JP4507867B2

JP4507867B2 - 熱延鋼板の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP4507867B2
Application number: JP2004355468A
Authority: JP
Inventors: 和喜木村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: JP2006159261A

Description

本発明は、熱延鋼板の製造方法及び製造装置に関し、具体的には、粗圧延材を複数スタンドからなる仕上圧延機により仕上圧延する熱延鋼板の製造方法及び製造装置に関する。

図１は、従来の熱延鋼板の製造装置を模式的に示す説明図である。同図に示すように、まず、連続鋳造機により製造されたスラブ７を加熱炉４に装入して所定の温度に加熱してから抽出し、スタンドＲ１〜Ｒ６を備える粗圧延機３により粗圧延することにより粗圧延材である粗バー８とする。次に、この粗バー８を、粗圧延機３から仕上圧延機２まで搬送テーブル（図示しない）により所定の搬送パターンで搬送し、スタンドＦ１〜Ｆ７を備える仕上圧延機２により仕上圧延して所定の板厚に圧延した後、仕上圧延機２に後続するランナウトテーブル冷却装置５により所定の温度にまで冷却し、目標とする寸法精度及び機械特性を有する熱延鋼板１を製造する。

この際、特許文献１及び特許文献２に開示される発明のように、仕上圧延機２の出口において圧延終了直後に被圧延材を強冷することができれば、熱延鋼板１の粒径を細粒化することができるために熱延鋼板１の機械特性を良好にすることができる。

仕上圧延機２の出口付近には、熱延鋼板１の板厚及び板幅等の寸法及び温度を所定の値に制御するために、厚さ計や幅計さらには温度計といった各種の測定機器が配置されている。これらの測定機器は、いずれも、水が存在する環境下では計測を行うことができない。このため、仕上圧延直後に強冷して熱延鋼板１の組織を細粒化しようとすると、大量の冷却水がこれら測定機器に流れ込んでしまい、熱延鋼板１の板厚及び板幅等の寸法及び温度を計測できなくなる。したがって、既存の圧延設備を用いて仕上圧延を終了した直後に熱延鋼板１に冷却水を噴射して強冷することはできない。

そこで、特許文献３には、複数のスタンドからなら仕上圧延機の最終スタンド間で被圧延材を冷却し、最終スタンドを冷却水を堰止める水切りとして機能させるために最終スタンドでは極軽圧下の圧延を行う発明が開示されている。
特開平５−１１２８３１号公報特開２００１−１１５２１３号公報特開２００３−３０５５０２号公報

しかし、特許文献３により開示された発明には、以下に列記する課題（ｉ）〜（ｉｖ）がある。
（ｉ）図１に示すように複数のスタンドＦ１〜Ｆ７からなる仕上圧延機２では、被圧延材である鋼板１は１本ずつ非連続的にスタンドＦ１〜Ｆ７に通板されて圧延される。各スタンドＦ１〜Ｆ７の間に存在する鋼板１の先端部は、張力が作用しない状態で下流のスタンドへ噛み込んで行き、各スタンドＦ１〜Ｆ７の間では、下流側のスタンドに鋼板１が噛み込んだ後に各スタンドＦ１〜Ｆ７の間に設置されたルーパが立ち上がって鋼板１と接触する。鋼板１のループ量はルーパ角度の変動として捉えられ、ルーパ角度が目標値になるように各スタンドＦ１〜Ｆ７のロール周速度が制御される。鋼板１の張力は、スタンド間ルーパ駆動トルクを修正することにより制御される。そして、一般的に、鋼板１が各スタンドＦ１〜Ｆ７に噛み込んだことは、各スタンドＦ１〜Ｆ７に設けられた荷重計の検出値がある値以上になったことにより、検出される。

このため、特許文献３により開示された発明により最終スタンドＦ７での軽圧下を行うと、圧延荷重の値が非常に小さくなるために検出ノイズの影響を強く受けることとなり、最終スタンドＦ７の荷重計の検出値によって鋼板１の最終スタンドＦ７へ噛み込んだことを検出することができなくなる。

（ｉｉ）鋼板１の先端部が各スタンドＦ１〜Ｆ７の間を通過している時には、鋼板１の先端部には張力が作用していないため、鋼板１は、直進するのではなく非常に不安定な状態にある。そこで、鋼板１の先端部を、各スタンドＦ１〜Ｆ７の入側に設けられた、上方への進行を防止する上反り防止ガイド、下方への進行を防止するエプロン、及び左右方向への進行を防止するサイドガイドによって、ロールバイト内へ誘導している。

