(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗圧延後のシートバーを巻取り・巻戻しするシートバーコイラと、
シートバーコイラから巻き戻されたシートバー後行材の先端部とシートバー先行材の尾端部とを接合する接合装置と、
接合装置の下流に配置されて搬送されてくるシートバーを加熱する加熱装置と、
加熱装置で加熱されたシートバーを仕上圧延して鋼帯とする仕上圧延機と、
仕上圧延機で圧延された鋼帯をランナウトテーブルで搬送中に冷却する冷却装置と、を備え、
上記冷却装置は、上流側の第１冷却装置と、下流側の第２冷却装置とを備える連続熱間圧延設備を用いて、
上記シートバーコイラによって粗圧延後のシートバーを巻き取った後、当該シートバーを上記シートバーコイラから巻き戻すと共に、上記接合装置で、巻き戻されたシートバー先行材の尾端部とシートバー後行材の先端部とを接合することで連続したシートバーとし、
上記連続したシートバーを上記加熱装置で加熱する際に、当該連続したシートバーの長手方向中央部を仕上圧延機出側温度で目標温度範囲内になると推定される温度まで加熱すると共に、当該連続したシートバーの両端部が仕上圧延機出側温度で目標温度範囲外になると推定される温度に加熱され、
更にその連続したシートバーを上記仕上圧延機で１．８ｍｍ以下の目標板厚に仕上圧延して鋼帯とし、
その鋼帯を上記冷却装置で冷却する際に、
上記第１冷却装置において、水流密度が３５０Ｌ／（分・ｍ２）以上１２００Ｌ／（分・ｍ２）以下の冷却水で、上記第１冷却装置出側での鋼帯表面温度が５００℃となるように冷却を行い、
上記第２冷却装置において、水流密度が２０００Ｌ／（分・ｍ２）以上の冷却水で、鋼帯表面温度を４５０℃以下４００℃以上の範囲に冷却して、
穴拡げ性を高くした引張強度３９０ＭＰａ以上の鋼帯を製造することを特徴とする連続熱間圧延設備による鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚１．８ｍｍ以下の薄板に熱間仕上圧延された熱延鋼帯を冷却して５００℃以下の巻取り温度とする連続熱間圧延設備に関し、板厚変動、冷却ムラを抑制した薄物熱延鋼帯の製造に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼帯の製造では、加熱装置で高温加熱した鋼板を目的とするサイズになるよう圧延し、その後、材質調整などの観点からランナウトテーブルで水冷却される。すなわち、上記水冷の目的は、主に鋼帯の析出物や変態組織を制御することにより目的の強度、延びなど材質を調整するために行われている。特に、冷却終了温度（巻取り温度）を精度よく制御することは目的の材質をバラツキ無く製造するために最も重要である。
【０００３】
一方、水冷工程では冷却媒体としてコストが安い水を使うことが多い。この場合、冷却終了温度（巻取り温度）を低く設定すると温度ムラの発生が問題となり、板厚が薄いほど顕著となる。また、鋼帯の先端部から急冷を行うと先端部での頭折れが問題となり、先端部から、目的とする冷却終了温度に冷却することは出来ない。
上記温度ムラ発生の第１の原因は、冷却水は鋼帯に被水した時点で沸騰するが、ある温度を境に沸騰形態が変わり伝熱能力の変化が起こり、この温度よりも低い温度まで冷却した場合、冷却終了温度を精度良く制御できないことがあるためである。
【０００４】
ここで鋼帯を水冷した場合の沸騰形態について説明する。鋼帯表面温度が高い状態では膜沸騰、低温領域では核沸騰、高温領域と低温領域の間の中間温度領域では遷移沸騰となっている。高温状態で発生する膜沸騰では鋼帯表面と冷却水の間に蒸気膜が発生し、この蒸気膜内の熱伝導により伝熱がなされる状態となって、冷却能力は低い。一方、低温状態で発生する核沸騰では、鋼帯表面と冷却水は直接接触し且つ鋼帯表面から冷却水の一部が蒸発して出来た蒸気泡が発生し直ぐ周りの冷却水により凝縮され消滅するといった複雑な現象が起こっており、蒸気泡の生成・消滅に伴う冷却水の攪拌が発生することから、極めて高い冷却能力を有する。なお、膜沸騰の温度領域と核沸騰の温度領域との間の中間温度領域では、膜沸騰と核沸騰が混在した状態である遷移沸騰状態となる。遷移沸騰状態では、核沸騰及び膜沸騰と異なり、鋼帯温度が低くなるにつれ熱流束が大きくなる現象が起こる。材質制御の観点から、温度によって冷却速度を変化することは好ましくなく、且つ膜沸騰状態から遷移沸騰状態に遷移する温度領域で冷却を停止させようとすると、遷移沸騰領域では加速度的に冷却速度が高くなることから、わずかに冷却制御時間が長くなっただけで鋼帯温度は狙いより大きく低くなってしまうなどの問題がある。
