JP2024521840A - 線材状および／または棒材状の鋼を製造する設備および方法 - Google Patents

Abstract

本願は、長尺鋼半製品（２）を熱機械的に圧延する設備（１）および方法であって、第１の圧延装置（５）と、搬送方向で第１の圧延装置（５）の下流に配置される第２の圧延装置（７）と、場合によっては、第１の圧延装置（５）と第２の圧延装置（７）との間に配置される第１の冷却装置（６）と、搬送方向で第２の圧延装置（７）の下流に配置される第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）と、第２の圧延装置（７）と第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１，１１．１）との間に配置される第２の冷却装置（９）と、搬送方向で第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）の下流に配置される冷却床装置（１６）、リングレイング装置（１６）および／またはコイル巻回装置（１６）と、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）と冷却床装置（１６）、リングレイング装置（１６）および／またはコイル巻回装置（１６）との間に配置される第３の冷却装置（１４）と、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）と冷却床装置（１６）、リングレイング装置（１６）および／またはコイル巻回装置（１６）との間に配置されていて、熱機械的に圧延した長尺鋼半製品あるいは線材状および／または棒材状の鋼（３）内のマルテンサイト系の組織、特に面積百分率（面積％）でのマルテンサイトの割合を、進行しているプロセス中に直接求めることが可能な組織センサ装置（１７）と、を備える設備（１）および方法に関する。

Description

本発明は、長尺鋼半製品を熱機械的に圧延する設備、長尺鋼半製品から、特に、少なくとも３００ＭＰａの降伏点、好ましくは、少なくとも４００ＭＰａの降伏点を有する、線材状および／または棒材状の鋼、好ましくは、構造用鋼を製造する方法、ならびに線材状および／または棒材状の鋼製品であって、好ましくは、本発明に係る方法にしたがって入手可能な線材状および／または棒材状の鋼製品に関する。

元々、品質鋼を製造するために開発された熱機械的な圧延方法は、コンクリート用鋼を製造するためにも使用される場合が増えている。それというのも、熱機械的な圧延方法により、構造用鋼の主要な特性、特に延性特性の大幅な改善に加え、同時に合金コストおよび運転コストの減少が達成可能であるからである。延性特性は、この場合、特に地震の危険に曝されている地域において、建造物の損壊のリスクを最小化するために決定的な重要性を有している。

構造用建築材料として認可されるには、構造用鋼は、幾つかの特別な技術的な要求を満たさなければならない。これらの要求に含まれるのは、とりわけ、耐力および引っ張り強さ、延性、破断伸びＡ、ネッキングＺ、ノッチ付き衝撃仕事量Ｋ、主に炭素当量（Ｃｅｑ）として表示される溶接性、および耐疲労性に対する設定である。

従来技術において公知の、線材状および／または棒材状の構造用鋼を製造する熱機械的な方法により、基本的には、純然たるフェライト－パーライト系の組織構造が、横断面全体にわたって達成可能であり、その結果、このように製造した構造用鋼製品は、高い強度値に加え、要求される延性特性も有している。すべての冷却プロセスは、それぞれの目標温度に関して不安定性があるので、プロセスガイドの範囲内で、線材状および／または棒材状の構造用鋼の縁部領域における認知されないマルテンサイト系の組織構造の急激な形成が生じてしまうことがよくあり、マルテンサイト系の組織構造は、要求される延性特性に関して負の影響を与えてしまう。

それゆえ本発明の根底にある課題は、線材状および／または棒材状の鋼、特に構造用鋼をその組織構造および機械的な特性に関して一定の品質で製造することが可能な、長尺鋼半製品を熱機械的に圧延する設備、ならびに線材状および／または棒材状の鋼、特に構造用鋼を製造する方法を提供することである。

本発明により、上記課題は、請求項１の特徴を備える設備および請求項８の特徴を備える方法により解決される。

長尺鋼半製品を線材状および／または棒材状の鋼へと熱機械的に圧延する本発明に係る設備は、第１の圧延装置と、搬送方向で第１の圧延装置の下流に配置される第２の圧延装置と、場合によっては、第１の圧延装置と第２の圧延装置との間に配置される第１の冷却装置と、搬送方向で第２の圧延装置の下流に配置される第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックと、第２の圧延装置と第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックとの間に配置される第２の冷却装置と、搬送方向で第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックの下流に配置される冷却床装置、リングレイング装置および／またはコイル巻回装置と、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックと冷却床装置、リングレイング装置および／またはコイル巻回装置との間に配置される第３の冷却装置と、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックと冷却床装置、リングレイング装置および／またはコイル巻回装置との間に配置されていて、熱機械的に圧延した長尺鋼半製品あるいは線材状および／または棒材状の鋼内のマルテンサイト系の組織、特に面積百分率（面積％）でのマルテンサイトの割合を、進行しているプロセス中に直接求めることが可能な組織センサ装置と、を備えている。

