JP4545130B2 - 鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造工程で製造したスラブを圧延して鋼板を製造する場合におけるスラブの事前加工の技術に関するものである。

連続鋳造により鋳造したスラブ表面には、長手方向（鋳造方向）にキズ（以下、スラブにおける長手方向のキズを「縦割れ」という）が発生し易く（非特許文献１）、縦割れを有するスラブをそのまま圧延すると製品の表面にキズが残って不良品となり、製品歩留が低下するという問題があった。
スラブ表面の縦割れは、連続鋳造工程において鋼の温度不均一に起因する凝固遅れ部分に内部応力が集中することにより発生することが知られている。従来、連続鋳造工程における鋼の温度均一化を図るために、モールドパウダーの改善および鋳造時の冷却方法の改善等を行い、スラブにおける縦割れの発生をある程度減少させることによって、無手入れ圧延やＨＣＲ（ホットチャージ圧延）化が図られてきた。

しかしながら、モールドパウダーの改善および鋳造時の冷却方法の改善等を行ってもスラブ表面の縦割れを皆無にするのは困難であり、とくに、炭素濃度が０．０８〜０．１６重量％の（亜包晶）中炭素鋼における連続鋳造では、割れ深さ２ｍｍ以下の微細な表面割れ（縦小割れ）の発生が顕著であった（図４）。
そこで、圧延処理の前に鋳片の表面処理が必要かどうかを判断するために、精錬工程の操業データから算出された脱酸生成物（酸化アルミニウム）発生量を判定するための尺度となる判定尺度、連続鋳造におけるタンディッシュ内の溶鋼滞留量および温度等から求めたタンディッシュ内の介在物浮上量の判定尺度、および鋳型内のモールドパウダー巻き込み量の判定尺度を鋳片の合否基準と照合する技術（特許文献１）、厚板向けの含Ｎｂ、含Ｖ中炭素鋼の連続鋳造において、タンディッシュ内の溶鋼分析値よりＴｉ／Ｎ比を算出し、Ｔｉ／Ｎ比≧３の場合割れが発生しないと予測して無手入れのまま圧延工程に送り、Ｔｉ／Ｎ比＜３の場合表面手入れ分の付加重量を付加してスカーフィング等の表面手入れをした後に圧延工程に送る技術（特許文献２）、および、ボトム鋳片（鋳造開始時の鋳片）の表面欠陥等をなくすための表面手入れ方法と運用方法とを、タンディッシュ内での溶鋼加熱、溶鋼攪拌の有無、および地金付着量により定まる鋳造条件において鋳造開始時の鋳片の総酸素濃度のピックアップ量と酸化物系介在物の分離率とを予め測定しておき、この測定結果に照らし合わせてその後の鋳造開始時の鋳片の総酸素濃度と酸化物系介在物の分離率とを推定し、この推定値に基づいて決定する技術が開示されている（特許文献３）。
鉄と鋼（社団法人日本鉄鋼協会）、第86年（1982）第13号、第1764〜1770頁 特開２００４−３０６０８５号公報 特開２００２−２８３０２１号公報 特開２０００−６１５９１号公報

特許文献１に開示された技術では「脱酸生成物（酸化アルミニウム）発生量」、特許文献２に開示された技術では「Ｔｉ／Ｎ比」、および特許文献３に開示された技術では「鋳造開始時の鋳片の総酸素濃度のピックアップ量と酸化物系介在物の分離率」というように、従来、鋳片の表面処理の要否の判断に溶鋼の成分を用いて行うことが多かった。そのため、鋳造工程において管理および観察されていない要因によって実績成分が予測を外れ、または何らかの操業異常が発生することにより、スラグの表面手入れの要否判断を誤るおそれがあった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、スラグの表面手入れの要否を適切に判断し、良好な品質を確保しながら圧延前の過剰なスラブの手入れを避けることにより、生産性の向上および製造コストの低減を図ることができる鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく厚板向け中炭素鋼の無手入れ圧延を試行し、縦小割れと圧延製品欠陥の関係を評価した。その結果、スラブ表面の割れ発生状況が同じでも、圧延条件（加熱炉取り出し時のスラブ表面温度、製品厚とスラブ厚との比）により圧延製品の欠陥発生状況が大きく異なることを見いだした。
すなわち、縦小割れは加熱炉取り出し時のスラブ表面温度と製品厚／スラブ厚が特定の関係を満足する場合は縦小割れが発生していても製品欠陥は発生しない。一方、特定の関係から外れる場合は縦小割れが製品の表面欠陥として残存し不良品となるのである。

