JPS62203606A - 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、　Ｖ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り、特
にそれらの鋼の連続鋳造直後の鋳片をただちに熱間圧延
するか、また連続鋳造後そのまま鋳片を保温炉あるいは
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）あるいは未だＡｒ＋変態点以上の表面温
度を有する鋳片を一旦加熱炉、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
学的現象とは異った現象が多く見出された。特に、直接
熱間圧延する際には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延におい
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
態とから影響を強く受け、１粒径が微細なほど、また１
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、γ粒を微細化し、かつ析出物の多くを粒
内に固定して１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。

これに封し、直接圧延法あるいは直送圧延法の場合には
、鋳片のもつ保有熱を最大限に利用することから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
γ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。このような熱暦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（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（する
か、冷却途中で所定温度に一定時間以上、例えば１０分
間超保定して、析出物の形態変化ないし粗大化を図り、
１粒界における析出物の析出間距離を大きくすることに
より割れを防止しようとするものである。

なお％　　ｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ　ＡＪ　Ｖｏｌ。

６Ａ、　Ｓｅｐ、　（１９７５）　ｐｐ、１７２７〜１
７３５においては「低炭素鋼の熱間延性におよぼす熱順
歴および組成の影響」に関し、溶融・凝固に引き続く冷
却過程で、自然放冷される場合、１２００〜８００℃の
温度域で熱間延性が低下すること、そしてこの対策とし
て等温保持が有効であることを述べている０以上のこと
は上記文献にかぎらず前述の特開昭５５−８４２０１号
にも述べられている事実であり、両者とも割れ防止に必
要な保定（等温保持）時間は１０分間超としている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明が解決せんとする問題点は、従来技術である保定
あるいは徐冷に要する時間、すなわち例えば特開昭５５
−８４２０１号に開示される保持に必要な１０分超とい
う時間をさらに短縮せんとするものである。確かに前記
従来技術以前に行われていた数時間という加熱時間に比
べれば１０分間を越える程度という時間は画期的であり
、これによる省エネルギー効果は非常に大きい。にもか
かわらず本発明が、この時間をさらに短縮せんとするの
は次のような理由による。

すなわち、造塊−分塊法にかわる方法として登場した連
続鋳造も最近では円熟期に入り、次の開発テーマとして
薄鋳片の連続鋳造法の開発が業界の重要課題となってお
り、近い将来に実現の見透しが得られる段階となってい
る。そしてこの開発課題の中には単に薄い鋳片を鋳造す
るだけでなく、該鋳片を極力高温のまま、直ちに圧延機
に結び付けようとの思想も含まれている。この場合鋳造
機と圧延機の接続方法として、両者を同一ラインで、す
なわち鋳片を圧延機手前で切断することなく圧延機に送
り込む方法（直結型）および一旦鋳片を切断して、たと
えばコイル状にした後に圧延機に送り込む方法（非直結
型）の２通りが考えられている。まず、直結型の場合、
圧延時の割れを防止するため、鋳造機から出た鋳片を１
０分間を超えた時間保定しようとすると、一般に薄鋳片
の鋳造速度はｌＱ＋ｗ／＋＊ｉｎを越える高速となるた
め、鋳造機と圧延機の間で１０ｋを超す、保定のための
設備が必要となる。このことは建屋を含めた設備全体の
長大化を意味し、設備投資費用の面だけでなく、薄鋳片
製造目的の一つである設備簡素化の点からも、その実現
を危うくするものである。このことは非直結型の場合で
も同様である。また、非直結型の考え方は、このように
圧延機の能力に比べ鋳造機の能力が小さいため、一台の
圧延機で数台の鋳造機から出てくる鋳片をまかなうとい
うものである。

この場合にあっても、数台の鋳造機から次々と送り出さ
れてくる鋳片を保定するために必要な保定炉等の設備は
保持時間の短縮により著しく簡素化できることは明白で
ある。

さらに以上のことは単に薄鋳片製造用を対象としたもの
だけでなく、現状の連続鋳造機を、直送圧延あるいは直
接圧延を目的として改造あるいは新設する場合において
も同様である。

以上のように、本発明は省エネルギーはもちろんのこと
、今後ますます拡大が予想される直送圧延もしくは直接
圧延における鋼片表面割れ対策に必要な設備投資の簡素
化を目的としたものである。

