JP2004090015A

JP2004090015A - 微細結晶粒鉄鋼の製造設備

Info

Publication number: JP2004090015A
Application number: JP2002252462A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Momo; 百々　泰
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP4186208B2

Abstract

【課題】鋼材を２方向に交互に高圧下して結晶粒を微細化した微細結晶粒鉄鋼を高能率で製造することができ、これによりリサイクル性と機械的性質に優れた微細結晶粒鉄鋼を安価に生産できる微細結晶粒鉄鋼の製造設備を提供する。
【解決手段】細長い鋼材１に対し幅方向圧下と厚み方向圧下を交互に行う双方向高圧下プレス１０と、圧下による鋼材の発熱を冷却して粗大結晶粒の成長を抑制する冷却装置１２と、鋼材を長手方向に供給する鋼材供給装置１４とを備え、材料の再結晶温度近傍で粗大結晶粒の成長を抑制しながら鋼材に双方向の大きな塑性歪みを与える。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細結晶粒鉄鋼の製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延において大きな塑性歪みを与えると、合金元素を混入せずに結晶粒を微細化することができ、機械的性質の優れた鉄鋼材料を生産できることが知られている。
その手法として薄板の熱間圧延でロールによる仕上げ圧延時、比較的低温（６００〜７００℃）で再結晶する作用が遅い時に大きな塑性歪みを与え、同時に再結晶温度より下まで冷却し微細な結晶組織を有する鉄板を生産する手段が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００１−９８３２２には、組成を特定した材料において１２００℃の５０ｍｍ厚スラブを２０ｍｍ厚素材に圧延後１０００℃に再加熱（オーステナイト化）、５〜１００℃／ｓの冷却速度で噴霧水急冷却により６５０℃以下に冷却し、低温相発生開始温度までの間に断面減少率６０％以上（１パス当たりの圧下率３０％以上）を行い、圧延完了後４００℃以下に空冷（冷却速度６０℃／ｓ）すると、結晶粒径１．５〜２．９μｍ、略７００ＭＰの材料を得る製造方法が提案されている。
【０００４】
すなわち、特開２００１−９８３２２は、重量％にて、Ｃ：０．０５〜０．３％とＭｎ：０．５〜３％を含み、残部が実質的にＦｅからなる組成の鋼を、Ａｃ３点以上の温度から５℃／ｓ以上１００℃／ｓ未満の冷却速度にて冷却して６５０℃以下とし、フェライト相、ベイナイト相、またはマルテンサイト相のような低温相が析出を開始する温度までの温度範囲で、加工開始に対する加工終了の断面積減少率が６０％以上の加工を、１パスまたは１パス当たり３０％以上の多パスにて施し、その後空冷またはそれ以上の冷却速度にて４００℃以下の温度にまで冷却するものである。
【０００５】
また特開２００１−２３４２３９は、フェライトが再結晶しない温度領域で全５０％以上の多パス圧延を行い、次いで２パス以内でフェライトが動的再結晶する温度領域で圧延する工程を含むものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように合金元素を混入せずに結晶粒を微細化した微細結晶粒鉄鋼を製造するためには、１パス当たり３０％以上、全体で少なくとも５０％以上の大きな塑性歪みを与える必要がある。
【０００７】
しかし、ロール圧延により上記の大きな塑性歪みを与えるには、材料の噛み込み角度に限界があり、通常の圧延機圧下率は最大２０％であり、また特殊なケースでも３０％が限界である。
一方、圧下率を高くすることにより強度上ロール直径を大きくする必要があるが、しかしロール直径を大きくすると圧下容積の増大に伴い更に圧延荷重が大きくなり強固な装置が必要である。
このためロールを用いた大歪み圧延による結晶粒制御生産は、比較的荷重の小さい薄板に限られる。更に薄板のロール圧延では異なる２方向から塑性歪みを与えることは出来ないので、結晶の構成を均一化することはできない。
【０００８】
一方、図３に模式的に示すように、鍛造プレスのアンビル２を用いて一方向（例えばｙ方向）に高圧下を行い、次いでワーク１を９０度回転させて、再度別方向（例えばｚ方向）に高圧下を行うことによっても結晶粒を微細化できることが実験で確認されている。
この場合、鍛造プレスで３０％以上の高圧下を行うことはできるが、圧下、９０度回転および再圧下の工程が複雑であり、フェライトが再結晶しない温度領域でこの３工程を円滑に行うことが難しい問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、鋼材を２方向に交互に高圧下して結晶粒を微細化した微細結晶粒鉄鋼を高能率で製造することができ、これによりリサイクル性と機械的性質に優れた微細結晶粒鉄鋼を安価に生産できる微細結晶粒鉄鋼の製造設備を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、細長い鋼材（１）に対し幅方向圧下と厚み方向圧下を交互に行う双方向高圧下プレス（１０）と、圧下による鋼材の発熱を冷却して粗大結晶粒の成長を抑制する冷却装置（１２）と、鋼材を長手方向に供給する鋼材供給装置（１４）とを備え、材料の再結晶温度近傍で粗大結晶粒の成長を抑制しながら鋼材に双方向の大きな塑性歪みを与える、ことを特徴とする微細結晶粒鉄鋼の製造設備が提供される。
【００１１】
本発明のこの構成によれば、冷却装置（１２）で圧下による鋼材の発熱を冷却して粗大結晶粒の成長を抑制しながら、双方向高圧下プレス（１０）で細長い鋼材（１）に対し幅方向圧下と厚み方向圧下を交互に１圧下当たり３０％以上、全体で少なくとも５０％以上の高圧下で行うことができ、合金元素を添加することなく材料の結晶粒を微細化することができ、リサイクル性と機械的性質に優れた素材を安価に生産できる。
また、鋼材供給装置（１４）で鋼材を長手方向に供給するので、鋼材を連続的に高圧下でき、微細結晶粒鉄鋼の生産性を高めることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記双方向高圧下プレス（１０）は、鋼材（１）を幅方向に圧下する１対の幅圧下金型（１５ａ）と、鋼材（１）を厚み方向に圧下する１対の厚み圧下金型（１５ｂ）と、幅圧下金型と厚み圧下金型を交互に駆動する双方向駆動装置（１６）とを備える。
