JP2003320403A - 熱延鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、一般的な仕様の圧延設備にて、板厚
プロフィルと板形状を悪化させることなく、かつコイル
の先端から尾端にかけて均一な超微細フェライト組織を
有する熱延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼
帯の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】複数の圧延スタンドからなる仕上圧延機を
用いた熱延鋼帯の熱間仕上圧延において、圧延材全長に
亘り、各圧延スタンドにおける圧延材の断面平均温度が
Ａｒ ₃変態点直上の温度にて略一定になるように粗バ−
厚および各パスでの圧下率配分および圧延速度を設定
し、仕上圧延機入側での圧延材の断面平均温度をＡｒ₃
変態点直上の温度にして、圧延材の仕上圧延を行うこと
を特徴とする熱延鋼帯の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平均粒径が３μｍ
以下の微細フェライト組織を有し、強度・靭性に優れた
熱延鋼帯の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱延ままで粒径３〜４μｍの極微細粒の
フェライト結晶組織を有する延性に優れた細粒組織鋼材
を製造する方法として、特公昭６２−７２４７号および
特公昭６２−３９２２８号には、Ａｃ₃変態点以上の温
度域から冷却する過程において熱間加工を加え、その終
段において（Ａｒ₁＋５０℃）〜（Ａｒ₃＋１００℃）の
温度域で実質的に１秒以内の間に１回または２回以上の
合計減面率が５０％以上９５％以下となる熱間加工を加
え、該熱間加工終了後２０℃／秒以上２０００℃／秒以
下の冷却速度で６００℃以下の温度域まで冷却する方法
が示されている。

【０００３】また、特開平１０−８１４２号には、熱間
仕上圧延を、被圧延材の温度が仕上圧延機列のいずれか
の圧延スタンド通過の際、圧延加工に伴う発熱により逆
変態させ、仕上圧延温度がＡｒ₃−５０℃以上となるよ
うに終了し、５５０〜７５０℃の温度で巻き取った後、
スケール除去、冷間圧延、連続焼鈍、調質圧延を行う加
工性が良好でかつ肌荒れのない製缶用鋼板の製造方法が
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特公昭６２−７２
４７号および特公昭６２−３９２２８号の方法では、仕
上圧延機内にていずれかのスタンドにて１パス大圧下を
行うものであるが、熱延鋼帯の最終板厚は数ｍｍ程度で
あることから、仕上圧延ライン中のいずれかの圧延スタ
ンドにて１パス大圧下を加えた場合、大圧延荷重により
圧延ロ−ルに曲げたわみが発生し、圧延材の板厚プロフ
ィルが板幅方向の中心部で厚く板幅端に向けて板厚が減
少する凸型の断面形状、いわゆる板クラウンが非常に大
きくなるとともに、耳波あるいは中伸びなどの板形状不
良が発生しやすくなる。また、このような大圧下圧延を
行うためには、駆動系を含め、大圧延荷重、大トルクに
耐える強力圧延機が必要であり、また、必要な圧延仕上
温度を確保するため、さらには生産性を落とさないため
には、大容量モ−タによる高速圧延が必要となって、一
般的な仕様の圧延設備での実現は非常に困難である。

【０００５】また、上記特開平１０−８１４２号の方法
では、仕上圧延機内にて加工発熱を利用した逆変態を生
じさせるためには、当該圧延機スタンドでの大加工仕
事、すなわち大圧下、大加工速度の条件が必須であり、
特公昭６２−７２４７号および特公昭６２−３９２２８
号の場合と同様に、圧延機の能力とともに板厚プロフィ
ル、板形状の悪化が大きな問題となる。

【０００６】また、従来の仕上圧延では、粗バ−の先端
部が圧延を開始されてから尾端部が圧延されるまでの間
に生じる粗バ−の温度低下を補償するために加速圧延が
行われていることから、コイル各部における熱履歴が異
なってしまうことが不可避であり、これによりコイル先
端から尾端にかけての材質不均一を生じる原因となって
いる。

