JP2018094574A

JP2018094574A - 熱間圧延方法

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Publication number: JP2018094574A
Application number: JP2016239630A
Authority: JP
Inventors: 誠司伊東; Seiji Ito; 井上　剛; Takeshi Inoue; 剛井上; 皓二長渕; Koji Nagabuchi; 禅増田; Zen Masuda
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP6787096B2

Abstract

【課題】圧延機入側にロールバイト入側冷却装置を備えた熱間圧延設備により、ロールバイト入側に冷却水を液滴化した状態で供給しながら被圧延材を熱間圧延する熱間圧延方法において、ロール表面温度の上昇を抑えてロールの肌荒れの発生を抑制すると同時に、被圧延材の表面温度が過剰に低下することを防止し、熱間圧延板として所望の組織、品質を得るために必要な鋼板温度を確保し得るようにする。【解決手段】ロールバイト入側に冷却水を液滴化したミストの状態で供給しながら被圧延材を熱間圧延するにあたり、冷却水ミストの液滴を、その平均液滴径が、レーザー回折法によるザウター平均粒径で１００〜１５００μｍの範囲内として供給しながら圧延する。【選択図】図４

Description

本発明は、鋼等の金属を熱間圧延するにあたって、ロールバイト入側に冷却水を供給しながら圧延する熱間圧延方法に関するものである。

鋼等の熱間圧延においては、被圧延材の温度が高いことから、圧延時に被圧延材の熱が圧延ロールに伝達され、圧延ロールの表面に肌荒れが生じやすいという問題がある。このような肌荒れが生じれば、圧延された板の表面品質が低下してしまう。特に最近では、生産性向上に伴う短ピッチ化や高強度鋼増産に伴う圧延負荷増大により、圧延ロール表面の肌荒れが顕著に生じやすくなっており、そのためロールの交換を早期に行なわなければならなくなり、圧延工程の生産性を阻害する大きな原因となっている。そこで、圧延ロール表面の肌荒れを確実かつ安定して抑制する方法の開発が強く望まれている。

従来から、冷却水によって圧延ロールを冷却することにより、圧延ロール表面の肌荒れを抑制する技術が種々開発、実用化されており、例えば特許文献１、特許文献２に記載の技術がある。

特許文献１には、ロールバイト入側において被圧延材の表面に冷却水を供給することによってロールの熱負荷を低減し、ロール肌荒れを抑制することが記載されている。そしてこの特許文献１では、冷却水スプレーからのロールバイト入側の被圧延材表面に供給する冷却水量は、上下の和で２００〜４００Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ）とすることが記載されている。

また特許文献２には、ロール入側にミスト冷却装置を設置して、冷却水をミスト化してロール表面に吹き付け、被圧延材が冷却水により温度降下することを抑えながら、ロール表面温度の低下を抑制することが記載されている。この特許文献２の技術では、ミスト冷却装置としては、気液２流体ノズルを用いていると解され、また図面の記載から、気液２流体ノズルからのミストをロールバイト入側付近に供給していると解することができる。

特開２０１２−１３０９７１号公報特開昭５８−３８６０３号公報

圧延ロール表面の肌荒れを抑制するために、冷却水によって圧延ロールを冷却する技術の一つとしては、特許文献１、特許文献２に示されているように、被圧延材（例えば鋼板；以下では被圧延材について単に鋼板と称することがある）が上下の圧延ロール（ワークロール）に噛み込まれる箇所、すなわちロールバイト入側に冷却水を噴射する技術がある。一方、このようにロールバイト入側に冷却水を噴射する場合、ロール表面だけではなく、鋼板もロールバイト入側で冷却されて鋼板温度が低下し、その結果、所望の組織、品質を有する熱間圧延板を得るために必要な鋼板温度を確保できなくなるおそれがある。

ロールバイト入側に冷却水を供給しながらも、鋼板温度の低下を抑制するためには、冷却水をそのまま噴射するのではなく、冷却水を液滴化し、ミストとしてロールバイト入側に噴射することが有効であると考えられ、実際、特許文献２でも、ミストとして冷却水をロールバイト入側付近に噴射することが示されている。

