WO2019065360A1 - 鋼板の製造設備および鋼板の製造方法 - Google Patents

鋼板の製造設備および鋼板の製造方法 Download PDF

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roll
shape
pressing load
drainage
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上岡　悟史
正之 堀江
雄太 田村
安達　健二
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B21B39/006—Pinch roll sets

Definitions

  • the present invention is a steel plate manufacturing facility and a steel plate manufacturing method for obtaining a high quality product by cooling a hot-rolled high-temperature steel plate online, and in particular, manufacturing a steel plate for manufacturing a steel plate excellent in flatness.
  • the present invention relates to an installation and a method of manufacturing a steel plate.
  • uneven cooling is likely to occur during cooling due to the difference in temperature distribution and shape or surface state of the steel plate immediately after rolling.
  • uneven cooling that occurs in thick steel plates with relatively large thicknesses is likely to occur also due to the performance of the cooling device, and when uneven cooling occurs in thick steel plates, deformation of thick steel plates, residual stress, and material variation Etc. will occur.
  • various cooling devices capable of uniform cooling have been developed, the improvement of only the cooling device, in particular, does not completely flatten the steel plate after cooling.
  • the shape defect of the steel plate after cooling is also expensive because it requires troubles in operation such as passing through of the production line or the like, and an adjustment process with a press or a straightening machine in a post process.
  • the uneven cooling of the steel plate may be attributed to the characteristics of the cooling nozzle such as temperature deviation in the upper and lower surfaces or temperature uniformity in the width direction, and to those caused by the shape of the steel plate before cooling.
  • the first method is a method of performing shape correction before the accelerated cooling device to flatten the shape and ensure uniform cooling at the time of cooling.
  • Patent Document 1 it is described that the shape of the steel plate is corrected by the first shape correction device to a shape that allows sufficient drainage by the drainage roller in the cooling device.
  • patent document 2 in order to avoid the flatness defect after cooling by the heat recovery of a steel plate, it is described that the distance from a shape correction apparatus output side to the cooling apparatus entrance side is defined.
  • the second method is a method of constraining with a drainage roll.
  • the purpose of the drainage roll is 1) to flatten the steel plate by pressing with a roll, and 2) to prevent the leakage of cooling water jetted to the cooling area to the outside.
  • Patent Document 3 is a technology that includes draining rolls that can move up and down individually and that the rolls move up and down according to the shape of a steel plate.
  • Patent Document 4 is a technology for securing a water blocking effect of cooling water by narrowing the gap between the steel plate and the roll by pressing the drainage roll with a predetermined load or more and flattening the deformed steel plate to a predetermined amount. It is.
  • Patent Documents 1 and 2 In recent years, there have been an increase in the number of production lines operated by techniques such as Patent Documents 1 and 2 in which a shape correction device is installed in front of a cooling device online.
  • a cooling device that does not have a drainage roll, particularly on the upper surface side of the steel plate, the cooling water leaked from the cooling water injection area to the outside stays for a long time on the steel plate. Subcooling occurs in some places.
  • the thickness is particularly thin such as thin (for example, 30 mm or less) and wide (for example, 3000 mm or more).
  • shape defects due to rolling are likely to occur.
  • it is difficult to properly contact the drainage roll with the steel plate to clamp the cooling water, and the cooling water leaks from the cooling water injection area to the outside on the steel plate upper surface side As a result, supercooling occurs, and a shape defect caused by a temperature deviation occurs.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a steel plate manufacturing facility and a steel plate manufacturing method capable of uniformly cooling a high temperature steel plate by on-line cooling and manufacturing a flat and homogeneous steel plate. Intended to be provided.
  • the present inventors flatten the shape of the steel plate preferably to a predetermined steepness or less with the first shape correction device, and then restrain the steel plate appropriately with a drainage roll in the accelerated cooling device to achieve flatness. It has been found that it is possible to manufacture high-grade steel plates.
  • the gist of the present invention is as follows. [1] A hot rolling mill, a first shape correction device, and an accelerated cooling device are arranged in this order, An acceleration cooling device is provided with a drainage roll, and the drainage roll restrains a steel plate up and down, and manufacture equipment of the steel plate which has a control mechanism which controls pressing load P for restraining a steel plate. [2]
  • the pressing load P is a steel plate manufacturing facility according to [1], which satisfies the following formula (1).
  • a high temperature steel plate can be uniformly cooled by on-line cooling, and a flat and homogeneous steel plate can be manufactured.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the steel plate manufacturing equipment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram which shows a mode that a steel plate flows to a 1st shape correction apparatus and an accelerated cooling device.
  • FIG. 3 is a schematic view showing the state of the gap between the steel plate and the draining roll, where (a) is the case where the pressing load of the draining roll is insufficient and (b) is the case where the pressing load of the draining roll is excessive c) is the case where the pressing load of the water draining roll is appropriate.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pressing load and the deflection of the water draining roll.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the definition of the steepness degree ⁇ .
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the degree of steepness and the pressing load in the presence or absence of coolant leakage, and is a graph with a roll diameter of 400 mm.
  • FIG. 7 is a view showing a model of the pressing load of the water removing roll.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the deflection parameter and the pressing load of the drainage roll in the presence or absence of leakage of the cooling water from the drainage roll.
  • the manufacturing equipment of this invention is arrange
  • the steel plate 5 is rolled by the hot rolling mill 1 and then corrected in shape by the first shape correction device 2 and then controlled and cooled by the accelerated cooling device 3, and is shaped by the second shape correction device 4 as necessary. Will be corrected.
  • the arrow in a figure is a conveyance direction of a steel plate.
  • FIG. 2 is a schematic view showing how the steel plate 5 flows in the first shape correction device 2 and the accelerated cooling device 3.