【０００７】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決し、一般的な仕様の圧延設備にて、板厚プロフィ
ルと板形状を悪化させることなく、かつコイルの先端か
ら尾端にかけて均一な超微細フェライト組織を有する熱
延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼帯の製造
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、一般的な
仕様の圧延設備にて板厚プロフィルと板形状を悪化させ
ることなく、微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を安
定して製造することができる熱延鋼帯の製造方法につい
て検討を行った。鉄鋼材料の熱間加工では、１パスにて
大きな歪を加えることにより結晶粒の微細化が図られる
ことが知られており、この微細化効果は特にＡｒ₃変態
点近傍の温度での大圧下加工で大きいことが知られてい
る。一方で、圧延材温度の低下とともに、圧延により加
えられた歪の回復速度が遅くなるため、圧延パス間にて
歪が完全に回復せず、残留歪として次パス圧延に累積す
る効果があることが知られている。つまり、１パスにて
大圧下加工を加えなくても、歪の累積効果を利用するこ
とにより、１パス大圧下と同等の歪を加えることが可能
である。図１に示すように通常、熱間仕上圧延では、Ａ
ｒ₃変態点近傍を仕上目標温度に設定し、その仕上目標
温度となるように前段圧延機から後段圧延機にいくに従
って温度が低下するパタ−ンとなる。この時、圧延材温
度がＡｒ₃変態点に近くなる後段の２〜３スタンドでは
歪の累積が発生していると考えられている。

【０００９】前述したように、熱間仕上圧延機内での１
パス大圧下では、板厚プロフィルと板形状が悪化するこ
とことが致命的な問題となるため、本発明者等は圧延材
の結晶粒を微細化させる手段として、歪の累積効果を有
効に活用する方法について検討を行った結果、粗バ−厚
および各パスでの圧下率配分および圧延速度を調整する
ことにより、全スタンドに亘り圧延材温度をＡｒ₃変態
点近傍に保つことが可能であり、これにより大きな歪累
積効果が得られることを見出した。

【００１０】熱間仕上圧延のような連続圧延における圧
延材の温度変化は、各圧延パスでの加工発熱、摩擦発
熱、圧延ロ−ルへの抜熱、各パス間での空冷やスタンド
間スプレ−による冷却作用により影響されている。加工
発熱は、圧延により加えられた仕事が熱に変換されるも
のであり、加えられた歪量と材料の変形抵抗により左右
される。また、摩擦発熱は、圧延材と圧延ロ−ル間の摩
擦仕事が熱に変換されるものであり、圧延材と圧延ロ−
ル間の接触圧力と摩擦係数、相対滑り速度により影響さ
れる。圧延ロ−ルへの抜熱は、物質間の熱伝導現象であ
り、圧延ロ−ルと圧延材表面間の温度差と両者の接触時
間により決定される。また、圧延パス間での圧延材の温
度降下量は、放射と対流による熱損失によるものであ
り、圧延材温度と雰囲気との温度差、圧延機スタンド間
距離と通過速度から決まるスタンド間時間により決定さ
れる。このように、熱間仕上圧延における圧延材の温度
変化は、おおまかにいうと粗バ−厚と各スタンドでの圧
下率配分と圧延速度に大きく依存するが、連続圧延の場
合、体積一定の関係から各圧延機入出側での板厚と速度
の積であるマスフロ−は一定でなければならず、各々を
単独に制御することはできない。しかしながら、任意の
仕上板厚に対し、粗バ−厚と各スタンドでの圧下率配分
と圧延速度を最適化することにより、第一スタンドから
最終スタンドに亘り圧延材温度をほぼ一定に保つことが
可能となる。このような圧延をＡｒ₃変態点近傍の温度
にて行うことにより、大きな歪累積効果が得られる。

