JP4800090B2

JP4800090B2 - 厚鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4800090B2
Application number: JP2006110609A
Authority: JP
Inventors: 和利市川; 昌紀皆川; 邦彦若月; 明彦児島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: JP2007283316A

Description

本発明は、製造効率が高い厚鋼板の製造方法に関する

近年、スラブから例えば６ｍｍ以上の板厚の厚鋼板を製造する際に、粗圧延して冷却したあとに仕上圧延を行い、その後冷却装置を用いて空冷より速い速度で加速冷却を行うことにより、厚鋼板の材質制御を行う制御圧延（Controlled Rolling）が採用されている。この制御圧延は、粗圧延と仕上圧延の間に空冷による冷却工程が入るため、生産性が低下しやすい。

制御圧延における生産性を改善する技術として、特許文献１及び特許文献２に記載された技術がある。
特許文献１に記載された技術は、２本のスラブそれぞれを同一の圧延装置内で往復させることにより、前記複数のスラブそれぞれを圧延して複数の厚鋼板を形成するにあたり、粗圧延後の板厚を種々変更した場合の合計圧延時間を計算で予測して、合計予測時間が最短となるように粗圧延後の板厚を２本のスラブ毎に設定するものである。
また、特許文献２に記載された技術は、リバース圧延によって一つの圧延機で圧延を行う装置において、圧延機の前後に冷却装置をそれぞれ一つ以上設置することにより、粗圧延と仕上圧延の間の冷却を水冷で行うことにより生産性を改善するものである。
特開２００５−２４６４２７号公報特許第３４６０５８３号公報

加熱された複数の鋳造スラブを連続的に同一の圧延装置内を往復させることにより複数の厚鋼板を形成する場合、厚鋼板が一列に並んでいるため、相対的に後ろに位置する厚鋼板の空冷時間（仕上圧延が終了してから冷却装置に入るまでの時間）が、相対的に前に位置する厚鋼板より長くなってしまう。この場合、鋼板の種類によっては加速冷却が行われる前に鋼板の温度がＡｒ_３以下になり、粗大なフェライトが成長して十分な強度と靭性が得られない場合が出てくる。特許文献１に記載の技術では、この課題を解決できない。

また、特許文献２に記載の技術では、粗圧延と仕上げ圧延の間に行う冷却において、鋼板の表面では急速に冷却が進むが、鋼板中心部を十分に冷却するためには依然として時間を要する。このため、鋼板が厚くなると、十分に生産性を改善できない。また冷却装置を複数設置する必要があるため、初期投資コスト及びランニングコストそれぞれが増加する。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、初期投資コスト及びランニングコストそれぞれが増加せず、かつ十分な強度及び靭性を有する厚鋼板を効率よく生産することができる厚鋼板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）加熱された複数の鋳造スラブからなるスラブ群を圧延装置の前後に往復移動させることにより、前記複数の鋳造スラブそれぞれを連続的に圧延して複数の厚鋼板を形成し、その後前記複数の厚鋼板を順次冷却装置に通すことにより加速冷却する、厚鋼板の製造方法であって、
加速冷却開始時の前記複数の厚鋼板それぞれの温度の予想値を算出し、
全ての前記厚鋼板において前記加速冷却開始時の温度の予想値がＡｒ_３超となるように、前記複数の鋳造スラブの選定及び並び順を決定を行う厚鋼板の製造方法。

（２）前記複数の鋳造スラブは２枚以上６枚以下であることを特徴とする上記（１）に記載の厚鋼板の製造方法。

（３）前記複数の鋳造スラブそれぞれのＡｒ_３の予想値を算出し、
全ての前記厚鋼板において前記加速冷却開始時の温度の予想値が、前記算出したＡｒ_３の予想値超となるように、前記複数の鋳造スラブの選定及び並び順の決定を行う上記（１）又は（２）に記載の厚鋼板の製造方法。

（４）前記複数のスラブそれぞれは、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。

（５）前記複数のスラブそれぞれは、更に質量％で、Ｎｉ：０．０１〜３％、Ｃｕ：０．０１〜１％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．００３％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％、Ｖ：０．００１〜０．１％の少なくとも一種以上を含有することを特徴とする上記（４）に記載の厚鋼板の製造方法。
（６）前記複数のスラブとして、Ａｒ_３が６５０℃以下となるスラブを選定することを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。

