JP5655852B2 - 熱延鋼板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼板の製造方法及び製造装置に関する。本発明は、特に、仕上圧延機によって圧延される被圧延材の温度制御に着目した熱延鋼板の製造方法及び製造装置に関する。

熱延鋼板は、加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機で粗圧延して粗圧延材（以下において、「粗バー」ということがある。）とした後、搬送テーブルを用いて仕上圧延機へと搬送された粗バーを仕上圧延機で所定の寸法へと圧延し、所定の条件で冷却する冷却工程を経た後、最終的に巻き取り機にて巻き取られることで製造される。

このようにして製造される熱延鋼板の中でも、自動車用や構造材用等として用いられる鋼板は、強度、加工性、靭性といった機械的特性に優れることが求められ、これらの機械的特性を総合的に高めるには、鋼板の組織を微細化することが有効である。そのため、微細な組織を有する鋼板を得るための方法が数多く模索されている。また、組織を微細化すれば、合金元素の添加量を削減しても優れた機械的性質を具備した高強度熱延鋼板を得ることが可能となる。

組織の微細化方法としては、仕上圧延の特に後段において、高圧下率の圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに、鋼板に圧延歪を蓄積させて、仕上圧延後に得られるフェライト粒の微細化を図ることが知られている。仕上圧延機は複数のスタンドから構成され、圧延によって鋼板には歪みが蓄積されるが、歪みは時間が経過すると解放されてしまうため、圧延歪みを蓄積する観点から短時間で圧延することが望ましい。さらに、オーステナイトの再結晶や回復を抑制してフェライト変態を促進させるという観点から、仕上圧延後のできるだけ短時間内に鋼板を６００℃〜７５０℃まで急冷することが有効である。加えて、鋼板の機械的特性を均一化させるためには、フェライト粒を所定の粒径に揃える必要があり、急冷開始時及び急冷終了時の鋼板温度を所定の温度に厳密に制御する必要がある。

一方、鋼板を圧延する際、鋼板は空気中の酸素により酸化され、表面に酸化スケールが形成される。形成された酸化スケールは、仕上圧延機の入側に設置されているデスケーラによって除去されるが、酸化スケールの除去が不十分であると酸化スケールの除去部分と残存部分で圧延後の急冷時の冷却特性が変化するため、鋼板温度を厳密に制御することができず機械的特性が悪化する。さらに、製品となる熱延鋼板の表面性状も悪化する。

したがって、優れた機械的特性を備え、良好な表面性状を有する熱延鋼板を製造するには、酸化スケールを十分に除去する必要がある。高圧水を鋼板に噴射して酸化スケールを除去する、デスケーラ（デスケーリング装置）で酸化スケールを除去する際、酸化スケールが薄すぎるとうまく除去できない。そこで、酸化スケールを除去しやすくなるように、酸化スケールを厚く成長させるため、粗バーの温度を所定の温度まで加熱し、酸化スケールの成長を助長することが必要とされる。

例えば、強度と加工性を兼ね備えた高張力鋼板を製造するためには、鋼板の組成にＳｉを添加すること有効であるが、鋼板にＳｉが含有されている場合、母材と酸化スケールの境界部に鉄とＳｉを主体とした酸化物が生成される。この酸化物の融点はおよそ１１００℃であるが、これが固体の状態では、酸化スケールの成長に必要な母材から供給される鉄イオンの移動を遮断するため、酸化スケールが厚く成長できない。したがって、鋼板にＳｉが含有されている場合、粗バーを１１００℃以上に加熱すれば鉄とＳｉを主体とした酸化物が溶融し、鉄イオンの供給が可能となって酸化スケールが厚く成長でき、その結果、酸化スケールをデスケーラで容易に除去できるようになる。

これに対し、この酸化物が溶融することなく、酸化スケールが薄い状態のままであると、デスケーラで除去できない酸化スケールが鋼板表面に残存し、大気中の酸素によってさらに酸化されて、酸化第一鉄から赤色の酸化第二鉄となる。この酸化第二鉄は、先に述べた急冷時の冷却特性を変化させる以外に、鋼板上に残存すると鋼板表面の放射率が大きく変化し、放射温度計で測定した測定値に誤差が加わる。そのため、鉄とＳｉを主体とした酸化物が溶融しない場合には、熱延鋼板の厳密な温度制御が極めて困難になるほか、品質管理面でも問題が生じる。

このような熱延鋼板の製造方法や製造装置に関する技術として、例えば特許文献１には、熱間スラブに１パス又は複数パスの板厚方向の圧下を加え粗バーとする粗加工設備と、該粗加工設備の出側直近に設置し、粗バーを冷却する第１の急速冷却設備と、冷却された粗バーをコイル状に巻き取るコイルボックス設備と、コイル状に巻き取られた粗バーを巻き戻しながら加熱する急速加熱設備と、加熱された粗バーに板厚方向の圧下を加えて鋼帯とする仕上圧延設備とをこの順で備える鋼帯の製造設備が開示されている。さらに、特許文献１には、このような鋼帯の製造設備を用いた鋼帯の製造方法も開示されており、この特許文献１に記載された技術は、超微細粒組織を有する鋼帯の製造を目的としている。また、特許文献２には、優れた機械的特性と表面性状を備えた鋼板の製造を目的として、加熱された鋼片に粗圧延機により粗圧延を行って粗バーとし、該粗バーに複数のスタンドを有する仕上圧延機の入側に設置された加熱装置による加熱、及び／又は、複数のスタンドの少なくとも一つのスタンド間に設置された冷却装置による冷却を行うことによって仕上圧延機の出側における温度を目標値に制御しながら仕上圧延機により仕上圧延を行って熱延鋼板を製造する際に、粗圧延が開始される前に、祖圧延機の出側における粗バーの温度の予測値に基づいて仕上圧延機の入側における粗バーの温度を予測し、仕上圧延機の入側における粗バーの温度の予測値がその目標値以上となるように、事前に設定された仕上圧延の圧延速度の設定値、及び／又は、事前に設定された粗バーの厚さの設定値を、修正して設定する熱延鋼板の製造方法が開示されている。さらに、特許文献２には、この製造方法を適用可能な熱延鋼板の製造装置も開示されている。

