JP2005169454A

JP2005169454A - 鋼帯の製造設備および製造方法

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Publication number: JP2005169454A
Application number: JP2003412913A
Authority: JP
Inventors: Masaru Miyake; 勝三宅; Takashi Kuroki; 高志黒木; Yasuhiro Sotani; 保博曽谷
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】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鋼帯を安定して製造することができる鋼帯の製造設備およびそれを用いた鋼帯の製造方法を提供する。
【解決手段】熱間スラブに１パスまたは複数パスの板厚方向の圧下を加え粗バーとする粗加工設備４と、該粗加工設備の出側直近に設置し、前記粗バーを冷却する第１の急速冷却設備５と、該冷却された粗バーをコイル状に巻き取るコイルボックス設備６と、前記コイル状に巻き取られた粗バーを巻き戻しながら加熱する急速加熱設備７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仕上圧延設備８とをこの順で備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。
【選択図】図３

Description

本発明は、均一で超微細な組織を有する鋼帯を製造するための製造設備と、それを用いた超微細粒組織を有する鋼帯の製造方法に関するものである。

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。一般に材料の強度とフェライト（α）粒径との関係は、実用的な構造用鋼において、Hall-Petchの式（ＴＳ＝ａ＋ｂ（１／√ｄ）、ＴＳ：引張強度、ｄ：粒径、ａ、ｂ：定数）によって表される。これによれば一般的な加工熱処理技術で現在までに得られている５μｍ程度の粒径では、高強度化されるもののそれほど大きな強度上昇量は得られず、５μｍ以下のフェライト粒径で強度上昇の程度が増し、フェライトの結晶粒径が３μｍ以下まで微細化されると強度は急激に大きくなる。

フェライトの結晶粒を微細化する方法として、粒内フェライト変態を生じさせ、ついで逆変態を付加するプロセスで、この変態・逆変態熱処理を２回以上繰り返すことによりフェライト組織を微細化する方法が示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、溶鋼を鋳造後、Ａｅ₃変態点以上のオーステナイト域で無加工もしくは全圧下量で８０％以下の一次加工を施した後、Ａｅ₃変態点から平均冷速５℃／ｓ以上で粒内フェライト組織を形成せしめ、変態が完了した後再びＡｅ₃変態点以上まで加熱しオーステナイト単相組織とし、再度二次冷却することで微細組織からなる薄帯鋼板を製造する方法が示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、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言われており、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（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６３−１１５６５４号公報特開平３−２７４２３１号公報特開平１１−９２８６１号公報

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。

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、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、さら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、生じる変態後フェライト粒径はせいぜい１０μｍ程度である。

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からオーステナイトへ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おり、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方法として特許文献１および特許文献２に変態・逆変態熱処理を用いる方法が提案されている。この方法では、最終的に生じるフェライト粒径はせいぜい５μｍ程度である。

また、特許文献３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。

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最小３μｍ程度が限界であった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、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鋼帯を安定して製造することができる鋼帯の製造設備およびそれを用いた鋼帯の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、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。粗加工工程（工程（Ａ））直後にＡｒ₃変態点以上の温度から急速冷却を施して（工程（Ｂ））ベイナイトあるいはマルテンサイト組織に変態させ、変態が完了した粗バーを、仕上圧延工程（工程（Ｅ））入側にて急速加熱する（工程（Ｄ））ことによりベイナイトあるいはマルテンサイト組織からオーステナイトへの逆変態を誘起させる（変態・逆変態熱処理）ことにより、仕上圧延前のオーステナイト組織を５〜２０μｍに細粒化させることが可能であり、且つ、このような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（Ｅ））、好ましくはその直後に急速冷却を施す（工程（Ｆ））ことにより、３μｍ以下の超微細フェライト組織を有する鋼帯を製造できることを知見した。

また、粗加工工程直後に急速冷却を施すことにより、粗加工にて細粒化された組織を凍結することができる、つまり、この方法によれば、粗加工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。

