JP2011143461A - 厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚鋼板を圧延によって製造する場合において、無駄時間のない効率的な厚鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明にかかる厚鋼板の製造方法は、鋼板３を可逆式圧延機７によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする前圧延工程と、該前圧延工程後に温度等を制御しながら制御圧延を行う制御圧延工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、前記前圧延工程は、圧延パスのパス間に可逆式圧延機７の片側において前記鋼板３を水冷するパス間冷却工程を有し、該パス間冷却工程は、当該圧延パス（Ｎパス）において鋼板が可逆式圧延機７を通過後、次の圧延パス（Ｎ＋１パス）において可逆式圧延機７に入る前までの間に、１０〜２００℃の温度降下量となるように鋼板３を冷却することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、厚鋼板を熱間圧延して所定の材質・板厚の厚鋼板を製造する厚鋼板の製造方法に関する。

近年、厚鋼板の熱間圧延においては、強度や靭性の優れた厚鋼板を製造することが求められており、このような製造方法の一例として、圧延材に制御圧延（Controlled Rolling:CR）を施すことにより、優れた材質の厚鋼板を造りこむことが行われている。
制御圧延とは、１０００℃以上に加熱したスラブを一旦所定の板厚まで圧延し、その後、圧延材の温度が未再結晶温度域やその温度域に近い温度域にある状態で仕上板厚まで圧延を行うものである。たとえば、厚さ２００〜３００ｍｍのスラブを１１００〜１２００℃程度まで加熱後、仕上板厚の１．５〜２倍程度まで圧延し、その後、温度が未再結晶域である８５０℃以下になった時点で制御圧延を開始し、仕上板厚（たとえば１５ｍｍ）まで圧延するというものである。
したがって、制御圧延を行うためには、その前提として板厚と温度を所定の値にする必要があり、通常は圧延材を所定の板厚まで圧延した後、圧延機（可逆式圧延機）近傍の圧延ライン上で制御圧延開始温度になるまで圧延材を放冷状態で待機させていた。

しかしながら、制御圧延を行う温度（制御圧延開始温度）が低くかつ制御圧延を行う板厚（制御圧延開始厚）が厚い場合には、圧延材が制御圧延開始温度になるまでにかなりの時間を要するため、その冷却待ちによって圧延機に空き時間が発生し、圧延能率が低下するという問題が生じていた。

このような問題を解決するものとして、圧延材を所定の制御圧延開始温度に冷却するために温度調整冷却設備を別途設置し、鋼板温度を制御圧延開始温度に早期に調整する技術が提案されている。
この技術は、可逆式圧延機で所定板厚まで圧延し、該圧延材を温度調節冷却設備で所定の制御圧延開始温度に冷却（温度調整冷却）した後、再び可逆圧延機によって仕上板厚まで制御圧延を行うというものである。

特開２００５−９７９号公報

特許文献１に記載の技術は、上述のように圧延材を制御圧延前に制御圧延開始板厚まで圧延し、所定板厚になった圧延材を温度調整冷却設備で温度調整して、再び可逆式圧延機で制御圧延を行うというものである。
そして、温度調整冷却設備は、後行材との干渉を避けるために、可逆式圧延機から約２０ｍ程度離れた位置に設置されている。
そのため、制御圧延開始板厚まで圧延された圧延材を、温度調整冷却設備まで移動して温度調整し、さらに温度調整後に制御圧延を行う可逆式圧延機まで移動しなければならず、これらの処理工程中は圧延を行うことができず、可逆式圧延機に空き時間が発生して効率が低下するという問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、厚鋼板を圧延によって製造する場合において、無駄時間のない効率的な厚鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

発明者は、従来の圧延方法が制御圧延開始板厚まで圧延材を圧延し、その後、制御圧延開始温度に温度調整するというように、圧延工程と温度調整工程を分離していることに問題があると考えた。
そこで、制御圧延開始板厚まで圧延している過程で圧延材の温度調整を行って、制御圧延開始板厚まで圧延が完了した時点ではほぼ制御圧延開始温度になるように、つまり板厚の調整と温度調整を同時進行することはできないかについて検討した。

そして、圧延材を所定の制御圧延開始板厚まで圧延するには複数の圧延パスを行うことになるが、この圧延パスの途中に冷却工程を行うことで、同時進行が可能であると考えた。
しかしながら、制御圧延開始前の圧延工程（本明細書において「前圧延工程」という）においては、制御圧延開始温度が低くかつ制御圧延開始板厚が厚いような場合もあり、このような場合も含めて同時進行可能になるようにする必要がある。

