JP5186636B2 - 二相組織を有するホットストリップを製造する方法及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、仕上げ圧延後に、間隔をあけて前後して配置された水冷群から構成された冷却ライン内でマルテンサイトの開始温度より低いストリップ温度に制御して２段式冷却することによって、熱間圧延された状況からフェライト及びマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップを製造し、オーステナイトの少なくとも７０％が、フェライトに変態されている方法に関する。

鋼の制御冷却による適切な組織変態が公知である。この場合、二相鋼を製造するため、この制御冷却は、ホットストリップの成形後に実行される。この場合、実現可能な二相組織の調整は、主に設備技術的に可能な冷却速度及び鋼の化学組織に依存する。どんな場合でも、少なくとも７０％の十分なフェライトを第１の冷却段階で形成することが重要である。その一方でこの第１の冷却段階は、オーステナイトがパーライトに変態することを阻止しなければならない。

コイラー温度が、マルテンサイトの開始温度より下で実現される程度に、第１の冷却段階につながっている第２の冷却段階の冷却容量を大きくする必要がある。このときにだけ、フェライト組織及びマルテンサイト組織を有する二相組織の形成が保証されている。

遅いストリップ速度又は十分に長い冷却ラインの場合、二相組織鋼の公知の製造は問題がない。非常に速いストリップ速度の場合、引き続くマルテンサイトが、不完全にしか形成されないか又は完全に形成されない程度に、第２の冷却段階の開始が延期されうる。このとき、フェライト，ベイナイト及びマルテンサイトの一部から成る混合組織が発生する。この混合組織は、純粋な二相組織の目標とする機械特性に達しない。

ヨーロッパ特許第０７４７４９５号明細書では、少なくとも７５％のフェライト，少なくとも１０％のマルテンサイト、場合によってはベイナイト及び残りのオーステナイトの構成による高い強度の鋼板を製造する方法が記されている。したがって、純粋な二相組織鋼の組織ではない。ニオブを含んだ鋼が、合金として使用される。この鋼を製造するため、熱間圧延された鋼板が適切に冷却される。この場合、高速冷却が緩やかな冷却に続くか、又は、この代わりに高速冷却が緩やかな冷却に先行する。第１の冷却段階に対しては、２〜１５℃／ｓの冷却速度が、８〜４０秒の冷却期間内にＡｒ_１点と７３０℃との間の終了温度まで与えられる。第２の冷却段階は、２０〜１５０℃／ｓの冷却速度によって３００℃の温度まで実行される。この代わりに緩やかな冷却に先行する高速冷却が、２０〜１５０℃／ｓの冷却速度によってＡｒ_３点の下まで実行される。

ヨーロッパ特許第１１０８０７２号明細書では、二相組織鋼を製造する方法が記されている。この方法の場合、仕上げ圧延後に２段式の冷却によって−最初は緩やかに、次いで速く−７０〜９０％のフェライト及び３０〜１０％のマルテンサイトから成る二相組織が得られる。第１（緩やかな）冷却は、冷却ライン内で実行される。ホットストリップが、この冷却ライン内で間隔をあけて相前後して配置された水冷帯によって２０〜３０Ｋ／ｓの速度で限定的に冷却される。この場合、フェライトを迅速に形成できる程度に、冷却曲線がまだ高い温度でフェライト領域内に到達するように、冷却が設定されている。さらなる（速い）冷却が直接にかつ停止時間なしに続く前に、この第１冷却は、オーステナイトの少なくとも７０％がフェライトに変態されるまで継続される。
ヨーロッパ特許第０７４７４９５号明細書 ヨーロッパ特許第１１０８０７２号明細書

本発明の課題は、二相組織を製造する、示されたいろいろな可能性によるこの説明した従来の技術から出発して、場所的及び時間的制約のある鋳造圧延装置内で二相組織を有するホットストリップが製造可能である方法及び設備を提供することにある。このような鋳造圧延装置の冷却区間は、全長が全てにおいて５０ｍを超えず、コンパクトな冷却装置が設けられていないことを特徴とする。

