JPS6216803A - 鋼片の表面割れを防止した熱間圧延法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルミキルド鋼、アルミセミキルド鋼または
アルミシリコンキルド鋼等自動車用鋼板、一般建築用鋼
板、造船用鋼板、機械構造用鋼板等に供される炭素鋼な
らびにＮｂ、■等を含有する低合金鋼の熱間圧延時の表
面割れを防止した熱間圧延法に関するものであや、特に
それら鋼の造塊もしくは連続鋳造直後の鋼塊もしくは鋳
片をただちに熱間圧延するか、または造塊、もしくは連
続鋳造後そのまま鋳片もしくは鋼塊を保温炉あるいは加
熱炉等に装入してから熱間圧延を行うプロセスにおいて
、熱間圧延時に鋼片の表面に割れの発生するのを防止す
る方法に関する。

（従来の技術） すでに当業界において良く知られているように、凝固の
ままの鋳片または鋼塊を途中加熱することなく、その保
有熱を利用してそのまま直接熱間圧延すること（以下、
単に“直接圧延”という）あるいは朱だＡｒｌ変熊点以
上の表面温度を存する鋳片または鋼塊を一旦加熱炉、保
温炉等に装入してから熱間圧延すること（以下、単に“
直送圧延”という）は省エネルギーの観点から最も望ま
しい操業形態であるが、その実現に当たっては鋳片表面
性状あるいは設備レイアウトなどに関する問題が種々存
在していた。しかし近年に至り、それらに対する技術改
善が進むにつれ、直接圧延あるいは直送圧延に関する検
討が活発となってきた。

その結果、直接圧延あるいは直送圧延においては、従来
法、すなわち、造塊あるいは連続鋳造後、一旦Ａｒ＋変
態点以下、室温近くまで冷却後再加熱して圧延する方法
にみられる冶金学的現象とは異なった現象が多く見出さ
れた。中でも材料の熱間加工性が著しく低下すること、
つまり従来法においては何ら問題とならなかったような
鋼種においても直接圧延あるいは直送圧歳においては熱
間圧延時に鋼片表面に割れの発生することが判明した。

一般に、鋼の熱間加工性はオーステナイト粒径（以下、
“γ粒径゛という）と硫化物、炭窒化物などの析出状態
の影響を強く受け、一般にγ粒径が微細なほど、またγ
粒界への硫化物、炭窒化物などの析出が少ないほど、熱
間加工性は向上する。

そして従来法においては、材料に冷却再加熱を繰り返す
ことでＴ　（オーステナイト）−α（フェライト）変態
を経験させて、１粒を微細化し、かつ析出物の多くを粒
内に固定してγ粒界への析出量を少なくすることにより
熱間加工性を向上させていた。

これに対し、直接圧延法あるいは直送圧延法の場合には
、鋼塊もしくは鋳片のもつ保有熱を最大限に利用するこ
とがらγ−α変態を経ずに圧延するのでγ粒径は非常に
大きく、かつ１粒界への析出も多く、したがって、熱間
加工性は低下することとなる。このような熱屡歴が、熱
間圧延時の割れの原因とされるのである。

このような直接圧延あるいは直送圧延にみられる熱間圧
延時の割れの発生防止に関しては、既にいくつかの提案
がなされているが、これらに共通する考え方は特開昭５
５−８４２０１号あるいは特開昭５５−８４２０３号に
代表されるように、凝固後の鋳片の冷却速度を遅くする
か、冷却途中で所定温度に一定時間以上保持して、析出
物を凝集・粗大化させ、γ粒界における析出物の数を減
らすことにより割れを防止しようとするものである。す
なわち、従来技術にあってはいずれも前述の割れ原因の
一つである硫化物、炭窒化物などの析出形態の制御を狙
ったもので、一応相当の効果が認められた。

