JP6669181B2

JP6669181B2 - 冷延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP6669181B2
Application number: JP2018031436A
Authority: JP
Inventors: 晃樹杉山; 秀高橋; 小林　弘和; 弘和小林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: JP2018141236A

Description

本発明は、冷延鋼板の製造方法に関する。

一般に、冷延鋼板の連続焼鈍ラインでは、焼鈍（加熱、冷却）工程において鋼板の温度を制御することによって結晶粒成長を促すことにより、冷延鋼板の材料特性の作り込みを行っている。一方で、冷延鋼板の材料特性を向上させるために鋼板に添加される元素（例えばＳｉやＭｎ）は焼鈍時に鋼板表面において酸素と反応することによって酸化物を形成し、酸化物は焼鈍炉内のハースロール（炉内搬送ロール）の周面に付着、成長する。ハースロールに付着した酸化物は、ピックアップと呼ばれる押疵を鋼板表面に形成する。このような背景から、ピックアップの発生を抑制する方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、焼鈍炉内のハースロールとして、添加元素の酸化物と反応しにくい溶射ロールを使用する方法が記載されている。

特開２０１２−１８４４８０号公報

しかしながら、本発明の発明者らの検討によれば、酸化物が形成されやすいＳｉやＭｎ等の元素が多量に添加された冷延鋼板を大量（例えば２０トン以上）に製造した場合には、特許文献１に記載の方法のように溶射ロールを用いただけではピックアップの発生を抑制することができなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸化物が形成されやすい元素が多量に添加された冷延鋼板を大量に製造する場合であってもピックアップの発生を抑制可能な冷延鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る冷延鋼板の製造方法は、鋼板の搬送方向に沿って順に配列された加熱帯、均熱帯、及び冷却帯を有する焼鈍炉を利用して鋼板を焼鈍することによって冷延鋼板を製造する冷延鋼板の製造方法であって、前記冷却帯内における前記鋼板を搬送するハースロールと前記鋼板の摺動を抑制する摺動抑制ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る冷延鋼板の製造方法は、上記発明において、前記摺動抑制ステップは、ハースロール近傍の雰囲気温度を制御することによって前記鋼板の摺動を抑制する制御ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る冷延鋼板の製造方法は、上記発明において、前記摺動抑制ステップは、前記冷却帯内におけるハースロール近傍の雰囲気温度と鋼板の温度差を１５０℃以下とすることによって前記鋼板の摺動を抑制する制御ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る冷延鋼板の製造方法によれば、酸化物が形成されやすい元素が多量に添加された冷延鋼板を大量に製造する場合であってもピックアップの発生を抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態である冷延鋼板の製造方法において用いられる連続焼鈍ラインの構成を示す模式図である。図２は、ピックアップの発生した鋼板の表面ＳＥＭ写真図である。図３は、冷却帯中の最初のハースロールが雰囲気からの冷却と鋼板による加熱によって温度が不均一になった場合のロール径を示す模式図である。図４は、摺動速度がピックアップ発生に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。図５は、ハースロールでの張力とセンタリングフォースとの関係を示す模式図である。図６は、加圧力がピックアップ発生に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。図７は、本発明を適用した後のピックアップの発生状況の一例を示す図である。図８は、本発明を適用する前のピックアップの発生状況の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である冷延鋼板の製造方法について説明する。

〔連続焼鈍ラインの構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である冷延鋼板の製造方法において用いられる連続焼鈍ラインの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である冷延鋼板の製造方法において用いられる連続焼鈍ラインの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である冷延鋼板の製造方法において用いられる連続焼鈍ライン１は、ペイオフリール２ａ，２ｂ、溶接機３、クリーニングセクション４、テンションレベラ５、入側ルーパ６、連続焼鈍炉７、出側ルーパ８、スキンパスミル９、及び後処理部１０を主な構成要素として備えている。

