JP5074850B2

JP5074850B2 - 熱延鋼帯のデスケーリング冷間圧延方法及び圧延用ワークロール

Info

Publication number: JP5074850B2
Application number: JP2007198781A
Authority: JP
Inventors: 亮紀平岩
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: JP2009034690A

Description

本発明は、熱延鋼帯の表面に付着しているスケールを、酸洗処理に先立って冷間圧延のロールの圧下力で破砕剥離するデスケーリング圧延方法およびその圧延に使用されるワークロールに関する。

熱延鋼板は、酸化物を主体とするスケール(熱延スケール)で覆われているので、熱延スケール除去処理(脱スケール処理)が施される。その脱スケール処理法として、通常、酸洗処理が実施されている。酸洗処理は、酸液(塩酸,硫酸溶液等)を処理液として、熱延スケールを化学的に溶解除去するものであり、酸洗装置(通常、塩酸等の酸液を収容する複数の酸洗槽が鋼帯移送方向に連接配置された多段構成を有する)に、熱延鋼帯を連続的に通板することにより行なわれる。

近年、酸洗設備・廃酸処理等のメンテナンス負担の低減、処理効率の改善等を目的として、酸洗装置の上流側で、熱延鋼帯に冷間圧延(所謂「黒皮圧延」)を施し、ロールの圧下力で熱延スケールを破砕剥離させる、メカニカル・デスケーリング処理が実施されている。熱延スケールは、内側(基地鋼に接する側)から外側に向って、FeO層,Fe₃O₄層,Fe₂O₃層がこの順に積層した層構造を有し、Fe₃O₄層及びFe₂O₃層（硬質・脆性の酸化物層）はテンションレベラー等の軽度の加工で破砕除去することができる一方、FeO層(展延性を有する)は、基地鋼に追従して変形し易く、破砕除去は困難である。上記冷間圧延により、基地鋼に接するFeO層までクラックが入り、FeO層を含むスケールの破砕・剥離が可能となり、それだけ酸洗槽に導入される熱延鋼帯のスケール付着残留量を少なくし、酸洗工程の負荷をより軽減することができる。

上記冷間圧延による熱延スケールの破砕・剥離、その破砕剥離片の離脱(鋼帯表面からの除去)を効果的に行なわせるための工夫として次のように種々の提案がなされている。
(i)冷間圧延で熱延スケールを破砕剥離し、スケール片をブラッシングで鋼帯表面から除去する(特許文献１)。
(ii)冷間圧延機の上流側に設置されたレベラー又はスキンパスミルで熱延鋼板に1%以上の伸びを与えたうえ、冷間圧延する(特許文献２)。
(iii)冷間圧延機の下流側のブライドルロールにより熱延鋼帯に張力を付加した状態で冷間圧延し、スケール粉砕物はブラッシングと高圧スプレー(80-90℃の温水使用)で鋼帯表面から除去する(特許文献３)。

(iv)冷間圧延機のワークロールとして、2R≧180×h（R:ロール半径mm、h:圧延後の鋼帯板厚mm）のロールを使用する(特許文献４)。
(v)熱延鋼板の冷間圧延を、t×R≧150(t:熱延スケール厚さmm,R:ワークロール半径mm)の関係が維持されるように行なう(特許文献５)。
(vi)冷間圧延で熱延スケールを粉砕し、スケール粉砕物をポリシャー,スプレーノズル等でロール表面から除去すると共に、鋼帯に付着残留するスケール粉砕物をブラッシング、高圧スプレー等で除去する(特許文献６)。
特許第３３７１０６１号公報特許第３４０７８４６号公報特許第３４０６７５０号公報特許第３３３３４０５号公報特許第３４０６７４９号公報特許第３４０７８４３号公報

熱延スケールで覆われた熱延鋼板を冷間圧延するワークロールには、熱延スケールの破砕に伴うアブレッシブ摩耗やビルドアップに対する抵抗性が必要である。このアブレッシブ摩耗およびビルドアップ等の問題に対しては、高速度鋼系鋳造ロール(所謂鋳造ハイスロール)を適用して対処することができる。しかしワークロールの耐久性・安定性については、なお改善すべき余地が残されている。それは、圧延中にロール表面の一部が剥離・欠落する、いわゆるスポーリング現象である。スポーリングによるロールの表面損傷は上記ハイスロールを適用しても十分に抑制することができない。

