавливаемые без выполнения процесса термообработки вне производственной линии, по аналогии со способами, описанными в PTL 2 и 3, в общем, именуются нетермообработанной сталью.

Перечень противопоставленных документов

Патентная литература

PTL 1: JP 55-97425 A

PTL 2: JP 55-41927 A

PTL 3: JP 6-271934 A

PTL 4: JP5217509

PTL 5: JP 2015-174134 A

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

В общем, когда толстый стальной лист подвергается водяному охлаждению, в области высокой температуры возникает пленочное кипение, имеющее низкий удельный тепловой поток, и, поскольку температура поверхности толстого стального листа понижается, устанавливается состояние пузырчатого кипения в продолжение состояния переходного кипения, в котором охлаждение является неустойчивым, как показано на фиг. 16.

Здесь в области переходного кипения удельный тепловой поток увеличивается, поскольку температура поверхности толстого стального листа является более низкой температурой. Следовательно, когда в начале охлаждения в толстом стальном листе существует отклонение температуры, это отклонение температуры увеличивается по мере продолжения процесса охлаждения. Поскольку охлаждение выполняется в области переходного кипения, возникает увеличивающаяся неравномерность местных температур, что ведет к варьированию качества толстого стального листа после охлаждения.

С другой стороны, в области пленочного кипения или области пузырчатого кипения наряду с тем, что на участке высокой температуры из-за высокого теплового потока охлаждение улучшается, на участке низкой температуры из-за низкого теплого потока охлаждение задерживается. В результате уменьшается разница температур, и снижается неравномерность температур. Однако охлаждение за счет пузырчатого кипения имеет высокую охлаждающую способность и, следовательно, не пригодно для случая выполнения охлаждения при низкой интенсивности охлаждения (например, средняя интенсивность охлаждения в сечении по толщине толстого листа составляет 5°C/с, когда толщина толстого листа равна 20 мм).

Следовательно, когда водяное охлаждение горячего толстого стального листа выполняют с низкой интенсивностью охлаждения, охлаждение выполняется в области пленочного кипения, исключая область переходного кипения, в результате чего может быть достигнуто равномерное охлаждение. В общем, при низком удельном расходе воды, выбрасываемой на толстый стальной лист, существует вероятность возникновения пленочного кипения. Следовательно, для обеспечения равномерного охлаждения необходимо исключить область переходного кипения посредством выполнения охлаждения с низким удельным расходом воды.

Кроме того, на температуру, при которой пленочное кипение переходит в переходное кипение (далее именуемая температурой переходного кипения), влияет окалина, образующаяся на поверхности толстого стального листа. Выполняя исследование, авторы настоящего изобретения установили взаимосвязь между толщиной окалины и изменением температуры толстого стального листа во времени при охлаждении, как показано на фиг. 17. С увеличением толщины окалины повышается температура переходного кипения и возникает вероятность переходного кипения.

В качестве способа удаления окалины перед охлаждением и обеспечения равномерного охлаждения, к примеру, известен способ производства толстого стального листа, описанный в PTL 5. Этот способ производства толстого стального листа, описанный в PTL 5, включает в себя завершение окончательного прохода прокатки, выбрасывание воды высокого давления, имеющей плотность энергии 0,10 Дж/мм² или более, на переднюю и заднюю поверхности по всей длине толстого стального листа из устройства для удаления окалины во время транспортирования и выполнение ускоренного охлаждения толстого стального листа. Давление выбрасывания воды высокого давления из устройства для удаления окалины составляет 10 МПа или более.

Однако в случае способа производства толстого стального листа, представленного в PTL 5, вода высокого давления, имеющая плотность энергии 0,10 Дж/мм² или более, а также давление выбрасывания 10 МПа или более, должна выбрасываться из устройства для удаления окалины. Следовательно, для удаления окалины и для работы насоса для удаления окалины высокого давления, трубопроводной обвязки и т.п. требуется большое количество энергии.

Кроме того, в случае использования охлаждающего устройства проходного типа, которое в последние годы приобрело широкую популярность, для выполнения охлаждения во время термообработки на производственной линии, моменты времени входа в охлаждающее устройство имеет различия по отношению к переднему и заднему концам толстого стального листа. В частности, когда скорость транспортирования толстого стального листа задана как V (м/с), а длина толстого стального листа задана как L (м), задний конец толстого стального листа остается охлаждаться в течение длительного периода времени, равного L/V (с) по сравнению с передним концом, и, следовательно, начальная температура охлаждения имеет различия между передним и задним концами толстого стального листа. На фиг. 18 показаны изменения температуры переднего и заднего концов толстого стального листа во времени в ходе охлаждения. Из-за различия в начальной температуре охлаждения между передним и задним концами толстого стального листа существует проблема, состоящая в том, что фракция феррита и отношение предела текучести к пределу прочности изменяются для одного и того же толстого стального листа.

Согласно способу производства низкоуглеродистого низколегированного сплава с низким отношением предела текучести к пределу прочности и высокопрочной стали, описанному в PTL 1, несмотря на получение толстого стального листа, имеющего низкое отношение предела текучести к пределу прочности, с достаточной воспроизводимостью, посредством соответствующего выбора промежуточной температуры термообработки (промежуточной температуры между температурой превращения Ac1 и температурой превращения Ac3) во время термообработки вне производственной линии, после горячей прокатки требуется множество раз выполнить процессы термообработки, включающие в себя нагрев и охлаждение, что ведет к увеличению затрат на энергоресурсы и уменьшению производительности при изготовлении толстого стального листа.

Кроме того, согласно способу производства высокопрочной стали с высокой ударной вязкостью, описанному в PTL 2, термообработку выполняют на производственной линии, и после горячей прокатки не выполняют повторный нагрев, так что указанный способ является весьма преимущественным с точки затрат на энергоресурсы. Однако в способе, описанном в PTL 2, сразу же после горячей прокатки толстый стальной лист подвергают воздушному охлаждению до температуры превращения Ar3, при которой образуется феррит, или эквивалентному охлаждению. Во время этого периода ожидания исходные материалы не могут подвергаться прокатке, что снижает производительность линии горячей прокатки.

Кроме того, согласно способу производства высокопрочной стали с низким отношением предела текучести к пределу прочности, описанному в PTL 3, несмотря на выполнение термообработки на производственной линии, требуется выполнение процесса повышения температуры после выполнения охлаждения с интенсивностью охлаждения 5°C/с или более, до тех пор, пока фракция аустенита в центральном участке по толщине толстого листа не достигнет 90% или менее, и, следовательно, на линию горячей прокатки необходимо установить нагревательное устройство. В PTL 3 это нагревательное устройство не описано, и установка такого нагревательного устройства в саму линию горячей прокатки представляет большие технические сложности.

Кроме того, проблема термообработки на производственной линии применительно к способам, описанным в PTL 2 и 3, состоит в том, что из-за разницы в начальной температуре охлаждения между передним и задним концами толстого стального листа фракция феррита и отношение предела текучести к пределу прочности изменяются для одного и того же толстого стального листа, как описано выше.

В качестве способа поддержания постоянной начальной температуры закалки толстого стального листа на верхнем и нижнем концах толстого стального листа, к примеру, известны способ и устройство для производства толстого стального листа, описанные в PTL 4.

Согласно способу и устройству для производства толстого стального листа, описанным в PTL 4, предусмотрены два охлаждающих устройства, и разность температур предварительно передается переднему и заднему концам толстого стального листа с помощью первого охлаждающего устройства, так что разница температур на переднем конце толстого стального листа и заднем конце толстого стального листа при входе толстого стального листа во второе охлаждающее устройство находится в пределах 50°C.

Однако, что касается способа и устройства для производства толстого стального листа, описанным в PTL 4, в случае, когда толщина толстого стального листа небольшая, интенсивность охлаждения является высокой, даже при воздушном охлаждении, и. следовательно, температура закалки (температура толстого стального листа при его подаче в первое охлаждающее устройство и второе охлаждающее устройство) становится ниже заданной температуры. Таким образом, во время текущей эксплуатации сложно задать разность температур в пределах 50°C на переднем конце толстого стального листа и заднем конце толстого стального листа при его подаче во второе охлаждающее устройство.

Следовательно, настоящее изобретение разработано для устранения известных проблем. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить установку и способ для производства толстого стального листа, пригодные для производства толстого стального листа, имеющего высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности с незначительным изменением отношения предела текучести к пределу прочности в одном и том же листе, что обеспечивает невысокие затраты на энергию и не снижает производительность при изготовлении толстого стального листа.

Решение проблемы

Для решения вышеуказанной задачи установка для производства толстого стального листа по первому аспекту настоящего изобретения представляет собой установку для производства толстого стального листа, оснащенную нагревательной печью, нагревающей толстый стальной лист от 100°C или менее до температурного диапазона получения аустенита, и закалочным устройством, в котором выполняют закалку толстого стального листа, нагретого в нагревательной печи, причем закалочное устройство имеет зону медленного охлаждения, где медленно охлаждается толстый стальной лист, поступающий из нагревательной печи, и зону быстрого охлаждения, где быстро охлаждается толстый стальной лист, прошедший через зону медленного охлаждения, в зоне медленного охлаждения в направлении транспортирования толстого стального листа расположена по меньшей мере пара верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения, в зоне быстрого охлаждения в направлении транспортирования толстого стального листа расположена по меньшей мере пара верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения, между верхним охлаждающим соплом медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения и верхним охлаждающим соплом быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения расположено устройство для удаления воды, и расстояние от нагревательной печи до зоны медленного охлаждения находится в пределах 4 м.

Способ производства толстого стального листа по другому аспекту настоящего изобретения представляет собой способ производства толстого стального листа, включающий в себя процесс нагрева толстого стального листа от 100°C или менее до температурного диапазона получения аустенита в нагревательной печи и процесс закалки толстого стального листа, нагретого во время процесса нагрева, в закалочном устройстве, причем процесс закалки включает в себя процесс медленного охлаждения толстого стального листа, выходящего из нагревательной печи, в зоне медленного охлаждения закалочного устройства, расположенного в пределах 4 м от нагревательной печи, и процесс быстрого охлаждения толстого стального листа, прошедшего через зону медленного охлаждения, в зоне быстрого охлаждения, причем во время процесса медленного охлаждения медленное охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист по меньшей мере из пары верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения, причем охлаждающие сопла медленного охлаждения расположены в направлении транспортирования толстого стального листа, и во время процесса быстрого охлаждения быстрой охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист по меньшей мере из пары верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения, причем охлаждающие сопла быстрого охлаждения расположены в направлении транспортирования толстого стального листа, между верхним охлаждающим соплом медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения и верхним охлаждающим соплом быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения расположено устройство для удаления воды, и устройство для удаления воды удерживает охлаждающую воду из верхнего охлаждающего сопла медленного охлаждения и охлаждающую воду из верхнего охлаждающего сопла быстрого охлаждения во избежание смешивания охлаждающей воды из верхнего охлаждающего сопла медленного охлаждения и охлаждающей воды из верхнего охлаждающего сопла быстрого охлаждения.

