JP4217333B2

JP4217333B2 - 板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4217333B2
Application number: JP06354699A
Authority: JP
Inventors: 早登史村田; 貞和升田; 祟西井; 昌夫三上; 肇石井; 史郎長田
Original assignee: JFE Steel Corp; IHI Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; IHI Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP2000254703A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スラブ等を板厚方向にプレスする板厚プレス方法を用いた板厚プレスによる熱延鋼板用の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板等の薄板の熱間圧延は、一般に、スラブを粗圧延機により中間厚さに圧延し（この状態の圧延材をシートバーと呼ぶ）、その後、仕上圧延機で最終製品の厚さに圧延している。ここで、スラブの寸法は、スラブを加熱する加熱炉の寸法が上限となる。その結果、転炉１杯分の鋼は、通常１０数本のスラブに分割される。
【０００３】
粗圧延機から出てくるシートバーは、通常の板の圧延と同様、先後端部にタングやフィッシュテールと呼ばれる形状不良部分が、程度の差はあれ生じている。タングは板幅中央部が舌のように突出したもの、フィッシュテールは板幅両端部が魚の尻尾のように突出したものであり、いずれも正常部より幅が狭いため変形し易い。
【０００４】
そのため、これらの形状不良部分を放置しておくと、次工程の仕上圧延機でさらに変形が進み圧延トラブルの原因となるので、シートバーの段階で切断する。これらの切断された部分（いわゆるクロップ）は、歩留り低下の原因となる。
【０００５】
仕上圧延機は、一般に数スタンドからなる連続圧延機であり、板厚の薄くなった鋼帯に張力を付与した状態で圧延を行う。しかしながら、仕上圧延された熱延鋼板の先端から１００ｍ前後の部分は、コイラに到達するまでの期間、張力が作用しない状態で圧延される。また、この間、先端部は搬送ロールとの衝突や風圧による浮き上がり等により走行が不安定となるため、一般に定常状態（コイラ到達後）の半分近くまで、圧延速度を低下させて圧延せざるを得ない。
【０００６】
また、後端部についても、仕上圧延機の最終スタンドを出た後は、張力０となるため形状が劣化する。このような非定常部は、温度低下や形状不良に伴う冷却の不均一等により、一般に材質・形状とも定常部に比べて劣る。これらの材質・形状不良、あるいは形状不良に伴う蛇行等による圧延トラブルは、歩留りを低下させる原因となる。
【０００７】
仕上圧延における歩留りの向上については、複数のシートバーを接続して仕上げ圧延を行う方法が開発されている。例えば、特開平４−８９１０９号公報(従来技術１)には、先行するシートバーの後端部に後続のシートバーの先端部を順次接合して、複数のシートバーに対して連続的に仕上げ圧延を行う方法が提案されている。
【０００８】
この技術では、接合された前後端部についても、定常状態と同様の圧延が可能となるので、上記の前後端部（非定常部）の歩留りが向上する。また、先端部についても、定常状態（コイラ到達後）と同じ圧延速度で圧延することが可能となるので、圧延能率が向上する。さらに、複数のシートバーを接続して圧延するので、間欠的に圧延する場合よりも圧延能率が向上する。
【０００９】
これとは別に、複数のスラブの接合、あるいは連続鋳造スラブの直接圧延等、長尺のシートバーを製造する方法も提案されている。複数のスラブを接合する方法としては、特開昭５７−１０６４０３号公報（従来技術２）には、先行するスラブの後端部に後続のスラブの先端部を順次接合して、これら接合された複数のスラブを、プラネタリミル群により連続的にシートバーに圧延する方法が提案されている。
【００１０】
また、特開昭５９−９２１０３号公報（従来技術３）には、転炉１杯分のスラブを大圧下圧延機によりシートバーとし、そのままコイルに巻取り、その後このシートバーのコイルを巻戻して仕上圧延を行う方法が提案されている。同様に、特開昭５９−８５３０５号公報（従来技術４）には、特殊な連続鋳造機（ロータリキャスタと称している）により高速鋳造されたスラブを、圧延によりシートバーとし、一旦コイルボックスの中に巻き取った後、仕上圧延を行う方法が提案されている。
