JP6252508B2 - 高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法 - Google Patents
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Description
そのため、熱間圧延ラインにおける高強度厚肉熱延鋼帯の製造上及び搬送上の問題点を解決できるものの、前述の電縫管の成形ラインにおいて発生するスリ疵の問題点を解決するものではない。すなわち、電縫管の成形ライン等における入側のアンコイラーでは、成形を開始した後に熱延コイルの内周部分が露出する。その際に、内周部のスプリングバックに起因して鋼帯表面にスリ疵が発生する。
[1]板厚12mm以上の熱延鋼帯を形成し、形成した上記熱延鋼帯を熱延コイルとして巻き取る熱間圧延工程と、上記熱延コイルを保熱する保熱工程と、を備える高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
[2]上記熱延鋼帯を上記熱延コイルとして巻き取る際の巻取温度が400℃以上600℃以下である、上記[1]に記載の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
[3]上記熱延鋼帯を上記熱延コイルとして巻き取る際の巻取温度をCT(単位:℃)、上記熱延コイルを保熱する保熱時間をt(単位:分)とした場合に、下記式(1)を満足する、上記[1]または[2]に記載の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
t≧350−0.57×CT・・・(1)
[4]上記熱延鋼帯を上記熱延コイルとして巻き取る際の巻取温度をCT(単位:℃)、上記熱延コイルを保熱する際の雰囲気温度をAT(単位:℃)とした場合に、下記式(2)を満足する、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
CT−100≦AT≦CT・・・(2)
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明者らは、高強度厚肉熱延鋼帯の熱間圧延工程における巻取り後のスプリングバック発生挙動について検討した。その結果、熱延鋼帯を熱延コイルとして巻き取った後に保熱することによって、コイル内周部のスプリングバックを低減できるという知見を得た。
そして、このスプリングバック変形を低減するためには、例えば、曲げ加工後に長手方向に引張歪、または圧縮歪を加えた後に除荷することによって、曲げモーメントが0になるまでの変形量を小さくできることが知られている(例えば、日本塑性加工学会「曲げ加工―高精度化への挑戦―」コロナ社,1995年1月10日,p.28参照)。
また、巻取り後の熱延コイルは外巻きの部分から順次温度が低下するため、温度が低下しようとする部分には熱収縮が生じるが、コイル全体として高温に維持することで、その温度低下が生じる部分には鋼板の長手方向に引張応力が発生する。この引張応力によっても高温に保持された状態ではクリープ変形が促進され、結果として板厚断面内の曲げモーメントの分布が軽減される。
こうして、コイルが室温まで冷却された後にも板厚断面内の曲げモーメントの分布が緩和され、コイル内周部のスプリングバックが低減される。
本発明の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」ともいう)について、図1に示すフローチャートを参照して説明する。
図1は、本発明の製造方法の一例を示すフローチャートである。図1に示す製造方法は、熱間圧延工程(S100)と、保熱工程(S102)と、をこの順に有する。
以下、各工程について詳細に説明する。
熱間圧延工程は、例えば鋼スラブを加熱し、板厚12mm以上の熱延鋼帯(高強度厚肉熱延鋼帯)を形成し、形成した熱延鋼帯を熱延コイルとして巻き取る工程である。
なお、本発明の製造方法は、原理的には板厚12mm未満の熱延鋼帯にも適用できるが、板厚が薄い場合にはスプリングバック時の曲げモーメントが小さいため、成形ライン等において一定の張力を付与しながら払い出せば、たとえコイルの内周部にスプリングバックが存在していても、コイルの巻きほぐれ等は容易に防ぐことができるため、本発明の対象とはしない。
また、巻取温度(CT)は、高過ぎる場合には、巻取り後の保熱をしなくてもスプリングバックを低減するのに十分なクリープひずみの発生が期待できるという理由から、600℃以下が好ましい。
熱間圧延ラインから保熱工程で使用される後述する保熱装置等への熱延コイルの搬送方法には特に限定はない。例えば、通常のコイル搬送台車を使用すればよい。その際、搬送中の熱延コイルの温度低下を抑制する観点から、熱延コイルを断熱材等で覆いながら搬送するのが好ましい。
