(57)【要約】【課題】  熱間圧延工程において、鋼材の表面温度の低下を抑制できると共に、鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制することができる熱間圧延鋼材の製造方法を提案する。【解決手段】  熱間圧延中の鋼材表面に、その鋼材が有する表面温度以下の発火点を有する液体燃料等の発火剤を噴射して燃焼させることにより、鋼材の表面温度の低下を抑制する。さらに、上記発火剤に酸化抑制剤を含有させて噴射することにより、鋼材表面における温度低下の抑制とスケール生成の抑制とを、同時に実現する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を熱間圧延するに際し、熱延鋼材の表面温度以下で発火する発火剤を噴射することを特徴とする熱間圧延鋼材の製造方法。
【請求項２】
上記発火剤は、液体燃料であることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延鋼材の製造方法。
【請求項３】
上記液体燃料中には、酸化抑制剤を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱間圧延鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄鋼板や厚鋼板、形鋼、棒鋼、線材等の鋼材を製造する熱間圧延工程において、鋼材の表面温度を保熱または加熱できると共に、鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制することができる熱間圧延鋼材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄鋼板、厚鋼板、形鋼、棒鋼および線材等の鋼材を、熱間圧延して製造する場合には、素材となるスラブやビレット、ブルーム等を、加熱炉で再加熱してから、所望の寸法、材質が得られるよう、温度や圧下率等を制御して圧延し、その後、冷却水を用いて冷却するのが一般的である。
【０００３】
たとえば、薄鋼板である熱延鋼帯は、図１に示したような設備配列を有する熱間圧延ラインで、以下のようにして製造されている。まず、素材となる鋼片(鋼スラブ)を加熱炉１に装入し、1100〜1300℃の温度に加熱したのち抽出し、加熱炉でスラブ表面に生成した一次スケールを粗圧延前のデスケーリング装置(スケールブレーカー)２で除去してから、複数の圧延機で構成される粗圧延機群３で、圧延中に生成する二次スケールを除去しつつ中間厚まで圧延してシートバーとし、さらにそのシートバーを、その表面に生成した二次スケールを除去してから、複数の連続した圧延機からなる仕上圧延機群６で製品板厚まで圧延し、冷却してコイルに巻き取ることにより製造されている。
【０００４】
また、厚鋼板は、図２に示したような厚板圧延ラインで、以下のようにして製造されている。まず、素材となる鋼スラブを加熱炉１に装入し、1100〜1300℃の温度に加熱したのち抽出し、その後、デスケーリング装置(スケールブレーカー)２でスラブ表面に生成した一次スケールを除去してから、厚板圧延機８で、圧延中に生成する二次スケールを除去しながら、リバース圧延を繰り返して行い、製品板厚とし、その後、冷却することにより製造されている。なお、形鋼、棒鋼、線材等の製造設備および製造方法については、説明を省略するが、加熱炉で加熱し、圧延機でデスケーリングしながら圧延し、最後に冷却するという工程は、上記熱延鋼帯や厚鋼板の場合と同じである。
【０００５】
ところで、熱間圧延中の鋼材温度は、圧延中の熱放散やデスケーリングのための高圧水の噴射、冷却水の噴射などにより、徐々に低下するため、特定の温度範囲で圧延することは難しい。しかし、熱間圧延して製造する鋼材の中には、目的とする材質を得るためには、所定の温度で熱間圧延を行うことが好ましい場合がある。たとえば、厚鋼板の分野では、ある程度の板厚までの圧延を所定の温度以上で行い、その後、鋼板温度を下げてから、再び所定の温度範囲で圧延を行うことにより、鋼板の結晶粒の大きさを制御し、所望の材質を得る加工熱処理技術が広く行われている。
【０００６】
具体的な加工熱処理技術として、例えば、特許文献１には、圧延鋼材がオーステナイト低温域のオーステナイト組織が再結晶を起こさない温度域(未再結晶温度域)の圧延において、累積圧下率を出来るだけ高く確保してオーステナイト粒の伸展度を増し、多数の変形帯を導入することと、その後の制御冷却により、オーステナイト／フェライト変換比を調整してフェライトの細粒化若しくはベイナイトの微細化を図ることにより、高強度、高靭性の鋼板を得る技術が開示されている。
