JP2001058202A - 熱間圧延設備及び圧延方法 - Google Patents

熱間圧延設備及び圧延方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ステッケル圧延設備の操業性を向上することに
ある。 【解決手段】ステッケル圧延設備の入側及び出側のうち
少なくとも一方に、炉内に巻き取り機を備えたファーネ
スコイラを設け、前記ステッケル圧延設備の入側及び出
側のうち少なくとも一方に設けたファーネスコイラと該
ステッケル圧延設備との間に、前記圧延機で圧延する圧
延材の温度を調整する装置を設ける。 【効果】ステッケル圧延設備の操業性を向上することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延設備及び
圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年高強度，高靭性等の製品の製造を目
的とした、高級炭素鋼の材料組成及び製造方法が数多く
提案されている。例えば、特開平10−147843号では、フ
ェライト領域での低温圧延による、深絞り性に優れた材
料組成及び製造方法が記載されている。
【０００３】また特開平7−18381号では、オーステナイ
ト領域であるＡ３点以上で圧延を完了する、深絞り性に
優れた材料組成及び製造方法が記載されている。このよ
うに、材料組成及び目標品質などにより、種種のプロセ
スによる製造が必要となる。これに対し、上記のような
製造プロセスを実現するに最適な製造設備ラインは、必
ずしも提供されているとは言い難かった。
【０００４】上記のような種種の製造プロセスを考慮し
た設備技術として、例えば特開平10−277601号がある。
これは、従来ホットストリップミルと言われている熱間
仕上げ圧延スタンド列の中間に、加熱又は冷却装置を備
えることを提案している。上記のような設備では、一般
に仕上圧延機は７スタンド程度設置されるのが普通であ
り、巨額な設備投資が必要となる。従って投資効率の観
点からは、生産量を極力多くせざるを得ず、特に薄板で
の圧延速度は１０００mpm 以上もの高速で、圧延される
のが通常である。このように高速で圧延される設備の仕
上げスタンド間に加熱・冷却装置を設けた場合、必要な
加熱又は冷却を達成するための加熱・冷却設備長が、非
常に長くなるという課題がある。
【０００５】このことは設備長を長くし、設備費を増加
させるのみでなく、圧延操業を格段に難しくすることを
意味する。即ち、長い冷却又は加熱装置内を高速で、圧
延材の先後端が通過する時に、蛇行の発生する危険が非
常に高くなるからである。例えば、圧延材後端の蛇行制
御に関しては、特開平9−38710号にも記載されているよ
うに、非常に高度且つ微妙な制御が必要とされる。特に
薄板，高速で且つスタンド間距離が長い場合には、益々
難しいものとなり、仕上げスタンド間に加熱・冷却装置
を設けることは、好ましいとは言い難い。
【０００６】上記を避けるため、仕上げスタンドの入側
に加熱・冷却を設け、温度制御を行わせることも考えら
れる。この場合、圧延材の走行速度は遅くなるが、板厚
の厚いところで加熱・冷却を行うことになる。従って、
圧延材の加熱・冷却効率は悪く、内部まで均一な温度に
制御しようとすると、結局加熱・冷却装置の長大化が避
けられないことになる。
【０００７】一方圧延機の前後に、炉内に巻き取り機を
設置した所謂ファーネスコイラを配した、ステッケルミ
ルと呼ばれている可逆式圧延設備がある。このステッケ
ル圧延設備は、従来主にステンレス鋼等の圧延に多用さ
れていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ステッケル圧延設備で
炭素鋼を圧延した場合の問題点は、先ず圧延材が炉内で
巻き取られ保持される工程を繰り返すことにより、圧延
材表面に酸化スケールが発生し、高品質な製品の製造が
困難であったことである。これに対し圧延の直前に、高
圧流体を圧延材表面に噴射し、表面スケールを除去する
デスケーリングが、通常行われている。しかしこれによ
り、特に２〜３mm以下の薄板を圧延する場合、各パス毎
にデスケーリングを行うと、圧延材の必要仕上げ温度が
確保できない、という問題があった。
【０００９】この解決策としては、例えば、１台のハウ
ジングに２セットの圧延ロールを組み込んだ所謂ツイン
ミルを用いた圧延設備が、特開平11−702号，特開平9−
239413号で開示されている。
【００１０】上記の技術により、ステッケル圧延設備で
のデスケーリングによる、温度低下というデスケーリン
グ課題は解決されたと言える。
【００１１】しかし、上記設備を用いた高級品質炭素鋼
の圧延では、更に金属組織的な問題がある。その１つ
は、特に圧延材先後端部の温度低下が、大きいことであ
る。これにより、圧延材長手方向の金属組織が均一にな
らず、歩留まりを低下させる要因となっていた。これに
対し特公平5−45327号では、圧延機とファーネスコイラ
間に第一の加熱装置を設けて、前記圧延材先後端部の温
度低下を防ぎ、更に圧延機とダウンコイラ間のホットラ
ンテーブル上に、第二の加熱装置を設けて圧延材全体に
亘って、温度を均一にする設備が開示されている。また
米国特許5755128にも、ステッケル圧延設備において、
加熱装置及び冷却装置を配置し、均一な温度で圧延する
発明が提案されている。これらの発明の主目的は、圧延
材温度を均一にすることで、圧延材の品質を均一にし、
且つ製品歩留まりの向上を図ることである。しかしこれ
らには、更に高強度材を得る等の、圧延材品質の画期的
向上を目的とした、圧延方法には一切言及されていな
い。
【００１２】また上記公知例には、別の大きな問題があ
る。それは圧延機のファーネスコイラ間に加熱装置又は
冷却装置等を設置するため、圧延機とファーネスコイラ
間の距離が長くなり、著しく操業が困難になることであ