【００１１】
これらの長尺のシートバーを製造する方法によれば、クロップの切断は、長尺のシートバーの先後端部だけでよく、個々のスラブ毎のクロップ発生がなくなるので、その分、歩留りが向上する。さらに、これらの方法では、仕上圧延においても、前述の複数のシートバーを接続して仕上げ圧延を行う方法と同様の効果が得られることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来技術には、次のような問題点がある。
まず、従来技術１では、複数のシートバーを接合するためには、シートバーの先後端部の形状不良部分を切断する必要がある。従って、クロップ発生による歩留り低下の問題は、依然として解決されていない。さらに、シートバーの接合部は、他の部分に比べて強度が低く、仕上圧延の最中に接合部で破断して、ライン停止を余儀なくされるおそれがある。また、シートバーの接合は実際には溶接により行われるため、接合部の組織が粗大化し、材質不良あるいは表面割れ発生の原因となる可能性もある。
【００１３】
従来技術２記載の複数のスラブを接合する方法は、接合するスラブは板厚が厚いため、短時間で完全に接合するのは困難である。また、仮に短時間で接合できたとしても、大圧下で圧延すると接合部に静水圧成分の他に、引張り応力が作用して接合面が剥離する。そのため、圧下率を小さくする必要があり、粗圧延の能率が低下する。
【００１４】
従来技術３及び従来技術４記載の連続鋳造されたスラブを直接圧延する方法では、鋳造速度の制限から、圧延の能率を低下させるという問題がある。鋳造能力（単位時間当り重量）は、後者の公報によれば１０ｍｐｍの鋳造速度が可能としているが、現実には操業上、品質上このような高速の鋳造に成功したという報告例はない。
【００１５】
これらの従来技術のように、連続鋳造されたスラブを直接圧延する方法では、鋳造速度の制限から、粗圧延機の初段の圧延速度は、速くても数ｍ／ｍｉｎ前後に抑えられる。これは、圧延機のロール回転数にすると1ｒｐｍ前後となり超低速の圧延となる。その結果、圧延機のロールが１２００℃前後の高温の材料と長時間（数秒）接触するため、ロールの表面割れや変形あるいは焼付きが発生するという問題がある。従って、小規模な場合はともかく、熱延鋼板の製造のように大規模かつ高温材料を対象とした設備では、実現困難である。
【００１６】
また、これらのシートバーをコイルに巻き取る方法では、通常の薄板の熱延工場に適用した場合、シートバーのコイルは製品コイルの数個分であるから、１００トン近くの巨大なコイルとなる。その結果、巻取り装置等のコイリング設備が巨大化することが避けられず、設備コスト、工場のスペース等の観点から問題である。
【００１７】
この発明は、以上のような従来技術の問題点を解決し、シートバーやスラブの接合をすることなく、長尺のシートバーを製造することが可能な板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の発明により解決される。
【００１９】
その発明は、連続鋳造されたスラブに、入り側の傾斜部と出側の平坦部を備えた一対の金型を用いて、板厚方向に圧下率が０．５以上のプレス加工を加え、その際のプレス加工条件は、前記金型の傾斜部と材料の長手方向の接触長さＬ、送り量ｆ、加工前の板幅Ｗ、金型平行部により加工される体積Ｖ、出側板厚ｈ及び圧下歪εにより表される下記の不等式をともに満足する範囲内とし、プレス加工後のスラブには連続的に粗圧延を施し、引き続き仕上圧延を施して熱延鋼板とする板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法である。
【００２０】
εＬ／Ｗ＜Ａ（１）
Ｖε／（Ｗｆｈ）＜Ｂ（２）
ここで、定数Ａ，Ｂは、
Ａ＝（ΔＷ−２５）／２５０、但し、ΔＷ：板幅増加量
Ｂ＝（０．７ｄｗ−２）／２０、但し、ｄｗ：板幅変動量
【００２１】
この発明は、連続鋳造されたスラブについて、粗圧延の前段の圧延を行う代りに板厚方向のプレスを行う。この場合の圧下率は、鋳造欠陥等の内部欠陥の発生率の観点から０．５以上とする。この内部欠陥の発生率は後述のように、高い品質を得るために０．００１％とすることが望ましい。本発明では圧下率を０．５以上とすることにより、内部欠陥の発生率を０．００１％以下に抑えている。
【００２２】
次に、入り側の傾斜部と出側の平坦部を備えた一対の金型を用いてプレス加工を行うが、金型の入り側に傾斜部を設けているのは、金型の端部で材料に段差が生じないようにするためである。金型の入り側の傾斜部と接触した部分は、圧下率が平坦部の０．５以上から非接触部の０まで連続的に変化するので、段差発生による表面割れ等のトラブルが防止できる。
