(57)【要約】【課題】加速冷却後の鋼板の長手方向の温度差を解消し、所望の材料特性を有する鋼板を歩留まり良く製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】可逆式圧延機と冷却装置とを備えた熱間圧延設備と、前記熱間圧延設備の下流側に配置される加速冷却装置と、を用いて厚鋼板を製造する方法であって、前記熱間圧延設備において、厚鋼板が前記冷却装置を通過する際の搬送速度を、厚鋼板の下流側の端部から上流側の端部に向けて増加させ、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入る直前の、厚鋼板の上流側の端部の温度を下流側の端部の温度よりも高くなるようにし、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入ってから上流側の端部が入るまでの、上流側の端部の温度低下を補償して、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入る際の、厚鋼板の表面の温度と、前記加速冷却装置に上流側の端部が入る際の、厚鋼板の表面の温度との差を１０℃以下とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可逆式圧延機と冷却装置とを備えた熱間圧延設備と、前記熱間圧延設備の下流側に配置される加速冷却装置と、を用いて厚鋼板を製造する方法であって、前記熱間圧延設備において、厚鋼板が前記冷却装置を通過する際の搬送速度を、厚鋼板の下流側の端部から上流側の端部に向けて増加させ、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入る直前の、厚鋼板の上流側の端部の温度を下流側の端部の温度よりも高くなるようにし、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入る際の、厚鋼板の表面の温度と、前記加速冷却装置に上流側の端部が入る際の、厚鋼板の表面の温度との差を１０℃以下とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
【請求項２】
厚鋼板が前記冷却装置を通過する際の搬送速度を、厚鋼板の下流側の端部から上流側の端部に向けて段階的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延を施し、材質の均一性に優れた厚鋼板を製造する方法に関し、特に、ＴＭＣＰ（制御圧延と制御冷却）により製造される引張強さ（ＴＳ）４９０ＭＰa以上の強度を有する厚鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高施工性や安全性の観点から、材料に対し、高強度や、母材および溶接部の高靭性が求められており、そのための製造方法として、厚鋼板のＴＭＣＰ（Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）技術が必要不可欠となっている。ＴＭＣＰ技術とは、制御圧延と制御冷却を組み合わせることによって、所望の材料特性を厚鋼板に持たせる技術である。  例えば特許文献１では、所望の材料強度を厚鋼板に持たせるために、加速冷却を利用して厚鋼板を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２００３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように加速冷却を利用した技術では、所望の材料強度を厚鋼板に持たせるために、加速冷却における冷却開始温度、冷却停止温度を厳密に制御しなければならない。
【０００５】
図１は、従来の厚板圧延ラインの一例を示す概略図である。加熱炉２から抽出されたスラブは、可逆式圧延機３および冷却装置４からなる熱間圧延設備において、冷却装置４により冷却されながら、可逆式圧延機３により圧延され、所定板厚の厚鋼板１となる。そして、圧延後の厚鋼板１は、加速冷却装置５に搬送される。ここで、加熱炉２側を厚鋼板１の搬送方向上流側、加速冷却装置５側を厚鋼板１の搬送方向下流側とする。従来の加速冷却では、図３（ａ）に示すように、厚鋼板１が加速冷却装置５に入る直前では、厚鋼板１の下流側の端部Ｔの温度ＴＴと上流側の端部Ｂの温度ＴＢとは同じである（以下、搬送方向下流側の端部を端部Ｔ、上流側の端部を端部Ｂと記載する）。厚鋼板１の端部Ｔが加速冷却装置５の入口に到達してから、厚鋼板１の端部Ｂが加速冷却装置５の入口に到達するまでには時間差がある。このため、加速冷却装置５の入口に到達した時点での、端部Ｔの温度ＴＴをＴＳとすると、空冷による温度降下により、加速冷却装置５の入口に端部Ｂが到達する時点での、端部Ｂの温度ＴＢは、ＴＳより低くなる（ＴＢ＜ＴＳ）。また、加速冷却による温度低下量は端部Ｔ、端部Ｂとも同じであるので、加速冷却の開始温度が異なる端部Ｔ、端部Ｂの加速冷却終了温度も、当然、異なる。