（問題点を解決するための手段） ところで、本発明者は同様に直送圧延あるいは直接圧延
時の割れを防止するため、各種基礎検討を行ってきたが
、その結果、このような熱間加工性の評価においては圧
延条件の考慮が非常に重要なこと、すなわち従来のよう
なねじり試験あるいは引張試験法では、定量的な評価が
困難なばかりではなく、このような評価法にたよるかぎ
り、十分な割れ対策を確立することは難しいことを知っ
た。そこで先の従来技術、すなわち割れ対策としての保
定あるいは徐冷法についても実験室的な直圧実験による
基礎検討を行なった結果、目的である保定時間の短縮に
必要な技術課題に関し重要な知見が得られ本発明を成す
に至ったものである。

その検討の第一はいかなる形で保持を行うかである。当
然のことながら鋳片は鋳造機から出た時点では非常に高
温である。そして、圧延が開始されるまでには、その用
途、目的等により異なるが、数１００℃冷却される。し
たがって、この間のどの温度域で、どのような熱履歴で
保持を行うことがより有利であるかが重要な検討課題で
ある。

以上の項目について調査すべく、実験室的な直圧実験に
よる基礎検討を行なった。主な実験条件としては、ＪＩ
Ｓ　−５ＰＩＩＣ相当の厚さ４０ＩＩＩＩｌＸ幅２００
＋Ｉ１ｍ×長さ３００＋ｗ鴎の鋳片を用い、８５抛彌φ
・２Ｈｉ　　ミルにより４０→２０→１０→５ＩＩＩＩ
１１のパス・スケジュールのもとて検討を行なった。

第１図は保持後直ちに圧延を開始した時の保持条件と割
れ発生有無の関係を示したものであるが、この場合９５
０℃以上の温度範囲で、２分以上の保持を行うことによ
り割れは防止できることが判明した。一方、実操業にお
いては製品々質等の観点から圧延開始温度は自ずと決定
されること、さらに保持から圧延間での鋳片搬送には所
定の時間が必要であり、その間での鋳片の冷却を考える
と、第１図の如き条件を実操業において満たすことは困
難である。

そこで、次に、圧延開始温度を１０００℃一定（但し１
０００℃以下の保持では、保持後直ちに圧延開始）とし
た場合について検討を行なった。第２図のように、圧延
開始温度より高い温度で保持する場合、保持後空冷し、
所定の圧延開始温度まで冷却するわけであるが、このよ
うな熱履歴の場合、保持温度が高い程、割れ防止に必要
な保持時間は長くなることが明らかとなった。

以上の結果は、保持後鋳片が空冷されるような場合、そ
の冷却過程で再び熱間加工性を低下させるような現象が
生じていることを推定させる。

そこで、この点を解明すべく、次のような検討を行なっ
た すなわち、１２００〜９５０℃の任意の温度で２分間の
保持を行い、その後一旦鋳片を空冷してから圧延を行う
に際し、保持から圧延開始までの空冷時間を種々変化さ
せ、割れとの関係を調査した。その結果、第３図に示す
ように保持温度により２つのタイプに分かれることが判
明した。

タイプ■は保持後短時間の空冷で熱間加工性が低下する
ものであり、タイプ■はこれに対し保持後しばらく空冷
しても熱間加工性が低下しないものである０本調査の結
果、保持温度が１０５０〜９５０℃の範囲ではタイプ■
の傾向を示し、より高い温度で保持を行うとタイプｉの
傾向となることが判明した。

このことは保持による硫化物の形態変化ないし粗大化は
すみやかに進行するため、その状態で圧延すれば割れは
発生しないが保持後空冷されるような場合、保持開始ま
で、および保持中に析出しきらない硫化物が、冷却過程
で再び熱間加工性を低下させるような形態で１粒界に析
出するため割れが発生しやすいことを示している。しか
も保持温度が高いほど、保持開始までに析出する硫化物
は少ないため、その後の冷却に伴う熱間加工性の低下を
防止するためには、保持時間をより長くする必要がある
。これに対し、１０５０℃以下まで冷却して保持を行う
場合、硫化物の析出は保持の時点でほぼ完了しているた
め、この段階で保持を行うことにより、前述の如く硫化
物の形態変化ないし粗大化により熱間加工性は向上し、
しかもその後空冷しても、もはや新たな硫化物の析出は
生じないため熱間加工性が再び低下することはない。

