JP2910180B2 - 鋼の直接圧延方法 - Google Patents

鋼の直接圧延方法

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    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B21B1/463Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting in a continuous process, i.e. the cast not being cut before rolling

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 連続鋳造機による鋳片を直接熱間圧延して製造する低
炭素キルド鋼の製品に発生する表面欠陥を低減する方法
に関する。
[従来の技術] 連続鋳造鋳片の直接圧延(Hot Direct rolling;HDR)
は、連続鋳造機で鋳造された鋳片を冷却することなく、
そのまま保温もしくはオンライン加熱することにより、
熱間圧延機により圧延加工する方法である。このHDRプ
ロセスは工程の大幅な合理化や省エネルギー、歩留の向
上が期待でき今後さらに開発が進められ発展が予想され
る。しかし、HDRで製造された鋳片は、従来の方法すな
わち連続鋳造鋳片の冷却後、再加熱してから圧延加工す
る方法に比較して製品(例えば、冷延コイル)での表面
キズの発生が多く、歩留低下と言う問題がある(蜂谷
ら:鉄と鋼、68(1982),S.209,小谷野ら:鉄と鋼71(1
985)S.156)。
第5図は、冷延コイルの表面に発生した疵をカウント
し、個数が10個以上発生した場合のコイルを不可とし、
これを全調査コイルで割った値を表面疵発生率として、
鋼中のMn/Sとの関係を示したグラフ図である。
一般に連続鋳造鋳片に発生する表面キズは縦割れ、横
割れまたは表層下介在物に起因する割れが良く知られて
いる。縦割れについてはモールド内で割れの起点が形成
され、その後の冷却過程で割れが進展することが明らか
になっている。この防止対策としては、モールドパウダ
ーの選択、モールドテーパーの適正化、湯面変動の適正
範囲内へのコントロールまたは二次冷却帯での均一冷却
などが重要な対策として実施されている(河野ら:鉄と
鋼68(1982),P.1764)。
また、表層下の介在物に起因する割れは、鋳型内の初
期凝固シェルに介在物が捕捉されるかどうかに関係があ
り、この対策として溶鋼の清浄化をはかり、溶鋼中のAl
2O3を少なくすること、および鋳型内湯面変動を適正に
してパウダーの巻き込みを防ぐことが行われている(手
嶋ら:鉄と鋼,72(1986),S.1012)。
横割れは、鋼中の不純物元素(S,P)や添加元素(例
えば、V,Nb,B)が凝固、冷却中に析出物を形成し、これ
が粒界に析出して鋼の高温粒界脆化を引き起こして割れ
を形成する。横割れ防止の基本対策は連鋳機内で曲げ変
形(矯正)を加えた時、鋳片の表面温度を高温脆化温度
範囲を回避して矯正することである。更に、析出物の成
因であるP,S,Nなどの不純物元素の低減を図り、高温脆
化を極力少なくすることもその対策のひとつとなってい
る(河野ら:鉄と鋼68(1982),P.1792)。
[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、従来の表面キズ低減対策を実施しても
なお、HDRプロセスによる鋼鈑製品(冷延コイルまたは
熱延コイル)には表面キズの発生が多く、歩留まりの低
下が著しいという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、HDRプ
ロセスにより発生する製品の表面キズを低減する方法を
提供しようとするものである。
[課題を解決するための手段及び作用] 本発明の鋼の直接圧延方法は、C;0.08wt%以下、Si;
0.05wt%以下、Mn;0.10〜0.30wt%、S;0.005〜0.03wt
%、P;0.010〜0.03wt%、sol.Al;0.01〜0.050wt%で、M
n/Sの比が20以下である低炭素キルド鋼を連続鋳造機に
よる鋳片から直接熱間圧延により製造する直接圧延法に
