CN1275711C - 热轧设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轧制轧件地制造结晶晶粒直径不到5μm的细晶钢板的热轧设备，它包括：设置在前段中的轧机；设置在后段中的多机架轧机，多机架轧机具有带有等效辊径不到600mm的一对异径工作辊的异径辊轧机或带有各自直径不到600mm的一对工作辊的超细辊轧机，在所述异径辊轧机中，所述一对异径工作辊里的仅一个工作辊被驱动，在所述超细辊轧机中，所述一对工作辊中的两个工作辊被驱动；设置在包括所述后段的最终机架的至少两个机架的轧机出口侧的冷却装置，冷却装置通过冷却该轧件防止精细组织在轧制后引起晶粒长大。本发明的制造方法利用上述热轧设备来轧制轧件，一边通过冷却装置冷却轧件以便在轧制后防止精细组织引起晶粒长大，一边使在轧制设备后段中的轧件累积应变为0.9或更大。

Description

热轧设备及方法
技术领域
本发明涉及热轧设备及热轧方法，尤其是制造具有主要由铁素体细晶构成的精细组织的钢板的热轧设备及热轧方法。
背景技术
通常，作为提高钢材机械性能的方法，知道了使钢材组织细微化的手段。如果提高了钢材机械性能，则带来如实现了钢质结构轻型化的许多优点。目前，已提出了许多制造有精细组织的钢即制造有细微晶粒的钢的方法，其典型方法就是(1)大压下轧制法及(2)控轧法。
其中，(1)大压下轧制法记载于日本专利申请公开号昭58-123823及日本专利申请公开号平3-65564中。即，该方法对奥氏体晶粒施加大压下量，以促进从奥氏体(γ)相到铁素体(α)相的应变相变并细化组织。
另外，(2)控轧法是实现铁素体晶粒细化的方法，在铁素体晶粒细含有Nb(铌)和Ti(钛)的情况下，不仅容易通过Nb和Ti的析出强化作用实现高张力化，而且通过Nb和Ti的抑制奥氏体晶粒再结晶的作用，在实施低温轧制(铁素体区轧制)时，促进从γ相到α相的应变相变。
由于在低温区(800℃或更低)实施精轧，所以控轧法具有这样的缺点，即轧件的变形阻力明显增高，因而，作用于轧制设备的负荷巨大。另一方面，如上述日本专利申请公开号平5-65564所述地，大压下轧制法不能通过普通的热带钢轧机而实用于工业上，必须使用特殊的轧制设备。原因在于，如上述专利申请公报所述，需要连续实施难于用普通热轧设备实现的大压下率(如40％以上)的轧制。
在实施大压下轧制法地在工业和商业上制造细晶钢材时，除了不能用成普通热带钢轧机形式的轧制设备外，还存在下列问题。
1)由于大压下量地实施轧制，所以经常出现由轧制负荷造成的缺点。即存在这样的情况，即轧制负荷达到轧制设备的固有极限值(轧机生产能力限制及机械强度)而无法进行轧制。另外，对轧件来说，无法实现预定的压下率，而且导致边缘减薄。不能获得预定压下率的原因在于，尤其是当轧制设备的出口侧板厚为2mm以下地取40％以上的压下率时，由于轧制负荷高且变形阻力高，所轧辊压扁增大。在这种场合下，即便提增大压力地进行大压下量轧制，压下率也不会提高。边缘减薄增大的原因在于，高负荷施加于轧件的边缘(宽度方向结束处)附近，并且不能获得优良的板形。
2)难于保持轧件温度也是一个严重的问题。这是因为，当用多机架轧机进行大压下率轧制时，因加工热量而使轧件温度明显升高，所以不易于保持在适于完成大压下轧制法的温度(从Ar3相变点到Ar3+50℃)下。当加速轧件地提高输送速度时，因应变速度加快并增加了加工热量，由此使保持温度变得越来越难。
3)经常导致与轧辊热负荷有关的缺点。当进行压下率高的高负荷轧制时，也增加了轧件的加工热量并且相应增加了轧辊的热负荷。结果，容易出现直径在每个轧辊的中心增大的热凸度。热凸度大小无法只通过冷却每个轧辊来消除，在这种情况下，轧件的形状恶化并且也板材不易稳定地通过。
4)轧辊磨损加剧并且轧件形状(中心厚凸部)容易进一步恶化。这是因为，在压下率大和负荷高的轧制时，施加于轧辊的热负荷或力学负荷高，所以轧辊易磨损。在接触轧件边缘的部分上，因轧制负荷高而尤其容易磨损，由此使对品质而言是重要的轧件截面形状恶化。另外，当轧辊易磨损时，用于如轧辊研磨或换辊的维护成本也增高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供解决与制造细晶热轧钢板有关的上述问题并可以顺利制造该钢板的热轧设备及细晶钢制造方法。
另外，本发明的另一目的在于提供适于制造细晶热轧钢板的连续热轧方法，该热轧方法在费效比方面很出色。
另外，本发明的另一目的在于提供使用能够制造薄板的热轧设备顺利制造厚板的连续热轧方法。
本发明涉及轧制轧件地制造结晶晶粒直径不到5μm的细晶钢板的热轧设备，它包括：设置在前段中的轧机；设置在后段中的多机架轧机，所述多机架轧机具有带有等效辊径不到600mm的一对异径工作辊的异径辊轧机或带有各自直径不到600mm的一对工作辊的超细辊轧机，在所述异径辊轧机中，所述一对异径工作辊里的仅一个工作辊被驱动，在所述超细辊轧机中，所述一对工作辊中的两个工作辊被驱动；设置在包括所述后段的最终机架的、所述后段的至少两个机架的轧机出口侧的冷却装置，所述冷却装置通过冷却该轧件用于在轧制后防止精细组织引起晶粒长大。
在这里，“等效辊径”与异径辊轧机有关地指上下一对异径工作辊的直径平均值。
另外，该冷却装置最好是幕墙式冷却器。
在这里，“幕墙式冷却器”指这种类型的冷却装置，即通过象幕帘一样从上下方成层流状地使大量冷却水流动并且在整个宽度范围内冲击轧件的上下表面。
另外，在设置在前段及后段内的轧机中，至少设置在前段内的轧机最好包括多架CVC轧机。
在这里，“CVC轧机”是指包含有外径在轴长方向上连续变化的轧辊的并且轧辊可沿轴长方向移动(CVC轧辊)的轧机。
另外，异径辊轧机的那对异径工作辊的等效辊径或所述超细辊轧机的所述工作辊的辊径为550mm或更小。
另外，异径辊轧机的工作辊或超细辊轧机的工作辊配备有CVC功能及弯辊功能。
在这里，“CVC功能”指沿轴长方向使其外径在轴长方向上连续变化的轧辊移动地进行辊缝形状变化控制的功能。而“弯辊功能”是指使弯辊力(弯曲力矩)作用于轧辊地改变辊缝形状的功能。
另外，该热轧设备最好还具有给所述轧机的轧辊提供润滑剂的润滑剂供给装置，所述润滑剂供给装置设置于在设置于所述前段和后段内的所述轧机中的至少任何一架轧机上。
另外，该润滑剂供给装置最好提供在润滑脂中含微粒固体润滑剂的润滑剂。
另外，该热轧设备最好还有将流体喷到所述轧件上并除去在所述轧件上的冷却水的喷流器，该喷流器在终轧机架的出口侧设置在所述轧件行走方向的该冷却装置的下游。
另外，该喷流器包括多个如此把高压水喷向该轧件的喷嘴，即从该轧件上方冲着该轧件行走方向的上游侧斜向下地喷射，从而使高压水在该轧件宽度方向上展开。
本发明涉及细晶钢的制造方法，它利用本发明的热轧设备来如此轧制所述轧件，即一边通过所述冷却装置冷却所述轧件来在轧制后防止精细组织引起晶粒长大，一边使所述轧制设备的后段中的所述轧件的累积应变为0.9或更大。
在这里，“应变”指下述值，即该值是在各轧机入口侧的轧件厚度h0与出口侧的厚度h1之差除以两者平均值而获得的。
            ε＝(h0-h1)/{(h0+h1)/2}
另外，“累积应变”指εc，即考虑到影响金属组织的强弱地权重计算后段的多架(例如3架，也可能是2架)轧机(因其作用小，所以忽略其上游轧机)中的应变并由此分别假定终轧机架、终轧前一架以及再前一架的应变为εn、εn-1和εn-2，由此得到
