(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延機の入出側のそれぞれにファーネスコイラを設置し、炭素鋼からなる圧延材を圧延するステッケル熱間圧延設備において、
前記圧延機と前記入出側ファーネスコイラ間の少なくとも一方の側に設置され、圧延材を加熱する加熱手段と、
前記圧延機と前記ファーネスコイラ間に設置されるデスケーリング手段と、
前記圧延機と前記ファーネスコイラ間の少なくとも一方の側に前記デスケーリング手段とは別に設置され、圧延材を冷却する冷却手段とを備え、
前記加熱手段と冷却手段は、前記圧延機と前記ファーネスコイラ間の同じ側で上下に向き合って配置されていることを特徴とするステッケル熱間圧延設備。
【請求項２】
請求項１記載のステッケル熱間圧延設備において、
前記圧延機による最終パスよりも前に、前記加熱手段により圧延材中の析出炭化物を再固溶させる温度である１０００°Ｃ〜１２００°Ｃに加熱し、前記最終パスにおいて、前記冷却手段により圧延材の温度を未再結晶オーステナイト温度領域に冷却するよう前記加熱手段及び冷却手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴とするステッケル熱間圧延設備。
【請求項３】
請求項１又は２記載のステッケル熱間圧延設備において、
前記圧延機に熱間圧延油塗布装置を設けたことを特徴とするステッケル熱間圧延設備。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項項記載のステッケル熱間圧延設備において、
前記圧延機が１つのハウジングに２セットのロールを組み込んだツインミルであることを特徴とするステッケル熱間圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はファーネスコイラと加熱装置を備え、高級炭素鋼に対し可逆式の熱間圧延を行うステッケル熱間圧延設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年において高強度、高靱性等の製品の製造を目的とした、高級炭素鋼の材料組成及び製造方法が数多く提案されている。例えば、特開平１０−１４７８４３号公報では、フェライト領域での低温圧延による、深絞り性に優れた材料組成及び製造方法が記載されている。また特開平７−１８３８１号公報では、オーステナイト領域であるＡ３変態点以上の温度で圧延を完了させることによる深絞り性に優れた材料組成及び製造方法が記載されている。しかし、このような材料組成及び目標品質を得るには、温度制御を含めた種々のプロセスが必要となる。
【０００３】
上記のような種々の製造プロセスを考慮した設備技術として、例えば特開平１０−２７７６０１号公報の記載にあるような加熱又は冷却装置を備えるタンデム型のホットストリップミルがある。これは、ホットストリップミルの熱間仕上げ圧延スタンド列の中間に加熱又は冷却を備える構成となっている。
【０００４】
一方、炉内に巻き取り機を設置した所謂ファーネスコイラを、圧延機の入出側に配設したステッケルミルと呼ばれている可逆式圧延設備がある。このステッケル熱間圧延設備は、従来主にステンレス鋼等の圧延に多用されている。
【０００５】
また、このようなステッケルミル圧延設備において、１台のハウジングに２セットの圧延ロールを組み込んだ所謂ツインミルを用いたものが例えば特開平１１−０００７０２号公報、国際公開ＷＯ９７／３６７００号公報などに開示されている。
【０００６】
また特公平５−４５３２７号公報には、圧延機とファーネスコイラ間に第一の加熱装置を設けて前記圧延材先後端部の温度低下を防ぎ、更に圧延機と圧延が完了した圧延材を巻き取るダウンコイラ間のホットランテーブル上に第二の加熱装置を設けて、圧延材全体に亘って温度を均一にする設備が開示され、米国特許５７５５１２８号明細書には、加熱装置及び冷却装置を配置し、均一な温度で圧延する構成が開示されている。これらの発明の主たる目的は、圧延材を均一にすることで、圧延材の品質を均一にし、かつ製品歩留まりの向上を図ることにある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように炭素鋼の圧延で高品質の材料を得るには温度制御を含めた種々のプロセスが必要であり、従来、そのようなプロセスを考慮した設備技術として特開平１０−２７７６０１号公報に記載のタンデム型のホットストリップミルがある。しかし、タンデム型のストリップミルでは、一般に仕上圧延機を７スタンド程度設置するのが普通であり、巨額な設備投資が必要となる。従って投資効率の観点からは、生産量を極力多く設定せざる得ず、特に薄板での圧延速度は１０００ｍｐｍ以上もの高速で圧延されるのが通常である。このように高速で圧延される設備の仕上げスタンド列の中間に加熱・冷却装置を設けた場合、必要な加熱又は冷却を達成するための加熱・冷却設備長が、非常に長くなるという欠点がある。