このような不安定な状態にある鋼板１を強力な冷却装置により強冷すると、鋼板１の先端部を吹き上げたり押し下げたりしてしまい、鋼板１の先端部を下流側のスタンドのロールバイト内へ誘導することができなくなり、通板トラブルとなる可能性が非常に大きい。

（ｉｉｉ）鋼板１の先端部が最終スタンドＦ７に噛み込んで、鋼板１に対する圧延及び冷却が開始された後では、従来のように最終スタンドＦ７の出口に設置された温度計を用いても冷却後の鋼板１の温度しか測定できないため、第６スタンドＦ６の出口における鋼板１の温度を最終の仕上圧延出口温度として用いざるを得なくなり、熱延鋼板１の機械特性を的確に管理できない。

（ｉｖ）最終スタンドＦ７及び第６スタンドＦ６の間で強力な冷却を行うには、冷却停止温度や冷却速度を精度良く制御する必要があるが、従来の仕上圧延機２の入側及び仕上最終スタンド出口に設置された温度計９、１０では、仕上圧延機２の内部での温度変動の影響と冷却装置１０３による温度降下量とを正しく評価することができないため、冷却装置１０３の冷却能力を適正に把握することができない。

上述した図１及び後述する図２における符号を括弧により付して説明すると、本発明は、粗圧延材である粗バー（８）を、最終スタンド（１０２）とこの最終スタンド（１０２）の１段前のスタンド（１０１）との間に、被圧延材（１）に与える温度降下量が１５０℃以上であるスタンド間冷却装置（１０３）と、このスタンド間冷却装置（１０３）の入側及び出側にそれぞれ設けられた温度計（１０４、１０５）とを備えたタンデム圧延機列２を用い、最終スタンド（１０２）の圧下率を結晶粒径が粗大化しない圧下率として仕上圧延する熱延鋼板１の製造方法であって、１段前のスタンド（１０１）のロール回転数から被圧延材（１）の先端部をトラッキングし、トラッキングした先端部が最終スタンド（１０２）に噛み込んだ後に、スタンド間冷却装置（１０３）による冷却を開始するとともに、スタンド間冷却装置（１０３）の冷却能力である、冷却時の熱伝達係数を、温度計（１０４、１０５）の検出値に基づいて被圧延材（１）の種類毎に予め求めたスタンド間冷却装置（１０３）の熱伝達係数を用いて被圧延材（１）の種類に応じてスタンド間冷却装置（１０３）の水量を設定することにより、制御しながら、被圧延材（１）の冷却を行うことによって、１段前のスタンド（１０１）の出口における温度がＡｅ_３点以上である被圧延材（１）をスタンド間冷却装置（１０３）によりＡｅ_３点未満の温度に冷却し、最終スタンド（１０２）の出口における被圧延材（１）の温度をＡｅ_３点未満の温度とすることを特徴とする熱延鋼板（１）の製造方法である。

これらの本発明に係る熱延鋼板の製造方法では、スタンド間冷却装置（１０４）での被圧延材（１）の冷却が、１段前のスタンド（１０１）での圧延後０．５秒以内に開始することが望ましい。

別の観点からは、本発明は、粗圧延材（８）をタンデム圧延機列Ｆ１〜Ｆ７を用いて仕上圧延する熱延鋼板１の製造装置であって、タンデム圧延機列Ｆ１〜Ｆ７の最終スタンドＦ７とこの最終スタンドＦ７の１段前のスタンドＦ６との間に設けられた、被圧延材（１）に与える温度降下量が１５０℃以上であるスタンド間冷却装置（１０３）と、このスタンド間冷却装置（１０３）の入側及び出側にそれぞれ設けられた被圧延材（１）の表面温度を測定可能な温度計（１０４、１０５）と、１段前のスタンドＦ６のロール回転数から被圧延材（１）の先端部をトラッキングし、トラッキングした先端部が最終スタンドＦ７に噛み込んだ後に、スタンド間冷却装置（１０３）による冷却を開始するとともに、スタンド間冷却装置（１０３）の冷却能力である、冷却時の熱伝達係数を、温度計（１０４、１０５）の検出値に基づいて被圧延材（１）の種類毎に予め求めたスタンド間冷却装置（１０３）の熱伝達係数を用いて被圧延材（１）の種類に応じてスタンド間冷却装置（１０３）の水量を設定することにより、制御しながら、被圧延材（１）の冷却を行うことによって、１段前のスタンドＦ６の出口における温度がＡｅ_３点以上である被圧延材（１）をスタンド間冷却装置（１０３）によりＡｅ_３点未満の温度に冷却し、最終スタンドＦ７の出口における被圧延材（１）の温度をＡｅ_３点未満の温度とするための制御装置（１１０）とを備えることを特徴とする熱延鋼板（１）の製造装置である。

