JP2004122133A - 熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べ一層高強度の金属板を製造できる熱間圧延方法を提供する。
【解決手段】仕上圧延終了後の金属板にレベラにより曲げ加工を施し、長手方向に曲げひずみを付加するに際し、レベラの上、下ワークロールを上、下で周速が異なるように駆動し、重畳的にせん断ひずみを付加する。
【選択図】　　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来に比べより一層高強度の金属板を製造するための熱間圧延方法ならびに熱間圧延ラインに関する。尚、本発明にいう金属板は、金属帯をも含む意味とする。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼板に代表される金属板は、図１に示すような設備配置の熱間圧延ラインにおいて製造されている。この熱間圧延ラインには、上流側から順に加熱炉１　、粗圧延機２、仕上圧延機３、水冷ゾーンを形成する冷却設備４、コイラ５ａ、５ｂが配置され、加熱炉１　にて加熱後に抽出され、もしくは加熱炉１を経ずに上工程から直送されてきたスラブは、粗圧延機２にてシートバーと呼ばれる中間的な板厚にまで圧延され、その後、仕上圧延機３で金属板１０に加工され、冷却設備４の水冷ゾーン内で所定の冷却が行われた後、コイラ５ａ、５ｂのいずれか一方に巻き取られる。符号１１は、仕上圧延終了後の金属板１０の搬送方向である。
【０００３】
このようにして製造される熱延鋼板製品を高強度化するため、従来から結晶粒の微細化を図る熱間圧延方法が種々検討されている。その代表的なものとしては、特開昭６３−２２３１２４　号公報に開示されている制御圧延法がある。（特許文献１）鋼の熱間圧延時に行う制御圧延法の特徴は、再結晶温度より高温域において圧延を開始し、動的、あるいは静的再結晶により、オーステナイト（　以下、単にγと記す）　粒を微細化すること、および温度が低下した後の未再結晶温度域において、再び圧延することでγ粒内に転位などの格子欠陥を導入し、変態時にそこを起点とした変態核生成を促進させること、の２　点により、フェライト（　以下、単にαと記す）　粒の結晶粒微細化を実現するものであることが知られている。すなわち、仕上圧延を含む熱間圧延により、α粒の生成場所であるγ粒界を増やし、あるいはγ粒内に転位などの格子欠陥をより多量に導入し、γ→α変態時にα粒を数多く生成し、鋼板製品の結晶粒の微細化を図るものである。
【０００４】
しかし、制御圧延法による結晶粒の微細化では、粗圧延を行う前のスラブ厚、より正確には粗圧延後仕上圧延前のシートバーと呼ばれる中間的な板厚と製品厚に制約がある以上、仕上圧延により導入できるひずみ量に限界があり、平均結晶粒径５　μｍ　が下限であると言われている。
これに対して本発明者らは、特願２００１−３８６７４８　号において、レベラにより仕上圧延終了後の金属板に繰り返し曲げ加工を施すことで、スラブまたはシートバー、および金属板製品の板厚を変更することなく、金属板の組織の結晶粒を微細化し、高強度化を図る熱間圧延方法および熱間圧延ラインを提案した。このレベラは、図２　に示すように仕上圧延機３と水冷ゾーンを形成する冷却設備４との間に設置され、複数のワークロールを上、下に千鳥状に配置したローラレベラ（　以下、単にレベラ６という）　である。このレベラを用いた場合には、仕上圧延終了後の金属板１０に繰り返し曲げ加工を施すに際し、金属板１０の長手方向に曲げひずみを付加することができ、金属板製品の結晶粒を微細化できる。その際に、仕上圧延機の最終スタンドとレベラ６　との間に冷却設備７　を設置し、冷却設備７　で金属板１０の温度を制御すると結晶粒をより微細化できるので好ましい。下記レベラ６には、例えば図３に示すようにワークロール６ａを補強するバックアップロール６ｂ、スレッディングガイド６ｃ、サイドガイド６ｄなどをさらに設置してもよい。
