JP2004306111A

JP2004306111A - 熱間圧延設備

Info

Publication number: JP2004306111A
Application number: JP2003105125A
Authority: JP
Inventors: Shiro Osada; 史郎長田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】従来より大幅に少ない設備で厚肉又は薄肉のスラブを薄板まで圧延することができ、合金元素を増さずに微細な結晶組織を持った高強度な板を製造できる熱間圧延設備を提供する。
【解決手段】スラブ１を高圧下する高圧下プレス１０及び／又は少なくとも１台の双方向駆動型粗圧延機１２と、高圧下プレス又は大圧下可能な双方向駆動型粗圧延機から搬送される圧延材を連続して圧延する少なくとも１台の大圧下可能な双方向駆動型仕上圧延機１４とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚肉及び薄肉のスラブを薄板まで圧延する熱間圧延設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造装置で製造され供給される板厚５０〜３００ｍｍの厚肉及び薄肉のスラブを薄板まで圧延する圧延設備は、通常、スラブを２０〜４０ｍｍ程度の厚さまで圧延する粗圧延設備と、次に１〜２ｍｍ程度の厚さに圧延する仕上圧延設備とからなる。かかる圧延設備を構成する圧延機の配列には従来より各種のものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、圧延設備において、ロール径を細く保ちながら、増大する圧延トルクを伝達可能にする圧延機として、特許文献１の「圧延機」が提案されている。
この圧延機は、上ロールと上ロール駆動用モータとの間及び下ロールと下ロール駆動用モータとの間にロール径より大きい径を有する継手部を夫々備えると共に、前記１対の上下ロールを左右より挟むよう上ロール駆動用モータと下ロール駆動用モータを配置したものである。
【０００４】
一方、金属材料の強度及び靱性は、結晶粒が小さくなるほど向上する。そのため、鉄鋼材料の製造において、結晶粒の微細化は最も重要かつ基本的な組織制御であり、種々の方法が提案されており、近年では、大歪加工を施して組織を物理的に分断・細分化して超微細化する方法が注目されている（例えば、非特許文献１）。
【０００５】
また、最近の研究では、結晶粒超微細化技術について、超微細組織を体積率で５０％以上得るには８０％以上の１パス大歪加工が必要であること、多パス圧延でもパス間時間を数秒以下に抑え各パスの圧下率をある程度大きく取れば、１００％近い体積率で結晶粒を微細化することができること、が報告されている（非特許文献２）。
【０００６】
したがって、上述したような大歪加工が現実化すれば、高強度かつ高靱性の高品質な鉄鋼材料を製造することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２４４９０７号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０１５０８号公報
【０００８】
【非特許文献１】
牧正志著「鉄鋼材料の結晶粒微細化の原理と方法」社団法人日本鉄鋼協会発行、平成１４年１０月、第１７７・１７８回西山記念技術講座ｐ．３−１８
【非特許文献２】
新倉正和著「結晶粒超微細化の次世代型加工熱処理−Ｉ」社団法人日本鉄鋼協会発行
、平成１４年１０月、第１７７・１７８回西山記念技術講座ｐ．８６−８８
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
厚肉スラブを薄板まで圧延する従来の熱間圧延設備では、粗圧延用に３〜４台の粗圧延機を必要とし、更に、仕上圧延用に６〜７台の仕上圧延機が必要であった。また、薄肉スラブを薄板まで圧延する従来の熱間圧延設備でも、仕上圧延用に７〜８台の仕上圧延機台数が必要であった。そのため、従来の熱間圧延設備は、圧延機の必要台数が多く全設備コストが高くなるばかりでなく、圧延ラインが長く必要設置面積が大きい問題点があった。
