JP3705233B2 - 熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板の製造方法では、連続鋳造機により製造されたスラブが加熱炉にて加熱された後、図１に示すように、粗圧延機２により粗圧延されて粗バー４とされる。粗圧延された粗バー４は、粗圧延機２から仕上圧延機３迄、図示しない搬送テーブルにより所定の搬送パターンで搬送され、仕上圧延機３で仕上圧延されて所定の板厚に圧延された後、仕上圧延機３に後続する図示しないランナウトテーブルにて、所定の温度に迄冷却され、目標とする寸法精度と機械特性を有する熱延鋼板が製造される。
【０００３】
この際、仕上圧延機３出口において、圧延終了直後に急冷すれば、鋼板の粒径を細粒化することが出来、機械特性に優れた熱延鋼板を製造出来ることが、特開平５−１１２８３１号公報及び特開２００１−１１５２１３公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、仕上圧延機３出口付近には、板厚及び板幅等の寸法と鋼板温度とを制御し、品質管理を行う為に、厚さ計、幅計及び温度計が設置されており、これらの計測器は、厚さ計がＸ線、幅計が光学式、温度計が放射線をそれぞれ用いたものであり、水が存在する環境では何れの計測器も計測が不可能である。
従って、仕上圧延直後に急冷するようにすると、大量の冷却水が計測器に流れ込み、計測が不可能となる為、仕上圧延直後に急冷することが出来ないという問題があった。
【０００５】
また、鋼板を急冷すると、その衝撃により鋼板が変形し、形状の良くない鋼板になってしまうという問題があった。
ところで、鋼板を急冷した後に通常の圧延を施すと、細粒化された鋼板の粒径が再び粗大化してしまう等の不具合が生じるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
基本的な考え方は、仕上圧延機出口付近で鋼板を急冷するようにすると、計測器が計測不能となる為、仕上圧延機の最下流スタンド（最終スタンド）とその１つ上流側のスタンドの間に、急冷装置を設置して、鋼板を急冷する。このようにすることにより、大量の冷却水は最下流スタンドにより遮られて（水切り）、計測器が設置された地点には流れ込まない為、従来同様に鋼板の寸法及び温度を正確に計測することが出来る。
【０００７】
しかし、上述したように、鋼板を急冷した後に、最下流スタンドで通常の圧延を施すと、鋼板の粒径が再び粗大化する等の不具合が生じる。
そこで、最下流スタンドでの圧下を非常に軽くし、その圧下率を例えば５％以下にして、仕上圧延をその１つ上流側のスタンド迄で実質的に終了し、この２つのスタンド間で鋼板を急冷することにより、仕上圧延直後の急冷を実現する。そして、最下流スタンドは実質的な圧延は行わない水切り用スタンドとして用いる。ここで、実質的な圧延を行わないとは、細粒化された結晶を再び粗大化させてしまうような圧延を行わないという意味である。
【０００８】
ところで、スタンド間で急冷すると、鋼板長手方向の変形抵抗が急変し、これを最下流スタンドで、例えば圧下率５％以下の軽圧下ではあるが、圧延を行うと、圧延時の後進率が大きく変化する為に、鋼板のマスフローが変化してしまう。
【０００９】
従来、鋼板のマスフロー変化を抑制する為に、マスフロー変化による鋼板のループ量をルーパ角度として捉え、これが目標値となるように上流側スタンドのモータ速度を修正するルーパ角度制御を行っているが、大きいマスフローの変化をより抑制する為には、モータの速度制御性能が高い方が良い。
そこで、急冷装置を設置したスタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータを、速度制御のカットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上である高速応答性能を有するものにすることにより、精度良くループ量を制御することが可能となる。
【００１０】
また、最下流スタンドを水切り用に使用するが、本来は板厚制御用（圧延用）のスタンドである為、その板厚制御の機能を上流側スタンドに移す必要がある。この対策は、最下流スタンド出口の板厚計が検出した板厚と目標板厚との偏差に基づき、最下流スタンドを含む各スタンドの圧下位置（ロールギャップ）を修正する従来からの板厚制御において、最下流スタンドの圧下位置は修正変化させないようにする。また、前記偏差に基づき最下流スタンドの１つ上流側のスタンド出口の目標板厚を変更すると共に、このスタンド以前の各スタンドの各圧下位置を修正することにより、板厚は、最下流スタンドの１つ上流側のスタンド迄で制御するようにする。
【００１１】
また、最下流スタンドによる圧下を軽くする為に、最下流スタンドの圧下分を、最下流スタンドより上流側の各スタンドに配分する必要がある。従って、必然的に上流側の各スタンドの圧下量が大きくなり、圧延負荷が大きくなり、条件によっては設備の能力不足となる可能性がある。
この問題点の対策は、仕上圧延機入側で、板幅方向全体に渡って加熱することにより、変形抵抗を低下させ、上流側の各スタンドの負荷上昇を抑制することが出来る。また、それに加えて、粗圧延量を大きくし、粗バーをより薄くすることも併用することが出来る。
【００１２】
更に、鋼板の機械特性を向上させる為には、急冷を実施する直前の圧延の圧下率を大きくすると良い。しかし、圧下率を大きくすると、鋼板の変形抵抗の変化及びマスフローの変化が大きくなり、鋼板のループ量を精度良く制御する必要がある。そこで、急冷する直前のスタンド（つまり、急冷装置が設けられたスタンド間の上流側のスタンド）の圧下率を３０％以上の大圧下率とし、その１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータを、速度制御のカットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上の高速応答性能を有するモータとすることにより、精度良くループ量を調節することが可能となる。
【００１３】
第１発明に係る熱延鋼板の製造方法は、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法において、前記複数スタンドの最上流のスタンド間を除く何れかのスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、該スタンド間の下流側スタンド及び該スタンドより下流側のスタンドのうち少なくとも１つのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とし、前記スタンド間の下流側スタンド及び該スタンドより下流側のスタンドのうち残りのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率又は零とすることを特徴とする。
【００１４】
この熱延鋼板の製造方法では、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する。複数スタンドの最上流のスタンド間を除く何れかのスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、そのスタンド間の下流側スタンド及びこのスタンドより下流側のスタンドのうち、少なくとも１つのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とし、その残りのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率又は零とする。
これにより、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。また、鋼板は、急冷された直後に軽圧下のスタンドを通過する為、即ち、当該スタンドのワークロール間を通過する為、急冷の衝撃による鋼板の変形が矯正される効果も期待出来る。
【００１５】
