JP2002361312A

JP2002361312A - 厚肉高張力熱延鋼帯の冷却方法

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Publication number: JP2002361312A
Application number: JP2001178203A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Takebayashi; 克浩竹林; Saiji Matsuoka; 才二松岡
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-17
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP4677685B2

Abstract

(57)【要約】【課題】厚肉であってもＤＷＴＴ特性の優れた鋼管用
素材を、熱間圧延で安定して製造しうる技術を提供す
る。【解決手段】熱間仕上圧延後の鋼帯をコイラーに巻き
取るまでの、ホットランテーブル上での該鋼帯の冷却
を、鋼板に要求される靭性特性vＴrsおよびＤＷＴＴか
ら、鋼帯の目標巻取温度ＣＴと許容表面最低温度Ｔmin
を求め、次いで、該目標ＣＴを得るための冷却条件を決
定するに際し、鋼帯の表面温度Ｔsが許容表面最低温度
Ｔminを下回らないように冷却手段を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原油や天然ガス等
を輸送するためのパイプラインに用いられる鋼管用素材
の製造に際し、とくに低温でのＤＷＴＴ(落重引裂試
験、Drop weight tear test)特性に優れる厚肉の高張力
熱延鋼板を製造する際の、熱間仕上圧延後の該熱延鋼帯
の冷却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原油や天然ガス等を輸送するパイプライ
ンに用いられる大径高張力鋼管は、主としてＵＯＥ法、
スパイラル造管法またはロールフォーム後電縫溶接する
方法によって製造されている。このうちＵＯＥ鋼管は厚
板ミルで製造される鋼板を素材とし、スパイラル鋼管お
よび電縫鋼管は熱延鋼板を素材としている。

【０００３】近年、パイプラインにおいては、輸送の効
率を上げるために、高圧の操業が指向されている。この
ため、パイプラインに用いられる素材としては、強度が
高くかつ板厚の厚いものが望まれている。さらに、こう
した素材としては、脆性破壊に対する安全性を高めるた
め、脆性破壊の発生特性自体を向上させることは勿論、
発生した脆性亀裂の伝播を停止させる能力に優れた素材
とすることが求められている。なお、前者は、シャルピ
ー衝撃試験の破面遷移温度やＣＴＯＤ試験で評価され、
後者は、ＤＷＴＴの破面遷移温度で評価される。

【０００４】従来、シャルピー衝撃試験の破面遷移温度
とＤＷＴＴの破面遷移温度とは相関があり、ＤＷＴＴ破
面遷移温度を低下させるには、結晶粒の微細化が重要で
あると考えられてきた。このため、例えば、熱延鋼板の
製造方法として、制御圧延等の結晶粒微細化技術が発展
してきたことは周知のとおりである。

【０００５】上記熱延鋼板、とくに、低温靭性に優れた
高張力熱延鋼板を製造する従来技術としては、例えば、
特開平4-325626号公報に記載の方法などが既知である。
この技術は、990℃以下、Ar₃変態点以上の温度域で圧下
率60％以上の仕上圧延を行い、10℃/s以上の冷却速度で
冷却し、500〜600℃の温度で巻き取るという方法であ
る。すなわち、この技術は、未再結晶温度域で強度のコ
ントロールドローリングを行うことにより結晶粒を微細
化し、かつ仕上圧延後からコイラーまでのホットランテ
ーブル上で急冷することによって、ほぼアシキュラーフ
ェライト単相組織とし、さらに、600℃以下まで冷却す
ることによって、組織のフェライト＋パーライト２相化
を抑制して、強度低下や靭性劣化を防止する方法であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記技術は、低温靭性
に優れた高張力鋼板をホットストリップミルで製造する
ことを可能にした。しかしながら、この技術では、板厚
が16mmを超えるような場合に、結晶粒の微細化により、
シャルピーの破面遷移温度は低温側に移行するものの、
ＤＷＴＴの破面遷移温度は必ずしも低温側には移行せ
ず、しばしば要求特性を満たさないことがあるという問
題があった。