検討の結果、従来例のように高温の圧延材を所定の制御圧延開始板厚まで圧延する場合とは違い、圧延パスの途中に冷却工程を行い、しかも所定の制御圧延開始板厚まで早期にするためには、圧延パスの途中に行う冷却工程における、温度降下量をいかにするかが重要であるとの知見を得た。
そして、この点をさらに鋭意検討し、種々の仕上板厚の鋼板について検討し、最適な温度降下量を見出して本発明を完成したものである。

（１）本発明にかかる厚鋼板の製造方法は、鋼板を可逆式圧延機によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする前圧延工程と、該前圧延工程後に温度等を制御しながら制御圧延を行う制御圧延工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、
前記前圧延工程は、圧延パスのパス間に前記可逆式圧延機の片側において前記鋼板を水冷するパス間冷却工程を有し、該パス間冷却工程は、当該圧延パス（Ｎパス）において鋼板が前記可逆式圧延機を通過後、次の圧延パス（Ｎ＋１パス）において前記可逆式圧延機に入る前までの間に、１０〜２００℃の温度降下量となるように前記鋼板を冷却することを特徴とするものである。

（２）また、鋼板を可逆式圧延機によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする前圧延工程と、該前圧延工程後に温度等を制御しながら制御圧延を行う制御圧延工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、
前記前圧延工程は、圧延パスのパス間に前記可逆式圧延機の両側において前記鋼板を水冷するパス間冷却工程を有し、該パス間冷却工程は、当該圧延パス（Ｎパス）において鋼板が前記可逆式圧延機を通過後、次の圧延パス（Ｎ＋１パス）において前記可逆式圧延機に入る前までの間に、１０〜２００℃の温度降下量となるように前記鋼板を冷却することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記パス間冷却工程は、前記可逆式圧延機の１０ｍ以内の位置で行うことを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記パス間冷却工程は、圧延パス（Ｎパス）の出側で前記鋼板を一旦冷却し、該鋼板を復動させて圧延パス（Ｎ＋１パス）の入側でさらに冷却して次の圧延を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、制御圧延を含む仕上圧延によって厚鋼板を製造する場合において、圧延材の冷却待ち時間を無くし、厚鋼板の生産性を飛躍的に向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係る厚鋼板の製造方法に用いる鋼板の圧延設備の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る厚鋼板の製造方法における圧延温度と圧延開始からの時間の関係を示したグラフである。 本発明の一実施の形態に係る厚鋼板の製造方法におけるパス間冷却工程の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る厚鋼板の製造方法と比較例における圧延温度と圧延開始からの時間の関係を示したグラフである。

図１は本発明の一実施の形態に係る厚鋼板の製造方法に使用する圧延設備の説明図、および圧延設備に対応して鋼板の移動経路を模式的に示す模式図を併せて示してある。
図１に示す圧延設備１は、鋼板３を可逆式に搬送するテーブルローラ５と、鋼板３を圧延する可逆式圧延機７と、可逆式圧延機７の近傍（１０ｍ以内の位置）に配置された冷却設備９を備えている。
各設備を詳細に説明する。

＜テーブルローラ＞
テーブルローラ５は鋼板３を可逆式に、所定の搬送速度で搬送する。

＜可逆式圧延機＞
可逆式圧延機７は、鋼板３を所定の圧下力で可逆式に圧延する。

＜冷却設備＞

冷却設備９は可逆式圧延機７の近傍片側に配置されており、鋼板３の上面側に棒状の冷却水を噴射する上ヘッダユニット１１と、鋼板３の下面側に棒状の冷却水を噴射する下ヘッダユニット１３を備えている。
冷却設備９は、可逆式圧延機７に対して１０ｍ以内の位置に設置されており、それ故に、鋼板３を可逆式圧延機７から１０ｍ以内の位置においてパス間冷却できるようになっている。