【０００５】
また、冷却前の鋼帯に、圧延などで局所的に温度の低い領域があった場合、冷却中に表面温度はこの温度の低い領域が早いタイミングで遷移沸騰に移行するため、温度偏差は増大する。一般的なランナウトテーブルに設置されている冷却装置では、この遷移沸騰開始温度がおおよそ５００℃程度である。
上記温度ムラ発生の第２の原因として、鋼帯上の滞留水に起因するものがある。これは、通常のランナウトテーブルでは特に上面から冷却する場合、円管ラミナーやスリットラミナー等の冷却装置で冷却するが、鋼帯に衝突した冷却水は、鋼帯に乗ったまま鋼帯とともに鋼帯進行方向に流出していく。上記鋼帯上の冷却水は通常、水切りパージなどで排除するものの、当該排除処理は、冷却水を鋼帯に衝突させた地点から離れたところで実施するため、その間で、鋼帯に水が乗っている部分だけ相対的に多く冷えてしまう。特に、５００℃以下の低温度領域の場合、この滞留水が膜沸騰状態から遷移沸騰状態に変化するため冷却能力が高くなり、滞留水が乗っていた部位と乗っていなかった部位とで大きな温度
偏差が生じる。以上の理由から、遷移沸騰開始温度である５００℃以下で熱延鋼帯を冷却終了させようとするとコイル内の温度バラツキが大きくなる。
【０００６】
また、近年、高強度で板厚が薄い材料のニーズが高まっており、板厚を１．８ｍｍ以下の薄板とし、圧延後の鋼板を急速冷却して、組織の微細化や変態組織の制御によって、鋼板の強度や加工性を上げる技術が検討されている。その際、板厚が薄い領域では、先端・尾端部の厚み変動、冷却ムラもさらに発生しやすい。特に先端部での通板性を確保するために、通板の加減速があるので最終温度目標が従来５５０℃以上となるよう制御している。この結果、先端部の切捨て量は１００ｍ以上にも及ぶという問題点がある。
【０００７】
ここで従来の連続熱間圧延設備としては、特許文献１、２などに記載の設備がある。
特許文献１には、薄スケール鋼板の作成を目的として、大容量の冷却をランナウトテーブル上で行うことで、薄スケール化及び温度の均一化を狙うということが記載されている。すなわち、空走区間で生成されるスケールを剥離し、冷却帯におけるスケール発生を抑制するために急速冷却を行うことが記載されている。
【０００８】
特許文献２には、例えば鋼帯の板厚が３．２ｍｍ程度の鋼帯を対象として、低温領域での大流量密度冷却を行うことで、温度バラツキの少ない鋼板を製造することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０８−３３２５１４号公報
【特許文献２】特開２００８−１１０３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の技術では、鋼帯の上面に載った滞留水による温度ムラなどは低減できるものの、ランナウトテーブル上での冷却を４５０℃までしか行うことが出来ない。また本発明が対象とする板厚１．８ｍｍ以下の薄鋼板を安定して製造できないおそれがある。
また特許文献２に記載の技術では、薄板を対象とした場合に板厚変動がどの程度まであるのかは不明であり、また、先端・尾端部については通板性確保の観点から冷却終了温度を上げて操業を行うため先端・尾端部の不良部が通板した鋼帯分だけ発生して、歩留まりが低いという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、板厚変動の抑制及び冷却ムラの抑制を行いつつ先端・尾端部の不良部も抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、粗圧延後のシートバーを巻取り・巻戻しするシートバーコイラと、シートバーコイラから巻き戻されたシートバー後行材の先端部とシートバー先行材の尾端部とを接合する接合装置と、接合装置の下流に配置されて搬送されてくるシートバーを加熱する加熱装置と、加熱装置で加熱されたシートバーを仕上圧延して鋼帯とする仕上圧延機と、仕上圧延機で圧延された鋼帯をランナウトテーブルで搬送中に冷却する冷却装置と、を備え、上記冷却装置は、上流側の第１冷却装置と、下流側の第２冷却装置とを備える連続熱間圧延設備を用いて、