しかし、その一方でこれら従来技術がかかえる問題点も
浮き彫りになってきた。すなわち、割れ防止に必要な冷
却速度あるいは温度保持条件を満足させることは実際の
操業において著しい生産性の低下を招き、そのような条
件にしたがう限り殊に現在開発中の連続鋳造圧延法の適
用は至難なことである。

以上の従来技術は、いわゆる冶金学的観点からの割れ対
策であるが、一方、割れを引き起こす原因の一つである
圧延中の材料の応力分布状態の観点からの対策として特
開昭５６−７４３０４号に開示されるように被圧延材に
押込み力を作用させつつ圧延することにより割れを防止
せんとする方法が提案されている。この方法は被圧延材
に圧縮力を付与することにより、割れの原因となる引張
力を低下させようとするものであり、原理的には有効な
方法ではあるが、本発明者らの検討の結果以下の如き問
題点を有することが判明した。

（発明が解決しようとする問題点） すなわち、押込み圧延の割れ防止効果に関し、以下に示
す検討を行った。

ＪＩＳ　５ＰＩＩＣクラスの４０ｍｎ＋’　ｘ６００ｍ
＋ｓ　’の鋳片を直径１１５　ｍｎ＋のワークロール径
を存する４段圧延機により１パスで２５＋ａｍまで直接
圧延を行った。その結果、圧下面に横割れが多発すると
ともに板幅端面にも割れが散発した。そこで油圧シリン
ダーにより１．０ｋｇ／ａｍ”の押込み力を付与しつつ
同様に直接圧延を行ったところ、板幅中央近傍の横割れ
はなくなったが、板幅端面を含む、端部近傍の割れは残
存した。そこでさらに押込み力を増大したが、板端面の
割れはほとんど軽減されなかった。

ここに、本発明の目的とするところは、圧延法の改善に
より熱間圧延時の面割れはもちろん耳割れをも防止でき
る方法を提供することであ漬。

本発明の別の目的は、直接圧延法もしくは直送圧延法に
おいて圧延法の改善により熱間圧延時の面割れはもちろ
ん珂割れをも防止できる方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者はかかる目的達成のため、さらに前述の実験内
容を検討した結果、鋼片の圧下面に発生する横割れ（面
割れ）は押込み圧延により容易に防止できるが、板幅端
部に発生する割れ（耳割れ）に対しては防止効果がほと
んどないことを知見した。すなわち押込み圧延により割
れを完全に防止するためには耳割れが発生しないような
条件との組合せが必要であることを知った。

ところで、一般に板圧延においては板端部は圧延方向に
引張力を、板中央部では圧縮力を受けることが知られて
いる。これは圧延により材料は板厚方向および圧延方向
以外にいわゆる幅拡がりと呼ばれる板幅方向への変形が
生ずるためであり、押込み圧延はこのような被圧延材に
圧縮力を付与することにより圧延方向の引張力を低下さ
せて割れの発生を防止せんとするものである。

そこで、本発明者らは押込み圧延の効果を解明するため
に、圧延中の材料の板幅方向での圧延方向応力を測定す
べく検討を行った。このような圧延応力分布に関しては
実測例はもちろんのこと、解析例においても厳密なもの
はほとんどない。本発明者らは以下に示す方法により、
間接的にではあるが圧延応力分布を求めることに成功し
た。すなわち板厚方向への貫通孔を板幅方向に所定のピ
ッチで設けた材料の圧延前後での孔形状の変化から圧延
応力分布を推定する方法である。これは貫通孔を設置し
た位置での応力状態に応じて孔は自由に変形するため、
逆に孔の変形状態からその位置での応力状態を推定しよ
うというものである。

そこで本方法を用いて押込み圧延により圧延方向応力分
布がどのように変化するか調査を行った。

モデル実験用の供試材として直径２１１１１１１の貫通
孔を板幅方向数ケ所に設けた４０’　Ｘ１６０　’　Ｘ
３００　’　の純鉛板を用いた。これを室温で直径１１
５　ｍｍのロール径を有する圧延機で４Ｏ−２６Ｌのバ
ススケジュールで圧延するさい、押込み力０と１．０ｋ
ｇ／ｍｍｚの場合での板幅方間での圧延方向応力分布を
測定した。