             εc＝εn+εn-1/2+εn-2/4
本发明的细晶钢制造方法使用任何前述的热轧设备来如此轧制轧件，即在轧制设备后段中的轧件的累积应变为0.9或更大。
另外，以20℃/s或更高的降温速度对就在离开所述终轧机架后的轧件进行冷却。
另外，轧件P最好含有0.5％或更少的碳含量以及5％或更少的合金元素含量。
本发明涉及连续热轧轧件地制造钢板的方法，其中将加热的轧件供给具有在前段和后段中串列地配备有多个轧制机架的轧制设备；一边使该轧件的累积应变为0.6或更高地用所述轧制设备轧制该轧件，一边在该轧制设备后段中的一个轧制机架的出口侧冷却所述轧件。
另外，轧件终轧温度最好定为从Ar3相变点-50℃以上到Ar3相变点+50℃以下。
在这里，“终轧温度”指通过设置在轧件行走方向的轧制设备下游(在终轧机架下游几米远的地方)的温度计测量的轧件表面温度。
另外，通过轧制轧件而获得的钢板的内部铁素体平均粒径最好约为3μm-7μm。
本发明涉及轧制待轧材料并制造厚板的连续热轧方法，其中将加热的轧件供给具有如此串列设置在前段和后段中的多个轧制架的轧制设备，即它能够轧制轧件地制造钢板；一边在可供使用的终轧机架的出口侧冷却所述轧件，一边不使用所述轧制设备的设置于该后段内的多架轧机中的至少一部分而使用靠近所述轧制设备入口侧的至少三个轧制机架地如此轧制该轧件，即所述轧件的累积应变为0.25或更大或者在可供使用的终轧机架中的压下率为12％或更高。
在这里，“薄板”指厚度小于6mm的钢板，而“厚板”指6mm或更厚(小于50mm)的钢板提及的。
另外，轧件的终轧温度最好设定为不超过Ar3相变点+50℃。
在这里，“终轧温度”指通过装在轧件行走方向的轧制设备下游(在终轧机架下游几米远的地方)的温度计测量的轧件表面温度。
另外，通过轧制该轧件而获得的所述厚板的、在从板表面算起深达板厚的1/4的内部的平均铁素体粒径约为3μm-10μm。
附图说明
图1是表示本发明实施例的热轧设备的整体配置的侧视示意图。
图2A、2B和2C分别与图1所示轧制设备的前段轧机1有关地示意说明CVC功能。
图3是表示图1所示轧制设备的最终轧机6等的详细的侧视图。
图4是表示关于用图1所示轧制设备制造的钢板的铁素体组织晶粒的晶粒大小与屈服点之间的关系图。
图5A、5B和5C分别表示用图1所示轧制设备制造的钢板的在上表面附近、板厚中心附近及底面附近的结晶组织。
图6是表示异径辊轧机的工作辊的等效辊径与轧制负荷之间关系的曲线图。
图7是表示通过异径辊轧机减轻边缘减薄的曲线图。
图8是表示在使用润滑剂时的轧辊表面磨损减轻效果的曲线图。
图9是示意表示根据图1所示实施例的变型的热轧设备的整体配置的侧视图。
图10是示意表示根据本发明另一实施例的连续热轧设备的整体配置的侧视图。
图11A、11B和11C分别示意地表示图10所示轧制设备的前段轧机10的CVC功能。
图12是表示图10所示轧制设备的后段轧机40-60及其附近的细节的侧视图。
图13是表示通过测试轧制而获得的各种钢板的累积应变与铁素体粒径之间的关系的曲线图。
图14是表示通过测试轧制而获得的各种钢板的结束温度(终轧温度)与铁素体粒径之间的关系的曲线图。
图15是表示通过测试轧制而获得的各种钢板的铁素体粒径与抗拉强度之间的关系的曲线图。
图16是表示通过测试轧制而获得的各种钢板的铁素体粒径与延伸率之间的关系的曲线图。
图17是表示通过测试轧制而获得的各种钢板的铁素体粒径与抗拉强度×延伸率之间关系的曲线图。
图18A、18b和18C分别表示通过采用图10所示轧制设备的轧制方法实施例而获得的钢板的在顶面附近、内深1/4厚度的内侧附近及厚度中心附近的结晶组织。
图19A、19B和19C分别表示通过本发明实施例D而获得的钢板的在顶面附近、内伸1/4厚度的内侧附近以及厚度中心附近的结晶组织。
图20是表示通过本发明实施例制成的钢板的铁素体粒径、抗拉强度和屈服点之间关系的曲线图。
图21是表示通过本发明实施例制成的钢板以及普通钢板(非细晶钢板)的摆锤冲击值的温度变化的曲线图。
图22是表示通过本发明实施例制成的钢板的脆裂率的温度变化的曲线图。
具体实施方式
以下，参考附图来说明本发明实施例的热轧设备及使用该热轧设备实施的细晶钢板制造方法。
根据图1所示实施例的热轧设备是一台精轧设备并且一个加热炉及一个粗轧设备被安置在轧件P行走方向的上游(图中未示出)，一条输出辊道及一台卷取机设置在下游(图中未示出)。如此组成该热轧设备，即通过连续轧制已在上游经过粗轧的轧件P，制造出具有精细铁素体组织的细晶热轧钢板。
首先，作为构成热轧设备前段3架轧机，串列设置所谓的CVC轧机1、2和3。最靠近热轧设备入口的CVC轧机1构成如图1所示的由工作辊1a和1b及支承辊1c和1d组成的四辊轧机，该工作辊1a和1b具有如图2A所示的凸度(CVC，即直径连续变化)。如图2B和2C所示的工作辊1a和1b可以在轴长方向上同时相对运动(移动)，因此，可以调整轧辊间位置关系即辊缝。工作辊1a和1b的直径取为700mm，而向前及向后的最大移动量设定为100mm。另两架CVC轧机2、3在构造和功能上与CVC轧机1相同。
象这样在前段设置CVC轧机1、2和3的原因是要使轧件P的中心凸厚部(形状)保持合适。在后段的异径辊轧机4、5和6(后面进行描述)中，容易形成由轧制产生的加工热量导致的热凸度等，所以预先通过安装在前段的CVC轧机1、2和3来矫正板的中心凸厚部并且减小轧件P的中间收缩。
即，CVC轧机1、2和3与简单地进行弯辊的装置相比具有更大的辊缝形状变化能力，由于轧件厚且易进行凸度控制的前段部分设置在中心，所以在调节板中心凸厚部及施加大压力的后段上防止板不稳定通过是有利的。
另外，作为紧跟前段的后段的3架连续轧机，根据该实施例的热轧设备具有串列的所谓异径辊轧机4、5和6。包括前述CVC轧机1、2和3在内的所有6架轧机的机架间距全部相等，如为5.5m。从CVC轧机1算起是第4架的异径辊轧机4被构造成如图1所示地由工作辊4a和4b及支承辊4c和4d组成的四辊轧机，工作辊4a和4b如图所示地有不同直径。
而且，只有工作辊4a和4b的大直径下辊4b被一台电机(未示出)驱动转动，如此构成小直径上辊4a，即它可无驱动力地自由转动。工作辊4a和4b分别配有一个弯辊机构(图中未示出)，从而可以使工作辊4a和4b弯曲。另外，工作辊4a和4b被赋予CVC功能并且能够使其在长轴方向上前后移动100mm以内。
因为工作辊4a和4b被赋了弯辊功能和CVC功能，所以提高了轧件形状控制能力并且可以获得优良的钢板外形。
工作辊4a的直径为480mm且工作辊4b的直径为600mm，是两者平均值的等效辊径为540mm。在这样的结构和功能方面，靠后的另两架异径辊轧机5和6与异径辊轧机4没有差异的。另外，尽管异径辊轧机4、5和6的工作辊的等效辊径可以为小于540mm，但从强度的观点出发，其最好是400mm或更大。
由于这三架异径辊轧机4、5、6的等效辊径较小并且因只有一个工作辊(4b等)被驱动而使剪切力作用于轧件P，所以，即便轧制负荷较低，也可以进行大压下率(如50％的压下率)的轧制。因此，能够在轧制负荷低的情况下进行在轧件P中形成精细铁素体组织的大压下轧制。另外，因为轧制负荷低，所以也不会出现由辊压扁及边缘减薄造成的缺点。
图6的曲线图X3示出了这样的情况，即当第6架异径辊轧机6以相等压下率(48％)轧制厚2.3mm、宽730mm的钢板(成分为0.16％的C，0.22％的Si及0.82％的Mn)时，工作辊的等效辊径与轧制负荷是如何变化的。
