JP3642009B2 - 連続鋳造鋳片の直送圧延方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造機により鋳造された高温の鋳片を直接熱間圧延するか、あるいは鋳片のコーナー部を加熱・昇温した後に熱間圧延するか、又は、高温の鋳片を加熱炉に装入して表面温度を中心温度と同じにする程度の加熱を行った後に熱間圧延して鋼板を製造するか、何れかの方法（本発明ではこれらをまとめて「直送圧延」と定義する）で鋼板を製造する直送圧延方法に関し、詳しくは、スケール性欠陥を防止して、表面性状の優れた鋼板を製造することができる直送圧延方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な鋼板の製造方法は、溶鋼を連続鋳造機にて鋳造し、連続鋳造機出口において所定長さの鋳片（スラブともいう）に切断し、この鋳片を何らかの手段により熱補償した後、鋳片表面に生成したスケールを高圧水等により除去しながら熱間圧延する方法により製造される。この鋳片表面に生成したスケールを除去する工程は、表面欠陥がなく、表面性状の優れた鋼板を得るための必要不可欠の工程である。
【０００３】
鋳片表面のスケールを除去する方法としては、通常、高圧水を鋳片に噴射してスケールを鋳片から剥離させる技術や、鋳片を幅方向に圧下してスケールに塑性変形を加え、スケールを細かくして除去する技術が実施されている。
【０００４】
鋳造した鋳片を一旦室温程度まで冷却した後、加熱炉で加熱・昇温して熱間圧延するＣＣＲ（Cold Charge Rolling）プロセスや、５００℃前後まで冷えた鋳片を加熱炉で所定温度まで加熱・昇温して熱間圧延するＨＣＲ（Hot Charge Rolling）プロセスの場合には、鋳片の加熱炉内の在炉時間が９０〜１５０分と長いため、比較的厚みのあるスケールが生成される。そのため、上記のスケール除去方法により容易にスケールが剥離し、スケール性の表面欠陥を防止することができる。
【０００５】
しかし、直送圧延の場合には、加熱したとしても在炉時間が短く、生成されるスケールは薄く、上記のスケール除去方法では完全には除去されない場合が発生する。又、スケールを除去するために多量の高圧水を使用すると、鋳片の温度が低下して、本来の目的である直送圧延に必要な高温の鋳片が得られないという問題が生ずる。
【０００６】
直送圧延におけるこれらの問題を解決するために、特開平２−２６３５５０号公報が提案されている。同号公報によれば、所定の物性値を満たすモールドパウダーを使用して鋳造すると共に、連続鋳造機内の鋳片表面温度履歴を所定の範囲に制御して直送圧延用鋳片を鋳造するので、鋳片表面に生成されるスケールと鋳片表面との間の熱膨張差が大きくなり、スケールと鋳片表面との間に多数の亀裂が発生し、僅かな衝撃力でスケールを剥離させることができるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２−２６３５５０号公報に開示された方法は、スケールをモールドパウダーと共に鋳片表面から除去することを目的としたもので、鋳片表面に付着したモールドパウダーの大部分は、実際には連続鋳造機の二次冷却スプレー水により鋳型直下で容易に剥離してしまい、その後の鋳造中や連続鋳造機から熱間圧延機への搬送中、若しくはエッジヒーター等での加熱中に生成されるスケールに対しては全く効果を発揮しない。そのため、熱間圧延機ではスケールを除去するために従来と同等量の高圧水が必要となり、鋳片温度の低下に伴って熱間圧延機への負荷が増大すると同時に鋳片の温度低下に起因する欠陥が発生するという問題は、依然として解決されずに存在する。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造鋳片を直送圧延して鋼板を製造する際に、スケール性欠陥を防止して、表面性状の優れた鋼板を製造することができる直送圧延方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねるなかで、鋳片表面粗さとスケール剥離性との関連を調査した。図１は、表面粗さが０．３２ｍｍの鋳片にスケールを生成させ、高圧水によってスケール除去を実施したときのスケール残存量と高圧水圧力との関係を調査した結果を示す図である。図１で明らかなように、高圧水の圧力増加に伴い、スケールは除去されることが分かった。因みに表面粗さが０．３２ｍｍの場合には、高圧水の圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ² とすることでスケールはほぼ完全に除去される。
