JP3911952B2 - 極低炭素熱延鋼帯の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延された高温鋼帯に係り、結晶粒径の細かい極低炭素鋼の熱延鋼帯を製造するための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱延鋼帯は、加熱炉においてスラブを所定温度に加熱し、この加熱されたスラブを粗圧延機で所定厚みに圧延して粗バーとなし、ついでこの粗バーを複数基のスタンドからなる連続熱間仕上げ圧延機において所定の厚みの鋼帯となす。そして、この熱延鋼帯をランナウトテーブル上の冷却スタンドにおいて冷却した後、巻き取り機で巻き取ることにより製造される。
【０００３】
このような鋼帯を連続的に製造するラインで、かつ成形性や加工性が要求される極低炭素の鋼帯を製造する場合に、以下のような問題があった。
すなわち、極低炭素鋼は、その結晶粒が再結晶によって粗大になり易く、この粗大な熱延鋼帯の組織が深絞り性や面内の異方性の増大をもたらす。この点に関しては、極低炭素鋼にＴｉを添加したり、熱延仕上げの条件や、圧延以降の温度や冷却条件が、熱延鋼帯の結晶粒径に影響を及ぼし、加工性にも影響をもたらすことが知られている。
【０００４】
たとえば、加工性に優れた結晶粒の細かい鋼帯の製造方法としては、仕上げ圧延機の後方に設けた冷却装置によって圧延後の鋼帯を２段階で急冷却する方法（ＣＡＭＰ ＩＳＩＪ ｖｏｌ３（１９９０）−７８５）や、仕上げ圧延時に大圧下を行いその直後に急速冷却する方法（ＣＡＭＰ ＩＳＩＪ ｖｏｌ６（１９９３）−７６１）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法にもとづいて、板厚２．８〜４ｍｍ、Ｔｉを０．０４〜０．０６２ｗ％含有した極低炭素鋼を、仕上げ圧延で変態点Ａｒ_３直上の８９０〜９００℃で仕上げ、そのあと０．１秒から冷却速度１８０℃／ｓで０．２秒冷却し、さらに０．４秒放冷後、第２冷却として冷却速度１３０℃／ｓで０．５秒冷却した場合に、２つの冷却を合わせても結晶の粒度番号（ＪＩＳ Ｇ ０５５２にある鋼のフェライト結晶粒度試験方法に順じて測定）が８を越えるような細かい結晶粒の熱延鋼帯を製造することは困難であった。
【０００６】
また、後者の方法では、極低炭素のアルミキルド鋼を有効に細粒化し、粒度番号が８を越えるような結晶粒の細かい熱延鋼帯を製造するためには、最終仕上げ圧延で４０％以上の強圧下をかけた後、直ちに０．６秒以内に１００℃／ｓで冷却しなければならなかった。
【０００７】
また、特開平５−１１２８３１号公報には、熱延の最終圧下率を３０％以上にしなければ細粒化効果が得られないことが開示されている。
しかしながら、最終仕上げの圧下率は、鋼帯の形状を平坦にして圧延することを考えるとせいぜい１５％であり、多くても３０％までが限界で、通常の圧延でこのような強圧下を行うことは難しい。また、該先行技術においては冷却開始時間が圧延後１．６秒後では冷却速度を４０〜１００℃に変化させたが、粒度に変化がないことが記されている。したがって、これらの技術で粒度番号が８、望ましくは８．５を越えるような極低炭素鋼の熱延鋼帯を安定して連続的に製造することができなかった。
【０００８】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、通常の熱延工程を利用し結晶粒度の細かい熱延鋼帯を安定して、かつ鋼帯の形状を損ねることなく、連続して圧延可能な極低炭素熱延鋼帯の製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされていて、最終仕上げ圧延で通常の鋼帯形状を良好に保ちつつ圧延可能な最終圧下率（３０％未満）で圧延し、変態点温度直上で仕上げた極低炭素の鋼帯を１．０秒以内に冷却速度で２００℃／ｓ以上で、かつ温度降下量約５０〜２００℃の急速冷却をなし、そのあと通常の巻き取り温度で鋼帯を巻き取る極低炭素熱延鋼帯の製造方法である。