  • the steel sheet 5 after rolling in the hot rolling mill 1 often has shape defects such as ear waves, and after being flattened by the first shape correction device 2, it is controlled and cooled by the accelerated cooling device 3.
  • the accelerated cooling device 3 includes a draining roll 31 for restraining the steel plate 5 from above and below, a cooling nozzle 32 for injecting cooling water, and a pressing load control mechanism 33 for controlling the pressing load P of the draining roll 31. May be installed between the drainage rolls 31.
  • FIG. 3 is a schematic diagram which shows the state of the clearance gap between the steel plate 5 and the draining roll 31.
  • the shape of the steel plate is bad (for example, a convex shape downward in the width direction of the steel plate)
  • the steel plate 5 is pressed against the drainage roller 31 in a deformed state. Therefore, if the pressing load is insufficient, for example, as shown in FIG. 3A, the steel plate 5 having a convex shape downward can not be flattened, and a gap is generated between the steel plate 5 and the drainage roller 31.
  • the pressing load of the draining roll 31 is excessive, the draining roll 31 itself is bent and a gap is generated between the steel plate 5 and the draining roll 31 (FIG. 3 (b)).
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pressing load and the deflection of the drainage roll when the drainage roll with a roll diameter of 300 mm (solid roll) and a drum length of 6 m is pressed against a steel plate with a width of 4000 mm. Deflection was measured with a feeler gauge. It is estimated that a gap of at least 1 mm or less is necessary to properly stop water with the drainage roll, but when the pressing load exceeds several tens of tons, the deflection of the drainage roll exceeds 1 mm and a load of about 100 tons is applied. In this case, a gap of about 6 mm is generated, and the function as a water draining roll can no longer be exhibited.
  • the initial shape of the steel plate is flattened and the pressing load of the drainage roller 31 is made less than a certain value. It is considered necessary to limit and maintain a constant pressing load while passing through the steel plate.
  • the draining roll 31 in the accelerated cooling device 3 had a cylinder length of 6000 mm, and as the roll diameter, solid rolls of 300 300 and 400 ⁇ , which are used for the draining roll of a general accelerated cooling device, were used.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the degree of steepness and the pressing load in the presence or absence of coolant leakage, and is a graph with a roll diameter of 400 mm.
  • ⁇ indicates that water did not leak from between the steel plate and the roll, and ⁇ indicates that water leaked from between the steel plate and the roll. The leakage of cooling water was checked visually.
  • the deflection amount ⁇ of the central portion in the longitudinal direction of the drainage roller 31 can be calculated by the following equation.
  • the inner diameter d of the water draining roll 31 may be set to 0 in the equation of the second moment of area I of the above-mentioned formula (4). From the above equation, it is considered that the deflection amount ⁇ of the drainage roll 31 caused by the width of the steel plate 5 and the dimensions of the drainage roll 31 is in proportion to the following parameters.
  • the right side of the equation (5) is referred to as a deflection parameter.
  • the steel plate has a thickness of 30 mm, the width is 2500 mm, 3500 mm, 5000 mm, both the solid roll and the hollow roll have a diameter of 400 mm (note that the inner diameter of the hollow roll is 32 mm and the thickness is 40 mm), and the roll length 6000 mm. And The presence or absence of leakage of the cooling water was visually confirmed, and it was determined that the cooling water leaked from between the steel plate and the roll ( ⁇ : poor).
  • FIG. 8 is a graph showing the influence of the deflection parameter and the pressing load of the drainage roller 31 on the presence or absence of the leakage of the cooling water from the drainage roller 31. It can be seen that, as the deflection parameter is larger, the cooling water leaks at a lower pressing load. From FIG. 8, it is found that the following relationship is established when the limit of the coolant leakage occurrence is arranged.
  • the lower limit value of the pressing load P is 1.0 ton or more because the distortion slightly remaining in the steel plate forced by the roller leveler is flattened to the extent that the water can be drained to the minimum by the pressing force of the drainage roll. It is preferable to do.
  • the first shape correction device 2 may be either a reduction-type skin pass leveler or a repetitive bending-type roller leveler.
  • a roller leveler capable of repeated bending which has a higher correction capability than a skin pass leveler having a low correction capability for longitudinal warpage generated at the front end portion of the steel plate 5.
  • the steepness of the steel plate 5 it is preferable to correct the steepness of the steel plate 5 to less than 2.0%. More preferably, it is less than 1.0%.
  • the accelerated cooling device 3 it is difficult to manage the flow rate in the width direction of the steel plate so as to be completely uniform. For this reason, it is preferable to further correct the steel plate 5 by the second shape correcting device 4 after the control cooling by the accelerated cooling device 3 because slight warpage may occur due to temperature unevenness at the time of controlled cooling.
  • amendment by the roller leveler which can be bent repeatedly is preferable.
  • the drainage roll 31 may have a hollow structure or a solid structure. From the viewpoint of reducing the deflection of the water draining roll 31, it is preferable to increase the rigidity of the roll, so a solid structure (solid roll) is preferable. Furthermore, it is also possible to reduce an additional pressing load such as oil pressure by the solid weight of the drainage roll itself by adopting a solid structure.
  • the cooling nozzle 32 is not particularly limited, and, for example, a plurality of circular pipe jet nozzles, slit nozzles, flat nozzles, flat sprays, square sprays, full cone sprays, spray nozzles that spray single water such as oval spray, water of the same shape
  • a mist spray nozzle mixed with air can be used.
  • the pressing load control mechanism 33 may be any type that can apply a constant pressing pressure such as a spring type such as a spring or an air pressure or hydraulic pressure, but in the present invention, the drainage roller 31 does not bend. It is important to maintain the pressing load of the For this reason, a control mechanism capable of maintaining a constant pressing force is preferable.