另外，图7所示的曲线X5表示当某异径辊轧机5、6(工作辊5a和5b的直径为480mm，工作辊5c和5d的直径为600mm，每个轧机的等效辊径为540mm)轧制与图6所示相同的钢板时所产生的边缘减薄。另外，为了对比，图7所示的曲线X4示出了当工作辊被制成同样粗细(600mm的中等直径)并且轧制相同的钢板时的边缘减薄。
另外，作为此实施例的一个变型例，如图9所示，设置在后段内的轧机可以代替异径辊轧机4、5、6地变成包括一对直径小于600mm的工作辊4a’和4b’的超细辊轧机4’、5’和6’。
另外，在此实施例的热轧设备中，为所有6架轧机1-6的每个工作辊配备润滑剂供给装置。该装置如图3中所示符号5e、5f、6e和6f地例如由朝向每个工作辊面的喷口和润滑剂供给泵组成。另外，作为实例的一个变型例，不直接将润滑剂供给每个工作辊面，而是通过将润滑剂供给轧件P表面，从而间接供给辊面。
另外，在此实施例的热轧设备中，润滑剂用来避免每个辊面磨损，而不是用来降低摩擦系数。因此，微粒固体润滑剂如包括油脂的磷酸钙、云母或碳酸钙可被用作润滑剂。通过混合那些固体微粒，在使用润滑剂时的各工作辊与轧件P之间的摩擦系数μ变得相当高，如0.28或更高。当保证这样高的摩擦系数时，适当防止了轧件P与辊的打滑。
当使用上述润滑剂时，上述微粒位于每个辊面和轧件P之间，可防止轧辊直接接触轧制材料，从而抑制辊面磨损，并且易于长期良好地保持轧件P的形状。另外，在润滑脂代替矿物油地包含固体微粒的情况下，存在这样的优势，即不用担心微粒会沉积在润滑剂存储容器中并且如此供给润滑剂，即固体微粒总是均匀散布在辊面上。
图8示出了因使用润滑剂而减轻轧辊磨损的效果，曲线X6表示不使用润滑剂的情况，而曲线X7表示使用润滑剂的情况。另外，图8的横轴表示工作辊负荷大小，纵轴表示工作辊磨损量。
另外，在此实施例的热轧设备中，幕墙式冷却器7A、7B和7C被设置在异径辊轧机4、5和6的出口侧，以冷却器7B为例进行说明。如图3所示，冷却器7B使大量常温冷却水层流状(幕墙式，厚10mm或更厚，最佳为16mm)地从上下喷头7Ba和7Bb中冲向轧件P的整个横面上，从而强烈冷却轧件P。冷却水量可在100m3/h-500m3/h/轧件P单位宽度(lm)范围内调节并且轧制材料P的温降速度为20℃/s或更高。在幕墙式冷却器中，通常使用350m3/h/单位宽度的冷却水。当钢板厚度和速度之积为1200mm·mpm时，这样的轧件P的温降速度达到60℃/s-80℃/s(包括由加工发热引起的升温，约40℃/s)。其它冷却器7A和7C也具有相同的结构和功能。
另外，在此实施例的热轧设备中，幕墙式冷却器设置在后段轧机4、5和6的出口侧。但是，冷却器的设置数量不限于此并且可以完全随着轧件种类而改变。
通过使用幕墙式冷却器7A、7B和7C，抑制了在轧制期间内由于加工发热而引起的轧件P升温并且使轧件P保持在适于大压下轧制法或控轧法的温区内，并且在轧制后抑制了精细组织的长大。
另外，在图1所示热轧设备下游的输出辊道(图中未示出)同样通过冷却水以10℃/s或更高的速度冷却轧件P，以防止晶粒长大。
在图1所示的热轧设备中，喷水器8离幕墙式冷却器7C约几百毫米到1米地设置在最终的异径辊轧机6的出口侧。这是为了通过冷却器7C来去除留在轧件P上表面上的冷却水。如图3所示，喷水器8有多个喷嘴8a(在此实施例中共4个)，它们分别将300升的约10kg/cm2的高压水从轧件P上方向着轧件P行走方向的上游侧斜向下地喷射到轧件表面上，喷射水与轧件P上表面的交角为65°(或50°-80°)。如图3所示，在轧件P长度方向上，按一定间隔并且在其宽度方向也按一定间隔地设置多个喷嘴8a。喷嘴8a吹拂水地使水在轧件P宽度方向上铺开，在轧件P宽度方向上的展开角最好设为15°-30°，在长度方向上的展开角最好设为1°-10°(在此实施例中，其分别设为21°和3°)。
能通过使用这样的喷水器8顺利除去因冷却装置7工作而留在轧件P上的冷却水，从而可以通过安装在下游的各测量仪器适当地进行与轧制后的轧件P即成品钢板有关的各种测量。在这里，由于水比空气重，所以它易被赋予动能并且易于获得，因此水适用作喷射流。产生良好作用的原因可被认为是，通过向着上游斜向下地吹送高压水而能防止冷却水到达下游(测量仪器侧)，而且通过使用在轧件P宽度方向展开的喷嘴而能在轧件P上表面的整个宽度范围内除去冷却水。
此外，为各架轧机的工作辊配备了如图3所示地轧辊冷却水喷嘴(如符号5i、5j、6i、6j)和除去由此而来的冷却水的排水板(如符号5g、5h、6g、6h)。
接着，说明使用上述热轧设备(图1)进行热轧的实施例。
关于具有0.16％的C、0.2％的Si和0.82％的Mn的化学成分的钢(不包括其它重要成分)，厚2.33mm、宽730mm的钢板是在三种条件下(实施例1-3)通过图1所示的轧制设备制成。下面的表1-1示出了实施例1的道次程序表(轧制条件)，表1-2示出了实施例2和3的道次程序表。另外，表1-3表示在实施例1-3中的幕墙式冷却器7A、7B和7C的使用情况，表1-4表示在实施例1-3中在终轧机架6后测定的轧件P的终轧温度。在各表中，“粗轧坯”表示一个粗轧设备，而“F1”-“F6”表示第一架到第六架轧机1-6。另外，轧制速度没有特别限定，采用一般的热带材轧机长用的轧制速度(如7m/s-9m/s)。
[表1-1]
实施例1：道次程序表(累积应变＝0.65)
  粗轧坯   F1   F2   F3   F4   F5   F6
  板厚   Mm   40   22.82   12.55   7.53   4.89   3.33   2.33
  压下率   ％   43   45   40   35   32   30
  应变   -   0.55   0.58   0.50   0.42   0.38   0.35
  累积应变   -                                                                                 0.65
[表1-2]
实施例2、3：道次程序表(累积应变＝0.92)
  粗轧坯   F1   F2   F3   F4   F5   F6
  板厚   Mm   40   25.96   17.39   12.17   7.06   3.88   2.33
  压下率   ％   35   33   30   42   45   40
  应变   -   0.42   0.40   0.35   0.53   0.58   0.50
  累积应变   -                                                                                 0.92
[表1-3]
冷却条件(幕墙)
  实施例   F4后表面   F5后表面   F6后表面
  1   未用   未用   使用
  2   未用   未用   使用
  3   使用   使用   使用
[表1-4]
温度条件
  实施例   终轧温度，℃
  1   800～850
  2   800～850
  3   750～780
表1-5示出了分别由实施例1-3获得的热轧钢板的铁素体粒径及机械性能。在表1-5中，“TS”表示抗拉强度，“YP”表示屈服点，而“EL”表示延伸率。另外，在表1-5中，还记录了如表1-1到表1-3所示的主要轧制条件。