【００１０】
以上のごとき製造方法を採用することにより、最終仕上げ圧延の圧下率を特に強圧下することなく、通常の仕上げ圧延条件でも極低炭素の鋼帯を結晶粒が粗大化せずに微細となり、粒度番号８．５以上の熱延鋼帯の安定した製造が可能となる。
【００１１】
その結果、結晶粒径が細かいために、冷延、焼鈍後のランクフォード値（ｒ値）が大きくなるなど、加工性が改善される。また、従来の製造方法と同じ加工性が得られるので焼鈍温度を下げることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、熱延鋼帯の製造設備を概略的に示し、図２は、最終仕上げ圧延機直近の冷却装置を概略的に示す。
【００１３】
粗圧延機で圧延された粗バー１はローラテーブル上を搬送されて、連続的に７つの連続仕上げ圧延機（スタンド）２で所定の厚みまで圧延された後、最終仕上げ圧延機（スタンド）２Ｅで所定の厚みまで圧延される。このランナウトテーブル３のほとんど大部分は冷却装置を構成していて、ここで冷却されたあと、巻き取り機４で巻き取られて、熱延コイルとなる。
【００１４】
上記ランナウトテーブル３の上流側には、第１の冷却手段をなす第１の冷却装置５が配置され、この下流側には第２の冷却手段をなす第２の冷却装置６が配置される。
【００１５】
上記第１の冷却装置５は、最終仕上げ圧延機２Ｅの直近位置から約１０ｍに亘って設けられていて、熱延鋼帯１２に対する急速冷却をなす。上記第２の冷却装置６は、第１の冷却装置５の後方に、約８０ｍに亘って設置されていて、熱延鋼帯に対する緩冷却をなす。
【００１６】
図２に示すように、上記第１の冷却装置５の下面側には、長手方向に約８００ｍｍピッチで、直径３５０ｍｍの回転する鋼帯搬送用のローラテーブル９が配置されている。すなわち、これらローラテーブル９は鋼帯１２の下面側に位置している。
【００１７】
そして、これらローラテーブル９の相互間に、長さ約４３０ｍｍ、幅約１８６０ｍｍの下面冷却ボックス１０が１台づつ設けられている。一方、鋼帯１２の上面側には、下面冷却ボックス１０と相対する位置に、かつ全く同じ長さと幅寸法に設定された上面冷却ボックス１１が、下面冷却ボックス１０と同じ数だけ配置されている。
【００１８】
ここでは、鋼帯１２上面と上面冷却ボックス１１端面との距離が、下面冷却ボックス１０端面と鋼帯下面との距離約５０ｍｍと等しい距離となるように調整されており、したがって上下両面冷却ボックス１１，１０間の距離が、鋼帯の板厚＋１００ｍｍとなるように設定されている。
【００１９】
そして、上下面冷却ボックス１１，１０端面にはノズルとして４ｍｍφの孔が、ランダムに１ｍ^２あたり約１０００こ明けられていて、各孔部から冷却水を鋼帯に対して噴射するようになっている。
【００２０】
さらに、搬送される鋼帯１２の通板性安定のために、鋼帯１２下面については下面冷却ボックス１０とローラテーブル９との間に、かつ鋼帯１２上面については上面冷却ボックス１１相互間に、いわゆるスノコ状のガイド１３が設けられていて、特に、鋼帯１２の先端が各隙間に引っ掛かることのないように工夫されている。
【００２１】
なお、この第１の冷却装置５から冷却水を噴射しない場合において、鋼帯と対向する装置端面が高温にならないように、鋼帯１２に届かない範囲で冷却水を噴射しておくとよい。
【００２２】
第１の冷却装置５のごとく急速冷却が可能な冷却装置では、上下両面冷却ボックス１１，１０からそれぞれ最大８０００Ｌ／ｍｉｎｍ^２まで冷却水を噴射できる。その際、鋼帯１２の冷却速度は板厚３ｍｍで最高７００℃／ｓまでの急速冷却が可能である。
【００２３】
