(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐を０．０１質量％以上含有する高燐鋼の溶湯を５０Ｋ毎秒以上の冷却速度で冷却し、ロール表面間隔が最も狭くなる点で圧着して数ｍｍの厚みの鋳造ストリップに鋳造するドラムキャスタと、
前記鋳造ストリップを熱延ストリップに熱間圧延する熱間圧延機とを具備し、
前記熱延ストリップの幅と前記鋳造ストリップの幅の差を前記熱延ストリップの厚さで割った商である幅方向剪断歪み量は、０．２以上である
高燐鋼板製造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記熱間圧延機は、前記鋳造ストリップと接触して圧延する２つのワークロールを備え、
前記ワークロールの回転軸と前記幅方向とのなす角であるクロス角は、２度以上である
高燐鋼板製造装置。
【請求項３】
請求項１〜請求項２のいずれかにおいて、
前記熱間圧延機は、圧下率が３０％以上で熱間圧延する
高燐鋼板製造装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記熱間圧延機は、温度が前記高燐鋼のＡｒ１変態点以上で前記鋳造ストリップを熱間圧延する
高燐鋼板製造装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記鋳造ストリップの温度をＡｒ３変態点以上に保温する保温炉
を更に具備する高燐鋼板製造装置。
【請求項６】
燐を０．０１質量％以上含有する高燐鋼の溶湯を調製するステップと、
前記溶湯を回転する２個の鋳造ロールの表面で５０Ｋ毎秒以上の冷却速度で冷却し、ロール表面間隔が最も狭くなる点で圧着して数ｍｍの厚みの鋳造ストリップに鋳造するステップと、
前記鋳造ストリップを熱延ストリップに熱間圧延するステップとを具備し、
前記熱延ストリップの幅と前記鋳造ストリップの幅の差を前記熱延ストリップの厚さで割った商である幅方向剪断歪み量は、０．２以上である
高燐鋼板製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記熱間圧延するステップは、前記鋳造ストリップと接触して圧延する２つのワークロールにより実行され、
前記ワークロールの回転軸と前記幅方向とのなす角であるクロス角は、２度以上である
高燐鋼板製造方法。
【請求項８】
請求項６〜請求項７のいずれかにおいて、
前記熱間圧延の圧下率は、３０％以上である
高燐鋼板製造方法。
【請求項９】
請求項６〜請求項８のいずれかにおいて、
前記熱間圧延するステップは、温度が前記高燐鋼のＡｒ１変態点以上で実行される
高燐鋼板製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜請求項９のいずれかにおいて、
前記鋳造ストリップの温度をＡｒ３変態点以上に保温するステップ
を更に具備する高燐鋼板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法に関し、特に、燐（Ｐ）を０．０１質量％以上含有する高燐鋼の薄板を製造する場合に利用される高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
普通鋼は、鉄が主成分であり、炭素０．０１〜０．１５質量％、ケイ素０．１５〜０．３０質量％、マンガン０．６〜１．５質量％、燐０．００５質量％程度および硫黄０．００５質量％程度を含有している。この普通鋼の熱延鋼板（ホットコイル）は、一般的に、溶解・精錬された溶湯（溶融金属）からスラブが鋳造され、そのスラブが熱間圧延されて製造される。
【０００３】
溶湯からストリップに直接に鋳造するストリップキャスティングが開発されている。そのストリップキャスティングは、溶湯の歩留まりの向上を図り、粗熱間圧延を省略して、普通鋼のホットコイルの製造コストを低減する。そのストリップキャスティングを実行する装置としては、平行な軸で回転する２個のロールの表面で溶湯を冷却し、そのロールの表面の間隔が最も狭くなる点で凝固した金属を圧着して厚みが数ｍｍのストリップ（金属薄板）を製造するドラムキャスタが例示される。
【０００４】
