(57)【要約】【課題】鋼片の厚さ中央部分のポロシティーや偏析、および柱状晶形成による内部欠陥や不均質な組織に起因する後続工程での鋼片割れや圧延中の板破断の発生を抑制し、表面欠陥や機械特性不良といった製品欠陥の発生を抑制する。【解決手段】横断面形状が略矩形の鋼片を圧延する矩形断面鋼片の圧延方法であって、圧延に先立ち、圧延ロールと接する鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、鋼片長手方向に散在する局所冷却部を鋼片に形成し、局所冷却部が形成された鋼片を圧延する。【選択図】図１
2020075290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状が略矩形の鋼片を圧延する矩形断面鋼片の圧延方法であって、
圧延に先立ち、圧延ロールと接する前記鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、前記鋼片長手方向に散在する局所冷却部を前記鋼片に形成し、
前記局所冷却部が形成された前記鋼片を圧延する、矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項２】
前記局所冷却部は、前記鋼片長手方向に周期的に形成される、請求項１に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項３】
前記局所冷却部は、前記鋼片の表面から鋼片厚さ方向に前記鋼片の厚さの０．０１倍以上０．４倍以下の範囲内に形成される、請求項１または２に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項４】
前記局所冷却部は、当該局所冷却部の表面積が、前記圧延ロールと接する前記鋼片の上下表面の全表面積の０．０１倍以上０．５倍以下の範囲内となるように形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項５】
前記局所冷却部は、前記鋼片が圧延される際の前記圧延ロールとの接触弧長の１／３０倍以上２倍以下の間隔を前記鋼片長手方向に有するように形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項６】
前記局所冷却部は、当該局所冷却部の温度が、前記圧延ロールに接する前記鋼片の表面の前記局所冷却部以外の部分の平均温度に対して−５００℃以上−１０℃以下の範囲内であり、かつ、変態温度以上となるように形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項７】
前記局所冷却部は、鋼片幅方向に分散して形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項８】
前記局所冷却部の幅は、前記鋼片の厚さの０．１倍以上である、請求項７に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項９】
前記鋼片を平面視したときの前記局所冷却部の形状は、前記鋼片幅方向に沿って延びる直線に対して交差する、斜線状、折れ線状、曲線状、周期関数状、または、千鳥状である、請求項７または請求項８に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項１０】
前記局所冷却部は、前記鋼片幅方向において前記鋼片のコーナー過冷部よりも鋼片幅方向中央側に形成される、請求項７〜９のいずれか１項に記載の矩形断面鋼片の圧延方法。
【請求項１１】
鋼片を鋳造する連続鋳造機と、
前記連続鋳造機の下流側に配置され、前記連続鋳造機により鋳造された前記鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、前記鋼片長手方向に散在する局所冷却部を前記鋼片に形成する冷却装置と、
前記冷却装置の下流側に配置され、前記局所冷却部が形成された前記鋼片を圧延する圧延機と、
を備える、連続鋳造圧延設備。
【請求項１２】
加熱炉にて加熱された鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、前記鋼片長手方向に散在する局所冷却部を前記鋼片に形成する冷却装置と、
前記冷却装置の下流側に配置され、前記局所冷却部が形成された前記鋼片を圧延する圧延機と、
を備える、圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板製品の素材となる横断面形状が略矩形である鋼片を圧延する矩形断面鋼片の圧延方法、連続鋳造圧延設備及び圧延設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続的に溶鋼を矩形断面の鋼片に凝固させる連続鋳造機において、従来から、鋼片の厚さ中央部分のポロシティーや偏析、柱状晶形成による内部欠陥や不均質な組織に起因する後続工程での鋼片割れや圧延中の板破断等、製品欠陥（表面欠陥や機械特性不良）の発生が課題となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、鋼片中心が完全凝固後に、表層部と中心部との温度差に応じて圧下率（量）を規定して圧延することで、中心部組織を改善する方法が開示されている。この技術によれば、表層部と中心部との温度差が小さい場合に比べれば、鋼片中心部の静水圧応力が増大し、かつ塑性ひずみ量も増え、ポロシティー欠陥や中心偏析の改善が得られる。
【０００４】
また、特許文献２には、幅中央部に厚肉部を有する異形断面鋼片を、鋼片中心部が完全凝固した後に圧下することで中心偏析を低減する技術が開示されている。当該技術では、鋼片の異形断面化によって、上述の特許文献１に開示された技術と比較して、鋼片中心部では圧延による塑性ひずみが増大し、かつ、静水圧応力も増大するため、中心部の組織が改善する。
【０００５】
さらに、特許文献３には、金属板の平坦度制御に関する技術として、熱間圧延の仕上圧延機内または出側において、金属板の板幅方向に不均一な表面温度分布を生じさせることにより、見かけ上の波形状発生限界の臨界座屈応力を向上させ、金属板の冷却後の平坦度を改善する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、矩形断面鋼片の圧延方法に関する技術において、熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーとを備える冷却装置を用いて、熱間圧延後の厚鋼板を冷却する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２３７２９１号公報
【特許文献２】特開２０１６−０１６４５０号公報
【特許文献３】特許第４３９２１１５号公報
【特許文献４】特許第６３５３３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に関しては、通常、表層部と中心部との温度差は表面の熱伝達係数及び鋼片厚さでほぼ決まり、また、圧下量は鋼片厚と、製品厚からほぼ設定される中間製品（通常、粗バーと呼ばれる）の厚さとの差で圧下量の上限が制約される。このため、十分な圧下量が実現できない場合も多く、圧下量の不足に起因して、特に厚さが大きい製品を製造する際には、十分な組織や品質の改善効果が得られないことが多い。