なお、この冷却水の水量密度を最大８０００Ｌ／ｍｉｎｍ^２としたが、実質的には１０００Ｌ／ｍｉｎｍ^２あればよく、望ましくは３０００Ｌ／ｍｉｎｍ^２以上であれば急速冷却が可能である。
【００２４】
すなわち、水量密度が高い場合には、水量密度の変化に対する冷却速度の変化が小さく、実質的にはそれ以上冷却水の水量密度を増加させても冷却速度は上がらず、ほとんど限界に近い。
【００２５】
このような冷却状態は、鋼帯全面において熱流束が２×１０^６ ＭＷ／ｍ^２ を越える、いわゆる核沸騰状態であり、冷却速度は水量密度の影響をあまり受けずに板厚のみの関数となってくる。
【００２６】
こうした核沸騰状態で冷却することのメリットは、（１）局所的に冷却水の流れに不均一さ（たとえば、偏流や鋼帯端部の冷却水流速が上がるなど）があったとしても、面内の冷却が一定しており、冷却後の鋼帯の幅方向と長手方向の温度分布が均一である。（２）その結果として、冷却速度が速くても、冷却停止温度を任意の温度に制御可能である。
【００２７】
上記第２の冷却装置６は、ランナウトテーブル３の上部側に配置される円管ラミナーノズル７と、下面側は鋼帯搬送用のローラテーブル９間に配置される市販のスプレーノズル８からなっている。この第２の冷却装置６は、上記第１の冷却装置５の下流側に、約８０ｍに亘って設置されている。
【００２８】
第２の冷却装置６の構成は、鋼帯の上面でパスラインから約１５００ｍｍのところに円管ラミナー７のヘッダーがローラテーブル９直上に幅方向に亘って架設され、そのヘッダーから幅方向に１００ｍｍピッチでヘアピンライナーと呼ばれる円管ラミナー７のノズルが設けられてなる。
【００２９】
一方、鋼帯の下面には各ローラテーブル９間に幅方向に亘って冷却水ヘッダー管が渡され、そのヘッダー管から１００ｍｍピッチでスプレーノズル８がそれぞれ配置されている。
【００３０】
最大水量は、上面と下面それぞれのノズルから最大５００Ｌ／ｍｉｎｍ^２が供給され、冷却速度は板厚３ｍｍで１５０℃／ｓまでが可能である。特に、この第２の冷却装置６においては、各ヘッダー管への冷却水を流量調整およびＯＮ−ＯＦＦすることで細かな冷却制御が行われ、巻き取り温度を±５℃の精度で温度制御できる。
【００３１】
鋼帯に対する温度計測は、最終仕上げ圧延機２Ｅの直後位置と第１の冷却装置５の前との間に設けた仕上げ温度計１４、第１の冷却装置５と第２の冷却装置６との間に設けた中間温度計１５、および第２の冷却装置６と巻き取り機４との間に設けた巻き取り温度計１６によって行われる。
【００３２】
つぎに、熱延鋼帯１２に対する冷却工程について説明する。
最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された熱延鋼帯１２の先端が第１の冷却装置５を通過するのとほぼ同時に、第１の冷却装置５を構成する上下面冷却ボックス１１，１０から冷却水の噴射が開始される。
【００３３】
これは、鋼帯１２の先端が通過する以前に上下面冷却ボックス１１，１０から冷却水を噴射すると、冷却水が鋼帯先端に対する通過の抵抗となり、先端の通板性を阻害する虞れがあることによる。
【００３４】
鋼帯１２の先端が一旦通過した後は、上面冷却ボックス１１から噴射される冷却水の圧力と、下面冷却ボックス１０から噴射される冷却水の圧力とのバランスによって、鋼帯１２のパスラインが一定に保たれる。したがって、鋼帯１２に張力がかからない状態であっても、鋼帯１２の通板性が安定することになり、鋼帯に対する均一な強冷却が施される。
【００３５】
なお、第１の冷却装置５を構成する上下面冷却ボックス１１，１０と鋼帯１２との距離を、ここでは約５０ｍｍに設定したが、これは以下のような理由による。
【００３６】