なお、さらに下記の構成を加えても良い。
（７）前記複数のスラブそれぞれのＡｒ_３を、前記複数の鋳造スラブそれぞれの成分から算出し、
前記加速冷却開始までの空冷時間を、前記冷却装置内における前記厚鋼板の搬送速度及び前記複数の厚鋼板それぞれの予定長さから、前記複数の厚鋼板それぞれ毎に算出し、
圧延終了時の予定温度及び前記空冷時間を用いて、前記加速冷却開始時の前記複数の厚鋼板それぞれの温度を算出することを特徴とする、上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。

本発明によれば、全ての厚鋼板において加速冷却開始時の温度の予想値がＡｒ_３超となるように、複数の鋳造スラブの選定及び並び順の決定を行うため、初期投資コスト及びランニングコストそれぞれを増加させることなく、十分な強度及び靭性を有する厚鋼板を効率よく生産することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態で用いられる厚鋼板の製造設備を説明する図である。この製造設備は、加熱された複数の鋳造スラブ１０からなるスラブ群を、圧延装置１の前後に往復移動させることにより複数の鋳造スラブ１０それぞれを連続的に圧延して複数の厚鋼板１１を形成し、その後、複数の厚鋼板１１を順次冷却装置２に通すことにより冷却するものである。

図２は、図１に示した製造設備における鋳造スラブ１０及び厚鋼板１１の流れを説明する図である。まず複数の鋳造スラブ１０からなるスラブ群を、圧延装置１の前後に一回又は複数回往復移動させる。これにより、複数の鋳造スラブ１０それぞれを連続的に粗圧延する。粗圧延は、例えば最終板厚の２倍程度まで行う。その後、所定の温度になるまで空冷し（温度待ち）、再びスラブ群を圧延装置１の前後に一回又は複数回往復移動させる。これにより、複数の鋳造スラブそれぞれが連続的に仕上圧延され、複数の厚鋼板１１が形成される。その後、複数の厚鋼板１１それぞれを順次冷却装置２に通し、加速冷却を行う。

一般に、仕上圧延に必要な時間は、加速冷却に必要な時間より短い。このため、仕上圧延が終了してから加速冷却が行われるまでの時間が厚鋼板それぞれ毎に異なってしまう。また、加熱された複数の鋳造スラブを連続的に同一の圧延装置内を往復させることにより複数の厚鋼板を形成する場合、厚鋼板が一列に並んでいるため、相対的に後ろに位置する厚鋼板の空冷時間（仕上圧延が終了してから冷却装置に入るまでの時間）が、相対的に前に位置する厚鋼板より長くなってしまう。そこで本実施形態においては、厚鋼板を製造する前に、圧延開始前に複数の鋳造スラブ１０それぞれのＡｒ_３、及び加速冷却開始時における各厚鋼板１１の末端部の温度を算出する。そして、全ての厚鋼板１１において、冷却開始時の温度がＡｒ_３超となるように、複数の鋳造スラブ１０の選定及びその並び順の決定を行う。この選定及び決定は、例えば工程管理を行う部門によって行われる。

上記した方法において、Ａｒ_３は鋳造スラブ１０の成分によって算出されるが、この際に例えば下式（１）が用いられる。
Ａｒ_３（℃）＝８８０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−５５Ｎｉ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−８０Ｍｎ−７１０００Ｂ…（１）
ただし、式（１）において元素記号は全て当該元素の質量％を示す。

また加速冷却開始時における厚鋼板１１の末端部の温度Ｔ_ｃｓは、仕上げ圧延終了時の目標温度と、仕上圧延終了から厚鋼板１１の末端部が冷却装置２で冷却されるまでの待機時間とを用いて算出される。目標温度は材料設計時に予め設定されているものであり、またｋ番目の厚鋼板１１の待機時間ｔ（秒）は、下式（２）を用いて算出される。
ｔ（秒）＝６０（Ｌ_１＋Ｌ_２＋…＋Ｌ_k-1＋Ｌ_k）／ｖ…（２）
ただし、Ｌ_k＝ｋ番目の厚鋼板の長さ（ｍ）、ｖ＝冷却装置内における厚鋼板１１の搬送速度（ｍ／分）である。ここで複数の鋳造スラブ１０の長さは各々３ｍ以上７ｍ以下であり、かつ２枚以上６枚以下である。また、厚鋼板１１の長さの合計値は、３０ｍ以上１２０ｍ以下である。