特開２００５−１６９４５４号公報 特許第４０７９０９８号公報

特許文献１に開示されている技術は、仕上圧延前の粗バーのオーステナイト粒径を微細化することによって、仕上圧延後のフェライト粒の微細化を図るものである。オーステナイト粒径を微細化する手段として逆変態を利用するが、粗バーを冷却してベイナイト変態させた後、再加熱して逆変態を誘起して微細なオーステナイト組織を得るものである。実施例には１０００℃の粗バーを３５０℃まで冷却した後、９００℃まで加熱する製造方法が記載されている。

しかしながら、粗バーの温度を３５０℃から９００℃まで５５０℃も上昇させるには、多大なエネルギーが必要となり、その加熱装置も大規模なものとなる。さらに、酸化スケールを十分に除去するためには、仕上圧延前の粗バー温度を１１００℃以上まで上昇させることが望ましいが、粗バーの温度を３５０℃から１１００℃以上まで７５０℃以上も上昇させなければならず、問題点はより拡大する。以上のように、特許文献１の技術は非常にエネルギー消費が大きく大規模設備も必要で、製品の製造コストが嵩むだけでなく、ＣＯ_２削減の観点からも好ましくない。

一方、特許文献２に開示されている技術は、微細な組織を有する鋼板を製造する技術ではないが、加熱装置の大型化を避け、効率的に仕上圧延機の入側温度を所定の温度まで上昇させると共に、仕上圧延機の出側温度を所定の温度に制御するもので、仕上圧延機入側と出側の鋼板温度を同時に制御する技術として限定すると、本発明との共通点は多い。

しかし、特許文献２に開示の技術は効率的に鋼板温度を制御する手段として、粗バーの板厚と仕上圧延速度を修正しているが、微細粒組織の鋼板を製造するためには仕上圧延時に歪みの蓄積が必要で仕上圧延速度の低速化は望ましくなく、温度制御の目的だけで仕上圧延速度を自由に変更することはできない。

さらに、仕上圧延後の鋼板冷却には強大な冷却能力が必要なため、狭い範囲に大量の冷却水を噴出する高水量密度の急冷装置を用いるが、大量の冷却水を短時間に増減させることが難しく、冷却能力の調整は最小限に留める必要があることから、加速圧延などの仕上圧延速度変化への対応が難しい。ところが、特許文献２の技術は仕上圧延中に仕上圧延機入側に留まる粗バー尾端部の温度低下を補償する手段が加熱装置だけしかなく、加熱に要するエネルギーを小さく抑えるためには、仕上圧延機入側に留まる時間を短縮することが必要となり、仕上圧延速度を徐々に高速化する加速圧延を実施しなければならず、仕上圧延速度の変化が避けられない。

そこで、本発明は、微細な組織を有する、優れた機械的特性及び表面性状を備えた熱延鋼板を低コストで製造することが可能な熱延鋼板の製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。

微細な組織を有する鋼板を製造するために必要な条件は次の３つである。第１の条件は、仕上圧延の後段における高圧下率圧延によるオーステナイト粒の微細化及び圧延歪みの蓄積。第２は仕上圧延直後の急冷及び急冷開始時、及び、急冷終了時における鋼板温度の厳密な制御。第３の条件は酸化スケールの除去である。

本発明者らは鋭意研究の結果、３つの条件を低コストで実現する手段を考案した。

第１の条件であるオーステナイト粒の微細化と圧延歪みの蓄積には、必要な高圧下率を得るための仕上圧延ロール間隔の設定と、圧延歪みが解放されてしまわない圧延時間間隔となる仕上圧延速度の設定を行う。仕上圧延速度は仕上圧延機列の最も下流側のスタンドと、その１つ上流側のスタンドで圧延する時間間隔を１秒以内にすることが望ましい。

第２の条件である、仕上圧延直後の急冷は、仕上圧延機列の最終スタンドの出側に配置され、最終スタンド内にその少なくとも一部が配置され、鋼板の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で鋼板の両面から冷却水を噴出可能な急冷装置にて実施する。

次に、第２の条件の急冷開始時及び急冷終了時の鋼板温度の制御と、第３の条件である酸化スケールの除去について説明する。これらの実現には、圧延歪みの蓄積に必要な仕上圧延速度を保ちつつ、鋼板の急冷中に仕上圧延直後の急冷装置の冷却能力変更を極力行わないことが必要になるため、仕上圧延速度が限定され、かつ速度変化の生じない一定速度での圧延が求められる。

仕上圧延速度一定の条件で、仕上圧延機入側での粗バー温度を酸化スケールの除去に適した温度に保つためには、加熱装置だけでも実施可能であるが、仕上圧延中に仕上圧延機入側に留まっている粗バーの尾端部が空冷によって温度低下する分の熱エネルギーまで補償しなければならず、大規模な加熱装置と多大なエネルギーが必要になってしまう。そこで、補熱装置であるコイルボックスを導入すると粗バー尾端部の温度低下の抑制が可能となり、小規模の加熱装置を組み合わせることで、少ないエネルギーで所定の温度を保つことが可能となる。
また、薄スラブ連続鋳造からスタートする、いわゆるミニミルにおいても、仕上圧延機入側の温度を所定値以上に保つことにより、酸化スケールを容易に除去することができる。設備建造コスト低減の観点から、ミニミルでは仕上圧延機入側の加熱装置に効率の悪いガス燃焼式の炉を用いることが多いが、このようなミニミルを用いる形態によっても、設備費を含めたトータルコストの低減を図ることができる。

