鋼板の製造方法および鋼板の製造設備
【課題】 加熱および圧延の能率を阻害することなく、種々の厚鋼板において表面疵の発生を防止することができる鋼板の製造方法およびその製造設備を提供すること。
【解決手段】 鋼板の製造方法は、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉４に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより鋼板を製造する方法であって、加熱炉４の入側に冷却装置２を設置し、前記冷却装置２によりスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させてから前記加熱炉４に装入する。
【解決手段】 鋼板の製造方法は、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉４に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより鋼板を製造する方法であって、加熱炉４の入側に冷却装置２を設置し、前記冷却装置２によりスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させてから前記加熱炉４に装入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造する鋼板の製造方法および製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年エネルギー原単位低減を目的として、連続鋳造されたスラブを室温まで冷却せずに高温のまま加熱炉へ装入して圧延するホットチャージ圧延（ＨＣＲ）が広く採用されている。熱効率の観点からは、スラブ温度はより高温が望ましいため、オーステナイト温度域から加熱炉へ装入して圧延するγ−ＨＣＲも行われている。
【０００３】
このγ−ＨＣＲでは、冷却時にスラブ表層がオーステナイト（γ）からフェライト（α）に変態しないため、γ→α変態、および、再加熱時のα→γ逆変態に起因する組織の微細化が達成されず、粗大γ組織に起因した表面疵が発生しやすい。特に、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ等のＡｒ３変態点を低下させる合金元素を含有するスラブにおいて顕著である。
【０００４】
このＨＣＲにおける表面疵対策として、鋳造後のスラブを所定時間放置し、その温度を一定温度まで冷却してスラブ表面をフェライト変態させる方法があるが、このような技術では一般にスラブの表面温度を測定してこれが一定温度になるまで冷却しているため、所望の組織が得られるか否かは不明である。また、鋼成分により変態温度は異なるため必要な冷却温度は一定ではない。このためフェライト変態を完全に行わせるために過度の冷却を行わざるを得ず、スラブ温度が低下しＨＣＲの省エネルギー効果が低減してしまうという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、いくつかの方法が提案されている。特許文献１では、鋳造後のスラブに歪みが残留するように加工を施し、その後加工歪みにより再結晶が生じる温度以上、かつ、再結晶後の粒成長により粒が粗大化する温度以下で加熱する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献２では、圧延条件を制御することにより表面疵の発生を防止する技術が開示されている。すなわち、全圧下比１．３以下までの圧延はＡｒ３変態点以上の高温側で圧延し、全圧下比が１．３を超える部分ではスラブ表面温度をＡｒ３＋５０℃〜Ａｒ３−１００℃で熱間圧延することにより表面疵の発生を防止している。
【０００７】
また、ＨＣＲにおける低温靱性の改善を目的として、結晶粒径を微細化する工夫もなされている。特許文献３では、スラブ表面温度３００℃以上、Ａｒ３−１００℃以下で加熱炉に装入し、圧下比３以上の圧延を行って鋼板表面温度Ａｒ３−１００℃以上９５０℃以下で圧延を終了する技術が提案されている。
【０００８】
特許文献４では、スラブのγ→α変態量を検出し、検出値が設定値に達したときにスラブを加熱炉に装入することにより、組織の微細化を図り低温靱性を向上させる技術が提案されている。この技術は、従来スラブ表面温度で管理されていた加熱炉装入条件を、変態量検出装置によって直接測定されるスラブ内部のフェライト変態率で制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３０６４５８号公報
【特許文献２】特開昭６２−３４６０２号公報
【特許文献３】特開平７−３３１３２９号公報
【特許文献４】特開昭６３−３１７２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、連続鋳造後のスラブに歪みが残留するように加工を施すことが可能な設備が必要であり現実的ではない。また、加熱条件の制約があるため操業上能率低下を生じてしまうという問題がある。
【００１１】
また、上記特許文献２の方法は、圧延条件を規制する技術であり、鋼板サイズや要求される材質特性の異なる厚鋼板へ広く適用することはできないという問題がある。
【００１２】
さらに、上記特許文献３の方法は、加熱炉装入温度と圧延条件を規定するため、上記特許文献２の方法と同様に、種々の厚鋼板へ適用することは不可能であるとともに、加熱、圧延能率を阻害するという問題がある。
【００１３】
一方、スラブのγ→α変態量を変態量検出装置により検出する特許文献４は、所望の組織を得るのに有効な手段である。しかし、検出値が所定値になるまでその位置でスラブを待機させる必要があり、加熱炉装入の作業効率が大幅に低下してしまう。また、靱性向上のためにはスラブ厚の中心部まで所定量変態していることが必要であるが、このように変態させる場合、スラブ全体の温度低下が避けられず省エネルギー効果が低減するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造するに際し、加熱および圧延の能率を阻害することなくエネルギーロスを最小限にしつつ、表面疵の発生を防止することができる鋼板の製造方法およびその製造設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造する方法であって、加熱炉の入側に冷却装置を設置し、前記冷却装置によりスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させてから前記加熱炉に装入することを特徴とする鋼板の製造方法を提供する。
