JP2004346421A - 温間制御圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パス間時間やひずみ速度の制限もなく、３ミクロンから１ミクロン以下の超微細結晶鋼を安定的に製造できる方法として、加工発熱を考慮した、新しい温間制御圧延方法を提供する。
【解決手段】平均フェライト粒径が３μｍ以下の微細フェライト粒組織を主体とする鋼を製造するための圧延方法であって、圧延温度範囲が３５０℃−８００℃の温度域で、圧延を行う１パス以上の圧延において、各圧延時の圧延開始時の材料温度が、最高温度で８００℃より高くならず、圧延中および最終パス直後の素材温度が３５０℃以下にならないように圧延を行うとともに、各圧延時の圧延直後（１秒以内）の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも１００℃より高くならず、圧延直後の素材が、圧延直前温度よりも１００℃より低くならないように圧延を行う。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、温間制御圧延方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、粒径３μｍ以下の超微細結晶粒組織を有する強度・延性に優れた超微細粒鋼材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超微細粒鋼は、合金元素を添加せずに、強度を著しく上昇させることのでき、同時に、延性・脆性遷移温度も著しく低下させることができると考えられることから、この出願の発明者らは、工業的にこの超微細粒鋼を実現するための方策を検討してきており、すでにこれまでにも、温間多パス圧延方法（文献１）や多方向加工方法（文献２）を発明してきた。
【０００３】
一方、過去、微細組織鋼の製造方法はいくつも提案されてきているが、結晶粒径を定量的に制御可能とする方法は知られていない。
【０００４】
たとえば、藤岡ら（文献３）は、Ｃ：０．０３〜０．４５ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０２〜５．０％、Ａｌ：０．００１〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼片を１パスまたはパス間時間を２０秒以内の連続する２パス以上の加工を５００〜７００℃の温度、かつ歪速度０．１〜２０／秒とし、総歪量を０．８〜５．０となるように加工し放冷する高張力鋼の製造方法を提案している。
【０００５】
また、重量％で、Ｃ：０．０３〜０．９、Ｓｉ：０．０１〜１．０、Ｍｎ：０．０１〜５．０、Ａｌ：０．００１〜０．５、Ｎ：０．００１〜０．１を含有し、さらにＮｂ：０．００３〜０．５、Ｔｉ：０．００３〜０．５の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｃ＋（１２／１４）Ｎ≧（１２＋４８）Ｔｉ（１２／４８）Ｎｂ＋０．０３を満たす鋼片を鋳造ままもしくは加熱後、圧延するかもしくは圧延することなくそのまま一度５００℃〜室温まで冷却した後に、再び加熱し、７００〜５５０℃で熱間圧延を行うに際して、１パスの圧下率を２０％以上として１パスまたはパス間時間を１０秒以内とした連続する２パス以上の加工を歪速度を１〜２００秒、総歪量を０．８〜５となる条件で行った後、放冷する、結晶粒の微細な高張力鋼の製造方法も提案している（文献４）。
【０００６】
しかしながら、この２つのいずれの方法も粒径の制御方法を教示していない。またこれらの方法では、パス間時間に制限があり、ひずみ速度にも制限があり工業的な適用は困難であると考えられる。
【０００７】
このような状況において、発明者らはさらに検討を進め、微細粒組織を形成するためには、多パス圧延における累積ひずみ、加工温度、また、ひずみ速度、パス間時間は個々制御するのでなく、総合的に制御する必要があるとの知見を得た、そして、粒径は、次式（１）で表わされる加工温度とひずみ速度のパラメータＺに依存し、１パス圧延実験を通じて、Ｚと粒径の関係を明らかにすることで粒径の新しい制御方法を提案した（先願１）。
【０００８】
【数２】

ε：ひずみ
ｔ：圧延開始から終了までの時間（ｓ）
Ｔ：圧延温度（℃，多パス圧延の場合は各パスの圧延温度を平均したもの）