次に、仕上圧延直後の急冷開始時の温度を所定の温度に保つためには、仕上圧延機列の間に設置された冷却装置を用い、冷却装置の冷却ヘッダー数の調整、または、冷却水量の調整、または、冷却ヘッダー数と冷却水量の両方を適切に設定して鋼板を所定の温度に制御する。

最後に急冷終了後の鋼板温度を所定の温度に保つためには、急冷装置内の冷却ヘッダー数の調整、または、冷却水量の調整、または、冷却ヘッダー数と冷却水量の両方を適切に設定して制御する。急冷開始時の鋼板温度は所定の温度に保たれており、鋼板の急冷中に鋼板の速度変化は生じず、酸化スケールも十分に除去されているため、初期設定さえ適切であれば、冷却中に急冷装置の設定変更を行わずとも鋼板温度を高精度に制御することができる。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明の第１の態様は、被圧延材（１）を加熱する加熱装置（５、１４）、該加熱装置よりも被圧延材の搬送方向下流側に配設されたデスケーリング装置（６）、該デスケーリング装置よりも被圧延材の搬送方向下流側に配設された仕上圧延機列（７）、該仕上圧延機列に配設された冷却装置（８）、及び、前記仕上圧延機列の直後に配設された急冷装置（９）を用いて熱延鋼板を製造する際に、加熱装置、冷却装置、及び、急冷装置の動作を制御することにより、仕上圧延機列の入側における被圧延材の温度Ｔ１、仕上圧延機列の最終スタンド（７ｇ）の入側における被圧延材の温度Ｔ２、及び、急冷装置の出側における被圧延材の温度Ｔ３を制御し、急冷装置は、仕上圧延機列の最終スタンド内にその少なくとも一部が配置され、被圧延材の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で被圧延材の両面から冷却水を被圧延材の板幅方向の全体に亘って噴射し、上記急冷装置は、被圧延材の温度が６００℃〜７５０℃になるまで被圧延材を急冷し、且つ、上記急冷装置は、６００℃／ｓ以上の冷却速度で被圧延材を急冷することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法である。

ここに、本発明において、「仕上圧延機列の直後に配設された急冷装置（９）」とは、仕上圧延機列（７）の最終スタンド（７ｇ）によって仕上圧延された直後の被圧延材（１）を急冷可能なように配設された急冷装置（９）を言う。より具体的には、例えば、仕上圧延機列（７）の最終スタンド（７ｇ）内にその少なくとも一部が配置され、被圧延材（１）の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で被圧延材（１）の両面から冷却水を被圧延材（１）の板幅方向の全体に亘って噴射することによって、被冷却材（１）の温度を６００℃／ｓ以上、好ましくは１０００℃／ｓ以上の速度で低下させ得る急冷装置（９）を言う。

また、上記本発明の第１の態様において、被圧延材（１）は、加熱装置（５、１４）を用いて、１１００℃以上へと昇温されても良い。

また、上記本発明の第１の態様において、加熱装置に、誘導加熱装置（５）及び／又はガス燃焼炉（１４）が含まれることが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様において、加熱装置（５、１４）よりも被圧延材（１）の搬送方向上流側に配置された粗圧延機（３）によって、加熱装置で加熱される被圧延材が粗圧延されていても良い。

また、上記本発明の第１の態様において、加熱装置（５）よりも被圧延材（１）の搬送方向上流側に、被圧延材を巻き取るコイルボックス（４）が配置され、該コイルボックスから払い出された被圧延材が加熱装置で加熱されることが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様において、加熱装置（５）よりも被圧延材（１）の搬送方向上流側に配設された温度検出手段（１０）を用いて検出した被圧延材の温度の検出結果に基づいて、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を制御することが好ましい。
また、上記本発明の第１の態様において、被圧延材（１）は、仕上圧延機列（７）を用いて一定速度で圧延される。
また、上記本発明の第１の態様において、仕上圧延機列の最終スタンド（７ｇ）の入側に配設された温度検出手段（１２）を用いて検出した被圧延材の温度の検出結果に基づいて、冷却装置（８）の冷却水量が調整され、且つ、急冷装置（９）の出側に配設された温度検出手段（１３）を用いて検出した被圧延材の温度の検出結果に基づいて、急冷装置（９）の冷却水量が調整されることが好ましい。

本発明の第２の態様は、被圧延材（１）を加熱する加熱装置（５、１４）、該加熱装置よりも被圧延材の搬送方向下流側に配設されたデスケーリング装置（６）、該デスケーリング装置よりも被圧延材の搬送方向下流側に配設された仕上圧延機列（７）、該仕上圧延機列に配設された冷却手段（８）、仕上圧延機列の直後に配設された急冷装置（９）、並びに、加熱装置、冷却手段、及び、急冷装置の動作を制御可能な制御手段（２０）、を備え、該制御手段によって加熱装置、冷却手段、及び、急冷装置の動作を制御することで、仕上圧延機列の入側における被圧延材の温度Ｔ１、仕上圧延機列の最終スタンド（７ｇ）の入側における被圧延材の温度Ｔ２、及び、急冷装置の出側における被圧延材の温度Ｔ３を制御し、急冷装置は、仕上圧延機列の最終スタンド内にその少なくとも一部が配置され、被圧延材の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で被圧延材の両面から冷却水を被圧延材の板幅方向の全体に亘って噴射し、上記急冷装置は、被圧延材の温度が６００℃〜７５０℃になるまで被圧延材を急冷することが可能であり、且つ、上記急冷装置は、６００℃／ｓ以上の冷却速度で被圧延材を急冷することが可能である、熱延鋼板の製造装置（３０、３１、３２）である。