【００１６】
また、本発明の第２の観点では、連続鋳造されたスラブが装入される加熱炉と、前記加熱炉から搬出されたスラブを圧延する圧延機とを具備し、連続鋳造されたスラブを高温状態のまま圧延するホットチャージプロセスを行う厚鋼板の製造設備であって、前記加熱炉の入側に設けられ、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させる冷却装置をさらに具備することを特徴とする鋼板の製造設備を提供する。
【００１７】
上記本発明の第１および第２の観点によれば、連続鋳造後のスラブ表面を強制冷却することによって、スラブ表面を積極的にフェライト変態させ、これによりスラブ表面の組織微細化を促進するので、加熱および圧延の能率を阻害することなくエネルギーロスを最小限にしつつ、種々の厚鋼板において粗大γ組織に起因した表面疵の発生を防止することができる。
【００１８】
上記本発明の第１および第２の観点においては、スラブの幅方向中央部のみを強制冷却するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスによる厚鋼板の製造において、加熱および圧延の能率を阻害することなくエネルギーロスを最小限にして、厚鋼板の表面疵を防止することが可能となり、工業上有用な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図。
【図３】鋼板の表面疵発生状況を調査した結果を示すグラフ。
【図４】表面をフェライト変態させたスラブのフェライト変態厚さを幅方向の複数箇所で測定し、横軸にスラブ幅方向位置をとり、縦軸にフェライト変態厚さをとってフェライト変態厚さの分布を示したグラフ。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図である。
図１に示すように、この鋼板の製造設備は、図示しない連続鋳造機で製造されたスラブが搬送されるスラブ搬送ライン１と、このスラブ搬送ライン１上に設けられ、スラブを強制冷却する冷却装置２と、この冷却装置２の出側に設けられ、冷却されたスラブ表面の温度を測定する温度計３と、温度計３で温度を測定した後のスラブがスラブ搬送ライン１から装入される加熱炉４と、この加熱炉４の出側に設けられ、スラブを圧延して鋼板とする圧延ライン５とを有している。このうちスラブ搬送ライン１と、加熱炉４と、圧延ライン５とは、通常の鋼板の製造設備と同様のものを用いることができ、既存の設備を用いても構わない。また、冷却装置２としては、スラブの上下面を冷却可能なものであれば特に限定されるものではなく、スプレーノズル等を備えた水冷式の通常のものを用いることができる。温度計３もスラブ表面の温度測定に用いる通常のものを用いればよい。
【００２２】
上記の製造設備を用いて鋼板を製造する際には、まず、連続鋳造されたスラブをスラブ搬送ライン１上で搬送して冷却装置２に搬入し、例えば冷却装置２のスプレーノズルを用いて所定水量で所定時間冷却することにより、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させる。次に、温度計３でスラブ表面の温度を確認し、スラブ搬送ライン１から加熱炉４に装入し、スラブを加熱した後、スラブを圧延ライン５に搬入して圧延することにより鋼板を製造する。
【００２３】
このようなプロセスでは、冷却装置２でスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させることにより、スラブ表面の組織を微細化することができるので、スラブ表面の粗大γ組織に起因した表面疵の発生を防止することができる。また、強制冷却することによりスラブ表面は温度低下するが、一般にスラブ厚は２００ｍｍ以上と厚いため、板厚中心部からの復熱によりスラブ全体の温度は高温に保持されたままであり、冷却によるエネルギーロスは僅かである。さらに、加熱炉４に装入後の加熱条件、圧延条件はいすれも鋼種、要求寸法、要求材質に応じて適宜決定すればよく、制約は不要であり、これらの能率を阻害することなくどのような種類のスラブにも適用することが可能である。
【００２４】
また、従来のホットチャージプロセスにおいて、表面疵が発生しやすいのはスラブの幅方向中央部である１／４ｗ〜３／４ｗ（ｗはスラブの幅を示す。）付近であることが経験的に知られている。したがって、冷却装置２でスラブの幅方向中央部のみを冷却して、表面疵が発生しやすい部分のみをフェライト変態させてもよい。これによりスラブの温度低下を極力少なくして表面疵の発生を有効に防止することが可能となる。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図である。図２に示すように、この鋼板の製造設備は、上記第１の実施形態に係る鋼板の製造設備と同様の構成に加えて、冷却装置２と加熱炉４との間に、スラブ板厚方向のフェライト変態厚さを測定する変態率計６を有しており、この変態率計６により冷却装置２で強制冷却されたスラブのフェライト変態厚さが測定可能になっている。また、変態率計６から出力された測定結果が入力され、その値に応じて冷却装置２の冷却条件を制御可能な制御手段７が設けられている。なお、この制御手段７は、スラブの鋼種（Ａｒ３変態点）、圧延ライン５の圧下比等も入力可能に構成されており、入力されたこれらのデータによっても冷却装置２の冷却条件を制御可能である。
【００２６】