さらに、圧延等で板厚方向のオーステナイト粒の不均一分布が生じた場合も、上記変態・逆変態を利用した熱処理によりこの粒径不均一分布が低減されることを見出した。この変態・逆変態熱処理を用いる方法によれば、均一超微細なフェライト組織を有する鋼帯を製造することができる。

本発明者らは、このような均一超微細なフェライト組織を有する鋼帯の製造方法を実現するための製造設備の検討を行った。その結果、通常３０〜５０ｍｍ程度の範囲とされている粗バーの厚みを２０ｍｍ以下とすることにより、設備の巨大化を伴うことなく、現状設備能力の範囲内にて、均一超微細なフェライト組織を有する鋼帯の製造が実現可能となることを知見した。

通常、粗加工工程（工程（Ａ））では９０〜３００ｍｍの厚みのスラブを粗バーに減厚する際、加工力を低減するために材料温度が１０００〜１２５０℃程度の熱間状態にて行われ、粗圧延機出側での粗バー温度は１０００〜１１００℃程度となる。１０００〜１１００℃の温度を有する粗バーを直ちに冷却して（工程（Ｂ））ベイナイトあるいはマルテンサイト組織とするためには、単純成分鋼では６００℃程度以下とすることが必須で、且つ、平均冷却速度も１５℃／秒以上とすることが望ましい。ここで、平均冷却速度とは全板厚に亘った冷却速度の平均値であり、冷却速度を早くする理由は、冷却速度が遅い場合、冷却過程にてフェライトやパーライトの生成が避けられず、６００℃以下に冷却した後の組織がフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの混相状態となり、その後、粗バーの加熱（工程（Ｄ））によりオーステナイトへの逆変態を誘起させる際、ベイナイトあるいはマルテンサイトから生成する微細オーステナイト粒と、フェライト、パーライトから生成するオーステナイト粒が混在した状態となり、最終的に均一な組織を得ることが困難となるからである。このため、平均冷却速度を１５℃／秒以上とすることが重要であり、冷却速度は速いほどよい。しかしながら、平均冷却速度は粗バーの厚みに大きく依存し、粗バーの厚みが厚い場合、物理的に達成可能な冷却速度に限界があるため、いかなる手段によっても所望の冷却速度を実現することが困難となる。また、粗バー厚みが厚い場合には、強冷却による板表面の温度低下が激しく、板厚断面に沿った冷却速度分布が増大してしまうため、冷却により得られる組織にもムラが生ずることが避けられない。粗バーが粗圧延機出側直近の冷却設備を通過する際の速度は、粗バー厚、冷却設備の冷却能力（冷却速度、冷却設備長）とを考慮し、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織を得るために必要な温度降下量が得られる通板速度とすればよいが、生産性の観点からは過度の通板速度の低下は好ましくない。

図４は粗圧延後の粗バーの通板速度を一般的な２００ｍｐｍ程度とした際の、粗バー厚みと平均冷却速度との関係に基づいて得られた冷却温度と所要冷却設備長との関係を示す図である。図４によれば、例えば１１００℃近辺にて圧延した３５ｍｍ厚さの粗バーを６００℃以下の温度にまで冷却する場合には（ΔＴ＝５００℃）、必要となる冷却設備長は８０ｍ程度と長大となることが避けられない。これに対し、粗バー厚みを２０ｍｍとすることにより、図４よりΔＴ＝５００℃を確保するための冷却設備長は３０〜４０ｍ程度でよい。さらに、粗バー厚みを１５ｍｍとすると、ΔＴ＝５００℃を実現するためには２０〜３０ｍ程度の冷却設備長でよい。

つまり、本発明では、粗バー厚みを２０ｍｍ程度以下として粗バーを急速冷却（工程（Ｂ））する際の平均冷却速度を高めることにより冷却設備のコンパクト化が図れる。また、粗バー厚みを２０ｍｍ程度以下として冷却設備長を４０ｍ以下に抑えることにより、後述するコイルボックスや加熱設備等の設備を現状の熱間圧延ラインの粗圧延機と仕上圧延機との間（距離約１００〜１２０ｍ程度）に設置が可能となる。これらから、本発明では、粗バー厚みは２０ｍｍ以下が好ましい。

