JP2006527790A - 二相組織を有するホットストリップを製造する方法及び設備 - Google Patents

Abstract

【課題】
場所に応じた溶湯圧延設備の存在する冷却ライン内でも圧延された後に２つの冷却段内でホットストリップを冷却制御することによって二相組織鋼を製造できるようにするため、仕上がった鋼を正確な所定の限界値内に維持することに加えて、二段制御される冷却が、終了圧延のストリップ温度Ｔ_finish，Ａ₃ −100 Ｋ＜Ｔ_finish＜Ａ₃ −50Ｋからコイラーのストリップ温度Ｔ_coiling ＜300 ℃（＜マルテンサイトの開始温度）まで実施される。この場合、両冷却段の冷却速度Ｖ_1,2 が、Ｖ＝30〜150 Ｋ／ｓ、特にＶ＝50〜90Ｋ／ｓにある。この場合、第１冷却段は、冷却曲線がフェライト領域内に入るまで実施され、次いでオーステナイトからフェライトへの転移によって放出された転移熱が、第２冷却段の開始までの保持時間５秒以下による実現されるストリップ温度Ｔ_const の等温保持に利用される。

Description

本発明は、仕上げ圧延後に間隔をあけて相前後して配置された水冷群から構成された冷却ライン内でマルテンサイトの開始温度以下のストリップ温度に制御される２段冷却による熱間圧延された状況から、フェライト及びマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップを製造する方法に関する。この場合、オーステナイトの少なくとも70％が、フェライトに転移されている。

鋼の制御冷却による適切な組織転移が公知である。この場合、二相組織鋼を製造するため、この制御冷却は、ホットストリップの成形後に実施される。この場合、実現可能な二相組織の調整は、主に設備技術的に可能な冷却速度及び鋼の化学組成に依存する。どんな場合でも、少なくとも70％の十分なフェライトを第１冷却段内で形成することが重要である。その一方でこの第１冷却段は、パーライト段でのオーステナイトの転移を阻止しなければならない。

コイラー温度が、マルテンサイトの開始温度より下で実現される程度に、第１冷却段につながっている第２冷却段の冷却容量を大きくする必要がある。このときにだけ、フェライト組成及びマルテンサイト組成を有する二相組織の形成が保証されている。

遅いストリップ速度又は十分に長い冷却ラインの場合、二相組織鋼の公知の製造は問題がない。非常に速いストリップ速度の場合、引き続くマルテンサイトが、不完全にしか形成されないか又は完全に形成されない程度に、第２冷却段の開始が延期されうる。このとき、フェライト，バイナイト及びマルテンサイトの一部から成る混合組織が発生する。この混合組織は、純粋な二相組織の焼き入れされた機械特性に達しない。

ヨーロッパ特許第 0 747 495号明細書では、少なくとも75％のフェライト，少なくとも10％のマルテンサイト、場合によってはバイナイト及び残留オーステナイトの構成による高い強度の鋼板を製造する方法が記されている。したがって、純粋な二相組織鋼の組織ではない。ニオブを含んだ鋼が、合金として使用される。この鋼を製造するため、熱間圧延された鋼板が適切に冷却される。この場合、高速冷却が緩やかな冷却に続くか、又は、この代わりに高速冷却が緩やかな冷却に先行する。第１冷却段に対しては、２〜15℃／ｓの冷却速度が、８〜40秒の冷却期間内にＡｒ₁ 点と 730℃との間の終了温度まで与えられる。第２冷却段は、 20 〜150 ℃／ｓの冷却速度によって 300℃の温度まで運転される。この代わりに緩やかな冷却に先行する高速冷却が、 20 〜150 ℃／ｓの冷却速度によってＡｒ₃ 点の下まで実施される。

ヨーロッパ特許第 1 108 072号明細書では、二相組織鋼を製造する方法が記されている。この方法の場合、仕上げ圧延後に２段冷却によって−最初は緩やかに、次いで速く−70〜90％のフェライト及び30〜10％のマルテンサイトから成る二相組織が得られる。第１（緩やかな）冷却は、冷却ライン内で実施される。ホットストリップが、この冷却ライン内で間隔をあけて相前後して配置された水冷帯によって 20 〜30Ｋ／ｓの速度で限定的に冷却される。この場合、フェライトを迅速に形成できる程度に、冷却曲線がまだ高い温度でフェライト領域内に到達するように、冷却が設定されている。さらなる（速い）冷却が直接にかつ停止時間なしに続く前に、この第１冷却は、オーステナイトの少なくとも70％がフェライトに転移されるまで継続される。
ヨーロッパ特許第 0 747 495号明細書 ヨーロッパ特許第 1 108 072号明細書