【００１０】
図２は、鋳型の振動条件や鋳片支持ロールの押し付け圧力を変更して表面粗さの異なる鋳片を鋳造し、これらの鋳片を圧力が１００ｋｇ／ｃｍ² の一定に制御された高圧水によりスケール除去を実施したときのスケール残存量と表面粗さとの関係を調査した結果を示す図である。図２で明らかなように、鋳片の表面粗さが０．２ｍｍ以下になると、生成したスケールのほとんどは除去されることが分かった。即ち、鋳片の表面粗さを０．２ｍｍ以下とすれば、生成したスケールをほぼ完全に除去できるとの知見を得た。
【００１１】
一般的に、鋳型振動波形は下記の（１）式に示す正弦波形が用いられている。但し、（１）式において、ｙは鋳型の変位（ｍｍ）、ａは振幅（ｍｍ）、ｆは振動数（サイクル／ｍｉｎ）、ｔは時間（ｍｉｎ）である。鋳片の表面粗さは鋳型振動条件により変化し、鋳型振動が正弦波形の場合、振幅ａと振動数ｆとの積が一定の条件では、振動数ｆを増加して振幅ａを減少することで表面粗さは小さくなることが知られている。
ｙ＝ａ×sin（２πｆｔ）……（１）
【００１２】
本発明者等は、振幅ａ及び振動数ｆが一定の条件でも、更に鋳片の表面粗さを小さくする鋳型振動条件を探求した。その結果、鋳型を偏倚正弦波形で振動させることで、振幅ａ及び振動数ｆが一定の条件でも表面粗さを更に小さくすることが可能であることが分かった。図３は、本発明で用いた偏倚正弦波形と従来の正弦波形とで、鋳型の変位と鋳型の振動速度とを比較して示す図であり、図３においてＡで示す波形が正弦波形であり、Ｂで示す波形が偏倚正弦波形である。本発明で用いた偏倚正弦波形では、正弦波形に比較して鋳型の上昇速度が遅くなり、逆に、鋳型の下降速度が速くなるという特徴がある。尚、図３におけるＶｃは鋳造速度である。
【００１３】
図３に示すように、本発明で用いた偏倚正弦波形では鋳型振動の１サイクル中で鋳型が上昇した時の最大変位をとる時間が正弦波形の場合よりも後半にずれ、鋳型が下降した時の最大変位をとる時間が正弦波形の場合よりも前半にずれた波形となっており、本発明では、正弦波形と比較してどれだけずれているかを表す指標として、下記の（２）式に示す値を波形歪率と定義した。但し、（２）式において、λは波形歪率（０＜λ＜１）、Ｔnon-sinは偏倚正弦波形における１サイクル中で鋳型が上昇した時の最大変位をとる時間、Ｔsin は正弦波形における１サイクル中で鋳型が上昇した時の最大変位をとる時間である。
λ＝（Ｔnon-sin −Ｔsin ）／Ｔsin ……（２）
【００１４】
図４は、振幅ａ及び振動数ｆを一定として波形歪率λを最大０．４まで変更したときの鋳片表面粗さと波形歪率λとの関係を調査した結果を示す図である。図４で明らかなように、波形歪率λの増加に伴って表面粗さが小さくなることが分かった。即ち、鋳型振動波形に上記の偏倚正弦波形を用いることで、鋳片の表面粗さを小さくすることができるとの知見を得た。尚、図４において波形歪率λ＝０は正弦波形を示している。
【００１５】
図５は、鋳片を引き抜くためのピンチロールの押し付け圧力を変更して、連続鋳造機内における鋳片の圧下量を変化させたときの鋳片表面粗さと連続鋳造機内での総圧下量との関係を調査した結果を示す図である。図５で明らかなように、総圧下量に比例して鋳片表面粗さは小さくなることが分かった。即ち、鋳造中の鋳片を、ピンチロールを含む鋳片支持ロールで圧下することにより、鋳片の表面粗さを小さくすることができるとの知見を得た。
【００１６】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、第１の発明による連続鋳造鋳片の直送圧延方法は、連続鋳造機で鋳造された鋳片から直送圧延により鋼板を製造する連続鋳造鋳片の直送圧延方法において、連続鋳造機で鋳造される鋳片の長辺面幅方向中央部の表面粗さを０．２ｍｍ以下として直送圧延によって製造される鋼板のスケール性の欠陥を防止することを特徴とするものである。又、第２の発明による連続鋳造鋳片の直送圧延方法は、第１の発明において、連続鋳造機の鋳型振動に偏倚正弦波形を用いることを特徴とするものである。更に、第３の発明による連続鋳造鋳片の直送圧延方法は、第１の発明又は第２の発明において、連続鋳造機の鋳片支持ロールにより鋳造中の鋳片を圧下することを特徴とするものである。