【００２３】
ところで、プレス加工により材料の板幅が増加するので、その増加量をできるだけ抑えることが望ましい。板幅の増加量に及ぼす要因について、鋭意検討した結果、材料が金型の傾斜部と接触する部分の縦横比、即ち長手方向の接触長さＬと板幅Ｗ（加工前の値）の比Ｌ／Ｗの影響が大きいことを突止めた。板幅の増加量は、後述のようにこの比Ｌ／Ｗと圧下歪εの積によりほぼ整理できることが分った。結局、板幅の増加量を所定値に抑えるには、この値εＬ／Ｗを一定値Ａ以下とすればよいことになる。これを式で表すと、前述の式（１）のようになる。
【００２４】
また、板幅を長手方向について見ると、金型と接触した位置の違いにより、多少の変動があることを見出した。この板幅の変動についても、影響する要因を調べたところ、金型の平坦部による加工状況と関係があることを見出した。その結果、板幅の変動は、平坦部のみによる圧下歪と全体としての圧下歪に比例することが分った。
【００２５】
平坦部のみによる加工歪は、平坦部により加工された部分の加工量と、加工後の板厚ｈの比で見積ることができる。この加工量は、平坦部により加工された部分の体積Ｖとその面積の比により平均値として表される。平坦部により加工された部分の面積は、板幅Ｗと送り量ｆの積であるから、平坦部により加工された部分の加工量は、Ｖ／（Ｗｆ）と表される。
【００２６】
これより、平坦部のみによる加工歪は、Ｖ／（Ｗｆ）／ｈ、あるいはＶ／（Ｗｆｈ）となる。板幅の変動量は、後述のようにこの比Ｖ／（Ｗｆｈ）と圧下歪εの積Ｖε／（Ｗｆｈ）によりほぼ整理できることが分った。結局、板幅の変動量を所定値に抑えるには、この値Ｖε／（Ｗｆｈ）を一定値Ｂ以下とすればよいことになる。これを式で表すと、前述の式（２）のようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。ここで、図１は、この発明の実施に用いる連続鋳造・熱延鋼帯製造設備列の一例を示す説明図である。
この連続鋳造・熱延鋼帯製造設備列は、連続鋳造設備と熱間圧延工程とを直結した直送圧延技術を利用し、熱延鋼帯コイル複数本分に相当しかつ最大で転炉１チャージ分に相当する長さのスラブを連続鋳造し、直送圧延（但し、一部で圧延以外の加工を行う）を行なうことを可能とする設備であり、熱間スラブを連続鋳造する連続鋳造設備と、該連続鋳造設備で連続鋳造された熱間スラブをシートバーに減厚加工する粗加工設備と、該粗加工設備で得られたシートバーを圧延して所定の板厚の熱延鋼帯とする仕上げ圧延機群と、該熱延鋼帯を巻き取るコイラとをこの順に配置した設備構成を有する。
【００２８】
図１において、符番１は連続鋳造設備、符番２は粗加工設備、符番３は仕上圧延機構群、符番４は走間シャー、符番５ａ，５ｂはコイラである。ここで、前記粗加工設備２の減厚加工手段を、前段の一対の金型６ａ，６ｂと、後段の粗圧延機７とで構成している。前記金型６ａ，６ｂは、夫々入り側が傾斜部、出側が平坦部となっており、スラブをプレスの途中の段階ではテ−パ状に加工する。また、前記連続鋳造設備１内の出側付近に保熱装置８を、連続鋳造設備１と粗加工設備２の間に保熱装置９を、粗加工設備２内の一対の金型６ａ，６ｂと粗圧延機７の間に保熱装置１０を、粗加工設備２と仕上圧延機群３との間に保熱装置１１を夫々設け、更に前記保熱装置１１と仕上圧延機群３との間にシートバーの板端及び／又は板全面を加熱できる加熱装置１２を設けている。
【００２９】
こうした構成の連続鋳造・熱延鋼帯製造設備列において、長尺の連続鋳造スラブ２０は、切断しないまま粗加工設備２に供給し、この粗加工設備２の金型６ａ，６ｂで鍛造加工してシートバー厚さまで減厚し（板厚方向にプレス加工し）、その後連続的に粗圧延機７にて圧延してシートバーとし、引き続き仕上圧延機構群３にて所定の製品板厚まで圧延して熱圧鋼帯２１とする。なお、板厚方向のプレス加工は、材料（連続鋳造スラブ２０）を所定の送り量で移動しながら繰り返して行なわれる。また、所定の送り量は、後述の条件に基づき決定される。次に、前記熱延圧帯２１を先ずコイラ５ａで巻き取り、製品コイルとして所定の巻き取り長さになったところで走間シャー４によって走行中の鋼帯２１を切断し、この切断部より後行の鋼帯２１をコイラ５ｂで巻き取る。そして、このコイラ５ｂについても製品コイルとして所定の巻き取り長さになったところで走間シャー４によって鋼帯２１を切断し、上記と同様に鋼帯２１を巻き取るコイラをコイラ５ｂからコイラ５ａへと切り替える。
【００３０】
