(57)【要約】【課題】熱間仕上げ圧延機された熱延鋼板の冷却時における変形帯の生成を低コストかつ高効率に防止する。【解決手段】仕上圧延機により仕上圧延された熱間鋼板を搬送中に、該熱間鋼板の幅方向に配置した複数のノズルから冷却水を注水して冷却し、これを巻き取ることにより熱延鋼板を製造する方法において、熱間仕上げ圧延された熱延鋼板25を冷却水により冷却する際に、熟延鋼板２５の平均温度が150℃〜300℃の範囲にあるとき、当該任意領域内における最大温皮差が140℃以下となるように冷却することにより、変形帯の生成を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上圧延機により仕上圧延された熱間鋼板を搬送中に、該熱間鋼板の幅方向に配置した複数のノズルから冷却水を注水して冷却し、これを巻き取ることにより熱延鋼板を製造する方法において、前記冷却途中の熱間鋼板の平均温度が１５０℃〜３００℃の範囲内にあるとき、隣り合う前記ノズルの直下位置間の領域内における最高温度差が１４０℃以下となるように冷却することを特徴とする外観の良好な熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記熱間鋼板の平均温度が１５０〜３００℃の範囲内に於ける冷却は、拡散スプレーノズルで散水することにより行うことを特徴とする請求項1記載の外観の良好な熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間仕上圧延された熱間鋼板を冷却水により冷却してこれを巻き取ることにより熱延鋼板を製造するに際して、外観が良好な熱延鋼板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械等に用いられる熱延鋼板は、連続鋳造したスラブを加熱炉で加熱し、この加熱後のスラブを粗圧延機で圧延し、さらに複数の圧延スタンドからなる仕上げ圧延機によりこれを熱間圧延して所定の厚さの熱間鋼板とする。この熱間鋼板は、ランナウトテーブル上に配設された冷却装置からの冷却水により冷却された後に、巻取機により巻き取られて熱延鋼板となる。実際にこの熱間鋼板の冷却に関しては、例えばラミナー冷却により熱間鋼板の上面を冷却するとともに、搬送ロール間に設置されたスプレーによりその下面を冷却するものである。
【０００３】
ところで、このラミナー冷却は、円筒状のラミナー冷却ノズルからランナウトテーブル上を搬送されてくる熱間鋼板上面に冷却水を注水する。このノズルから注水される冷却水は、熱間鋼板１０１上面において例えば図１(a)に示すように熱間鋼板101の長手方向（搬送方向）に帯状に注水される。
【０００４】
その結果、熱間鋼板１０１上面は、冷却水が直接注水されている強冷領域Ｘと、直接注水されていない弱冷領域Ｙとの間で温度差が生じる。なお、 熱間鋼板１０１表面に注水された水は該熱間鋼板１０１上面で一度撥ね返って他の領域へと飛び散るが、その飛び散った水による冷却効果は直接注水に比較して小さいため、これにより温度差が発生することになる。
【０００５】
このような温度差が熱間鋼板１０１に生じると、図１(b)に示すように、強冷領域Ｘが収縮する。その結果、この強冷領域Ｘに挟まれる弱冷領域Ｙには引張応力が負荷されることになる。この負荷された引張応力が、冷却時の温度域における降伏応力を超えたとき、この弱冷領域Ｙが塑性変形し、図１(c)に示すような肉眼でも視認可能な変形模様102が熱延鋼板表面に生じる。
【０００６】
このため、ラミナー冷却時において、この熱間鋼板１０１上面における強冷領域と弱冷領域との温度差を極力解消することにより、このような視覚的に目立つ変形模様１０２の生成を防止する必要があった。
【０００７】
従来においては、鋼板の巻取温度を均一にすることを目的とした熱間鋼板の冷却方法が特許文献1に提案されている。この特許文献１の開示技術では、ラミナー冷却とスプレー冷却とを組み合わせて熱間鋼板を冷却する。実際には、冷却工程のゾーン毎に冷却方法を設定し、ラミナー冷却を行うゾーンにおいて使用する冷却ノズル本数を調整して鋼板温度の制御を行い、冷却後の熱延鋼板の温度の均一化を図るものである。
【０００８】