この変態率計６としては、本出願人が特願２０００−０１１１２２において提案したもの、具体的には、スラブに直流磁場を印加して回転磁化領域の磁化状態に磁化する直流磁化手段と、スラブの磁化部分について交流磁場を用いて電磁気的特性の測定を行う検出手段と、前記検出手段の測定した電磁気的特性値からスラブ表面のフェライト変態厚さを求める変態測定手段とを有するものを用いることができる。このような変態率計６によれば、鋼種、加工履歴、熱履歴等の影響を受けずにスラブのフェライト変態厚さを測定することができ、また、スラブ板厚方向の広い範囲でフェライト変態厚さを測定することが可能である。
【００２７】
上記製造設備を用いて鋼板を製造する際には、まず、上記第１の実施形態と同様に、スラブをスラブ搬送ライン１上で搬送して冷却装置２に搬入し、スラブを強制冷却する。次いで、スラブを変態率計６に搬入してスラブ板厚方向のフェライト変態厚さを測定し、測定されたフェライト変態厚さが所定値以上の場合にはスラブを加熱炉４に装入してスラブを加熱した後、スラブを圧延ライン５に搬入して圧延することにより鋼板を製造する。また、測定されたフェライト変態厚さが所定値未満の場合にはスラブを再度冷却装置２に搬入して強制冷却し、変態率計６で再度フェライト変態厚さを測定してフェライト変態厚さが所定値以上であることを確認した後、前記同様に加熱炉４に装入して加熱し、圧延ライン５に搬入して圧延する。この場合に、搬送が錯綜するときにはスラブを再度冷却装置２に搬入する代わりに、そのまま空冷により冷却するようにしてもよい。
【００２８】
このようなプロセスでは、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させた後に変態率計６でフェライト変態厚さを測定し、測定されたフェライト変態厚さが所定値以上場合にスラブを加熱炉４に装入するので、スラブ表面の所定厚さを確実にフェライト変態させることができ、スラブ表面の粗大γ組織に起因した表面疵の発生をより確実に防止することができる。また、強制冷却後のフェライト変態厚さを測定しながらスラブを強制冷却することができるので、スラブ表面の温度低下を抑制しつつ、十分なフェライト変態厚さとなるようにスラブを強制冷却することができ、これにより最小限のエネルギーロスで表面疵の発生を適切に防止することができる。さらに、本実施形態においても加熱炉４に装入後の加熱条件、圧延条件はいすれも鋼種、要求寸法、要求材質に応じて適宜決定すればよく、制約は不要であり、加熱や圧延の能率を阻害することなくどのような種類のスラブにも適用することが可能である。
【００２９】
表１に、本実施形態の製造設備を用い、スプレーノズルを備えた冷却装置２にスラブを搬入し、０．５ｍ３／ｍｉｎ・ｍ２の水量密度にて種々の冷却時間でスラブを強制冷却した後、変態率計６でフェライト変態厚さを測定し、温度計３で加熱炉４装入時のスラブ表面温度を測定した結果を示す。また、表１にはスラブを強制冷却せずに、空冷した場合のフェライト変態厚さおよびスラブ表面温度を併せて示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１より、スラブを強制冷却することでスラブ表面をフェライト変態させることができ、冷却時間とともにスラブ板厚方向のフェライト変態厚さが大きくなることがわかる。さらに、同じフェライト変態厚さでも強制冷却したスラブと空冷したスラブとでは加熱炉装入時のスラブ表面温度が異なり、強制冷却したスラブでは内部からの復熱により空冷したスラブよりも約１５０℃スラブ表面温度が高くなっており、エネルギー原単位低減の観点からも本発明が優れた効果を有していることがわかる。また、従来のスラブ表面温度測定では、同じ温度でも鋼種によりＡｒ３変態点が相違するためフェライト変態厚さは異なっており、フェライト変態厚さを正確に把握することは困難であったが、本実施形態においては、上記のように変態率計６を用いることにより、フェライト変態厚さを直接的かつ正確に測定することが可能である。
【００３２】
また、従来のようにスラブを空冷してスラブ表面をフェライト変態させる場合、フェライト変態が開始するまで長時間の空冷が必要であり、スラブ製造から加熱炉装入までのリードタイムが長くなるため、工程上の制約が生じる。これに対して、本発明においては強制冷却することにより短時間でスラブ表面をフェライト変態させることが可能であり、リードタイムの短縮による製造能率の向上も達成することができる。
【００３３】
図３は、本実施形態の製造設備を用い、冷却装置２でスラブ表面を種々の条件で冷却し、スラブ表面の板厚方向のフェライト変態厚さを変態率計６で測定した後、加熱炉４に装入してスラブを加熱し、熱間圧延ライン５で熱間圧延した鋼板の表面疵発生状況を調査した結果を示すグラフである。この調査では、Ｎｂ、Ｖが添加された２５０ｍｍ厚のスラブを用い、加熱炉４の加熱温度は一律１１５０℃とし、圧延ライン５の圧下比を２〜１０の範囲で変化させた。図３には横軸に圧延ライン５の圧下比をとり縦軸に変態率計６で測定されたフェライト変態厚さをとって、疵無しの場合を○、疵有りの場合を×で示す。
【００３４】
図３に示すように、圧下比が５以上の場合にはフェライト変態厚さが１２．５ｍｍ以上、すなわちスラブ厚の５％以上であれば表面疵が発生しない。また、圧下比が５％未満の場合にはフェライト変態厚さが２５ｍｍ以上、すなわちスラブ厚の１０％以上であれば表面疵が発生しない。このように、圧下比により表面疵の発生状況は異なっており、圧下比に応じてスラブ表面のフェライト変態厚さを制御することが好ましい。具体的には、圧延ライン５の圧下比に応じて、所定のフェライト変態厚さが得られるように、冷却装置２の冷却条件、例えばスプレーノズルを用いる場合にはその水量密度あるいは水冷時間を制御手段７により制御してスラブを冷却する。
【００３５】
本実施形態においては、変態率計６で測定されたスラブのフェライト変態厚さに応じて、それ以降のスラブの冷却条件（冷却時間、冷却水量、冷却部位等）を制御手段７により制御するようにしてもよい。このようにフェライト変態厚さの実測値に応じてスラブの冷却条件を制御することによって、より適切にフェライト変態厚さを調節することができる。
【００３６】
また、上述したように、表面疵が出やすいのは経験的に１／４ｗ〜３／４ｗ付近の幅方向中央部であるから、変態率計６による測定をその部分のみで行うようにしてもよいし、上記実施形態と同様に冷却装置２でスラブの幅方向中央部のみを冷却するようにしてもよい。
