JP6461697B2 - 調質圧延方法、圧延液供給装置及び調質圧延設備 - Google Patents
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(1)本発明の一態様に係る調質圧延方法は、摩擦係数の異なる複数の圧延液を予め用意する第1工程と、被処理鋼板の圧下率、板厚及び調質圧延後の目標硬さに応じて、前記複数の圧延液のうち1つを選択する第2工程と、前記第2工程で選択された前記圧延液を用いて前記被処理鋼板の調質圧延を行う第3工程とを有し、前記第1工程では、前記圧延液に含まれる1種の圧延油、水及び添加剤のうち、少なくとも前記添加剤の濃度が他の前記圧延液と異なるように、前記圧延液のそれぞれの前記添加剤の濃度を調整することにより、前記摩擦係数の異なる前記複数の圧延液を用意する。前記圧延油は、天然油脂を除く成分を含有し、前記成分として、炭素数が16〜20の脂肪酸及び2価ネオペンチル型アルコールからなり、且つ水酸基価が45〜55mgKOH/gであるエステルと、動粘度が5〜15mm 2 /sである精製炭化水素と、ノニオン界面活性剤とを含有する。前記添加剤は、炭素数が2〜6であるアルカノールアミンと、脂肪族二塩基酸とを含有する。上記の被処理鋼板の調質圧延を行う第3工程において、被処理鋼板と接触する圧延ロールのロール径は、例えば直径300〜650mmとする。
図1は、本実施形態における循環式の調質圧延設備1の概略構成図である。この調質圧延設備1は、例えば、焼鈍済みの冷延鋼板(錫めっき用鋼板や亜鉛めっき用鋼板)等の、0.10mm〜0.4mmの板厚を有する被処理鋼板Wを、3.0〜15.0%の圧下率で調質圧延(HRT圧延)することにより、同一成分系を有する一枚の被処理鋼板Wからテンパー度の異なる複数種のブリキ原板を製造する。
製鋼工場の転炉、電気炉など通常の溶解炉で溶製された溶鋼を連続鋳造することでスラブが得られる。連続鋳造後、すぐにスラブの熱間圧延を行うDR圧延を採用してもよい。あるいは、スラブを一旦冷却して熱延加熱炉で再加熱した後にスラブの熱間圧延を行うCCR圧延を採用してもよい。CCR圧延を採用する場合、スラブの再加熱温度は1100℃以上が必要である。この温度ならばスラブ中の固溶N量が30ppm以上となるので、炭化物の析出が抑えられる。
C含有量の下限は、固溶Cがほとんど存在しない0.0005%とする。固溶Cが微量で炭化物がなくとも安定的なHRT圧延を実施できる好ましいC含有量の下限は0.0005%であり、より好ましいC含有量の下限は0.005%である。一方、C含有量が多いほど、熱延処理、連続焼鈍処理及び過時効処理を実施した場合に、炭化物の析出量が多くなる。その結果、HRT圧延が不安定となるので、C含有量の上限は0.06%とする。好ましいC含有量の上限は0.04%であり、より好ましいC含有量の上限は0.02%である。
Siは鋼板製造工程の熱処理によって鋼板表面に濃化して圧延性とメッキ性を低下させるので、Si含有量は少ないほど好ましいが、溶製コスト上昇を抑えるために、Si含有量の下限を0.001%とする。Si含有量の上限は0.03%としたが、Si含有量の増加による悪影響を考慮すれば、Si含有量の上限は0.02%が好ましく、0.01%がより好ましい。
Mnは不可避的に混入するSが誘発する熱延時の割れを防止するために添加する。鋼板に割れが生じれば圧延ロール疵や板破断などHRTを含む圧延作業に悪影響を与える。MnとSとの化合物であるMnSを析出させれば熱延割れが生じない。以下で説明するように、S含有量の上限は0.02%であるので、MnSを析出させることでSを無害化するために必要なMn含有量が下限となる。Sの無害化に必要なMn含有量の下限は0.05%であるが、好ましくは0.15%であり、より好ましくは0.3%である。割れ疵対策の観点から、Mn含有量の上限は0.6%である。この数値は、ASTM規格で規定されたブリキのMn含有量の上限に一致する。