第２発明に係る熱延鋼板の製造方法は、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法において、前記複数スタンドの最下流のスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、該スタンド間の下流側スタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とすることを特徴とする。
【００１６】
この熱延鋼板の製造方法では、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する。複数スタンドの最下流のスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、そのスタンド間の下流側スタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とする。
これにより、その上流側の各スタンドで鋼板を無理なく圧延することが可能であり、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。
【００１７】
第３発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記スタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とすることを特徴とする。
【００１８】
この熱延鋼板の製造方法では、被圧延鋼板を冷却するスタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータにカットオフ周波数が３５ｒａｄ／ｓ以上のモータを用いるので、高速応答が可能であり、圧延中に発生する鋼板のループをより効率良く制御出来る。
【００１９】
第４発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記複数スタンドの最下流のスタンド出口に板厚計を用意し、該板厚計が検出した板厚に基づく板厚制御に際して、最下流のスタンドの圧下位置は固定しておくことを特徴とする。
【００２０】
第５発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記スタンド間の上流側スタンドの圧下率を３０％以上とし、該上流側スタンドの１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とすることを特徴とする。
【００２１】
この熱延鋼板の製造方法では、被圧延鋼板を冷却するスタンド間の上流側スタンドの圧下率を３０％以上とし、その上流側スタンドの１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とするので、急冷を行う直前のスタンドで３０％以上の圧下を行うことにより、より粒径を細かくすることが出来、かつ、その上流側のスタンドで鋼板を、変形を生じさせることなく圧延することが可能であり、鋼板を急冷することが出来、その衝撃により鋼板が変形せず、鋼板の粒径が粗大化しない熱延鋼板の製造方法を実現することが出来る。
【００２２】
第６発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記仕上圧延機の入側で、前記粗圧延鋼材を加熱することを特徴とする。
【００２３】
この熱延鋼板の製造方法では、仕上圧延機の入側で、粗圧延鋼材を加熱するので、急冷する前に、その上流側の各スタンドで、圧延荷重が過度に大きくなることがなく、鋼板を無理なく圧延することが可能でありる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る熱延鋼板の製造方法の実施の形態である熱間圧延装置の構成を模式的に示すブロック図である。この熱間圧延装置は、図示しない連続鋳造機により製造され加熱炉にて加熱されたスラブを、粗圧延して粗バー４（粗圧延鋼材）にする粗圧延機２と、粗圧延機２から図示しない搬送テーブルにより所定の搬送パターンで搬送された粗バーを、仕上圧延して所定の板厚の鋼板１（被圧延鋼板）に製造する仕上圧延機３と、仕上圧延された鋼板１をコイルに巻き取る図示しないダウンコイラとを備えている。
【００３１】
仕上圧延機３は、７つのスタンド２１〜２７からなるタンデム圧延機である。７つのスタンド２１〜２７には、それぞれ圧延ロール駆動モータ３１〜３７（モータ駆動回路を含む）と、それぞれの圧下位置（ロールギャップ）を制御する圧下制御装置６１〜６７とが設けられている。
スタンド２１−２２，２２−２３，２３−２４，２４−２５，２５−２６，２６−２７の各間には、被圧延鋼板を押し上げ、被圧延鋼板の張力を保つ為のルーパ４１〜４６がそれぞれ設置されている。各ルーパ４１〜４６は、与えられた各ルーパ角度の目標値になるように、各ルーパ４１〜４６が設置された各スタンド間の上流側の各スタンド２１〜２６の圧延ロール駆動モータ３１〜３７を駆動制御して、各ルーパ角度を制御する各ルーパ角度制御装置５１〜５６を備えている。
【００３２】
仕上圧延機３の入側には、粗バー４を加熱する為の加熱装置９が設けられ、加熱装置９は、加熱制御装置１１により、粗圧延機２出口に設けられた温度計７５が測定した粗バー４の温度に基づき制御される。
仕上圧延機３の入側には、粗バー４の厚さを測定する厚さ計７４が設けられ、厚さ計７４が測定した粗バー４の厚さは、設定計算装置１０に与えられる。
【００３３】
設定計算装置１０は、温度計７５が測定した粗バー４の温度も与えられ、与えられた粗バー４の温度及び粗バー４の厚さに基づき、仕上圧延機３の出側において所定の板厚を得られるような各圧下位置、及び適切な張力が得られるような各ロール周速度を設定し、それぞれ圧下制御装置６１〜６７及び圧延ロール駆動モータ３１〜３７に与える。
ここで、各スタンドの圧下位置は、後述する各スタンドにおける圧下率を満足するように設定される。即ち、粗バー４の厚さと仕上圧延機３出側における目標厚さとの偏差分を仕上圧延機３で圧延することになるが、どのスタンドでどの程度薄くするかは、後述する圧下率を満足するように設定される。本実施の形態においては、後述するように最下流スタンド２７の圧下率は非常に小さく設定される為、その１つ上流のスタンド（スタンド２６）迄にほぼ仕上圧延機３の出側における所定板厚まで薄くするように各スタンドの圧下率が設定される。
【００３４】
最下流のスタンド間（スタンド２６，２７間）には、鋼板１をその結晶粒径を所望の粒径まで細粒化できる程度に急冷出来る能力（例えば冷却速度８０℃／ｓ以上）をもつ冷却装置８１，８２が設けられ、冷却装置８１，８２は、温度計７５が測定した粗バー４の温度に基づき、冷却制御装置１３により制御される。
仕上圧延機３の出側には、鋼板１の厚さを測定する厚さ計７１、鋼板１の幅を測定する幅計７２、及び鋼板１の温度を測定する温度計７３がそれぞれ設けられている。
厚さ計７１が測定した鋼板１の厚さは、板厚制御装置１２に与えられ、板厚制御装置１２は、与えられた鋼板１の厚さに基づき、鋼板１の厚さが所定の厚さになるように、圧下制御装置６１〜６７を通じて、最下流スタンド２７を除く各スタンド２１〜２６の各圧下位置を調整することにより、板厚を目標値に制御する。
【００３５】
図２は、仕上圧延機３の任意の２スタンド間のルーパ装置の構成例を示すブロック図である。このルーパ装置は、該スタンド間の鋼板１を押し上げ、鋼板１に張力を与えるルーパロール１２４と、ルーパロール１２４を支持するルーパアーム１２４ａと、ルーパアーム１２４ａを回動させるルーパ駆動装置１２３とを備えている。尚、下流側スタンド１２２（Ｆi+1 ）を駆動する圧延ロール駆動モータは図示を省略している。
【００３６】
このルーパ装置は、また、ルーパの駆動トルクを検出するルーパ駆動トルク検出器１２６と、ルーパ駆動トルク検出器１２６が検出したトルクが、鋼板１に目標張力を与えるのに必要なトルクになるように、ルーパ駆動装置１２３を駆動制御する張力制御装置１３２と、ルーパアーム１２４ａのルーパ角度を検出するルーパ角度検出器１２７と、ルーパ角度検出器１２７が検出したルーパ角度が、設定計算装置１０から与えられた目標角度になるように、上流側スタンド１２１の圧延ロール駆動モータ１２５を駆動制御するルーパ角度制御装置１３１とを備えている。