【０００９】
また、上記特許文献２では、表層から鋼片厚の１／４の位置から表層近傍で生じる塑性ひずみが激減し、柱状晶組織が残留する。このため、当該部分での偏析は極めて悪化する。また、異形断面鋼片を連続鋳造すること自体が難しく、設備コストも膨大になる。
【００１０】
さらに、上記特許文献３に記載の技術では、金属板の冷却後の平坦度を改善することは可能であるが、ポロシティー低減あるいは細粒化等の内部品質の改善については考慮されておらず、かかる技術による内部品質の改善は見込めない。
【００１１】
また、上記特許文献４には、鋼片幅方向の温度分布を調整する冷却装置が開示されている。かかる冷却装置は、熱間圧延機の後段に設置され、鋼片の表面温度分布を均一にするものであり、特許文献４においてもまた、圧延によってポロシティー低減あるいは細粒化等の内部品質を改善することは期待しがたい。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、鋼片の厚さ中央部分のポロシティーや偏析、及び柱状晶形成による内部欠陥や不均質な組織に起因する後続工程での鋼片割れや圧延中の板破断の発生を抑制し、表面欠陥や機械特性不良といった製品欠陥の発生を抑制することの可能な矩形断面鋼片の圧延方法、連続鋳造圧延設備及び圧延設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、横断面形状が略矩形の鋼片を圧延する矩形断面鋼片の圧延方法であって、圧延に先立ち、圧延ロールと接する鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、鋼片長手方向に散在する局所冷却部を鋼片に形成し、局所冷却部が形成された鋼片を圧延する、矩形断面鋼片の圧延方法が提供される。
【００１４】
かかる圧延方法では、局所冷却部を、鋼片長手方向に周期的に形成してもよい。
【００１５】
また、かかる圧延方法では、局所冷却部を、鋼片の表面から鋼片厚さ方向に鋼片の厚さの０．０１倍以上０．４倍以下の範囲内に形成してもよい。
【００１６】
さらに、かかる圧延方法では、局所冷却部を、当該局所冷却部の表面積が、圧延ロールと接する鋼片の上下表面の全表面積の０．０１倍以上０．５倍以下の範囲内となるように形成してもよい。
【００１７】
また、かかる圧延方法では、局所冷却部を、鋼片が圧延される際の圧延ロールとの接触弧長の１／３０倍以上２倍以下の間隔を鋼片長手方向に有するように形成してもよい。
【００１８】
さらに、かかる圧延方法では、局所冷却部を、当該局所冷却部の温度が、圧延ロールに接する鋼片の表面の局所冷却部以外の部分の平均温度に対して−５００℃以上−１０℃以下の範囲内であり、かつ、変態温度以上となるように形成してもよい。
【００１９】
局所冷却部は、鋼片幅方向に分散して形成されてもよい。
【００２０】
局所冷却部の幅は、鋼片の厚さの０．１倍以上であってもよい。
【００２１】
鋼片を平面視したときの局所冷却部の形状は、鋼片幅方向に沿って延びる直線に対して交差する、斜線状、折れ線状、曲線状、周期関数状、または、千鳥状であってもよい。
【００２２】
局所冷却部は、鋼片幅方向において鋼片のコーナー過冷部よりも鋼片幅方向中央側に形成されてよい。
【００２３】
また、本発明の他の観点によれば、鋼片を鋳造する連続鋳造機と、連続鋳造機の下流側に配置され、連続鋳造機により鋳造された鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、鋼片長手方向に散在する局所冷却部を鋼片に形成する冷却装置と、冷却装置の下流側に配置され、局所冷却部が形成された鋼片を圧延する圧延機と、を備える、連続鋳造圧延設備が提供される。
【００２４】
さらに、本発明の他の観点によれば、加熱炉にて加熱された鋼片の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、鋼片長手方向に散在する局所冷却部を鋼片に形成する冷却装置と、冷却装置の下流側に配置され、局所冷却部が形成された鋼片を圧延する圧延機と、を備える、圧延設備が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、鋼片の厚さ中央部分のポロシティーや偏析、および柱状晶形成による内部欠陥や不均質な組織に起因する後続工程での鋼片割れや圧延中の板破断の発生を抑制し、表面欠陥や機械特性不良といった製品欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する連続鋳造圧延設備の一構成例を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する圧延設備の一構成例を示す概略構成図である。
【図３】局所冷却部が形成された鋼片を圧延したときの圧延ロールとの接触領域下とその近傍における鋼片内部の塑性変形の状態を示す概念図である。
【図４】局所冷却部の有無による、ロールバイト及びその近傍での鋼片の厚さ中央に生じる静水圧応力の分布を示す説明図である。
【図５】局所冷却部の有無による、圧延後の鋼片の厚さ中央位置及び表層から１／４厚さ位置における塑性ひずみの鋼片長手方向分布を示す説明図である。
【図６】局所冷却深さを鋼片の厚さで除した値と塑性ひずみ増分との一関係例を示すグラフである。
【図７】局所冷却深さを鋼片の厚さで除した値と静水圧増分との一関係例を示すグラフである。
【図８】冷却面積率と塑性ひずみ増分との一関係例を示すグラフである。
【図９】冷却面積率と静水圧増分との一関係例を示すグラフである。
【図１０】接触弧長を局所冷却部の間隔で除した値と塑性ひずみ増分との一関係例を示すグラフである。
【図１１】接触弧長を局所冷却部の間隔で除した値と静水圧増分との一関係例を示すグラフである。
【図１２】局所冷却部の温度低下量と塑性ひずみ増分との一関係例を示すグラフである。
【図１３】局所冷却部の温度低下量と静水圧増分との一関係例を示すグラフである。
【図１４Ａ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の一例を示す説明図である。
【図１４Ｂ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１５】局所冷却部の幅と塑性ひずみ増分との一関係を示すグラフである。
【図１６】局所冷却部の幅と静水圧増分との一関係例を示すグラフである。
【図１７Ａ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｂ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｃ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｄ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｅ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｆ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｇ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１７Ｈ】鋼片幅方向に分散して形成された鋼片の局所冷却部の他の一例を示す説明図である。