上記のように構成された圧延設備１によって鋼板３を圧延して厚鋼板を製造する方法を説明する。
本実施の形態に係る製造方法は、鋼板３を可逆式圧延機７によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする前圧延工程と、該前圧延工程後に温度等を制御しながら制御圧延を行う制御圧延工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、
前記前圧延工程は、圧延パスのパス間に前記可逆式圧延機７の片側において鋼板３を水冷するパス間冷却工程を有し、該パス間冷却工程は、当該圧延パス（Ｎパス）において鋼板が可逆式圧延機７を通過後、次の圧延パス（Ｎ＋１パス）において可逆式圧延機７に入る前までの間に、１０〜２００℃の温度降下量となるように前記鋼板を冷却する。

製造方法を図１〜図３に基づいてさらに詳細に説明する。
図２は、本実施の形態の厚鋼板の製造方法の説明図であり、縦軸が圧延温度（℃）、横軸が圧延開始からの時間（秒）を示している。図２における黒丸は圧延パスを示している。
＜前圧延工程＞
前圧延工程は、１０００℃以上に加熱したスラブを可逆式圧延機７によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする工程である。
制御圧延開始温度は、鋼板３の温度が未再結晶温度域やその温度域に近い温度域以下（約８５０℃以下）である。制御圧延開始板厚は、仕上板厚によって異なるが、通常は仕上板厚の1.5倍〜2倍程度である。

本発明では、前圧延工程の途中にパス間冷却工程を備えている。そして、本実施の形態におけるパス間冷却工程は、図３において、図中右方向へ鋼板３を搬送しながら圧延するパスをＮパス、Ｎパス後に鋼板３を図中左方向へ復動させて圧延するパスを（Ｎ＋１）パスとすれば、鋼板３がＮパスにおいて可逆式圧延機７を通過した後、（Ｎ＋１）パスのために可逆式圧延機７に入る前において鋼板３を水冷にて通過冷却するようにしている。冷却水を噴射することによる通過冷却の範囲は、鋼板搬送方向で５０〜２００ｃｍ程度にするのが好ましい。

なお、鋼板３が可逆式圧延機７を通過した後とは、図３（ａ）（ｃ）（ｅ）を参照すると分かるように、鋼板３における冷却対象部位が可逆式圧延機７を通過した後を意味しており、鋼板全体が可逆式圧延機７を通過することを意味するものではない。また、可逆式圧延機７に入る前とは、図３（ｂ）（ｄ）を参照すると分かるように、鋼板３における冷却対象部位が可逆式圧延機７に入る前を意味し、鋼板３の一部が可逆式圧延機７に入る前を意味するものではない。

本実施の形態では、図１に示す冷却設備９は可逆式圧延機７の片側に配置されているので、パス間冷却工程は、鋼板３がＮパスにおいて可逆式圧延機７を通過した後通過冷却され、（Ｎ＋１）パスのための可逆式圧延機７に入る前にも通過冷却されるが、鋼板３が（Ｎ＋１）パスにおいて可逆式圧延機７を通過した後、次の圧延パス（次のＮパス）のために可逆式圧延機７に入る前には行われず、この間は空冷されるのみである。

パス間冷却工程において、本実施の形態では、温度降下量を制御して、その温度降下量が１０℃〜２００℃になるようにしている。
これは想定される複数種類の仕上板厚の鋼板について、パス間冷却を実施して最適な温度降下量を求めたものである。パス間冷却の実施の結果を表１に示す。

表１に示すように、パス間温度降下量を１０℃〜２００℃にすることで、想定される全ての板厚の鋼板について、冷却待ち時間をなくして目的の制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚まで連続して圧延を行うことができる。そのため、圧延時間の短縮ができ、生産性の向上を図ることができる。パス間温度降下量が１０℃未満では本発明のパス間冷却を行う能力が不足し、２００℃超えでは不必要な過大な能力を有する冷却設備となって経済的ではない。
なお、鋼板３は、Ｎパスにおいて可逆式圧延機７を通過した後通過冷却され、さらに（Ｎ＋１）パスのために可逆式圧延機７に入る前に通過冷却されるので、上記の温度効果量は、この２回の通過冷却によるものである。
パス間温度降下量は、冷却水量、冷却水流量密度、鋼板搬送速度、冷却水温度等を調整することで制御する。

なお、先行文献１に示されたように、制御圧延開始前において、制御圧延開始板厚まで圧延した後、冷却設備によって制御圧延開始温度まで冷却する方式の場合と比較してどの程度圧延時間を短縮できるかについて調査したので、これについて説明する。
従来の比較例として、表１に示したのと同様の仕上板厚、制御圧延開始温度の鋼板について、制御圧延前において、制御圧延開始板厚まで圧延した後、シャワー方式の冷却設備によって制御圧延開始温度まで冷却する方式で厚鋼板を製造した結果を表２に示す。