本発明の課題は、二相組織を製造する、示されたいろいろな可能性によるこの説明した従来の技術から出発して、場所的及び時間的制約のある従来の溶湯圧延設備内で二相組織を有するホットストリップが製造可能である方法及び設備を提供することにある。この設備の冷却区間は、全長が全てにおいて50ｍを超えず、コンパクト冷却装置が設けられていないことを特徴とする。

この課題は、化学組成：0.01−0.08％Ｃ，0.9 ％Ｓｉ，0.5 −1.6 ％Ｍｎ，1.2 ％Ａｌ，0.3 −1.2 ％Ｃｒ，残留Ｆｅ及び通常の付随元素を有する鋼から出発して、溶湯圧延設備の冷却ライン内で高い機械強度及び高い変形性（600 ＭＰａよりも大きい引っ張り強さ，25％以上の伸び率）を呈する70〜95％のフェライト及び30〜５％のマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップを得るため、二段制御される冷却が、終了圧延のストリップ温度Ｔ_finish，Ａ₃ −100 Ｋ＜Ｔ_finish＜Ａ₃ −50Ｋからコイラーのストリップ温度Ｔ_coiling ＜300 ℃（＜マルテンサイトの開始温度）まで実施され、この場合、両冷却段の冷却速度Ｖ_1,2 が、Ｖ＝30〜150 Ｋ／ｓ、特にＶ＝50〜90Ｋ／ｓにあり、第１冷却段は、冷却曲線がフェライト領域内に入るまで実施され、次いでオーステナイトからフェライトへの転移によって放出された転移熱が、第２冷却段の開始までの保持時間５秒による実現されるストリップ温度の等温保持に利用されることによって、請求項１に記載の特徴による方法で解決される。

既存の溶湯圧延設備内の従来の冷却ラインの僅かな長さに基づいて、二相組織を有するホットストリップの製造が、特別な冷却方法だけによって可能である。このような冷却方法が実施可能であるためには、請求項１中で列挙したような化学組成の特定の限界値を守って、希望の転移量を任意の短い全冷却時間内に得ることが絶対に必要である。

この場合、冷却方法は、選択的に異なる冷却速度による二段の冷却を実施する。冷却速度は、最大で５秒の等温保持時間によって中断される。第１冷却段の終了に対応するこの保持時間の開始は、冷却曲線がフェライト領域内に入ることによって又はオーステナイトがフェライトに転移する開始に決定される。本発明にしたがって放出された転移熱が、温度を一定のちに保持するために利用され、この場合、避けられない空気の冷却が補償される最大で５秒の短い等温冷却期間内に、オーステナイトが少なくとも70％のフェライトに転移される。引き続き、ホットストリップを300 ℃未満の温度に冷却する第２冷却段が、この保持時間に直接続く。この温度は、マルテンサイトの開始温度の下にあるので、第２の組織成分が、この冷却時にマルテンサイトによって希望の程度に保持される。

短い保持時間の実施に加えて、この冷却方法は、両冷却段に対して正確に規定された所定の冷却速度が決定される。この冷却速度は、ホットストリップの幾何構造及び使用される鋼の種類の化学組成に応じてＶ＝30〜150 Ｋ／ｓ、特にＶ＝50〜90Ｋ／ｓにある。これらの冷却速度に対しては、30Ｋ／ｓ未満の冷却速度は、溶湯圧延設備の従来の冷却ライン内の任意の僅かな時間に起因して不可能である一方で、150 Ｋ／ｓより大きい冷却速度は、このような冷却ライン内では同様に実現不可能である。

従来の技術による二相組織ホットストリップの製造に比べて、本発明の方法は、オリジナル鋼(Ausgangsstahl) の異なる化学組成に加えて、
ａ）終了圧延温度が明らかにＡ₃ 温度未満にあり、
ｂ）段２冷却段で300 ℃未満の温度まで冷却され、
ｃ）冷却速度が150 Ｋ／ｓ未満でかつ30Ｋ／ｓより上にあり、
ｄ）冷却を実施しない最大で５秒の非常に短い保持時間が両冷却段間にあり、
ｅ）フェライトへの転移が等温で実施されることを特徴とする。