【図１８】鋼片のコーナー過冷部と局所冷却部との関係を示す説明図である。
【図１９】実施例２にて形成される局所冷却部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２８】
＜１．設備構成＞
まず、図１及び図２に基づいて、本発明の一実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する設備構成例を説明する。図１は、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する連続鋳造圧延設備の一構成例を示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施する圧延設備の一構成例を示す概略構成図である。
【００２９】
［１−１．連続鋳造機により製造された鋼片の圧延］
本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法は、例えば図１に示すような連続鋳造圧延設備１により実施可能である。かかる連続鋳造圧延設備１は、例えば図１に示すように、鋼片５を鋳造する連続鋳造機１０と、冷却装置２０と、圧延機３０とを備える。なお、連続鋳造機１０によって製造される鋼片５の種類及びサイズは、特に限定されない。鋼片５は、例えばスラブ、ビレット及びブルームのいずれであってもよい。以下では、鋼片５の一例として、スラブを想定して説明する。
【００３０】
（連続鋳造機）
連続鋳造機１０は、図１に示すように、連続鋳造用の鋳型１３を用いて溶融金属を連続鋳造し、スラブ等の鋼片５を製造するための装置である。連続鋳造機１０は、タンディッシュ１１と、浸漬ノズル１２と、鋳型１３と、二次冷却装置１４とを含む。
【００３１】
タンディッシュ１１は、鋳型１３の上方に配置されており、取鍋（図示せず。）により搬送された溶融金属を貯蔵する。タンディッシュ１１では溶融金属を貯蔵している間に、溶融金属中の介在物を除去する。タンディッシュ１１の底部には、鋳型１３に溶融金属を供給する浸漬ノズル１２が設けられている。浸漬ノズル１２は、タンディッシュ１１にて介在物が除去された溶融金属を鋳型１３に連続供給する。
【００３２】
鋳型１３は、製造する鋼片５の幅及び厚さに応じて形成された略矩形状の中空を有する型枠である。鋳型１３は、例えば、４枚の水冷銅板からなる鋳型板を組み合わせて構成されている。浸漬ノズル１２を介して鋳型１３内に供給された溶融金属は、鋳型板と接触することで冷却され、外殻に溶融金属が凝固した凝固シェル５ａが形成される。外殻が凝固した状態で、鋼片５は鋳型１３から引き抜かれる。
【００３３】
二次冷却装置１４は、鋳型１３に対して鋳造方向下流側に設けられ、鋳型１３の下端から引き抜かれた鋼片５を支持し、搬送しながら冷却する。二次冷却装置１４は、鋼片５の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール１４ａと、鋼片５に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル（図示せず。）とを有する。鋳型１３から引き抜かれた直後の鋼片５の凝固シェル５ａの内部には未凝固部５ｂが存在するが、二次冷却装置１４を移動する間に内部の未凝固部５ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル５ａの厚さは、徐々に厚くなる。そして、鋼片５はほぼ完全凝固すると、連続鋳造機１０から冷却装置２０へ連続して搬送される。
【００３４】
なお、本発明に係る連続鋳造機１０は、図１に示すような垂直曲げ型の連続鋳造機１０に限定されず、湾曲型又は垂直型など他の各種の連続鋳造機であってもよい。
【００３５】
（冷却装置）
冷却装置２０は、連続鋳造機１０の下流側に配置され、連続鋳造機１０により鋳造された鋼片５の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却する。これにより、鋼片長手方向に散在する局所冷却部が鋼片５に形成される。図１に示す冷却装置２０は、鋼片５の上面及び下面の各表面を冷却可能なように、鋼片５の上面の上方及び鋼片５の下面の下方に、それぞれ冷却ユニット２５が配置されている。
【００３６】
冷却ユニット２５は、例えば鋼片長手方向に１または複数配置されたスプレーノズルから、鋼片５の表面に対して冷却水を噴射する。図１に示す冷却装置２０では、冷却ユニット２５は一対のローラ２１ａ、２１ｂにより支持された無端ベルト２３の内部に配置されている。無端ベルト２３は、鋼片長手方向（すなわち、鋳造方向）に沿って、鋼片５の移動速度と略同一速度で回転している。無端ベルト２３には、鋼片５の板幅方向に長く開口したスリット２３ａが所定の間隔で形成されている。なお、無端ベルト２３に形成されているスリット２３ａの間隔は等間隔であってもよく、不均一であってもよい。
【００３７】
冷却ユニット２５から噴射された冷却水は、無端ベルト２３のスリット２３ａを介して鋼片５の表面に到達する。無端ベルト２３が鋼片５と略同一速度で回転しているため、鋼片５が冷却装置２０を通過する間、冷却水は鋼片５の略同位置に噴射され続ける。これにより、鋼片５の表面には、局所的に冷却された局所冷却部５ｃが、鋼片長手方向にスリット２３ａの間隔で形成される。
【００３８】
（圧延機）
圧延機３０は、冷却装置２０の下流側に配置され、冷却装置２０により局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延する。圧延機３０は、一対の圧延ロール３１ａ、３１ｂからなり、所定の圧下率で鋼片５を圧延する。圧延ロール３１ａ、３１ｂはフラットロールである。なお、圧延機３０は、図１に示すような２段圧延機であってもよく、４段圧延機もしくはその他の形式の板圧延機であってもよい。圧延ロール３１ａ、３１ｂは、フラットロール以外のロールであってもよく、任意の断面形状を有することができる。
【００３９】
［１−２．加熱炉により加熱された鋼片の圧延］
本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法は、例えば図２に示すような圧延設備２によっても実施可能である。かかる圧延設備２は、例えば図２に示すように、加熱炉４０により加熱された鋼片５を冷却する冷却装置６０と、圧延機７０とを備える。
【００４０】
例えば、連続鋳造機等によって製造された鋼片５が一旦冷却された後に圧延する場合には、図２に示すように、加熱炉４０により再加熱された鋼片５は、加熱炉４０から抽出された後ロール１８により搬送され、スケール除去装置５０により、加熱によって生じた鋼片５の表面のスケールが除去された後、冷却装置６０へ搬送される。なお、スケール除去が不要な鋼片については、スケール除去装置５０は稼働させなくともよく、設置自体も不要である。
【００４１】
（冷却装置）