【０００７】
しかし、従来の技術では、圧延中の温度低下によって、所定の温度域で所定の累積圧下率の加工を行うことができないため、NbやTi等のマイクロアロイを添加して、未再結晶温度範囲を広くすることが行われていた。そのため、合金コストが増加する他、未再結晶温度領域を大きく広げられないため、フェライトもしくはベイナイト組織の微細化が十分でなく、高強度化、高靭性化にも限界があった。
【０００８】
上記のように、従来の加工熱処理技術においては、特定の温度範囲において高い累積圧下率で圧延することは難しく、圧延中の鋼材温度の低下を抑制する、具体的には、保熱または加熱することができる技術が望まれている。
【０００９】
熱間圧延中の鋼材温度の低下を抑制する方法として、特許文献１には、ガスバーナーあるいは高周波加熱を用いる技術が記載されている。また、特許文献２には、加熱された鋼材の上下に熱反射器や備えて、熱輻射損失を低減させる方法が記載されている。さらに、特許文献３には、リバース式熱間圧延機の前後にコイラーを設置して、圧延後の鋼板を巻取り、これにより鋼材の体積当たりの表面積を小さくして、熱損失を抑える方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０５−２９５４３２号公報
【特許文献２】実公昭５０−０１１７７８号公報
【特許文献３】特開平１１−２２６６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上述した従来技術は、いずれも実用的なものではない。
たとえば、特許文献１の技術のように、ガスバーナーや誘導加熱装置を用いて加熱する方法では、ガスバーナーや誘導加熱装置を鋼板に対して極めて近い距離に設置しなくてはならず、鋼板が反ったり、バウンドしたりした場合には、接触を起こす可能性がある。また、ガスバーナーを加熱炉のような炉内に設置すれば、近接配置する必要はないが、圧延設備内にそのような炉を設置することは困難であるし、搬送ロールを耐熱仕様とせざるを得ない。さらに、加熱炉は、熱慣性があり、設定温度を迅速に変更できない欠点がある。
【００１１】
また、特許文献２の技術は、粉塵が多い鉄鋼製造プロセスでは、設置された熱反射器が直ぐに汚れてしまい、輻射熱低減効果が低下してしまう。また、汚れの問題がないとしても、輻射熱の損失を低減するだけで、それ以上の効果を得ることはできないし、温度制御も自由ではない。
【００１２】
さらに、特許文献３の技術は、リバース式圧延機の前後にコイラーを設置して熱損失を低減しているが、現状の圧延設備列内にコイラーを設置するのは、スペース的にもコスト的にも難しい。また、特許文献２と同様、熱損失の低減には有効であるが、それ以上の効果を得ることはできないし、温度制御も自由ではない。
【００１３】
一方、熱間圧延中の鋼材温度が高くなると、鋼材表面の酸化が促進されて、表面に生成するスケールの厚みは厚くなる。その結果、スケールロスが増加して歩留りの低下を招いたり、スケール剥離を起こして製品外観の悪化や、噛み込み疵、スケール模様といった表面疵による表面品質の低下を招いたり、さらには、スケール厚みのムラによる不均一冷却に起因する材質の変動を招いたりする。熱間圧延工程においては、先述したように、圧延中に生成したスケールを除去するデスケーリングが圧延設備の各所で行われているが、圧延中の鋼材温度が高い場合には、スケールを除去してもまた直ぐに生成するため、デスケーリングだけでは、十分なスケール対策とはなっていないのが実情である。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、熱間圧延工程において、鋼材の表面温度の低下を抑制できると共に、鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制することができる熱間圧延鋼材の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた。その結果、熱間圧延中の鋼材表面に、その鋼材が有する表面温度以下の発火点を有する発火剤を噴射して燃焼させれば、鋼材の表面温度の低下を抑制することができること、さらに、上記発火剤に酸化抑制剤を含有させて噴射すれば、鋼材表面における温度低下の抑制とスケール生成の抑制とを、同時に実現できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
