JP2011240354A

JP2011240354A - 熱延コイルの製造方法

Info

Publication number: JP2011240354A
Application number: JP2010113137A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Doi; 公明土井; Kunio Hayashi; 邦夫林; Hisanori Kataoka; 尚紀片岡
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: JP5594578B2

Abstract

【課題】熱間仕上げ圧延されて巻き取られた熱延コイルのコイル潰れの発生を、生産性を低下させることなく効果的に防止する熱延コイルの製造方法を提供すること。
【解決手段】熱間仕上げ圧延工程で圧延された圧延材を巻き取って熱延コイルとする圧延材巻き取り工程において、該圧延材の巻き取り温度を、該圧延材の先端部から、圧延長さに応じて下降させ、熱延コイルの内径部分から外径部分に渡り、巻き取り後の変態による体積膨張率を均一にあるいは内径部分を高めに制御する。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車、産業機械及び建材等の素材として使用される熱延鋼板或いは冷延鋼板或いはめっき鋼板の製造工程において、熱間圧延により得られた熱延コイルが潰れる現象を効果的に抑制するのに好適な熱延コイルの製造方法に関するものである。

自動車及び産業機械等に使用される熱延鋼板は、一般に、粗圧延工程及び仕上圧延工程を経て製造される。図１は、熱延鋼板の製造方法を模式的に示す図である。熱延鋼板の製造工程においては、先ず、所定の組成に調整した溶鋼を連続鋳造して得たスラブを粗圧延機１０１により圧延した後、更に複数の圧延スタンド１０２ａ〜１０２ｄで構成される仕上圧延機１０３により熱間圧延して、所定の厚さの熱延鋼板１０７とする。そして、この熱延鋼板１０７は、冷却装置１１１により冷却水が注水されることにより冷却された上で巻き取り装置１１２によりコイル状に巻き取られる。

この巻き取り装置１１２によりコイル１１３に巻き取られた熱延鋼板１０７は、コイル１１３の芯１１４から抜いて、図２に示すように結束置台１１５上に載置される。しかしながら、この結束置台１１５上に載置された状態において、自重によりコイル１１３が潰れてしまうことがある。

このようなコイル潰れの発生率を下げるために、巻取り張力を上げたり、潰れが大きくなる前に専用の置き台に保管して被害を軽減する技術が開示されている。例えば、特許文献１には、巻き取り装置から抽出後のコイルを穴横の状態のまま、鉛直に対して対称な２つの傾斜部をコイルとの接触面とするコイル置き台に静置し、常温まで冷却する過程において、傾斜部が地面（水平）となす角度を４５°〜５５°とし、コイル自重を支える箇所を２つの傾斜部のみとすることで、コイル潰れを防止する技術が開示されている。

しかしながら、コイル１１３をこのような置き台に搬送するためにはクレーンを使用しなければならず、その結果、熱延鋼板の生産ラインがクレーンの作業速度に対して律速となり、生産性が低下する問題があった。

特開２００６−２８１３０６号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、熱間仕上げ圧延されて巻き取られた熱延コイルのコイル潰れの発生を、生産性を低下させることなく効果的に防止する熱延コイルの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の熱延コイルの製造方法は、熱間仕上げ圧延工程で圧延された圧延材を巻き取って熱延コイルとする圧延材巻き取り工程において、該圧延材の巻き取り温度を、該圧延材の先端部から、圧延長さに応じて下降させ、熱延コイルの内径部分から外径部分に渡り、巻き取り後の変態による体積膨張率を均一にあるいは内径部分を高めに制御することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱延コイルの製造方法において、圧延材の巻き取り温度を、熱延コイルの全長のうち、巻き取り先端部から一定長さの範囲を巻き取る先端部巻き取り目標値と、該圧延材に最適な巻き取り温度目標値との２段構成とすることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の熱延コイルの製造方法において、熱延コイルの全長のうち、巻き取り先端部から一定長さの範囲を、該圧延材に最適な巻き取り温度目標値よりも高温で巻き取り、その後、該圧延材に最適な巻き取り温度目標値まで、巻き取り温度を下降させながら圧延材巻き取りを行うことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の熱延コイルの製造方法において、圧延材に最適な巻き取り温度目標値が４００〜７００℃であって、熱延コイルの巻き取り先端部から全長の１／１０〜１／３を、該巻き取り温度目標値よりも５０〜２００℃高い温度で巻き取ることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の熱延コイルの製造方法において、圧延材の成分が、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３５％、Ｓｉ：０．１５〜１．５％、Ｍｎ：１．０〜２．７％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜１．５％、Ｎ：０．０１％以下、を含有し、残Ｆｅおよび不可避的不純物を含有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の熱延コイルの製造方法において、さらに圧延材の成分が、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｃｒ：０．００５〜０．５％、Ｍｏ：０．００５〜０．５％、Ｎｉ：０．００５〜０．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００３〜０．０３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．０３０％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０３０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０３０％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする。