冷却装置６０は、加熱炉４０にて加熱された鋼片５の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却する。これにより、鋼片長手方向に散在する局所冷却部が鋼片５に形成される。図２に示す冷却装置６０は、鋼片５の上面及び下面の各表面を冷却可能なように、鋼片５の上面の上方及び鋼片５の下面の下方に、それぞれ冷却ユニット６１が配置されている。
【００４２】
冷却ユニット６１は、例えば鋼片長手方向に複数配置されたスリットノズル６３から、鋼片５の表面に対して冷却水を噴射する。スリットノズル６３は、鋼片５の略全幅にわたる水膜状の冷却水流を噴射する。各スリットノズル６３には、冷却水の噴射のオンオフを切り替えるバルブ６５がそれぞれ設けられている。冷却ユニット６１は、鋼片５が冷却装置２０を通過する間、冷却水が鋼片５の同位置に噴射され続けるように、鋼片５の移動速度に応じてバルブ６５の開閉制御を行う。これにより、鋼片５の表面には、局所的に冷却された局所冷却部５ｃが、鋼片長手方向に所定の間隔で形成される。
【００４３】
鋼片長手方向における局所冷却部５ｃの間隔は、冷却水を噴射するスリットノズル６３を適宜選択することで設定可能である。例えば、図２に示すように、鋼片長手方向に配置されたスリットノズル６３を、搬送中及び圧延中の鋼片５の移動速度に合わせて噴射するスリットノズル６３を適宜切替えながら（例えば１つおきに）稼働させることで、略等間隔に局所冷却部５ｃを形成することができる。なお、本発明はかかる例に限定されず、鋼片５に形成される局所冷却部５ｃの間隔は不均一であってもよい。また、冷却ユニット６１の冷却水を噴射するノズルは、スリットノズル以外の形式の冷却ノズルであってもよい。さらに、鋼片５の冷却媒体は水に限定されず、水以外の冷却媒体も用いてもよい。
【００４４】
（圧延機）
圧延機７０は、冷却装置６０の下流側に配置され、冷却装置６０により局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延する。圧延機７０は、一対の圧延ロール７１ａ、７１ｂからなり、所定の圧下率で鋼片５を圧延する。圧延ロール７１ａ、７１ｂはフラットロールである。なお、圧延機７０は、図２に示すような２段圧延機であってもよく、４段圧延機もしくはその他の形式の板圧延機であってもよい。圧延ロール７１ａ、７１ｂは、フラットロール以外のロールであってもよく、任意の断面形状を有することができる。
【００４５】
以上、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施するための設備例を説明した。なお、図１の連続鋳造圧延設備１において、冷却装置２０の代わりに図２の冷却装置６０を用いてもよい。同様に、図２の圧延設備２において、冷却装置６０の代わりに図１の冷却装置２０を用いてもよい。また、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施するための設備は図１、図２の例に限定されるものではなく、鋼片５の圧延に先立ち、鋼片５の表面に鋼片長手方向に局所冷却部５ｃを散在させる冷却装置を備える設備であれば、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法を実施し得る。
【００４６】
＜２．圧延前局所冷却によるひずみの付与＞
本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法では、図１及び図２に示したような設備を用いて、圧延機による圧延前の鋼片５に対して、圧延ロールと接する鋼片５の上下表面のうち少なくともいずれか一方を鋼片長手方向に間欠的に冷却して、鋼片長手方向に散在する局所冷却部５ｃを鋼片５に形成する。このような局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延機により圧延することで、同一の鋼片圧下量条件で、圧延中の材料内部の応力やひずみ等の変形状態を有意かつ意図的に変化させることができ、鋼片厚を変更することなく鋼片品質を向上させることを可能とする。すなわち、厚さ中央での静水圧応力の増大はポロシティー圧着に有効であり、塑性ひずみの増大は偏析の改善や結晶粒の微細化に繋がる。
【００４７】
[２−１．圧延前局所冷却による作用]
まず、図３〜図５に基づいて、本実施形態に係る矩形断面鋼片の圧延方法において、圧延に先立って鋼片５を局所冷却する理由を説明する。図３は、局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延したときの圧延ロール３１ａとの接触領域下（以下、「ロールバイト」と称する。）とその近傍における鋼片内部の塑性変形の状態（応力、塑性ひずみ及びメタルフロー）を示す概念図である。図４は、局所冷却部５ｃの有無による、ロールバイト及びその近傍での鋼片５の厚さ中央に生じる静水圧応力の分布を示す説明図である。なお、図４では、静水圧応力の圧縮側を正として示している。図５は、局所冷却部５ｃの有無による、圧延後の鋼片の厚さ中央位置及び表層から１／４厚さ位置における塑性ひずみの鋼片長手方向分布を示す説明図である。
【００４８】
鋼片５に鋼片長手方向に散在する局所冷却部５ｃを形成してから圧延すると、鋼片５の表面近傍の変形状態が鋼片長さ方向に顕著に変動し、当該変動が鋼片の厚さ中央まで伝播する。すなわち、図３に示すように、鋼片５が圧延ロール３１ａにて圧延される際、局所冷却部５ｃに対して鋼片長手方向の前後の高温部５ｄにおいて、相対的に硬く変形し難い局所冷却部５ｃによる拘束の影響で高温部５ｄに塑性変形が集中し、鋼片５の塑性ひずみが大きくなる。すなわち、高温部５ｄが変形の起点となって、鋼片５の内部に大きな塑性ひずみを生じさせる。図３では、高温部５ｄから大きな塑性ひずみが生じた部分を変形増大部分５ｅとして示している。図３に示すように、１つの局所冷却部５ｃに対して前後に２つの高温部５ｄが存在するため、１つの局所冷却部５ｃから２つの変形増大部分５ｅを生じさせることができる。
【００４９】
変形増大部分５ｅは、静水圧応力が増大する部分と概ね相似する。図４の実線は、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延ロールにより押圧したときの鋼片の厚さ中央における静水圧応力の圧延方向分布を示している。また、図４の破線は、局所冷却部５ｃが形成されている鋼片５を圧延ロールによる押圧したときの静水圧応力の圧延方向分布を示している。図４では、図３における変形増大部分５ｅが、静水圧応力が最大となる圧延方向位置を通過する際の分布を表示している。
【００５０】
このとき、塑性ひずみは、局所冷却部５ｃの鋼片長手方向の前後の高温部５ｄを起点とした変形増大部分５ｅの領域を伝播し、厚さ中央に到達する。この変形増大部分５ｅの領域内の塑性変形の主体は圧延方向の延び変形であり、当該領域の周囲に在る相対的に小さい延び変形しか生じない部分に拘束されて、変形増大部分５ｅの静水圧応力が圧縮側に変化する。したがって、圧延ロールと鋼片５との接触領域の略中央部から出口近傍において最大となる圧縮応力値（すなわち、静水圧応力のピーク値）σpeak１／２は、局所冷却部５ｃが形成されていない場合と比較して、静水圧増分値ｄσpeak１／２だけ大きくなる。これより、鋼片５に局所冷却部５ｃを形成することで、局所冷却部５ｃが形成されていない場合よりも静水圧応力を増加できることがわかる。