【００３７】
このような構成のルーパ装置では、鋼板１先端部が下流側スタンド１２２に噛み込んだ後、ルーパアーム１２４ａが立ち上がり、鋼板１の張力制御が実施される。ルーパ角度制御装置１３１は、スタンド間のループ量を、ルーパ角度検出器１２７でルーパ角度として検出し、このルーパ角度が目標角度になるように、圧延ロール駆動モータ１２５の回転速度を修正して制御する。
張力制御装置１３２は、ルーパ駆動トルク検出器１２６が検出したトルクが、鋼板１に目標張力を与えるのに必要なトルクになるように、ルーパ駆動装置１２３を駆動制御する。
【００３８】
鋼板１の張力制御は、上述したように実施されるが、本実施の形態では、ルーパ装置を張力変動を吸収する緩衝装置として用いており、鋼板１の温度変動及びスタンドのロールギャップ変動等による突然の張力変動を、ルーパが作動することにより抑制する。
熱延鋼板の圧延では、温度変動及びロールギャップ変動による張力変動は避けがたく、スタンド間の急冷、及び上流側スタンドでの大圧下が実施されると、張力変動は非常に大きくなり、その結果、ルーパ角度も大きく変動し、条件によっては安定した圧延が出来なくなることも考えられる。
【００３９】
その為、圧延ロール駆動モータ１２５を応答特性の良いモータにしており、ルーパ角度制御の性能を高め、張力変動を吸収するようにしている。従来の圧延ロール駆動モータは、直流モータが主流であり、モータの速度制御の応答特性の指標となるカットオフ周波数ωc は１５ｒａｄ／ｓ程度である。これに対して、最近の、パワーエレクトロニクスの成果として、鉄鋼圧延にも適用可能な大容量のモータとして高速応答の交流モータが開発されており、このようなモータのカットオフ周波数ωc は３５ｒａｄ／ｓ以上とされている。
【００４０】
上述した２つのモータの応答特性を比較すると、図４に示すように、目標速度のステップ変更に対して、カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓの交流モータは、カットオフ周波数ωc が１５ｒａｄ／ｓの直流モータに比較して、目標値への追従時間を１／３程度に短縮することが出来る。
また、長手方向の変形抵抗変化に対するルーパ角度制御のシミュレーション結果は、図３（ａ）に示すカットオフ周波数ωc が１５ｒａｄ／ｓの直流モータの場合に比較して、図３（ｂ）に示すカットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓの交流モータの場合は、ルーパ角度の変動を小さく抑え、精度良くルーパ角度制御を行えることが分かる。
【００４１】
以下に、このような構成の熱間圧延装置の動作を説明する。
この熱間圧延装置では、粗圧延機２により粗圧延された粗バー４は、粗圧延機２から仕上圧延機３迄、図示しない搬送テーブルにより所定の搬送パターンで搬送される。仕上圧延機３では、設定計算装置１０が、仕上圧延機３入側の温度計７４及び厚さ計７５の各測定値に基づいて、仕上圧延機３出側で鋼板１の所定の板厚が得られるように、スタンド２１〜２７の各圧下位置を設定し、各スタンド間で鋼板１が適切な張力が得られるように、スタンド２１〜２７の各ロール周速度を設定する。
設定計算装置１０は、設定したスタンド２１〜２７の各圧下位置及び各ロール周速度を、それぞれ圧下設定装置６１〜６７及び圧延ロール駆動モータ３１〜３７に与え作動させる。
【００４２】
このとき、最下流のスタンド間の下流側スタンド２７（即ち最下流スタンド）の圧下率を５％以下に抑えると共に、その他の各スタンド２１〜２６出口の各板厚の目標値を設定し、最下流スタンド間の上流側のスタンド２６の圧下率を３１％（３０％以上に設定）にする。
各スタンド２１〜２７の圧下位置及びロール周速度が設定された後、冷却制御装置１３は、被圧延鋼板の結晶粒径を微細化する為に必要な冷却速度を、冷却装置８１，８２に設定する。
【００４３】
また、加熱制御装置１１は、温度計７５が測定した粗バー４の温度に基づき、仕上圧延機３の圧延負荷が以下に示すような設備制限範囲内になるような加熱量を決定する。
圧下率の設定例を図５に示す。図５において、白丸印は従来の設定例であり、黒丸印が本実施の形態における設定例である。
本実施の形態の場合、最下流スタンド２７の圧下率が非常に小さくなっている。
【００４４】
図６は、図５に示すような圧下率に設定した場合の、それぞれの圧延荷重の計算値を示すグラフである。図６において、ａは従来の圧下率の場合を示し、特に圧延荷重が高くなる前段のスタンド２１，２２においても、設備制限以内になっている。ここで、例えば圧延スタンドの圧延荷重の設備制限値が３３００ｔｏｎであるとする。
図６において、ｂは、最下流スタンド２７の圧下率を非常に小さくし、その小さくした分を上流側各スタンド２１〜２６に配分した場合を示しており、前段のスタンド２１，２２の圧延荷重が設備制限を超過してしまうことが分かる。
そこで、本実施の形態では、仕上圧延機３入側で圧延鋼板の幅方向全体を加熱装置９（誘導加熱装置）で加熱しており、この場合は、加熱により変形抵抗が小さくなり、図６のｃに示すように、前段のスタンド２１，２２の圧延荷重を設備制限内に抑えることが出来る。
【００４５】
以上のように圧延スケジュールが設定された状態で、被圧延鋼板は、仕上圧延機３により圧延される。
最下流のスタンド間（スタンド２６，２７間）では、冷却装置８１，８２により、被圧延鋼板が急冷される。被圧延鋼板は急冷されることによりその結晶粒が細粒化される。その後、被圧延鋼板は、該スタンド間の下流側スタンド（即ち最下流スタンド）２７を通過する。この際、スタンド２７の圧下率は、上述したように非常に小さい値（例えば５％以下）に設定されているので、結晶粒が再び粗大化してしまうことはない。
【００４６】
また、冷却装置８１，８２から供給された冷却水はスタンド２７により遮られる為、スタンド２７の出側に位置する厚さ計７１、幅計７２及び温度計７３は悪影響を受けることなく、それぞれ被圧延鋼板の厚さ、幅及び温度を測定することが出来る。また、被圧延鋼板は急冷された直後にスタンド２７を通過する為、急冷の衝撃による形状変化を抑制することが期待出来る。最下流スタンド２７を通過した被圧延鋼板は、図示しないランナウトテーブル上を搬送されて、図示しないダウンコイラにより巻き取られる。
ところで、粗圧延前に図示しない加熱炉で加熱されたときに生じた加熱ムラによる長手方向の温度変化の為に、被圧延鋼板の長手方向には元来、変形抵抗の変動があるが、上述した急冷により、この変形抵抗の変動が顕著になり、被圧延鋼板のマスフローが大きく変化する可能性が高くなる。
【００４７】
このマスフローの大きな変化を抑制する為に、図２において説明したように、マスフロー変化による鋼板のループ量をルーパ角度として捉え、これが目標ルーパ角度となるように、上流側スタンドの圧延ロール駆動モータの速度を修正するルーパ角度制御を行う。しかし、このような急激な変化をより抑制する為には、図２において説明したように、圧延ロール駆動モータの速度制御性能が高い方が良い。
【００４８】
そこで、冷却装置８１，８２を設置したスタンド２６，２７間の上流側スタンド２６の圧延ロール駆動モータ３６を、カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上の高速応答性能を有するモータにしており、これにより、精度良くルーパ角度を制御することが可能である。
また、スタンド２６の圧下率を、上述したように３０パーセント以上としたことにより、同様に、マスフローが大きく変化する可能性が高まるが、スタンド２６の１つ上流側のスタンド２５（つまり、最下流側スタンド２７の２つ上流側のスタンド）の圧延ロール駆動モータ３５を、カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上の高速応答性能を有するモータとすることにより、精度良くルーパ角度を制御することが可能である。
【００４９】
