JP6188608B2 - 圧延コイル材の保温方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延コイル材の保温方法に関する。

一般に、熱間圧延鋼板（熱延材）を製造するに際しては、加熱した鋳片を複数の圧延機で連続的に圧延を施して帯状の圧延材とし、その後、冷却手段にて所定の冷却速度で冷却し、ダウンコイラなどの巻き取り機によってコイル状に巻き取り、圧延コイル材を製造する。
圧延材が軟鋼の場合であれば、水冷手段などにより目標の巻き取り温度まで冷却する過程で変態は完了する。ところが、高炭素鋼やハイテン鋼などのようにＣ、Ｓｉ、Ｍｎを多く含む材料を圧延材に用いる場合には、コイル材に巻き取った時点でも変態が完了しないか、もしくは変態がほとんど進行していない場合があることが明らかになってきた。

コイル材に巻き取った時点で変態が始まっていない場合、圧延コイル材の外周側や縁端部が先に冷え、コイル材の内周側が徐冷される状況となるため、製品となったコイル材は、不均一な組織、強度を有するものとなって、製品としての性能が満たされないといった問題を招く。
係る状況は、例えば高強度冷延鋼板において、顕著に発生することが知られている。

すなわち、高強度冷延鋼板の素材である熱延鋼板は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ等を多く含む成分系であるため、圧延コイル材として巻き取られた段階では変態が完了せず、金属組織が過冷オーステナイトの状態となっていることがある。そのような金属組織を備えた圧延コイル材では、巻き取られた後でも、コイル状態で変態が進行する。特に、コイルの外周側や縁端部は空冷されて温度が低下するため、外周側及び縁端部では冷却速度が速くなって硬質なベイナイト組織やマルテンサイト組織が多く生じる。その結果、圧延コイル材の外周側及び縁端部の硬度が高くなって、次工程である冷延での圧延加工性を低下させ、圧下率の制約や端部割れ等の問題を引き起こす可能性がある。

上記した状況を改善するためには、熱延後に巻き取られた圧延コイル材を保温し、フェライト中心の組織とすることで軟質化を図ることが考えられている。例えば、特許文献１には、コイル材を覆う保温カバーを有する保温装置を用いて、熱延鋼板コイルを冷却する冷却法が開示されている。この冷却法では、コイル外周部温度が（巻取り温度−２５０）℃になるまでの温度域を平均冷却速度５℃／分以下で冷却すること、結晶粒の成長、ＡｌＮ、ＭｎＳ、鉄炭化物の析出、粗大化などを抑制している。

ところで、特許文献１に示すように保温カバーの内部で圧延コイル材を保温する場合であっても、圧延コイル材を載置する載置台に圧延コイル材の熱が奪われてしまい、圧延コイル材の保温が不十分となってしまう場合がある。このような場合は、例えば特許文献２に記載されるように、圧延コイル材に接触する載置台などの断熱性を高めるといった対策を採用することが考えられる。

特開昭５４−１２４８０８号公報 特開２００４−１０１９号公報

特許文献２の技術は、コイル置き台を断熱材などを用いて覆うことで、断熱を行う構成となっている。ところが、断熱材などで覆って熱の移動速度を鈍らせたとしても、コイル置き台に対する熱の移動は時間が経てば行われることになり、最終的には載置台に圧延コイル材の熱が奪われてしまうことになる。そのため、圧延コイル材を載置する載置台の質量が大きい場合には、圧延コイル材の保温が十分に行われなくなる可能性がある。

また、特許文献２の装置は、コイル置き台をコイルカーごと断熱する構成となっており、装置が大がかりとなって設備コストがどうしても高額になってしまう。また、コイル置
き台の断熱構造に、煉瓦などの断熱材を採用すると、金属製の部材を採用した場合に比べて製作費が嵩む虞がある。加えて、煉瓦などの断熱材は、圧延コイル材を載置した時の衝撃で断熱材が割れる可能性があり、保全費などのランニングコストも高騰しやすい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、煉瓦などに比べて安価な金属を用いたものでありながら、圧延コイル材を安定して保温することができ、硬質なベイナイト組織やマルテンサイト組織の発生を確実に抑制することができる圧延コイル材の保温方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の圧延コイル材の保温方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の圧延コイル材の保温方法は、断熱材で囲まれた保持容器の内部に、熱間圧延された圧延材をコイル状態で収容して、前記圧延材を保温する圧延コイルの保温方法であって、前記保持容器の内部に設けられ、当該保持容器の底部から上方に突出するような形状とされ、前記圧延コイル材を保持する鋼製の保持部材が設けられており、前記保持部材の重量が圧延コイル材の質量の１０％以下とされており、前記圧延コイル材を保温するに際しては、前記圧延コイル材の巻取温度を５００℃以上とし、巻き取り後２０〜４５分以内に保温を開始することを特徴とする。

