JP6138347B2 - 金属ストリップを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製のストリップを製造するための方法であって、ストリップが、複数のロールスタンドを有する圧延機で圧延され、移送方向での圧延機の最終ロールスタンドの後方に繰出され、そして冷却装置内で冷却される方法に関する。本発明は、金属製のストリップを製造するための方法であって、ストリップが、複数のロールスタンドを有する圧延機で圧延され、移送方向での圧延機の最終ロールスタンドの後方に繰出され、そして冷却装置内で冷却され、ストリップあるいは板材が最終ロールスタンドのワークロールを通過した直後に付加的な急冷部の作用を受け、ストリップあるいは板材の冷却の少なくとも一部が、移送方向で最終ロールスタンドの範囲内で行われ、冷却剤が上からそして下からストリップあるいは板材に加えられることにより、急冷が行われる方法に関する。

このような類の方法は、特許文献１と２から公知である。他の解決手段は特許文献３と４に提示されている。

鋼材料の機械特性は、多様な方法で影響を与えられる恐れがある。強度を高めることは、特定の合金成分を補充することにより達せられる（固溶体硬化）。高転位密度を達成するために、さらに圧延時に、仕上げライン温度が下げられてもよい（転位硬化）。例えばニオブ、バナジウムあるいはチタンのようなマイクロアロイ成分を加えることにより、強度の増大を生じさせる析出物が形成される（析出物硬化）。ただしこのメカニズムは、粘性が不利に影響されるという短所を有する。それとは対照的に、組織の微細な構造（微細粒硬化）は、強度特性に有利に作用を及ぼし、そして同時に粘性特性に有利に作用を及ぼす。結晶粒サイズが小さいことにより、鋼材料の強度特性と粘性特性は改善される。

熱間ストリップラインおよび厚板ストリップラインにおいては、最終ロールスタンドと冷却区間の間に１２から２０ｍの間隔が生じることが考慮に入れられているのが一般的である。この領域には一般的に温度、厚さ及び平面度のための測定装置が設置されている。ゆっくり圧延されるストリップの場合には丁度、冷却部達するまでの時間は、（１ｍ／ｓのストリップ速度の場合には）１２から２０秒に達する。しかしこのことは、ストリップ内部の組織の結晶粒サイズにまずい影響を及ぼし、同時に達成可能な機械特性にもまずい影響を及ぼす。その理由は、このことにより変態後再結晶化と回復過程がおこるからである。

このことにより、ストリップあるいは板材を圧延後、組織内の結晶粒成長は顕著になる。結晶粒成長により機械特性は劣化する。

別の態様は、ストリップあるいは板材の平面度に関する。冷却区間内での冷却温度が低いほど、そしてストリップの厚さあるいは板材の厚さが厚いほど、ストリップの上側と下側での水量の添加は重要になる。上側と下側の水量の割合が最適でないと、ストリップあるいは板材は平らでなくなるかあるいは平坦でなくなる。この場合、後処理もしくは修正が必要である。

米国特許出願公開第２０１２／０６８３９１号明細書 特開昭６０−２４３２２６号公報 国際特許出願公開第０２／０７０１５７号明細書 特開昭６０−２２１１１５号公報

従って本発明の根底を成す課題は、特に熱間ストリップラインおよび厚板ストリップラインにおいて、金属材料、特に鋼の機械的特性および相構成成分のより良好な調節を可能にする、本発明に類するような方法を提供することである。さらに、製造すべきストリップあるいは板材の平面度はできるだけ高くすべきである。

本発明によりこの課題は、下からストリップあるいは板材に加えられる冷却剤の体積流量（すなわち時間当たりの冷却剤量あるいは水量）が、上からストリップあるいは板材に加えられる冷却剤の体積流量の少なくとも１２０％であることにより解決されている。