これらの知見に基づき、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。
本発明に係る鋼板の製造方法は、厚さ２８０ｍｍのスラブを圧延して鋼板を製造する方法であって、圧延後の鋼板の目標製品厚とスラブ厚との比（Ｄ＝目標製品厚÷スラブ厚）が０．０１８以上０．６以下かつ加熱炉から取り出した時のスラブの表面温度（Ｔ）が１３３５Ｋ以上１４８３Ｋ以下であってさらに（１）式を満たす場合に、前記スラブの表面を１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲で除去した後に圧延を行う。

Ｄ≧−19.334×(Ｔ÷1000)２＋57.297×(Ｔ÷1000)−41.898 …（１）
（ 0.018≦D≦0.60 、 1335（Ｋ）≦Ｔ≦1483（Ｋ））
他の本発明に係る鋼板の製造方法は、厚さ２８０ｍｍのスラブを圧延して鋼板を製造する方法であって、圧延後の鋼板の目標製品厚とスラブ厚との比（Ｄ＝目標製品厚÷スラブ厚）が０．０１８以上０．６以下かつ加熱炉から取り出した時のスラブの表面温度（Ｔ）が１３３５Ｋ以上１４８３Ｋ以下であってさらに（２）式を満たす場合に、前記スラブの表面を無手入れのままで圧延を行う。

Ｄ＜ −19.334×(Ｔ÷1000)²＋57.297×(Ｔ÷1000)−42.033 …（２）
（ 0.018≦D≦0.60 、 1335（Ｋ）≦Ｔ≦1483（Ｋ））

本発明によると、圧延前の過剰なスラブの手入れを避け、生産性の向上および製造コストの低減を図ることができる鋼板の製造方法を提供することができる。

図１には、厚板圧延装置１の概略が示されており、かかる厚板圧延装置１は上流側にスラブを加熱する加熱炉２を有し、加熱炉２の下流側には一対のワークロール３と一対のバックアップロール４とを備える粗圧延機（粗ミル）５が備えられている。粗圧延機５の下流側には、スラブに水や空気を吹き付けたりして温度を調整する冷却装置６が設けられ、冷却装置６の下流側には、一対のワークロール３と一対のバックアップロール４とを備える仕上げ圧延機（仕上げミル）７が設けられている。
加熱炉２と粗圧延機５との間には、必要に応じてスラブを研磨するためのスカーファー８が設けられている。

図２は鋼板の製造における連続鋳造工程から圧延工程までのフローチャートである。
図２において、溶鋼は連続鋳造機で鋳型から流れ出て帯状の鋼塊として凝固し（＃１１）、ガスカッターによって所定の長さのスラブに切断される（＃１２）。
スラブは、圧延に備えて加熱炉にて加熱される（＃１３）。加熱炉は回分式または連続式のものが使用される。スラブは、所定の温度に設定された加熱炉内で所定時間加熱された後に加熱炉から取り出され、表面温度が測定される（＃１４）。
表面温度の測定は、本出願人による特許出願（特願平５−１４５６１）の願書に添付した明細書および図面に記載された装置および方法による（特開平６−２２９８３３号公報）。スラブの表面温度は、可搬式の放射温度計等により簡便に測定することもできる。

ところで、加熱炉内における加熱によりスラブは表面が酸化し、火炎により酸化表面が剥離して連続鋳造工程で生じた微細な縦割れは消滅してしまう。また、加熱温度が高いほど、表面からの剥離量が増加し、微細な縦割れの消滅に有利である。しかし、表面からの剥離量の増加は製品歩留の低下を招き、また加熱温度を高めると、スラブに結晶状態等の組織および強度の変化が生ずるために、圧延製品の用途および圧延製品の厚みへの要求によっては加熱温度を高めることが難しい場合がある。さらに、圧延を高圧下比で行うと微細な縦割れは消滅し易く、表面が平滑な圧延製品が得易い。

そこで、目標製品厚から求めた圧下比および加熱後のスラブの表面温度を指標として、加熱炉から取り出した後のスラブを圧延したときに製品表面にキズが残存するかどうかを予測する（＃１５）。そして、圧延したときに製品表面にキズが残存すると予測されたときは（＃１５でＹｅｓ）、スラブの表面手入れを行う（＃１６）。予測の方法については、後に説明する。表面手入れとは、スカーファーによりスラブ全面を研削（溶削）し、更に残存した割れやスカーフヒレをグラインダーや部分スカーファー等で部分的に研削することをいう。

