JP4710213B2

JP4710213B2 - 熱延鋼材の製造方法

Info

Publication number: JP4710213B2
Application number: JP2002350108A
Authority: JP
Inventors: 康一堤; 晃夫藤林; 浩二山下; 宏優林; 隆博刈安; 厚渡辺; 義郎土屋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004181561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱延鋼材（熱延鋼帯や厚板等の鋼材を含む）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な鉄鋼製品の製造方法は、まず、精錬された溶鋼を鋳型に流し込み鋼塊を得る造塊法か、連続鋳造機にて鋳造し鋳片を得る連続鋳造法にて鋳片が製造される。
【０００３】
このうち、連続鋳造法において得られた鋳片は、必要に応じて、鋳片の表層面（表層面とは、鋳片の６面の表層を指すものとする。）を溶削や研削や切削などの手段により手入れした後に、加熱炉に代表される熱補償プロセスにより鋳片の温度を均一にした後、鋳片表面に生成したスケールを高圧水等により除去しながら熱間圧延される方法か、または鋳造されて高温のまま手入れされることなく、熱間圧延される方法により熱延鋼材に製造される。
【０００４】
近年の製品価格の下落や人件費の高騰などの理由により、製造コストを抑えるために、鋳片の手入れをすることなく圧延を実施したり、加熱炉の在炉時間を短くしたりして低コストに鉄鋼製品を製造できる製造法が指向されている。一方、鉄鋼製品のユーザーの製品に対する要求のレベルは厳格の一途をたどっており、自動車の外板やスチール缶に代表される容器材料などは、従来の基準を大きく上回る品質レベルを要求されている。
【０００５】
特に、自動車の外板は、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、メッキというプロセスを経て最終製品ができあがるが、最終製品ができてから欠陥が発見されると、多大な製造コストをかけたにもかかわらず、最悪の場合には屑として処分せざるを得なくなる。このため、製造工程の早い段階で欠陥を発見するか、または、欠陥の発生がゼロとなるようなプロセスを開発する必要がある。特に、鋳造段階での欠陥をなくすことは非常に重要である。
【０００６】
鋳造段階での欠陥としては、大きく２つに分類される。一つは、鋳型／鋳片間の潤滑や溶鋼表面の酸化防止、メニスカスの保温など様々な役割を持つモールドパウダーが、鋳型内の溶鋼流速が速いときなどに溶鋼中にトラップされて鋳片内部に取込まれることにより生じるパウダー性欠陥と呼ばれるものである。このパウダー性欠陥を防止するためには、パウダーの物性を変更したり、浸漬ノズルの形状の最適化を行ったり、鋳型内流動制御に使用されている電磁ブレーキや電磁攪拌の最適化を行うことが有効である。
【０００７】
もう一つは、溶鋼中に含まれる介在物がオシレーションマーク部にトラップされて、それが圧延されたときに表れる介在物性欠陥である。この介在物性欠陥を防止するためには、精錬段階での介在物が凝集合体しないように精錬処理することや、連続鋳造の場合、オシレーションマークが浅くなるような鋳造条件を選定することが有効である。
【０００８】
鋳造段階での欠陥を防ぐために上記に示す様々な手段を講じているが、このような手段を講じても欠陥の原因を取除くことはできない。つまりすべての鋳片を無手入れで圧延し欠陥のない鋼板を製造することができないのが現状である。つまり、鋳片を手入れすることは現段階では避けられない問題になっている。このような現実では手入れコストは完全にはゼロにすることは難しい。そこで従来、溶削および研削では鋳片を手入れする際は鋳片を冷片にしてから行っていたが、極力高温の鋳片を手入れして、圧延工程の前に装入する加熱炉の原単位を削減することが有効になってくる。