【０００７】本発明の目的は、厚肉であっても低温での
ＤＷＴＴ特性ならびにシャルピー衝撃特性の優れた鋼管
用素材を、熱間圧延で安定して製造しうる技術を提案す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、厚肉材にお
けるＤＷＴＴ特性不良の原因を追求した結果、熱間仕上
圧延後のホットランテーブル上での冷却パターンに問題
があるとの知見を得、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、熱間仕上圧延後の鋼
帯をコイラーに巻き取るまでの、ホットランテーブル上
での該鋼帯の冷却方法において、鋼板に要求されるvＴr
sおよびＤＷＴＴから、鋼帯の目標巻取温度ＣＴと許容
表面最低温度Ｔminを求め、次いで、該目標ＣＴを得る
ための冷却条件を決定するに際し、鋼帯の表面温度Ｔs
が許容表面最低温度Ｔminを下回らないように冷却手段
を制御することを特徴とする厚肉高張力熱延鋼帯の冷却
方法である。

【００１０】また、本発明における厚肉高張力熱延鋼帯
とは、その板厚が16mm超えの高張力熱延鋼帯を意味す
る。

【００１１】また、本発明における冷却手段を制御する
方法はおよび水冷装置の使用バンクを制御する方法、水
冷装置の流量を制御する方法のいずれか少なくとも一方
を用いることが好ましい。

【００１２】さらに、本発明においては、鋼板に要求さ
れるvＴrsおよびＤＷＴＴから、鋼帯の目標巻取温度Ｃ
Ｔと許容表面最低温度Ｔminを求めるに当たり、下記の
式を用いるのが好ましい。ＤＷＴＴ＝ａ・ＣＴ＋ｂ・Ｔmin＋ｃ (1) vＴrs＝ｄ・ＣＴ＋ｅ (2) ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは係数である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図２は、本発明を適用するのに好
適な、ホットストリップミルの設備配置列を示すもので
ある。図示したとおり、ホットストリップミルにおける
仕上圧延以降の温度制御は一般に、仕上圧延機列１の入
側、出側およびコイラー３の入側に温度計４，５，６を
設置し、これらの温度が目標の範囲に収まるように、各
仕上圧延機のスタンド間および仕上圧延機出側テーブル
２に設置された水冷装置７，８を制御することによって
行われる。たとえば、既知の技術は、仕上圧延機入側温
度計４の温度（以降、「ＦＥＴ」と略記する）が990℃
以下となるように圧延材を仕上ミルに進入させ、仕上圧
延機列１で圧下率60％以上の圧延を行うとともに、仕上
圧延機出側温度計５の温度（以降、「ＦＤＴ」と略記す
る）がAr₃変態点以上となるように、仕上圧延機のスタ
ンド間の水冷装置７を調整し、さらには、コイラー入側
温度計６の温度（以降、「ＣＴ」と略記する）が500〜6
00℃の温度となるように、ランナウトテーブル２の水冷
装置８にて、10℃/s以上の冷却速度を確保しつつ冷却し
た後、コイラー３で巻き取るという方法である。

【００１４】さて、発明者らは、上記の方法を前提とし
て、種々の板厚の製造を試みた。その際、仕上圧延まで
は同条件とし、仕上圧延後の冷却時間、すなわち水冷装
置８の冷却帯の長さを種々変化させて、鋼板の靭性に及
ぼす影響を調査した。その結果、ＣＴとシャルピーの50
％破面遷移温度vＴrsとの関係を示す図３からもわかる
ように、ＣＴが低いほど遷移温度は低温側に移行し、靭
性が向上することがわかる。ところが、ＣＴとＤＷＴＴ
の85％破面遷移温度（以後、「DWTT85」と略記する)と
の関係は、図４に示すように、板厚によって異なる挙動
を示し、板厚13〜16mmのものでは、ＣＴの低下につれて
DWTT85が低温側に移行するが、板厚が18〜21mmの厚肉材
に限っては、ＣＴの低下につれてDWTT85が逆に高温側に
移行するという傾向を示した。すなわち、厚肉材の場合
には、結晶粒の微細化を行えば、シャルピーの破面遷移
温度は低温側に移行するが、ＤＷＴＴの破面遷移温度は
必ずしも低温側に移行しないということがわかった。つ
まりこのことは、厚肉材を熱間圧延する場合、従来技術
をそのまま適用すると、要求特性を満たさないものにな
るということを意味している。