【０００６】
すなわち、従来の加速冷却では、加速冷却の開始温度、終了温度が、端部Ｔと端部Ｂとで異なることとなり、加速冷却中および加速冷却後の変態挙動が、端部Ｔと端部Ｂとで異なるものとなる。その結果、得られる厚鋼板の端部Ｔから端部Ｂに向かって長手方向で、材料特性が変化することとなり、厚鋼板の一部分では所望の材料特性を満足できないという問題が生じることがあった。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、加速冷却の開始温度、終了温度を鋼板の長手方向で一定として材料特性を長手方向で均一にし、所望の材料特性を有する鋼板を歩留まり良く製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、ここでいう厚鋼板の温度は鋼板表面の温度であり、冷却装置による水冷を停止し、復熱が完了した後の鋼板表面温度である。復熱とは、水冷によって鋼板の表面温度が低下し、水冷停止後、鋼板内部の熱によって鋼板の表面温度が上昇する現象を指す。通常、水冷後の復熱は水冷停止から１０〜１５秒程度で完了する。以下、本明細書中で厚鋼板（鋼板）の温度という場合は、すべて、復熱が完了した後の、鋼板表面温度を指すものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、圧延終了後の厚鋼板において、下流側の端部Ｔの温度よりも上流側の端部Ｂの温度を意図的に高くすることにより、加速冷却開始時点において生じていた端部Ｔと端部Ｂの温度差を解消できることを見出した。また、冷却開始温度が等しくなることで、加速冷却終了時点において生じていた端部Ｔと端部Ｂの温度差も、当然、解消する。
【００１０】
本発明は上記知見に基づくものであり、その特徴は以下の通りである。
［１］可逆式圧延機と冷却装置とを備えた熱間圧延設備と、前記熱間圧延設備の下流側に配置される加速冷却装置と、を用いて厚鋼板を製造する方法であって、前記熱間圧延設備において、厚鋼板が前記冷却装置を通過する際の搬送速度を、厚鋼板の下流側の端部から上流側の端部に向けて増加させ、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入る直前の、厚鋼板の上流側の端部の温度を下流側の端部の温度よりも高くなるようにし、前記加速冷却装置に厚鋼板の下流側の端部が入る際の、厚鋼板の表面温度と、前記加速冷却装置に上流側の端部が入る際の、厚鋼板の表面温度との差を１０℃以下とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
［２］厚鋼板が前記冷却装置を通過する際の搬送速度を、厚鋼板の下流側の端部から上流側の端部に向けて段階的に増加させることを特徴とする［１］に記載の厚鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加速冷却中の厚鋼板の長手方向の温度差を解消して、厚鋼板の特性が長手方向で均一となり、所望の材料特性を有する厚鋼板を歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】厚板圧延ラインの一例を示す概略図である。
【図２】本発明で使用する熱間圧延設備の一例を示す概略図である。
【図３】冷却装置通過後から加速冷却装置に搬送される際の厚鋼板の端部の温度変化を示す概略図であり、（ａ）は従来の搬送時の厚鋼板の温度変化を示す図であり、（ｂ）は本発明の搬送時の厚鋼板の温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る厚鋼板の製造方法に使用する厚板圧延ラインの一例を示す概略図である。図１において、加熱炉２から抽出されたスラブは、可逆式圧延機３および冷却装置４からなる熱間圧延設備において、冷却装置４により冷却されながら、可逆式圧延機３により圧延され、所定板厚の厚鋼板１となる。冷却装置４による冷却は圧延の任意のパスにおいて行ってよい。そして、圧延後の厚鋼板１は加速冷却装置５に搬送される。
【００１４】