しかしながら特許文献２では、単にミストとして冷却水を噴射することが示されているだけであって、ロール表面温度の上昇を防止する効果と、鋼板温度の低下を防止する効果とを両立させるために必要な条件は開示されていない。すなわち、後に改めて説明するように、ロールバイト入側に冷却水を供給する場合、単純にミストとして冷却水を噴射すればよい、というものではなく、冷却水ミストの条件、とりわけミストにおける液滴の平均粒径が、ロール表面温度と鋼板温度に大きな影響を及ぼし、ロール表面温度の上昇を防止する効果と、鋼板温度の低下を防止する効果とを両立させるためには、平均液滴径をある範囲内に収める必要があることを新規に知見したが、その点については特許文献２には全く触れられていない。したがって、特許文献２の技術を適用しても、必ずしもロール表面温度上昇防止効果と鋼板温度低下防止効果とを両立させ得るとは限らなかったのである。

なお特許文献１では、ロールバイト入側に供給する冷却水は、ミスト化していないままの冷却水であると解され、したがって当然のことながら、ミスト化してロールバイト入側に供給した場合のロール表面温度上昇防止効果と鋼板温度低下防止効果とを両立させるための条件については全く考慮していない。

以上のように従来は、冷却水を液滴化して、ミストとしてロールバイト入側に供給する場合についての、ロール表面温度上昇防止効果と鋼板温度低下防止効果とを両立させる方策については十分な検討がなされていなかったのが実情である。そのため、ロール表面温度の上昇を確実に抑制してロールの肌荒れの発生を防止しながらも、鋼板温度の過剰な低下を防止して、所望の組織、品質を有する熱延板が得られるように熱間圧延温度を確実かつ安定して確保することは、従来技術では困難と言わざるを得なかったのである。

本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、圧延機入側にロールバイト入側冷却装置を備えた熱間圧延設備により、ロールバイト入側に冷却水を液滴化した状態で供給しながら鋼板等の被圧延材を熱間圧延する熱間圧延方法において、ロール表面温度の上昇を抑えてロールの肌荒れの発生を抑制すると同時に、被圧延材の表面温度が過剰に低下することを防止し、熱間圧延板として所望の組織、品質を得るために必要な鋼板温度を確実かつ安定して確保し得るようにすることを課題としている。

上述の課題を解決するために本発明者等が種々実験・検討を重ねた結果、ロールバイト入側に冷却水を液滴化した状態で供給する場合、液滴の平均粒径、とりわけレーザー回折法によるザウター平均粒径が、ロール表面温度と、被圧延材の表面温度に大きな影響を及ぼすことを知見した。そしてさらに実験・検討を進めた結果、上記のザウター平均粒径を１００〜１５００μｍの範囲内としてロールバイト入側に供給することによって、ロール表面温度の上昇を抑えると同時に、被圧延材の表面温度の過剰な低下を抑え得ることを新規に見い出した。
このような知見を得るに至った実験について、図１〜図３を参照して説明する。

本実験では、鋼板を熱間圧延するための熱間コイル圧延機を用い、上側ワークロールを対象とし、気液２流体ノズルにより冷却水を液滴化して、冷却水ミストとして入側水切り板下側でのロールバイト入側へ供給するにあたり、冷却水ミストの平均液滴径の違いが、上側ワークロール表層温度の低下量および圧延機出側での鋼板表面温度の低下量に及ぼす影響を調査した。

図１に、実験に用いた熱間圧延機１０の概要を示す。
図１において、圧延ロールとしての上下一対のワークロール１１Ａ、１１Ｂにおけるロールバイト入側２０Ａ近くには、鋼板１６に対し上面側のロールバイト入側２０Ａに向けて冷却水ミストを噴射する冷却水ミスト噴射装置、即ちロールバイト入側冷却装置１２が配設されている。ここでロールバイト入側冷却装置１２には、水を空気とを混合して噴射する気液２流体ノズルを用いた。なおロールバイト入側冷却装置１２の上方には、上側ロール水切り板１４が配設されている。また圧延機入側には鋼板１６の圧延機入側表面温度を測定するための放射温度計１５Ａが配設され、圧延機出側には鋼板１６の圧延機出側表面温度を測定するための放射温度計１５Ｂが配設されている。また図には示していないが、上側ワークロール１１Ａには、その表面から１ｍｍの深さの内部位置の温度を測定するための熱電対が埋め込まれている。