上記シートバーコイラによって粗圧延後のシートバーを巻き取った後、当該シートバーを上記シートバーコイラから巻き戻すと共に、上記接合装置で、巻き戻されたシートバー先行材の尾端部とシートバー後行材の先端部とを接合することで連続したシートバーとし、
上記連続したシートバーを上記加熱装置で加熱する際に、当該連続したシートバーの長手方向中央部を仕上圧延機出側温度で目標温度範囲内になると推定される温度まで加熱すると共に、当該連続したシートバーの両端部が仕上圧延機出側温度で目標温度範囲外になると推定される温度に加熱され、
更にその連続したシートバーを上記仕上圧延機で１．８ｍｍ以下の目標板厚に仕上圧延して鋼帯とし、
その鋼帯を上記冷却装置で冷却する際に、
上記第１冷却装置において、水流密度が３５０Ｌ／（分・ｍ２）以上１２００Ｌ／（分・ｍ２）以下の冷却水で、上記第１冷却装置出側での鋼帯表面温度が５００℃となるように冷却を行い、
上記第２冷却装置において、水流密度が２０００Ｌ／（分・ｍ２）以上の冷却水で、鋼帯表面温度を４５０℃以下４００℃以上の範囲に冷却して、
穴拡げ性を高くした引張強度３９０ＭＰａ以上の鋼帯を製造することを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、仕上圧延機の上流で順次鋼帯を接合することで、連続的に鋼帯の圧延及び冷却が実施される。この結果、最先端の先端部及び最後端の鋼帯の後端部を除き、鋼帯の先尾端部で速度調整が不要となって不良部が大幅に低減すると共に、冷却装置による冷却の際の速度変動による冷却制御の精度悪化を抑えることが出来る。特に、本発明が対象とする薄板は温度変化に敏感であるため特に本発明は有効である。
【００１４】
更に、冷却装置として第１冷却装置と第２冷却装置を備え、第１冷却装置で膜沸騰領域の温度範囲内で冷却を実施し、その後、水量を大幅に増大して急冷によって冷却することで、遷移領域の期間を小さく若しくはゼロとして核沸騰領域での冷却にすることが出来る。この結果、薄板であっても、板厚変動の抑制及び冷却ムラの抑制を行いつつ先端・尾端部の不良部も抑制することが可能となる。
【００１５】
このように、薄板であっても、歩留まりを減らしつつ高精度で冷却制御を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る連続熱間圧延設備の模式図である。
【図２】斜方ラミナー型の急冷冷却設備を説明する模式図である。
【図３】各コイル（鋼帯）を接合しないで冷却処理をした場合の巻取り温度を説明する図である。
【図４】各コイル（鋼帯）を順次接合して冷却処理をした場合の巻取り温度を説明する図である。
【図５】本発明を適用した場合の板厚及び温度を示す図である。
【図６】比較例の場合の板厚及び温度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に基づく実施形態の連続熱間圧延設備を説明する模式図である。
本実施形態の連続熱間圧延設備は、図１に示すように、上流側から下流側に向けて、加熱炉１、粗圧延機２、シートバーコイラ３、接合装置４、高周波誘導加熱装置５、仕上圧延機６、ランナウトテーブル１１、巻取り装置１２が順に配置されている。
【００１８】
上記ランナウトテーブル１１に沿って、上流側の第１冷却装置７と、下流側の第２冷却装置８が設けられ、これら２つの冷却装置７，８によって、ランナウトテーブル１１上を通板している間に鋼帯９の冷却が実施される。本実施形態では、第１冷却装置７が円管ラミナー設備７で構成され、第２冷却装置８が斜方ラミナー型の急冷冷却設備８で構成される場合で説明する。
【００１９】
加熱炉１は、スラブを予め設定したスラブ温度まで加熱する。
粗圧延機２は、加熱されたスラブを予め設定した板厚まで粗圧延する。
シートバーコイラ３は、粗圧延によって形成されたシートバー（鋼帯９）を巻取り・巻戻し処理を行う。
接合装置４は、先行材の尾端部と後行材の先端部を順次、突合せ溶接して接合する。これによってコイルが連続して仕上圧延機及び冷却装置に搬送されることとなる。
【００２０】
高周波誘導加熱装置５は、上記接合装置４で接合されることで、連続した鋼帯９の両端部を除く長手方向中央部（定常部）の温度が、仕上圧延出側温度で目標温度範囲内となると推定される温度まで加熱する。なお、搬送速度などによって仕上圧延出側温度で予め設
定した温度となる仕上入側での温度を求めることが出来る。なお、高周波誘導加熱装置５は、接合後かつ仕上圧延前にシートバーを巻き取りした際の最外巻きおよび最内巻きを含む部分を幅全体にわたり加熱する。
