JP4907587B2 - 鋼板冷却設備及び鋼板冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数スタンドからなる熱間仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の鋼板冷却設備及び鋼板冷却方法に関するものである。

熱延鋼板の製造方法においては、連続鋳造機などで製造された鋳片（スラブ）を加熱炉で加熱し、粗圧延機で粗圧延鋼材とし、次いで仕上圧延機で仕上圧延を行い、所定の板厚とし、さらに所定の冷却パターンで鋼板を冷却して熱延鋼板とする。仕上圧延機では、複数の仕上圧延スタンドが複数直列に並んでおり、粗圧延鋼材はこれら複数のスタンドを順次通過することによって仕上圧延される。

仕上圧延終了直後において鋼板を急冷することにより、鋼板結晶粒の粒径を細粒化することができ、機械特性に優れた熱延鋼板を製造できることが知られている。例えば特許文献１においては、ＴｉやＮｂを極低炭素鋼に添加し、鋼中のＣやＮを析出物の形で固定し、固溶の侵入型元素の存在しないＩＦ鋼（Interstitial atom free steel）を用いて深絞り用冷延鋼板を製造する方法として、Ａｒ₃変態点以上で仕上圧延を終了し、圧延直後からＡｒ₃変態点−５０℃までの平均冷速５０℃／秒以上で急冷却する方法が記載されている。これにより、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成でき、最終製品の深絞り性を達成することができる。圧延直後からの急冷却は、仕上圧延を終了した鋼板の両面に水を噴射する水冷却によって行うことができる。

仕上圧延機出口付近の下流側には、鋼板の厚さ計、幅計及び温度計が設置されており、これら計測器によって圧延された鋼板の板厚及び板幅などの寸法と鋼板温度とを制御し、品質管理を行う。これらの計測器は、厚さ計がＸ線、幅計が光学式、温度計が赤外線をそれぞれ用いたものである。

前記仕上圧延直後からの鋼板の急冷却を行おうとすると、仕上圧延機の出口直後において鋼板の両面に水を噴射する水冷却を行うことが必要となる。ところが、仕上圧延機の出口の下流側には、前述のごとく鋼板の厚さ計、幅計及び温度計が設置されており、鋼板上に水が存在する環境ではいずれの計測器も計測が不可能となる。そのため、仕上圧延機の出口下流側で鋼板の水冷却を行うことは困難であった。

特許文献２においては、仕上圧延機の最下流スタンドとその１つ上流側のスタンドの間に、急冷装置を設置して鋼板を急冷する方法が記載されている。急冷に伴う大量の冷却水は最下流スタンドによって遮られて、計測器が設置された地点には流れ込まないため、従来同様に鋼板の寸法及び温度を正確に計測することができる。一方、鋼板を急冷した後に最下流スタンドで通常の圧延を施すと、鋼板の粒径が再び粗大化する等の不具合が生じる。そこで、特許文献２に記載の方法では、最下流スタンドでの圧下を非常に軽くし、その圧下率を例えば５％以下にして、仕上圧延をその１つ上流側のスタンドまでで実質的に終了している。最下流スタンドは実質的な圧延を行わない水切り用スタンドとして用いる。

特開平６−１７１４０号公報 特開２００３−３０５５０２号公報

ＴｉやＮｂを極低炭素鋼に添加し、鋼中のＣやＮを析出物の形で固定し、固溶の侵入型元素の存在しないＩＦ鋼（Interstitial atom free steel）を用いて深絞り用冷延鋼板を製造する方法において、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成するためには、Ａｒ₃変態点以上で仕上圧延を終了し、圧延直後から１８０℃／秒以上の冷却速度で冷却を開始し、Ａｒ₃点−３０℃までの温度域を１８０℃／秒以上の冷却速度で冷却することが有効であることが明らかになった。

一方、圧延終了温度はＡｒ₃変態点＋５５℃程度まで高い温度となることがある。Ａｒ₃変態点＋５５℃からＡｒ₃点−３０℃までの温度差は８５℃である。ところが、仕上圧延スタンド間は間隔が狭いので、仕上圧延スタンド間に配置した冷却装置の圧延方向冷却長さに限界があり、冷却による温度降下代は最大でも５５℃程度であり、必要な鋼板の急冷却を確保することができなかった。

