JP2008055512A

JP2008055512A - 連続鋳造スラブおよびそれを用いた鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2008055512A
Application number: JP2007264626A
Authority: JP
Inventors: Kingo Sasame; 欽吾笹目
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】熱間圧延鋼板の幅方向端部近傍に発生する表面庇問題を特段の設備対応や工程負荷増なく無害化する表面欠陥の少ない鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】スラブ横断面の短辺２形状を、長辺１と、スラブエッジ部３と短辺上の点を結ぶ直線との交差角の最小値（α）が８０°以下の場合は、スラブエッジ部３から上記短辺中央までの幅方向距離（短辺バルジング量、ｄ）を−３〜５ｍｍとし、α＞８０°の場合はｄを−３〜１０ｍｍとする。さらには、連続鋳造時にαを監視し、αに応じてｄが上記範囲になるように連続鋳造条件を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間圧延時に発生する表面疵が少ない鋼板の製造方法、すなわち、熱間圧延鋼板の幅方向端部近傍に発生する表面疵を、スラブの短辺形状を特定することにより減少させる方法に関する。

一般に矩形断面を有するスラブを熱間圧延して製造された鋼板では、幅方向端部近傍にシーム疵（圧延方向に発生する線状の連続欠陥）などの表面疵が発生しやすいことが知られている。この原因として、矩形断面スラブの隅部は他の部位に比較して、加熱後の温度低下が著しいことや、熱間圧延時の材料流動がスラブ中央部と端部で異なることなどが原因と考えられている。

前者の対策としては、加熱炉抽出温度を高く設定する方法や、スラブエッジ部を圧延前に加熱する方法などがあるが、これらの方法はエネルギコストの増大を招くため、製造コスト低減の観点から、必ずしも良好な方法とはいえない。

特許文献１には、エネルギコストの増大を抑制して熱間圧延時の庇を防止する方法として、連続鋳造設備の鋳型の出側でスラブ隅部に面取り形状の連続ロール加工を施し、スラブ隅部の加熱炉抽出後の大幅な温度低下を抑制し幅方向端部近傍の庇を防止する方法が開示されている。

後者の対策としては、スラブ形状を工夫して材料流動を制御し、これにより表面疵を減少させる方法が検討されている。例えば特許文献２には、熱間圧延に供するスラブの形状を、最エッジ部のスラブ厚みを中央部のスラブ厚みより厚くして、熱間圧延時の表面疵を少なくさせる製造方法が提案されている。また、上記スラブを得る方法としては、所望の形状に鋳造部を加工した鋳型を使用して連続鋳造する方法や、所定の断面形状が得られるように加工したロールを用いて鋼塊を分塊圧延する方法、スラブに研削加工を施す方法などが開示されている。
特開２００１−１８０４０号公報特開平６−２６９８０４号公報

しかしながら特許文献１に記載の方法は、連続鋳造設備の大幅な改造を必要とするため、容易に実施できる方法とは言えない。また、特許文献２で開示された方法は、これを特定の断面形状をした鋳型を用いておこなう場合には、連続鋳造時に鋳片の幅変更を行う操業方法への適用は困難である。また、異形ロールによる圧延やスラブ研削により所定のスラブを得る方法は工程負荷増や歩留低下などの問題がある。

本発明の目的は、特段の設備対応や工程負荷増なく、熱間圧延鋼板の幅方向端部近傍に発生する表面庇を無害化できる、表面欠陥の少ない鋼板の製造方法およびそれに利用するスラブを提供することにある。

熱間圧延鋼板製造時には、熱間圧延後の鋼板の幅を所定の寸法に仕上げるために余幅を除去する作業（トリミング作業）がおこなわれる。また、軽度の表面疵は、グラインダ研削などの方法で手入れ除去することも一般的におこなわれている。

熱間圧延時に生じる表面疵の強度（疵の深さ）を通常の手入れ工程で除去できる範囲に軽減するか、その発生位置をトリミング作業で除去される範囲（トリミング代）に制限することができれば、これらの表面疵が発生しても、特別な工程や設備を設けることなく良好な製品を得ることができる。

本発明者は、矩形断面を有するスラブの熱間圧延に際し、幅方向端部近傍に生じる表面疵と、スラブの断面形状、特に短辺近傍における断面形状との関係を種々調査した。その結果、幅方向端部近傍に生じる表面庇の強度および発生位置は、矩形断面スラブの短辺形状により変動し、形断面スラブの短辺形状を特定範囲に制御することにより、幅方向端部近傍に生じる表面疵を容易に無害化できることを知った。