図２は、図１の厚板圧延ラインの一部である熱間圧延設備の一例を示す概略図である。図２において、厚鋼板１を可逆式に搬送するテーブルローラ６と、厚鋼板１を圧延する可逆式圧延機３と、冷却装置４とを備えている。
【００１５】
冷却装置４は、厚鋼板１の上面側に棒状の冷却水を噴射する上ヘッダユニット７と、厚鋼板１の下面側に棒状の冷却水を噴射する下ヘッダユニット８とを備えている。また、冷却装置４の冷却水流量は一定とする。可逆式圧延機３は上流側、下流側のいずれの方向にも鋼板を搬送しながら圧延を行うため、冷却装置４は、可逆式圧延機３に対して上流側、下流側のいずれに配置してもよい。なお、冷却装置４は、本来、圧延時間の短縮を目的として設置するものである。冷却装置４により、圧延中に厚鋼板を冷却することで、目標とする圧延終了温度に短時間で到達でき、圧延時間の短縮を図れる。したがって、冷却装置４は可逆式圧延機３に近接して配置することが好ましい。すなわち、冷却装置４と可逆式圧延機３との距離が長いと、可逆式圧延機３と冷却装置４の間を、厚鋼板を往復搬送するのに時間がかかり、圧延時間の短縮を達成できない。このため、冷却装置４は可逆式圧延機３から近いほど望ましく、１０ｍ以内の位置に配置することが好ましい。冷却装置４の冷却能力としては、パス間温度降下量（１パスを通過する間に低下する鋼板温度）で１０℃以上であることが好ましい。パス間温度降下量が１０℃未満であると冷却能力が不足し、本発明が目的とする、厚鋼板温度を調整する効果が乏しいためである。
【００１６】
図２において、厚鋼板の端部Ｔが冷却装置４を通過する時の搬送速度をＶＴ（ｍ／ｓｅｃ）、厚鋼板の端部Ｂが冷却装置４を通過する時の搬送速度をＶＢ（ｍ／ｓｅｃ）とした時に、冷却装置４の冷却水流量は一定なので、厚鋼板の温度降下量は、厚鋼板の搬送速度に、ほぼ反比例する。したがって、ＶＢ＞ＶＴとすることにより、冷却装置通過後、すなわち、加速冷却設備に搬送される際の厚鋼板の上流側の端部Ｂの温度ＴBを、厚鋼板の下流側の端部Ｔの温度ＴＴより高くできる。
【００１７】
なお、このように搬送速度を変化させて冷却することは、任意の圧延パスで行ってもよいが、圧延の途中のパスで行うことは好ましくない。これは、厚鋼板の端部Ｔと端部Ｂとに温度差があると、厚鋼板の端部Ｔと端部Ｂとで厚鋼板の変形抵抗が変わり、圧延が不安定となるためである。また、冷却装置４は可逆式圧延機３の上流側、下流側のいずれに配置してもよい。冷却装置４を下流側に配置する場合には、搬送速度を変化させて冷却するパスは最終パスとすることが好ましい。これは、冷却装置４が可逆式圧延機３の下流側に位置する場合には、最終パスにおいて圧延中に搬送速度を変化させても、冷却装置４は圧延の出側にあるため、圧延中の鋼板温度には影響しないからである。また、冷却装置４を可逆式圧延機３の上流側に配置する場合には、搬送速度を変化させて冷却するパスは、最終パスで、かつ、空パス（圧下をほとんどかけずに鋼板を搬送するだけのパス）とすることが好ましい。これは、冷却装置４が圧延の入側にあるため、圧延前に搬送速度を変化させながら冷却装置４に鋼板を通過させると、圧延時には厚鋼板の端部Ｔと端部Ｂとで温度差がある状態となるためである。
【００１８】
すでに述べたように、厚鋼板の端部Ｔが加速冷却装置５の入口に到達してから、厚鋼板の端部Ｂが加速冷却装置５の入口に到達するまでには、時間差がある。このため、加速冷却開始温度を端部Ｔと端部Ｂとで等しくするためには、加速冷却装置５に厚鋼板の下流側の端部が入ってから上流側の端部が入るまでの、上流側の端部の温度低下を補償する必要がある。本発明では、図３（ｂ）に示すように、厚鋼板の端部Ｔが加速冷却装置５の入口に到達した時点の端部Ｔの温度ＴＴをＴＳとすると、空冷による温度降下の影響を考慮して、この時の端部Ｂの温度ＴＢを、空冷による温度降下分だけ、ＴＳより意図的に高くする。そうすると、テーブルローラ９上の、厚鋼板の端部Ｂが加速冷却装置５の入口に到達する時点の、端部Ｂの温度は、空冷により温度が降下して、端部Ｔが加速冷却装置５の入口に到達した時点の端部Ｔの温度と等しい温度になる（ＴＢ＝ＴＳ）。厚鋼板の端部Ｂが加速冷却装置５の入口に到達する時点の、端部Ｂの温度は、端部Ｔが加速冷却装置５の入口に到達した時点の端部Ｔの温度と等しい温度であることが最も望ましいが、これらの温度の差が１０℃以下であれば、材料特性に及ぼす影響は小さく、実用上、差し支えないため、これらの温度の差は１０℃以下とする。好ましくは５℃以下である。また、加速冷却による温度低下量は端部Ｔ、端部Ｂとも等しいので、端部Ｔ、端部Ｂの加速冷却の開始温度が同じであれば、端部Ｔ、端部Ｂの加速冷却終了温度も、当然、等しくなる。