  • the spring type the pressing amount of the spring (spring) changes in accordance with the shape of the steel plate 5, and as a result, the pressing load also changes significantly. Therefore, in the case of the spring type control mechanism, the first shape In the shape correction of the steel plate by the correction device 2, it is necessary to keep the steepness of the steel plate low (preferably less than 1.0%). Therefore, a control mechanism using hydraulic pressure or pneumatic pressure that can expect a constant pressing load is preferable.
  • the present invention is preferably applied to a steel plate having a plate thickness of 30 mm or less and / or a plate width of 3000 mm or more, and the occurrence of shape defects caused by rolling can be suppressed.
  • a steel plate was manufactured using the manufacturing equipment shown in FIG.
  • the steel sheet 5 with a thickness of 25 mm and a width of 3500 mm was manufactured by the hot rolling mill 1, and then the shape of the steel sheet 5 was corrected to a predetermined steepness by the first shape correction device 2 and conveyed to the accelerated cooling device 3. .
  • the steepness of the steel plate 5 was controlled by adjusting the reduction setting of the first shape correction device 2. Further, if necessary, correction was performed by the second shape correcting device 4, and when distortion occurred after correction by the second shape correcting device 4, re-correction was performed by a cold correction machine.
  • the accelerated cooling device 3 As the accelerated cooling device 3, as shown in FIG. 2, while the cooling nozzle 32 is arrange
  • the pressing load control mechanism 33 is pneumatic.
  • the drainage roll 31 was a hollow roll having a cylinder length of 6000 mm, an outer diameter of 400 mm, and an inner diameter of 320 mm.
  • the temperature deviation in the steel plate width direction was confirmed, and from the viewpoint of obtaining a predetermined material, the temperature deviation in the steel plate width direction was determined to be within 25 ° C. With respect to materials whose temperature deviation exceeded 25 ° C., re-rectification was carried out with a cold corrector to the extent that the product specification was satisfied.
  • the invention examples 1 and 2 are examples in which the pressing load of the water draining roll 31 is set to 10 ton which is equal to or less than the pressing load P (15.3 ton) represented by the formula (1) of the present invention.
  • the steepness was 0.75% and 1.5%, respectively, and the temperature deviation in the width direction became 12 ° C. and 22 ° C., respectively, which were within the acceptable range.
  • the steel plate was flat even after the correction by the second shape correction device 4, and the re-correction was unnecessary.
  • no variation in tensile strength was found to be good.
  • the temperature deviation is further improved in the invention example 1 in which the steepness of the steel plate is small.
  • Comparative Examples 2 to 4 are examples in which the pressing load of the water draining roll 31 is set to 30 ton, which is larger than the pressing load P (15.3 ton) represented by the equation (1) of the present invention.
  • a large temperature deviation (58 to 72 ° C.) occurs in the width direction regardless of the steepness of the steel plate 5. It is inferred that a large amount of staying water was observed particularly in the center in the width direction on the steel plate in the observation during the operation, and the cooling water could not be seized by the drainage roll 31. In addition, there is stagnant water at the central part in the width direction, and it seems that a large temperature deviation has occurred.
  • the steel plate 5 before accelerated cooling is flattened by the first shape correction device 2 to have a steepness of 0.75% and then controlled cooling by the accelerated cooling device 3
  • the plate width, the pressing load of the water draining roll 31, the temperature distribution of the steel plate after cooling, and the shape after that were examined (Inventive Examples 3 to 4 and Comparative Examples 5 to 6).
  • the plate thickness was 30 mm, and the plate widths were 2000 mm and 5000 mm.
  • the temperature deviation in the width direction was targeted to be within 25 ° C. in the plate width direction as in the first embodiment.
  • the material whose temperature deviation exceeded 25 ° C. was recorrected again by the cold corrector.
  • the invention example 3 is a case where the pressing load of the water discharging roll 31 is set to 30 ton, which is lower than the pressing load P (34.5 ton) represented by the formula (1) of the present invention.
  • the temperature deviation in the width direction was as small as 18 ° C., which was within the acceptable range, and the correction by the second shape correction device 4 was unnecessary.
  • Comparative Example 5 is an example in which the pressing load of the water removing roll is 50 tons larger than the pressing load P (34.5 ton) represented by the formula (1) of the present invention. In Comparative Example 5, a large temperature deviation (100 ° C.) was generated in the plate width direction.
  • the invention example 4 is a case where the pressing load of the drainage roll 31 is set to 15 tons lower than the pressing load P (19.7 tons) represented by Formula (1) of this invention.
  • the temperature distribution in the width direction was as good as 10 ° C., and the shape of the steel plate was flat even after the correction by the second shape correction device 4.
  • the temperature deviation was 100 ° C., and large supercooling occurred.
  • Comparative Example 6 a large amount of staying water is observed particularly in the center in the width direction on the steel plate, and it is surmised that the water can not be stopped by the drainage roll 31.
  • the steel plate of Comparative Example 6 generated a large strain after the correction by the second shape correction device 4, so re-correction is required by the cold correction machine, and additional manufacturing cost occurs. Oops. Furthermore, in mechanical tests, the tensile strength was widely dispersed.
  • the temperature distribution of the steel plate can be made uniform by restraining the steel plate with a predetermined pressing load with the drainage roll, and a steel plate excellent in flatness can be obtained. It can be seen that it is possible to make the temperature distribution of the steel plate uniform by changing the pressing load appropriately according to the sheet width, and to manufacture a steel plate excellent in flatness.

