JP4397825B2

JP4397825B2 - Ｈｃｒ可否判定方法

Info

Publication number: JP4397825B2
Application number: JP2005012071A
Authority: JP
Inventors: 裕基山本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006198649A

Description

本発明は、連続鋳造工程で鋳造した鋳片を常温まで冷却することなく熱間圧延工程に移送するＨＣＲ（ホット・チャージ・ローリング）操業で、連続鋳造直後の鋳片の欠陥を判定し、熱間圧延工程への鋳片移送を行うか否かを判断するＨＣＲ可否判定方法に関するものである。

近年、製鋼工程において、「連続鋳造工程からでた鋳片をいったん常温まで落として冷鋳片とし、それを熱間圧延工程に送る」といった通常の製造方法とは別に、「連続鋳造工程からでた鋳片の温度を約４００℃〜７００℃のまま加熱炉へ移送し、熱間圧延を行う」といったＨＣＲ（ホットチャージローリング）製造方法を用いることが増えている。かかるＨＣＲ操業を用いることで製造時間が短くなる、エネルギーロスを減らせる等の利点がある。
そもそもＨＣＲ操業では、表面割れや内部割れ欠陥の起こりにくい鋼種や鋳造条件により鋳造が行われるものであるが、ユーザの製品に対する品質基準が厳しくなったことなどに起因し、ＨＣＲ操業の中間工程における鋳片欠陥検査が導入されるようになっている。

特許文献１には、ＨＣＲ操業における欠陥検査の技術が開示されている。この技術は、鋳片の一部を小試料片として採取し且つ冷却して、この小試料片にカラーチェック法による表面検査を行っているものである。
特開昭６３−１７７９１９号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、鋳片の表面割れをカラーチェックにより行うものであるため、より重大な欠陥となりうる内部割れを検出することが不可能である。内部割れ欠陥とは、鋳片内部に実際に発生した物理的な割れのことではなく、鋳片が内部から固まってゆく際の偏析に起因する金属組織上の欠陥であり、割れを引き起こす可能性があるものである。この内部割れ欠陥は、曲げ加工・溶接加工など厳しい環境下で使用したりするときに、破断や孔空きといった重大なトラブルの原因となるものの、現状のＨＣＲ操業において内部割れに対する検査は行われてはいない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、ＨＣＲ操業において、連続鋳造工程で製造された鋳片の内部割れ欠陥を検出し、その有無又は発生量に応じて当該鋳片を熱間圧延工程へ移送するか否かを判定することのできるＨＣＲ可否判定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、連続鋳造工程で鋳造した鋳片を常温まで冷却することなく熱間圧延工程に移送するＨＣＲ（ホット・チャージ・ローリング）操業で、前記連続鋳造工程で鋳造された直後の鋳片の一部を切り出して試料とし、この試料に対して、当該試料の切断面をＪＩＳＢ０６５９の５０Ｓまで研磨後、研磨面の表面温度を０〜５０℃とし、過硫酸アンモニウム（（ＮＨ ₄ ） ₂ Ｓ ₂ Ｏ ₈ ）１５〜２０％水溶液を前記研磨面に塗布し腐食させる条件で断面マクロ試験を実施し、この断面マクロ試験により判明した内部割れ欠陥の有無又は内部割れの発生量に応じて、前記鋳片を熱間圧延工程へ移送するか否かを判定することを特徴とする。

この技術的手段によれば、ＨＣＲ操業において、鋳片が熱間圧延工程に移送される前に、重大な欠陥である「鋳片内部の割れ欠陥」の検査を行うことができ、その結果を基に鋳片をＨＣＲ操業から外すか否かを判断することが可能となる。ついては、内部割れ欠陥を有するような鋳片をわざわざ加熱・圧延することを防げ、圧延コストやエネルギーロスを小さくすることができる。

過硫酸アンモニウムを用いると、研磨面の腐食処理が数分〜数十分で行われることになり、断面マクロ試験を短時間で完了できるようになる。ゆえに、鋳片のトラックタイム（連続圧延工程→熱間圧延工程への鋳片移送時間で約４時間）内に、その検査結果を得ることが可能となり、ＨＣＲ操業に遅延を発生させることはない。ちなみに、従来から行われている塩酸などを用いた断面マクロ試験は、試料の腐食処理として、８０〜１００℃程度に温度を上げた塩酸や硫酸中に試料を１〜３時間浸漬し、その後試料を切断・研磨した上で評価を行っており、トータルで７〜１０時間を必要とするものであった。サルファプリントによる試験法も同様に長時間に亘る試験となっていた。