上記ワークロールのスポーリング現象は、ＵＴ検査で合格と判定された直後の使用においても発生し、スポーリングの発生個所には必ずクラックが観察される。このことからスポーリングは、圧延中にロール表面に生じたクラックが内部に進展して発生する現象であると推察され、圧延中にクラックを発生させる要因としては、圧延中の引張り応力や圧縮応力の局所的な集中が考えられる。例えば、ワークロールは、通常小径ロールが使用され、「ワークロール−中間ロール−バックアップロール」の6段式の中間ロールを駆動ロールとするスタンド構成が一般的であり、その小径ワークロールの水平たわみを矯正するために、中間ロールのオフセット調整が施された場合に、ワークロール表面に大きな引張り応力や圧縮応力が局所的に作用することも考えられる。

しかし、本発明者らの応力解析によれば、冷間圧延の一般的な操業条件のもとでロール表面に発生する引張り応力は、前記高速度鋼系ロールの圧縮残留応力よりはるかに低く、圧縮応力についても、その最大ヘルツ圧は、前記高速度鋼系ロールの塑性流動限界ヘルツ圧より十分に低いレベルに留まる。このことから、前記高速度鋼系鋳造ロールをワークロールとするデスケーリング圧延では、圧延スタンドのロール調整操作に起因してワークロール表面に引張り応力や圧縮応力の局所的な応力集中が生じても、それはスポーリングの起点となるクラックを発生させる要因とはいえない。

そこで、熱延スケールの破砕・剥離、およびそのスケール粉砕物がワークロール表面に及ぼす影響について、更に詳細な考察を重ねた結果、ワークロールのスポーリングは、熱延スケールの破砕片(粉砕物)が噛み込まれ、ロール表面に強圧されて局部的な応力集中が生じることに起因する現象であり、その対策として一定の破壊靱性を備えたロール材種を適用することにより、スポーリングを効果的に抑制防止し、健全なロール表面性状を安定維持しつつ、デスケーリング圧延操業を効率よく遂行することが可能となることを見出した。本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。

本発明に係る熱延鋼帯のデスケーリング圧延方法は、
熱延鋼帯を、酸洗処理に先立って冷間圧延に付し、鋼帯表面に付着している熱延スケールをロールの圧下力で破砕剥離するデスケーリング方法において、ロール胴部の表層部が、ＷＣ粒子の面積率７５〜８０％のＷＣ-Ｃｏ系超硬合金からなり、７８４Ｎ/mm^3/2以上の破壊靱性値Ｋ_ＩＣおよびＨｓ７５以上の硬さを有するワークロールを使用して冷間圧延することを特徴としている(請求項１)。

本発明のデスケーリング圧延用ワークロールは、
熱延鋼帯の表面に付着している熱延スケールを、酸洗処理に先立ってロールの圧下力で破砕剥離する冷間圧延機のワークロールであって、ロール胴部の表層部が、ＷＣ粒子の面積率７５〜８０％のＷＣ-Ｃｏ系超硬合金からなり、７８４Ｎ/mm^3/2以上の破壊靱性値Ｋ_ＩＣおよびＨｓ７５以上の硬さを有していることを特徴としている(請求項２)。

上記ワークロールのロール胴部は、上記のようにＷＣ-Ｃｏ系超硬合金により、その表層部が形成されている。ＷＣ-Ｃｏ系超硬合金は、ＷＣ粒子が７５〜８０面積％を占める組織を有している。

本発明の上記ワークロールは、所望により、圧延面となるロール胴部(ロールバレル)の表層部のみを、ＷＣ粒子が７５〜８０面積％を占める組織を有し、高破壊靭性(K_IC≧784N/mm^3/2)及び高硬度（Hs≧75）のＷＣ-Ｃｏ系超硬合金で形成した複合構造とすることができる。

本発明の熱延鋼帯のデスケーリング圧延においては、ワークロールとして、表層部が784N/mm^3/2以上(≒80kgf/mm²以上)の破壊靱性Ｋ_ICを有するロールが使用される。破壊靱性は、部材が亀裂(又は亀裂状欠陥)を起点として荷重増加を伴うことなく破壊が急速に進行する(いわゆる不安定破壊が生じる)際の材料の抵抗であり、Ｋ_ＩＣは亀裂進展に対する最小の抵抗値を示している(Ｋ_ICの評価方法はASTM規格Ｅ399に詳細が示されている)。
上記表層部(破壊靱性Ｋ_IC≧784Ｎ/mm^3/2)を有するワークロールは、熱延鋼板のデスケーリング(ロールの圧下作用によるスケールの破砕剥離)の工程において、スケール粉砕物の噛み込みによるクラック(異物の押し込み亀裂)の発生・進展に対し高い抵抗性を示し、高度の耐スポーリング性を有する。しかも、その表層層はアブレッシブ摩耗に対する摩耗抵抗性や耐ビルドアップ性・耐焼付き性等をも具備し、健全なロール表面を安定に維持する。これによりワークロールの耐用寿命が向上し、ロール原単価の大幅削減、ロールの取替え・補修頻度の減少、ライン処理能率の向上等に大きな効果が得られる。