熱間圧延鋼板の素材となる連続鋳造スラブは、溶鋼を鋳型に注入し、鋳型内で凝固シェルを形成させた後鋳型下方から引き抜き、鋳片の上下面をガイドロールなどで拘束しつつ凝固を完了させて製造される。鋳片の断面形状は鋳型直下では完全な矩形である。その短辺形状は、短辺がロールなどにより拘束されている間は直線状に維持されているが、ロールなどによる短辺のサポートがなくなると、内部の溶鋼静圧によりスラブが膨張変形する。このため、通常、圧延素材としてのスラブの短辺は厳密には直線状ではなく、短辺中央部は凸状のいわゆるバルジング形状を示す。

図１は、矩形断面を有する連続鋳造スラブの横断面における断面形状を１／２幅について示す概念図である。図１で符号１は長辺、符号２は短辺、符号３は長辺上の幅方向端部（以下、スラブエッジ部と記す）、符号４はスラブ幅が最小となる位置、一点鎖線はスラブ幅方向中央を意味する。

図１で、ｄはスラブエッジ部と短辺中央との間の幅方向距離を表す（以下、短辺バルジング量と記す）。ｄは、図１に示すように、短辺中央がスラブの外側に凸である場合を正とする。

図１に示すように、αは、長辺１と、スラブエッジ部３とスラブエッジ部３から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部３で交わってなす角度のうちの最小値である（以下、スラブエッジ部角度と記す）。

短辺の両端部（長辺近傍部）には、長辺側のバルジングにより生じる曲げモ−メントの影響により、凹部が形成される場合が多い。αは、短辺上のスラブ各エッジ部より１／２厚み位置までの間で、最も凹んだ位置４（スラブ幅が最小となる位置）とスラブエッジ部とを結んだ線と長辺とのなす角度でもある。本発明による調査結果によれば、αは通常７５〜９０°の範囲で変動する。

スラブエッジ部角度αは、幅方向端部近傍に発生する表面庇の強度（本発明においては鋼板表面からの深さを意味する）に影響する。すなわち、αが小さくなるほど水平ロールで圧延して得られた熱間圧延鋼板の幅方向端部近傍には、深さが大きい表面疵が発生し、αが８０°以下である場合には、表面疵の深さは鋼板厚さ方向で０．３ｍｍ以上になる。疵の深さが０．３ｍｍ以下であれば、通常の板厚下限公差内の手入れで除去できるため、素材スラブのαが８０°以下である場合には、仮に表面疵が発生したとしても通常の手入れで無害化することができる。

図２は、鋼板端部近傍の疵発生位置を説明するための熱間圧延鋼板の平面図であり、図２に示すように、本発明では、鋼板端部から疵発生位置までの幅方向距離を「奥行き量」と表示する。

図３は、本発明者の調査結果による、Ｃ：０．１５〜０．１６％クラスの中炭素鋼を、厚さ：２５０ｍｍ、幅：２２６０ｍｍの鋳型を用いて、鋳込速度１．０〜１．３ｍ／分の条件で連続鋳造したスラブを熱間圧延して得た、厚さ：７〜３０ｍｍ、幅：１０５０〜３３７０ｍｍの厚鋼板について、スラブの短辺バルジング量ｄと、厚鋼板の幅方向端部に発生した表面疵の発生位置（奥行き量で表示）との関係を示すグラフである。

図３からわかるように、スラブの短辺バルジング量が増すにつれて鋼板の表面疵発生位置は鋼板中心部方向にも生じるようになる。図３からわかるように、ｄが５ｍｍを超えると幅方向端部から２５ｍｍ以上の位置にも表面疵が発生する。

熱間圧延鋼板のトリミング作業におけるトリミング代（除去量）は、一般的な圧延条件である幅出し比（＝圧延後幅／スラブ幅）が１．５以下の範囲での圧延を施した場合、鋼板端部から片側あたりでおよそ２５ｍｍ以内である。従って奥行き量が２５ｍｍ以下であれば、仮に表面疵が発生したとしてもトリミング作業で除去することができる。

また、本発明者の研究結果によれば、短辺バルジング量ｄが−３ｍｍを下回る場合にはスラブコ−ナ部に割れが認められ、これが原因となって圧延後の鋼板にはエッジ部にへげ状の表面欠陥が生じる場合がある。さらに、ｄが１０ｍｍを超える場合には、スラブ短辺近傍の表皮下で内部割れが生じ、圧延後の鋼板にはへげ疵が生じる懸念がある。これらの欠陥が生じるといずれの場合とも大幅な歩留まり低下が生じる。