図１２は、ドラムキャスタが適用された公知の熱延鋼板製造装置を示している。その熱延鋼板製造装置１０１は、取鍋１０２、タンディッシュ１０３、ドラムキャスタ１０４、保温炉１０５、熱間圧延機１０６、冷却装置１０７およびコイラ１０８を備えている。
【０００５】
取鍋１０２は、炉から供給される高燐鋼の溶湯（溶融金属）１１１を受けタンディッシュ１０３に運搬し、タンディッシュ１０３に溶湯１１２として供給する容器である。炉としては、高炉、電炉、転炉が例示される。タンディッシュ１０３は、取鍋１０２から供給された溶湯１１１をドラムキャスタ１０４に供給するために使用される漏斗である。タンディッシュ１０３は、ドラムキャスタ１０４に供給される溶湯１１２の流量を調節し、溶湯１１１を貯留することにより溶湯１１２の温度を調節する。
【０００６】
ドラムキャスタ１０４は、回転する２個のロールの表面で溶湯１１２を冷却して凝固させ、ロール表面間隔が最も狭くなる点で圧着して数ｍｍの厚みの鋳造ストリップ（金属薄板）１１３を製造する装置である。
【０００７】
保温炉１０５は、鋳造ストリップ１１３を所定の温度未満にならないように保温し、または、鋳造ストリップ１１３を所定の温度以上に加熱する。保温炉１０５は、その保温・加熱された鋳造ストリップ１１４を熱間圧延機６に供給する。
【０００８】
熱間圧延機１０６は、鋳造ストリップ１１４に圧縮塑性変形を与え、１〜４．７６ｍｍ厚の熱延ストリップ１１５に延伸成形する設備である。
【０００９】
冷却装置１０７は、熱延ストリップ１１５より低温の冷却流体をストリップ１１３に接触させて冷却し、冷却された熱延ストリップ１１６を製造する装置である。この冷却流体は、水または空気である。コイラ１０８は、熱延ストリップ１１６を巻き取る装置である。
【００１０】
燐を大量に含有している鉄鉱石から生成される溶銑は、燐を大量に（０．０１質量％以上）含有している。このような鉄鉱石としては、ヨーロッパ産の鉄鉱石が例示される。燐を大量に含有する鉄鋼材料は、鋳造する際に結晶粒界に燐（または燐化合物）が析出し、熱間圧延する際に割れやすいという欠点がある。このため、精錬時に溶湯から燐を除去する脱燐が実行されている。大量の燐を除去する脱燐には一般的にフッ化カルシウムが使用され、このとき生成されるスラグには有害なフッ化物が含有し、そのスラグの廃棄には環境を汚染させないための特殊な処理が必要である。そこで、フッ化カルシウムによる脱燐を実行しない熱延鋼板の製造方法が望まれている。
【００１１】
一方、強度または耐食性を向上させるために、０．０１質量％以上の燐が積極的に添加された高燐鋼が知られている。このような高燐鋼は、鋳造する際に、結晶粒界に燐が析出し、熱間圧延する際に割れやすいという欠点がある。そこで、圧延する際に割れ難い高燐鋼の熱延鋼板の製造方法が望まれている。
【００１２】
結晶粒径を細かくすることにより介在物の偏析を防ぎ、鋳造された鋼板を割れ難くする金属薄板製造方法が知られている。特公平４−６０７４１号公報に示されている公知の金属薄板製造方法は、ドラムキャスタにより鋳造された金属薄板を、一度Ａ１変態点以下の温度に自然冷却したあと、再度インラインにてＡ３変態点以上の温度に加熱・保持し、次いでガス又は水あるいは気水混合物で冷却している。このような金属薄板製造方法では、金属組織が微細化された薄板鋳片を得ることができ、次工程の冷間圧延工程および焼鈍工程における冷間圧延率および焼鈍温度の低下を図ることができる。
【００１３】
フェライト粒界に一旦偏析した燐（燐化合物）は、拡散しにくく、このような金属薄板製造方法でもその燐の偏析は軽減されない。ストリップキャスティングを適用し、かつ、燐の偏析を軽減する熱延鋼板の製造方法が望まれている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冷間圧延する際に割れが発生し難い高燐鋼の熱延鋼板を製造する高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、熱間圧延する際に割れが発生し難い高燐鋼の鋼板を鋳造する高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、燐の偏析が小さい高燐鋼の熱延鋼板を製造する高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、高燐鋼の熱延鋼板の機械的性質を向上させる高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１６】