[表1-5]
轧制条件以及机械性能
  实施例   幕墙冷却   累积应变   铁素体粒径   TS kg/mm2   YP Kg/mm2   EL％
  1   F6   0.65   6～9   45～50   30～40   25～30
  2   F6   0.92   4～4.5   55～65   45～55   25～30
  3   F4、F5、F6   0.92   3.5～4   57～65   49～57   26～30
TS：抗拉强度，YP：屈服点，EL：延伸率
如表1-5所示，在累积应变(上述权重计算值εc)为0.92的实施例2、3中，可获得具有粒径约为4μm的铁素体组织及机械性能出色的钢板。在幕墙式冷却器7A-7C用在后段的3架(F4-F6)轧机出口侧(后表面)的实施例3中，获得了具有直径约为4μm或更小的铁素体组织以及机械性能特别出色的钢板。
图4表示通过实施例1-3获得的钢板的铁素体组织晶粒的晶粒大小(粒径D(μm)的-1/2次方)与屈服点之间的关系。如图所示，当后段的3架轧机的累积应变为0.65(示于图4的组X2)时，晶粒大小为0.43或更小(5.4μm或更大的粒径)并且屈服点不够高。但当累积应变为0.92时，晶粒大小变为约0.5(约4μm的粒径)且屈服点提高到45kg/mm2或更高。
而且，图5A、5B和5C分别显示在实施例3中获得的钢板的在顶面附近、板厚中心附近及底面附近的结晶组织。在板内的任何部分上，形成粒径约为3μm的精细铁素体组织。
如上所述，根据此实施例，可以顺利地制成含有精细铁素体组织及包括抗拉强度、延展性、韧性及疲劳强度在内强度均衡性出色的细晶热轧钢板，该钢板也可以工业化生产，理由如下：
a)设置在后段的2架或更多的异径辊轧机4、5和6或超细辊轧机4’、5’和6’因等效辊径或工作辊(对)直径都小而能够在低轧制负荷下实现大压下轧制，即压下率高的轧制。这是因为，随着工作辊直径变小，在相同压下率下的轧制负荷减小并大致与工作辊直径成比例(参考图6)。当轧制负荷减小时，消除了因辊压扁而不能进行压下率高的轧制的现象并且因轧辊的扁平变形量减小而减轻了边缘减薄(参考图7)。
b)安装在后段内的幕墙式冷却器7A、7B和7C抑制了随着累积应变为0.9或更大的大压下率轧制而产生的由轧件P加工发热引起的升温。冷却器7A、7B和7C通过上述流动的大量冷却水强烈冷却钢板P，所以即使轧件P被加速，冷却器也可以使钢P保持在适于实现大压下轧制法的温区内(如Ar3相变点到Ar3相变点+50℃)。通过在轧制后立即强烈冷却轧件P，可以阻止轧件P中的铁素体组织晶粒长大，并且成品钢板中的铁素体组织晶粒的直径可以细到如约4μm或更小。因为冷却器7A、7B和7C不仅设置在最终机架6的出口侧，而且设置在后段的至少2架轧机的出口侧，所以有效地散去了在最终机架6和此前机架的轧制时所产生的热量并且适当地保持温度。因为冷却器7A、7B和7C设置在每架轧机的出口侧，所以轧件P在被每架轧机轧制后立即被强烈冷却，由此也确保了阻止精细组织晶粒的长大。另外，由于冷却器7A、7B和7C将水冲到轧件P的整个宽度范围内，所以能够在宽度方向上无偏重地均匀冷却轧件P。
如上所述，根据该实施例，与实施大压下轧制法有关的问题i)和ii)得到了解决，并且可以借助成普通热带材轧机形式的轧制设备来顺利地制造细晶钢板并且可以实现细晶钢板的工业化生产。
另外，当适当地使用幕墙式冷却器7A、7B和7C把轧件P温区保持在700℃-800℃(温区)时，含Nb和Ti的钢被用作轧件P，也可以稳定地实现上述控轧法(随后可以制造细晶钢板)。
另外，当轧制含0.5％或以下的碳及5％或以下的合金元素的轧件时，因机械性能均衡(从抗拉强度及延展性等角度出发是通用的)及焊接能力强等，有这样的成分的细晶钢板被广泛使用，并且因比较便宜而易于获得，而且由于它可以回收，所以人们会迫切需要这种材料。因此，有这样的成分含量的钢板对社会的贡献大并且生产起来十分经济合理。
通常，当碳含量增加时，铁素体量减少且获得主要由珠光体组成的钢。但根据此实施例，即使碳含量相同，铁素体量也可增加，并且当碳含量小于0.5％时，可以获得主要由铁素体构成的组织。
另外，不管在轧件P中是否有除碳以外的合金元素，此实施例也获得了优良的结果。但为了将从Ar3相变点到Ar3相变点+50℃的温区设定为700℃-900℃，此温区最适合作为热轧的温区，最好根据合金元素总量来调整相变点温度。但当合金元素总量大于5％时，Ar3相变点变得非常低并且不易获得细晶。
接着，说明根据本发明另一实施例的热轧设备和热轧方法。
根据上述实施例的热轧方法主要通过后段轧机来强烈压下(即，累积应变为0.9或更大的压下量)轧件并且使钢板保持在适当温度下并由此制造出铁素体粒径约为4μm或更小的高品质细晶钢板。为实现这种方法，图1所示的热轧设备采用了通过较低轧制负荷进行所需压下量并强烈冷却轧件的结构。由此一来，如果压下量足够高地强烈冷却(温控)轧件，则通过通常的串列轧制设备可以工业化生产出品质非常高的细晶热轧钢板。
但在上述实施例中，存在着关于减轻施加于设备的负荷或最有效运行并制造细晶热轧钢板的改进空间。即，通过进一步研究压下量及冷却条件对轧件金属组织的影响，尽可能抑制质量(铁素体粒径等)下降，由此能够放宽制造条件地低成本制造细晶钢板。
通过从这样的费效比方面来改善轧制法，容易工业化生产出完全实用的但质量水平(粒径等)略低的细晶钢板。如上述实施例所说的大压下量等在不考虑钢板质量的情况下通常是不可或缺，则与轧制设备构造以及轧辊消耗有关地提高了生产成本，而且由伴随大压下的轧件加工发热导致了，冷却装置也需要较高的设备成本和运行成本。
根据此实施例的热轧设备和方法解决了这些问题。
根据图10所示实施例的连续热轧设备是用于轧件P的所谓精轧设备并且在轧件P行走方向的上游(图中未示出)设有一加热炉和一粗轧设备，在下游(图中未示出)设有一输出辊道和一卷取机。热轧设备由总计6架各带轧辊的串列轧机10-60组成，它连续轧制在上游经过粗轧的轧件P并制造出通常厚约2mm-16mm的各种热轧钢板。在顺利进行制造有普通内部组织(平均铁素体粒径为10μm或更大)的钢板的普通轧制的同时，通过适当设定运行条件来实现细晶钢的轧制，也就是，制造有精细铁素体组织的细晶热轧钢板，图10所示轧制设备的结构如下。
首先，作为前段的3个机架，串列设置所谓的CVC轧机10、20和30。靠近热轧设备入口侧的CVC轧机10成如图10所示的由工作辊101a和101b及支承辊101c和101d组成的四辊轧机的形式，工作辊101a和101b具有如图11A所示的凸度(CVC，直径连续变化)。如图11B和11C所示的工作辊101a和101b可以在轴长方向上同时相对运动(移动)，因此可调整轧辊之间的位置关系即辊缝。工作辊101a和101b的直径定为700mm并且最大的前后移动量被定为100mm。另两架CVC轧机20和30在构造和功能上与CVC轧机10相同。
象这样在前段设置CVC轧机10、20和30是要使轧件P的中心凸厚部(形状)保持合适。在以后要描述的后段的异径辊轧机40、50和60中，在轧制细晶钢时，容易形成由轧制加工发热而引起的热凸度，所以预先通过装在前段内的CVC轧机10、20和30来矫正板的中心凸厚部并且可以减小轧件P的中间收缩。CVC轧机10、20和30的工作辊101a和101b分别通过一个减速齿轮箱及一个万向接轴(都未示出)与有一个变速控制装置的AC电机(未示出)相连。