本発明に係る熱延鋼板の製造方法及び製造装置により、圧延トラブルを引き起こすことなく、良好な温度制御精度で圧延終了直後に鋼板を強冷することができ、これにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板を、安定して量産することができるようになる。

以下、本発明に係る熱延鋼板の製造方法及び製造装置を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら、説明する。
図１は、本発明に係る熱延鋼板の製造方法及び製造装置を適用する熱間圧延ライン０を模式的に示す説明図である。

同図において、符号１は熱延鋼板（以下単に「鋼板」という）を示し、符号２は複数スタンド（図示例はＦ１〜Ｆ７の７スタンドである場合を示す）からなる仕上圧延機を示す。仕上圧延機２の７基のスタンドＦ１〜Ｆ７は、上流側から順に第１スタンドＦ１、第２スタンドＦ２、・・・、第７スタンドＦ７という。また、符号３は粗圧延機を示し、符号４は加熱炉を示し、符号５はランナウトテーブル冷却装置を示し、符号６は鋼板１をコイルに巻き取る巻取機を示し、符号７は鋼板の母材であるスラブを示し、符号８は粗圧延機３により圧延された中間製品である粗バー（粗圧延材）を示し、符号９は粗圧延機３の出口において粗バー８の温度を測定する温度計を示し、さらに、符号１０は仕上圧延機２の出口において鋼板１の温度を測定する温度計を示す。なお、本例では、温度計９、１０は、新設するのではなく、従来から品質管理及び温度制御に用いている既設の温度計を流用した。

本実施の形態の製造方法により製造する熱延鋼板１の組成は、特段の限定を要するものではなく、仕上圧延温度の管理が要求される鋼種であれば等しく適用される。本実施の形態では、鋼板１として、Ｃ：０．０５〜０．２５％（本明細書では特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味する）、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：０．８〜２．５％、Ａｌ：０．０１〜１．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．０１％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物を含有する鋼板を用いたので、このような組成を有する鋼板１を用いた理由を簡単に説明するが、本発明はこの鋼種に限定されるものではない。

Ｃ：０．０５〜０．２５％
Ｃ含有量を０．０５％以上０．２５％以下とするのは、炭化物からなる硬質の第２相を形成することにより、鋼板１の高強度化を図るためである。

Ｓｉ：０．０５〜２．５％
Ｓｉ含有量を０．０５％以上２．５％以下とするのは、固溶強化により鋼板１の高強度化を図るためである。

Ｍｎ：０．８〜２．５％
Ｍｎ含有量を０．８％以上２．５％以下とするのは、固溶強化により鋼板１の高強度化を図るためである。

Ｐ：０．０５％以下
Ｐ含有量を０．０５％以下とするのは、鋼板１の溶接性の悪化を防ぐためである。
Ａｌ：０．０１〜１．０％
Ａｌ含有量を０.０１％以上１．０％以下とするのは、鋼板１の伸び及び加工性の悪化を防ぐためである。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓ含有量を０．０１％以下とするのは、鋼板１の伸び及び加工性の悪化を防ぐためである。

Ｎ：０．０１％以下
Ｎ含有量を０．０１％以下とするのは、鋼板１の伸び及び加工性の悪化を防ぐためである。

鋼板１は、これら以外には、Ｆｅ及び不可避的不純物を含有する。
この熱間圧延ライン０では、図示しない連続鋳造機により製造され加熱炉４により所定の温度に加熱されたスラブ７を粗圧延機３により粗圧延して粗バー８とし、粗圧延機３から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８を、仕上圧延機２により仕上圧延して所定の板厚の鋼板１とした後、仕上圧延された鋼板１を、ランナウトテーブル冷却装置５により所定の温度に冷却し、巻取機６によりコイルに巻き取って、製品である熱延鋼板１とする。