なお、前記断面マクロ試験は、鋼種や鋳造条件が同一である製造ロット毎に行うようにするとよい。
その理由は次の通りである。
(i) 鋳片内の内部割れ欠陥が物理的破断に至るためには、鋳片の限界歪εｃと実際に発生した最大歪εｐとの関係が「εｃ−εｐ＜０」の関係を満たす必要がある。
(ii) 限界歪εｃは鋼種成分により一義的に決まる値であって、最大歪εｐは鋳造時の設備状態（ロールアライメント、２次冷却水状態など）や鋳造速度などの鋳造条件により決まる値であることが明らかとなっており、それぞれの歪εｃ，εｐは、鋼種や鋳造条件が同一である１製造ロットごとに略同一の値を有することが知られている。

これらのことから、鋳片内に内部割れが起こる状況（εｃ−εｐ＜０）は、１製造ロットにおいては略同一であり、１製造ロット毎に試料を切り出して、それに基づいたＨＣＲ可否判定を行うことで、十分な検査結果を得ることができる。
なお、連続鋳造工程から出てくる鋳片はそれぞれ内部割れ欠陥に関する品質レベルを有しており、前記断面マクロ試験の結果が該品質レベルを満たす場合のみ、熱間圧延工程への鋳片移送を行うようにするとい。
こうすることで、内部割れ欠陥の状況が品質レベルを満たすもののみ熱間圧延工程に移送されることになり、該熱間圧延工程で製造される圧延材の品質は常に一定且つ高品質のものとなる。

本発明によれば、ＨＣＲ操業において、連続鋳造工程で製造された鋳片の内部割れ欠陥を検出し、その有無又は発生量に応じて当該鋳片を熱間圧延工程へ移送するか否かを確実に判定することができる。

以下、本発明にかかるＨＣＲ判定方法を、図を基に説明する。
図１は、製鋼工場におけるＨＣＲ操業を示したものである。
図に示す如く、ＨＣＲ操業は、連続鋳造工程に備えられた連続鋳造装置１で鋳造されたスラブ等の鋳片２を常温まで冷却することなく、温度約４００℃〜７００℃のまま輸送車３で熱間圧延工程に移送するものである。輸送車３で運ばれたスラブ２は、熱間圧延工程の加熱炉４に装入されて約１２００℃まで加熱され、その後、熱間圧延機５（粗圧延機及び仕上げ圧延機）で厚板等の圧延材に圧延される。連続鋳造工程（連続鋳造装置１）と熱間圧延工程（加熱炉４と圧延機５）の配置場所は、製鋼工場のレイアウトにより異なり、近接している場合もあるし互いが離れていることもある。

連続鋳造装置１で製造されたスラブ２が加熱炉４に入るまでに要する時間は、工場のレイアウトにより異なるが約６時間程度であり、この時間をトラックタイム（移送時間）と呼ぶ。
本発明は、このようなＨＣＲ操業において、鋼種や鋳造条件が同一である製造ロット毎に、前記連続鋳造装置１で鋳造された直後のスラブ（鋳片）２の一部を切り出して試料６とし、この試料６に対して過硫酸アンモニウムを用いた断面マクロ試験を実施し、この断面マクロ試験により判明した内部割れ欠陥の有無又は内部割れの発生量に応じて、前記スラブ２を熱間圧延工程へ移送するか否か、すなわちＨＣＲ可否判定を行うものである。

ＨＣＲ可否判定は、以下の手順で行う。
まず、図２に示す如く、移送前の赤熱状態にあるスラブ２を、その幅方向にガスカッタ７を用いて所定厚み（約８０ｍｍ）で切断し試料６とする。試料６の切断面Ａはスラブ２内部が外側に露出した面となっている。
本実施形態では、試料６は各鋼種ごとに切り出さず、同一鋼種、同一鋳造条件で鋳造が実施されている単位である「製造ロット」ごとに１つの試料６を切り出している。その理由は、内部割れを起こす限界の値である限界歪εｃは鋼種成分により一義的に決まる値であって、鋳片２に実際に発生した最大歪εｐは鋳造時の設備状態（ロールアライメント、２次冷却水状態など）や鋳造速度などの鋳造条件により決まる値であることが明らかとなっており、それぞれの歪εｃ，εｐは１製造ロットごとに単一の値を有することが知られているからである。ゆえに、１製造ロット毎の試料６切り出し、それに基づいたＨＣＲ可否判定で十分な成果を得ることができる。

次に、前記試料６を常温まで冷却する。試料６はスラブ２に比べて厚身が薄く短時間で常温となる。この試料６の切断面に対して断面マクロ試験を行う。本断面マクロ試験は、まずフライスで切断面を所定の粗さ（ＪＩＳＢ０６５９の５０Ｓ）まで研磨後、過硫酸アンモニウム（（ＮＨ₄）₂Ｓ₂Ｏ₈）を含む薬液を該研磨面に塗布し腐食（エッチング）させる。フライス研磨後の鋳片表面温度は０〜５０℃とする。過硫酸アンモニウムによる研磨面の腐食反応時間は約２〜３分程度である。ＪＩＳＢ０６５９の５０Ｓの表面粗さは、塩酸などを用いた断面マクロ試験に必要とされる研磨面の平面度に比して比較的粗いものとなっている。