作为后续的三个机架，串列设置所谓的异径辊轧机40、50和60。包括前述CVC轧机10、20和30在内的所有6架轧机的机架间距全都相等，如为5.5m。从CVC轧机10算起的第4架异径辊轧机40成由如图10所示的工作辊104a和104b及支承辊104c和104d组成的四辊轧机的形式，在此实例中，工作辊104a和104b具有不同直径。只有工作辊104a和104b的大直径下辊104b被一个通过减速齿轮箱子(未示出)及万向接轴相连的电机(图中未示出，是有变速控制装置的AC电机)驱动转动，如此构成小直径上辊104a，即它可以无驱动力地自由旋转。工作辊104a和104b分别配有一个弯辊机构(图中未示出)，所以，可以使工作辊104a和104b弯曲。另外，工作辊104a和104b被赋予CVC功能并且可以在轴长方向上前后移动100mm以内。工作辊104a的直径为480mm，工作辊104b的直径为600mm，是两者平均值的等效辊径较小，如为540mm。在上述结构和功能方面，靠后的另两架异径辊轧机50和60与异径辊轧机40是相同的。
因其等效辊径较小并且因只有一个工作辊104b被驱动而使剪切力作用在轧件P上，所以，这三架异径辊轧机40、50和60甚至可以在相当低的轧制负荷下进行大压下率(如50％的压下率)轧制。因此，轧制细晶钢的大压下轧制可以在非常低的轧制负荷下进行，另外，此时，由于轧制负荷低，所以即使轧制约2mm厚的薄板，也可以避免因辊平坦度和边缘减薄而导致的缺点。
为连续进行细晶钢轧制，需要充分冷却轧件P并且使其保持在适当的温区内，所以在热轧设备最后段的每架轧机40、50和60之前和/或之后都设有如图10所示的幕墙式冷却器107(图12所示符号107A-107H)。冷却器107是成幕帘(幕墙形状)形式地使大量常温冷却水(层流，如图12所示符号f)从装在上面或下面的喷头中冲击轧件P的整个横向面。成幕帘状的冷却水的厚度(幕厚度)必须为10mm或更大，从冷却效果的观点出发，它最好约为16mm。每个冷却器107的冷却水量可以在100-500m3/h/轧件单位宽度(1m)的范围内调整，被冷却的轧件P的温降速度设定为20℃/s或更高。当增大压下量时，使用350m3/h/单位宽度的冷却水。但当板厚和速度之积为1200mm·mpm时，轧件P的温降速度达到60℃/s-80℃/s(包括因加工发热而引起的升温，约40℃/s)。
图10中示的多个冷却器107如图12所示地设置在轧件P的上表面和底面上，在轧件P上表面上，冷却器107A、107B、107D、107E和107G分别设置在轧机40的后面、轧机50的前面和后面及轧机60的前面和后面，在轧件P的底面上，冷却器107C、107F和107H分别设置在轧机40、50和60的后面。其中，冷却器107H在终轧机架60的后部被装在辊道T的支架上，其它冷却器107A-107G被固定在各架轧机的牌坊上。
通过在后段的3架轧机40、50和60的各出口侧使用幕墙式冷却器7，即便使用此实施例的热轧设备来实现伴随有显著加工发热的大压下轧制法和控轧法，也抑制了轧机40、50和60的升温并且使轧件P保持在适当的温区内，而且，可在轧制后抑制精细组织的晶粒长大。另外，即便在图10所示的热轧设备下游的输出辊道(未示出)上，轧件P同样被冷却水冷却，以防止晶粒长大。
另外，如图10所示，在热轧设备中，喷水器108设置在最后一架轧机60的出口侧并且在下游距幕墙式冷却器(107G、107H)有几百毫米-1米。它是除去因多个冷却器107G和107H而留在轧件P表面上的冷却水的机构，它通过多个喷嘴(未示出)从轧件上方向着轧件行走方向的上游斜向下地把高压水喷想轧件P的上表面，从而使水在轧件P的宽度方向上展开。通过使用喷水器108，可以顺利地去除因冷却装置107工作而留在轧件P上的冷却水，从而可以通过各种测量仪器(温度计等，未示出)适当地测量与轧制后的轧件P有关的各个值(终轧温度等)。当测量精确度高时，可以通过控制冷却水量等来精确地控制如终轧温度这样的轧制条件。
通过一个装在喷水器108下游的并且在下游距离终轧机架60约2m远的温度计来测量钢P的终轧温度并且通过一个接收测量结果的计算操作装置(图中未示出)来增减每个幕墙式冷却器107(尤其是保持终轧机架60的冷却器107E、107G和107H)的冷却水量。通过反馈控制来控制终轧温度并且使其保持在适当的范围内。
在有上述构造的连续热轧设备中，可以保证优良生产力地以足够高的速度(如7m/s-9m/s)制造约2mm-6mm厚的优良的细晶热轧钢板。具体地说，通过轧制获得0.6或更高的累积应变(上述权重计算值εc)以及通过在每个后段轧机40、50和60后的幕墙式冷却器107进行强烈冷却，通过将含碳量和合金元素量低的钢用作轧件，可以制造平均铁素体粒径约为3μm-7μm的细晶钢板。虽然某些细晶钢的延伸率较小，但可以消除这样的缺点。后面要描述的实施例就是这样的例子。
可实现这种优良产品是因为，在严重影响金属组织的后段轧机架中，通过使用有较高冷却能力的幕墙式冷却器107，使轧件P的温度保持在适当的范围内，通过小直径异径辊轧机40、50和60，可实现大压下率轧制，从而产生上述累积应变。在轧机40、50和60中，可避免辊压扁和边缘减薄，中心凸厚部可以通过轧机10、60的CVC功能来控制，所以在将钢板制造得更薄的后段中，也可以抑制轧件P的蛇弯及形状恶化。因此，在此实施例中，可以很顺利地轧制细晶钢板并可形成形状很精确的钢板。
发明人通过使用图10所示的热轧设备并且不同地改变轧件的冷却程度(终轧温度)及压下量(累积应变)而进行的许多试验和研究发现了能够在上述条件下制造出满意的细晶钢板。这种试验和研究以及与获得满意的细晶钢板的实施例有关的数据如下所示。
通过使用此实施例的连续热轧设备并且不同地改变道次程序及表2-1所示钢种(不包括其它重要组成)的终轧温度，进行试轧制。但在各种情况下，终轧机架60出口侧的钢板厚为2mm-3mm并且轧制速度为8m/s-9m/s。
[表2-1]
钢的化学成分(重量％)
相变点(℃)
  C   Si   Mn   Ar3
  实施例   0.16   0.2   0.8   785
对于通过试轧制而获得的许多钢板而言，测量厚度中心的铁素体粒径并且检查轧制期间的累积应变与结束温度(终轧温度)之间的关系。累积应变(横轴)与铁素体粒径(纵轴)之间的关系如图13所示。在图中，符号●表示终轧温度在Ar3相变点±10℃范围内时的数据，▲表示终轧温度变成低于Ar3相变点-10℃时的数据，■表示终轧温度变成高于Ar3相变点+10℃时的数据(图13-17)。
根据图13，当终轧温度高于Ar3相变点+10℃时，略微看到铁素体粒径随累积应变增加而减小的趋势，当终轧温度不同时，即使累积应变增大，铁素体粒径也几乎不减小。
另一方面，图14以终轧温度为横轴地表示与铁素体粒径(纵轴)的关系。图14示出了铁素体粒径在终轧温度降低时径明显减小。
另外，在检查各成品钢板的机械性能及其结果与铁素体粒径等相关的并记录在图15-17中的各图中，横轴表示粒径(μm)的-1/2方值。
图15表示铁素体粒径与抗拉强度(MPa)之间的关系，图16表示铁素体粒径与延伸率(％)之间的关系。如图所示，当铁素体粒径减小(横轴右侧)时，抗拉强度趋于提高，直到当终轧温度变成低于Ar3相变点-10℃(图中▲)时，铁素体粒径细化而延伸率减小。当终轧温度低于Ar3相变点-10℃时，和铁素体粒径细化时一样，抗拉强度与延伸率的乘积(MPa×％)如图17所示地也减小了。