図２は、この熱間圧延ライン０における仕上圧延機２の下流側の２スタンドＦ６、Ｆ７とこの間に設けられた付帯設備を模式的に示す説明図である。なお、同図においては、符号１０１は最終スタンドＦ７の一つ上流のスタンドＦ６を示し、符号１０２は最終スタンドＦ７を示し、符号１０３は最終スタンド１０２により鋼板１を強冷するための冷却装置を示す。なお、本明細書において「強冷」とは鋼板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冷却すること、例えば１００℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することを意味する。

冷却装置１０３は、鋼板１をその上下方向から幅方向の全面に渡って冷却するためにスタンド１０１（Ｆ６）、１０２（Ｆ７）間という非常に狭いスペースに設置するため、本実施の形態では図示するように、鋼板１の長手方向、すなわち圧延方向に複数個（図示例では２個）に分割して配置した。ただし、以降の説明では、説明を簡略化して理解を容易とするために一体物として扱う。

図２における符号１０４は水環境下においても測定可能な冷却装置入側温度計（以下単に「温度計」という）を示し、符号１０５は水環境下においても測定可能な冷却装置出側温度計（以下単に「温度計」という）を示し、符号１０８はスタンド１０１のロール駆動モータ回転計（ロール回転計）を示し、符号１０９はルーパ装置を示し、さらに、符号１１０は、冷却装置１０３の水量の設定を行う制御装置を示す。

制御装置１１０は、粗圧延機３の出口の温度計９の測定値を初期値として、鋼板１の温度降下を計算し、この計算温度に基づいて所定の製品板厚を得られるように、各スタンドＦ１〜Ｆ７のロールギャップを決定する圧下位置と、圧延速度を決定するロール周速度とを、演算して設定する。

制御装置１１０によって、最終スタンドＦ７の圧下位置は、例えば、圧下率が急冷により細粒化された結晶粒が再び再粗大化しない圧下率である５％程度以下（例えば４％）の軽圧下になるように、設定される。また、制御装置１１０によって、最終スタンド１０２（Ｆ７）以外のその他の各スタンドＦ１〜Ｆ６の出口の各板厚の目標値が設定される。例えば、第６スタンド１０１（Ｆ６）の圧下率が３０％になるように、各スタンドＦ１〜Ｆ６の出口の各板厚の目標値を設定する。

冷却制御装置１１０は、各スタンドＦ１〜Ｆ７の圧下位置及びロール周速度を設定した後、さらに、鋼板１の結晶粒径を微細化するために必要となる冷却装置１０３の冷却開始時間や冷却停止温度を設定する。

細粒化が製品である熱延鋼板１の強度や加工性といった機械特性の向上をもたらすためには、冷却装置１０３による冷却を、細粒化された粒が粒成長する前に開始すること、例えば第６スタンド１０１の圧延終了後０．５秒間以内に開始するとともに、第６スタンド１０１の出口における鋼板１の温度から１５０℃以上、好ましくは、２００℃以上低下させるように冷却することが、それぞれ望ましい。

この冷却装置１０３による冷却により、最終スタンド１０２の出口における鋼板１の温度をＡｅ_３点未満とする。冷却装置１０３により、等温変態曲線におけるフェライトノーズに冷却を停止させることができる。

本実施の形態では、このようにして仕上圧延機２による圧延スケジュール及び動作条件を設定してから、粗バー８に対して仕上圧延を行って鋼板１を製造する。鋼板１は強冷されることによりその結晶粒が細粒化されるために、本実施の形態では、第６スタンド１０１（Ｆ６）を出たときの圧延終了時の温度がＡｅ_３点以上であることを、温度計１０４により鋼板１の温度を測定することにより、確認する。

そして、鋼板１は、仕上圧延機２の第1スタンドＦ１から順次通板され、第６スタンド１０１（Ｆ６）と最終スタンド１０２（Ｆ７）との間に到達する。
鋼板１の先端部が第６スタンド１０１に到達したタイミングを、図示しない第６スタンド１０１の荷重計の検出値の変化により検出し、検出したタイミングから、ロール回転計１０８によりロールの回転数を検出し、予め計算で求められた第６スタンド１０１の先進率とロール径とから鋼板１の速度を求め、第６スタンド１０１〜最終スタンド１０２間の距離から最終スタンド１０２への噛み込みタイミングを求める。