【０００８】
このことを避けるため、仕上げスタンド列の入側に加熱・冷却装置を設け、温度制御を行わせることも考えられる。この場合、圧延材の走行速度は遅くなるが、仕上圧延前の板厚が厚い位置で加熱・冷却を行うことになる。従って、圧延材の加熱・冷却効率は悪く、内部まで均一な温度に制御しようとすると、結局加熱・冷却装置の長大化が避けられない結果となる。
【０００９】
以上のように、従来のタンデム型ホットストリップミルを用いた圧延設備では、炭素鋼の圧延で高品質の材料を得ることは可能となるが、大型且つ設備費も非常に高くなる。
【００１０】
また、ステッケル熱間圧延設備は、従来主にステンレス綱等の圧延に多用されており、本設備で炭素鋼を圧延した場合は、圧延材が炉内で巻き取られ保持される工程を繰り返すことにより、圧延材表面に酸化スケールが発生し、高品質な製品の製造が困難である。これに対し、圧延の直前に高圧流体を圧延材表面に噴射し、表面スケールを除去するデスケーリングが通常行われていた。しかしこれにより、特に２〜３ｍｍ以下の薄板を圧延する場合、各パス毎にデスケーリングを行うと、圧延材の必要仕上げ温度が確保できないという問題があった。特開平１１−０００７０２号公報、国際公開ＷＯ９７／３６７００号公報などに記載されたツインミルを用いたステッケルミル圧延設備はその点に対する解決策であり、この技術によりステッケル熱間圧延設備でのデスケーリングによる温度低下の問題は解決されたと言える。
【００１１】
しかし、ステッケルミル圧延設備を用いた高級品質炭素鋼の圧延では、更に金属組織的な問題がある。その１つは、特に圧延材先後端部の温度低下が大きいことである。これにより、圧延材長手方向の金属組織が均一にならず、歩留まりを低下させる要因となっていた。このことに対し特公平５−４５３２７号公報、米国特許５７５５１２８号明細書に記載の設備によれば、圧延材温度を均一にすることで、圧延材の品質を均一にし、かつ製品の歩留まりの向上が図れる。しかし、更に高強度材を得るなどの圧延材質の画期的な向上を図るものではない。
【００１２】
また、例えば先の特開平１０−１４７８４３号公報で開示されている、Ｔｉ、Ｎｂ等の微量添加物を含む高強度、高靱性炭素鋼を、上記ステッケル熱間圧延設備で圧延する場合にも問題がある。即ちステッケル熱間圧延設備では、繰り返し圧延される各パス毎に、圧延材は高温雰囲気中の炉内で巻き取られて保持される工程を繰り返し受けるため、微量添加物を含む析出炭化物の集合肥大化及び金属結晶組織の結晶粒の肥大化、という問題が避けられないからである
ここで、一般に析出物は金属組織内に、微細且つ均一に分散されるのが望ましい。これにより、金属組織結晶粒の成長肥大化を防止する効果が、非常に高くなるからである。しかしながら、文献「低炭素Ｎｂ鋼におけるオーステナイト域熱間加工時のＮｂＣ析出モデルの開発」鉄と鋼  第７５年（１９８９）第６号に掲載されているように、圧延加工を施した場合には一般的に析出速度が速くなることが知られている。これに対しステッケル熱間圧延設備では、圧延加工された圧延材が更に炉中で巻き取り・保持される工程を繰り返し受けるため、析出物は主に結晶粒界に集中して肥大化することが避けられない結果となる。
【００１３】
また金属組織の結晶粒は微細なほど好ましく、強度が高くなることが知られている。例えば、日本鉄鋼協会出版「制御圧延・制御冷却」の第２．２章に、母材の降伏応力は結晶粒径の平方根に逆比例する、というＨall−Ｐetchの関係式が記載されている。この点に関しても、高温で長時間巻き取り保持される工程を繰り返すステッケルミルは、望ましくない構成といえる。これは、高温に晒される時間が長いほど、一般に金属組織の結晶粒は成長し、肥大化するためである。
【００１４】
以上のように、従来のステッケルミルでの圧延方法では、特に高品質炭素鋼における金属組織的な品質に問題がある。しかしステッケル熱間圧延設備は、従来のタンデム型のホットストリップミルと比較して、設備費が格段に安く、設備長も非常に短くて済む等の有利な点も多く、金属組織的な品質の問題が解決できれば、小中生産量多品種向け圧延設備に最適であると言える。