【０００５】
スレッディングガイド６ｃは、上ワークロール６ａ同士の間と下ワークロール６ａ同士の間にそれぞれ配置され、またサイドガイド６ｄは、斜めに隣接する格好になる上下のワークロール６ａによって形成されるロール間隙に対し、金属板幅方向両サイドに一対設けてある。このようなレベラ６は、新設の熱間圧延ラインに適用することができるだけではなく、既設の熱間圧延ラインに追設することもでき、設備費を安く抑えられるとともに、生産性の悪化等を招くこともない。また、上述したレベラ６は、上、下ワークロールを等周速駆動し、金属板の長手方向に曲げひずみを付加できるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−２２３１２４　号公報
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仕上圧延終了後の鋼板に繰り返し曲げ加工を施すに際し上、下ワークロールを等周速駆動した特願２００１−３８６７４８　号の方法では、コイラで巻取後、常温まで冷却した鋼板は平均結晶粒径１　．６　μｍ　、引張強度８３０ＭＰａが限界であった。これは、このような鋼をはじめとする金属板の高強度化のためには、より大きなひずみを付加することが重要であるが、レベラによりひずみを付加する場合、以下の（ａ）〜（ｃ）に示すような問題により、レベラにより付加できるひずみに限界があったためである。
（ａ）　ワークロール中心軸間隔２Ｌを小さくすると、ワークロール直径を小さくする必要があり、ワークロールの駆動（　トルクの伝達）　が困難となる。
（ｂ）　最大ワークロール押し込み量δは、ワークロール中心軸間隔２Ｌ、ワークロール半径ｒ、板厚ｔにより決まるので、前述の（ａ）　とも関連して、ロール押し込み量δを大きくするには限界がある。
（ｃ）　ワークロール数Ｎ　を多くすると、ワークロール側への抜熱により鋼板温度が低下するので曲げひずみ付与の効果が減少する。また、レベラの設備長が長くなり、設置スペースが不足する場合がある。
【０００８】
ここに、レベラにより付加される金属板表層における長手方向（Ｌ方向）曲げひずみε_Ｌは、近似的に（１）式で表される。
ε_Ｌ＝（Ｎ−２）２ｔδ／Ｌ^２　　・・・・　　（１）　式
ここで、Ｎ　は、ワークロール数、２Ｌはワークロール中心軸間隔（　上ワークロール６ａ同士、下ワークロール６ａ同士の間隔）　、δはロール押し込み量、ｔは仕上圧延終了後の金属板板厚である（図４　参照）。
【０００９】
本発明は、上記（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）　のような問題を解消して、一層の金属板製品の結晶粒の微細化と高強度化を図ることのできる熱間圧延方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の通りである。
１．　仕上圧延を含む圧延を金属片に熱間で施す熱間圧延方法において、仕上圧延終了後の金属板にレベラにより曲げ加工を施し、長手方向に曲げひずみを付加するに際し、前記レベラの隣接する上、下ワークロールを上、下で周速が異なるように駆動し、重畳的にせん断ひずみも付加することを特徴とする金属板の熱間圧延方法。
２．　前記の隣接する上、下ワークロールのうち、速い方の周速と遅い方の周速との比で表した周速比を１．０５〜１．２０とすることを特徴とする請求項１　に記載の熱間圧延方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図４を用いて詳細に述べる。
図４（ａ）は、レベラに配置したワークロール６ａにより仕上圧延終了後の金属板１０に曲げ加工を施す際の説明図であって、＃ｉ〜＃（ｉ＋３）位置のワークロール６ａのみを示した。
【００１２】