なおこの実験では、ワークロール径はφ８０ｍｍ、ワークロール材質はハイスロール材、被圧延材としての鋼板寸法は幅５０ｍｍ×厚１．０ｍｍ×コイル、圧延材鋼種はＳＰＣＣ、圧下率は３５％、圧延速度は８０ｍ/ｍｉｎ、圧延機入側での鋼板表面温度は９４０℃とした。

また気液２流体ノズルへの冷却水供給量は１Ｌ/ｍｉｎとした。実験に当たっては、冷却水ミストとして噴出される冷却水液滴の平均液滴径を、気液２流体ノズルに供給する空気圧力の調整により種々変化させた。そして、各水準の平均液滴径で冷却しながら圧延した際に、上側ワークロール表層温度として、ワークロール表面から１ｍｍの深さの内部位置の温度を熱電対で測温するとともに、圧延機出側での鋼板表面温度を放射温度計で測温した。

なおここで、平均液滴径としては、レーザー回折法による測定で得られたデータから求めるザウター平均粒径を用いた。このようなレーザー回折法によるザウター平均粒径は、液滴の衝突、分裂、合体、蒸発などに影響する粒子表面積が考慮されたものであり、特に本実験の場合、鋼板およびロールの表面に対する液滴の冷却効果には、液滴の粒子表面積が大きく影響すると考えられるところから、レーザー回折法によるザウター平均粒径を用いることとした。なお本実験では、レーザー回折式粒度分布測定装置（マルバーン社製、スプレーテック）を用いて、圧延実験開始前に、気液２流体ノズルに供給する空気の圧力を変えて、各水準でのザウター平均粒径を測定しておいた。

各水準の圧延におけるロール表層温度測定値からロール表層温度低下量を求め、また圧延機出側の鋼板表面温度測定値から鋼板表面温度低下量を求めた。なお圧延中にミスト冷却水を供給している間の平均のロール表層温度と、ミスト冷却水を供給していない間の平均のロール表層温度との差を、上記のロール表層温度低下量とし、同様に鋼板表面温度低下量は、圧延中にミスト冷却水を供給している間の圧延機出側での平均の鋼板表面温度と、ミスト冷却水を供給していない間の圧延機出側での平均の鋼板表面温度との差を、上記の鋼板表面温度低下量とした。
以上の実験の結果を、図２、図３に示す。

図２には、冷却水ミストの平均液滴径（レーザー回折法によるザウター平均粒径）と、ロール表層温度低下量との関係を示す。
図２から、ロール表層温度低下量には、冷却水ミストの平均液滴径が大きな影響を及ぼすことが明らかである。具体的には、全般的に見れば、冷却水ミストの平均液滴径が大きいほど、ロール表層温度低下量が大きくなる傾向を示すこと、すなわちロールに対する冷却効果が大きくなることが認められるが、冷却水ミストの平均液滴径が１００μｍより小さくなれば、ロール表層温度低下量が急激に小さくなり、１００μｍ以上で大きなロール表層温度低下量が得られることが明らかである。

図３には、冷却水ミストの平均液滴径（レーザー回折法によるザウター平均粒径）と、鋼板表面温度低下量との関係を示す。
図３から、鋼板表面温度低下量には、冷却水ミストの平均液滴径が大きな影響を及ぼすことが明らかである。具体的には、全般的に見れば、冷却水ミストの平均液滴径が大きいほど、鋼板表面温度低下量が大きくなる傾向を示すことが認められるが、特に冷却水ミストの平均液滴径が１５００μｍ以下では鋼板表面温度の低下が少なく、１５００μｍを越えれば、急激に鋼板表面温度の低下が大きくなることが明らかである。