このように、粗バー厚みを２０ｍｍ程度以下とすることにより冷却設備長を４０ｍ以下に抑えることができるが、粗バーの厚みを２０ｍｍ以下と薄くすることにより従来の粗バー長の１．５倍以上の粗バー長となることが避けられない。そこで、全設備長をコンパクトとし、且つ最終製品長を確保するために、粗バーを急速冷却（工程（Ｂ））した後で、冷却された粗バーをコイル状に巻き取るコイルボックス設備を設置することにした。そして、粗バー急速冷却（工程（Ｂ））の後、コイルボックス設備に巻き取り（工程（Ｃ））、その後巻き戻した粗バーに加熱処理（工程（Ｄ））を施すことにより仕上加工前の微細オーステナイト組織を得る。

このコイルボックス設備の設置によって、全設備長をコンパクトとし、且つ最終製品長を確保できることの他に、［１］粗バー最先尾端部を除く粗バー全長の温度低下を防ぐことができる。［２］急速冷却（工程（Ｂ））の後、鋼種によって異なるベイナイトあるいはマルテンサイト組織に完全に変態させるために要する均熱時間を確保できる。という別の効果も得られる。従来、コイルボックスは［１］にあげた粗バー温度低下防止、あるいは粗バーの先尾端部を順次溶接して行う熱延完全連続化の際のバッファー設備として使用されている。本発明では、超微細組織を得るための加熱冷却処理に必要となる粗バー厚みの薄肉化、長尺化への対応と、［２］にあげた均一な組織を得るための均熱処理設備としての機能が重要となる。この際、硬質なベイナイトあるいはマルテンサイト組織からなる粗バーをコイル状に巻き取り、巻き戻すためには、強力な機構を有するコイルボックス設備が必要となるため、この観点からも粗バー厚みを極力薄くしておくことが好ましい。そして、ベイナイト変態温度以下の粗バーをＡｃ₃変態点以上に昇温する際も、同じ通板速度であれば粗バーの厚みが薄いほど加熱設備を小さくすることが可能である。

仕上圧延工程（工程（Ｅ））入側にて急速加熱する（工程（Ｄ））設備としては、生産性、設備コンパクト化の観点の他、逆変態後のオーステナイト組織の粒成長を抑止する観点からも、高昇温速度が得られ、かつ温度制御性のよい誘導加熱装置を用いることが望ましい。誘導加熱装置を使用することにより、例えば粗バー冷却後の温度を６００℃とし、この温度から単純組成鋼のＡｃ₃温度である９００℃近辺への加熱は、従来使用されている誘導加熱装置で十分達成可能である。

このようにして得られた微細オーステナイト組織を仕上圧延し（工程（Ｅ））、超微細なフェライト組織を得るためには、仕上圧延後の急速冷却（工程（Ｆ））を行うことが好ましく、その冷却速度はなるべく高い方がよい。これは、冷却速度を高めることにより、加工オーステナイトからのフェライト核の生成速度を高める効果があるためであり、粒径２〜３μｍ程度の超微細フェライト組織を得るためには４０℃／秒以上とすることが好ましい。

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。

（１）熱間スラブに１パスまたは複数パスの板厚方向の圧下を加え粗バーとする粗加工設備と、該粗加工設備の出側直近に設置し、前記粗バーを冷却する第１の急速冷却設備と、該冷却された粗バーをコイル状に巻き取るコイルボックス設備と、前記コイル状に巻き取られた粗バーを巻き戻しながら加熱する急速加熱設備と、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仕上圧延設備とをこの順で備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。

（２）急速加熱設備として、誘導加熱装置を用いることを特徴とする上記（１）に記載の鋼帯の製造設備。

（３）仕上圧延設備の出側直近に、鋼帯を冷却する第２の急速冷却設備を備えることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の鋼帯の製造設備。