【００１５】発明者らは、上記現象について、さらに詳
細に調査した。その結果、厚肉材におけるＤＷＴＴは、
冷却中の鋼帯表面温度に強く依存することを突き止め
た。図５および図６は、仕上圧延後の鋼帯の板厚中心温
度Ｔcと表面温度Ｔsの時間推移を、実操業の圧延・冷却
条件実績をもとに計算したものである。図５は、板厚13
mm、図６は、板厚19mmの場合であり、それぞれ図４にお
けるプロットＡおよびＢの圧延・冷却条件に対応してい
る。いずれも表面温度Ｔsは、水冷によって著しく低下
し、水冷終了後は復熱を示す。また、板厚中心温度Ｔc
は、水冷中は10〜20℃/s程度の冷却速度で降下してい
る。なお、650〜700℃の間で中心温度の冷却速度が鈍化
するのは、フェライト変態によるものである。

【００１６】板厚の異なる両者の間で大きく異なる点
は、表面温度Ｔsである。板厚13mmの鋼板の場合、水冷
終了後の表面温度が580℃であるのに対し、板厚19mmの
鋼板の場合、表面温度は480℃程度まで降下している。
すなわち、巻取温度は、板厚中心部の温度を指標として
いた。このため、板厚が厚い場合には、従来の冷却方法
では、板厚中心部の冷却速度を確保するために、表面温
度を著しく低い状態にまで冷却していたことが判明し
た。

【００１７】そこで、計算から得た冷却中の鋼帯表面の
最低温度と、DWTT85との関係を調査した。その結果、図
７に示すように、DWTT85は、鋼帯表面の最低温度が低い
ほど高温側に移行し、図４に見られたような靭性の劣化
現象を矛盾なく説明し得ることがわかった。したがっ
て、たとえば薄肉材については、巻取温度のみの管理で
も有効であるが、厚肉材については、冷却中の鋼帯表面
温度をも含めて管理することが必要であることがわか
る。

【００１８】鋼帯表面温度をＴmin以下まで冷却した場
合、ＤＷＴＴが劣化する原因は、鋼板表面をＴmin以下
の温度まで冷却してしまうと、鋼板表面に上部ベイナイ
トが生成するとともに、圧延による加工組織が残存して
しまうため、著しい低温脆性の劣化が生じるためと考え
られる。

【００１９】本発明は、このような知見に基いてなされ
たものであって、素材に要求されている靭性特性から、
目標巻取温度ＣＴおよび許容表面最低温度Ｔminを求
め、次いで、仕上圧延以降の冷却中の鋼帯表面温度Ｔs
を予測して、表面温度Ｔsが許容表面最低温度Ｔminを下
回らないように、冷却パターンを決定することを特徴と
する方法である。

【００２０】すなわち、本発明においては、まず、仕上
圧延以降の鋼帯の表面温度を計算する。計算方法として
は、例えば文献「板圧延の理論と実際」（社団法人日
本鉄鋼協会編 1984）などに示されている差分法や、有
限要素法などの一般的な解法が利用できる。オンライン
で計算を行う場合には、一次元差分法が、計算機負荷な
どの面で有利である。

【００２１】次に、対象とする鋼種について、靭性値に
及ぼす温度の影響を定量化する。材質には上掲の要因以
外にも、成分組成、ＦＥＴ、仕上圧下率、ＦＤＴ、ラン
ナウトテーブルでの冷却速度推移（冷却パターン）など
の種々の要因が影響を及ぼす。これらの要因をすべて考
慮することが、厳密化する上では望ましい。しかし、例
えば、対象鋼種を限定し、仕上圧延までの条件が同一で
あれば、下記のような簡略式の適用が可能である。ＤＷＴＴ＝ａ・ＣＴ＋ｂ・Ｔmin＋ｃ (1) vＴrs＝ｄ・ＣＴ＋ｅ (2) ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは係数である。なお、上記
(1)式のＤＷＴＴおよび(2)式のvＴrsで表わされた遷移
温度は、破面率に依存する値であるが、破面率が異なっ
ても、同様の関係式が成り立つ。