【００３７】
図４は、表面をフェライト変態させたスラブのフェライト変態厚さを幅方向の複数箇所で測定し、横軸にスラブ幅方向位置をとり、縦軸にフェライト変態厚さをとってフェライト変態厚さの分布を示したグラフである。図４に示すように、スラブの幅方向端部ではフェライト変態厚さが大きく、上述の表面疵が出やすいスラブ幅方向中央部の１／４ｗ〜３／４ｗ付近では実質的にフェライト変態が生じていないので、変態率計６をスラブ幅方向に複数個設けるか、あるいは変態率計６をスラブ幅方向に走査させて、スラブ幅方向のフェライト変態厚さの分布状況を把握するようにし、測定されたフェライト変態厚さが十分でない必要最小限の部分のみ（例えば、幅方向中央部のみ）で強制冷却を行うようにしてもよい。これにより、スラブのエネルギーロスを最低化することができる。
【００３８】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図である。図５に示すように、この鋼板の製造設備は、上記第２の実施形態に係る鋼板の製造設備と同様の構成に加えて、冷却装置２の入側にも変態率計６′が設けられており、この変態率計６′から出力された測定結果もまた制御手段７に入力されるようになっている。
【００３９】
この製造設備を用いて鋼板を製造する際には、まず、スラブをスラブ搬送ライン１上で搬送し、変態率計６′に搬入してフェライト変態厚さを測定した後、スラブを冷却装置２に搬入する。このとき、変態率計６′において測定されたフェライト変態厚さが所定値以上の場合にはスラブの強制冷却を行わず、フェライト変態厚さが所定値未満の場合にはスラブを強制冷却するように、制御手段７により冷却装置２を制御する。以下、上記第２の実施形態と同様に、変態率計６においてスラブ表面のフェライト変態厚さを測定し、スラブを加熱炉４に装入し、圧延ライン５で圧延して鋼板を得る。
【００４０】
このようなプロセスによれば、スラブをスラブ搬送ライン１上で搬送している間にスラブ表面の十分な厚さがフェライト変態している場合には、冷却装置２においてスラブを強制冷却せずに加熱炉４に装入するので、スラブが必要以上に冷却されることを防止してスラブのエネルギーロスを最低限にすることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、種々変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、いずれも冷却装置２、変態率計６をスラブ搬送ライン１上に設けた場合を示したがこれに限られるものではなく、クレーン等でスラブを搬送可能な位置に冷却装置２や変態率計６を設けてもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について説明する。
表２に示す化学成分を有するＮｂ−Ｖ系の鋼ＡおよびＣｕ−Ｎｉ系の鋼Ｂからなるスラブを連続鋳造により製造した。スラブ厚は鋼Ａでは３００ｍｍまたは２５０ｍｍとし、鋼Ｂでは２５０ｍｍとした。この連続鋳造されたスラブを図２に示した鋼板の製造設備のスラブ搬送ライン１に供給し、スプレーノズルを有する冷却装置２において表３に示す水量密度および水冷時間で強制冷却し、次いで変態率計６でスラブ表面のフェライト変態厚さを測定してからスラブを加熱炉４に装入して加熱した後、圧延ライン５に搬入して表３に示す圧延厚に圧延してＮｏ．１〜１０の鋼板を得た。また、冷却装置２で強制冷却する代わりに連続鋳造完了後約１０時間空冷し、その他は前記と同様の工程によりＮｏ．１１の鋼板を得た。表３にはまた、変態率計６で測定されたフェライト変態厚さと、加熱炉４装入時のスラブ表面温度と、圧延ライン５の圧下比と、加熱炉４の加熱温度と、鋼板における表面疵発生の有無とを併せて示す。
【００４３】
表３に示すように、冷却装置２で強制冷却したＮｏ．１〜１０の鋼板においては、加熱炉装入時のスラブ表面温度を大きく低下させることなく、スラブ表面の所定厚さをフェライト変態させることができていた。さらに、圧下比が５以上かつフェライト変態厚さがスラブ厚の５％以上を満足するか、圧下比が５未満かつフェライト変態厚さがスラブ厚の１０％以上を満足するＮｏ．１〜７の鋼板では、表面疵の発生を防止することができた。
【００４４】
これに対して、冷却装置２で強制的な冷却を行わずに空冷したＮｏ．１１の鋼板では、空冷でフェライト変態厚さをスラブ厚の１０％以上とすることにより表面疵の発生を防止することはできたが、スラブ表面温度は４５０℃まで低下しており、Ｎｏ．１〜１０の鋼板と比べるとスラブ表面温度が１５０℃以上低く、大きなエネルギーロスを生じていた。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【符号の説明】
【００４７】
１；スラブ搬送ライン
２；冷却装置
３；温度計
４；加熱炉
５；圧延ライン（圧延機）
６，６′；変態率計
７；制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造する鋼板の製造方法および製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年エネルギー原単位低減を目的として、連続鋳造されたスラブを室温まで冷却せずに高温のまま加熱炉へ装入して圧延するホットチャージ圧延（ＨＣＲ）が広く採用されている。熱効率の観点からは、スラブ温度はより高温が望ましいため、オーステナイト温度域から加熱炉へ装入して圧延するγ−ＨＣＲも行われている。
【０００３】
このγ−ＨＣＲでは、冷却時にスラブ表層がオーステナイト（γ）からフェライト（α）に変態しないため、γ→α変態、および、再加熱時のα→γ逆変態に起因する組織の微細化が達成されず、粗大γ組織に起因した表面疵が発生しやすい。特に、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ等のＡｒ３変態点を低下させる合金元素を含有するスラブにおいて顕著である。
【０００４】