本発明はこれらの知見を基にして完成されたものであり、その要旨は下記（１）、（２）に記載の連続鋳造スラブおよび（３）〜（６）に記載の表面欠陥の少ない鋼板の製造方法にある。
（１）連続鋳造によって製造されたスラブであって、その横断面における短辺形状が、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°以下でかつｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とする連続鋳造スラブ。
（２）連続鋳造によって製造されたスラブであって、その横断面における短辺形状が、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°を超え、かつ、ｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることを特徴とする連続鋳造スラブ。
（３）矩形断面を有する連続鋳造スラブを熱間圧延して鋼板を製造するに際し、スラブ横断面における短辺形状を、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°以下である場合はｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲にあり、αが８０°を超える場合にはｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲にあるように定めることを特徴とする鋼板の製造方法。
（４）矩形断面を有する連続鋳造スラブを熱間圧延して鋼板を製造する方法であって、スラブ横断面における、長辺と、該長辺上の幅方向端部であるスラブエッジ部とスラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線がスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、連続鋳造に際してαを監視し、αが８０°以下である場合はｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲となり、αが８０°を超える場合にはｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲になるように連続鋳造条件を調整することを特徴とする鋼板の製造方法。
（５）矩形断面を有する連続鋳造スラブを熱間圧延して鋼板を製造する方法であって、スラブ横断面における、長辺と、該長辺上の幅方向端部であるスラブエッジ部とスラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線がスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、連続鋳造に際してαを監視し、αが８０°以下である場合はｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲となり、αが８０°を超える場合にはｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲になるように連続鋳造条件を調整することを特徴とする鋼板の製造方法。
（６）前記連続鋳造条件は、前記連続鋳造スラブの連続鋳造における鋳造速度及び／又は連続鋳造鋳型の直下の短辺冷却水量である上記（５）に記載された鋼板の製造方法。

本発明の製造方法によれば、特段の設備対応や工程負荷増加を必要としないで、熱間圧延鋼板の幅方向端部近傍に発生する表面庇を効率よく無害化し、製品の歩留を著しく向上させることができる。

本発明の実施の形態を詳細に述べる。
矩形断面を有するスラブの幅方向断面において、ｄが−３ｍｍを超えて小さくなると、これを熱間圧延した際にスラブ端部に割れが発生し、圧延後の鋼板でへげ疵などの欠陥が生じて歩留まりが低下するおそれがある。これを避けるために、ｄは−３ｍｍ以上とする必要がある。望ましくは０ｍｍ以上である。また、ｄが１０ｍｍを超えるとスラブ短辺近傍の表皮下で内部割れを生じ、圧延後の鋼板の歩留まりが低下するおそれがある。従ってｄは１０ｍｍ以下とする。ｄが５ｍｍ以下の範囲であれば、鋼板端部にシーム疵のような表面疵が生じたとしても、その発生位置が通常のトリミング代で除去可能な範囲に収まるので容易に除去できる。このため、望ましくはｄは５ｍｍ以下である。

スラブエッジ部角度αが８０°以下となる場合は、強度の表面疵が発生するおそれがある。このような場合は、表面疵発生部位を通常のトリミング作業で除去できる範囲とするために、短辺バルジング量ｄは−３ｍｍ以上、かつ、５ｍｍ以下の範囲にあるようにする。αが８０°を超える場合には、幅方向端部近傍に表面疵が生じるとしても比較的軽度のものであるので、通常の手入れ作業で容易に除去できる。スラブ短辺近傍の表皮下での内部割れや、その結果として生じる鋼板のへげ状欠陥を防止するために、ｄは−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲にあるようにする必要がある。

スラブエッジ部角度αおよび短辺バルジング量ｄは、スラブ端面の形状をレーザ距離計などにより計測することで容易に確認できる。
連続鋳造において、スラブエッジ部角度αに対しては、鋳型直下の冷却水量や鋳込み速度の実績と、鋳型の厚さ、幅との関係を調査することにより整理することが可能である。従ってこれらの関係を用いれば、連続鋳造条件からαを予測することができる。また、鋳型から引き抜いた鋳片について、テレビカメラなどによる熱間観察や、冷却したサンプル材の観察により、αを測定することも可能である。

短辺バルジング量ｄに対しては、鋳型直下における短辺サポート条件（ロールなどで短辺を拘束する範囲、幅方向の絞り角度を意味するサポ−ト角度、幅方向間隔などの取り合いなど）や、短辺スプレーの水量が影響する。ｄは、例えば、ロールなどで短辺を拘束する範囲を長くすると小さくなり、サポ−ト角度を大きくすれば大きくなる。また、幅方向間隔を大きくすればｄは大きくなり、短辺スプレーの水量を増せばｄは小さくなる。