Ｑ：圧延直前の組織がフェライト，ベイナイト，マルテンサイト，パーライトを母相とする場合は２５４０００。オーステナイトを母相とする場合は３０００００を用いる。
【０００９】
この方法において、結晶粒径１ミクロン以下の超微細フェライト粒鋼を製造するためには、前記の（１）式で表される圧延条件パラメータＺが１１以上（圧延直前の組織がフェライト、ベイナイト、マルテンサイト、パーライトなど鉄の結晶構造がｂｃｃである場合）であること、また、ひずみ速度については、全ひずみεを圧延開始から終了までに時間ｔで除した値と定義できることを見出し、その結果、ひずみｅ＝３．０、総圧延時間ｔ＝３００ｓの条件下、すなわち、ひずみ速度＝０．０１／ｓでも１ミクロン以下の超微細な結晶粒が得られることをこの新しい提案された方法は、広範囲の適用が可能である。
【００１０】
この方法によれば、パス間時間やひずみ速度の制限もなく、粒径の制御が可能になる。
【００１１】
だが、他方で、この出願の発明者らのその後の検討において、現実の圧延は連続多パスであり、前記のパラメータＺが１１以上で行う場合、圧延温度が温間加工温度域（３５０−８００℃）にあたり、その場合、鋼の変形抵抗が大きく、素材の加工発熱は大きいことから、連続圧延中に、材料温度が数百度上昇してしまうことがあり、結果的にＺ＜１１となってしまい、１ミクロン微細粒組織は形成できない場合があることが明らかになってきた。
【００１２】
したがって、このような連続多パス圧延においても、粒径を安定して制御できる方法を開発することが強く望まれていた。
【００１３】
【文献】
１：特開２０００−３０９８５０
２：特開２００１−２４０９１２
３：特開平９−２７９２３３
４：特開平２０００−１０４１１５
【００１４】
【先願】
１：特願２００２−５４６７０
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、上記のとおりの背景からなされたものであって、発明者らの提案に係わる前記のとおりのＺパラメータによる制御を行う新しい方法を連続圧延プロセスに適用することができ、パス間時間やひずみ速度の制限もなく、３ミクロンから１ミクロン以下の超微細結晶鋼を安定的に製造できる方法として、加工発熱を考慮した、新しい制御圧延方法を提供することを課題としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、平均フェライト粒径が３μｍ以下の微細フェライト粒組織を主体とする鋼を製造するための圧延方法であって、次式（１）
【００１７】
【数３】

ε：ひずみ
ｔ：圧延開始から終了までの時間（ｓ）
Ｔ：圧延温度（℃，多パス圧延の場合は各パスの圧延温度を平均したもの）
Ｑ：圧延直前の組織がフェライト，ベイナイト，マルテンサイト，パーライトを母相とする場合は２５４０００。オーステナイトを母相とする場合は３０００００を用いる。
【００１８】
表される圧延条件パラメータＺが１１以上（圧延直前の組織がフェライト、ベイナイト、マルテンサイト、パーライトなどＦｅの結晶構造がｂｃｃである場合）あるいは２０以上（圧延直前の組織がオーステナイトでＦｅの結晶構造がｆｃｃである場合）に従う範囲で、圧延温度範囲が３５０℃−８００℃の温度域で、圧延を行う１パス以上の圧延において、各圧延時の圧延開始時の材料温度が、最高温度で８００℃より高くならず、圧延中および最終パス直後（１秒以内）の素材温度が３５０℃以下にならないように圧延を行うとともに、各圧延時の圧延直後（１秒以内）の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも１００℃より高くならず、圧延直後（１秒以内）の素材が、圧延直前温度よりも１００℃より低くならないように圧延を行うことを特徴とする温間制御圧延方法を提供する。
【００１９】
ここで、式（１）で用いられているひずみは、工業的に簡便なひずみである真ひずみｅでよい。たとえば、棒鋼の初期面積をＳ_０、圧延後のＣ断面面積をＳとすると、減面率Ｒは
Ｒ＝（Ｓ_０−Ｓ）／Ｓ_０ （２）
で表される。すると、真ひずみｅ
ｅ＝−Ｌｎ（ｌ−Ｒ）
で表される。また、真ひずみに代わり、有限要素法計算で得られる塑性ひずみを用いてもよい。塑性ひずみの計算については、参考文献（井上ら、鉄と鋼，６８（２０００）７９春海佳三郎、他「有限要素法入門」（共立出版（株）：１９９０年３月１５日）に詳しい。