本発明は、深絞り用冷延鋼板を製造するに際し、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成するための、熱延鋼板の鋼板冷却設備及び冷却方法を提供することを目的とする。

深絞り用冷延鋼板を製造するに際し、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成するためには、第１に、Ａｒ₃変態点以上で仕上圧延を終了し、圧延直後から１８０℃／秒以上の冷却速度で冷却を開始することにより、圧延後の結晶粒粗大化を防止することが必要である。第２に、Ａｒ₃点からＡｒ₃点−３０℃までの温度域を１８０℃／秒以上の冷却速度で冷却することにより、変態直後の結晶粒粗大化を防止することが必要である。一方、Ａｒ₃点＋２０℃からＡｒ₃点までの温度域については、十分に温度が低下しているので圧延後の結晶粒粗大化の進行は遅くなっており、変態前であるから変態直後の結晶粒粗大化も発生しない温度域である。従って、この温度域については、必ずしも急冷却を必要としないことが判明した。そこで、図１に示すように、連続する２以上の仕上圧延スタンド間（３ａ、３ｂ）に鋼板冷却装置１０を配置し、先行する仕上圧延スタンド間３ａで圧延直後の急冷却を行い、後行する仕上圧延スタンド間３ｂでＡｒ₃変態点を含む温度域の急冷却を行い、２つの鋼板冷却装置（１０ａ、１０ｂ）の間に挟まれた仕上圧延スタンド２ａを通過する温度域をＡｒ₃点＋２０℃からＡｒ₃点までの温度域とすることにより、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成できることが判明した。このとき、鋼板の温度履歴は図３に示すような形態となる。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）複数スタンドからなる熱間仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の鋼板冷却設備であって、仕上圧延スタンド間に配置した鋼板冷却装置から鋼板に冷媒を噴射することができ、連続する２以上の仕上圧延スタンド間に前記鋼板冷却装置を配置することを特徴とする鋼板冷却設備。
（２）充円錐スプレーノズルを用いて鋼板冷却装置から鋼板に冷媒を噴射することを特徴とする請求項１に記載の鋼板冷却設備。
（３）鋼板冷却を行う各仕上圧延スタンド間において、直近の仕上圧延スタンドの圧延ポイントから鋼板冷却装置による冷却開始位置までの距離が１．０ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板冷却設備。
（４）前記冷媒が冷却水であり、鋼板冷却装置から鋼板に噴射する冷却水の水量密度Ｗ（リットル／ｍ²・分）が下記（１）式を満足し、圧延方向冷却範囲長さＬ（ｍ）が下記（２）式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼板冷却設備。
Ｗ^0.663×Ｌ≧２６０ （１）
Ｌ≦１．８ｍ （２）
（５）複数スタンドからなる熱間仕上圧延機の仕上圧延スタンド間に配置した鋼板冷却装置から鋼板に冷媒を噴射する熱延鋼板の鋼板冷却方法であって、連続する２以上の仕上圧延スタンド間に前記鋼板冷却装置を配置することを特徴とする鋼板冷却方法。
（６）充円錐スプレーノズルを用いて鋼板冷却装置から鋼板に冷媒を噴射することを特徴とする請求項５に記載の鋼板冷却方法。
（７）最終の仕上圧延スタンド間と最終一つ前の仕上圧延スタンド間に鋼板冷却装置を配置し、鋼板が最終の二つ前の仕上圧延スタンドの圧延ポイントを通過してから鋼板冷却装置により冷却を開始されるまでの時間が０．１秒以内であり、最終一つ前の仕上圧延スタンド間において鋼板冷却装置により圧延最終温度からＡｒ₃変態温度＋２０℃に冷却するまでの平均鋼板冷却速度が１８０℃／秒以上であり、最終一つ前の仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置による冷却完了から最終の仕上げスタンド間の鋼板冷却装置による冷却開始までの時間が０．５秒以内であり、最終の仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置によりＡｒ₃変態温度からＡｒ₃変態温度−３０℃まで冷却する鋼板冷却速度が１８０℃／秒以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の鋼板冷却方法。