また、特許文献２では、熱間鋼板を冷却する際に、該鋼板の幅方向に亘る温度分布を均一化させる幅方向温度分布均一化冷却処理を行った後に、幅方向に亘り実質的に同一の冷却水量によって冷却をすることにより、鋼板の温度の均一化を図る技術も開示されている。
【０００９】
また、特許文献３において、熱間圧延後の冷却過程において側縁部と板幅中央部で発生する温度差を解消するための技術も提案されている。
【特許文献１】特開2004-160532号公報
【特許文献２】特開2005-21984号公報
【特許文献３】特開2005-288463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、上記特許文献１〜３に示す開示技術では、何れも鋼板の温度分布の均一化を図るために大掛かりな設備投資が必要となり、既存の設備を生かすことが困難となり、製造コストが上昇してしまうという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、仕上圧延された熱間鋼板の冷却時における変形模様の生成を低コストかつ高効率に防止して、外観を良好とすることが可能な熱延鋼板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その手段（１）は、仕上圧延機により仕上圧延された熱間鋼板を搬送中に、該熱間鋼板の幅方向に配置した複数のノズルから冷却水を注水して冷却し、これを巻き取ることにより熱延鋼板を製造する方法において、前記冷却途中の熱間鋼板の平均温度が１５０℃〜３００℃の範囲内にあるとき、隣り合う前記ノズルの直下位置間の領域内における最高温度差が１４０℃以下となるように冷却することを特徴とする外観の良好な熱延鋼板の製造方法である。
【００１３】
また、手段（２）は、手段（１）に係る発明において、前記熱間鋼板温度が３００℃以降に於ける冷却はスプレーノズルで散水することを特徴とする手段1記載の外観の良好な熱延鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を適用した外観の良好な熱延鋼板の製造方法は、隣り合う前記注水ノズルの直下位置間の領域において前記熱間鋼板の平均温度が１５０℃〜３００℃の範囲内にあるとき、その領域内における温度差が１４０℃以下となるように冷却することにより、熱間鋼板の冷却時における変形模様の生成を低コストで高効率に防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、熱間仕上圧延機により仕上圧延された熱間鋼板を冷却水により冷却してこれを巻き取る熱延鋼板の製造方法について、詳細に説朋する。
【００１６】
先ず、本発明に係わる製造方法を適用するための熱延鋼板は、下記の組成を有するものである。以下、質量％は、単に％と記載する。
【００１７】
Cは、鋼板強度を確保するために、０．００５％以上を含有するものとする。しかし、Ｃが０．４％を超えると強度の向上を図ることができる一方で、加工性の低下が著しくなる。このため、Ｃの含有量は、０．００５〜０．４％とした。
【００１８】
Ｓｉは、強度の確保や疲労強度を確保する観点から、０．００５〜２．５％の範囲で含有する。Mnは、強度確保やSによる熱延途中の割れを防止する観点から、０．０５〜２．５%含有する。また、Ｐは、強度を確保する観点から、０．００４〜０．０８％含有してもよい。Sは鋼中の炭化物の析出を促進させ、固溶炭素による時効劣化を防止するために、０．００１〜０．０２％含有するようにしてもよい。Aｌは、鋼中のＮによる時効劣化防止用に０．０２〜０．０９％含有してもよい。Ｎは、時効劣化を起こすため好ましくないが、窒化析出物による結晶粒粗大化防止のために０．００１〜０．００８％含有するようにしてもよい。その他、強度を向上させるために炭化物形成元素であるTi、Nb、Mo、Vを何れも０．０１〜０．２５％含有するようにしてもよい。また、耐食性や疲労特性を改善するために、Cr、Niを０．０３〜２．５％含有しても良い。
【００１９】
次に、熱間鋼板の冷却方法について説明をする。
【００２０】
本発明者らは、前記熱延鋼板に生じる変形模様の発生メカニズム及びその防止条件を以下に説明するような実験によって見出し、同時にその防止方法を見出した。