Pは結晶組織を強化し、かつ結晶粒界に偏析して鋼板強度を上げ、延性を劣化させる。PはHRTを含む圧延作業においては板破断の一因になる強化元素であるので、P含有量は少ないことが好ましい。溶製コスト上昇を伴わない好ましいP含有量の下限は0.005%である。一方、P含有量が多いほど、圧延作業が困難になると共に鋼板耐食性を劣化させるので、P含有量の上限を0.025%とする。これらPの悪影響を減じるためには、P含有量の上限を0.02%とすることが好ましく、0.015%とすることがより好ましい。この0.015%という数値は、ASTM規格で規定された高耐食性ブリキ(Type−L)のP含有量の上限に一致する。
上記のように、Sは熱延時に発生する割れの原因となるので、S含有量の上限をMn含有量の下限(0.05%)より低い0.02%とする。Sの悪影響を減じるためには、S含有量の上限は0.02%が好ましく、0.01%がより好ましい。S含有量を0.003%未満にすると、特殊な溶製を必要とし溶製コスト上昇を招くので、S含有量の下限は0.003%である。
Al含有量は、後述するN含有量に関連して少ないほどよい。すなわち、製鋼において脱酸剤として溶鋼に添加されスラグとして除かれる量に初期添加量を制限することが極めて望ましい。そのため、Al含有量の下限は0.01%とする。一方、Al含有量が0.05%を超えると、熱延コイル中にsol.Alが偏在することに起因して窒化物析出に偏りが生じる。その結果、炭化物析出抑制に働く固溶N量がばらつき、HRT圧延が不安定になるので、Al含有量の上限を0.05%とする。未脱酸の回避とHRT圧延の安定化を両立するためには、Al含有量の上限は0.03%が好ましく、固溶N量のばらつきを抑制するためには、Al含有量の上限は0.02%が好ましい。
Nは炭化物析出を抑え、HRT圧延の安定化を実現する成分要素である。鋼中での存在形態は窒化物より固溶Nであることが好ましく、固溶N量が多いほど炭化物の析出が抑制される。炭化物析出の抑制効果を得るために、N含有量の下限は0.002%である。一方、Nを過剰に添加すると、固溶Nの形態でN時効を介して材質ばらつきが発生するので、N含有量の上限を0.013%とする。N含有量の好ましい上限は0.01%であり、より好ましい上限は0.007%である。
TiおよびBは炭化物及び窒化物の生成を促進する元素である。Ti及びBを添加すると、TiN、TiC及びBNなどが析出されるので、固溶C及び固溶Nの量が大幅に削減される。Ti含有量が0.01%以上の場合に、炭化物及び窒化物の生成が強く促進される。そのため、固溶C及び固溶Nの量をゼロにするためには、Ti含有量の下限を0.01%とする。Ti含有量の下限は0.015%が好ましく、0.03%がより好ましい。一方、B含有量が0.001%以上の場合に、炭化物及び窒化物の生成が強く促進される。そのため、固溶C及び固溶Nの量をゼロにするためには、B含有量の下限を0.001%とする。B含有量の下限は0.0015%が好ましく、0.003%がより好ましい。Ti及びBを過剰に添加しても、炭化物及び窒化物の生成量が飽和するだけで特別な問題は発生しないが、材料コストの上昇を回避するために、Ti含有量の上限を0.04%、B含有量の上限を0.005%とする。
スラブが、上記の主要元素以外に、公知の表面処理用鋼板及びブリキ原板に一般的に含まれる成分元素を含有していても良い。例えば、スラブが、質量%で、Cr:0.10%以下、Cu:0.20%以下、Ni:0.15%以下、Mo:0.05%以下、Ca:0.01%以下、Nb、Zr、Vなどの1種または2種以上を0.3%以下、をさらに含有していてもよい。
図1に示すように、本実施形態に係る調質圧延設備1は、エマルジョン型圧延液(以下、圧延液と略す)を用いて湿式調質圧延を行う圧延機10と、この圧延機10に圧延液を供給する圧延液供給装置20とを備えている。