このＨＣＲにおける表面疵対策として、鋳造後のスラブを所定時間放置し、その温度を一定温度まで冷却してスラブ表面をフェライト変態させる方法があるが、このような技術では一般にスラブの表面温度を測定してこれが一定温度になるまで冷却しているため、所望の組織が得られるか否かは不明である。また、鋼成分により変態温度は異なるため必要な冷却温度は一定ではない。このためフェライト変態を完全に行わせるために過度の冷却を行わざるを得ず、スラブ温度が低下しＨＣＲの省エネルギー効果が低減してしまうという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、いくつかの方法が提案されている。特許文献１では、鋳造後のスラブに歪みが残留するように加工を施し、その後加工歪みにより再結晶が生じる温度以上、かつ、再結晶後の粒成長により粒が粗大化する温度以下で加熱する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献２では、圧延条件を制御することにより表面疵の発生を防止する技術が開示されている。すなわち、全圧下比１．３以下までの圧延はＡｒ３変態点以上の高温側で圧延し、全圧下比が１．３を超える部分ではスラブ表面温度をＡｒ３＋５０℃〜Ａｒ３−１００℃で熱間圧延することにより表面疵の発生を防止している。
【０００７】
また、ＨＣＲにおける低温靱性の改善を目的として、結晶粒径を微細化する工夫もなされている。特許文献３では、スラブ表面温度３００℃以上、Ａｒ３−１００℃以下で加熱炉に装入し、圧下比３以上の圧延を行って鋼板表面温度Ａｒ３−１００℃以上９５０℃以下で圧延を終了する技術が提案されている。
【０００８】
特許文献４では、スラブのγ→α変態量を検出し、検出値が設定値に達したときにスラブを加熱炉に装入することにより、組織の微細化を図り低温靱性を向上させる技術が提案されている。この技術は、従来スラブ表面温度で管理されていた加熱炉装入条件を、変態量検出装置によって直接測定されるスラブ内部のフェライト変態率で制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３０６４５８号公報
【特許文献２】特開昭６２−３４６０２号公報
【特許文献３】特開平７−３３１３２９号公報
【特許文献４】特開昭６３−３１７２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、連続鋳造後のスラブに歪みが残留するように加工を施すことが可能な設備が必要であり現実的ではない。また、加熱条件の制約があるため操業上能率低下を生じてしまうという問題がある。
【００１１】
また、上記特許文献２の方法は、圧延条件を規制する技術であり、鋼板サイズや要求される材質特性の異なる厚鋼板へ広く適用することはできないという問題がある。
【００１２】
さらに、上記特許文献３の方法は、加熱炉装入温度と圧延条件を規定するため、上記特許文献２の方法と同様に、種々の厚鋼板へ適用することは不可能であるとともに、加熱、圧延能率を阻害するという問題がある。
【００１３】
一方、スラブのγ→α変態量を変態量検出装置により検出する特許文献４は、所望の組織を得るのに有効な手段である。しかし、検出値が所定値になるまでその位置でスラブを待機させる必要があり、加熱炉装入の作業効率が大幅に低下してしまう。また、靱性向上のためにはスラブ厚の中心部まで所定量変態していることが必要であるが、このように変態させる場合、スラブ全体の温度低下が避けられず省エネルギー効果が低減するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造するに際し、加熱および圧延の能率を阻害することなくエネルギーロスを最小限にしつつ、表面疵の発生を防止することができる鋼板の製造方法およびその製造設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造する方法であって、加熱炉の入側に冷却装置を設置し、前記冷却装置によりスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させてから前記加熱炉に装入することを特徴とする鋼板の製造方法を提供する。
【００１６】
また、本発明の第２の観点では、連続鋳造されたスラブが装入される加熱炉と、前記加熱炉から搬出されたスラブを圧延する圧延機とを具備し、連続鋳造されたスラブを高温状態のまま圧延するホットチャージプロセスを行う厚鋼板の製造設備であって、前記加熱炉の入側に設けられ、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させる冷却装置をさらに具備することを特徴とする鋼板の製造設備を提供する。
【００１７】
上記本発明の第１および第２の観点によれば、連続鋳造後のスラブ表面を強制冷却することによって、スラブ表面を積極的にフェライト変態させ、これによりスラブ表面の組織微細化を促進するので、加熱および圧延の能率を阻害することなくエネルギーロスを最小限にしつつ、種々の厚鋼板において粗大γ組織に起因した表面疵の発生を防止することができる。
【００１８】
上記本発明の第１および第２の観点においては、スラブの幅方向中央部のみを強制冷却するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスによる厚鋼板の製造において、加熱および圧延の能率を阻害することなくエネルギーロスを最小限にして、厚鋼板の表面疵を防止することが可能となり、工業上有用な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図。
【図３】鋼板の表面疵発生状況を調査した結果を示すグラフ。
【図４】表面をフェライト変態させたスラブのフェライト変態厚さを幅方向の複数箇所で測定し、横軸にスラブ幅方向位置をとり、縦軸にフェライト変態厚さをとってフェライト変態厚さの分布を示したグラフ。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図である。