おいて、鋳型下から5分間の鋳片走行範囲にあるロール
のロールテーパを0.5〜2.5mm/mとし、前記範囲における
鋳片の2次冷却にスプレー水を用いて、前記ロール直下
において鋳片表面温度を少なくとも1回以上Ar1点以下
の温度とした後、復熱させて鋳片表面温度を1000℃以上
として、直接熱間圧延を行うことを特徴とする。
本発明で対象としている鋼成分は、C;0.08wt%以下、
Si;0.05wt%以下、Mn;0.10〜0.30wt%、S;0.005〜0.03w
t%、P;0.010〜0.03wt%、sol.Al;0.01〜0.050wt%の範
囲で、Mn/Sの比が20以下の鋼である。
この鋼を連続鋳造して直接熱間圧延するプロセスにお
いて、連鋳鋳型直下から5分間の鋳片走行範囲にある鋳
片にスプレー水をかけて冷却し、かつ、この鋳片をサポ
ートしているロールのロールテーパーを0.5〜2.5mm/mの
範囲になるようにロールギャップを設定することによっ
て、ロールと鋳片の接触を良好にすることができ、した
がって、ロールによって鋳片から効果的に抜熱すること
ができる。
上記ロールテーパは、鋳片の引き抜き方向に配置して
あるロールの間隔を下の方に向かって、順次狭くしたと
きの間隔の変化を表すものである。
ロール直下で鋳片表面温度をAr1点まで冷却して鋳片
表層部分でフェライト(α相)とパーライトを析出させ
た後、冷却と断熱とを調整することによって、また鋳片
内部の未凝固部分の潜熱や顕熱を利用して表面温度を10
00℃以上の温度(オーステナイトγ相)に復熱した鋳片
を熱間圧延機に搬送して直ちに圧延を開始する。
[実施例] 鋼を凝固・冷却させるとオーステナイト相(以下、γ
相)中のSはγ粒界に偏析する。そのため鋼中のSとMn
やFeとが反応して、硫化物が形成または析出してくる。
連続鋳造で上述した成分の鋼を凝固させた後、鋳片を連
続的に冷却すると、微細な硫化物がγ粒界に沿って析出
してくる。また、連続的にゆっくり冷却してくると粒成
長が起こりγ粒界も大きくなるため、γ粒界へのS偏析
もより顕著になる。従って、γ粒界に沿って析出した硫
化物の組成は、Feリッチな硫化物となるため、硫化物自
体の融点が非常に低く、1100℃〜1200℃程度まで低下す
る。
この状態の鋼の熱間強度は非常に脆く、熱間圧延する
と割れが発生し易い。そこで、鋳片の表面層を完全にフ
ェライト+パーライト相(以下、α+P相)にした後、
鋳片内部の顕熱や未凝固部分の潜熱とを利用して表面層
を復熱させて、表層部分の温度をγ相に戻すことによっ
て、γ粒の大きさを小さくしたり、また、連続冷却段階
でγ粒界に沿って析出していた硫化物は、γ粒を再析出
させることでγ粒内にとどめたりする。このような鋳片
を1000℃以上の高温で保持すると、硫化物周囲のMnの拡
散の進行によって、Feリッチな硫化物はMnリッチな硫化
物に変化していくと同時に硫化物の凝集が起こり、粗大
化する。このような硫化物析出形態をとる場合には鋼の
高温脆化が著しく改善できる。
現実的な問題としては引き抜き速度2.0m/mimを越える
高速鋳造において、連鋳鋳型直下から5分間の鋳片走行
範囲にある鋳片表層部をAr1点まで低下させることは極
めて困難なことである。その理由は、スプレーノズルや
ミストノズルの冷却特性によるものであり、スプレー水
量やミスト量をいくら上げても冷却能が上がらず、飽和
してしまうことにある。また、スプレー水量やミスト量
を供給する配管やポンプ能力、圧縮空気のためのコンプ
レッサーの能力などの設備上の問題もある。その上、鋳
造−直接圧延を前提とした連続鋳造方法においては、鋳
片表面温度をできるだけ高温に保持することが熱間圧延
上有利であることから、連続鋳造機内の二次冷却は出来
るだけ緩冷却法を採用しているのが一般的である(例え
ば、特公昭58-30366)。
本発明では、硫化物の析出形態を制御しながら、かつ
鋳造−直接圧延可能な温度まで連続鋳造機内で復熱させ
た後、直ちに熱間圧延機に払い出して圧延するための冷
却方法に関するものである。その方法は、スプレー水と
ロールによる冷却を組み合わせた方法をとっている。
すなわち、水膜を鋳片とロールとの間に挟み込んで鋳
片を冷却すると、鋳片がロールに挟まれている間、鋳片
