JP4935461B2 - 熱間圧延鋼板の製造方法および製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状が良好な熱間圧延鋼板を製造するための製造方法および製造設備に関する。

熱間圧延鋼板は、酸洗を経てそのまま使用されたり、冷間圧延および熱処理、さらには表面処理を施して使用されるが、いずれの場合も良好な表面性状が求められる。一方、熱間圧延工程では、鋼材を大気中において高温状態で加工・熱処理するため、工程の途中で鋼材表面にスケールと呼ばれるＦｅ酸化物が生成する。このスケールが生成すると、スケール下にＦｅに対して貴なＮｉなどの元素が不均一に濃化して模様状の表面欠陥になる。特に、近年では地球温暖化防止のため、炭酸ガス排出量を抑制できるスクラップを鉄源とした製鉄に対する期待が高まっているが、スクラップからのＮｉなどの不純物の混入が高まるため、上述したような表面欠陥に対する対策がますます重要になっている。

従来、Ｎｉなどの濃化に起因した表面欠陥の発生を防止するための方法がいくつか提案されている。
例えば、特許文献１には、鋼板表層のＮｉ濃度やその濃度分布、さらにはスラブ加熱条件を制御する方法が示されている。
特許文献２には、鋼素材とスケールとの界面性状を定量化し、これを加熱条件の調整により所定の値に制御し、さらに好ましくは加熱後、熱間圧延前のスラブ表面を、０．９〜４．０ＭＰａの高圧水でデスケーリングする方法が示されている。
特許文献３には、熱間圧延鋼板を常法で酸洗した後、さらに特定の条件で最終酸洗する方法が示されている。

また、特許文献４には、Ｎｉなどの濃化に起因した表面欠陥の発生防止を狙いとするものではないが、加熱炉内での加熱によりスラブ表面に生成したスケールであって、特に除去が難しいとされる楔型スケール（一部地鉄に食い込んだ形態のスケール）を除去することを狙いとして、加熱後のスラブをデスケーリングした後、大気酸化させ、さらにデスケーリングを行う方法が示されている。
特許文献５には、リバース圧延機で粗圧延を行う際に、全パスチャンスで高圧水噴射流を吹き付けてデスケーリング処理する方法が示されている。

特開２００２−３０９３４３号公報 特開平９−５２１１０号公報 特開２００５−２８１７７５号公報 特開平１０−２４４３１２号公報 特開平１１−４７８０６号公報

しかしながら、上述した従来技術には次のような問題点がある。
すなわち、特許文献１，２の方法は、工程上の著しい制約条件となり、工業的に安定して実施することが困難である。また、Ｎｉなどの濃化による表面欠陥の発生の抑制効果も十分ではない。
特許文献３の方法は、処理効率が非常に低いために生産性が低下するとともに、製品歩留まりも低下する問題がある。
さらに、特許文献４の方法は、スラブ表面の楔型スケールの除去を狙いとするものであるため、Ｎｉなどの濃化による表面欠陥の発生については十分な抑制効果は得られない。
また、特許文献５の方法のようにリバース式の粗圧延の全パス入側でデスケーリング行ったとしても、Ｎｉなどの濃化による表面欠陥の発生の抑制効果は十分ではない。
以上のように従来技術には、Ｎｉなどの濃化に起因した表面欠陥の発生を効果的に抑制できない、或いは工業的な実施が困難であるという問題がある。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、製造工程におけるＮｉなどの濃化に起因した表面欠陥の発生を抑制し、表面性状が良好な熱間圧延鋼板を効率的に製造することができ、しかも工業的に実施が容易な製造方法および製造設備を提供することにある。