図１に示すように、この鋼板の製造設備は、図示しない連続鋳造機で製造されたスラブが搬送されるスラブ搬送ライン１と、このスラブ搬送ライン１上に設けられ、スラブを強制冷却する冷却装置２と、この冷却装置２の出側に設けられ、冷却されたスラブ表面の温度を測定する温度計３と、温度計３で温度を測定した後のスラブがスラブ搬送ライン１から装入される加熱炉４と、この加熱炉４の出側に設けられ、スラブを圧延して鋼板とする圧延ライン５とを有している。このうちスラブ搬送ライン１と、加熱炉４と、圧延ライン５とは、通常の鋼板の製造設備と同様のものを用いることができ、既存の設備を用いても構わない。また、冷却装置２としては、スラブの上下面を冷却可能なものであれば特に限定されるものではなく、スプレーノズル等を備えた水冷式の通常のものを用いることができる。温度計３もスラブ表面の温度測定に用いる通常のものを用いればよい。
【００２２】
上記の製造設備を用いて鋼板を製造する際には、まず、連続鋳造されたスラブをスラブ搬送ライン１上で搬送して冷却装置２に搬入し、例えば冷却装置２のスプレーノズルを用いて所定水量で所定時間冷却することにより、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させる。次に、温度計３でスラブ表面の温度を確認し、スラブ搬送ライン１から加熱炉４に装入し、スラブを加熱した後、スラブを圧延ライン５に搬入して圧延することにより鋼板を製造する。
【００２３】
このようなプロセスでは、冷却装置２でスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させることにより、スラブ表面の組織を微細化することができるので、スラブ表面の粗大γ組織に起因した表面疵の発生を防止することができる。また、強制冷却することによりスラブ表面は温度低下するが、一般にスラブ厚は２００ｍｍ以上と厚いため、板厚中心部からの復熱によりスラブ全体の温度は高温に保持されたままであり、冷却によるエネルギーロスは僅かである。さらに、加熱炉４に装入後の加熱条件、圧延条件はいすれも鋼種、要求寸法、要求材質に応じて適宜決定すればよく、制約は不要であり、これらの能率を阻害することなくどのような種類のスラブにも適用することが可能である。
【００２４】
また、従来のホットチャージプロセスにおいて、表面疵が発生しやすいのはスラブの幅方向中央部である１／４ｗ〜３／４ｗ（ｗはスラブの幅を示す。）付近であることが経験的に知られている。したがって、冷却装置２でスラブの幅方向中央部のみを冷却して、表面疵が発生しやすい部分のみをフェライト変態させてもよい。これによりスラブの温度低下を極力少なくして表面疵の発生を有効に防止することが可能となる。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図である。図２に示すように、この鋼板の製造設備は、上記第１の実施形態に係る鋼板の製造設備と同様の構成に加えて、冷却装置２と加熱炉４との間に、スラブ板厚方向のフェライト変態厚さを測定する変態率計６を有しており、この変態率計６により冷却装置２で強制冷却されたスラブのフェライト変態厚さが測定可能になっている。また、変態率計６から出力された測定結果が入力され、その値に応じて冷却装置２の冷却条件を制御可能な制御手段７が設けられている。なお、この制御手段７は、スラブの鋼種（Ａｒ３変態点）、圧延ライン５の圧下比等も入力可能に構成されており、入力されたこれらのデータによっても冷却装置２の冷却条件を制御可能である。
【００２６】
この変態率計６としては、本出願人が特願２０００−０１１１２２において提案したもの、具体的には、スラブに直流磁場を印加して回転磁化領域の磁化状態に磁化する直流磁化手段と、スラブの磁化部分について交流磁場を用いて電磁気的特性の測定を行う検出手段と、前記検出手段の測定した電磁気的特性値からスラブ表面のフェライト変態厚さを求める変態測定手段とを有するものを用いることができる。このような変態率計６によれば、鋼種、加工履歴、熱履歴等の影響を受けずにスラブのフェライト変態厚さを測定することができ、また、スラブ板厚方向の広い範囲でフェライト変態厚さを測定することが可能である。
【００２７】
上記製造設備を用いて鋼板を製造する際には、まず、上記第１の実施形態と同様に、スラブをスラブ搬送ライン１上で搬送して冷却装置２に搬入し、スラブを強制冷却する。次いで、スラブを変態率計６に搬入してスラブ板厚方向のフェライト変態厚さを測定し、測定されたフェライト変態厚さが所定値以上の場合にはスラブを加熱炉４に装入してスラブを加熱した後、スラブを圧延ライン５に搬入して圧延することにより鋼板を製造する。また、測定されたフェライト変態厚さが所定値未満の場合にはスラブを再度冷却装置２に搬入して強制冷却し、変態率計６で再度フェライト変態厚さを測定してフェライト変態厚さが所定値以上であることを確認した後、前記同様に加熱炉４に装入して加熱し、圧延ライン５に搬入して圧延する。この場合に、搬送が錯綜するときにはスラブを再度冷却装置２に搬入する代わりに、そのまま空冷により冷却するようにしてもよい。
【００２８】
このようなプロセスでは、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させた後に変態率計６でフェライト変態厚さを測定し、測定されたフェライト変態厚さが所定値以上場合にスラブを加熱炉４に装入するので、スラブ表面の所定厚さを確実にフェライト変態させることができ、スラブ表面の粗大γ組織に起因した表面疵の発生をより確実に防止することができる。また、強制冷却後のフェライト変態厚さを測定しながらスラブを強制冷却することができるので、スラブ表面の温度低下を抑制しつつ、十分なフェライト変態厚さとなるようにスラブを強制冷却することができ、これにより最小限のエネルギーロスで表面疵の発生を適切に防止することができる。さらに、本実施形態においても加熱炉４に装入後の加熱条件、圧延条件はいすれも鋼種、要求寸法、要求材質に応じて適宜決定すればよく、制約は不要であり、加熱や圧延の能率を阻害することなくどのような種類のスラブにも適用することが可能である。
【００２９】