以上詳述したように、本実施の形態においては、最下流スタンド間に粒径を細粒化出来る能力（例えば冷却速度８０℃／ｓ）を有する冷却装置を設置し、仕上圧延機の各スタンドの圧下率を例えば図５に示すように設定して、鋼板を圧延することにより、最下流スタンド間の鋼板の急冷と、最下流スタンド間の上流側スタンド（冷却装置の手前のスタンド）までの圧延により、粒径が微細化された鋼板が製造される。そして、最下流スタンドで冷却水が遮られる為、仕上圧延機出側に設置された計測器群に悪影響を及ぼすことはない。また、鋼板は急冷された直後に最下流スタンドを通過する為、鋼板の形状変化の矯正も期待出来る。更に圧延中に発生する鋼板のループ量を、前記カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上のモータで制御することにより、より安定した圧延が可能となる。このように本実施の形態によって、結晶粒径が小さく機械特性の優れた熱延鋼板を製造することが可能となる。
【００５０】
本実施の形態においては、最下流のスタンド間に被圧延鋼板の結晶粒を微細化出来る程度に、鋼板を急冷出来る能力を有する冷却装置（急冷装置）を設置し、最下流スタンドの圧下率を、微細化された結晶粒が再び粗大化しない程度に非常に小さくする（例えば５％程度以下にする）圧延方法について説明した。本発明は、これに限るものではなく、最下流より１つ上流側のスタンド間（図１に示すスタンド２５，２６間）に冷却装置を設置し、当該スタンド間の下流側スタンド（スタンド２６）及びそれより下流側のスタンド（スタンド２７）のうち、少なくとも一方のスタンドの圧下率を、結晶粒が再粗大化しない圧下率とするようにしても良い。
【００５１】
この場合、他方のスタンドの圧下率は、結晶粒が再粗大化しない圧下率（結晶粒が再粗大化しない圧下率であれば良く、必ずしも、前記一方のスタンドの圧下率と同一である必要はない）としても良いが、零としても良い（即ち、当該スタンドの２つのワークロールの間隔を被圧延鋼板が接触しない程度に開いて（開放して）、無圧下としても良い）。
つまり、スタンド２６の圧下率を結晶粒が再粗大化しない圧下率（例えば５％程度以下）とした場合、スタンド２７の圧下率は、結晶粒が再粗大化しない圧下率（スタンド２６と同一でなくても良い）としても良いが、零としても良い（スタンド２７を開放しても良い）。
【００５２】
逆に、スタンド２６の圧下率を零として（スタンド２６を開放して）、スタンド２７の圧下率を結晶粒が再粗大化しない圧下率にしても良い。
要するに、少なくともどちらか一方のスタンドで冷却水の水切りが行えれば良い。同時に、このスタンドの軽圧下により、急冷の衝撃による鋼板の形状変化の矯正効果も期待出来る。
【００５３】
より上流側のスタンド間に急冷装置を設置する場合も同様であり、急冷装置より下流側に位置するスタンドのうち少なくとも１つのスタンドの圧下率を非常に小さくし、その残りのスタンドの圧下率を非常に小さくするか零とする。
尚、本発明においては、鋼板の結晶粒を微細化する為の冷却を行った以降のスタンド（急冷装置より下流側に位置するスタンド）は、実質的な圧延には寄与しない。従って、結晶粒を微細化する為の急冷装置をより上流側のスタンド間に設置すれば、その分だけ実質的な圧延に寄与するスタンドの数が減ってしまうことになる。
【００５４】
圧延機の能力や要求される圧延負荷（粗バーの厚さと仕上圧延機出側の鋼板の目標厚さとの偏差等）にもよるが、上記した実施の形態のように、最下流のスタンド間に急冷装置を設置し、最下流のスタンドのみを実質的な圧延に寄与しない、冷却水を遮る為のスタンド（水切り用スタンド）として用いることが、仕上圧延機に過大な負荷を与えることなく圧延出来るため望ましい。
【００５５】
【発明の効果】
第１，４発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。また、鋼板は、急冷された直後に軽圧下のスタンドを通過する為、即ち、当該スタンドのワークロール間を通過する為、急冷の衝撃による鋼板の変形が矯正される効果も期待出来る。
【００５６】
第２発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、最下流のスタンドの上流側の各スタンドで鋼板を無理なく圧延することが可能であり、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。
【００５７】
第３発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、被圧延鋼板を冷却するスタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータが高速応答して、圧延中に発生する鋼板のループをより効率良く制御出来る。
【００５８】
第５発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、急冷を行う直前のスタンドで３０％以上の圧下を行うことにより、より粒径を細かくすることが出来、かつ、その上流側のスタンドで鋼板を、変形を生じさせることなく圧延することが可能であり、鋼板を急冷することが出来、その衝撃により鋼板が変形せず、鋼板の粒径が粗大化しない熱延鋼板の製造方法を実現することが出来る。
【００５９】
第６発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、急冷する前に、その上流側の各スタンドで、圧延荷重が過度に大きくなることがなく、鋼板を無理なく圧延することが可能でありる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱延鋼板の製造方法の実施の形態である熱間圧延装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】仕上圧延機の任意の２スタンド間のルーパ装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】長手方向の変形抵抗変化に対するルーパ角度制御のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図４】圧延ロール駆動モータの応答特性の例を示す特性図である。
【図５】各スタンドの圧下率の設定例を示すグラフである。
【図６】図５に示すような圧下率に設定した場合の、各スタンドの圧延荷重の計算値を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鋼板（被圧延鋼板）
２ 粗圧延機
３ 仕上圧延機
４ 粗バー（粗圧延鋼材）
９ 加熱装置
１０ 設定計算装置
１１ 加熱制御装置
１２ 板厚制御装置
１３ 冷却制御装置
２１〜２７ スタンド
３１〜３７，１２５ 圧延ロール駆動モータ
４１〜４６ ルーパ
５１〜５６ ルーパ角度制御装置
６１〜６７ 圧下制御装置
７１，７４ 厚さ計
７２ 幅計
７３，７５ 温度計
８１，８２ 冷却装置
１２４ａ ルーパアーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板の製造方法では、連続鋳造機により製造されたスラブが加熱炉にて加熱された後、図１に示すように、粗圧延機２により粗圧延されて粗バー４とされる。粗圧延された粗バー４は、粗圧延機２から仕上圧延機３迄、図示しない搬送テーブルにより所定の搬送パターンで搬送され、仕上圧延機３で仕上圧延されて所定の板厚に圧延された後、仕上圧延機３に後続する図示しないランナウトテーブルにて、所定の温度に迄冷却され、目標とする寸法精度と機械特性を有する熱延鋼板が製造される。
【０００３】
この際、仕上圧延機３出口において、圧延終了直後に急冷すれば、鋼板の粒径を細粒化することが出来、機械特性に優れた熱延鋼板を製造出来ることが、特開平５−１１２８３１号公報及び特開２００１−１１５２１３公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、仕上圧延機３出口付近には、板厚及び板幅等の寸法と鋼板温度とを制御し、品質管理を行う為に、厚さ計、幅計及び温度計が設置されており、これらの計測器は、厚さ計がＸ線、幅計が光学式、温度計が放射線をそれぞれ用いたものであり、水が存在する環境では何れの計測器も計測が不可能である。