さらに、従来の熱間圧延設備では、合金元素を増さない限り微細な結晶組織を持った高強度な板が製造できない問題点があった。
【００１０】
本発明は、かかる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、本発明の第１の目的は、従来より大幅に少ない設備で厚肉又は薄肉のスラブを薄板まで圧延することができる熱間圧延設備を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、合金元素を増さずに微細な結晶組織を持った高強度な板を製造できる熱間圧延設備を提供することにある。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
本発明によれば、スラブを高圧下する高圧下プレス及び／又は少なくとも１台の双方向駆動型粗圧延機と、該高圧下プレス又は双方向駆動型粗圧延機から搬送される圧延材を連続して圧延する少なくとも１台の双方向駆動型仕上圧延機と、を備えた、ことを特徴とする熱間圧延設備が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、粗圧延用に従来必要だった３〜４台の粗圧延機を高圧下プレス及び／又は少なくとも１台の双方向駆動型粗圧延機に置き換えることができる。また、従来仕上げ圧延用に仕上げ圧延機台数が６〜７台必要であったが、これを少なくとも１台の双方向駆動型仕上圧延機に置き換えることができる。従って、従来より大幅に少ない設備で厚肉又は薄肉のスラブを薄板まで圧延することができる。
また、大圧下可能な双方向駆動型の粗圧延機及び／又は仕上圧延機を使用したことにより、大歪加工が可能となり、結晶粒の微細化を図ることができ、高強度かつ高靱性の高品質な鉄鋼材料を製造することができる。また、双方向駆動型圧延機を使用したことにより、１台の圧延機で、しかも１パスで十分な圧下をすることができるため、設置面積の低減、設備費の低廉、圧延処理時間の短縮、運転費の低廉を図ることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記双方向駆動型粗圧延機及び双方向駆動型仕上圧延機は、圧延材を圧延する一対の上ワークロール及び下ワークロールと、各ワークロールを駆動する上ワークロール駆動用モータ及び下ワークロール駆動用モータと、を備え、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置されている。
この構成により、ロール径を細く保ちながら、大圧下に必要な増大する圧延トルクを上下のワークロールに伝達することができる。
【００１４】
前記双方向駆動型粗圧延機及び双方向駆動型仕上圧延機の圧下率が８０％以上であるのがよい。
この構成により、結晶粒の超微細化に必要な圧下率を実現することができる。
【００１５】
前記双方向駆動型粗圧延機及び双方向駆動型仕上圧延機は、上下ロールの回転速度が異なる異速圧延機能を有する。
この構成により、異速圧延機能により圧延中の圧延材に専断力を付与し、結晶粒の超微細化を更に促進できる。
【００１６】
前記双方向駆動型仕上圧延機の直後に圧延材を急速冷却する急速冷却装置を備える。
この構成により、大歪加工直後に圧延材を急冷することができ、結晶粒の再成長を抑制することができる。
【００１７】
前記高圧下プレスの直後にスラブのたるみ分を滞留させるルーパーを備える。
この構成により、高圧下プレスの圧延速度の変動によるスラブのたるみ分を滞留させ、下流側に一定の速度で供給することができる。
【００１８】
前記高圧下プレス又は双方向駆動型粗圧延機の上流側に幅圧下プレスを備える。
この構成により、高圧下プレス又は双方向駆動型粗圧延機に供給するスラブの幅を最適幅に整えることができる。
【００１９】
前記双方向駆動型仕上圧延機の上流側に設けられ圧延材を巻取りかつ巻戻す巻取り巻戻し装置を備える。
この構成により、圧延材端部の温度効果を抑制し、全体をほぼ均一温度に保持し圧延特性を均質化できる。