【００５１】
変形増大部分５ｅは、鋼片長手方向に略周期的に生じる。同じロールバイト内に変形増大部分５ｅとそれ以外の部分が共存すると、静水圧応力の勾配が生じ、変形増大部分５ｅから他の部分に向かう副次的なメタルフローが発生する。接触長に略等しい長さのロールバイト内に塑性変形が大きい部分と小さい部分とが繰り返し現れることで、副次的なメタルフローがより顕著となり、塑性ひずみが有意に増大する。したがって、鋼片５に局所冷却部５ｃを形成することで、より効果的に塑性ひずみを増大させることができる。
【００５２】
図５に、局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延したときの、圧延後の鋼片長手方向における塑性ひずみの分布を示す。図５に示すように、局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延することにより、鋼片厚さ方向の中央位置において塑性ひずみは非対称な波形状で略周期的に変化する。一方、鋼片厚さ方向の１／４厚さ位置においては、図３に示したように、１つの局所冷却部５ｃから２つの変形増大部分５ｅが形成されることから、局所冷却部５ｃが形成されていない場合よりも塑性ひずみが大きくなる一区間内に２つの極大値が現れる。また、図５に白色の矢印で示すように、局所冷却部５ｃの影響域での塑性ひずみは、２つの極大値の間の極小値となる。
【００５３】
厚さ方向中央位置の塑性ひずみの変動幅は、鋼片５の表面の局所冷却部５ｃの寸法や周囲との温度差（降伏応力差）に対応すると考えられる。このとき、厚さ中央よりも鋼片表面寄り、例えば厚さ中央から鋼片厚さの１／４だけ鋼片表面に向かった位置（以下、「１／４厚さ位置」ともいう。）の方が中央位置よりも振幅が大きくなっている。また、１／４厚さ位置の位相よりも中央位置の位相は遅れたものとなる。この位相の遅れは、図３に示したように、変形増大部分５ｅの表面近傍部分が厚さ中央部分よりも圧延方向上流側に位置し、変形増大部分５ｅが厚さ方向に対して傾斜していることに符合する。
【００５４】
なお、図５には、比較として、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延した場合の鋼片５の塑性ひずみを示している。局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの圧下量は、局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延した場合と同一とした。このとき、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置のいずれについても、鋼片に局所冷却部５ｃを形成することで塑性ひずみが長さ方向の大半の部分で増大し、かつ平均的なひずみ値も増大していることがわかる。図５では、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置における、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの塑性ひずみからの局所冷却部５ｃが形成された鋼片５を圧延したときの塑性ひずみの増分量（以下、「塑性ひずみ増分量」ともいう。）のピーク値を、それぞれピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４と表している。
【００５５】
［２−２．局所冷却部の形成］
上述のように鋼片５の塑性ひずみの増大を実現するためには、鋼片５に局所冷却部５ｃを適切に設ける必要がある。本願発明者はこの条件を検討した結果、局所冷却部５ｃの局所冷却深さ、局所冷却表面積、局所冷却部間隔、局所冷却部温度を以下のようにすることで、同一の鋼片圧下量条件下で鋼片内部の塑性ひずみを厚さ方向全域にわたって有意に大きくし、かつ厚さ中央近傍の静水圧応力を圧縮側に高めることができ、鋼片の厚さ方向中央近傍のポロシティーの圧着効果や中心偏析の改善のみならず、鋼片の表層近傍での柱状晶の形成によるミクロ偏析も改善されるとの知見を得た。なお、局所冷却深さは、局所冷却部５ｃの厚さ方向深さをいい、局所冷却部間隔は、鋼片長手方向に隣接する局所冷却部５ｃの間隔であり、局所冷却部５ｃの鋼片長手方向中心間の距離をいう。
【００５６】
（１）局所冷却深さ
局所冷却部５ｃは、鋼片５の表面から鋼片厚さ方向に鋼片５の厚さの０．０１倍以上０．４倍以下の範囲内に形成されるのが望ましい。局所冷却深さとは、圧延ロールに圧下される直前における局所冷却部５ｃの深さをいい、例えば圧延機入側での表面温度の測定値から熱伝導計算等を用いて推定し得る。なお、後述の局所冷却部寸法因子も、局所冷却深さと同様に推定し得る。
【００５７】
図６に、局所冷却深さを鋼片５の厚さで除した値（すなわち、「局所冷却深さ／鋼片厚さ」）と塑性ひずみ増分との関係を示す。なお、図６において、局所冷却深さを鋼片５の厚さで除した値の座標を示す横軸は対数目盛で表している。後述する図７の横軸も同様である。図６に示すように、図５に示した鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４について、いずれも凸形状の曲線を有する。ここで、通常の圧延における圧下ひずみが０．１のオーダーであることを考慮すると、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの塑性ひずみからのひずみ増分量が０．０１（すなわち１％）以上であればその効果は実質的に有意であると考えられる。図６より、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４が０．０１を超える範囲は、局所冷却深さを鋼片５の厚さで除した値が０．０１以上０．４以下の範囲である。すなわち、局所冷却部５ｃの局所冷却深さを、鋼片５の表面から鋼片厚さ方向に鋼片厚さの０．０１倍以上０．４倍の範囲に設定すればよい。
【００５８】
局所冷却部５ｃの局所冷却深さが鋼片厚さの０．０１倍以上であれば、ひずみの増大効果を有意に得ることができる。また、局所冷却部５ｃの局所冷却深さを鋼片厚さの０．４倍以下とすることで、局所冷却部５ｃを形成することによる温度低下に起因する材質影響が製品全体の品質評価に及ぶことがなく、好適である。
【００５９】
したがって、塑性ひずみを有意に増大させるには、局所冷却部５ｃの局所冷却深さを、鋼片５の表面から鋼片厚さ方向に鋼片厚さの０．０１倍以上０．４倍の範囲に設定するのがよい。なお、図４に示したように、ロールバイト内の静水圧応力は１００ＭＰａのオーダーであり、１０ＭＰａ以上の静水圧応力の増加は実質的にも有意な効果をもたらすと考えられる。このため、図７に示すように、局所冷却深さを鋼片５の厚さで除した値（すなわち、「局所冷却深さ／鋼片厚さ」）が０．０１以上０．４以下の範囲、すなわち、局所冷却部５ｃの局所冷却深さを、鋼片５の表面から鋼片厚さ方向に鋼片厚さの０．０１倍以上０．４倍の範囲に設定すれば、常に１０ＭＰａを大きく超える静水圧応力増分量が得られており、鋼片の厚さ方向中央近傍のポロシティー圧着に関して実用上十分な効果を享受することができる。