図５には、鋼板の温度と体積の関係を示している。鋼板の冷却工程において、図５に示すように、γ相（ｆｃｃ）とα相（ｂｃｃ）の境界を構成するα＋γの２相領域では、一次的な体積の膨張現象が生じる。これは、それぞれの相を形成する結晶格子の密度の違いに起因しており、最密構造であるｆｃｃに比べ、密度の低いｂｃｃが生成すると、そのα相の変態に伴って体積の膨張が起こる。このため、γ相からα相への変態分率が少ない状態で熱延コイル巻き取りを行う場合、熱延コイル巻き取り後の相変態による膨張率がコイルの全長で均一でないと、巻き取り後にコイルの巻きが緩み、その結果、コイル変形やコイル潰れが生じていた。この現象は、特にC、Si、Mn添加量の多くなる高張力鋼板において顕著となる。これは、相変態速度が合金成分の添加量が増加するに従って遅延するからである。これに対し、本発明に係る熱延コイルの製造方法では、熱間仕上げ圧延工程で圧延された圧延材を巻き取って熱延コイルとする圧延材巻き取り工程において、該圧延材の巻き取り温度を、該圧延材の先端部から、圧延長さに応じて下降させ、熱延コイルの内径部分から外径部分に渡り、巻き取り完了後の変態による体積膨張率を均一にあるいは内径部分を高めに制御する構成により、巻き取り後にコイルの巻きが緩む現象を回避可能としている。このように、巻き取り温度の制御により、コイル潰れを回避する本発明の構成によれば、従来のように、巻き取り後のコイルを特殊なクレーン操作により置き台に搬送する必要がないため、コイル潰れの発生を、生産性を低下させる問題を生じることなく効果的に防止することができる。

熱延鋼板の製造方法を模式的に示す図である。結束置台上に載置されたコイルについて芯を抜いた状態を示す図である。 0.13C-2.2Mn-1.0Siの材料の熱延冷却過程および巻き取り過程での温度履歴と変態の進行の計算値である。実施可能な巻き取り温度昇温パターンの例の一部を示す図である。鋼板の温度と体積の関係を示す図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

図３のグラフには、Ｃを０．１３％、Ｍｎを２．２％、Ｓｉを１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物を含有する高張力鋼板の例について、熱延巻き取り過程での温度履歴と変態の進行の計算結果を示している。

図３に示す例では、仕上げ圧延機を通板後（図１のｆ_１付近）の熱延鋼板温度は約９００℃であり、この熱延鋼板が、冷却装置を通過する間に冷却水の注水により急速冷却される。巻取装置の入り口（図１のｆ_３付近）の熱延鋼板温度は約４５０℃となっている。

熱延鋼板温度の低下に伴い変態が進行するが、図３に示す例では、熱延鋼板温度が約４５０℃に冷却され、更に巻き取られる時間である20秒程度の間に、フェエライ変態が約１０％とベイナイト変態が約７０％近くまで進行しており、残り２０％が巻き取り後に変態する事を表している。

こうした巻き取り過程での変態による体積膨張率の高い材料については、コイル内の巻き取り温度を基本的に一定の条件で製造していると、巻取り温度によっては先に巻き取られた内径部分が変態により体積膨張がかなり進んだ上に続いて巻き取られた部分が、巻き取られた以後の時間において、より大きな体積膨張を起こすために、ある程度高い巻き取り張力で巻取られていてもコイルのラップ間に緩みが生じ、コイル全体として強度不足となり、結果として自重により潰れが発生するが、本発明では、先に巻き取られたコイル内径部の変態の進行を遅らせ内径部より後から巻き取られる部分に対して同時或いは遅延させることでコイルのラップ間の緩みを防ぎタイトな内径部分を作ることにより、コイル潰れを効果的に防止している。