下からストリップあるいは板材に加えられる冷却剤の体積流量は、上からストリップあるいは板材に加えられる冷却剤の体積流量の少なくとも１５０％であるのが好ましい。他方では、下からストリップあるいは板材に加えられる冷却剤の体積流量は、上からストリップあるいは板材に加えられる冷却剤の体積流量の最大限４００％であるのが好ましい。４００％を超えた値の場合、ストリップ縁部の反りは下に向かって発生する。

ストリップあるいは板材を急冷する際に、ストリップあるいは板材のその表面の冷却が、少なくとも５００Ｋ／ｓの勾配で、好ましくは少なくとも７５０Ｋ／ｓの勾配で、特に好ましくは１０００Ｋ／ｓの勾配で行われるような量でもって（そして場合によってはこのような圧力でもって）冷却剤は加えられるのが好ましい。

まず第一にスラブが連続鋳造設備で鋳造され、次いでこれは炉内で、特にローラーハース炉内で一定の温度まで加熱され、その直後に仕上げラインとして機能を果たす圧延機内で仕上げストリップ厚さまで圧延されることによりストリップあるいは板材が製造されるのが好ましい。

ストリップあるいは板材として、鋼ストリップあるいは鋼板材は製造されるのが好ましい。その際に、ストリップは合金構成要素と認められる鋼ストリップであってもよい。

圧延機は熱間圧延機であるのが好ましい。

急冷部は、圧延機の最終ロールスタンドの内部から移送方向に（すなわち圧延方向に）２ｍ〜１５ｍ、好ましくは６ｍ〜１０ｍの間の区間にわたり延在するのが好ましい。しかしながら、冷却装置は移送方向での圧延機の最終ロールスタンドの後方で好ましくは１０ｍよりも大きい間隔をおいて始まる。

従って本発明によれば、結晶粒構造に影響を及ぼし、かつできるだけ小さいフェライト結晶粒に調節する方法が提案される。仕上げラインの最終ロールスタンドには急冷部が配置される。それにより、最終ロールギャップの通過とストリップあるいは板材の冷却の間の時間は最小限となる。急冷部は１０００Ｋ／ｓを超える冷却速度が表面において可能であるように決められるのが好ましい。最適な平面度が結果として得られるように水量が加えられる。急冷部後方の圧延方向あるいは移送方向において、（ストリップの厚さを得るためのもしくはストリップの温度を得るための）測定器具が配置されている。それに引続いて（従来の）層状冷却とストリップの巻付けが行われる。

本発明により、特に熱間板材圧延機および厚板圧延機における金属製材料から成る（とりわけ鋼合金および鉄合金から成る）ストリップおよび板材の改善された製造が可能になる。

生じる結晶粒構造は、材料内で進行する再結晶化と変態時の回復経過の結果である。結晶粒の成長は、特に熱間ストリップラインあるいは厚板スタンドにおける最終工程後に起こり、かつストリップのできるだけ早い冷却により阻止または制限されることができる。

従って、本発明の適用範囲は、一般的圧延機、すなわち熱間ストリップ圧延機および厚板圧延機、鋼合金および鉄合金から成るストリップと板材の製造である。提案された方法は、特に各々所属する連結機械を備えた熱間ストリップラインと厚板ラインにおいて、製造工程で材料が冷却されねばならないその場所ではどこでも使用されることができる。

特に熱間ストリップラインと厚板ラインにおける、鋼の機械特性ならびに相成分のより良好な調節が可能であるのが有利である。上側と下側の最適な水量分配により、良好な平面度が保証される。

本発明による方法により保証される、改善された平面度を備えた組織の小さい結晶粒サイズは有利である。

これに関して本発明は、一つの回答を提供し、最終ロールスタンドに急冷部が接続する配設を記載している。急冷部により、極めて高い冷却率が達せられ、かつ小さい結晶粒サイズが可能になる。