（４）Ａｒ₃変態点以上の温度にて、熱間スラブに１パス又は複数パスの板厚方向の圧下を加えて粗バーとする粗加工工程（Ａ）と、該工程（Ａ）の後直ちに前記粗バーをベイナイト変態温度以下に急速冷却し、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織を形成せしめるための第１の急速冷却工程（Ｂ）と、該工程（Ｂ）の後直ちに前記急速冷却された粗バーをコイル状に巻き取る工程（Ｃ）と、該工程（Ｃ）の後前記コイル状に巻き取られた変態が完了した粗バーを巻き戻しながらＡｃ₃変態点以上に加熱してオーステナイトへ逆変態させるための加熱工程（Ｄ）と、該工程（Ｄ）の後直ちに前記加熱された粗バーに板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする仕上圧延工程（Ｅ）とを有することを特徴とする鋼帯の製造方法。

（５）粗加工工程（Ａ）は、Ａｒ₃変態点以上の温度にて熱間スラブに１パス又は複数パスの板厚方向の圧下を加え粗バーとする際、該粗バーの厚みを２０ｍｍ以下とすることを特徴とする上記（４）に記載の鋼帯の製造方法。

（６）仕上圧延工程（Ｅ）の後直ちに鋼帯を急速冷却する第２の急速冷却工程（Ｆ）を有することを特徴とする上記（４）または（５）に記載の鋼帯の製造方法。

なお、本発明は通常のスラブ厚み（９０〜３００ｍｍ）を使用する熱延鋼帯製造ラインを対象としているが、連続鋳造設備にて直接２０ｍｍ程度以下の厚みの薄スラブを鋳造し、粗バーの代替とすることも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、従来製造が困難であった粒径３μｍ以下の均一で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可能である。

図３は、本発明の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。

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、粗圧延機直後の粗バーに急速冷却を施す第１の急速冷却設備５と、ベイナイト変態温度以下に冷却された粗バーをコイル状に巻き取るコイルボックス設備６と、粗バーを巻き戻しながら所定の温度まで急速加熱を施す急速加熱設備７と、該粗バーを所定の板厚まで減厚する仕上圧延機８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第２の急速冷却設備９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。

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るが、板厚方向の圧下を行う板厚プレス装置を使用してもよい。加熱炉２と粗圧延機４の間、あるいは粗圧延機間に板幅を調整するための幅圧下装置（図示せず）を設置してもよい。

前記第１の急速冷却設備５は、粗圧延直後の粗バーに急速冷却を行う設備で、粗バーをベイナイト変態温度以下に急速冷却することができて、且つ、粗バーを平均冷却速度１５℃／秒以上で急速冷却することができる能力を有する。この第１の急速冷却設備５は、粗圧延後の粒成長を防止するため、粗圧延機４の出側直近に配置することが望ましい。具体的には、粗圧延機４の下流側１０ｍ以内に配置することが好ましい。

また、前記コイルボックス設備６の入側には、表面品質確保のためのデスケーラー等を設置することが望ましい。また、コイルボックス設備６から巻き戻された粗バーの上下反り矯正のため、急速加熱設備７の入側にはレベラー等の反り矯正装置（図示せず）を設置することが好ましい。

前記急速加熱設備７としては、短時間で粗バーを急速加熱できるように、温度制御性のよい誘導加熱装置が用いられることが好ましい。また、粗バーのエッジを加熱するため急速加熱設備７に隣接してエッジヒーターを設置してもよい。さらに、急速加熱設備７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。また、仕上圧延開始までの間に粒成長するのを防ぐため、急速加熱後直ちに仕上圧延を行うことが望ましく、具体的には、急速加熱設備７は仕上圧延機８の上流側２０ｍ以内に配置することが好ましい。

前記第２の急速冷却設備９は、仕上圧延機直後での急速冷却を行うための設備として設置されることが好ましい。また、その冷却速度は４０℃／秒以上とすることが好ましく、仕上圧延後の粒成長を防ぐため、極力仕上圧延機８の出側直近に配置することが望ましい。具体的には、仕上圧延機８の下流側１０ｍ以内に配置することが好ましい。

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。ただし、第２の急速冷却設備９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、冷却装置１０は配置しなくてもよい。

以下、上記設備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。

連続鋳造後のスラブ３は、約９０〜３００ｍｍ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。

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、板厚が２０ｍｍ以下の粗バーとする。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による圧延パス数が決定される。また、これらのパス数は、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。