同様に本発明は、長尺鋼半製品から、特に、少なくとも３００ＭＰａの降伏点、好ましくは、少なくとも４００ＭＰａの降伏点、なおもさらに好ましくは、少なくとも５００ＭＰａの降伏点、最も好ましくは、少なくとも６００ＭＰａの降伏点を有する、線材状および／または棒材状の鋼を製造する方法であって、まず、加熱した、場合によっては少なくとも９００℃の温度、好ましくは、少なくとも９５０℃の温度に加熱した長尺鋼半製品を第１の圧延装置内で前圧延し、場合によっては、第１の圧延装置に続く第１の冷却装置内で冷却し、次いで、搬送方向で第１の圧延装置の下流に配置される第２の圧延装置内で後圧延し、第２の圧延装置に続く第２の冷却装置内で少なくとも８５０℃の温度に冷却し、続いて、搬送方向で第２の冷却装置の下流に配置される第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック内で線材状および／または棒材状の鋼へと仕上げ圧延し、線材状および／または棒材状の鋼を、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックに続く第３の冷却装置内で４００℃～８５０℃の範囲の温度に冷却し、次いで、搬送方向で第３の冷却装置の下流に配置される冷却床装置、リングレイング装置および／またはコイル巻回装置に供給し、このとき、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックと冷却床装置、リングレイング装置および／またはコイル巻回装置との間のセクション内に配置される組織センサ装置により、熱機械的に圧延した長尺鋼半製品あるいは線材状および／または棒材状の鋼内の、場合によっては存在するマルテンサイト系の組織を、進行しているプロセス中に直接求める、方法に関する。

熱機械的に仕上げ圧延した線材状および／または棒材状の鋼内の、場合によっては存在するマルテンサイト系の組織、特に面積％でのマルテンサイトの割合を連続的に求めることが可能な組織センサ装置を導入したことで、製造プロセスは、大幅により効率的に構成され得る。それというのも、マルテンサイト組織のオンライン識別により、それぞれのプロセスパラメータに対して直接、例えば、それぞれの冷却装置内の温度、それぞれの圧延ユニット内の圧延温度および／または圧下が適合され得るように、影響を及ぼすことができるからである。

これにより、その組織構造に関して略一定のマルテンサイトフリーの品質を有する線材状および／または棒材状の鋼、特に構造用鋼が得られる。付加的に、オンラインセンサシステムを介して、それぞれの冷却装置における間違ったかつ／または不利な冷却温度のとき、スクラップ率は、即時に認識され、直接修正され得る。

本発明の別の有利な構成は、従属形式で記載される請求項に記載されている。従属形式で記載される請求項に個々に記載の特徴は、技術的に有意義な形式で互いに組み合わせ可能であり、本発明の別の構成を規定し得る。さらに、特許請求の範囲に記載の特徴について明細書内でより細かく規定し、説明する。これらは、本発明の別の好ましい構成をなす。

付言すると、ここで挙げる温度は、圧延素材の横断面にわたる平均温度を表し、これに伴い表面温度とは同一視し得ない。

「長尺鋼半製品」なる概念は、本発明の意味では、本発明に係る線材状および／または棒材状の鋼あるいは鋼製品、特に構造用鋼を製造するのに好適な鋼半製品と解される。このような長尺鋼半製品は、バーともいい、通例、正方形または長方形の横断面を有している。

「線材状および／または棒材状の鋼あるいは鋼製品」なる概念は、本発明の意味では、鋼製品、特に構造用鋼と解される。線材状および／または棒材状の鋼あるいは鋼製品は、好ましくは、リブ付きのかつ／または平滑な表面を有する円形の横断面を有している。代替的な一実施変化態様において、線材状および／または棒材状の鋼あるいは鋼製品は、しかし、正方形、長方形または六角形の横断面を有していてもよい。

本発明の意味での線材状の鋼製品は、４．５～２９ｍｍの範囲の直径、好ましくは、５．５～１６ｍｍの範囲の直径を有していてもよく、生産ラインの終端でリングレイング装置、特にレイングヘッドに供給される。リングレイング装置あるいはレイングヘッドを介して、線材状の鋼製品は、所望の大きさの線材ループに成形され、次いでローラコンベヤ上に均質な冷却のために広げて下ろされ、続いて束形成チャンバ内にコイルとして集積される。

これに対して棒材状の鋼製品は、８．０～６０．０ｍｍまたは６．０～５０．０ｍｍの範囲の直径を有していてもよい。長尺鋼半製品が、１２ｍまでの仕上げ長さを有する棒鋼へと処理されるべきであれば、棒材状の鋼製品は、８．０～６０．０ｍｍの範囲の直径を有し、生産ラインの終端で冷却床に供給される。長尺鋼半製品が、コイルへと巻回される棒鋼へと処理されるべきであれば、棒材状の鋼製品は、６．０～５０ｍｍの範囲の直径、好ましくは、６．０～３２．０ｍｍの範囲の直径を有し、生産ラインの終端で次いでコイル巻回装置に供給される。