【００１５】
本発明の目的は、炭素鋼の熱間圧延を可能とし、かつ金属組織を改質した高品質材を得ることのできるステッケル熱間圧延設備を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
（１）  上記の目的を達成するために、本発明は、圧延機の入出側のそれぞれにファーネスコイラを設置し、炭素鋼からなる圧延材を圧延するステッケル熱間圧延設備において、前記圧延機と前記入出側ファーネスコイラ間の少なくとも一方の側に設置され、圧延材を加熱する加熱手段と、前記圧延機と前記ファーネスコイラ間に設置されるデスケーリング手段と、前記圧延機と前記ファーネスコイラ間の少なくとも一方の側に前記デスケーリング手段とは別に設置され、圧延材を冷却する冷却手段とを備え、前記加熱手段と冷却手段は、前記圧延機と前記ファーネスコイラ間の同じ側で上下に向き合って配置されていることを特徴とするものである。
以上のように構成したステッケル熱間圧延設備により炭素鋼からなる圧延材を圧延する熱間圧延方法の一例として、前記圧延機による最終パスよりも前に、前記加熱手段により圧延材中の析出炭化物を再固溶させる温度以上に加熱しながら前記ファーネスコイラにより圧延材を巻き取る固溶加熱パスを少なくとも１回行い、前記最終パスにおいて、前記冷却手段により圧延材の温度を未再結晶オーステナイト温度領域に冷却制御しながら強圧下圧延を行う。
【００１７】
これにより、炭素鋼圧延材中の析出物を金属母材中に再固溶させるため、析出物の集合肥大化を防ぐことになり、ひいてはステッケル熱間圧延設備を用いて炭素鋼の熱間圧延を可能とし、かつ金属組織を改質した高品質材を得ることができる。
【００１８】
（２）また上記（１）の熱間圧延方法において、好ましくは、固溶加熱パスを非圧延状態あるいは極軽圧下状態で行い、かつ加熱手段の加熱容量の範囲で圧延材中の析出物を再固溶させ得る温度以上とするに足る低速度で行うものとする。
【００１９】
これにより、圧延ロールの接触による圧延材の放熱を低減できるため再固溶のための加熱効率が向上し、また加熱容量の小さい小型の加熱装置によっても析出物を十分再固溶できるような固溶加熱パスが可能となる。
【００２０】
（３）また上記（１）又は（２）の熱間圧延方法において、好ましくは、固溶加熱パスでファーネスコイラに巻き取られた圧延材を、所定時間ファーネスコイラ内に保持するものとする。
【００２１】
これにより、圧延材中の析出物の再固溶をより確実に行うことができる。
【００２２】
（４）また上記（１）から（３）までのいずれか１つの熱間圧延方法において、好ましくは、固溶加熱パスを最終パスの直前あるいはその近傍で行うものとする。
【００２３】
これにより、圧延材が十分薄くなった状態で固溶加熱パスを行うため再固溶の加熱効率が向上し、温度分布も一様となる。
【００２４】
（５）また上記（１）から（４）までのいずれか１つの熱間圧延方法において、好ましくは、固溶加熱パスを複数回連続して行い、そのうち最後の固溶加熱パスを圧延材中の析出物を再固溶させ得る温度以上となる低速度で行うものとする。
【００２５】
これにより、加熱容量の小さい小型の加熱装置によっても効率的かつ確実に析出物を十分再固溶できるような固溶加熱パスが可能となる。
【００２６】
（６）また上記（１）から（５）までのいずれか１つの熱間圧延方法において、好ましくは、固溶加熱パスを最終パスよりも前に行い、最終パスの圧延開始前における圧延材の温度を未再結晶オーステナイト温度領域に制御し、その未再結晶オーステナイト温度領域での最終パスにおける累積圧下率を５０％以上にするように圧延するものとする。
【００２７】
これにより、圧延材の母材金属におけるフェライト結晶粒を微細化することができる。
【００２８】
（７）また上記（１）から（６）までのいずれか１つの熱間圧延方法において、好ましくは、固溶加熱パスを最終パスよりも前に行い、最終パスを含めた少なくとも１パスの圧延において、圧延材に熱間圧延油を塗布するものとする。
【００２９】
これにより、特に高圧下率が望ましい固溶加熱パス以降の圧延において、圧延油の塗布によりロールと圧延材間の摩擦力を低下させ、圧延荷重・トルク等が小さくなることで高圧下率の圧延が可能となり、金属組織の結晶粒の微細化が図られるため圧延材の品質が向上する。
【００３０】