なお、内部割れ欠陥とは、スラブ２内部に実際に発生した物理的な割れのことではなく、スラブ２が内部から固まってゆく際の偏析に起因する金属組織上の欠陥であり、割れを引き起こす可能性があるものである。本試験方法は、薬液による腐食の進行状態が組織欠陥が存在する部分と他の部分とで異なることを利用して、検査面上に腐食斑を生じさせるものである。
腐食処理が終了した後は、肉眼や顕微鏡を用いた目視により、研磨面状の腐食斑すなわちスラブ２内の割れ欠陥の有無を探す。過硫酸アンモニウムによる腐食時間が極めて短時間で終わることに起因して、当該断面マクロ試験は約３時間程度の短時間で終わるものとなっている。

図３には、断面マクロ試験の結果の一例を示す。この図は試料６中で割れ欠陥が確認された部分のみを拡大撮影した写真である。図３（ａ），（ｂ）の上方側がスラブ２上面側であり、図下側がスラブ２下面側である。（ａ），（ｂ）両図とも、約２ｃｍ程度の割れ欠陥が肉眼で鮮明に確認できる形で現れており、当該断面マクロ試験で確実に割れ欠陥を見つけることができている。
なお、本実施形態の場合、前記腐食処理を試料６の一断面のみで行っている。これは、本願出願人がスラブ２内部における割れ欠陥の詳細調査を実施した結果、同一製造ロット内の内部割れ発生状況には再現性があり、一断面で腐食検査を実施すれば、ほぼスラブ２全長の品質レベルが予測できることを明らかにしている為である。ゆえに、各製造ロットで一断面以上の検査を実施すれば、製造ロット間のバラツキに起因する製品欠陥を見逃すことはない。

上述した断面マクロ試験の結果、その欠陥の程度により、スラブ２を例えば図４に示すような表に基づいてランク付けする。内部割れが複数ある場合は最も長い割れで判定するようにするとよい。
一方、当然のことながら、ＨＣＲ操業においては、スラブ２等の中間製品や最終製品に対する品質レベルがあり、例えば、「連続鋳造装置１から出たスラブ２は、内部割れ欠陥の品質レベルがランク０又は１を満たすこと」とうの基準が課せられている。この品質ランクを満たさないスラブ２は、下工程である熱間圧延工程に送らず、ＨＣＲ操業から外すようにしている。

こうすることで、ＨＣＲ操業により製造される厚板等の圧延材は、非常に高品質でユーザの要求を確実に満たすものとなる。
仮に、断面マクロ試験により、鋳片２内に内部割れ欠陥が存在することが判明したとしても、当該スラブ２は一旦常温まで冷却され、低級グレードのオーダに充当するようにしている。換言すれば、スラブ２の用途やユーザにより要求される「製品に対する品質レベル」が違うことから、内部割れの発生があったとしても、一概にスラブ２を欠陥品と見なすことは行っておらず、鋳片２の有効な活用ができるようになっている。

つまり、本発明にかかるＨＣＲ可否判定方法は、スラブ２の加熱炉４装入前に欠陥検査を行い、ＨＣＲ工程を続けるか否かを判断することから、内部割れ欠陥を有するようなスラブ２をわざわざ加熱・圧延することを防げ、圧延コストを省略ができる。加えて、品質ランクに応じたスラブ２を、別の（より低級な）オーダに充当することも可能であり、廃却を大幅に低減することができる。

以上述べたＨＣＲ可否判定方法を実際の操業に適用した結果を以下述べる。
本実施例で用いた断面マクロ試験の作業手順の概略と、試料６の切断面Ａのエッチングに用いた薬液は次の通りである。

［作業手順］
（１）試料６の表面温度が５０℃以下か確認する（手で触れる程度）。
（２）試験面（切断面Ａ）を水で洗浄し薬液を塗布し反応させる。
（３）反応時間は、試料６の炭素濃度０．４％未満は２分間、０．４％以上は１．５分間静置する。
（４）規定時間、静置後に試験面を水で洗浄しエアで乾燥する。
（５）検査範囲を目視で入念に疵見する。ただし、「低Ｐ・Ｓ」鋼の場合は、水で洗浄する前に疵の観察を行い、疵ありの場合はマーキングをしておき、乾燥後に再度疵見する。
（６）疵があれば疵部をマーキングし、巻き尺又は直尺で深さ・長さを測定する。
（７）記録紙に疵の位置をスケッチし、深さ・長さを記録する。
（８）疵の評価判定をする。
（９）サンプルの後始末をする。