前域において少なくとも９００℃の温度、好ましくは、少なくとも９５０℃の温度に加熱した長尺鋼半製品を前圧延する第１の圧延装置は、多数のハウジングレスのロールスタンドから形成されてもよい。有利には、第１の圧延装置は、少なくとも６つ、より好ましくは、少なくとも８つ、なおもさらに好ましくは、少なくとも１０個、最も好ましくは、１２個のこれらのハウジングレスのロールスタンドを有している。

搬送方向で第１の圧延装置の後には、前圧延した長尺鋼半製品の温度を調節しなければならない場合、第１の冷却装置が配置されていてもよい。第１の冷却装置は、１つまたは２つのウォータボックスを有し、２つのウォータボックスは、第１の圧延装置と第２の圧延装置との間の第１の区間セクション内に互いに離間して配置されている。

第２の圧延装置内で、前圧延した長尺鋼半製品を次いで後圧延する。第２の圧延装置は、有利には、少なくとも２つ、より好ましくは、少なくとも４つ、最も好ましくは、６つのハウジングレスのロールスタンドを有している。

補足的または代替的に、第１の圧延装置および／または第２の圧延装置は、ハウジングレスのロールスタンドの代わりに、液圧式に可動調節可能なロールスタンドを有していてもよい。

別の有利な一実施変化態様において、第２の圧延装置内で仕上げ圧延した長尺鋼半製品を、搬送方向で最後のロールスタンド内で、変形加工により２つの個々の線に分けてもよい。これらの線は、さらなるプロセスにおいて、互いに並列に配置される熱機械的なサイジング圧延ブロック内で線材状および／または棒材状の鋼製品へと仕上げ圧延され得る。

搬送方向で第２の圧延装置の後には、第２の冷却装置が第２の区間セクション内に配置されている。第２の冷却装置は、有利には、熱機械的な圧延のステップの前で圧延素材内の温度減少を達成すべく、少なくとも２つ、より好ましくは、少なくとも３つまたは４つのウォータボックスを有し、これらのウォータボックスは、第２の区間セクション内で互いに離間して配置されている。

第１の区間セクションおよび第２の区間セクションは、好ましくは、圧延素材が、横断面にわたり十分な温度補償のための時間を十分に得るように選択されている。圧延素材内の温度の補償は、芯部から表面への伝導により実施される。圧延素材の横断面全体にわたりできる限り一様な温度を達成すべく、特に好ましくは、最大１００℃の温度勾配、より好ましくは、最大８０℃の温度勾配、なおもさらに好ましくは、最大６０℃の温度勾配、最も好ましくは、最大５０℃の温度勾配が調整される。横断面温度の均質化の制御は、それぞれのステーション間で、圧延した長尺鋼半製品の表面温度の測定を介して間接的に実施されてもよい。補足的に相応のプロセスモデルが援用されてもよい。

第１の圧延装置と第２の圧延装置との間の第１の区間セクションは、それゆえ有利には、４０～８０ｍの長さ、より好ましくは、４５～６０ｍの長さを有している。第２の圧延装置と第１の熱機械的な圧延ブロックとの間の第２の区間セクションは、有利には、１００～１４０ｍの長さ、より好ましくは、１１５～１３０ｍの長さを有している。

第２の冷却装置内で少なくとも８５０℃の温度に冷却した圧延した長尺鋼半製品を次いで第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックに供給する。第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック内では、長尺鋼半製品を、所望のあるいは所定の最終直径に仕上げ圧延する。

特に有利な一実施変化態様において、圧延した長尺鋼半製品を第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックに、７００℃の範囲の温度、好ましくは、少なくとも７３０℃の温度、より好ましくは、少なくとも７５０℃の温度、なおもさらに好ましくは、少なくとも７６０℃の温度、最も好ましくは、少なくとも７７０℃の温度で供給する。圧延した長尺鋼半製品の温度は、しかし、高すぎてはならない。それというのも、さもなければ、表面温度と芯部温度との間の、冶金学的な再結晶プロセスと、これに伴う細粒化効果とのために必要な、できる限り低い温度勾配が調整され得ないからである。それゆえ、圧延した長尺鋼半製品を第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックに供給する温度は、８５０℃、好ましくは、８４０℃、より好ましくは、８２０℃、最も好ましくは、８００℃に制限されている。殊に特に好ましくは、圧延した長尺鋼半製品を第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックに７８０℃の温度で供給する。

熱機械的なサイジング圧延ブロック内では、好ましくは、３０～８０％であり得る最大変形加工あるいは最大圧下が実施される。熱機械的なサイジング圧延ブロックは、１スタンド、好ましくは、２スタンド、より好ましくは、４スタンド、なおもさらに好ましくは、６スタンド、最も好ましくは、８スタンドに形成されていてもよい。