図３は、本実施形態における厚鋼板の製造方法を説明する為のフローチャートである。まず圧延予定の鋳造スラブ１０から複数の鋳造スラブ１０を選択し（Ｓ１）、選択した鋳造スラブ１０のＡｒ_３を上式（１）に従って算出する（Ｓ２）。ここで鋳造スラブ１０の化学的成分は、すべての鋳造スラブ１０相互間で同一であっても良いし、少なくとも一つが他と異なっていても良い。次いで、鋳造スラブ１０それぞれの長さ、圧延後の厚鋼板１１の長さ、及び算出したＡｒ_３を参考にして、選択した鋳造スラブ１０の圧延順序を決める（Ｓ３）。そして、厚鋼板１１の末端部の加速冷却開始時における温度Ｔ_ｃｓを算出する（Ｓ４）。すべての厚鋼板１１においてＴ_ｃｓ＞Ａｒ_３である場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、選択した鋳造スラブ１０及び順序で製造工程を決定する（Ｓ６）。

その後製造現場では、決定されて工程に従い、選択した複数の鋳造スラブ１０を圧延前に１０００〜１２５０℃に加熱した後、複数の鋳造スラブ１０をＳ５で決定された順番に並べ、これらを連続的に圧延して複数の厚鋼板１１を形成し、その後複数の厚鋼板１１を順次冷却装置に通す（Ｓ６）。ここで粗圧延開始時の温度は９５０〜１３００℃である。

以上の処理のうち、Ｓ１〜Ｓ５の処理は、コンピュータにより支援されるのが好ましい。このコンピュータは、Ｓ１〜Ｓ５を実現するためのプログラムが組み込まれている。

図４は、図３の変形例を説明する為のフローチャートである。本変形例においては、予め上記した方法により製造可能な鋳造スラブ１０の組み合わせ及び順序がテーブルとなっている。まずテーブルに従って圧延予定の鋳造スラブ１０を複数選択して圧延順序を決定することにより、圧延工程を決定する（Ｓ１１）。その後、製造現場では図３の場合と同様の方法により、複数の厚鋼板１１を製造する（Ｓ１２）。なお、上記したテーブルは、例えばコンピュータに組み込まれていても良いし、紙に打ち出されていても良い。

上記した方法が適用できるスラブの成分は、例えば質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるものがある。また、これらの成分に加えて、更に質量％で、Ｎｉ：０．０１〜３％、Ｃｕ：０．０１〜１％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．００３％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％、Ｖ：０．００１〜０．１％の少なくとも一種以上を含有していてもよい。このような成分にすると、高い母材強度、良好な板厚中心部靭性、良好な大入熱溶接ＨＡＺ靭性、及び高再結晶温度に起因する高い圧延能率が実現できる。

Ｃは厚手母材で高い強度を確保するために、０．０３％以上必要である。ただし、Ｂ、微量Ｍｏ、及びＮｂを添加した状態で良好な大入熱溶接ＨＡＺ靭性と良好な板厚１／２部靭性を確保するためには、Ｃを０．１８％以下に抑える必要がある。
Ｓｉは脱酸作用を有するが、Ｂ及び微量Ｍｏ成分のもとで良好な大入熱溶接ＨＡＺ靭性と良好な板厚１／２部靭性を確保するためには、０．５％以下に抑える必要がある。
Ｍｎは脱酸作用を有すると同時に、厚手母材が高い強度を経済的に得るために必要である。その下限値は０．４％であるが、Ｍｎが２．５％を超えるとスラブの中心偏析による有害性、すなわち板厚１／２部靭性及び大入熱ＨＡＺ靭性が劣化するために、これが上限になる。

また、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｂ、及びＶは厚手母材の強度と靭性を確保するために有効であるが、いずれの元素も大入熱溶接ＨＡＺのＭＡ生成を助長するため、各元素の添加量は利害得失を慎重に判断して決める必要がある。このような観点から、各元素ごとに上記した下限値及び上限値が設定される。

なお、厚鋼板１１（すなわち鋳造スラブ１０）のＡｒ_３（℃）が低いほど、上記した製造方法の適用範囲が広がる。例えば上式（１）から算出されるＡｒ_３≦６５０℃となるように各成分が調整された鋳造スラブ１０を選択すると、図３を用いて説明したスラブの数及び長さが上限となる場合においても、複数の鋳造スラブ１０それぞれを連続的に圧延して複数の厚鋼板１１を形成し、その後複数の厚鋼板１１を順次冷却装置に通しても、複数の厚鋼板１１すべてに必要な強度及び靭性を持たせることができる。