【００２１】
仕上圧延機６は、１．８ｍｍ以下の目標とする板厚まで仕上圧延する。
円管ラミナー設備７は、水流密度が３５０Ｌ／（分・ｍ２）以上１２００Ｌ／（分・ｍ２）以下の冷却水をノズルから噴射することで、搬送される鋼帯９を、円管ラミナー設備７出側での鋼帯表面温度が５００℃となるように冷却を実施する。冷却制御は、仕上圧延機６出側の温度と鋼板温度とに基づき冷却量を調整することで実施する。
【００２２】
急冷冷却設備８は、水流密度が２０００Ｌ／（分・ｍ２）以上の冷却水をノズルから噴射することで、搬送される鋼帯９を、鋼帯表面温度が４５０℃以下となるように冷却を実施する。
この急冷冷却設備８は、図２に示すように、鋼帯９の搬送方向に間隔を開けて対を為すノズル１０群を配置されている。各ノズル１０群は、噴射軸が、垂直方向に対して対を為すノズル群側に傾斜角θだけ傾いて設定されている。傾斜角θは、例えば３０度〜６０度、好ましくは３０度〜５０度の範囲に設定する。但し、対向するノズル１０群からの噴射水流が交差しないように配置する。
【００２３】
これによって、対を為す各ノズル１０群から噴射された冷却水は、鋼板搬送方向に傾いた斜め方向から鋼帯表面に衝突した後に、他のノズル群１０側に向けて移動する。この結果、対を為す各ノズル１０群から噴射された冷却水はそれぞれ、鋼帯表面に衝突した後に互いに鋼帯表面上において鋼板搬送方向で衝突し、その衝突によって鋼帯幅方向に排出される。これによって鋼帯表面上への滞留水が無くなるか大幅に減少する。
なお、円管ラミナー設備７や急冷冷却設備８の各ノズルから噴射される冷却水の形状は、ラミナ状でもジェット流でも構わない。上記水流密度が確保可能であれば特に限定はない。
【００２４】
（動作その他）
加熱炉１内で所定温度に加熱したスラブを粗圧延機２で粗圧延し、粗圧延によって形成されたシートバーをシートバーコイラ３で巻き取り、シートバーコイラ３から巻き戻したシートバーである後行材の先端部を先行材の尾端部に接合装置４で接合する。続いて、接合後かつ仕上圧延前にシートバーを巻き取りした際の最外巻きおよび最内巻きを含む部分を幅全体にわたり５の高周波誘導加熱装置５により加熱することで、コイル全長にわたり、仕上出側温度を目標の温度範囲内として仕上圧延機６で連続的に仕上圧延する。
【００２５】
以上の設備構成によって、板厚変動を抑制しつつランナウトテーブル１１上での安定した通板性を、２コイル目以降に関して確保することができる。
その後、円管ラミナー設備７を用いて膜沸騰領域の下限値若しくは下限値近傍となる５００℃まで冷却を行い、続いて斜方ラミナー型の急速冷却設備を用いて４５０℃以下まで急速冷却を行う。
【００２６】
通常のランナウト冷却では約５００℃を境に遷移沸騰が開始して温度の低下とともに熱流束が大きくなる。このとき、本実施形態では、伝熱特性としては冷却水量を多くして遷移沸騰開始温度および核沸騰を維持する温度を高くする。このように、鋼帯温度が約５００℃までは、円管ラミナー設備７によって通常のランナウト冷却を実施して、それ以下の温度領域では冷却水量を多くしてすべて核沸騰領域で冷却するように制御すれば、冷却装置内において遷移沸騰は発生しないが小さい期間だけとなり、冷却後の温度偏差の発生や冷却停止温度の精度低下を抑制することが可能となる。
【００２７】
すなわち、第１冷却装置７は既存のランナウト冷却装置を利用して５００℃程度まで冷却し、第２冷却装置８では、核沸騰を確実に実施する水量密度２０００Ｌ／（ｍｉｎ．ｍ２）で急速冷却をすることで、遷移沸騰領域を回避するようにして冷却が可能となる。
また第２冷却装置である急冷冷却設備８では、スリットや円管などからノズルから噴射されるラミナー若しくはジェット流などの噴射水流を対向して斜方ラミナー型とすることで、鋼板搬送方向で対を為す冷却水流の鋼帯表面上での衝突によって、冷却水が鋼帯９の幅方向に流れるように排出されて、冷却位置で鋼帯表面から滞留水が除去される。この結果、水切り装置も必要とせず、冷却と水切りを兼ねることが可能となる。
【００２８】
ここで、シートバーのコイルを接合しない場合には、図３に示すように、各コイルの先端部及び尾端部に不良部が発生する。また、このようにコイル毎に熱間圧延処理を行う制御方法にあっては、従来、板厚が１．８ｍｍ以下のような薄板の場合、先端・尾端部の通板性安定の観点から温度目標を上げて制御する。