本発明による高燐鋼板製造装置（１）は、燐を０．０１質量％以上含有する高燐鋼の溶湯（１１）を５０Ｋ毎秒以上の冷却速度で鋳造ストリップ（１２）に鋳造するドラムキャスタ（４）を具備している。鋳造ストリップ（１２）は、板厚が１ｍｍ〜１０ｍｍの鋼帯である。鋳造ストリップ（１２）の任意の局所の冷却速度は、５０Ｋ毎秒以上であり、その冷却速度は、たとえば、鋳造ストリップ（１２）のデンドライト２次アーム間隔に基づいて導出される。ドラムキャスタ（４）は、たとえば、鋳造速度を制御することにより、鋳造ストリップ（１３）の冷却速度を制御する。このような鋳造は結晶粒界に燐が偏析することを防止し、鋳造ストリップ（１２）の結晶粒界の燐の濃度は小さく、圧延により割れ難い。
【００１７】
高燐鋼板製造装置（１）は、鋳造ストリップ（１４）を熱延ストリップ（１５）に熱間圧延する熱間圧延機（６）を更に具備している。鋳造ストリップ（１４）の熱間圧延による幅方向（Ｄ）の増分（ΔＷ）を熱延ストリップ（１５）の厚さ（ｒ′）で割った商である幅方向剪断歪み量（εＤ）は、０．２以上である。その幅方向剪断歪み量（εＤ）を増加させることにより、相当歪みεｅは容易に増加させることができ、幅方向剪断歪み量（εＤ）が０．２以上になるように熱間圧延することにより、熱延ストリップ（１５）は、最終組織のフェライト粒径が２μｍ以下に微細化し、等軸化され、冷間圧延する際に割れが発生し難い。
【００１８】
熱間圧延機（６）は、鋳造ストリップ（１４）と接触して熱間圧延する２つのワークロール（３１、３２）を備え、ワークロール（３１、３２）の回転軸（４１、４２）と幅方向（Ｄ）とのなすクロス角（θ、θ′）は、２度以上である。このような熱間圧延機は、容易に鋳造ストリップの幅方向剪断歪み量（εＤ）を０．２以上にすることができる。
【００１９】
熱間圧延機は、圧下率が３０％以上で熱間圧延する。このような熱間圧延は、熱延ストリップ（１５）のフェライト粒径を微細化し、組織を等軸化することができる。
【００２０】
熱間圧延機（６）は、温度が高燐鋼のＡｒ１変態点以上で鋳造ストリップ（１４）を熱間圧延する。鋳造ストリップ（１４）は、ワークロール（３１、３２）との接触により冷却される。接触時間を短くすることにより、圧延温度が高燐鋼のＡｒ１変態点未満になることを防止する。熱間圧延機（６）は、ワークロール（３１、３２）の径を小さくし、または、圧延速度を速くすることにより、接触時間を短くする。Ａｒ１変態点以上で熱間圧延することは、析出したフェライト粒も微細化することができる。
【００２１】
高燐鋼板製造装置（１）は、鋳造ストリップ（１４）の温度をＡｒ３変態点以上に保温する保温炉（５）を更に具備している。保温炉（５）は、熱間圧延前の鋳造ストリップ（１４）の温度をＡｒ３変態点以上に保持し、または、加熱する。Ａｒ３変態点以上では、鋳造ストリップ（１４）の組織がほとんどオーステナイト相である。このような鋳造ストリップ（１４）は、熱間圧延されると、結晶粒径が均一に微細化し好ましい。鋳造ストリップ（１４）は、Ａｒ３変態点未満であるときにフェライト相が析出し、熱間圧延する際にフェライト相が選択的に変形され、結晶粒径にバラツキが発生し、冷間圧延する際に割れに例示される悪影響を及ぼす。
【００２２】
本発明による高燐鋼板製造方法は、燐を０．０１質量％以上含有する高燐鋼の溶湯（１２）を調製するステップと、溶湯（１２）を５０Ｋ毎秒以上の冷却速度で鋳造ストリップ（１３）に鋳造するステップとを具備している。鋳造ストリップ（１２）は、板厚が１ｍｍ〜１０ｍｍの鋼帯である。鋳造ストリップ（１２）の任意の局所の冷却速度は、５０Ｋ毎秒以上であり、その冷却速度は、たとえば、鋳造ストリップ（１２）のデンドライト２次アーム間隔に基づいて導出される。ドラムキャスタ（４）は、たとえば、鋳造速度を制御することにより、鋳造ストリップ（１３）の冷却速度を制御する。このような鋳造は結晶粒界に燐が偏析することを防止し、鋳造ストリップ（１２）の結晶粒界の燐の濃度は小さく、圧延により割れ難い。
【００２３】