従って、仕上圧延直後に急冷するようにすると、大量の冷却水が計測器に流れ込み、計測が不可能となる為、仕上圧延直後に急冷することが出来ないという問題があった。
【０００５】
また、鋼板を急冷すると、その衝撃により鋼板が変形し、形状の良くない鋼板になってしまうという問題があった。
ところで、鋼板を急冷した後に通常の圧延を施すと、細粒化された鋼板の粒径が再び粗大化してしまう等の不具合が生じるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
基本的な考え方は、仕上圧延機出口付近で鋼板を急冷するようにすると、計測器が計測不能となる為、仕上圧延機の最下流スタンド（最終スタンド）とその１つ上流側のスタンドの間に、急冷装置を設置して、鋼板を急冷する。このようにすることにより、大量の冷却水は最下流スタンドにより遮られて（水切り）、計測器が設置された地点には流れ込まない為、従来同様に鋼板の寸法及び温度を正確に計測することが出来る。
【０００７】
しかし、上述したように、鋼板を急冷した後に、最下流スタンドで通常の圧延を施すと、鋼板の粒径が再び粗大化する等の不具合が生じる。
そこで、最下流スタンドでの圧下を非常に軽くし、その圧下率を例えば５％以下にして、仕上圧延をその１つ上流側のスタンド迄で実質的に終了し、この２つのスタンド間で鋼板を急冷することにより、仕上圧延直後の急冷を実現する。そして、最下流スタンドは実質的な圧延は行わない水切り用スタンドとして用いる。ここで、実質的な圧延を行わないとは、細粒化された結晶を再び粗大化させてしまうような圧延を行わないという意味である。
【０００８】
ところで、スタンド間で急冷すると、鋼板長手方向の変形抵抗が急変し、これを最下流スタンドで、例えば圧下率５％以下の軽圧下ではあるが、圧延を行うと、圧延時の後進率が大きく変化する為に、鋼板のマスフローが変化してしまう。
【０００９】
従来、鋼板のマスフロー変化を抑制する為に、マスフロー変化による鋼板のループ量をルーパ角度として捉え、これが目標値となるように上流側スタンドのモータ速度を修正するルーパ角度制御を行っているが、大きいマスフローの変化をより抑制する為には、モータの速度制御性能が高い方が良い。
そこで、急冷装置を設置したスタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータを、速度制御のカットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上である高速応答性能を有するものにすることにより、精度良くループ量を制御することが可能となる。
【００１０】
また、最下流スタンドを水切り用に使用するが、本来は板厚制御用（圧延用）のスタンドである為、その板厚制御の機能を上流側スタンドに移す必要がある。この対策は、最下流スタンド出口の板厚計が検出した板厚と目標板厚との偏差に基づき、最下流スタンドを含む各スタンドの圧下位置（ロールギャップ）を修正する従来からの板厚制御において、最下流スタンドの圧下位置は修正変化させないようにする。また、前記偏差に基づき最下流スタンドの１つ上流側のスタンド出口の目標板厚を変更すると共に、このスタンド以前の各スタンドの各圧下位置を修正することにより、板厚は、最下流スタンドの１つ上流側のスタンド迄で制御するようにする。
【００１１】
また、最下流スタンドによる圧下を軽くする為に、最下流スタンドの圧下分を、最下流スタンドより上流側の各スタンドに配分する必要がある。従って、必然的に上流側の各スタンドの圧下量が大きくなり、圧延負荷が大きくなり、条件によっては設備の能力不足となる可能性がある。
この問題点の対策は、仕上圧延機入側で、板幅方向全体に渡って加熱することにより、変形抵抗を低下させ、上流側の各スタンドの負荷上昇を抑制することが出来る。また、それに加えて、粗圧延量を大きくし、粗バーをより薄くすることも併用することが出来る。
【００１２】
更に、鋼板の機械特性を向上させる為には、急冷を実施する直前の圧延の圧下率を大きくすると良い。しかし、圧下率を大きくすると、鋼板の変形抵抗の変化及びマスフローの変化が大きくなり、鋼板のループ量を精度良く制御する必要がある。そこで、急冷する直前のスタンド（つまり、急冷装置が設けられたスタンド間の上流側のスタンド）の圧下率を３０％以上の大圧下率とし、その１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータを、速度制御のカットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上の高速応答性能を有するモータとすることにより、精度良くループ量を調節することが可能となる。
【００１３】
第１発明に係る熱延鋼板の製造方法は、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法において、前記複数スタンドの最上流のスタンド間を除く何れかのスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、該スタンド間の下流側スタンド及び該スタンドより下流側のスタンドのうち少なくとも１つのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とし、前記スタンド間の下流側スタンド及び該スタンドより下流側のスタンドのうち残りのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率又は零とすることを特徴とする。
【００１４】
この熱延鋼板の製造方法では、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する。複数スタンドの最上流のスタンド間を除く何れかのスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、そのスタンド間の下流側スタンド及びこのスタンドより下流側のスタンドのうち、少なくとも１つのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とし、その残りのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率又は零とする。
これにより、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。また、鋼板は、急冷された直後に軽圧下のスタンドを通過する為、即ち、当該スタンドのワークロール間を通過する為、急冷の衝撃による鋼板の変形が矯正される効果も期待出来る。
【００１５】
第２発明に係る熱延鋼板の製造方法は、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法において、前記複数スタンドの最下流のスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、該スタンド間の下流側スタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とすることを特徴とする。
【００１６】
この熱延鋼板の製造方法では、粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する。複数スタンドの最下流のスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、そのスタンド間の下流側スタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とする。
これにより、その上流側の各スタンドで鋼板を無理なく圧延することが可能であり、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。
【００１７】
第３発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記スタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とすることを特徴とする。
