JP2007245261A

JP2007245261A - 厚鋼板の切断方法

Info

Publication number: JP2007245261A
Application number: JP2006069531A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shigaki; 伸行紫垣
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】搬送ライン上に設けた冷却装置で冷却を行う高強度ラインパイプ用厚鋼板等のオンライン切断時に生じる、鋼中残留水素に起因した断面割れ発生の防止に好適な非加熱方式の切断方法を提供する。
【解決手段】熱間圧延後に冷却した厚鋼板を非加熱方式で切断後、切断面近傍を好ましくは４５０℃〜Ａ_Ｃ１温度で加熱する。仕上げ圧延後の大板から製品寸法の厚板を切り出す際、前記大板の幅端部耳切りはサイドシャーを用いて切断し、圧延方向と直角方向となる切断は、切断後、切断面近傍を好ましくは４５０℃〜Ａ_Ｃ１温度で加熱する。
【選択図】無し

Description

本発明は非加熱方式の切断方法を対象とする厚鋼板の切断方法に関し、特に搬送ライン上に設けた冷却装置で冷却を行う高強度ラインパイプ用厚鋼板等のオンライン切断時に生じる、鋼中残留水素に起因した断面割れ発生の防止に好適なものに関する。

ラインパイプ用厚鋼板は厚板分野における収益の一翼を担う重要な製品で、大量生産を特徴とし、年々高強度化している。量産にあたっては、将来的にＸ１２０グレードの安定生産を目的とした技術の確立が求められている。

高強度ラインパイプ材の量産プロセスにおける課題の一つとして、オンライン剪断時に生じる断面割れが挙げられる。断面割れは高強度材ほど発生し易く、剪断後の断面に板厚１／２部（中心部）の偏析部近傍を起点とした水平割れ及び斜め割れが生じる。

剪断時に２〜３ｍｍ程度の深い亀裂が生じた場合、造管時に割れが拡大して重大な欠陥となるため、その抑制に十分な配慮が必要である。剪断前における鋼板徐冷プロセスが、この剪断割れを防止する方法として有効である事は従来から知られ、剪断割れは鋼板中の水素に起因する水素脆化割れによるものであると想定されている。

鋼板徐冷により水素割れを抑制する技術として、例えば特許文献１には、特に鋼板端部において効率的な徐冷を行うための鋼板積重ね方法が開示され、特許文献２には、徐冷ボックス内に鋼板を積置きした後、減圧する事により徐冷効率向上を図る方法が開示されている。

また、特許文献３には、鋼板の降伏応力（ＹＳ）予測値から割れ臨界水素濃度C_thを求め、スラブ徐冷及び成品徐冷による残留水素率から最適な徐冷時間を算定する方法が開示されている。
特開平１０−２０２３１２号公報特開２００１−３０３１２７号公報特開平１０−２５１７４６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されている鋼板徐冷を行う方法は、冷却床上の鋼板をクレーンにより持ち上げ、徐冷場所に山積みするオフライン処理が必要で、長い処理時間を要する上に、表面疵発生等も懸念される。

更に、一般に積重ね徐冷は、板厚，冷却終了温度によって徐冷温度，徐冷時間が変化するため、十分な徐冷効果が常に得られるわけではない。また、特許文献３記載の方法は水素割れに及ぼす徐冷の影響のみを考慮したものであり、鋼板の加速冷却の影響は考慮されておらず、ある特定の温度、例えば、剪断時の温度（１００〜２００℃）における鋼板水素量を予測する方法が明記されたものではない。

例えば、加熱炉挿入直前のスラブ残留水素値（ｐｐｍ）／鋳込み直後のスラブ残留水素値（ｐｐｍ）で定義されるα，工場より出荷する直前の製品残留水素値（ｐｐｍ）／加熱炉挿入直前のスラブ残留水素値（ｐｐｍ）で定義されるβで規定される残留水素率の値も、実際の水素の拡散現象を的確に評価した形で与えられたものではなく、剪断後の水素割れ発生有無を評価する方法として用いる事は出来ない。

このように、剪断後の水素割れ発生を防止するため、鋼板を徐冷して水素を除去する方法は、実操業においてはその効果が不安定で、より高強度化が予想されるラインパイプ用厚鋼板に適用できる技術とは言い難い。

そこで、本発明は、高強度ラインパイプ用厚鋼板の鋼中水素に起因する剪断割れを水冷後における厚鋼板の徐冷を行うことなく防止する方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、厚鋼板を対象に、剪断等による機械的切断ままの断面について詳細に検討を行い、非常に大きい残留応力が残存し、鋼板中のごく微量な水素によっても板厚中央近傍の偏析等を起点として割れが発生する場合のあること、および残留応力の低減に断面部近傍の加熱が有効であることを見出した。尚、本発明は、剪断面残留応力が大きい、非加熱方式の切断方法を対象とする。