本発明の圧延コイル材の保温方法によれば、煉瓦などに比べてコイル載置時の衝撃に強い金属を用いたものでありながら、圧延コイル材を安定して保温することができ、硬質なベイナイト組織やマルテンサイト組織の発生を確実に抑制することができる。

本実施形態の圧延コイル材の保温装置が設けられる圧延設備を示した図である。 本実施形態の保温装置の内部構造を示した図である。 保温中の本実施形態の保温装置を示した図である。 本実施形態の保温装置の全体構造を示した図である。 質量比が圧延コイル材及び保持部材の温度変化に与える影響を示した図である。

以下、本発明に係る圧延コイル材Ｓの保温装置５及び圧延方法の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に、本発明の保温装置５が設けられた熱間圧延ライン１の概略を示す。図１に示すように、連続仕上圧延機２や水冷手段３を備えた熱間圧延ライン１で圧延された圧延材Ｗは、通常４００〜６００℃程度の温度において巻き取り機で巻き取られて圧延コイル材Ｓとなり、その後、熱延コイル搬送コンベア（搬送手段）により熱延コイル置場４に搬送されて、そこで室温まで冷却される。なお、圧延コイル材Ｓは熱延コイル搬送コンベアに載置された状態で搬送される。

「発明が解決しようとする課題」にて精説したが、高炭素鋼や近年開発が進んでいるハイテン鋼でＣ、Ｓｉ、Ｍｎを多く含む材料が圧延材Ｗの場合、圧延コイル材Ｓに巻き取った時点では変態が完了しないか、もしくは変態がほとんど進行していない。それ故、圧延コイル材Ｓに巻き取った時点で変態が始まっていない場合、圧延コイル材Ｓの外周側や縁端部が先に冷え、圧延コイル材Ｓの内周側が徐冷される状況となるため、製品となった圧延コイル材Ｓは、不均一な組織、不適切な強度を有するものとなって、製品としての性能が満たされないなどの不都合が生じる。

このような状況を鑑み、本発明は、圧延コイル材Ｓを適正に保温及び冷却し、金属組織
や強度が不均一とならない圧延コイル材Ｓを得る保温装置５及び保温方法を提供するものである。
図２及び図３に示すように、本実施形態の保温装置５は、断熱材で囲まれた保持容器６の内部に、熱間圧延された圧延材Ｗをコイル状態で収容するものであり、保持容器６の内部で圧延コイル材Ｓを保温する構成となっている。この保持容器６の内部には、保持容器６の内部に圧延コイル材Ｓを保持する金属製（鋼製）の保持部材７（置台）が設けられており、本発明の保温装置５は保持部材７の質量が圧延コイル材の質量の１０％以下とされていることを特徴としている。次に、本実施形態の保温装置５を構成する保持容器６、保持部材７について説明する。

保持容器６は、平坦な板状に形成された底部８と、この底部８を上方から覆う保温カバー９とを有している。
底部８は、煉瓦などの断熱材を用いて上方から見て正方形乃至は長方形の板状に形成されており、圧延コイル材Ｓの重量を支持できる程度の強度を有している。この底部８の中央には、圧延コイル材Ｓを載置可能な保持部材７が設けられている。

保温カバー９は下方を除く上方、前方、後方、左方、右方に平板状の壁面を有する下方開放とされた箱状の部材であり、保温カバー９の内部は圧延コイル材Ｓを収容可能なように空洞とされている。この保温カバー９の壁面は、いずれも底部８と同様な断熱材を用いて形成されており、保温カバー９の外部に対して内部を保温できるようになっている。
保持部材７は、上述した保持容器６の底部８に設けられて圧延コイル材Ｓを支持可能な部材である。具体的には、保持部材７は、保持容器６の底部８から上方に向かって突出すると共に圧延コイル材Ｓの軸方向に沿って伸びる爪状またはリブ条の部材であり、圧延コイル材Ｓの外周面を下方から２カ所で支持できるように２箇所に設けられている。保持部材７は、鋼やステンレスなどの強度に優れる金属を用いて形成されており、重量がある圧延コイル材Ｓを下方から確実に保持できるようになっている。

上述した保持容器６を用いた圧延コイル材Ｓの保温は、次のような手順で行われる。
まず、上述した熱間圧延ライン１において、連続仕上圧延機２や水冷手段３を通過した後の圧延材Ｗが、巻き取り機で巻き取られて圧延コイル材Ｓとなる。このようにして巻き取られた圧延コイル材Ｓは、次に保持容器６に装入される。具体的には、保温カバー９を取り外された保持容器６の底部８には、上述した鋼製の保持部材７が設けられている。そのため、例えばクレーンなどを用いて圧延コイル材Ｓを移動させれば、保持部材７の上に圧延コイル材Ｓを載置することが可能となる。