なお、以下の説明において、圧延液を圧延液X、圧延液Y及び圧延液Zと区別する必要がない場合には、圧延液という用語に符号を付記しない。
なお、本実施形態において、添加剤の濃度調整には、添加剤の濃度をゼロにする(すなわち、添加剤の投入量をゼロにする)ことも含まれる。
一方、天然油脂は、一般にトリグリセライドの構造を有しているため、その構造に起因して、圧延中の加工熱や発生鉄粉等により酸化劣化による重合や加水分解を受けやすく、高分子生成物、脂肪酸及び脂肪酸セッケンなどの粘着性汚れを形成しやすい。従って、天然油脂は、表面品質が重要な湿式調質圧延には不適当であるため、本実施形態では、圧延油の組成成分として天然油脂を使用しない。なお、天然油脂とは、天然に存在する動植物から得られる油脂またはそれらを精製することで得られる油脂を指す。例えば、天然油脂として、牛脂、豚脂、鯨油、鮫油、パーム油、精製パーム油、ナタネ油、ひまし油、米油などが挙げられる。
精製炭化水素の含有量が68体積%未満の場合、潤滑性が過剰となるので、適切な摩擦係数が得られない。精製炭化水素の含有量が81体積%を超える場合、圧延液の摩擦係数が高くなりすぎて潤滑性が不足する。
ノニオン系界面活性剤の含有量が6体積%未満の場合、安定した圧延液が得られない。ノニオン系界面活性剤の含有量が14体積%を超える場合、圧延液が激しく泡立つので、操作性が悪くなる。
アルカノールアミンの含有量が58体積%未満の場合、潤滑性が過剰となるので、適切な摩擦係数が得られない。アルカノールアミンの含有量が63体積%を超える場合、圧延液の油分剥離が過剰になることに起因して、ブリキ原板に錆が発生する。
脂肪族二塩基酸の含有量が37体積%未満の場合、圧延液の油分剥離が過剰になることに起因して、ブリキ原板に錆が発生する。脂肪族二塩基酸の含有量が42体積%を超える場合、潤滑性が過剰となるので、適切な摩擦係数が得られない。
また、原料投入装置60は、4つのX系統流量調整弁66a、66b、66c及び66dと、4つのY系統流量調整弁66e、66f、66g及び66hと、及び4つのZ系統流量調整弁66i、66j、66k及び66mとを備えている。
また、原料投入装置60は、4つのX系統流量計67a、67b、67c及び67dと、4つのY系統流量計67e、67f、67g及び67hと、4つのZ系統流量計67i、67j、67k及び67mとを備えている。
さらに、原料投入装置60は、第1圧延液タンク30、第2圧延液タンク40及び第3圧延液タンク50のそれぞれに対する各原料の投入量を制御する制御装置68を備えている。
なお、上記のような原料投入装置60の各構成要素において、X系統の構成要素は、第1圧延液タンク30(圧延液X)に関連する構成要素であり、Y系統の構成要素は、第2圧延液タンク40(圧延液Y)に関連する構成要素であり、また、Z系統の構成要素は、第3圧延液タンク50(圧延液Z)に関連する構成要素である。
また、この回収装置80において、第1切替弁85が回収モードにあり、第2切替弁88がYZ系統回収モードにあり、且つ第3切替弁89がY系統回収モードにある場合、圧延機10から回収された使用済み圧延液は、第2圧延液タンク40に送られ、圧延液Yとして再利用される。
また、この回収装置80において、第1切替弁85が回収モードにあり、第2切替弁88がYZ系統回収モードにあり、且つ第3切替弁89がZ系統回収モードにある場合、圧延機10から回収された使用済み圧延液は、第3圧延液タンク50に送られ、圧延液Zとして再利用される。
さらに、この回収装置80において、第1切替弁85が排液モードにある場合、圧延機10から回収された使用済み圧延液は、排液管84を介して外部に排出される。
以上のような原料投入装置60の動作によって、摩擦係数の異なる3つの圧延液X、Y及びZが予め用意される(第1工程)。