る。これは、圧延材先端が巻き取り機で巻き取られるま
では圧延材に張力が作用しないため、この距離が長いと
板曲りによる蛇行の発生する確率が非常に高くなり、巻
き取り作業を著しく困難なものとすることによる。しか
もこれは、繰り返し圧延のパス毎に発生するため、従来
より圧延機とファーネスコイラ間の距離は、可能な限り
短くすることが望まれていた。
【００１３】また、例えば先の特開平10−147843号で開
示されている、Ｔｉ，Ｎｂ等の微量添加物を含む高強
度，高靭性炭素鋼を、ステッケル圧延設備で圧延する場
合にも問題がある。即ちステッケル圧延設備では、繰り
返し圧延される各パスにおいて、圧延材は高温雰囲気中
の炉内で巻き取られ、保持される工程を繰り返し受ける
ため、微量添加物を含む炭化析出物析出炭化物の集合肥
大化及び金属結晶組織の結晶粒の肥大化、という問題が
避けられないからである。
【００１４】一般に析出物は金属組織中に、微細且つ均
一に分散されるのが望ましい。これにより、金属組織結
晶粒の成長肥大化を防止する効果が、非常に高くなるか
らである。しかし、文献「低炭素Ｎb鋼におけるオース
テナイト域熱間加工時のＮbＣ析出モデルの開発」鉄と
鋼 第７５年（１９８９）第６号に掲載されているよう
に、圧延加工を施した場合の析出速度は、一般に速くな
ることが知られている。これに対しステッケル圧延設備
では、圧延加工された圧延材が炉中で巻き取り・保持さ
れる工程を繰り返し受けるため、析出物は主に結晶粒界
に集中して肥大化することが、避けられないことにな
る。
【００１５】また金属組織の結晶粒は微細なほど好まし
く、強度が高くなることが知られている。例えば、日本
鉄鋼協会出版「制御圧延・制御冷却」の第２.２ 章に、
母材の降伏応力は結晶粒径の平方根に逆比例する、とい
うHall−Petch の関係式が記載されている。この点に関
しても、高温で長時間巻き取り保持される工程を繰り返
すステッケルミルは、芳しくないと言える。これは、高
温に晒される時間が長いほど、一般に金属組織の結晶粒
は成長し、肥大化するからである。
【００１６】以上より、従来のホットストリップミルを
用いた設備では、高品質な圧延は可能となるが、大型且
つ設備費も非常に高くなる他、色々な圧延製造プロセス
を考えた場合、必ずしも最適な設備となっていないと言
える。また、従来のステッケルミルでの圧延方法では、
特に高品質炭素鋼における金属組織的な品質に、問題が
あることも説明した。しかしステッケル圧延設備は、従
来のホットストリップミルと比較して、設備費が格段に
安く、設備長も非常に短くて済む等の有利な点も多く、
金属組織的な品質の問題が解決できれば、小中生産量多
品種向け圧延設備に最適であると言える。
【００１７】本発明の目的は、ステッケル圧延設備の操
業性及び製品品質を向上することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の熱間圧延設備
は、炉内に巻き取り機を備えたファーネスコイラを圧延
機の入側及び出側に設けたステッケル圧延設備を備えた
熱間圧延設備において、前記ステッケル圧延設備の入側
及び出側のうち少なくとも一方に、炉内に巻き取り機を
備えたファーネスコイラを設け、前記ステッケル圧延設
備の入側及び出側のうち少なくとも一方に設けたファー
ネスコイラと該ステッケル圧延設備との間に、前記圧延
機で圧延する圧延材の温度を調整する装置を設けること
を特徴とする。
【００１９】或いは、本発明の熱間圧延設備は、炉内に
巻き取り機を備えた第１のファーネスコイラと、圧延材
を圧延する圧延機と、炉内に巻き取り機を備えた第２の
ファーネスコイラとを順次配置したステッケル圧延設備
を備え、前記ステッケル圧延設備の上流側及び下流側の
うち少なくとも一方に、該圧延材の温度を調整する装置
を設け、該圧延材の温度を調整する装置の反ステッケル
圧延設備側に炉内に巻き取り機を備えた第３のファーネ
スコイラを設けることを特徴とする。
【００２０】或いは、本発明の熱間圧延設備は、圧延材
を圧延する圧延機と、該圧延機の入側に配置され、炉内
に第１の巻き取り機を備えたファーネスコイラと、該圧
延機の出側に配置され、炉内に第２の巻き取り機を備え
たファーネスコイラとを有するステッケル圧延設備を備
えた熱間圧延設備において、前記ステッケル圧延設備の
入側又は出側に、第３及び第４の巻き取り機を備えた巻
き取り装置を設け、前記第３及び第４の巻き取り機間に
該圧延材を加熱する加熱装置及び該圧延材を冷却する冷
却装置のうち少なくとも加熱装置を設けたことを特徴と
する。
【００２１】或いは、本発明の圧延方法は、炉内に巻き
取り機を備えたファーネスコイラを圧延機の入側及び出
側に設けたステッケル圧延設備を備えた熱間圧延設備の
圧延方法において、前記ステッケル圧延設備の入側及び
出側のうち少なくとも一方に炉内に巻き取り機を備えた
ファーネスコイラが配置され、前記ステッケル圧延設備
の入側及び出側のうち少なくとも一方に設けたファーネ
スコイラと該ステッケル圧延設備との間に、圧延材の温
度を調整する装置が配置され、前記圧延機により少なく
とも１回圧延する圧延工程と、該圧延工程後に圧延材の
温度を調整する装置により熱処理する熱処理工程と、該
熱処理工程後に少なくとも１回圧延する圧延工程を含
む。
【００２２】
【発明の実施の形態】前記目的を達成するために、圧延
機の入側及び出側に炉内に巻き取り機を備えた第１（入
側）及び第２（出側）のファーネスコイラを有するステ
ッケル圧延設備の入・出側のどちらか一方望ましくは入
側に第３のファーネスコイラを設け、前記第３のファー
ネスコイラと第１若しくは第２のファーネスコイラ間
に、圧延材を加熱する加熱装置やデスケーリング装置と
は別の冷却装置を設けたりし、又は前記ステッケル圧延
設備の入側若しくは出側に、第３及び第４のファーネス
コイラを備えた中間巻き取り装置を設け、中間巻き取り