一方、本実施形態では、図４に示すように、１コイル目の先端は、従来と同じ温度目標であるが、１コイル目の尾端からは温度目標を一定に保つことができる。なお、最終材の尾端部は、温度目標を上げて通板する。
【００２９】
これにより、本実施形態においては、連続圧延によって先端・尾端部の非定常部を少なくすることができる。例えば、従来２コイルの材料を作る場合、先端・尾端の非定常部は４回発生する。しかし、連続圧延を用いることで、２回に抑制することが可能である。この実施形態の方法を用いることで、先端・尾端部の非定常部を抑制し従来のような先端・尾端部における目標温度上昇を行う回数を削減できる。また、通板速度の加減速が少なくすることが出来る結果、冷却を行うランナウトテーブル１１上で安定的な通板が可能とある。このことからも不良部の抑制を行うことが可能である。
【００３０】
以上のように、本実施形態では、板厚１．８ｍｍ以下の薄板鋼帯９であって４５０℃以下の巻取り温度に設定した場合でも、板厚変動、冷却ムラを抑制しつつ安定的に薄物熱延鋼帯９の製造が可能であり、また非定常部を少なくすることができるので不良部の抑制が期待できる。
ここで、本発明は、板厚１．８ｍｍ以下の薄板であって、特に、温度敏感性が高い鋼板の製造に好適である。例えば、ハイテン材など引張強度（ＴＳ）が３９０ＭＰａ以上の鋼板に好適である。
【００３１】
その理由は、次の通りである。
引張強度（ＴＳ）が３９０ＭＰａ以上の鋼板では、巻取り温度が５００℃よりも低い温度となると、ベイナイト組織が出てきて低温ほど急激に高強度化する。なお、４００℃よりも低くなるとマルテンサイト組織が出来てくる。このように、本発明の巻取り温度である４５０℃を含む、４００℃〜５００℃の巻取り温度範囲においては、引張強度（ＴＳ）が３９０ＭＰａ以上の鋼板がベイナイト組織の領域となる。
【００３２】
上記のように、巻取り温度が５００℃未満では、低温ほど急激に高強度化する、つまり少しの温度変動が強度変動に直結するため、本願発明のように温度変動を抑える事が可能な技術を採用することで、より目標とする鋼板の製造が可能となる。
なお、巻取り温度を上記ベイナイト組織の領域に制御することで、穴拡げ性を、パーライト組織やマルテンサイト組織の領域に制御する場合に比べて高くすることが出来る。
【００３３】
なお、板厚１．８ｍｍ以下の薄板鋼帯９を製造する際に、上記第１冷却装置７若しくは第２冷却装置８のいずれかだけで冷却を実施した場合には、先端部及び尾端部を除く定常部においても巻取り温度がハンチングを起こしやすくなり。特に５００℃以下の巻取り温度に設定した場合に上記ハンチングは顕著となる。この場合には、歩留まりが低くなる。
【実施例１】
【００３４】
次に、本発明の実施例に関して熱延鋼帯９の製造について説明する。
厚み２６０ｍｍのスラブを加熱炉１で１２００℃まで加熱した後、粗圧延機２により２８ｍｍまで圧延し、さらに仕上圧延機６により１．６ｍｍまで圧延した。
図５に連続圧延を行い、円管ラミナーと斜方ラミナー型の急速冷却設備を使用した場合の仕上圧延機６出側板厚、及び巻取り時の温度の各履歴（２コイル接合時）を示す。またそれぞれの比較例として図６に従来圧延方法で、円管ラミナーのみで冷却時の出側板厚の履歴、温度の履歴を示す。
【００３５】
この図５から分かるように、本発明を適用した場合には、板厚・温度ともに従来材と比較して、良好であり、バラつきも低減でき、先端・尾端部の切捨てが少ないのが明確である。
一方、図６の比較材の場合には、先端・尾端部の板厚、温度偏差が大きく発明材と比較して不良部が多くなるのが明確である。
【００３６】
このように本発明を適用することで、温度、板厚のバラつきを低減し先端・尾端部の不良部も低下できることが分かった。
【符号の説明】
【００３７】
１     加熱炉
２     粗圧延機
３     シートバーコイラ
４     接合装置
５     高周波誘導加熱装置
６     仕上圧延機
７     第１冷却装置（円管ラミナー設備）
８     第２冷却装置（急冷冷却設備）
９     鋼帯
１０   ノズル（第２冷却装置）
１１   ランナウトテーブル
１２   巻取り装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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