すなわち、本発明は、鋼材を熱間圧延するに際し、熱延鋼材の表面温度以下で発火する発火剤を噴射することを特徴とする熱間圧延鋼材の製造方法である。
【００１７】
本発明における上記発火剤は、液体燃料であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明における上記液体燃料中には、酸化抑制剤を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱間圧延鋼材の表面に液体燃料を噴射して発火させることにより、鋼材表面の温度低下を抑制するまたは温度上昇を図ることができる結果、任意の温度範囲での熱間圧延が可能となるので、目的とする材質を容易に得ることができる。また、本発明によれば、上記液体燃料に酸化抑制剤を添加することにより、熱間圧延鋼材の表面に生成するスケールの厚みを薄くすることができるので、スケールに起因する表面疵を低減し、表面品質に優れる製品を得ることができる。さらに、酸化スケールの低減により、歩留まり向上も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明者らは、熱間圧延中の圧延鋼材の温度低下を抑制する(保熱あるいは加熱する)方法について検討した結果、圧延鋼材の表面に、液体燃料等の発火剤を直接噴射する方法が最も有効であることを見出した。例えば、液体燃料としてメタノールを考えると、約470℃で自己発火して燃焼するが、圧延鋼材の温度は、通常、700〜1000℃程度であるため、メタノールを直接噴射するだけで、鋼材表面で燃焼を開始する。この方法であれば、特別なバーナーの設置や特別な炉を構築する必要がなく、低コストで実施することができる。また、温度調節も、発火剤の噴射量を変えればよいので、目標温度の変化にすばやく対応することができる。また、バーナーでは、燃料の種類や燃焼負荷に応じてバーナーの種類を変える必要があるが、本発明の方法では、発火剤を噴射するだけでよいので、設備的にも自由度が高いという利点がある。
【００２１】
上記発火剤としては、圧延鋼材の表面温度以下の温度で発火するものであれば、固体燃料、液体燃料のいずれでもよい。固体燃料としては、例えば、微粉炭、火薬、粉状プラスチックなどを用いることができる。また、液体燃料としては、メタノール、エタノール等のアルコール系燃料や、ナフサ、灯油、軽油、重油、ガソリンなどの鉱物油さらには植物油なども用いることができる。
【００２２】
一方、熱間圧延中の鋼材温度の上昇によって引き起こされる、スケール生成を抑制することも、本発明においては重要な課題である。なぜならば、圧延中に生成するスケールの厚さを薄くできれば、スケールの耐剥離性が向上して圧延中にスケール剥離を起こし難くなるため噛み込み疵等の表面欠陥の発生を防止して表面品質の向上を図れるほか、鋼材表面のスケール厚みの均一化により、鋼材の全長、全幅に亘って均一な冷却が可能となり、材質の均一化も図れるからである。さらに、薄スケール化により、歩留りも向上する。
【００２３】
そこで、本発明では、熱間圧延鋼材の表面温度の低下を抑制するために、鋼材表面に噴射する発火剤中に、酸化抑制剤を含有させる。この酸化抑制剤の添加により、鋼材表面の酸化が抑制されて、スケールの成長を抑えることが可能となり、ひいては、表面品質の向上や材質の向上、さらには歩留りの向上が図れる。
【００２４】
上記酸化抑制剤としては、たとえば、蟻酸、クエン酸、リンゴ酸等のカルボン酸やその塩、アスコルビン酸やその塩、酸化硼素、水素化硼素等を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
鋼材表面への発火剤、酸化抑制剤の噴射は、噴射装置を用いて行うのがよく、その方法は、例えば、ポンプなどで加圧して発火剤、酸化抑制剤をスプレーで噴射する方法、加圧した空気と発火剤、酸化抑制剤を混ぜてミストノズル噴射する方法など、いずれの方法でもかまわない。
【００２６】
また、鋼材表面への発火剤、酸化抑制剤を噴射する場所は、圧延鋼材の温度低下を抑制したいところで行えばよく、例えば、上述した熱延鋼帯を製造する熱間圧延ラインで実施する場合には、図３に示したように、粗圧延機群３の前、粗圧延機群３の各圧延機間、粗圧延機群３と仕上圧延機群６の間、仕上圧延機群６の各圧延機間、仕上圧延機群６の出側などに発火剤等の噴射装置を設置して行えばよい。また、厚板圧延ラインで実施する場合には、図４に示したように、圧延機の前後面に発火剤等の噴射装置を設置して、リバース圧延における各パス後に鋼板を発火剤等の噴射装置まで搬送して、鋼板全体に亘って噴射すればよい。また、形鋼、棒鋼、線材などについても同様である。