装置内には加熱装置且つ／又は冷却装置を設置し、この
近くにレベラを設けたりする。特に、ステッケル圧延設
備の圧延機は少なくとも１台以上のツインミルとし、デ
スケーリング装置及び望ましくは熱間圧延油装置を設け
たりする。
【００２３】また、前記熱間圧延設備の圧延方法であっ
て、少なくとも１回以上圧延加工された圧延材に対し、
巻き取り且つ／若しくは巻き出しを行いながら加熱且つ
／若しくは冷却を行う熱処理工程を少なくとも１回以上
実施し、望ましくは最終パスの一つ手前のパスで実施
し、加熱処理は圧延材の析出炭化物の固溶温度以上に加
熱し巻き取り、一定時間保持する工程を少なくとも１回
以上実施した後、圧延加工処理を１回以上行い、その後
冷却したりする熱間圧延方法。また加熱装置の近くに設
けられたデスケーリング装置とは別の冷却装置と加熱装
置により、少なくとも１回以上の巻き取り・巻き出し過
程で、加熱冷却の熱処理過程を少なくとも１回以上実施
し、その後の圧延工程では熱間圧延油を用いたりし、特
に最終圧延開始前の圧延材温度を、オーステナイトの未
結晶領域に設定したり、フェライト領域若しくはオース
テナイト及びフェライトの２相混合領域に設定したり
し、最終圧延時の累積圧下率を５０％以上、望ましくは
６０％以上としたりして所期の目的を達成する。
【００２４】（実施例１）図１に、本発明の実施例を示
す。
【００２５】圧延機は、１つのハウジングに２セットの
ロール群を組み込んだ所謂ツインミル２とし、そのツイ
ンミル２の入側及び出側に加熱炉３Ｌ，加熱炉３Ｒ内
に、夫々巻き取り機４Ｌ，巻き取り機４Ｒを設置した所
謂第１，第２のファーネスコイラを配置している。所謂
ステッケルミル圧延設備である。ここで、ツインミル２
は、可逆圧延可能な可逆式圧延機としている。
【００２６】本実施例では、ツインミル２と、ファーネ
スコイラ間には、炭素鋼の圧延を可能とするため、高圧
流体を圧延材表面に噴射するデスケーリングノズルを備
えたデスケーリング装置７を設け、更に、熱間圧延油を
噴射するノズル８が設置してある。
【００２７】ここで図示されていないスラブ加熱炉等か
ら搬送された圧延材１は、デスケーリング装置７で圧延
材表面のスケールを除去しながら、ツインミル２により
繰り返し圧延され、その板厚が巻き取り可能な２５mm程
度になると、ピンチロール１１，デフレクタロール１２
及び圧延材ガイド装置１３などでガイドされながら、巻
き取り機４Ｌ、又は４Ｒで巻き取られる。
【００２８】以降の可逆圧延では、第１及び第２のファ
ーネスコイラ（巻き取り機４Ｌ及び４Ｒ）で巻き取り，
巻き戻しを繰り返しながら、最終板厚まで圧延され、そ
の後、ランアウトテーブル上の冷却装置１４で冷却さ
れ、ダウンコイラ１５で巻き取られる。
【００２９】また、特に一般炭素鋼を圧延する場合は、
必要に応じてデスケーリング装置７により、圧延材表面
スケールの除去が行われることは、言うまでもない。こ
のように、ステッケルミル圧延設備では、圧延が行われ
る。
【００３０】これに対し、本実施例では、前記ステッケ
ル圧延設備の更に入側に、加熱炉９内に巻き取り機１０
を設置した第３のファーネスコイラを設け、更に、巻き
取り機４Ｌを備えた第１のファーネスコイラと巻き取り
機１０を備えた第３のファーネスコイラ間に、圧延材１
の温度を変化させる冷却装置６や加熱装置５を設置して
いる。
【００３１】このように、ツインミル２とその入側の第
１のファーネスコイラ間には、加熱手段や冷却手段を設
けないため、巻き取り圧延パスにおける操業性が優れ、
前述した公知例の課題の１つは解消される。また、加熱
装置５及び冷却装置６を、ツインミル２と、第１又は第
２のファーネスコイラ間に設置しないため、その加熱装
置５や冷却装置６の長さに関しては、公知例に示された
場合よりも、圧延操業性に対しあまり制約を受けないた
め、自由に与えることができるという利点もある。つま
り、圧延機とその入側又は出側に配置されたファーネス
コイラとの間に、加熱手段や冷却手段を配置していない
ので、可逆圧延の操業性を悪くすることなく圧延するこ
とができる。
【００３２】また、圧延機の入側又は出側に配置された
ファーネスコイラと、それとは別のファーネスコイラと
の間に、加熱手段や冷却手段を設けるので、長さの制約
を受けることがなく、適切な長さの加熱手段や冷却手段
を配置でき、圧延材１の品質を向上することができる。
【００３３】次に、第３のファーネスコイラ及び加熱・
冷却装置の圧延方法に関し説明する。従来のステッケル
ミルでの最終パス一つ手前のパスでは、圧延材１は出側
コイラ４Ｒから巻き出され、ツインミル２により圧延さ
れながら、入側の巻き取り機４Ｌで巻き取られる。これ
に対し、本実施例では、入側巻き取り機４Ｌでは巻き取
らず、途中加熱装置５で加熱されながら、第３のコイラ
である巻き取り機１０で巻き取る。次の最終圧延パスで
は、巻き取り機１０から巻き出された圧延材１は、必要
に応じて加熱且つ又は冷却されながらツインミル２によ
り圧延され、ランアウトテーブル上のラミナフロー冷却
装置１４により冷却され、ダウンコイラ１５で巻き取ら
れる。この場合、圧延材１の温度制御は、温度検出器１
６で測定され、これが目的の温度になるように制御装置
１７で、加熱装置５又は冷却装置６を制御することによ
り行うことができる。
【００３４】上記最終パスの一つ手前のパス（以下加熱
通板パス）では、圧延を行わず又は極軽圧下（例えば５
％以下）で、且つ低速で通板しながら行うことが望まし
い。これにより、圧延材１と圧延ロールとの接触によ
る、圧延材１の温度低下を極力防ぎ、目標加熱温度まで
加熱する加熱装置５の必要長さを、最小限にする効果が
あるからである。
【００３５】但し、圧延機を特にツインミル２とした場
合には、極軽圧下しながら通板しても良い。即ち、通常
の１スタンドの圧延機では、圧下が僅かであっても、圧
延材１の先端が巻き取り機１０に達するまでの無張力圧