そして、鋼板１が最終スタンド１０２へ噛み込んだタイミング、又は計算誤差を勘案してこのタイミングよりも少し遅らせたタイミングで、冷却装置１０３から冷却水を噴射して鋼板１の冷却を開始するとともに、ルーパ装置１０９も作動させ、鋼板１と接触した状態で鋼板１のループ量及び張力を適切な状態にするための制御を開始する。

このように、第６スタンド１０１（Ｆ６）を鋼板１の先端部が通過した直後からロール回転計１０８の測定値が制御装置１１０に送られ、鋼板１の移動距離が計算される。そして、最終スタンド１０２（Ｆ７）に噛み込んだ後であって鋼板１の先端が、第６スタンド１０１（Ｆ６）〜最終スタンド１０２（Ｆ７）間の距離に距離α（余裕代）を付加した距離だけ進行した時点で、冷却装置１０３による鋼板１の強冷を開始するとともに、ルーパ装置１０９による鋼板１の張力制御を開始する。

これらの制御は、第６スタンド１０１を鋼板１の尾端部が抜けるまで行う。鋼板１の尾端部が第６スタンド１０１を抜けると尾端部を拘束するものが無くなるため、冷却装置１０３からの冷却水により鋼板１が吹き上げられるトラブルに至ることが、防止される。

そして、次チャンスの圧延が開始されると、温度計９により測定される粗バー８の温度に応じて予め設定してある冷却パターン（長手方向の制御タイミングごとに設定された冷却水量）に基づいて、鋼板１を強冷する。

ここで、圧延開始後の鋼板１の温度の管理とその制御とを、具体的に説明する。
圧延終了時の仕上出口温度として８５０℃を目標とする製品板厚２．３ｍｍ、板幅１０５０ｍｍの鋼板１を、表１に示す板厚スケジュールにより圧延して製造する際の鋼板１の温度降下(表面温度）のシミュレーション結果を、従来方法及び本発明法とについて比較して、図３にグラフで示す。なお、このシミュレーションでは、鋼板１の組成は、Ｃ：０．１０％、Ｓｉ：０．０６％、Ｍｎ：１．１０％及びＡｌ：０．１％を含有する鋼組成とした。

表１に示すように、本発明法では最終スタンドＦ７において圧下率４％の軽圧下を行った。また、図３に示すグラフの横軸における符号Ｆ１〜Ｆ６は、それぞれ第１スタンドＦ１〜第６スタンド１０１（Ｆ６)の出口における鋼板１の表面温度を示し、符号ＦＴは既設の温度計１０による鋼板１の表面温度を示す。ここで、第６スタンド１０１（Ｆ６)の出口における鋼板１の温度は、冷却装置１０３の入側の温度計１０４による鋼板１の温度を示す。また、図３のグラフにおける本発明法を示す●印では、符号Ｆ７は、最終スタンドＦ７の入側、すなわち冷却装置１０３の出側の温度計１０５による鋼板１の温度を示す。

図３に示すグラフより、従来法（○印で示す）では、当然のことながら、温度計１０の設置位置での温度が目標温度になるように制御される。これに対し、●で示す本発明法では、第６スタンド１０１と最終スタンド１０２との間で冷却装置１０３により強冷されるため、温度計１０の位置ではＡｅ_３点を大きく下回った温度となっており、温度計１０の測定値を用いて鋼板１の温度管理を行うことは妥当でない。

そこで、本発明法では、第６スタンドＦ６で仕上圧延が完了するものとして、冷却装置１０３の直前に温度計１０４を設置し、この温度計１０４の検出値に基づいて鋼板１の仕上圧延終了温度を管理する。この際、温度計１０４の極近傍に冷却装置１０３が配置されるため、温度計１０のような通常の温度計では冷却水の影響を受けて正常な温度測定を行うことができない。

このため、本実施の形態における温度計１０４には、例えば、特願２００４−１３０３５３号に記載された、水環境下においても測定可能な温度計を用いる。この温度計１０４は、放射温度計であり，放射光を導く光導路とし鋼板下面から水柱を形成し，この水柱の中を鋼板の放射光が通過することにより，冷却装置１０３からの冷却水や水蒸気の光導路への進入を防止するという構成を有することにより水環境下においても正確に温度を測定することができる。

温度計１０４の測定値を制御装置１１０に送信し、制御装置１１０では、図示しないが、仕上圧延機２の入側に設けられた加熱装置や、仕上圧延機２の上流側に設置された水冷装置を用いて、鋼板１の温度制御を行う。