【００２０】
圧延時間ｔはパス間時間を含めた総圧延時間でよい。
【００２１】
また、第２には、各圧延時の圧延直後の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも５０℃より高くならないように圧延することを特徴とする前記の温間制御圧延方法を提供する。
【００２２】
この出願の発明は、第３には、圧延温度範囲が３５０℃−８００℃の温度域で、圧延を行う連続する２パス以上の圧延において、圧延開始時の材料温度に対し、２パス直後の素材温度が１００℃より高くならず、１００℃より低くならないように圧延を行うことを特徴とする前記の温間制御圧延方法を提供し、第４には、圧延開始時の材料温度に対し、２パス直後の素材温度が５０℃より高くならないように圧延を行うことを特徴とする温間制御圧延方法を提供する。
【００２３】
そして、この出願の発明は、第５には、圧延温度範囲が４００℃−５００℃の温度域で圧延を行うことを特徴とする温間制御圧延方法を、第６には、Ｚ≧１２以上であって、平均フェライト粒径１μｍ以下の組織を主体とする鋼を製造することを特徴とする温間制御圧延方法を、第７には、連続して行う多パス圧延において、Ｘパス目直後の圧延温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延設定温度Ｔｓよりも高くなった場合、Ｘ＋１パス目の圧延入り温度Ｔ_{ｘ＋１−ｉｎ}がＴ_ｓ＋２０≧Ｔ_{ｘ＋１−ｉｎ}になるまで待ってから圧延を行うことを特徴とする温間制御圧延方法を、第８には、多パス圧延のＸパス目の加工発熱Ｔ_ｘＨをあらかじめ測定し、圧延設定温度をＴ_ｘｓとしたとき、圧延入り温度Ｔ_ｘ−ｉｎをＴ_ｘｓ≧Ｔ_ｘ−ｉｎ≧Ｔ_ｘｓ−Ｔ_ｘ−Ｈとすることを特徴とする温間制御圧延方法を提供する。
【００２４】
さらにこの出願の発明は、第９には、連続圧延における全減面率が５０％以上であることを特徴とする温間制御圧延方法を提供し、第１０には、塑性ひずみ、または減面率を真ひずみに換算したひずみが１．５以上であることを特徴とする温間制御圧延方法を、第１１には、多方向加工によってひずみを導入することを特徴とする温間制御圧延方法を、第１２には、圧延速度と各パス圧下率を設定することにより、圧延前後の温度範囲を制御することを特徴とする温間制御圧延方法を、第１３には、連続圧延において、素材の温度低下を補うために、圧延の途中で再加熱工程を設け、また、素材の温度上昇を押さえるために、圧延の途中に冷却工程を設けることを特徴とする温間制御圧延方法を提供する。
この出願の発明においては、以上の構成によって、発明者らの提案に係わる前記のとおりのＺパラメータによる制御とする新しい方法を連続圧延プロセスに適用することができ、パス間時間やひずみ速度の制限もなく、３ミクロンから１ミクロン以下の超微細結晶鋼を安定的に製造できる方法として、加工発熱を考慮した、新しい制御圧延方法を実現している。
【００２５】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００２６】
この出願の発明の方法においては、平均フェライト粒径が３μｍ以下の微細フェライト粒組織を主体とする、すなわち、断面の表面積でその６０％以上の割合が平均フェライト粒径が３μｍ以下の微細粒組織を有する鋼を製造するために、
＜Ａ＞前記の式（１）
で表される圧延条件パラメータＺが１１以上（圧延直前の組織がフェライト、ベイナイト、マルテンサイト、パーライトなど鉄の結晶構造がｂｃｃである場合）あるいは２０以上（圧延直前の組織がオーステナイトでＦｅの結晶構造がｆｃｃである場合）に従う範囲で、
＜Ｂ＞圧延温度範囲が３５０℃−８００℃の温度域で、圧延を行う１パス以上の圧延において、各圧延時の圧延開始時の材料温度が、最高温度で８００℃より高くならず、圧延中および最終パス直後の素材温度が３５０℃以下にならないように圧延を行うとともに、各圧延時の圧延直後（１秒以内）の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも１００℃より高くならず、圧延直後の素材が、圧延直前温度よりも１００℃より低くならないように圧延を行うことを基本としている。
【００２７】