すなわち、ボックス１１，１０端面と鋼帯１２との距離をより離間すれば、冷却水の勢いが鋼帯とボックスとの間に存在する流体（冷却水）によって吸収されてしまい弱まる。逆に、ボックスと鋼帯１２との距離をより接近させれば、冷却水の勢いが強まるために、鋼帯は上面から噴射される冷却水から受ける面圧と、下面から受ける面圧とがバランスする位置を通過することによる。
【００３７】
一般に、鋼帯の連続圧延では、鋼帯の先端が巻き取り機４に巻き取られたあとに鋼帯の圧延速度を加速する、いわゆる加速圧延が行われる。このとき、第１の冷却装置５における冷却を開始するタイミングは、第１の冷却装置５を構成する各上下両面冷却ボックス１１，１０を流れ方向に沿って順次ＯＮしていく。このことによって、圧延仕上がりから冷却開始までの時間を、圧延速度に応じて一定となるように制御できる。
【００３８】
また、第１の冷却装置５における鋼帯１２の温度降下量が一定となるように、鋼帯の加速度に応じて使用する冷却ボックスの数を増やし、鋼帯各部の冷却時間が一定となるように冷却制御を行うこととする。
【００３９】
以上の設備において、仕上げ板幅が１２３０ｍｍで、仕上げ板厚が３ｍｍの鋼帯をスレッディング速度６５０ｍｐｍ、加速率９ｍｐｍ／ｓで加速し、最大１２００ｍｐｍまで加速後、減速して６００ｍｐｍで鋼帯後端を尻抜けさせた。そのとき、鋼帯は先端から後端まで安定して第１，第２の冷却装置５，６を通過して、所定の冷却が行われた。
【００４０】
鋼帯１２の巻き取り温度制御は、第１の冷却装置５と、第２の冷却装置６における冷却量を制御することで、巻き取り温度を一定とする制御を行った。その結果、鋼帯の先端から後端まで巻き取り温度計１６での計測温度の変動が１５℃以内の安定した冷却が実現された。
【００４１】
ここで用いた鋼帯は、Ｃ濃度が１０〜１５ｐｐｍの極低炭素鋼であり、特に添加元素を加えていない。なお、極低炭素鋼においては、圧延後に鋼帯の結晶粒が瞬時に粗大化するので、これを抑制するために元素を添加するが、本発明によればその必要がなく、成分コストの削減につながり、経済的である。
【００４２】
以下の、表１には、この実施の形態の鋼帯圧延と、冷却条件と、得られた熱延鋼帯の結晶粒度の関係を示してある。
【００４３】
【表１】

【００４４】
圧下率は、最終仕上げ圧延機２Ｅである７番目の圧延機での圧下条件を示し、圧延後冷却開始までの時間は、最終仕上げ圧延機を出た鋼帯が第１の冷却装置５で急速冷却が開始されるまでの時間を示し、冷却速度は第１の冷却装置５における鋼帯の冷却速度を表し、次の（１）式から求められる。
【００４５】
Ｃｖ ＝ （Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｏｕｔ）／ｔ_ｃ …… （１）
ここで、
Ｃｖ：冷却時間 （℃／ｓ）
Ｔ_ｉｎ：第１の冷却装置に入る際の鋼帯の温度 （℃）
Ｔ_ｏｕｔ：第１の冷却装置を出た時の鋼帯の温度 （℃）
ｔ_ｃ：第１の冷却装置において冷却水が噴射されたノズル間を
鋼帯が通過する時間 （ｓ）
なお、（１）式におけるＴ_ｉｎである圧延仕上がり温度は、本鋼のＡｒ_３変態点直上の８９０〜９００℃とし、第１の冷却装置５で１００℃程度急速冷却をなし、そのあと巻き取り温度が６５０℃を満足するように、第２の冷却装置６の冷却条件を調整した。
【００４６】
結晶粒径の粒度番号は、こうして得られた熱延鋼帯の結晶粒径をＪＩＳ Ｇ ０５５２にある鋼のフェライト結晶粒度試験方法に順じて測定した。結晶粒の細粒化はγ〜αの変態温度域を加速的に冷却して、いかに早く冷却するかによって決定される。
【００４７】
この第１の冷却装置５での温度降下量は５０℃以下では冷却不足であるが、逆に２００℃まで冷却してしまうと加速冷却効果としては十分であるが、巻き取り温度が確保できない。そこで、第１の冷却装置５での温度降下量を１００℃程度とした急速冷却をなしたが、本来は５０℃以上あれば、結晶粒を細粒化する加速冷却の効果は十分である。
【００４８】