Преимущественные эффекты изобретения

Установка и способ для производства толстого стального листа по настоящему изобретению представляют собой установку и способ для производства толстого стального листа, пригодные для производства толстого стального листа, имеющего высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности с незначительным изменением отношения предела текучести к пределу прочности в одном и том же листе.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – схематическое изображение термообрабатывающей установки вне производственной линии, на котором показана установка для производства толстого стального листа по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 2 – схематическое изображение для объяснения падения температуры до тех пор, пока передний и задний концы толстого стального листа не войдут в зону медленного охлаждения закалочного устройства после выхода толстого стального листа из нагревательной печи;

фиг. 3 – диаграммы превращения при непрерывном охлаждении, показывающие изменения температуры во времени и изменения структуры толстого стального листа в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, охлаждаемого в установке для производства толстого стального листа по настоящему изобретению, причем на фиг. 3A диаграммы превращения при непрерывном охлаждении показывают изменения температуры во времени и изменения структуры толстого стального листа в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, когда выполняется медленное охлаждение на раннем этапе охлаждения, и затем выполняется быстрое охлаждение, когда фракции феррита в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа достигают заданной фракции для охлаждения толстого стального листа, по существу, до комнатной температуры для образования структуры, в основном содержащей мартенсит в качестве второй фазы, и на фиг. 3B диаграммы превращения при непрерывном охлаждении показывают изменения температуры во времени и изменения структуры толстого стального листа в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, когда выполняется медленное охлаждение на раннем этапе охлаждения, затем выполняется быстрое охлаждение, когда фракции феррита в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа достигают заданной фракции, и после этого быстрое охлаждение прекращается, когда средняя температура в направлении толщины толстого стального листа достигает температуры образования бейнита для образования структуры, в основном содержащей бейнит в качестве второй фазы;

фиг. 4 – диаграммы превращения при непрерывном охлаждении, показывающие изменения температуры во времени и изменения структуры в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, охлаждаемого в установке для производства толстого стального листа по ссылочному примеру;

фиг. 5 – случай, когда между охлаждающим соплом медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения и охлаждающим соплом быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения расположено устройство для удаления воды, и случай, когда устройство для удаления воды не установлено, причем на фиг. 5A показан случай, когда ролик для удаления воды не установлен, и на фиг. 5B показан случай, когда ролик для удаления воды установлен;

фиг. 6 – фигура, сходная с фиг. 5B, где устройство для удаления воды заменено посредством модификации;

фиг. 7 – примеры охлаждающих сопел медленного охлаждения в установке для производства толстого стального листа по первому варианту выполнения настоящего изобретения, причем на фиг. 7A представлен схематический перспективный вид, показывающий пример, в котором форма распыления представляет собой полный конус (форма столкновения: круглая форма), и на фиг. 7B представлен схематический перспективный вид, показывающий пример, в котором форма распыления представляет собой распыление в форме квадрата (форма столкновения: прямоугольная форма);

фиг. 8 – изменение средней температуры в направлении по толщине толстого стального листа, когда охлаждающая вода выбрасывается из трех пар верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения от начала до конца зоны медленного охлаждения, и затем в зоне быстрого охлаждения охлаждающая вода выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел быстрого охлаждения термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показанной на фиг. 1;

фиг. 9 – изменение средней температуры в направлении по толщине толстого стального листа, когда в зоне медленного охлаждения охлаждающая вода не выбрасывается из одной пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел медленного охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода выбрасывается из двух оставшихся пар верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения, и в зоне быстрого охлаждения охлаждающая вода выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел быстрого охлаждения термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показанной на фиг. 1;

фиг. 10 – изменение средней температуры в направлении по толщине толстого стального листа, когда в зоне медленного охлаждения охлаждающая вода выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел медленного охлаждения, и затем в зоне быстрого охлаждения охлаждающая вода выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел быстрого охлаждения термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показанной на фиг. 1;

фиг. 11 – модификация установки для термообработки вне производственной линии применительно к способу и установке для производства толстого стального листа по настоящему изобретению;

фиг. 12 – схематический вид установки для термообработки вне производственной линии, показывающий установку для производства толстого стального листа по второму варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 13 – график, на котором показано удаление окалины после повторного нагрева вне производственной установки и удаление окалины после прокатки на производственной линии посредством сравнения взаимосвязи между интенсивностью отслаивания окалины и плотности энергии выбрасываемой воды;

фиг. 14 – устройства для удаления окалины, где фиг. 14A – схематическое изображение устройств для удаления окалины, если смотреть со стороны боковой поверхности в направлении транспортирования толстого стального листа, фиг. 14B - схематическое изображение устройств для удаления окалины, если смотреть со стороны передней поверхности в направлении ширины толстого стального листа, и фиг. 14C – схема выбрасываемой воды, если смотреть сверху толстого стального листа, причем на фиг. 14B не показано устройство для удаления окалины, расположенное на нижней стороне относительно линии транспортирования;

фиг. 15 – график, показывающий взаимосвязь между скоростью жидких капель и расстоянием выбрасывания при различных давлениях выбрасывания;

фиг. 16 – график, поясняющий пленочное кипение, переходное кипение и пузырчатое кипение;

фиг. 17 – график, показывающий взаимосвязь между толщиной окалины и изменениями температуры толстого стального листа во времени при охлаждении;

фиг. 18 – график, показывающий изменения температуры переднего конца и заднего конца толстого стального листа во времени при охлаждении.

Осуществление изобретения

Варианты выполнения настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи. Нижеописанные варианты выполнения объясняют устройство и способ внедрения технической идеи настоящего изобретения. Техническая идея настоящего изобретения не определяет материалы, формы, структуры, компоновку и т.п. составляющих компонентов до приведенных ниже вариантов выполнения. Чертежи являются схематическими. Таким образом, следует принять во внимание, что взаимосвязь между толщиной и плоскостным размером, относительная величина и т.п. отличаются от реального положения дел, и чертежи могут содержать участки, отличающиеся в отношении взаимосвязей размеров и относительных величин.

Первый вариант выполнения

На фиг. 1 представлена схематическая компоновка термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показывающая установку для производства толстого стального листа по первому варианту выполнения настоящего изобретения. Термообрабатывающая установка 1 представляет собой термообрабатывающую установку для термообработки вне производственной линии и оснащена нагревательной печью 2, нагревающей толстый стальной лист S от 100°C или менее до температурного диапазона получения аустенита, и закалочным устройством 3, в котором выполняют закалку толстого стального листа S, нагретого в нагревательной печи 2.

Толстый стальной лист S, который предварительно был подвергнут горячей прокатке до заданной толщины (например, 30 мм) и ширины (например, 2000 мм) на линии горячей прокатки (не показана), расположенной отдельно от термообрабатывающей установки 1, и с которого предварительно удалили окалину с помощью устройства для удаления поверхностной окалины (не показано), после того как его температура достигала комнатной температуры, загружают в нагревательную печь 2. Далее в нагревательной печи 2 толстый стальной лист S нагревают до температурного диапазона получения аустенита (например, приблизительно до 910°C).

Толстый стальной лист S, поступающий из нагревательной печи 2, подвергают закалке в закалочном устройстве 3, где он транспортируется с помощью множества роликов 8 рольганга, установленных на стороне выхода нагревательной печи 2.

Здесь закалочное устройство 3 имеет зону 4 медленного охлаждения, где медленно охлаждается толстый стальной лист S, поступающий из нагревательной печи 2, и зону 5 быстрого охлаждения, где быстро охлаждается толстый стальной лист S, проходящий через зону 4 медленного охлаждения.

В зоне 4 медленного охлаждения на одной линии с заданным шагом в направлении транспортирования толстого стального листа S расположены множество пар (три пары в этом варианте выполнения) верхних охлаждающих сопел 6a медленного охлаждения и нижних охлаждающих сопел 6b медленного охлаждения, образующих по вертикали пару относительно линии транспортирования. Из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения на толстый стальной лист S выбрасывается охлаждающая вода 12.

В зоне 5 быстрого охлаждения на одной линии с заданным шагом в направлении транспортирования толстого стального листа S расположены множество пар (три пары в этом варианте выполнения) верхних охлаждающих сопел 7a быстрого охлаждения и нижних охлаждающих сопел 7b быстрого охлаждения, образующих по вертикали пару относительно линии транспортирования. Из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения на толстый стальной лист S выбрасывается охлаждающая вода 13.

Здесь термообрабатывающая установка 1, показанная на фиг. 1, не является термообрабатывающей установкой для термообработки на производственной линии, а представляет собой термообрабатывающую установку для термообработки вне производственной линии для уменьшения изменений в отношении предела текучести к пределу прочности толстого стального листа S, которая производит толстолистовую сталь, имеющую низкое отношение предела текучести к пределу прочности (т.е. отношение предела текучести к пределу прочности, составляющее 80% или менее), с помощью однократного процесса термообработки (с выполнением однократного нагрева) с целью производства толстого стального листа S с минимально возможным рентабельным расходом энергии.

Прежде всего, приведено описание причины использования термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии вместо термообрабатывающей установки для термообработки на производственной линии. Самой большой проблемой использования термообрабатывающей установки для термообработки на производственной линии является изменение механических характеристик самого толстого стального листа из-за разницы температур переднего и заднего концов толстого стального листа S перед охлаждением. Таким образом, для поддержания постоянной начальной температуры охлаждения по всей длине толстого стального листа S используют термообрабатывающую установку для термообработки вне производственной линии вместо термообрабатывающей установки для термообработки на производственной линии, причем нагревательная печь 2 и закалочное устройство (охлаждающее устройство) 3 расположены рядом друг с другом, и толстый стальной лист S подвергают закалке в закалочном устройстве 3, по существу, одновременно с выходом толстого стального листа S из нагревательной печи 2.

Ниже со ссылкой на фиг. 2 приведено описание падения температуры до тех пор, пока передний и задний концы толстого стального листа не войдут в зону медленного охлаждения закалочного устройства после выхода из нагревательной печи.

Нагрев с выдержкой в нагревательной печи выполняют таким образом, чтобы толстый стальной лист S имел постоянную температуру. В общем, нагрев толстого стального листа S в нагревательной печи 2 может выполняться с разницей температур приблизительно от ±5°C до ±10°C, и температура толстого стального листа S увеличивается до температуры нагревательной печи 2, и, следовательно, температура в нагревательной печи 2 может поддерживаться практически постоянно на уровне заданной температуры. Кроме того, в случае когда расстояние от нагревательной печи 2 закалочного устройства 3 равно L, как показано на фиг. 2, предусмотрено, что передний конец толстого стального листа S выходит из нагревательной печи 2, как показано на фиг. 2A, толстый стальной лист S транспортируется со скоростью V транспортирования, и передний конец толстого стального листа S входит в закалочное устройство 3, как показано, например, на фиг. 2B. В этом случае, после того как толстый стальной лист S выходит из нагревательной печи 2, начинается падение температуры толстого стального листа S из-за воздействия наружного воздуха. Следовательно, передний конец толстого стального листа S может охлаждаться в течение времени L/V, когда передний конец толстого стального листа S перемещается на расстояние L между нагревательной печью 2 и закалочным устройством 3. С другой стороны, также применительно к заднему концу толстого стального листа S предусмотрено, что задний конец толстого стального листа S выходит из нагревательного устройства 2, как показано на фиг. 2C, толстый стальной лист S транспортируется со скоростью V транспортирования, и задний конец толстого стального листа S входит в закалочное устройство 3, как показано на фиг. 2D. В этом случае, после того как толстый стальной лист S выходит из нагревательной печи 2, начинается падение температуры толстого стального листа S из-за воздействия наружного воздуха. Следовательно, задний конец толстого стального листа S может охлаждаться в течение времени L/V, когда передний конец толстого стального листа S перемещается на расстояние L между нагревательной печью 2 и закалочным устройством 3. В этом случае, когда, как предусмотрено, скорость V транспортирования толстого стального листа S является постоянной, нет никакой разницы температур между передним и задним концами толстого стального листа S в нагревательной печи 2, и передний и задний концы толстого стального листа S входят в закалочное устройство 3 после охлаждения в течение одного и того же периода времени. Следовательно, нет никакой разницы температур между передним и задним концами толстого стального листа S, когда он входит в закалочное устройство 3. Следовательно, температуры переднего и заднего концов толстого стального листа S мало изменяются в материале каждого толстого листа, и охлаждение может начинаться при одной и той же температуре переднего и заднего концов толстого стального листа S. Таким образом, начальная температура охлаждения может поддерживаться постоянной по всей длине толстого стального листа S. Для начала охлаждения при одной и той же температуре переднего и заднего концов толстого стального листа S указанный лист предпочтительно должен перемещаться с постоянной скоростью до тех пор, пока задний конец толстого стального листа S не войдет в закалочное устройство 3 после того как передний конец толстого стального листа S вышел из нагревательной печи 2.

Ниже приведено описание обоснования компоновки закалочного устройства 3, которое имеет зону 4 медленного охлаждения, где медленно охлаждается толстый стальной лист S, поступающий из нагревательной печи 2, и зону 5 быстрого охлаждения, где быстро охлаждается толстый стальной лист S, проходящий через зону 4 медленного охлаждения.