延時、蛇行などの危険性が非常に高くなる恐れがある。
この場合には、完全に圧下をせず、低速で通板した方が
良い。但し、ツインミル２では、圧延ロール間の距離が
短く、この間で圧延材が拘束されるために通板の安定性
が際だって良く、上記のような問題は生じない。
【００３６】以上のように、本実施例である圧延設備を
用いて圧延した場合の、作用に関し順次説明する。
【００３７】ステッケル圧延設備を用いて圧延する場
合、金属組織的な問題に関しては、先に延べた通りであ
る。特に、問題となる点は、析出炭化物の肥大化を防止
する方法であり、一旦発生した集中巨大析出炭化物を、
通常の圧延過程で微細化し且つ均一に分散させること
は、非常に困難である。
【００３８】これに対し、加熱装置５を備えた本設備で
は、加熱通板パスで圧延材１を、オーステナイト変態点
（Ａ３点）以上のオーステナイト領域における析出炭化
物の再固溶温度以上に加熱しながらファーネスコイラで
巻き取り、必要時間保持することにより、確実に圧延材
中に析出された析出炭化物を、再固溶させることができ
る。このような加熱装置５の利用方法は、先の公知例，
特公平5−45327号及び米国特許5755128 号にも一切記載
されていなく、利用目的が本質的に異なっているといえ
る。即ち、上記の公知例における加熱装置の利用目的
は、圧延材の先後端温度制御又は圧延材の全長に亘った
温度の均一化制御であり、本発明のように圧延材の金属
組織を、積極的に改質するものでないからである。
【００３９】特に、巻き取り機１０で巻き取られた圧延
材１を、炉９内で必要時間保持することは、析出炭化物
の再固溶を確実にするために重要である。
【００４０】しかし、上記のような加熱装置５の利用方
法には、別の課題もある。それは仕上げ製品板厚にもよ
るが、一般に最終パス付近での圧延では、９００℃程度
以下まで圧延材温度が、低下するのが普通である。薄板
などを圧延する場合には、オーステナイト圧延で一般的
に言われている許容下限温度、Ａ３点以下にならざるを
得ない場合もある。
【００４１】これに対し析出炭化物の固溶処理を行う温
度は、一般的には１０００度以上であり、かなり大きな
加熱が必要となる場合があるこのことは加熱装置の大型
化、及び加熱炉の炉長を長くする必要があることを、意
味している。従って、固溶処理を目的とした加熱を行う
パスでは、圧延を行わず又は極軽圧下、且つ低速で通板
しながら加熱する方法とすることで、極力必要加熱炉長
を短くする効果のあることは、前述した通りである。
【００４２】但し、加熱容量を極力小さくするために
は、ロールと圧延材を接触させずに通板することが理想
であるが問題もある。即ち、ロールと圧延材を非接触状
態で長時間放置した場合、ロールが冷やされることによ
り、これまでの圧延で発生したロール熱膨張によるロー
ル表面プロフィル（サーマルクラウン）が変化すること
になる。この課題は、次の最終圧延における圧延材の形
状制御が、これまでの圧延で行われていた形状制御方法
と、一変する可能性のあることである。形状制御のやり
易さからは、これは好ましいことではない。このこと
は、固溶処理を目的とした加熱を行うパスでは、図示し
ていないが通常行われている圧延ロール冷却を行うため
にロールに噴射される冷却液（ロールクーラント）の水
量を少なく制御したり、噴射しないようにすることで、
サーマルクランの変化を極力少なくすることが有効であ
ることをも示している。この課題に関しては、有効な別
の圧延方法を後述する。
【００４３】また、圧延材が薄いほど加熱し易く、従っ
て加熱装置５を小さくできる。このことは、固溶処理を
目的とした加熱処理は、最終パスの一つ手前のパスで行
うことが有効であることを意味する。
【００４４】更に板厚が薄いほど、速く加熱後の板厚方
向の温度分布が一様となり、固溶処理が簡単、且つ均一
に且つ素早くできることも、上記理由の一つである。
【００４５】即ち、上記固溶処理の一般的目安は、板厚
２５mm当たり０.５ 時間位の保持時間が必要と言われて
いる。従って、例えば板厚２.５mm で固溶態処理を行っ
た場合、炉内における保持時間は３分程度で済むことに
なり、板厚が薄いほど炉内保持時間が少なくて済み、生
産性及び品質が向上すると言う効果がある。しかしなが
ら、加熱通板後に必要保持時間を取ることは、その時の
板厚にもよるが、生産量の減少に繋がることは間違いな
い。これに関しても、極力生産性を高める圧延方法を後
述する。
【００４６】また、圧延材を高温で保持することの課題
は、これにより金属組織の結晶粒が成長し、肥大化する
ことである。従ってこのままでは、前述した如く母材の
強度が低下するという課題が、解決できないことにな
る。しかしこれに関しては、先に掲げた文献「制御圧延
・制御技術」の第２.２ 章にも記載してあるように、フ
ェライトの結晶粒径を決める大きな要因は、未結晶オー
ステナイト領域での累積圧下率にあることが、明らかと
なっている。これを端的に示した文献としては、新日鉄
技報第３６５号（１９９７）「厚板ペアクロスミルにお
ける大圧下圧延技術」等がある。
【００４７】上記文献等により、累積圧下率が５０％以
下の場合は、ほぼ上記圧下率に比例してフェライト粒径
が小さくなり、５０％以上、望ましくは６０％以上で
は、ほぼ飽和することが示されている。
【００４８】従って、本実施例による固溶処理を施すこ
とにより粗大化された結晶粒は、この後未結晶オーステ
ナイト領域で強圧下することにより、微細なフェライト
の結晶粒にすることができることになる。
【００４９】通常１台の圧延機で、５０％以上の圧下を
行うことは、圧延荷重が大きくなり、形状制御も難しく
非常に困難である。従って、圧延機は複数台設置するこ
とが望ましい。特に操業の安定性からは、ツインミルの
適用が理想的であるのは、前にも繰り返し述べた通りで
ある。
【００５０】以上のように圧延された後、圧延材は出側