また、上記本発明の第２の態様において、加熱装置（５、１４）は、被圧延材（１）を１１００℃以上へと昇温可能であっても良い。

また、上記本発明の第２の態様において、加熱装置に、誘導加熱装置（５）及び／又はガス燃焼炉（１４）が含まれることが好ましい。

また、上記本発明の第２の態様において、加熱装置（５、１４）よりも被圧延材（１）の搬送方向上流側に、被圧延材を粗圧延する粗圧延機（３）が配置されていても良い。

また、上記本発明の第２の態様において、加熱装置（５）よりも被圧延材（１）の搬送方向上流側に、被圧延材を巻き取るコイルボックス（４）が配置されていることが好ましい。

また、上記本発明の第２の態様において、加熱装置（５）よりも被圧延材（１）の搬送方向上流側に温度検出手段（１０）が配設され、該温度検出手段を用いて検出した被圧延材の温度の検出結果に基づいて、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を制御することが好ましい。
また、上記本発明の第２の態様において、被圧延材（１）は、仕上圧延機列（７）を用いて一定速度で圧延される。
また、上記本発明の第２の態様において、仕上圧延機列の最終スタンド（７ｇ）の入側に配設された温度検出手段（１２）を用いて検出した被圧延材の温度の検出結果に基づいて、冷却装置（８）の冷却水量が調整され、且つ、急冷装置（９）の出側に配設された温度検出手段（１３）を用いて検出した被圧延材の温度の検出結果に基づいて、急冷装置（９）の冷却水量が調整されることが好ましい。

本発明の第１の態様では、加熱装置（５、１４）、冷却手段（８）、及び、急冷装置（９）の動作を制御することによって、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３が制御される。かかる形態とすることにより、従来技術と比較すると、温度Ｔ１を目標温度に上昇させるために必要とされるエネルギーが小さく、設備コスト及びエネルギーコストを削減することが可能になる。さらに、加速圧延の実施が不要になり、温度制御の外乱となる仕上圧延速度の変化が生じない。そのため、本発明の第１の態様によれば、温度Ｔ２及び温度Ｔ３を高精度に制御することが可能になり、製品の品質を向上させることが可能になる。したがって、本発明の第１の態様によれば、微細な組織を有する、優れた機械的特性及び表面性状を備えた熱延鋼板を低コストで製造することが可能な、熱延鋼板の製造方法を提供することができる。

また、本発明の第１の態様において、加熱装置（５、１４）を用いて粗圧延材（１）が１１００℃以上に昇温されることにより、被圧延材にＳｉが含有されている場合に母材と酸化スケールとの境界部に生成される酸化物を溶融させることが可能になるので、酸化スケールを除去しやすくなり、その結果、表面性状を向上させやすくなる。また、加熱装置に特に誘導加熱装置（５）が含まれていることにより、温度が低下した部位を集中的に加熱することも容易になるので、温度Ｔ１が高精度に制御できると共に、エネルギーコストを削減しやすくなる。また、本発明の第１の態様では粗圧延機（３）やコイルボックス（４）を用いることができ、特にコイルボックス（４）を用いることにより、被圧延材の尾端部における温度低下が防止されるため、温度Ｔ１を目標温度に上昇させるために必要とされるエネルギーを低減して設備コスト及びエネルギーコストを削減することが容易になる。また、本発明の第１の態様において、温度検出手段（１０）を用いて検出した被圧延材（１）の温度の検出結果に基づいて温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を制御することにより、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を高精度に制御することが容易になる。

本発明の第２の態様では、加熱装置（５、１４）、冷却手段（８）、及び、急冷装置（９）の動作を制御して、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を制御する、制御手段（２０）が備えられている。そのため、本発明の第２の態様によれば、微細な組織を有する、優れた機械的特性及び表面性状を備えた熱延鋼板を低コストで製造することが可能な、熱延鋼板の製造装置（３０、３１、３２）を提供することができる。

また、本発明の第２の態様において、加熱装置（５、１４）を用いて粗圧延材（１）が１１００℃以上に昇温されることにより、被圧延材にＳｉが含有されている場合に母材と酸化スケールとの境界部に生成される酸化物を溶融させることが可能になるので、酸化スケールを除去しやすくなり、その結果、表面性状を向上させやすくなる。また、加熱装置に特に誘導加熱装置（５）が含まれていることにより、温度が低下した部位を集中的に加熱することも容易になるので、温度Ｔ１が高精度に制御できると共に、エネルギーコストを削減しやすくなる。また、本発明の第２の態様においても粗圧延機（３）やコイルボックス（４）を用いることができ、特にコイルボックス（４）を用いることにより、被圧延材の尾端部における温度低下が防止されるため、温度Ｔ１を目標温度に上昇させるために必要とされるエネルギーを低減して設備コスト及びエネルギーコストを削減することが容易になる。また、本発明の第２の態様において、温度検出手段（１０）を用いて検出した被圧延材（１）の温度の検出結果に基づいて温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を制御することにより、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び、温度Ｔ３を高精度に制御することが容易になる。

本発明にかかる熱延鋼板の製造装置３０の形態例を示す図である。 本発明にかかる熱延鋼板の製造装置３１の形態例を示す図である。 本発明にかかる熱延鋼板の製造装置３２の形態例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面に示す形態は本発明の例示であり、本発明は図示の形態に限定されるものではない。以下の説明において、被圧延材の搬送方向下流側を単に「下流側」と表記し、被圧延材の搬送方向上流側を単に「上流側」と表記する。