【００１１】また、前述したごとく、通常の熱間仕上圧
延では圧延材先端の圧延が開始されてから尾端部の圧延
が開始されるまでの間、圧延速度をほぼ一定の加速率に
て増速し、仕上圧延機出側での仕上温度を全長に亘りＡ
ｒ₃変態点近傍の温度に制御する加速圧延が行われる。
これは、圧延速度を上げることにより、前記した発熱、
抜熱、冷却作用が圧延材の温度低下を減少させる方向、
すなわち発熱量の増大、抜熱量と冷却量の低下をもたら
す作用があるためであり、先端部の圧延が開始されてか
ら尾端部の圧延が開始されるまでの間の温度低下分を補
償するためである。しかしながら、本発明では熱延鋼帯
全長に亘って歪の累積効果を利用することにより均一な
微細組織を得ることを目的としており、熱延鋼帯全長に
亘って第一スタンドから最終スタンドにて圧延材温度を
ほぼ一定に保つことが重要である。このような目的を実
現するためには、例えば仕上圧延機入側にトンネル炉や
誘導加熱装置などの温度補償設備、あるいはコイルボッ
クス等を設置して、鋼帯全長に亘り一定温度、一定速度
にて圧延を行い、熱履歴を一定とすればよい。

【００１２】また、一般に熱間加工終了直後に急速冷却
を施すことにより、より微細な組織が得られることが知
られている。これは、急速冷却によりフェライトへの変
態核生成速度が早くなること、粒成長速度を遅くする作
用などによるものである。本発明者らは、冷却速度の影
響を鋭意検討した結果、本発明による仕上圧延の最終圧
延パス終了後に５０℃／秒以上の冷却速度で冷却するこ
とにより、熱延ままで平均粒径が３μｍ以下の微細フェ
ライト組織を有する熱延鋼帯が製造できることを見出し
た。この時、仕上圧延入側での初期オ−ステナイト粒径
が小さいほど、本発明の効果は大きくなるため、仕上圧
延入側でのオ−ステナイト粒径を極力小さくしておくこ
とが望ましい。

【００１３】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴は以下の通りである。

【００１４】（１）複数の圧延スタンドからなる仕上圧
延機を用いた熱延鋼帯の熱間仕上圧延において、圧延材
全長に亘り、各圧延スタンドにおける圧延材の断面平均
温度がＡｒ₃変態点直上の温度にて略一定になるように
粗バ−厚および各パスでの圧下率配分および圧延速度を
設定し、仕上圧延機入側での圧延材の断面平均温度をＡ
ｒ₃変態点直上の温度にして、圧延材の仕上圧延を行う
ことを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。

【００１５】（２）仕上圧延の最終圧延パス終了直後の
急速冷却を、５０℃／秒以上の冷却速度で行うことを特
徴とする上記（１）に記載の熱延鋼帯の製造方法。

【００１６】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の実施に供される
熱延鋼帯の製造設備列の一実施形態を示す説明図であ
る。

【００１７】図２に示す熱延鋼帯の製造ラインは、加熱
炉１にて再加熱されたスラブ２を所定の厚さの粗バ−に
減厚するための粗圧延機３と、粗圧延機出側直近に設置
された中間冷却装置４と、粗バ−３を巻き取って保温す
るためのコイルボックス５と、粗バ−を所定の厚さの熱
延鋼帯に減厚する仕上圧延機６と、仕上圧延機出側直近
に位置し、熱延鋼帯を急速冷却するための急速冷却装置
７と、巻取り温度を調整するための冷却装置８と、この
熱延鋼帯を巻取るための巻取り機９とを備えている。

【００１８】前記中間冷却装置４は、粗圧延後の粒成長
を防止するとともに、仕上圧延で目標とする温度付近へ
の温度調整冷却を行う冷却装置である。

【００１９】中間冷却装置４は粗圧延最終圧延スタンド
の出側直近に設置することが望ましい。粗圧延での圧下
にて生成された再結晶粒オ−ステナイト粒は、通常は粗
圧延と仕上圧延の間の数十秒の間に大きな粒成長挙動を
示す。