本発明の実施の形態に用いたレベラは、ワークロール６ａの直径は２ｒで全て同じとし、レベラの隣接する上、下ワークロール２本以上を上、下で周速が異なるように駆動（異周速駆動）できるものである。例えば、図４（ａ）に示す上、下に千鳥状に配置されている上、下ワークロール６ａのうち、＃ｉ位置と＃（ｉ＋１）位置の上、下ワークロール６ａのみの周速を異周速とすることにより、＃ｉ位置と＃（ｉ＋１）位置間の金属板１０の長手方向に（ｂ）に模式的に示す曲げひずみに加え、重畳的に（ｃ）に模式的に示すせん断ひずみを付加することができる。上下ワークロール６ａのいずれの周速の方が速く、あるいは遅くてもよい。
【００１３】
また、＃ｉ位置と＃（ｉ＋１）位置間の金属板１０にせん断ひずみを付加するだけでは、金属板製品の結晶粒の微細化が不十分な場合には、＃（ｉ＋１）位置と＃（ｉ＋２）位置間の金属板１０にもせん断ひずみを付加する、というように異周速のワークロールの組合わせ数を必要に応じて増やすようにしてもよい。その際には、＃（ｉ＋１）位置と＃（ｉ＋２）位置・・・・のワークロール６ａの周速も上下で異なるように駆動する。また、例えば、簡単のため、＃（ｉ＋２）位置の下ワークロール６ａの周速は、＃ｉ位置の下ワークロール６ａの周速と同じにし、＃ｉ＋１位置の上ワークロール６ａの周速に対して同じ周速比とすることもできる。先述の通り、それでも金属板製品の結晶粒の微細化が不十分な場合には、＃（ｉ＋２）位置の下ワークロール６ａの周速と＃（ｉ＋３）位置の上ワークロール６ａの周速が上、下で異なるように駆動することにより、＃（ｉ＋２）位置と＃（ｉ＋３）位置間の金属板１０の長手方向にせん断ひずみを付加することができる。このように本発明では、隣接する上、下ワークロール２本以上を上、下で周速が異なるように駆動することで、金属板１０の長手方向に曲げひずみだけでなくせん断ひずみも重畳的に付加するようにした。
【００１４】
その際、隣接する上、下ワークロール６ａの周速は、金属板１０の通板速度に対して上下ワークロール６ａのいずれか一方の周速を遅くし、他方を速くなるようにし、かつ、上下のワークロール６ａの周速の平均が金属板１０の通板速度と等しくなるように駆動することが、良好な通板性確保の観点から好ましい。こうすることによって金属板１０に付加されるひずみは、せん断ひずみであり、後述するように、金属板１０にレベラにより長手方向曲げひずみを付加するに際し、さらに重畳的にせん断ひずみを付加することによって、金属板１０に同時により多くのひずみを付加できるため、金属板製品の結晶粒をより微細化することができたのである。
【００１５】
上、下ワークロールには、例えば図５中に示すようにモータ６２により駆動力を伝達し、異周速駆動する。
その際、ワークロール数Ｎ　は、レベラ長、設置スペース長、および金属板１０がレベラのワークロールと接触して接触冷却される等の観点から上限を３０段とし、また、レベラのロール押し込み量δは、金属板とワークロールとの間でのスリップを防止する観点から上限を３０ｍｍ、長手方向ひずみを効果的に付与する観点から下限を１ｍｍとすることが望ましい。なお、レベラのワークロールによるひずみの付与は、金属板とワークロールとの間でのスリップが発生しない範囲でかつγ→α変態終了温度以上で行うことが重要である。
【００１６】
ここで、上、下ワークロールをモータにより異周速駆動した場合の金属板製品の結晶粒の微細化効果について述べる。
なお、本実験は、実験室規模で行ったものであり、用いたレベラは、ワークロールの本数Ｎが９、ワークロール６ａの直径２ｒが６０ｍｍ、ワークロール中心軸間隔が７０ｍｍのレベラである。ちなみに、ワークロール中心軸とは、ワークロールの胴部を円柱に見立てた場合のその円柱の中心軸のことである。このレベラは、熱間圧延終了後の金属板１０の通板速度を基準とし、上下ワークロールの周速の平均値が通板速度と等しくなるようにし、また、設定した周速比となるよう上下ワークロールを駆動できるようになっている。具体的には、上、下ワークロールの直径および周速比を入力し、金属板１０の通板速度に応じた上、下ワークロールの回転速度で駆動している。ここでは、通板速度＝（上ワークロールの周速＋下ワークロールの周速／２＝（上ワークロールの回転速度×上ワークロールの直径＋下ワークロールの回転速度×下ワークロールの直径）／２、周速比＝下ワークロールの周速／上ワークロールの周速＝（下ワークロールの回転速度×下ワークロールの直径）／（上ワークロールの回転速度×上ワークロールの直径）で表した。