【０００９】
特に連続鋳造した鋳片をそのまま持っている熱を放出し切る前に圧延する直送圧延法（ホットダイレクトローリング）や、鋳片の持つ熱を完全に放出する前に加熱炉で再加熱して燃料原単位を下げる熱片装入法（ホットチャージローリング）では、一部表層部は酸化してスケールとなって剥離脱落するものの、連続鋳造したままの表面状態で最終仕上圧延されるので、連続鋳造のモールドパウダーや介在物が圧延後の熱延鋼材表面にきずとなって残る場合があって中々全面採用されにくかったが、高温の鋳片についての手入れが可能になればこの問題が解決できることになる。
【００１０】
従来、連続鋳造ラインを出た後に手入れを施されるプロセスとしては、生産性を重視するために、溶削による鋳片の手入れが主流を占めているのが現状である。溶削は燃焼ガスを鋳片表面に吹き付けて加熱することによって、手入れを必要とする厚み（１ｍｍから４ｍｍ前後）を溶融させ取除くという手法である。
【００１１】
しかしながら、自動車や缶材料などの表面品質の厳格な材料においては、溶削による欠陥が問題になっており、極力溶削でない方法で手入れする手法が望まれていた。
【００１２】
溶削でない方法で手入れする手法として、鋼片疵取装置に関し、鋼片の表面疵を切削する各カッターユニットを効率よく稼動させることができるようにして、カッターユニット１台当りの疵取処理量を大とするような鋼片疵取装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６０―５２２１１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示された装置では、各カッターユニットを効率よく稼動させることができるようになったが、送り手段よりも鋼片の装入側にカッターユニットを配置する第１疵取機および送り手段よりも鋼片の抽出側にカッターユニットを配置する第２疵取機の両者を配設する必要があった。
【００１５】
疵取機の鋼片装入側のみならず鋼片抽出側にもカッターユニットが必要なのは下記の理由による。すなわち、疵取機における鋼片装入側カッターユニットにより鋼片の表面疵を切削する際には、鋼片の前端部をローラにより挟持した状態で作業を開始するので装入側カッターユニットによる切削可能領域は、鋼片の前端部を除く領域となり、鋼片の前端部が切削不可能領域となる。
【００１６】
これに対し、疵取機における鋼片抽出側カッターユニットにより鋼片の表面疵を切削する際には、鋼片の後端部をローラにより挟持した時に鋼片の送りが不可能となるので、鋼片の後端部が切削不可能領域となり、それ以外の領域が切削可能領域となる。
【００１７】
したがって、鋼片全体の表面疵を切削可能とするためには、疵取機の鋼片装入側のみならず、鋼片抽出側にもカッターユニットを備える必要があった。
【００１８】
つまり、各カッターユニットを効率よく稼動させるために、２基の疵取機を直列状に配置しようと並列状に配置しようと、必ず２台のカッターユニットが必要となってコスト高になるという問題があった。
【００１９】
したがって本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、最小限のカッターユニットで、効率よく、表層をコントロールしながら削り取ることが可能な熱延鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、最小限のカッターユニットで、効率よく、表層をコントロールしながら削り取ることが可能な熱延鋼材の製造方法について検討を行った。その結果、鋳片を鋳造する連続鋳造ライン上で、鋳片を所定の長さに切断する前に鋳片を切削すれば最小限のカッターユニットでの切削が可能であることを見出した。