【００６０】
（２）局所冷却表面積
局所冷却部５ｃは、当該局所冷却部５ｃの表面積である局所冷却表面積が、圧延ロールと接する鋼片５の上下表面の全表面積の０．０１倍以上０．５倍以下の範囲内となるように形成されるのがよい。ここで、局所冷却表面積を全表面積で除した値（すなわち、「局所冷却表面積／全表面積」）を冷却面積率と称する。
【００６１】
図８に、冷却面積率と塑性ひずみ増分との関係を示す。なお、図８において、冷却面積率の座標を示す横軸は対数目盛で表している。後述する図９の横軸も同様である。図８に示すように、図５に示した鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４について、いずれも冷却面積率が大きくなるほど塑性ひずみ増分は大きくなっている。ここで、通常の圧延における圧下ひずみが０．１のオーダーであることを考慮すると、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの塑性ひずみからのひずみ増分量が０．０１（すなわち１％）以上であればその効果は実質的に有意であると考えられる。図８より、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４が０．０１を超える範囲は、冷却面積率が０．０１以上０．５以下の範囲である。すなわち、局所冷却表面積が圧延ロールと接する鋼片５の上下表面の全表面積の０．０１倍以上０．５倍以下の範囲内となるように、局所冷却部５ｃを形成すればよい。
【００６２】
冷却面積率が０．０１以上であれば、ひずみの増大効果を有意に得ることができる。また、冷却面積率を０．５以下とすることで、局所冷却部５ｃを形成することによる温度低下に起因する材質影響が製品全体の品質評価に及ぶことがなく、好適である。なお、静水圧応力の増大効果については、図９に示すように、冷却面積率が０．０１以上０．５以下の範囲であれば静水圧応力増分量は常に１０ＭＰａ以上あるため、ポロシティー圧着に関して実用十分な効果を享受することができる。
【００６３】
（３）局所冷却部間隔
局所冷却部５ｃは、鋼片５が圧延される際の圧延ロールとの接触弧長の１／３０倍以上２倍以下の間隔を局所冷却部間隔として鋼片長手方向に有するように形成されるのがよい。局所冷却部間隔は、圧延直前の鋼片５において、鋼片５と圧延ロールとの接触弧長に対応する長さで表される。
【００６４】
図１０に、接触弧長を局所冷却部間隔で除した値（すなわち、「接触弧長／局所冷却部間隔」）と塑性ひずみ増分との関係を示す。図１０に示すように、図５に示した鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４について、いずれも凸形状の曲線を有する。ここで、通常の圧延における圧下ひずみが０．１のオーダーであることを考慮すると、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの塑性ひずみからのひずみ増分量が０．０１（すなわち１％）以上であればその効果は実質的に有意であると考えられる。図１０より、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４が０．０１を超える範囲は、接触弧長を局所冷却部間隔で除した値が０．５以上３０以下の範囲である。すなわち、局所冷却部間隔を、鋼片５が圧延される際の圧延ロールとの接触弧長の１／３０倍以上２倍以下の範囲に設定すればよい。局所冷却部間隔が、鋼片５が圧延される際の圧延ロールとの接触弧長の１／３０倍以上２倍以下であれば、ひずみの増大効果を有意に得ることができる。
【００６５】
なお、図４に示したように、ロールバイト内の静水圧応力は１００ＭＰａのオーダーであり、１０ＭＰａ以上の静水圧応力の増加は実質的にも有意な効果をもたらすと考えられる。このため、図１１に示すように、局所冷却部間隔が、鋼片５が圧延される際の圧延ロールとの接触弧長の１／３０倍以上２倍以下の範囲に設定すれば、常に１０ＭＰａを大きく超える静水圧応力増分量が得られており、鋼片の厚さ方向中央近傍のポロシティー圧着に関して実用上十分な効果を享受することができる。
【００６６】
（４）局所冷却部温度
局所冷却部５ｃは、当該局所冷却部５ｃの平均温度（すなわち、局所冷却部温度）が、圧延ロールに接する鋼片５の表面の局所冷却部５ｃ以外の部分の平均温度に対して−５００℃以上−１０℃以下の範囲内であり、かつ、変態温度以上となるように形成されるのがよい。
【００６７】
図１２に、局所冷却部５ｃの温度低下量と塑性ひずみ増分との関係を示す。ここで、局所冷却部５ｃの温度低下量とは、局所冷却部５ｃ以外の部分の平均温度に対する局所冷却部温度の低下量である。なお、図１２において、局所冷却部５ｃの温度低下量の座標を示す横軸は対数目盛で表している。後述する図１３の横軸も同様である。図１２に示すように、図５に示した鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４について、いずれも局所冷却部５ｃの温度低下量が大きくなるほど塑性ひずみ増分は大きくなっている。ここで、通常の圧延における圧下ひずみが０．１のオーダーであることを考慮すると、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの塑性ひずみからのひずみ増分量が０．０１（すなわち１％）以上であればその効果は実質的に有意であると考えられる。図１２より、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４が０．０１を超える範囲は、局所冷却部５ｃの温度低下量が１０℃以上５００℃以下の範囲である。すなわち、局所冷却部温度が圧延ロールに接する鋼片５の表面の局所冷却部５ｃ以外の部分の平均温度に対して−５００℃以上−１０℃以下の範囲内であり、かつ、変態温度以上となるように、局所冷却部５ｃを形成すればよい。
【００６８】
局所冷却による鋼片５の温度変化が−１０℃（すなわち、温度低下量が１０℃）以上であれば、ひずみの増大効果を有意に得ることができる。また、局所冷却による鋼片５の温度変化を−５００℃（すなわち、温度低下量を５００℃）以下とすることで、局所冷却部５ｃとその周囲との熱収縮差により生じる引張応力による表面割れが生じさせないようにすることができる。さらに、局所冷却部５ｃの温度を変態温度以上とすることで、当該部位の金属組織が顕著に変化し組織の不均一さに起因する製品特性の低下や、変態膨張に伴う局所冷却部周辺の引張応力に起因する割れ欠陥を生じさせることがなく、製品品質の低下を抑制することができる。
【００６９】
なお、静水圧応力の増大効果については、図１３に示すように、局所冷却部５ｃの温度低下量が１０℃以上５００℃以下の範囲であれば静水圧応力増分量は常に１０ＭＰａ以上あるため、ポロシティー圧着に関して実用十分な効果を享受することができる。
【００７０】
（５）鋼片幅方向における配置
局所冷却部５ｃは、鋼片５の幅方向において必ずしも全幅に亘って連続的に形成される必要はなく、分散して形成されてもよい。
【００７１】