【００１７】
尚、本発明における鋳片の表面粗さとは、鋳片の長辺面幅方向中央部を鋳造方向に３０ｃｍの範囲を対象として表面粗さを測定し、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に示す中心線平均粗さにより表示したものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図６は本発明で用いる連続鋳造機の１例の側面概略図、図７は本発明で用いる熱間圧延機の１例の概略図である。
【００１９】
図６に示すように、連続鋳造機１には、溶鋼を注入して凝固させるための鋳型５が設置されており、この鋳型５の下方には、対向する一対のロールを１組として、それぞれ複数組のサポートロール１３、ガイドロール１４、及びピンチロール１５からなる、鋳片２を支持するための鋳片支持ロールが設置され、これらの鋳片支持ロールの下流側には、複数本の搬送ロール１７と、搬送ロール１７の上方に位置して鋳片２の引き抜き速度と同調するガス切断機１６とが設置されている。又、これらの鋳片支持ロールには、鋳型５の直下から下流側に向かって、第１冷却ゾーン７ａ、７ｂ、第２冷却ゾーン８ａ、８ｂ、第３冷却ゾーン９ａ、９ｂ、第４冷却ゾーン１０ａ、１０ｂ、第５冷却ゾーン１１ａ、１１ｂ、及び、第６冷却ゾーン１２ａ、１２ｂの合計１２に分割された冷却ゾーンからなる二次冷却帯６が設置されている。
【００２０】
二次冷却帯６の各冷却ゾーンには、エアーミストスプレー用又は水スプレー用の複数個のスプレーノズル（図示せず）が設置されており、スプレーノズルから鋳片２の表面に二次冷却水が噴霧される。尚、各冷却ゾーンにおいて、連続鋳造機１の反基準面側（上面側）の冷却ゾーンをａで表示し、基準面側（下面側）の冷却ゾーンをｂで表示している。又、冷却ゾーンの設置数は図６では合計１２であるが、連続鋳造機１の長さ等に応じて幾つに分割しても良い。
【００２１】
図７に示すように、熱間圧延機１８には、鋳片２をその幅方向に圧延するための粗圧延機２０と、粗圧延機２０の下流側にあって、鋳片２に高圧水を噴射して鋳片２のスケールを除去するための高圧水噴射装置２１と、高圧水噴射装置２１の下流側にあって、鋳片２を厚み方向に圧延するための粗圧延機２２及び仕上圧延機２３とが設置されている。
【００２２】
又、連続鋳造機１と熱間圧延機１８との間には、鋳片２を熱間圧延する際の鋳片温度を補償するための加熱手段として、加熱装置（図示せず）が設置されている。この加熱装置としては、鋳片２の両コーナー部を主に加熱するためのエッジヒーターや、鋳片２の全体を加熱するための加熱炉を用いることとする。
【００２３】
このような構成の連続鋳造機１と加熱装置と熱間圧延機１８とを備えた製造工程における本発明による直送圧延方法を以下に説明する。
【００２４】
浸漬ノズル（図示せず）を介して鋳型５内に溶鋼を鋳造する。鋳型５内に鋳造された溶鋼は鋳型５内で冷却されて凝固殻３を形成し、内部に未凝固層４を有する鋳片２として、ピンチロール１５の駆動力により鋳片支持ロールに支持されつつ下方に連続的に引き抜かれる。鋳片２はこれらの鋳片支持ロールを通過する間、二次冷却帯６で冷却され、凝固殻３の厚みを増大して、やがて中心部までの凝固を完了する。凝固完了した鋳片２をガス切断機１６で所定長さに切断し、熱間圧延用の鋳片２として供する。
【００２５】
鋳造の際、鋳片２の長辺面の表面粗さが０．２ｍｍ以下になるようにする。鋳片２の表面粗さは、主に鋳型振動によって生じるオシレーションマークに起因するので、オシレーションマークが浅くなるような鋳型振動条件で鋳造する。このオシレーションマーク深さは、鋳型５内に添加するモールドパウダー（図示せず）の物性値にも影響される。従って、使用するモールドパウダーの銘柄毎に種々の鋳型振動条件及び種々の鋳造速度で鋳造し、表面粗さが０．２ｍｍ以下となる鋳型振動条件を鋳造速度毎に予め定めておき、その鋳型振動条件で鋳造することとする。鋳型振動条件を設定する際に、正弦波形で鋳型５を振動させる場合には、振幅ａと振動数ｆとの積が一定の条件では、振動数ｆを増加して振幅ａを減少させるようにする。又、前述したように、オシレーションマーク深さを浅くし、表面粗さの軽減効果の大きい、図３に示す偏倚正弦波形で鋳型５を振動させることが好ましい。