在这些结果的基础上，可以确定下列事实。即：
a)通过此实施例的轧制设备(图10)，设置较低的终轧温度比设置更高的累积应变能更有效地获得铁素体细小的细晶热轧钢板。
b)但当终轧温度明显低于Ar3相变点时，即使进行了细化，也会减小延伸率，从而降低强度的优势。
c)考虑到当实施大压下来增大累积应变时提高了与轧制设备的结构及轧辊磨损有关的成本，从费效比观点出发，最好使累积应变不太高，如0.6(最好0.65)或更大且小于0.9，并且精确控制终轧温度，从而获得细晶钢板。通过使终轧温度保持在Ar3相变点±50℃的范围内，可以制造出其铁素体粒径为4μm-6μm的且机械强度均衡性出色的细晶钢板。尤其是通过把终轧温度设定在如Ar3相变点-50℃至Ar3相变点+20℃的范围内，最好设定在如Ar3相变点-20℃至Ar3相变点+50℃的范围内，由此获得抗拉强度高且延伸率也出色的钢板。但从各强度及其均衡性的角度出发，最好使终轧温度保持在Ar3相变点±10℃的范围内。
在表2-2至2-4和图18中介绍了基于如此获得的知识地制造优良细晶钢板的实施例。另外，表中所示的“F10”至“F60”分别表示第一架至第六架轧机10-60。
表2-2示出了轧机10-60出口侧的板厚(“粗轧坯厚度”表示粗轧设备出口侧的板厚)、压下率(％)、应变、累积应变以及板宽，而表2-3示出了在每个轧机40-60后面的各幕墙式冷却器7的使用情况和结束温度(终轧温度)。表2-4显示了在表2-1至表2-3所示条件下获得的实施例的钢板在板厚中心部的铁素体粒径及机械性能。图18A、18B和18C分别表示该实施例的钢板在顶面附近的、内深1/4厚度的内侧附近及厚度中心附近的结晶组织。在每一部分中，都形成平均铁素体粒径约为4μm-6μm的精细组织。
另外，获得图13-17所示数据的轧制以及此实施例的轧制可通过此实施例的轧制设备(参考图10-12)来实现。但对于使用累积应变约为0.6-0.9的轧制来说，可以推断出，无须使用上述后段的异径辊轧机40-60。即，即使这些轧机有等效直径如约为600mm-700mm的上、下工作辊，也可以推断它们是够用的。另外，如果这种程度的累积应变是足够的，则伴随加工发热的热凸度估计是不明显，所以认为不必将CVC功能和弯辊功能赋予轧机10-60。
[表2-2]
  粗轧坯   F10   F20   F30   F40   F50   F60   板宽mm
  板厚   Mm   40   22.28   13.19   7.78   4.52   2.85   2.07
  压下率   ％   44   41   41   42   37   28   670
  应变   -   0.56   0.51   0.52   0.53   0.45   0.32
  累积应变   -                                                                                 0.68
[表2-3]
  F40的后表面   F50的后表面   F60的后表面   终轧温度，℃
  实施例   使用   使用   使用   782
[表2-4]
机械性能
  铁素体粒径，μm   TS Mpa   YP MPa   EL％
  实施例   4.5   519   431   34
TS：抗拉强度，YP：屈服点，EL：延伸率
根据此实施例的连续热轧方法，可以在适中的条件下非常低成本地制造有足够小的平均铁素体粒径、出色的机械性能以及实用品质足够高的细晶热轧钢板。
即，通过a)使用多机架轧机来实现累积应变如为0.6以上的大压下轧制b)在后段的每个多机架轧机出口侧强烈冷却轧件P，从而有效散走了在最终机架及此前机架中轧制时所发出的加工热量并且保持适当的温度(如使终轧温度保持在Ar3相变点±50℃的范围内)并阻止精细组织的晶粒长大，由此可以制成平均铁素体粒径约为10μm或更小的细晶热轧钢板。
通过发明者的最新研究，知道了通过上述处理能够获得细晶钢板。即，可以确定的是，在大压下轧制轧件以及强烈冷却的条件下，即使前者条件略微放宽(即，即使累积应变增大到0.9)，也可以制造出铁素体晶粒太粗的高品质细晶钢板。具体而言，就是平均铁素体粒径通过前述的累积应变和冷却可以减小到约3μm-7μm。
如果0.6或更高的累积应变就足够了，则显著降低了轧机尤其是后段轧机所需的压下率(约30％)，并且大大降低了设备所需成本及运行成本。因此，没有出现轧件P头端不能很好地被咬入任何轧机的打滑现象。
另外，当平均铁素体粒径为10μm或更小时，细晶钢板的机械性能明显好于粒径大于10μm的普通(非细晶钢)热轧钢板并预期能广泛使用。即，在具有上述化学成分和铁素体粒径的细晶钢板中，机械性能均衡性(从抗拉强度、延伸率及延展性的角度出发是通用的)好且焊接能力出色。因此，细晶钢板被广泛使用，由于相对低的价格而易于获得，而且它有优良的回收性，所以人们迫切需要这样的材料。因此，在制造这种钢板的该实施例轧制方法中，对社会的贡献大并且其生产的经济合理性也很高。
接着，将要说明本发明另一实施例的热轧方法。
此实施例的热轧方法涉及使用图10所示实施例的热轧设备来制造厚板的方法。
在图10所示的前述实施例的热轧设备中，在CVC轧机10、20和30及异径辊轧机40、50和60中，考虑到当轧制进行时，板厚减小而轧制速度提高，后段轧机的减速比降低并且工作辊的最大转数增大，同时设定低的最大输出力矩。轧机10-60的允许最大输出力矩值分别为125.0、98.2、61.4、34.1、22.7和19.5(单位为吨(tf).m)。
并且，通过使用图10所示的上述实施例的轧制设备的所有轧机10-60，在足以确保优良产品的速度(如7m/s-9m/s)下，可以制造出厚约2mm-6mm的优良细晶热轧钢板。具体地说，通过轧制来获得0.6或更大的累积应变(为上述权重计算值εc)并且通过在每个后段轧机40、50和60后面的幕墙式冷却器107进行强烈冷却，通过将含碳量和合金元素量低的钢用作轧件P，可以制造出平均铁素体粒径约为4μm-6μm的优选细晶钢板。尤其是，当累积应变为0.9或更大时，相同钢种的平均铁素体粒径可以减小到4μm或更小。后面将要说明的比较例A是一个有关例子(当εc＝0.6时)。可获得这种产品的原因在于，在严重影响金属组织的后段轧机架中，通过使用具有高冷却能力的幕墙式冷却器107，使轧件P的温度保持在适当的温区内，通过小直径异径辊轧机40、50和60，可以实现大压下轧制并产生前述累积应变。在轧机40、50和60中，可避免轧辊压扁和边缘减薄并且通过轧机10-60的CVC功能来控制凸度，所以在将钢板制得更薄的后段中，可以抑制轧件P的蛇弯及形状恶化，这也是可轧制这种细晶钢的原因之一。
但当同样用终轧机架60代替薄板地制造厚6mm或更厚的厚细晶钢板时，输出力矩在终轧机架60(或还在此前的轧机50)中不够高，而且轧制可能不连续(电机停止)。原因在于，在厚板情况下，甚至当压下率几乎等于(或小于)薄板压下率时，接触弧长度大于薄板的接触弧长度，因此需要高轧制力矩。在终轧机架60及前面的轧机50中，如上所述地允许低的最大输出力矩，所以负荷变得高于功率，因此轧制不能连续。这种情况示于以下要描述的比较例中。