別の有利な一実施変化態様において、設備は、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックと第３の冷却装置との間に第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックを備えていてもよく、第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックは、同じく１スタンド、好ましくは、２スタンド、より好ましくは、４スタンド、なおもさらに好ましくは、６スタンド、最も好ましくは、８スタンドに形成されていてもよい。この関連において、殊に特に好ましくは、両熱機械的なサイジング圧延ブロック間に中間冷却装置が設けられており、中間冷却装置は、１つの、または互いに離間した２つのウォータボックスを有している。而して、例えば第１の有利な実施変化態様では、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックは、４スタンドに、そして第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックは、２スタンドに形成されていてもよい。別の有利な一実施変化態様では、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックは、例えば４スタンドに、そして第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックは、同じく４スタンドに形成されていてもよい。両熱機械的なサイジング圧延ブロックへの前述のスタンドの分配に関して、その他のあらゆる組み合わせが可能であり、考え得る。

而して、さらに、基本構成で形成される１つの熱機械的なサイジング圧延ブロック、例えば、６スタンドに形成される１つの熱機械的なサイジング圧延ブロックが、６つの１スタンドの熱機械的なサイジング圧延ブロックに分配されてもよく、例えば６つの１スタンドの熱機械的なサイジング圧延ブロックからなるカスケード全体内に、これらの６つの１スタンドの熱機械的なサイジング圧延ブロックのそれぞれ２つのサイジング圧延ブロック間に、それぞれ１つの中間冷却装置であって、少なくとも１つのウォータボックスを有する中間冷却装置を設けてもよい。

熱機械的なサイジング圧延ブロックは、基本的に公知であり、本件出願人によりＭＥＥＲｄｒｉｖｅ（登録商標）という商品名で販売されている。

搬送方向で第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック、場合によっては第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックの後には、次いで、第３の冷却装置が第３の区間セクション内に配置されており、第３の冷却装置内では、さらなる粒成長を停止させるべく、線材状および／または棒材状の鋼へと仕上げ圧延した長尺鋼半製品を冷却する。第３の冷却装置は、少なくとも１つ、好ましくは、少なくとも２つ、より好ましくは、少なくとも３つ、なおもさらに好ましくは、少なくとも４つ、最も好ましくは、少なくとも５つのウォータボックスを有し、ウォータボックスを介して、線材状および／または棒材状の鋼は、一方では、温度補償を保証し、他方では、マルテンサイトまたはベイナイトの形態の硬化された組織構造の形成を防止すべく、冷却される。

特に有利には、第３の冷却装置は、２～１２個のウォータボックス、より好ましくは、４～１０個のウォータボックスを有している。

各冷却装置のそれぞれのウォータボックスの冷却能力は、冷却水の体積流量、ウォータボックス毎の作動している冷却管の数、冷却管直径および／または冷却水圧力ならびに場合によっては冷却水温度を基に、好適に調整され得る。設定は、典型的には、固有のプロセスモデルにより予め規定され、オンライン閉ループ制御により適合され得る。

１つの例示的なウォータボックスは、６５００ｍｍのウォータボックス長さを有し、それぞれ７５０ｍｍの長さを有する６つの冷却管を有していてもよい。この種のウォータボックスは、さらに、典型的には、２３０ｍ^３／ｈの最大の冷却水量と、１．５～６．０ｂａｒの閉ループ制御可能な冷却水圧力範囲とを有している。

第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックまたは第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックと、冷却床装置、リングレイング装置またはコイル巻回装置との間に延在する第３の区間セクションも、好ましくは、圧延素材が、横断面にわたり十分な温度補償のための時間を十分に得るように選択されている。好ましくは、それゆえ、線材状および／または棒材状の鋼へと仕上げ圧延した長尺鋼半製品内に、最大１００℃の温度勾配、より好ましくは、最大８０℃の温度勾配、なおもさらに好ましくは、最大６０℃の温度勾配、最も好ましくは、最大５０℃の温度勾配が調整される。有利には、第３の区間セクションは、それゆえ、１１０～１５０ｍの搬送長さ、より好ましくは、１１０～１３０ｍの搬送長さを有している。この関連において、特に好ましくは、最後のパスの直後の、つまり、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックまたは第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックの直後の、できる限り短い期間で開始する冷却が、再結晶プロセスのコントロールと、高い細粒度、好ましくは、１２．０μｍ未満の平均の粒径、なおもさらに好ましくは、１０．０μｍ未満の平均の粒径を有する細粒度とにとって決定的であることが分かっている。