発明者らのこれまでの検討によって、式（１）のパラメータＺは、簡便に平均粒径の超微細な結晶組織を得るための指標となるものであって、すでに特願２００２−５４６７０号の出願として提案しているものである。発明者らのこれまでの研究により、温間強加工によって形成される超微細粒の平均粒径は、加工温度と歪速度に依存することが明らかになり、結晶粒径は、加工温度と歪速度の関数である圧延条件パラメータＺの増加にともなって微細化する。平均粒径１μｍ以下の組織を得るには、圧延条件パラメータＺをある臨界値以上にする必要がある。小型試料を用いた１パス大歪圧縮加工による実験の結果、その臨界値はｂｃｃ構造の鉄（フェライト、ベイナイト、マルテンサイト、パーライト等）の場合はおよそ１１、ｆｃｃ構造（オーステナイト）の場合はおよそ２０になることが確認されている（図１）。
【００２８】
ここで、式（１）で用いられているひずみは、工業的に簡便なひずみである真ひずみｅでよい。たとえば、棒鋼の初期面積をＳ_０、圧延後のＣ断面面積をＳとすると、減面率Ｒは
Ｒ＝（Ｓ_０−Ｓ）／Ｓ_０ （２）
で表される。すると、真ひずみｅ
ｅ＝−Ｌｎ（ｌ−Ｒ）
で表される。また、真ひずみに代わり、有限要素法計算で得られる塑性ひずみを用いてもよい。塑性ひずみの計算については、参考文献（井上ら、鉄と鋼，６８（２０００）７９３．春海佳三郎、他「有限要素法入門」（共立出版（株）：１９９０年３月１５日）に詳しい。
【００２９】
より具体的には、塑性ひずみの計算は、次の表１のフロートによって行うことができる。
【００３０】
【表１】

【００３１】
この出願の発明の温間制御圧延方法では、以上のことから、前記＜Ａ＞のとおり、パラメータＺが１１以上（ｂｃｃ構造）または２０以上（ｆｃｃ構造となるように圧延の条件が設定される。
【００３２】
そして、さらに重要なことは、この出願の発明の温間制御圧延方法においては、前記＜Ｂ＞のとおりの特徴のある温度コントロールが行われることである。
【００３３】
温間加工により大きな歪を導入することによって生じたミクロな局所方位差が超微細結晶粒の起源となり、加工中あるいは加工後に起きる回復過程において、粒内の転位密度が低下すると同時に結晶粒界が形作られて超微細粒組織が形成される。温度が低いと回復が十分でないため、転位密度の高い加工組織が残存する。温度が高すぎると不連続再結晶あるいは通常の粒成長により結晶粒が粗大化して３μｍ以下の超微細粒組織は得られない。それゆえに、この出願の発明では、圧延温度は３５０℃〜８００℃に限定される。
【００３４】
そして、各圧延時の圧延直後（１秒以内）の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも１００℃より高くならず、圧延直後の素材が、圧延直前温度よりも１００℃より低くならないように圧延を行う。
【００３５】
この温度コントロールもこの出願の発明において必須である。実際、このようなコントロールが行われない場合には、仮にパラメータＺが前記範囲のものであっても、粒径３μｍ以下で、所定の結晶粒径に制御することが難しくなる。
【００３６】
Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}は、Ｔ_ｘ−ｉｎよりも１００℃より高くならないようにするが、この場合、より望ましくは５０℃より高くならないようにする。さらにまた圧延を行う連続する２パス以上の圧延において、圧延開始時の材料温度に対し、２パス直後の素材温度が１００℃より、望ましくは５０℃より高くならず、１００℃より低くならないように圧延を行うことも好適に考慮される。
【００３７】
平均フェライト粒径が１μｍ以下の超微細粒の組織を得る場合には、前記＜Ａ＞についてパラメータＺが１２以上であって、前記＜Ｂ＞について４００〜５００℃の範囲とすることが望ましく考慮される。
【００３８】
そしてまたこの出願の発明では、前記のとおり、連続して行う多パス圧延においては、ｘパス回直後の圧延温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延設定温度Ｔ_ｓよりも高くなった場合には、ｘ＋１パス目の圧延入り温度Ｔ_{ｘ＋１−ｉｎ}が、Ｔ_ｓ＋２０≧Ｔ_{ｘ＋１−ｉｎ}になるまで待ってから圧延を行うことや、ｘパス目の加工発熱ＴｘＨをあらかじめ測定し、圧延設定温度をＴｘｓとしたとき、圧延入り温度Ｔ_ｘｓ≧Ｔ_ｘ−ｉｎ≧Ｔ_ｘｓ−Ｔ_ｘＨとすることも望ましい。
【００３９】