ランナウトテーブル上に設置された冷却装置１４により
冷却され、ダウンコイラ１５で巻き取られ製品化され
る。このランナウトテーブルでの冷却が、最終製品の品
質を決定する上で重要であることは、従来の制御圧延技
術と同様である。即ち、本実施例による圧延方法で固溶
された析出炭化物は、上記冷却装置で冷却されることに
より、再析出することになる。ここで固溶処理された圧
延材を用いる意味は、最終製品に残る析出炭化物の大部
分は、上記ランナウトテーブル上の冷却で生成されると
言うことである。従って、ランナウトテーブル上の冷却
を、圧延鋼種に応じて制御することにより、固溶処理前
の圧延履歴に係わらず、炭化物の最適な析出制御ができ
ることになる。具体的には、極力微細な炭化物を均一
に、母材中に分散させるように行われる。このようにす
ることにより、本テーブル上でオーステナイトからフェ
ライトに変態するフェライト結晶粒の成長を抑制し、製
品強度を向上させると共に、母材中の固溶炭素量を減少
させ、靭性に富む製品の生産が可能となる。
【００５１】以上が本実施例で提案する圧延方法及び圧
延設備に適用される新たな圧延製造プロセスに対する、
基本的な考え方である。しかし更に説明を加えれば、オ
ーステナイト圧延では固溶処理を施した後の圧延は、未
結晶オーステナイト領域で行われることが望ましい。こ
れは圧延材の温度で、Ａ３変態点から概略９５０℃位の
範囲における圧延を意味している。従って、本実施例に
おける固溶処理で、上記の範囲以上に温度を上げた場
合、効率よく上記範囲内で圧延を行うためには、固溶処
理の後冷却することが望ましい。
【００５２】冷却手段としては、デスケーリング装置７
を用いることもできるが、本来目的の異なっている装置
を用いて、圧延材の温度を制御することは好ましいこと
ではない。デスケーリング装置７の本来の目的は、圧延
材表面スケールの除去であり、このためには一般に１０
０kg／cm2 以上の高圧流体を、多量に圧延材表面に噴射
するような設備となっている。このような装置を用いて
温度制御するためには、圧力，流量等を制御する必要が
あり、実際には非常に困難であり、また高率の悪い使い
方であると言える。
【００５３】圧延材の冷却が目的であれば、このような
高圧流体は必要でなく、例えばラミナフロー冷却等従来
より用いられている専用の冷却装置６を備えた方が良
い。しかしこのような場合、最終圧延の数パス前で固溶
処理を行い、継続した後の圧延で結果的に未結晶オース
テナイト領域での圧延となるように、圧延スケジュール
を組むことも可能であることは、言うまでもない。
【００５４】また特にフェライト圧延を行う場合、上記
冷却装置６又は／且つデスケーリング装置７を用いて、
Ａ３変態点以下に制御することは当然である。板厚が厚
く、設置された冷却装置の能力では、固溶処理の後１回
の冷却で所定の温度まで下がらない場合は、非圧延状態
又は通常の圧延パスを複数回繰り返し、所定の温度に達
するまで冷却を行うこともできる。但しこの場合、ツイ
ンミル２と巻き取り機１０の距離が長くなり、操業上に
難がある。これに対しては、簡単にできる新たな設備
を、別実施例で提案する。
【００５５】また以上のような設備で、少なくとも固溶
処理以後の圧延において、少なくとも１パス以上の圧延
に熱間圧延油を塗布することは、格別の効果がある。熱
間圧延油を適用することにより、ロールと圧延材間の摩
擦力が低下し、圧延荷重・トルク等が小さくなる。この
ことは特に、フェライト圧延等の低温圧延時に有効であ
る。
【００５６】本実施例に付随した固有の効果としては、
最終的に得られるフェライト粒径を極力小さくするため
には、累積圧下率を高くすることが効果的であると述べ
た。このことは、少なくとも固溶処理以降の圧延は、で
きるだけ高圧下率とすることが望ましいと言える。高圧
下圧延を実現するためには、圧延ロールを極力小径化す
ることである。また圧延の安定性から言えば、極力作業
ロール駆動が望ましい。しかしこのことは、駆動系、特
にスピンドルの許容トルクが、小さく押さえられること
になり、大きなトルクが伝達できないことになる。この
制限を緩和するために、特に高圧下率が望ましい固溶処
理以降の圧延に、熱間圧延油を用いることは、高圧下率
の圧延を可能とするため、金属組織の粒径を微細化し品
質を高める効果がある。
【００５７】更に組織に及ぼす直接的効果として、ロー
ルと圧延材間の摩擦力が低減するということは、圧延材
とロール間に作用するせん断力が小さくなると言う事で
ある。このことは、圧延材表層付近に作用する局部的な
せん断変形が小さくなることを意味し、圧延組織を板厚
方向にも均一にする効果がある。これは、均一な高品質
材を生産するという本発明の目的を、更に高めると言え
る。
【００５８】図１に示した実施例では、圧延機としてツ
インミルを用いたが、通常の１スタンド又は複数スタン
ドの圧延機としても、同様な効果を奏することは当然で
ある。また加熱装置は効率よく加熱するために、電磁誘
導加熱とすることが望ましい。このようなステッケル圧
延設備の上流側に、粗圧延機を設置したり、後ろに複数
の仕上げ圧延機を設置してもよい。特に、後流側に仕上
げ圧延機を設置すれば、最終パスでの累積圧下率を更に
大きくすることができる。
【００５９】更に、図１では、冷却装置６及び加熱装置
５を、同時に設置した場合を示したが、圧延鋼種によっ
ては例えば加熱装置５のみとしても良い。また、図１に
は加熱装置５及び冷却装置６を各々上下に設置した場合
を示したが、これを片側のみとすることも可能である。
例えば、加熱装置５を上側に設置し、冷却装置６をその
下側に設置するなどである。また、上記の加熱及び／又
は冷却を制御することにより、簡単に２相（オーステナ
イト及びフェライトの混合組織）圧延が可能になる。
【００６０】尚、これまで加熱通板パスは、最終パスの
一つ手前のパスで行うことが、有効であると述べた。し