【００１７】
０．２ｍａｓｓ％Ｃ−０．７ｍａｓｓ％Ｓｉ−２．０ｍａｓｓ％Ｍｎ−０．１５ｍａｓｓ％Ｔｉ　鋼の供試材を厚さ４ｍｍ、仕上圧延機出側速度１９ｍｐｍ　圧延機出側温度９００　℃となるように仕上圧延し、引き続き上記のレベラにより繰り返し曲げ加工を施し、その後冷却を行ってコイラで巻き取った。その際、レベラのロール押し込み量δを５ｍｍ　とし、上、下ワークロールの周速比を１．００〜１．２５まで０．０５毎に設定した。なお、いずれの場合において、上ワークロールの最高回転速度は１００　ｒｐｍ　とした。上、下ワークロールの周速比を変えて得られた最高回転速度におけるレベラ材の結晶粒径および引張強度についてそれぞれ調査し、表１に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
結晶粒径については、ＪＩＳＧ０５５２に準拠して結晶粒の平均断面積を求め、それを円形と仮定して平均結晶粒径を算出し、引張強度については、ＪＩＳＺ２２０１に準拠して５　号試験片を切り出して引張試験を行い、引張強さをその値とした。
表１に示す結果から、レベラに配置した上、下ワークロールの周速比が１．０５以上となるように異周速駆動した場合には、上、下ワークロールを等周速駆動した場合に比べ、金属板の結晶粒径が小さく、引張強度が高くなることが分かる。これは、仕上圧延終了後の金属板にレベラにより繰り返し曲げ加工を施し、長手方向曲げひずみを付加するに際し、仕上圧延終了後の金属板にせん断ひずみを重畳的に付加したことによる。また、金属板と上、下ワークロール間でスリップが発生し、金属板を通板することができない周速比は、１．２５であることがわかった。このことから、金属板の結晶粒径を十分小さくし、金属板が通板不可能となるようなスリップを防止するためには、周速比を１．０５〜１．２０とすることが好ましいことがわかった。
【００２０】
上述した説明では、周速比＞１となるように異周速駆動したが、周速比＝下ワークロールの周速／上ワークロールの周速として表し、周速比＜１となるように異周速駆動した場合でも、同様な結果が得られることは説明するまでもない。勿論、周速比＝上ワークロールの周速／下ワークロールの周速として表すこともできる。
【００２１】
【実施例】
０．２ｍａｓｓ％Ｃ−０．７ｍａｓｓ％Ｓｉ−２．０ｍａｓｓ％Ｍｎ−０．１５ｍａｓｓ％Ｔｉ　鋼を用い、レベラによる繰り返し曲げ加工なしの場合（特開昭６３−２２３１２４　号公報）の従来例、レベラの上、下ワークロールを等周速駆動した（特願２００１−３８６７４８　号公報）比較例、およびレベラの上、下ワークロールを周速比１．０９で異周速駆動した発明例の３条件について比較した。いずれの場合も、図２に示す熱間圧延ラインを用いて、仕上圧延機３　にて仕上圧延機出側温度を９００　℃、仕上圧延機出側の最大通板速度を７２０ｍ／ｍｉｎに設定し、厚さ４ｍｍ　に仕上圧延した。
【００２２】
レベラの上、下ワークロールを周速比１．０９で異周速駆動した発明例の場合には、冷却設備７　にてレベラ６　出側での鋼板温度が７００　℃となるように鋼板を冷却し、レベラ６　にて繰り返し曲げ加工を施し、冷却設備４の冷却ゾーンにても冷却を施し、６００　℃でコイラ５ａまたは５ｂにて巻き取った。冷却設備７　は、仕上圧延機最終スタンドとレベラの間、約３０ｍ　の範囲内に複数バンク設置し、その冷却水流量は鋼板単位面積あたり最大で上下（　鋼板表裏面相当）　毎分３２００リットル／ｍ^２と設計しておき、仕上圧延後の鋼板に対し、冷却水を噴射するバンク数を上下両面とも、鋼板の走行に追随して局部的な長手方向の温度ムラを解消するように冷却制御した。レベラは、ワークロール数Ｎが２７、ワークロールの直径が１９０ｍｍ　、ワークロール中心軸間隔が２００ｍｍ　のものを用い、ロール押し込み量δを２０ｍｍとし、上、下ワークロールの周速を、設定された通板速度７２０ｍ／ｍｉｎに対してそれぞれ６８６　ｍ／ｍｉｎ　（１１５０ｒｐｍ）、７４６　ｍ／ｍｉｎ　（１２５０ｒｐｍ）　となるように駆動した。
