JP2020075290A - 矩形断面鋼片の圧延方法、連続鋳造圧延設備及び圧延設備 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1及び図2に基づいて、本発明の一実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する設備構成例を説明する。図1は、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する連続鋳造圧延設備の一構成例を示す概略構成図である。図2は、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する圧延設備の一構成例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法は、例えば図1に示すような連続鋳造圧延設備1により実施可能である。かかる連続鋳造圧延設備1は、例えば図1に示すように、鋼片5を鋳造する連続鋳造機10と、冷却装置20と、圧延機30とを備える。なお、連続鋳造機10によって製造される鋼片5の種類及びサイズは、特に限定されない。鋼片5は、例えばスラブ、ビレット及びブルームのいずれであってもよい。以下では、鋼片5の一例として、スラブを想定して説明する。
連続鋳造機10は、図1に示すように、連続鋳造用の鋳型13を用いて溶融金属を連続鋳造し、スラブ等の鋼片5を製造するための装置である。連続鋳造機10は、タンディッシュ11と、浸漬ノズル12と、鋳型13と、二次冷却装置14とを含む。
冷却装置20は、連続鋳造機10の下流側に配置され、連続鋳造機10により鋳造された鋼片5の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却する。これにより、鋼片長手方向に散在する局所冷却部が鋼片5に形成される。図1に示す冷却装置20は、鋼片5の上面及び下面の各表面を冷却可能なように、鋼片5の上面の上方及び鋼片5の下面の下方に、それぞれ冷却ユニット25が配置されている。
圧延機30は、冷却装置20の下流側に配置され、冷却装置20により局所冷却部5cが形成された鋼片5を圧延する。圧延機30は、一対の圧延ロール31a、31bからなり、所定の圧下率で鋼片5を圧延する。圧延ロール31a、31bはフラットロールである。なお、圧延機30は、図1に示すような2段圧延機であってもよく、4段圧延機もしくはその他の形式の板圧延機であってもよい。圧延ロール31a、31bは、フラットロール以外のロールであってもよく、任意の断面形状を有することができる。
本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法は、例えば図2に示すような圧延設備2によっても実施可能である。かかる圧延設備2は、例えば図2に示すように、加熱炉40により加熱された鋼片5を冷却する冷却装置60と、圧延機70とを備える。
冷却装置60は、加熱炉40にて加熱された鋼片5の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却する。これにより、鋼片長手方向に散在する局所冷却部が鋼片5に形成される。図2に示す冷却装置60は、鋼片5の上面及び下面の各表面を冷却可能なように、鋼片5の上面の上方及び鋼片5の下面の下方に、それぞれ冷却ユニット61が配置されている。
圧延機70は、冷却装置60の下流側に配置され、冷却装置60により局所冷却部5cが形成された鋼片5を圧延する。圧延機70は、一対の圧延ロール71a、71bからなり、所定の圧下率で鋼片5を圧延する。圧延ロール71a、71bはフラットロールである。なお、圧延機70は、図2に示すような2段圧延機であってもよく、4段圧延機もしくはその他の形式の板圧延機であってもよい。圧延ロール71a、71bは、フラットロール以外のロールであってもよく、任意の断面形状を有することができる。
本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法では、図1及び図2に示したような設備を用いて、圧延機による圧延前の鋼片5に対して、圧延ロールと接する鋼片5の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、鋼片長手方向に散在する局所冷却部5cを鋼片5に形成する。このような局所冷却部5cが形成された鋼片5を圧延機により圧延することで、同一の鋼片圧下量条件で、圧延中の材料内部の応力やひずみ等の変形状態を有意かつ意図的に変化させることができ、鋼片厚を変更することなく鋼片品質を向上させることを可能とする。すなわち、厚さ中央での静水圧応力の増大はポロシティー圧着に有効であり、塑性ひずみの増大は偏析の改善や結晶粒の微細化に繋がる。
まず、図3〜図5に基づいて、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法において、圧延に先立って鋼片5を局所冷却する理由を説明する。図3は、局所冷却部5cが形成された鋼片5を圧延したときの圧延ロール31aとの接触領域下(以下、「ロールバイト」と称する。)とその近傍における鋼片内部の塑性変形の状態(応力、塑性ひずみ及びメタルフロー)を示す概念図である。図4は、局所冷却部5cの有無による、ロールバイト及びその近傍での鋼片5の厚さ中央に生じる静水圧応力の分布を示す説明図である。なお、図4では、静水圧応力の圧縮側を正として示している。図5は、局所冷却部5cの有無による、圧延後の鋼片の厚さ中央位置及び表層から1/4厚さ位置における塑性ひずみの鋼片長手方向分布を示す説明図である。
上述のように鋼片5の塑性ひずみの増大を実現するためには、鋼片5に局所冷却部5cを適切に設ける必要がある。本願発明者はこの条件を検討した結果、局所冷却部5cの局所冷却深さ、局所冷却表面積、局所冷却部間隔、局所冷却部温度を以下のようにすることで、同一の鋼片圧下量条件下で鋼片内部の塑性ひずみを厚さ方向全域にわたって有意に大きくし、かつ厚さ中央近傍の静水圧応力を圧縮側に高めることができ、鋼片の厚さ方向中央近傍のポロシティーの圧着効果や中心偏析の改善のみならず、鋼片の表層近傍での柱状晶の形成によるミクロ偏析も改善されるとの知見を得た。なお、局所冷却深さは、局所冷却部5cの厚さ方向深さをいい、局所冷却部間隔は、鋼片長手方向に隣接する局所冷却部5cの間隔であり、局所冷却部5cの鋼片長手方向中心間の距離をいう。
