JP2004090065A

JP2004090065A - 大圧下圧延方法及びそれを用いた熱延鋼帯の製造方法

Info

Publication number: JP2004090065A
Application number: JP2002256794A
Authority: JP
Inventors: Masaru Miyake; 三宅　勝
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】大圧下圧延を可能とし、それを用いて、最終フェライト粒径が３μｍ以下となる超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼帯の製造方法を提供する。
【解決手段】Ａｒ３変態点以上の温度にて、スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、少なくともその最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程（Ａ）と、その後直ちに粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程（Ｂ）と、その後、冷却した粗バーをＡｃ３変態点以上に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させる工程（Ｃ）と、その後直ちに加熱した粗バーに総圧下率で５０％以上の板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする工程（Ｄ）と、その後直ちに５０℃／秒以上の冷却速度にて鋼帯を冷却する工程（Ｅ）とからなる熱延鋼帯の製造方法。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超微細な組織を有する熱延鋼帯を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の軽量化、建築物の高層化等のニーズに対応し鋼材の高強度化が求められている。一般的に鋼材の強度を上げると靭性が低下するが、結晶粒微細化による強化の場合、靭性を低下させずに強度を向上させることが可能であり、種々の結晶粒微細化技術が提案されている。そして、大圧下加工を行うことにより結晶粒が微細化することが知られており、例えば平均粒径３〜４μｍ以下の超微細粒組織を得るためには、１パスで５０％以上の圧下が必要であるといわれている。
【０００３】
例えば、Ａｒ３変態点以上の温度で、５０％以上のアンビル圧縮加工を加え、ついで冷却することにより平均粒径３μｍ以下のフェライトを母相とする超微細組織鋼を製造する方法が示されているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、熱延ままで粒径３〜４μｍの微細粒のフェライト結晶組織を有する延性に優れた微細粒組織鋼材を製造する方法として、Ａｃ３変態点以上の温度域から冷却する過程において熱間加工を加え、その終段において（Ａｒ１＋５０℃）〜（Ａｒ３＋１００℃）の温度域で実質的に１秒以内の間に１回または２回以上の合計減面率が５０％以上９５％以下となる熱間加工を加え、該熱間加工終了後２０℃／秒以上２０００℃／秒以下の冷却速度で６００℃以下の温度域まで冷却する方法が示されているものもある（例えば、特許文献２又は特許文献３参照。）。
【０００５】
さらに、Ａｒ３変態点近傍で合計圧下率８０％以上の圧延を行い、微細粒高強度熱延鋼帯を製造する方法が示されているものもある（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−９２８６１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特公昭６２−７２４７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特公昭６２−３９２２８号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開昭５８−１２３８２３号公報
【００１０】
【特許文献５】
特公昭５３−２４１７２公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
通常、熱延鋼帯の製造プロセスでは、加熱炉にて再加熱された、あるいは連続鋳造ラインから直接搬送されたＡｒ３点以上の高温のスラブを、１台、あるいは複数台の圧延スタンドから構成される粗圧延機における多パス圧延からなる粗圧延工程にて３０〜５０ｍｍ程度の厚さの粗バーに減厚した後、複数の圧延スタンドによる連続圧延である仕上圧延工程にて数ｍｍの板厚まで減厚し、その後の冷却工程を経てコイラーに巻取っている。
【００１２】
この通常の熱延鋼帯の製造ラインにおいて、超微細粒組織を有する熱延鋼帯を製造することを考えた場合、例えば前述の特許文献１のごとく、従来技術では仕上圧延工程で、特定の加工温度域にて大圧下を加えているものがほとんどである。しかしながら、熱延鋼帯の最終板厚は数ｍｍ程度であることから、仕上圧延工程中のいずれかの圧延スタンドにて１パス大圧下を加えた場合、大圧延荷重により圧延ロールに大きな曲げたわみが発生する。このため、圧延材の板厚プロフィルが板幅方向の中心部で厚く板幅端に向けて板厚が減少する凸型の断面形状、いわゆる板クラウンが非常に大きくなるとともに、耳波あるいは中伸びなどの板形状不良が発生しやすくなる。また、このような大圧下圧延を行うためには、駆動系を含め、大圧延荷重、大トルクに耐える圧延機が必要であり、また、必要な圧延仕上温度を確保するため、さらには生産性を落とさないためには、大容量モーターによる高速圧延が必要となって、一般的な仕様の圧延設備での実施は非常に困難である。