図２は、板厚プレスにおける鍛造圧下率と内部欠陥の発生率の関係を示す図である。材料には、板厚１００ｍｍ及び２００ｍｍの連続鋳造スラブを用い、内部欠陥の発生率は通常の金属組織検査（マクロ腐食法）により行った。いずれの材料についても、圧下率０．３でほぼ許容範囲の０．０１％となる。この発明では、より高い品質を確保するために、内部欠陥の発生率を1桁下の０．００１％としている。
【００３１】
図３は、材料と金型が接触する部分の寸法の定義を示す図である。接触長さＬは、スラブについて、金型６の傾斜部３１と接触する部分の長手方向の長さを表す。送り量ｆは、直前のプレス加工からの移動量である。スラブ２０の斜面に加工された部分の内、この送り量ｆの部分が、金型６の平坦部３２によりプレス加工される。図の斜線の部分は、平坦部により加工された部分を示し、その体積をＶとする。また、ｈはプレス加工後の板厚を示す。
【００３２】
図４（Ａ），（Ｂ）はプレス前後のスラブの板幅の変化を説明する図であり、図４（Ａ）はプレス前の状態を、図４（Ｂ）はプレス後の状態を示すなお、図４において、Ｗはプレス前のスラブの板幅を、Ｗ₁はプレス後のスラブの谷部間の板幅を、Ｗ’はプレス後のスラブの山部間の板幅を、ｄw はＷ’とＷ₁の差を夫々示す。
【００３３】
図５は、プレス加工条件と板幅増加量の関係を示す図である。横軸は長手方向の接触長さＬと板幅Ｗの比と圧下歪εの積εＬ／Ｗ、縦軸は板幅増加量（プレス加工後の板幅Ｗ₁−Ｗ）を示す。図５では、いずれの点も、斜めの直線よりも下の領域にある。この図５より、板幅増加量を目標値の範囲内とするために必要なプレス加工条件が分る。例えば、板幅増加量の目標値を１００ｍｍ以内とすれば、εＬ／Ｗは０．３以下、目標値を１５０ｍｍ以内とすればεＬ／Ｗは０．５以下とすればよい。
【００３４】
図６は、プレス加工条件と板幅変動量の関係を示す図である。横軸は、平坦部のみによる加工量Ｖ／（Ｗｆｈ）と全体としての圧下歪εの積Ｖε／（Ｗｆｈ）、縦軸は板幅の変動量ｄWを示す。図では、いずれの点も、斜めの直線よりも下の領域にある。この図６より、板幅変動量を目標値の範囲内とするために必要なプレス加工条件が分る。例えば、板幅変動量の目標値を２０ｍｍ以内とすれば、Ｖε／（Ｗｆｈ）は０．６以下とすればよい。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は、連続鋳造されたスラブを、板厚方向のプレス加工を行い、引き続き連続的に圧延してシートバーとすることにより、シートバーやスラブの接合をすることなく、長尺のシートバーを得ることができる。プレス加工では、圧延に比べて加工歪を大きくできるので、内部欠陥の発生率の低減が可能となる。
【００３６】
さらに、プレス加工においては、入り側の傾斜部と出側の平坦部を備えた一対の金型を用いて、金型と材料の接触部分の寸法や送り量等により表される特性値に基づくプレス条件に基づき、板厚方向に加工を加えることにより、プレス加工に伴う材料の幅広がりを所定値以内に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いる連続鋳造・熱延鋼帯製造設備列の一例を示す説明図。
【図２】鍛造圧下率と内部欠陥の発生率の関係を示す図。
【図３】材料と金型が接触する部分の寸法の定義を示す図。
【図４】プレス前後の幅変化の記号の定義を示す図。
【図５】プレス加工条件と板幅増加量の関係を示す図。
【図６】プレス加工条件と板幅変動量の関係を示す図。
【符号の説明】
１…連続鋳造設備、２…粗加工設備、３…仕上圧延機構群、
４…走間シャー、５ａ，５ｂ…コイラ、
６ａ，６ｂ…金型、７…粗圧延機、８，９，１１…保熱装置、
１２…加熱装置、１３…加熱炉、２０…鋳造鋳造スラブ、
２１…熱延鋼帯、３１…傾斜部、３２…平坦部。

Claims

連続鋳造されたスラブに、入り側の傾斜部と出側の平坦部を備えた一対の金型を用いて、板厚方向に圧下率が０．５以上のプレス加工を加え、その際のプレス加工条件は、前記金型の傾斜部と材料の長手方向の接触長さＬ、送り量ｆ、加工前の板幅Ｗ、金型平行部により加工される体積Ｖ、出側板厚ｈ及び圧下歪εにより表される下記の不等式をともに満足する範囲内とし、プレス加工後のスラブには連続的に粗圧延を施し、引き続き仕上圧延を施して熱延鋼板とする板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法。
εＬ／Ｗ＜Ａ
Ｖε／（Ｗｆｈ）＜Ｂ
ここで、定数Ａ，Ｂは、
Ａ＝（ΔＷ−２５）／２５０、但し、ΔＷ：板幅増加量
Ｂ＝（０．７ｄｗ−２）／２０、但し、ｄｗ：板幅変動量