【００１８】
この熱延鋼板の製造方法では、被圧延鋼板を冷却するスタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータにカットオフ周波数が３５ｒａｄ／ｓ以上のモータを用いるので、高速応答が可能であり、圧延中に発生する鋼板のループをより効率良く制御出来る。
【００１９】
第４発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記複数スタンドの最下流のスタンド出口に板厚計を用意し、該板厚計が検出した板厚に基づく板厚制御に際して、最下流のスタンドの圧下位置は固定しておくことを特徴とする。
【００２０】
第５発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記スタンド間の上流側スタンドの圧下率を３０％以上とし、該上流側スタンドの１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とすることを特徴とする。
【００２１】
この熱延鋼板の製造方法では、被圧延鋼板を冷却するスタンド間の上流側スタンドの圧下率を３０％以上とし、その上流側スタンドの１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とするので、急冷を行う直前のスタンドで３０％以上の圧下を行うことにより、より粒径を細かくすることが出来、かつ、その上流側のスタンドで鋼板を、変形を生じさせることなく圧延することが可能であり、鋼板を急冷することが出来、その衝撃により鋼板が変形せず、鋼板の粒径が粗大化しない熱延鋼板の製造方法を実現することが出来る。
【００２２】
第６発明に係る熱延鋼板の製造方法は、前記仕上圧延機の入側で、前記粗圧延鋼材を加熱することを特徴とする。
【００２３】
この熱延鋼板の製造方法では、仕上圧延機の入側で、粗圧延鋼材を加熱するので、急冷する前に、その上流側の各スタンドで、圧延荷重が過度に大きくなることがなく、鋼板を無理なく圧延することが可能でありる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る熱延鋼板の製造方法の実施の形態である熱間圧延装置の構成を模式的に示すブロック図である。この熱間圧延装置は、図示しない連続鋳造機により製造され加熱炉にて加熱されたスラブを、粗圧延して粗バー４（粗圧延鋼材）にする粗圧延機２と、粗圧延機２から図示しない搬送テーブルにより所定の搬送パターンで搬送された粗バーを、仕上圧延して所定の板厚の鋼板１（被圧延鋼板）に製造する仕上圧延機３と、仕上圧延された鋼板１をコイルに巻き取る図示しないダウンコイラとを備えている。
【００３１】
仕上圧延機３は、７つのスタンド２１〜２７からなるタンデム圧延機である。７つのスタンド２１〜２７には、それぞれ圧延ロール駆動モータ３１〜３７（モータ駆動回路を含む）と、それぞれの圧下位置（ロールギャップ）を制御する圧下制御装置６１〜６７とが設けられている。
スタンド２１−２２，２２−２３，２３−２４，２４−２５，２５−２６，２６−２７の各間には、被圧延鋼板を押し上げ、被圧延鋼板の張力を保つ為のルーパ４１〜４６がそれぞれ設置されている。各ルーパ４１〜４６は、与えられた各ルーパ角度の目標値になるように、各ルーパ４１〜４６が設置された各スタンド間の上流側の各スタンド２１〜２６の圧延ロール駆動モータ３１〜３７を駆動制御して、各ルーパ角度を制御する各ルーパ角度制御装置５１〜５６を備えている。
【００３２】
仕上圧延機３の入側には、粗バー４を加熱する為の加熱装置９が設けられ、加熱装置９は、加熱制御装置１１により、粗圧延機２出口に設けられた温度計７５が測定した粗バー４の温度に基づき制御される。
仕上圧延機３の入側には、粗バー４の厚さを測定する厚さ計７４が設けられ、厚さ計７４が測定した粗バー４の厚さは、設定計算装置１０に与えられる。
【００３３】
設定計算装置１０は、温度計７５が測定した粗バー４の温度も与えられ、与えられた粗バー４の温度及び粗バー４の厚さに基づき、仕上圧延機３の出側において所定の板厚を得られるような各圧下位置、及び適切な張力が得られるような各ロール周速度を設定し、それぞれ圧下制御装置６１〜６７及び圧延ロール駆動モータ３１〜３７に与える。
ここで、各スタンドの圧下位置は、後述する各スタンドにおける圧下率を満足するように設定される。即ち、粗バー４の厚さと仕上圧延機３出側における目標厚さとの偏差分を仕上圧延機３で圧延することになるが、どのスタンドでどの程度薄くするかは、後述する圧下率を満足するように設定される。本実施の形態においては、後述するように最下流スタンド２７の圧下率は非常に小さく設定される為、その１つ上流のスタンド（スタンド２６）迄にほぼ仕上圧延機３の出側における所定板厚まで薄くするように各スタンドの圧下率が設定される。
【００３４】
最下流のスタンド間（スタンド２６，２７間）には、鋼板１をその結晶粒径を所望の粒径まで細粒化できる程度に急冷出来る能力（例えば冷却速度８０℃／ｓ以上）をもつ冷却装置８１，８２が設けられ、冷却装置８１，８２は、温度計７５が測定した粗バー４の温度に基づき、冷却制御装置１３により制御される。
仕上圧延機３の出側には、鋼板１の厚さを測定する厚さ計７１、鋼板１の幅を測定する幅計７２、及び鋼板１の温度を測定する温度計７３がそれぞれ設けられている。
厚さ計７１が測定した鋼板１の厚さは、板厚制御装置１２に与えられ、板厚制御装置１２は、与えられた鋼板１の厚さに基づき、鋼板１の厚さが所定の厚さになるように、圧下制御装置６１〜６７を通じて、最下流スタンド２７を除く各スタンド２１〜２６の各圧下位置を調整することにより、板厚を目標値に制御する。
【００３５】
図２は、仕上圧延機３の任意の２スタンド間のルーパ装置の構成例を示すブロック図である。このルーパ装置は、該スタンド間の鋼板１を押し上げ、鋼板１に張力を与えるルーパロール１２４と、ルーパロール１２４を支持するルーパアーム１２４ａと、ルーパアーム１２４ａを回動させるルーパ駆動装置１２３とを備えている。尚、下流側スタンド１２２（Ｆi+1 ）を駆動する圧延ロール駆動モータは図示を省略している。
【００３６】
このルーパ装置は、また、ルーパの駆動トルクを検出するルーパ駆動トルク検出器１２６と、ルーパ駆動トルク検出器１２６が検出したトルクが、鋼板１に目標張力を与えるのに必要なトルクになるように、ルーパ駆動装置１２３を駆動制御する張力制御装置１３２と、ルーパアーム１２４ａのルーパ角度を検出するルーパ角度検出器１２７と、ルーパ角度検出器１２７が検出したルーパ角度が、設定計算装置１０から与えられた目標角度になるように、上流側スタンド１２１の圧延ロール駆動モータ１２５を駆動制御するルーパ角度制御装置１３１とを備えている。
【００３７】
このような構成のルーパ装置では、鋼板１先端部が下流側スタンド１２２に噛み込んだ後、ルーパアーム１２４ａが立ち上がり、鋼板１の張力制御が実施される。ルーパ角度制御装置１３１は、スタンド間のループ量を、ルーパ角度検出器１２７でルーパ角度として検出し、このルーパ角度が目標角度になるように、圧延ロール駆動モータ１２５の回転速度を修正して制御する。
張力制御装置１３２は、ルーパ駆動トルク検出器１２６が検出したトルクが、鋼板１に目標張力を与えるのに必要なトルクになるように、ルーパ駆動装置１２３を駆動制御する。
【００３８】
鋼板１の張力制御は、上述したように実施されるが、本実施の形態では、ルーパ装置を張力変動を吸収する緩衝装置として用いており、鋼板１の温度変動及びスタンドのロールギャップ変動等による突然の張力変動を、ルーパが作動することにより抑制する。
熱延鋼板の圧延では、温度変動及びロールギャップ変動による張力変動は避けがたく、スタンド間の急冷、及び上流側スタンドでの大圧下が実施されると、張力変動は非常に大きくなり、その結果、ルーパ角度も大きく変動し、条件によっては安定した圧延が出来なくなることも考えられる。
【００３９】
