JPH04266401A - 薄スケール熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼板の熱間圧延方法、
特に表面に生成するスケールを抑制した熱延鋼帯、つま
り薄スケール熱延鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯の熱間圧延では、鋼帯は仕上圧延前
にデスケーリング装置によって表面のスケールを除去し
た後、仕上圧延され、その後冷却装置で所定の材質にな
るように冷却されて巻取り徐冷される。図１にこの従来
の熱延鋼帯の製造ラインを示す。熱延鋼帯１は、仕上圧
延機入側の高圧水デスケーリング装置２によって表面の
スケールが除去される。その後、仕上圧延機３によって
８００　〜１１００℃の温度範囲で鋼帯は熱間圧延され
、テーブルローラ５上を搬送される間に冷却装置４によ
って４００　〜６００　℃まで冷却された後、巻取機６
によって巻取られる。

【０００３】これらの工程は、すべて大気中で行われる
ために、熱延鋼帯１の表面には一般にスケールと呼ばれ
る鉄の酸化皮膜が生成する。このスケールは、次工程の
冷間圧延工程等において、表面品質の低下、圧延油の汚
染等の問題を引き起こすため、冷間圧延に先立って、塩
酸や硫酸を用いた酸洗工程、または、ショットブラスト
等の機械的脱スケール工程において除去されている。し
かし、この酸洗工程は長大な設備を必要とするだけでな
く、使用する酸や廃酸処理および動力等に多額の費用が
かかり、また過酸洗による鋼帯の歩留まり低下があり問
題であった。

【０００４】そこで、これらの問題に対処すべく、また
脱スケールによる歩留まり低下を防ぐべく熱延鋼帯に生
成するスケールを可能な限り少なくすることが望まれて
いる。従来は、特開昭５８−５３３２３　号公報、特開
昭５９−９７７１０　号公報、特開昭６１−１２３４０
３号公報等に見られるごとく、熱間圧延の最終仕上圧延
機出側に設けられたボックス内を不活性ガスまたは還元
ガス雰囲気にして、その中に熱延鋼板を通し、スケール
生成を抑制する技術が提案されている。また、特開昭５
８−５５５２８　号公報、特開昭６１−５６７２２　号
公報、特開昭６１−１９５７０２号公報などに見られる
ごとく、熱間圧延の最終圧延機出側に急冷装置を設置し
、熱延鋼板を圧延終了後直ちに急冷することによってス
ケール生成を抑制する技術が提案されている。

【０００５】しかし、これらの技術は、いずれも、最終
圧延機出側以降に生成するスケールを防止するものであ
る。これは、従来、熱間圧延によってむしろ表面のスケ
ールは除去されると考えられ、従って、スケール厚を抑
制するには仕上圧延機出側以降のみにおいて保護雰囲気
とすれば良いと考えられてきたためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来より提案されてき
た方法によって、熱延鋼板の薄スケール化試験を行った
結果、熱間圧延機出側を不活性ガス雰囲気とした場合に
は、熱延鋼帯のスケール厚は約６μｍ　、熱間圧延機出
側で急冷した場合には約７μｍ　となり、通常何もしな
い場合に見られるスケール厚９μｍ　に比べて、２０〜
４０％スケール厚が低減した。しかし、これ以上スケー
ル厚は薄くならず、酸洗工程の簡略化等の目的に対して
、不十分である。

【０００７】また、特開昭５９−９７７１０　号公報に
は仕上圧延機を不活性ガス雰囲気下におくことが記述さ
れているが、仕上圧延機を不活性ガス雰囲気下に置くに
はシール性の良い設備にしなければならず、実際上は、
このような設備を作っても充分シールすることができず
、仕上圧延中に生成するスケールの抑制効果は充分では
なかった。本発明の目的は、酸洗による脱スケール工程
を省略、または従来よりはるかに簡便な酸洗による脱ス
ケールのみで冷延鋼板を製造できるようにスケールをそ
の生成段階で抑制し、スケールの極めて少ない熱延鋼板
を製造する方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる課題
を解決すべく研究を重ねた結果、以下に述べるような知
見を得た。■種々の鋼種においてスケールの生成速度を
調べた結果、スケールの生成速度は、従来から報告され
ている次式の放物線則にしたがうことを確認した。つま
り、温度が高くなればなる程、また時間が長くなればな
る程、スケールの生成量は増大する。