このような実験結果から、レーザー回折法によるザウター平均粒径をもって冷却水ミストの平均液滴径を評価すれば、平均液滴径がロール表層温度低下量と鋼板表面温度低下量に大きな影響を及ぼし、特に平均液滴径を１００〜１５００μｍの範囲内とすることによって、ロール表層温度低下量を大きくすると同時に、鋼板表面温度低下量を小さくし得ることが明らかである。言い換えれば、ザウター平均粒径による平均液滴径を１００〜１５００μｍの範囲内とした冷却水ミストをロールバイト入側に供給すれば、ロール表面の肌荒れを抑制すると同時に、鋼板温度の低下を最小限に抑えて適切な出側鋼板温度を確保し得ることが、これらの実験結果から明らかとなり、本発明をなすに至ったのである。

具体的には、本発明の基本的な態様（第１の態様）の熱間圧延方法は、
圧延機入側にロールバイト入側冷却装置を備えた熱間圧延設備により、ロールバイト入側に冷却水を液滴化したミストの状態で供給しながら被圧延材を熱間圧延する熱間圧延方法において、
前記冷却水のミストの液滴を、その平均液滴径が、レーザー回折法によるザウター平均粒径で１００〜１５００μｍの範囲内として供給しながら圧延することを特徴とするものである。

また本発明の第２の態様の熱間圧延方法は、前記第１の態様において、
圧延機の上下のロールバイト入側のそれぞれに供給する冷却水のミストにおける、冷却水自体の体積流量を、被圧延材の幅１ｍあたり２〜１５ｍ^３／ｈの範囲内とすることを特徴とするものである。

さらに本発明の第３の態様の方法は、前記第１もしくは第２の態様において、
前記ロールバイト入側冷却装置として気液２流体ノズルを用い、液滴化された冷却水のミストの平均液滴径が、レーザー回折法によるザウター平均粒径で１００〜１５００μｍの範囲内となるように、前記気液２流体ノズルに冷却水の液滴化のために供給する気体の圧力を調整することを特徴とするものである。

圧延機入側にロールバイト入側冷却装置を備えた熱間圧延設備により、ロールバイト入側に冷却水を液滴化したミストの状態で供給しながら被圧延材を熱間圧延するにあたって、ロール表面温度の上昇を抑えてロールの肌荒れの発生を抑制すると同時に、鋼板等の被圧延材の表面温度が過剰に低下することを防止し、所望の組織、品質を有する熱間圧延板を得るために必要な圧延機出側鋼板温度を容易に確保することができる。

本発明をなすに至る知見の前提となる実験に用いた熱間圧延装置の概要を示す略解図である。図１に示す熱間圧延装置を用いた実験の結果のうち、冷却水ミストの平均液滴径（レーザー回折法によるザウター平均粒径）と、ロール表層温度低下量との関係を示すグラフである。図１に示す熱間圧延装置を用いた実験の結果のうち、冷却水ミストの平均液滴径（レーザー回折法によるザウター平均粒径）と、圧延機出側における鋼板表面温度低下量との関係を示すグラフである。本発明の熱間圧延方法を実施するための熱間圧延装置の一例として１スタンドの圧延機の概要を示す略解図である。

以下に、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図４には、本発明による熱間圧延方法を実施するための圧延装置５０の一例の概要を示す。
図４に示す圧延装置５０においては、圧延ロールとしての上下一対のワークロール１１Ａ、１１Ｂにおける各ロールバイト入側２０Ａ、２０Ｂの上方もしくは下方には、入側ロール水切り板１４Ａ，１４Ｂが配設されており、各入側ロール水切り板１４Ａ，１４Ｂと各ロールバイト入側２０Ａ、２０Ｂとの間には、それぞれロールバイト入側２０Ａ、２０Ｂに向けて冷却水ミストを噴射するロールバイト入側冷却装置１２Ａ、１２Ｂが配設されている。

ロールバイト入側冷却装置１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ気液２流体ノズルによって冷却水をミストとして噴出するように構成されている。すなわち冷却水を、加圧した空気などの気体（望ましくは不燃性気体）によって液滴化して、ミストとして噴出する気液２流体ノズルを備えた構成とされている。なお実操業に使用される圧延機では、ロール軸線方向に沿った方向（鋼板の幅方向）に複数のノズルを配列しておくのが通常であるが、ここでは説明の簡略化のため、上下各１基のノズルを備えているものとして説明を進める。