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Abstract

高温の鋼板をオンライン冷却により均一に冷却し、平坦で均質な鋼板を製造することができる鋼板の製造設備および鋼板の製造方法を提供することを目的とする。　熱間圧延機、第一の形状矯正装置、加速冷却装置がこの順序で配置され、加速冷却装置は水切りロールを備え、水切りロールは鋼板を上下に拘束し、鋼板を拘束するための押し付け荷重Ｐを制御する制御機構を有する鋼板の製造設備。

Description

鋼板の製造設備および鋼板の製造方法
　本発明は、熱間圧延された高温の鋼板をオンラインで冷却して高品質の製品を得る鋼板の製造設備および鋼板の製造方法であって、特に平坦度に優れた鋼板を製造する鋼板の製造設備および鋼板の製造方法に関するものである。
　近年、特に厚鋼板では、オンラインにて、低温域で圧延を実施する制御圧延や圧延後の鋼板を冷却する加速冷却が実施されており、製品の高品質化に伴って、高精度の温度制御、特に冷却停止温度制御の高精度化が重要となっている。
　一般に、熱間圧延された鋼板は、圧延直後の鋼板の温度分布や形状、又は表面状態の相違に起因して、冷却中に冷却むらが生じやすい。特に板厚が比較的厚い厚鋼板で発生する冷却むらは、冷却装置の性能にも起因して発生しやすく、厚鋼板に冷却むらが発生すると、厚鋼板の変形や、残留応力、材質のバラツキ等が発生する。そのような点から、均一な冷却が可能な冷却装置が種々開発されているものの、冷却装置のみの改善で、特に冷却後の鋼板の平坦化は完全には至っていない。冷却後の鋼板の形状不良は、製造ラインの通板障害など、操業上のトラブルや後工程でのプレスや矯正機による精整処理を要するのでコスト高ともなる。
　鋼板の冷却むらは、上下面の温度偏差や幅方向の温度均一性など冷却ノズルの特性に起因したものと、冷却前の鋼板形状に起因したものがある。
　ここで、上下面の温度偏差や幅方向の均一性など冷却ノズルに起因した冷却むらに関しては、過去から多くの技術が開示されている。一方、圧延時に発生した形状不良を起点に発生する冷却むらに関してはあまり多くないものの、以下の観点からいくつかの技術が開示されている。
　第１の方法としては、加速冷却装置の前で形状矯正を実施し、形状を平坦化して冷却時の均一な冷却を確保する手法である。特許文献１では、第一の形状矯正装置により、鋼板の形状を冷却装置における水切りロールで水切りが十分に行える程度の形状に矯正することが記載されている。また、特許文献２では、鋼板の復熱による冷却後の平坦不良を避けるために、形状矯正装置出側から冷却装置入り側までの距離を定めることが記載されている。
　第２の方法としては、水切りロールで拘束する方法である。水切りロールの目的としては、１)ロールで押すことで鋼板を平坦化する、２)冷却エリアに噴射される冷却水の外部への漏洩防止、の２つの機能がある。
　特許文献３は、個別に上下に昇降可能な水切りロールを備え、鋼板の形状に合わせてロールが上下移動する技術である。また、特許文献４は、水切りロールを所定の荷重以上で押し付けて、変形した鋼板を所定量まで平坦化することで、鋼板とロールの隙間を狭くして冷却水の堰き止め効果を確保する技術である。
特開２００２－１１５１５号公報 特開２００５－７４４８０号公報 特開昭５２－７３１１１号公報 特許第３３０４８１６号公報
　近年、オンラインにて、冷却装置の前に形状矯正装置を設置するといった特許文献１、２のような技術で操業する製造ラインが増えてきた。しかしながら、水切りロールを保有しない冷却装置で冷却した場合、特に鋼板の上面側において、冷却水噴射エリアから外部に漏洩した冷却水は鋼板上に長時間滞留してしまい、鋼板上面側の滞留水がある場所では過冷却が発生する。
　また、冷却装置に水切りロールを設置するといった特許文献３、４のような技術では、特に板厚が薄く(たとえば３０ｍｍ以下)、板幅が広い(たとえば３０００ｍｍ以上)といった板厚が薄めで形状不良が発生しやすい領域において、圧延に起因した形状不良が発生しやすい。このため、冷却装置の前に形状矯正装置が無い場合は、適切に水切りロールを鋼板に接触させて冷却水をせきとめることが難しく、鋼板上面側において冷却水噴射エリアから外部へ冷却水が漏洩することで過冷却が発生して、温度偏差を起因とした形状不良が発生してしまう。
　そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高温の鋼板をオンライン冷却により均一に冷却し、平坦で均質な鋼板を製造することができる鋼板の製造設備および鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは鋭意検討した結果、第一の形状矯正装置で好ましくは所定の急峻度以下まで鋼板の形状を平坦化し、次いで加速冷却装置における水切りロールで適切に鋼板を拘束することで、平坦度の高い鋼板の製造が可能になること見出した。
　本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］熱間圧延機、第一の形状矯正装置、加速冷却装置がこの順序で配置され、
加速冷却装置は水切りロールを備え、水切りロールは鋼板を上下に拘束し、鋼板を拘束するための押し付け荷重Ｐを制御する制御機構を有する鋼板の製造設備。
［２］押し付け荷重Ｐは、下記式（１）を満たす［１］に記載の鋼板の製造設備。
Ｐ≦３７×（（Ｌ－Ｗ）×Ｗ２／（Ｄ４－ｄ４））－１．２５・・・（１）
