JPH0515904A - 鋳片の凝固直後圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】連続鋳造した凝固直後の鋳片を直接熱間圧延す
る際の圧延材表面の割れ疵発生を防止し、熱間圧延製品
の品質を向上させ歩留りを良くする。 【構成】連続鋳造機で鋳造された、鋳片を凝固完了直後
に熱間圧延するに先立ち、下記式(1) で示すような鋳片
の表面温度昇温が得られるように、圧延前に鋳片を加熱
する。 △Ｔ≧ 230・ｅ^-0.19t ・・・(1) ただし、△Ｔ：昇温量（℃） ｔ：加熱時間（分） 【効果】炭素含有量が高く、延性に乏しい鋳片を直ちに
熱間圧延しても表面欠陥のない熱延鋼帯の製造が可能に
なる。また、熱延工程での加熱工程の省略が可能とな
り、大幅な省エネルギー、省設備が達成され製造コスト
が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造設備で鋳造
された鋳片を直接熱間圧延し、熱延鋼帯を製造する圧延
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】省エネルギーのために、連続鋳造機で鋳
造された鋳片を平均温度1050〜1250℃の高温に保持した
ままで熱延設備に搬送し、加熱工程を省略して直接熱間
圧延を行う技術がすでに実用化され、熱延製品のコスト
ダウンが図られている。さらに、連続鋳造機の直後に熱
間圧延機を設置し、連続鋳造された鋳片を凝固直後にオ
ンラインで、あるいは一旦、鋳片を切断した後に直接圧
延して熱延鋼帯とする技術が実用化されつつある。この
直接圧延のプロセスでは、連続鋳造設備と熱延設備を直
結し、あるいはこれらの設備を近接できるのでライン長
さは大幅に短縮できる。また、同一建屋内にこれらの設
備を設置することができ、スラブヤード等が省略できる
こと等、大幅な設備面でのコストダウンも可能である。

【０００３】ところが、上記の連続鋳造機で鋳造された
圧延機で凝固直後に鋳片を圧延する場合には、鋼種によ
っては鋳片を熱間圧延した鋼板（以下、「圧延材」とい
う）の表面に図８に示すような割れ疵が生じ、熱間圧延
製品の品質上好ましくなく、限られた鋼種でしか直接圧
延がなされていない。鋼種による圧延ラインの使い分け
をする場合は、従来の製鋼の連続鋳造ラインと熱延ライ
ンを切り離したラインと新たな直接圧延を行うラインが
必要となりかえって製造工程が複雑になり設備費も嵩み
何のメリットもない。直接圧延する場合は全鋼種にわた
って圧延材の表面に割れ疵が生じないプロセスを完成し
設備を簡略化することが重要である。

【０００４】直接圧延した時の圧延材の表面の割れ疵
は、極低炭素鋼のように、微量添加元素しか含まない鋼
種や硫黄等不純物が非常に少ない鋼種では発生しにくい
が、ハイテン材やハイカーボン材等、鋼中の炭素含有量
が特に高く、比較的延性が低い鋼種で多く発生する。熱
延製品の中でこれらのハイテン材やハイカーボン材のし
める割合は増加しつつあり、これらの鋼種を直接圧延し
て圧延材の表面に割れ疵を生じさせないようにすること
ができれば、常時、全鋼種で直接圧延することが可能に
なり加熱炉を省略するなど設備の簡略化がなされ大幅な
コストダウンが実現する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題点を
解決し全ての鋼種に渡って連続鋳造機の直後で直接圧延
を行なうためには、圧延時の圧延材表面の割れ疵発生原
因を解明し、その防止対策を確立することが必要であ
る。

【０００６】本発明の目的は、炭素含有量が高く、比較
的延性が低い鋼種を連続鋳造し凝固直後の鋳片を直接熱
間圧延する場合に圧延材表面に割れ疵が発生することを
防止し、熱間圧延製品の品質を向上させ歩留りを良くす
るとともに製造コストの大幅な低減ができる圧延方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、連続鋳
造機で鋳造された鋳片を凝固完了直後に厚み圧下を行う
熱間圧延において、下記式(1) で示すような鋳片の表面
温度の昇温が得られるように、圧延前に鋳片を加熱する
ことを特徴とする凝固直後の熱間圧延方法、である。