図１は、本発明の熱延鋼板の製造装置３０（以下において、単に「製造装置３０」ということがある。）の形態例を簡略化して示す概念図である。図１において、被圧延材１は、紙面の左側から右側へと向かう方向に移動する。図１に示すように、被圧延材１を圧延して熱延鋼板を製造する製造装置３０は、粗圧延機３、該粗圧延機３の下流側に設置されたコイルボックス４、該コイルボックス４の下流側に設置された温度センサ１０、該温度センサ１０の下流側に設置された加熱装置５、該加熱装置５の下流側に設置されたスタンド７ａ〜７ｇを有する仕上圧延機列７、該仕上圧延機列７の入側（上流側）に配置されたデスケーリング装置６、加熱装置５とデスケーリング装置６との間に設置された温度センサ１１、仕上圧延機列７に配設された冷却手段８、スタンド７ｆとスタンド７ｇとの間に設置された温度センサ１２、仕上圧延機列７の下流側に設置された急冷装置９、及び、急冷装置９の下流側に設置された温度センサ１３を備え、さらに、加熱装置５、冷却装置８、及び、急冷装置９の動作を制御可能な制御手段２０を備えている。

製造装置３０において、粗圧延機３は、加熱炉２から抽出されたスラブを、所定の厚さの粗バーへと粗圧延する設備である。粗圧延機３によって粗圧延された粗バーは、コイルボックス４によってコイル状に巻き取られ、粗バーからの放熱を抑制することにより、粗バーの温度低下を防止する。コイル状に巻き取られた粗バーは、コイルボックス４から払い出された後、温度センサ１０によって温度を測定され、加熱装置５を経て仕上圧延機列７へと達する。仕上圧延機列７はタンデム圧延機であり、７基のスタンド７ａ〜７ｇによって粗バーを連続的に圧延することにより、所定の仕上厚の被圧延材とされる。仕上圧延機列７によって圧延された被圧延材は、その後、急冷装置９によって冷却される。

加熱装置５は、コイルボックス４から払い出された粗バーを加熱するための装置であり、誘導加熱等の公知の方法によって粗バーを板幅方向の全体に亘って加熱することにより、粗バーの温度を上昇させる。また、冷却装置８は、スタンド７ａとスタンド７ｂとの間に配設された冷却装置８ａ、スタンド７ｂとスタンド７ｃとの間に配設された冷却装置８ｂ、スタンド７ｃとスタンド７ｄとの間に配設された冷却装置８ｃ、スタンド７ｄとスタンド７ｅとの間に配設された冷却装置８ｄ、及び、スタンド７ｅとスタンド７ｆとの間に配設された冷却装置８ｅを有しており、冷却装置８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅは、冷却水を被圧延材の板幅方向の全体に亘って噴射することによって、被冷却材の温度を低下させる。急冷装置９は仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇの出側に配置され、最終スタンド７ｇ内にその少なくとも一部が配置され、鋼板の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で鋼板の両面から冷却水を被圧延材の板幅方向の全体に亘って噴射することによって、被圧延材の温度を低下させる。製造装置３０では、加熱装置５、冷却装置８、及び、急冷装置９を適切に作動させることにより、仕上圧延機列７の入側（スタンド７ａの上流側）における被圧延材１の温度Ｔ１、仕上圧延機列７の最終スタンド入側（スタンド７ｇの上流側）における被圧延材１の温度Ｔ２、及び、急冷装置９の出側における被圧延材１の温度Ｔ３を制御する。

制御手段２０は、温度センサ１０による粗バーの温度検出結果に基づいて、加熱装置５、冷却装置８、及び、急冷装置９の動作を制御する機器である。

温度センサ１０によって検出された粗バーの温度は、制御手段２０によって、粗バーの長手方向の定長ピッチに与えられる各サンプリング点と対応させてサンプリングされる。

次に、制御手段２０は図示しない圧延ライン総括計算機（圧延ラインの全体を監視し、被圧延材の情報や圧延情報等を出力するプロセスコンピュータ）から送信された粗圧延機３と仕上圧延機列７との間の搬送テーブルの搬送速度パターンの設定値と、仕上圧延機列７の圧延速度パターンの設定値に基づいて、粗バーの各サンプリング点が加熱装置５の出側及び仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇの入側及び急冷装置９の出側に到達するタイミングが計算される。さらに、圧延ライン総括計算機から送信された粗バーの板厚及び仕上圧延機列７の板厚設定値を用いて、温度センサ１０によって検出された粗バーの温度を初期値として、下記式（１）〜式（９）に基づいて、加熱装置５の出側、仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇの入側、及び、急冷装置９の出側のそれぞれにサンプリング点が到達する際の温度を計算により予測する。

Ｔ１ｃ＝Ｔ０＋ΔＴＢＨ−ΔＴａ 式（１）
Ｔ２ｃ＝Ｔ１ｃ−ΔＴｓ−ΔＴａ−ΔＴｒ＋ΔＴｑ 式（２）
Ｔ３ｃ＝Ｔ２ｃ−ΔＴｃ−ΔＴａ−ΔＴｒ 式（３）
ΔＴＢＨ＝Ｐ／（ｃ・ρ・Ｈ・Ｂ・Ｖ） 式（４）
ΔＴｓ＝ｈｓ・（Ｔ−Ｔｗ）・ｔｗ／（ｃ・ρ・Ｈ） 式（５）
ΔＴｃ＝ｈｃ・（Ｔ−Ｔｗ）・ｔｗ／（ｃ・ρ・Ｈ） 式（６）
ΔＴａ＝ｈａ・（Ｔ−Ｔａ）・ｔａ／（ｃ・ρ・Ｈ） 式（７）
ΔＴｒ＝ｈｒ・（Ｔ−Ｔｒ）・ｔｒ／（ｃ・ρ・Ｈ） 式（８）
ΔＴｑ＝Ｇ・η／（ｃ・ρ・Ｈ） 式（９）