したがって、タイプ■の傾向を示す条件すなわち一旦１
０５０℃以下に冷却して保持を行うことにより、保持後
鋳片が冷却過程を経る場合でも、従来法に比べ著しく短
時間の保持で割れが防止できる。

なお、第１図の条件では１２００℃以上の温度で保持を
行っても割れは発生しないのに対し、第２図の条件では
保持温度が１２００℃より高い場合、割れが発生してい
る。これは割れの原因となる硫化物の析出開始温度が１
２００℃であり、第２図の条件の場合、１２００℃より
高い温度域でいくら保持を行ってみても、いまだ硫化物
が析出していないため、その意味がなく、その後の冷却
過程で硫化物の析出が生じるためである。これに対し第
１図のように保持後直ちに圧延する場合、１２００℃以
上では、保持としての意味はないものの、割れの原因と
なる硫化物も析出していないため、割れは発生しない、
そこで第３図のタイプ■のように、一旦１０５０℃以下
に冷却した後保持を行う場合について、同様に保持温度
の有効範囲について調査を行った。

第４図は一旦鋳片を１０５０℃以下に冷却後、最高１３
００℃までの各温度で、各々１０分および３０分の保持
を行った後、１１００℃まで空冷して圧延を行った時の
割れ発生状況を示したものである。本調査結果より、１
３００℃で１０分までの保持では割れは発生しないが、
１３００℃で３０分間保持を行った場合割れが発生する
ことが判明した。これは１３００℃で３０分保持した場
合、一旦析出した硫化物が、保持中に再固溶し、その後
の冷却過程でγ粒界に再析出するためである。以上のこ
とから一旦硫化物の析出をほぼ完了させた後、保持を行
うことにより従来法に比べ短時間の保持で割れは防止で
きるものの、保持温度の選定に際しては、硫化物を再固
溶させないような配慮が必要である。すなわち一旦鋳片
を１０５０℃以下に冷却し、さらに保持時間を１０分以
内とすることにより、従来法に比べ保持温度の有効範囲
、とくに上限を１３００℃まで拡大することができる。

そしてこのことは保持から圧延間での搬送に伴う鋳片の
冷却を考えた場合、その搬送時間、いいかえれば搬送方
法に融通性を与えるという点で、実操業面での意義は大
である。なお、このような場合でも保持の下限温度につ
いては、第１図および第２図の結果と同様９５０℃であ
る。

さらに、タイプ■で保持から圧延開始までの時間がある
値以上になると急激に熱間加工性が低下しているが、こ
れはこの時点で割れ発生位置となる鋳片表面温度がＡｒ
３点未満となっており、旧Ｔ粒界に初析フェライトがバ
ンド状に析出し、その結果圧延に伴い発生する引張応力
がこの部分に集中し、割れが発生しやす（なるためであ
る。

したがって、保持による割れ防止対策を有効に活用する
ためには、圧延開始温度をＡｒｓ点以点色上ることが必
要である。

以上のことから明らかなように、従来技術においては保
持の特性の一部を確認したにすぎないものであり、実扱
業にお・いて保持により割れを確実に防止するためには
、さらに解明すべき保持処理の本質は多く残されていた
わけである。

本発明者は以上の基礎検討により保持のなんたるかを明
らかに叫たものであり、その結果本発明の目的である保
持時間短縮に必要な技術項目を解明し、本発明を完成す
るに至ったものである。

本発明は従来技術が抱える問題点を補い、改良するため
になされたものであり、その要件を明らかにするために
、先の検討から得られた知見を改めて以下に整理する。

（１）保持後直ちに圧延する場合、割れ防止に必要な保
持時間は非常に短いが、実操業においては通常保持から
圧延開始までには鋳片は一旦冷却過程を経るため、この
場合保持時間はより長くする必要がある。