【００２０】近年、仕上圧延入側でのオ−ステナイト粒
径が熱延鋼帯の最終的な細粒化に及ぼす影響も報告され
ており、仕上圧延入側でのオ−ステナイト粒径は極力小
さくすることが好ましい。このことから、中間冷却装置
では、粗圧延最終圧延スタンドの出側直近に設置し、粗
圧延後の粒成長を防止するとともに、仕上圧延で目標と
する温度付近への温度調整冷却を行う。

【００２１】前記コイルボックス５は、粗バ−を巻取
り、保温して粗バーの仕上圧延入側の温度を一定にする
ために用いられる。本発明の仕上圧延では、通常は実施
される加速圧延を行わないので、特に粗バーの尾端部の
温度降下を補償するためにコイルボックス５を設ける。
この温度降下を補償するためにはコイルボックスの代わ
りにトンネル炉や誘導加熱装置などを配設しても良い。

【００２２】また、別の実施形態として、コイルボック
ス５と仕上圧延機６の間にて、前粗バ−の尾端部と、次
粗バ−の先端部を溶接、あるいは圧接して行う連続熱間
圧延の形態においても本発明は適用可能であり、特に仕
上板厚が薄い場合において連続熱間圧延による高速一定
速度圧延が効果的となる。

【００２３】急速冷却装置７は、急速冷却によりフェラ
イトへの変態核生成速度が早くなること、粒成長速度を
遅くする作用のため、熱間加工終了直後に急速冷却を施
すことにより、より微細な組織を得るための冷却装置で
ある。この仕上圧延の最終圧延パス終了直後の急速冷却
を５０℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましい。

【００２４】圧延機直後での急速冷却を可能とするた
め、極力圧延機出側直近に配置することが望ましく、図
２の実施形態では仕上圧延機出側直近に急速冷却装置を
配置している。

【００２５】また、材質調整の観点からは、巻取り機９
に巻取られた後の温度も重要であり、図２の実施形態で
は、巻取り機９の直前に巻取り温度調整用の冷却装置８
を配置している。

【００２６】以下、上記装置構成を用いた本発明法の一
実施形態を説明する。

【００２７】図２に示す熱延鋼帯の製造ラインにおい
て、スラブ２を加熱炉１にて再加熱し、粗圧延機３によ
り所定の粗さの粗バ−に減厚して圧延する。次に圧延さ
れた粗バーを、粗圧延機出側直近に設置した中間冷却装
置４により仕上圧延で目標とする温度付近への温度調整
冷却を行う。温度調整冷却を行った粗バ−をコイルボッ
クス５で巻き取って保温する。次に粗バーをコイルボッ
クス５から払い出して、仕上圧延機６により所定の厚さ
の熱延鋼帯に減厚して圧延する。

【００２８】その後、熱延鋼帯を急速冷却するための急
速冷却装置７により仕上圧延の最終圧延パス終了直後に
５０℃／秒以上の冷却速度で急速冷却し、巻取り温度を
調整するための冷却装置８で温度調整後、巻取り機９で
鋼帯を巻取る。

【００２９】

【実施例】図２に示す熱延鋼帯の製造設備列を用いて、
本発明法により熱延鋼帯を製造した。すなわち、初期板
厚が２５０mmの低炭素鋼スラブを加熱炉にて約１１００
℃に加熱後、このスラブを粗圧延機での５パス圧延にて
５０ｍｍまで減厚し粗バ−とした。この粗バ−を中間冷
却装置により８７０℃程度にまで冷却してコイルボック
スに巻取り、コイルボックスに巻取られた粗バ−を順次
巻きほぐしながら先端から尾端にかけて一定速度にて７
パスの仕上圧延を行った。