本発明の方法を実施する設備は、間隔をあけて相前後して配置され、複数の水冷桁を有する多数の制御可能な水冷群を有する最後の仕上げ圧延機の後方に配置された溶湯圧延設備の従来の冷却ラインを特徴とする。所定の水量が、ホットストリップのストリップ上面及びストリップ下面に均一に当たるように、各冷却群内に存在する冷却桁が配置されている。個々の冷却桁が、圧延の間に投入又は遮断されることによって全水量が制御可能である。全ての冷却ラインを設定すべき冷却条件に最適に適合するため、投入される水冷桁の数及び配置は可変に前もって設定され得る。

図1 中には、ホットストリップの時間−温度変化による冷却曲線が例示的に示されている。このホットストリップは、本発明の方法にしたがって冷却ライン１内のランアウトテーブル上で冷却される。組成：0.06％Ｃ，0.1 ％Ｓｉ，1.2 ％Ｍｎ，0.015 ％Ｐ，0.06％Ｓ，0.036 ％Ａｌ，0.15％Ｃｕ，0.054 ％Ｎｉ，0.71％Ｃｒ，残留鉄及び通常の付随元素を有するホットストリップが、設定された800 ℃の終了圧延温度Ｔ_finishから第１冷却段内で54K/s の冷却速度Ｖ₁ によって670 ℃のホットストリップの温度に冷却される。冷却曲線が、この670 ℃の温度でフェライト領域を開始する。ホットストリップ温度が、第２冷却段内で84K/s の冷却速度Ｖ₂ によって300 ℃（約250 ℃のコイラー温度）未満のストリップ温度に完全に冷却される前に、このホットストリップ温度は、約４秒の保持時間の間にこの保持温度Ｔ_const.に維持される。少なくとも70％のフェライトと20％未満のマルテンサイトとから成る焼き入れ領域中の二相組織を有するこの方法にしたがって製造されたホットストリップに対して、0.52の降伏比に関連する620 ＭＰａの引張り強さが試験中に算出された。

図２中には、通常の溶湯圧延設備の本発明にしたがって構成された冷却ライン１のレイアウトが例示的に示されている。ホットストリップ１０から搬送方向８に進行する冷却ライン１が、最後の仕上げ圧延機２とコイラー５との間に存在する。冷却ライン１内に搬入されるホットストリップ１０の温度を制御する温度測定点６が、最後の仕上げ圧延機２と最初の水冷群３₁ との間に存在する。冷却群１は、図２によれば全体で８つの冷却群３_1-7 及び４から構成される。この場合、冷却群４は、多くの場合には調整帯４として構成されている。一般には、−その都度の溶湯圧延設備に応じて−７つ〜９つの冷却群が、通常の冷却ラインに属する。

図２に示された例では、６つの設置された溶湯圧延設備用の冷却ラインの一般的なレイアウトが示されている。このことは、冷却群３₇ と冷却群４との間の隙間で識別できる。７つの設置された溶湯圧延設備を後に増設する場合、例えば最初の冷却群（冷却帯）３₁ を後方の冷却群３₇ と冷却群７との間の構造隙間にシフトすることが多くの場合に必要である。この場合、図３による冷却ライン１′のレイアウトが構成される。このレイアウトは、図２の冷却ライン１のレイアウトによる冷却群３₇ と冷却群４との間のこの構造隙間が省略されている点だけが異なる。それ故に、図３の個々の構成部材及び構造群の符号は、図２の対応する符号に一致する。例外は、最初の冷却群３₁ ′である。この冷却群３₁ ′の上の冷却梁は、図２の冷却群３₁ の冷却桁とは異なって冷却群３₂ 〜３₇ の通常の長さで構成されている。一般に各冷却群は、上面と下面との双方に冷却桁を４つずつ有する。また各冷却桁は、ストリップ上面１０′及びストリップ下面１０″を冷却する水管に沿って２列に構成される。特徴としては、図２中に示された冷却群３₁ は、スペースの理由から上面で１つの冷却桁だけ短くされている。

１冷却桁当たり１つの切換可能なバルブ７を有する前方の冷却群３_1-7 とは異なって、調整帯４は、各桁に対して２つのバルブ７を有する。このことは、冷却管に沿った各列が別々に制御され得、これによって水量を細かく調整することができることを意味する。

ストリップの特性の調整に必要な時間−温度設定を調整できるようにするため、仕上げ列からのストリップの搬出速度は、圧延された完成ストリップの厚さに応じて変化し、これに応じて、冷却ラインの運転が適合される必要がある。例えば３mmのストリップ厚さに対しては、必要な第１冷却段は、冷却群３₁ 及び３₂ によって実現される。その一方で第２冷却段は、冷却群３₅ ，３₆ ，３₇ 及び４によって実現される。2.0mm の完成ストリップの場合、変更された限界条件に起因して、第２冷却段用の冷却群３₆ ，３₇ 及び４だけが使用される。