【０００９】

【数１】

【００１０】■試験圧延機を用いて、従来のように各圧
延スタンドにおける圧下率が順次低減してゆく圧延を行
い、熱間圧延中のスケールの変形挙動を調べた結果、圧
延によってもスケールは脱落することなく、各圧延スタ
ンドの圧下率にほぼ等しい割合で圧延されている。■図
１に示す熱延鋼帯の製造ラインを対象として上記■、■
の知見を反映したスケール生成シミュレーションモデル
を作成した。

【００１１】図２に、このシミュレーションモデルを使
用した計算例を示すが、鋼帯の中心温度および平均温度
は時間経過に伴って徐々に低下しているが、鋼帯表面温
度は圧延期間中は徐々に上昇している。また、太線で示
すように、圧延機入口のデスケーリング装置によってデ
スケールされた鋼帯のスケール厚はその後、急速に増大
しており、各圧延スタンドにおける圧延時に生成スケー
ルも圧延されて見掛け上薄くなるが、圧延スタンド通過
後は再びスケール厚は増大してゆく。なお、このモデル
を用いて計算を行って得た生成スケール厚の計算値と実
際の熱延鋼帯のスケール厚の測定値とは良く一致する結
果が得られ、モデルの有効性を確認した。

【００１２】■このシミュレーションより、最終仕上圧
延機出側において、すでに４．７　μｍ　のスケールが
生成していることが判明した。したがって、従来考えら
れてきたような、仕上圧延機出側以降で、不活性ガス雰
囲気の適用、あるいは急冷を行っただけでは、スケール
厚を４．７　μｍ　以下に抑制することは不可能である
。つまり、従来より提案されてきた方法では、仕上圧延
機出側において生成するスケールは抑制できるが、仕上
圧延中に生成するスケールを抑制することができない。 しかもスケール厚の全体の６０〜７０％はすでに最終圧
延機出側までに生成している。

【００１３】■図２のスケール厚変化を示すグラフから
も分かるように、仕上げ圧延の前段における圧延時のス
ケール薄層化は顕著であって、それは下流の圧延スタン
ドにゆくにつれ少なくなっている。つまり、鋼板と同時
にスケールも圧延されることから、各圧延スタンドにお
ける圧下率とスケール厚との間には一定の相関が見られ
る。

【００１４】■仕上圧延機列における後半の圧延機での
全圧下率を前半の圧延機での全圧下率より大きくしたと
ころ、仕上げ圧延中に生成するスケールを圧延中に効果
的に薄層化できることが判明した。この点、従来は圧延
によってスケールが脱落し、スケールは圧延機出側での
み生成していると考えられてきた。

【００１５】■もちろん、仕上圧延後、熱延鋼板を不活
性ガスまたは還元性ガス雰囲気下で冷却して巻き取った
り、あるいはさらに急冷することによってもスケール生
成はさらに効果的に抑制できる。このように、本発明は
、熱間圧延時にすでに６０〜７０％のスケールが生成し
ており、かかるスケールには熱間圧延における板圧下に
よるスケール圧下が予想外にも最終的なスケール薄層化
に顕著な効果を有することを見出したことに基づくもの
であって、その要旨とするところは、熱間圧延に際し、
２基以上の圧延機からなる仕上圧延機列における後半の
圧延機での全圧下率を前半の圧延機での全圧下率より大
きくするとともに、仕上圧延後、熱延鋼板を不活性ガス
または還元性ガス雰囲気下で冷却して巻き取ることを特
徴とする薄スケール熱延鋼板の製造方法である。

【００１６】本発明は、また別の面からは、熱間圧延に
際し、２基以上の圧延機からなる仕上圧延機列における
後半の圧延機での全圧下率を前半の圧延機での全圧下率
より大きくするとともに、仕上圧延後、熱延鋼板を直ち
に５０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で６５０　℃以下の温
度まで冷却して巻き取ることを特徴とする薄スケール熱
延鋼板の製造方法である。上述の仕上圧延後の冷却は、
不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気下で行ってもよい。