【００１３】
また、特許文献１に示されたアンビル圧縮による断続的な大圧下手法は、通常、毎分数百メートル〜千数百メートルの速度で仕上圧延される熱延鋼帯の製造プロセスと比較し、生産性が非常に低く、かつ長手方向に均一な板厚を得ることが困難であることから、数ｍｍの最終板厚に仕上げる熱延鋼帯の仕上圧延設備としては不適切である。
【００１４】
また、これらの従来技術では、大圧下を積極的に行ったとしても、実際の熱延鋼帯の製造プロセスにて製造可能な最終フェライト粒径は３μｍ程度が限界であった。
【００１５】
さらに、近年、熱延鋼帯の製造方法において、最終的に超微細なフェライト組織を有する熱延鋼帯を製造するためには、仕上圧延工程入側、つまり粗バー段階でのオーステナイト結晶粒をできるだけ細かくすることが重要であることが報告されている。
【００１６】
しかしながら、通常一般の熱延鋼帯の製造工程では、１台、または複数台の圧延スタンドから構成される粗圧延機を用いて多パス圧延を行う粗圧延工程にてスラブを３０〜５０ｍｍ程度の厚さの粗バーに減厚する際、１パスでの圧下率は高々３０％であり、かつ各々のパス間も数秒から数十秒と非常に長くならざるを得ない。すなわち、１パスの圧下率が小さいために、圧延加工にて誘起される動的あるいは静的な再結晶により細粒組織を得ることは困難であり、更に高温の状態で保持されることより各パス間での粒成長速度も非常に速い。通常、粗圧延工程と仕上圧延工程の間では、粗バーは１分程度の間、９５０〜１１００℃程度の高温の状態に置かれており、仕上圧延直前の粗バーでのオーステナイト粒径は５０〜１００μｍ程度となる。このような大きさの初期オーステナイト粒から仕上圧延を開始した場合、最終仕上圧延パス直後にて得られるオーステナイト粒径は２０μｍ程度までしか小さくならず、その後の冷却によって生じる変態後フェライト粒径は３〜１０μｍ程度である。
【００１７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、板厚プロフィルと板形状を悪化させることなく、最終フェライト粒径が３μｍ以下となる超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼帯の製造方法を提供すること、またそれを実現するための大圧下圧延方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、超微細粒組織を有する熱延鋼帯を製造するため、仕上圧延前のオーステナイト粒径の細粒化に着目した。そして、粗圧延工程での１パス大圧下により細かな再結晶オーステナイト粒を析出させ、その直後に急速冷却をほどこすことにより、大圧下加工にて析出した細粒組織を凍結することができることを着想した。つまり、この方法によれば、１パス大圧下による結晶粒細粒化効果の他、粗圧延工程から仕上圧延工程の間の粒成長の抑制効果も得られる。
【００１９】
通常の熱延鋼帯の製造ラインにおける粗圧延工程、つまり、被圧延材の板厚が厚い段階において、１パスにて５０％以上の圧下率を実現することは、圧延ロールと材料間の摩擦によって成り立っている圧延ロールによる通常の圧下方法では圧延ロールへの噛込み限界が存在するために困難である。そして、これを実現するためには、非常に大きなロール径を有する圧延機が必要となり、現実的ではない。
【００２０】
上下の圧延ロール間に被圧延材が噛み込んでいくための条件は、（１）式にて与えることができる。
【００２１】

ここで、μは被圧延材と圧延ロール間の摩擦係数、Ｐは被圧延材と圧延ロール間に作用する圧力、θは圧延ロール中心と被圧延材が圧延ロールから離れる点を結んだ線と、圧延ロール中心と被圧延材が圧延ロールに接触し始める点を結んだ線のなす角度であり、通常、噛み込み角と呼ばれている。一般に、熱間圧延における摩擦係数は０．２〜０．３程度であり、したがって、（１）式の関係による噛み込み角θの限界、すなわち圧下率の限界が存在する。
【００２２】
しかしながら、例えば特許文献５に開示されているがごとく、圧延機の入側にて被圧延材に圧縮力を加えることにより、より大きな圧下がかけられることが知られている（以下、この形態の圧延を「押し込み圧延」とよぶ）。押し込み圧延時の噛み込み条件は、（２）式にて与えることができる。
【００２３】
μＰｃｏｓθ＋ｑ＞Ｐｓｉｎθ　・・・・・（２）
ここで、ｑは圧延機上流側から被圧延材に加える押し込み力である。
【００２４】
図４は、（２）式の関係から、押し込み圧延時の押し込み力負荷による圧下限界の変化を求めた一計算例であり、横軸は被圧延材の変形抵抗に対する押し込み力の割合を、また、左縦軸が限界噛み込み角、右縦軸が限界圧下率を示している。なお、計算条件は、圧延ロール径を１０００ｍｍとし、被圧延材の圧延機出側板厚は粗バーを想定して３０ｍｍとした。本図より明らかなように、限界圧下率は、押込み力の大きさ及び圧延ロールと被圧延材間の摩擦係数によって変化し、大きな押込み力を加えるほど、また摩擦係数を高くするほど、限界圧下率は高くなる。例えば、摩擦係数が０．３の場合、変形抵抗の約２０％の押し込み力を負荷することにより、限界圧下率を８０％程度まで増加させることができる。