本発明による高燐鋼板製造方法は、鋳造ストリップ（１３）を熱延ストリップ（１５）に熱間圧延するステップを更に具備している。鋳造ストリップ（１３）の熱間圧延による幅方向（Ｄ）の増分（ΔＷ）を熱延ストリップ（１５）の厚さ（ｒ′）で割った商である幅方向剪断歪み量（εＤ）は、０．２以上である。その幅方向剪断歪み量（εＤ）を増加させることにより、相当歪みεｅは容易に増加させることができ、幅方向剪断歪み量（εＤ）が０．２以上になるように熱間圧延することにより、熱延ストリップ（１５）は、最終組織のフェライト粒径が２μｍ以下に微細化し、等軸化され、冷間圧延する際に割れが発生し難い。
【００２４】
熱間圧延するステップは、鋳造ストリップ（１３）と接触して圧延する２つのワークロール（３１、３２）により実行され、ワークロール（３１、３２）の回転軸（４１、４２）と幅方向（Ｄ）とのなす角であるクロス角（θ、θ′）は、２度以上である。このような熱間圧延機は、容易に鋳造ストリップの幅方向剪断歪み量（εＤ）を０．２以上にすることができる。
【００２５】
その熱間圧延の圧下率は、３０％以上である。このような熱間圧延は、熱延ストリップ（１５）のフェライト粒径を微細化し、組織を等軸化することができる。
【００２６】
熱間圧延するステップは、温度が高燐鋼のＡｒ１変態点以上で実行される。鋳造ストリップ（１４）は、ワークロール（３１、３２）との接触により冷却される。接触時間を短くすることにより、圧延温度が高燐鋼のＡｒ１変態点未満になることを防止する。熱間圧延機（６）は、ワークロール（３１、３２）の径を小さくし、または、圧延速度を速くすることにより、接触時間を短くする。Ａｒ１変態点以上で熱間圧延することは、析出したフェライト粒も微細化することができる。
【００２７】
鋳造ストリップ（１３）の温度をＡｒ３変態点以上に保温するステップを更に具備している。熱間圧延前の鋳造ストリップ（１４）は、温度をＡｒ３変態点以上に保持され、または、加熱される。Ａｒ３変態点以上では、鋳造ストリップ（１４）の組織がほとんどオーステナイト相である。このような鋳造ストリップ（１４）は、熱間圧延されると、結晶粒径が均一に微細化し好ましい。鋳造ストリップ（１４）は、Ａｒ３変態点未満であるときにフェライト相が析出し、熱間圧延する際にフェライト相が選択的に変形され、結晶粒径にバラツキが発生し、冷間圧延する際に割れに例示される悪影響を及ぼす。
【００２８】
【発明の実施の形態】
添付された図面を参照して、本発明による高燐鋼板製造装置の実施の形態を説明する。その高燐鋼板製造装置１は、図１に示されているように、取鍋２、タンディッシュ３、ドラムキャスタ４、保温炉５、熱間圧延機６、冷却装置７およびコイラ８を備えている。
【００２９】
取鍋２は、炉から供給される高燐鋼の溶湯（溶融金属）１１を受けタンディッシュ３に運搬して供給する容器である。炉としては、高炉、電炉、転炉が例示される。高燐鋼とは、燐を０．０１質量％以上含有した鋼である。タンディッシュ３は、取鍋２から供給された溶湯１１をドラムキャスタ４に供給するために使用される漏斗である。ドラムキャスタ４に供給される溶湯１２は、タンディッシュ３が溶湯１１を貯留することにより温度が調節され、ドラムキャスタ４に供給される流量が調節される。
【００３０】
ドラムキャスタ４は、回転する２個の鋳造ロールの表面で溶湯１２を冷却して凝固させ、ロール表面間隔が最も狭くなる点で圧着して数ｍｍの厚みの鋳造ストリップ（金属薄板）１３を製造する装置である。
【００３１】
保温炉５は、鋳造ストリップ１３を所定の温度未満にならないように保温し、または、鋳造ストリップ１３を所定の温度以上に加熱する。保温炉５は、その保温・加熱された鋳造ストリップ１４を熱間圧延機６に供給する。
【００３２】
熱間圧延機６は、鋳造ストリップ１４に圧縮塑性変形を与え、１〜４．７６ｍｍ厚の熱延ストリップ１５に延伸成形する設備である。
【００３３】
冷却装置７は、熱延ストリップ１５より低温の冷却流体をストリップ１３に接触させて冷却し、冷却された熱延ストリップ１６を製造する装置である。この冷却流体は、水または空気である。コイラ８は、熱延ストリップ１６を巻き取る装置である。
【００３４】