なお、冷間圧延用ワークロールに超硬合金を適用する技術は公知(例えば特許第3444063号公報,特開平10-277613号公報,特開平10-277614号公報)ではあるが、従来のものは熱延スケールが除去(酸洗処理等)された熱延鋼帯を、所定板厚の製品冷延鋼帯に仕上げる冷間圧延(タンデム冷間圧延等)のワークロールを対象とし、また超硬合金を適用したのは、冷間圧延で発生する金属粉(ワークロールと鋼帯との摩擦で主として鋼帯表面から発生)の付着(製品鋼帯の表面品質低下となる)や、冷間圧延における被圧延材のエッジドロップ等の不具合を抑制する(特許第3444063号,特開平10-277614号,特開平10-277614号公報)というものであり、本発明のワークロールとは使用態様および作用効果を異にしている。

本発明の熱延鋼帯のデスケーリング圧延に使用されるワークロールの胴部の表層部を形成する上記ＷＣ-Ｃｏ系超硬合金は、主成分であるタングステン炭化物(ＷＣ)粉末にバインダー(Co、Ni等)を配合した混合物(材質改良成分としてTaC,VC,Cr₃C₂等の1種ないし2種以上を約3質量％以下含有することができる)を焼結することにより製造される。

ＷＣ-Ｃｏ系超硬合金のＷＣ粒子含有量は、超硬合金の機械的性質に大きく影響する。ロール胴部の表面層として、所要の破壊靱性Ｋ_IC(≧784N/mm^3/2)を確保し、かつ高硬度・耐へこみ性等を具備させるために、ＷＣ粒子の含有量は７５〜８０面積％であるのが好ましい。ＷＣ粒子含有量がこれを超えると、破壊靱性の不足をきたし、他方これより少ないと、耐へこみ性に必要な硬度(Ｈｓ約７５以上)を確保し難く、圧延面の耐へこみ性を保証し得なくなる。好ましくは７８〜８０面積％である。

上記ワークロールの耐スポーリング性等は、ロール胴部の圧延面(表面層)に要求される特性であるから、ロール胴部のみに、高破壊靱性材料であるＷＣ-Ｃｏ系超硬合金を適用し、ロールネック部は、圧延ロールの一般的な鋼合金(例えばクロム合金鋼等)を適用して複合構造とすることができる。また該超硬合金は、通常の圧延ロール材である鋼合金に比し高価であるので、図１のようにロール胴部(１０)の表層部(１１)を超硬合金とし、ロール軸芯部材(１２)は圧延ロールの一般的な鋼合金(例えばクロム合金鋼等)で形成した複合ロール構造とすることにより、材料コストを削減することができる。

上記図１の複合構造を有するロールの製造法としては、表層部(１１)となるＷＣ-Ｃｏ系超硬合金からなるスリーブ(焼結製品)を、別途用意した鋼合金からなるロール軸芯部材(１２)の外周面に焼嵌め等により嵌着一体化する方法、またはＷＣ-Ｃｏ系超硬合金の原料粉末混合物を、ロール軸芯部材(１２)の周囲にカプセルを介して装填し、熱間静水圧プレスにより焼結して表層部(１１)(焼結体)を形成したうえ、カプセルを除去(機械加工)する方法等が挙げられる。

図２は、熱延鋼帯のスケール除去工程(デスケーリング圧延工程と酸洗工程からなる)と、それにづつくタンデム冷間圧延工程を有する連続処理ラインの構成例を模式的に示している。図中、３はデスケーリング冷間圧延機、４は酸洗装置である。デスケーリング圧延機(３)には、ワークロールとして所要の破壊靱性を有する表層部を備えたロールが組み込まれている。酸洗装置(４)は、処理液(塩酸等)を収容した酸洗槽および酸洗槽を通過した後の鋼帯表面の付着酸液を除去するスプレー等の洗浄装置等で構成されている。なお、図の例ではデスケーリング圧延に先行する予備処理として、冷間圧延機(４)の入側手前にテンションレベラ(２)を配置し熱延スケールにクラックを生じさせるようにしている。

ペイオフリール(１)から連続的に送り出される熱延鋼帯(Ｓ)は、テンションレベラー(２)で軽度の加工(伸び約2%程度)が加えられることにより、熱延スケールにクラックを生じ、ついで冷間圧延機(３)に導入される。その冷間圧延のロール圧下力の作用で熱延スケールが破砕剥離される。冷間圧延の圧下率は好ましくは約１０％以上、よりは好ましくは約３０％以上である。圧下率を高めるほど、熱延スケールの破砕剥離の効果は高められるが、約５０％を超える圧下率とする利益はない。
この冷間圧延(メカニカル・デスケーリング工程)と、それにつづく酸洗工程を経由して清浄な表面を得た熱延鋼帯は、タンデム圧延機(５)における冷間圧延により所定の板厚の製品冷延鋼帯に仕上げられたうえ、巻取りリール(６)に巻き取られる。