この課題は、化学組織：０．０１−０．０８％Ｃ，０．９％Ｓｉ，０．５−１．６％Ｍｎ，１．２％Ａｌ，０．３−１．２％Ｃｒ，残りのＦｅ及び不純物元素を有する鋼から出発して、鋳造圧延装置の冷却ライン内で高い機械強度及び高い変形性（６００ＭＰａよりも大きい引っ張り強さ，２５％以上の伸び率）を呈する７０〜９５％のフェライト及び３０〜５％のマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップを得るため、二段式に制御される冷却が、終了圧延のストリップ温度（Ｔ_{ｆｉｎｉｓｈ}，Ａ_３−１００Ｋ＜Ｔ_{ｆｉｎｉｓｈ}＜Ａ_３−５０Ｋ）からコイラーのストリップ温度（Ｔ_{ｃｏｉｌｉｎｇ}＜３００℃（＜マルテンサイトの開始温度））まで実行され、この場合、双方の冷却段階の冷却速度Ｖ_１，２が、Ｖ＝３０〜１５０Ｋ／ｓ、特にＶ＝５０〜９０Ｋ／ｓにあり、第１の冷却段階は、冷却曲線がフェライト領域内に入るまで実行され、次いでオーステナイトからフェライトへの変態によって放出された変態熱が、第２の冷却段階の開始までの保持期間５秒により実現されるストリップ温度の等温保持に利用されることによって、請求項１に記載の特徴による方法で解決される。

鋳造圧延装置内の冷却ラインの僅かな長さに基づいて、二相組織を有するホットストリップの製造が、特別な冷却方法だけによって可能である。このような冷却方法が実行可能であるためには、請求項１中で列挙したような化学組織の特定の限界値を守って、希望の変態量を任意の短い全冷却期間内に得ることが絶対に必要である。

この場合、当該冷却方法は、選択的に異なる冷却速度による二段式の冷却を実行する。冷却速度は、最大で５秒の等温保持期間によって中断される。第１の冷却段階の終了に対応するこの保持期間の開始は、冷却曲線がフェライト領域内に入ることによって又はオーステナイトがフェライトに変態する開始に決定される。本発明にしたがって放出された変態熱が、温度を一定に保持するために利用され、この場合、避けられない空気の冷却が補償される最大で５秒の短い等温冷却期間内に、オーステナイトが少なくとも７０％のフェライトに変態される。引き続き、ホットストリップを３００℃未満の温度に冷却する第２の冷却段階が、この保持期間に直接続く。この温度は、マルテンサイトの開始温度の下にあるので、第２の組織成分である当該マルテンサイトが、この冷却時に希望する量で保持される。

短い保持期間の実行に加えて、この冷却方法は、双方の冷却段階に対して正確に規定された所定の冷却速度が決定される。この冷却速度は、ホットストリップの幾何構造及び使用される鋼の種類の化学組織に応じてＶ＝３０〜１５０Ｋ／ｓ、特にＶ＝５０〜９０Ｋ／ｓにある。これらの冷却速度に対しては、３０Ｋ／ｓ未満の冷却速度は、鋳造圧延装置の冷却ライン内の任意の僅かな時間に起因して不可能である一方で、１５０Ｋ／ｓより大きい冷却速度は、このような冷却ライン内では同様に実現不可能である。

従来の技術による二相組織ホットストリップの製造に比べて、本発明の方法は、最初の鋼の異なる化学組織に加えて、
ａ）終了圧延温度が明らかにＡ_３温度未満にあり、
ｂ）第２の冷却段階で３００℃未満の温度まで冷却され、
ｃ）冷却速度が１５０Ｋ／ｓ未満でかつ３０Ｋ／ｓより上にあり、
ｄ）冷却を実行しない最大で５秒の非常に短い保持期間が双方の冷却段階との間にあり、ｅ）フェライトへの変態が等温で実行されることを特徴とする。

本発明の方法を実行する設備は、間隔をあけて相前後して配置され、複数の水冷桁を有する多数の制御可能な水冷群を有する最後の仕上げ圧延機の後方に配置された鋳造圧延装置の冷却ラインを特徴とする。所定の水量が、ホットストリップのストリップ上面及びストリップ下面に均一に当たるように、各冷却群内に存在する冷却桁が配置されている。個々の冷却桁が、圧延の間に投入又は遮断されることによって全水量が制御可能である。全ての冷却ラインを設定すべき冷却条件に最適に適合するため、投入される水冷桁の数及び配置は可変に前もって設定され得る。