また、図３のグラフに示す本発明法の最終スタンドＦ７における温度は、温度計１０５の位置における鋼板１の温度を示す。
この温度は、第６スタンドＦ６による圧延後に冷却装置１０３による強冷を行われた直後の鋼板１の表面温度を示す。本実施の形態では、熱延鋼板１が所定の機械特性を確実に具備するために、第６スタンドＦ６による圧延後に冷却装置１０３による強冷を行われた直後の温度を的確に制御するが、この制御を的確に行うには、冷却装置１０３の冷却能力、すなわち熱伝達係数を正確に把握することが重要である。

そこで、本実施の形態では、冷却装置１０３の出口側にも、温度計１０４と同様に水環境下においても測定可能な温度計１０５を設置し、制御装置１１０により、これら温度計１０４、１０５の検出値を用いて冷却装置１０３の冷却能力(熱伝達係数)を、以下に示す手順により算定する。

まず、制御装置１１０では、鋼板１が冷却装置１０３により冷却されたときの温度降下を、例えば（１）式により算出する。

この（１）式において、Ｔ_ｏｕｔは冷却装置１０３の出口温度（温度計１０５の検出値）を示し、Ｔ_ｉｎは冷却装置１０３の入口温度（温度計１０４の検出値）を示し、αは冷却装置１０３の熱伝達係数を示し、ｃは鋼板１の比熱を示し、ρは鋼板１の密度を示し、ｈは鋼板１の板厚を示し、Ｌは冷却ユニットの長さを示し、さらにＶは圧延速度を示す。

この（１）式を変形すると、熱伝達係数αは次のように求めることができる。

この（２）式において、温度計１０５の検出値をＴ_ｏｕｔに代入するとともに温度計１０４の検出値をＴ_ｉｎに代入することにより、冷却装置１０３の熱伝達係数αを求める。

制御装置１１０では、このようにして計算で求めた熱伝達係数αを、鋼板１の種類（寸法、鋼種及び目標温度等）により分類したテーブル(学習テーブル)に記憶しておき、次回以降に圧延する鋼板の種類に応じて対応する熱伝達係数αのテーブル値を選択して用いること、すなわち、冷却装置１０３の熱伝達係数を計算し、現在圧延中の鋼板１の温度降下の計算に用いた熱伝達係数のテーブル値を修正し、次回以降に圧延する鋼板１の温度降下の計算に修正した熱伝達係数のテーブル値を用いることにより、温度制御性能を向上させることができ、これにより、鋼板１が冷却装置１０３により冷却されたときの温度降下の計算の精度を、飛躍的に向上することができる。

また、温度計１０４、１０５による新たな温度測定値が得られた時点で同様の計算を行って、該当する熱伝達係数αのテーブル値を直ちに新たな値に書き換えること、例えば、圧延中の鋼板の先頭部の温度測定結果に基づいて新たに計算された熱伝達係数を用いて、先頭部以降の部分における温度降下の計算を行って冷却装置１０３による冷却を行うこととすれば、先端部以降の部分に対する計算精度を、さらに向上することができる。なお、この際、熱伝達係数αの値が大幅に変化することを防ぐために、以前の熱伝達係数αのテーブル値と一次平滑処理等を行うことが望ましい。

このように鋼板１の温度降下の計算に用いる熱伝達係数αを、温度計１０４、１０５による新たな測定値が求められた時点で時々刻々変更することにより、より大きな改善効果が得られる。

つまり、計算により求められた熱伝達係数αを制御装置１１０内のメモリー（図示しない）の鋼板の種類別に分類されたテーブルに記憶させ、次回以降の同種の鋼板を圧延する際に参照することにより、冷却装置１０３による冷却精度を飛躍的に向上することができる。

このようにして、冷却装置１０３により所望の温度に冷却された鋼板１は、最終スタンド１０２（Ｆ７）において例えば圧下率４％程度の軽圧下を行われ、ランナウトテーブル上を搬送され所定の機械特性が得られるように冷却装置５にて冷却が施された後、ダウンコイラ６により巻き取られ、製品として製造される。