有利には、それゆえ、最後のパスの後に７００℃～１１００℃の範囲の温度を有する線材状および／または棒材状の鋼を、最大３００ｍｓ後、好ましくは、最大２００ｍｓ後、なおもさらに好ましくは、最大１００ｍｓ後、さらに好ましくは、最大９０ｍｓ後、最も好ましくは、最大８０ｍｓ後、第３の冷却装置、特に第３の冷却装置の第１のウォータボックスに供給する。

さらなる粒成長を阻止すべく、線材状および／または棒材状の鋼を、４００℃～８５０℃の範囲の冷却床進入温度、リングレイング装置内への進入温度および／またはコイル巻回装置内への進入温度が達成される程度に冷却する。特に有利な冷却床進入温度は、５５０℃～７５０℃、より好ましくは、６００℃～６５０℃である。コイル巻回装置内への特に有利な進入温度は、これに対して４５０℃～５５０℃である。リングレイング装置内への特に有利な進入温度は、６００℃～７５０℃である。

第１の熱機械的なサイジング圧延ブロックまたは第２の熱機械的なサイジング圧延ブロックと、冷却床装置、リングレイング装置またはコイル巻回装置との間の第３のセクション内に配置されている本発明に係る組織センサ装置は、有利には、搬送方向で冷却床装置、リングレイング装置またはコイル巻回装置の直前に、搬送方向で冷却床装置、リングレイング装置またはコイル巻回装置の前に配置される切断装置の直前に、かつ／または搬送方向で第３の冷却装置の後、特に最後のウォータボックスの後、場合によっては直後に配置されていてもよい。第３の冷却装置内の複数あるウォータボックスの２つのウォータボックス間における配置も可能である。

有利な一実施変化態様において、設備は、第３の区間セクション内の第３の冷却装置内に配置されている複数のウォータボックスの各々の後に、それぞれ１つの本発明に係る組織センサ装置を備えている。これにより、複数のウォータボックスの各々は、個別に調整可能であり、特定のウォータボックス内でのマルテンサイト系の組織の形成に割り当て可能である。

組織センサ装置を介して、線材状および／または棒材状の鋼内のマルテンサイト系の組織、特に面積％でのマルテンサイトの割合をオンラインで、進行しているプロセス中に識別することが可能である。測定方法として、基本的には、当業者に出願の時点で知られているすべての技術が使用可能である。有利には、しかし、望ましくないマルテンサイトを識別する組織センサ装置は、超音波測定装置、レントゲン線測定装置、レーダビーム測定装置および／または電磁式の測定装置を有している。

組織センサ装置は、有利には、所望の組織を調整すべく、場合によっては相応のアルゴリズムを用いて、それぞれのプロセスステップへの能動的な介入を行うことができる開ループおよび／または閉ループ制御装置に連結されていてもよい。

別の一態様において、本発明は、加えて線材状および／または棒材状の鋼製品であって、好ましくは、本発明に係る方法にしたがって製造され、特に、少なくとも３００ＭＰａの降伏点、より好ましくは、少なくとも４００ＭＰａの降伏点、なおもさらに好ましくは、少なくとも５００ＭＰａの降伏点、最も好ましくは、少なくとも６００ＭＰａの降伏点を有し、最大１５．０面積％のマルテンサイトの割合、好ましくは、最大１０．０面積％のマルテンサイトの割合、より好ましくは、最大８．０面積％のマルテンサイトの割合、なおもさらに好ましくは、最大６．０面積％のマルテンサイトの割合、最も好ましくは、最大５．０面積％のマルテンサイトの割合を有する、線材状および／または棒材状の鋼製品に関する。

好ましくは、線材状および／または棒材状の鋼、特に構造用鋼は、質量％で、
炭素：０．０４～０．３５、
ケイ素：０．１０～０．８０、
マンガン：０．４０～１．６０、
リン：最大０．０６、
硫黄：最大０．０６、
窒素：最大０．０１２、
残り：鉄、場合によっては別の付随元素、および不可避の不純物、
の化学的な組成を有している。

別の付随元素として、線材状および／または棒材状の鋼は、好ましくは、（質量％で）
クロム：最大０．４０、
モリブデン：最大０．２０、
ニッケル：最大０．９０、
銅：０．６５～１．０、
鉛：最大０．２５、
すず：最大０．０７、
の元素を単独でかつ／または組み合わせで含んでいてもよい。

特に好ましくは、線材状および／または棒材状の鋼、特に構造用鋼は、０．６０以下の炭素当量（Ｃｅｑ）、より好ましくは、０．５０以下の炭素当量（Ｃｅｑ）を有している。

本発明および技術的環境について以下に図面および例を基に詳しく説明する。付言すると、本発明は、図示の実施例により限定されるものではない。特に、別途断りのない限り、図面および／または例において説明する事柄の一部を抜き出し、本明細書および／または図面から看取可能な別の構成部分および知識と組み合わせることも可能である。特に付言すると、図面および特に図示の大きさ比は、概略的なものにすぎない。同じ符号は、同じ対象を指しており、その結果、場合によっては、説明は、他の図から補足的に援用可能である。