【００２１】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
【００２２】
（１）連続鋳造によって鋳造された鋳片を所定の長さに切断し、切断された鋳片を粗圧延して粗バーとし、該粗バーを熱間仕上圧延する熱延鋼材の製造方法において、連続鋳造された鋳片を所定の長さに切断する前に、鋳片の表面、裏面、側端面のうちの少なくとも一つ以上の一部または全部の表層部を、表面酸化膜を超えて鋼部分まで切削除去する熱延鋼材の製造方法であって、前記切削除去のための切削手段は、回転可能に保持された円形刃を有する１以上の表層切削装置からなり、前記切削手段の切削駆動力は、鋳片を挟んで送り出す駆動式ピンチロールの搬送駆動力であることを特徴とする熱延鋼材の製造方法。
【００２４】
（２）前記切削手段により切削される鋳片の温度は、８００℃以上であることを特徴とする（１）に記載の熱延鋼材の製造方法。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の熱延鋼材の製造方法の実施に供する熱延鋼材の製造装置の一例を示す説明図で、図１は本発明で用いる技術を適用する全体のプロセス、図２は鋳片の切削手段を示すものである。
【００２８】
図１に示す装置は、溶鋼から鋳片Ｓを製造するための連続鋳造機２０と、鋳片Ｓを加熱するための加熱炉３０と、鋳片Ｓから熱延鋼材を製造するための熱間圧延機４０からなる。
【００２９】
前記連続鋳造機２０は、溶鋼を注入して凝固させるための鋳型１と、鋳型１の下方にあって鋳片Ｓをサポートしてガイドする非駆動式のサポートロール２と、鋳片Ｓをピンチして引抜く駆動式ピンチロール３と、鋳片Ｓを冷却して凝固させるための冷却水スプレー６と、所定の長さの鋳片Ｓに切断するカッター４と、図２に詳細を示すように、連続鋳造機２０の最も出側にあるピンチロール３とカッター４との間に設置された、鋳片の表面および／または裏面の一部または全部の表層部を、表面酸化膜を超えて鋼部分まで切削除去する切削手段５からなる。
【００３０】
図２に示す実施形態では、切削手段５が回転可能に保持された円形刃を有する２個の表層切削装置５１、５２からなる。また、表面切削装置の円形刃と切削屑１２との溶着を防止するために冷却装置１１が設置されている。表面切削装置の円形刃の部分は、特別な冷却を加えなくても放冷により冷却されるが、このように冷却装置により、必要に応じてエアや冷却水を用いた強制冷却を行ってもよい。
【００３１】
前記加熱炉３０は、直送圧延法（ホットダイレクトローリング）では使用されないが、熱片装入法（ホットチャージローリング）や冷片になった鋳片を再加熱する際に使用される。
【００３２】
前記熱間圧延機４０は、鋳片Ｓを幅圧下するための幅圧下圧延機７と、スケールを除去するための高圧水噴射装置８と、鋳片Ｓを粗圧延して粗バーとする粗圧延機９と、粗バーを所定の厚みまで仕上圧延して熱延鋼材とする仕上圧延機１０からなる。
【００３３】
以下、上記装置構成を用いた本発明法の一実施形態を説明する。
【００３４】
連続鋳造機２０では、まず鋳型１に溶鋼を注入して凝固させる。この鋳型１の下方の連続鋳造ラインに沿って、サポートロール２により鋳片Ｓをサポートしてガイドし、ピンチロール３により鋳片Ｓを冷却水スプレー６で冷却しつつピンチして引抜く。連続鋳造機２０の最も出側にあるピンチロール３の後段で、鋳片Ｓを切削手段５により鋳片Ｓの表面および／または裏面の一部または全部の表層部を、表面酸化膜を超えて鋼部分まで切削除去する。
【００３５】
ここで、切削の対象となる鋳片の表面部位は、鋳片の表・裏面に限られず、側端面であってもよい。特に、垂直曲げ式の連続鋳造機で鋳造された鋳片は、鋳造時の矯正（上部矯正での曲げ、下部矯正での曲げ戻し）により表・裏面と側端面とのコーナー部にコーナー割れと呼ばれる割れが生じやすく、このようなコーナー割れが生じたものについては、特に、側端面を切削手入れすることが好ましい。