表１に、本実施形態の製造設備を用い、スプレーノズルを備えた冷却装置２にスラブを搬入し、０．５ｍ３／ｍｉｎ・ｍ２の水量密度にて種々の冷却時間でスラブを強制冷却した後、変態率計６でフェライト変態厚さを測定し、温度計３で加熱炉４装入時のスラブ表面温度を測定した結果を示す。また、表１にはスラブを強制冷却せずに、空冷した場合のフェライト変態厚さおよびスラブ表面温度を併せて示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１より、スラブを強制冷却することでスラブ表面をフェライト変態させることができ、冷却時間とともにスラブ板厚方向のフェライト変態厚さが大きくなることがわかる。さらに、同じフェライト変態厚さでも強制冷却したスラブと空冷したスラブとでは加熱炉装入時のスラブ表面温度が異なり、強制冷却したスラブでは内部からの復熱により空冷したスラブよりも約１５０℃スラブ表面温度が高くなっており、エネルギー原単位低減の観点からも本発明が優れた効果を有していることがわかる。また、従来のスラブ表面温度測定では、同じ温度でも鋼種によりＡｒ３変態点が相違するためフェライト変態厚さは異なっており、フェライト変態厚さを正確に把握することは困難であったが、本実施形態においては、上記のように変態率計６を用いることにより、フェライト変態厚さを直接的かつ正確に測定することが可能である。
【００３２】
また、従来のようにスラブを空冷してスラブ表面をフェライト変態させる場合、フェライト変態が開始するまで長時間の空冷が必要であり、スラブ製造から加熱炉装入までのリードタイムが長くなるため、工程上の制約が生じる。これに対して、本発明においては強制冷却することにより短時間でスラブ表面をフェライト変態させることが可能であり、リードタイムの短縮による製造能率の向上も達成することができる。
【００３３】
図３は、本実施形態の製造設備を用い、冷却装置２でスラブ表面を種々の条件で冷却し、スラブ表面の板厚方向のフェライト変態厚さを変態率計６で測定した後、加熱炉４に装入してスラブを加熱し、熱間圧延ライン５で熱間圧延した鋼板の表面疵発生状況を調査した結果を示すグラフである。この調査では、Ｎｂ、Ｖが添加された２５０ｍｍ厚のスラブを用い、加熱炉４の加熱温度は一律１１５０℃とし、圧延ライン５の圧下比を２〜１０の範囲で変化させた。図３には横軸に圧延ライン５の圧下比をとり縦軸に変態率計６で測定されたフェライト変態厚さをとって、疵無しの場合を○、疵有りの場合を×で示す。
【００３４】
図３に示すように、圧下比が５以上の場合にはフェライト変態厚さが１２．５ｍｍ以上、すなわちスラブ厚の５％以上であれば表面疵が発生しない。また、圧下比が５％未満の場合にはフェライト変態厚さが２５ｍｍ以上、すなわちスラブ厚の１０％以上であれば表面疵が発生しない。このように、圧下比により表面疵の発生状況は異なっており、圧下比に応じてスラブ表面のフェライト変態厚さを制御することが好ましい。具体的には、圧延ライン５の圧下比に応じて、所定のフェライト変態厚さが得られるように、冷却装置２の冷却条件、例えばスプレーノズルを用いる場合にはその水量密度あるいは水冷時間を制御手段７により制御してスラブを冷却する。
【００３５】
本実施形態においては、変態率計６で測定されたスラブのフェライト変態厚さに応じて、それ以降のスラブの冷却条件（冷却時間、冷却水量、冷却部位等）を制御手段７により制御するようにしてもよい。このようにフェライト変態厚さの実測値に応じてスラブの冷却条件を制御することによって、より適切にフェライト変態厚さを調節することができる。
【００３６】
また、上述したように、表面疵が出やすいのは経験的に１／４ｗ〜３／４ｗ付近の幅方向中央部であるから、変態率計６による測定をその部分のみで行うようにしてもよいし、上記実施形態と同様に冷却装置２でスラブの幅方向中央部のみを冷却するようにしてもよい。
【００３７】
図４は、表面をフェライト変態させたスラブのフェライト変態厚さを幅方向の複数箇所で測定し、横軸にスラブ幅方向位置をとり、縦軸にフェライト変態厚さをとってフェライト変態厚さの分布を示したグラフである。図４に示すように、スラブの幅方向端部ではフェライト変態厚さが大きく、上述の表面疵が出やすいスラブ幅方向中央部の１／４ｗ〜３／４ｗ付近では実質的にフェライト変態が生じていないので、変態率計６をスラブ幅方向に複数個設けるか、あるいは変態率計６をスラブ幅方向に走査させて、スラブ幅方向のフェライト変態厚さの分布状況を把握するようにし、測定されたフェライト変態厚さが十分でない必要最小限の部分のみ（例えば、幅方向中央部のみ）で強制冷却を行うようにしてもよい。これにより、スラブのエネルギーロスを最低化することができる。
【００３８】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る鋼板の製造設備の配置を示す模式図である。図５に示すように、この鋼板の製造設備は、上記第２の実施形態に係る鋼板の製造設備と同様の構成に加えて、冷却装置２の入側にも変態率計６′が設けられており、この変態率計６′から出力された測定結果もまた制御手段７に入力されるようになっている。
【００３９】
この製造設備を用いて鋼板を製造する際には、まず、スラブをスラブ搬送ライン１上で搬送し、変態率計６′に搬入してフェライト変態厚さを測定した後、スラブを冷却装置２に搬入する。このとき、変態率計６′において測定されたフェライト変態厚さが所定値以上の場合にはスラブの強制冷却を行わず、フェライト変態厚さが所定値未満の場合にはスラブを強制冷却するように、制御手段７により冷却装置２を制御する。以下、上記第２の実施形態と同様に、変態率計６においてスラブ表面のフェライト変態厚さを測定し、スラブを加熱炉４に装入し、圧延ライン５で圧延して鋼板を得る。
【００４０】
このようなプロセスによれば、スラブをスラブ搬送ライン１上で搬送している間にスラブ表面の十分な厚さがフェライト変態している場合には、冷却装置２においてスラブを強制冷却せずに加熱炉４に装入するので、スラブが必要以上に冷却されることを防止してスラブのエネルギーロスを最低限にすることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、種々変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、いずれも冷却装置２、変態率計６をスラブ搬送ライン１上に設けた場合を示したがこれに限られるものではなく、クレーン等でスラブを搬送可能な位置に冷却装置２や変態率計６を設けてもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について説明する。