Что касается толстого стального листа S, выходящего из нагревательной печи 2, на начальном этапе охлаждения выполняют медленное охлаждение, так что сначала образуется феррит согласно заданной фракции, после чего выполняют быстрое охлаждение, так что оставшаяся аустенитная фаза превращается в бейнитную фазу или мартенситную фазу. Таким образом, фракция феррита первой фазы регулируется однократным процессом термообработки, и в качестве второй фазы образуется бейнитная фаза или мартенситная фаза. Таким образом, ферритная фаза, которая является мягкой, и бейнитная фаза или мартенситная фаза, которая является твердой фазой, в качестве структур толстого стального листа могут быть дисперсными при соответствующем соотношении в зависимости от прочности, и может быть получено низкое отношение предела текучести к пределу прочности, в то же время сохраняя предел прочности. Поскольку используется термообрабатывающая установка 1 для термообработки вне производственной линии, может быть получен толстый стальной лист, в котором не изменяется ферритная фракция, при этом в том же самом листе не изменяется отношение предела текучести к пределу прочности.

На фиг. 3 схематически показаны изменения температуры во времени в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, когда закалочное устройство 3 скомпоновано с зоной 4 медленного охлаждения и зоной 5 быстрого охлаждения и охлаждает толстый стальной лист S, как описано выше. На фиг. 3A с помощью диаграмм превращения при непрерывном охлаждении показаны изменения температуры во времени и изменения структуры толстого стального листа в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, когда на начальном этапе охлаждения выполняют медленное охлаждение, и затем выполняют быстрое охлаждение, когда ферритные фракции в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа становятся заданными фракциями, для охлаждения толстого стального листа, по существу, до комнатной температуры с целью формирования структуры, в основном содержащей мартенсит в качестве второй фазы. Схематическое изображение температуры относится к состоянию, когда толщина толстого листа является относительно большой (50 мм или более).

В этом случае при медленном охлаждении в зоне 4 медленного охлаждения, когда интенсивность охлаждения в каждом месте от поверхностного слоя до центра в направлении толщины толстого стального листа S регулируется приблизительно до 0,4 - 10°C/с и предпочтительно 0,4 - 5°C/с, ферритные фракции в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа S не изменяются в значительной степени, и может быть получена практически постоянная ферритная фракция в направлении по всей толщине толстого листа. При медленном охлаждении в зоне 4 медленного охлаждения для регулирования интенсивности охлаждения в каждом месте от поверхностного слоя до центра в направлении толщины толстого стального листа S до 0,4 - 10°C/с количество охлаждающей воды на единицу площади в зоне 4 медленного охлаждения (далее именуемое как удельный расход воды) предпочтительно задают равным 30 – 200 л/(мин·м²). Когда удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения меньше 30 л/(мин·м²), интенсивность охлаждения ниже 0,4°C/с, что является нижним пределом заданной интенсивности охлаждения, практически эквивалентным величине воздушного охлаждения, в результате чего производительность заметно снижается. С другой стороны, когда удельный расход воды больше 200 л/(мин·м²), существует вероятность образования структуры второй фазы, например, бейнита, при медленном охлаждении, в результате чего не может быть стабильно получена заданная ферритная фракция. Для более равномерного выполнения охлаждения при низкой интенсивности охлаждения удельный расход воды предпочтительно задают равным 150 л/(мин·м²) или менее.

При быстром охлаждении в зоне 5 быстрого охлаждения интенсивность охлаждения может быть выше, чем при медленном охлаждении. Задавая интенсивность охлаждения равной 4°C/с или более, в частности, в центральном участке в направлении толщины толстого листа, где интенсивность охлаждения самая низкая, температуры поверхностного слоя и центра в направлении толщины толстого стального листа S могут быть уменьшены до температуры ниже температуры образования мартенсита, и, таким образом, может быть получена структура второй фазы, в основном содержащая мартенсит. При быстром охлаждении в зоне 5 быстрого охлаждения для задания интенсивности охлаждения 4°C/с или более в центральном участке в направлении толщины толстого листа, где интенсивность охлаждения самая низкая, удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения предпочтительно задают равным 1000 – 4000 л/(мин·м²). В случае, если удельный расход охлаждающей воды меньше 1000 л/(мин·м²), в частности, когда толщина толстого листа большая (например, 100 мм), возникают проблемы, состоящие в том, что заданная интенсивность охлаждения не достигается, и имеет место переходное кипение, так что наблюдается неравномерность температур. Для равномерного выполнения охлаждения и достижения заданной интенсивности охлаждения удельный расход воды предпочтительно задают равным 1200 л/(мин·м²) или более. С другой стороны, когда удельный расход охлаждающей воды больше 4000 л/(мин·м²), интенсивность охлаждения изменяется крайне незначительно, даже когда удельный расход воды дополнительно увеличивают, и, следовательно, такой удельный расход воды не является предпочтительным с точки зрения экономической эффективности, например, энергии охлаждающей воды.

На фиг. 3B с помощью диаграмм превращения при непрерывном охлаждении показаны изменения температуры во времени и изменения структуры толстого стального листа в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, когда на начальном этапе охлаждения выполняют медленное охлаждение, выполняют быстрое охлаждение, когда ферритные фракции в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа становятся заданными фракциями, и затем прекращают быстрой охлаждение, когда средняя температура в направлении толщины толстого стального листа становится температурой образования бейнита, так что в качестве второй фазы формируется структура, в основном содержащая бейнит. Схематическое изображение температуры относится к состоянию, когда толщина толстого листа является относительно большой (50 мм или более).

В данном случае при медленном охлаждении в зоне 4 медленного охлаждения, когда интенсивность охлаждения в каждом месте от поверхностного слоя до центра в направлении толщины толстого стального листа S регулируется приблизительно до 0,4 - 10°C/с и предпочтительно 0,4 - 5°C/с, ферритные фракции в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа S не изменяются в значительной степени, и может быть получена практически постоянная ферритная фракция в направлении по всей толщине толстого листа. Предпочтительно, интенсивность охлаждения можно выбирать таким образом, чтобы разница температур (поверхностный слой – центр в направлении толщины толстого листа) в направлении толщины толстого листа в конце медленного охлаждения составляла 100°C или менее. При последующем быстром охлаждении в зоне 5 быстрого охлаждения интенсивность охлаждения может быть выше, чем при медленном охлаждении. Выполняя охлаждение с интенсивностью охлаждения 4°C/с или более в центральном участке в направлении толщины толстого листа и завершая охлаждение при температуре образования бейнита (от 400 до 55°C) можно получить структуру второй фазы, в основном содержащую бейнит.

Вместе с тем на фиг. 4 с помощью диаграмм превращения при непрерывном охлаждении показаны изменения температуры во времени и изменения структуры толстого стального листа в поверхностном слое и в центре в направлении толщины толстого стального листа, охлаждаемого посредством использования установки для производства толстого стального листа по ссылочному примеру. Схематическое изображение температуры относится к состоянию, когда толщина толстого листа является относительно большой (50 мм или более).

В установке для производства толстого стального листа по ссылочному примеру быстрое охлаждение выполняют с начального этапа охлаждения, и толстый стальной лист охлаждают до тех пор, пока его температура не достигнет, по существу, температуры воды. В этом способе охлаждения быстрое охлаждение выполняют с начального этапа охлаждения и, следовательно, интенсивность охлаждения поверхности толстого стального листа S на начальном этапе охлаждения является высокой, и достигается, практически, постоянная температура, когда температура поверхности толстого стального листа S достигает, практически температуры воды. Следовательно, поверхностный слой толстого стального листа S не обусловливает ферритное превращение, а обусловливает мартенситное превращение. Следовательно, установка для производства толстого стального листа по ссылочному примеру не может обеспечивать образование сложной фазовой структуры с помощью однократного процесса термообработки.

С другой стороны, в установке для производства толстого стального листа по указанному варианту выполнения закалочное устройство 3 выполнено с зоной 4 медленного охлаждения, где медленно охлаждается толстый стальной лист S, поступающий из нагревательной печи 2, и с зоной 5 быстрого охлаждения, где быстро охлаждается толстый стальной лист S, прошедший через зону 4 медленного охлаждения, как описано выше. Таким образом, толстый стальной лист S, выходящий из нагревательной печи 2, подвергается медленному охлаждению на начальном этапе охлаждения, так что сначала образуется феррит согласно заданной фракции, после чего выполняют быстрое охлаждение, так что оставшаяся аустенитная фаза превращается в бейнитную фазу или мартенситную фазу. Таким образом, фракция феррита первой фазы регулируется однократным процессом термообработки, и в качестве второй фазы могут быть получены бейнитная фаза или мартенситная фаза.

Кроме того, в термообрабатывающей установке 1 между верхним охлаждающим соплом 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне выхода в зоне 4 медленного охлаждения, и верхним охлаждающим соплом 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне входа в зоне 5 быстрого охлаждения, установлено устройство 9 для удаления воды, как показано на фиг. 1 и фиг. 5B. Кроме того, устройства 9 для удаления воды также установлены на стороне входа верхнего охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне входа в зоне 4 медленного охлаждения, и на стороне выхода верхнего охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения, как показано на фиг. 1. Кроме того, устройство 9 для удаления воды также установлено между каждыми двумя охлаждающими соплами 6a медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения и между каждыми двумя охлаждающими соплами 7a быстрого охлаждения в зоне 5 быстрого охлаждения, как показано на фиг. 1. Эти устройства 9 для удаления воды выполнены в виде роликов для удаления воды.

Ниже со ссылкой на фиг. 5A и 5B приведено описание причины установки устройства 9 для удаления воды между верхним охлаждающим соплом 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне выхода в зоне 4 медленного охлаждения, и верхним охлаждающим соплом 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне входа в зоне 5 быстрого охлаждения.

Как показано на фиг. 5A, когда между верхним охлаждающим соплом 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне выхода в зоне 4 медленного охлаждения, и верхним охлаждающим соплом 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне входа в зоне 5 быстрого охлаждения, не установлено устройство 9 для удаления воды, охлаждающая вода 12 из верхнего охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения и охлаждающая вода 13 из верхнего охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения смешиваются. В частности, необходимо увеличить расход охлаждающей воды в верхнем охлаждающем сопле 7a быстрого охлаждения с учетом увеличения интенсивности охлаждения и, следовательно, охлаждающая вода 13 из охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения поступает на сторону охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения, где расход охлаждающей воды 12 низкий, так что существует тенденция, что охлаждающая способность непосредственно под охлаждающим соплом 6a медленного охлаждения становится высокой. Следовательно, как показано на фиг. 5B, устройства 9 для удаления воды установлены между верхними охлаждающими соплами 6a медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения и верхними охлаждающими соплами 7a быстрого охлаждения в зоне 5 быстрого охлаждения. Устройства 9 для удаления воды удерживают охлаждающую воду 12 из верхних охлаждающих сопел 6a медленного охлаждения и охлаждающую воду 13 из верхних охлаждающих сопел 7a быстрого охлаждения во избежание смешивания охлаждающей воды 12 из верхних охлаждающих сопел 6a медленного охлаждения и охлаждающей воды 13 из верхних охлаждающих сопел 7a быстрого охлаждения, что обеспечивает стабильное охлаждение.

Ниже приведено описание причины установки устройств 9 для удаления воды на стороне входа верхнего охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне входа в зоне 4 медленного охлаждения, и на стороне выхода верхнего охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения.