さらに図４に示す実施形態の圧延装置では、上下のワークロール１１Ａ、１１Ｂにおける出側ロールバイト２１Ａ、２１Ｂの上方もしくは下方には、出側ロール水切り板２２Ａ、２２Ｂが配設されている。そして入側ロール水切り板１４Ａ及び出側ロール水切り板２２Ａの上側、さらに入側ロール水切り板１４Ｂ及び出側ロール水切り板２２Ｂの下側には、それぞれワークロール１１Ａ、１１Ｂの外周面に向けて冷却水を噴射するロール外周冷却装置２３Ａ、２３Ｂ；２４Ａ、２４Ｂが配設されている。これらの構成は、一般的な熱間圧延装置と同様である。

このような圧延装置５０を用いて被圧延材である鋼板１６を熱間圧延するにあたっては、ロール外周冷却装置２３Ａ、２３Ｂ；２４Ａ、２４Ｂからワークロール１１Ａ、１１Ｂの外周上に噴出される冷却水によってワークロール１１Ａ、１１Ｂの外周表面を冷却すると同時に、ロールバイト入側冷却装置（気液２流体ノズル）１２Ａ、１２Ｂからロールバイト入側２０Ａ、２０Ｂに向けて噴出される冷却水ミストによって、ロールバイト入側２０Ａ、２０Ｂ付近を冷却する。

ここで、各ロールバイト入側に供給する冷却水ミストは、その液滴の平均液滴径が、レーザー回折法によるザウター平均粒径で１００〜１５００μｍの範囲内となるように調整する。
なおザウター平均粒子径（ｄ_３２）とは、良く知られているように、粒径ｘ_ｉの粒の数をｎ_ｉとすれば、次の（１）式、
ｄ_３２＝Σ（ｎ_ｉ・ｘ_ｉ ^３）／Σ（ｎ_ｉ・ｘ_ｉ ^２）・・・・・・（１）
で表わされる平均粒子径である。

このようにロールバイト入側に供給する冷却水ミストの液滴の平均液滴径を、ザウター平均粒子径で１００〜１５００μｍの範囲内とすることによって、既に図２、図３に基づいて説明したように、ロール表層温度低下量を確保して、ロールの肌荒れを抑制すると同時に、鋼板温度の低下を最小限に抑えて、圧延機出側で鋼板温度を適切に確保することが可能となる。すなわち冷却水ミストの液滴の平均液滴径を、ザウター平均粒子径で１００μｍ以上とすることによって、ロール表面に対する冷却効果を充分に発揮させて、ロール表面層の温度上昇を抑制し、肌荒れの進行を抑えることができ、また１５００μｍ以下に制限することによって、鋼板表面温度低下量を最小限に抑えることができる。

ここで、冷却水ミストの液滴の平均液滴径が、ザウター平均粒子径で１００μｍ未満では、ロールに対する冷却効果が充分に得られないため、肌荒れ防止効果が充分に得られず、一方冷却水ミストの液滴の平均液滴径が、ザウター平均粒子径で１５００μｍを越えれば、鋼板に対する冷却効果が大きくなりすぎて鋼板温度の低下が大きくなり、圧延機出側で適切な鋼板温度を維持できなくなって、熱延工程の温度管理上問題が生じ、適切な組織、適切な品質の熱延板を安定して得ることが困難となるおそれがある。

ロールバイト入側に供給する冷却水ミストの平均液滴径をザウター平均粒子径で評価して、その平均液滴径を１００〜１５００μｍの範囲内の範囲内に規制することによって上記のような作用・効果が得られる理由は必ずしも明確ではないが、次のように考えられる。

すなわち、（１）式から明らかなように、ザウター平均粒子径（ｄ_３２）では、粒子表面積が考慮されているため、ミストとして冷却水をロールバイト入側に供給する際の液滴の衝突、合体、分裂、蒸発等の挙動を把握する指標となる可能性があると考えられる。
また熱間圧延機のロールバイト入側では、鋼板の表面温度は、一般に８００℃程度以上であって、水の膜沸騰領域にあるのが通常であり、一方、ロールバイト入側でのロール表面温度は、一般に水の核沸騰領域である２００℃程度以下となっているのが通常であるから、冷却水ミストがロールバイト入側においてロール表面を冷却する挙動と、冷却水ミストがロールバイト入側において鋼板表面を冷却する挙動とは異なると考えられる。