図２は、ドラムキャスタ４を詳細に示している。ドラムキャスタ４は、２個の鋳造ロール２１、２２と、２個の固定せき２３、２４とを有している。鋳造ロール２１、２２は、径が互いに等しい円柱を形成し、それぞれ軸２５、２６を有している。軸２５と軸２６は、１つの水平面に含まれ、かつ、互いに平行に並列している。鋳造ロール２１、２２は、銅材または銅合金のいずれかにより形成され、円柱の側面の表面２９がニッケル（Ｎｉ）によりメッキされ、内部に冷却水が通過する水冷機構を内蔵している。そのメッキは、溶湯１２の冷却速度を増加させ、溶湯１２による鋳造ロール２１、２２の摩耗を防止する。２個の固定せき２３、２４は、鋳造ロール２１、２２の両端（底面）部分に配置され、耐火材から形成されている。すなわち、ドラムキャスタ４は、鋳造ロール２１、２２と固定せきで形成される空間２７に溶湯１２が注湯されたときに、鋳造ロール２１、２２の間隙以外から溶湯１３が漏れないように形成されている。
【００３５】
鋳造ロール２１、２２の内部の水冷機構に冷却水の注入され、鋳造ロール２１、２２の表面が冷却され、空間２７に溶湯１２が注湯される。鋳造ロール２１、２２は、等しい回転速度で方向Ａに駆動され、冷却され凝固した鋳片部分２８を圧着して鋳造ストリップ１３を生成する。
【００３６】
ドラムキャスタ４は、冷却水の流量と鋳造ロール２１、２２の回転速度とを制御することにより、鋳造ストリップ１３の内部の冷却速度を制御することができる。すなわち、冷却水の流量を増加することにより、鋳造ロール２１、２２は速く冷却され、鋳造ロール２１、２２に接触した溶湯１２も速く冷却される。鋳造ロール２１、２２の回転速度を速くしたとき、溶湯１２と鋳造ロール２１、２２との接触時間が短くなり、溶湯１２が凝固した鋳片部分２８の厚さが薄くなる。鋳片部分２８の鋳造ロール側の部分は、鋳片部分２８の熱伝導の抵抗の分だけ溶湯１２側の部分より冷却速度が速い。このようにして溶湯１２の凝固の冷却速度を制御することができる。なお、鋳造ロール２１、２２の径を小さくして接触時間を短くしても同様に冷却速度を制御することができる。
【００３７】
図３は、熱間圧延機６を詳細に示している。熱間圧延機６は、４段の熱間圧延機であり、２個のワークロール３１、３２と２個のバックアップロール３３、３４とから形成されている。ワークロール３１、３２は、鋳造ストリップ１４を挟んで回転して圧縮塑性変形させ、熱延ストリップ１５に延伸成形する。バックアップロール３３、３４は、それぞれワークロール３１、３２を支持し、ワークロール３１、３２が熱間圧延の反作用により撓むことを防止している。
【００３８】
熱間圧延機６は、さらに、図示されていない圧下機構とモータとを備えている。圧下機構は、ワークロール３１、３２の間隙を設定して、熱間圧延の圧下率を制御する。モータは、ワークロール３１、３２を回転駆動し、回転速度を変化することにより、圧延速度を制御する。
【００３９】
ここで、鋳造ストリップ１４がワークロール３１、３２により圧縮される方向は厚さ方向Ｂと定義され、延伸される方向は圧延方向Ｃ（図４参照）と定義される。このとき、ワークロール３１、３２の回転軸は各々厚さ方向Ｂに垂直であり、圧延方向Ｃは厚さ方向Ｂに垂直である。さらに、厚さ方向Ｂに垂直であり、かつ、圧延方向Ｃに垂直である方向は、幅方向Ｄと定義される。
【００４０】
ワークロール３１の回転軸４１は、図４に示されているように、幅方向Ｄと非平行である。すなわち、回転軸４１と幅方向Ｄとのなす角であるクロス角θは、次式：
２°≦θ＜９０°
により表現される。ワークロール３２の回転軸４２は、同様に、幅方向Ｄと非平行であり、回転軸４１と幅方向Ｄとのなす角であるクロス角θ′は、次式：
２°≦θ′＜９０°
により表現される。このとき、クロス角θは、クロス角θ′に概ね等しい。さらに、回転軸４１と回転軸４２とのなす角θ″は、次式：
θ″＝θ＋θ′
により表現される。このような熱間圧延機６は、熱延ストリップ１５に幅方向の剪断歪みを与える。
【００４１】
鋳造ストリップ１４は、ワークロール３１、３２と接触する際に、ワークロール３１、３２と熱交換されて、冷却される。熱間圧延機６は、回転速度を速くし、ワークロール３１、３２の径を小さくして鋳造ストリップ１４とワークロール３１、３２との接触時間を短くしている。このような圧延は、鋳造ストリップ１４の熱延温度が高燐鋼のＡｒ１変態点以下にならない。
【００４２】