（８）また、上記ステッケル熱間圧延設備により炭素鋼からなる圧延材を圧延する熱間圧延方法の他の一例として、非圧延パスを少なくとも２回以上連続して行い、これら非圧延パスで加熱手段により圧延材を加熱して行うパスと冷却手段により圧延材を冷却して行うパスをそれぞれ少なくとも１回以上行うものとする。
【００３１】
これにより、フェライトの再結晶およびオーステナイトの再結晶が繰り返されることになるため金属組織の結晶粒の微細化が可能となり、ひいてはステッケル熱間圧延設備により高品質炭素鋼を適切に熱間圧延できるものとなる。
【００３５】
（９）また、以上のように構成したステッケル熱間圧延設備によれば、圧延材表面スケールの除去を行う手段と別の専用の冷却手段によって、固溶加熱パス後の高温にある圧延材を未再結晶オーステナイト領域（Ａ３変態点から概略９５０℃位の範囲）にまで確実かつ効率よく冷却することができ、固溶処理を施した後における理想的なオーステナイト圧延を可能にする。
（１０）上記（１）のステッケル熱間圧延設備において、好ましくは、前記圧延機による最終パスよりも前に、前記加熱手段により圧延材中の析出炭化物を再固溶させる温度である１０００°Ｃ〜１２００°Ｃに加熱し、前記最終パスにおいて、前記冷却手段により圧延材の温度を未再結晶オーステナイト温度領域に冷却するよう前記加熱手段及び冷却手段を制御する制御手段を更に備える。
【００３６】
（１１）また上記（１）又は（１０）のステッケル熱間圧延設備において、好ましくは、圧延機に熱間圧延油塗布装置を設けたものとする。
【００３７】
これにより、特に高圧下率が望ましい固溶加熱パス以降の圧延において、圧延油の塗布によりロールと圧延材間の摩擦力を低下させ、圧延荷重・トルク等が小さくなることで高圧下率の圧延ができるため、金属組織の結晶粒の微細化による品質の向上が可能となる。
【００３８】
（１２）また上記（１）から（３）までのいずれか１つのステッケル熱間圧延設備において、好ましくは、圧延機がツインミルであるものとする。
【００３９】
これにより、圧延材の温度低下を防止すると共に、金属組織の結晶粒を微細化するための累積圧下の効率向上、及びファーネスコイラと圧延機間の通板安定性の向上が可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施形態を示す。図１において、本実施形態のステッケル熱間圧延設備は、圧延機としては１つのハウジング２ｈに２セットのロールを組み込んだ所謂ツインミル２を有し、ツインミル２は２セットのロールが作業ロール２ａ、２ａ、補強ロール２ｂ、２ｂを備えた４段圧延機となっている。ツインミル２の入側及び出側には加熱炉３内に巻き取り機４を設置した、所謂ファーネスコイラ１６が設置され、かつ圧延機２とファーネスコイラ１６間には、各々圧延材１の加熱装置５及び冷却装置６が設置され、加熱・冷却が自在にできるようにしてある。また、ツインミル２には炭素鋼の圧延を可能とするため、高圧流体を圧延材表面に噴射するデスケーリング用ノズル７を設け、更に熱間圧延油を噴射するノズル８が設置してある。ここで図示されていないスラブ加熱炉等から搬送された圧延材１は、ツインミル２により繰り返し圧延され、その板厚が巻き取り可能な２５ｍｍ程度になると、ピンチロール９、デフレクタロール１０及び圧延材ガイド装置１１などでガイドされながら、巻き取り機４で巻き取られる。以降は最終板厚になるまで、左右のファーネスコイラ１６で巻き取られながら、繰り返し圧延される。圧延材１の温度制御は、温度検出器１２で圧延材１の温度を測定し、温度検出器１２の信号を制御装置１３に入力し、目的の温度になるように制御装置１３で加熱装置５又は冷却装置６を制御することにより行われる。
【００４３】
本図で圧延機をツインミル２とした理由は、できるだけ圧延材１の温度低下を防ぎ、且つ圧延の操業性を飛躍的に向上させるためであり、これは特開平１１−２０７４０３号公報に説明してある通りである。
【００４４】
次に上記構成にある本実施形態のステッケル熱間圧延設備による運転例を以下に説明する。
【００４５】
まず圧延開始前の時点において、温度制御装置１３の指令制御により加熱装置５及び冷却装置６は共に非作動の状態にあり、そこに圧延設備前段に位置する不図示のスラブ加熱路等から圧延材１が搬送されてくる。
【００４６】