本発明は、連続する２以上の仕上圧延スタンド間に鋼板冷却装置を配置した鋼板冷却設備を用いることにより、先行する仕上圧延スタンド間で圧延直後の急冷却を行い、後行する仕上圧延スタンド間でＡｒ₃変態点を含む温度域の急冷却を行い、２つの鋼板冷却装置の間に挟まれた仕上圧延スタンドを通過する温度域をＡｒ₃点＋２０℃からＡｒ₃点までの温度域とすることにより、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成することができる。

加熱炉で加熱されたスラブは、粗圧延機で圧延されて粗圧延鋼材となり、次いで仕上圧延機で圧延される。仕上圧延機は通常、４重式圧延機による仕上圧延スタンドが５〜７スタンド直列に並んでおり、粗圧延鋼材はこれらのスタンドを順次通過することによって仕上圧延される。図１に示す例では、Ｆ１からＦ７までの７台のスタンド２が配列されており、Ｆ７が最下流スタンド２ｅとなる。仕上圧延を完了した鋼板は、ホットランテーブルを経て、コイラによって巻き取られる。仕上圧延機の出口下流側には、鋼板の厚さ計、幅計及び温度計が設置されており、これら計測器によって圧延された鋼板の板厚及び板幅などの寸法と鋼板温度とを制御し、品質管理を行う。これらの計測器は、厚さ計がＸ線、幅計が光学式、温度計が赤外線をそれぞれ用いたものである。ホットランテーブルには、鋼板を冷却するためのホットラン冷却装置が設置されている。

本発明においては、仕上圧延終了直後において鋼板を急冷することにより、鋼板結晶粒の粒径を細粒化し、これによって機械特性に優れた熱延鋼板を製造する。仕上圧延終了直後の鋼板急冷却は、仕上圧延機の出口を出た以降に行うのではなく、仕上圧延機後段のスタンド間３で鋼板１を水冷却することによって行う。図１に示すように、２のスタンド間３で水冷却を行うことを特徴とする。図１に示す例では、最下流から一つ手前のスタンド２ａと最下流スタンド２ｅとの間（以下「最終のスタンド間３ｂ」という。）で水冷却を行うとともに、さらに最下流から二つ手前のスタンド２ｐと一つ手前のスタンド２ａとのスタンド間（以下「最終一つ前の仕上圧延スタンド間３ａ」という。）での水冷却を追加して行う。

仕上圧延スタンド間での水冷却は、スタンド間３において、鋼板冷却装置１０を用い鋼板の上面と下面の一方又は両方に水をかけることによって行う。鋼板の上面への水冷却については、圧力水をノズルから噴出させるスプレー方式と、低圧水の層流棒状水を出すラミナ方式のいずれを用いても良い。下面への水冷却については、スプレー方式が用いられる。図１、２に示す例では、上冷却装置１１によって鋼板１の上面にスプレー水を噴射し、下冷却装置１２によって鋼板１の下面にスプレー水を噴射している。

極低炭素鋼にＴｉやＮｂを添加したＩＦ鋼を用いて深絞り用冷延鋼板を製造する方法において、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成するためには、Ａｒ₃変態点温度以上で仕上圧延を終了し、Ａｒ₃変態点温度以下まで急冷却することが知られている。

ここで、圧延終了温度はＡｒ₃変態点＋５５℃程度まで高い温度となることがある。最終圧延の鋼板温度を変態点直上にするべきであるが、幅方向の温度偏差が３０℃程度あり加えて、操業のバラツキも考慮すると幅方向の高い温度領域（主に幅方向のセンター部分）では変態点＋５５℃程度まで高くなることがある。この高い温度での粒成長を抑制するために、圧延終了直後で冷却する必要がある。急冷却に際し、圧延終了直後から急冷却を開始する必要がある。圧延後の結晶粒粗大化を防止するためである。