【００１３】
また、前記双方向駆動装置（１６）は、幅圧下金型（１５ａ）と厚み圧下金型（１５ｂ）をそれぞれ鋼材搬送ライン（３）を挟むように偏心運動させる偏心駆動軸（１７、１８）と、該偏心駆動軸を位相をずらして同期させる同期機構（２０）と、これを回転駆動する駆動装置（２２）とを有する。
【００１４】
この構成により、偏心駆動軸（１７、１８）により幅圧下金型（１５ａ）と厚み圧下金型（１５ｂ）をそれぞれ鋼材搬送ライン（３）を挟むように偏心運動させることができる。また同期機構（２０）により、偏心駆動軸を位相をずらして同期させ、幅圧下と厚み圧下とを交互に行うことができる。更に、駆動装置（２２）で同期機構を回転駆動することにより、単一の駆動装置（２２）により双方向駆動装置（１６）を駆動できるので、駆動源が共用可能となり、竪ミルおよび水平ミルを併設する場合に比較して装置全体をコンパクトにできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の微細結晶粒鉄鋼の製造設備の全体模式図であり、図２はその正面図である。図１及び図２に示すように、本発明の微細結晶粒鉄鋼の製造設備は、双方向高圧下プレス１０、冷却装置１２及び鋼材供給装置１４を備える。
【００１７】
双方向高圧下プレス１０は、１対の幅圧下金型１５ａ、１対の幅圧下金型１５ａ及び双方向駆動装置１６とからなる。１対の幅圧下金型１５ａは、偏心部１７ａとこれに連結されたクランク軸１７ｂにより鋼材搬送ライン３を挟むように水平に偏心運動し、鋼材１を幅方向に圧下する。１対の幅圧下金型１５ａは、偏心部１８ａこれに連結されたクランク軸１８ｂにより鋼材搬送ライン３を挟むように鉛直に偏心運動し、鋼材１を厚み方向に圧下する。従ってこの構成により、細長い鋼材１に対し幅方向圧下と厚み方向圧下を交互に高サイクルで行うことができる。
【００１８】
鋼材１は、合金元素を含まない鋼材、例えば重量％にて、Ｃ：０．０５〜０．３％とＭｎ：０．５〜３％を含み、残部が実質的にＦｅからなる組成の鋼であるのがよい。
【００１９】
双方向駆動装置１６は、幅圧下金型１５ａと厚み圧下金型１５ｂを交互に駆動する。
この例において、双方向駆動装置１６は、偏心駆動軸１７、１８と、同期機構２０と駆動装置２２とを有する。
【００２０】
偏心駆動軸１７、１８は、金型１５ａ，１５ｂに偏心運動を与える偏心部１７ａ，１８ａをそれぞれ有し、幅圧下金型１５ａと厚み圧下金型１５ｂをそれぞれ鋼材搬送ライン３を挟むように偏心運動させる。偏心駆動軸１７、１８はこの例では互いに直交し、全体として矩形に配列され、その端部は別の偏心駆動軸１７、１８に隣接している。同期機構２０は、この例では偏心駆動軸１７、１８の端部に設けられた歯数の等しいベベルギア２０ａ，２０ｂであり、偏心駆動軸１７、１８を９０度ずつ位相をずらして同期させるようになっている。駆動装置２２は、偏心駆動軸１７、１８のいずれか１つに連結されこれを回転駆動する。すなわち、各々の金型を揺動させるクランク軸は、歯車機構により連結し、更に駆動源と連結させる。
【００２１】
上述した構成により、偏心駆動軸１７、１８により幅圧下金型１５ａと厚み圧下金型１５ｂをそれぞれ鋼材搬送ライン３を挟むように偏心運動させることができる。また同期機構２０により、偏心駆動軸を位相をずらして同期させ、幅圧下と厚み圧下とを交互に高サイクルで行うことができる。
【００２２】
更に、駆動装置２２で同期機構を回転駆動することにより、単一の駆動装置２２により幅圧下機構と厚さ圧下機構の両方を駆動できるので、駆動源が共用可能となり、竪ミルおよび水平ミルを併設する場合に比較して装置全体をコンパクトにできる。
【００２３】
また、偏心駆動軸１７、１８は９０度ずつ位相をずらして同期するので、駆動装置２２の最大負荷は、単一の幅圧下機構又は厚さ圧下機構を駆動する場合と同一であり、駆動源を小型化できる。
【００２４】
冷却装置１２は、例えば水噴射装置であり、圧下中の鋼材１に多量の冷却水を噴射し、圧下による鋼材の発熱を冷却して粗大結晶粒の成長を抑制する。
【００２５】
鋼材供給装置１４は、例えばピンチロールであり、鋼材を長手方向に供給する。なお本発明はこの構成に限定されず、例えば各々の金型をライン方向に往復動できるように構成しても、或いは圧下金型を内装したスライダーによりライン方向に往復動可能にした走間形式でもよい。
【００２６】
上述した本発明の構成によれば、冷却装置１２で圧下による鋼材の発熱を冷却して粗大結晶粒の成長を抑制しながら、双方向高圧下プレス１０で細長い鋼材１に対し幅方向圧下と厚み方向圧下を交互に１圧下当たり３０％以上、全体で少なくとも５０％以上の高圧下で行うことができる。
【００２７】
従って材料の再結晶温度近傍で粗大結晶粒の成長を抑制しながら鋼材に双方向の大きな塑性歪みを与え、合金元素を添加することなく材料の結晶粒を微細化することができ、リサイクル性と機械的性質に優れた素材を安価に生産できる。
また、鋼材供給装置１４で鋼材を長手方向に供給するので、鋼材を連続的に高圧下でき、微細結晶粒鉄鋼の生産性を高めることができる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、ロールによる圧延と比較して鋼材内部まで塑性歪みを与えることができる金型プレスを用い、更に圧下による発熱（約１００℃上昇）を冷却して粗大結晶粒の抑制し、幅圧下プレスと厚み圧下プレスを組み合わせて、材料に双方向の大きな塑性歪みを与えるものであり、金型による連続プレス装置を材料の再結晶温度近傍で用いることを特徴とする。
【００３０】
従って、本発明の微細結晶粒鉄鋼の製造設備は、鋼材を２方向に交互に高圧下して結晶粒を微細化した微細結晶粒鉄鋼を高能率で製造することができ、これによりリサイクル性と機械的性質に優れた微細結晶粒鉄鋼を安価に生産できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細結晶粒鉄鋼の製造設備の全体模式図である。
【図２】本発明の微細結晶粒鉄鋼の製造設備の正面図である。
【図３】従来の鍛造プレスによる結晶粒微細化の模式図である。
【符号の説明】
１　鋼材（ワーク）、２　アンビル、３　鋼材搬送ライン、
１０　双方向高圧下プレス、１２　冷却装置、
１４　鋼材供給装置、
１５ａ　幅圧下金型、１５ｂ　厚み圧下金型、
１６　双方向駆動装置、１７、１８　偏心駆動軸、
１７ａ、１８ａ　偏心部、１７ｂ、１８ｂ　クランク軸、
２０　同期機構、２０ａ、２０ｂ　ベベルギア、
２２　駆動装置