なお、熱間圧延機６は、さらに、ワークロール３１、３２の回転軸を熱延ストリップの幅方向に任意の角度に互いに独立してずらすことができ、熱延ストリップ１５の通過位置を制御し、熱延ストリップ１５の板厚を制御することができる。
【００４３】
本発明による高燐鋼板製造方法の実施の形態を説明する。まず、高燐鋼の溶湯１１が炉により調製される。取鍋２は、その溶湯１１を炉からタンディッシュ３に輸送する。タンディッシュ３は、さらに、溶湯１２を貯留し、溶湯１２の温度が過熱度４０度程度になった時点で溶湯１２をドラムキャスタ４に注湯する。過熱度とは、高燐鋼の融点との差を示している。
【００４４】
ドラムキャスタ４は、溶湯１２を冷却して凝固させ、数ｍｍの厚みの鋳造ストリップ１３を製造する。このとき、ドラムキャスタ４は、溶湯１２を５０Ｋ毎秒以上の冷却速度で冷却して凝固させる。
【００４５】
冷却速度は、鋳造ストリップ１３、１４のデンドライト２次アーム間隔に基づいて導出される。平均冷却速度Ｖは、図５のグラフに示されているように、デンドライト２次アーム間隔ｄの関数を形成している。すなわち、平均冷却速度Ｖが既知の試料に基づいて、デンドライト２次アーム間隔ｄと平均冷却速度Ｖとの関数を導出し、その関数に基づいて鋳造ストリップ１３の冷却速度を導出する。このような冷却速度の導出は、周知である。
【００４６】
一般的に溶湯１２を冷却して凝固させると、結晶粒界に燐が偏析する。溶湯１２を５０Ｋ毎秒以上の冷却速度で急冷凝固させることにより、燐は結晶粒界に拡散する前に結晶粒中に固溶し、燐の偏析の程度を小さくすることができる。急冷凝固は、さらに、結晶粒径を微細化し、結晶粒界の体積を大きくする。この結果、結晶粒界に偏析する燐の濃度を小さくすることができる。
【００４７】
保温炉５は、鋳造ストリップ１３を高燐鋼のＡｒ３変態点未満にならないように保温し、または、加熱する。保温炉５は、その保温・加熱された鋳造ストリップ１４を熱間圧延機６に供給する。
【００４８】
熱間圧延機６は、鋳造ストリップ１４を熱延ストリップ１５に熱間圧延する。図６と図７は、圧縮歪みとフェライト粒径との関係を示し、圧延温度とフェライト粒径との関係を示している。図６と図７とのグラフの作成に使用された供試材は、歪み速度が毎秒１０で熱間圧延され、その後１０Ｋ毎秒の冷却速度で冷却された試料である。
【００４９】
その圧縮歪みｃは、熱間圧延前の鋳造ストリップ１４の厚さｒと、熱間圧延後の熱延ストリップ１５の厚さｒ′とを用いて、次式：
【数１】
0003549000.tif 000002
により表現される。たとえば、圧縮歪みｃは、圧下率５０％のときに約０．６９３であり、圧下率３０％のときに約０．３６である。逆に、圧下率は、圧縮歪みｃが１であるときに約６３％であり、圧縮歪みｃが２であるときに約８６％である。
【００５０】
その供試材は、圧延温度が８７３Ｋ、９２３Ｋ、９７３Ｋ、１０２３Ｋ、１０７３Ｋでそれぞれ熱間圧延されている。Ａｒ１変態点は試料の組成などにより異なり、このグラフの作成に使用された供試材のＡｒ１変態点は概ね９２３Ｋである。
【００５１】
図６のグラフは、供試材のオーステナイト粒径の平均が１７μｍであるときの圧縮歪みとフェライト粒径との関係、および、圧延温度とフェライト粒径との関係を示している。図６のグラフは、圧縮歪みｃが０．３６以上であるときにフェライト粒径ｆの変化がより大きいことを示している。圧縮歪みｃが０．３６以上であることは、圧下率が３０％以上であることに対応している。図６のグラフは、さらに、圧延温度がＡｒ１変態点未満であるときにフェライト粒径ｆがほとんど変化しないことを示している。
【００５２】
図７のグラフは、供試材のオーステナイト粒径の平均が３００μｍであるときの圧縮歪みとフェライト粒径との関係、および、圧延温度とフェライト粒径との関係を示している。図７のグラフは、圧延温度が９２３Ｋ未満であるときにフェライト粒径ｆが圧縮歪みｃに対してほとんど変化しないことを示している。
【００５３】
図８は、鋳造ストリップ１４を圧延方向Ｃに垂直な平面で切断した断面を示している。その断面は、概ね長方形を形成している。鋳造ストリップ１４の厚さｒはその長方形の厚さ方向Ｂに延びる辺の長さを示し、幅Ｗはその長方形の幅方向Ｄに延びる辺の長さを示している。
【００５４】