以上、上記した方法によれば、実際の製造工程を変更する必要はない。従って、初期投資コスト及びランニングコストそれぞれを増加させることなく、十分な強度及び靭性を有する厚鋼板を効率よく生産することができる厚鋼板の製造方法を提供することができる。

表１に化学成分を示す鋼１及び鋼２それぞれについて、何枚の鋳造スラブ１０まで連続圧延が可能であるかを検討した。上式（１）から計算されるＡｒ_３は、鋼１では７１９℃、鋼２では６０６℃であった。

鋳造スラブ１０から形成される厚鋼板１１の長さは全て２０ｍであり、板厚は６５ｍｍであるとした。そして、母材の強度靭性確保の観点から厚鋼板の仕上げ温度を７７０℃に設定した。図５は、板厚６５ｍｍの厚鋼板の温度（℃）と空冷時間（圧延終了から加速冷却開始までの時間：秒）の関係を示すグラフである。本グラフは、差分法により求めた計算結果である。

ところで、実施形態において説明したように、厚鋼板１１の空冷時間は上式（２）を用いて計算される。表２は、上式（２）から計算された厚鋼板１１の末端部の空冷時間を示す。ここで、冷却装置３内における厚鋼板の搬送速度は２０ｍ／分とした。

表２の結果を図５に当てはめることにより、何枚の鋳造スラブ１０まで連続圧延が可能であるかを判断した。判断結果を表３に示す。

厚鋼板末端部の温度は、１〜４枚目でそれぞれ７４４℃、７２０℃、７０１℃、及び６８７℃である。これに対し、上記したようにＡｒ_３は、鋼１では７１９℃、鋼２では６０６℃であった。このため、鋼１では連続圧延は２枚まで可能であり、鋼２では４枚も可能であることが判明した。なお、表３から、上記した条件においては、Ａｒ_３が６８０℃以上であると４枚の鋳造スラブ１０を連続圧延することができることも判明した。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記した実施形態及び実施例において、粗圧延及び仕上圧延を同一の圧延装置を用いて行ったが、製造ラインに２つの圧延装置を設け、それぞれが粗圧延及び仕上圧延するようにしてもよい。この場合においても本発明を適用することができる。

厚鋼板の製造設備を説明する図。スラブ１０及び厚鋼板１１の流れを説明する図。本実施形態における厚鋼板の製造方法を説明する為のフローチャート図３の変形例を説明する為のフローチャート。板厚６５ｍｍの厚鋼板の温度（℃）と空冷時間の関係を示すグラフ。

符号の説明

１…圧延装置、２…冷却装置、１０…鋳造スラブ、１１…厚鋼板

Claims

圧延予定の鋳造スラブから複数の鋳造スラブを選択するステップ１と、
選択した前記複数の鋳造スラブそれぞれのＡｒ _３を算出するステップ２と、
前記複数の鋳造スラブの圧延順序を決定するステップ３と、
予め設定した仕上げ圧延終了時の目標温度、圧延後の複数の厚鋼板それぞれを加速冷却する冷却装置内における厚鋼板の搬送速度及び前記複数の厚鋼板それぞれの予定長さを用いて、前記複数の厚鋼板それぞれの末端部の加速冷却開始時の予想温度を算出するステップ４と、
前記予想温度のすべてが前記算出したＡｒ _３超となる場合は、前記ステップ１で選択した複数の鋳造スラブ及び前記ステップ３で決定した圧延順序で製造工程を決定するステップ５と、
前記予想温度の少なくとも一つが前記算出したＡｒ _３超とならない場合は、前記ステップ１から前記ステップ５を繰り返すことで製造工程を決定し、
決定した前記製造工程を用いて、加熱された複数の鋳造スラブからなるスラブ群を圧延装置の前後に往復移動させることにより、前記複数の鋳造スラブそれぞれを連続的に圧延して複数の厚鋼板を形成し、その後前記複数の厚鋼板を順次冷却装置により加速冷却することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
前記複数の鋳造スラブは２枚以上６枚以下であることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の製造方法。
前記複数の鋳造スラブそれぞれは、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の厚鋼板の製造方法。
前記複数の鋳造スラブそれぞれは、更に質量％で、Ｎｉ：０．０１〜３％、Ｃｕ：０．０１〜１％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．００３％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％、Ｖ：０．００１〜０．１％の少なくとも一種以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の厚鋼板の製造方法。
前記ステップ１で選択した複数の鋳造スラブそれぞれのＡｒ_３が６５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の厚鋼板の製造方法。