温度コントロールには、以上のように、温度の変化を待ってもよいし、あるいは、連続圧延においては、素材の温度低下を補うために、圧延の途中で再加熱すること、そして素材の温度上昇を抑えるために、圧延の途中で強制冷却するようにしてもよい。
【００４０】
なお、この出願の発明における温度については、素材の表面温度を示している。
【００４１】
この出願の発明においては、総累積圧下歪については、温間加工により扁平化した加工粒から超微細結晶粒が生成し、歪の増加にともなってそれが増加するが、ほぼ全体が超微細結晶粒からなる組織を得るには、少なくとも１．５の歪とすること、さらには２以上の歪とすることが望ましい。
【００４２】
この場合の歪は、塑性ひずみか減面率を真ひずみ換算した値であってよい。
圧延のための手段は、ロール等の各種のものであってよく、上記のような棒鋼の場合には、溝ロールによる圧延が行われてよい。
【００４３】
この出願の発明においては、相変態による高強度化の機構を全く利用せず、強度を高めるための合金元素の添加を必要としないために鋼の組成が制限されることがなく、たとえば、フェライト単相鋼や、オーステナイト単相鋼等のような相変態の存在しない鋼種等の、広い成分範囲の鋼材を用いることができる。より具体的には、たとえば、組成が、重量％で、
Ｃ：０．００１％以上１．２％以下、
Ｓｉ：０．１％以上２％以下、
Ｍｎ：０．１％以上３％以下、
Ｐ：０．２％以下、
Ｓ：０．２％以下、
Ａｌ：１．０％以下、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉが合計で３０％以下、
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖが合計で０．５％以下、
Ｂ：０．０１以下、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物といった、合金元素が添加されていない組成のものを１つの例として示すことができる。もちろん、上記のＣｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｂ等の合金元素は、必要に応じて上記の範囲を超えて添加することも可能であるし、逆に全く含まれていなくてもよい。
【００４４】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【００４５】
【実施例】
表２は以下の例における素材の化学組成（残部Ｆｅ）を示したものである。
【００４６】
また、以下の例では冷却は空冷である。
【００４７】
【表２】

【００４８】
そして、以下に示す表３〜６において、パスＮｏ．の右欄が空白になっている箇所は、いわゆる「とも通し」をしていること、つまり同じ孔型を２回押し通していることを示し、このため、減面率は２パス目に記載されている。
【００４９】
また、パラメータＺについては、ひずみが一定以上加わったところで計算しないと意味がないので、最後部のパスで計算している。ｔ＝総時間、Ｔ＝出の平均温度、ε＝総ひずみである。
＜実施例１＞
表２ａに示す組成を有する８０×８０×６００ｍｍの素材を加熱温度５００℃に加熱し、圧延設定温度Ｔ１（４９９℃）で孔型圧延を行い、断面が２４×２４ｍｍになるまで、減面率で９１％（真ひずみ２．４）の２１パスの圧延を行った。総圧延時間を６００ｓかかるとしたときの設定Ｚ値は１５．０であった。図１からフェライト粒径は０．４ミクロンと予想される
各パスの孔型形状を図２に、圧下率、前後の温度変化を表３示す。偶数パス後の圧延直後温度（で温度）Ｔｘ−ｏｕｔを測定し、出温度が５００℃を上回った場合は、直ちに次パスの圧延を行い、５００℃を越えた場合は、材料温度が４９９℃以下になるまで待って、次パス（奇数パス）の圧延を行った。奇数パスの入り温度は特に制御していない。その結果、入り温度Ｔｘ−ｉｎは４５５−４９９℃（平均４９５℃）、出温度Ｔｘ−ｏｕｔで４７２−５４３℃（平均５２０℃）で圧延が行われた。したがって、連続する２パスの圧延における最大加工発熱で４０℃あったものの、圧延待ちを行うことによって、圧延設定温度である４９９℃を全圧延工程で５５０℃上回ることはなかった。すなわち、各パスごとに加工発熱が生じたが、設定温度を５０℃を上回ることはない。総圧延時間８９５ｓと、平均出温度でＺ値を再計算してみると、Ｚ＝１４．２であった。計算フェライト粒径は、０．４５ミクロンである。