平面度の観点からは、平坦なストリップあるいは板材が得られるように、水量がストリップあるいは板材の上側および下側に加えられることを考慮せねばならない。上側と下側の間の水量の割合は１：１から１：１．１５であるのが普通一般的である。上側と下側での水量が同じであるかあるいは下側での体積流量が１５％まで多く、上側でよりも加えられることをこのことは意味する。

しかしながら本発明は、この割合が良好な平面度の調節にとって不利であることを立証した。波状エッジが発生するので、ストリップの縁部はもはやローラテーブルには当接しない。このことは本発明によれば阻止され、水量割合が１：１．２と１：４の間の範囲にあると、すなわち下側での体積流量が上側での体積流量よりも少なくとも１２０％〜４００％である場合に、高い平面度が達成される。

熱間ストリップを製造する際には、まず第一にスラブが連続鋳造設備において鋳造され、次いでローラーハース炉内で所望の炉温度まで加熱され、そしてその直後に仕上げライン（圧延機）内で仕上げストリップ厚まで圧延される（熱間使用）。スラブは長いアイドル時間後も炉内で加熱され、次いで圧延機においてさらに加工される（冷間使用）。その際に必要不可欠な炉温度は、基本的に圧延すべき最終厚さとストリップ幅ならびにストリップ材料に左右される。

従って、特に高い強度を備えた、製造されるストリップあるいは板材の改善された機械特性が保証される。高い強度は、ホールペッチの式によれば結晶粒サイズを小さくすることにより保証される。

さらに、材料の高い粘性も得られる。高い粘性はコットレルペッチの式によれば結晶粒サイズを小さくすることにより保証される。これはＤＢＴＴ遷移温度（延性脆性遷移温度）を下げる様式で、あるいはノッチ衝撃試験におけるより高い値を介して測定されることができる。

機械特性を変更することにより、合金成分のためのコストも節約することができる。第一の試験により、相当なコストが節約できることがわかった。

急冷部は、より小さい結晶粒サイズを調節することを経て機械特性を改善するため効果的な器具である。たしかに、ストリップあるいは板材の平面度は、高い冷却率を調節するのに必要不可欠である多い水量により不利に影響される。それについて、ストリップの上側と下側の間で水により最適に力をかけることは特別な意味を有する。水量が同じ割合で加えられると、熱緊張の故に、ストリップ縁部あるいは板材縁部がローラテーブルから浮上がるように、ストリップあるいは板材はアーチ型に反る。たしかにストリップあるいは板材の下側と上側で同じ温度が生じるように水量が調節されると、最適な平面度が達せられ、ストリップ縁部あるいは板材縁部はストリップ中央のようにローラテーブル上で平らな状態になっている。もちろん、この目的で下側での水量が高められることが必要不可欠である。

上側の少なくとも１．２倍の値まで下側への水量を高めた際に、特に良好な平面度が達成されることがわかった。しかし、下側の値が、上側の何倍もの量よりも大きいと結果は逆になる。ストリップあるいは板材はこの場合中央ではアーチ形になっている。ストリップあるいは板材はさらに加工ができないので、この効果は極めて不利である。

最後に、最適な平面度は、ストリップあるいは板材の上側の体積流量と下側の体積流量の間の、本発明により設定された水量の割合により得られる。

図に本発明の実施例が示してある。

鋼ストリップを製造するための製造ラインの最終ロールスタンドと、巻取り設備を伴った接続する層状冷却部を概略的に示した図である。

図１には製造ラインのロールスタンドが見て取れる。ストリップ１は仕上げラインで圧延され、かつ移送方向Ｆで最終ロールスタンド２から離れる。最終ロールスタンド２のロールギャップの後方ですぐに、あるいはロールギャップにおいて、ストリップ１は冷却され、そのために急冷部４が使用され、この急冷部は構造から標準的構造方式に対応する。冷却剤（水）はストリップ１の上側と下側に吹付けられる。