【００３６】
表面酸化膜のみならずその下層の鋼部分を一定量以上確実に切削することにより、連続鋳造のモールドパウダー、内部介在物等を粗圧延開始前にオンラインで除去し、高品質な表面性状を有する熱延鋼材、さらには表面処理熱延鋼材を製造することができる。
【００３７】
次に、鋳片の表面および／または裏面の一部または全部の表層部を、表面酸化膜を超えて鋼部分まで切削除去をした後に、カッター４により所定の長さの鋳片Ｓに切断する。
【００３８】
所定の長さに切断された鋳片Ｓは、加熱炉３０を経て再加熱後または加熱炉３０を経ずに直接に、熱間圧延機４０に進んで所定の板厚まで圧延される。つまり、熱間圧延機４０では、幅圧下圧延機７による圧延を実施した後に、高圧水噴射装置８によりスケールを除去し、粗圧延機９により鋳片Ｓを粗圧延して粗バーとした後、仕上圧延機１０で所定の厚みまで仕上圧延して熱延鋼材を製造する。製造された熱延鋼材は、そのまま熱延鋼材として出荷されたり、冷間圧延や鍍金等の次工程を経て、冷延鋼材や表面処理鋼材として出荷される。
【００３９】
表層切削装置５１、５２は、切削バイトを主軸に固定して、鋳片がピンチロール３などの搬送の押込み駆動力（搬送駆動力）を利用して、装置を咬込ませることによって切削が開始される。
【００４０】
表層切削装置５１、５２は、位置決めセンサーにより鋳片までの距離を測定して、指示される手入れ量との情報をまとめ、昇降用油圧シリンダーによって、表層切削装置５１、５２を所定の高さで固定する。ここで、表層切削装置自体には、鋳片の搬送駆動力をそのまま利用するので外部の駆動力を必要としないため、設備費が廉価になる特徴がある。また同時に設備もコンパクトにできるため、設置スペースの狭いところでも、設置が可能である。また通常のバイトと比較して、直径が大きく切削面に常に新しい面が現れるため、バイトの寿命が延び、生産コストの削減につながる。
【００４１】
このような切削手段５により切削される鋳片の温度は、８００℃以上であることが好ましい。８００℃以下では鋳片の変形抵抗が増加するからである。
【００４２】
【実施例】
図１に示すような連続鋳造機と熱間圧延機を備えた設備を用いて、表１に示す極低炭素鋼の鋼種について鋳造および圧延を行った。鋳片サイズは、厚さ２５０ｍｍ、幅１０５０ｍｍを鋳造速度２．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。鋳造後の鋳片は、本発明の連続鋳造機内に設置した切削手段により手入れした鋳片と、従来の鋳造後一度室温まで冷却した鋳片を溶削により表層手入れを行った鋳片と、無手入れ直送の鋳片の３種類を比較した。無手入れ直送の鋳片とは、無手入れで且つ高温のまま加熱炉で短時間加熱するものである。
【００４３】
【表１】

【００４４】
切削手入れに際しては、連続鋳造機のピンチロールの搬送駆動力を切削駆動力に変換して行い、トーチカッターにより切断される前の鋳片を連続的に切削した。また、本試験では、鋳片上面のみを約２００ｍｍ幅で切削した。円形刃は、切削面が随時更新されるため、切削屑の付着はほとんどないが、長時間高温の鋳片と接触するため円形刃を冷却することが望ましい。その際には、切削前の鋳片表面には冷却水がかかると鋳片温度が冷えて切削抵抗が増すため、円形刃のみを直接冷却するように工夫するか、内部冷却構造にすることが望ましい。ただし、切削後の鋳片に冷却水がかかっても鋳片のもつ顕熱は鋳片中心で約１３００℃と大きいため、十分に復熱し、さらには、加熱炉に装入するために問題とならないことがわかっている。
【００４５】