図１中には、ホットストリップの時間−温度変化による冷却曲線が例示的に示されている。このホットストリップは、本発明の方法にしたがって冷却ライン１内のランアウトテーブル上で冷却される。組織：０．０６％Ｃ，０．１％Ｓｉ，１．２％Ｍｎ，０．０１５％Ｐ，０．０６％Ｓ，０．０３６％Ａｌ，０．１５％Ｃｕ，０．０５４％Ｎｉ，０．７１％Ｃｒ，残りの鉄及び不純物元素を有するホットストリップが、設定された８００℃の終了圧延温度Ｔ_{ｆｉｎｉｓｈ}から第１の冷却段階で５４Ｋ／ｓの冷却速度Ｖ_１によって６７０℃のホットストリップの温度に冷却される。冷却曲線が、この６７０℃の温度でフェライト領域を開始する。ホットストリップ温度が、第２の冷却段階で８４Ｋ／ｓの冷却速度Ｖ_２によって３００℃（約２５０℃のコイラー温度）未満のストリップ温度に完全に冷却される前に、このホットストリップ温度は、約４秒の保持期間中にこの保持温度Ｔ_{ｃｏｎｓｔ．}に維持される。少なくとも７０％のフェライトと２０％未満のマルテンサイトとから成る焼き入れ領域中の二相組織を有するこの方法にしたがって製造されたホットストリップに対して、０．５２の降伏比に関連する６２０ＭＰａの引張り強さが試験中に算出された。

図２中には、鋳造圧延装置の本発明にしたがって構成された冷却ライン１のレイアウトが例示的に示されている。ホットストリップ１０から搬送方向８に進行する冷却ライン１が、最後の仕上げ圧延機２とコイラー５との間に存在する。冷却ライン１内に搬入されるホットストリップ１０の温度を制御する温度測定点６が、最後の仕上げ圧延機２と最初の水冷群３_１との間に存在する。冷却ライン１は、図２によれば全体で８つの冷却群３_１−７及び４から構成される。この場合、冷却群４は、多くの場合には調整帯４として構成されている。一般には、−その都度の鋳造圧延装置に応じて−７つ〜９つの冷却群が、冷却ラインに属する。

図２に示された例では、６つの設置された鋳造圧延装置用の冷却ラインの一般的なレイアウトが示されている。このことは、冷却群３_７と冷却群４との間の隙間で識別できる。７つの設置された鋳造圧延装置を後に増設する場合、例えば最初の冷却群（冷却帯）３_１を後方の冷却群３_７と冷却群７との間の構造隙間にシフトすることが多くの場合に必要である。この場合、図３による冷却ライン１′のレイアウトが構成される。このレイアウトは、図２の冷却ライン１のレイアウトによる冷却群３_７と冷却群４との間のこの構造隙間が省略されている点だけが異なる。それ故に、図３の個々の構成部材及び構造群の符号は、図２の対応する符号に一致する。例外は、最初の冷却群３_１′である。この冷却群３_１′の上の冷却梁は、図２の冷却群３_１の冷却桁とは異なって冷却群３_２〜３_７の長さで構成されている。
一般に各冷却群は、上面と下面との両冷却桁を４つずつ有する。また各冷却桁は、ストリップ上面１０′及びストリップ下面１０″を冷却する水管に沿って２列に構成される。特徴としては、図２中に示された冷却群３_１は、スペースの理由から上面で１つの冷却桁だけ短くされている。

１冷却桁当たり１つの切換可能なバルブ７を有する前方の冷却群３_１−７とは異なって、調整帯４は、各桁に対して２つのバルブ７を有する。このことは、冷却管に沿った各列が別々に制御され得、これによって水量をより細かく調整することができることを意味する。

ストリップの特性の調整に必要な時間−温度設定を調整できるようにするため、仕上げ列からのストリップの搬出速度は、圧延された完成ストリップの厚さに応じて変化し、これに応じて、冷却ラインの操作が適合される必要がある。例えば３ｍｍのストリップ厚さに対しては、必要な第１の冷却段階は、冷却群３_１及び３_２によって実現される。その一方で第２の冷却段階は、冷却群３_５，３_６，３_７及び４によって実現される。２．０ｍｍの完成ストリップの場合、変更された限界条件に起因して、冷却群３_６，３_７及び４だけが、第２の冷却段階に対して使用される。

ホットストリップの時間−温度冷却曲線を示す。 ６つの設置された仕上げ列を有する鋳造圧延装置内の冷却ラインのレイアウトを示す。 ７つの設置された仕上げ列を有する鋳造圧延装置内の冷却ラインのレイアウトを示す。