（２）これは保持後、鋳片が空冷されるような場合、保
持開始まで、および保持中に析出しきらない硫化物が、
その冷却過程で再び熱間加工性を低下させるような形態
で１粒界に析出するためであり、したがって鋳片が短時
間の保持で、しかもその後冷却過程を経る場合でも割れ
発生を防止するためには、保持後の冷却過程で新たに硫
化物の析出が生じないよう、言い換えれば保持開始まで
に硫化物の析出をほぼ完了させ、しかも再固溶しないよ
うな状態で保持を行うことにより、その効果は十分活か
されることになる。このように保持後鋳片が冷却過程を
経る場合でも、短時間の保持で割れを防止するためには
、１０５０〜９５０℃で保持することが有効であるが、
製品々質等の要求から圧延開始温度を前記保持温度以上
にしなければならない場合もある。その場合、１０５０
〜９５０℃の範囲７２分間以上保持後、再度所要の温度
まで昇温してもよいが、一旦鋳片を１０５０℃以下に冷
却後、１２００〜９５０℃の所要温度で保持することが
、省エネルギー等の観点からは望ましい。後述するよう
に、前記温度屡歴を必要とするのは表面割れ発生位置と
なる鋳片該箇所の表層部であり、したがって後者の場合
、割れ発生位置となる鋳片表面温度のみ１０５０℃以下
まで冷却することにより、他の部分、特に鋳片内部はい
まだ高温のため、その後所要温度まで昇温するにしても
鋳片の保有熱を利用することにより必要なエネルギーは
少なくてすむ、これに対し前者は保持中に鋳片全体が均
熱化されるため、再び所要温度まで鋳片全体を昇温する
には多くのエネルギーが必要となる。いずれにしても、
本発明において必要とする要件の一つは鋳片を一旦１０
５０℃以下まで冷却し、（もちろんこの場合鋳片表面温
度、しかも割れ発生位置となる部分だけでもよい）その
後、１３００〜９５０℃の温度域で２〜１０分間保持を
行うことである。

（３）保持により硫化物は形態変化ないし粗大化するた
め、熱間加工性は向上するが、保持後割れ発生位置とな
る鋳片表面がＡｒ＝点未満になると、硫化物以外の原因
、即ち旧γ粒界に沿ったαバンドへの応力集中により折
角の保持処理が無意味になる。したがって、保持時間を
２〜１０分だけ確保することにより、その後の冷却過程
での熱間加工性の低下は防止できるが、さらにＡｒｓ点
以上で圧延開始することが必要である。

以上の知見は、前述のように、直送圧延あるいは直接圧
延の本来の目的が省エネルギーにあることだけでなく、
鋳片保持に必要な設備の簡素化を図ることにもあること
から、意味をもつのである。

本発明は、以上の知見をその構成要件とするものであり
、その要旨とするところは、連続鋳造した鋳片を直送圧
延もしくは直接圧延する方法において、鋳込み後、溶融
体の凝固に引き続く冷却過程で、該鋳片を一旦１０５０
℃以下まで冷却した後、１３００〜９５０℃の温度域で
２〜１０分間保持を行い、かつＡｒｓ点以上で圧延を開
始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、「保持」は、一定温度に保つ保持ばかりでなく
、昇温を行う場合も包含する。

なお、一旦１０５０℃以下まで冷却する箇所は前述の如
く、割れ発生位置のしかも鋳片表面のみでよいことから
、該部分のみを水あるいはガス等により強制的に冷却す
ることは、その後の昇温時に鋳片保有熱をより多く活用
する意味で有効である。

このように、本発明は実操業において、保持後鋳片が冷
却過程を経る場合でも短時間の保持で割れが発生するこ
とな（、圧延開始温度をＡｒ３点以上とすることにより
、保持の効果を有効に活用して割れを防止せんとするも
のである。

また、本発明においては直送圧延もしくは直接圧延時の
表面割れ原因の本質は硫化物の析出状態にあることから
、その対策として保持を行うものであり、しかも、２〜
１０分間という短時間の保持で割れを防止するため、鋳
片の温度履歴を前述の如く規定したものである。

なお、ここにおいて述べる温度は割れ発生位置となる鋳
片の表面温度を示すものである。これは一般に鋳片温度
は厚み方向、幅方向とも均一でなく、割れ発生位置も圧
延条件により異なるため、上記の如く定義するものであ
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
が、それらは単に本発明の例示として示すものであって
、何ら本発明を制限するものではない。

実施例Ｉ Ｃ：６０．０６％、Ｓｉ：　５０．０４％、Ｍｎ：０．
１５〜０．３０％、Ｐ：５０．０３０％、Ｓ：５０．０
３０％、ｓｏｌ、ＡＱ：０゜０２０〜０．０５０％の組
成（Ａｒ３点−８５０℃）を有する、厚さ４０＋ｗ＋ｓ
　Ｘ幅り００ｎ＋ｍの形状からなる鋳片を一旦Ｔ。