保持部材７の上に圧延コイル材Ｓが載置されたら、取り外されていた保温カバー９を再び被せ、保持容器６の内部に圧延コイル材Ｓを収容する。このようにすれば保持容器６の底部８と保温カバー９に配設された断熱材により圧延コイル材Ｓが保温状態となり、圧延コイル材Ｓにマルテンサイト変態が発生することが抑制され、また硬質なベイナイト組織やマルテンサイト組織の発生を防止することも可能となる。

具体的には、圧延コイル材Ｓを断熱材で囲まれた保持容器６の内部で保温すると、このような保持容器６の内部は閉空間とされているため、圧延コイル材Ｓからの輻射熱によって閉空間内の空気が加熱されると共に断熱材の表面温度が上昇し、圧延コイル材Ｓの表面の温度も内部からの復熱によって上昇することになる。
ところで、上述した保持容器６の内部で圧延コイル材Ｓを保持しても、圧延コイル材Ｓの温度が予想外に低下し、圧延コイル材Ｓにマルテンサイト変態が発生してしまうことがある。これは、保持部材７のように金属で形成された部材に、圧延コイル材Ｓの熱が奪われてしまうためであると考えられる。

つまり、保持部材７に質量がある鋼製の部材を用いた場合、このような質量がある金属は熱容量が大きく、圧延コイル材Ｓの熱が保持部材７に多く奪われることになる。そうすれば、圧延コイル材Ｓの温度が大きく低下し、圧延コイル材Ｓの温度がマルテンサイト変態温度を下回ってマルテンサイト変態が発生しやすくなる。
なお、断熱材などで保持部材７を被覆しても、熱の移動速度は小さくなるが、終局的には保持部材７に多くの熱が奪われるので、圧延コイル材Ｓの温度低下を抑制することはで
きないし、マルテンサイト変態を防止乃至抑制することもできない。

そこで、本発明の保温装置５では、保持部材７の質量が圧延コイル材Ｓの質量の１０％以下となるようにして、マルテンサイト変態が発生するまで圧延コイル材Ｓの温度が低下しないようにしている。
具体的には、熱間圧延上がりの圧延コイル材Ｓは、上述した断熱材で囲まれた閉空間内の空気や、断熱材表面からの輻射熱を通じて間接的に圧延コイル材Ｓ自身が持つ熱によって加熱される。そのため、保持部材７の質量が大きいと断熱材の表面温度や閉空間内の空気温度の上昇も緩やかになり、圧延コイル材Ｓの温度低下を抑制することが困難になる。

また、圧延コイル材Ｓと保持部材７が熱的平衡状態に達した時には、保温前の圧延コイル材Ｓ、保持部材７の温度を、圧延コイル材Ｓの質量、保持部材７の質量で加重平均したものが熱平衡状態での温度になる。そのため、（保持部材７の質量）／（圧延コイル材Ｓの質量）の比率（以降、質量比ということがある）が小さいほどその平衡温度は高くなり、有効な保温が可能になる。

つまり、図５に示すように、質量が大きな保持部材７を用いて圧延コイル材を保持する場合、言い換えれば質量比が大きい場合には、保持部材７に吸収される熱量が大きくなり、圧延コイル材Ｓから保持部材７に熱が移動するのに必要な時間も長くなる。また、圧延コイル材Ｓから保持部材７に移動する熱が大きいため、圧延コイル材Ｓの温度が低くなりやすく、熱的平衡状態の温度も低いものとなる。そのため、平衡後の圧延コイル材Ｓの温度がマルテンサイト変態温度以下となって、圧延コイル材の一部に硬質化が発生する可能性が大きくなる。

ところが、質量が小さな保持部材７を用いて圧延コイル材を保持する場合、言い換えれば質量比が小さい場合には、圧延コイル材Ｓから保持部材７に移動する熱が小さくなり、圧延コイル材Ｓから保持部材７に熱が移動するのに必要な時間が短くなる。また、圧延コイル材Ｓから保持部材７に移動する熱が小さいため、圧延コイル材Ｓの温度が高くなりやすく、熱的平衡状態の温度が高くなって、圧延コイル材の一部に硬質化が発生することを抑制することが可能となる。

以上のことを考慮すれば、保持部材７の質量を圧延コイル材Ｓの質量の１０％以下、好ましくは６％以下とすることで、マルテンサイト変態を抑制しつつ有効な保温が可能になる。具体的には、保持部材７の質量を圧延コイル材Ｓの質量の１０％以下、好ましくは６％以下とすることで、保温後の圧延コイル材Ｓの幅方向の中央側と両端縁との引張応力差を５０ＭＰａ以下とすることが可能となり、マルテンサイト変態による圧延コイル材Ｓの硬質化を抑制することが可能となる。

