浸漬ゾーンは、チタン/鋼クラッドプレートの重要な均熱段階として機能し、材料全体の温度分布を調和させる役割を担います。温度変動が最小限に抑えられた高温環境を提供し、プレートが内部熱平衡に達することを可能にします。表面、コア、および異なる金属層間の温度差を最小限に抑えることにより、浸漬ゾーンは、高精度圧延に必要な両方の材料が一貫した塑性変形能力を持つことを保証します。
浸漬ゾーンの主な価値は、単に熱を加えることではなく、熱を安定させることです。予熱中に発生した厳しい温度勾配を排除する熱バッファーとして機能し、チタンと鋼の層が圧延圧力下で均一に挙動することを保証します。
熱平衡のメカニズム
内部勾配の最小化
チタン/鋼クラッドプレートが炉に入ると、予熱ゾーンは表面とコアの間に大きな格差を生じさせます。表面は対流と放射によって急速に加熱されますが、コアは遅れをとります。
浸漬ゾーンはこのダイナミクスを逆転させます。安定した温度を維持することにより、蓄積された熱が中心まで十分に伝導することを可能にし、断面積の温度差を劇的に低減します。
コア温度の調整
浸漬ゾーンは、プレートのコア温度を操作するための最も効果的なツールです。数値シミュレーションは、炉の設定とプレートのコアの間に直接的かつ効率的な相関関係があることを示しています。
浸漬ゾーンの温度が5℃上昇するごとに、チタン/鋼クラッドプレートの中心温度は約4.5℃上昇します。この高い伝熱効率は、コアが表面を過熱することなく圧延に適度に柔らかいことを保証するために不可欠です。
圧延能力への影響
一貫した塑性変形の確保
加熱プロセスの最終目標は、金属を塑性変形のために準備することです。チタンと鋼は物理的特性が異なるため、熱への反応も異なります。
浸漬ゾーンは、両方の金属層が一様な熱状態に達することを保証します。この同期により、プレートがローラーに当たったときに、塑性変形が全体の厚さにわたって均一になり、構造的欠陥を防ぎます。
熱応力と剥離の低減
温度勾配は内部応力を発生させます。表面とコアの間、またはチタンと鋼の界面間の差が大きすぎると、材料は互いに反発します。
浸漬ゾーンでの滞留時間とガス温度を最適化することにより、プロセスはこの応力を最小限に抑えます。これは、2つの金属が熱膨張または収縮の競合により分離する可能性のある界面剥離に対する主な防御策です。
トレードオフの理解
積極的な加熱のリスク
浸漬ゾーンの温度を上げるとコア温度が効率的に上昇しますが、リスクがないわけではありません。データによると、浸漬温度を積極的に上げると、意図せず断面積の温度差がわずかに増加する可能性があります。
速度と均一性のバランス
オペレーターは、加熱速度と温度均一性の間で最適なバランスを見つける必要があります。速度を優先する（高温、短時間）と、目標コア温度に達するかもしれませんが、圧延精度を損なう残存勾配が残る可能性があります。
目標に合わせた適切な選択
チタン/鋼クラッドプレートの品質を最適化するには、特定の運用上の制約に基づいて浸漬ゾーンのパラメータを調整する必要があります。
- 欠陥のない接合が最優先事項の場合：熱平衡を最大化し、界面応力を最小限に抑えるために、高温よりも長い滞留時間を優先してください。
- 圧延精度の精度が最優先事項の場合：浸漬ゾーンの温度安定性を厳密に制御して、両方の金属層にわたって一貫した塑性変形を保証してください。
- スループット効率が最優先事項の場合：5℃から4.5℃の比率を利用してコア温度を迅速に上昇させますが、応力限界を超えないように断面積勾配を注意深く監視してください。
最終製品の品質は、炉がどれだけ熱くなるかよりも、浸漬ゾーンがその熱をクラッド層全体にどれだけ均一に分配するかにかかっています。
概要表：
| パラメータ/機能 | クラッドプレート品質における役割 |
|---|---|
| 熱平衡 | 表面、コア、金属界面間の温度勾配を排除します。 |
| コア熱伝達 | 炉温が5℃上昇するごとに、プレートコアは約4.5℃上昇します。 |
| 塑性変形 | 圧延中の均一な厚さを確保するために、金属層の挙動を同期させます。 |
| 応力管理 | 界面剥離を防ぐために、内部熱応力を最小限に抑えます。 |
| 運用上の焦点 | 最適な接合とスループットのために、滞留時間と温度のバランスをとります。 |
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参考文献
- Zhanrui Wang, Hui Yu. Numerical investigation on heating process of Ti/Steel composite plate in a walking-beam reheating furnace. DOI: 10.2298/tsci231108082w
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