そして、先ず冷却水ミストの平均液滴径がロール表層温度に及ぼす影響に関しては、冷却水ミストの平均液滴径が、ザウター平均粒子径で１００μｍ以上の場合は、ロールに到達・衝突した水滴同士が合体してロール表面に水膜を形成し、その状態でロールバイト入口部まで水が到達するため、ロール冷却能が向上すると思われる。一方、平均液滴径がザウター平均粒子径で１００μｍ未満の場合は、水滴が空気中に浮遊してしまい、ロール表面に到達する水量が少なくなることや、ロール表面に到達した際に水膜を形成しにくくなる可能性が考えられ、その結果ロール冷却能が向上しないと思われる。

一方、冷却水ミストの平均液滴径が圧延機出側での鋼板表面温度に及ぼす影響については、一般に平均液滴径が小さくなるほど蒸発しやすくなることが知られており、したがって高温の鋼板表面に冷却水ミストの液滴が衝突する際の液滴径が１５００μｍ以下であれば、液滴が鋼板表面に衝突した際に即時に蒸発して、鋼板表面の温度低下が少なくなり、平均液滴径が１５００μｍより大きければ、液滴が鋼板表面に衝突した際に蒸発しにくくなり、圧延機出側での鋼板温度が大きく低下すると推察される。

なお、上記のように気液２流体ノズルを用いる場合、そのノズルから噴射される冷却水ミストの平均液滴径は、冷却水液滴化のためにノズルに供給される空気などの気体圧力によって調整することができる。すなわち同じノズルを用いていれば、気体圧力が大きいほど、平均液滴径が小さくなり、逆に気体圧力が小さければ平均液滴径が大きくなる。そこで、実操業で熱間圧延を行う場合には、予め実験によって気体圧力と平均液滴径との相関関係を求めておき、平均液滴径が１００〜１５００μｍの範囲内となるように気体圧力を調整すればよい。なおノズルの形式や噴射口の構造、形状、寸法などによっても平均液滴径は変化するから、適切なノズルを選択して、上記のような圧力調整を行えばよい。

また本実施形態の熱間圧延方法を実施する場合、ミストとして供給される冷却水自体の流量（気体分を除く液体分の体積流量、言い換えれば気液２流体ノズルに供給される冷却水の体積流量）を、鋼板上面側、鋼板下面側のそれぞれについて、鋼板（被圧延材）の幅１ｍあたり２〜１５ｍ^３／ｈの範囲内とすることが望ましい。冷却水自体の体積流量が２ｍ^３／ｈ未満では、ロール表層の冷却効果が充分に得られなくなるおそれがあり、一方１５ｍ^３／ｈを越えれば、液滴が充分に分散されなくなる（すなわちミストとならなくなる）おそれがあり、その場合はミスト化しない冷却水がロールバイト入側に供給されるため、鋼板表面温度が大きく低下するおそれがある。
なお前述のように実際の熱間圧延機では、ロール軸線方向に沿った方向（被圧延材の幅方向）に複数のノズルを配列しておくのが通常であるが、その場合でも、ノズルの数及び間隔には関係なく、被圧延材の幅１ｍあたりについて、冷却水の体積流量が上記の２〜１５ｍ^３／ｈの範囲内となっていればよい。

さらに図４に示した圧延機では、入側ロール水切り板１４Ａ及び出側ロール水切り板２２Ａの上側、さらに入側ロール水切り板１４Ｂ及び出側ロール水切り板２２Ｂの下側に、それぞれワークロール１１Ａ、１１Ｂの外周面に向けて冷却水を噴射するロール外周冷却装置２３Ａ、２３Ｂ；２４Ａ、２４Ｂを配設して、ロールバイト入側冷却装置（気液２流体ノズル）１２Ａ、１２Ｂからの冷却水ミストとは別に、ロール外周冷却装置２３Ａ、２３Ｂ；２４Ａ、２４Ｂからロール外周面に向けて冷却水（ミスト化していない水）を噴射することとしている。この場合のロール外周冷却装置２３Ａ、２３Ｂ；２４Ａ、２４Ｂの冷却水量は、それぞれ、被圧延材の幅１ｍあたり、２０〜４００ｍ^３／ｈ程度とするのが一般的である。