【００２０】
前記双方向駆動型仕上圧延機の上流側に設けられ圧延材を接合する圧延接合機と、双方向駆動型仕上圧延機の下流側に設けられ圧延材を切断する剪断機と、切断した圧延材を交互に巻取る複数の巻取機とを更に備える。
この構成により、圧延接合機により、圧延材の端部を接合して双方向駆動型仕上圧延機に圧延材を連続供給できる。また、剪断機で圧延材を切断し、複数の巻取機で切断した圧延材を交互に巻取ることにより、設備を連続運転したまま薄板をロール状に巻取って順次搬出できる。
【００２１】
【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て重複した説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明による熱間圧延設備の第１〜３実施形態の構成図である。この図において、（Ａ）は本発明の基本構成を示す第１実施形態図、（Ｂ）は厚肉スラブに適した第２実施形態図、（Ｃ）は薄肉スラブに適した第３実施形態図である。
【００２３】
図１（Ａ）において、本発明の熱間圧延設備は、スラブ１を高圧下する高圧下プレス１０と、高圧下プレス１０から搬送される圧延材を連続して圧延する少なくとも１台の大圧下可能な双方向駆動型仕上圧延機１４とを備える。
また、厚肉スラブに適した図１（Ｂ）では、スラブ１を高圧下する高圧下プレス１０と、スラブ１を高圧下する少なくとも１台の双方向駆動型粗圧延機１２と、双方向駆動型粗圧延機１２から搬送される圧延材２を連続して圧延する少なくとも１台の大圧下可能な双方向駆動型仕上圧延機１４とを備える。
更に、薄肉スラブに適した図１（Ｃ）では、スラブ１を高圧下する少なくとも１台の双方向駆動型粗圧延機１２と、双方向駆動型粗圧延機１２から搬送される圧延材２を連続して圧延する少なくとも１台の大圧下可能な双方向駆動型仕上圧延機１４とを備える。
【００２４】
双方向駆動型粗圧延機１２及び双方向駆動型仕上圧延機１４の圧下率は、結晶粒の超微細化に必要な８０％以上であるのがよい。また、双方向駆動型粗圧延機１２及び双方向駆動型仕上圧延機１４は、上下ロールの回転速度が異なる異速圧延機能を有し、圧延中の圧延材に専断力を付与し、結晶粒の超微細化を促進するようになっている。
【００２５】
また図１において、双方向駆動型仕上圧延機１４の直後に圧延材２を急速冷却する急速冷却装置１６を備え、大歪加工直後に圧延材２を急冷して、結晶粒の再成長を抑制するようになっている。
【００２６】
更に、図１において、高圧下プレス１０の直後にスラブ１のたるみ分を滞留させるルーパー１８を備え、高圧下プレス１０の圧延速度の変動によるスラブ１のたるみ分を滞留させ、下流側に一定の速度で供給するようになっている。
【００２７】
図２は、双方向駆動型圧延機の側面図である。なお、この図は、粗圧延機と仕上げ圧延機で共通である。
【００２８】
双方向駆動型圧延機１２、１４は、圧延材を圧延する一対の上ワークロール４ａ及び下ワークロール４ｂと、上下ワークロール４ａ，４ｂを駆動する上ワークロール駆動用モータ５ａ及び下ワークロール駆動用モータ５ｂとを備え、上ワークロール駆動用モータ５ａと下ワークロール駆動用モータ５ｂとが圧延ライン（圧延材）を挟むようにそれぞれ異なる側に配置されている。
【００２９】
かかる双方向駆動型圧延機１２、１４は、高い圧延力と圧延トルクを必要とする大圧下圧延において、従来の圧延機でこの技術的要求に応じようとすると、上下ワークロール４ａ，４ｂの径が太くなって圧延荷重と圧延トルクの増大を招くという問題があったことに鑑みて開発されたものである。すなわち、双方向駆動型圧延機１２、１４は、増大する圧延トルクを伝達可能にするために、上下ワークロール駆動用モータ５ａ，５ｂの駆動力を上下ワークロール４ａ，４ｂに伝達するカップリング継手６の径も太くすることができる圧延機である。
【００３０】