モールドパウダーの組成コントロールによる鋳型内熱流束の低減によって、スラブ表面に生ずる割れはほとんどが深さ２ｍｍ以下に抑えられている。したがって、表面手入れでは、表面の研削量を１ｍｍ以上にすれば製品のキズの発生はほぼ防止できる。スカーファーによる溶削量にバラツキがあること、および過度の研削を行うと歩留ロスが増加することを考慮すると、表面の研削量は１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が望ましい。
なお、溶削量のコントロールは、「山村直一ら、ホットスカーフ運転の自動化および歩留向上、材料とプロセス、VOL.9、No.5、1996、p.1035」、「加藤芳充ら、鋼片溶削量測定装置、材料とプロセス、VOL.5、No.2、1992、p.364」、および「鉄と鋼、Vol.78、No.8、p.T137-T140」に記載されている方法による。

スラブは、研削（表面手入れ）が行われた後に（＃１６）、またはそのまま無手入れで（研削しないで）圧延してもキズが残存しないと予測された後に（＃１５でＮｏ）、圧延工程で圧延されて鋼板製品となる（＃１７）。
次に、加熱後の温度およ圧下比を指標として加熱炉から取り出した後のスラブを圧延したときに製品表面にキズが残存するかどうかを予測する（＃１５）方法について説明する。
表１は無手入れで下記圧延条件により圧延を行った後の製品表面のキズの評価を製品厚みおよび製品幅等とともに整理したものである。また、図３は表１における加熱炉取り出し時の表面温度および圧下比と製品のキズの状態との関係を示す図である。
〔圧延条件〕
スラブの厚み：２８０ｍｍ
圧延製品の厚み：５〜１６８ｍｍ
製品厚／スラブ厚（＝１／圧下比）（Ｄ）：０．０１８〜０．６
加熱炉取り出し時のスラブの表面温度（Ｔ）：１３３５〜１４８３Ｋ
図３における各点（キー）の圧延後の製品のキズの評価は下記の基準による。

△：表面のキズなし（表１における○）
□：キズの深さ０．１ｍｍ未満（補修可能、表１における△）
◇：キズの深さ０．１ｍｍ以上（補修不可能、表１における×）
（「補修」とは、圧延された製品に対して行われるキズ消去作業（表面手入れ）をいう。）
以下、Ｄは、製品厚みが圧延実績および圧延前の目標のいずれについても製品厚／スラブ厚を表すものとする。

図３に示されるように、圧延後の製品表面のキズの有無およびキズの状態は、加熱炉取り出し時のスラブの表面温度Ｔ（以下「表面温度Ｔ」ということがある）と製品厚／スラブ厚Ｄとの関係において（１）式および（２）式により区画される３つの領域で、それぞれ「表面のキズなし」、「補修可能な程度のキズ」および「補修不可能なキズ」に分けられる。
Ｄ≧−19.334×(Ｔ÷1000)²＋57.297×(Ｔ÷1000)−41.898 …（１）
Ｄ＜−19.334×(Ｔ÷1000)²＋57.297×(Ｔ÷1000)−42.033 …（２）
すなわち、表面温度Ｔが１３３５Ｋから１４８３Ｋの範囲、かつ製品厚／スラブ厚Ｄが０．０１８から０．６の範囲で行う圧延において、（１）式で規定される領域１の圧延条件では、ほぼ全ての圧延品の表面に製品として容認できないキズが観察された。つまり、（１）式を満足する圧延条件では、無手入れでは製品表面にキズの発生が予測される（＃１５）。

また、（２）式により規定される領域３の圧延条件では、ほぼ全ての圧延品の表面にキズが発生せず、製品として出荷可能なレベルの表面状態であった。したがって、領域３の表面温度Ｔおよび目標製品厚／スラブ厚Ｄの組み合わせによる圧延作業では、スラブを無手入れのまま圧延しても製品表面にキズの生じないことが予測され（＃１５）、予測に従って無手入れ圧延を行うことにより、歩留りアップ、コスト低減、工期短縮をはかることができる。
（１）式および（２）式の何れにも該当しない領域２の圧延条件では、製品表面に補修可能な軽微なキズが残存する場合が多い。このような圧延条件では、より確実に良好な製品の表面品質を確保できるように表面手入れを行った後に圧延を行うのが好ましい。