なお、
Ｐ：押し付け荷重（ｔｏｎ）
Ｌ：ロール胴長（ｍｍ）
Ｗ：板幅（ｍｍ）
Ｄ：ロール外径（ｍｍ）
ｄ：ロール内径（ｍｍ）
である。
［３］加速冷却装置に次いで、第二の形状矯正装置が配置される［１］または［２］に記載の鋼板の製造設備。
[４]第一の形状矯正装置および／または第二の形状矯正装置は、ローラーレベラーである［１］～［３］のいずれかに記載の鋼板の製造設備。
[５]第一の形状矯正装置は、鋼板の急峻度を２．０％未満に矯正する［１］～［４］のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
［６］熱間圧延機、第一の形状矯正装置、加速冷却装置がこの順序で配置され、鋼板を熱間圧延機で圧延した後、第一の形状矯正装置で鋼板の形状を矯正し、次いで加速冷却装置では、水切りロールにて所定の押し付け荷重Ｐで鋼板を上下に拘束しつつ、鋼板を冷却する鋼板の製造方法。
［７］押し付け荷重Ｐは、下記式（１）を満たす［６］に記載の鋼板の製造方法。
Ｐ≦３７×（（Ｌ－Ｗ）×Ｗ２／（Ｄ４－ｄ４））－１．２５・・・（１）
なお、
Ｐ：押し付け荷重（ｔｏｎ）
Ｌ：ロール胴長（ｍｍ）
Ｗ：板幅（ｍｍ）
Ｄ：ロール外径（ｍｍ）
ｄ：ロール内径（ｍｍ）
である。
［８］加速冷却装置に次いで、第二の形状矯正装置が配置され、第二の形状矯正装置で鋼板の形状をさらに矯正する［６］または［７］に記載の鋼板の製造方法。
［９］第一の形状矯正装置および／または第二の形状矯正装置は、ローラーレベラーである［６］～［８］のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
［１０］第一の形状矯正装置では、鋼板の急峻度を２．０％未満に矯正する［６］～［９］のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
　本発明によれば、高温の鋼板をオンライン冷却により均一に冷却し、平坦で均質な鋼板を製造することができる。
図１は、本発明の鋼板の製造設備の構成を示す模式図である。 図２は、第一の形状矯正装置および加速冷却装置に鋼板が流れる様子を示す模式図である。 図３は、鋼板と水切りロールの隙間の状態を示す模式図であり、（ａ）は水切りロールの押し付け荷重が不足している場合、（ｂ）は水切りロールの押し付け荷重が過大な場合、（ｃ）は水切りロールの押し付け荷重が適正な場合である。 図４は、押し付け荷重と水切りロールの撓みとの関係を示すグラフである。 図５は、急峻度λの定義を説明する図である。 図６は、冷却水の漏洩の有無における、急峻度と押し付け荷重との関係を示すグラフであり、ロール径が４００Φのグラフである。 図７は、水切りロールの押し付け荷重のモデルを示す図である。 図８は、水切りロールからの冷却水の漏洩の有無における、撓みパラメータと水切りロールの押し付け荷重との関係を示すグラフである。
　本発明の製造設備は、図１に示すとおり、熱間圧延機１、第一の形状矯正装置２、加速冷却装置３、第二の形状矯正装置４の順で配置される。鋼板５は、熱間圧延機１で圧延後、第一の形状矯正装置２で形状が矯正された後、加速冷却装置３で制御冷却され、必要に応じて第二の形状矯正装置４で形状が矯正される。なお、図中の矢印は鋼板の搬送方向である。
　図２は、第一の形状矯正装置２および加速冷却装置３に鋼板５が流れる様子を示す模式図である。熱間圧延機１にて圧延後の鋼板５は、耳波などの形状不良を持つことが多く、第一の形状矯正装置２により平坦化した後、加速冷却装置３で制御冷却される。加速冷却装置３は、鋼板５を上下から拘束する水切りロール３１、冷却水を噴射する冷却ノズル３２、水切りロール３１の押し付け荷重Ｐを制御する押し付け荷重制御機構３３から構成されており、冷却ノズル３２は、水切りロール３１間に設置されていればよい。
　図３は、鋼板５と水切りロール３１の隙間の状態を示す模式図である。鋼板の形状が悪い場合（たとえば、鋼板幅方向において下に凸形状）は、鋼板５は変形した状態で水切りロール３１に押し付けられる。そのため、たとえば押し付け荷重が不足すると、図３（ａ）のように、下に凸形状である鋼板５を平坦化することができず、鋼板５と水切りロール３１との間に隙間が発生する。一方、水切りロール３１の押し付け荷重が過大な場合は、水切りロール３１自体が撓んでしまい、やはり鋼板５と水切りロール３１との間に隙間が発生する（図３（ｂ））。一般に、耳波などの形状不良を水切りロールで押すことで平坦化するためには、数１００トン程度の押し付け荷重が必要であることが分かっている。図４は、ロール径３００ｍｍ（中実ロール）、胴長６ｍの水切りロールを、板幅４０００ｍｍの鋼板に押し付けたときの、押し付け荷重と水切りロールの撓みとの関係を示すグラフである。撓みは隙間ゲージで測定した。水切りロールで適切に水をせき止めるには少なくとも１ｍｍ以下程度の隙間が必要だと推定されるが、押し付け荷重が数１０ｔｏｎを超えたところで、水切りロールの撓みは１ｍｍを超え、１００ｔｏｎ程度の荷重をかけた場合は約６ｍｍの隙間が発生してしまい、もはや水切りロールとしての機能を発揮することができない。
　そのため、図３（ｃ）のように、鋼板５と水切りロール３１との隙間を適正とするためには、鋼板の初期形状を平坦化すると共に、水切りロール３１の押し付け荷重をある一定値以下に制限し、かつ鋼板通過中は一定の押し付け荷重を維持することが必要になると考えられる。