次に、工程（Ｂ）では、この粗バーを粗圧延機４出側直近に設置された第１の急速冷却設備５を用い、Ａｒ₃変態点以上の温度からベイナイト変態温度以下の温度に急速冷却する。ここで、粗バーをベイナイト変態温度以下の温度に急速冷却するのは、粗加工後の組織はオーステナイトであるので、工程（Ｄ）で逆変態を利用するためにベイナイト変態温度以下の温度に急速冷却してベイナイトあるいはマルテンサイト組織に変態させる必要があるからである。さらに、前述した理由により、粗バーの平均冷却速度を１５℃／秒以上とすることが望ましい。

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、微細ベイナイトあるいはマルテンサイト組織を有する粗バーを得ることができる。

続く工程（Ｃ）では、ベイナイト変態温度以下に冷却された粗バーをコイルボックス設備６にて巻き取る。この際、鋼種によってはベイナイトあるいはマルテンサイト組織への変態を完了させるために数分の均熱時間を要することがあるが、図５に示したごとく、コイル状に巻き取られた粗バーを順次熱延ライン外にて待避させ、矢印にて示した経路にて順次仕上圧延前の加熱設備に供することにより、生産性を阻害せず、コイル状に巻き取られた粗バーを数分間保持することも可能である。

さらに、工程（Ｄ）ではベイナイト変態温度以下の温度にて巻き取られた変態が完了した粗バーを巻き戻しながら、急速加熱設備７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、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織からオーステナイトへの逆変態が誘起され、粒径５〜２０μｍ程度の細粒オーステナイト組織を得ることができる。その際、逆変態時のオーステナイト組織をより微細化するためには、加熱速度は大きいほど好ましい。なお、工程（Ｄ）は、仕上圧延工程（工程Ｅ）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粗大化してしまうためである。また、急速加熱温度はＡｃ₃変態点＋１００℃以下とすることが好ましい。高温で保持する時間が長くなると、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粗大化してしまうためである。

以上説明したような工程（Ａ）〜工程（Ｄ）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粒径５〜２０μｍ程度に細粒化させることができる。

引き続き、工程（Ｅ）では、仕上圧延機８にて所定の仕上板厚までの減厚を行う。この工程（Ｅ）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。また、製品によっては工程（Ｄ）の後、工程（Ｅ）の仕上圧延を行なわなず、細粒オーステナイトままで工程（Ｆ）に供してもよい。

そして、工程（Ｆ）において仕上圧延機８出側直近に位置する第２の急速冷却設備９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、第２の急速冷却設備９による冷却速度を４０℃／秒以上とすることが好ましく、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、第２の急速冷却設備９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。

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。

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８パスの圧下を加えて１５ｍｍまで減厚して板厚１５ｍｍの粗バーとする（工程（Ａ））。次に、粗圧延機４による圧下直後に、本実施材料のＡｒ₃変態点以上である１０００℃の粗バーを、第１の急速冷却設備５により７０℃／秒程度の冷却速度にて３５０℃まで急速冷却しマルテンサイト組織を形成せしめ（工程（Ｂ））、粗バーをコイルボックス設備に巻き取る（工程（Ｃ））。次に、この変態が完了した粗バーをコイルボックス設備から巻き戻しながら、急速加熱設備７により７０℃／秒の昇温速度にて本実施材料の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（Ｄ））。そして、仕上圧延機８にて板厚２ｍｍ（仕上圧延総圧下率８７％）まで減厚し（工程（Ｅ））、仕上圧延が終了直後、第２の急速冷却設備９により３００℃／秒の冷却速度にて６００℃まで急速冷却を行い（工程（Ｆ））、コイラー１１で巻取る。

これに対し、比較例１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）に替えて、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））、コイルボックスへの巻き取り（本発明例の工程（Ｃ））および急速加熱（本発明例の工程（Ｄ））は行わない。そして、本発明例と同様に、仕上圧延機８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、３００℃／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。

比較例２としての計算条件は、粗バーに対する急速冷却（本発明例の工程（Ｂ））における冷却温度をベイナイト変態温度より高い６５０℃とし、変態時の組織をフェライト組織とする。他は本発明例と同じ条件である。