このように、（１）式および（２）式に圧延条件である表面温度Ｔおよび目標製品厚／スラブ厚Ｄを当てはめて、（１）式を満足するか、（２）式を満足するか、またはいずれも満足しないかを判別することにより、無手入れで圧延を行った場合の製品表面のキズの程度を予測することができる。この予測結果は、圧延前の手入れを行うかどうかの判断に役立てられる。
（１）式および（２）式に当てはめるスラブの表面温度Ｔは、実測値を使用するのが好ましいが、加熱炉の加熱条件と表面温度Ｔの実測値とが高い相関を有するときは、加熱条件から推定される表面温度を当てはめてもよい。

なお、表１において、サンプルＮｏ．１〜２１は図３における領域１に含まれる条件、サンプルＮｏ．２２〜７４は領域２に含まれる条件、およびサンプルＮｏ．７４〜１６４は領域３に含まれる条件で圧延を行った結果である。
表２は、領域２および領域３における条件で圧延を行う前に、スカーファーによりスカーフ量が１．５ｍｍとなるようにスラブ全面を研削する手入れを実施した場合の、圧延後の製品表面のキズ発生状況を示す表である。

表２に示されるように、（１）式および（２）式により、圧延条件が領域１および領域２に属し無手入れでは製品表面にキズを有すると予測される場合には、圧延前に手入れを実施することにより、製品における表面キズをなくし製品不合格の発生を予防することができる。
なお、表２において、サンプルＮｏ．１５１〜１７１は図３における領域１に含まれる条件、およびサンプルＮｏ．１７２〜２２１は領域２に含まれる条件で圧延を行った結果である。

図２に示される鋼板の製造方法において、スラブごとに納入先が求める製品品質に応じた条件で圧延を行わなければならない状況下では、とくに圧延条件から製品表面のキズの有無を予測することができることは、圧延前のスラブの手入れ量を最小限にし、コストおよび納期の最適化を図るうえで極めて有益である。手入れが必要なスラブを選別することにより、大幅なコスト低減および納期の短縮が可能となる。
上述の実施形態において、連続鋳造工程から圧延工程までの間に他の工程を含ませてもよい。例えば、加熱工程の前に溶断ノロの除去工程を設けてもよい。

その他、連続鋳造（＃１１）、切断（＃１２）、加熱（＃１３）、表面温度の測定（＃１４）、表面手入れ要否判断（＃１５）、表面手入れ（＃１６）および圧延（＃１７）の各工程は、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、連続鋳造工程で製造したスラブを圧延する前におけるスラブの事前加工に利用することができる。

厚板圧延装置の概略図である。 鋼板の製造における連続鋳造工程から圧延工程までのフローチャートである。 加熱炉取り出し時の表面温度および圧下比と製品のキズの状態との関係を示す図である。 スラブ表面の縦小割れの断面図。

符号の説明

Ｄ 圧延後の鋼板の目標製品厚とスラブ厚との比
Ｔ 加熱炉から取り出した時のスラブの表面温度

Claims (2)

1. 厚さ２８０ｍｍのスラブを圧延して鋼板を製造する方法であって、
   圧延後の鋼板の目標製品厚とスラブ厚との比（Ｄ＝目標製品厚÷スラブ厚）が０．０１８以上０．６以下かつ加熱炉から取り出した時のスラブの表面温度（Ｔ）が１３３５Ｋ以上１４８３Ｋ以下であってさらに（１）式を満たす場合に、
   前記スラブの表面を１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲で除去した後に圧延を行う
   ことを特徴とする鋼板の製造方法。
   Ｄ≧−19.334×(Ｔ÷1000)２＋57.297×(Ｔ÷1000)−41.898 …（１）
   （ 0.018≦D≦0.60 、 1335（Ｋ）≦Ｔ≦1483（Ｋ））
2. 厚さ２８０ｍｍのスラブを圧延して鋼板を製造する方法であって、
   圧延後の鋼板の目標製品厚とスラブ厚との比（Ｄ＝目標製品厚÷スラブ厚）が０．０１８以上０．６以下かつ加熱炉から取り出した時のスラブの表面温度（Ｔ）が１３３５Ｋ以上１４８３Ｋ以下であってさらに（２）式を満たす場合に、
   前記スラブの表面を無手入れのままで圧延を行う
   ことを特徴とする鋼板の製造方法。
   Ｄ＜ −19.334×(Ｔ÷1000)２＋57.297×(Ｔ÷1000)−42.033 …（２）
   （ 0.018≦D≦0.60 、 1335（Ｋ）≦Ｔ≦1483（Ｋ））