　次に、図１および２に示す製造設備を用いて、第一の形状矯正装置２の矯正条件（押し込み量）を変更することで様々な形状の鋼板を加速冷却装置３に通板させて、冷却水の漏洩状態を確認した。なお、鋼板は板厚３０ｍｍ、板幅３５００ｍｍ、温度は８５０℃である。第一の形状矯正装置２通過後の鋼板形状は、図５および下記式（２）に示す定義で表される急峻度λ（％）を用いて定量化し、第一の形状矯正装置２の押し込み量で適宜制御した。また、下記式（２）におけるδ／ｐの値は、長手方向の耳波形状全体の平均値とする。
λ＝（δ／ｐ）×１００・・・（２）
ただし、式（２）において、
λ：急峻度（％）
δ：波高さ（ｍｍ）
ｐ：波ピッチ（ｍｍ）
である。
　また、加速冷却装置３における水切りロール３１は胴長６０００ｍｍとし、ロール径としては一般的な加速冷却装置の水切りロールに使用される、直径３００Φおよび４００Φの中実ロールをそれぞれ用いた。
　図６は、冷却水の漏えいの有無における、急峻度と押し付け荷重との関係を示すグラフであり、ロール径が４００Φのグラフである。図６において、○は鋼板とロールの間から水が漏えいしなかったもの、×は鋼板とロールの間から水が漏えいしたものである。なお、冷却水の漏えいについては目視で確認した。
　図６の結果から、水切りロール３１の押し付け荷重を大きくしすぎると冷却水の漏洩が発生し、また、小さくしすぎてもやはり冷却水の漏洩が発生するため、適切な押し付け荷重が必要である。また、鋼板５の急峻度は、大きすぎると押し付け荷重を調整しても冷却水の漏洩を防止できないことが分かる。これは、押し付け荷重を過大にした場合、先に説明した水切りロール３１の撓みが発生し、図３（ｂ）のような状態になっていることが推察される。また、押し付け荷重が不足する場合は、鋼板５自体の変形を拘束することができず、図３（ａ）のような状態になっていると推察される。
　図６の結果から、加速冷却装置３に搬入される前の鋼板５をある程度平坦化する必要があるとともに、適切な押し付け荷重が必要であることがわかる。そこで次に、押し付け荷重を過大にするとロールが撓むという知見に基づいて、どの程度の押し付け荷重が好ましいかについて、調べた。
　材料力学の点から、図７に示すモデルにて水切りロール３１の撓みを考えると、以下の式で水切りロール３１の胴長方向中心部の撓み量δを計算することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Ｐ：押し付け荷重（ｔｏｎ）
Ｌ：水切りロールの胴長（ｍｍ）
Ｗ：板幅（ｍｍ）
Ｅ：水切りロールのヤング率（＝２１ｔｏｎ／ｍｍ２）
Ｉ：断面二次モーメント（ｍｍ４）
　なお、中空ロールの場合、断面二次モーメントＩは以下の式で記載できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Ｄ：水切りロール外径（ｍｍ）
ｄ：水切りロール内径（ｍｍ）
π：円周率
　また、中実ロールの場合は、上記式（４）の断面二次モーメントＩの式において、水切りロール３１の内径ｄを０とすればよい。上記式から、鋼板５の幅や水切りロール３１の寸法に起因する水切りロール３１の撓み量δは、以下のパラメータと比例関係にあると考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　以降、上記（５）式の右辺を撓みパラメータと称する。
　次に、水切りロール３１の堰き止め効果に対するロールの撓み影響を確認することを目的として、あらかじめ急峻度０．７５％の鋼板を数種類作っておき、加速冷却装置３に鋼板を搬送し、加速冷却装置３で冷却水を噴射しながら水切りロール３１の押し付け荷重を変化させて、冷却水の漏洩の有無を確認した。鋼板は板厚３０ｍｍ、板幅は２５００ｍｍ、３５００ｍｍ、５０００ｍｍ、水切りロールは中実ロール、中空ロールともに直径４００ｍｍ（なお、中空ロールの内径は３２ｍｍ、肉厚は４０ｍｍとした。）、ロール胴長６０００ｍｍとした。冷却水の漏洩の有無は目視で確認し、鋼板とロールの間から水が漏えいしたものを冷却水が漏洩している（×：不良）と判断した。
　図８は、水切りロール３１からの冷却水の漏洩の有無におよぼす、撓みパラメータと水切りロール３１の押し付け荷重の影響を示すグラフである。撓みパラメータが大きいほど低い押し付け荷重で冷却水の漏洩が発生することが分かる。図８から、冷却水の漏洩発生の限界を整理すると以下の関係があることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　すなわち、水切りロール３１の外径Ｄ、内径ｄ、胴長Ｌを決定した場合は、板幅Ｗに応じて押し付け荷重Ｐが下記式（１）を満たすことで、水切りロール３１の撓みを防止して良好な水切り性を確保することが可能となることがわかった。
Ｐ≦３７×（（Ｌ－Ｗ）×Ｗ２／（Ｄ４－ｄ４））－１．２５・・・（１）
なお、
Ｐ：押し付け荷重（ｔｏｎ）
Ｌ：ロール胴長（ｍｍ）
Ｗ：板幅（ｍｍ）
Ｄ：ロール外径（ｍｍ）
ｄ：ロール内径（ｍｍ）
である。
　なお、押し付け荷重Ｐの下限値については、ローラーレベラーにより強制された鋼板にわずかに残る歪を、水切りロールの押し付け力で最低限に水切り可能な程度に平坦化する点から、１．０ｔｏｎ以上とすることが好ましい。
　第一の形状矯正装置２については、圧下型のスキンパスレベラーでも、繰り返し曲げ型のローラーレベラーのいずれでも構わない。本発明では、鋼板５の先端部に発生した反りが発生した場合、加速冷却装置３の水切りロール３１に鋼板５が挿入されないリスクがある。そのため、鋼板５の先尾端部に発生する長手方向の反りに対する矯正能力が低いスキンパスレベラーに比べて矯正能力が高い、繰り返し曲げが可能なローラーレベラーによる矯正が好ましい。