本発明に係る設備の一実施変化態様を示す図である。 本発明に係る方法の第１の実施例の温度プロファイルを示す図である。 本発明に係る方法の第２の実施例の温度プロファイルを示す図である。 本発明に係る方法の第３の実施例の温度プロファイルを示す図である。

図１には、長尺鋼半製品２を熱機械的に圧延する本発明に係る設備１の一実施変化態様を概略的なブロック図で示してある。設備１内で線材状および／または棒材状の鋼３へと熱機械的に圧延されるこのような長尺鋼半製品２は、１６５×１６５ｍｍの外寸を有する四角形（正方形）の横断面を有していてもよい。相応に仕上げ圧延された線材状および／または棒材状の鋼３は、４．５～２９ｍｍの範囲の直径（線材状の鋼）または８．０～６０．０ｍｍもしくは６．０～５０．０の範囲の直径（棒材状の鋼）を有していてもよい。

相応の線材状および／または棒材状の鋼３を製造するために、長尺鋼半製品２をまず再熱炉４に供給する。再熱炉４内では、圧延すべき長尺鋼半製品２を９００℃～１０００℃の温度に加熱する。

次いで加熱した長尺鋼半製品２を第１の圧延装置５に供給する。第１の圧延装置５内では、長尺鋼半製品２を１２個のハウジングレスのロールスタンド（図示せず）のカスケード内で前圧延する。このとき、それぞれのロールスタンド内のパス毎に２０～４０％の圧下が達成される。第１の圧延装置５内の圧延素材の平均の温度は、９００℃～１１００℃である。

搬送方向で第１の圧延装置５の後には、１つまたは２つのウォータボックスを有する第１の冷却装置６が配置されていてもよく、これにより、前圧延した長尺鋼半製品２の温度を、この長尺鋼半製品２を第２の圧延装置７に供給する前に、後調節することが可能である。第１の冷却装置６は、この場合、第１の圧延装置５と第２の圧延装置７との間の第１の区間セクション８内に配置されており、第１の区間セクション８は、圧延素材が、両圧延工程間に十分な温度補償のための時間を十分に得るように選択されている。第１の区間セクション８は、４５～６０ｍの長さを有していてもよい。

第２の圧延装置７内では、前圧延した長尺鋼半製品２を次いで６つのハウジングレスのロールスタンド（図示せず）からなるカスケード内で後圧延する。このとき、それぞれのロールスタンド内のパス毎に２０～３０％の圧下が達成される。第２の圧延装置７内の圧延素材の平均の温度は、８００℃～１０００℃である。

搬送方向で第２の圧延装置７の後には、第２の冷却装置９が第２の区間セクション１０内に配置されており、第２の冷却装置９は、ここでは、互いに離間した３つのウォータボックス（図示せず）を有し、これにより、８００℃～１０００℃の高温の圧延素材の温度減少を、熱機械的な圧延の後続のステップの前に達成することができる。第２の区間セクション１０は、加えて、圧延素材が、温度減少の他に、圧延素材の横断面にわたり十分な温度補償のための時間を十分に得るように選択されている。第２の区間セクションは、それゆえ、ここでは、１１５ｍ～１３０ｍの長さを有していてもよい。

その間に円形および／またはオーバルの横断面を有する後圧延して冷却した長尺鋼半製品２を次いで第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１に７４０℃～８００℃の範囲の温度で供給し、所望のあるいは所定の最終直径に仕上げ圧延する。最終直径は、例えば８ｍｍ、１８ｍｍまたは２５ｍｍであってもよい。このために、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１は、一実施変化態様では、６スタンドに形成されていてもよく、個々のスタンド内のパス毎に約２２～２７％の圧下が達成可能である。

別の一実施変化態様において、第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１／１１．１は、第２の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１．２により補足されてもよく、第２の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１．２は、同じくマルチスタンドに形成されていてもよい。本実施変化態様では、両熱機械的なサイジング圧延ブロック１１．１，１１．２間に形成される中間区間セクション１２内に、少なくとも１つのウォータボックス（図示せず）を有する中間冷却装置１３が設けられている。この中間区間セクション１２も、圧延素材にその横断面にわたり十分な温度補償のための時間を十分に可能とすべく、例えば３０ｍの特定区間を有している。

搬送方向で第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１．１または第２の熱機械的なサイジング圧延ブロック１１．２の後には、次いで第３の冷却装置１４が第３の区間セクション１５内に配置されている。この第３の冷却装置１４内では、線材状および／または棒材状の鋼３へと仕上げ圧延した７００℃～１０５０℃の温度を有する長尺鋼半製品２を、相前後して離間した４つまたは５つのウォータボックスのカスケードにより冷却し、これにより、さらなる粒成長を阻止し、かつマルテンサイトまたはベイナイトの形態の硬化された組織構造の形成を防止することができる。このためには、最後のパスの直後の、できる限り短い期間で開始する冷却が必要であり、これにより、再結晶プロセスをコントロールすることができ、かつ６．０～１０．０μｍの範囲の平均の粒径を有する高い細粒度を達成することができる。圧延素材に、最後のステーションに向かう途上で、その横断面にわたり十分な温度補償のための時間を十分に可能とすべく、第３の区間セクション１５も、相応に長く選択されている。第３の区間セクション１５は、例えば１１０～１３０ｍの長さを有していてもよい。