通常の場合まだ送られてきたばかりの圧延材１はかなりの厚みにあり、ファーネスコイラ１６による巻き取りが困難であるため、テーブルロール上の圧延材ガイド装置１１は下がったまま水平搬送路面上での往復パスにより圧延が繰り返されることとなる。ここでツインミル２による圧延時においては、入出側に備えるデスケーリング装置７から圧延材１の表面に高圧流体が吹き付けられることで圧延材表面スケールの除去が行われ、また同時に圧延油装置８から圧延材１と作業ロール２ａとの間に熱間圧延油が塗布される。
【００４７】
そして圧延が進んで板厚が２５ｍｍ程度になった時点でファーネスコイラ１６による巻き取りが可能と判断され、圧延ガイド装置１１が起き上がって搬送路を形成し、ピンチロール９などのガイドにより巻き取り機４へ送られて巻き取りが行われる。
【００４８】
またこの時点で温度制御装置１３の指令制御により、ファーネスコイラ１６とツインミル２との間に位置する加熱装置５が発熱作動を始め、ファーネスコイラ１６が巻き取りきれずに露出させた圧延材１の先後端部に対して温度が低下しないよう、つまり圧延材１全体の温度分布が一様となるように加熱する。この時点での加熱温度は通常、Ａ３変態点（純鉄で約９１０℃）よりも高い温度となる。２つのファーネスコイラ１６がそれぞれ巻き取り、保持、送り戻しを交互に繰り返すことで圧延材１がその間を往復移動し、その間に位置するツインミル２により圧延が進む工程となる。
【００４９】
そして最終圧延パスの所定の数パス前において、温度制御装置１３の指令制御により加熱装置５を作動させて圧延材１を圧延材１中の析出物の再固溶温度以上にまで加熱し、また非圧延状態あるいは極軽圧下で且つ低速通板させることにより、圧延材１に対して再固溶処理を行う固溶加熱パスを１回あるいは数回行う。ここでこの析出物の再固溶温度については一般的にＡ３変態点から幾らか高い温度とされており、具体的に一例として圧延材１が炭素含有率０．１％以下の炭素鋼である場合、およそ１０００℃から約１２００℃（装置能力の上限）となる。また１回の固溶加熱パスの度に加熱された圧延材１はファーネスコイラ１６で巻き取られた後一定時間保持される。
【００５０】
そして固溶加熱パスが終了すると、温度制御装置１３の指令制御により加熱装置５による加熱が停止され、最終パスの圧延開始前に必要に応じ冷却装置６を作動させて圧延材１を未再結晶オーステナイト領域の温度まで冷却した上で、ツインミル２により強圧下の最終パスを行う。最終圧延パス終了後には圧延ガイド装置１１が下がることで圧延材１がランナウェイテーブルへ搬送され、ラミナフロー冷却装置１４による冷却で固溶物を再析出した後にダウンコイラ１５に巻き取られて製品となる。
【００５１】
以上の運転例の各工程におけるそれぞれの作用について以下に説明する。
【００５２】
まずこのようなステッケルミルを用いて圧延する場合の、金属組織的な問題に関しては先に延べた通りであり、特に問題となる点は析出物の肥大化を防止する方法についてである。特に加熱装置５を備えていない設備では、一旦発生した集中巨大析出物を通常の圧延過程で微細化し且つ均一に分散させることは、非常に困難である。これに対し加熱装置５を備えた設備では、所望のパスで圧延材１を析出物の再固溶温度以上に加熱しながらファーネスコイラ１６で巻き取って必要時間保持する（以下、単に固溶加熱パスという）ことにより、析出物を再固溶させることができる。このような加熱装置５の利用方法は、先の公知例、特公平５−４５３２７号公報及び米国特許５７５５１２８号明細書には一切記載されていなく、利用目的が本質的に異なっているといえる。即ち、上記の公知例における加熱装置の利用目的は、圧延材１の先後端温度制御又は圧延材１の全長に渡った温度の均一化制御であり、本発明のように圧延材１の金属組織を、積極的に改質するものでないからである。上記析出物の再固溶を確実に実施するためには、再固溶温度以上に加熱された圧延材１を炉３内で巻き取り、必要時間保持する。
【００５３】
しかし、上記のような加熱装置５の利用方法には問題もある。それは仕上げ製品板厚にもよるが、一般に最終パス前付近での圧延では、圧延材温度が９００℃程度以下まで低下するのが普通である。薄板などを圧延する場合には、オーステナイト圧延で一般的に言われている許容下限温度、Ａ３変態点以下にならざるを得ない場合もある。これに対し析出物の固溶処理を行う温度は、一般的には１０００℃以上であり、かなり大きな加熱が必要となる場合がある。このことは加熱装置５の大型化、及び加熱炉３の炉長を長くする必要があることを意味している。しかしステッケルミルでは操業の容易さから、できるだけ圧延機とファーネスコイラ１６間の距離の短いことが望まれている。