При охлаждении толстого стального листа S, используя установку для производства толстого стального листа по ссылочному примеру согласно фиг. 4, в общем, может быть выполнено охлаждение только до комнатной температуры, и, следовательно, охлаждение не может быть остановлено при температуре 400 - 550°C, при которой образуется бейнит. В случае, когда толстый стальной лист S охлаждают, используя установку для производства толстого стального листа по ссылочному примеру, и предпринимаются попытки остановить быстрое охлаждение, когда температура толстого стального листа находится в диапазоне образования бейнита (приблизительно 400°C), как показано на фиг 3B, охлаждающая вода 13 из охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения остается, в частности, на толстом стальном листе S, что вызывает переохлаждение в плоскости толстого стального листа в том месте, где присутствует оставшаяся вода. Следовательно, охлаждение не может быть остановлено при температуре 400 - 550°C, при которой образуется бейнит. Кроме того, на стороне зоны 4 медленного охлаждения, наиболее близко расположенной к нагревательной печи, оставшаяся вода течет в сторону нагревательной печи 2 по верхней стороне толстого стального листа S и, следовательно, охлаждающая вода поступает на сторону нагревательной печи 2, что ведет к выходу нагревательной печи 2 из строя или переохлаждению в плоскости толстого стального листа S, как и в ранее описанном случае. Следовательно, благодаря установке устройств 9 для удаления воды на стороне входа верхнего охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне входа в зоне 4 медленного охлаждения, и на стороне выхода верхнего охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения, устройства 9 для удаления воды удерживают воду, оставшуюся на толстом стальном листе S, препятствуя вытеканию оставшейся воды наружу закалочного устройства 3, так что охлаждение прекращается с достаточной точностью в области образования бейнита.

В данном случае, поскольку устройства 9 для удаления воды расположены над линией транспортирования и могут подниматься, устройства 9 для удаления воды могут удерживать толстые стальные листы S разной толщины с постоянной силой давления. Для обеспечения надлежащих свойств для удаления воды форма поверхности толстого стального листа S предпочтительно выравнивается, и сила давления устройств 9 для удаления воды предпочтительно составляет 4 тонны и больше, более предпочтительно 6 тонн и больше, и еще более предпочтительно 8 тонн и больше. В то же время существует вероятность изгибания устройств 9 для удаления воды, так что между толстым стальным листом S и устройством 9 для удаления воды образуется зазор, ухудшающий свойства удаления воды, и, следовательно, сила давления предпочтительно составляет 20 тонн или менее.

Устройство 9 для удаления воды может быть выполнено в виде продувочного сопла, выбрасывающего продувочную воду 15 и следующего за охлаждающей водой, или может быть выполнено в виде пневматического продувочного средства вместо ролика для удаления воды, как показано на фиг. 6. Однако для выполнения более стабильного охлаждения без утечки охлаждающей воды наружу секции подачи охлаждающей воды предпочтительным является использование ролика для удаления воды в качестве устройства 9 для удаления воды.

В данном случае для регулирования интенсивности охлаждения приблизительно до 0,4 – 10°C с учетом образования феррита при медленном охлаждении в зоне 4 медленного охлаждения пригодным является задание удельного расхода охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения равным приблизительно 30 – 200 л/(мин·м²), как описано выше. Расход охлаждающей воды становится относительно небольшим при охлаждении толстого стального листа S посредством медленного охлаждения. Следовательно, охлаждающая вода, выбрасываемая из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения, которая должна превращаться в жидкие капли, входит в состояние пленочного кипения, в котором между жидкими каплями и толстым стальным листом S образуется пленка пара при столкновении с толстым стальным листом S. Состояние пленочного кипения прекращается при падении температуры и переходит в так называемое состояние пузырчатого кипения, в котором жидкие капли и толстый стальной лист S непосредственно контактируют друг с другом, так что охлаждающая способность становится весьма высокой. При увеличении удельного расхода воды из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения температура, при которой состояние пленочного кипения переходит в состояние пузырчатого кипения (так называемая температура перехода), повышается, и, следовательно, диапазон температур состояния пленочного кипения, в котором может выполняться медленное охлаждение, становится более узким. Следовательно, такая форма распыления, что охлаждающая вода 12 выбрасывается и распространяется на максимально возможную ширину, является предпочтительной, так что местный удельный расход воды не становится высоким. С этой точки зрения в качестве формы охлаждения с использованием охлаждающей воды 12, выбрасываемой из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения, охлаждение распылением, обеспечивающее разбрызгивание в широком диапазоне с низким удельным расходом воды является предпочтительным. В частности, полный конус (форма столкновения: круглая форма), показанный на фиг. 7A, овал (форма столкновения: эллипс), и распыление в форме квадрата (форма столкновения: прямоугольная форма), показанное на фиг. 7B, являются предпочтительными. С точки зрения выполнения равномерного разбрызгивания в максимально возможном широком диапазоне в случае овала отношение малой оси к большой оси предпочтительно находится в диапазоне от 1:1 до 1:4. Кроме того, также в случае распыления в форме квадрата отношение короткой стороны к длинной стороне предпочтительно задано в диапазоне от 1:1 до 1:4, как и в случае овала. Также в так называемом охлаждении туманом, в котором смешаны вода и воздух, эквивалентные характеристики могут быть получены посредством соответствующего выбора отношения короткой стороны к длинной стороне, как и в вышеописанном случае распыления.

На температуру перехода оказывает влияние окалина, образующаяся на поверхности толстого стального листа S. В общем, температура перехода увеличивается с увеличением толщины окалины. Когда температура достигает такой температуры перехода во время медленного охлаждения, поверхность толстого стального листа S быстро охлаждается. Следовательно, существует риск, что, в частности, интенсивность охлаждения поверхности толстого стального листа намного выше 0,4 - 10°C/с. Таким образом, для уменьшения температуры перехода и расширения диапазона, в котором охлаждение может выполняться в состоянии пленочного кипения в максимально возможной степени, относительно толстую окалину, образующуюся при горячей прокатке предпочтительно заранее удаляют с помощью такого процесса, как дробеструйная очистка или травление толстого стального листа перед его загрузкой в нагревательную печь. Несмотря на то, что обычно толщина вторичной окалины составляет 10 – 50 мкм, толщина окалины перед загрузкой толстого стального листа в нагревательную печь может быть задана на уровне менее 1 мкм с помощью дробеструйной очистки или травления. Предпочтительно препятствовать образованию окалины в нагревательной печи 2 можно посредством нагрева внутренней стороны печи 2 в неокисляющей атмосфере, например, нагрева в атмосфере азота. Предпочтительно, концентрация кислорода в нагревательной печи 2 должна быть задана на уровне менее 1%.

Таким образом, можно предотвратить образование окалины до извлечения толстого стального листа из нагревательной печи 2. Однако горячий толстый стальной лист подвергается воздействию воздушной атмосферы после извлечения из нагревательной печи 2, так что на листе образуется окалина. Таким образом, пригодным является регулирование скорости транспортирования толстого стального листа S, так чтобы промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа S входит в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, составлял менее 120 секунд и предпочтительно находился в пределах 100 секунд с точки зрения препятствования образованию окалины. Скорость транспортирования при обычной термообработке вне производственной линии составляет приблизительно 2 – 20 м/мин. Когда минимальная скорость транспортирования задана равной 2 м/мин с точки зрения максимально возможного препятствования образованию окалины, расстояние L от места выхода из нагревательной печи 2 до зоны медленного охлаждения предпочтительно находится в пределах 4 м, более предпочтительно в пределах 3,3 м. Следовательно, в этом варианте выполнения расстояние L от нагревательной печи 2 до зоны 4 медленного охлаждения задают в диапазоне 4 м.

В термообрабатывающей установке 1 предусмотрено регулирующее устройство 10, которое регулирует скорость транспортирования толстого стального листа S, так чтобы промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа S входит в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, составлял менее 120 с, как показано на фиг. 1.

Регулирующее устройство 10 соединено с роликами 8 рольганга, транспортирующими толстый стальной лист S, и соединено с главным компьютером 11 для регулирования скорости транспортирования толстого стального листа S, т.е. для функционирования в качестве устройства регулирования скорости транспортирования. Регулирующее устройство 10 получает информацию о расстоянии L от нагревательной печи 2 до зоны 4 медленного охлаждения от главного компьютера 11 и рассчитывает скорость V транспортирования толстого стального листа S, так чтобы промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа S входит в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, составлял менее 120 с, на основе расстояния L, и затем регулирует частоту вращения роликов 8 рольганга, так чтобы толстый стальной лист S транспортировался с рассчитанной скоростью V транспортирования.

Температура толстого стального листа S в момент переключения с медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения на быстрое охлаждение в зоне 5 быстрого охлаждения, т.е. средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 4 медленного охлаждения толстого стального листа S соответствующим образом задана в диапазоне 550°C – 800°C для образования феррита, имеющего фракцию феррита по меньшей мере 10% или более и предпочтительно 20% или более и 80% или менее.

В термообрабатывающей установке 1 регулирующее устройство 10 также имеет функцию устройства регулирования медленного охлаждения. Регулирующее устройство 10 соединено с охлаждающими соплами 6a, 6b медленного охлаждения, выбрасывающими охлаждающую воду на толстый стальной лист S. Регулирующее устройство 10 получает информацию о заданной температуре (заданной температуре в диапазоне 550°C – 800°C, которая является средней температурой в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 4 медленного охлаждения) толстого стального листа S в добавление к такой информации, как температура нагрева и толщина толстого листа, от главного компьютера 11 и рассчитывает количество охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения (логарифм охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения), выбрасывающих охлаждающую воду, удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения и скорость транспортирования толстого стального листа S на основе заданной температуры. Таким образом, регулирующее устройство 10 регулирует выбрасывание охлаждающей воды на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения при определенном количестве охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения (логарифме охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения) и удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения, а также транспортирование толстого стального листа S с рассчитанной скоростью транспортирования толстого стального листа S. Таким образом, средняя температура в сечении в направлении толщины толстого стального листа в конечной точке зоны 4 медленного охлаждения толстого стального листа S назначается по заданной температуре в диапазоне 550°C – 800°C.

При быстром охлаждении в зоне 5 быстрого охлаждения интенсивность охлаждения предпочтительно максимально высокая и регулируется до 4°C/с или более, по меньшей мере, в центре в направлении по толщине толстого стального листа S для превращения оставшегося аустенита в бейнит или мартенсит в структуре толстого стального листа S, которая превращена в феррит из аустенита с определенной фракцией в результате медленного охлаждения. С этой точки зрения удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения предпочтительно задают равным приблизительно 1000 – 4000 л/(мин·м²). В случае, если удельный расход воды меньше 1000 л/(мин·м²), в частности, когда толщина толстого листа большая (например, 100 мм), заданная интенсивность охлаждения не достигается. Если удельный расход воды больше 4000 л/(мин·м²), интенсивность охлаждения изменяется крайне незначительно, даже когда удельный расход воды дополнительно увеличивают, и, следовательно, такой удельный расход воды не является предпочтительным с точки зрения экономической эффективности, например, энергии охлаждающей воды. Кроме того, при быстром охлаждении охлаждающая способность становится низкой, когда устанавливается вышеописанное состояние пленочного кипения. Следовательно, давление выбрасывания охлаждающей воды из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения предпочтительно высокое и составляет, по меньшей мере, 0,1 МПа или выше и предпочтительно 0,3 МПа или выше, так что переход в состояние пузырчатого кипения происходит легко. Когда давление выбрасывания охлаждающей воды превышает 1,0 МПа, увеличивается мощность насоса, и для трубопроводов и т.п. требуются компоненты, имеющие высокое сопротивление давлению, что является неэкономичным. Таким образом, давление выбрасывания охлаждающей воды должно составлять 1,0 МПа или менее.

Конечная температура быстрого охлаждения толстого стального листа S, т.е. средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 5 быстрого охлаждения толстого стального листа S в соответствии с требованиями находится в диапазоне от комнатной температуры до 550°C. Это связано с тем, что когда конечная температура быстрого охлаждения выше 550°C, бейнит не может стабильно образовываться, и, следовательно, не может быть получена высокопрочная сталь.