また、Ａｒ₃変態点以下まで急冷却するに際し、Ａｒ₃点−３０℃まで急冷却することが必要である。変態点を下回るところでオーステナイトからフェライト組織が生成するが、そのフェライト組織の粒成長を抑制するためには変態点以下まで十分に冷却する必要があり、ラボ評価の結果変態点−３０℃まで冷却する必要があることが分かった。従って、圧延終了温度からＡｒ₃点−３０℃までの温度域を急冷却するためには、温度差８５℃にわたって急冷却を行うことが必要となる。

仕上圧延機の仕上圧延スタンド間３に鋼板冷却装置１０を設置して鋼板１の上下面に冷却水を噴射することによって鋼板を冷却する場合、仕上圧延スタンド間３で鋼板１を水冷することのできる圧延方向長さはせいぜい２．０ｍ程度である。この程度の長さの中で鋼板を急冷却しようとしても、冷却による温度降下代は最大でも５０℃程度であり、これでは必要な鋼板の急冷却を確保することができない。従って、従来は、熱間圧延の仕上圧延スタンド間で鋼板を冷却する方法を用いたのでは、十分な冷却を行うことができず、最終製品の深絞り性を十分に達成することができなかった。

ところで、深絞り用冷延鋼板を製造するに際し、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成するためには、第１に、Ａｒ₃変態点以上で仕上圧延を終了し、圧延直後から急冷却を開始することにより、圧延後の結晶粒粗大化を防止することが必要である。第２に、Ａｒ₃点からＡｒ₃点−３０℃までの温度域を急冷却することにより、変態直後の結晶粒粗大化を防止することが必要である。一方、Ａｒ₃点＋２０℃からＡｒ₃点までの温度域については、十分に温度が低下しているので圧延後の結晶粒粗大化の進行は遅くなっており、変態前であるから変態直後の結晶粒粗大化も発生しない温度域である。従って、この温度域については、必ずしも急冷却を必要としないことが判明した。そこで、図１、２に示すように、連続する２以上の仕上圧延スタンド間に鋼板冷却装置１０を配置し、先行する仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置１０ａで圧延直後の急冷却を行い、後行する仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置１０ｂでＡｒ₃変態点を含む温度域の急冷却を行い、２つの鋼板冷却装置（１０ａ、１０ｂ）の間に挟まれた仕上圧延スタンド２ａを通過する温度域をＡｒ₃点＋２０℃からＡｒ₃点までの温度域とすることにより、図３に示すような鋼板温度履歴を実現し、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成できることが明らかとなり、本発明が完成した。

即ち、複数スタンドからなる熱間仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の鋼板冷却設備であって、仕上圧延スタンド間に配置した鋼板冷却装置１０から鋼板１に冷媒を噴射することができ、連続する２以上の仕上圧延スタンド間３に鋼板冷却装置１０を配置することを特徴とする鋼板冷却設備であり、この鋼板冷却設備を用いて熱間圧延の仕上圧延中に鋼板を冷却することにより、熱延鋼板の結晶微細化が十分達成し、最終製品の深絞り性を達成することができる。最終の仕上圧延スタンド間３ｂと最終一つ前の仕上圧延スタンド間３ａに鋼板冷却装置１０を配置し、鋼板が最終の二つ前の仕上圧延スタンド２ｐの圧延ポイントを通過した直後に最終一つ前の仕上圧延スタンド間３ａにおいて鋼板冷却装置１０ａにより圧延最終温度からＡｒ₃変態温度＋２０℃以下までの温度に冷却するまでの急冷却を行い、最終の仕上圧延スタンド間３ｂの鋼板冷却装置１０ｂによりＡｒ₃変態温度以上の温度からＡｒ₃変態温度−３０℃まで急冷却を行うものである。Ａｒ₃点＋２０℃からＡｒ₃点までの温度域において、鋼板１０は最終の一つ前の仕上圧延スタンド２ａを通過する。仕上圧延スタンド２ａについては、圧延ロールを開放し、圧延ロール間隔を通過する鋼板の板厚よりも広くしておくことができる。