式（１）〜式（９）において、Ｔ１ｃは加熱装置５の出側温度［℃］、Ｔ２ｃは仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇの入側温度［℃］、Ｔ３ｃは急冷装置９の出側温度［℃］、Ｔ０は粗バーの初期温度［℃］、ΔＴＢＨは加熱装置５による温度上昇量［℃］、ΔＴｓは冷却装置８による温度低下量［℃］、ΔＴｃは急冷装置９による温度低下量［℃］、ΔＴａは空冷による温度低下量［℃］、ΔＴｒはロール接触による温度低下量［℃］、ΔＴｑは圧延時の加工発熱による温度上昇量［℃］である。また、ｔｗ、ｔａ、ｔｒは、それぞれ、水冷、空冷、仕上圧延に要した時間［ｓ］であり、それぞれ、仕上圧延機列７や搬送テーブルの速度パターンから算出される。また、Ｔｗは冷却装置８及び急冷装置９から噴射される冷却水の温度［℃］、Ｔａは空気の温度［℃］、Ｔｒは仕上圧延機列７の圧延ロールの表面温度［℃］であり、ｈｓ、ｈｃ、ｈａ、ｈｒは、それぞれ、水冷、水冷、空冷、仕上圧延機列７の圧延ロールとの接触による熱伝達係数［Ｗ／（ｍ^２・℃）］である。また、ｃ、ρ、Ｈは、それぞれ、被圧延材１の比熱［Ｊ／（ｋｇ・℃）］、密度［ｋｇ／ｍ^３］、厚さ［ｍ］である。Ｇは圧延トルク［Ｎ・ｍ］、ηは圧延トルクが加工発熱に変化する割合である。Ｐは加熱装置５の実効出力［Ｗ］、Ｂは被圧延材の板幅［ｍ］、Ｖは粗バーが加熱装置５を通過する際の速度［ｍ／ｓ］である。

製造装置３０では制御装置２０で、上記式（１）〜式（９）を用いた温度計算を行うことにより、加熱装置５による粗バーの温度上昇量（温度Ｔ１を目標値とするために必要とされる温度上昇量）、及び、冷却装置８による被圧延材１の温度低下量（温度Ｔ２を目標値とするために必要とされる温度低下量）、及び、急冷装置９による被圧延材１の温度低下量（温度Ｔ３を目標値とするために必要とされる温度低下量）が算出される。本発明において、温度上昇量の調整は、加熱装置５の実効出力Ｐを調整することにより行われ、温度低下量の調整は、冷却装置８及び急冷装置９から噴射される冷却水の水量を調整することにより行われる。

本発明では、さらに、温度センサ１１の検出値と温度Ｔ１の目標値との差を縮減するように加熱装置５の実効出力Ｐを調整すれば、さらに、高精度に温度制御を実施することが可能になる。同様に、温度センサ１２の検出値を用いて冷却装置８の冷却水量調整を実施することにより、温度Ｔ２を高精度に制御することができ、温度センサ１３の検出値を用いて急冷装置９の冷却水量調整を実施することにより、温度Ｔ３を高精度に制御することができる。

このように、本発明によれば、温度センサ１０によって検出した粗バーの温度に基づいて加熱装置５を適切に作動させることによって、仕上圧延機列７の入側における被圧延材１の温度Ｔ１を目標値に制御することが可能になる。続いて、冷却装置８を適切に作動させることによって、仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇの入側における被圧延材１の温度Ｔ２を目標値に制御することが可能で、さらに、急冷装置９を適切に作動させることによって被圧延材１の温度Ｔ３を目標値に制御することが可能になる。

温度Ｔ１を目標値へ制御することにより、デスケーリング装置６によって被圧延材１の表面の酸化スケールを容易に除去することが可能になる。また、温度Ｔ２と温度Ｔ３を目標値へ制御することにより、微細で均一な組織を有する鋼板の製造が可能となる。

したがって、本発明によれば、表面性状が良好な微細で均一な組織を有する熱延鋼板の製造方法を提供することができ、当該製造方法を適用することが可能な製造装置３０を提供することができる。

さらに、製造装置３０にはコイルボックス４が備えられており、粗バー尾端部の温度低下を抑制できる。それゆえ、加熱装置５に必要とされる加熱量を比較的小さな加熱量に留めることができる。したがって、大規模な加熱設備が不要になるので、本発明によれば、設備コスト及びエネルギーコストを抑制することができる。また、本発明によれば、加速圧延の実施が不要になるので、温度制御の外乱となる仕上圧延速度の変化が生じない。そのため、本発明によれば、温度Ｔ２及び温度Ｔ３を高精度に制御することが可能になり、優れた機械的特性及び表面性状を備えた熱延鋼板を製造することが可能になる。

なお、急冷装置９は、仕上圧延機列７の出側に存在する被圧延材１を冷却可能に構成されていれば、その形態は特に限定されるものではない。ただし、例えば平均粒径が２μｍ以下のフェライト結晶粒を有する熱延鋼板（以下において、「超微細粒鋼」という。）を製造可能にする等の観点からは、スタンド７ｇによる圧延終了から０．２秒以内に６００℃／ｓ以上の冷却速度で被圧延材を急冷可能なように構成されていることが好ましい。急冷装置９をこのような形態とすることにより、表面性状を向上させた超微細粒鋼を製造することが可能な熱延鋼板の製造方法、及び、この製造方法を適用することが可能な製造装置１０を提供することができる。

また、上記式（４）〜式（９）における比熱は、被圧延材の材質（成分）の影響を受けると共に、鋼板の温度によっても変化する。これは、鋼板が冷却されて鋼板の温度か降下する際、鋼板の結晶構造がオーステナイト相からフェライト相に変態するためで、オーステナイト相とフェライト相で比熱が異なり、かつ変態する温度が被圧延材の材質（成分）によって異なるためである。したがって、本発明では、より正確な温度計算を可能にする等の観点から、被圧延材の材質と温度によって比熱の値を変えることが好ましい。