かし上記に拘わる必要はなく、巻き取り可能な板厚にな
れば、それ以降の任意のパスで、必要に応じて実施でき
る。
【００６１】（実施例２）図２は、図１に示した実施例
に対し、生産量を向上させ且つ前述のサーマルクラウン
対策にも、好適な圧延方法を説明するものである。図２
では、先に圧延され圧延材（先行材１ａ）が、第３の巻
き取り機１０で巻き取られ、炉９内で保持されており、
次の圧延材（後行材１ｂ）を圧延している状態を示す。
先行材１ａの先端は、ピンチロール１１でピンチされ、
図示していないピンチロール１１の昇降装置により、パ
スラインの上に持ち上げられている。これは、後行材１
ｂが長く、第３のファーネスコイラを超えた場合を想定
しているため、これとの干渉を防ぐためである。このよ
うにすることにより、先行材１ａが加熱通板された後直
ちに、後行材１ｂの圧延を行うことができる。後行材１
ｂの圧延が開始されて巻き取り可能状態となり、第３の
コイラと干渉しなくなれば、先行材１ａの先端をピンチ
しているピンチロール１１は、正規のパスライン上の位
置に戻し、最終圧延の準備状態に戻される。
【００６２】これに対し、後行材１ｂは、加熱通板パス
の直前で、第２のコイラ４Ｒに巻き取られ、ピンチロー
ル１１で先端をピンチされ、パスラインの上に待機する
ように操作される。この状態で、先行材１ａの析出炭化
物を固溶する十分な保持時間を経た後、直ちに先行材１
ａの最終圧延が実施される。先行材１ａの圧延が完了し
た後、後行材１ｂの先端をピンチしているピンチロール
１１は、正規のパスライン上の位置に戻され、加熱通板
処理が直ちに開始される。
【００６３】以上のような圧延方法とすることの利点
は、必要加熱保持時間の間でも圧延が可能となり、生産
量を向上させることができることである。また、先行材
１ａの加熱通板中に作業ロールが冷却され、サーマルク
ラウンが大きく変化しても、後行材１ｂが引き続き圧延
させるため、先行材１ａの最終圧延時にはほぼ定常なサ
ーマルクラウンとなり、形状制御に支障をきたさないこ
とである。つまり、生産性及び形状品質が向上する。
【００６４】ここで、後行材１ｂの圧延は、板厚の厚い
所から始まるため、ロールのサーマルクラウンが多少変
化しても、形状に及ぼす影響はすくなくあまり問題とな
らない。
【００６５】（実施例３）図３は、本発明の応用例を示
したものである。
【００６６】圧延機２の入側、及び出側に加熱炉３Ｌ，
３Ｒ内に巻き取り４Ｌ，４Ｒを設置したファーネスコイ
ラを備えるステッケルミル圧延設備は、図１と同様であ
る。本実施例では、この出側に２台の加熱炉１０Ｌ，１
８Ｒ内に巻き取り機１９Ｌ，１９Ｒを設置したファーネ
スコイラを有する中間巻き取り設備を備え、この間に加
熱装置５及び／又は冷却装置６を設置し、更に仕上圧延
機２０をこの後に配置したものである。
【００６７】ステッケル圧延設備の圧延は、ステッケル
ミルの最終圧延パスで圧延された圧延材１は、圧延され
ながらピンチロール１１及びデフレクタロール１２など
でガイドされながら、中間巻き取り設備のコイラ１９Ｒ
で巻き取られる。コイラ19Ｒで巻き取りを完了された圧
延材１は、必要に応じて加熱装置５、及び又は１９冷却
装置６により加熱及び又は冷却されながら、もう一方の
コイラ１９Ｌに向かって巻き出され、巻き取られる。最
終圧延は、コイラ１９Ｌから巻き出され、後方に設置さ
れた仕上げ圧延機２０により圧延され、ランアウトテー
ブル上のラミナフロー冷却装置１４で冷却され、ダウン
コイラ１５で巻き取られる。
【００６８】このようにすることにより、加熱・冷却等
の熱処理プロセスは、圧延プロセスと独立して行うこと
ができる。従って、上記の熱処理プロセスを実行中に、
ステッケルミル設備で圧延を行うことができ、生産性の
向上が図れる。また、このような設備では、加熱及び冷
却を複数パスに分けて行うことが、簡単に可能となる。
【００６９】このことは、圧延途中で複雑な熱処理を簡
単に実施できることを意味し、更に製品品質の良好な製
品を得ることができる。例えば、上記の中間巻き取り装
置で、最初のパスでＡ３点以上のオーステナイト組織の
圧延材を、Ａ３点以下のフェライト領域に温度を下げ、
その次のパスでフェライト組織の圧延材を、Ａ３点以上
のオーステナイト組織に加熱する等である。
【００７０】一般に炭素鋼においては変態点を通過させ
ることにより、金属組織は例えばオーステナイトからフ
ェライト、或いはフェライトからオーステナイトへの再
結晶が生じ、これを利用して金属組織の結晶粒を微細化
することができる。即ち、最終パスの前に上記の熱処理
プロセスを施すことにより、極力母材の結晶粒を事前に
微細化して置くことは、最終製品の品質向上に更に有用
であることは当然であろう。但し、必要な熱処理プロセ
スは、圧延材質によって異なっている。従って、本設備
で可能となる範囲内で、圧延材に応じて最適な熱処理を
適宜行うことは、言うまでもない。
【００７１】また設備的には、中間巻き取り装置と仕上
げ圧延機間、または中間巻き取り装置内に、レベラを設
けることが望ましい。これにより、コイラで巻かれた先
端の巻き癖を矯正し、仕上げミルへの通板を容易にする
効果がある。
【００７２】（実施例４）図４は、ステッケルミル圧延
設備における出側圧延材の長さが、中間巻き取り装置に
達する場合、中間巻き取り装置の操業方法を説明したも
のである。図４では先行材１ａが中間巻き取り装置両側
コイラ１９Ｌ，１９Ｒに巻き取られ、張力が作用した段
階で、ピンチロール１１の上ロールを、後行材１ｂの板
厚以上に上昇させた状態を示している。このようにすれ
ば、先行材１ａと後行材１ｂの干渉が、簡単に避けるこ
とができる。これによりステッケル圧延設備と仕上圧延
機間の距離を極力短くしても、中間巻き取り装置の処理
が終了するまで、ステッケルミル設備の圧延を中止させ
ておく必要がなく、生産性を高めることができる。
【００７３】（実施例５）図５は、図３の設備での中間