以上の条件による計算の結果、図２に示すように、本発明例では粗圧延機入側で約２８０μｍであるスラブのオーステナイト粒径は、本発明の工程（Ａ）により４０〜８０μｍとなり、急速冷却によりその粒径で凍結された。その後、工程（Ｂ）〜（Ｄ）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。なお、粗圧延機出側でオーステナイト粒径にばらつきが生じていても工程（Ｂ）〜（Ｄ）を経ることによりそのばらつきは低減する。そして、さらに工程（Ｅ）〜（Ｆ）を経ることにより、約２μｍ程度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判った。一方、本発明の工程（Ｂ）〜（Ｄ）を経ない比較例１では、仕上圧延機入側での平均粒径は粗圧延後の粒成長により約５０〜１００μｍ程度となり、その後本発明例の工程（Ｅ）〜（Ｆ）と同じ条件を経ても、粒径１０〜１５μｍ程度のフェライト組織しか得られないことがわかる。また、比較例２では粗バーの急速冷却における変態時の組織がフェライト組織であったため、仕上圧延機入側では平均粒径は比較例１よりも小さくなるが、本発明例ほどには小さくならず、最終的に生じるフェライト粒径は５μｍ程度である。

上述したシミュレーション計算に用いた本発明例のプロセスを実施して、熱延鋼帯を製造した。また、同様に比較例についても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。

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１の熱延鋼帯では１０〜１５μｍ程度のフェライト組織、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織ではなく、フェライト組織までの変態にとどめた比較例２の熱延鋼帯では５μｍ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２〜３μｍの超微細なフェライト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。

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本発明の熱延鋼帯の製造設備列の一実施形態を示す説明図粗バー厚みと通板速度、冷却温度、所要冷却設備長の関係を示す説明図本発明のコイルボックス設備の一例を示す説明図

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第１の急速冷却設備
６コイルボックス設備
７急速加熱設備
８仕上圧延機
９第２の急速冷却設備
１０冷却装置
１１コイラー
１２ａ、１２ｂ温度計

Claims

熱間スラブに１パスまたは複数パスの板厚方向の圧下を加え粗バーとする粗加工設備と、該粗加工設備の出側直近に設置し、前記粗バーを冷却する第１の急速冷却設備と、該冷却された粗バーをコイル状に巻き取るコイルボックス設備と、前記コイル状に巻き取られた粗バーを巻き戻しながら加熱する急速加熱設備と、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仕上圧延設備とをこの順で備えることを特徴とする鋼帯の製造設備。
急速加熱設備として、誘導加熱装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の製造設備。
仕上圧延設備の出側直近に、鋼帯を冷却する第２の急速冷却設備を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼帯の製造設備。
Ａｒ₃変態点以上の温度にて、熱間スラブに１パス又は複数パスの板厚方向の圧下を加えて粗バーとする粗加工工程（Ａ）と、該工程（Ａ）の後直ちに前記粗バーをベイナイト変態温度以下に急速冷却し、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織を形成せしめるための第１の急速冷却工程（Ｂ）と、該工程（Ｂ）の後直ちに前記急速冷却された粗バーをコイル状に巻き取る工程（Ｃ）と、該工程（Ｃ）の後前記コイル状に巻き取られた変態が完了した粗バーを巻き戻しながらＡｃ₃変態点以上に加熱してオーステナイトへ逆変態させるための加熱工程（Ｄ）と、該工程（Ｄ）の後直ちに前記加熱された粗バーに板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする仕上圧延工程（Ｅ）とを有することを特徴とする鋼帯の製造方法。
粗加工工程（Ａ）は、Ａｒ₃変態点以上の温度にて熱間スラブに１パス又は複数パスの板厚方向の圧下を加え粗バーとする際、該粗バーの厚みを２０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項４に記載の鋼帯の製造方法。
仕上圧延工程（Ｅ）の後直ちに鋼帯を急速冷却する第２の急速冷却工程（Ｆ）を有することを特徴とする請求項４または５に記載の鋼帯の製造方法。