すなわち、コイルの芯となる先端部において、後から巻き取られる後続部分と同等或いはそれよりも遅延させる事により、コイル巻き取り後のラップ間の緩みを防ぐことが可能となる。具体的なコイルフロント部の変態遅延方法としては、ベイナイト変態に比べ変態速度の遅いフェライト変態領域で巻き取りを行う事が有効である。フェライト変態は拡散型の変態であるため、剪断型変態であるベイナイト変態に比べＣ添加量およびＭｎ添加量の影響を大きく受けるため、高張力鋼の成分範囲においてはフェライト変態の変態速度は遅くなる。この点を活用し、本発明の成分範囲においては、先端部において熱延の巻き取り温度を高温化することにより、変態を遅延する事ができる。一般に、自動車用の普通鋼で使用される代表的な5元素のうち、変態挙動に大きく影響を及ぼすのは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎである。これらの濃度が高くなると、変態の速度が著しく遅延されることは周知の通りである。このため、ハイテンと呼ばれる高強度鋼板では、これら元素の添加量が多くなり、コイル潰れの生じる割合が増加する。したがって、本発明の合金成分範囲以外であっても、相変態を遅延させる元素を添加した場合は、本発明にて開示した製造方法が有効であることは自明である。
また、巻き取り温度の狙い値は、得ようとする材質により決まることが多く、ハイテンでは一般材に比べ、400℃以上600℃以下の低い巻き取り温度とする場合が多い。
本発明では、該圧延材の巻き取り温度を、該圧延材の先端部から、圧延長さに応じて下降させることにより、熱延コイルの内径部分から外径部分に渡り、巻き取り後の変態による体積膨張率を均一にあるいは内径部分を高めに制御している。

具体的には、該圧延材の先端部は、フェライト変態温度域である６００℃以上の温度域で巻き取りを行い、その後、ベイナイト変態が起こる温度領域（例えば、５００℃付近）で巻き取りを行うことにより、巻き取り後の変態による体積膨張率を全コイル内で均一あるいは内径部分を高めに制御している。

なお、鋼材の組織制御のために、巻取り温度は基準値が決められているので、組織制御上の許容範囲内での巻き取り温度調整にて、コイル潰れの発生を防ぎうる方法を確立する必要がある。

また、先端部の巻き取り温度昇温量、先端昇温部長さ、昇温パターンは、原則的には素材の変態の温度依存性に基づいて決めるべきものであり、一律に定めることは必ずしも有利なものではない。図４に本発明で実施可能な巻き取り温度昇温パターンの例の一部を示す。巻き取り温度昇温パターンは変態の温度依存性に基づきつつ、鋼板の板厚等のサイズ、通板速度、巻き取りまでの冷却能力、冷却における温度制御装置の仕様等により、当業者が適宜好ましいパターンを決定することができる。尚、先端部の巻き取り温度昇温量が過大な場合は、内径部の変態の進行が遅延し過ぎ内径部が過度にタイトになりシワ疵等が発生したり、材質が許容範囲を外れたりする場合がある。また、先端部の巻き取り温度昇温量が過少の場合は、十分な効果が発揮されない。
次に、本発明の特徴とする鋼板の、成分限定理由について説明する。
Ｃは、０．０５〜０．３５％とする。Ｃ含有量０．０５％未満では相変態速度が速いため、巻き取り前にα変態のほとんど或いは全てが進行するため、コイル潰れが生じ難い為これを下限とし、Ｃ含有量０．３５％以上では溶接性が著しく劣化するため、機械構造部品としては不適となることからこれを上限とする。
Ｓｉは、セメンタイトの生成を著しく遅延させる元素の一つである。Ｓｉ含有量０．１５％未満では、変態速度の遅延が起こらないためこれを下限とし、Ｓｉ含有量１．５％以上では、鋼板製造時のめっきの濡れ性や、鋼板製造後の化成処理性に問題が生じるため、これを上限とする。
Ｍｎは、相変態挙動を遅延させる代表的な元素である。Ｍｎ含有量を１．０％未満では、相変態の遅延効果が乏しく、コイル潰れが発生し難いためこれを下限とし、Ｍｎ含有量２．７％以上では、Ｍｎの偏析が大きくなり、製品の加工性を著しく劣化させるため、これを上限とした。
Ｐは、固溶強化元素として作用し、鋼板の強度を上昇させるが、その含有量が高くなると、鋼板の加工性や溶接性が低下するので、好ましくない。特に、Ｐ含有量が０．１％を超えると、鋼板の加工性や溶接性の低下が顕著となるので、Ｐ含有量は０．１％以下に制限するのが好ましい。
Ｓは、含有量が多すぎるとＭｎＳなどの介在物を形成し伸びフランジ性を劣化させ、さらに、熱間圧延時に割れを引き起こすので、極力、低減するのが好ましい。特に、熱間圧延時に割れを防止し、加工性を良好にするためには、Ｓ含有量を０．０２％以下に制限するのが好ましい。
Ａｌは、０．０１〜１．５％とする。Ａｌ含有量を０．０１％以上としたのは、脱酸元素としてＡｌ添加を行う事で、効率的に溶鋼中の溶存酸素を減らす事が出来るからであり、必要に応じて添加すればよい。一方、Ａｌ含有量を１．５％以下としたのは、１．５％を超えると亜鉛めっき性や化成処理性を劣化させる要因となるためである。Ａｌは、脱酸に使用することや、不可避的に混入するため、０．０１％を下限とした。
Ｎは、鋼板の加工性を低下させるので、可能な限り少ないほうが好ましい。鋼板の加工性が劣化するので、Ｎ含有量は０．０１％以下に制限するのが好ましい。
上記以外に、自動車用のハイテンに使用される元素として、たとえばＴｉ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｂは、全て相変態を遅延させたり、硬度向上を狙う元素であり、これらが０．００５〜０．５％含有する鋼においては、本発明の効果が更に現れる。また、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ等の介在物を制御する元素は、その量が０．０００３〜０．００３０％の範囲であれば、介在物を制御しつつ鋼板の変態挙動に影響を及ぼさないため、これらの有無によって本発明の効果がなんら変わるものではない。