以上詳細に説明した本実施の形態の熱延鋼板の製造方法及び製造装置の効果をまとめると、以下のとおりとなる。
仕上圧延機２の出口付近において鋼板を強冷しようとすると、厚さ計や幅計さらには温度計といった各種の測定機器が計測不能となる。このため、仕上圧延機２の最終スタンド１０２（Ｆ７）とその１つ上流のスタンド１０１（Ｆ６）との間に強冷装置１０３を設置して、鋼板１を強冷する。そして、鋼板１の粒径の粗大化を防止するために、最終スタンド１０２（Ｆ７）での圧下を例えば圧下率５％以下と非常に軽くし、仕上圧延をその１つ上流のスタンド１０１（Ｆ６）までで実質的に終了し、これら２つのスタンド１０２、１０１間で鋼板１を強冷する。本実施の形態では、このようにして、仕上圧延の直後における強冷を行う。これにより、強冷装置１０３からの大量の冷却水は最終スタンド１０２（Ｆ７）により遮られて水切りされ、各種の測定機器が設置された地点には流れ込まないため、従来と同様に、仕上圧延機２の出口付近において鋼板１の寸法及び温度を正確に計測することができる。

また、本実施の形態によれば、最終スタンド１０２（Ｆ７）での圧下を軽圧下にすることに起因して、制御の開始タイミング等の特定に用いる鋼板１の噛み込み判断を荷重計の検出値に基づいて行うことが難しくなることの対策として、最終スタンド１０２（Ｆ７）の１つ上流のスタンド１０１（Ｆ６）のロール回転数と計算により求めた先進率とを用いて、鋼板１の先端部がスタンド１０１（Ｆ６）を抜けた時点から鋼板１をトラッキングし、最終スタンド１０２（Ｆ７）に噛み込むタイミングを把握することにより、最終スタンド１０２（Ｆ７）への鋼板１の噛み込みタイミングを正確に捉えることができる。そして、このようにして捉えた噛み込みタイミング以降のタイミングで水冷装置１０３を起動して鋼板１を強冷することができるため、鋼板１を冷却水で吹き上げる等のトラブルを回避できる。

また、本実施の形態によれば、鋼板１に対する圧延及び冷却が開始された後は、最終スタンド１０２（Ｆ７）の１つ上流のスタンド１０１（Ｆ６）の出口において、冷却装置１０３の入側に設置した水環境で測定可能な温度計１０４を用いて鋼板１の温度がＡｅ_３点以上であることを確認して圧延操業を行うことにより、鋼板１の機械特性が確実に所定の値となるように管理することができる。

また、本実施の形態によれば、冷却装置１０３の出側に設置した水環境下において測定可能な温度計１０５を用いて鋼板１の温度が所定の冷却停止温度、及び／又は冷却速度が得られていることを確認して圧延操業を行うことにより、鋼板１の機械特性が確実に所定の値となるように管理することができる。

さらに、本実施の形態によれば、冷却装置１０３の入側及び出側に設置した温度計１０４、１０５の検出値の差からこの冷却装置１０３による温度降下量を実測できるので、この冷却装置１０３の冷却能力である、冷却時の熱伝達係数を正確に測定でき、この熱伝達係数を用いることにより、所定の冷却停止温度及び／又は冷却速度を得ることができる冷却装置１０３の水量を正確に設定することもできる。

以上のようにして、本実施の形態の熱延鋼板の製造方法及び製造装置によれば、圧延トラブルを引き起こすことなく、良好な温度制御精度で圧延終了直後に鋼板１を強冷することができ、これにより、結晶粒径が細かい熱延鋼板１を、安定して量産することができるようになる。

さらに、本発明を実施例を参照しながらより具体的に説明する。
本実施例では、図１及び図２に示す熱間圧延ライン０を模擬した３スタンドから成る実機の１／４スケールの試験圧延機を用いて、シミュレーションを行った。

供試材は、最終板厚２．３ｍｍ、板幅１００ｍｍの鋼板（Ｃ：０．１０％、Ｓｉ：０．０６％、Ｍｎ：１．１０％、Ａｌ：０．１％の鋼組成を有する鋼板）１を、表２に示す板厚及び温度スケジュールにより圧延したときの粒径を従来方法と本発明法とについて比較して示す。ただし、最終スタンドでの圧延終了後は、両者とも通常の冷却速度４０℃／ｓ程度の冷却装置にて５５０℃まで冷却して試験を終了した。

表２から、本発明に係る熱延鋼板の製造方法により、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強冷することができ、それにより、結晶粒径が細かい細粒化された熱延鋼板が得られた。