【００３０】表１は、この時の圧延結果（各圧延スタン
ドでの入側厚、出側厚、圧下率、速度、温度、圧延荷
重、圧延動力）を記したものであり、仕上板厚は４ｍ
ｍ、仕上圧延速度は８００ｍｐｍ、目標仕上温度は８５
０℃である。１パス目から７パス目にかけての圧延材の
温度変化は、コイル全長に亘り高々数℃以内であった。
図１に圧延材の各仕上圧延スタンドでの温度の推移を示
す。

【００３１】これに対し、表２および表３は、従来の方
法による入側厚が３４ｍｍの粗バーを仕上板厚４ｍｍ、
目標仕上温度８５０℃の熱延鋼帯の仕上圧延結果であ
る。ここで、表２は圧延材先端部での仕上圧延結果であ
り、表３は圧延材尾端部での仕上圧延結果である。

【００３２】表２および表３に示す従来方法では、前段
圧延スタンドから後段圧延スタンドへと鋼帯が進むに従
って温度が低下するパタ−ンであり、かつ加速圧延の作
用により先端部と尾端部の仕上圧延温度はほぼ目標通り
とはなっているが、コイル内にて圧延温度履歴が異なっ
ており、熱延鋼帯のミクロ組織がコイル先端から尾端に
かけて不均一となっている。図１に圧延材先端部と尾端
部との各仕上圧延スタンドでの温度の推移を本発明の圧
延材の温度の推移と併せて示す。

【００３３】また、表２の圧延材先端部の速度と表３の
同一仕上圧延スタンドでの圧延材尾端部の速度とを比較
すると表３の方が上昇しており、加速圧延が行われてい
ることがわかるが、表１に示す本発明法では、各仕上圧
延スタンドで圧延材全長に亘り一定速度で圧延が行われ
ており、加速圧延は行われていない。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】本発明と従来方法の両者において、仕上圧
延の最終圧延パス終了直後に５０℃／秒の冷却速度で６
００℃まで冷却して巻取り、空冷にて室温まで冷却した
後に熱延鋼帯の組織を調べたところ、従来方法では平均
粒径が約５〜８μｍのフェライト結晶組織となっていた
のに対し、本発明による方法ではコイル全長に亘り平均
粒径が２μｍ程度の超微細フェライト結晶組織を有して
いることが判り、本発明法の確認ができた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
合金元素を添加することなく、粒径３μｍ以下の極微細
なフェライト組織を有する熱延鋼帯が製造でき、高強度
・高靭性を有する鋼帯の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と従来方法による各仕上圧延スタンドで
の温度の推移の比較を示すグラフ

【図２】本発明の実施に供される熱延鋼帯の製造設備列
の一実施形態を示す説明図

【符号の説明】

１ 加熱炉 ２ スラブ ３ 粗圧延機 ４ 中間冷却装置 ５ コイルボックス ６ 仕上圧延機 ７ 急速冷却装置 ８ 冷却装置 ９ 巻取り機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E002 AD04 BA01 BC02 BC07 BD03 BD07 BD08 CB01 4K037 FB00 FC03 FC04 FD04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧延スタンドからなる仕上圧延機
   を用いた熱延鋼帯の熱間仕上圧延において、圧延材全長
   に亘り、各圧延スタンドにおける圧延材の断面平均温度
   がＡｒ₃変態点直上の温度にて略一定になるように粗バ
   −厚および各パスでの圧下率配分および圧延速度を設定
   し、仕上圧延機入側での圧延材の断面平均温度をＡｒ₃
   変態点直上の温度にして、圧延材の仕上圧延を行うこと
   を特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
2. 【請求項２】 仕上圧延の最終圧延パス終了直後の急速
   冷却を、５０℃／秒以上の冷却速度で行うことを特徴と
   する請求項１に記載の熱延鋼帯の製造方法。