【００２５】
しかしながら、押し込み圧延による圧下率の増加に伴い、圧延荷重は大幅に増加してしまう。したがって、大圧下を行う圧延機（以下、大圧下圧延機とよぶ）では熱間潤滑を積極的に使用し、摩擦係数を下げることが好ましい。例えば、熱間潤滑の使用により、熱間圧延での摩擦係数は０．１５程度まで下げることが可能である。この場合には、図４より、押し込み力を負荷しない状態での限界圧下率が２７％程度であるのに対し、変形抵抗の約４０％程度の押し込み力を負荷することにより、限界圧下率を８０％程度まで増加させることが可能であることがわかる。
【００２６】
このような押し込み力を与える手段としては、大圧下圧延機の上流側に被圧延材を掴んで圧延機に押し込むプッシャ−等を設置することも可能である。しかし、大圧下圧延機の上流側に別の圧延機（以下、押し込み力負荷圧延機とよぶ）を設置し、両圧延機の圧延ロール周速を調整することにより、被圧延材に圧縮力を加えることが好ましい。連続的な押し込み力を発生させることができ、且つ大圧下圧延機の入側板厚を調整する機能も兼ね備えることができるためである。
【００２７】
このように、例えば近接して設置された連続する２機の圧延機による押し込み圧延によれば、通常の圧延ロールを備える粗圧延機によっても、圧下率５０％以上の圧延が可能である。したがって、粗圧延工程での１パス大圧下による結晶粒細粒化を実現することができる。
【００２８】
一方、外部からの加熱または加工によって自発的に生じる加工発熱によってフェライト→オーステナイトの逆変態を誘起することにより、微細なオーステナイト粒が得られることが知られている。そこで、本発明者等は、粗圧延工程（工程（Ａ））直後に急速冷却を施されて（工程（Ｂ））細粒フェライト組織となった粗バーを、仕上圧延工程（工程（Ｄ））入側にて急速加熱する（工程（Ｃ））ことによりフェライト→オーステナイトの逆変態を誘起させ、仕上圧延の初期オーステナイト組織を細粒化させることができることを着想した。
【００２９】
本発明者等は、上記粗圧延工程での大圧下と、この逆変態を利用した加工熱処理とを組み合わせることにより、仕上圧延入側にて粒径２０μｍ以下の初期オーステナイト粒をもつ粗バーを得ることが可能であり、かつ、このような初期オーステナイト粒径をもつ粗バーを直ちに所定の圧下率以上で仕上圧延し（工程（Ｄ））、その直後に急速冷却を施す（工程（Ｅ））ことにより、従来の限界であった３μｍ以下の超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を製造できることを知見した。
【００３０】
本発明はこれらの知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。
【００３１】
（１）熱間スラブに板厚方向の圧下を加えて粗バーとする工程（Ａ）と、該粗バーを冷却する工程（Ｂ）とを有する熱延鋼帯の製造方法であって、前記工程（Ａ）は、Ａｒ３変態点以上の温度にて、熱間スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、前記複数パスの少なくとも最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程、前記工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）の後、直ちに１５℃／秒を超える冷却速度にて前記粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程、であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【００３２】
（２）熱間スラブに板厚方向の圧下を加えて粗バーとする工程（Ａ）と、該粗バーを冷却する工程（Ｂ）と、前記冷却した粗バーを加熱する工程（Ｃ）とを有する熱延鋼帯の製造方法であって、前記工程（Ａ）は、Ａｒ３変態点以上の温度にて、熱間スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、前記複数パスの少なくとも最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程、前記工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）の後、直ちに１５℃／秒を超える冷却速度にて前記粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程、前記工程（Ｃ）は、前記工程（Ｂ）の後、前記冷却した粗バーをＡｃ３変態点以上に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させる工程、であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【００３３】