その為、圧延ロール駆動モータ１２５を応答特性の良いモータにしており、ルーパ角度制御の性能を高め、張力変動を吸収するようにしている。従来の圧延ロール駆動モータは、直流モータが主流であり、モータの速度制御の応答特性の指標となるカットオフ周波数ωc は１５ｒａｄ／ｓ程度である。これに対して、最近の、パワーエレクトロニクスの成果として、鉄鋼圧延にも適用可能な大容量のモータとして高速応答の交流モータが開発されており、このようなモータのカットオフ周波数ωc は３５ｒａｄ／ｓ以上とされている。
【００４０】
上述した２つのモータの応答特性を比較すると、図４に示すように、目標速度のステップ変更に対して、カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓの交流モータは、カットオフ周波数ωc が１５ｒａｄ／ｓの直流モータに比較して、目標値への追従時間を１／３程度に短縮することが出来る。
また、長手方向の変形抵抗変化に対するルーパ角度制御のシミュレーション結果は、図３（ａ）に示すカットオフ周波数ωc が１５ｒａｄ／ｓの直流モータの場合に比較して、図３（ｂ）に示すカットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓの交流モータの場合は、ルーパ角度の変動を小さく抑え、精度良くルーパ角度制御を行えることが分かる。
【００４１】
以下に、このような構成の熱間圧延装置の動作を説明する。
この熱間圧延装置では、粗圧延機２により粗圧延された粗バー４は、粗圧延機２から仕上圧延機３迄、図示しない搬送テーブルにより所定の搬送パターンで搬送される。仕上圧延機３では、設定計算装置１０が、仕上圧延機３入側の温度計７４及び厚さ計７５の各測定値に基づいて、仕上圧延機３出側で鋼板１の所定の板厚が得られるように、スタンド２１〜２７の各圧下位置を設定し、各スタンド間で鋼板１が適切な張力が得られるように、スタンド２１〜２７の各ロール周速度を設定する。
設定計算装置１０は、設定したスタンド２１〜２７の各圧下位置及び各ロール周速度を、それぞれ圧下設定装置６１〜６７及び圧延ロール駆動モータ３１〜３７に与え作動させる。
【００４２】
このとき、最下流のスタンド間の下流側スタンド２７（即ち最下流スタンド）の圧下率を５％以下に抑えると共に、その他の各スタンド２１〜２６出口の各板厚の目標値を設定し、最下流スタンド間の上流側のスタンド２６の圧下率を３１％（３０％以上に設定）にする。
各スタンド２１〜２７の圧下位置及びロール周速度が設定された後、冷却制御装置１３は、被圧延鋼板の結晶粒径を微細化する為に必要な冷却速度を、冷却装置８１，８２に設定する。
【００４３】
また、加熱制御装置１１は、温度計７５が測定した粗バー４の温度に基づき、仕上圧延機３の圧延負荷が以下に示すような設備制限範囲内になるような加熱量を決定する。
圧下率の設定例を図５に示す。図５において、白丸印は従来の設定例であり、黒丸印が本実施の形態における設定例である。
本実施の形態の場合、最下流スタンド２７の圧下率が非常に小さくなっている。
【００４４】
図６は、図５に示すような圧下率に設定した場合の、それぞれの圧延荷重の計算値を示すグラフである。図６において、ａは従来の圧下率の場合を示し、特に圧延荷重が高くなる前段のスタンド２１，２２においても、設備制限以内になっている。ここで、例えば圧延スタンドの圧延荷重の設備制限値が３３００ｔｏｎであるとする。
図６において、ｂは、最下流スタンド２７の圧下率を非常に小さくし、その小さくした分を上流側各スタンド２１〜２６に配分した場合を示しており、前段のスタンド２１，２２の圧延荷重が設備制限を超過してしまうことが分かる。
そこで、本実施の形態では、仕上圧延機３入側で圧延鋼板の幅方向全体を加熱装置９（誘導加熱装置）で加熱しており、この場合は、加熱により変形抵抗が小さくなり、図６のｃに示すように、前段のスタンド２１，２２の圧延荷重を設備制限内に抑えることが出来る。
【００４５】
以上のように圧延スケジュールが設定された状態で、被圧延鋼板は、仕上圧延機３により圧延される。
最下流のスタンド間（スタンド２６，２７間）では、冷却装置８１，８２により、被圧延鋼板が急冷される。被圧延鋼板は急冷されることによりその結晶粒が細粒化される。その後、被圧延鋼板は、該スタンド間の下流側スタンド（即ち最下流スタンド）２７を通過する。この際、スタンド２７の圧下率は、上述したように非常に小さい値（例えば５％以下）に設定されているので、結晶粒が再び粗大化してしまうことはない。
【００４６】
また、冷却装置８１，８２から供給された冷却水はスタンド２７により遮られる為、スタンド２７の出側に位置する厚さ計７１、幅計７２及び温度計７３は悪影響を受けることなく、それぞれ被圧延鋼板の厚さ、幅及び温度を測定することが出来る。また、被圧延鋼板は急冷された直後にスタンド２７を通過する為、急冷の衝撃による形状変化を抑制することが期待出来る。最下流スタンド２７を通過した被圧延鋼板は、図示しないランナウトテーブル上を搬送されて、図示しないダウンコイラにより巻き取られる。
ところで、粗圧延前に図示しない加熱炉で加熱されたときに生じた加熱ムラによる長手方向の温度変化の為に、被圧延鋼板の長手方向には元来、変形抵抗の変動があるが、上述した急冷により、この変形抵抗の変動が顕著になり、被圧延鋼板のマスフローが大きく変化する可能性が高くなる。
【００４７】
このマスフローの大きな変化を抑制する為に、図２において説明したように、マスフロー変化による鋼板のループ量をルーパ角度として捉え、これが目標ルーパ角度となるように、上流側スタンドの圧延ロール駆動モータの速度を修正するルーパ角度制御を行う。しかし、このような急激な変化をより抑制する為には、図２において説明したように、圧延ロール駆動モータの速度制御性能が高い方が良い。
【００４８】
そこで、冷却装置８１，８２を設置したスタンド２６，２７間の上流側スタンド２６の圧延ロール駆動モータ３６を、カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上の高速応答性能を有するモータにしており、これにより、精度良くルーパ角度を制御することが可能である。
また、スタンド２６の圧下率を、上述したように３０パーセント以上としたことにより、同様に、マスフローが大きく変化する可能性が高まるが、スタンド２６の１つ上流側のスタンド２５（つまり、最下流側スタンド２７の２つ上流側のスタンド）の圧延ロール駆動モータ３５を、カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上の高速応答性能を有するモータとすることにより、精度良くルーパ角度を制御することが可能である。
【００４９】
以上詳述したように、本実施の形態においては、最下流スタンド間に粒径を細粒化出来る能力（例えば冷却速度８０℃／ｓ）を有する冷却装置を設置し、仕上圧延機の各スタンドの圧下率を例えば図５に示すように設定して、鋼板を圧延することにより、最下流スタンド間の鋼板の急冷と、最下流スタンド間の上流側スタンド（冷却装置の手前のスタンド）までの圧延により、粒径が微細化された鋼板が製造される。そして、最下流スタンドで冷却水が遮られる為、仕上圧延機出側に設置された計測器群に悪影響を及ぼすことはない。また、鋼板は急冷された直後に最下流スタンドを通過する為、鋼板の形状変化の矯正も期待出来る。更に圧延中に発生する鋼板のループ量を、前記カットオフ周波数ωc が３５ｒａｄ／ｓ以上のモータで制御することにより、より安定した圧延が可能となる。このように本実施の形態によって、結晶粒径が小さく機械特性の優れた熱延鋼板を製造することが可能となる。
【００５０】
本実施の形態においては、最下流のスタンド間に被圧延鋼板の結晶粒を微細化出来る程度に、鋼板を急冷出来る能力を有する冷却装置（急冷装置）を設置し、最下流スタンドの圧下率を、微細化された結晶粒が再び粗大化しない程度に非常に小さくする（例えば５％程度以下にする）圧延方法について説明した。本発明は、これに限るものではなく、最下流より１つ上流側のスタンド間（図１に示すスタンド２５，２６間）に冷却装置を設置し、当該スタンド間の下流側スタンド（スタンド２６）及びそれより下流側のスタンド（スタンド２７）のうち、少なくとも一方のスタンドの圧下率を、結晶粒が再粗大化しない圧下率とするようにしても良い。