従来の圧延機では、上下ワークロール駆動用モータは、上下ワークロールの点検や交換により組替える際に同時に移動させることができるように、圧延ラインの一方の側にのみ据え付けられていた。したがって、カップリング継手の径を太くしようとすると、カップリング継手どうしが干渉してしまい、伝達できる圧延トルクに一定の限界があった。しかし、前記双方向駆動型圧延機１２、１４を使用することによって、カップリング継手６どうしが干渉することがなくなり、カップリング継手６の径を結晶粒の微細化に必要な大歪加工を可能とするのに必要な太さにまで拡径することができる。
【００３１】
例えば、１パスで圧下率８０％を達成できるように上下ワークロール４ａ，４ｂ及びカップリング継手６の径を設計した場合には、双方向駆動型圧延機１２、１４で大圧下圧延を行い、その直後に冷却装置１６で急冷することにより、結晶粒の再成長を抑制し、結晶粒を超微細化したまま圧延材を巻き取り、仕上圧延を１パスで行なうことができる。したがって、高強度かつ高靱性の鉄鋼材料を製造することができるだけでなく、設置面積の低減、設備費の低廉、圧延処理時間の短縮、運転費の低廉を図ることができる。なお、巻き戻し側の冷却装置１６は、圧延材を大圧下圧延する前に８００℃程度まで予冷して、結晶粒の微細化に適したフェライト域に変態させるために用いることもできる。
【００３２】
また、圧延材の長さが短いような場合には、数秒〜数十秒で正逆運転可能できることから、２パス（１往復）で圧下率８０％を達成できるように上下ワークロール４ａ，４ｂ及びカップリング継手６の径を設計するようにしてもよい。例えば、双方向駆動型圧延機１の圧下率を４０％に設定しておけば、２パス（１往復）で圧下率８０％を達成することができる。
圧延ラインとして実際に使用する際には、最低３パスが必要となるが、最初の１パスは結晶粒の微細化を目的とする圧延ではないようにすればよい。このとき、冷却装置１６は少なくとも下流側に設置する必要がある。なお、最後の１パスを結晶粒の微細化を目的とする圧延ではないようにした場合には、冷却装置１６は上流側に設置すればよい。
【００３３】
図３は、本発明による連続熱間圧延設備の第４実施形態の全体構成図である。
この図において、本発明の連続熱間圧延設備は、高圧下プレス１０の上流側に幅圧下プレス２２を備え、高圧下プレス１０に供給するスラブ１の幅を最適幅に整える。
また、双方向駆動型仕上圧延機１４の上流側に圧延材を巻取りかつ巻戻す巻取り巻戻し装置２４を備え、圧延材端部の温度効果を抑制し、全体をほぼ均一温度に保持し圧延特性を均質化する。
【００３４】
更に、本発明の連続熱間圧延設備は、双方向駆動型仕上圧延機１４の上流側に設けられ圧延材を接合する圧延接合機２６と、双方向駆動型仕上圧延機１４の下流側に設けられ圧延材を切断する剪断機２８と、切断した圧延材を交互に巻取る複数（この図で２台）の巻取機３０とを備える。
この圧延接合機２６により、圧延材２の端部を接合して双方向駆動型仕上圧延機１４に圧延材を連続供給する。また、剪断機２８で圧延材を切断し、複数の巻取機３０で切断した圧延材を交互に巻取って、設備を連続運転したまま薄板をロール状に巻取って順次搬出する。
【００３５】
また、図３に示すように、例えば、３台の双方向駆動型仕上圧延機１４を直列に設置した場合には、３台の圧下率の合計が８０％を達成できるようにワークロール及びカップリング継手の径を設計すれば、１台の圧延機で８０％の圧下率が達成できなくても、ストリップＳを圧延する間隔を数秒以下に抑えることができ、１００％近い体積率で結晶粒を微細化することができる。この圧下率の設定は、例えば、▲１▼２０％・２０％・４０％、▲２▼２０％・３０％・３０％、▲３▼３０％・３０％・３０％等のように自由に組み合わせることができる。このとき、圧下率の低い圧延機（例えば、圧下率が３０％未満のもの）では、必ずしも双方向駆動型圧延機を使用する必要はなく、従来の圧延機を使用してもよい。また、図示しないが、２台の双方向駆動型圧延機を直列に設置した場合には、圧下率を４０％・４０％や４０％・５０％のように組み合わせればよい。このように複数の双方向駆動型圧延機１を直列に設置した場合であって、結晶粒を微細化できる短時間（数秒〜数十秒）に２パス（１往復）の大圧下圧延をすることができないような場合には、最初（又は最後）の２パスは結晶粒の微細化を目的とした圧延とせず、最後（又は最初）の１パスのみを結晶粒の微細化を目的とした圧延とすることによって、実際の圧延ラインに組み込むことができる。