（３）熱間スラブに板厚方向の圧下を加えて粗バーとする工程（Ａ）と、該粗バーを冷却する工程（Ｂ）と、前記冷却した粗バーを加熱する工程（Ｃ）と、前記加熱した粗バーに板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする工程（Ｄ）と、該鋼帯を冷却する工程（Ｅ）とからなる熱延鋼帯の製造方法であって、前記工程（Ａ）は、Ａｒ３変態点以上の温度にて、熱間スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、前記複数パスの少なくとも最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程、前記工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）の後、直ちに前記粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程、前記工程（Ｃ）は、前記工程（Ｂ）の後、前記冷却した粗バーをＡｃ３変態点以上に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させる工程、前記工程（Ｄ）は、前記工程（Ｃ）の後、前記加熱した粗バーに直ちに総圧下率で５０％以上の板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする工程、前記工程（Ｅ）は、前記工程（Ｄ）の後、直ちに５０℃／秒以上の冷却速度にて鋼帯を冷却する工程、であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【００３４】
（４）工程（Ａ）の最後のパスにおいて圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加える手段として、近接して設置された２機の圧延機を用い、上流側の圧延機と下流側の圧延機とのロール周速差を調整して前記圧縮力を生じさせることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００３５】
（５）工程（Ａ）の最後のパスの圧延機での圧下率に応じて、その上流側の圧延機での圧下率及び圧延ロールと被圧延材との間の摩擦係数を所定の値に調整することを特徴とする上記（４）に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００３６】
（６）近接して設置された２機の圧延機を用い、上流側の圧延機と下流側の圧延機とのロール周速差を調整して被圧延材の長手方向に圧縮力を加えることにより、下流側の圧延機において圧下率５０％以上の圧延を行う方法であって、下流側の圧延機での圧下率に応じて、その上流側の圧延機での圧下率及び圧延ロールと被圧延材との間の摩擦係数を所定の値に調整することを特徴とする大圧下圧延方法。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の実施に供される熱延鋼帯の製造設備列の一実施形態を示す説明図で、連続鋳造設備にて鋳造されたスラブから熱延鋼帯を製造する設備である。
【００３８】
図３に示す熱延鋼帯の製造設備は、連続鋳造装置１により鋳造された、または鋳造後、加熱炉２にて再加熱されたスラブ３を所定の板厚に圧延する粗圧延機４と、引き続きこのスラブ３に押し込み力を与える押し込み力負荷圧延機５と、押し込み力を負荷されたスラブ３に圧下率が５０％以上の板厚方向の圧下を加える大圧下圧延機６と、粗圧延直後の粗バーに急速冷却を施す急速冷却装置７ａと、粗バーに所定の温度まで急速加熱を施す急速加熱装置８と、該粗バーを所定の板厚まで減厚する仕上圧延機９と、仕上圧延直後の熱延鋼帯に所定の温度まで急速冷却を施す急速冷却装置７ｂと、急速冷却後の熱延鋼帯の巻取り温度を調整するための冷却装置１０と、熱延鋼帯を巻取るためのコイラー１１とを備えている。
【００３９】
前記押し込み力負荷圧延機５及び大圧下圧延機６には、粗圧延機４と同様の圧延機を用いることができる。ただし、大圧下圧延機６は、圧下率５０％以上の大圧下圧延且つ押し込み力負荷圧延によって大幅に増加する圧延荷重を考慮して剛性の高いものとし、さらに大圧下圧延に伴う圧延トルクの増加に対しては、スピンドルを含めた駆動系の仕様を考慮しておくことが望ましい。また、大圧下圧延に伴う圧延動力の増加に対しては、当該圧延機のモーター容量に合わせて、圧延速度を調整することにより対応が可能である。
【００４０】
前記粗圧延機４は、１台または複数台の圧延機によりスラブを所定の厚さへ圧延するものであり、押し込み力負荷圧延機５の上流側に設けられる。ただし、押し込み力負荷圧延機５及び大圧下圧延機６のみを使用して、スラブ３から所定厚さの粗バーへの圧下が可能な場合には、特に設置しなくてもよい。また、粗圧延機４と押し込み力負荷圧延機５の間や、押し込み力負荷圧延機５と大圧下圧延機６の間には、特に被圧延材の尾端部の温度低下を防止するための保熱カバー等を設置することが望ましい。
【００４１】
前記急速冷却装置７ａは、大圧下圧延機６での大圧下直後の急速冷却を行う装置である。この急速冷却装置７ａは、大圧下圧延機６の出側直近に配置することが望ましい。
【００４２】
前記急速加熱装置８としては、短時間で粗バーを急速加熱できるように、通常、温度制御性のよい誘導加熱装置が用いられる。また、粗バーのエッジを加熱するため急速加熱装置８に隣接してエッジヒーターを設置してもよい。そして、粗バー急速冷却装置７ａと急速加熱装置８の間には、特に粗バー尾端部の温度低下を防止するための保熱カバーまたはコイルボックスを設置することが望ましい。更に、急速加熱装置８での加熱出力の制御は、温度計１２ａ、１２ｂにより計測された粗バーの表面温度から断面平均温度を算出し、粗バー全長および全厚に亘りＡｃ３変態点以上となるように、且つ、仕上圧延でのパススケジュールと圧延速度を考慮して、仕上圧延機出口にて所定の仕上温度が確保できるように、粗バーの先端から尾端にかけて加熱出力を調整すればよい。