さらに図４では、１基の圧延機スタンドのみを示しているが、コイル圧延装置の場合は複数基の圧延スタンドを直列状に並べた構成とすることが多い。このように複数基の圧延機スタンドで鋼板を連続的に圧延する場合、全ての圧延機スタンドにおいて、既に述べたような平均液滴径制御下でのロールバイト入側でのミスト冷却を行ってもよいが、一部の圧延機スタンドのみ、例えば過去の実績から、ロールの肌荒れが生じやすいと予想される圧延機スタンドのみについて、上記のような平均液滴径制御下でのロールバイト入側でのミスト冷却を行うことも許容される。

本発明の作用・効果を検証するため、以下の実施例に示すような熱間圧延実験を行なった。

図４に示すような冷却装置を７段の熱延仕上圧延機の２段目スタンド（熱延仕上Ｆ２スタンド）に適用し、下記のような圧延条件で、実際に鋼板を熱間圧延するに当たり、圧延機上側ロールの入側水切り下ロール冷却装置および圧延機下側ロールの入側水切り下ロール冷却装置として設けた気液２流体ノズルの冷却水体積流量及び気体供給圧力の各条件について、表１に示すように種々変更し、ロールバイト入側に供給される冷却水ミストの水滴についての平均液滴径（レーザー回折法によるザウター平均粒径）を種々変化させた。なお本実施例では、気液２流体ノズルの冷却水体積流量および気体供給圧力は、上側、下側で同じとし、表１において、冷却水体積流量の数値および気体供給圧力の数値は、いずれも片側あたりの数値である。なおまた、気液２流体ノズルの水圧は０．０２ＭＰａとした。

本実施例での圧延条件は、次の通りである。
・ワークロール径：φ８００ｍｍ、
・ワークロール材質：ハイスロール材、
・圧延材鋼種：ＳＰＨＣ、
・被圧延材（鋼板）寸法：幅１２００ｍｍ×Ｆ２出側板厚７．５〜１０．０ｍｍ×コイル、
・ロール回転周速度２００ｍ／ｍｉｎ、
・圧延温度：９５０℃、
・圧延機上側ロールの入側水切り下ロール冷却装置の冷却水体積流量：被圧延材幅１ｍあたり、１〜２５ｍ^３／ｈ、
・圧延機下側ロールの入側水切り上ロール冷却装置の冷却水体積流量：被圧延材幅１ｍあたり、１〜２５ｍ^３／ｈ、
・圧延機上側ロール入側のロール外周冷却装置の冷却水体積流量：被圧延材幅１ｍあたり、５０ｍ^３／ｈ、
・圧延機下側ロール入側のロール外周冷却装置の冷却水体積流量：被圧延材幅１ｍあたり、５０ｍ^３／ｈ、
・圧延機上側ロール出側のロール外周冷却装置の冷却水体積流量：被圧延材幅１ｍあたり、２５０ｍ^３／ｈ、
・圧延機下側ロール出側のロール外周冷却装置の冷却水体積流量：被圧延材幅１ｍあたり、２５０ｍ^３／ｈ、
・圧下率：３７〜５２％。

上記の圧延実験において、熱延仕上Ｆ２スタンド（出側板厚７．５〜１０．０ｍｍ）で、ロール表面の肌荒れの進行の度合いの指標として、３００本圧延後のロール表面のクラック深さを調べたので、その結果も入側水切り下ロール冷却装置の冷却水供給条件に対応させて表１に示す。なおクラック深さは、超音波探傷装置によって測定した。

ここで、３００本圧延後のクラック深さが０．１ｍｍ以下であれば、肌荒れの進行が少なく、同じロールを再使用可能であり、またクラック深さが０．１ｍｍを越え０．１５ｍｍ以下では、高い鋼板表面品位を要求されない鋼種であれば再使用が可能であり、クラック深さが０．１５ｍｍを越えれば再使用を避ける必要が生じる。そこでこれらの基準に従って、表１中の「ロール再使用可否」の欄に、それぞれ◎印、○印、×印を記入した。