ペイオフリール２ａ，２ｂは、コイル状に巻き取られている鋼板Ｓを払い出して溶接機３に供給する設備である。溶接機３は、ペイオフリール２ａ（又はペイオフリール２ｂ）から払い出された鋼板（先行材）Ｓの尾端部とペイオフリール２ｂ（又はペイオフリール２ａ）から払い出された後行の鋼板（後行材）Ｓの先端部とを溶接する設備である。クリーニングセクション４は、溶接機３によって溶接された鋼板Ｓを洗浄液中に通板することによって鋼板Ｓに付着した油脂等を除去する設備である。

テンションレベラ５は、クリーニングセクション４を通過した鋼板Ｓの歪みを矯正して入側ルーパ６に供給する設備である。入側ルーパ６は、後段の焼鈍処理のために、鋼板Ｓの張力を保ちながら鋼板Ｓを一時待機させるための設備である。入側ルーパ６によってタイミング調整された鋼板Ｓは、テンションコントロールユニット１１ａを経由して連続焼鈍炉７に通板される。

連続焼鈍炉７は、予熱帯７ａ、加熱帯７ｂ、均熱帯７ｃ、及び冷却帯７ｄを有し、溶接によって接続された複数の鋼板Ｓを予熱帯７ａ、加熱帯７ｂ、均熱帯７ｃ、及び冷却帯７ｄに順次通板することによって複数の鋼板Ｓを連続的に焼鈍する。予熱帯７ｂは、所定の予熱温度まで鋼板Ｓを加熱する。加熱帯及び均熱帯７ｃは、所定の焼鈍温度まで鋼板Ｓを加熱する。冷却帯７ｄは、焼鈍処理後の鋼板Ｓを冷却する。

焼鈍処理後の鋼板Ｓは、必要に応じ、ウォータークエンチ設備１２及びテンションコントロールユニット１１ｂを経由して出側ルーパ８に搬入される。出側ルーパ８は、後段の後処理のために、鋼板Ｓの張力を保ちながら鋼板Ｓを一時待機させるための設備である。スキンパスミル９は、出側ルーパ８から送出された鋼板Ｓを必要に応じて調質圧延して表面性状や鋼板硬度等を調整するための設備である。

後処理部１０は、鋼板Ｓから不要部分を切断するトリマ、鋼板Ｓにオイルを塗るオイラー、及び検査プロセスで検出された不良部を切断するシャー等を備える設備である。後処理部１０を通過した鋼板Ｓは、テンションリール１３ａ，１３ｂに巻き取られる。

〔ピックアップ抑制方法〕
次に、図２〜図８を参照して、本発明の一実施形態である冷延鋼板の製造方法におけるピックアップ抑制方法について説明する。

図２にピックアップの発生した鋼板Ｓの表面ＳＥＭ写真を示すが、ピックアップの部分が三日月状にこすれた跡があることがわかる。このことを手掛かりとして検討した結果、ピックアップは、冷却帯７ｄ中の最初のハースロール２０で主として形成されていることがわかった。

図３は、ピックアップの発生メカニズムを説明するための冷却帯７ｄ中のハースロール２０の模式図である。冷却帯７ｄ中のハースロール２０は、均熱帯７ｃにて高温に加熱された鋼板Ｓが、通板されることにより、ハースロール２０の幅方向端部付近よりも鋼板Ｓと接触しているハースロール２０の中央部分が加熱され膨張する。この場合のハースロール２０の形状を誇張して記載すると、図３に示すようにロール径の不均一が発生していると考えられる。通常、ハースロール２０は、こすれを発生させにくくするために、鋼板Ｓに追従して回転させているが、前述のロール径の不均一に起因して鋼板Ｓの幅方向の特定箇所でこすれ（摺動）が発生しているものと推定される。鋼板Ｓ中に酸化しやすい元素を含んでいる場合、鋼板Ｓの表面に添加元素の酸化物が発生しており、鋼板Ｓの表面がハースロール２０の周面に強くこすりつけられると鋼板Ｓの表面から剥がれてハースロール２０の周面に付着する。このようにハースロール２０に付着した異物は、ハースロール２０と鋼板Ｓでこすれた場合にピックアップを発生させる。このとき、鋼板Ｓの表面がハースロール２０の周面にこすりつけられる力は、鋼板Ｓの表面とハースロール２０の周面との間の面圧、すなわち鋼板Ｓの張力に応じて変化し、鋼板Ｓの張力が大きい程、強くなる。