冷却部４の後方では、層状冷却部の様式の標準的な冷却装置３が接続している。実施例において、冷却装置３は１０個の区間に分割されている。

さらに、実施例における急冷部４の長さＬ_１はロールスタンド２の中央から約９ｍに達することが言及に値する。すなわち冷却部は記載したように最終ロールスタンド２のロールギャップの後方ですぐに、あるいはロールギャップにおいて始まる。

冷却装置３の間隔Ｌ_２、すなわち冷却装置の発端部は、実施例ではロールスタンド２の中央から約１４ｍのところにある。

冷却装置３の後方には、目下製造されたストリップを巻くための巻取り装置５が設けられている。

処理経過を監視することができるように、温度測定要素６と７（高温計）は、適切な場所でのその都度の温度を検出する。

それにより、ストリップ（あるいは金属板）の強度と伸張性が高められることが達せられ、このことは提案される方法を使用する際に達せられる僅かな粒子サイズにより引起されている。熱間ストリップラインでストリップを圧延した後、再結晶化の直後に結晶粒成長が起こる。圧延の後できるだけ急峻に結晶粒成長がもはや起こらない領域で、ストリップ温度が下げられる場合に、このことは阻止できる。従って、ストリップは、約８００℃〜９２０℃のところにある最終圧延温度から、すなわち８６０℃のところの中間で、少なくとも７００℃まで冷却される必要がある。提案される方法は、数多くのストランドを備えたＣＳＰ設備、振動、およびトンネル炉の使用と組合わせて使用されるか、あるいは従来の熱間圧延機で使用されるのが好ましい。

特殊な材料、例えばマイクロアロイ品質のものが使用されてもよい。

板材圧延機と組合せて行うこともできる。

１ ストリップ
２ ロールスタンド
３ 冷却装置
４ 急冷部
５ 巻取り装置
６ 温度測定要素
７ 温度測定要素
Ｆ 移送方向
Ｌ_１ 急冷部の長さ
Ｌ_２ 冷却装置の間隔

Claims (3)

1. 金属製のストリップあるいは板材（１）を製造するための方法であって、
   ストリップあるいは板材（１）が、複数のロールスタンドを有する圧延機で圧延され、移送方向（Ｆ）での圧延機の最終ロールスタンド（２）の後方に繰出され、そして冷却装置（３）内で冷却され、
   ストリップあるいは板材（１）が、最終ロールスタンド（２）のワークロールを通過した直後に付加的な急冷部（４）の作用を受け、ストリップあるいは板材（１）の冷却の少なくとも一部が、移送方向（Ｆ）で最終ロールスタンド（２）の範囲内で行われ、冷却剤が上からそして下からストリップあるいは板材（１）に加えられることにより、急冷が行われる方法において、
   下からストリップあるいは板材（１）に加えられる冷却剤の体積流量が、上からストリップあるいは板材（１）に加えられる冷却剤の体積流量の１２０％と４００％の間であり、ストリップあるいは板材（１）を急冷する際に、ストリップあるいは板材（１）のその表面の冷却が、少なくとも１０００Ｋ／ｓの勾配で行われるような量でもって冷却剤が加えられ、
   急冷部（４）が、圧延機の最終ロールスタンド（２）の内部から移送方向（Ｆ）に６ｍ〜１０ｍの間の区間にわたり延在し、そして
   冷却装置（３）が、移送方向（Ｆ）での圧延機の最終ロールスタンド（２）の後方で少なくとも１０ｍの間隔をおいて始まることを特徴とする方法。
2. まず第一にスラブが連続鋳造設備で鋳造され、このスラブが炉内で一定の温度まで加熱され、その直後に仕上げラインとして機能を果たす圧延機において、仕上げストリップ厚さまで圧延される（ＣＳＰ法）ことによりストリップあるいは板材が製造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ストリップ（１）あるいは板材として、鋼ストリップあるいは鋼板材が製造されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

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