局所冷却部5cは、鋼片5の表面から鋼片厚さ方向に鋼片5の厚さの0.01倍以上0.4倍以下の範囲内に形成されるのが望ましい。局所冷却深さとは、圧延ロールに圧下される直前における局所冷却部5cの深さをいい、例えば圧延機入側での表面温度の測定値から熱伝導計算等を用いて推定し得る。なお、後述の局所冷却部寸法因子も、局所冷却深さと同様に推定し得る。
局所冷却部5cは、当該局所冷却部5cの表面積である局所冷却表面積が、圧延ロールと接する鋼片5の上下表面の全表面積の0.01倍以上0.5倍以下の範囲内となるように形成されるのがよい。ここで、局所冷却表面積を全表面積で除した値(すなわち、「局所冷却表面積/全表面積」)を冷却面積率と称する。
局所冷却部5cは、鋼片5が圧延される際の圧延ロールとの接触弧長の1/30倍以上2倍以下の間隔を局所冷却部間隔として鋼片長手方向に有するように形成されるのがよい。局所冷却部間隔は、圧延直前の鋼片5において、鋼片5と圧延ロールとの接触弧長に対応する長さで表される。
局所冷却部5cは、当該局所冷却部5cの平均温度(すなわち、局所冷却部温度)が、圧延ロールに接する鋼片5の表面の局所冷却部5c以外の部分の平均温度に対して−500℃以上−10℃以下の範囲内であり、かつ、変態温度以上となるように形成されるのがよい。
局所冷却部5cは、鋼片5の幅方向において必ずしも全幅に亘って連続的に形成される必要はなく、分散して形成されてもよい。
実施例1では、厚さ100mm、幅600mmのスラブの鋳造が可能な連続鋳造機の機端に圧延機を設置し、連続鋳造圧延試験を行った。溶鋼の成分は、C:0.09%、Si:0.31%、Mn:1.68%、P:0.016%、S:0.0008%、Al:0.007%.0%であった。溶鋼温度は1570℃であり、1.2m/minの速度で鋳造した。圧延機入側におけるスラブ表面温度は1100℃であった。
実施例2では、図19に示すように、実施例1と同じ連続鋳造機とその機端の2段圧延機を用いて、実施例1と同様に、厚さ100mm、幅600mmのスラブの連続鋳造圧延試験を行った。溶鋼の成分、溶鋼温度、鋳造速度、圧下量及び圧延機入側におけるスラブ表面温度も実施例1と略同一であった。
5 鋼片
5a 凝固シェル
5b 未凝固部
5c 局所冷却部
5e 変形増大部分
5f コーナー過冷部
10 連続鋳造機
11 タンディッシュ
12 浸漬ノズル
13 鋳型
14 二次冷却装置
14a 支持ロール
20、60 冷却装置
21a、21b ローラ
23 無端ベルト
23a スリット
25、61 冷却ユニット
30、70 圧延機
31a、31b、71a、71b 圧延ロール
40 加熱炉
50 スケール除去装置
63 スリットノズル
65 バルブ
Claims (12)
- 横断面形状が略矩形の鋼片を圧延する矩形断面鋼片の圧延方法であって、
圧延に先立ち、圧延ロールと接する前記鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、前記鋼片長手方向に散在する局所冷却部を前記鋼片に形成し、
前記局所冷却部が形成された前記鋼片を圧延する、矩形断面鋼片の圧延方法。 - 前記局所冷却部は、前記鋼片長手方向に周期的に形成される、請求項1に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部は、前記鋼片の表面から鋼片厚さ方向に前記鋼片の厚さの0.01倍以上0.4倍以下の範囲内に形成される、請求項1または2に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部は、当該局所冷却部の表面積が、前記圧延ロールと接する前記鋼片の上下表面の全表面積の0.01倍以上0.5倍以下の範囲内となるように形成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部は、前記鋼片が圧延される際の前記圧延ロールとの接触弧長の1/30倍以上2倍以下の間隔を前記鋼片長手方向に有するように形成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部は、当該局所冷却部の温度が、前記圧延ロールに接する前記鋼片の表面の前記局所冷却部以外の部分の平均温度に対して−500℃以上−10℃以下の範囲内であり、かつ、変態温度以上となるように形成される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部は、鋼片幅方向に分散して形成される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部の幅は、前記鋼片の厚さの0.1倍以上である、請求項7に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記鋼片を平面視したときの前記局所冷却部の形状は、前記鋼片幅方向に沿って延びる直線に対して交差する、斜線状、折れ線状、曲線状、周期関数状、または、千鳥状である、請求項7または請求項8に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 前記局所冷却部は、前記鋼片幅方向において前記鋼片のコーナー過冷部よりも鋼片幅方向中央側に形成される、請求項7〜9のいずれか1項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
- 鋼片を鋳造する連続鋳造機と、
前記連続鋳造機の下流側に配置され、前記連続鋳造機により鋳造された前記鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、前記鋼片長手方向に散在する局所冷却部を前記鋼片に形成する冷却装置と、
前記冷却装置の下流側に配置され、前記局所冷却部が形成された前記鋼片を圧延する圧延機と、
を備える、連続鋳造圧延設備。 - 加熱炉にて加熱された鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、前記鋼片長手方向に散在する局所冷却部を前記鋼片に形成する冷却装置と、
前記冷却装置の下流側に配置され、前記局所冷却部が形成された前記鋼片を圧延する圧延機と、
を備える、圧延設備。
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