【００２３】
なお、上、下ワークロールの駆動方式は、上、下モータにより上、下それぞれ別駆動とした。すなわち、図５に示すように下モータ６２によりギヤボックス６３とスピンドル６４を介して下ワークロール６ａが複数駆動され、図示しないが上モータによりギヤボックスとスピンドルを介して上ワークロール６ａが複数駆動されるようにした。図中、符号６１は下スピンドルヨーク、５３Ｂ　は下ワークロール６ａを複数回転自在に支持している下架台である。このレベラは、仕上圧延機最終スタンド中心から３０ｍ　の位置に第１番目のワークロール中心がくるように設置した。
【００２４】
一方、レベラによる繰り返し曲げ加工なしとした従来例の場合には、冷却ゾーン４で冷却後、６００　℃でコイラ５ａまたは５ｂにて巻き取った。比較例は、レベラの上、下ワークロールを等周速駆動した以外、発明例と同じとした。
いずれの場合も巻戻した鋼板のコイルの長手方向中央部において板幅全域に亘りＪＩＳＺ２２０１に準拠して５　号試験片を５０個切り出し、引張試験を行った。引張強度は、引張試験により得られた引張強さの平均値とした。
【００２５】
引張強度の測定結果を図６に示す。
レベラによる繰り返し曲げ加工なしとした従来例より、レベラの上、下ワークロールを等周速駆動し、レベラにより繰り返し曲げ加工を施した比較例の場合の引張強度がより高い。また、比較例の場合より、レベラの上、下ワークロールを異周速駆動し、レベラにより繰り返し曲げ加工を施した発明例の場合の方がより一層高強度の熱延鋼板を得ることができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、従来より一層高強度の金属板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の熱間圧延ラインにおける設備配置図である。
【図２】特願平２００１−３８６７９８　号公報記載の熱間圧延ラインの設備配置図である。
【図３】特願平２００１−３８６７９８　号公報記載の熱間圧延ラインに設置したレベラと、冷却設備の模式図である。
【図４】レベラによる曲げとせん断のようすを説明する金属板長手方向断面模式図である。
【図５】下ワークロールの駆動方式を説明する概略部分平面図である。
【図６】本発明の効果を例示した図である。
【符号の説明】
１０　金属板
１１　金属板搬送方向
１　　加熱炉
２　　粗圧延機
３　　仕上圧延機
４　　冷却設備
５ａ、５ｂ　コイラ
６　　レベラ
７　　冷却設備
６ａ　ワークロール
６ｂ　バックアップロール
６ｃ　スレッディングガイド
６ｄ　サイドガイド
＃ｉ　ワークロール組み込み位置（ｉ＝１、２・・・Ｎ　）
５３Ｂ　　下架台
６１　スピンドルヨーク
６２　モータ
６３　ギヤボックス
６４　スピンドル

Claims (2)

1. 仕上圧延を含む圧延を金属片に熱間で施す熱間圧延方法において、仕上圧延終了後の金属板にレベラにより曲げ加工を施し、長手方向に曲げひずみを付加するに際し、
   前記レベラの隣接する上、下ワークロールを上、下で周速が異なるように駆動し、重畳的にせん断ひずみも付加することを特徴とする金属板の熱間圧延方法。
2. 前記の隣接する上、下ワークロールのうち、速い方の周速と遅い方の周速との比で表した周速比を１．０５〜１．２０とすることを特徴とする請求項１　に記載の熱間圧延方法。

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