JP4321373B2 - 極厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造スラブや、連続鋳造スラブを予備圧延した鋼板を圧延接合して内質が均一な極厚鋼板を製造する方法に関し、特に圧下比２未満で、板厚２００ｍｍ以上のものを製造する方法として好適なものに関する。

金型、架台、磁気遮蔽および機械構造用鋼として板厚が２００ｍｍを超える極厚鋼板が用いられている。極厚鋼板は、所定の板厚とする際の圧下率を大きく取れないため内部欠陥が発生しやすく、その防止のため種々の提案がなされている。

特許文献１は、連続鋳造法で極厚鋼板を製造する方法に関し、連続鋳造材（ＣＣスラブ）におけるセンターポロシティが未圧着のまま残留し内部欠陥となるのを防止するため、板厚が最大３５０ｍｍ程度となるＣＣスラブを１５０〜３００ｍｍに圧延後、２枚を重ね合わせ、所定の温度域で圧下比２．５以上で圧延することを特徴とする。

特許文献２は、連続鋳造スラブを素材として厚さが１００ｍｍ以上の極厚鋼板を製造する方法に関し、連続鋳造スラブを重ね合わせて複合スラブを製造する際、重ね合わせ面を予め黒皮除去処理し、アモルファス金属を挟んだ後に圧下比１．６以上で熱間圧延することを特徴とする。

特許文献３は、圧延クラッド鋼板の製造方法に係り、鉄基金属からなる母材と鉄基金属またはニッケル基金属からなる合せ材の間にそれらの両材料より低融点のＮｉ−B系中間材を装入し、界面を所定の真空度とした後、所定の温度域に加熱して、当該温度域で圧下を加えることを特徴とする。
特開平４−１９０９０２号公報 特開平６−１５４６６号公報 特開平６−２６９９６０号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法は連続鋳造スラブを対象とする技術のため、スラブ寸法に制約があり、所望の寸法の極厚鋼板が得られない場合がある。特許文献２、３に記載の方法は、重ね合わせるスラブ間にアモルファス金属やＮｉ−B系金属からなる中間材を挟むため、スラブの組立てが容易でなく生産性も劣り、更に中間材のコストも高価となる。

また、これらの特許文献に記載の方法では現在稼動している設備能力（１パス当たりの圧下量）の制約により、板厚２００ｍｍ以上の鋼板の製造が困難で、需要家の要望に応じることができない場合もあった。

本発明は、圧下比２未満で、板厚２００ｍｍ以上の極厚鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、中間材を用いずにスラブを重ねあわせた場合において、重ね合わせた面の接合状態について鋭意検討し、重ね合わせたスラブの圧延パスや加熱温度などの圧延条件として適切な条件を選定した場合、中間材を用いずに、圧下比２未満で、中心応力場が十分でない場合においても、良好な接合状態が得られることを見出した。

本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、
１ 複数の鋼片を重ね合わせる面の黒皮を除去して重ね合わせる工程と、界面を真空状態にする工程及び周囲を溶接して接合界面が真空状態のまま圧延が可能な複合スラブに組立てる工程を具備し、それらの工程を経た後、熱間圧延する極厚鋼板の製造方法において、前記複合スラブを１１００℃以上に加熱して圧下比２未満での熱間圧延を行い、その後の冷却時間が下記式を満足するように冷却することを特徴とする極厚鋼板の製造方法。

ｔ≧（Ｒａ）^２／０．１５
但し、ｔ：圧延終了後、５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）
Ｒａ：黒皮除去後の鋼片表面の中心線平均粗さ（μm）
２ 複数の鋼片を重ね合わせる面の黒皮を除去して重ね合わせる工程と、界面を真空状態にする工程及び周囲を溶接して接合界面が真空状態のまま圧延が可能な複合スラブに組立てる工程を具備し、それらの工程を経た後、熱間圧延する極厚鋼板の製造方法において、前記複合スラブを１１００℃以上に加熱して圧下比２未満での熱間圧延を行った後、更に５０ＭＰａ以上の静水圧を付加し、その後の冷却時間が下記式を満足するように冷却することを特徴とする極厚鋼板の製造方法。

