JP4218115B2

JP4218115B2 - 板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP4218115B2
Application number: JP06354799A
Authority: JP
Inventors: 早登史村田; 貞和升田; 祟西井; 昌夫三上; 肇石井; 賢一井出
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP2000254704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造スラブのような長尺の材料を板厚方向にプレスする板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法および製造装置に関する。
【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２０を粗圧延機７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３で最終製品の厚さに圧延している。ここで、スラブ２０の寸法は、スラブ２０を加熱する加熱炉１３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２０に分割される。
【０００３】
粗圧延機７から出てくるシートバー２０Ａは、通常の板の圧延と同様に、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、程度の差はあるものの必ず生じる。ちなみに、「タング」とは端部の板幅中央部が舌状に突出した形状不良部をいい、「フィッシュテール」とは端部の板幅両端部が魚の尻尾状に突出した形状不良部をいう。タング及びフィッシュテールのいずれも正常部より幅が狭いので変形し易い。
【０００４】
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３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２０Ａの段階で形状不良部分を切断除去する。この切断除去された部分（以下「クロップ」という）が長くなればなるほど製品歩留りが低下する。
【０００５】
仕上圧延機３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５ａ，５ｂ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３の最終スタンドを出た後は、張力ゼロとなるため形状が劣化する。このような非定常部は、搬送中の温度低下や形状不良に伴う冷却の不均一等により、一般に材質および形状ともに定常部に比べて劣る。これらの材質および形状不良、あるいは形状不良に伴う蛇行等による圧延トラブルは、設備稼働率を低下させるので、歩留り低下の大きな阻害要因となる。
【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】
この従来技術では、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号公報には、特殊な連続鋳造機（ロータリキャスタと呼ぶ）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】
これらの従来方法によれば、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】
しかしながら、上述した従来技術には次のような問題点がある。
【００１３】
まず、特開平４−８９１０９号公報記載の技術では、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。
【００１４】
特開昭５７−１０６４０３号公報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。
【００１５】
さらに、特開昭５９−９２１０３号公報、特開昭５９−８５３０５号公報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。
【００１６】
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（数秒間）接触することになるため、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においては実現困難である。
【００１７】
また、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。
【００１８】