В термообрабатывающей установке 1 регулирующее устройство 10 также имеет функцию устройства регулирования быстрого охлаждения. Регулирующее устройство 10 соединено с охлаждающими соплами 7a, 7b быстрого охлаждения, выбрасывающими охлаждающую воду на толстый стальной лист S. Регулирующее устройство 10 получает информацию о заданной температуре (заданной температуре в диапазоне от комнатной температуры до 550°C, которая является средней температурой в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 5 быстрого охлаждения) толстого стального листа S в добавление к такой информации, как температура нагрева и толщина толстого листа, от главного компьютера 11 и рассчитывает количество охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения (логарифм охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения), выбрасывающих охлаждающую воду, удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения и скорость транспортирования толстого стального листа S на основе заданной температуры. Таким образом, регулирующее устройство 10 регулирует выбрасывание охлаждающей воды на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения при определенном количестве охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения (логарифме охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения) и удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения, а также транспортирование толстого стального листа S с рассчитанной скоростью транспортирования толстого стального листа S и последующую остановку. Таким образом, средняя температура в сечении в направлении толщины толстого стального листа в конечной точке зоны 5 быстрого охлаждения толстого стального листа S назначается по заданной температуре в диапазоне от комнатной температуры до 550°C.

На фиг. 8 показаны изменения средней температуры в направлении толщины толстого стального листа, когда регулирование скорости транспортирования, регулирование медленного охлаждения и регулирование быстрого охлаждения толстого стального листа S выполняются регулирующим устройством 10, причем охлаждающая вода 12 выбрасывается из трех пар верхних и нижних охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения от начала до конца зоны 4 медленного охлаждения, и затем в зоне 5 быстрого охлаждения охлаждающая вода 13 выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода 13 не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показанной на фиг. 1.

На фиг. 9 показаны изменения средней температуры в направлении толщины толстого стального листа, когда регулирование скорости транспортирования, регулирование медленного охлаждения и регулирование быстрого охлаждения толстого стального листа S выполняются регулирующим устройством 10, причем в зоне 4 медленного охлаждения охлаждающая вода 12 не выбрасывается из одной пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода 12 выбрасывается из двух оставшихся пар верхних и нижних охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения, и в зоне 5 быстрого охлаждения охлаждающая вода 13 выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода 13 не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показанной на фиг. 1. В примере регулирования, показанном на фиг. 9, охлаждающая вода 12 не выбрасывается из одной пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения в начале зоны 4 медленного охлаждения, и время охлаждения толстого стального листа S, выходящего из нагревательной печи 2, больше времени охлаждения в примере регулирования на фиг. 8.

На фиг. 10 показаны изменения средней температуры в направлении толщины толстого стального листа, когда регулирование скорости транспортирования, регулирование медленного охлаждения и регулирование быстрого охлаждения толстого стального листа S выполняются регулирующим устройством 10, причем в зоне 4 медленного охлаждения охлаждающая вода 12 выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода 12 не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения, и затем в зоне 5 быстрого охлаждения охлаждающая вода 13 выбрасывается из двух пар верхних и нижних охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения от начала этой зоны, и охлаждающая вода 13 не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показанной на фиг. 1. В примере регулирования, показанном на фиг. 10, охлаждающая вода 12 не выбрасывается из последней пары верхнего и нижнего охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения, и за счет воздушного охлаждения между медленным охлаждением и быстрым охлаждением может поддерживаться практически постоянная температура.

Варианты регулирования, показанные на фиг. 8 – 10 являются только примерами, и регулирование можно изменять различным образом в зависимости от заданных характеристик исходного материала (например, фракции феррита).

Ниже приведено описание способа производства толстого стального листа настоящего изобретения, используя термообрабатывающую установку 1, показанную на фиг. 1.

Прежде всего, толстый стальной лист S, который предварительно был подвергнут горячей прокатке до заданной толщины (например, 30 мм) и ширины (например, 2000 мм) на линии горячей прокатки (не показана), расположенной отдельно от термообрабатывающей установки 1, и с которого предварительно удалили окалину с помощью устройства для удаления поверхностной окалины (не показано), после того как его температура достигала комнатной температуры, загружают в нагревательную печь 2. Далее в нагревательной печи 2 толстый стальной лист S нагревают до температурного диапазона получения аустенита (например, приблизительно до 910°C) (процесс нагрева).

Далее толстый стальной лист S выходит из нагревательной печи 2 и подвергается закалке в закалочном устройстве 3, где он транспортируется с помощью двух или большего количества роликов 8 рольганга, установленных на стороне выхода нагревательной печи 2 (процесс закалки).

В этом процессе закалки толстый стальной лист S, выходящий из нагревательной печи 2, сначала медленно охлаждается в зоне 4 медленного охлаждения закалочного устройства 3, расположенного в пределах 4 м от нагревательной печи 2 (процесс медленного охлаждения).

В этом процессе медленного охлаждения медленное охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения, где на одной линии в направлении транспортирования толстого стального листа S расположены множество пар (три пары) верхних и нижних охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения.

Медленное охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды 12 на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения с заданным средним расходом охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения 30 – 200 л/(мин·м²). Медленное охлаждение выполняют посредством регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения (логарифма охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения), выбрасывающих охлаждающую воду 12, удельного расхода охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа S с помощью регулирующего устройства 10, так чтобы средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 4 медленного охлаждения толстого стального листа S была заданной температурой в диапазоне 550°C – 800°C.

Кроме того, регулирующее устройство 10 регулирует скорость транспортирования толстого стального листа S, так чтобы промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа S входит в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, составлял менее 120 с.

Далее во время процесса закалки толстый стальной лист S, прошедший через зону 4 медленного охлаждения, быстро охлаждается в зоне 5 быстрого охлаждения закалочного устройства 3 (процесс быстрого охлаждения).

В этом процессе закалки толстый стальной лист S, выходящий из нагревательной печи 2, сначала медленно охлаждается в зоне 4 медленной закалки закалочного устройства 3, расположенного в пределах 4 м от нагревательной печи 2 (процесс медленного охлаждения).

В этом процессе быстрого охлаждения быстрое охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения в зоне 5 быстрого охлаждения, где на одной линии в направлении транспортирования толстого стального листа S расположены множество пар (три пары) верхних и нижних охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения.

Быстрое охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды 13 на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения с заданным средним расходом охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения 1000 – 4000 л/(мин·м²). Быстрое охлаждение выполняют посредством регулирования количества охлаждающих сопел быстрого охлаждения (логарифма охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения), выбрасывающих охлаждающую воду 13, удельного расхода охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа S с помощью регулирующего устройства 10, так чтобы охлаждение прекращалось при заданной температуре толстого стального листа S, и средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 5 быстрого охлаждения находилась в диапазоне от комнатной температуры до 550°C.

Далее толстый стальной лист S, прошедший процесс закалки, подвергается последующей обработке.

Таким образом, по способу производства толстого стального листа S по первому варианту выполнения настоящего изобретения толстый стальной лист S, выходящий из нагревательной печи 2, сначала медленно охлаждается на начальном этапе, так что образуется феррит с заданной фракцией, и затем выполняют быстрое охлаждение, так что оставшаяся аустенитная фаза превращается в бейнитную фазу или мартенситную фазу. Таким образом, фракция феррита первой фазы регулируется однократным процессом термообработки, и в качестве второй фазы образуется бейнитная фаза или мартенситная фаза. Таким образом, ферритная фаза, которая является мягкой, и бейнитная фаза или мартенситная фаза, которая является твердой фазой, в качестве структур толстого стального листа S могут быть дисперсными при соответствующем соотношении в зависимости от прочности, и может быть получено низкое отношение предела текучести к пределу прочности, в то же время, сохраняя предел прочности. Толстый стальной лист S, имеющий низкое отношение предела текучести к пределу прочности, может быть получен с помощью однократного процесса термообработки, и, следовательно, толстый стальной лист S можно изготавливать с минимальным потреблением энергии, так что расходы на энергию будут небольшими.

Второй вариант выполнения

На фиг. 12 представлена схематическая компоновка термообрабатывающей установки для термообработки вне производственной линии, показывающая установку для производства толстого стального листа по второму варианту выполнения настоящего изобретения. Основная компоновка термообрабатывающей установки 1, показанной на фиг. 12, является такой же, как и компоновка термообрабатывающей установки 1, показанной на фиг. 1, но отличается от термообрабатывающей установки 1, показанной на фиг. 1, тем, что между нагревательной печью 2 и закалочным устройством 3 установлены устройства 16 для удаления окалины, удаляющие окалину с толстого стального листа S, нагретого в нагревательной печи 2.

Толстый стальной лист S, поступающий из нагревательной печи 2, транспортируется с помощью множества роликов 8 рольганга, установленных на стороне выхода нагревательной печи 2, где с верхней и нижней поверхностей толстого стального листа удаляется окалина с помощью устройств 16 для удаления окалины. Таким образом, обеспечивается боле равномерное охлаждение толстого стального листа S с возможностью изготовления толстых стальных листов S, имеющих высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности, которое имеет меньшее варьирование.

Далее толстый стальной лист S, с которого удалена окалина с помощью устройств 16 для удаления окалины, охлаждается в закалочном устройстве 3 во время транспортирования с помощью роликов 8 рольганга.

Благодаря удалению окалины после повторного нагрева горячекатаного толстого стального листа S в термообрабатывающей установке 1 для термообработки вне производственной линии окалину с передней и задней поверхностей толстого стального листа S можно удалять даже при низкой плотности энергии выбрасываемой воды. Следовательно, окалину с передней и задней поверхностей толстого стального листа удаляют посредством выбрасывания воды 17 из устройств 16 для удаления окалины на переднюю и заднюю поверхности толстого стального листа S, выходящего из нагревательной печи 2.

Здесь плотность энергии (Дж/мм²) воды, выбрасываемой на толстый стальной лист S, является показателем способности к удалению окалины посредством очистки от окалины и определяется как Удельный расход воды × Давление выбрасывания × Время столкновения выбрасываемой воды. Удельный расход воды (м³/(с·мм²)) – величина, рассчитываемая как Расход выбрасываемой воды (м³/с)/Площадь соударения выбрасываемой воды (мм²). Давление выбрасывания (Н/м²) определяется давлением нагнетания выбрасываемой воды. Время столкновения (с) определяется величиной, рассчитываемой как Толщина выбрасываемой воды при столкновении/Скорость транспортирования толстого стального листа S.

Взаимосвязь между плотностью энергии выбрасываемой воды и интенсивностью отслаивания окалины (отношение площади, где вода выбрасывается на толстый стальной лист S, так что окалина отслаивается, к площади толстого стального листа), в частности, показана на фиг. 13, когда толстый стальной лист S после прокатки на производственной линии и толстый стальной лист S после повторного нагрева вне производственной линии исследуются в отношении отслаивания окалины при очистке от окалины стали определенного типа. После повторного нагрева вне производственной линии окалина может отслаиваться по всей поверхности толстого стального листа S с низкой плотностью энергии, в частности 0,005 Дж/мм² или более.

С другой стороны, окалина после горячей прокатки на производственной линии вдавливается в толстый стальной лист S и, следовательно, окалина имеет высокую адгезию к основному металлу. Благодаря сталкиванию выбрасываемой воды с плотностью энергии 0,1 Дж/мм² или более с толстым стальным листом S окалина может отслаиваться по всей поверхности толстого стального листа S. С другой стороны, когда толстый стальной лист S, подвергнутый горячей прокатке и охлажденный до 100°C или ниже, повторно нагревают в нагревательной печи 2, окалина отслаивается при нагреве из-за различия в тепловом расширении между окалиной и толстым стальным листом S, и затем после выхода из нагревательной печи 2 определяют состояние, в котором окалина отслаивается от толстого стального листа S. Таким образом, даже когда плотность энергии воды для удаления окалины низкая, окалину можно равномерно удалять. Кроме того, что касается окалины, образующейся в нагревательной печи 2 или образующейся после выхода толстого стального листа из нагревательной печи 2, окалина не вдавливается в него в результате прокатки и имеет низкую адгезию. Следовательно, окалину можно удалять с низкой плотностью энергии 0,005 Дж/мм² или более.