本発明は得られた知見をもとに更に検討を加えてなされたもので、すなわち本発明は、
１．熱間圧延後に冷却した厚鋼板を非加熱方式で切断後、切断面近傍を加熱することを特徴とする厚鋼板の切断方法。
２．前記加熱の加熱温度が４５０℃〜Ａ_Ｃ１温度であることを特徴とする１記載の厚鋼板の切断方法。
３．前記非加熱方式による切断がオンライン剪断機によるものであることを特徴とする１また２記載の厚鋼板の切断方法。
４．仕上げ圧延後の大板から製品寸法の厚板を切り出すための厚鋼板の切断方法であって、前記大板の幅端部耳切りはサイドシャーを用いて切断し、圧延方向と直角方向となる切断は、１乃至３のいずれか一つに記載の切断方法を用いることを特徴とする厚鋼板の切断方法。

本発明によれば、鋸刃切削方式やシャーによる剪断方式などオンライン化が容易な非加熱式切断方法において割れ発生を効果的に抑制する事が可能で、厚鋼板の切断作業前に、水素除去のための徐冷が不要となる。

その結果、厚鋼板搬送ライン上に設けた冷却装置による冷却後、引き続き、オンライン上で切断し、生産性良く大量のＸ７０〜１２０グレードの厚鋼板を製造することが可能で、産業上極めて有用である。

本発明は、切断後、断面部近傍を加熱して残留応力を低減することを特徴とする。

図１は、本発明に係る切断方法を説明する模式図で、（ａ）は鋼板を切断する状況、（ｂ）は切断後の加熱方法を示す。

図において１は厚鋼板、１ａ，１ｂは切断された厚鋼板、１１は切断面、２は切断面１１を加熱する局所加熱領域を示す。局所加熱領域２は厚鋼板１ａ，１ｂの切断面１１を含む、切断面近傍に形成する。

一般に、材料の降伏点は温度上昇と共に減少する。従って、残留応力の大きい切断後断面を、十分に降伏点が低減する加熱温度まで加熱した場合、その降伏点以上の残留応力は材料が降伏することにより緩和されるため、冷却後の残留応力レベルは低位に抑えられる。

加えて、加熱すると結晶転位の自己拡散及び消滅により切断面の加工硬化も緩和されるので、更に、割れ感受性が低減される。

局所加熱による加熱温度は、残留応力の低減効果が得られる温度以上が必要で、切断しようとする鋼板の板厚に応じて適宜選定し、切断面を含む切断面近傍を当該加熱温度とする。

尚、厚鋼板を剪断機にて剪断する場合、剪断は一般に室温〜２００℃程度の温度で実施されるが、２００℃程度の温間剪断では切断面の残留応力低減にはほとんど寄与しない。

以下に局所加熱の効果について説明する。切断方法は実験用剪断機による剪断方式を採用した。供試材として１３．４ｍｍ厚の高強度ベイナイト鋼を用い、１３．４ｍｍ厚×１００ｍｍ幅×３２０ｍｍ長の小サンプルを切り出して、実験用剪断機により剪断を行い、局所加熱の有無による２種類の試験材を作成し、水素割れ感受性を調査した。

剪断はクリアランスｄ＝１．５ｍｍで行い、局所加熱をする場合は、剪断面表面に熱電対を付けて９００℃の加熱炉内に挿入し、熱電対によって測定される剪断面温度が５５０℃になった時点で炉より出した後、空冷した。

図３に各試験材の断面中央位置Ｘ線残留応力測定結果を示す。測定した残留応力測定値を、等方引張応力σ_ｓと相当応力σ_ｅｑに分けて示す。図より、剪断ままの材料は強加工の影響もあり非常に大きい残留応力が生じているのに対し、剪断後に断面加熱を行った試験材は、σ_ｓ、σ_ｅｑともに剪断ままの試験片より大幅に低減されている。

水素割れ感受性を調査するため、水素チャージ後、カラーチェックにより断面割れの有無を観察した。断面中央位置Ｘ線残留応力の測定後の各試験片から、当該測定面、すなわち、剪断面を残して、１３．４ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの寸法に切り出し、断面部以外を表面研磨し０．２Ｎ−Ｈ_２ＳＯ_４中で陰極水素チャージ（−１．０Ｖ〔ｖｓＳＣＥ〕）を行った。チャージされた水素量の測定はグリセリン置換法を用いた。