図９は、熱延ストリップ１５を圧延方向Ｃに垂直な平面で切断した断面を示している。その断面は、概ね平行四辺形を形成している。熱延ストリップ１５の幅Ｗ′はその平行四辺形の幅方向Ｄの幅を示し、厚さｒ′はその平行四辺形の厚さ方向Ｂの高さを示している。熱間圧延による幅方向Ｂの増分ΔＷは、熱延ストリップ１５の幅Ｗ′と鋳造ストリップ１４の幅Ｗとの差であり、次式：
ΔＷ＝Ｗ′−Ｗ
により表現される。一般の熱間圧延（クロス角θ、θ′が０°）では、ストリップは幅方向Ｄに延伸されないで、増分ΔＷの値は０である。
【００５５】
クロス角θ、θ′が２°以上であるワークロール３１、３２により熱間圧延された熱延ストリップ１５は幅方向Ｄに剪断歪みが発生する。その剪断歪みの指標である幅方向剪断歪み量εＤは、鋳造ストリップ１４が熱延ストリップ１５に熱間圧延された幅方向の増分ΔＷを熱延ストリップ１５の厚さｒ′で割った商であり、次式：
εＤ＝ΔＷ／ｒ′
により表現される。
【００５６】
クロス角θ、θ′が２°以上であるワークロール３１、３２により圧下率３０％以上に熱間圧延された熱延ストリップ１５の幅方向剪断歪み量εＤは、０．２以上である。逆に、熱延ストリップ１５に０．２以上の幅方向剪断歪み量εＤを与えるには、クロス角θ、θ′が２°以上であるワークロール３１、３２により圧下率３０％以上の熱間圧延をする必要がある。
【００５７】
図１０のグラフは、熱間圧延する際のワークロール３１、３２のクロス角θ、θ′と熱延ストリップ１５の剪断歪み・相当歪みとの関係を示している。その熱間圧延の条件は、ワークロール３１、３２のロール径が６００ｍｍであり、ワークロール３１、３２と鋳造ストリップ１４との摩擦係数が０．３であり、圧下率が５０％である。供試材は、板厚３．０ｍｍの鋳造ストリップ１４であり、この熱間圧延により板厚１．５ｍｍの熱延ストリップ１５に延伸成形される。
【００５８】
物体内の任意の点における歪みは、方向によってその大きさが異なっている。互いに直交する３つの方向の単位長さ当たりの変位は、それぞれ直交座標系の各歪み成分ε１、ε２、ε３として与えられる。相当歪みεｅは、各歪み成分ε１、ε２、ε３を用いて次式：
【数２】
0003549000.tif 000003
により表現される。相当ひずみεｅは、任意の変形状態に対する歪みの大きさを定義する。
【００５９】
図１０のグラフは、クロス角θ、θ′が大きいほど幅方向剪断歪み量が大きくなることを示し、クロス角θ、θ′が大きいほど相当歪みεｅが大きくなることを示している。
【００６０】
相当歪みεｅが十分である熱延ストリップ１５は、最終組織のフェライト粒径が２μｍ以下に微細化し、等軸化され、冷間圧延する際に割れが発生し難い。幅方向Ｄの剪断歪みを与える熱間圧延は、厚さ方向Ｂの圧縮歪みのみを与える熱間圧延より、相当歪みεｅをより大きく増加させる。
【００６１】
図１１は、本発明による高燐鋼板製造方法により生産された高燐鋼板（熱延ストリップ１６）である実施例の引っ張り強度を示している。その実施例は、炭素（Ｃ）：０．１質量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．１５質量％、マンガン（Ｍｎ）：硫黄（Ｓ）：０．０１質量％、燐（Ｐ）：０．２、残部鉄（Ｆｅ）の高燐鋼の溶湯が調製され、本発明による高燐鋼板製造装置１によりストリップに鋳造、熱延された。この高燐鋼は、Ａｒ３変態点が９５０℃である。ドラムキャスタ４には、直径が１２００ｍｍであり、ロール幅が１２００ｍｍであり、鋳造速度が６０ｍ毎分である鋳造ロール２１、２２が使用された。高燐鋼の溶湯は、過熱度４０Ｋ以上でドラムキャスタ４に注湯された。鋳片は、内部の冷却速度が５５Ｋ毎秒であり、厚さｒが３ｍｍである。
【００６２】
熱間圧延機６には、ロール径が３００ｍｍであり、クロス角θ、θ′が２°以上であるワークロール３１、３２が使用された。その鋳片は、熱間圧延機６により圧延速度が６０ｍ毎分であり、圧下量が１．５ｍｍ以上（すなわち、圧下率５０％以上）である熱間圧延が実施され、実施例である熱間ストリップ１６が製造された。その実施例は、幅方向剪断歪み量が０．２４であった。
【００６３】