后段轧机不能实现足够高的轧制力矩的原因如下。首先，在后段轧机中，轧辊驱动系统应该对应于因随着轧制而板坯减薄而出现的轧制速度提高地成高速形式，并且与前段轧机相比，后段轧机通常被设定成转速高(即减小率低)但轧制力矩低的形式。另一方面，当轧制厚板时，即使压下率与轧制薄板时相同，入口侧的接触弧长度(接触长度)也大(接触角度大)，所以所需力矩明显大于轧制薄板时的力矩。因此，在后段力矩低的轧机中，尽管薄板可以顺利轧制，但要对厚板采取设备功率所需的增压措施，因而难于制造厚细晶钢板。
另外，没有发现指出上述与通过串列多机架轧机设备来制造厚细晶钢板有关的问题的文件。在说明书所述的在专利公开文献中描述的现有技术作为相关技术地涉及制造厚3mm或5mm或更薄的薄细晶钢板，或者使用可逆式轧制设备进行制造。
因此，为使用图10所示的前述实施例的连续热轧设备即制造薄细晶钢板的连续热轧设备来制造厚度6mm或更厚的厚细晶钢板，发明人在下述的a)-d)情况下操作轧制设备。即：
a)不使用低输出力矩的终轧机架60。当允许最大输出力矩小于从板厚、压下率及变形阻力计算出的所需力矩时，甚至不使用前段轧机40和50。因此，根据道次程序，从比终轧机架60更靠近轧制设备入口的轧机10-50中选择并使用满足轧制力矩的3架或更多架轧机。
b)道次程序是这样决定的，即累积应变设为0.25或更大(最好是0.29或更大)，或通过所用3架以上轧机中的终轧机架将压下率设为12％或更高(最好是14％或更高)。原因在于，除非在下游强烈影响金属组织的轧制在定量以上的压下率下进行，否则难于使铁素体粒径变小。
c)使用幕墙式冷却器107强烈冷却钢板(以便将表面温降速度控制到约40℃/s)。至于冷却器107，在经过轧机的终轧机架后立即使用。最好使用包括终轧机架前的冷却器的所有冷却器107(107A-107H)。这是为使铁素体粒径变得更小，关键是在轧制后立即充分冷却轧件P，以使其保持在适当温区内并精确抑制轧制后的晶粒长大。
d)通过c)冷却，控制终轧温度(通过在下游离终轧机架60几米远的温度计测量的轧件P的表面温度)不超过Ar3相变点+50℃(最好是Ar3相变点或更低)。尽管也希望有下限，但即使表面温度显著降低，也不会阻碍细晶钢生产。起原因可能是，不考虑表面温度，只要在约2m/s-3m/s的速度下轧制并制造厚6mm或更厚的钢板，靠近轧件P板厚中心的温度就保持在约Ar3相变点。
通过实现上述轧制，能够生产出在从表面起深达1/4厚度的内侧的平均铁素体粒径为5μm-10μm的细晶热轧厚钢板，其钢种为含碳0.5％以下和含合金元素5％以下。作为实施例C和D地示出了与制造这种厚钢板有关的数据。
关于通过连续热轧设备制造薄和厚的细晶热轧钢板，轧制数据如下所示。在表中，比较例A如上所述地涉及薄(厚度2.07mm)钢板的制造，而比较例B表示使用轧机10-60来制造厚钢板例子，该轧制不能连续。实施例C和D表示使用轧制设备顺利地连续制造厚的(厚12.2mm)细晶钢板。
首先，表3-1表示钢板化学成分(所示成分外的成分是不重要的)以及实施例中Ar3相变点的温度，比较例A-D和表3-2表示终轧温度(终轧温度)、每个钢板的板宽及在每个轧机40-60后面的幕墙式冷却器107的使用情况。表3-3表示每架轧机10-60出口侧的板厚(“粗轧坯厚度”表示粗轧设备出口侧的板厚)。表3-4、3-5和3-6表示当施加表3-3中的道次程序时，轧机10-60的压下率、应变、累积应变及所需的轧制力矩(ton.m)。
[表3-1]
钢的化学成分(重量％)                                            相变点
  实施例比较例   成分值C   成分值Si   成分值Mn   成分值P   Ar3[℃]
  比较例A   0.16   0.2   0.8   0.014   785
  比较例B   0.15   0.18   0.77   0.02   795
  实施例C   0.17   0.21   0.8   0.014   785
  实施例D   0.17   0.21   0.8   0.014   785
[表3-2]
道次程序表                                                冷却条件(幕墙)
  实施例比较例   终轧温度[℃]   平面宽度[mm]   F40的后面   F50的后面   F60的后面
  比较例A   782   670   使用   使用   使用
  比较例B   757   660   使用   使用   使用
  实施例C   679   660   使用   使用   使用
  实施例D   676   660   使用   使用   使用
[表3-3]
  实施例比较例   粗轧坯厚   F10的板厚[mm]   F20的板厚[mm]   F30的板厚[mm]   F40的板厚[mm]   F50的板厚[mm]   F60的板厚[mm]
  比较例A   40.0   22.28   13.19   7.78   4.52   2.85   2.07
  比较例B   39.8   39.8   31.1   24.5   19.2   15.0   12.2
  实施例C   32.2   21.2   16.6   14.1   12.2   12.2   12.2
  实施例D   36.1   23.4   18.2   15.4   12.2   12.2   12.2
[表3-4]
  实施例比较例   F10的压下率[％]   F20的压下率[％]   F30的压下率[％]   F40的压下率[％]   F50的压下率[％]   F60的压下率[％]
  比较例A   44   41   41   42   37   28
  比较例B   22   21   22   22   19
  实施例C   34   22   15   14
  实施例D   35   22   15   21
[表3-5]
  实施例比较例   F10的应变[-]   F20的应变[-]   F30的应变[-]   F40的应变[-]   F50的应变[-]   F60的应变[-]   累积应变[-]
  A   0.56   0.51   0.52   0.53   0.45   0.32   0.68
  B   0.25   0.24   0.24   0.24   0.20   0.39
  C   0.41   0.24   0.16   0.15   0.29
  D   0.43   0.25   0.17   0.23   0.38
[表3-6]
  实施例比较例   F10的轧制力矩[ton.m]   F20的轧制力矩[ton.m]   F30的轧制力矩[ton.m]   F40的轧制力矩[ton.m]   F50的轧制力矩[ton.m]   F60的轧制力矩[ton.m]
  比较例A   112   59   48   31   19   16
  比较例B   38   36   25   23   23
  实施例C   73   28   14   18
  实施例D   85   33   17   30