一方、ハースロール２０の幅方向（ロール幅方向）に鋼板Ｓが摺動する速度が速いほど、ハースロール２０の周面に対して添加元素の酸化物が衝突する衝撃力が大きくなるために、添加元素の酸化物が鋼板Ｓの表面から剥がれてハースロール２０の周面に付着しやすくなる。ここで、ロール幅方向への鋼板Ｓの摺動は、サーマルクラウンによって発生するロール幅方向におけるロール径差Ｒ１−Ｒ２に起因する蛇行強制力Ｆ１と鋼板Ｓのロール幅方向への熱収縮力Ｆ２とによって発生する。そして、ハースロール２０の周面に添加元素の酸化物が付着し、鋼板Ｓが摺動した際に図２に示すような三日月状にピックアップが形成されたと考えられる。従って、鋼板Ｓ中に酸化物を形成しやすいＳｉやＭｎ等の元素が多く添加されている場合にピックアップが発生しやすくなる。例えばＳｉの場合では、０．８％以上で発生しやすくなり、１．６％以上でさらに発生しやすくなる。

本来、鋼板Ｓとハースロール２０はこすれない状態が理想であるため、ハースロール２０は、通常、フリーの回転状態とし、鋼板Ｓに追随させるが（摺動速度（鋼板Ｓとハースロール２０の速度差）０ｍｐｍ）、こすれにより、ハースロール２０の回転が減速されると、摺動速度が発生する（最大で鋼板Ｓのラインスピードと同等の速度）。そこで、本発明の発明者らは、同一の張力条件で鋼板Ｓの摺動速度を変化させた場合のピックアップの発生状況をラボ実験により評価した。ラボ実験方法としては、温度制御できる摺動試験器を用いて９００℃にて行った。Ｓｉ：１．６％の鋼板Ｓの上に、ハースロール２０に施している溶射膜と同じ溶射膜を施した錘を乗せ、往復摺動試験を行った。錘は、底面積５０ｍｍ×２００ｍｍ、加圧力：０．７ｇ／ｍｍ^２とし、摺動速度を２６０ｍｐｍと４５ｍｐｍで５時間の２水準とした。その結果、図４に示すように、摺動速度が遅い方がピックアップ割合が低下することを知見した。なお、ピックアップ割合とは、鋼板Ｓの単位面積あたりのピックアップの面積率を示し、ピックアップ面積率はレーザー顕微鏡の画像解析で測定した。

なお、摺動は張力を調整することでも抑制できる。一般に、図５に示すように鋼板Ｓがハースロール２０に巻きつく際、ハースロール２０のクラウンによって鋼板Ｓをハースロール２０の中央方向に動かす力（これをセンタリングフォースと呼ぶ）Ｆ３が働く。この力Ｆ３は、鋼板Ｓの張力Ｆ４を鋼板Ｓの進行方向と幅方向とに分解した際の幅方向に働く力であるから、張力Ｆ４が大きい方が大きくなる。一方、張力Ｆ４が大きい方が、鋼板Ｓとハースロール２０の面圧が高くなるためにピックアップが悪化することが知られている。この現象を確認するべく、同一の摺動速度で加圧力（張力を想定）を変化させた場合のピックアップの発生状況をラボ実験により評価した。ラボ実験は、温度制御できる摺動試験器を用いて９００℃にて行った。Ｓｉ：１．６％の鋼板Ｓの上にハースロール２０に施している溶射膜と同じ溶射膜を施した錘を乗せ、往復摺動試験を行った。錘は、底面積５０ｍｍ×２００ｍｍ、摺動速度を２６０ｍｐｍとし、加圧力を１．３ｇ／ｍｍ^２と０．７ｇ／ｍｍ^２で５時間の２水準とした。その結果、図６に示すように、加圧力、すなわち張力が小さい方がピックアップ割合が低下することを知見した。この結果から、ピックアップを抑制するためには張力が小さい方が好ましい。従って、張力を大きくすることにより摺動抑制には効果があるが、張力を大きくしすぎるとピックアップそのものが悪化することも懸念されるので、張力は鋼板の蛇行量を計測した上で最適値を導き出すことが好ましい。