Claims

細長い鋼材（１）に対し幅方向圧下と厚み方向圧下を交互に行う双方向高圧下プレス（１０）と、圧下による鋼材の発熱を冷却して粗大結晶粒の成長を抑制する冷却装置（１２）と、鋼材を長手方向に供給する鋼材供給装置（１４）とを備え、
材料の再結晶温度近傍で粗大結晶粒の成長を抑制しながら鋼材に双方向の大きな塑性歪みを与える、ことを特徴とする微細結晶粒鉄鋼の製造設備。
前記双方向高圧下プレス（１０）は、鋼材（１）を幅方向に圧下する１対の幅圧下金型（１５ａ）と、鋼材（１）を厚み方向に圧下する１対の厚み圧下金型（１５ｂ）と、幅圧下金型と厚み圧下金型を交互に駆動する双方向駆動装置（１６）とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の微細結晶粒鉄鋼の製造設備。
前記双方向駆動装置（１６）は、幅圧下金型（１５ａ）と厚み圧下金型（１５ｂ）をそれぞれ鋼材搬送ライン（３）を挟むように偏心運動させる偏心駆動軸（１７、１８）と、該偏心駆動軸を位相をずらして同期させる同期機構（２０）と、これを回転駆動する駆動装置（２２）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の微細結晶粒鉄鋼の製造設備。