(57)【要約】【課題】板厚プロフィルと板形状を悪化させることなく、コイルの全長に亘り超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼帯の製造方法および熱延鋼帯の製造設備を提供する。【解決手段】熱延鋼帯の製造方法において、仕上圧延直後の鋼帯温度が該鋼帯の全長に亘りＡｒ１変態点以下で略一定となるように仕上圧延を行い、その後前記鋼帯をＡｃ３変態点以上の温度に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させ、直ちにＡｒ１変態点以下の温度に冷却する。Ａｃ３変態点以上の温度に加熱した直後に行う鋼帯の冷却を、５０℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましく、また、仕上圧延前の粗バー温度を全長に亘り略一定とし、且つ仕上圧延速度を全長に亘り略一定とすることが好ましい。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱延鋼帯の製造方法において、仕上圧延直後の鋼帯温度が該鋼帯の全長に亘りＡｒ１変態点以下で略一定となるように仕上圧延を行い、その後前記鋼帯をＡｃ３変態点以上の温度に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させ、直ちにＡｒ１変態点以下の温度に冷却することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【請求項２】
Ａｃ３変態点以上の温度に加熱した直後に行う鋼帯の冷却を、５０℃／秒以上の冷却速度で行うことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項３】
仕上圧延前の粗バー温度を全長に亘り略一定とし、且つ仕上圧延速度を全長に亘り略一定とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項４】
熱延鋼帯の製造設備であって、仕上圧延機とコイラーとの間の搬送テーブルに、仕上圧延後の鋼帯を加熱する急速加熱装置と、急速加熱された鋼帯を冷却する急速冷却装置とを備えたことを特徴とする熱延鋼帯の製造設備。
【請求項５】
急速加熱装置の加熱方式が誘導加熱式であることを特徴とする請求項４に記載の熱延鋼帯の製造設備。
【請求項６】
仕上圧延機の入側に、粗バー温度を全長に亘り略一定とする加熱装置及び／又は保温装置を備えたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱延鋼帯の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細フェライト組織を有する熱延鋼帯の製造方法及び製造設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の軽量化、建築物の高層化等のニーズに対応し鋼材の高強度化が求められている。一般的に鋼材の強度を上げると靭性が低下するが、結晶粒微細化による強化の場合、靭性を低下させずに強度を向上させることが可能であり、種々の結晶粒微細化技術が提案されている。
【０００３】
従来の熱延ままで粒径３〜４μｍの微細粒のフェライト結晶組織を有する延性に優れた細粒組織鋼材を製造する方法としては、Ａｃ３変態点以上の温度域から冷却する過程において熱間加工を加え、その終段において（Ａｒ１＋５０℃）〜（Ａｒ３＋１００℃）の温度域で実質的に１秒以内の間に１回または２回以上の合計減面率が５０％以上９５％以下となる熱間加工を加え、該熱間加工終了後２０℃／秒以上２０００℃／秒以下の冷却速度で６００℃以下の温度域まで冷却する方法がある（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【０００４】
また、熱間仕上圧延を、被圧延材の温度が仕上圧延機列のいずれかの圧延スタンド通過の際、圧延加工に伴う発熱により逆変態させ、仕上圧延温度がＡｒ３−５０℃以上となるように終了し、５５０〜７５０℃の温度で巻き取っているものもある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭６２−７２４７号公報（第２頁）
【０００６】
【特許文献２】
特公昭６２−３９２２８号公報（第２頁）
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−８１４２号公報（第３頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１および特許文献２の方法は、仕上圧延機内のいずれかのスタンドにおいて、１パス大圧下を行うものである。しかし、熱延鋼帯の最終板厚は数ｍｍ程度であることから、仕上圧延機内のいずれかの圧延スタンドにて１パス大圧下を加えた場合、大圧延荷重により圧延ロールに大きな曲げたわみが発生する。その結果、圧延材の板厚プロフィルが板幅方向の中心部で厚く板幅端に向けて板厚が減少する凸型の断面形状、いわゆる板クラウンが非常に大きくなるとともに、耳波あるいは中伸びなどの板形状不良が発生しやすくなる。また、このような大圧下圧延を行うためには、駆動系を含め、大圧延荷重、大トルクに耐える強力な圧延機が必要であり、さらには、仕上温度の確保や生産性の維持のためには大容量モータによる高速圧延が必要となって、一般的な仕様の圧延設備での実現は非常に困難である。
【０００９】