【００５０】
得られた棒鋼のＣ断面組織写真を図３に示す。超微細な等軸フェライト＋セメンタイト組織となっている。平均フェライト粒径は０．６ミクロンであった。その力学的性質を表７に示すが、７８８ＭＰａの優れた引張強さを持った棒鋼が得られた。
【００５１】
【表３】

【００５２】
＜実施例２＞
実施例１に引き続き、さらに、２パスの圧延を行い、１７×１７ｍｍにした。孔型形状はオーバルと角型である。ともに変形が大きいので、あらかじめ予備実験によって、加工発熱を計測した。その結果、２パスを連続でおこなうと、８０℃材料温度が上昇することがわかった。したがって、２２、２３パスの入り温度Ｔ２２−ｉｎ、Ｔ２３−ｉｎを４５０℃に設定した。２１パス目の温度が５０１℃であったから、４５０℃まで材料温度が下がることをまって２２パス目の圧延を行った。２３パスの出温度は５１４℃であった。また、２３パスでは４６４℃まで下がってから圧延を行い、出温度は５３７℃であった（表２）。総圧延時間１１１２ｓ、平均出温度５２１℃で、Ｚ＝１４．１であった。
【００５３】
得られた組織写真を図４に示す。超微細な等軸フェライト＋セメンタイト組織となっている。平均フェライト粒径は０．５ミクロンであった。その力学的性質を表７に示すが、８３０ＭＰａの優れた引張強さを持った棒鋼が得られた。
＜実施例３＞
表２ｂに示す組成を有する８０×８０×６００ｍｍの素材を加熱温度９００℃に加熱し、組織を一度オーステナイト化下後、圧延設定温度Ｔ１（５５０℃）まで材料温度を下げ、組織をフェライト＋パーライトにして、孔型圧延を行い、断面が２４×２４ｍｍになるまで、減面率で９１％（真ひずみ２．４）の２１パスの圧延を行った。総圧延時間を６００ｓかるとしたときの設定Ｚ値は１３．７であった。図１からフェライト粒径は０．６ミクロンと予想された。
【００５４】
各パスの孔型形状、圧下率、前後の温度変化を表４示す。偶数パス後の圧延直後温度（で温度）Ｔｘ−ｏｕｔを測定し、出温度が５５０℃を下回った場合は、直ちに次パスの圧延を行い、５５０℃を越えた場合は、材料温度が５７０℃以下になるまで待って、次パス（奇数パス）の圧延を行った。奇数パスの入り温度は特に制御していない。その結果、入り温度Ｔｘ−ｉｎは４４０−５５７℃（平均５５１℃）、出温度Ｔｘ−ｏｕｔで５３６−５７３℃（平均５５１℃）で圧延が行われた。したがって、連続する２パスの圧延における最大加工発熱で２３℃あったものの、圧延待ちを行うことによって、圧延設定温度である５５０℃を全圧延工程で６００℃を越えることはなかった。すなわち、各パスごとに加工発熱が生じるが、設定温度を５０℃を上回ることはない。総圧延時間５８２ｓと、平均出温度でＺ値を再計算してみると、Ｚ＝１３．５であった。
【００５５】
得られた組織写真を図５に示す。超微細な等軸フェライト＋セメンタイト組織となっている。平均フェライト粒径は０．９ミクロンであった。その力学的性質を表７に示すが、７０２ＭＰａの優れた引張強さを持った棒鋼が得られた。
【００５６】
【表４】

【００５７】
＜実施例４＞
実施例２に引き続き、さらに、２パスの圧延を行い、１７×１７ｍｍにした。孔型形状はオーバルと角型である。ともに変形が大きいので、あらかじめ予備実験によって、加工発熱を計測した。その結果、２パスを連続でおこなうと、８０℃材料温度が上昇することがわかった。したがって、２１、２２パスの入り温度Ｔ２２−ｉｎ、Ｔ２３−ｉｎを５００℃に設定した。２０パス目の温度が５３６℃であったから、５００℃まで材料温度が下がることをまって２１パス目の圧延を行った。２１パスの出温度は５６８℃であった。また、２２パスでは５５０℃まで下がってから圧延を行い、出温度は５９９℃であった。総圧延時間６６２ｓ、平均出温度５６５℃で、Ｚ＝１３．６であった。
【００５８】
得られた組織写真を図６に示す。超微細な等軸フェライト＋セメンタイト組織となっている。平均フェライト粒径は１．１ミクロンであった。その力学的性質を表７に示すが、７１２ＭＰａの優れた引張強さを持った棒鋼が得られた。
＜実施例５＞
表２ｃに示す組成を有する８０×８０×６００ｍｍの素材を加熱温度６００℃に加熱し、圧延設定温度Ｔ１（６００℃）で孔型圧延を行い、断面が１７×１７ｍｍになるまで、減面率で９５％（真ひずみ３．０）の２１パスの圧延を行った。総圧延時間を３００ｓかかるとしたときの設定Ｚ値は１３．１であった。図１からフェライト粒径は０．８ミクロンと予想される。