【００２１】
先ず、鋼板の表面に外観を損ねる変形模様が生成するメカニズムを検証する。
【００２２】
表1に示す成分元素を有し、残部がFe及び不可避的不純物を含む鋼板を供試材とした。ちなみに、鋼板の表面に変形模様が発生するのは、仕上圧延後の冷却時の不均一冷却と考えられる。このため、以下に説明する手段に基づいて不均一冷却と変形模様の発生の関係を解明した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図２に示すように、幅２８０ｍｍ、長さ２９０mm、厚さ３．４mmの熱間鋼板（以下を単に鋼板という。）２５を対象として、図２（ａ）に示すように所定間隔（１００ｍｍ）に直線スプレーノズル２２を配置し、更に、鋼板２５には幅１００ｍｍの領域Ａ〜Ｃには該鋼板幅方向に等間隔で５箇所に亘って温度計測用の熱電対Ｔを取り付け、図示しない炉に入れて、300℃または250℃に加熱した。そして、この加熱した鋼板２５を図示しない
炉から取り出し、直ちに2.4kgf/cm2の水圧をかけた冷却水を直線スプレーノズル２２から注水して冷却を行った。
【００２５】
ここでいう直線スプレーノズル２２とは噴射水の広がりが殆ど無く、水が直線的に流下する形式のスプレーノズル（ラミナ冷却ノズル）である。また、各ノズル１本当りの水の流量は何れも１０リットル/minとした。
冷却中は、取り付けた熱電対Ｔにより鋼板２５の温度変化を計測した。また、計測した温度変化に基づいて、実験中の鋼板平均温度と鋼板の低温域の温度との差異を測定した。
【００２６】
なお、熱電対Ｔにより測定した温度差が各領域Ａ〜Ｃ内で最大となる値を最大温度差と定義する。即ち、この幅１００ｍｍの領域における最大温度差が１４０℃以下というのは、この領域において温度差が１４０℃より高い任意の２点は存在しないことを意味する。
【００２７】
上述の条件により前記加熱した鋼板２５を冷却した後、それぞれ変形模様の発生の有無を目視調査し、変形模様が発生している場合は、その最大サイズを定規で測定した。かかる結果を表２に示す。なお、この表２において、変形模様の大きさは、長さ又は幅の何れか一方または両方が５cm以上を「大」とし、２cm以上を「中」とし、０．５cm以上を「小」とし、０．５ｍｍ未満を「無し」と分類した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
この表２から、冷却中における鋼板の平均温度が１５０〜３００℃にあるときの低温部と高温部の最大温度差が１４０℃以下の場合には、変形模様は「無し」であった。しかし、低温部と高温部の最大温度差が１５７℃以上の場合には、変形模様は「小」以上であった。このため、鋼板幅方向における隣り合う直線スプレーノズル２８直下間の領域において、その領域での鋼板２５の平均温度が１５０〜３００℃にあるときの温度差を１４０℃以下にすることによって、変形模様の生成を抑制することが出来ることが判る。
【００３０】
このように低温部と高温部の最大温度差が大きい場合には強冷領域Ｘの収縮によって弱冷領域Ｙが塑性変形して肉眼でも視認可能な変形模様１０２が熱延鋼板表面に生じる。しかし、前記温度差が小さい場合には、これを越える場合に比較して強冷領域Ｘの温度が高く、しかも、弱冷領域Ｙの温度が低くなっていることから、強冷領域Ｘの収縮が小さく、弱冷領域Ｙの降伏応力の値も高いために、この降伏応力を超えることが無くなり、塑性変形しなくなり、変形模様１０２が生じないものと考えられる。
【００３１】
更に、鋼板に変形模様が発生した場合における発生温度域について詳細に説明をする。
【００３２】
図３は、表２の試験条件Ｅについて冷却開始からの時間（秒：ｓ）に対する鋼板上面の温度履歴を示している。これら温度履歴は、鋼板上面におけるノズルから流下する冷却水が直接接触する点（以下、直接注水点という）から５０ｍｍ離間した鋼板の平均温度域である変形模様発生点の2点について示している。また、温度偏差は、この直接注水域と変形模様発生域の2点の温度偏差を示している。
【００３３】
この図３に示すように直接注水域（強度領域Ｘ）の温度は、冷却開始時から急激に低下するのに対して、変形模様発生（弱冷領域Ｙ）は、冷却開始時から緩やかに低下していく。その結果、温度偏差は、冷却開始時から拡大し、冷却開始後4秒程度において２２０℃付近まで上昇した後、徐々に低下していくことになる。