【００１７】本発明の好適態様によれば、仕上圧延機列
間を不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気として熱間圧延
するようにしてもよい。ここに、「仕上げ圧延機列にお
ける前半の圧延機」とは、全圧延機の上流側の半数の圧
延機をいい、また「仕上げ圧延機列における後半の圧延
機」とは、全圧延機の下流側の半数の圧延機をいう。仕
上げ圧延機列が奇数圧延スタンドの場合は、圧延機列の
中央の１スタンドを除き、中央スタンドより前の圧延機
列を前半の圧延機、中央スタンドより後ろの圧延機列を
後半の圧延機とする。これにより、前半、後半の圧延機
数を等しくし、同数の圧延機の全圧下率を比較する。

【００１８】ここで、「全圧下率」とは、対象としてい
る圧延機それぞれの圧下率の合計であり、具体的には圧
下率の乗算となる。例えば、圧延機１の圧下率がａ％、
圧延機２の圧下率がｂ％の場合は、全圧下率Ｃは、下記
の式で示される。

【００１９】

【数２】

【００２０】

【作用】次に、添付図面を参照しながら、本発明につい
てさらに具体的に説明する。図３は、本発明にかかる方
法を実施するための装置の１例を示すもので、図中、仕
上げ圧延機列１０はもちろん圧延機入口のデスケーリン
グ装置１２もボックス１４によって不活性ガスまたは還
元性ガス雰囲気下に置かれている。仕上げ圧延機列１０
を出た熱延鋼板２０は再びボックス１４によって不活性
ガスまたは還元性ガス雰囲気下で冷却され、巻取機１６
によって巻取られる。この熱延仕上圧延機列１０は通常
５〜７スタンドのタンデムミルとなっており、圧延機列
の入側に設置されたデスケーリング装置１２によって鋼
板表面のスケールを除去した後、熱間圧延され、次いで
冷却されて巻取られる。

【００２１】本発明によれば、仕上圧延機の後半の圧延
機での全圧下率を大きくする意味は以下の通りである。 ■圧下率のことは無視して時間的経過のみを考えた場合
、後半の圧延機の位置程スケールは厚くなる。■圧延に
よるスケールの厚みの変化は、圧下率に比例する。つま
り、圧下率が大きいと、スケール圧下も多くなり、薄ス
ケールとなる。■もし前半の圧延機での圧下率が大きく
、後半の圧延機での圧下率がほとんど取れない場合には
、前半の仕上圧延で薄くなった鋼板表面にスケールが生
成するものの、後半ではほとんど圧延されないため、ス
ケールの薄層化は見られず、前半で生成したスケールは
そのままの厚さで残る。

【００２２】■一方後半で圧下率を大きく取る場合には
、薄くなった時点でさらに圧延をかけることができるの
で、それに見合った比率だけスケールが伸ばされ、スケ
ール厚／鋼板厚の比が小さくなるためである。■ここで
の詳細な圧延スケジュールについては特に規定するもの
ではないが、より高い効果を得るには、後段の圧延スタ
ンドになるにつれ順番に圧下率を高くしていくのが望ま
しい。全圧下率が前半より後半において大きい限り、仕
上げ圧延機列の前半から後半になるにつれ途中でその圧
下率が２つの圧延機において逆転してもかまわない。 例えば、６スタンドの仕上げ圧延機列を考えた場合、各
スタンドでの圧下率が１０％→１５％→２０％→４０％
→３０％→５０％と後半の圧延機の間で上流側の圧延ス
タンドの圧下率が大きいものであってもよい。また板の
寸法精度を出すため、最終圧延機の圧下率だけをやや小
さくしてもかまわない。例えば、上述の例において、各
圧延スタンドの圧下率を、１０％→１５％→２０％→２
５％→４０％→４５％→１５％としてもよい。要するに
、前半の圧延機の全圧下率よりも後半の圧延機の全圧下
率を大きくとることが必要である。