　また、第一の形状矯正装置２で鋼板５を矯正する際、鋼板５の急峻度は２．０％未満に矯正することが好ましい。より好ましくは、１．０％未満である。
　また、加速冷却装置３において、鋼板幅方向の流量を完全に均一になるように管理することは難しい。このため、制御冷却時の温度むらでわずかな反りが発生する場合があるため、加速冷却装置３による制御冷却後に第二の形状矯正装置４で更に鋼板５を矯正することが好ましい。なお、第二の形状矯正装置４としては、繰り返し曲げが可能なローラーレベラーによる矯正が好ましい。
　水切りロール３１は中空構造でも中実構造でも構わない。なお、水切りロール３１の撓みを少なくする観点から、ロールの剛性を高めた方が良いため、中実構造（中実ロール）が好適である。さらに、中実構造とすることで水切りロール自体の自重により油圧など付加的な押し付け荷重を低減することも可能である。
　冷却ノズル３２としては、特に制限されず、例えば、複数の円管噴流ノズル、スリットノズル、フラットスプレー、角吹きスプレー、フルコーンスプレー、オーバルスプレーなど水単体を噴射するスプレーノズル、同形状の水と空気を混合したミストスプレーノズルを用いることができる。
　また、押し付け荷重制御機構３３は、バネなどのスプリング型や、空圧や油圧のような、一定の押し付け圧力を付与可能なもののいずれでも構わないが、本発明では水切りロール３１が撓まない程度の押し付け荷重を維持することが重要となる。このため、一定の押し付け力が維持できる制御機構が好ましい。ただし、スプリング型の場合は鋼板５の形状に応じてスプリング（バネ）の押し込み量が変化し、その結果、押し付け荷重も大きく変化することから、スプリング型の制御機構の場合は、第一の形状矯正装置２による鋼板の形状矯正において、鋼板の急峻度を低く抑えておく（好ましくは１．０％未満）必要がある。したがって、一定の押し付け荷重が期待できる油圧や空圧を用いた制御機構が好適である。
　なお、本発明は、板厚３０ｍｍ以下および／または板幅３０００ｍｍ以上の鋼板に適用することが好ましく、圧延に起因した形状不良の発生を抑制することができる。
　図１に示す製造設備を用いて鋼板を製造した。熱延圧延機１で板厚２５ｍｍ、板幅３５００ｍｍの鋼板５を製造し、次いで、第一の形状矯正装置２で鋼板５の形状を所定の急峻度に矯正し、加速冷却装置３に搬送した。なお、鋼板５の急峻度は、第一の形状矯正装置２の圧下設定を調整することで、制御した。また、必要に応じて第二の形状矯正装置４による矯正を行い、第二の形状矯正装置４による矯正後に歪が生じた場合は、冷間矯正機で再矯正を行った。
　加速冷却装置３としては、図２に示すように水切りロール３１の間に冷却ノズル３２が配置されるとともに、押し付け荷重制御機構３３を備えたユニットを１機として、鋼板５の進行方向に１０機配置させたものを用いた。押し付け荷重制御機構３３は空圧式とした。また、水切りロール３１は胴長６０００ｍｍ、ロール外径４００ｍｍ、ロール内径３２０ｍｍの中空ロールとした。
　まず、第一の実施例として、鋼板５の急峻度および水切りロール３１の押し付け荷重Ｐと冷却後の鋼板の温度分布及びその後の形状との関係について、調査した（発明例１～２および比較例２～４）。
　制御冷却後、鋼板幅方向の温度偏差を確認し、所定の材質を得る観点から、鋼板幅方向の温度偏差が２５℃以内を合格とした。温度偏差が２５℃を超えた材料について、再度冷間矯正機で所定の製品仕様を満足する程度の再矯正を実施した。
　結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　発明例１～２は、水切りロール３１の押し付け荷重を本発明の式（１）で表される押し付け荷重Ｐ（１５．３ｔｏｎ）以下である１０ｔｏｎに設定した例である。発明例１、２は、急峻度がそれぞれ０．７５％、１．５％であり、幅方向の温度偏差はそれぞれ１２℃、２２℃と合格範囲内となった。また、第二の形状矯正装置４による矯正後も鋼板は平坦であり、再矯正は不要であった。更に機械試験では引張強度のバラツキもなくは良好であった。なお発明例１と２を比較すると、鋼板の急峻度が小さい発明例１の方が温度偏差はさらに改善されている。
　比較例２～４は、水切りロール３１の押し付け荷重を本発明の式（１）で表される押し付け荷重Ｐ（１５．３ｔｏｎ）よりも大きく３０ｔｏｎに設定した例である。この場合は、鋼板５の急峻度にかかわらず、板幅方向に大きな温度偏差（５８～７２℃）が発生していた。実施中の観察では鋼板上の特に幅方向中央部に大量の滞留水が観察され、水切りロール３１で冷却水をせきとめることができなかったと推察される。また、幅方向中央部に滞留水があり、大きな温度偏差が発生したと思われる。さらに比較例２～４の鋼板は第二の形状矯正装置４で矯正した後に大きな歪が発生したため、再度冷間矯正機で再矯正が必要となり、追加の製造コストが発生してしまった。更に、比較例２～４の鋼板の機械試験を行ったところ、引張強度が大きくばらついていた。
　次に、第二の実施例として、第一の形状矯正装置２により加速冷却前の鋼板５を平坦化して急峻度０．７５％とし、次いで加速冷却装置３で制御冷却した際の、鋼板の板幅および水切りロール３１の押し付け荷重と、冷却後の鋼板の温度分布及びその後の形状について、調査した（発明例３～４及び比較例５～６）。