巻き取り装置を、ステッケル圧延設備の入側に配置した
実施例を示す。ステッケル圧延設備の最終圧延パスの一
つ手前のパスで、コイラ３Ｒから巻き出された圧延材１
は、圧延機２を通りコイラ１９Ｌに巻き取ることは、図
１の設備での圧延方法と同様である。
【００７４】本実施例では、ツインミル２では、圧延し
ながら高速で巻き取ることができる。即ち、固溶処理等
の熱処理を目的としたプロセスは、コイラ１９Ｌに巻き
取られた圧延材１を、コイラ１９Ｒに再巻き取る工程
で、実施できるからである。更に、コイラ１９Ｌ，及び
１９Ｒ間での熱処理を、複数パスで簡単に実施できるこ
とは、図３における説明と同様である。また、図４で説
明した圧延方法を用いれば、中間巻き取り装置で必要な
加熱・冷却を行っている最中であっても、後行材１ｂを
ステッケルミルで、同時に圧延できることも当然であ
る。最終圧延パスでは、コイラ１９Ｌから巻き出された
圧延材１は、ステッケル圧延設備の圧延機であるツイン
ミル２及び仕上げ圧延機２０によりタンデム状に圧延さ
れ、ランナアウトテーブル上の冷却装置１４により冷却
され、ダウンコイラ１５で巻き取られる。
【００７５】このような配置とする一番の狙いは、仕上
げスタンド数の削減にある。即ち、図３の実施例では中
間巻き取り装置を、ステッケル圧延設備と仕上圧延機間
に設置したため、最終圧延パスではこれ以降に設置され
た仕上げ圧延機のみでの圧延となる。これに対し図５の
ような配置とした場合、最終パスの圧延でも、ステッケ
ル圧延設備内に設置された圧延機であるツインミル２に
よる圧延が可能となる。従って、仕上げ圧延機の設置数
を、図３の場合と同数にした場合には、より圧下量を大
きくとることができ、逆に同じ程度の圧下量で良い場合
には、仕上げ圧延機の設置台数を削減できることにな
る。これは設備の簡略化，設置スペース削減，設備費の
低減に、効果的な配置であると言える。
【００７６】以上の説明では、圧延機とこの前後のファ
ーネスコイラ間には、加熱・冷却装置を設置しないもの
として説明してきた。しかし、先の公知例のように上記
の間に加熱・冷却装置を設置する場合が考えられる。つ
まり、極力小容量な加熱・冷却装置とすることで、操業
性を阻害することなく、種々の効果が得られる。
【００７７】また、ステッケル圧延設備のコイラは、加
熱炉内に設置したファーネスコイラとして説明した。し
かし、上記は必ずしも加熱炉内に設置する必要はなく、
特に最終板厚が３〜５mm程度の場合、保熱する位のもの
でも良い。但し、圧延材の板幅端部（エッジ部）は、積
極的に加熱することが望ましい。これは、板中央に比べ
エッジ部は冷え易く、このまま圧延した場合、エッジ割
れなどの生じる可能性が高くなり、これを防ぐ目的があ
る。
【００７８】また、ステッケル圧延設備に用いたコイラ
以外の巻き取り機は、ファーネスコイラとしてパスライ
ンの上に設置したものとして説明してきた。しかしこれ
に関しては、ファーネスコイラ以外のコイラ、例えばダ
ウンコイラタイプ等であっても良く、設置位置はパスラ
インの下であっても良い。また、中間巻き取り装置を備
えた設備にあっては、本装置を圧延ラインの脇に設置し
ても良い。この場合は、圧延ライン上に別の巻き取り機
を設置し、ここで巻き取られたコイルを搬送装置で中間
巻き取り装置に搬送し、必要な熱処理プロセスを実施し
た後、搬送装置で圧延ライン上の巻き出し装置に搬送
し、その後圧延を継続すれば良い。要は、少なくとも１
回以上圧延加工された圧延材を、少なくとも最終圧延の
前に少なくとも１回以上、巻き取り若しくは巻き出しな
がら熱処理を行う工程を含むようにすることができるこ
とにある。
【００７９】ステッケル圧延設備を含む熱間圧延設備
を、前記のように構成した場合、従来は困難であった高
品質な炭素鋼板の圧延が、可能になることはこれまでの
説明で明らかである。
【００８０】以上により、従来の大型ホットストリップ
圧延設備では、実質非常に困難であった圧延前の金属組
織の自由な作り込みが、本実施例により簡単に達成でき
ることが言えた。これはまた、従来のステッケルミルは
ステンレス鋼等の特殊鋼に専ら適用されていたものを、
一気に高品質炭素鋼の圧延にも適用可能とする画期的技
術であると言える。
【００８１】
【発明の効果】本発明によると、ステッケル圧延設備の
操業性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である圧延設備配置図を示
す。
【図２】本発明の一実施例である圧延設備配置図を示
す。
【図３】本発明の一実施例である圧延設備配置図を示
す。
【図４】本発明の一実施例である圧延設備配置図を示
す。
【図５】本発明の一実施例である圧延設備配置図を示
す。
【符号の説明】
１…圧延材、１ａ…先行材、１ｂ…後行材、２…ツイン
ミル、３，９，１８…加熱炉、４，１０，１９…巻き取
り機、５…加熱装置、６…冷却装置、７…デスケーリン
グ装置、８…ノズル、１１…ピンチロール、１２…デフ
レクタロール、１３…圧延材ガイド装置、１４…ラミナ
フロー冷却装置、１５…ダウンコイラ、１６…温度検出
器、１７…温度制御装置、２０…仕上げ圧延機。
フロントページの続き (72)発明者 芳村 泰嗣 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 堀井 健治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 平野 聡 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 4E002 AD01 BA03 BC01 BC08 BD03 BD10 CB08

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】炉内に巻き取り機を備えたファーネスコイ