これに対して固溶加熱パスでは、圧延を行なわず又は極軽圧下（例えば５％以下）で、且つ低速で通板しながらの加熱方法とすることで、できるだけ必要加熱炉長を短くすることができる。加熱容量を極力小さくするためには、作業ロール２ａと圧延材１を接触させずに通板することが理想であるが、問題もある。即ち、作業ロール２ａと圧延材１を非接触状態で長時間放置した場合、作業ロール２ａが冷やされることにより、これまでの圧延で発生したロール熱膨張によるロール表面プロフィル（以下、サーマルクラウンという）が変化することになる。これにより、圧延を再開する度に作業ロール２ａの形状が変化することになり、次の圧延における圧延材１の形状制御が、これまでの圧延で行われていた形状制御方法と、一変する可能性があるといった問題である。これは形状制御の容易さ・正確さの観点から好ましいことではない。このことは、固溶加熱パスでは、図示していないが通常行われている圧延ロール冷却を行うために作業ロール２ａに噴射される冷却液（ロールクーラント）の水量を少なく制御したり、噴射しないようにすることで、サーマルクラウンの形状変化を極力少なくすることが有効であることを示している。
【００５４】
また固溶処理を目的とした加熱は、連続した複数回のパスで行なうこともできる。このような方法を採れば、更に加熱装置５を小型化できることは説明の要がない。また、複数回の通板加熱処理を行なう場合は特に、先後端部を巻き取り機のマンドレル４に巻き付けた状態で行なっても良い。これは、マンドレル４に巻き付けた先端部又は後端部は常に炉内にあり温度低下が少ないこと、残りの大部分の圧延材１は通板加熱パスを繰り返すことにより、常に加熱保持がほぼ均等に施され一部分のみが過冷却又は強く加熱されることが無いからである。これは、ステッケルミルにおける通板加熱処理において、何ら操業上の問題を発生させることなく実施できることを意味している。
【００５５】
更に圧延材１の板厚が薄いほど加熱効率が高く、従って小型の加熱装置５でも十分に加熱することが可能となる。このことは、固溶加熱パスは、最終パスの一つ手前のパスで行うことが有効であることを意味する。また板厚が薄いほど、加熱後の板厚方向の温度分布が一様となり、固溶処理が容易に均一且つ素早くできることも、上記最終パス前付近で加熱処理を行うことによる効果の１つである。具体例として、上記固溶態処理に必要な時間の一般的目安は、板厚２５ｍｍ当たり０．５時間位の保持時間が必要と言われていることから、従って板厚２．５ｍｍで固溶態処理を行った場合には、炉内における保持時間が３分程度で済むことになり、即ち板厚が薄いほど生産量が向上する効果があると言える。
【００５６】
しかし以上説明したような固溶処理により析出物の肥大化を防止できる一方で、圧延材１をファーネスコイラ１６で高温保存することにより金属組織の結晶粒が成長し、肥大化してしまうといった問題が生じることになる。従ってこのままの状態では、前述の如く母材金属における強度の低下という問題が解決できないことになる。しかしこれに関しては、先に掲げた文献「制御圧延・制御技術」の第２．２章にも記載してあるように、フェライトの結晶粒径を決める大きな要因は、未再結晶オーステナイト領域での累積圧下率にあることが明らかとなっている。これを端的に示した文献としては、新日鉄技報第３６５号（１９９７）「厚板ペアクロスミルにおける大圧下圧延技術」等がある。上記文献等により、累積圧下率が５０％以下の場合は、ほぼ上記圧下率に比例して（圧下率を上げるほど）フェライト粒径が小さくなり、５０％以上、望ましくは６０％以上では、ほぼ飽和することが示されている。従って、本発明による固溶処理を施すことにより粗大化された結晶粒は、この後未再結晶オーステナイト領域で強圧下することにより、微細なフェライトの結晶粒にすることができることになる。通常１台の圧延機で、５０％以上の圧下を行うことは、圧延荷重も大きくなり、形状の制御が難しく非常に困難である。従って、圧延機は複数台設置することが望ましい。特に操業の安定性からは、ツインミル２の適用が理想的であると言える。
【００５７】