本発明者らは、製造工程でのＮｉなどの濃化（以下、説明の便宜上「Ｎｉ濃化層」という）に起因した表面欠陥の発生を抑制するために、熱延工程中にＮｉ濃化層を適切に除去するための方法について検討を行った。その結果、Ｎｉ濃化層を除去するのに有効な条件として、（1）デスケーリングによりＮｉ濃化層を大気に露出させて酸化除去することが有効であること、（2）また、この方法による１回のデスケーリング−酸化では、Ｎｉ濃化層は一定の割合でしか除去されないので、繰り返し行うことが重要であること、を知見した。さらに、（3）熱延コイル全体を均一に良好な表面性状とするには、デスケーリングから次のデスケーリングまでの時間を一定として、スケールをコイル全長で均一に生成させる必要があること、（4）したがって、リバース圧延は先尾端でのデスケーリングの効果が少ないため不適であり、デスケーリングでＮｉ濃化層を効果的に除去するためには、複数のデスケーリング装置を直列的に配置して順次デスケーリングを行う必要があること、（5）そのようなデスケーリングを行う場合、加熱炉出側での１次デスケーリングと仕上圧延機列入側での仕上デスケーリング間において、所定の間隔をおいてデスケーリングを６回以上行うことにより、Ｎｉ濃化層の除去効果が著しく向上すること、を見出した。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］ライン上流側から加熱炉、粗圧延機列、仕上圧延機列を備えた熱間圧延設備による熱間圧延鋼板の製造方法であって、
前記加熱炉の出側で高圧水噴射による鋼板の１次デスケーリング（ａ_１）を行うとともに、前記仕上圧延機列の入側で高圧水噴射による鋼板の仕上デスケーリング（ａ_２）を行い、さらに、前記１次デスケーリング（ａ_１）と仕上デスケーリング（ａ_２）間において、ライン方向で１次デスケーリング（ａ_１）および仕上デスケーリング（ａ_２）に対して１５ｍ以上の間隔をおき且つ各々１５ｍ以上の間隔をおいた６箇所以上の位置で、高圧水噴射による鋼板のデスケーリング（ａ_Ｘ）を行い、
前記１次デスケーリング（ａ _１ ）では１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用い、前記仕上デスケーリング（ａ _２ ）では２５ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用いることを特徴とする熱間圧延鋼板の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、デスケーリング（ａ_Ｘ）では、各々１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用いることを特徴とする熱間圧延鋼板の製造方法。

［3］ライン上流側から加熱炉、粗圧延機列、仕上圧延機列を備えた熱間圧延鋼板の製造設備であって、
前記加熱炉の出側に高圧水噴射式の１次デスケーリング装置（Ａ_１）が配置されるとともに、前記仕上圧延機列の入側に高圧水噴射式の仕上デスケーリング装置（Ａ_２）が配置され、さらに、前記１次デスケーリング装置（Ａ_１）と仕上デスケーリング装置（Ａ_２）間において、ライン方向で１次デスケーリング装置（Ａ_１）および仕上デスケーリング装置（Ａ_２）に対して１５ｍ以上の間隔をおき且つ各々１５ｍ以上の間隔をおいた６箇所以上の位置に、高圧水噴射式のデスケーリング装置（Ａ_Ｘ）を配置し、
前記１次デスケーリング装置（Ａ _１ ）は１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を噴射するデスケーリング装置であり、前記仕上デスケーリング装置（Ａ _２ ）は２５ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を噴射するデスケーリング装置であることを特徴とする熱間圧延鋼板の製造設備。
［4］上記［3］の製造設備において、デスケーリング装置（Ａ_Ｘ）は、各々１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を噴射するデスケーリング装置であることを特徴とする熱間圧延鋼板の製造設備。

ここで、本発明の製造方法では、ライン方向において隣り合うデスケーリング間の間隔が１０ｍ以下である１群のデスケーリングは、１つの１次デスケーリング（ａ_１）、仕上デスケーリング（ａ_２）、デスケーリング（ａ_Ｘ）とする。デスケーリング間の間隔が１０ｍ以下であればスケールの生成は無視できる程度であり、１つのデスケーリングとみなし得るからである。同様に、本発明の製造設備では、ライン方向において隣り合うデスケーリング手段（装置）間の間隔が１０ｍ以下である１群のデスケーリング手段（装置）は、１つの１次デスケーリング装置（Ａ_１）、仕上デスケーリング装置（Ａ_２）、デスケーリング装置（Ａ_Ｘ）とする。デスケーリング手段間の間隔が１０ｍ以下であればスケールの生成は無視できる程度であり、１つのデスケーリング装置とみなし得るからである。

本発明の製造方法および製造設備によれば、製造工程において材料表面のＮｉなどの濃化層を確実に酸化除去することができ、Ｎｉなどの濃化に起因した表面欠陥の発生を効果的に抑制し、表面性状が良好な熱間圧延鋼板を製造することができる。また、本発明の製造方法及び設備では、特別な工程を必要としないため、生産効率を低下させることがなく、また工業的にも容易に実施することができる。