根据表3-6，在不能连续轧制的比较例B中，终轧机架60所需的力矩大到23ton.m，这超过上述的轧机60允许最大力矩(19.5ton.m)。另外，在实施例D中，如表3-5所示，由于进行了如累积应变为0.38这样的大压下，所以如表3-6所示，所用轧机的终轧机架40需要高达30ton.m(即在更靠后的轧机50或60中无法实现的力矩)的大力矩。
对在各实施例和比较例A-D中形成的钢板进行铁素体粒径和机械性能的调查，其结果列在表3-7中。但是，在比较例B中示出了在无法轧制前暂时获得的钢板的数据。在比较例A中，所示粒径是在厚度中央测得的，而在比较例B和实施例C和D中，是从表面起深达1/4厚度的地方测得的。在表中，“TS”表示抗拉强度，“YP”表示屈服点，而“EL”表示延伸率，“L方向”表示长度方向(轧制长度)，而“C方向”表示宽度方向。在所有情况下，都发现可以获得铁素体粒径足够小且机械性能出色的钢板。
[表3-7]
机械特征
TS：抗拉强度，YP：屈服点，EL：延伸率
  实施例比较例   L方向的粒径[μm]   C方向的粒径[μm]   L方向的TS[Mpa]   L方向的YP[Mpa]   L方向的EL[％]   C方向的TS[Mpa]   C方向的YP[Mpa]   C方向的EL[％]
  A   4.5   4.5   519   431   34   528   495   34
  B   7.6   8.0   487   345   29   489   368   29
  C   6.6   6.7   519   387   26   530   419   25
  D   6.6   6.7   530   394   24   537   444   22
图19A、19B和19C分别表示通过实施例D获得的钢板的在顶面附近、内深1/4厚的地方及厚度中心位置上的结晶组织。在厚1/4的地方形成平均粒径为5μm-10μm的精细组织并且在厚度中心形成平均粒径为10μm或更小的精细组织。
另外，图20-22检查并整理出了在实施例D的轧制条件下制造的钢板的其它机械性能。即，首先，图20表示铁素体粒径、抗拉强度与细晶钢板(横轴表示铁素体粒径d(μm)的-1/2次方值)屈服点之间的关系。并且，对于同样的细晶钢板，图21显示了摆锤冲击值的温度变化及普通钢(非细晶钢板)的变化，而图22显示了脆裂率对温度的依赖性。另外，对制成的相同钢板的多个试验片进行基于JIS Z 3040的“焊接施工法的确认实验方法”的焊接接头的接头拉伸试验、接头弯曲试验、接头冲击试验、显微试验以及硬度分布检测试验，可以确定，细晶钢板的焊接能力是令人满意的。
如上所述，通过此实施例的连续热轧方法，使用设置用来制造薄板的多机架轧机，也能不引起由力矩不足带来的缺陷地制造厚细晶钢板。原因在于，即便终轧机架等后段轧机的力矩不够高，但如果不使用这些机架并且只使用靠近具有能够实现大轧制力矩但低速驱动的驱动系统的轧制设备入口的轧机，则在轧制接触弧度长的厚板时，也可避免力矩不足地进行充分压下。尽管因不使用最后段轧机而未提高轧制速度，但同样具有这样的优势，即因为轧制速度变慢，所以容易保证因是厚板而要延长的所需冷却时间。可以如上所述地轧制细晶钢板的原因在于，把如累积应变为0.25或更大(或终轧机架的压下率为12％或更高)的大压下施加到轧件P上并且在所用轧机的终轧机架的出口侧充分冷却轧件P。如上所述，轧机出口侧的冷却变得更强，可以获得铁素体晶粒更细的细晶钢。另外，在加强冷却的意义上，最好在最后段使用的轧机前也实施冷却，或者在后段的每架轧机的出口侧也实施冷却。
此实施例的连续热轧方法的特征尤其在于，终轧温度被设为不超过Ar3相变点+50℃。
当上述冷却能力受到控制且如上所述地设置终轧温度时，至少在钢板(如含有0.5％或更少的碳及5％或更少的合金元素的钢)的表面附近形成了铁素体粒径小于10μm或更小的精细组织。适于大压下轧制法的温区假定为从Ar3相变点到Ar3相变点+50℃。但根据发明人所做的试验，终轧温度在不超过上述的Ar3相变点+50℃的范围内就足够了。原因可以认为是，在厚板的情况下，即使表面温度低，内部温度也保持接近Ar3相变点。
另外，此实施例的连续热轧方法通过幕墙式冷却器107强烈冷却轧件P，所以，可顺利制成粒径特别细的细晶钢板。因为可实现均匀冷却，所以存在着在整个钢板宽度范围内能够使组织均匀化的优点。
此实施例的连续热轧方法的特征尤其在于，轧制含有0.5％或更少的碳及5％或更少的合金元素的轧件P并且可获得在从表面起内深达1/4厚度的内侧的平均铁素体粒径约为3μm-10μm的厚板。
具有上述化学成分及铁素体粒径的细晶钢板具有高的机械性能均衡性(从抗拉强度和延展性等方面出发是通用的)，并且其低温韧性和焊接能力强(如参考图20-22)。因此，这种细晶钢板被广泛使用，由于价格比较低而容易获得，另外，它具有优良的回收性，所以人们会迫切需要这种材料。因此，这种钢板对社会贡献大并且其生产的经济合理性也很高。

Claims (12)

1、轧制轧件地制造结晶晶粒直径不到5μm的细晶钢板的热轧设备，它包括：设置在前段中的轧机；设置在后段中的多机架轧机，所述多机架轧机具有带有等效辊径不到600mm的一对异径工作辊的异径辊轧机或带有各自直径不到600mm的一对工作辊的超细辊轧机，在所述异径辊轧机中，所述一对异径工作辊里的仅一个工作辊被驱动，在所述超细辊轧机中，所述一对工作辊中的两个工作辊被驱动；设置在包括所述后段的最终机架的、所述后段的至少两个机架的轧机出口侧的冷却装置，所述冷却装置通过冷却该轧件用于在轧制后防止精细组织引起晶粒长大。
2、如权利要求1所述的热轧设备，其特征在于，所述冷却装置是幕墙式冷却器。
3、如权利要求1或2所述的热轧设备，其特征在于，在设置于所述前段和后段内的轧机中，至少设置在该前段内的轧机包括多架CVC轧机。
4、如权利要求1或2所述的热轧设备，其特征在于，所述异径辊轧机的那对异径工作辊的等效辊径或所述超细辊轧机的所述工作辊的辊径为550mm或更小。
5、如权利要求1或2所述的热轧设备，其特征在于，所述异径辊轧机的工作辊或所述超细辊轧机的工作辊具有CVC功能以及弯辊功能。
6、如权利要求1或2所述的热轧设备，它还包括给所述轧机的轧辊提供润滑剂的润滑剂供给装置，所述润滑剂供给装置设置于在设置于所述前段和后段内的所述轧机中的至少任何一架轧机上。
7、如权利要求6所述的热轧设备，其特征在于，所述润滑剂供给装置提供在油脂中含有微粒固体润滑剂的润滑剂。
8、如权利要求1或2所述的热轧设备，它还包括：将流体喷到所述轧件上并除去在所述轧件上的冷却水的喷流器，该喷流器在终轧机架的出口侧设置在所述轧件行走方向上的该冷却装置的下游。
9、如权利要求8所述的热轧设备，其特征在于，该喷流器包括多个如此把高压水喷向该轧件的喷嘴，即从该轧件上方冲着该轧件行走方向的上游侧斜向下地喷射，从而使高压水在该轧件宽度方向上展开。
10、细晶钢的制造方法，其特征在于，利用如权利要求1至9之一所述的热轧设备来如此轧制所述轧件，即一边通过所述冷却装置冷却所述轧件来在轧制后防止精细组织引起晶粒长大，一边使所述轧制设备的后段中的所述轧件的累积应变为0.9或更大。
11、如权利要求10所述的细晶钢制造方法，其特征在于，以20℃/s或更高的降温速度对就在离开所述最终机架后的轧件进行冷却。
12、如权利要求11或12所述的细晶钢制造方法，其特征在于，所述轧件的碳含量为0.5％或更低并且其合金元素含量为5％或更低。
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