本発明は上記の様々な課題を解決するためになされたものであり、その目的は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および製造装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法は、連続鋳造された板厚Ｈのスラブを、シートバーに減厚加工する粗加工と、この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加工を行い、冷却した後に巻き取る熱延鋼板の製造方法であって、前記粗加工の少なくとも一部に入側の傾斜部と出側の平坦部とを備えた一対の金型を用いた板厚方向圧下率ｒを３０％以上とした板厚プレス加工を含むことと、この板厚プレス加工の前に材料に対して下式で決定される幅圧下量以上の幅圧下を加えることを特徴とする。
【００２０】
幅圧下量＝ｆ（ｒ，Ｈ）
【００２１】
本発明は、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。この場合の板厚方向圧下率ｒは、鋳造欠陥等の内部欠陥の発生率の観点から０．３以上とする。
【００２２】
次に、入側の傾斜部６ｂと出側の平坦部６ａとを備えた上下一対の金型６を用いて板厚プレス加工を行うが、金型６の入側に傾斜部６ｂを設けているのは、金型６の端部で材料の表面に段差が生じないようにするためである。金型入側の傾斜部６ｂと接触する材料は、圧下率ｒが平坦部６ａの０．３以上から非接触部のゼロ（ｒ＝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を防止することができる。
【００２３】
ところで、材料が板厚プレス加工によって減厚されたとき、材料の板厚方向に圧下歪が分布する。平面歪状態である板幅中央部の方が分布が大きく、幅方向にも変形する平面歪状態である板端部では分布は小さい。したがって、内質改善効果を圧下歪分布の最大値で評価すると板端部は内質改善効果が小さい。
【００２４】
したがって板厚プレス加工の前に、幅方向圧下を行い、板端部にドッグボーンと呼ばれる板厚の盛り上がりを形成させるとともに、板端部の板厚を増加させてから板厚プレス加工を行うことにより、板端部の圧下歪を増加させて板中央部と同等の内質改善効果を与えることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る板厚プレスによる熱延鋼板の製造装置の概要図である。連続鋳造機１で連続鋳造されたスラブ２０は、加熱装置１３で目標温度域に加熱され、幅圧下装置９で幅圧下圧延され、粗加工設備２内で板厚プレス加工され、さらに粗圧延機７で粗圧延されてシートバー２０Ａとなる。長尺のシートバー２０Ａは、保熱装置１１および加熱装置１２により温度調整された後に仕上圧延機３に導入され、目標厚さまで仕上圧延され、鋼帯となる。さらに、鋼帯は、切断機４を経由して最終的にコイラ５ａ，５ｂにより巻き取られるようになっている。
【００２７】
幅圧下装置９は、スラブ２０を幅方向から圧延する左右一対のエッジャーローラ、あるいはスラブ２０を幅方向からプレスする左右一対のサイジングプレスからなるものである。
【００２８】
粗加工設備２は、上下一対の金型６を有する板厚プレス装置と、保熱装置１０と、粗圧延機７とを具備している。長尺の連続鋳造スラブ２０は、金型６により板厚方向にプレス鍛造され、保熱装置１０により所定温度に保持されながら粗圧延機７で粗圧延される。なお、板厚方向のプレス加工は、熱間スラブ２０を所定の送り量ｆで間欠的に送りながら繰返し行われる。
【００２９】
図２は、横軸に鍛造圧下率（板厚プレス圧下率ｒ）（％）をとり、縦軸に内部欠陥発生率（％）をとって、両者の相関について種々の条件下で調べた結果を示す特性線図である。材料として板厚１００ｍｍと２００ｍｍの連続鋳造スラブを用いた。板厚１００ｍｍのスラブに対しては圧延圧下率を１０％，２０％とそれぞれ変えたものと鋳造したままの状態のものとを用いた。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。図中にて曲線Ａは連続鋳造したままの板厚１００ｍｍスラブの結果を、曲線Ｂは連続鋳造したままの板厚２００ｍｍスラブの結果を、曲線Ｃは圧下率１０％で圧延した板厚１００ｍｍスラブの結果を、曲線Ｄは圧下率２０％で圧延した板厚１００ｍｍスラブの結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、いずれの材料についても圧下率を３０％以上としたときに内部欠陥発生率が許容値の０．０１％を下回るようになることが判明した。
【００３０】
図３は、横軸に板厚プレス加工時に発生する材料の圧下歪（＝ｌｎ（Ｈ／ｈ））をとり、縦軸に板厚方向最大塑性歪をとって、両者の相関を長尺材料の幅中央部と幅方向端部とにつき調べた結果を示す特性線図である。図から明らかなように、板厚方向プレス加工の圧下率ｒが３０％のときは、板厚中央部では圧下率３０％に相当する圧下歪（約０．３５７）で板厚方向最大歪０．６８程度となっているが、幅方向端部を同等の板厚方向最大歪にするには幅方向端部の圧下歪を０．１程度大きくする必要がある。