【００３６】
図１と図３に示した冷却装置１６は、冷却水を圧延材表面に散布するスプレイノズルと、各スプレイノズルに冷却水を供給するスプレイヘッダ管とを備える。この冷却装置１６により、大歪加工直後に急冷することによって、微細化した結晶粒の再成長を抑制することができ、１〜３μｍの微細結晶粒を得ることができる。冷却速度は、１０℃／ｓ程度が好ましい。また、上述したように、この冷却装置１６は、圧延材をフェライト域に変態させるための予冷に利用することもできる。なお、冷却効果を高めるために、カーテンウォール式の冷却装置を採用してもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように本発明の熱間圧延設備は、従来より大幅に少ない設備で厚肉又は薄肉のスラブを薄板まで圧延することができ、合金元素を増さずに微細な結晶組織を持った高強度な板を製造できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱間圧延設備の第１〜３実施形態の構成図である。
【図２】双方向駆動型圧延機の側面図である。
【図３】本発明による連続熱間圧延設備の第４実施形態の全体構成図である。
【符号の説明】
１スラブ、２圧延材、
４ａ上ワークロール、４ｂ下ワークロール、
５ａ上ワークロール駆動用モータ、
５ｂ下ワークロール駆動用モータ、６カップリング継手、
１０高圧下プレス、１２双方向駆動型粗圧延機、
１４双方向駆動型仕上圧延機、１６冷却装置、
１８ルーパー、２２幅圧下プレス、
２４巻取り巻戻し装置、２６圧延接合機、
２８剪断機、３０巻取機

Claims

スラブを高圧下する高圧下プレス及び／又は少なくとも１台の双方向駆動型粗圧延機と、該高圧下プレス又は大圧下可能な双方向駆動型粗圧延機から搬送される圧延材を連続して圧延する少なくとも１台の大圧下可能な双方向駆動型仕上圧延機と、を備えた、ことを特徴とする熱間圧延設備。
前記双方向駆動型粗圧延機及び双方向駆動型仕上圧延機は、圧延材を圧延する一対の上ワークロール及び下ワークロールと、各ワークロールを駆動する上ワークロール駆動用モータ及び下ワークロール駆動用モータと、を備え、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延設備。
前記双方向駆動型粗圧延機及び双方向駆動型仕上圧延機の圧下率が８０％以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の熱間圧延設備。
前記双方向駆動型粗圧延機及び双方向駆動型仕上圧延機は、上下ロールの回転速度が異なる異速圧延機能を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の熱間圧延設備。
前記双方向駆動型仕上圧延機の直後に圧延材を急速冷却する急速冷却装置を備える、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間圧延設備。
前記高圧下プレスの直後にスラブのたるみ分を滞留させるルーパーを備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間圧延設備。
前記高圧下プレス又は双方向駆動型粗圧延機の上流側に幅圧下プレスを備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間圧延設備。
前記双方向駆動型仕上圧延機の上流側に設けられ圧延材を巻取りかつ巻戻す巻取り巻戻し装置を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間圧延設備
前記双方向駆動型仕上圧延機の上流側に設けられ圧延材を接合する圧延接合機と、双方向駆動型仕上圧延機の下流側に設けられ圧延材を切断する剪断機と、切断した圧延材を交互に巻取る複数の巻取機とを更に備える、ことを特徴とする請求項８に記載の連続熱間圧延設備。