［薬液］
・薬品名：過硫酸アンモニウム（ＮＨ₄）₂Ｓ₂Ｏ₈
・成分・含有量：９８％以上
・薬液濃度：１５〜２０％水溶液

図５には、ＨＣＲ操業により製造した厚板向けスラブ連鋳の鋳造実績と内部割れ検査の結果をまとめたものが示してある。

各製造ロットごとに、従来の方法による内部割れ欠陥発生の有無（割れなし○、割れあり×）とその際の対応、本発明にかかるＨＣＲ可否判定方法による内部割れ欠陥発生の有無（割れなし○、割れあり×）とその際の対応が記載されている。加えて、破壊が起こる限界の歪みである限界歪εｃと実スラブ２に生じた最大歪εｐの差とεｃ−εｐも記してあり、割れが生じた場合は、εｃ−εｐ＜０である。
ここでいう従来の内部割れ欠陥の検査方法とは、塩酸等を用いて検査面をエッチングするものである。検査は、鋳片２自体の品質管理のためではなく、連続鋳造装置１自体の異常を検出したり、新しい鋼種の鋳造条件が適切であるか否かの確認を行う為に実施され、一定期間毎、例えば、１回／日〜１回／月の行われていた。したがって、表からわかるように、ロット２や３，７〜１１の内部割れを見逃しており、下工程での品質不良やユーザでのクレームとなっていた可能性が高い。

本方法では各製造ロットごとに内部割れ検査を行うことにより、鋼種が変わったり鋳造条件が変更になった際に確実に内部割れ発生状況を把握し、品質不良やクレームを防止できる。図から明らかなように、従来法では検査がなされていなかったロット２，６，１１において、内部割れ欠陥が判明している。
内部割れ欠陥が発生したロット２，６，１１などについても、ユーザの求める品質レベルに応じて充当可否（ＨＣＲ可否）を判断していることから、すべて一律にスラブ２がリジェクトされている（廃品となる）わけではない。ＨＣＲ工程から外された（紐切りされた）スラブ２については、内部割れに関する品質レベルの低いオーダに再充当付け（紐付け）を可能であることから実質的な損害はほとんどない。

本方法により、限界歪εｃの異なる種々の鋼種において、鋳造速度を最大値までアップしても製品不良やユーザクレームを防止することができ、生産性の向上を図ることができた。また、ロール折損などの設備異常が発生した場合も、その設備異常に起因する厚板の欠陥を早期段階で発見することでき、大量不良の防止を行うことができた。例えば、ロット２，１１の場合は、連続鋳造装置１の冷却ノズルの一部に詰まりが発生しており、鋳造終了後、該ノズル詰まりを除去している。
当然のことながら、断面マクロ試験は、短時間且つ連鋳終了から熱間圧延工程へのトラックタイム（最短４時間）以内に確実に行えるものであるため、本ＨＣＲ可否判断方法により、ＨＣＲ操業に遅延が生じることは全くない。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、ＨＣＲ可否判定方法はスラブの判定のみならずブルームやビレットの判定にも可能である。
断面マクロ試験の薬液として、過硫酸アンモニウム水溶液を用いているが、試料６研磨面を短時間で腐食させ、割れ欠陥を明らかにできるものであればよく、本薬液に限定されるものではない。

ＨＣＲ操業を示す図である。試料の切り出しを示す図である。断面マクロ試験の結果を示す写真である。鋳片（スラブ）の品質ランクを示す図である。実施例の結果を示す図である。

符号の説明

１連続鋳造装置
２スラブ（鋳片）
３輸送車
４加熱炉
５圧延機
６試料

Claims

連続鋳造工程で鋳造した鋳片を常温まで冷却することなく熱間圧延工程に移送するＨＣＲ（ホット・チャージ・ローリング）操業で、
前記連続鋳造工程で鋳造された直後の鋳片の一部を切り出して試料とし、
この試料に対して、当該試料の切断面をＪＩＳＢ０６５９の５０Ｓまで研磨後、研磨面の表面温度を０〜５０℃とし、過硫酸アンモニウム（（ＮＨ ₄ ） ₂ Ｓ ₂ Ｏ ₈ ）１５〜２０％水溶液を前記研磨面に塗布し腐食させる条件で断面マクロ試験を実施し、
この断面マクロ試験により判明した内部割れ欠陥の有無又は内部割れの発生量に応じて、前記鋳片を熱間圧延工程へ移送するか否かを判定する
ことを特徴とするＨＣＲ可否判定方法。
前記断面マクロ試験を、鋼種や鋳造条件が同一である製造ロット毎に行うことを特徴とする請求項１に記載のＨＣＲ可否判定方法。
前記鋳片はそれぞれ内部割れ欠陥に関する品質レベルを有しており、
前記断面マクロ試験の結果が該品質レベルを満たす場合のみ、熱間圧延工程への鋳片移送を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＨＣＲ可否判定方法。