表層の温度は急激に低下して、一時的にAr1点以下に冷
却され、ロールから鋳片が離れると表層部の温度は直ち
に回復する。この現象はスプレー水とミストを比較する
と、スプレー水を使った方が温度の低下は非常に大き
い。
第1図はスプレー水、第2図はミストにより、鋳片を
冷却したときの、鋳片表層部の温度を示すグラフ図であ
る。横軸は鋳型下からの鋳片長さで、ロールテーパはい
ずれも1mm/mで、熱電対を鋳片表面に溶着させて測定し
た結果である。図中、下方に向かうピークはロール直下
の抜熱を示す。
第1図と第2図を比較すると、スプレー水による冷却
の方が、鋳片表面温度の低下が大きいことが明らかで、
スプレー水を使った時には、ロール直下とロールから離
れた位置とでは約150〜200℃の温度差がつく。本発明で
は、この冷却方法を採用して、HDRの時の二次冷却法に
適用した。
次いで、本発明の実施例を具体的数値を用いて、詳細
に説明する。
(実施例1) ロール直下の最低温度と、次のロールとの間で復熱し
た最高温度との差をΔT(℃)として、ロールテーパー
とΔTとの関係を第3図に示した。図中、黒丸、白丸は
それぞれ、スプレー冷却、ミスト冷却に対応したデータ
である。前記ロールは鋳型直下8mの位置で、熱電対を鋳
片表面に溶着させて鋳片表層部の温度を測定した。この
時の鋼成分は前述した範囲にはいつている。また、ロー
ルテーパーを0.0〜3.0mm/mの範囲で変化させた。この時
の鋳片引き抜き速度は、2.4m/mimで一定とした。
ロールテーパーが増えるとともにΔTも増加していく
傾向がある。但し、2.5mm/m以上のロールテーパーを付
けると鋳片内に内部割れの発生がみられた。また、ロー
ルテーパーが0.5mm/m以下のように小さ過ぎると、ΔT
の値が150℃以下となり、最低温度がAr1点以下(約700
℃)にするためには、鋳片表面全体の温度を下げる必要
があり、HDRを行うために必要な鋳片温度を確保するの
が困難となってくる。
この結果から、鋳型直下のロールテーパーは、0.5〜
2.5mm/mの範囲が望ましい。
(実施例2) 前記低Mn/S鋼(低炭素キルド鋼でMn/S比が20以下)を
垂直−曲げ型連鋳機を使って鋳造し、直接圧延の試験を
実施した。ロール間における最高表面温度とロール直下
の最低温度との差(ΔT)が150℃以上になるようにロ
ールテーパーを設定し、かつロール直下の鋳片表層近傍
の温度がAr1点以下にするためには、ロール間の鋳片表
面近傍の温度は約850℃であることが必要である。鋳型
直下から引き出された鋳片表面温度を一旦、Ar1点以下
に保持した後、直ちに復熱させてHDR可能な鋳片温度を
確保するために、メニスカスから最小何mの距離までに
ロール間の鋳片表面温度を850℃にすればよいかを検討
した。連鋳機の二次冷却は、ゾーン毎の冷却制御になっ
ているのでスプレー水をかけるゾーンとミストをかける
ゾーンを分けて冷却を行った。4種類の二次冷却パター
ンを作って、鋳造−直接圧延の実験を行った。
パターンは、メニスカス位置から2.5mまで(ゾーン
3までスプレー冷却、ゾーン4以降ミスト冷却)に表面
温度を850℃に冷却することを目標とした。パターン
では、メニスカス位置から6mまでに(ゾーン5までスプ
レー冷却、ゾーン7以降をミスト冷却)850℃まで冷却
しその後復熱させ1000℃以上になるようにした。パター
ンでは、10m位置まで(ゾーン6まで)をスプレー水
とし、それ以降をミスト冷却をした。パターンは14m
まで(ゾーン7まで)をスプレー水それ以降をミスト冷
却した。
第4図に4種類の二次冷却パターンを使った時の鋳片
表面温度推移の計算結果を示し、第1表に上記冷却パタ
ーン〜に対応して、連鋳機出側での鋳片表面温度の
測定結果と、試験条件、試験結果を示した。第4図の鋳
片表面温度推移の計算は、上記のスプレー水の範囲およ
びミストの範囲で、それぞれの熱伝達率を一定として行
ったものである。
この時の引き抜き速度は、2.4m/mimで一定とし、ロー
ルテーパーは、第1表に示されている通り、0mm/mと1.5
mm/mとした。すなわち、ロールパターンでは鋳型直下
から2.5mまでを1.5mm/mになるように、ロールギャップ
を絞り込んだ。ロールパターンでは鋳型直下から6mま