図１は、本発明による熱間圧延鋼板の製造方法および設備の一実施形態を示すものであり、この熱間圧延設備は、ライン上流側から加熱炉１、複数の粗圧延機２０からなる粗圧延機列２、複数の仕上圧延機３０からなる仕上圧延機列３を備えている。図において、４は被圧延材である。
前記加熱炉１の出側には高圧水噴射式の１次デスケーリング装置Ａ_１が、また、前記仕上圧延機列３の入側には高圧水噴射式の仕上デスケーリング装置Ａ_２がそれぞれ配置され、これらのデスケーリング装置からの高圧水噴射により、各々の位置で被圧延材４の１次デスケーリング（ａ_１）と仕上デスケーリング（ａ_２）が行われる。これらのデスケーリングを行う理由や好ましい条件については、後に詳述する。

前記１次デスケーリング装置Ａ_１（デスケーリング（ａ_１）位置）と前記仕上デスケーリング装置Ａ_２（仕上デスケーリング（ａ_２）位置）との間には、ライン方向で１次デスケーリング装置Ａ_１および仕上デスケーリング装置Ａ_２に対して１５ｍ以上の間隔をおき且つ各々１５ｍ以上の間隔をおいた６箇所以上の位置に、高圧水噴射式のデスケーリング装置Ａ_Ｘが配置され、これらデスケーリング装置Ａ_Ｘからの高圧水噴射により被圧延材４のデスケーリング（ａ_Ｘ）が行われる。本実施形態では、５台の粗圧延機２０の各入側位置と、粗圧延機列２と仕上圧延機列３間のほぼ中間位置の計６箇所にデスケーリング装置Ａ_Ｘが配置されている。したがって、図示した間隔Ｌ1〜Ｌ7は各々１５ｍ以上の距離を有している。

ここで、１次デスケーリング装置Ａ_１および仕上デスケーリング装置Ａ_２に対するデスケーリング装置Ａ_Ｘの間隔、デスケーリング装置Ａ_Ｘどうしの間隔が各々１５ｍ未満では、デスケーリング装置間でスケールが適切に生成せず、デスケーリング→酸化の繰り返しによってＮｉ濃化層を酸化除去する効果は極めて小さくなる。したがって、それぞれのデスケーリング装置の間隔は１５ｍ以上とする必要がある。
なお、本発明では、さきに述べたような理由から、ライン方向において隣り合うデスケーリング間の間隔が１０ｍ以下である１群のデスケーリングは、１つの１次デスケーリング（ａ_１）、仕上デスケーリング（ａ_２）、デスケーリング（ａ_Ｘ）とし、同様に、ライン方向において隣り合うデスケーリング手段（装置）間の間隔が１０ｍ以下である１群のデスケーリング手段（装置）は、１つの１次デスケーリング装置Ａ_１、仕上デスケーリング装置Ａ_２、デスケーリング装置Ａ_Ｘとする。

また、Ｎｉ濃化層を大気に露出させ酸化除去する方法では、１回のデスケーリング→酸化ではＮｉ濃化層を一定の割合でしか除去できない。したがって、熱間圧延工程では、そのような酸化除去を繰り返し行うことが重要である。また、熱延コイル全体を均一に良好な表面性状とするためには、デスケーリングから次のデスケーリングまでの時間を一定として、スケールをコイル全長で均一に生成させる必要がある。これらの条件を満足させるためには、デスケーリング装置Ａ_Ｘを直列に複数台配置して順次デスケーリングを行う必要がある。そして、Ｎｉ濃化層を確実に酸化除去するためには、デスケーリング（ａ_Ｘ）が５回以下では不十分であり、これに対してデスケーリング（ａ_Ｘ）を６回以上行うことによりＮｉ濃化層の除去効果が著しく向上する。このため本発明では、１次デスケーリング装置Ａ_１と仕上デスケーリング装置Ａ_２との間の６箇所以上の位置にデスケーリング装置Ａ_Ｘを配置し、これらのデスケーリング装置Ａ_Ｘにより順次デスケーリング（ａ_Ｘ）を行う。
１つのデスケーリング装置Ａ_Ｘによるデスケーリング（ａ_Ｘ）後に残存するＮｉ濃化層をさらに十分に酸化させるためには、各々のデスケーリング（ａ_Ｘ）により二次スケールを完全に除去する必要があり、このため各々のデスケーリング（ａ_Ｘ）では１０ＭＰａ以上、好ましくは１５Ｍｐａ以上の吐出圧力（ノズルからの吐出圧力。以下同様）の高圧水を用いることが望ましい。