鋼板冷却装置１０に設置して鋼板に冷媒を噴射するためのスプレーノズル１３としては、図５（ａ）に示すように噴射領域１４が広がらない直射スプレーノズル、図５（ｂ）に示すように噴射領域１４が一方向には広がるがそれと直角方向には広がらないフラットスプレーノズル、図５（ｃ）に示すように噴射領域１４が円錐状に広がるが円錐の中心部については水量密度が低い空円錐スプレーノズル、図５（ｄ）に示すように噴射領域１４が円錐状に広がり、円錐の内部についても均等に水量密度が分布している充円錐スプレーノズルなどから選択することができる。スプレーノズルではなく、キリ穴から冷媒を噴射する場合には、直射スプレーノズルと同様に噴流の広がりが発生しない。噴流に広がりが発生しない直射スプレーノズルやキリ穴を用いたのでは、鋼板を均等に冷却することが難しかった。また、フラットスプレーノズルや空円錐スプレーノズルでは十分な冷却速度を得ることが困難であった。本発明は、図４に示すように、スプレーノズル１３として充円錐スプレーノズルを用いることにより、鋼板１を冷却むらなく均一に冷却することが可能であり、かつ十分な冷却速度を実現することが可能となった。

本発明において、鋼板冷却装置１０ａで鋼板１を冷却する直前の仕上圧延スタンド２ｐが、最終仕上圧延スタンドとなる。図１に示すように、最終の仕上圧延スタンド間と最終一つ前の仕上圧延スタンド間に鋼板冷却装置を配置した場合、最終の二つ前の仕上圧延スタンドが最終仕上圧延スタンド２ｐとなる。

鋼板が最終仕上圧延スタンド２ｐにて圧延を完了した後、鋼板冷却装置１０ａにより冷却を開始されるまでの時間が０．１秒以内であると好ましい。圧延直後から緩冷却が継続すると結晶粒粗大化が進行するが、圧延完了してから急冷却開始までの時間が０．１秒以内であれば、圧延後の結晶粒粗大化を確実に防止することができる。仕上圧延機で最終仕上圧延スタンドを通過した鋼板の通板速度は、最低でも６００ｍ／ｍｉｎ程度である。従って、最終仕上圧延スタンド２ｐの圧延ポイントから鋼板冷却装置１０ａによる冷却開始位置までの距離ｄが１．０ｍ以下であれば、鋼板が最終仕上圧延スタンド２ｐにて圧延を完了した後、鋼板冷却装置１０ａにより冷却を開始されるまでの時間を０．１秒以内とすることができる。

仕上圧延終了直後からの急冷却は、Ａｒ₃変態温度＋２０℃に冷却するまで行う。この温度あるいはそれ以下まで急冷却を行えば、その後に緩冷却となっても結晶粒の粗大化が急速に進行することがないからである。また、圧延最終温度からＡｒ₃変態温度＋２０℃に冷却するまでの平均鋼板冷却速度を１８０℃／秒以上とすると好ましい。これにより、結晶粒の粗大化を十分に防止することができる。

Ａｒ₃変態温度＋２０℃以下Ａｒ₃変態点温度以上まで急冷却した後、仕上圧延終了直後よりは温度が低下しているとはいえ、次の急冷却開始までの時間が長すぎると、その間に結晶粒の粗大化が進行することがある。Ａｒ₃変態温度＋２０℃以下までの急冷却が終了した後、Ａｒ₃変態温度からＡｒ₃変態温度−３０℃までの急冷却を開始するまでの時間が０．５秒以内であれば、結晶粒の粗大化は進行せず、十分に結晶粒を微細化することができる。

Ａｒ₃変態温度を通過する際の急冷却は、Ａｒ₃変態温度からＡｒ₃変態温度−３０℃まで継続させる。少なくともＡｒ₃変態温度−３０℃まで急冷却を継続することにより、その後に緩冷却を行ったとしても、結晶粒の粗大化が進行することがない。また、Ａｒ₃変態温度からＡｒ₃変態温度−３０℃までの平均鋼板冷却速度を１８０℃／秒以上とすると好ましい。これにより、結晶粒の粗大化を十分に防止することができる。