【００３４】
そして、この調査において、冷却開始後１．５〜９秒程度の範囲において１４０℃を超える温度偏差が発生していることが分かる。
【００３５】
なお、変形模様発生温度域を調査するために、同一の鋼板について室温での引張試験および高温での引張試験を行った。引張り用の試験片は、ＪＩＳ５号試験片を用いた。室温よりも高温での引張りを行う際は、赤外加熱方式によって試験片を加熱し、３００℃以下の各種一定温度で実施した。
【００３６】
図４は、２００℃における引張試験結果（荷重−変位線図）を示している。引張荷重を加えた試験片の荷重−変位曲線において、荷量の急激な低下の繰り返しにより鋸刃状の荷重変動Ｍが生じていることがわかる。この荷重変動Ｍは、溶質元素としてのCと転位との相互作用によって生じるものであり、該荷重変動Ｍが生じることにより、鋼板表面に外観を損なう変形模様も発生することが確認された。引張試験を行う際に、このような荷重変動が発生する現象は、温度１５０℃〜３００℃間で確認された。一方、室温１５０℃未満又は3０0℃を越える温度における引張りでは、このような荷重変動は発生しなかった。
このことから、Ｃが０．００５％以上の熱延鋼板が１５０〜３００℃の温度領域にあるときに、鋼板中に生じた温度差に基づいて局所的に引張応力が負荷されると、外観を損なう変形模様が生じることが分かる。
【００３７】
図５は、前記表２の試験条件Ｆについて、冷却開始からの時間(秒：s)に対する熱間鋼板上面の温度(℃)の温度変化を示している。これは、冷却開始温度を２５０℃としているため、冷却開始直後の直接噴射位置である強度領域Ｘの温度低下は、試験条件Ｅと比較してさほど急激にならない。このため、最大温度偏差が１４０℃以下となるため、強度領域Ｙ位置に負荷される引張力が小さく、荷重変動が生じるほどの変形に至らない。
【００３８】
また、図６において、前記表２の試験条件Ｅの条件で直線スプレーノズルに代えて、注水した冷却水が６０°の角度に拡散させて噴射することが可能な試験条件Ｏの場合における、冷却開始からの時間（秒：s)に対する鋼板上面の温度(℃)の温度変化を図6に示す。
【００３９】
拡散スプレーノズルにおいては、噴射した冷却水が広がりながら鋼板表面に流下することから、該鋼板表面の広い範囲に直接冷却水が流下することから、直接注水域と参照域との温度差が極めて接近しており、温度偏差も小さくなることが分かる。このため、荷重変動の発生には至ることなく、変形模様の形成が抑制されることになる。
【００４０】
以上のことから、後述する図７における冷却装置１４による熱延鋼板の冷却条件は、隣り合う直接注水域の中心間の間隙を狭く（例えば１００ｍｍ以下であればよいが、操業変動が大きい際には６０ｍｍ以下が好ましい）して、鋼板の平均温度が１５０〜３００℃であるときの最大温度差が１４０℃以下となるようにするものである。そして、冷却装置１４でのノズルの配置を図７（b）に示す様な千鳥配置としてもよいが、冷却装置１４の後段で、鋼板の温度が３００℃以下になる領域に拡散スプレーノズルを設けることが望ましい。
【００４１】
このような冷却条件の下で鋼板を冷却することにより、変形模様のない熱延鋼板を低コストかつ高効率に製造することが可能となる。
【実施例１】
【００４２】
以下本発明を適用した熱延鋼板の製造方法の実施例について説明する。
【００４３】
熱間圧延を完了した鋼板２５は、冷却装置１４へ搬送されることになる。冷却装置１４では、図示しない仕上げ圧延機から搬出されてきた熱延鋼板に対していわゆるラミナー冷却を施すための設備であり、図７(a)に示すように、この搬送されてきた熱延鋼板２５を冷却するための冷却水を貯水する貯留槽21と、この貯留層21に溜められた冷却水を熱延鋼板２５に注水するためのノズル22と、熱間鋼板２５を搬送するためのランナウトテーブル23とを備えている。
【００４４】
貯留槽21は、管24を介して送られてくる冷却水を一時的に貯留する。この貯留槽21の底部にはノズル22が規則的に又はランダムに配置されている。貯留槽21は、一時的に蓄積した冷却水をノズル22へと送水する。
【００４５】