また、鋼板の仕上圧延が完了した後の温度および強冷後の温度を実測することができるため、所定の機械特性が得られるとともに、冷却装置の熱伝達係数を正確に把握でき、冷却精度も優れる。上記表１の温度シミュレーションにおいて、温度予測精度は２０％改善された。

このように、本実施例によれば、最下流スタンド間に粒径を細粒化できる能力（例えば冷却速度１００℃／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板厚スケジュールを例えば表１に示すように設定して、鋼板を圧延して最下流スタンド間の鋼板を強冷すること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ため、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、仕上圧延された鋼板の温度も監視・制御できる。同時に、鋼板の板形状変化も防止できる。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安定して製造することが可能となる。

本発明を実施する熱延圧延ライン仕上圧延機の最終２スタンド間の構成例を示す図である。鋼板の表面温度の計算例。

符号の説明

１鋼板
２仕上圧延機
３粗圧延機
４加熱炉
５ランナウトテーブル冷却装置
６巻取機
７スラブ
８粗バー
９粗圧延機出口温度計
１１仕上圧延機出口温度計
１０１最終スタンド間の上流側スタンド（Ｆ６）
１０２最終スタンド間の下流側スタンド（Ｆ７）
１０３最終スタンドで鋼板を強冷却する冷却装置
１０４水環境で測定可能な冷却装置入側温度計
１０５水環境で測定可能な冷却装置出側温度計
１０８上流側スタンド１０１のロール回転計（ロール駆動モータ回転計）
１０９ルーパ装置
１１０制御装置

Claims

粗圧延材を、最終スタンドと該最終スタンドの１段前のスタンドとの間に、被圧延材に与える温度降下量が１５０℃以上であるスタンド間冷却装置と、該スタンド間冷却装置の入側及び出側にそれぞれ設けられた温度計とを備えたタンデム圧延機列を用い、前記最終スタンドの圧下率を結晶粒径が粗大化しない圧下率として仕上圧延する熱延鋼板の製造方法であって、
前記１段前のスタンドのロール回転数から被圧延材の先端部をトラッキングし、トラッキングした該先端部が前記最終スタンドに噛み込んだ後に、前記スタンド間冷却装置による冷却を開始するとともに、
前記スタンド間冷却装置の冷却能力である、冷却時の熱伝達係数を、前記温度計の検出値に基づいて被圧延材の種類毎に予め求めた該スタンド間冷却装置の熱伝達係数を用いて被圧延材の種類に応じて前記スタンド間冷却装置の水量を設定することにより、制御しながら、被圧延材の冷却を行うことによって、
前記１段前のスタンドの出口における温度がＡｅ_３点以上である被圧延材を前記スタンド間冷却装置によりＡｅ_３点未満の温度に冷却し、前記最終スタンドの出口における該被圧延材の温度をＡｅ_３点未満の温度とすることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
前記スタンド間冷却装置での前記被圧延材の冷却は、前記１段前のスタンドでの圧延後０．５秒以内に開始する請求項１に記載された熱延鋼板の製造方法。
粗圧延材をタンデム圧延機列を用いて仕上圧延する熱延鋼板の製造装置であって、
前記タンデム圧延機列の最終スタンドと該最終スタンドの１段前のスタンドとの間に設けられた、被圧延材に与える温度降下量が１５０℃以上であるスタンド間冷却装置と、
該スタンド間冷却装置の入側及び出側にそれぞれ設けられた被圧延材の表面温度を測定可能な温度計と、
前記１段前のスタンドのロール回転数から被圧延材の先端部をトラッキングし、トラッキングした該先端部が前記最終スタンドに噛み込んだ後に、前記スタンド間冷却装置による冷却を開始するとともに、前記スタンド間冷却装置の冷却能力である、冷却時の熱伝達係数を、前記温度計の検出値に基づいて被圧延材の種類毎に予め求めた該スタンド間冷却装置の熱伝達係数を用いて被圧延材の種類に応じて前記スタンド間冷却装置の水量を設定することにより、制御しながら、被圧延材の冷却を行うことによって、
前記１段前のスタンドの出口における温度がＡｅ_３点以上である被圧延材を前記スタンド間冷却装置によりＡｅ_３点未満の温度に冷却し、前記最終スタンドの出口における該被圧延材の温度をＡｅ_３点未満の温度とするための制御装置と
を備えることを特徴とする熱延鋼板の製造装置。