その実施例と比較するための比較例が製造された。その比較例は、実施例と同様に、炭素（Ｃ）：０．１質量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．１５質量％、マンガン（Ｍｎ）：硫黄（Ｓ）：０．０１質量％、燐（Ｐ）：０．２、残部鉄（Ｆｅ）の高燐鋼の溶湯が調製され、本発明による高燐鋼板製造装置１によりストリップに鋳造、熱延された。この高燐鋼は、Ａｒ３変態点が９５０℃である。ドラムキャスタ４には、直径が１２００ｍｍであり、ロール幅が１２００ｍｍであり、鋳造速度が６０ｍ毎分である鋳造ロール２１、２２が使用された。高燐鋼の溶湯は、過熱度４０Ｋ以上でドラムキャスタ４に注湯された。鋳片は、内部の冷却速度が５５Ｋ毎秒であり、厚さｒが３ｍｍである。
【００６４】
熱間圧延機６には、ロール径が３００ｍｍであり、クロス角θ、θ′が０°であるワークロール３１、３２が使用された。その鋳片は、熱間圧延機６により圧延速度が６０ｍ毎分であり、圧下量が１．５ｍｍ以上（すなわち、圧下率５０％以上）である熱間圧延が実施され、比較例である熱間ストリップ１６が製造された。その実施例は、幅方向剪断歪み量が０であった。
【００６５】
図１１のグラフは、実施例の引っ張り強度が５００ＭＰａであり、伸びが２５％であることを示し、比較例の引っ張り強度が４５０ＭＰａであり、伸びが２％であることを示している。この結果は、実施例が冷間圧延される際に割れが発生しないことを示し、比較例が高燐鋼板に特有の脆化特性を有し冷間圧延される際に割れが発生する可能性があることを示している。
【００６６】
【発明の効果】
本発明による高燐鋼板製造装置及び高燐鋼板製造方法は、冷間圧延する際に割れが発生し難い高燐鋼の熱延鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による高燐鋼板製造装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、ドラムキャスタを示す断面図である。
【図３】図３は、熱間圧延機を示す平面図である。
【図４】図４は、ワークロールを示す平面図である。
【図５】図５は、デンドライト２次アーム間隔と平均冷却速度との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、オーステナイト粒径が１７μｍであるときの圧縮歪みとフェライト粒径との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、オーステナイト粒径が３００μｍであるときの圧縮歪みとフェライト粒径との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、鋳造ストリップを示す断面図である。
【図９】図９は、熱延ストリップを示す断面図である。
【図１０】図１０は、ワークロールのクロス角と剪断歪み・相当歪みとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例と比較例との引っ張り強度を示すグラフである。
【図１２】図１２は、公知の熱延鋼板製造装置の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…高燐鋼板製造装置
２…取鍋
３…タンディッシュ
４…ドラムキャスタ
５…保温炉
６…熱間圧延機
７…冷却装置
８…コイラ
１１、１２…溶湯
１３、１４…鋳造ストリップ
１５、１６…熱延ストリップ
２１、２２…鋳造ロール
２３、２４…固定せき
２５、２６…軸
２７…空間
２８…鋳片部分
２９…表面
Ａ…回転方向
３１、３２…ワークロール
３３、３４…バックアップロール
Ｂ…厚さ方向
Ｃ…圧延方向
Ｄ…幅方向
４１、４２…回転軸
【図１】
0003549000.tif 000004
【図２】
0003549000.tif 000005
【図３】
0003549000.tif 000006
【図４】
0003549000.tif 000007
【図５】
0003549000.tif 000008
【図６】
0003549000.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003549000.tif 000013
【図１１】
0003549000.tif 000014
【図１２】
0003549000.tif 000015