【００３１】
図４は、横軸に厚さＨのスラブを幅圧下圧延する際の幅圧下量ｄｗをスラブ厚さＨで割ったｄｗ／Ｈ値をとり、縦軸に幅方向端部の歪増加量をとって、幅圧延を行ったときに幅方向端部の板厚が増加し、板厚プレス加工時の圧下歪が増加する量をそれぞれプロットした特性図である。図中にて白丸は厚さＨが２５０ｍｍのスラブの結果を、白三角は厚さＨが３００ｍｍのスラブの結果を、白三角は厚さＨが２００ｍｍのスラブの結果をそれぞれプロット表示したものである。図から明らかなように、幅圧下量に対して圧下歪増加量はほぼ正比例する。このような両者の関係から、幅方向端部の圧下歪を０．１増加させるには幅圧下量をスラブ厚Ｈの１／４以上とする必要がある。なお、このような両者の正比例関係はサイジングプレスにおいても同様である。
【００３２】
一方、圧下歪０．４５（圧下率３６％程度に相当）であれば，幅圧下歪を加えなくても，板厚プレス加工によって内質改善に十分な板厚圧下歪を与えることができる。
【００３３】
したがって、板厚方向プレス圧下率ｒ（ただしｒ＞０．３）に対して必要な幅圧下量を簡略式で表わすと、例えば下式（１）のようになる。
【００３４】
幅圧下量＝ｍａｘ｛（Ｈ／４）×（０．３６−ｒ）／０．０６，０｝…（１）
なお、スラブ長に比べて幅圧下装置９から板厚プレス装置の金型６までの距離が長く、幅圧下と板厚プレスを同時に行わない場合には、材料の温度降下および生産能率の両観点から処理速度の速い幅圧下圧延を適用することが望ましい。
【００３５】
また、幅圧下と板厚プレスとを同時に行う場合は、幅圧下圧延を用いてもよいし、サイジングプレスを用いてもよい。
【００３６】
図５は、幅圧延量（ｍｍ）、スラブ幅中央部での板厚プレス加工圧下率（％）、スラブ幅中央部での内質欠陥の評価、スラブ幅方向端部での内質欠陥の評価をそれぞれ表わし、本発明の種々の実施例と比較例とを比べることにより本発明の効果を示す図である。厚さＨが２５０ｍｍの連続鋳造スラブに対して幅圧延量を０〜７０ｍｍの範囲で種々変えて幅圧下を行った後に、圧下率を２０〜３６％の範囲で種々変えて板厚プレスを行った材料の各部位における内質欠陥発生率につき調査した。その調査結果の評価を図中にて記号○×で表わした。記号○は欠陥無しのため合格であり、記号×は欠陥有りのため不合格である。サンプル番号３，６，７，８（実施例）はいずれも幅中央部および幅方向端部ともに合格であった。一方、サンプル番号１（比較例）は幅中央部および幅方向端部ともに不合格であり、サンプル番号２，４，５（比較例）はいずれも幅方向端部が不合格であった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、連続鋳造されたスラブを、板厚プレス加工の前において板厚プレス圧下率ｒとスラブ厚Ｈとの関数ｆ（ｒ，Ｈ）を用いて求められる量以上の幅圧下量を加えることで、板端部の圧下歪を板中央部に比べて大きくし、板端部と板中央部との歪状態の違いによる最大圧下歪の差を補うことができるため、幅方向全体にわたり内部欠陥の発生率を低減することができる。このようにして内部欠陥の発生率を低減したスラブを板厚方向にプレス加工し、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る板厚プレスによる熱延鋼板の製造装置の概要を示す図。
【図２】板厚プレス圧下率ｒ（％）と内部欠陥発生率（％）との相関を示す特性線図。
【図３】板厚プレス加工時に発生する材料の圧下歪（＝ｌｎ（Ｈ／ｈ））と板厚方向最大塑性歪との相関を示す特性線図。
【図４】幅圧延により幅方向端部の板厚を増大化させることによる板厚プレス時の圧下歪の増加量の結果をそれぞれプロットした特性図。
【図５】本発明の効果を示す図。
【符号の説明】
１…連続鋳造機、
２…粗加工設備、
３…仕上圧延機、
４…切断機、５ａ，５ｂ…コイラ、
６…金型、６ａ…平行部（平坦部）、６ｂ…テーパ部（傾斜部）、
７…粗圧延機、
８，１０，１１…保熱装置、
９…幅圧下装置、
１２…加熱装置、１３…加熱炉、
２０…連続鋳造スラブ、２０Ａ…シートバー。

Claims

連続鋳造された板厚Ｈのスラブを、シートバーに減厚加工する粗加工と、この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加工を行い、冷却した後に巻き取る熱延鋼板の製造方法であって、前記粗加工の少なくとも一部に入側の傾斜部と出側の平坦部とを備えた一対の金型を用いた板厚方向圧下率ｒを３０％以上とした板厚プレス加工を含むことと、この板厚プレス加工の前に材料に対して下式で決定される幅圧下量以上の幅圧下を加えることを特徴とする板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法。
幅圧下量＝ｆ（ｒ，Ｈ）