以上のように圧延された圧延材１は出側ランナウトテーブル上に設置された冷却装置１４により冷却され、ダウンコイラ１５で巻き取られ製品化されるが、このときランナウトテーブルでの冷却が最終製品の品質を決定する上で重要であることは、従来の制御圧延技術と同様である。即ち、本発明による圧延方法で固溶された析出物は、上記冷却装置１４で冷却されることにより、再析出することになる。ここで固溶処理された圧延材１を用いる意味は、最終製品に残る析出物の大部分は、上記ランナウトテーブル上の冷却で生成されると言うことである。従って、ランナウトテーブル上の冷却を、圧延鋼種に応じて制御することにより、固溶処理前の圧延履歴に係わらず、析出物の最適な析出制御ができることになる。具体的には、できるだけ微細な析出物を均一に、母材中に分散させるように行われる。このようにすることにより、ランナウトテーブル上でオーステナイトからフェライトに変態するフェライト結晶粒の成長を抑制し、製品強度を向上させると共に、母材中の固溶炭素量を減少させ、靱性に富む製品の生産が可能となる。
【００５８】
以上が本発明で提案する、圧延方法及び圧延設備に適用される新たな圧延製造プロセスに対する、基本的な考え方である。しかし更に説明を加えれば、オーステナイト圧延では固溶処理を施した後の圧延は、未再結晶オーステナイト領域で行われることが望ましい。これは圧延材１の温度で、Ａ３変態点から概略９５０℃位の範囲における圧延を意味している。従って、本発明における固溶処理で、上記の範囲以上に温度を上げた場合、効率よく上記範囲内で圧延を行なうためには、固溶処理の後冷却することが望ましい。冷却手段としては、デスケーリング装置７を用いることもできるが、本来目的の異なっている装置を用いて圧延材１の温度を制御することは好ましいことではない。デスケーリング装置７の本来の目的は、圧延材表面スケールの除去であり、このためには一般に１００ｋｇ／ｃｍ２以上の高圧流体を、多量に圧延材表面に噴射するような、設備となっている。このような装置を用いて温度制御するためには、圧力、流量等を制御する必要があり、実際には非常に困難であり、また効率の悪い使い方であると言える。圧延材１の冷却が目的であれば、このような高圧流体は必要でなく、例えばラミナフロー冷却といった水冷却など従来より用いられている専用の冷却装置６を備えた方が良い。しかしこのような場合、最終圧延の数パス前で固溶処理を行い、継続する後の圧延で結果的に未再結晶オーステナイト領域での圧延となるように、圧延スケジュールを組むことも可能であることは、言うまでもない。
【００５９】
また特にフェライト圧延を行なう場合、上記冷却装置６とデスケーリング装置７のどちらか又は両方を用いて、Ａ３変態点以下に制御することは当然である。板厚が厚く、設置された冷却装置６の能力では固溶処理後の１回の冷却で所定の温度まで下がらない場合は、非圧延状態又は通常の圧延パスを複数回繰り返し、所定の温度に達するまで冷却を行うこともできる。
【００６０】
また以上のような設備で、少なくとも固溶処理以後の圧延において、少なくとも１パス以上の圧延に熱間圧延油を塗布することは格別の効果を発揮する。熱間圧延油を適用することにより、作業ロール２ａと圧延材１間の摩擦力が低下し、圧延荷重・トルク等が小さくなることは自明である。このことは特に、フェライト圧延等の低温圧延時に有効であることは当然である。本発明に付随した固有の効果としては、最終的に得られるフェライト粒径を極力小さくするためには、累積圧下率を高くすることが効果的であることを前述した。このことは、少なくとも固溶処理以降の圧延は、できるだけ高圧下率とすることが望ましいと言える。高圧下圧延を実現するためには、できるだけ小径の作業ロール２ａを利用することである。また圧延の安定性から言えば、できるだけ作業ロール２ａでの駆動が望ましい。しかしこのことは、駆動系、特にスピンドルの許容トルクが、小さく抑さえられることになり、大きなトルクが伝達できないことになる。この制限を緩和するために、特に高圧下率が望ましい固溶処理以降の圧延に、熱間圧延油を用いることは、高圧下率の圧延を可能とし、金属組織の粒径を微細化し品質を高める効果がある。更に組織に及ぼす直接的効果として、作業ロール２ａと圧延材１間の摩擦力が低減するということは、圧延材１と作業ロール２ａ間に作用するせん断力が小さくなると言う事である。このことは、圧延材表層付近に作用する局部的なせん断変形が小さくなることを意味し、圧延組織を板厚方向にも均一にする効果がある。これは、均一な高品質材を生産するという本発明の目的を、更に高めると言える。
【００６１】