【００５９】
偶数パス後の圧延直後温度（出温度）Ｔｘ−ｏｕｔを測定し、出温度が６００℃を下回った場合は、直ちに次パスの圧延を行い、６００℃を越えた場合は、材料温度が６００℃以下になるまで待って、次パス（奇数パス）の圧延を行った。奇数パスの入り温度は特に制御していない。その結果、入り温度Ｔｘ−ｉｎは５８０−６１９℃（平均５９０℃）、出温度Ｔｘ−ｏｕｔで６１０−６４８℃（平均６３０℃）で圧延が行われた。したがって、連続する２パスの圧延における最大加工発熱で４０℃あったものの、圧延待ちを行うことによって、圧延設定温度である６００℃に対し、全圧延工程で６５０℃上回ることはなかった。すなわち、各パスごとに加工発熱が生じるが、設定温度を５０℃を上回ることはない。総圧延８００ｓと、平均出温度でＺ値を再計算してみると、Ｚ＝１２．２であった。得られた組織は超微細な等軸フェライト＋セメンタイト組織となっている。平均フェライト粒径は１．４ミクロンであった。その力学的性質を表７に示すが、６４０ＭＰａの優れた引張強さを持った棒鋼が得られた。
＜実施例６＞
表２ａに示す組成を有する８０×８０×６００ｍｍの素材を加熱温度５００℃に加熱し、圧延設定温度Ｔ１（４７５℃）で孔型圧延を行い、断面が１７×１７ｍｍになるまで、減面率で９５％（真ひずみ３．０）の２１パスの圧延を行った。
偶数パス後の圧延直後温度（出温度）Ｔｘ−ｏｕｔを測定し、出温度が４７５℃を下回った場合は、直ちに次パスの圧延を行い、５００℃を越えないよう材料温度が４７５℃以下になるまで待って、次パス（奇数パス）の圧延を行った（表５）。奇数パスの入り温度は特に制御していない。その結果、入り温度Ｔｘ−ｉｎは４４０−４８５℃（平均４６５℃）、出温度Ｔｘ−ｏｕｔで４７２−４９９℃（平均４９６℃）で圧延が行われた。各パスごとに加工発熱が生じるが、設定温度を５０℃を上回ることはない。総圧延１１２８ｓと、平均出温度でＺ値を再計算してみると、Ｚ＝１４．７であった。得られた組織は超微細な等軸フェライト＋セメンタイト組織となっている。平均フェライト粒径は０．４５ミクロンであった。引張強さ９５０ＭＰａであった。
【００６０】
【表５】

【００６１】
＜比較例１＞
表２に示す組成を有する８０×８０×６００ｍｍの素材を加熱温度５５０℃に加熱し、圧延設定温度Ｔ１（５５０℃）で孔型圧延を開始し、断面が２４×２４ｍｍになるまで、減面率で９１％（真ひずみ２．４）の２１パスの圧延を行った。パス間時間は１５ｓとした。
【００６２】
特に温度制御を行わず、圧延を行った結果を表６に示す。各パスごと生じる加工発熱が蓄積し、最終的な材料温度は８００℃以上にまであがった。最終出温度でＺ値を再計算してみると、Ｚ＝１０．１であった。平均温度の場合は１１．９である。 得られた組織写真を図７に示す。フェライト＋セメンタイト組織となっているものの、平均フェライト粒径は４ミクロンであった。平均温度から予想されるよりも、大きなフェライト粒径となっていた。
【００６３】
【表６】

【００６４】
【表７】

【００６５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、Ｚパラメータによる制御を行う新しい方法を連続圧延プロセスに適用することができ、パス間時間やひずみ速度の制限もなく、３ミクロンから１ミクロン以下の超微細結晶鋼を安定的に製造できる方法として、加工発熱を考慮した、新しい制御圧延方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】式（１）についての、パラメータＺとフェライト平均粒径との関係を示した図である。
【図２】各パスの溝ロールの孔型形状を例示した正面図とその寸法である。
【図３】実施例１における組織のＳＥＭ像である。
【図４】実施例２における組織のＳＥＭ像である。
【図５】実施例３における組織のＳＥＭ像である。
【図６】実施例４における組織のＳＥＭ像である。
【図７】比較例における組織のＳＥＭ像である。

Claims (13)

1. 平均フェライト粒径が３μｍ以下の微細フェライト粒組織を主体とする鋼を製造するための圧延方法であって、次式（１）
   

   

   ε：ひずみ
   ｔ：圧延開始から終了までの時間（ｓ）
   Ｔ：圧延温度（℃，多パス圧延の場合は各パスの圧延温度を平均したもの）