１ 冷却ライン
２ 最後の仕上げ圧延機
３_１−７ 冷却群
４ 冷却群（調整帯）
５ コイラー
６ 温度測定点
７ 切換可能なバルブ
８ 搬送方向
１０ ホットストリップ
１０′ ストリップ上面
１０″ ストリップ下面
Ｖ_１ 第１の冷却段階の冷却速度
Ｖ_２ 第２の冷却段階の冷却速度
Ｔ_{ｆｉｎｉｓｈ} 最後の仕上げ圧延機後のストリップ温度
Ｔ_{ｃｏｎｓｔ．} 保持期間後のストリップ温度
Ｔ_{ｃｏｉｌｉｎｇ} 冷却終了後のストリップ温度（コイル温度）

Claims (5)

1. 仕上げ圧延後に、間隔をあけて前後して配置された水冷群（３_１−７，４）から構成された冷却ライン（１，１′）内でマルテンサイトの開始温度より低いストリップ温度に２段式に制御して冷却することによって、熱間圧延された状況からフェライト及びマルテンサイトから成る二相組織を有するホットストリップ（１０）を製造し、オーステナイトの少なくとも７０％が、フェライトに変態されている方法において、
   化学組成：０．０１−０．０８％Ｃ，０．９％Ｓｉ，０．５−１．６％Ｍｎ，１．２％Ａｌ，０．３−１．２％Ｃｒ，残りのＦｅ及び不純物元素から成る鋼から出発して、鋳造圧延装置の冷却ライン内で高い機械強度及び高い変形性として６００ＭＰａよりも大きい引っ張り強さ及び２５％以上の伸び率を呈する７０〜９５％のフェライト及び３０〜５％のマルテンサイトから成る二相組織から成るホットストリップ（１０）を得るため、
   ａ）２段式に制御された冷却が、Ａ_３−１００Ｋより高くＡ_３−５０Ｋより低い最終圧延のストリップ温度Ｔ_{ｆｉｎｉｓｈ}から３００℃未満のコイラーのストリップ温度Ｔ_{ｃｏｉｌｉｎｇ}まで実行され、当該双方の冷却段階中の冷却速度（Ｖ_１，２）が、Ｖ＝３０〜１５０Ｋ／ｓであり、
   ｂ）第１の冷却段階は、冷却曲線がフェライト領域内に入るまで実行され、次いでオーステナイトからフェライトへの変態によって放出された変態熱が、第２の冷却段階の開始までの最大で５秒の保持期間に、発生したストリップ温度（Ｔ_{ｃｏｎｓｔ}）を等温に保持するために利用されることを特徴とする方法。
2. 前記冷却速度（Ｖ_１，２）は、Ｖ＝５０〜９０Ｋ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 最後の仕上げ圧延機（２）の後方に配置され、間隔をあけて前後して配置された複数の冷却群（３_１−７，４）を有する冷却ライン（１，１′）を備えた、熱間圧延された状況から二相組織から成るホットストリップ（１０）を製造する請求項１又は２に記載の方法を実行するための鋳造圧延装置において、
   前記冷却ライン（１，１′）は、５０ｍ未満の長さを有し、各冷却段階の必要な冷却速度（Ｖ_１，２）が、ストリップ厚さ及びストリップ速度に応じて適合された全冷却ラインの操作によって調整され、ストリップ温度（Ｔ_{ｃｏｎｓｔ}）の必要な保持期間が、当該双方の冷却段階との間に得られるように、対応する数の制御可能な水冷群（３_１−７，４）が、当該長さ内に配置されていることを特徴とする鋳造圧延装置。
4. 各冷却群（３_１−７，４）は、切換可能なバルブ（７）によって制御可能な複数の冷却桁を有し、所定の水量が、進行するホットストリップ（１０）のストリップ上面（１０′）及びストリップ下面（１０″）に均一に当たるように、前記冷却桁は配置されていて、前記ストリップ上面（１０′）に対する水量及び前記ストリップ下面（１０″）に対する水量は、互いに調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の鋳造圧延装置。
5. 水量をより正確に調整するため、前記ストリップ上面（１０′）及び前記ストリップ下面（１０″）を冷却する最後の水冷群（４）は、上の４つの冷却桁と下の４つの冷却桁とのために、それぞれ８つの切換可能なバルブ（７）を有することを特徴とする請求項４に記載の鋳造圧延装置。

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