    ラを圧延機の入側及び出側に設けたステッケル圧延設備
    を備えた熱間圧延設備において、 前記ステッケル圧延設備の入側及び出側のうち少なくと
    も一方に、炉内に巻き取り機を備えたファーネスコイラ
    を設け、前記ステッケル圧延設備の入側及び出側のうち
    少なくとも一方に設けたファーネスコイラと該ステッケ
    ル圧延設備との間に、前記圧延機で圧延する圧延材の温
    度を調整する装置を設けることを特徴とする熱間圧延設
    備。
  2. 【請求項２】炉内に巻き取り機を備えた第１のファーネ
    スコイラと、圧延材を圧延する圧延機と、炉内に巻き取
    り機を備えた第２のファーネスコイラとを順次配置した
    ステッケル圧延設備を備え、 前記ステッケル圧延設備の上流側及び下流側のうち少な
    くとも一方に、該圧延材の温度を調整する装置を設け、 該圧延材の温度を調整する装置の反ステッケル圧延設備
    側に、炉内に巻き取り機を備えた第３のファーネスコイ
    ラを設けることを特徴とする熱間圧延設備。
  3. 【請求項３】圧延材を圧延する圧延機と、該圧延機の入
    側に配置され、炉内に第１の巻き取り機を備えたファー
    ネスコイラと、該圧延機の出側に配置され、炉内に第２
    の巻き取り機を備えたファーネスコイラとを有するステ
    ッケル圧延設備を備えた熱間圧延設備において、 前記ステッケル圧延設備の入側又は出側に、第３及び第
    ４の巻き取り機を備えた巻き取り装置を設け、前記第３
    及び第４の巻き取り機間に該圧延材を加熱する加熱装置
    及び該圧延材を冷却する冷却装置のうち少なくとも加熱
    装置を設けたことを特徴とする熱間圧延設備。
  4. 【請求項４】請求項３において、前記ステッケル圧延設
    備の下流側に仕上げ圧延機を配置し、前記ステッケル圧
    延設備と前記仕上げ圧延機との間に前記中間巻き取り装
    置が配置され、前記中間巻き取り装置内若しくは該中間
    巻き取り装置と該仕上げ圧延機間であって該中間巻き取
    り装置側に、前記圧延材の曲りを矯正する矯正機を設け
    たことを特徴とする熱間圧延設備。
  5. 【請求項５】請求項１〜請求項４の何れかにおいて、前
    記ステッケル圧延設備の圧延機を一つのハウジングに２
    セットのロール群を備えた少なくとも１台の圧延機とす
    ることを特徴とする熱間圧延設備。
  6. 【請求項６】請求項１〜請求項５の何れかにおいて、前
    記圧延機の入側及び出側のうち少なくとも一方に配置さ
    れ、高圧流体を該圧延材に噴射し該圧延材の表面スケー
    ルを除去するデスケーリング装置、又は、熱間圧延油を
    該圧延材の表面に噴射する熱間圧延油供給装置を設ける
    ことを特徴とする熱間圧延設備。
  7. 【請求項７】炉内に巻き取り機を備えたファーネスコイ
    ラを圧延機の入側及び出側に設けたステッケル圧延設備
    を備えた熱間圧延設備の圧延方法において、 前記ステッケル圧延設備の入側及び出側のうち少なくと
    も一方の炉内に巻き取り機を備えたファーネスコイラが
    配置され、 前記ステッケル圧延設備の入側及び出側のうち少なくと
    も一方に設けたファーネスコイラと該ステッケル圧延設
    備との間に、圧延材の温度を調整する装置が配置され、 前記圧延機により少なくとも１回圧延する圧延工程と、
    該圧延工程後に圧延材の温度を調整する装置により熱処
    理する熱処理工程と、該熱処理工程後に少なくとも１回
    圧延する圧延工程を含む熱間圧延方法。
  8. 【請求項８】請求項７において、前記熱処理工程は、該
    圧延機による少なくとも最終パスの一つ手前のパスで少
    なくとも１回実施し、且つ、その後の圧延加工後に該圧
    延材を冷却することを特徴とする熱間圧延方法。
  9. 【請求項９】請求項７又は請求項８において、前記熱処
    理工程は、該圧延材の析出炭化物の固溶温度以上Ａ３点
    以上のオーステナイト領域に加熱して巻き取り、所定時
    間巻き取った状態で保持する工程を、少なくとも１回含
    むこと、若しくは、圧延材を冷却する冷却工程少なくと
    も１回含むことを特徴とする熱間圧延方法。
  10. 【請求項１０】請求項７〜請求項９の何れかにおいて、
    前記熱処理工程の後の圧延工程のうち少なくとも１回の
    圧延で、熱間圧延油を用いた圧延を行うことを特徴とす
    る熱間圧延方法。
  11. 【請求項１１】請求項７において、前記ステッケル圧延
    設備の入側及び出側のうち少なくとも一方に配置したフ
    ァーネスコイラに巻き取るパスの際に、該圧延機では圧
    延を行わないか又は極軽圧下で圧延しながら行うこと、
    或いは、該圧延機の圧延ロールを冷却するロールクーラ
    ントを該圧延ロールにかけないか又はその量を少なく制
    御することを特徴とした熱間圧延方法。
  12. 【請求項１２】請求項７又は請求項８において、前記熱
    処理工程は、該圧延材の析出炭化物の固溶温度以上Ａ３
    点以上のオーステナイト領域に加熱して巻き取り、所定
    時間巻き取った状態で保持する工程を含み、その工程の
    後の巻き出し工程で、圧延直前の圧延材温度を圧延材の
    オーステナイト未再結晶領域、又はフェライト領域若し
    くはフェライト及びオーステナイトの混合２相領域に制
    御することを特徴とした熱間圧延方法。
  13. 【請求項１３】請求項７〜請求項１２の何れかにおい
    て、該圧延機の最終圧延パスの累積圧下率を５０％以
    上、望ましくは６０％以上とすることを特徴とした熱間
    圧延方法。
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