Следовательно, в этом варианте выполнения устройства 16 для удаления окалины расположены на стороне выхода нагревательной печи 2 для удаления окалины с толстого стального листа S, нагретого в нагревательной печи 2. Плотность энергии воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, задана равной 0,005 Дж/мм² или более. Устройства 16 для удаления окалины соединены с регулирующим устройством 10, как показано на фиг. 12, через насос для удаления окалины, который не показан, так что регулирующее устройство 10 управляет удельным расходом воды, давлением выбрасывания воды и временем столкновения выбрасываемой воды, так что плотность энергии воды, выбрасываемой из устройства 16 для удаления окалины, составляет 0,005 Дж/мм² или более. Кроме того, регулирующее устройство 10 регулирует давление выбрасывания воды из устройств 16 для удаления окалины до 0,5 МПа или более, как описано ниже.

Посредством заблаговременного удаления окалины с помощью механизма для удаления окалины, например, используя процесс дробеструйной обработки или травления, например, перед загрузкой толстого стального листа S в нагревательную печь 2 для получения толщины окалины меньше 1 мкм перед загрузкой толстого стального листа S в нагревательную печь 2, окалину можно удалять более легко или более равномерным образом. Кроме того, окалину можно легко удалять посредством препятствования образованию окалины в нагревательной печи 2 за счет нагрева внутренней стороны печи 2 в неокисляющей атмосфере, например, нагрева в атмосфере азота. Предпочтительно, концентрация кислорода в нагревательной печи 2 должна быть задана на уровне менее 1%.

Для удаления окалины на всей поверхности толстого стального листа S плотность энергии воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, предпочтительно должна составлять 0,008 Дж/мм² или выше или более предпочтительно 0,01 Дж/мм² или выше. Когда плотность энергии выбрасываемой воды излишне высокая, требуется насос высокого давления или трубопроводная обвязка высокого давления, что увеличивает стоимость установки. Предпочтительно, плотность энергии выбрасываемой воды должна составлять 0,05 Дж/мм² или менее.

Здесь устройства 16 для удаления окалины установлены сверху и снизу относительно толстого стального листа S, транспортируемого на линии транспортирования, как показано на фиг. 14A. Каждое устройство 16 для удаления окалины имеет коллектор 16a для удаления окалины, соединенный с насосом для удаления окалины, который не показан, и множество сопле 16b для удаления окалины, установленных в коллекторе 16a для удаления окалины. Выбрасываемая вода 17 выбрасывается к передней поверхности или задней поверхности толстого стального листа S из каждого сопла 16b для удаления окалины, что позволяет удалять окалину, образующуюся на передней поверхности или задней поверхности толстого стального листа S. Плотность энергии выбрасываемой воды 17 составляет 0,005 Дж/мм² или более, как описано выше.

В коллекторе 16a для удаления окалины установлено множество сопел 16b для удаления окалины, продолжающихся в направлении ширины толстого стального листа S с заданным шагом в направлении ширины, как показано на фиг. 14B (на фиг. 14B показано только верхнее устройство 16 для удаления окалины). Каждое сопло 16b для удаления окалины расположено под углом наклона, так что струи воды 17, выбрасываемые из сопел 16b для удаления окалины рядом друг с другом, как показано на фиг. 14C, не сталкиваются друг с другом в воздухе, как показано на фиг. 14C. Здесь угол наклона представляет собой угол, образованный линией L, продолжающейся в направлении ширины толстого стального листа S, перпендикулярном направлению транспортирования толстого стального листа S, и выбрасываемой водой 17. Каждое сопло 16b для удаления окалины расположено так, что угол наклона составляет, в частности 2° или более и 20° или менее.

Если расстояние выбрасывания (см. фиг. 14A) от передней поверхности или задней поверхности толстого стального листа S до отверстия выбрасывания каждого сопла 16b для удаления окалины излишне большое, скорость выбрасываемых жидких капель во время пыления уменьшается, и, следовательно, снижается способность к удалению окалины. Взаимосвязь между скоростью жидких капель и расстоянием выбрасывания при различных давлениях выбрасывания показана на фиг. 15. Давление выбрасывания из воды из устройства 16 для удаления окалины в этом варианте выполнения является низким по сравнению с давлением выбрасывания воды из обычного устройства для удаления окалины после горячей прокатки в производственной линии. Следовательно, уменьшение скорости жидких капель является небольшим, и влияние расстояния выбрасывания является низким. Расстояние выбрасывания воды из устройств 16 для удаления окалины в этом варианте выполнения предпочтительно составляет 600 мм и меньше или более предпочтительно 400 мм и меньше. Однако когда устройства 16 для удаления окалины излишне приближены к передней поверхности или задней поверхности толстого стального листа S, сопла 16b для удаления окалины сталкиваются с толстым стальным листом S, что ведет к повреждению сопел 16b для удаления окалины. Следовательно, расстояние выбрасывания воды предпочтительно должно составлять 40 мм или более.

Благодаря удалению окалины, образующейся на передней и задней поверхности толстого стального листа S, с помощью устройств 16 для удаления окалины перед охлаждением толстого стального листа S в закалочном устройстве 3, толстый стальной лист S может быть равномерно охлажден с помощью закалочного устройства 3, так что может быть изготовлен термообработанный толстый стальной лист S, имеющий низкое отношение предела текучести к пределу прочности и высокую прочность и равномерное качество, в частности, с меньшим изменением отношения предела текучести к пределу прочности.

Как показано на фиг. 17, температура переходного кипения уменьшается с уменьшением толщины окалины. Следовательно, диапазон температур в состоянии пленочного кипения, в котором может выполняться описанное ниже медленное охлаждение в закалочном устройстве 3, расширяется (см. фиг. 16), и толстый стальной лист S может охлаждаться без возникновения переходного кипения, так что может быть изготовлен толстый стальной лист S, имеющий меньшие изменения прочности или отношения предела текучести к пределу прочности.

Давление выбрасывания воды из устройств 16 для удаления окалины может составлять 0,5 МПа или более. Таким образом, медленное охлаждение в зоне 4 медленного охлаждения может начинаться при заданной начальной температуре охлаждения без чрезмерного охлаждения толстого стального листа S посредством удаления окалины. Таким образом, фракцию феррита можно регулировать с достаточной точностью, и может быть изготовлен термообработанный толстый стальной лист, имеющий низкое отношение предела текучести к пределу прочности и высокую прочность с меньшим изменением отношения предела текучести к пределу прочности. При охлаждении водой толстого стального листа S охлаждающая способность (Удельный тепловой поток × Время водяного охлаждения) пропорциональна примерно 0,7 удельному расходу воды и обратно пропорциональна скорости транспортирования. Следовательно, охлаждающая способность сильно зависит от удельного расхода воды или скорости транспортирования и лишь незначительно зависит от давления выбрасывания воды.

С другой стороны, когда давление выбрасывания воды низкое, необходимо увеличить удельный расход воды или уменьшить скорость транспортирования для обеспечения плотности энергии выбрасываемой воды 0,005 Дж/мм² или более. Однако в результате удаления окалины увеличивается охлаждающая способность и уменьшается начальная температура охлаждения. Когда обеспечивается плотность энергии выбрасываемой воды 0,005 Дж/мм² или более при давлении выбрасывания воды менее 0,5 МПа, охлаждающая способность удаления окалины повышается, и в частности, когда в случае большой толщины толстого листа (например, 10 мм) медленное охлаждение не может начинаться при заданной начальной температуре охлаждения, фракция феррита отклоняется от заданной величины фракции феррита, при этом варьируется отношения предела текучести к пределу прочности.

В термообрабатывающей установке 1, показанной на фиг. 12, между верхним охлаждающим соплом 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне выхода в зоне 4 медленного охлаждения, и верхним охлаждающим соплом 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне входа в зоне 5 быстрого охлаждения, установлено устройство 9 для удаления воды. Кроме того, устройства 9 для удаления воды также установлены на стороне входа верхнего охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне входа в зоне 4 медленного охлаждения, и на стороне выхода верхнего охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения. Кроме того, устройство 9 для удаления воды также установлено между каждыми двумя охлаждающими соплами 6a медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения и между каждыми двумя охлаждающими соплами 7a быстрого охлаждения в зоне 5 быстрого охлаждения.

Ниже приведено описание способа производства толстого стального листа, используя термообрабатывающую установку, показанную на фиг.12.

Прежде всего, толстый стальной лист S, который предварительно был подвергнут горячей прокатке до заданной толщины (например, 15 мм), ширины (например, 3000 мм) и длины (например, 15 м) на линии горячей прокатки (не показана), расположенной отдельно от термообрабатывающей установки 1, и с которого удалили окалину с помощью механизма для удаления окалины (не показан), после того как его температура достигала комнатной температуры, загружают в нагревательную печь 2. Далее в нагревательной печи 2 толстый стальной лист S нагревают до температурного диапазона получения аустенита (например, приблизительно до 910°C) (процесс нагрева).

Далее толстый стальной лист S, нагретый в нагревательной печи 2 и извлеченный из нагревательной печи 2, подвергают удалению окалины с помощью устройств 16 для удаления окалины (процесс удаления окалины).

Во время этого процесса удаление окалины выполняют посредством выбрасывания воды 17 из устройств 16 для удаления окалины на переднюю поверхность и заднюю поверхность толстого стального листа S, задавая плотность энергии воды 17, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, равной 0,005 Дж/мм² или более.

Во время процесса удаление окалины выполняют посредством выбрасывания воды 17 из устройств 16 для удаления окалины на переднюю поверхность и заднюю поверхность толстого стального листа S, задавая давление воды 17, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, равным 0,5 МПа или более.

Далее толстый стальной лист S, подвергнутый удалению окалины во время процесса удаления окалины, охлаждают в закалочном устройстве 3 (процесс закалки).

В этом процессе закалки толстый стальной лист S, очищенный от окалины с помощью устройств 16 для удаления окалины, сначала медленно охлаждается в зоне 4 медленного охлаждения закалочного устройства 3, расположенного в пределах 4 м от нагревательной печи 2, причем промежуток времени, в течение которого толстый стальной лист S входит в закалочное устройство 3 после завершения процесса нагрева, задают таким образом, чтобы он составлял 120 секунд и меньше (процесс медленного охлаждения).

В этом процессе медленного охлаждения медленное охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды 12 на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения, где на одной линии в направлении транспортирования толстого стального листа S расположены множество пар верхних и нижних охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения.

Медленное охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды 12 на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения с заданным расходом охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения 30 – 200 л/(мин·м²). Медленное охлаждение выполняют посредством регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения (логарифма охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения), выбрасывающих охлаждающую воду 12, удельного расхода охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа S с помощью регулирующего устройства 10, так чтобы средняя температура в сечении по толщине толстого листа S в конечной точке зоны 4 медленного охлаждения толстого стального листа S была заданной температурой в диапазоне 550°C – 800°C.

Далее во время процесса закалки толстый стальной лист, прошедший через зону 4 медленного охлаждения, быстро охлаждается в зоне 5 быстрого охлаждения закалочного устройства 3 (процесс быстрого охлаждения).

В этом процессе быстрого охлаждения быстрое охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды на переднюю поверхность и нижнюю поверхность толстого стального листа из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения в зоне 5 быстрого охлаждения, где на одной линии в направлении транспортирования толстого стального листа S расположены множество пар верхних и нижних охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения.

В процессе быстрого охлаждения быстрое охлаждение выполняется посредством выбрасывания охлаждающей воды 13 на толстый стальной лист S из охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения с заданным расходом охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения 1000 – 4000 л/(мин·м²). Быстрое охлаждение выполняют посредством регулирования количества охлаждающих сопел быстрого охлаждения (логарифма охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения), выбрасывающих охлаждающую воду 13, удельного расхода охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа S с помощью регулирующего устройства 10, так чтобы средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 5 быстрого охлаждения толстого стального листа S соответствовала заданной температуре в диапазоне от комнатной температуры до 550°C.

Далее толстый стальной лист S, прошедший процесс закалки, подвергается последующей обработке.

Таким образом, по способу производства толстого стального листа S по второму варианту выполнения настоящего изобретения выполнятся удаление окалины с толстого стального листа S, выходящего из нагревательной печи 2, с помощью устройств 16 для удаления окалины, так что перед охлаждением толстого стального листа S в закалочном устройстве 3 удаляют окалину, образующуюся на передней поверхности и задней поверхности толстого стального листа S. Таким образом, толстый стальной лист S может быть равномерно охлажден с помощью закалочного устройства 3.