【００４３】
前記冷却装置７ｂは、仕上圧延機直後での急速冷却を行うための装置であり、極力仕上圧延機９の出側直近に配置することが望ましい。
【００４４】
また、材質調整の観点からは、コイラー１１に巻取る際の温度も重要であり、図３の実施形態では、コイラー１１の直前に巻取り温度調整用の冷却装置１０を配置している。
【００４５】
以下、上記装置構成を用いた本発明法の一実施形態を図１の圧延材温度推移線図をもとに説明する。
【００４６】
連続鋳造後のスラブ３は、通常、約２００〜３００ｍｍの板厚であり、図３の実施形態では、連続鋳造装置１から直送された、または加熱炉２にてＡｃ３変態点以上の温度（通常は１１００〜１２５０℃）に再加熱されたスラブを用いる。
【００４７】
まず、工程（Ａ）では、Ａｒ３変態点以上の温度において、前記のスラブに対して、粗圧延機４により１パスまたは複数パスの圧下を加えて例えば１２５ｍｍ程度の板厚に減厚する。次に、押し込み力負荷圧延機５にて１００ｍｍ程度の板厚に減厚し、その下流側直近に設置された大圧下圧延機６にて圧下率が５０％以上の板厚方向の圧下を加え、板厚が３０〜５０ｍｍ程度の粗バーとする。この際、押し込み力負荷圧延機５と大圧下圧延機６との間の被圧延材の長手方向に所定の圧縮力が作用するように、各々の圧延機の圧延ロール周速を設定する。
【００４８】
ここで、圧縮力の検出は、例えば押し込み力負荷圧延機５の出側の被圧延材の速度と押し込み力負荷圧延機５のロール周速から先進率を求め、この先進率と圧延荷重、トルク測定値の情報と合わせて推定することができる。また、押し込み力の調整は、この圧縮力検出値をもとに押し込み力負荷圧延機５のロール周速をフィードバック制御することにより可能である。
【００４９】
なお、工程（Ａ）では、圧下量や圧下によって与えられる歪分布の均一度等を考慮して、粗圧延機４による圧延パス数や、粗圧延機４，押し込み力負荷圧延機５，大圧下圧延機６の各圧延機における圧下率が決定される。また、粗圧延機４によるパス数は、粗圧延機４の設置台数や、リバースさせる回数により調整することができる。
【００５０】
ただし、本実施形態では、少なくとも工程（Ａ）における最後のパスは、Ａｒ３変態点以上の温度において大圧下圧延機６にてスラブに圧下率５０％以上の圧下を加える。本発明の細粒化機構は、オーステナイトの再結晶現象を利用するため、Ａｒ３変態点以上であることが必要であるし、結晶粒の細粒化には大歪を加えることが有効であり、５０％未満の圧下では細粒化効果が小さいからである。また、このような圧下を工程（Ａ）の少なくとも最後のパスで行うのは、５０％以上の板厚方向の圧下を加えて結晶粒を細粒化した後、直ちに工程（Ｂ）における急速冷却を行うためである。なお、本実施形態における押し込み力負荷圧延機５による圧下率は、大圧下圧延機６による圧下率などに応じて調整するものであるが、その詳細は後述することとする。
【００５１】
次に、工程（Ｂ）では、この粗バーを大圧下圧延機６出側直近に設置された急速冷却装置７ａを用い、被圧延材のＡｒ１変態点以下の温度に急速冷却する。ここで、被圧延材をＡｒ１変態点以下の温度に急速冷却するのは、粗圧延（工程（Ａ））後の組織はオーステナイトであるので、引き続き行う工程（Ｃ）で逆変態を利用するためにはＡｒ１変態点以下の温度に急速冷却してフェライトに変態させる必要があるからである。冷却速度が速いほど、変態析出するフェライトの析出核の数が多くなり、フェライト粒径も小さくなる。また、冷却速度が速いほど粒成長も妨げるため、１５℃／秒を超える冷却速度とすることが好ましい。
【００５２】
以上説明したような工程（Ａ）および工程（Ｂ）を経ることにより、細粒フェライト組織を有する粗バーを得ることができる。
【００５３】
更に、工程（Ｃ）ではＡｒ１変態点以下の温度のまま仕上圧延機９の入側まで搬送された粗バーを、急速加熱装置８にて被圧延材のＡｃ３変態点以上の温度に急速加熱を行う。これにより、フェライトからオーステナイトへの逆変態が誘起され、細粒オーステナイト組織を得ることができる。なお、工程（Ｃ）は、仕上圧延工程（工程Ｄ）の直前に行うのが好ましい。仕上圧延工程までの時間が長くなると、逆変態により生じた細粒オーステナイト組織が粒成長により粒径が増大してしまうためである。
【００５４】
以上説明したような工程（Ａ）〜工程（Ｃ）を経ることにより、仕上圧延前の初期オーステナイト組織を細粒化させることができる。
【００５５】
引き続き、工程（Ｄ）では、仕上圧延機９にて所定の仕上板厚までの減厚を行う。工程（Ｄ）では、仕上板厚への圧下量等に応じて、１台の圧延スタンドからなる仕上圧延機にて仕上圧延する場合もあるし、複数台の圧延スタンドからなる仕上圧延機にて仕上圧延する場合もあるが、どちらにしても総圧下率で５０％以上の板厚方向の圧下を加える。
【００５６】
そして、工程（Ｅ）において仕上圧延機９出側直近に位置する急速冷却装置７ｂにて５０℃／秒以上の冷却速度にて急速冷却を行い、その後冷却装置１０にて所定の巻取り温度となるように調整冷却を行い、コイラー１１にて巻取る。この時、急速冷却装置７ｂによる冷却速度を５０℃／秒以上とするのは、急速冷却することにより粒径の小さなフェライトを変態析出させるためである。また、冷却装置１０による調整冷却は必ずしも必要ではなく、急速冷却装置７ｂにて材質造り込み上に必要である所定の温度への冷却が可能である場合には、急速冷却後に直接巻取ってもよい。