【実施例】
【００２７】
本発明を、厚鋼板の製造ラインに適用した実施例について説明する。
Ｃ：0.12mass％、Si：0.3mass％、Mn:1.0mass％を含有する、厚みが250mmの鋼スラブを、加熱炉１で1200℃の温度に加熱して抽出後、粗圧延前デスケーリング装置２(スケールブレーカー)でスケールを除去し、その後、図４に示した厚板圧延機８で、18パスのリバース圧延を行い、板厚 15mm×板幅 3000mmの厚鋼板を製造した。上記圧延では、材質的な観点から、900℃以上の温度で板厚 85mmまで粗圧延し、その後、空冷して850℃まで冷却してから、板厚 15mmまで仕上圧延を行い、製品とした。なお、上記成分組成の鋼は、オーステナイト未再結晶温度域が800〜850℃であると考えられることから、この温度範囲で、仕上圧延を完了させることを目標とした。また、上記仕上圧延においては、各パス後の鋼板を、発火剤等噴射装置１０まで搬送し、この装置から液体燃料として、純メタノール(実施例１)と硼酸を30mass％添加したメタノール(実施例２)を噴射し、再び厚板圧延機８にて圧延する工程を全パスで実施し、仕上圧延終了温度を測定した。上記のようにして得た厚鋼板は、その後、室温まで放冷し、鋼板の一部から試料を切り出して顕徴鏡観察を行い、スケールの厚みを測定した。また、比較例として、何も噴射しなかった場合(比較例１)と、水を噴射した場合(比較例２)についても、同様の調査を行った。
【００２８】
上記実験の結果を表１に示す。表１の結果からわかるように、本発明の実施例(発明例１，２)では、いずれも、仕上圧延の終了温度が、目標とする800℃以上となっており、その結果、目的とする材質を確保することができた。これに対して、何も噴射しなかった比較例１と水を噴射した比較例２の場合には、いずれも仕上圧延終了温度が800℃を大きく下回っており、目的とする材質を得ることができなかった。また、厚鋼板の表面に形成されたスケールの厚さは、メタノールを噴射した発明例１では、若干、比較例１，２より厚めとなったが、酸化抑制剤である硼酸を添加したメタノールを噴射した発明例２では、スケールの厚さが比較例の半分以下に薄くすることができた。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
なお、上記実施例では、厚鋼板の製造プロセスに、液体燃料としてメタノールを、酸化抑制剤として硼酸を使用した結果について説明したが、図３に示したような、熱延鋼帯の製造プロセスに本発明を適用しても、同様の効果を得ることができる。また、上記実施例では、発火剤等噴射装置を用いて、液体燃料、酸化抑制剤を圧延鋼材表面に供給する例を説明したが、熱間圧延における潤滑剤やロール冷却水に、上記液体燃料や酸化抑制剤を含有させても同様の効果を得ることができる。また、上記実施例では、酸化抑制剤として硼酸を用いたが、それ以外の酸化防止剤でも同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、上記実施例の発明例では、仕上圧延中に850℃から約30〜40℃の温度低下があったが、噴射量を増やすことにより、一定温度で圧延することもできるし、さらに積極的に加熱することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の技術は、鋼材を熱間圧延した後から冷却を開始するまでの間あるいは冷却途中で、鋼材温度を一定温度に保持または加熱したい場合の手段としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】熱延鋼帯を製造する熱間圧延ラインを説明する図である。
【図２】厚鋼板を製造する厚板圧延ラインを説明する図である。
【図３】熱間圧延ラインに発火剤等噴射装置を設置した例を示す図である。
【図４】厚板圧延ラインに発火剤等噴射装置を設置した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：加熱炉
２：粗圧延前デスケーリング装置(スケールブレーカー)
３：粗圧延機群
４：粗圧延機間デスケーリング装置
５：仕上圧延前デスケーリング装置
６：仕上圧延機群
７：圧延鋼材の搬送ライン
８：厚板圧延機
９：厚板圧延デスケーリング装置
１０：発火剤等噴射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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