第１図は本測定結果を示すものであるが、縦軸に示す圧
延方向の孔伸び率なるものは圧延前直径２ｍｍの孔が圧
延後圧延方向に何倍伸びたかを示すものであり、その大
小がすなわち圧延方向応力の大小を示すものである。す
なわち圧延方向での孔の伸び率が大きいということは圧
延方向応力は引張り側に大であることを示し、逆に伸び
率が小さいということは圧延方向応力は圧縮側に大であ
ることを示すものである。第１図において押込み力を付
与することにより圧延方向の孔伸び率は全体的に小さく
なっており押込み圧延の効果が明瞭にあられれているが
、さらに詳細にみると、板幅中央部はどその効果は大き
く、板端部では効果が小さいことがわかる。そしてこの
ことは前記検討結果とよく一致する。

以上のことからも押込み圧延は面割れに対しては効果は
大きいものの、耳割れに対する効果はほとんどないこと
が明らかである。そこでさらに耳割れ対策に関し種々検
討を行った結果、厚み圧下を行う前に、耳割れの発生湯
所となる板端部に、幅圧下を加えることにより、その後
の厚み圧延に８おいて耳割れを防止できることを見出し
た。その原理は耳割れ発生湯所となる板端部にひずみを
加えることにより、再結晶を生じさせ、１粒の微細化を
図るか、再結晶が生じないまでもγ粒内に転位を発生さ
せ、割れの原因となるγ粒界への硫化物、炭窒化物等の
析出を転位を核とした粒内析出に改善することにより割
れを防止せんとするものである。

そこで幅圧下による耳割れ防止効果をさらに調査すべく
以下の如き実験的検討を行った。

■鋼塊形状：　４０ＩｌｌｌｌｔＸ１６０＋＋ｕａ　’
　、４０ｍｍ’　ｘ１２０ｍｍ　’■鋼種：普通鋼、低
合金鋼 ■圧延ロール径：　１１５ｍｍ（直径）■パススケジュ
ール＝４０→２５Ｌ ■圧延形弐：直送圧延および直接圧延 ■幅圧下方式：ミル方式、プレス方式および鍛造方式 ■押込み力＝０．５〜４．５ｋｇ／ｍｍ”以上の条件を
組合せ、合計６０枚の圧延実験を行った。第２図は本実
験結果をまとめたものであるが片側で５１以上（板幅全
体で１０ｍｍ以上）の圧下を加えることにより、その後
押込みを付与しつつ厚み圧下を行えば耳割れを防止でき
ることが明らかとなった。しかも耳割れ防止に必要な幅
圧下量は素材板幅によらないことも確認された。

本発明は以上の知見をもとに完成されたもので、その要
旨とするところは、造塊もしくは連続鋳造した直後の鋼
塊もしくは鋳片を直送圧延もしくは直接圧延する方法に
おいて、該鋼塊もしくは鋼片にまず片側５ｍｍ以上の幅
圧下を施した後、押込み力を付与しつつ圧延することを
特徴とする鋼片の表面割れを防止した熱間圧延法である
。

ここに、本発明はその好適態様によれば炭素鋼および低
合金鋼を対象とするものである。

なお、幅圧下方式としては前述の如く、ミル、プレス、
鍛造等公知の方法でよく、また幅圧下とその後の水平圧
延は単独でも、あるいは連続で行ってもよい。

さらに押込み力については被圧延材の降伏応力の０．１
〜１．０倍が望ましい。これは０．１倍未満では割れ防
止効果がほとんどないこと、また１、０倍以上の押込み
力を付与した場合、被圧延材が座屈するためである。

（作用） ところで、幅圧下による耳割れ対策としては特開昭５２
−７７８５８号がすでに知られている。これは高速高圧
下圧延において鋳片を工、ジャーにより幅圧延後、再結
晶化加熱を行うことにより、鋳片端部の鋳造組織を破壊
、再結晶させ耳割れを防止せんとするものである。