で、ロールパターンでは鋳型直下から10mまで、ロー
ルパターンでは鋳型直下から14mまで、ロールギャッ
プを絞り込んだ。引き抜き速度が2.4m/mimであるので、
Ar1点以下になるまでの時間は、パターン〜ではそ
れぞれ1.04mim、2.5mim、4.2mim、5.6mimとなる。
第1表で、試験No.は第4図の冷却パターン〜に
対応し、a,bはロールテーパの有、無に対応している。
また、境界温度は水冷水とミストの境界における鋳片の
表面温度、出側温度は、ミスト冷却を終わった位置にお
ける鋳片の表面温度である。
熱間圧延後の仕上がり温度は約850℃以上は確保する
必要があり、この温度以下の場合にはHDR困難と判断し
た。熱間圧延後の仕上げ温度850℃以上を確保するに
は、二次冷却パターンの条件では困難であった。ま
た、表面キズの発生率をみるとパターンの場合にはキ
ズ発生率が高かった。この理由はゾーン3とゾーン4と
の間で鋳片表面温度を測定した結果では930℃と高く目
標温度の850℃に制御できず、そのため、Ar1点以下にす
ることができなかったためである。パターンとで
は、計算通りの表面温度に制御出来ており、熱延コイル
の表面キズの発生率も小さく抑えることが出来た。した
がって、鋳型から約10mまでにロール間の表面温度を850
℃にした後、復熱させないとHDR可能な温度まで表面温
度を上げるのは難しいことがわかった。
[発明の効果] 本発明によれば、鋳型下から5分間の鋳片走行範囲の
ロールのロールテーパを0.5〜2.5mm/mとし、鋳片の2次
冷却にスプレー水を用いて、鋳片表面温度を少なくとも
1回以上、Ar1点以下の温度とした後、復熱させて鋳片
表面温度を1000℃以上として、直接圧延を行うので、製
品欠陥の発生を低減し、大幅な歩留まり向上が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例の鋳片表面温度の位置による変化を示
したグラフ図、第2図は比較例の鋳片表面温度の位置に
よる変化を示したグラフ図、第3図はロールテーパと、
ロール直下とロール間の鋳片表面の温度差との関係を示
すグラフ図、第4図は冷却条件による鋳片表面温度の位
置による変化を示すグラフ図、第5図は鋳片を加熱して
圧延する方法(HCR)と、従来のHDR法による表面疵の発
生率を、Mn/Sとの関係で示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B22D 11/128 B22D 11/128 J (72)発明者 白山 章 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 久保田 淳 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 審査官 金 公彦 (56)参考文献 特開 昭63−168260(JP,A) 特開 昭59−30457(JP,A) 特開 平2−211954(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/12 B22D 11/00 B22D 11/128 B21B 1/00 B21B 1/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C;0.08wt%以下、Si;0.05wt%以下、Mn;0.
    10〜0.30wt%、S;0.005wt%〜0.03wt%、P;0.010〜0.03
    wt%、sol.Al;0.01〜0.050wt%で、Mn/Sの比が20以下で
    ある低炭素キルド鋼を連続鋳造機による鋳片から直接熱
    間圧延により製造する直接圧延法において、鋳型下から
    5分間の鋳片走行範囲にあるロールのロールテーパを0.
    5〜2.5mm/mとし、前記範囲における鋳片の2次冷却にス
    プレー水を用いて、前記ロール直下において鋳片表面温
    度を少なくとも1回以上Ar1点以下の温度とした後、復
    熱させて鋳片表面温度を1000℃以上として、直接熱間圧
    延を行うことを特徴とする鋼の直接圧延方法。
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