本発明の鋼板冷却装置において、冷媒が冷却水であり、鋼板冷却装置から鋼板に噴射する冷却水の水量密度Ｗ（リットル／ｍ²・分）、圧延方向冷却範囲長さＬ（ｍ）、板厚ｔ（ｍ）、通板速度Ｖ（ｍ／分）、冷却装置による鋼板冷却における熱伝達率α（ｋｃａｌ／ｍ²・℃・ｈ）、鋼板の比熱Ｃ_p（＝０．１４５ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）、密度ρ（＝７８５０ｋｇ／ｍ³）、鋼板断面平均温度Ｔ（℃）、鋼板表面温度Ｔ_S（℃）、冷却水温度Ｔ_a（℃）とする。時間をτ（ｈ）で表す。

冷却中における鋼板の温度降下状況は、鋼板表面からの熱流束バランス式として以下のように表される。ここで、本発明が対象とする仕上圧延終了時の鋼板板厚においては、スプレー冷却による熱伝達に比較して鋼板内の熱伝導が速いので、スプレー冷却中における鋼板板厚方向の温度偏差が小さい。そこで、下記（３）式右辺の鋼板温度として鋼板断面平均温度を用いている。
ｔ・Ｃ_p・ρ・ｄＴ／ｄτ＝−２・α・（Ｔ−Ｔ_a） （３）

上記（３）式を解くことにより、
τ＝−（ｔ・Ｃ_p・ρ／２α）×ｌｎ（Ｔ−Ｔ_a）＋定数 （４）
が得られる。所定の時間間隔Δτの間に鋼板温度がＴ₁からＴ₂に冷却されるとき、上記式は
Δτ＝（ｔ・Ｃ_p・ρ／２α）×ｌｎ((Ｔ_a−Ｔ₁)／(Ｔ_a−Ｔ₂)) （５）
と記述することができる。ここで、
（Ｔ₂−Ｔ₁）／Δτ＝１８０℃／秒×３６００（℃／ｈ） （６）
となるようにＴ₁、Ｔ₂、Δτを定め、（５）式に代入することにより、平均冷却速度１８０℃／秒を実現するためにαが具備すべき条件を板厚ｔの関数として算出することができる。

一方、熱伝達率α（ｋｃａｌ／ｍ²・℃・ｈ）は、冷却水の水量密度Ｗ（リットル／ｍ²・分）及び冷却水温度Ｔ_S（℃）の関数として以下のように表されることが知られている。
ｌｏｇ₁₀α＝２．３６＋０．６６３・ｌｏｇ₁₀Ｗ−０．００１４７・Ｔ_S （７）
ここで、鋼板表面温度Ｔ_Sは鋼板断面平均温度Ｔよりも９５℃程度低いことがシミュレーションの結果として知られている。

上記求めたαを（７）式に代入することにより、鋼板表面温度Ｔ_Sを例えば冷却装置入り側の鋼板断面平均温度Ｔ₁に基づいて定め、冷却水の水量密度Ｗが具備すべき条件を、板厚ｔの関数として求めることができる。

また、鋼板の平均冷却速度ではなく、冷却中の時々刻々の冷却速度を１８０℃／秒以上とする場合は、（３）式のＴとして最も温度が低いＴ₂を定め、ｄＴ／ｄτ＝１８０℃／秒×３６００として（３）式を解くことにより、αをｔの関数として求めることができ、同じように（７）式に代入して、冷却水の水量密度Ｗが具備すべき条件を板厚ｔの関数として求めることができる。

上記（５）式のΔτは、鋼板が冷却装置で冷却されている時間であるから、
Δτ＝Ｌ／Ｖ×６０（ｈ） （８）
で表すことができる。（５）（８）式より、
α＝（ｔ・Ｃ_p・ρ・Ｖ×６０／２Ｌ）×ｌｎ((Ｔ_a−Ｔ₁)／(Ｔ_a−Ｔ₂)) （９）
が求まる。