しかしながら、以下の点において本発明とこの従来技術
とは異質なものであって、その相違は明確である。

（１）圧延条件考慮の有無 従来法においては高圧下圧延における耳割れを問題とし
ているが、前述の如く問題となるのは単に耳割ればかり
でなく、面割れも考慮しなければならない。したがって
、本発明にあっては、幅圧下とともに押込み圧延を採用
しているのであり、これらの組合せにより予想外にも直
接圧延法および直送圧延法においても耳割れ、面割れの
いずれも効果的に防止できた。

（２）対象とする鋼種および熱履歴 特開昭５２−７７８５８号の明細書中には対象とする鋼
種は特殊鋼、非鉄合金であり、普通鋼はとくに問題ない
ものとされており、このことは従来の再加熱圧延を対象
としていることを示している。これに対し本発明は直送
圧延あるいは直接圧延のような熱履歴においては従来の
再加熱圧延において何ら問題とならなかったような普通
鋼、低合金鋼においても割れが問題となることからなさ
れたものである。

（３）再結晶化加熱装置の必要性 従来法では幅圧下稜再結晶化のための加熱装置を必要と
しているが、本発明者らの検討によれば第１図に示す調
査結果から明らかなように、とくに再結晶化加熱装置が
なくても幅圧下だけで耳割れを防止できることが明らか
である。これは前述の如く幅圧下により再結晶にいたら
ないまでも、その結果性ずる転位を核として、問題とな
る硫化物、炭窒化物等が粒界析出から粒内析出へと改善
されるためである。

以上のように両者には多くの相違点があり、これらは本
発明者らの検討においてはじめて明らかとなったもので
ある。

また圧延能率の向上を目的として１パスで高圧下率が得
られるように被圧延材に押込み力を付与することは公知
である。特公昭５５−７３２２号はこの一例としてエツ
ジヤ−により押込み力を付与して高圧下圧延を行なおう
とするものであるが、従来のこの種の押込み圧延は表面
割れ防止という観点からなされたものではなく、従って
被圧延材は直送圧延あるいは直接圧延といった割れが問
題となる熱履歴をさけた状態で行われる点で本発明と本
質的に異なるものである。

次に実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例） ＪＩＳ　５Ｐ）ＩＣ相当の４０ｍｍ’　Ｘ６００ｍｍ　
”の鋳片を直径２０Ｏｎ＋ｍのワークロール径を有する
４段圧延機により１パスで３０ｍｍまで直接圧延を行っ
た。このとき水平圧延に際しあらかじめ孔型を有する竪
型ロールにより、事前に最大、片側で３０ｍｍまで（板
幅全体で６０ｍｍ）の幅圧下を行い、かつ水平圧延にお
いては押込み力を付与しつつ行った。幅圧下量が片側で
２ｍｍ程度（板幅全体で４ｍｍ程度）の場合、押込み力
を増大しても耳割れは残存したが、幅圧下量を片側で５
ｍｍ以上（板幅全体で１０ｍｍ）　とした場合、これに
押込み力を付与しつつ水平圧延を行うことにより割れは
皆無となった。

（発明の効果） 以上のように、本発明は省エネ、歩留向上にとってを効
なプロセスである直送圧延あるいは直接圧延の実施にあ
たって問題となる鋼片の表面割れを確実に防止できると
いう点で、その効果は非常に大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、材料表面での圧延方向の孔伸び重分布におよ
ぼす押込み圧延の影響を示すグラフ；および 第２図は、幅圧下量と耳割れ評点の関係を示すグラフで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 造塊もしくは連続鋳造した直後の鋼塊もしくは鋳片を直
   送圧延もしくは直接圧延する方法において、該鋼塊もし
   くは鋳片にまず片側５ｍｍ以上の幅圧下を施した後、押
   込み力を付与しつつ圧延することを特徴とする鋼片の表
   面割れを防止した熱間圧延法。