なお、上記の冷間圧延機(３)によるデスケーリング圧延においては、ロールの圧下力の作用で生成した熱延スケール粉砕物を、熱延鋼帯の表面やワークロールの表面から効率よく排除するための補助的手段として、例えばブラシロールや高圧水噴射ノズル等が必要に応じて付設される。

図２のライン構成を有する連続処理ラインにおいて、熱延鋼帯のデスケーリング圧延とそれにつづく酸洗処理からなる脱スケール処理を施してタンデム冷間圧延を行なう。
[1]熱延鋼帯
材種：構造用炭素鋼板厚：2.7mm
[2]テンションレベラ
伸び率：２％

[3]デスケーリング冷間圧延
(1)圧延スタンド：６段式
ワークロール：複合構造ロール(図1)
ロール径mm…300mm
表層部の構成材種…WC-Co系超硬合金
(2)圧下率：30％

[4]酸洗装置(4)による酸洗処理
処理液：塩酸系酸液(HCl濃度約10%) 液温90℃
[5]タンデム冷間圧延機(5)による冷間圧延
製品板厚：0.2〜４mm

[6]デスケーリング圧延ワークロール表層部の構成及び材料特性
表１に示す。

[7]試験結果
発明例A2,A3は、高度の耐スポーリング性を示し、ワークロール表面における損傷の発生・進行が軽微であり、安定したデスケーリング圧延を遂行することができた。
他方、比較例A4は、破壊靱性K_ICの不足により、ロール表面のスポーリング現象によるロール表面(圧延面)の損傷が顕著に発生し、他方比較例A1では、硬度の不足により、熱延スケールの破砕片によるロール表面のへこみが発生し、ロール表層部(圧延面)の健全性を安定保持することができなかった。

本発明によれば、熱延鋼帯のメカニカル・デスケーリング用冷間圧延機のワークロールに発生し易いスポーリング現象を効果的に抑制防止し、該ワークロールの耐用寿命の向上およびロール取替え・修復加工の実施サイクルの延長を可能にすると共に、高圧下圧延操業を安定維持することができる。これにより、該冷間圧延機のワークロールのメンテナンス負担の軽減、ロール取替えに伴うライン運転の減速・運転停止等の生産ロスの減少等の効果が得られ、脱スケール効率およびライン生産性等の向上効果が得られる。
また、上記冷間圧延機のワークロールの健全性が安定に維持されることは、製品冷延鋼帯の表面品質の向上安定化に寄与する。

本発明のメカニカル・デスケーリング用冷間圧延機のワークロールの複合構造を示す模式的説明図である。本発明のメカニカル・デスケーリング用冷間圧延機を備えた連続処理ラインの構成例を示す図である。

符号の説明

１：ペイオフリール
２：テンションレベラー
３：メカニカル・デスケーリング用冷間圧延機(黒皮圧延機)
４：酸洗装置
５：タンデム式冷間圧延機
６：巻取りリール
１０：メカニカル・デスケーリング用冷間圧延機
１１：ロール胴部の表層部
１２：ロール軸芯部(軸芯部材)
Ｓ：熱延スケールが付着している熱延鋼帯

Claims

熱延鋼帯を、酸洗処理に先立って冷間圧延に付し、鋼帯表面に付着している熱延スケールをロールの圧下力で破砕剥離するデスケーリング方法において、ロール胴部の表層部が、ＷＣ粒子の面積率７５〜８０％のＷＣ-Ｃｏ系超硬合金からなり、７８４Ｎ/mm^3/2以上の破壊靱性値Ｋ_ＩＣおよびＨｓ７５以上の硬さを有するワークロールを使用して冷間圧延することを特徴とする熱延鋼帯のデスケーリング圧延方法。
熱延鋼帯の表面に付着している熱延スケールを、酸洗処理に先立ってロールの圧下力で破砕剥離する冷間圧延機のワークロールであって、ロール胴部の表層部が、ＷＣ粒子の面積率７５〜８０％のＷＣ-Ｃｏ系超硬合金からなり、７８４Ｎ/mm^3/2以上の破壊靱性値Ｋ_ＩＣおよびＨｓ７５以上の硬さを有していることを特徴とする耐スポーリング性に優れたデスケーリング圧延用ワークロール。