このような原料投入装置60の動作によって、被処理鋼板Wの目標圧下率、板厚及び調質圧延後の目標硬さ(HR30T硬さ)に応じて、摩擦係数の異なる3つの圧延液X、Y及びZのうち、1つの圧延液が選択される(第2工程)。以下では、被処理鋼板Wの目標圧下率が15%、板厚が0.20mm、調質圧延後の目標硬さ、すなわちHR30T硬さが62であり、圧延液Xを貯留する第1圧延液タンク30が送液元タンクとして選択された場合を想定する。
また、本実施形態によれば、圧延機10から回収した使用済み圧延液を再利用可能な循環式の構成を採用しているので、圧延液の原料コストを抑えることができる。
また、上記実施形態では、圧延液に含まれる圧延油の濃度が他の圧延液と同一となり、且つ添加剤の濃度が他の圧延液と異なるように、圧延液X、Y及びZのそれぞれの圧延油濃度及び添加剤濃度を調整することにより、摩擦係数の異なる圧延液X、Y及びZを用意する場合を例示した。この他、圧延液に含まれる圧延油の濃度と添加剤の濃度の両方が他の圧延液と異なるように、圧延液X、Y及びZのそれぞれの圧延油濃度及び添加剤濃度を調整してもよい。これによっても、摩擦係数の異なる圧延液X、Y及びZを用意することができる。
まず、本発明を実施して被処理鋼板の調質圧延を行った場合の圧延安定性について検証した。表2に示すように、試験例1〜8として、上記実施形態で説明した成分を有するスラブを用意した。
続いて、試験例1〜8のそれぞれに対応する被処理鋼板について、目標圧下率を3〜15%の範囲で制御しながら各圧延液を用いて調質圧延を実施することで得られるブリキ原板の硬さ(HR30T硬さ)を測定した。ブリキ原板の硬さは、JIS Z 2245の規定に従って測定した。硬さ測定位置としては、JIS G 3303の規定に従って、ブリキ原板の板幅方向における端部と中心部を選択した。硬さ測定前に、電気炉内でブリキ原板を200℃×20分間という条件下で時効処理した。
続いて、試験例1〜8のそれぞれに対応するブリキ原板(圧下率5%で製造されたブリキ原板)から引張り試験片を採取し、それらの引張り試験片を用いて引張り試験を実施した後、各引張り試験片の破断位置を観察した。なお、各ブリキ原板から、圧延方向に平行な引張り試験片を各10個ずつ採取し、JIS Z 2241の規定に従って引張り試験を行った。
続いて、添加剤の防錆効果をJIS K 2246の規定に従って検証した。被処理鋼板を添加剤配合のエマルジョン型圧延液に浸漬し、脱脂し、乾燥後、恒温高湿槽内に吊り下げたときの錆発生度が10日間で10%以内ならば防錆効果ありと判定する。本実施例で使用した圧延液の防錆効果を上記手法により検証した結果、錆発生度が8%以下となり、防錆効果があることが確認された。
Claims (10)
- 摩擦係数の異なる複数の圧延液を予め用意する第1工程と、
被処理鋼板の圧下率、板厚及び調質圧延後の目標硬さに応じて、前記複数の圧延液のうち1つを選択する第2工程と、
前記第2工程で選択された前記圧延液を用いて前記被処理鋼板の調質圧延を行う第3工程と
を有し、
前記第1工程では、前記圧延液に含まれる1種の圧延油、水及び添加剤のうち、少なくとも前記添加剤の濃度が他の前記圧延液と異なるように、前記圧延液のそれぞれの前記添加剤の濃度を調整することにより、前記摩擦係数の異なる前記複数の圧延液を用意し、
前記圧延油は、天然油脂を除く成分を含有し、前記成分として、
炭素数が16〜20の脂肪酸及び2価ネオペンチル型アルコールからなり、且つ水酸基価が45〜55mgKOH/gであるエステルと、
動粘度が5〜15mm 2 /sである精製炭化水素と、
ノニオン界面活性剤と
を含有し、
前記添加剤は、
炭素数が2〜6であるアルカノールアミンと、
脂肪族二塩基酸と
を含有することを特徴とする調質圧延方法。 - 前記圧延液における前記圧延油の濃度は、前記水に対して0.005〜1.0体積%であり、
前記圧延液における前記添加剤の濃度は、前記水に対して0.8体積%以下であり、