例えば、当該局所冷却部５ｃを鋼片５の全幅に亘って形成したときに、当該局所冷却部５ｃの形成時に不均一な鋼片表面スケールの剥離が生じ、製品の表面品質の低下を来す場合もある。このような場合には、例えば図１４Ａに示すように、局所冷却部５ｃを幅方向に分散させ、表面性状の均一化を図ればよい。
【００７２】
また、例えば、鋼片５の幅方向端部付近（例えば鋼片５の幅方向端部から鋼片さの０．５倍程度の距離だけ幅中央側へ入った位置Ｌａ）より幅中央側の位置において、鋼片厚さ中心近傍にポロシティーや中心偏析が集中して生じる場合もある。このような場合には、例えば図１４Ｂに示すように、鋼片５の幅方向端部付近（例えば位置Ｌａ）からポロシティーや中心偏析が生じる幅中央寄りの境界Ｌｂ近傍までの間に、局所冷却部５ｃを形成すればよい。なお、局所冷却部５ｃの幅Ｗは、鋼片５の厚さの０．１倍以上であるのがよい。局所冷却部５ｃの幅Ｗは、連続する局所冷却部５ｃを鋼片幅方向に投影したときの局所冷却部５ｃの長さをいう。
【００７３】
図１５に、局所冷却部５ｃの幅Ｗと塑性ひずみ増分との関係を示す。図１５の横軸は、局所冷却部５ｃの幅Ｗを鋼片厚さで除した値（すなわち、局所冷却部５ｃの幅Ｗ／鋼片厚さ）を示している。後述する図１６の横軸も同様である。図１５に示すように、図５に示した鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４について、いずれも局所冷却部５ｃの幅Ｗが大きくなるほど塑性ひずみ増分は大きくなっている。ここで、通常の圧延における圧下ひずみが０．１のオーダーであることを考慮すると、局所冷却部５ｃが形成されていない鋼片５を圧延したときの塑性ひずみからのひずみ増分量が０．０１（すなわち１％）以上であればその効果は実質的に有意であると考えられる。図１５より、鋼片５の厚さ方向の中央位置及び１／４厚さ位置についてのピークひずみ増分量ｄεpeak１／２、ｄεpeak１／４が０．０１を超える範囲は、局所冷却部５ｃの幅Ｗが鋼片５の厚さの０．１倍以上の範囲である。局所冷却により形成された鋼片５の局所冷却部５ｃの幅Ｗが鋼片５の厚さの０．１倍以上であれば、ひずみの増大効果を有意に得ることができる。
【００７４】
なお、静水圧応力の増大効果については、図１６に示すように、局所冷却部５ｃの幅Ｗが鋼片５の厚さの０．１倍以上の範囲であれば静水圧応力増分量は常に１０ＭＰａ以上あるため、ポロシティー圧着に関して実用十分な効果を享受することができる。
【００７５】
鋼片幅方向に分散して形成される局所冷却部５ｃの例を図１７Ａ〜図１７Ｈに示す。局所冷却部５ｃは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示したように、必ずしも鋼片幅方向（Ｘ方向）に平行に形成される必要はなく、鋼片５を平面視したときの局所冷却部５ｃの形状は、鋼片幅方向に沿って延びる直線Ｌｘに対して交差する、斜線状、折れ線状、曲線状、周期関数状、または、千鳥状であってもよい。
【００７６】
局所冷却部５ｃが鋼片幅方向に略平行に形成される場合、当該局所冷却部５ｃによって生じる鋼片内部の変形状態の脈動は鋼片幅方向に略同時に起こる。このため、圧延条件や圧延機の状態（いわゆるガタの程度）によっては圧延中に顕著な振動が発生し、圧延操業の安定性や圧延機寿命の低下を来すことがある。このような場合には、当該局所冷却部５ｃを鋼片幅方向に対して有意に傾斜させ、斜線状（例えば図１７Ａ及び図１７Ｂ）、折れ線状（例えば図１７Ｃ）、曲線状（例えば図１７Ｄ及び図１７Ｅ）、千鳥状（例えば図１７Ｆ〜図１７Ｈ）、またはこれらの組合せとする。このように局所冷却部５ｃを鋼片幅方向に分散させることで、上記変形状態の脈動が鋼片幅方向に略同時に生じることを抑制する。この結果、圧延中に顕著な振動は生じず、圧延操業の安定性や圧延機寿命の低下を回避できる。
【００７７】
また、局所冷却部５ｃが鋼片幅方向に対して傾斜するように配置された場合、上述した局所冷却深さ及び局所冷却部間隔の要件は、鋼片厚さ方向と鋼片長さ方向（圧延方向と略同一）とがなす平面上で評価される寸法要件として定義される。なお、当該局所冷却深さ及び局所冷却部間隔の要件を満たすためには、当該局所冷却部５ｃの鋼片幅方向に対する傾斜角は４５°以下であることが望ましい。
【００７８】
さらに、連続鋳造機による連続鋳造工程の下流側のように、鋼片５の側面及び表裏面の双方からの冷却によって、図１８に示すように、コーナー部に顕著な温度低下部（以下、「コーナー過冷部５ｆ」ともいう。）が生じることがある。このとき、鋼片５の材質及びその温度依存性によってはコーナー過冷部５ｆの靭性低下が有意に生じる場合がある。このような場合にコーナー過冷部５ｆに局所冷却部５ｃを形成すると、局所冷却部５ｃの内部やその近傍を起点として亀裂が発生し、製品の表面欠陥の発生や鋼片破断による操業トラブルに至る懸念が生じる。そこで、コーナー過冷部５ｆよりも鋼片幅方向中央側に局所冷却部５ｃを形成するのが望ましい。なお、鋼片幅方向におけるコーナー過冷部５ｆの幅Ｗｅは、鋼片幅方向の端部から鋼片厚さの１．０倍程度中央側へ入った位置までの範囲に含まれる。
【実施例】
【００７９】
［実施例１］
実施例１では、厚さ１００ｍｍ、幅６００ｍｍのスラブの鋳造が可能な連続鋳造機の機端に圧延機を設置し、連続鋳造圧延試験を行った。溶鋼の成分は、Ｃ：０．０９％、Ｓｉ：０．３１％、Ｍｎ：１．６８％、Ｐ：０．０１６％、Ｓ：０．０００８％、Ａｌ：０．００７％．０％であった。溶鋼温度は１５７０℃であり、１．２ｍ／ｍｉｎの速度で鋳造した。圧延機入側におけるスラブ表面温度は１１００℃であった。
【００８０】
設置した圧延機は２段圧延機であり、作業ロールの直径は６００ｍｍであった。圧延機での圧下量は３０ｍｍとした。本発明技術の適用例においては、図１に示した連続鋳造圧延設備のように、連続鋳造機と圧延機との間に冷却装置を設置し、鋼片表面を局所的に水冷することで鋼片長手方向に散在する局所冷却部を形成した。
【００８１】
本発明を適用した実施例Ａにおいては、鋼片の上面側にのみ局所冷却部を形成し、下面側は空冷ままとした。また、本発明を適用した実施例Ｂにおいては、鋼片の上面及び下面の双方に局所冷却部を形成した。いずれの場合も、局所冷却部はスラブの全幅に亘り、局所冷却深さが１０ｍｍ程度で鋼片厚さの約０．１倍となるように形成した。また、局所冷却部間隔は約６０ｍｍ（接触弧長の約０．７倍）、局所冷却部の鋼片長手方向の長さは２０ｍｍ程度であった。冷却面積率は、実施例Ａでは約０．１５倍、実施例Ｂでは約０．３倍であった。局所冷却部の温度は９５０〜１０００℃の範囲内であった。
【００８２】
一方、従来技術を適用した比較例ａでは、局所冷却を行わず鋼片を圧延した。このとき、鋼片の表面温度はほぼ均一で約１１００℃であった。また、比較例ｂとして、鋼片を圧延機により全く圧下しなかった場合を示す。
【００８３】
表１に、実施例１の圧延結果を示す。表１のλ０、ｄ０およびＡ０は、比較例ｂにおけるデンドライト組織の二次アーム間隔、平均結晶粒径（いずれも圧延後の鋼片幅中央の幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍ長さ×全厚の平均値）及び厚さ中央に残存したポロシティーの占積率（長さ１ｍ×幅６００ｍｍ内）である。すなわち、λ／λ０、ｄ／ｄ０、Ａ／Ａ０は、二次アーム間隔、結晶粒径、ポロシティー占積率それぞれの減少率を表しており、値が小さいほど鋼片の内部品質の改善度が高いことを表している。また備考欄には、圧延後の被圧延材形状もしくは圧延中から冷却後における表面性状を記載した。