実施変化態様次第で、棒材状の鋼３を次いで５５０℃～７５０℃の冷却床進入温度で冷却床装置１６に、６００℃～７５０℃の進入温度でレイングヘッド１６に、または４５０℃～５５０℃のコイル巻回温度でコイル巻回装置１６に供給する。

すべての冷却プロセスは、それぞれの目標温度に関して不安定性があるので、かつこれに伴い、プロセスガイドの範囲内でマルテンサイト系の組織構造の急激な形成が生じてしまうことがあるので、設備１は、加えて組織センサ装置１７を備え、組織センサ装置１７は、第３の区間セクション１５内に配置されている。

組織センサ装置１７を介して、線材状および／または棒材状の鋼３内のマルテンサイト系の組織の形成、特にマルテンサイトの割合（面積％）をオンラインで、進行しているプロセス中に識別することができる。

望ましくないマルテンサイトを識別するのに、組織センサ装置１７は、例えば超音波測定装置、レントゲン線測定装置、レーダビーム測定装置および／または電磁式の測定装置を有していてもよい。

破線の矢印を介して、第３の区間セクション１５における組織センサ装置１７の可能なポジショニングを示してある。而して組織センサ装置１７は、例えば搬送方向で第３の冷却装置１４の前に、または冷却床装置１６、リングレイング装置１６またはコイル巻回装置１６の直前に配置可能である。第３の冷却装置１４または中間区間セクション１２内の複数あるウォータボックスのウォータボックス間における配置も可能である。

図２ないし図４には、本発明に係る方法の一実施変化態様により製造した、直径がそれぞれ異なる３つの棒鋼３の３つのそれぞれ異なる温度プロファイル（平均温度）１８，１９，２０を示してある。このために、１６５×１６５ｍｍの外寸を有する四角形（正方形）の横断面を有する素材ＨＲＢ ４００のバーを、設備１であって、再熱炉４と、１２個のハウジングレスのロールスタンド（図示せず）を有する第１の圧延装置５と、２つのウォータボックスを有する第１の冷却装置６と、６つのハウジングレスのロールスタンド（図示せず）を有する第２の圧延装置７と、３つのウォータボックスを有する第２の冷却装置９と、６スタンドのサイジング圧延ブロック１１と、５つのウォータボックスを有する第３の冷却装置１４と、冷却床装置１６と、を備える設備１内で、熱機械的に、８ｍｍ（図２）、１８ｍｍ（図３）および２５ｍｍ（図４）の直径を有する棒鋼３へ圧延した。

１ 設備
２ 長尺鋼半製品
３ 線材状／棒材状の鋼／棒鋼
４ 炉
５ 第１の圧延装置
６ 第１の冷却装置
７ 第２の圧延装置
８ 第１の区間セクション
９ 第２の冷却装置
１０ 第２の区間セクション
１１ 第１のサイジング圧延ブロック
１１．１ 第１のサイジング圧延ブロック
１１．２ 第２のサイジング圧延ブロック
１２ 中間区間セクション
１３ 中間冷却装置
１４ 第３の冷却装置
１５ 第３の区間セクション
１６ 冷却床装置／コイル巻回装置／リングレイング装置
１７ 組織センサ装置
１８ 温度プロファイル
１９ 温度プロファイル
２０ 温度プロファイル

Claims (11)