【００２３】次に、仕上圧延機出側以降のスケール制御
方法について説明する。通常、熱間圧延機列では、最終
圧延機出側で８００　〜９５０　℃の鋼板をホットラン
テーブルで４００　〜６５０　℃まで緩冷却し、コイル
状に巻き取る。従って、上記方法によって、仕上圧延機
出側までに生成するスケールを抑制しても、スケールは
放物線則に従って成長するため最終仕上げ圧延機を出て
から大気中で緩冷却を行えば、スケールが急速に生成し
てしまう。よって、熱延鋼板の薄スケール化を実現する
には、上述のように熱間仕上げ圧延スタンド間で生成す
るスケールを薄層化するとともに、出側でのスケール生
成を抑制する必要がある。

【００２４】図３に示す例にあっては、仕上圧延機出側
でのスケール抑制方法として、仕上圧延機出側にもボッ
クス１４を設置し、冷却期間中スケール生成速度が十分
に遅くなる温度領域　（約６５０　℃）　まで、熱延鋼
板を不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で冷却する
。図４に示す例にあっては、仕上圧延機出側に急冷装置
３０を設置し、スケールの生成速度が十分に遅くなる温
度領域　（約６５０　℃）　まで、熱延鋼板２０を５０
℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷してしまう。冷却速度
が５０℃／ｓｅｃより小さいと、つまりそれよりゆっく
りと冷却すると、スケールの生成は避けられない。なお
、図４において熱間圧延機１０までは図３の圧延機と同
一構成である。

【００２５】なお、いずれの場合にあっても、冷却温度
が十分に低くなく鋼板表面温度が６５０　℃よりも高か
った場合には、薄スケール化の実現は十分ではなくなる
が、全く効果がなくなるわけではない。しかし、可能な
限り低くすることが望ましい。なお、不活性ガスまたは
還元性ガス雰囲気下での冷却と急冷とを組み合わせると
スケール生成抑制にはさらに効果が上がる。

【００２６】本発明の好適態様では、図３および図４に
も示すように、さらに圧延機と圧延機との間に不活性ガ
スを入れたボックス１４を設置し、熱間圧延される鋼帯
近傍の酸素濃度を低下させてもよい。このボックス１４
の形状は、図示例のように鋼帯が通る周囲だけをシール
するものでも良いし、圧延機全体をも覆うような形態の
ものでも良い。すでに述べたように、かかるシールは完
全に行おうとすると実際上かなり困難であるが、本発明
の場合、仕上げ圧延機の全圧下率制御と組合せて行うた
め、ある程度のシール効果があれば、総合的にみてスケ
ール生成は抑制され、薄スケール化が達成される。

【００２７】このようなシールを行う範囲は、好ましく
は、デスケーリング装置以降全てを行うのが良いが、設
備費の観点からすればできるだけ狭くすることが望まれ
る。図５は仕上圧延機が７スタンドある場合について、
シールを行う範囲と、最終圧延機出側におけるスケール
厚の関係を示したものである。

【００２８】これらの結果は図２のシミュレーションの
計算結果から求めたもので、完全なシールを行うことを
想定している。これより、シールする範囲を広げるにつ
れスケール抑制効果が高まることが明らかである。

【００２９】しかし実際には、完全なシールを行うこと
は不可能である。図６は雰囲気コントロール可能な試験
ミルを用いて、９００　℃で熱間圧延を行い、５００　
℃まで水冷した時の不活性ガス雰囲気中の酸素濃度とス
ケール厚の関係である。各圧延機の圧下率はすべて等し
くしている。これより、酸素濃度が下がるにつれてスケ
ールが減少していることが認められ酸素濃度が１０体積
％以下となれば薄スケール化の効果が現れる。しかし、
酸素濃度１〜１０％といった実用化可能な酸素濃度でも
スケール厚は３．５　〜６μｍであり、薄スケール化の
効果はそれほど大きくない。しかし、本発明のような全
圧下率制御と組合せて行う場合にはある程度シールして
あれば、総合的に薄スケール化が達成される。