   Ｑ：圧延直前の組織がフェライト，ベイナイト，マルテンサイト，パーライトを母相とする場合は２５４０００。オーステナイトを母相とする場合は３０００００を用いる。
   表される圧延条件パラメータＺが１１以上（圧延直前の組織がフェライト、ベイナイト、マルテンサイト、パーライトなどＦｅの結晶構造がｂｃｃである場合）あるいは２０以上（圧延直前の組織がオーステナイトでＦｅの結晶構造がｆｃｃである場合）に従う範囲で、圧延温度範囲が３５０℃−８００℃の温度域で、圧延を行う１パス以上の圧延において、各圧延時の圧延開始時の材料温度が、最高温度で８００℃より高くならず、圧延中および最終パス直後（１秒以内）の素材温度が３５０℃以下にならないように圧延を行うとともに、各圧延時の圧延直後（１秒以内）の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも１００℃より高くならず、圧延直後（１秒以内）の素材が、圧延直前温度よりも１００℃より低くならないように圧延を行うことを特徴とする温間制御圧延方法。
2. 各圧延時の圧延直後の温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延入温度Ｔ_ｘ−ｉｎよりも５０℃より高くならないように圧延することを特徴とする請求項１の温間制御圧延方法。
3. 圧延温度範囲が３５０℃−８００℃の温度域で、圧延を行う連続する２パス以上の圧延において、圧延開始時の材料温度に対し、２パス直後の素材温度が１００℃より高くならず、１００℃より低くならないように圧延を行うことを特徴とする請求項１の温間制御圧延方法。
4. 圧延開始時の材料温度に対し、２パス直後の素材温度が５０℃より高くならないように圧延を行うことを特徴とする請求項３の温間制御圧延方法。
5. 圧延温度範囲が４００℃−５００℃の温度域で圧延を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの温間制御圧延方法。
6. Ｚが１２以上であって、平均フェライト粒径１μｍ以下の組織を主体とする鋼を製造することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの温間制御圧延方法。
7. 連続して行う多パス圧延において、Ｘパス目直後の圧延温度Ｔ_{ｘ−ｏｕｔ}が圧延設定温度Ｔｓよりも高くなった場合、Ｘ＋１パス目の圧延入り温度Ｔ_{ｘ＋１−ｉｎ}がＴ_ｓ＋２０≧Ｔ_{ｘ＋１−ｉｎ}になるまで待ってから圧延を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの温間制御圧延方法。
8. 多パス圧延のＸパス目の加工発熱Ｔ_ｘＨをあらかじめ測定し、圧延設定温度をＴＸＳとしたとき、圧延入り温度Ｔ_ｘ−ｉｎをＴ_ｘｓ≧Ｔ_ｘ−ｉｎ≧Ｔ_ｘｓ−Ｔ_ｘ−Ｈとすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの温間制御圧延方法。
9. 連続圧延における全減面率が５０％以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの温間制御圧延方法。
10. 塑性ひずみ、または減面率を真ひずみに換算したひずみが１．５以上であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの温間制御圧延方法。
11. 多方向加工によってひずみを導入することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの温間制御圧延方法。
12. 圧延速度と各パス圧下率を設定することにより、圧延前後の温度範囲を制御することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかの温間制御圧延方法。
13. 連続圧延において、素材の温度低下を補うために、圧延の途中で再加熱工程を設け、また、素材の温度上昇を押さえるために、圧延の途中に冷却工程を設けることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかの温間制御圧延方法。

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