　板厚は３０ｍｍとし、板幅は２０００ｍｍと５０００ｍｍの場合で実施した。なお、幅方向の温度偏差は第一の実施例と同じく板幅方向に２５℃以内とすることを目標とした。なお、第一の実施例と同様に、温度偏差が２５℃を超えた材料について、再度冷間矯正機で再矯正した。
　結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　発明例３は、水切りロール３１の押し付け荷重を本発明の式（１）で表される押し付け荷重Ｐ（３４．５ｔｏｎ）よりも低く３０ｔｏｎに設定した場合である。発明例３では幅方向の温度偏差は１８℃と小さく、合格範囲内であり、第二の形状矯正装置４による矯正は不要であった。また、実施中の観察でも発明例３では滞留水はなかった。一方、比較例５は、発明例３と同一幅として、水切りロールの押し付け荷重を本発明の式（１）で表される押し付け荷重Ｐ（３４．５ｔｏｎ）よりも大きく５０ｔｏｎにした例である。比較例５は、板幅方向に大きな温度偏差（１００℃）が発生していた。鋼板上の特に幅方向中央部に大量の滞留水が観察されたため、水切りロール３１で冷却水をせきとめることができなかったと推察される。また、先の比較例と同じく、比較例５の鋼板は第二の形状矯正装置４で矯正した後に大きな歪が発生したため、冷間矯正機で再矯正が必要となり、追加の製造コストが発生してしまった。更に機械試験では引張強度が大きくばらついていた。
　発明例４は、水切りロール３１の押し付け荷重を本発明の式（１）で表される押し付け荷重Ｐ（１９．７ｔｏｎ）よりも低く１５ｔｏｎに設定した場合である。発明例４は、幅方向の温度分布が１０℃と良好であり、第二の形状矯正装置４で矯正した後も鋼板形状は平坦であった。一方、比較例６では温度偏差が１００℃となり、大きな過冷却が発生していた。比較例６では鋼板上の特に幅方向中央部に大量の滞留水が観察され、水切りロール３１で冷却水をせきとめることができなかったと推察される。また、先の比較例と同じく、比較例６の鋼板は第二の形状矯正装置４で矯正後に大きな歪が発生したため、冷間矯正機で再矯正が必要となり、追加の製造コストが発生してしまった。更に機械試験では引張強度が大きくばらついていた。
　以上より、鋼板の形状を平坦化するのと同時に、水切りロールで所定の押し付け荷重にて鋼板を拘束することで鋼板の温度分布を均一化し、平坦度に優れた鋼板を得られること、また、板幅によって適宜押し付け荷重を変化させることで鋼板の温度分布を均一化し、平坦度に優れた鋼板を製造することが可能であることが分かる。
　１　　熱間圧延機
　２　　第一の形状矯正装置
　３　　加速冷却装置
　３１　水切りロール
　３２　冷却ノズル
　３３　押し付け荷重制御機構
　４　　第二の形状矯正装置
　５　　鋼板
　Ｗ　　板幅
　Ｌ　　ロール胴長
　Ｐ　　押し付け荷重
　δ　　波高さ
　ｐ　　波ピッチ

Claims (10)

  1. 　熱間圧延機、第一の形状矯正装置、加速冷却装置がこの順序で配置され、
    加速冷却装置は水切りロールを備え、水切りロールは鋼板を上下に拘束し、鋼板を拘束するための押し付け荷重Ｐを制御する制御機構を有する鋼板の製造設備。
  2. 　押し付け荷重Ｐは、下記式（１）を満たす請求項１に記載の鋼板の製造設備。
    Ｐ≦３７×（（Ｌ－Ｗ）×Ｗ２／（Ｄ４－ｄ４））－１．２５・・・（１）
    なお、
    Ｐ：押し付け荷重（ｔｏｎ）
    Ｌ：ロール胴長（ｍｍ）
    Ｗ：板幅（ｍｍ）
    Ｄ：ロール外径（ｍｍ）
    ｄ：ロール内径（ｍｍ）
    である。
  3. 　加速冷却装置に次いで、第二の形状矯正装置が配置される請求項１または２に記載の鋼板の製造設備。
  4. 　第一の形状矯正装置および／または第二の形状矯正装置は、ローラーレベラーである請求項１～３のいずれかに記載の鋼板の製造設備。
  5. 　第一の形状矯正装置は、鋼板の急峻度を２．０％未満に矯正する請求項１～４のいずれかに記載の鋼板の製造設備。
  6. 　熱間圧延機、第一の形状矯正装置、加速冷却装置がこの順序で配置され、
    鋼板を熱間圧延機で圧延した後、第一の形状矯正装置で鋼板の形状を矯正し、次いで加速冷却装置では、水切りロールにて所定の押し付け荷重Ｐで鋼板を上下に拘束しつつ、鋼板を冷却する鋼板の製造方法。
  7. 　押し付け荷重Ｐは、下記式（１）を満たす請求項６に記載の鋼板の製造方法。
    Ｐ≦３７×（（Ｌ－Ｗ）×Ｗ２／（Ｄ４－ｄ４））－１．２５・・・（１）
    なお、
    Ｐ：押し付け荷重（ｔｏｎ）
    Ｌ：ロール胴長（ｍｍ）
    Ｗ：板幅（ｍｍ）
    Ｄ：ロール外径（ｍｍ）
    ｄ：ロール内径（ｍｍ）
    である。
  8. 　加速冷却装置に次いで、第二の形状矯正装置が配置され、第二の形状矯正装置で鋼板の形状をさらに矯正する請求項６または７に記載の鋼板の製造方法。
  9. 　第一の形状矯正装置および／または第二の形状矯正装置は、ローラーレベラーである請求項６～８のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
  10. 　第一の形状矯正装置では、鋼板の急峻度を２．０％未満に矯正する請求項６～９のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
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