【００５７】
図２は、熱延鋼帯の製造プロセスにおける結晶粒径の変化を示す図である。本図は、材料のミクロ組織の変化を、加工による温度、ひずみの変化や時間の関数として記述したシミュレーションプログラムにより得られた計算結果に基づくものである。
【００５８】
上記で説明した本発明法による熱延鋼帯の製造の一例としての計算条件は、以下の通りである。すなわち、図３に示す熱延鋼帯の製造設備列を用いて、厚さ２５０ｍｍの低炭素鋼スラブ３を加熱炉２にて１１００℃に加熱する。そして、このスラブ３に粗圧延機４による３パスの圧下を加えて１２５ｍｍまで減厚し、さらに押し込み力負荷圧延機５にて１００ｍｍまで減厚直後に大圧下圧延機６にて圧下率が７０％の圧下を加えて３０ｍｍまで減厚して粗バーとする（工程（Ａ））。次に、大圧下圧延機６による圧下直後に、急速冷却装置７ａにより３０℃／秒の冷却速度にて本材料のＡｒ１変態点以下である７００℃まで冷却し（工程（Ｂ））、この粗バーに急速加熱装置８により７０℃／秒の昇温速度にて本材料のＡｃ３変態点以上である９００℃まで急速加熱を行って逆変態を生じさせる（工程（Ｃ））。そして、仕上圧延機９にて板厚２ｍｍ（仕上圧延総圧下率９３％）まで減厚し（工程（Ｄ））、仕上圧延が終了直後、急速冷却装置７ｂにより２００℃／秒の冷却速度にて６００℃まで急速冷却を行い（工程（Ｅ））、コイラー１１で巻取る。
【００５９】
これに対し、比較例としての計算条件は、以下の通りである。すなわち、本発明例と同様に厚さ２５０ｍｍの低炭素鋼スラブ３を加熱炉２にて１１００℃に加熱する。そして、本発明例の工程（Ａ）にかえて、このスラブ３に粗圧延機４による７パスの圧下を加えて３０ｍｍまで減厚して粗バーとする。なお、この粗バーに対する急速冷却（本発明例の工程（Ｂ））、および急速加熱（本発明例の工程（Ｃ））は行わない。そして、本発明例と同様に、仕上圧延機９にて板厚２ｍｍ（仕上圧延総圧下率９３％）まで減厚し、仕上圧延が終了直後、２００℃／秒の冷却速度にて６００℃まで急速冷却を行い、コイラー１１で巻取る。
【００６０】
以上の条件による計算の結果、図２に示すように、粗圧延機入側で約２１０μｍであるスラブのオーステナイト平均粒径は、本発明の工程（Ａ）〜（Ｃ）を経ることにより、仕上圧延機入側で平均粒径約１０μｍまで細粒化される。そして、さらに工程（Ｄ）〜（Ｅ）を経ることにより、約１〜２μｍの超微細なフェライト結晶組織を有する熱延鋼帯が得られることがわかる。一方、本発明の工程（Ａ）〜（Ｃ）を経ない比較例では、仕上圧延機入側での平均粒径は約８０μｍ程度となり、その後本発明例の工程（Ｄ）〜（Ｅ）と同じ条件を経ても、平均粒径約８μｍ程度のフェライト組織しか得られないことがわかる。
【００６１】
このように、本発明の製造方法によれば、従来の製造方法と比較して、仕上圧延機入側における粗バーの結晶粒径が細粒になり、さらに結晶粒径が超微細な熱延鋼帯が得られることが判る。
【００６２】
ところで、前記したように、本実施形態における押し込み力負荷圧延機５による圧下率は、大圧下圧延機６による圧下率などに応じて調整するものである。そこで、以下では、押し込み圧延条件について詳細に説明する。
【００６３】
押し込み力負荷圧延機５にて安定した圧延を行うためには、２つの制約が考えられる。第１にロールバイトに噛み込むための条件、第２に下流側の大圧下圧延機６に押し込み力を負荷することに伴ってロールバイト出口面に発生する過大圧縮力によるスリップを起こさないための条件である。以下、これらの制約条件について、大圧下圧延機６での圧下率が５０％の場合（ケースＡ）と７０％の場合（ケースＢ）を例にとって説明する。すなわち、粗バー厚（大圧下圧延機６の出側板厚）を３０ｍｍとすると、押し込み力負荷圧延機５の出側板厚は、ケースＡでは６０ｍｍ、ケースＢでは１００ｍｍである。
【００６４】
図５は、（１）式の関係から、押し込み力負荷圧延機５での噛み込み限界圧下率と、圧延ロールと被圧延材間の摩擦係数の関係を示したものである。なお、圧延ロール径は１０００ｍｍとした。本図より、摩擦係数が高いほど噛み込み限界圧下率は高くなることがわかる。
【００６５】
次に、過大圧縮力によるスリップの発生について説明する。図６、図７は押し込み力負荷圧延機でのロールバイト内の圧延圧力の分布を示したものであり、図６がケースＡ、図７がケースＢの場合である。両ケースとも、押し込み力負荷圧延機５での摩擦係数を０．２５、圧下率を２０％とした。すなわち、ケースＡでは板厚７５ｍｍを６０ｍｍに、ケースＢでは板厚１２５ｍｍを１００ｍｍまで圧延した場合の例である。なお、図中の圧延圧力は負号が圧縮力を示している。両ケースとも、押し込み力を増加させるにつれ、圧延圧力分布の頂点である中立点がロールバイト出口側に移動しており、ケースＡでは押し込み力が変形抵抗の５０％程度とした時点、ケースＢでは押し込み力を変形抵抗の３０％程度とした時点にて中立点がロールバイト内に存在できない状態となる。この状態は、圧延ロールと被圧延材がロールバイト全域に渡ってスリップしていることを示しており、安定した圧延が不可能であることを意味する。
【００６６】