高張力鋼板に属し、鋼材の成分が質量％で、Ｃを０．１３％、Ｓｉを１．０％、Ｍｎを２．２％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物を含有する板厚２．５ｍｍの特定の材料にて本発明の方法を適用した圧延を実施した結果を表１に示している。

表１に示すように、従来の巻き取り温度一定の場合や、後端部の方を昇温する場合に半分以上のコイル潰れが発生していたところ、コイル先端の捲き取り温度を先端部から圧延長さに応じて下降させることにより、半分未満に少なくできた。さらにコイル中央部の巻き取り温度より５０℃から２００℃高くして圧延を始め、コイル先端から１/１０から１/３を圧延するまでに傾斜的或いは階段的に巻き取り温度を下げることで、コイル内径部に緩みのない部分をより強固に作ることができ、コイル潰れの発生をより少なくできる。

本発明の方法は、体積膨張率で３％と線膨張率にて１％オーダーの変態による膨張の進行を調整するものであり、０．１％未満の調整効果しかない巻き取り張力を上げる方法や、せいぜい０．１％程度の調整効果のある外周部分を高温で巻き取り熱収縮によって巻き締め効果を狙う方法に比べ、調整可能範囲が極めて広い特徴がある。

本発明の方法は、本実施例に示す材料以外にも、巻き取り中に変態が進行するあらゆる材料に適用可能であり、当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

１０１粗圧延機
１０２a〜１０２d 圧延スタンド
１０３仕上げ圧延機
１０４粗圧延後の鋼材
１０７熱延鋼板
１１１冷却装置
１１２巻取装置
１１３コイル
１１４芯

Claims

熱間仕上げ圧延工程で圧延された圧延材を巻き取って熱延コイルとする圧延材巻き取り工程において、
該圧延材の巻き取り温度を、該圧延材の先端部から、圧延長さに応じて下降させ、
熱延コイルの内径部分から外径部分に渡り、巻き取り後の変態による体積膨張率を均一にあるいは内径部分を高めに制御することを特徴とする熱延コイルの製造方法。
圧延材の巻き取り温度を、熱延コイルの全長のうち、巻き取り先端部から一定長さの範囲を巻き取る先端部巻き取り目標値と、該圧延材に最適な巻き取り温度目標値との２段構成とすることを特徴とする請求項１記載の熱延コイルの製造方法。
熱延コイルの全長のうち、巻き取り先端部から一定長さの範囲を、該圧延材に最適な巻き取り温度目標値よりも高温で巻き取り、その後、該圧延材に最適な巻き取り温度目標値まで、巻き取り温度を下降させながら圧延材巻き取りを行うことを特徴とする請求項１記載の熱延コイルの製造方法。
圧延材に最適な巻き取り温度目標値が４００〜７００℃であって、熱延コイルの巻き取り先端部から全長の１／１０〜１／３を、該巻き取り温度目標値よりも５０〜２００℃高い温度で巻き取ることを特徴とする請求項３記載の熱延コイルの製造方法。
圧延材の成分が、質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．３５％、
Ｓｉ：０．１５〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．７％、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．０１〜１．５％、
Ｎ：０．０１％以下、
を含有し、残Ｆｅおよび不可避的不純物を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱延コイルの製造方法。
さらに圧延材の成分が、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．５％、
Ｎｂ：０．００５〜０．５％、
Ｃｒ：０．００５〜０．５％、
Ｍｏ：０．００５〜０．５％、
Ｎｉ：０．００５〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜０．５％、
Ｂ：０．０００３〜０．０３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．０３０％、
Ｍｇ：０．０００３〜０．０３０％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０３０％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５に記載の熱延コイルの製造方法。