ホットストリップの時間−温度冷却曲線を示す。 ６つの設置された仕上げ列を有する溶湯圧延設備内の冷却ラインのレイアウトを示す。 ７つの設置された仕上げ列を有する溶湯圧延設備内の冷却ラインのレイアウトを示す。

符号の説明

１ 冷却ライン
２ 最後の仕上げ圧延機
３_1-7 冷却群
４ 冷却群（調整帯）
５ コイラー
６ 温度測定点
７ 切換可能なバルブ
８ 搬送方向
１０ ホットストリップ
１０′ ストリップ上面
１０″ ストリップ下面
Ｖ₁ 第１冷却段の冷却速度
Ｖ₂ 第２冷却段の冷却速度
Ｔ_finish 最後の仕上げ圧延機後のストリップ温度
Ｔ_const. 保持時間後のストリップ温度
Ｔ_coiling 冷却終了後のストリップ温度（コイル温度）

Claims (4)

1. 仕上げ圧延後に間隔をあけて相前後して配置された水冷群（３_1-7 ，４）から構成された冷却ライン（１，１′）内でマルテンサイトの開始温度以下のストリップ温度に制御される２段冷却による熱間圧延された状況から、フェライト及びマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップ（１０）を製造する方法にあって、この場合、オーステナイトの少なくとも70％が、フェライトに転移されている方法において、
   化学組成：0.01−0.08％Ｃ，0.9 ％Ｓｉ，0.5 −1.6 ％Ｍｎ，1.2 ％Ａｌ，0.3 −1.2 ％Ｃｒ，残留Ｆｅ及び通常の付随元素を有する鋼から出発して、溶湯圧延設備の冷却ライン内で高い機械強度及び高い変形性（600 ＭＰａよりも大きい引っ張り強さ，25％以上の伸び率）を呈する70〜95％のフェライト及び30〜５％のマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップ（１０）を得るため、
   ａ）二段制御される冷却が、終了圧延のストリップ温度Ｔ_finish，Ａ₃ −100 Ｋ＜Ｔ_finish＜Ａ₃ −50Ｋからコイラーのストリップ温度Ｔ_coiling ＜300 ℃（＜マルテンサイトの開始温度）まで実施され、この場合、両冷却段の冷却速度Ｖ_1,2 が、Ｖ＝30〜150 Ｋ／ｓ、特にＶ＝50〜90Ｋ／ｓにあり、
   ｂ）第１冷却段は、冷却曲線がフェライト領域内に入るまで実施され、次いでオーステナイトからフェライトへの転移によって放出された転移熱が、第２冷却段の開始までの保持時間５秒による実現されるストリップ温度Ｔ_const の等温保持に利用されることを特徴とする方法。
2. 最後の仕上げ圧延機（２）の後方に配置され、間隔をあけて相前後して配置された多数の冷却群（３_1-7 ，４）を有する冷却ライン（１，１′）を備えた、熱間圧延された状況から二相組織を有するホットストリップ（１０）を製造する請求項１に記載の方法を実施する溶湯圧延設備において、
   冷却ライン（１，１′）は、従来の溶湯圧延設備に対して通常の長さ（50ｍ）を有し、各冷却段の必要な冷却速度（Ｖ_1,2 ）が、ストリップ厚さ及びストリップ速度に応じて適合された全冷却ラインの運転によって調整され、必要な保持時間が、両冷却段間のストリップ温度Ｔ_const で実現され得るように、対応する数の制御可能な水冷群（３_1-7 ，４）が、この長さ内に配置されていることを特徴とする溶湯圧延設備。
3. 各冷却群（３_1-7 ，４）は、切換可能なバルブ（７）によって制御可能な多数の冷却桁を有し、所定の水量が、進行するホットストリップ（１０）のストリップ上面（１０′）及びストリップ下面（１０″）に均一に当たるように、これらの冷却桁は配置されていて、この場合、ストリップ上面（１０′）に対する水量及びストリップ下面（１０″）に対する水量は、互いに調整可能であることを特徴とする請求項２に記載の溶湯圧延設備。
4. ストリップ上面（１０′）及びストリップ下面（１０″）を冷却する最後の水冷群（４）は、水量を正確に調整するため４つの上の冷却桁及び下の冷却桁に対してそれぞれ８つの切換可能なバルブ（７）を有することを特徴とする請求項３に記載の溶湯圧延設備。

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