次に、加熱炉１の出側で行われる１次デスケーリング（ａ_１）と、仕上圧延機列３の入側で行われる仕上デスケーリング（ａ_２）について説明する。
加熱炉１では１次スケールと呼ばれる極めて厚いスケールがスラブ表面に生成する。これを残存させたまま粗圧延を行うと、１次スケール噛み込みに起因した表面欠陥が発生する場合があるので、１次デスケーリング装置Ａ_１からの高圧水噴射による１次デスケーリング（ａ_１）を行い、１次スケールを除去する必要がある。なお、この１次デスケーリング（ａ_１）は複数回行ってもよい。１次スケールを確実に除去するには、１次デスケーリング（ａ_１）では１０ＭＰａ以上、好ましくは１５Ｍｐａ以上の吐出圧力の高圧水を用いることが望ましい。

仕上圧延機列３の入側の仕上デスケーリング（ａ_２）では、２５Ｍｐａ以上、より好ましくは３０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用いることが望ましい。高圧水の吐出圧力が２５ＭＰａ未満では、残存するＮｉ濃化層を確実に除去するという観点からは、効果が不十分な場合がある。また、さらに５０Ｍｐａ以上の吐出圧力の高圧水を用いれば、高圧水による掘削効果により、金属Ｆｅ中にＮｉが残存した場合も除去できるので、さらに表面性状が向上する。
また、仕上圧延機列３の入側の仕上デスケーリング装置Ａ_２による仕上デスケーリング（ａ_２）位置は、デスケーリング後のスケール生成を抑制するために第１段仕上圧延機３０のロール噛み込み位置からライン方向で１０ｍ以内とすることが望ましい。
なお、前記デスケーリング（ａ_Ｘ）の実施により被圧延材４の温度低下が問題となる場合には、前記仕上デスケーリング（ａ_２）位置の直前に被圧延材の加熱装置を配置しておき、必要に応じて被圧延材４を加熱すればよい。

本発明において、ライン方向でのデスケーリング（ａ_Ｘ）の実施位置は任意である。図２および図３は、それぞれ本発明による熱間圧延鋼板の製造方法および設備の他の実施形態を示すものである。
図２の実施形態では、５台の粗圧延機２０の各入側位置と、第４段粗圧延機２０と第５段粗圧延機２０のほぼ中間位置の計６箇所にデスケーリング装置Ａ_Ｘが配置されている。したがって、図示する間隔Ｌ1〜Ｌ7は各々１５ｍ以上の距離を有している。
また、図３の実施形態では、５台の粗圧延機２０の各入側位置と、第４段粗圧延機２０と第５段粗圧延機２０のほぼ中間位置と、粗圧延機列２と仕上圧延機列３間のほぼ中間位置の計７箇所にデスケーリング装置Ａ_Ｘが配置されている。したがって、図示する間隔Ｌ1〜Ｌ8は各々１５ｍ以上の距離を有している。
なお、図２および図３の実施形態において、その他の構成や好ましい条件などは、図１の実施形態と同様である。

図４〜図１０に示すような加熱炉１、粗圧延機列２、仕上圧延機列３を順に配置した熱間圧延設備において熱延鋼板を製造した。各図中の符号は図１〜図３に対応している。なお、図１０はリバース式粗圧延機列で粗圧延を行うものであり、Ａ_３は粗圧延の各圧延パス入側に配置されるデスケーリング装置、（ａ_３）はこのデスケーリング装置Ａ_３によるデスケーリング位置である。図４〜図１０にはライン方向で隣り合うデスケーリング（ａ）位置間の間隔距離（ｍ）を表示してある。また、図４〜図１０において、粗圧延機列２の各粗圧延機入側のデスケーリング装置Ａ_Ｘと、リバース式粗圧延機列２の各圧延パス入側のデスケーリング装置Ａ_３は、いずれも粗圧延機２０から４〜８ｍの位置に配置した。

図４〜図６は本発明例、図７〜図１０は比較例である。なお、図８において、仕上圧延機列３の入側に２段のデスケーリング装置が配置されているが、両デスケーリング装置の間隔は１０ｍ以下であるため、これらは１つのデスケーリング装置Ａ_２と見なされる。また、図９において、最終粗圧延機２０の入側に２段のデスケーリング装置が配置されているが、両デスケーリング装置の間隔は１０ｍ以下であるため、これらは１つのデスケーリング装置Ａ_Ｘと見なされる。したがって、図８、図９では、それぞれ５台のデスケーリング装置Ａ_Ｘが設置されていることになる。