【０００８】 △Ｔ≧ 230・ｅ^-0.19t ・・・(1) ただし、△Ｔ：昇温量（℃） ｔ：加熱時間（分）

【０００９】

【作用】凝固直後の鋳片の厚み中心付近の温度は1500℃
程度と非常に高温であるが、表面は鋳片凝固させるため
に冷却され約850 ℃の低温である。即ち、凝固直後の鋳
片は厚み方向に一定の温度勾配をもっている。これらの
鋳片を全熱量的に見た場合、平均温度は高く直接圧延す
れば熱延工程の仕上圧延まで行うことができる程度に充
分な熱量をもっている。また厚み方向の応力・変形解析
を行ったところ、平均的には圧下荷重もさほど大きくな
い。しかし、この温度勾配に起因して、鋳片の表面ほど
変形しにくくなっており、そのため表面では圧延方向に
かなり大きな張力が作用している。

【００１０】本発明者らがさらに詳細にこの張力を解析
したところ、主としてこの鋳片の表面に生じる張力が原
因で、圧延時に割れ疵が発生し、この表面の張力を低減
することが割れ疵防止に非常に有効であることを知見し
た。さらに表面に発生する張力と温度分布の関連を詳し
く検討したところ、表面を100 〜 200℃昇温させること
でこの張力は大幅に低下し、割れ疵発生が防止できるこ
とも分かった。

【００１１】上述したように、基本的には凝固直後の板
厚方向温度勾配をなくすことが表面の張力低減につなが
る。温度勾配を低減する方法としては、内部からの復熱
を利用して鋳片を保温する方法もあるが、この方法では
鋳片の割れ疵発生をなくするまで温度勾配を緩和するた
めにはかなりの長時間の保温が必要である。また、その
間に鋳片の平均温度自体も低下していくためかえって圧
延に必要な温度を確保できなくなる問題が生じる。

【００１２】本発明の方法は、凝固直後に連続鋳造機の
下流で鋳片の表面を直接バーナー等で加熱し、ただちに
直接圧延を行うものである。この凝固直後に加熱するこ
とが鋳片の表面温度を短時間で上げ、鋳片の平均温度の
低下を避ける非常に有効な手段である。また、鋳片の極
表面近傍の温度を昇温させるだけで効果があり、加熱の
ためのエネルギーも従来行われているような熱延する前
の加熱に比べて約1/10以下と少なくてすむ。たとえば、
直接圧延用の圧延機の直前に、鋳片表面温度測定装置と
加熱装置とを交互に二個ずつ設け、鋳片表面の実測温度
から必要な昇温量を求めて適宜加熱量をコントロールす
る。このようにして、効果的な表面加熱を行い、かつ、
圧延機に即時に鋳片を送るので表面加熱後の温度降下は
なく、均一な圧延前の鋳片の表面温度が得られ、割れ疵
発生が著しく減少する。

【００１３】以下、添付図面を参照しながら本発明の方
法を具体的に説明する。

【００１４】図５は連続鋳造した鋳片の凝固直後の鋳片
の厚み方向の温度分布を示す図である。

【００１５】図６は鋳片を圧下率40％で圧延した場合の
圧延機出側張力の圧延材の板厚方向の変化を示す図であ
る。

【００１６】図７は鋳片を直接圧延するときに、圧下率
を変えた場合の鋳片表面に生じる圧延機出側の最大張力
と鋳片の厚みとの関係を示す図である。

【００１７】図８は従来の圧延方法による圧延材の表面
の状態を示す図である。

【００１８】図５に示すように、凝固直後の鋳片は中心
部の温度が約1500℃あり、表面層に行くに従い二次曲線
的に温度は下がり、表面は約850 ℃になっている。鋳片
の平均温度はほぼ1250℃あり、再加熱なしでも熱間圧延
の仕上圧延できる程度の温度は充分ある。ところが、図
６の実線で示すように、表面加熱なしに圧下率40％の強
圧下圧延を行うと圧延機ロールバイト出口の幅中央部の
圧延材表面には５kg/mm²近い張力が生じる。圧延機入側
でも同程度の張力が発生し、ロールバイト入出側直近あ
るいはロールバイト内で表面割れ疵が発生する。鋳片の
幅端部ではより大きな張力が発生するので、より一層割
れ疵が出やすい。なお、圧延機ロールバイトとは、圧延
材とワークロールが接触している圧延方向領域を意味す
る。