また、搬送時間が短い場合は、搬送手段として、コイル搬送台車に替えて、クレーンやフォークリフト等の重量物の搬送が可能な運搬用機材を使用してもよい。それらの運搬用機材を用いて搬送する場合は断熱性を高めることが困難であるが、短時間の搬送であれば、熱延コイルの温度低下を抑えることができる。
保熱工程は、熱間圧延工程において巻き取られた熱延コイルを保熱する工程である。
保熱工程における熱延コイルの保熱(温度保持)の方法には特に限定はなく、例えば、耐熱性および断熱性を有する容器内に収容する、耐熱性および断熱性を有するカバー(保熱カバー)で覆う等の方法が利用可能であり、より具体的には、例えば、後述する保熱装置を使用できる。
ピット42の材質としては、例えば、耐熱性および断熱性を有する材質が挙げられる。ピット42の具体例としては、表面を断熱材で被覆したコンクリート壁、表面をアルミ箔等の反射材で被覆したコンクリート壁などが挙げられる。
また、保熱カバー44の材質としては、例えば、耐熱性および断熱性を有する材質が挙げられる。保熱カバー44の具体例としては、表面を断熱材で被覆した鋼製の蓋、表面をアルミ箔等の反射材で被覆した鋼製の蓋などが挙げられる。
図2に示す保熱装置40においては、複数個の熱延コイル26をピット42に収納し、ピット42の開口部を保熱カバー44で覆うことで、熱延コイル26全体の温度低下を抑制しながら保熱する。これによって、熱延コイル26の内周部の温度が一定時間保持され、クリープひずみの発生によりスプリングバックを低減できる。
図3に示す保熱装置30においては、保熱カバー32内に熱延コイル26を収容して、熱延コイル26からの熱エネルギーの放散を抑制して、熱延コイル26の温度低下を抑制しながら保熱する。こうして、熱延コイル26の内周部でのクリープひずみ発生が促進され、スプリングバックを低減できる。
もっとも、保熱装置30は、熱延コイル26を所定の時間、所定の温度範囲に保熱できれば、補助加熱手段36は有さない構成であってもよい。
保熱時間(t)は、熱間圧延工程における巻取温度(CT)が高い場合には短時間で十分であり、一方、巻取温度(CT)が低い場合には比較的長時間であることが好ましい。
具体的には、下記式(1)を満足することが好ましい。下記式(1)を満足することにより、コイル内周部でのクリープひずみ発生がより促進され、スプリングバックをより低減でき、スプリングバックに起因する鋼帯表面のスリ疵発生がより抑制される。後述する[実施例]において説明する図4のグラフも参照されたい。
t≧350−0.57×CT・・・(1)
もっとも、保熱装置内等で熱延コイルが室温に冷却されるまで保熱する必要はなく、あまり長時間保熱すると生産能率が低下するとともに、熱延コイルの温度が低くなるとクリープひずみの発生が期待できなくなる場合がある。
したがって、保熱時間の上限としては、実用的な観点から最大でも10時間が好ましい。また、例えば、熱延コイルの平均温度が300〜350℃よりも低くなったら、保熱を中止して、保熱装置等から搬出するようにしてもよい。
なお、以下では、雰囲気温度(単位:℃)を「AT」または「雰囲気温度AT」とも称する。
雰囲気温度(AT)は、熱間圧延工程における巻取温度(CT)以下の温度であることが好ましい。巻取温度(CT)は、高強度厚肉熱延鋼帯の機械的性質を制御するために設定されるものであり、巻取温度(CT)よりも高い温度で熱延コイルを加熱すると機械的性質が劣化しやすいおそれがあるからである。
一方、雰囲気温度(AT)は、熱間圧延工程における巻取温度(CT)よりも100℃だけ低い温度以上の温度であることが好ましい。雰囲気温度(AT)を低くし過ぎると、保熱装置内等での熱延コイルの冷却が促進され、クリープひずみの発生が阻害されやすい場合があるからである。
具体的には、下記式(2)を満足することが好ましい。
CT−100≦AT≦CT・・・(2)
冷却の方法としては、特に限定されず、例えば、空冷または水冷が挙げられる。空冷の場合、例えば、保熱カバーを撤去して熱延コイルを冷却する方法、熱延コイルをコイルヤード(冷却ヤード)に保管して冷却する方法などが挙げられる。また、水冷の場合は、例えば、積極的に水等の冷却媒体を熱延コイルに吹き付ける方法が挙げられ、気体の冷却媒体を使用してもよい。
〔熱間圧延工程〕
まず、熱間圧延ラインにおいて、API規格X70グレードであり、厚さ250mm、幅1850mm、長さ9090mmの寸法のスラブ(質量33トン)を、加熱炉で加熱し、粗圧延機および仕上圧延機を経て、下記表1に示す板厚(単位:mm)まで圧延して熱延鋼帯(高強度厚肉熱延鋼帯)を形成し、冷却装置である冷却テーブル上で所定の温度まで冷却した後、コイラーを用いて下記表1に示す巻取温度CT(単位:℃)で巻き取って熱延コイルとした。用いたコイラーは、マンドレル外径がφ750mmであり、緩みなく巻いた状態での熱延コイルの外径はφ1858mmであった。