表１に試験条件（水素チャージ時間、水素量）と併せて観察結果を示す。剪断ままの試験片では短いチャージ時間（３ｈ）で断面に多数の割れが発生しており、微小な水素量でも水素割れが起こり易い事が認められる。

一方、剪断後に断面加熱を行ったサンプルについては、長時間（４８ｈ）のチャージ後にも割れが発生せず、局所加熱による剪断後の水素割れ発生抑制効果が確認された。

局所加熱の加熱温度は、４５０℃〜Ａ_Ｃ１とすることが好ましい。鉄鋼材料の場合、残留応力は、３００℃を越える程度の温度域から、次第に温度に応じた残留応力の除去効果が得られるようになる。一方、機械切断の処理ピッチが非常に速い事を考えた場合、切断面近傍の加熱も短時間で行う必要があり、その為には、短時間で熱的作用による残留応力低減効果を期待出来る温度範囲選択が望ましい。

熱的作用により鋼板残留応力が急激に減少する加熱温度は一般に４５０℃以上なので、加熱処理効率も考え、加熱温度の下限は４５０℃とすることが好ましい。

また、加熱温度が更に上昇してＡ_Ｃ１温度を超えると、逆変態による組織変化が起こるため、圧延後の加速冷却で材質制御を行う高強度材では、加熱温度の上限をＡ_Ｃ１温度とすることが望ましい。

厚鋼板の機械的切断方法としては、バンドソーのような鋸刃切削方式やシャーによる剪断方式があるが、特に後者の剪断方式を用いた場合、剪断面残留応力が非常に大きくなる事がX線残留応力測定で確認されるので、厚鋼板製造ラインにおいてはオンライン剪断を行った厚鋼板について本発明を適用するのが、割れ発生を効果的に抑制する事ができて好ましい。

本発明に係る切断方法を用いた高強度ラインパイプ材の切断方法を具体的に説明する。
連続鋳造されたスラブ内部の介在物は外周部に少なく、内部に偏在する傾向にあるため、連続鋳造スラブから圧延して大板とする際、圧延後の大板の幅端部には介在物中心偏析が無く、割れ発生の起点となりにくい。

加えて、ラインパイプに造管される板は、幅方向の端部は予め開先加工で削り込み、曲げ加工後にシーム溶接されるため、微細な割れについては問題にならない場合が多い。よって、鋼板の圧延方向の先尾端のみに本発明に係る切断方法を適用して切断することが可能である。

図２は仕上げ圧延後の大板から製品寸法のラインパイプ用厚鋼板１ａ，１ｂ，１ｃを切り出すための切断方法を示し、大板の幅端部耳切り（切断線ｂ）はサイドシャーを用いて切断し、圧延方向と直角方向となるエンドシャーを用いた切断（切断線ａ）に本発明に係る切断方法を用いる。

エンドシャーを用いて切断線ａを切断後、鋼板加熱装置３により、ラインパイプ用厚鋼板１ａ，１ｂ，１ｃの断面部近傍が局所加熱領域２となるように加熱する。鋼板加熱装置３として、誘導加熱装置などが利用可能である。ラインパイプ用厚鋼板は単幅採取かつ大量生産が前提のため、本発明によれば顕著な作用効果を得ることが可能となる。

尚、厚鋼板の製造においては大板からの製品採取方法は図２に示す単幅採取に限定されず、倍幅で圧延した後に幅方向２枚採取等の多様な採取方法が可能で、スリッターで切断をする際にスラブ内部に相当する位置の切断面を加熱する加熱装置を追加して加熱してもよい。

本発明に係る切断方法を説明する図。本発明に係る切断方法を用いた、ラインパイプ材の大板からの切出し方法を説明する図。本発明に係る切断方法の効果を説明する図。

符号の説明

１、１ａ，１ｂ、１ｃ厚鋼板
１１切断面
２局所加熱領域

Claims

熱間圧延後に冷却した厚鋼板を非加熱方式で切断後、切断面近傍を加熱することを特徴とする厚鋼板の切断方法。
前記加熱の加熱温度が４５０℃〜Ａ_Ｃ１温度であることを特徴とする請求項１記載の厚鋼板の切断方法。
前記非加熱方式による切断がオンライン剪断機によるものであることを特徴とする請求項１また２記載の厚鋼板の切断方法。
仕上げ圧延後の大板から製品寸法の厚板を切り出すための厚鋼板の切断方法であって、前記大板の幅端部耳切りはサイドシャーを用いて切断し、圧延方向と直角方向となる切断は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の切断方法を用いることを特徴とする厚鋼板の切断方法。