【００１９】一方、図５の破線で示すように表面の温度
を上げると図６の破線のように表面の張力は大幅に低下
し、例えば、鋳片を 200℃昇温することで表面の張力は
２kg/mm²以下となり割れ疵発生は防止できる。

【００２０】図７に示すように表面に生じる張力は圧下
率が高いほど、鋳片厚が厚いほど大きく、従って本発明
の効果も厚鋳片を強圧下圧延するほど大きい。なお、図
６に示すように表面昇温により表面の張力が低下する
が、板厚中心近傍の圧縮力はさほど低下せず、圧延によ
る鋳片内部の欠陥圧着の効果は低下しない。また、本発
明の方法では鋳片の表面近傍の昇温域は表面から20mm程
度の深さまで充分であり、昇温に必要なエネルギー、時
間は少なくてすむ。

【００２１】本発明者はさらに、割れ発生が防止できる
最適の加熱条件を検討した。

【００２２】図１は本発明の方法による鋳片の加熱時間
と鋳片の表面温度昇温量との関係において、圧延した後
の圧延材の表面における割れ疵発生の有無を調べた結果
を示す図である。表面温度の昇温量△Ｔ（℃）と加熱時
間ｔ( 分）とが、△Ｔ≧ 230・ｅ^-0.19tの関係を満足で
きれば効果的に表面近傍に発生する張力を低減でき、直
接圧延時の割れ発生が防止できる。即ち、直接圧延時の
表面における割れ疵発生の原因は、鋳片の中心部は高温
で柔らかくて張力が低いのに較べて、表面は低温で硬く
この相対的な内部応力の差が原因で表面に過剰の張力が
かかるためである。従って、鋳片の表面層に上式を満足
する熱補償の昇温量△Ｔを与えれば相対的な温度差が緩
和でき割れ発生が防止できる。なお、上記の式は全ての
鋼種にわたり適用でき、単位時間あたりの投入熱量は１
〜10kcal／ kg ・分程度である。

【００２３】連続鋳造機から鋳片が速いスピードで鋳造
され搬送されている場合は、炉長の制約上加熱時間を短
くする必要があり鋳片の中心部と表面との相対的な温度
差も大きく昇温量△Ｔを多く取る必要がある。逆に、鋳
片が遅いスピードで搬送されている場合は加熱時間を長
くすることができ、鋳片の中心部から表面への復熱もあ
り相対的な温度差は小さく、昇温量△Ｔも少なくてす
む。

【００２４】なお、加熱時間とは鋳片を加熱する時間お
よび鋳片が加熱帯を通過する時間を意味する。

【００２５】昇温量△Ｔが０で加熱時間が20分と比較的
長時間表面を保温してもこの相対的な温度差が緩和でき
割れ発生は防止できるが、前述したように連続鋳造機下
流に近接して熱間圧延機を設置し、鋳造直後鋳片を高温
で圧延するという省エネルギープロセスから考えると、
20分という時間は好ましくなく、加熱時間は10分以下、
好ましくは５分以下が望ましい。従って、表面の昇温量
も 100℃以上にした方が良い。また、あまり昇温量を大
きくとると加熱効率が低下し、また、短時間では大きな
昇温量をとれないことから最大昇温量としては 200℃程
度以下が好ましい。

【００２６】図２は、連続鋳造機の下流にオンラインで
圧延機を設置した図である。連続鋳造機１で鋳造し、凝
固完了した鋳片の表面温度を温度計5Aで実測し、この実
測温度に基づき鋳片表面加熱装置6Aで予め設定された温
度まで表面を昇温する。さらに温度計5Bで鋳片表面温度
を再測定し、目標温度まで昇温されていない場合には表
面加熱装置6Bで再度表面加熱を行う。表面を加熱した鋳
片は、圧延機７により所定の厚みに圧延し、巻取り機８
にて巻き取る。巻き取られた材料は所定の長さに切断さ
れ、仕上圧延工程へ搬送される。当然ながら、圧延機７
の下流に仕上圧延設備（図示せず）を設けて巻き取らず
に直接仕上圧延を行ってもよい。