【００１９】
すなわち、加速冷却の開始温度、終了温度が、端部Ｔと端部Ｂとで等しくなり、加速冷却中および加速冷却後の厚鋼板の変態挙動が、端部Ｔと端部Ｂとで同じとなる。その結果、得られる厚鋼板の長手方向の材料特性が均一となり、歩留まりよく厚鋼板を製造することができる。
【００２０】
加速冷却装置５の入口に厚鋼板の端部Ｔが到達してから、端部Ｂが加速冷却装置の入口に到達するまでの時間は、鋼板搬送速度と鋼板長さによるが、５０〜１２０秒程度であり、この間の端部Ｂの温度低下は２０〜４０℃程度である。したがって、本発明では、厚鋼板の端部Ｔが加速冷却装置の入口の到達した時点の、端部Ｂの温度ＴB（℃）は、この時点の端部Ｔの温度ＴＴ（℃）よりも２０〜４０℃程度高くする。端部Ｂの温度ＴB（℃）を端部Ｔの温度ＴＴ（℃）よりも高くするために、端部Ｔが冷却装置４を通過する時の搬送速度ＶＴから、端部Ｂが冷却装置４を通過する時の搬送速度ＶＢまで搬送速度を増加させるが、連続的にＶＴから増加させても、段階的に増加させてもよい。
【００２１】
上記以外の熱間圧延条件、鋳造条件、加速冷却条件については、常法であればよい。また、本発明は、加速冷却時に温度差が生じる厚鋼板であれば、いかなる厚鋼板にも適用できるものであり、鋼の成分組成についても、限定されない。なお、ここで厚鋼板とは板厚５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下の鋼板を指す。
【実施例】
【００２２】
可逆式圧延機の下流２ｍに冷却装置を備え、さらに下流に加速冷却装置を備える圧延、冷却ラインを用い、表１の成分組成を有する鋼素材を用いて、加熱温度１１５０℃、仕上げ圧延温度９５０℃で熱間圧延を行い、板厚２５ｍｍ、長さ２０ｍの厚鋼板を作製した。熱間圧延後、表２に示す条件で厚鋼板を冷却した。なお、厚鋼板の搬送方向下流側の端部Ｔが冷却装置を通過するときの搬送速度ＶＴ（ｍ／ｓ）、厚鋼板の搬送方向上流側の端部Ｂが冷却装置を通過するときの搬送速度ＶB（ｍ／ｓ）については、表２に示す搬送速度とした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
得られた厚鋼板について、引張特性、衝撃特性をそれぞれ求めた。各試験方法は次の通りとした。
（１）引張特性
ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１の規定に準拠して、ＪＩＳ１Ａ号全厚引張試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の規定に準拠して、引張試験を実施し、引張特性（引張強度ＴＳ）を求めた。全厚引張試験片は板幅中央で、端部Ｔ、端部Ｂからそれぞれ１ｍの位置より、圧延方向が引張り方向となるように採取した。目標とするＴＳは表２中に記載した。
（２）衝撃特性
板幅中央で、端部Ｔ、端部Ｂからそれぞれ１ｍの位置で、板厚（ｔ）の１／４位置から、ノッチ方向が圧延方向となるように、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠して、Ｖノッチ衝撃試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を実施した。試験温度：−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を求め、衝撃特性を評価した。なお、吸収エネルギー値は、試験片３本の平均値とした。目標とするｖＥ-40は表２中に記載した。得られた結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２から、本発明例はいずれも、厚鋼板の端部Ｔ、厚鋼板の端部Ｂにおける引張特性についてほとんど差がない。また、衝撃特性についてもほとんど差がなく、引張特性および衝撃特性のいずれも目標値を満足している。一方、比較例については、厚鋼板の端部Ｔと厚鋼板の端部Ｂでは引張特性および衝撃特性に大きな差があり、また、端部Ｔ、Ｂのいずれかで目標値を満足できていない。
【符号の説明】
【００２７】
１    厚鋼板
２    加熱炉
３    可逆式圧延機
４    冷却装置
５    加速冷却装置
６    テーブルローラ
７    上ヘッダユニット
８    下ヘッダユニット
９    テーブルローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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