【００３０】ここで言う不活性ガスとは、窒素、アルゴ
ンであり、還元性ガスとは一酸化炭素のようなガスであ
り、シール性が良く空気の流入がない場合には炭化水素
や水素のような還元性ガスを用いることができる。以下
、実施例でもって本発明の作用をさらに具体的に説明す
るが、それらは本発明の単なる例示であって、それによ
って本発明の範囲が不当に制限されるものではない。

【００３１】

【実施例】本実施例では図３および図４に示す形態の熱
間圧延機で、厚さ３．２　ｍｍ×幅１２００ｍｍの低炭
素鋼帯（Ｃ＝０．０１％）　の圧延を行った。しかし、
本実施例では７基の仕上圧延機を用い、その圧下率は表
１に示すように、従来の漸減していくものから、漸増し
ていくものに代えた。

【００３２】

【表１】

【００３３】本実施例では、仕上圧延後、次の３つのケ
ースの冷却を行った。 ■ケース：鋼帯を窒素雰囲気下　（酸素濃度１％）　で
通常の冷却　（冷却速度３０℃／ｓｅｃ．）■ケース：
鋼帯を大気中で急冷　（冷却速度１００　℃／ｓｅｃ．
）■ケース：鋼帯を窒素雰囲気下　（酸素濃度１％）　
で急冷　（冷却速度１００　℃／ｓｅｃ．） さらに上記の試験条件に加えて仕上圧延機の間を窒素雰
囲気　（酸素濃度２％）とした場合についても試験を行
った。

【００３４】また、本実施例においては、いずれの場合
も、仕上圧延機列入側における鋼帯表面温度は１０５０
℃、仕上圧延機出側温度は８８０　℃、冷却後の鋼帯巻
取り温度は５５０　℃であった。本実施例によって製造
された熱延鋼帯のスケール厚を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】以上より、本発明によれば、いずれの場合
も大幅な薄スケール化が可能となり、特に圧延機間を保
護雰囲気としない場合には本発明によれば従来例と比較
してスケール生成量は半減した。また圧延機間を保護雰
囲気とした場合にはこれまで達成されたことがなかった
ほぼ１．８　〜２．２　μｍ　という薄いスケース厚の
達成が可能となることが分かった。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りに構成されて
いるため、従来の方法では不可能であったスケール厚１
〜４μｍ　といった薄スケール熱延鋼板が製作可能とな
った。これにより、次工程の酸洗において生産性が大幅
に向上しただけでなく、スケールロスが減ったため、歩
留まりも向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の熱延鋼板製造ラインの概要説明図である
。

【図２】熱延鋼板のスケール生成シミュレーション例の
説明図である。

【図３】本発明を実施する装置の概要説明図である。

【図４】本発明を実施する装置の概要説明図である。

【図５】シールを行う範囲と、最終圧延機出側における
スケール厚の関係を示すグラフである。

【図６】不活性ガス雰囲気中の酸素濃度とスケール厚の
関係を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　熱間圧延に際し、２基以上の圧延機か
   らなる仕上圧延機列における後半の圧延機での全圧下率
   を前半の圧延機での全圧下率より大きくするとともに、
   仕上圧延後、熱延鋼板を不活性ガスまたは還元性ガス雰
   囲気下で冷却して巻き取ることを特徴とする薄スケール
   熱延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】　　熱間圧延に際し、２基以上の圧延機か
   らなる仕上圧延機列における後半の圧延機での全圧下率
   を前半の圧延機での全圧下率より大きくするとともに、
   仕上圧延後、熱延鋼板を直ちに５０℃／ｓｅｃ以上の冷
   却速度で６５０　℃以下の温度まで冷却して巻き取るこ
   とを特徴とする薄スケール熱延鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】　　仕上圧延後の冷却が、不活性ガスまた
   は還元性ガス雰囲気下で行われることを特徴とする請求
   項２記載の薄スケール熱延鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】　　仕上圧延機列間を不活性ガスまたは還
   元性ガス雰囲気として熱間圧延されることを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれかに記載の薄スケール熱延鋼
   板の製造方法。