前記2価ネオペンチル型エステル、前記精製炭化水素及び前記ノニオン系界面活性剤の合計含有量を100体積%と定義したとき、前記2価ネオペンチル型エステルの含有量は13〜18体積%、前記精製炭化水素の含有量は68〜81体積%、前記ノニオン系界面活性剤の含有量は6〜14体積%であり、
前記アルカノールアミン及び前記脂肪族二塩基酸の合計含有量を100体積%と定義したとき、前記アルカノールアミンの含有量は58〜63体積%、前記脂肪族二塩基酸の含有量は37〜42体積%である
ことを特徴とする請求項1に記載の調質圧延方法。 - 前記被処理鋼板の調質圧延に使用された前記圧延液を回収して再利用する第4工程をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の調質圧延方法。
- 前記被処理鋼板の圧下率は3〜15%であり、前記被処理鋼板の板厚は0.10〜0.40mmであり、前記被処理鋼板の調質圧延後の硬さとして、HR30T硬さが47〜73であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の調質圧延方法。
- 前記被処理鋼板の調質圧延後のA破断率が90%以上であることを特徴とする請求項4に記載の調質圧延方法。
- 被処理鋼板の調質圧延を行う圧延機に圧延液を供給する圧延液供給装置であって、
前記圧延液を貯留する複数の圧延液タンクと、
前記圧延液の原料である1種の圧延油、水及び添加剤を、前記複数の圧延液タンクのそれぞれに投入する原料投入装置と、
前記被処理鋼板の圧下率、板厚及び調質圧延後の目標硬さに応じて前記複数の圧延液タンクのうち1つを送液元タンクとして選択し、前記送液元タンクに貯留されている前記圧延液を前記圧延機へ送液する送液装置と
を備え、
前記圧延油は、天然油脂を除く成分を含有し、前記成分として、
炭素数が16〜20の脂肪酸及び2価ネオペンチル型アルコールからなり、且つ水酸基価が45〜55mgKOH/gであるエステルと、
動粘度が5〜15mm 2 /sである精製炭化水素と、
ノニオン界面活性剤と
を含有し、
前記添加剤は、
炭素数が2〜6であるアルカノールアミンと、
脂肪族二塩基酸と
を含有し、
前記原料投入装置は、前記圧延液に含まれる前記原料のうち、少なくとも前記添加剤の濃度が他の前記圧延液と異なるように、前記圧延液タンクのそれぞれに対する前記各原料の投入量を制御することにより、摩擦係数の異なる前記圧延液を前記圧延液タンクのそれぞれに貯留させることを特徴とする圧延液供給装置。 - 前記圧延液における前記圧延油の濃度は、前記水に対して0.005〜1.0体積%であり、
前記圧延液における前記添加剤の濃度は、前記水に対して0.8体積%以下であり、
前記2価ネオペンチル型エステル、前記精製炭化水素及び前記ノニオン系界面活性剤の合計含有量を100体積%と定義したとき、前記2価ネオペンチル型エステルの含有量は13〜18体積%、前記精製炭化水素の含有量は68〜81体積%、前記ノニオン系界面活性剤の含有量は6〜14体積%であり、
前記アルカノールアミン及び前記脂肪族二塩基酸の合計含有量を100体積%と定義したとき、前記アルカノールアミンの含有量は58〜63体積%、前記脂肪族二塩基酸の含有量は37〜42体積%である
ことを特徴とする請求項6に記載の圧延液供給装置。 - 前記圧延機から前記被処理鋼板の調質圧延に使用された前記圧延液を回収し、回収した前記圧延液を前記送液元タンクに戻す回収装置をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の圧延液供給装置。
- 被処理鋼板の調質圧延を行う圧延機と、
前記圧延機に圧延液を供給する請求項6〜8のいずれか一項に記載の圧延液供給装置と
を備えることを特徴とする調質圧延設備。 - 前記圧延機は、前記被処理鋼板と接触する圧延ロールを備え、
前記圧延ロールの直径が300〜650mmであることを特徴とする請求項9に記載の調質圧延設備。
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