本発明による熱延鋼板の製造条件を以下に示す。鋼板のサイズは、製品板厚２ｍｍ、製品板幅１０００ｍｍ、製品重量１５ｔで、Ｃ：０．１０質量％、Ｍｎ：１．００質量％、及び、Ｓｉ：０．０５質量％を含有する高張力鋼板を、図１に示した製造装置３０、図２に示した製造装置３１、及び、図３に示した製造装置３２を用いて製造するシミュレーションを実施した（実施例１〜３）。

仕上圧延条件は、７スタンドの仕上圧延機列７で、各スタンドの間隔は５．５ｍ、後段側３スタンド７ｅ〜７ｇの圧下率は３０％とした。また、仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇと、その１つ上流側のスタンド７ｆで圧延する時間間隔は０．７６秒と圧延歪みの蓄積に適した条件とした。

実施例１では、上記製造条件で製造装置３０を用いたシミュレーションを実施した。加熱炉２でスラブを所定の温度まで加熱し、粗圧延機３で所定の厚みまで圧延して粗バーを生成する。粗バーはコイルボックス４でコイル状に巻き取った後、払い出して仕上圧延機列７で圧延するが、仕上圧延機列７の前に設置された加熱装置５で所定の温度（Ｔ１）まで加熱する。この加熱装置５は誘導加熱装置で加熱効率が高く、製造ライン上に占める体積も小さい。加熱した粗バーを仕上圧延機列７で所定の板厚に圧延すると共に、冷却装置８を用いて仕上圧延機列７の最終スタンド７ｇの前で所定の温度（Ｔ２）に冷却した後、急冷装置９を用いて急冷装置出側で所定の温度（Ｔ３）となるように冷却した。

実施例２では、上記製造条件で、図２に示した製造装置３１を用いたシミュレーションを実施した。製造装置３１では、薄スラブ連続鋳造装置１５で鋳造したスラブを、粗圧延機３で所定の厚みまで圧延して粗バーを生成する。粗バーは、仕上圧延機列７の前に設置された加熱装置１４で所定の温度（Ｔ１）まで加熱される。この加熱装置１４はガス燃焼炉で、誘導加熱方式の加熱装置５と比較すると単位面積あたりの加熱能力は小さいが、炉長が長いため必要な温度まで昇温可能なものである。仕上圧延機列７の入側以降は実施例１と同じである。

実施例３では、上記製造条件で、図３に示した製造装置３２を用いたシミュレーションを実施した。製造装置３２では、薄スラブ製造装置１５で鋳造したスラブは粗圧延工程を経ることなく、仕上圧延機列７の前に設置された加熱装置１４で所定の温度（Ｔ１）まで加熱される。この加熱装置１４は実施例２と同様のもので、仕上圧延機列７入側以降は実施例１と同じである。

実施例１〜３のシミュレーション条件を表１〜表３に、実施例１〜３による製造鋼板の平均フェライト粒径の結果を表３に、それぞれ示す。表３に記載した加熱装置の加熱効率は、誘導加熱装置の加熱効率とガス燃焼炉の加熱効率の比率を示したものである。ここでの加熱効率は、加熱装置に投入したエネルギーと鋼板に加えられる熱エネルギーの比率である。実施例２及び実施例３で用いたガス燃焼炉（加熱装置１４）は炉体から漏出する熱量が大きいため、実施例１で用いた誘導加熱装置（加熱装置５）の４３％の加熱効率に留まる。なお、実施例３で用いた製造装置３２は粗圧延機を有していないため、粗圧延後の温度は想定されない。そこで、これに対応する温度として、実施例３では、加熱装置１４の入側における被圧延材の温度（１０００℃）を、表１の粗圧延後の欄に記載した。同様に、実施例３では粗圧延後の板厚が想定されない。そこで、これに対応する板厚として、実施例３では、加熱装置１４の入側における被圧延材の板厚（５０ｍｍ）を、表２の粗圧延後の欄に記載した。

また、特許文献１に記載の製造方法を比較例１とし、特許文献２に記載の製造方法を比較例２としたシミュレーション条件を表１〜表３に、比較例１による製造鋼板の平均フェライト粒径の結果を表３に、それぞれ示す。比較例１及び比較例２では、誘導加熱装置を用いた。なお、比較例２は微細粒鋼の製造方法ではないが、仕上圧延機入側温度及び仕上圧延機出側温度を同時に制御する技術として比較している。比較例２は微細粒鋼の製造方法ではないため、製造鋼板の平均フェライト粒径の結果は記載していない。

表１に示したように、実施例１〜３の本発明例、及び、比較例１は、製造鋼板の平均フェライト粒径が同じ２μｍであった。ところが、本発明例では粗バー冷却及び再加熱が不要なため、加熱装置の設備容量及び加熱に要するエネルギーが比較例１よりも極めて少なく、鋼板を製造するためのコストを低く抑えることが可能であった。

次に、比較例２と比較しても、実施例１は、加熱装置の容量及び加熱に要するエネルギーが明らかに小さく、仕上圧延機列の入側及び出側における被圧延材の温度を制御するための技術として捉えても、本発明の方が明らかに優位であった。なお、実施例２及び実施例３は、加熱装置の必要加熱エネルギーでは、実施例１及び比較例２に劣るが、実施例２及び実施例３は設備コストが低いというメリットがあり、選択の余地がある。

以上、現時点において実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う熱延鋼板の製造方法及び熱延鋼板の製造装置も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明の熱延鋼板の製造方法及び製造装置は、自動車用、家電用、機械構造用、建築用等の用途に使用される、超微細粒鋼等の熱延鋼板の製造に、利用することができる。