このため、本発明の発明者らは、上記知見に基づき、鋼板Ｓが均熱帯７ｃから冷却帯７ｄに搬送された際、冷却帯７ｄ内のハースロール２０における鋼板Ｓの摺動を抑制する方法を鋭意検討することとした。この方法としては、ハースロール２０の熱変形を極力抑えるために、ハースロール２０近傍を予め加熱しておけばよいと考え、冷却帯７ｄ内の最初のハースロール２０の近傍にヒーターを取り付けた場合と、ヒーターを取り付けない場合を比較した。

冷却帯７ｄ内の最初のハースロール２０の近傍にヒーターを取り付けていない状態では、ハースロール２０近傍の雰囲気温度と鋼板Ｓの温度差が２７４℃であったのに対し、ヒーター取付後は、ハースロール２０近傍の雰囲気温度と鋼板Ｓの温度差は１０３℃となった。このヒーター有り無しの状態で幅１１００ｍｍの鋼板をそれぞれ２０ｔ通板し、幅方向位置ごとにピックアップの有無を確認した。結果をそれぞれ図７、図８に示す。なお、本実施例では、ハースロール周辺にヒーターを設置して雰囲気温度からの加熱を行ったが、これに限るものではなく、ハースロール自体の温度を制御できるようにしてもよい。

この結果、ヒーター無しでハースロール２０近傍の雰囲気温度と鋼板Ｓの温度差が２７４℃の場合は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、鋼板Ｓの表面及び裏面共にピックアップが多く発生していた。これに対して、ヒーター有りでハースロール２０近傍の雰囲気温度と鋼板Ｓの温度差が１０３℃の場合は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、鋼板Ｓの表面及び裏面共にピックアップの発生を抑制できた。これは、ハースロール２０近傍の雰囲気温度と鋼板Ｓの温度差を小さくすることによって、ハースロール２０のサーマルクラウンが低減すると共に鋼板Ｓの熱収縮が緩和されたためと考えられる。なお、冷却帯７ｄのハースロール２０近傍の雰囲気温度と鋼板の温度との差は小さい方が好ましいが、１５０℃以下であれば、鋼板Ｓの摺動をほぼ抑制できることを知見した。これにより、温度差のみを監視することによって摺動を抑制できるので、管理が容易になる。また、冷却帯７ｄのハースロール２０で最もピックアップに影響を受けるのは、冷却帯７ｄの最初のハースロール２０であり、その部分に適用することが必須であるが、二つ目以降のハースロール２０でも同様の対応をすることがさらに好ましい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１連続焼鈍ライン
７連続焼鈍炉
７ａ予熱帯
７ｂ加熱帯
７ｃ均熱帯
７ｄ冷却帯
２０ハースロール
Ｓ鋼板

Claims

鋼板の搬送方向に沿って順に配列された加熱帯、均熱帯、及び冷却帯を有する焼鈍炉を利用して鋼板を焼鈍することによって冷延鋼板を製造する冷延鋼板の製造方法であって、冷却帯内における鋼板を搬送するハースロールの近傍に取り付けられたヒーターを用いてハースロール近傍の雰囲気温度を制御することによって、ハースロール近傍の雰囲気温度と鋼板の温度との差を１５０℃以下とすることにより、ハースロールと鋼板の摺動を抑制する摺動抑制ステップを含むことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。