また上記と同様な熱延仕上Ｆ２スタンドで、スタンド出側での鋼板表面温度を調べ、圧延機上側ロールの入側水切り下および延機下側ロールの入側水切り上のロール冷却装置を使用しない時との差である鋼板表層温度の低下量を調べた。その結果も入側水切り下ロール冷却装置の気液２流体ノズルによる冷却水供給条件に対応させて表１に示す。

ここで、鋼板表層温度の低下量が５℃以下であれば、熱間圧延工程としての適切な温度管理が容易となることから、温度管理能力が良好と判定して表１中の「温度管理能力」の欄に◎印を記入し、鋼板表層温度の低下量が５℃を越えても１０℃以下であれば、熱間圧延工程としての適切な温度管理が比較的容易となることから、温度管理能力が中程度と判定して○印を記入し、さらに鋼板表層温度の低下量が１０℃を越えれば、多スタンドでの熱間圧延工程のトータル的に適切な温度管理を行うことが困難となるおそれがあるから、温度管理能力が不良と判定して×印を付した。

表１に示す結果から、３００本圧延後のロール表面のクラック深さは、冷却水の平均液滴径が大きくなるに従ってクラック深さが小さくなることが確認された。そして冷却水の平均液滴径が１００μｍ以上の場合、１００μｍ未満の場合よりも確実にクラック深さが小さくなることが明らかである。このように３００本圧延後のロール表面のクラック深さが小さくなることは、ロール表面の肌荒れの進行が抑制されていることを意味する。

また表１に示す結果から、圧延本数３００本を対象に平均したスタンド出側での鋼板表層温度の低下量については、冷却水ミストの水滴の平均液滴径が小さくなるに従って鋼板表層温度の低下量が小さくなることが確認された。そして特に平均液滴径が１５００μｍ以下の場合には、１５００μｍを超える場合よりも確実に鋼板表層温度の低下量が小さくなることが明らかである。このように圧延本数３００本分を対象に平均したスタンド出側での鋼板表層温度の低下量が小さくなることは、熱間圧延工程で適切な温度管理を行い得ること、すなわち良好な温度管理能力を確保できていることを意味する。

以上のような実施例の結果から、冷却水の平均液滴径を１００〜１５００μｍの範囲内とすることによって、良好なロール冷却効果を得て、ロール表面の肌荒れを抑制し、さらにスタンド出側の鋼板表層温度の低下を抑制して、適切な温度管理能力を確保することができることが明らかである。したがって本発明の熱間圧延方法によれば、ロール寿命を長くしてロール交換頻度を少なくし、ひいては生産性を高めることができるとともに、目的とする品質、組織を有する熱間圧延板を確実かつ安定して得ることが容易となる。

以上、本発明の好ましい実施形態および実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。

１１Ａ，１１Ｂワークロール（圧延ロール）
１２Ａ、１２Ｂロールバイト入側冷却装置（気液２流体ノズル）
１６鋼板（被圧延材）
２０Ａ、２０Ｂロールバイト入側
５０圧延装置

Claims

圧延機入側にロールバイト入側冷却装置を備えた熱間圧延設備により、ロールバイト入側に冷却水を液滴化したミストの状態で供給しながら被圧延材を熱間圧延する熱間圧延方法において、
前記冷却水のミストの液滴を、その平均液滴径が、レーザー回折法によるザウター平均粒径で１００〜１５００μｍの範囲内として供給しながら圧延することを特徴とする熱間圧延方法。
請求項１に記載の熱間圧延方法において、
圧延機の上下のロールバイト入側のそれぞれに供給する冷却水のミストにおける、冷却水自体の体積流量を、被圧延材の幅１ｍあたり２〜１５ｍ^３／ｈの範囲内とすることを特徴とする熱間圧延方法。
請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の熱間圧延方法において、
前記ロールバイト入側冷却装置として気液２流体ノズルを用い、液滴化された冷却水のミストの平均液滴径が、レーザー回折法によるザウター平均粒径で１００〜１５００μｍの範囲内となるように、前記気液２流体ノズルに冷却水の液滴化のために供給する気体の圧力を調整することを特徴とすることを特徴とする熱間圧延方法。