℃まで空冷により冷却後、１８℃でｔ分間保持後、直径
８００ｍｍのロール径を有する圧延機により、各パス５
０％の圧下率で連続３パスの直送圧延もしくは直接圧延
に供した。

第１表に示すように本発明の構成要件を満たすことによ
り割れは防止される。なお、本実施例の圧延条件におい
て発生する割れは鋼片幅方向端面での割れであり、した
がって、第１表に示す？＋は鋳片端面の表面温度である
。

第１表 （注）本：本発明の範囲外 実施例２ Ｃ：０．１３　〜０．１７％、　Ｓｉ：０．２５　〜０
．４５％、　Ｍｎ：１．２５〜１．５０％、Ｐ：５０．
０３０％、Ｓ：５０．０３０％、Ｎｂ：０．０２０〜０
．０４０％、Ｖ　：０．０３０〜０．０５０％、ｓｏｌ
。

ＡＱ　：０．０２０〜０．０５０％の組成（Ａｒ＋点−
７５０℃）を有する厚さ２６４＋ｌ１ｍ　ｘ幅１２４０
ｓ＋ｓの形状からなる鋳片を一旦ＴＩ℃まで冷却してか
ら、Ｔｚ亡で１分間保持した後、直径１３００ｍｍのロ
ール径を有するロールを備えた圧延機により、各パス１
５％の圧下率で連続５パスの条件で直送圧延もしくは直
接圧延に供した。

結果を第２表にまとめて示すが、本発明の構成要件を満
たすことにより割れは効果的に防止される。

なお、本実施例の圧延条件において発生する割れは、ロ
ールと接触する、鋼片長辺面での割れであり、したがっ
て第２表に示すＴ、は鋳片長辺面の表面温度である。

第２表 （注）率：本発明の範囲外 実施例１および実施例２に示す例においては保持の方法
として、例えば保持炉の如く、一定温度に保温した炉中
に鋳片を装入した場合であり、したがって、例えば実施
例１の阻４に示す例の場合、鋳片端面を９５０℃まで冷
却後、１２００℃に保温された炉中に装入したものであ
る。そしてこの時の保持時間２分なるものは炉中に装入
した時点から抽出するまでの時間であり、抽出時の鋳片
端面の温度は１２００℃まで昇温されていないが、本発
明の構成要件である１３００〜９５０℃の温度域で２分
間保持される結果、割れが防止されるものである。

実施例３ 実施例１と同じ組成、鋳片形状およびロール径、パス・
スケジュールの条件により直送圧延もしくは直接圧延を
行った。この時溶融体からの凝固に引き続く冷却過程で
、何ら保持を行うことな（，１１００℃から圧延した場
合、鋼片端面に割れが発生した。そこで鋳片端面、つま
り板幅端部をｔｏｏｏ℃まで冷却後、咳鋳片端面を、ガ
スバーナ一方式、誘導加熱方式などのエツジヒーターに
より１１５０℃まで加熱後、１１００℃から圧延を開始
した。この時エツジヒーターによる加熱開始から終了ま
での時間は５分間であり、割れは発生しなかった。この
ようにエツジヒーターによる保持は、保持を局部的かつ
効率的に行えるという点で有効である。

さらには外部からとくに加熱することなく、鋳片保有熱
の放散を抑制するため、断熱カバーなどを設置し、その
保有熱による復熱を利用することはより有効である。

なお、以上のように本発明における「保持」とは単に恒
温保持だけでなく、前述のような等温過程をも含めたも
のであり、従来法における「保定」すなわち恒温保持だ
けの場合と区別する意味で用いたものである。

（発明の効果） 以上のように、本発明は直送圧延あるいは直接圧延時の
表面割れ対策としての保持に関し、従来十分な解明がな
されていなかった保持の本質を明らかとすることにより
、本発明の目的である保持時間の短縮に必要な技術項目
を解明、その結果一層の省エネルギーが図れるだけでな
く、著しい設備の簡素化が可能となり、直送圧延もしく
は直接圧延の実操業化にとって多大の効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明における予＠試験の結果
を保持条件によって整理したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続鋳造した鋳片を直送圧延もしくは直接圧延する方法
   において、溶融体からの凝固に引き続く冷却過程で、該
   鋳片を一旦１０５０℃以下に冷却後、１３００〜９５０
   ℃の温度域で２〜１０分間保持を行い、かつＡｒ＿３点
   以上で圧延を開始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。