第１図に示した実施形態では、圧延機としてツインミル２を用いたが、通常の１スタンド又ば複数スタンドの圧延機としても、同様な効果を奏することは当然である。しかし、圧延機とファーネスコイラ１６間に、加熱装置５及び冷却装置６を設置した場合、圧延機をツインミル２とすることは、格別の効果がある。即ち、加熱装置５及び冷却装置６を設けると１ｍ程度は確実に圧延機とファーネスコイラ１６間の距離が長くなるため、巻き取り作業の困難さが増加する。これは、圧延材１の先端が巻き取り機に達するまで、無張力で圧延・通板することになり、蛇行の発生する危険性が高く、通板の安定性が悪くなるためである。これに対し、ツインミル２とした場合は、２セットの圧延ロール間距離は非常に短く、通板中は上記２セットの圧延ロールで確実に圧延材１が拘束されるため、通板の安定性が著しく高まり、上記操業性の困難を解消できるからである。このように、圧延機とファーネスコイラ１６間の距離が、必然的に長くなる本圧延設備のような場合には、特にツインミル２の設置が効果的であると言える。
【００６２】
また加熱装置５は効率よく加熱するために、電磁誘導加熱とすることが望ましい。及び、このようなステッケル熱間圧延設備の前に粗圧延機を設置したり、後ろに複数の仕上げ圧延機を設置してもよい。特に、後ろに仕上げ圧延機を設置すれば、最終パスでの累積圧下率を更に大きくできることは当然である。
【００６３】
更に、第１図では冷却装置６及び加熱装置５を、同時に設置した場合を示したが、圧延鋼種によっては例えば加熱装置５のみを設置しても良い。また、同図には加熱装置５を上側、冷却装置６を下側に設置した場合を示したが、各々の装置を上下両方に設置する、又は入側と出側で両者の設置位置を逆にする、更に片側は冷却装置６のみとし、もう一方は加熱装置５のみとする等でも、同様な効果を有することは当然である。
【００６４】
図１に示したステッケル熱間圧延設備を用いた他の運転例として、少なくとも１パス以上のパスで、圧延を行なわず又は極軽圧下、低速で通板しながら、加熱装置５及び冷却装置６を選択的に作動させて加熱・冷却を順次繰り返す圧延方法を採っても良い。例えば、最初にＡ３変態点以上のオーステナイト組織の圧延材１を、Ａ３変態点以下のフェライト生成領域に温度を下げ、その後フェライト組織の圧延材１を、Ａ３変態点以上のオーステナイト組織に加熱する、等である。一般に炭素鋼においてはＡ３変態点を通過すると、金属組織は例えばオーステナイトからフェライト、或いはフェライトからオーステナイトヘの再結晶を起こし、これを利用して金属組織の結晶粒を微細化することができる。即ち、最終パスの前に上記の熱処理プロセスにより、できるだけ母材の結晶粒を事前に微細化して置くことは、最終製品の品質向上に更に有用であることは当然なことである。しかも、上記の加熱と冷却のどちらか又は両方を制御することにより、簡単に２相（オーステナイト及びフェライトの混合組織）圧延も可能になる。
【００６５】
以上により、従来の大型ホットストリップ圧延設備では、実質非常に困難であった圧延前の金属組織の自由な造り込みが、本実施形態により簡単に達成できるものとなる。これはまた、従来のステッケルミルはステンレス鋼等の特殊鋼に専ら適用されていたものを、一気に高品質炭素鋼の圧延にも適用可能とするものである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、炭素鋼圧延材中の析出物を金属母材中に再固溶させるため、析出物の集合肥大化を防ぐことになり、ひいてはステッケル熱間圧延設備を用いて炭素鋼の熱間圧延を可能とし、かつ金属組織を改質した高品質材を得ることができる。
【００６７】
また本発明によれば、未再結晶オーステナイト温度領域での最終パスにおける累積圧下率を５０％以上にするように圧延することで、圧延材の母材金属におけるフェライト結晶粒を微細化することができる。
【００６８】
また本発明によれば、フェライトの再結晶およびオーステナイトの再結晶が繰り返されることになるため金属組織の結晶粒の微細化が可能となり、ひいてはステッケル熱間圧延設備により高品質炭素鋼を適切に熱間圧延できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にあるステッケル熱間圧延設備の縦断面図である。
【符号の説明】
１  圧延材
２  ツインミル
２ａ  作業ロール
２ｂ  補強ロール
２ｈ  ハウジング
３  加熱炉
４  マンドレル
５  加熱装置
６  冷却装置
７  デスケーリング装置
８  圧延油装置
９  ピンチロール
１０  デフレクタロール
１１  圧延材ガイド装置
１２  温度検出器
１３  温度制御装置
１４  ラミナフロー冷却装置
１５  ダウンコイラ
１６  ファーネスコイラ
【図１】
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