表２に示す化学成分を有するＮｂ−Ｖ系の鋼ＡおよびＣｕ−Ｎｉ系の鋼Ｂからなるスラブを連続鋳造により製造した。スラブ厚は鋼Ａでは３００ｍｍまたは２５０ｍｍとし、鋼Ｂでは２５０ｍｍとした。この連続鋳造されたスラブを図２に示した鋼板の製造設備のスラブ搬送ライン１に供給し、スプレーノズルを有する冷却装置２において表３に示す水量密度および水冷時間で強制冷却し、次いで変態率計６でスラブ表面のフェライト変態厚さを測定してからスラブを加熱炉４に装入して加熱した後、圧延ライン５に搬入して表３に示す圧延厚に圧延してＮｏ．１〜１０の鋼板を得た。また、冷却装置２で強制冷却する代わりに連続鋳造完了後約１０時間空冷し、その他は前記と同様の工程によりＮｏ．１１の鋼板を得た。表３にはまた、変態率計６で測定されたフェライト変態厚さと、加熱炉４装入時のスラブ表面温度と、圧延ライン５の圧下比と、加熱炉４の加熱温度と、鋼板における表面疵発生の有無とを併せて示す。
【００４３】
表３に示すように、冷却装置２で強制冷却したＮｏ．１〜１０の鋼板においては、加熱炉装入時のスラブ表面温度を大きく低下させることなく、スラブ表面の所定厚さをフェライト変態させることができていた。さらに、圧下比が５以上かつフェライト変態厚さがスラブ厚の５％以上を満足するか、圧下比が５未満かつフェライト変態厚さがスラブ厚の１０％以上を満足するＮｏ．１〜７の鋼板では、表面疵の発生を防止することができた。
【００４４】
これに対して、冷却装置２で強制的な冷却を行わずに空冷したＮｏ．１１の鋼板では、空冷でフェライト変態厚さをスラブ厚の１０％以上とすることにより表面疵の発生を防止することはできたが、スラブ表面温度は４５０℃まで低下しており、Ｎｏ．１〜１０の鋼板と比べるとスラブ表面温度が１５０℃以上低く、大きなエネルギーロスを生じていた。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【符号の説明】
【００４７】
１；スラブ搬送ライン
２；冷却装置
３；温度計
４；加熱炉
５；圧延ライン（圧延機）
６，６′；変態率計
７；制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造する方法であって、加熱炉の入側に冷却装置を設置し、前記冷却装置によりスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させてから前記加熱炉に装入することを特徴とする鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記冷却装置によりスラブの幅方向中央部のみを強制冷却することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の製造方法。
【請求項３】
連続鋳造されたスラブが装入される加熱炉と、前記加熱炉から搬出されたスラブを圧延する圧延機とを具備し、連続鋳造されたスラブを高温状態のまま圧延するホットチャージプロセスを行う厚鋼板の製造設備であって、
前記加熱炉の入側に設けられ、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させる冷却装置をさらに具備することを特徴とする鋼板の製造設備。
【請求項４】
前記冷却装置は、スラブの幅方向中央部のみを強制冷却することを特徴とする請求項３に記載の鋼板の製造設備。
【請求項１】
連続鋳造されたスラブを高温状態で加熱炉に装入した後に圧延するホットチャージプロセスにより厚鋼板を製造する方法であって、加熱炉の入側に冷却装置を設置し、前記冷却装置によりスラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させてから前記加熱炉に装入することを特徴とする鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記冷却装置によりスラブの幅方向中央部のみを強制冷却することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の製造方法。
【請求項３】
連続鋳造されたスラブが装入される加熱炉と、前記加熱炉から搬出されたスラブを圧延する圧延機とを具備し、連続鋳造されたスラブを高温状態のまま圧延するホットチャージプロセスを行う厚鋼板の製造設備であって、
前記加熱炉の入側に設けられ、スラブを強制冷却してスラブ表面をフェライト変態させる冷却装置をさらに具備することを特徴とする鋼板の製造設備。
【請求項４】
前記冷却装置は、スラブの幅方向中央部のみを強制冷却することを特徴とする請求項３に記載の鋼板の製造設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−７３０６２（Ｐ２０１１−７３０６２Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７２０２（Ｐ２０１０−２３７２０２）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【分割の表示】特願２００１−１９２７２５（Ｐ２００１−１９２７２５）の分割
【原出願日】平成１３年６月２６日（２００１．６．２６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【分割の表示】特願２００１−１９２７２５（Ｐ２００１−１９２７２５）の分割
【原出願日】平成１３年６月２６日（２００１．６．２６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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