ｔ≧（Ｒａ）^２／０．６
但し、ｔ：圧延終了後、５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）
Ｒａ：黒皮除去後の鋼片表面の中心線平均粗さ（μm）
３ 熱間圧延後、徐冷ＢＯＸ内で圧延材を冷却することを特徴とする１または２記載の極厚鋼板の製造方法。
４ 熱間圧延後、保温材で圧延材を覆うことを特徴とする１乃至３のいずれか一つに記載の極厚鋼板の製造方法。

本発明によれば、従来、造塊スラブから製造しなければならなかった板厚寸法の極厚鋼板が、その内質を劣化させずに安価な連続鋳造スラブを素材とし、簡易な保温設備や圧延製造設備を用いて製造可能で産業上極めて有用である。

本発明は、複合スラブを圧延する際の圧下比が小さい場合は複合スラブの接合界面にミクロボイド（空隙）が残存することを前提として、前記ミクロボイド（空隙）を圧延によって減少させ、更に、接合界面上で酸化被膜を形成する酸素原子の母材内への固溶を促進させ、接合面上の非金属介在物を減少させて接合界面の接合状態を向上させることを特徴とする。

本発明が対象とする複合スラブは、複数の鋼片を、重ね合わせる面の黒皮を除去して重ね合わせる工程と、界面を真空状態にする工程及び周囲を溶接して界面が真空状態のまま圧延が可能な複合スラブを組立てる工程を具備するもので、重ね合わせる鋼片の枚数は、最終製品の板厚や、ＣＣスラブの板厚より適宜決定する。重ね合わせる面の黒皮は、２ｍｍ程度研削することが望ましい。複合スラブの周囲の溶接は、ＥＢ溶接、MIG溶接等を用いればよいが、真空チャンバー内でＥＢ溶接すると、真空引きのためのパイプの接合などの負荷が無く容易に良好な真空状態が確保でき好ましい。

本発明では複合スラブの圧延において圧下比が小さい場合には、接合界面に残存する空隙の高さ方向の最大寸法を、接合予定面の中心線平均粗さＲａ（μm）と同じと仮定して、前記中心線平均粗さＲａ（μm）による空隙を、熱間圧延後、５００℃までの冷却過程（時間）においてＦｅ原子が表面拡散して埋めるように、熱間圧延後の冷却時間を規定する。中心線平均粗さＲａ（μm）はＪＩＳＢ０６０１に定義されるものとする。

本発明では、圧延終了から５００℃までの冷却時間において、Ｆｅ原子の表面拡散する距離が前記中心線平均粗さＲａの１０倍以上の距離となった場合、Ｆｅ原子が表面拡散して空隙を埋めたものと見なして、該表面拡散に必要な時間を圧延終了から５００℃までの冷却時間であって式（１）を満足する時間と規定する。

ｔ≧（Ｒａ）^２／０．１５ （１）
但し、ｔ：圧延終了後、５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）
Ｒａ：黒皮除去後の鋼片表面の中心線平均粗さ（μm）
熱間圧延前の加熱条件は、圧延後の冷却が上述した式（１）で規定される冷却時間を容易に満足できるよう加熱温度を１１００℃以上とする。

圧延後、更に、静水圧を付加する場合は、前記表面拡散に必要な時間を圧延終了から５００℃までの冷却時間が式（２）を満足する時間と規定する。静水圧の付加はプレスなどを利用することも可能で、静水圧で５０ＭＰａ以上とする。

ｔ≧（Ｒａ）^２／０．６ （２）
但し、ｔ：圧延終了後、５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）
Ｒａ：黒皮除去後の鋼片表面の中心線平均粗さ（μm）
尚、本発明では、極厚鋼板の材質は規定せず、ＳＳ４００などの一般構造用鋼、純鉄、ＳＣ材などに適用できる。

また、熱間圧延終了後５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）が式（１）、（２）の規定を満足できない場合、徐冷ＢＯＸを用いたり、保温材などで圧延材を覆うことも可能である。

本発明の効果を実施例を用いて説明する。材質ＳＳ４００、種々の板厚のＣＣスラブを、接合界面となる表面を２ｍｍの深さまでベルトグラインダで研削し、表面粗さを測定した後重ね合わせ、真空チャンバー内で界面を真空状態とした後、接合界面の周囲をＥＢ溶接して圧延可能な複合スラブとした。