ノズル22は、ランナウトテーブル23上を秒動する熱間鋼板25に対して垂直に配置されている。このノズル22は、貯留層21から送られてくる冷却水を、熱間鋼板25に対して垂直に注水する。このノズル22は、冷却水を注水するために特段の動力を利用することは必須とならず、貯留層21に溜められた冷却水を単に落下させるものであってもよい。本発明において、熱間鋼板25の温度は、この冷却装置14を出るまでに図８に示すように３00℃以下まで低下させるものとする。
【００４６】
図７（ｂ）（ｃ）は、図７（ａ）のＸ−X矢視図であり、図７（ｂ）はノズル２２を千鳥に配列した千鳥配列の例で、図７（ｃ）はノズル２２を直線状に配列したストレート配列の例を示すものである。
【００４７】
更に、本実施例では表２に示す鋼材を仕上圧延して４．２mmの厚みの熱間鋼板とし、その後、各熱間鋼板を冷却装置１４で冷却するが、この冷却装置１４の上流側、即ち、前段に於いては、ノズル２２の種類は直線スプレーノズルを使用し、その配列は、千鳥配列であり、そして、ノズル間隔は１５０mmで、注水量は１００cc／ｃｍ２・ｍｉｎとした。また、冷却装置１４の下流側、即ち、後段に於けるノズル２２の種類、配列、ノズル間隔、注水量は表３に示す条件で行い、前記熱間鋼板を室温まで冷却した例である。
【００４８】
【表３】
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【表４】
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【００４９】
表３、４から判る様に本発明例１〜７はノズル２の間隔を４０〜１００ｍｍと狭くして冷却したので、冷却後における熱延鋼板の表面には変形模様の発生は殆ど無く、外観の良好なはがね板を得ることができた。また、本発明例８はノズル１２０ｍｍと若干広い状態であったが、拡散スプレーノズルを使用したので、発明例１〜７と同様に変形模様の発生は殆ど無いものであった。これは、鋼板の平均温度が１５０〜３００℃である際に前記最大温度差を１４０℃以下に維持することが出来たものと推定される。
【００５０】
これに対し、比較例１〜６はノズル２の間隔が１２０〜２００ｍｍと広く、かつ、直線スプレーノズルを使用して冷却したので、冷却後における熱延鋼板の表面には０．５ｍｍ以上の変形模様が発生し、外観の悪い鋼板となった。これは、鋼板の平均温度が１５０〜３００℃である際に前記最大温度差を１４０℃以下に維持することが出来なかったものと推定される。
【００５１】
また、この方法によれば現在ある設備をそのまま活用することができ、熱延鋼板に生じる変形模様を低コストで抑えることが可能となる。なお、上述した配置において例えば、冷却位置のピッチをずらすようにしてもよいことは勿輪である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】熱延鋼板表面の強冷却領域と弱冷却領域を示す図である。
【図２】注水ノズルの配置と、熱電対取付位置との関係を示す図である。
【図３】冷却開始からの時間と熱延鋼板上面の温度履歴を示す図である。
【図４】高温引張試における鋼板温度別の荷重と変位の関係を示す図である。
【図５】冷却開始からの時間と熱延鋼板上面の温度履歴を示す図である。
【図６】スプレーノズルを使用した場合における、冷却開始からの時間と熱延鋼板上面との温度履歴を示す図である。
【図７】冷却装置の構成について説明するための図である。
【図８】鋼板の冷却までの温度推移を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
14  冷却装置
21  貯留槽
22  ノズル
23  ランナウトテーブル
24  管
25  熱間鋼板
【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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【図７】
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【図８】
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