Горячекатаный толстый стальной лист S повторно нагревают и затем подвергают удалению окалины, причем удаление окалины может обеспечиваться посредством задания плотности энергии воды 17, выбрасываемой устройств 16 для удаления окалины, равной низкой плотности энергии 0,005 Дж/мм² или более. Следовательно, равномерное удаление окалины можно выполнять без необходимости расходования большого количества энергии перед охлаждением.

Далее толстый стальной лист S, очищенный от окалины с помощью устройств 16 для удаления окалины, подвергается медленному охлаждению на начальном этапе охлаждения, так что сначала образуется феррит с заданной фракцией, и затем выполняют быстрое охлаждение, так что оставшаяся аустенитная фаза превращается в бейнитную фазу или мартенситную фазу. Таким образом, фракция феррита первой фазы регулируется однократным процессом термообработки, и в качестве второй фазы образуется бейнитная фаза или мартенситная фаза. Таким образом, ферритная фаза, которая является мягкой, и бейнитная фаза или мартенситная фаза, которая является твердой фазой, в качестве структур толстого стального листа могут быть дисперсными при соответствующем соотношении в зависимости от прочности, и может быть получено низкое отношение предела текучести к пределу прочности, в то же время, сохраняя предел прочности. Поскольку используется термообрабатывающая установка 1 для термообработки вне производственной линии, можно изготавливать толстый стальной лист, в котором фракция феррита не варьируется и не варьируется отношение предела текучести к пределу прочности.

Вышеописанные варианты выполнения настоящего изобретения могут быть различным образом изменены и модифицированы без ограничения.

Например, в зоне 4 медленного охлаждения охлаждающие сопла 6a, 6b медленного охлаждения могут содержать по меньшей мере пару, состоящую из верхнего и нижнего охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения и не ограничиваются до трех пар, как в вариантах выполнения.

Кроме того, в зоне 5 медленного охлаждения охлаждающие сопла 7a, 7b быстрого охлаждения могут содержать по меньшей мере пару, состоящую из верхнего и нижнего охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения и не ограничиваются до трех пар, как в вариантах выполнения.

Кроме того, в термообрабатывающей установке 1 по первому варианту выполнения и второму варианту выполнения устройство 9 для удаления воды может быть установлено между верхним охлаждающим соплом 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне выхода в зоне 4 медленного охлаждения, и верхним охлаждающим соплом 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенным к стороне входа в зоне 5 быстрого охлаждения, и необязательно оно всегда должно быть установлено на стороне входа верхнего охлаждающего сопла 6a медленного охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне входа в зону 4 медленного охлаждения, и на стороне выхода верхнего охлаждающего сопла 7a быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения, и между каждыми двумя верхними охлаждающими соплами 6a медленного охлаждения в зоне 4 медленного охлаждения и каждыми двумя верхними охлаждающими соплами 7a быстрого охлаждения в зоне 5 быстрого охлаждения.

Кроме того медленное охлаждение может выполняться в зоне 4 медленного охлаждения, и быстрое охлаждение может выполняться в зоне 5 быстрого охлаждения за счет установки как охлаждающих сопел 6a медленного охлаждения, так и охлаждающих сопел 7a быстрого охлаждения между устройствами 9 для удаления воды в зоне 4 медленного охлаждения и в зоне 5 быстрого охлаждения, как показано на фиг. 11, и выбора или медленного охлаждения или быстрого охлаждения в зависимости от заданных характеристик толстого стального листа S.

Кроме того, температуру поверхности толстого стального листа S также можно измерять посредством установки радиационного пирометра между нагревательной печью 2 и закалочным устройством 3 и на стороне выхода закалочного устройства 3. Таким образом, внутренняя температура толстого стального листа S также может быть вычислена с помощью вычислительного устройства на основе значений температуры поверхности толстого стального листа S.

Примеры

Для подтверждения эффектов настоящего изобретения толстые стальные листы S, имеющие комнатную температуру (толщина толстого листа 12 мм, 50 мм 100 мм, ширина толстого листа 3500 мм, длина толстого листа 7 м), с которых предварительно была удалена окалина посредством пескоструйной обработки, были нагреты в атмосфере азота до 930°C в нагревательной печи 2 и затем подвергнуты закалке в закалочном устройстве 3, расположенном на расстоянии 2,75 м от нагревательной печи 2 в термообрабатывающей установке 1, показанной на фиг. 12 в качестве образов 1 – 7. Количество пар верхних охлаждающих сопел и нижних охлаждающих сопел (количество пар верхних и нижних сопел, выбрасывающих охлаждающую воду) в зоне 4 медленного охлаждения и в зоне 5 быстрого охлаждения указано в табл. 1.

Устройства 16 для удаления окалины имели множество сопел 16b для удаления окалины, расположенных в направлении ширины, как показано на фиг. 14, расстояние выбрасывания воды 400 мм, угол наклона 10° и ширину распыления воды одним соплом 150 мм и были установлены на расстоянии 2,0 м от нагревательной печи 2. Однако устройство 16 для удаления окалины не использовалось для обработки образом 1 – 7 и сравнительных образцов 1 – 6.

Логарифм охлаждающих сопел 6a, 6b медленного охлаждения, удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения и скорость транспортирования толстого стального листа S были заданы таким образом, что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны 4 медленного охлаждения толстого стального листа S составляла 700 ±25°C. Кроме того, логарифм охлаждающих сопел 7a, 7b быстрого охлаждения, удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения и скорость транспортирования толстого стального листа S были заданы таким образом, что средняя температура в сечении по толщине толстого листа (конечная температура быстрого охлаждения) в конечной точке зоны 5 быстрого охлаждения толстого стального листа S составляла 400 ±25°C. Что касается трех видов толщин листов, удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения составлял 30 – 200 л/(мин·м²), так что интенсивность охлаждения при медленном охлаждении составляла 0,4 - 10°C/с относительно поверхностного слоя. Удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения составлял 1000 – 1500 л/(мин·м²), так что интенсивность охлаждения при быстром охлаждении составляла 4°C/с и больше в центральном участке в направлении толщины толстого листа.

Что касается образцов 1 – 7, расстояние от нагревательной печи 2 до зоны 4 медленного нагрева составляло 2,75 м, и скорость транспортирования толстого стального листа S была задана таким образом, что промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа S входил в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, составлял менее 120 с. Температура поверхности толстого стального листа S была измерена посредством установки радиационного пирометра между нагревательной печью 2 и закалочным устройством 3 и на стороне выхода закалочного устройства 3, после чего были рассчитаны средняя температура и температура в центре в направлении толщины толстого стального листа S с помощью вычислительного устройства на основе значений температуры поверхности толстого стального листа S.

Исходный материал толстого стального листа, подлежащего охлаждению, был материалом, который нагревали до 930°C и затем охлаждали до 700°C с интенсивностью охлаждения 5°C/с во время испытания тепловыми циклами небольшого контрольного образца в лабораторных условиях и затем подвергали испытанию на выполнение охлаждения до 400°C с интенсивностью охлаждения 15°C/с для получения структуры феррит + бейнит и отношения предела текучести к пределу прочности 75%. Соответственно, что касается образцов 1 – 7, несмотря на то, что заданная структура толстого стального листа S представляла собой феррит + бейнит, из других испытаний подтверждено, что характеристики значительно не ухудшаются, даже когда структура представляет собой феррит + мартенсит в одной части в направлении толщины толстого листа (например, рядом с поверхностным слоем). Соответственно, в случае производства толстого стального листа в существующей термообрабатывающей установке с применением такого же процесса нагрева, как и вышеописанный процесс нагрева, можно предположить, что образуется смешанная фазовая структура феррит + бейнит, и отношение предела текучести к пределу прочности составляет 75%, которые соответствуют заданной структуре и низкому отношению предела текучести к пределу прочности в образцах 1 – 3. Установлено, что отношение предела текучести к пределу прочности 80% или менее является приемлемым.

Для производства толстого стального листа, имеющего небольшие различия в характеристиках материала, требовалось, чтобы отклонение температуры в плоскости толстого стального листа на стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения находилось в пределах 30°C. Отклонение температуры в плоскости толстого стального листа оценивали как величину, полученную вычитанием максимальной величины и минимальной величины из температур поверхности толстого стального листа, полученных для всей поверхности толстого стального листа, используя сканирующий радиационный пирометр, установленный на стороне выхода в зоне 5 быстрого охлаждения.

Результаты для образцов 1 – 7 представлены в табл. 1. При условиях, что промежуток времени, в течение которого толстый стальной лист S входит в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, расстояние от нагревательной печи 2 до зоны 4 медленного охлаждения и удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения и зоне 5 быстрого охлаждения были заданы в диапазонах настоящего изобретения, интенсивность охлаждения поверхностного слоя при медленном охлаждении и интенсивность охлаждения в центре в направлении толщины толстого листа при быстром охлаждении соответствовали диапазонам (0,4 - 10°C/с при медленном охлаждении, 4°C/с или более при быстром охлаждении), рекомендованным настоящим изобретением, и структура толстого стального листа S представляла собой феррит+ бейнит, как задано в отношении центра в направлении толщины толстого листа. В случаях, когда толщины толстых стальных листов S были большими и составляли 50 мм (Образцы 2 и 4 – 6) и 100 мм (Образцы 3 и 7), структура толстых стальных листов S немного отличалась от заданной структуры вблизи поверхностного слоя, и были образованы феррит + мартенсит. Однако во всех случаях было достигнуто отношение предела текучести к пределу прочности 80% или менее. Кроме того, в Образцах 1 – 7 отклонение температуры в плоскости толстого стального листа было в пределах 30°C, так что была получена возможность изготовления толстого стального листа, имеющего высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности и незначительные изменения в характеристиках материала.

С другой стороны, в табл. 1 сравнительные образцы 1 – 3 являются образцами, которые не подвергались медленному охлаждению. В сравнительных образцах 1 – 3, которые не подвергались медленному охлаждению, соответственно не образовывался феррит, и бейнит или мартенсит образовывался в направлении всей толщины толстого листа в качестве структуры толстого стального листа S. Таким образом, отношение предела текучести к пределу прочности во всех случаях составляло 80% или более.

Сравнительный образец 4 является образцом, для которого удельный расход охлаждающей воды в зоне 4 медленного охлаждения был задан равным 250 л/(мин·м²). Удельный расход охлаждающей воды для сравнительного образца 4 превышал 200 л/(мин·м²), и, следовательно, при медленном охлаждении имело место переходное кипение, интенсивность охлаждения поверхностного слоя при медленном охлаждении составляла 12,7°C/с, отношение предела текучести к пределу прочности составляло 91%, и, кроме того, отклонение температуры в плоскости толстого стального листа доходило вплоть до 40°C.

Сравнительный образец 5 является образцом, для которого удельный расход охлаждающей воды в зоне 5 быстрого охлаждения был задан равным 900 л/(мин·м²). Удельный расход охлаждающей воды для сравнительного образца 5 составлял 1000 л/(мин·м²) или менее, и, следовательно, при быстром охлаждении имело место переходное кипение, так что отношение предела текучести к пределу прочности составляло 80%, но отклонение температуры в плоскости толстого стального листа доходило вплоть до 36°C.

Сравнительный образец 6 является образцом, применительно к которому расстояние от нагревательной печи 2 до зоны 4 медленного охлаждения составляло 4,5 м, скорость транспортирования толстого стального листа S составляла 2,0 м/мин, и промежуток времени, в течение которого толстый стальной лист S входит в зону 4 медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи 2, составлял 135 с, что превышало промежуток времени 120 с, соответствующий рекомендованному диапазону настоящего изобретения. Что касается сравнительного образца 6, период времени, в течение которого толстый стальной лист подвергался воздействию воздушной атмосферы, был продолжительным, окалина, образованная на поверхности толстого стального листа S, имела большую толщину, переходное кипение имело место во время медленного охлаждения, и отклонение температуры в плоскости толстого стального листа доходило до 42°C, и, кроме того, конечные температуры медленного охлаждения и быстрого охлаждения значительно отличались от заданных температур 700±25°C и 400±25°C, и отношение предела текучести к пределу прочности составляло 85%.