【００２６】
又、鋳造中の鋳片２をガイドロール１４やピンチロール１５により圧下することで、オシレーションマークが浅くなり、表面粗さが軽減されるので、ガイドロール１４やピンチロール１５により鋳片２を圧下することが好ましい。この場合、圧下速度は１分間当たり１．５ｍｍ以下とし、総圧下量が４ｍｍ以上となるようにすることが好ましい。圧下速度が１分間当たり１．５ｍｍを越えると、鋳片２の内部に割れ等が発生して鋳片２の品質が低下することがあり、又、総圧下量が４ｍｍ未満では圧下の効果が十分に発揮されないことがある。圧下の時期は、鋳片２の凝固完了前であっても、凝固完了後であっても、又、凝固完了前から凝固完了後に渡る範囲であっても、何れでも良い。
【００２７】
又、ガス切断機１６で切断後の熱間状態の鋳片２を表面手入れしてから熱間圧延する場合もあり、この場合には、表面手入れにより鋳片２の表面に凹凸が発生する。表面手入れによる凹凸もスケールの剥離性に影響を及ぼすので、手入れ後の表面粗さが０．２ｍｍ以下となるように表面手入れを実施する。
【００２８】
尚、鋳片２の表面粗さの測定は、鋳片２を酸洗してスケールを除去してから行うことが望ましいが、鋳片２に付着したスケールの厚みはほぼ一様であるので、スケールが表面に付着した状態で、表面粗さ計を直接接触させて表面粗さを測定しても、非接触式のレーザー変位計等を用いて表面粗さを測定しても良い。又、当然ではあるが、鋳片２から測定用試片を切り出し、その断面を観察して表面粗さを測定しても良い。
【００２９】
このようにして鋳造した鋳片２を熱間圧延機１８で熱間圧延して鋼板１９を製造する。その際に、切断した鋳片２を、鋳片温度を補償するための加熱装置で加熱せず、そのまま熱間圧延機１８に直送して熱間圧延しても良いし、加熱装置にて鋳片２のコーナー部を加熱した後に熱間圧延しても良いし、又、加熱装置にて１２００℃前後で９０分前後加熱してから熱間圧延しても良い。又、鋳片２を加熱装置に装入前に熱間状態で表面手入れを施しても良い。これら全てが本発明の直送圧延に含まれるものとする。
【００３０】
熱間圧延機１８では、鋳片２の表面に付着したスケールを除去する。このスケール除去は、粗圧延機２０により鋳片２に幅圧下を加えてスケールに塑性変形を加え、スケールを細かくして除去しても良いし、高圧水噴射装置２１から高圧水を鋳片２に噴射して除去しても良いし、又、粗圧延機２０による幅圧下と高圧水噴射装置２１による高圧水の噴射とを組み合わせても良い。
【００３１】
スケールを除去した鋳片２を粗圧延機２２で圧延し、更に、この鋳片２を仕上圧延機２３で所定の厚みまで圧延して、鋼板１９を製造する。製造された鋼板１９は、そのまま熱延鋼板として出荷されたり、冷間圧延や鍍金等の次工程を経て、冷延鋼板や表面処理鋼板として出荷される。
【００３２】
このような直送圧延方法により、連続鋳造機１で鋳造された鋳片２から鋼板１９を製造することにより、鋳片２に付着したスケールは効率よく除去され、スケール性欠陥がなく、表面性状の優れた鋼板１９を安定して製造することが可能となる。
【００３３】
【実施例】
図６に示す連続鋳造機と、鋳片温度を補償するための加熱手段として設置したエッジヒーターと、図７に示す熱間圧延機とを備えた製造工程における直送圧延の際に、鋳型振動条件及び鋳造速度を種々変更して鋳片の表面粗さを変化させ、このようにして変化させた鋳片表面粗さと、スケール除去処理後のスケール残存量との関係を調査した。
【００３４】
連続鋳造機では、鋳型振動波形を正弦波形と図３に示す偏倚正弦波形の２種類の波形で振動させた。偏倚正弦波形の波形歪率λは０．４の一定とした。又、鋳造速度は２．０ｍ／ｍｉｎと２．４ｍ／ｍｉｎの２水準とした。そして、炭素含有量を約０．０３mass％に調整した溶鋼を、鋳片幅１２００ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片に鋳造した。鋳片支持ロールは鋳片の凝固収縮と同程度の勾配で狭くし、実質的には鋳片を圧下しないで鋳造した。鋳片の表面粗さは、連続鋳造機出側のガス切断機にて切断後の鋳片の幅方向中央部において非接触式のレーザー変位計を用いて測定した。