切削は、直径２００ｍｍの円形刃を２個配置した装置を用いて、表面を１回で切削除去した。円形刃は、直径２００ｍｍ、厚み１００ｍｍのＳＳ４００の母材に、円形刃と鋳片が接触する刃先の部分に工具鋼を肉盛りしたものを用いて切削を行った。また、平面切削をする場合は、円形刃が回転可能になるために、鋳片の切削表面に対する法線方向と、切削方向の直角方向に５度ずつ傾斜させて切削を行った。切削量は、鋳片を円形刃によって押付ける力を変更させることによって行い、１０Ｍｐａで押付けることによって切削深さを制御した。また、鋳片の送り速度は、鋳造速度と同じで２．５ｍ／ｍｉｎ、その時の鋳片の表面温度は１０００℃であった。
【００４６】
圧延までの３種類の工程を経る鋳片は、それぞれ１０枚ずつの鋳片で合計３０枚の鋳片で比較検討した。鋳片の手入れ量は、最大深さで約２ｍｍの深さで約２００ｍｍ幅に行った。
【００４７】
図３に加熱炉に鋳片を装入するときの鋳片の表面平均温度の比較を示す。これより、従来の溶削手入れと比較して、本プロセスによる手入れでは、加熱炉装入温度は大幅に上昇し、加熱炉原単位を大いに向上させた。また、無手入れ直送と比較すると加熱炉装入温度は同程度であった。
【００４８】
次に加熱炉に装入された３種類の鋳片は、１２００℃の加熱炉に１２０分在炉させた後に、加熱炉より抽出し幅圧下を５０ｍｍ／パスで１パス行い、その後、高圧水によるスケール除去を行った後に、粗圧延、仕上圧延を行い、板厚３．２ｍｍの熱延鋼材とし、その後、冷間圧延で板厚０．８ｍｍの冷延鋼板とした。次いで、この冷延鋼板に連続溶融亜鉛鍍金設備で表裏面それぞれに５０ｇ／ｍ²の付着量の合金化溶融亜鉛鍍金を施した。
【００４９】
このようにして製造された合金化溶融亜鉛鍍金鋼板について、検査ラインにおいて製品コイル１本当たりに生じている１ｍｍ以上の大きさの表面欠陥の個数を目視により調べ、下記のように評価した。
◎ ：表面欠陥の全くないもの
○ ：表面欠陥の個数が１〜５個
○− ：表面欠陥の個数が５個超〜１０個以下
△ ：表面欠陥の個数が１０個超〜２０個以下
× ：表面欠陥の個数が２０個超
表２にこの結果をまとめて示す。表２において、本発明の切削プロセスにおいては溶削手入れプロセスと比べて鋼板の表面品質が良好である。
【００５０】
【表２】

【００５１】
【発明の効果】
本発明により、加熱炉原単位が大幅に向上し、さらには、表面品質が大いに向上し、低コストで高品質の熱延鋼材を製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱延鋼材の製造方法の実施に供する熱延鋼材の製造装置の一例を示す全体プロセスの説明図
【図２】本発明の熱延鋼材の製造方法の実施に供する熱延鋼材の製造装置の一例を示す鋳片の切削手段の説明図
【図３】鋳片の加熱炉挿入温度の比較
【符号の説明】
１鋳型
２サポートロール
３ピンチロール
４カッター
５切削手段
６冷却水スプレー
７幅圧下圧延機
８高圧水噴射装置
９粗圧延機
１０仕上圧延機
１１冷却装置
１２切削屑
２０連続鋳造機
３０加熱炉
４０熱間圧延機
５１、５２表層切削装置
Ｓ鋳片

Claims

連続鋳造によって鋳造された鋳片を所定の長さに切断し、切断された鋳片を粗圧延して粗バーとし、該粗バーを熱間仕上圧延する熱延鋼材の製造方法において、連続鋳造された鋳片を所定の長さに切断する前に、鋳片の表面、裏面、側端面のうちの少なくとも一つ以上の一部または全部の表層部を、表面酸化膜を超えて鋼部分まで切削除去する熱延鋼材の製造方法であって、前記切削除去のための切削手段は、回転可能に保持された円形刃を有する１以上の表層切削装置からなり、前記切削手段の切削駆動力は、鋳片を挟んで送り出す駆動式ピンチロールの搬送駆動力であることを特徴とする熱延鋼材の製造方法。
前記切削手段により切削される鋳片の温度は、８００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼材の製造方法。