【００２７】図３は連続鋳造機１の下流で切断機９によ
り一旦鋳片を所定の長さに切断した後圧延機７で圧延す
る場合を示す図である。この場合も圧延機７の上流側に
温度計5A、5Bと表面加熱装置6A、6Bを設置し、鋳造され
凝固完了した直後の鋳片表面を加熱昇温した後に圧延機
７で所定の厚みまで圧延する。

【００２８】図４は、鋳片の表面加熱装置の一例を示す
図である。この加熱装置は、内壁が耐火レンガ等の断熱
材で作られており、加熱装置の上下面には複数のバーナ
ー11が配設され、ローラーテーブル４上を鋳片10が通過
する間に上下からバーナー11で加熱され鋳片の表面が所
定の温度まで昇温する。

【００２９】

【実施例】以下、図３の設備を用いて本発明方法による
効果を検討した結果を説明する。

【００３０】（１）連続鋳造機１で鋼中の炭素含有量
0.1％、厚み 150mm、幅1200mmの鋳片を速度 3.5m/分で
鋳造し、凝固完了後切断機９で長さ 15mに切断し、直ち
に圧延機７に搬送して圧延した。圧延機７には、ワーク
ロール径1350φmmの４Hiミルを用い、ミル入側には温度
計5A、5Bとバーナータイプの表面加熱装置6A、6Bを設け
てある。加熱装置6Aは有効炉長15m で加熱装置6Bはミル
入側直近に設けられた炉長５m の炉である。温度計5Aで
の鋳片表面実測温度は 950℃であり、鋳片の平均温度は
1170℃である。

【００３１】この鋳片を表面加熱装置6A、6Bで加熱せ
ず、圧延機７で圧下率40％の圧延を行ったところ、図８
に示すように圧延材の上下面には幅方向に微細な割れ疵
が発生した。また、圧延材エッジでは厚み方向に微小な
エッジ割れが発生した。このときの圧延材表面の最大張
力は 3.5kg/mm²であった。

【００３２】一方、本発明の方法により、鋳片の直接圧
延前に表面を約1100℃まで 150℃昇温した場合には、表
面疵は発生しなかった。この場合の最大張力は約１．５
ｋｇ／ｍｍ^２であった。また、昇温時間は約３分で使用
したエネルギーは約１００００ｋｃａｌ であり、非常
に短時間で、かつ低いエネルギー消費量であった。

【００３３】（２）同様の設備で、炭素含有量0.07％、
ニオブ含有量0.04％、バナジウム含有量0.04％のハイテ
ン材を圧延した。

【００３４】鋳片の鋳造条件は、厚み 180mm、幅1250m
m、速度 2.5m/分で加熱炉6A前の表面温度は 880℃であ
り、平均温度は1150℃である。本鋳片を圧延機７で圧下
率30％で圧延したところ、圧延材エッジでは厚み方向に
微小なエッジ割れが発生したが、1.5分以上加熱して鋳
片の表面温度を 200℃上昇させて圧延したところ割れ発
生はなく、本発明の効果が確認された。

【００３５】

【発明の効果】本発明により連続鋳造機で鋳造された凝
固直後の鋳片を直ちに熱間圧延しても表面欠陥のない熱
延鋼帯の製造が可能になる。また、熱延工程での加熱工
程の省略が可能となり、大幅な省エネルギー、省設備が
達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳片の表面温度昇温量と加熱時間との関係を示
す図である。

【図２】直接圧延ラインを示す図である。

【図３】鋳片を切断する場合の直接圧延ラインを示す図
である。

【図４】鋳片を加熱する装置を示す図である。

【図５】凝固直後の鋳片の厚み方向の温度分布を示す図
である。

【図６】鋳片を圧延する場合の圧延機出側張力の圧延材
の板厚方向の変化を示す図である。

【図７】鋳片を圧下率を変えて直接圧延した場合の鋳片
表面に生じる鋳片の厚みと圧延機出側の最大張力との関
係を示す図である。

【図８】従来の圧延法による圧延後表面の状態を示す図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】連続鋳造機で鋳造された鋳片を凝固完了直
   後に厚み圧下を行う熱間圧延において、下記式(1) を満
   たす鋳片の表面温度昇温が得られるように、圧延前に鋳
   片を加熱することを特徴とする凝固直後熱間圧延方法。 △Ｔ≧ 230・ｅ^-0.19t ・・・(1) ただし、△Ｔ：昇温量（℃） ｔ：加熱時間（分）