以上、図５及び図６，図７により説明したような、押し込み力負荷圧延機５により安定した圧延を行うための制約条件を整理すると、図８（ケースＡ）及び図９（ケースＢ）のようになる。これらの図において、限界線にハッチングを施した側が圧延可能領域を示している。両図より、押し込み力負荷圧延機５における圧延には、噛み込み限界に起因する圧下率の制約と、スリップ限界に起因する押し込み力の制約があることがわかる。また、大圧下圧延機６の場合には大圧下により大幅に増加する圧延荷重を低下させるために摩擦係数は低い方が望ましいことは先に述べたが、しかし、押し込み力負荷圧延機５の場合には、摩擦係数が高いほど安定圧延領域が広いことがわかる。
【００６７】
このように、押し込み力負荷圧延機５による圧延には制約があり、被圧延材に大圧下圧延機６への押し込み力をむやみに与えることはできない。すなわち、２機の近接する圧延機を利用した押し込み圧延により大圧下圧延を行う場合には、大圧下圧延機６での所望の圧下率より必要な押し込み力を算出し、その押し込み力を安定して発生させるための押し込み力負荷圧延機５での圧下率と摩擦係数の範囲を予め求めておき、その範囲にて押し込み圧延を行うことによって、安定した大圧下圧延が可能となる。
【００６８】
例えば、図４中の摩擦係数０．１５の場合を例にとると、大圧下圧延機６ではケースＡにて変形抵抗の１０％程度、ケースＢにて変形抵抗の２３％程度の押し込み力が必要である。これに対し、押し込み力負荷圧延機５では、ケースＡにて前記した変形抵抗の１０％程度の押し込み力を加える場合、図８中の一点鎖線で示すように、摩擦係数が０．２０の場合であっても安定した圧延が可能である。一方、ケースＢにて前記した変形抵抗の２３％程度の押し込み力を加える場合には、図９中の一点鎖線で示すように、摩擦係数が０．２０では中立点が存在せず、スリップが発生してしまうことがわかる。また、摩擦係数を０．２５とした場合でも、安定した押し込み力負荷圧延を行うためには圧下率約１０％以上の圧延を行う必要があることがわかる。
【００６９】
このように、本実施形態の押し込み圧延では、大圧下圧延機６で必要な押し込み力に応じて、押し込み力負荷圧延機５で安定した圧延を行うことができる摩擦係数及び圧下率に調整する。その際、押し込み力負荷圧延機５での摩擦係数を高くする必要がある場合には、例えば、圧延ロール粗度を粗くするなどの方法を行えばよい。
【００７０】
なお、上記の説明では、一例として、押し込み力負荷圧延機５と大圧下圧延機６の圧延ロール径がともに１０００ｍｍ、粗バー厚さが３０ｍｍの場合について示した。もし、圧延ロール径が異なる場合や、所望の粗バー厚が異なる場合等には、予めそれらの条件毎に同様の検討を行っておき、その結果を選択的に用いるようにすればよい。
【００７１】
以上説明した本実施形態の押し込み圧延によれば、２機の近接する圧延機を利用して、粗圧延工程において圧下率５０％以上の１パス大圧下圧延が可能となる。したがって、前記工程（Ａ）の最後のパスでこの押し込み圧延を適用することにより、細粒組織を有する粗バーを得ることができる。
【００７２】
【実施例】
上述したシミュレーション計算に用いたプロセスを実施して、熱延鋼帯を製造した。すなわち、工程（Ａ）では、粗圧延機４により板厚１２５ｍｍまで減厚し、押し込み力負荷圧延機５により１００ｍｍへ減厚し（圧下率２０％）、さらに大圧下圧延機６により３０ｍｍへ減厚（圧下率７０％）した。ここで、押し込み力負荷圧延機５と大圧下圧延機６の圧延ロール径はともに１０００ｍｍとした。また、大圧下圧延機６における摩擦係数は約０．１５、押し込み力負荷圧延機５における摩擦係数は約０．２５となるように潤滑条件ならびに圧延ロールの粗度を予め調整した。
【００７３】
なお、上記の条件は、本発明の実施の形態で説明したケースＢに相当する。つまり、図４より、必要な押し込み力が変形抵抗の約２３％であることがわかる。さらに図９より、押し込み力負荷圧延機５による圧下率が２０％の場合、押し込み力負荷圧延機５における摩擦係数を０．２５程度とすれば、押し込み圧延が可能であることがわかる。上記の条件は、このような検討を予め行い、押し込み力負荷圧延機５における圧下率と摩擦係数を調整したものである。
【００７４】
一方、比較例についても同様に、上述したシミュレーション計算に用いたプロセスを実施して、熱延鋼帯を製造した。
【００７５】
室温まで冷却後の熱延鋼帯の組織を調べたところ、従来の粗圧延方法による比較例の熱延鋼帯では平均粒径約８μｍ程度のフェライト組織となっていたのに対し、本発明法により製造された熱延鋼帯は約１〜２μｍの超微細なフェライト結晶組織を有することがわかり、本発明法の効果が確認できた。
【００７６】
また、板プロフィルや板形状を悪化させることなく、熱延鋼帯の製造を安定して行うことができた。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粗圧延工程における大圧下圧延が可能となり、またこれを用いて、従来製造が困難であった粒径３μｍ以下の超微細なフェライト組織を有する熱延鋼帯を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱延鋼帯の製造方法の一実施形態における圧延材温度推移を示す説明図
【図２】熱延鋼帯の製造プロセスにおける結晶粒径の変化を示す説明図
【図３】本発明の実施に供される熱延鋼帯の製造設備列の一実施形態を示す説明図
【図４】本発明による大圧下圧延機での噛み込み限界を示す説明図
【図５】本発明による押し込み力負荷圧延機での噛み込み限界を示す説明図