【００２２】次に、vＴrsとＤＷＴＴの双方の要求特性
を満たす冷却パターンを決定する。決定ロジックの一例
を、図１に示す。まず、要求された目標靭性値vＴrsと
ＤＷＴＴから、目標ＣＴと許容表面最低温度Ｔminを計
算する。ここで、冷却設備の制御最小単位である１バン
ク当たりの抜熱量が把握できている場合は、ＦＤＴ、目
標ＣＴと鋼帯の走行速度、板厚に応じて、必要な冷却バ
ンクの概略数Ｎを計算でき、計算時間が短縮できる。概
略数Ｎが不明な場合は、保有するバンク数以内の適当な
数としても、計算負荷は大きくなるが、機能上は差し支
えない。

【００２３】さて、高靭性高強度鋼板を製造するには、
フェライト変態域での冷却速度を極力大きく取ることが
有利である。そこで、表面温度Ｔsが許容表面最低温度
Ｔminを下回らない限りは連続的に冷却することが好ま
しい。よって、まずは連続的に冷却を行う場合の表面温
度Ｔsを冷却バンク数から計算する。薄肉材などで、Ｔs
がＴminを下回らないまま必要バンク数Ｎに到達した場
合は、その後、空冷としてＣＴまで計算し、ＣＴが目標
範囲に入っていなければ、必要バンク数Ｎを増減して補
正計算を行えばよい。ところが、厚肉材で、必要バンク
数Ｎに到達する以前にＴsがＴminを下回ってしまう場合
には、そのバンクを空冷として、ＴsがＴminを下回らな
いようにし、次のバンクで再び水冷を行うようにする。

【００２４】なお、計算のロジックに関しては上掲のも
のは一例であって、他のロジックや、評価関数を用いた
最適化手法などを適用してもよい。また、上記ではＴs
がＴminを下回る場合に、該当バンクを空冷としたが、
流量調節ができる場合には、ＴsがＴmin以上を保持でき
るよう流量を制御してもよい。さらに、ここではオンラ
インで設定することを想定した例となっているが、あら
かじめオフラインで同様の計算を行っておき、パターン
を記憶させておいてもよい。また、ランナウトテーブル
上に複数の温度計が配置できる場合には、それらを用い
て修正を行ってもよい。

【００２５】

【実施例】以下、実施例に従って本発明による効果を説
明する。［発明例］発明の実施の形態において紹介したのと同じ
鋼種に対し、本発明を適用した。まず、図４および図７
から、DWTT85とＣＴおよびＴminとの関係式(1)の係数を
求めたところ、ａ＝0.27，ｂ＝−0.77，ｃ＝235であっ
た。また、図３より，vＴrsとＣＴの関係式(2)の係数を
求めたところ、ｄ＝0.45，ｅ＝−385であった。本材料
の靭性要求値は、vＴrsは−130℃以下、DWTT85の要求値
は−30℃以下であった。そこで、式(2)より、目標巻取
温度ＣＴは567℃以下、また式(1)より、許容表面最低温
度Ｔminは543℃であることが判明した。次に、図１に示
したロジックを用いて、冷却パターンの設定を行った。
表面温度Ｔsは、第３バンク目まではＴmin以上であった
が、第４バンクまで水冷すると、ＴsはＴminを下回る結
果となった。そこで，第４バンクは空冷とし、引き続い
て第５バンク以降の計算を同じように継続した。最終結
果として、図８に示すように、第４バンク以降は１つお
きに空冷と水冷を第11バンクまで繰り返す冷却パターン
となり、冷却中の鋼板表面の最低温度は560℃が得られ
た。この冷却パターンに従って，圧延および冷却を実施
したところ、ＣＴはほぼ目標通りの565℃となった。ま
た鋼板の靭性特性は、vＴrsは−132℃とほぼ従来法と同
じ値であったが、DWTT85は−35℃と従来法と較べて飛躍
的に低温側に移行した。以上のように、本発明例におい
ては特定鋼種および寸法の場合について説明したが、本
発明に従えば、各種の鋼種および寸法において同様の効
果が得られる。