В табл. 2 показаны результаты выполнения удаления окалины с толстого стального листа S, выходящего из нагревательной печи 2, с помощью устройств 16 для удаления окалины.

Образцы 8 – 12 являются образцами, применительно к которым удаление окалины выполняли, задавая плотность энергии воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, равной 0,005 Дж/мм² или более, после чего выполняли охлаждение с удельным расходом воды в диапазоне настоящего изобретения в зоне 4 медленного охлаждения и зоне 5 быстрого охлаждения. В этом случае отклонение температуры в плоскости толстого стального листа могло составлять 10 - 14°C, обеспечивая отношение предела текучести к пределу прочности 80% или менее. В частности, что касается образцов 9 и 10, плотность энергии воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, составляла 0,0080 Дж/мм² или 0,0102 Дж/мм², и окалина равномерно удалялась по всей поверхности толстого стального листа, отклонение температуры в плоскости толстого стального листа было небольшим, и можно было изготавливать толстый стальной лист, имеющий высокую прочность и низкое отношение предела текучести к пределу прочности и незначительное изменение характеристик материала. Что касается образца 11, давление выбрасывания воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, составляло 0,5 МПа, и можно было обеспечить плотность энергии 0,005 Дж/мм² без снижения скорости транспортирования или увеличения количества выбрасываемой воды. В результате можно было препятствовать падению температуры из-за удаления окалины, медленное охлаждение можно было начинать без понижения начальной температуры охлаждения, и, следовательно, была получена заданная фракция феррита и заданное отношение предела текучести к пределу прочности как 75% было достигнуто. Что касается образца 12, давление выбрасывания воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, в свою очередь было высоким и составляло 1,0 МПа, и могла быть обеспечена плотность энергии 0,0101 Дж/мм² без снижения скорости транспортирования или увеличения количества выбрасываемой воды. В результате была получена заданная фракция феррита и заданное отношение предела текучести к пределу прочности 75%, и, кроме того, можно было получить отклонение температуры в плоскости толстого стального листа 10°C.

С другой стороны, что касается сравнительного образца 7, удаление окалины было выполнено с плотностью энергии воды, выбрасываемой из устройств 16 для удаления окалины, 0,005 Дж/мм² или больше, но после этого охлаждение в зоне 4 медленного охлаждения не выполняли. В этом случае в качестве структуры толстого стального листа феррит не был получен, а был получен бейнит в направлении всей толщины толстого листа. Отношение предела текучести к пределу прочности составило 85%.

Перечень номеров позиций

1 – термообрабатывающая установка для термообработки вне производственной линии (установка для производства толстого стального листа)

2 – нагревательная печь

3 – закалочное устройство

4 – зона медленного охлаждения

5 – зона быстрого охлаждения

6a – верхнее охлаждающее сопло медленного охлаждения

6b – нижнее охлаждающее сопло медленного охлаждения

7a – верхнее охлаждающее сопло быстрого охлаждения

7b – нижнее охлаждающее сопло быстрого охлаждения

8 – ролик рольганга

9 – устройство для удаления воды

10 – регулирующее устройство (устройство регулирования скорости транспортирования, устройство регулирования медленного охлаждения, устройство регулирования быстрого охлаждения)

11 – главный компьютер

12 – охлаждающая вода, выбрасываемая из охлаждающего сопла медленного охлаждения

13 – охлаждающая вода, выбрасываемая из охлаждающего сопла быстрого охлаждения

15 – продувочная вода

16 – устройство для удаления окалины

16a – коллектор для удаления окалин

16b – сопло для удаления окалины

17 – выбрасываемая вода

S – толстый стальной лист.

1. Установка для термической обработки толстого стального листа, содержащая:

нагревательную печь, выполненную с возможностью нагрева толстого стального листа от 100°C или менее до температурного диапазона получения аустенита, и

закалочное устройство, выполненное с возможностью закалки толстого стального листа, нагретого в нагревательной печи,

причем закалочное устройство содержит

зону медленного охлаждения, выполненную с возможностью медленного охлаждения толстого стального листа, выходящего из нагревательной печи, и

зону быстрого охлаждения, выполненную с возможностью быстрого охлаждения толстого стального листа, прошедшего через зону медленного охлаждения,

при этом в зоне медленного охлаждения в направлении транспортирования толстого стального листа расположена по меньшей мере одна пара верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения, и в зоне быстрого охлаждения в направлении транспортирования толстого стального листа расположена по меньшей мере одна пара верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения,

при этом между верхним охлаждающим соплом медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения и верхним охлаждающим соплом быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения расположено устройство для удаления воды, причем расстояние от нагревательной печи до зоны медленного охлаждения находится в пределах 4 м,

при этом удельный расход охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения составляет 30 – 200 л/(мин·м²) и удельный расход охлаждающей воды в зоне быстрого охлаждения составляет 1000 – 4000 л/(мин·м²).

2. Установка по п.1, содержащая устройство для регулирования скорости транспортирования толстого стального листа, выполненное с возможностью регулирования скорости транспортирования толстого стального листа, так что промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа входит в зону медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи, составляет менее 120 с.

3. Установка по п.1, содержащая устройство для удаления окалины, выполненное с возможностью удаления окалины с нагретого в нагревательной печи толстого стального листа, расположенное между нагревательной печью и закалочным устройством, причем плотность энергии воды, выбрасываемой из устройства для удаления окалины, составляет 0,005 Дж/мм² или более.

4. Установка по п.2, содержащая устройство для удаления окалины, выполненное с возможностью удаления окалины с нагретого в нагревательной печи толстого стального листа, расположенное между нагревательной печью и закалочным устройством, причем плотность энергии воды, выбрасываемой из устройства для удаления окалины, составляет 0,005 Дж/мм² или более.

5. Установка по п.3, в которой давление выбрасывания воды, выбрасываемой из устройства для удаления окалины, составляет 0,5 МПа или более.

6. Установка по п.4, в которой давление выбрасывания воды, выбрасываемой из устройства для удаления окалины, составляет 0,5 МПа или более.

7. Установка по п.1, содержащая устройство для регулирования медленного охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

8. Установка по п.2, содержащая устройство для регулирования медленного охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

9. Установка по п.3, содержащая устройство для регулирования медленного охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

10. Установка по п.4, содержащая устройство для регулирования медленного охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

11. Установка по п.5, содержащая устройство для регулирования медленного охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

12. Установка по п.6, содержащая устройство для регулирования медленного охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

13. Установка по п.1, содержащая устройство для регулирования быстрого охлаждения, выполненное с возможностью регулирования количества охлаждающих сопел быстрого охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне быстрого охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа, так что охлаждение прекращается при заданной температуре толстого стального листа, при которой средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны быстрого охлаждения находится в диапазоне от комнатной температуры до 550°C.

14. Установка по п. 1, содержащая устройство для удаления поверхностной окалины с толстого стального листа, имеющего температуру 100°C или менее, расположенное перед нагревательной печью.

15. Установка по п. 1, которая дополнительно содержит устройство для удаления воды, расположенное у верхнего охлаждающего сопла зоны медленного охлаждения, наиболее близко расположенного со стороны входа при транспортировании толстого стального листа в зону медленного охлаждения, и устройство для удаления воды, расположенное у верхнего охлаждающего сопла зоны быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода при транспортировании толстого стального листа стального листа из зоны быстрого охлаждения.

16. Способ термической обработки толстого стального листа, включающий:

нагрев толстого стального листа от 100°C или менее до температурного диапазона получения аустенита в нагревательной печи и закалку толстого стального листа, нагретого в закалочном устройстве, причем

закалка включает:

медленное охлаждение толстого стального листа, выходящего из нагревательной печи, в зоне медленного охлаждения закалочного устройства, расположенного в пределах 4 м от нагревательной печи, и

быстрое охлаждение толстого стального листа, прошедшего через зону медленного охлаждения, в зоне быстрого охлаждения закалочного устройства,

при этом медленное охлаждение осуществляют посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист по меньшей мере из пары верхних и нижних охлаждающих сопел медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения, в которой охлаждающие сопла медленного охлаждения расположены в направлении транспортирования толстого стального листа, а быстрое охлаждение осуществляют посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист по меньшей мере из пары верхних и нижних охлаждающих сопел быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения, в которой охлаждающие сопла быстрого охлаждения расположены в направлении транспортирования толстого стального листа,

при этом между верхним охлаждающим соплом медленного охлаждения в зоне медленного охлаждения и верхним охлаждающим соплом быстрого охлаждения в зоне быстрого охлаждения расположено устройство для удаления воды, при этом устройство для удаления воды удерживает охлаждающую воду из верхнего охлаждающего сопла медленного охлаждения и охлаждающую воду из верхнего охлаждающего сопла быстрого охлаждения во избежание смешивания охлаждающей воды из верхнего охлаждающего сопла медленного охлаждения и охлаждающей воды из верхнего охлаждающего сопла быстрого охлаждения,

при этом медленное охлаждение осуществляют посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист из охлаждающего сопла медленного охлаждения с заданным удельным расходом охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения, составляющим 30 – 200 л/(мин·м²), и

быстрое охлаждение осуществляют посредством выбрасывания охлаждающей воды на толстый стальной лист из охлаждающего сопла быстрого охлаждения с заданным удельным расходом охлаждающей воды в зоне быстрого охлаждения, составляющим 1000 – 4000 л/(мин·м²).

17. Способ по п. 16, в котором регулирует скорость транспортирования толстого стального листа посредством устройства для регулирования скорости транспортирования таким образом, что промежуток времени, в течение которого каждый из концов, передний и задний, толстого стального листа входит в зону медленного охлаждения после выхода из нагревательной печи, составляет менее 120 с.

18. Способ по п. 16 или 17, включающий:

удаление окалины с нагретого в процессе нагрева толстого стального листа, посредством устройства для удаления окалины между нагревом и закалкой, причем

удаление окалины выполняют посредством выбрасывания воды на толстый стальной лист из устройства для удаления окалины с заданной плотностью энергии воды, составляющей 0,005 Дж/мм² или более.

19. Способ по п. 18, в котором удаление окалины выполняют посредством выбрасывания воды на толстый стальной лист из устройства для удаления окалины с заданным давлением выбрасывания воды, составляющим 0,5 МПа или более.

20. Способ по п. 16, включающий регулирование количества охлаждающих сопел медленного охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне медленного охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа посредством устройства для регулирования медленного охлаждения таким образом, что средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны медленного охлаждения толстого стального листа является заданной температурой в диапазоне 550 - 800°C.

21. Способ по п. 16, включающий регулирование количества охлаждающих сопел быстрого охлаждения, выбрасывающих охлаждающую воду, удельного расхода охлаждающей воды в зоне быстрого охлаждения и скорости транспортирования толстого стального листа с помощью устройства для регулирования быстрого охлаждения таким образом, что охлаждение прекращается при заданной температуре толстого стального листа, при которой средняя температура в сечении по толщине толстого листа в конечной точке зоны быстрого охлаждения находится в диапазоне от комнатной температуры до 550°C.

22. Способ по п. 16, в котором перед нагревом в нагревательной печи толстого стального листа, имеющего температуру 100°C или менее, с него удаляют поверхностную окалину посредством устройства для удаления поверхностной окалины.

23. Способ по п. 16, в котором дополнительное устройство для удаления воды располагают у верхнего охлаждающего сопла зоны медленного охлаждения, наиболее близко расположенного со стороны входа при транспортировании толстого стального листа в зону медленного охлаждения, и дополнительное устройство для удаления воды располагают у верхнего охлаждающего сопла зоны быстрого охлаждения, наиболее близко расположенного к стороне выхода при транспортировании толстого стального листа из зоны быстрого охлаждения, при этом посредством устройства для удаления воды удерживают воду, оставшуюся на толстом стальном листе для исключения вытекания оставшейся воды наружу закалочного устройства.