【００３５】
表面粗さを測定した後、鋳片を表面無手入れのままエッジヒーターに装入し、鋳片の両コーナー部を鋳片幅方向中央部と同等温度まで加熱した。加熱した鋳片を熱間圧延機に搬送し、粗圧延機による幅圧下と高圧水噴射装置からの高圧水の噴射とを併用してスケール除去処理を実施した。高圧水の圧力は１００ｋｇ／ｃｍ² の一定とした。スケール除去処理を施した鋳片をシャーにて切断して全幅試片を採取し、鋳片表面のスケール残存量を調査した。試片採取後の鋳片は粗圧延機及び仕上圧延機により板厚２ｍｍの薄鋼板に圧延した。薄鋼板においてはスケール性の表面欠陥を調査した。
【００３６】
表１に各試験における試験条件と試験結果とをまとめて示す。表１に示すように、鋳片の表面粗さが０．２０ｍｍを越えた試験Ｎo.１、２、４では、鋳片にスケールが残留しており、薄鋼板においてスケール性欠陥が発生した。それに対して鋳片の表面粗さが０．２０ｍｍ以下の試験Ｎo.３、５、６、７、８、９では、スケール残存率は試験Ｎo.３の１．４ｍｇ／ｃｍ² を最大として極めて低く、ほとんどのスケールは除去されており、薄鋼板においてスケール性欠陥が全く発生しなかった。
【００３７】
【表１】

【００３８】
このように、鋳型振動条件を適宜選択して、鋳片の表面粗さを０．２０ｍｍ以下とすることで、鋳片に付着したスケールを容易に除去することができ、スケール性欠陥のない鋼板を製造できることが分かった。尚、表１の備考欄には、表面粗さが本発明の範囲内の試験には実施例と表示し、本発明の範囲外の試験には従来例と表示した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、連続鋳造鋳片の直送圧延方法において、連続鋳造機で鋳造される鋳片の長辺面幅方向中央部の表面粗さを０．２ｍｍ以下とするので、鋳片表面に生成したスケールを容易に除去することができ、その結果、スケール性欠陥がなく、表面性状の優れた鋼板を安定して製造することが可能となり、歩留まりの向上や製造コストの削減等、その効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】スケール残存量と高圧水圧力との関係を調査した結果を示す図である。
【図２】スケール残存量と表面粗さとの関係を調査した結果を示す図である。
【図３】本発明で用いた偏倚正弦波形と従来の正弦波形とで、鋳型の変位と鋳型の振動速度とを比較して示す図である。
【図４】鋳片の表面粗さと波形歪率λとの関係を調査した結果を示す図である。
【図５】鋳片の表面粗さと連続鋳造機内での総圧下量との関係を調査した結果を示す図である。
【図６】本発明で用いる連続鋳造機の１例の側面概略図である。
【図７】本発明で用いる熱間圧延機の１例の概略図である。
【符号の説明】
１ 連続鋳造機
２ 鋳片
５ 鋳型
６ 二次冷却帯
１３ サポートロール
１４ ガイドロール
１５ ピンチロール
１８ 熱間圧延機
１９ 鋼板
２０ 粗圧延機
２１ 高圧水噴射装置
２２ 粗圧延機
２３ 仕上圧延機

Claims (3)

1. 連続鋳造機で鋳造された鋳片から直送圧延により鋼板を製造する連続鋳造鋳片の直送圧延方法において、連続鋳造機で鋳造される鋳片の長辺面幅方向中央部の表面粗さを０．２ｍｍ以下として直送圧延によって製造される鋼板のスケール性の欠陥を防止することを特徴とする連続鋳造鋳片の直送圧延方法。
2. 連続鋳造機の鋳型振動に偏倚正弦波形を用いることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳片の直送圧延方法。
3. 連続鋳造機の鋳片支持ロールにより鋳造中の鋳片を圧下することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の連続鋳造鋳片の直送圧延方法。

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