【００５１】
この場合、他方のスタンドの圧下率は、結晶粒が再粗大化しない圧下率（結晶粒が再粗大化しない圧下率であれば良く、必ずしも、前記一方のスタンドの圧下率と同一である必要はない）としても良いが、零としても良い（即ち、当該スタンドの２つのワークロールの間隔を被圧延鋼板が接触しない程度に開いて（開放して）、無圧下としても良い）。
つまり、スタンド２６の圧下率を結晶粒が再粗大化しない圧下率（例えば５％程度以下）とした場合、スタンド２７の圧下率は、結晶粒が再粗大化しない圧下率（スタンド２６と同一でなくても良い）としても良いが、零としても良い（スタンド２７を開放しても良い）。
【００５２】
逆に、スタンド２６の圧下率を零として（スタンド２６を開放して）、スタンド２７の圧下率を結晶粒が再粗大化しない圧下率にしても良い。
要するに、少なくともどちらか一方のスタンドで冷却水の水切りが行えれば良い。同時に、このスタンドの軽圧下により、急冷の衝撃による鋼板の形状変化の矯正効果も期待出来る。
【００５３】
より上流側のスタンド間に急冷装置を設置する場合も同様であり、急冷装置より下流側に位置するスタンドのうち少なくとも１つのスタンドの圧下率を非常に小さくし、その残りのスタンドの圧下率を非常に小さくするか零とする。
尚、本発明においては、鋼板の結晶粒を微細化する為の冷却を行った以降のスタンド（急冷装置より下流側に位置するスタンド）は、実質的な圧延には寄与しない。従って、結晶粒を微細化する為の急冷装置をより上流側のスタンド間に設置すれば、その分だけ実質的な圧延に寄与するスタンドの数が減ってしまうことになる。
【００５４】
圧延機の能力や要求される圧延負荷（粗バーの厚さと仕上圧延機出側の鋼板の目標厚さとの偏差等）にもよるが、上記した実施の形態のように、最下流のスタンド間に急冷装置を設置し、最下流のスタンドのみを実質的な圧延に寄与しない、冷却水を遮る為のスタンド（水切り用スタンド）として用いることが、仕上圧延機に過大な負荷を与えることなく圧延出来るため望ましい。
【００５５】
【発明の効果】
第１，４発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。また、鋼板は、急冷された直後に軽圧下のスタンドを通過する為、即ち、当該スタンドのワークロール間を通過する為、急冷の衝撃による鋼板の変形が矯正される効果も期待出来る。
【００５６】
第２発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、最下流のスタンドの上流側の各スタンドで鋼板を無理なく圧延することが可能であり、計測器に悪影響を及ぼすことなく、圧延終了直後に鋼板を急冷することが出来、それにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板の製造方法及び熱間圧延装置を実現することが出来る。
【００５７】
第３発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、被圧延鋼板を冷却するスタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータが高速応答して、圧延中に発生する鋼板のループをより効率良く制御出来る。
【００５８】
第５発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、急冷を行う直前のスタンドで３０％以上の圧下を行うことにより、より粒径を細かくすることが出来、かつ、その上流側のスタンドで鋼板を、変形を生じさせることなく圧延することが可能であり、鋼板を急冷することが出来、その衝撃により鋼板が変形せず、鋼板の粒径が粗大化しない熱延鋼板の製造方法を実現することが出来る。
【００５９】
第６発明に係る熱延鋼板の製造方法によれば、急冷する前に、その上流側の各スタンドで、圧延荷重が過度に大きくなることがなく、鋼板を無理なく圧延することが可能でありる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱延鋼板の製造方法の実施の形態である熱間圧延装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】仕上圧延機の任意の２スタンド間のルーパ装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】長手方向の変形抵抗変化に対するルーパ角度制御のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図４】圧延ロール駆動モータの応答特性の例を示す特性図である。
【図５】各スタンドの圧下率の設定例を示すグラフである。
【図６】図５に示すような圧下率に設定した場合の、各スタンドの圧延荷重の計算値を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鋼板（被圧延鋼板）
２ 粗圧延機
３ 仕上圧延機
４ 粗バー（粗圧延鋼材）
９ 加熱装置
１０ 設定計算装置
１１ 加熱制御装置
１２ 板厚制御装置
１３ 冷却制御装置
２１〜２７ スタンド
３１〜３７，１２５ 圧延ロール駆動モータ
４１〜４６ ルーパ
５１〜５６ ルーパ角度制御装置
６１〜６７ 圧下制御装置
７１，７４ 厚さ計
７２ 幅計
７３，７５ 温度計
８１，８２ 冷却装置
１２４ａ ルーパアーム
Claims (6)
- 粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法において、
前記複数スタンドの最上流のスタンド間を除く何れかのスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、該スタンド間の下流側スタンド及び該スタンドより下流側のスタンドのうち少なくとも１つのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とし、前記スタンド間の下流側スタンド及び該スタンドより下流側のスタンドのうち残りのスタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率又は零とすることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。 - 粗圧延鋼材を複数スタンドからなる仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の製造方法において、
前記複数スタンドの最下流のスタンド間で、結晶粒径を微細化する為に被圧延鋼板を冷却し、該スタンド間の下流側スタンドの圧下率は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない圧下率とすることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。 - 前記スタンド間の上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とする請求項１又は２記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記複数スタンドの最下流のスタンド出口に板厚計を用意し、該板厚計が検出した板厚に基づく板厚制御に際して、最下流のスタンドの圧下位置は固定しておく請求項１乃至３の何れかに記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記スタンド間の上流側スタンドの圧下率を３０％以上とし、該上流側スタンドの１つ上流側のスタンドの圧延ロール駆動モータのカットオフ周波数を３５ｒａｄ／ｓ以上とする請求項１乃至４の何れかに記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記仕上圧延機の入側で、前記粗圧延鋼材を加熱する請求項１乃至５の何れかに記載の熱延鋼板の製造方法。
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