ここで、ｔ＝４．２×１０^-3ｍ、Ｔ₁＝９４５℃、Ｔ₂＝９１０℃、Ｖ＝６００ｍ／分、Ｔ_a＝４０℃の場合について上記式を解いてみる。（９）式から、
α・Ｌ＝３３９４ （１０）
となる。次に、Ｔ_S＝Ｔ₁−９５＝８５０℃として、（７）式と（１０）式を用いることにより、αを消去し、
Ｗ^0.663×Ｌ≧２６０ （１）
を導出することができる。このとき、鋼板の冷却速度を好ましい速度範囲とするため、
Ｌ≦１．８ｍ （２）
とする。即ち、上記（１）（２）式が適用できる前提において、冷却速度での温度降下代ΔＴ＝Ｔ₁−Ｔ₂＝３５℃、経過時間Δτ＝Ｌ／Ｖ／６０＝Ｌ／１０（秒）であるから、鋼板の冷却速度は、ΔＴ／Δτ＝３５０／Ｌ（℃／秒）となる。（２）式で最も長いＬを採用しＬ＝１．８ｍの場合について考えると、ΔＴ／Δτ＝３５０／１．８＝１９４℃／秒となり、好ましい冷却速度である１８０℃／秒以上の条件を満足していることがわかる。従って、（１）（２）式を満足するようにＬとＷを決定することにより、好ましい冷却速度とすることができる。上記（１）式を導くに際し、板厚ｔ＝４．２×１０^-3ｍとの前提をおいた。板厚がｔ＝４．２×１０^-3ｍよりも薄い鋼板に適用するに際し、（１）式（２）式を満足していれば本発明の好適範囲を実現することができる。

鋼板冷却装置で鋼板を冷却した後の最下流仕上圧延スタンドについては、特許文献２に記載のように軽圧下を行うことができる。ただし、冷却後の圧延は、軽圧下といえども粒径に影響を及ぼすため、軽圧下せずに圧延ロールを開放とするとより好ましい。

Ｔｉ添加極低炭素鋼の熱間圧延に際して本発明を適用した。Ｆ１〜Ｆ７の７スタンドを有する仕上圧延機を用い、図１、図２に示すように、Ｆ５を最終圧延スタンド２ｐとし、Ｆ５とＦ６のスタンド間３ａ及びＦ６とＦ７のスタンド間３ｂにおいて被圧延鋼材の水冷却を行った。それぞれのスタンド間に、上冷却装置１１と下冷却装置１２を設けた。スプレーノズルとして充円錐スプレーノズルを用いた。

圧延に用いた鋼板は、成分が質量％で、０．００１５％Ｃ−０．０５％Ｓｉ−０．０８％Ｍｎ−０．００４％Ｐ−０．００１６％Ｓ−０．０３１％Ａｌ−０．００１８％Ｎ−０．０３７％Ｔｉであった。

冷却条件として、まずベース条件を定めた。ベース条件は、最終圧延からスタンド間３ａでの冷却開始までの時間を０．１秒、１回目（スタンド間３ａ）と２回目（スタンド間３ｂ）の冷却速度を１８０℃／秒、１回目の急冷終了温度をＡｒ₃＋２０℃＝９１０℃、１回目急冷終了から２回目急冷開始までの時間を０．５秒、２回目の急冷終了温度をＡｒ₃−３０℃＝８６０℃とした。次に、これらベース条件のうちの１条件のみを変動させるように冷却条件を変化させ、鋼板の冷却を行った。なお、上記ベース条件における追加条件として板厚ｔを４．２×１０^-3ｍ、通板速度Ｖを６００ｍ／分とした。ベース条件のうちの１条件のみを変動させるに際し、冷却水の水量密度Ｗ、板厚ｔ、通板速度Ｖ、圧延方向冷却範囲長さＬについても調整を行った。評価は、熱延板結晶粒径によって行った。熱延板結晶粒径がＧ．Ｓ．Ｎｏ．で８以上であれば良好であるとした。

最終圧延から冷却開始までの時間を０．０１〜３秒の間で変化させたところ、図６に示すように、冷却開始までの時間が０．１秒以内であれば、結晶粒径が良好に維持されることがわかった。

冷却装置による冷却速度を４０〜２６０℃／秒の範囲で変化させたところ、図７に示すように、冷却速度１８０℃／秒以上において良好な結晶粒径を維持することができた。

１回目の急冷終了温度を８９０〜９３０℃の範囲で変化させたところ、図８に示すように、９１０℃（Ａｒ₃＋２０℃）よりも低い温度とすることによって熱延板結晶粒径を良好に維持することができた。