表１と表２を比較すると分かるように、例えば仕上板厚２０ｍｍ（表１、２のＤ欄参照）をみると、本発明方法の場合は１８０secであるのに対して、比較例では２１４secかかっており、本発明方法によれば圧延時間３４secを短縮できることが分かる。他の例を見ても、約２０秒〜５０秒程度の圧延時間短縮がされている。

図４は、本発明方法と比較例の各場合の一例について圧延温度と圧延開始からの時間の関係を示したグラフであり、黒丸が本発明方法を示し、白三角が比較例を示している。図４に示されるように、本発明例ではパス間冷却を実施することで圧延機の冷却待ち時間が発生せず、仕上げ圧延に要する時間を短縮できるのである。

以上のように、本実施の形態では、圧延しながらパス間で冷却を行うため、圧延機の冷却待ち時間がなく、圧延時間を短縮して、厚鋼板の製造効率を高めることができる。

また、本実施の形態においては、冷却設備９を可逆式圧延機７の片側にのみ設置し、鋼板３がＮパスにおいて可逆式圧延機７を通過した後、（Ｎ＋１）パスのための可逆式圧延機７に入る前においてのみパス間冷却を行い、鋼板３が（Ｎ＋１）パスにおいて可逆式圧延機７を通過した後、次の圧延パスのために可逆式圧延機７に入る前においては空冷するようにしたので、空冷の期間に復熱により鋼板３の材質を向上させることができる。なお、復熱とは、冷却された表面と冷却途中の内部との温度勾配が時間と共に緩和される結果、表面温度が上昇する現象をいう。

もっとも、冷却設備９を可逆式圧延機７の両側に設置して、鋼板３がＮパスにおいて可逆式圧延機７を通過した後、（Ｎ＋１）パスのために可逆式圧延機７に入る前においてパス間冷却を行い、さらに鋼板３が（Ｎ＋１）パスにおいて可逆式圧延機７を通過した後、次の圧延パスのために可逆式圧延機７に入る前においてもパス間冷却を行うようにしてもよい。このように可逆式圧延機７の両側でパス間冷却を行うようにすると、板厚が厚い場合などで、冷却効率を高くできて冷却水量を削減できるという効果がある。という効果がある。

１ 圧延設備
３ 鋼板
５ テーブルローラ
７ 可逆式圧延機
９ 冷却設備
１１ 上ヘッダユニット
１３ 下ヘッダユニット

Claims (4)

1. 鋼板を可逆式圧延機によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする前圧延工程と、該前圧延工程後に温度等を制御しながら制御圧延を行う制御圧延工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、
   前記前圧延工程は、圧延パスのパス間に前記可逆式圧延機の片側において前記鋼板を水冷するパス間冷却工程を有し、該パス間冷却工程は、当該圧延パス（Ｎパス）において鋼板が前記可逆式圧延機を通過後、次の圧延パス（Ｎ＋１パス）において前記可逆式圧延機に入る前までの間に、１０〜２００℃の温度降下量となるように前記鋼板を冷却することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
2. 鋼板を可逆式圧延機によって熱間圧延して制御圧延開始温度でかつ制御圧延開始板厚にする前圧延工程と、該前圧延工程後に温度等を制御しながら制御圧延を行う制御圧延工程とを備えた厚鋼板の製造方法であって、
   前記前圧延工程は、圧延パスのパス間に前記可逆式圧延機の両側において前記鋼板を水冷するパス間冷却工程を有し、該パス間冷却工程は、当該圧延パス（Ｎパス）において鋼板が前記可逆式圧延機を通過後、次の圧延パス（Ｎ＋１パス）において前記可逆式圧延機に入る前までの間に、１０〜２００℃の温度降下量となるように前記鋼板を冷却することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
3. 前記パス間冷却工程は、前記可逆式圧延機の１０ｍ以内の位置で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の厚鋼板の製造方法。
4. 前記パス間冷却工程は、圧延パス（Ｎパス）の出側で前記鋼板を一旦冷却し、該鋼板を復動させて圧延パス（Ｎ＋１パス）の入側でさらに冷却して次の圧延を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。

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