【図６】本発明による押し込み力負荷圧延機でのロールバイト中の圧延圧力分布を示す説明図
【図７】本発明による押し込み力負荷圧延機でのロールバイト中の圧延圧力分布を示す別の説明図
【図８】本発明による押し込み力負荷圧延機での安定圧延領域を示す説明図
【図９】本発明による押し込み力負荷圧延機での安定圧延領域を示す別の説明図
【符号の説明】
１　　連続鋳造装置
２　　加熱炉
３　　スラブ
４　　粗圧延機
５　　押し込み力負荷圧延機
６　　大圧下圧延機
７ａ、７ｂ　急速冷却装置
８　　急速加熱装置
９　　仕上圧延機
１０　冷却装置
１１　コイラー
１２ａ、１２ｂ　温度計

Claims

熱間スラブに板厚方向の圧下を加えて粗バーとする工程（Ａ）と、該粗バーを冷却する工程（Ｂ）とを有する熱延鋼帯の製造方法であって、前記工程（Ａ）は、Ａｒ３変態点以上の温度にて、熱間スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、前記複数パスの少なくとも最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程、
前記工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）の後、直ちに１５℃／秒を超える冷却速度にて前記粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程、
であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
熱間スラブに板厚方向の圧下を加えて粗バーとする工程（Ａ）と、該粗バーを冷却する工程（Ｂ）と、前記冷却した粗バーを加熱する工程（Ｃ）とを有する熱延鋼帯の製造方法であって、
前記工程（Ａ）は、Ａｒ３変態点以上の温度にて、熱間スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、前記複数パスの少なくとも最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程、
前記工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）の後、直ちに１５℃／秒を超える冷却速度にて前記粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程、
前記工程（Ｃ）は、前記工程（Ｂ）の後、前記冷却した粗バーをＡｃ３変態点以上に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させる工程、
であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
熱間スラブに板厚方向の圧下を加えて粗バーとする工程（Ａ）と、該粗バーを冷却する工程（Ｂ）と、前記冷却した粗バーを加熱する工程（Ｃ）と、前記加熱した粗バーに板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする工程（Ｄ）と、該鋼帯を冷却する工程（Ｅ）とからなる熱延鋼帯の製造方法であって、
前記工程（Ａ）は、Ａｒ３変態点以上の温度にて、熱間スラブに圧延機による板厚方向の圧下を複数パス加えて粗バーとするとともに、前記複数パスの少なくとも最後のパスにおいてそのパスの圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加えて圧下率５０％以上の圧延を行う工程、
前記工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）の後、直ちに前記粗バーをＡｒ１変態点以下の温度に冷却する工程、
前記工程（Ｃ）は、前記工程（Ｂ）の後、前記冷却した粗バーをＡｃ３変態点以上に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させる工程、
前記工程（Ｄ）は、前記工程（Ｃ）の後、前記加熱した粗バーに直ちに総圧下率で５０％以上の板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする工程、
前記工程（Ｅ）は、前記工程（Ｄ）の後、直ちに５０℃／秒以上の冷却速度にて鋼帯を冷却する工程、
であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
工程（Ａ）の最後のパスにおいて圧延機入側の被圧延材の長手方向に圧縮力を加える手段として、近接して設置された２機の圧延機を用い、上流側の圧延機と下流側の圧延機とのロール周速差を調整して前記圧縮力を生じさせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
工程（Ａ）の最後のパスの圧延機での圧下率に応じて、その上流側の圧延機での圧下率及び圧延ロールと被圧延材との間の摩擦係数を所定の値に調整することを特徴とする請求項４に記載の熱延鋼帯の製造方法。
近接して設置された２機の圧延機を用い、上流側の圧延機と下流側の圧延機とのロール周速差を調整して被圧延材の長手方向に圧縮力を加えることにより、下流側の圧延機において圧下率５０％以上の圧延を行う方法であって、下流側の圧延機での圧下率に応じて、その上流側の圧延機での圧下率及び圧延ロールと被圧延材との間の摩擦係数を所定の値に調整することを特徴とする大圧下圧延方法。