このような設備と、圧延、冷却条件のもとで、種々の最終圧下条件、冷却条件、圧延から冷却開始までの時間を変化させて製造された熱延鋼帯の結晶粒度を調べた。
【００４９】
最終圧下率は、通常、鋼帯の形状を平坦に保ちつつ安定的に連続圧延が可能な２５％から、形状が不良となる耳波や中伸び状態になる５０％まで変化させ、冷却開始時刻は０．１〜１．６ｓ、冷却速度は１００℃／ｓ以上の範囲で変化させた。
【００５０】
その結果、結晶粒度を８．５以上の細かい粒径にするためには、圧下率が４０〜５０％では冷却速度が１００℃／ｓでも製造可能であるが、圧延形状が良好な２５％程度では、冷却開始時刻が１秒以内に冷却速度を２００℃／ｓ以上で冷却する必要があることが明らかになった。
【００５１】
また、表１における比較例１２により、冷却速度が２００℃／ｓであっても圧延後冷却開始までの時間が１．６ｓでは、結晶粒度が８．５以上の微細結晶は得られないことも分かった。
【００５２】
なお、上述の実施の形態においては、板厚３ｍｍについての細粒化効果を説明したが、板厚が多少変化してもその効果はほとんど変ることがない。ただし、板厚が８ｍｍ以上厚いと、冷却速度が２００℃／ｓ以上で冷却することが物理的に不可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、以下に述べるような効果を奏することとなる。
【００５４】
（１）結晶粒径が従来のものよりも細かい極低炭素鋼の熱延鋼帯を安定して製造することができる。
【００５５】
（２）熱延鋼帯の結晶粒が細かいところから、結晶粒が粗い従来の鋼帯と比較して、同じ焼鈍条件では細かい方が加工性に優れている。すなわち、加工性の指標であるランクフォード値は、結晶粒が細かいほど高くなっている。
【００５６】
（３）焼鈍温度を低くしても、結晶粒が粗い従来の鋼帯と比較して、同等の加工性が得られる。すなわち、同じランクフォード値の鋼帯を製造可能である。
【００５７】
（４）極低炭素鋼においては、圧延後に鋼帯の結晶粒が瞬時に粗大化する。この粗大化を抑制するために元素を添加するが、以上述べた本発明によればその必要がない。すなわち、成分コストの削減につながり、経済的である。
【００５８】
（５）熱延鋼帯の結晶粒が細かくなることで冷間圧延、焼鈍後は高いランクフォード値の鋼帯を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す、圧延設備の概略の構成図。
【図２】同実施の形態の、第１の冷却装置の概略の構成図。
【符号の説明】
２Ｅ…最終仕上げ圧延機、
３…ランナアウト、
５…第１の冷却装置、
６…第２の冷却装置。

Claims (3)

1. Ｃ＜０．０１ｗｔ％の極低炭素鋼に対する圧延方法であって、最終仕上げ圧延の圧下率が３０％未満である圧延をなし、最終仕上げ圧延後１秒以内に、変態点温度Ａｒ_３ 以上の温度域から、鋼帯の上下面に向かって水量密度３０００Ｌ／ｍｉｎｍ^２ 以上で冷却水を噴射し、冷却速度が２００℃／ｓ以上で、かつ冷却温度降下量が５０℃以上の急速冷却をなし、冷却停止温度を７００℃以上として結晶粒径の細かい極低炭素鋼を得ることを特徴とする極低炭素熱延鋼帯の製造方法。
2. Ｃ＜０．０１ｗｔ％の極低炭素鋼に対する圧延方法であって、請求項１の製造方法で鋼帯を圧延し、かつ急速冷却をしたのち、鋼帯を所定の巻き取り温度で巻き取るべく緩冷却して結晶粒径の細かい極低炭素鋼を得ることを特徴とする極低炭素熱延鋼帯の製造方法。
3. 鋼帯面に対向する端面にノズルとして多数の孔が開けられた冷却ボックスから冷却水を噴射して急速冷却をなすことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の極低炭素熱延鋼帯の製造方法。

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