本発明の製造方法は、連続鋳造時に予測するか、測定するなどの手段を備えることでスラブエッジ部角度αを監視し、そのαに応じてｄが本発明が規定する範囲になるように、冷却条件などの連続鋳造条件を調整しておこなうのが好適である。

本発明の製造方法は、特段の設備や特有の工程を必要としないで、熱間圧延鋼板の幅方向端部近傍に発生しがちな表面疵を、容易に実質上無害化できるので、表面欠陥の少ない鋼板の製造方法として極めて優れた方法である。中でも、寸法公差などの関係から表面疵除去作業が容易に行える厚鋼板の表面疵の減少に特に有効である。

表１に示す化学組成を有する溶鋼を転炉で溶製し、これを連続鋳造して、幅：２２６０ｍｍ、厚さ：２３５ｍｍのスラブを作成した。

連続鋳造に際しては、切断後のスラブを工業用テレビカメラを用いて熱間観察することによりαを実測し、鋳造速度と鋳型直下の短辺冷却水量を種々変更することによりスラブの短辺形状を種々変更した。得られたスラブは、そのまま加熱炉に装入して１１３０℃に加熱し、圧延終了温度を７５０℃とする熱間圧延を施し、厚さ：２０〜２５ｍｍ、幅：２５１９〜３１１１ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。幅出し比は１．１１〜１．３８の範囲であった。こられの鋼板は常温に冷却した後、幅方向端部近傍に発生した表面疵（シーム疵）の発生位置と強度を調査した。

表２に、上記プロセスの諸条件、スラブ形状および疵発生状況をまとめて示す。

表２に示すように、本発明が規定する条件範囲で製造された試験番号１の鋼板では深い表面疵が生じたが、その発生位置は通常のトリミング作業で除去可能な範囲であった。試験番号２の鋼板では幅方向内部に疵が生じたが、その強度は通常のグラインダ手入れで除去できるものであった。これらの鋼板からはいずれも良好な製品が得られる。これに対し試験番号３の鋼板では、通常のグラインダ手入れで除去できない深さの疵が通常のトリミング作業で除去できない幅方向内部に発生した。試験番号４の鋼板では幅方向端部近傍に大きい割れ部があり、試験番号５の鋼板では幅方向端部近傍に内部割れがあった。こられの鋼板からは、良好な製品が得られなかった。

図１（ａ）は、矩形断面を有する連続鋳造スラブの断面形状を１／２幅について示す概念図、図１（ｂ）はその部分の拡大図である。鋼板端部近傍の疵発生位置を説明するための熱間圧延鋼板の平面図である。スラブ短辺バルジング量ｄと庇発生位置との関係を示すグラフである。

符号の説明

１スラブ横断面の長辺
２スラブ横断面の短辺
３スラブエッジ部
４端辺上のスラブ幅が最小となる位置

Claims

連続鋳造によって製造されたスラブであって、その横断面における短辺形状が、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°以下でかつｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とする連続鋳造スラブ。
連続鋳造によって製造されたスラブであって、その横断面における短辺形状が、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°を超え、かつ、ｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることを特徴とする連続鋳造スラブ。
矩形断面を有する連続鋳造スラブを熱間圧延して鋼板を製造するに際し、スラブ横断面における短辺形状を、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°以下である場合はｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲にあり、αが８０°を超える場合にはｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲にあるように定めることを特徴とする鋼板の製造方法。
矩形断面を有する連続鋳造スラブを熱間圧延して鋼板を製造するに際し、スラブ横断面における短辺形状を、長辺と、スラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線とがスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、αが８０°以下である場合はｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲にあり、αが８０°を超える場合にはｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲にあるように、前記連続鋳造スラブの連続鋳造における鋳造速度及び／又は連続鋳造鋳型の直下の短辺冷却水量を調整することを特徴とする鋼板の製造方法。
矩形断面を有する連続鋳造スラブを熱間圧延して鋼板を製造する方法であって、スラブ横断面における、長辺と、該長辺上の幅方向端部であるスラブエッジ部とスラブエッジ部から短辺中央までの間の短辺上の任意の点とを結ぶ直線がスラブエッジ部で交わってなす角度のうちの最小値であるスラブエッジ部角度をαとし、スラブ中央部からのエッジ部での幅方向距離とスラブ中央部からの最大幅方向距離との差である短辺バルジング量をｄとするとき、連続鋳造に際してαを監視し、αが８０°以下である場合はｄが−３ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲となり、αが８０°を超える場合にはｄが−３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲になるように連続鋳造条件を調整することを特徴とする鋼板の製造方法。
前記連続鋳造条件は、前記連続鋳造スラブの連続鋳造における鋳造速度及び／又は連続鋳造鋳型の直下の短辺冷却水量である請求項５に記載された鋼板の製造方法。