前記複合スラブを加熱後、圧下比２未満の種々の圧下比で熱間圧延し、常温まで冷却後、接合界面におけるＵＴ欠陥の有無を調査した。熱間圧延前の加熱温度は、圧延終了から５００℃まで種々の冷却時間が得られるように１１００℃〜１２５０℃の温度範囲内とした。一部の複合スラブについては、熱間圧延後、更にプレスにより静水圧を付加し、またさらに一部については徐冷ＢＯＸあるいは保温材により保温を行った。
表１に複合スラブの構成、複合スラブとする鋼片の接合予定面の表面粗さ、複合スラブの製造条件、圧延条件、冷却時間及び得られた極厚鋼板の接合界面のＵＴ試験結果を示す。

圧延終了から５００℃までの冷却時間が本発明の規定を満足するＮｏ．１，３，５、徐冷ＢＯＸあるいは保温材を用いて圧延終了から５００℃までの冷却時間が本発明の規定を満足するようにしたＮｏ．７，８の実施例では、接合界面が良好でＵＴ不良欠陥は検出されなかった。
一方、圧延終了から５００℃までの冷却時間が本発明の規定を満足しないＮｏ．２，４，６ではＵＴ不良欠陥が検出された。

表２は熱間圧延後、更にプレスにより静水圧を付加し、一部のものについては徐冷ＢＯＸあるいは保温材により保温を行う場合の複合スラブの構成、複合スラブとする鋼片の接合予定面の表面粗さ、複合スラブの製造条件、圧延条件、冷却時間及び得られた極厚鋼板の接合界面のＵＴ試験結果を示す。

圧延終了から５００℃までの冷却時間が本発明の規定を満足するＮｏ．９，１１，１３、徐冷ＢＯＸあるいは保温材を用いて圧延終了から５００℃までの冷却時間が本発明の規定を満足するようにしたＮｏ．１５，１６は接合界面が良好で、ＵＴ不良欠陥は検出されなかったが、静水圧が本発明範囲外のＮｏ．１０，圧延終了から５００℃までの冷却時間が本発明の規定を満足しないＮｏ．１２，１４ではＵＴ不良欠陥が検出された。

Claims (4)

1. 複数の鋼片を重ね合わせる面の黒皮を除去して重ね合わせる工程と、界面を真空状態にする工程及び周囲を溶接して接合界面が真空状態のまま圧延が可能な複合スラブに組立てる工程を具備し、それらの工程を経た後、熱間圧延する極厚鋼板の製造方法において、前記複合スラブを１１００℃以上に加熱して圧下比２未満での熱間圧延を行い、その後の冷却時間が下記式を満足するように冷却することを特徴とする極厚鋼板の製造方法。
   ｔ≧（Ｒａ）^２／０．１５
   但し、ｔ：圧延終了後、５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）
   Ｒａ：黒皮除去後の鋼片表面の中心線平均粗さ（μm）
2. 複数の鋼片を重ね合わせる面の黒皮を除去して重ね合わせる工程と、界面を真空状態にする工程及び周囲を溶接して接合界面が真空状態のまま圧延が可能な複合スラブに組立てる工程を具備し、それらの工程を経た後、熱間圧延する極厚鋼板の製造方法において、前記複合スラブを１１００℃以上に加熱して圧下比２未満での熱間圧延を行った後、更に５０ＭＰａ以上の静水圧を付加し、その後の冷却時間が下記式を満足するように冷却することを特徴とする極厚鋼板の製造方法。
   ｔ≧（Ｒａ）^２／０．６
   但し、ｔ：圧延終了後、５００℃までの冷却時間（ｓｅｃ）
   Ｒａ：黒皮除去後の鋼片表面の中心線平均粗さ（μm）
3. 熱間圧延後、徐冷ＢＯＸ内で圧延材を冷却することを特徴とする請求項１または２記載の極厚鋼板の製造方法。
4. 熱間圧延後、保温材で圧延材を覆うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の極厚鋼板の製造方法。