次に、一部の例を除き、熱延コイルを、巻取り後30分以内に、図3に基づいて説明した保熱装置30に移送して、下記表1に示す保熱時間t(単位:分)だけ保熱カバー32による保熱を行なった。保熱カバー32としては、内部を厚さ150mmの断熱材(イソライト工業社製の「イソウール」)で覆った鋼製のカバーを用いた。その後、熱延コイルを、保熱装置内から取り出し、空冷ヤードに移送して、室温まで冷却した。なお、保熱装置の雰囲気温度(AT)は、保熱時間t中、上述した式(2)の条件を満足していた。
なお、熱延コイルを保熱しなかった例では、巻き取った熱延コイルを保熱装置30に移送せずに、空冷ヤードに移送して、室温まで冷却した。
(スリ疵)
各例について、スプリングバックに起因するスリ疵の評価を行った。具体的には、室温まで冷却した熱延コイルを、電縫管成形ラインのペイオフリールに装入し、コイル全長に渡って成形を施した。このとき、成形ラインの入側において、熱延コイルの内周部のスプリングバックに起因して、鋼帯表面にスリ疵が発生する場合があった。
鋼帯表面にスリ疵が確認されなかった場合は「○」を、全長で鋼帯表面にスリ疵が1〜5箇所確認された場合は「△」を、全長で鋼帯表面にスリ疵が6箇所以上確認された場合は「×」を下記表1に記載した。なお、スリ疵「△」の場合は、鋼管への成形後に熱延鋼帯の表面を手入れすれば製品として十分使用できる。このため、実用上「○」または「△」であれば、スリ疵が抑制されたものとして評価できる。
一部の例について、室温まで冷却した熱延コイルから圧延方向に対して0°方向(LL方向)および90°方向(C方向)にJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠してクロスヘッド速度10mm/minで引張試験を行い、引張強さ(単位:MPa)を求めた。
引張強さが630MPa以上670MPa未満の場合は強度に優れるものとして下記表1中に「○」を記載し、引張強さが670MPa以上の場合は強度により優れるものとして下記表1中に「◎」を記載した。
なお、板厚が10mmである実験例No.31〜33(参考例)も、同様に熱延コイルの保熱を行わなかったが、スリ疵は確認されなかった(「○」)。これは、成形ラインの入側で十分な張力を付与できているため、熱延コイルの巻きほぐれによるスプリングバックが抑制されたためと考えられる。
ここで、実験例No.1〜22をグラフにプロットした。図4は、実験例No.1〜22について、巻取温度CTと保熱時間tとの関係を示すグラフである。図4のグラフ中、横軸は巻取温度CT(単位:℃)を示し、縦軸は保熱時間t(単位:分)を示し、プロットの形はスリ疵の評価結果(「○」または「△」)に合わせている。さらに、図4のグラフ中には、式「t=350−0.57×CT」で表される直線を図示している。
上記表1および図4から明らかなように、実験例No.1〜22(本発明例)どうしを対比すると、式「t=350−0.57×CT」で表される直線上またはこの直線よりも上側の領域にプロットされている場合、すなわち、上述の式(1)を満足する場合、スリ疵は確認されず(「○」)、より良好な結果が得られた。
30、40:保熱装置
32、44:保熱カバー
36:補助加熱装置
38:雰囲気制御装置
42:ピット
Claims (4)
- 板厚12mm以上の熱延鋼帯を形成し、形成した前記熱延鋼帯を熱延コイルとして巻き取る熱間圧延工程と、前記熱延コイルを保熱することによってクリープひずみを発生させる保熱工程と、を備える高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。ただし、「高強度」とは、JIS Z 2241の規定に準拠した引張強さが590MPa以上であることをいう。
- 前記熱延鋼帯を前記熱延コイルとして巻き取る際の巻取温度が400℃以上600℃以下である、請求項1に記載の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
- 前記熱延鋼帯を前記熱延コイルとして巻き取る際の巻取温度をCT(単位:℃)、前記熱延コイルを保熱する保熱時間をt(単位:分)とした場合に、下記式(1)を満足する、請求項1または2に記載の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
t≧350−0.57×CT・・・(1) - 前記熱延鋼帯を前記熱延コイルとして巻き取る際の巻取温度をCT(単位:℃)、前記熱延コイルを保熱する際の雰囲気温度をAT(単位:℃)とした場合に、下記式(2)を満足する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度厚肉熱延鋼帯の製造方法。
CT−100≦AT≦CT・・・(2)
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