【００８４】
【表１】
2020075290.tif 000003
【００８５】
表１に示すように、実施例Ａ、Ｂでは、比較例ａと比較して、デンドライト組織の一次アーム間隔、平均結晶粒径およびポロシティーの占積率のいずれもが有意に減少した。実施例Ａでは圧延後に僅かな上反りが発生したが、その後の通板には問題ない程度に軽微であった。これより、本発明の適用により、表面欠陥の問題を生じることなく、後続工程に受け渡される鋼片の偏析や結晶組織、内部欠陥が顕著に改善されることは明らかである。
【００８６】
［実施例２］
実施例２では、図１９に示すように、実施例１と同じ連続鋳造機とその機端の２段圧延機を用いて、実施例１と同様に、厚さ１００ｍｍ、幅６００ｍｍのスラブの連続鋳造圧延試験を行った。溶鋼の成分、溶鋼温度、鋳造速度、圧下量及び圧延機入側におけるスラブ表面温度も実施例１と略同一であった。
【００８７】
本発明を適用した実施例Ｃ〜Ｅにおいては、図１９に示すように、連続鋳造機と圧延機３０との間に冷却装置２０を設置し、鋼片５の上下双方の表面を局所的に水冷することで鋼片長手方向に散在する局所冷却部を形成した。また、いずれの場合も、局所冷却部は、鋼片厚さ方向及び鋼片長さ方向で構成される断面において局所冷却深さが１０ｍｍ程度（鋼片厚さの約０．１倍）、局所冷却部間隔が約６０ｍｍ（接触弧長の約０．７倍）、局所冷却部の鋼片長手方向の長さが２０ｍｍ程度であった。
【００８８】
本発明を適用した実施例Ｃにおいては、実施例１と同様に矩形鋼片の全幅に亘って局所冷却部を形成した。本発明を適用した実施例Ｄにおいては鋼片の左右の幅端面位置を基準に約３０ｍｍから約２３０ｍｍまでの区間に幅方向長さが約２００ｍｍの局所冷却部を左右それぞれに形成した。本発明を適用した実施例Ｅにおいては、実施例Ｄと同じ区間に鋼片幅方向に対して１５°だけ鋼片幅中央側が圧延方向に先行して傾斜する局所冷却部を形成した。冷却面積率は、実施例Ｃでは約０．３倍、実施例Ｄ及びＥでは約０．２倍であった。局所冷却部の温度は９５０〜１０００℃の範囲内であった。
【００８９】
一方、従来技術を適用した比較例ｃでは、実施例１と同様に、局所冷却を行わず鋼片を圧延した。このとき、鋼片の表面温度はほぼ均一で約１１００℃であった。
【００９０】
表２に、実施例２の圧延結果を示す。表２のＡ０は、比較例ｃにおいて圧延後の鋼片の厚さ中央に残存したポロシティーの占積率（長さ１ｍ×幅６００ｍｍ内）である。すなわち、Ａ／Ａ０は、ポロシティー占積率それぞれの減少率を表しており、値が小さいほど鋼片の内部品質の改善度が高いことを表している。また、備考欄には、圧延中の圧延トルクの変動及び圧延機の状態変化を記載した。
【００９１】
【表２】
2020075290.tif 000004
【００９２】
表２に示すように、実施例Ｃ、Ｄ、Ｅのいずれも、比較例ｃと比較して、ポロシティーの占積率が有意に減少した。実施例Ｃでは圧延トルクの変動が顕著で若干の圧延機振動が検知されたが、実施例Ｄでは振動が治まり、実施例Ｅでは比較例ｃとほぼ同様の圧延状況となった。実施例Ｃを含めて、圧延中の負荷変動や振動が操業上及び設備保全上問題となる程度ではないことが確認された。これより、本発明の適用により、圧延操業上及び設備保全上の問題を生じることなく、後続工程に受け渡される鋼片の内部欠陥が顕著に改善されることは明らかである。
【００９３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９４】
１                              鋳型
５                              鋼片
５ａ                            凝固シェル
５ｂ                            未凝固部
５ｃ                            局所冷却部
５ｅ                            変形増大部分
５ｆ                            コーナー過冷部
１０                            連続鋳造機
１１                            タンディッシュ
１２                            浸漬ノズル
１３                            鋳型
１４                            二次冷却装置
１４ａ                          支持ロール
２０、６０                      冷却装置
２１ａ、２１ｂ                  ローラ
２３                            無端ベルト
２３ａ                          スリット
２５、６１                      冷却ユニット
３０、７０                      圧延機
３１ａ、３１ｂ、７１ａ、７１ｂ  圧延ロール
４０                            加熱炉
５０                            スケール除去装置
６３                            スリットノズル
６５                            バルブ
【図１】
2020075290.tif 000005
【図２】
2020075290.tif 000006
【図３】
2020075290.tif 000007
【図４】
2020075290.tif 000008
【図５】
2020075290.tif 000009
【図６】
2020075290.tif 000010
【図７】
2020075290.tif 000011
【図８】
2020075290.tif 000012
【図９】
2020075290.tif 000013
【図１０】
2020075290.tif 000014
【図１１】
2020075290.tif 000015
【図１２】
2020075290.tif 000016
【図１３】
2020075290.tif 000017
【図１４Ａ】
2020075290.tif 000018
【図１４Ｂ】
2020075290.tif 000019
【図１５】
2020075290.tif 000020
【図１６】
2020075290.tif 000021
【図１７Ａ】
2020075290.tif 000022
【図１７Ｂ】
2020075290.tif 000023
【図１７Ｃ】
2020075290.tif 000024
【図１７Ｄ】
2020075290.tif 000025
【図１７Ｅ】
2020075290.tif 000026
【図１７Ｆ】
2020075290.tif 000027
【図１７Ｇ】
2020075290.tif 000028
【図１７Ｈ】
2020075290.tif 000029
【図１８】
2020075290.tif 000030
【図１９】
2020075290.tif 000031