1. 長尺鋼半製品（２）を線材状および／または棒材状の鋼（３）へと熱機械的に圧延する設備（１）であって、
   第１の圧延装置（５）と、
   搬送方向で前記第１の圧延装置（５）の下流に配置される第２の圧延装置（７）と、
   場合によっては、前記第１の圧延装置（５）と前記第２の圧延装置（７）との間に配置される第１の冷却装置（６）と、
   搬送方向で前記第２の圧延装置（７）の下流に配置される第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）と、
   前記第２の圧延装置（７）と前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１，１１．１）との間に配置される第２の冷却装置（９）と、
   搬送方向で前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）の下流に配置される冷却床装置（１６）、リングレイング装置（１６）および／またはコイル巻回装置（１６）と、
   前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）と前記冷却床装置（１６）、前記リングレイング装置（１６）および／または前記コイル巻回装置（１６）との間に配置される第３の冷却装置（１４）と、
   前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１）と前記冷却床装置（１６）、前記リングレイング装置（１６）および／または前記コイル巻回装置（１６）との間に配置されていて、熱機械的に圧延した前記長尺鋼半製品（２）あるいは前記線材状および／または棒材状の鋼（３）内のマルテンサイト系の組織、特に面積百分率（面積％）でのマルテンサイトの割合を、進行しているプロセス中に直接求めることが可能な組織センサ装置（１７）と、
   を備える、設備（１）。
2. 前記組織センサ装置（１７）は、搬送方向で
   前記冷却床装置（１６）、前記リングレイング装置（１６）および／または前記コイル巻回装置（１６）の直前に、
   搬送方向で前記冷却床装置（１６）、前記リングレイング装置（１６）または前記コイル巻回装置（１６）の前に配置される切断装置の直前に、かつ／または
   搬送方向で前記第３の冷却装置（１４）の後、場合によっては直後に
   配置されている、請求項１記載の設備（１）。
3. 前記組織センサ装置（１７）は、超音波測定装置、レントゲン線測定装置、レーダビーム測定装置および／または電磁式の測定装置を有する、請求項１または２記載の設備（１）。
4. さらに、前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１，１１．１）と前記第３の冷却装置（１４）との間に配置される第２の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１．２）であって、場合によっては、両前記サイジング圧延ブロック（１１．１，１１．２）間に配置される中間冷却装置（１３）を有する第２の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１．２）を備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の設備（１）。
5. 前記第２の冷却装置（９）および／または前記第３の冷却装置（１４）は、少なくとも２つのウォータボックス、好ましくは、少なくとも３つのウォータボックス、なおもさらに好ましくは、少なくとも４つのウォータボックスを有し、前記ウォータボックスは、それぞれ互いに離間して配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の設備（１）。
6. 前記熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１．１，１１．２）の各々は、１スタンド、２スタンド、４スタンド、６スタンドおよび／または８スタンドに形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の設備（１）。
7. 前記組織センサ装置（１７）は、開ループおよび／または閉ループ制御装置に、前記冷却装置（６，９，１３，１４）内の温度、前記設備（１）のそれぞれの圧延ユニット（５，７，１１．１，１１．２）内の圧延温度および／または圧延速度を調整すべく、連結されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の設備（１）。
8. 長尺鋼半製品（２）から、特に、少なくとも３００ＭＰａの降伏点、好ましくは、少なくとも４００ＭＰａの降伏点を有する、線材状および／または棒材状の鋼（３）を製造する方法であって、
   まず、加熱した、場合によっては少なくとも９００℃の温度に加熱した前記長尺鋼半製品（２）を第１の圧延装置（５）内で前圧延し、場合によっては、前記第１の圧延装置（５）に続く第１の冷却装置（６）内で冷却し、
   次いで、搬送方向で前記第１の圧延装置（５）の下流に配置される第２の圧延装置（７）内で後圧延し、前記第２の圧延装置（７）に続く第２の冷却装置（９）内で少なくとも８５０℃の温度に冷却し、
   続いて、搬送方向で前記第２の冷却装置（９）の下流に配置される第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１，１１．１）内で前記線材状および／または棒材状の鋼（３）へと仕上げ圧延し、前記線材状および／または棒材状の鋼（３）を、前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１，１１．１）に続く第３の冷却装置（１４）内で４００℃～８５０℃の範囲の温度に冷却し、
   次いで、搬送方向で前記第３の冷却装置（１４）の下流に配置される冷却床装置（１６）、リングレイング装置（１６）および／またはコイル巻回装置（１６）に供給し、このとき、前記第１の熱機械的なサイジング圧延ブロック（１１，１１．１）と前記冷却床装置（１６）、前記リングレイング装置（１６）および／または前記コイル巻回装置（１６）との間のセクション内に配置される組織センサ装置（１７）により、熱機械的に圧延した前記長尺鋼半製品（２）あるいは前記線材状および／または棒材状の鋼（３）内の、場合によっては存在するマルテンサイト系の組織を、進行しているプロセス中に直接求める、
   方法。
9. 線材状および／または棒材状の鋼（３）であって、好ましくは、請求項８記載の方法にしたがって製造され、特に、少なくとも３００ＭＰａの降伏点、好ましくは、少なくとも４００ＭＰａの降伏点を有し、最大１５．０面積％のマルテンサイトの割合を有する、線材状および／または棒材状の鋼（３）。
10. 質量％で、
    炭素：０．０４～０．３５、
    ケイ素：０．１０～０．８０、
    マンガン：０．４０～１．６０、
    リン：最大０．０６、
    硫黄：最大０．０６、
    窒素：最大０．０１２、
    残り：鉄、場合によっては別の付随元素、および不可避の不純物、
    の化学的な組成を有する、請求項９記載の線材状および／または棒材状の鋼（３）。
11. ０．６０以下の炭素当量（Ｃｅｑ）を有する、請求項９または１０記載の線材状および／または棒材状の鋼（３）。

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