本実施例では、被圧延材として表１に示す化学成分を有する低炭素鋼スラブを用いた。製造条件および熱延鋼板の表面性状の評価結果を表２に示す。表面性状は、熱延鋼板を酸洗した後に見られる表面模様の濃淡、発生頻度を目視判定し、１（劣）〜５（優）の５段階で評価した。評点３以上は実用上問題ないレベル、評点４は良好なレベル、評点５は目視では模様が認識できない極めて良好なレベルである。
表２に示されるように、本発明例で製造された熱延鋼板はいずれも表面性状が良好である。これに対し、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１の比較例では、１５ｍ以上の間隔で行われる有効なデスケーリング（ａ_Ｘ）の回数が少ないため、Ｎｉなどの濃化に起因した模様のために、鋼板の表面性状が極めて劣っている。

本発明による熱間圧延鋼板の製造方法および設備の一実施形態を示す説明図 本発明による熱間圧延鋼板の製造方法および設備の他の実施形態を示す説明図 本発明による熱間圧延鋼板の製造方法および設備の他の実施形態を示す説明図 実施例において、設備構成が発明例となる製造ラインを示す説明図 実施例において、設備構成が発明例となる製造ラインを示す説明図 実施例において、設備構成が発明例となる製造ラインを示す説明図 実施例において、設備構成が比較例となる製造ラインを示す説明図 実施例において、設備構成が比較例となる製造ラインを示す説明図 実施例において、設備構成が比較例となる製造ラインを示す説明図 実施例において、設備構成が比較例となる製造ラインを示す説明図

符号の説明

１ 加熱炉
２ 粗圧延機列
３ 仕上圧延機列
４ 被圧延材
２０ 粗圧延機
３０ 仕上圧延機
Ａ_１ １次デスケーリング装置
Ａ_２ 仕上デスケーリング装置
Ａ_Ｘ デスケーリング装置
ａ_１ １次デスケーリング位置
ａ_２ 仕上デスケーリング位置
ａ_Ｘ デスケーリング位置

Claims (4)

1. ライン上流側から加熱炉、粗圧延機列、仕上圧延機列を備えた熱間圧延設備による熱間圧延鋼板の製造方法であって、
   前記加熱炉の出側で高圧水噴射による鋼板の１次デスケーリング（ａ_１）を行うとともに、前記仕上圧延機列の入側で高圧水噴射による鋼板の仕上デスケーリング（ａ_２）を行い、さらに、前記１次デスケーリング（ａ_１）と仕上デスケーリング（ａ_２）間において、ライン方向で１次デスケーリング（ａ_１）および仕上デスケーリング（ａ_２）に対して１５ｍ以上の間隔をおき且つ各々１５ｍ以上の間隔をおいた６箇所以上の位置で、高圧水噴射による鋼板のデスケーリング（ａ_Ｘ）を行い、
   前記１次デスケーリング（ａ _１ ）では１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用い、前記仕上デスケーリング（ａ _２ ）では２５ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用いることを特徴とする熱間圧延鋼板の製造方法。
2. デスケーリング（ａ_Ｘ）では、各々１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を用いることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延鋼板の製造方法。
3. ライン上流側から加熱炉、粗圧延機列、仕上圧延機列を備えた熱間圧延鋼板の製造設備であって、
   前記加熱炉の出側に高圧水噴射式の１次デスケーリング装置（Ａ_１）が配置されるとともに、前記仕上圧延機列の入側に高圧水噴射式の仕上デスケーリング装置（Ａ_２）が配置され、さらに、前記１次デスケーリング装置（Ａ_１）と仕上デスケーリング装置（Ａ_２）間において、ライン方向で１次デスケーリング装置（Ａ_１）および仕上デスケーリング装置（Ａ_２）に対して１５ｍ以上の間隔をおき且つ各々１５ｍ以上の間隔をおいた６箇所以上の位置に、高圧水噴射式のデスケーリング装置（Ａ_Ｘ）を配置し、
   前記１次デスケーリング装置（Ａ _１ ）は１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を噴射するデスケーリング装置であり、前記仕上デスケーリング装置（Ａ _２ ）は２５ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を噴射するデスケーリング装置であることを特徴とする熱間圧延鋼板の製造設備。
4. デスケーリング装置（Ａ_Ｘ）は、各々１０ＭＰａ以上の吐出圧力の高圧水を噴射するデスケーリング装置であることを特徴とする請求項３に記載の熱間圧延鋼板の製造設備。

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