１…被圧延材
２…加熱炉
３…粗圧延機
４…コイルボックス
５…加熱装置（誘導加熱装置）
６…デスケーリング装置
７…仕上圧延機列
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ…仕上圧延機（スタンド）
８…冷却装置
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ…冷却装置
９…急冷装置
１０…温度センサ（温度検出手段）
１１…温度センサ
１２…温度センサ
１３…温度センサ
１４…加熱装置（ガス燃焼炉）
１５…薄スラブ連続鋳造装置
２０…制御装置
３０、３１、３２…熱延鋼板の製造装置

Claims (16)

1. 被圧延材を加熱する加熱装置、該加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向下流側に配設されたデスケーリング装置、該デスケーリング装置よりも前記被圧延材の搬送方向下流側に配設された仕上圧延機列、該仕上圧延機列に配設された冷却装置、及び、前記仕上圧延機列の直後に配設された急冷装置を用いて熱延鋼板を製造する際に、
   前記加熱装置、前記冷却装置、及び、前記急冷装置の動作を制御することにより、前記仕上圧延機列の入側における前記被圧延材の温度Ｔ１、前記仕上圧延機列の最終スタンドの入側における前記被圧延材の温度Ｔ２、及び、前記急冷装置の出側における前記被圧延材の温度Ｔ３を制御し、
   前記急冷装置は、前記仕上圧延機列の前記最終スタンド内にその少なくとも一部が配置され、前記被圧延材の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で前記被圧延材の両面から冷却水を前記被圧延材の板幅方向の全体に亘って噴射し、
   前記急冷装置は、前記被圧延材の温度が６００℃〜７５０℃になるまで前記被圧延材を急冷し、且つ、
   前記急冷装置は、６００℃／ｓ以上の冷却速度で前記被圧延材を急冷する
   ことを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
   
2. 前記被圧延材は、前記加熱装置を用いて、１１００℃以上へと昇温されることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の製造方法。
3. 前記加熱装置に、誘導加熱装置及び／又はガス燃焼炉が含まれる、請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造方法。
4. 前記加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向上流側に配置された粗圧延機によって、前記加熱装置で加熱される前記被圧延材が粗圧延されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造方法。
5. 前記加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向上流側に、前記被圧延材を巻き取るコイルボックスが配置され、該コイルボックスから払い出された前記被圧延材が前記加熱装置で加熱される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造方法。
6. 前記加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向上流側に配設された温度検出手段を用いて検出した前記被圧延材の温度の検出結果に基づいて、前記温度Ｔ１、前記温度Ｔ２、及び、前記温度Ｔ３を制御することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造方法。
7. 前記被圧延材が、前記仕上圧延機列を用いて一定速度で圧延される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造方法。
8. 前記仕上圧延機列の最終スタンドの入側に配設された温度検出手段を用いて検出した前記被圧延材の温度の検出結果に基づいて、前記冷却装置の冷却水量が調整され、且つ、前記急冷装置の出側に配設された温度検出手段を用いて検出した前記被圧延材の温度の検出結果に基づいて、前記急冷装置の冷却水量が調整される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造方法。
9. 被圧延材を加熱する加熱装置、該加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向下流側に配設されたデスケーリング装置、該デスケーリング装置よりも前記被圧延材の搬送方向下流側に配設された仕上圧延機列、該仕上圧延機列に配設された冷却手段、前記仕上圧延機列の直後に配設された急冷装置、並びに、前記加熱装置、前記冷却手段、及び、前記急冷装置の動作を制御可能な制御手段、を備え、
   前記制御手段によって前記加熱装置、前記冷却手段、及び、前記急冷装置の動作を制御することで、前記仕上圧延機列の入側における前記被圧延材の温度Ｔ１、前記仕上圧延機列の最終スタンドの入側における前記被圧延材の温度Ｔ２、及び、前記急冷装置の出側における前記被圧延材の温度Ｔ３を制御し、
   前記急冷装置は、前記仕上圧延機列の前記最終スタンド内にその少なくとも一部が配置され、前記被圧延材の片面に対し１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で前記被圧延材の両面から冷却水を前記被圧延材の板幅方向の全体に亘って噴射し、
   前記急冷装置は、前記被圧延材の温度が６００℃〜７５０℃になるまで前記被圧延材を急冷することが可能であり、且つ、
   前記急冷装置は、６００℃／ｓ以上の冷却速度で前記被圧延材を急冷することが可能である、
   熱延鋼板の製造装置。
   
10. 前記加熱装置は、前記被圧延材を１１００℃以上へと昇温可能である、請求項９に記載の熱延鋼板の製造装置。
11. 前記加熱装置に、誘導加熱装置及び／又はガス燃焼炉が含まれる、請求項９又は１０に記載の熱延鋼板の製造装置。
12. 前記加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向上流側に、前記被圧延材を粗圧延する粗圧延機が配置されている、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造装置。
13. 前記加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向上流側に、前記被圧延材を巻き取るコイルボックスが配置されている、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造装置。
14. 前記加熱装置よりも前記被圧延材の搬送方向上流側に温度検出手段が配設され、該温度検出手段を用いて検出した前記被圧延材の温度の検出結果に基づいて、前記温度Ｔ１、前記温度Ｔ２、及び、前記温度Ｔ３を制御することを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造装置。
15. 前記被圧延材が、前記仕上圧延機列を用いて一定速度で圧延される、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造装置。
16. 前記仕上圧延機列の最終スタンドの入側に配設された温度検出手段を用いて検出した前記被圧延材の温度の検出結果に基づいて、前記冷却装置の冷却水量が調整され、且つ、前記急冷装置の出側に配設された温度検出手段を用いて検出した前記被圧延材の温度の検出結果に基づいて、前記急冷装置の冷却水量が調整される、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造装置。

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