１回目急冷終了から２回目急冷開始までの時間を０．３〜１秒の範囲で変化させたところ、図９に示すように、０．５秒以下において熱延板結晶粒径を良好に維持することができた。

２回目の急冷終了温度を８３０〜８８０℃の範囲で変化させたところ、図１０に示すように、８６０℃（Ａｒ₃−３０℃）よりも低い温度とすることによって熱延板結晶粒径を良好に維持することができた。

本発明の鋼板冷却設備を有する仕上圧延機を示す図である。 本発明の鋼板冷却設備を有する仕上圧延機を示す部分図である。 本発明による鋼板冷却履歴を示す図である。 本発明の鋼板冷却装置による冷却状況の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 スプレーノズルの噴射状況を示す図であり、（ａ）は直射スプレーノズル、（ｂ）はフラットスプレーノズル、（ｃ）は空円錐スプレーノズル、（ｄ）は充円錐スプレーノズルである。 最終圧延から冷却開始までの時間と熱延板結晶粒径との関係を示す図である。 鋼板冷却装置による冷却速度と熱延板結晶粒径との関係を示す図である。 １回目冷却終了温度と熱延板結晶粒径との関係を示す図である。 １回目冷却終了から２回目冷却開始までの時間と熱延板結晶粒径との関係を示す図である。 ２回目冷却終了温度と熱延板結晶粒径との関係を示す図である。

符号の説明

１ 鋼板
２ スタンド
３ スタンド間
４ 圧延ロール
１０ 鋼板冷却装置
１１ 上冷却装置
１２ 下冷却装置
１３ スプレーノズル
１４ 噴射領域
２０ 鋼板進行方向
Ｆ１〜Ｆ７ 仕上圧延スタンド

Claims (5)

1. 複数スタンドからなる熱間仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の鋼板冷却設備であって、仕上圧延スタンド間に配置した鋼板冷却装置から鋼板に冷却水を噴射することができ、連続する２以上の仕上圧延スタンド間に前記鋼板冷却装置を配置し、前記鋼板冷却装置から鋼板に噴射する冷却水の水量密度Ｗ（リットル／ｍ ² ・分）が下記（１）式を満足し、圧延方向冷却範囲長さＬ（ｍ）が下記（２）式を満足することを特徴とする鋼板冷却設備。
   Ｗ ^0.663 ×Ｌ≧２６０ （１）
   Ｌ≦１．８ｍ （２）
2. 充円錐スプレーノズルを用いて鋼板冷却装置から鋼板に冷却水を噴射することを特徴とする請求項１に記載の鋼板冷却設備。
3. 鋼板冷却を行う各仕上圧延スタンド間において、直近の仕上圧延スタンドの圧延ポイントから鋼板冷却装置による冷却開始位置までの距離が１．０ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板冷却設備。
4. 複数スタンドからなる熱間仕上圧延機の仕上圧延スタンド間に配置した鋼板冷却装置から鋼板に冷媒を噴射する熱延鋼板の鋼板冷却方法であって、最終の仕上圧延スタンド間と最終一つ前の仕上圧延スタンド間に前記鋼板冷却装置を配置し、鋼板が最終の二つ前の仕上圧延スタンドの圧延ポイントを通過してから鋼板冷却装置により冷却を開始されるまでの時間が０．１秒以内であり、最終一つ前の仕上圧延スタンド間において鋼板冷却装置により圧延最終温度からＡｒ ₃ 変態温度＋２０℃に冷却するまでの平均鋼板冷却速度が１８０℃／秒以上であり、最終一つ前の仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置による冷却完了から最終の仕上げスタンド間の鋼板冷却装置による冷却開始までの時間が０．５秒以内であり、最終の仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置によりＡｒ ₃ 変態温度からＡｒ ₃ 変態温度−３０℃まで冷却する鋼板冷却速度が１８０℃／秒以上であることを特徴とする鋼板冷却方法。
5. 充円錐スプレーノズルを用いて鋼板冷却装置から鋼板に冷媒を噴射することを特徴とする請求項４に記載の鋼板冷却方法。

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