【００２６】［比較例］従来の方法で、仕上圧延後から
連続的に冷却を行い、560℃で巻取り、板厚19mmの厚肉
材を製造した。この鋼板について靭性特性を評価したと
ころ、vＴrsは−130℃であったが、DWTT85は＋30℃と高
温側に移行していた。なお、このときの冷却中の表面最
低温度は480℃であり、冷却を行ったバンク数は７バン
クであった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原油や天然ガス等を輸送するためのパイプラインに用い
られる厚肉鋼管用素材を製造するに当たり、仕上圧延後
の冷却中の表面温度を予測し、その最低値を許容範囲に
収めることにより、低温でのＤＷＴＴ特性やvＴrs特性
に優れる厚肉の高張力熱延鋼板の製造が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却パターンの決定方法例を示す
流れ図である。

【図２】本発明を適用するに好適な設備列を示す図であ
る。

【図３】巻取温度ＣＴとシャルピー50％破面遷移温度v
Ｔrsとの関係を示す図である。

【図４】従来冷却法における巻取温度ＣＴとＤＷＴＴ85
％破面遷移温度との関係を示す図である。

【図５】従来の方法により薄肉材(板厚13mm）を冷却し
た場合の、仕上圧延後の鋼板温度推移の計算値を示す線
図である。

【図６】従来の方法により厚肉材(板厚19mm）を冷却し
た場合の、仕上圧延後の鋼板温度推移の計算値を示す線
図である。

【図７】冷却中の鋼板表面最低温度の計算値とＤＷＴＴ
85％破面遷移温度との関係を示す図である。

【図８】本発明の方法により厚肉材(板厚19mm）を冷却
した場合の、仕上圧延後の鋼板温度推移の計算値を示す
線図である。

【符号の説明】

１熱間仕上圧延機列２ランナウトテーブル（ホットランテーブル）３コイラー４仕上圧延機入側温度計５仕上圧延機出側温度計６コイラー入側温度計７仕上圧延機スタンド間冷却設備８ランナウトテーブル冷却設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E024 BB08 4K034 AA12 AA13 BA05 DA06 DB03 EA04 4K043 AA01 BA05 BB01 FA03 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間仕上圧延後の鋼帯をコイラーに巻き取
るまでの、ホットランテーブル上での該鋼帯の冷却方法
において、鋼板に要求されるvＴrsおよびＤＷＴＴか
ら、鋼帯の目標巻取温度ＣＴと許容表面最低温度Ｔmin
を求め、次いで、該目標ＣＴを得るための冷却条件を決
定するに際し、鋼帯の表面温度Ｔsが許容表面最低温度
Ｔminを下回らないように冷却手段を制御することを特
徴とする厚肉高張力熱延鋼帯の冷却方法
【請求項２】厚肉高張力熱延鋼帯は、その板厚が16mm超
えの厚肉材であることを特徴とする請求項１に記載の厚
肉高張力熱延鋼帯の冷却方法
【請求項３】冷却手段を制御する方法として、水冷装置
の使用バンクを制御する方法および水冷装置の流量を制
御する方法のいずれか少なくとも一方を用いることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の厚肉高張力熱
延鋼帯の冷却方法
【請求項４】鋼板に要求されるvＴrsおよびＤＷＴＴか
ら、鋼帯の目標巻取温度ＣＴと許容表面最低温度Ｔmin
を求めるに当たり、下記の式を用いることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の厚肉高張力熱延鋼
帯の冷却方法ＤＷＴＴ＝ａ・ＣＴ＋ｂ・Ｔmin＋ｃ (1) vＴrs＝ｄ・ＣＴ＋ｅ (2) ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは係数である。