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、熱間圧延ライン１で熱間圧延された圧延コイル材Ｓを、巻き取り質量を6.88〜10.3［ton］の範囲で変化させて巻き取り、これらの圧延コイル材Ｓを質量が0.25［ton］、0.36［ton］、1.31［ton］とそれぞれ異なる保持部材７を用いて保持しつつ、保温を行ったものである。

なお、圧延コイル材Ｓは、いずれも熱間圧延後に４８０℃〜６００℃で巻き取られ、その後２０分〜４５分で保温を開始しており、保温開始後は３時間に亘って保温を行っている。
また、マルテンサイト変態が抑制されているかどうか（硬質化防止がされているかどうか）の確認、言い換えれば「軟質化の実現（軟質化結果）」の評価については、保温後の圧延コイル材Ｓに対して、圧延コイル材Ｓの中央側と両端縁との引張応力の差に基づいて判断した。つまり、引張応力の差が換算値で５０ＭＰａ以上の場合には、マルテンサイト変態が発生して硬質化が進んでいると判断して、「硬質化防止」を“×”の評価と、また引張応力の差が換算値で５０ＭＰａ未満の場合には、マルテンサイト変態が発生しておらず硬質化が進んでいないと判断して、「硬質化防止」を“○”の評価とした。

「硬質化防止」の評価結果を、表１に示す。なお、表１中の「質量比」は、保持部材７の質量を、圧延コイル材Ｓの質量で除した値、つまり両部材の質量の比を示している。

表１の「No.2」〜「No.4」を見ると、これらの圧延コイル材Ｓはいずれも「質量比」が18.6%、18.9%、18.7%となっており、「軟質化結果（硬質化防止）」は“×”の評価となっている。これに対して、表１の「No.1」、「No.5」〜「No.7」を見ると、これらの圧延コイル材Ｓはいずれも「質量比」が3.5%、5.2%、5.2%、3.6%となっており、「軟質化結果」は“○”の評価となっている。これらのことから、「質量比」を１０％以下、好ましくは６％以下とすることで、硬質化の防止が可能となると判断される。なお、言うまでもなく、本発明は、「質量比」≦０％である場合を含まない。

また、表１の「No.8」を見ると、この「No.8」では「軟質化結果」が○の評価である「No.5」や「No.6」とほぼ同じ質量比であるのに、「軟質化結果」が×の評価となっている。これは、他の実験例がいずれも560℃以上の温度で巻き取られているのに対し、巻取温度が500℃未満となっていることが原因であると考えられる。
つまり、巻取温度が500℃を下回るような圧延コイル材Ｓでは、保温開始時に温度がマルテンサイト変態温度近傍まで下がっており、上述した保温装置５や保温方法を用いて保温を行ってもマルテンサイト変態が完全に防止できず、金属組織に硬質化した部分が発生したものと考えられる。

これらのことから、上述した保温装置５を用いて圧延コイル材Ｓを保温するに際しては、保温装置５に収容される前に巻き取られる圧延コイル材Ｓの巻取温度を５００℃以上としているのが好ましいと考えられる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

例えば、上述した実施形態では金属製（鋼製）の保持部材７を挙げて、本発明の保温装置５を説明した。しかしながら、保持部材７については、圧延コイル材と直接接触する部分のみを、断熱材で被覆するなどして、圧延コイル材Ｓへの伝熱を抑制するようにしても良い。
また、本願発明の技術は、単一の保持容器６から構成される保温装置５のみで実現されるのではなく、図４に示すような複数の保持容器６から構成される保温装置５であっても
同様に適用可能である。

１ 熱間圧延ライン
２ 連続仕上圧延機
３ 水冷手段
４ 熱延コイル置場
５ 保温装置
６ 保持容器
７ 保持部材
８ 保持容器の底部
９ 保持容器の保温カバー
Ｓ 圧延コイル材
Ｗ 圧延材

Claims (1)

1. 断熱材で囲まれた保持容器の内部に、熱間圧延された圧延材をコイル状態で収容して、前記圧延材を保温する圧延コイルの保温方法であって、
   前記保持容器の内部に設けられ、当該保持容器の底部から上方に突出するような形状とされ、前記圧延コイル材を保持する鋼製の保持部材が設けられており、
   前記保持部材の重量が圧延コイル材の質量の１０％以下とされており、
   前記圧延コイル材を保温するに際しては、前記圧延コイル材の巻取温度を５００℃以上とし、巻き取り後２０〜４５分以内に保温を開始する
   ことを特徴とする圧延コイル材の保温方法。