また、上記特許文献３の方法では、仕上圧延機内にて加工発熱を利用した逆変態を生じさせるためには、当該圧延機スタンドでの大加工仕事、すなわち大圧下且つ大加工速度の条件が必須であり、特許文献１および特許文献２の方法の場合と同様に、圧延機の能力とともに板厚プロフィル、板形状の悪化が大きな問題となる。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、板厚プロフィルと板形状を悪化させることなく、コイルの全長に亘り超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼帯の製造方法および熱延鋼帯の製造設備を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、一般的な仕様の圧延設備にて板厚プロフィルと板形状を悪化させることなく、超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を安定して製造することができる熱延鋼帯の製造方法について検討を行った。
【００１２】
一般に、鋼は加熱、冷却を施されることにより、オーステナイトからフェライト、あるいはフェライトからオーステナイトといった相変態を生じる。そして、加熱と冷却条件を適切に選択することにより、この相変態の際に結晶粒を細粒化できることが知られている。本発明者らは、超微細粒組織を有する高強度、高靭性熱延鋼帯の製造方法にこの特性を活用することを着想した。
【００１３】
Ａｒ１変態点以下の温度の鋼帯に急速加熱を施してフェライトからオーステナイトへの逆変態を生じさせることにより、微細な組織が得られる。そこで、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、熱延鋼帯を熱間仕上圧延するに際し、仕上圧延直後の温度をＡｒ１変態点以下とし、引き続き１００℃／秒以上の加熱速度でＡｃ３変態点以上に急速加熱することにより、フェライトからオーステナイトへの逆変態を誘起させ、微細なオーステナイトを生成させることができることを見出した。ここで、仕上圧延直後の熱延鋼帯温度をＡｒ１変態点以下にするためには、仕上圧延での圧延温度をＡｒ１変態点近傍とすることが必要なため、鋼帯の組織はほとんどがフェライトに変態した状態で圧延が行われる。このような温度域で圧延すると、フェライト組織に大きな歪が蓄積されるため、歪蓄積がない場合に比べ、急速加熱による逆変態でより微細なオーステナイト組織が得られることがわかった。
【００１４】
そして、この微細なオーステナイト組織を有する熱延鋼帯に対し、前記急速加熱の直後に５０℃／秒以上の冷却速度でＡｒ１変態点以下に冷却して巻き取ることにより、熱延ままで平均粒径が３μｍ以下の超微細フェライト組織を有する熱延鋼を製造できることを見出した。
【００１５】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
【００１６】
（１）熱延鋼帯の製造方法において、仕上圧延直後の鋼帯温度が該鋼帯の全長に亘りＡｒ１変態点以下で略一定となるように仕上圧延を行い、その後前記鋼帯をＡｃ３変態点以上の温度に加熱してオーステナイトへの逆変態を誘起させ、直ちにＡｒ１変態点以下の温度に冷却することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【００１７】
（２）Ａｃ３変態点以上の温度に加熱した直後に行う鋼帯の冷却を、５０℃／秒以上の冷却速度で行うことを特徴とする上記（１）に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００１８】
（３）仕上圧延前の粗バー温度を全長に亘り略一定とし、且つ仕上圧延速度を全長に亘り略一定とすることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００１９】
（４）熱延鋼帯の製造設備であって、仕上圧延機とコイラーとの間の搬送テーブルに、仕上圧延後の鋼帯を加熱する急速加熱装置と、急速加熱された鋼帯を冷却する急速冷却装置とを備えたことを特徴とする熱延鋼帯の製造設備。
【００２０】
（５）急速加熱装置の加熱方式が誘導加熱式であることを特徴とする上記（４）に記載の熱延鋼帯の製造設備。
【００２１】
（６）仕上圧延機の入側に、粗バー温度を全長に亘り略一定とする加熱装置及び／又は保温装置を備えたことを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の熱延鋼帯の製造設備。
【００２２】
また、本願には、次の発明も含まれる。
【００２３】
（７）Ａｒ１変態点以下の温度からＡｃ３変態点以上の温度への鋼帯の加熱を、１００℃／秒以上の加熱速度で行うことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱延鋼帯の製造設備の一例を示す構成図である。
【００２６】
図２に示す熱延鋼帯の製造設備は、加熱炉１にて再加熱されたスラブ２を所定の厚さの粗バーに減厚するための粗圧延機３と、粗バーを所定の厚さの熱延鋼帯に減厚する仕上圧延機５とを備えている。さらにその下流側の搬送テーブルには、仕上圧延機５の出側に位置し、熱延鋼帯を急速加熱するための急速加熱装置６と、急速加熱された熱延鋼帯を急速冷却するための急速冷却装置７とを備え、さらにこの熱延鋼帯を巻取るための巻取り機８を備えている。
【００２７】
前記急速加熱装置６は、仕上圧延されたＡｒ１変態点以下の温度の鋼帯を、Ａｃ３変態点以上の温度へ急速加熱して逆変態を誘起させ、微細なオーステナイト組織を得るための装置である。その際の加熱速度が遅いと、必要な昇熱量を与えるための加熱装置長さが長大化してしまい、また加熱中に粒成長が生じるために微細な組織が得られにくいため、急速加熱装置６としては、加熱効率が高く温度制御性のよい誘導加熱装置を用いるのが好ましい。誘導加熱装置であれば、１００℃／秒以上の加熱速度で鋼帯を急速加熱することができるので、急速加熱装置８をコンパクトにでき、また粒成長を伴わずに鋼帯を加熱することができ、望ましい。　また、仕上圧延直後での急速加熱を可能とするため、前記急速加熱装置６は、極力仕上圧延機５の出側直近に配置することが望ましい。これは、前記したように、仕上圧延での圧延温度をＡｒ１変態点近傍とすることにより、鋼帯の組織はほとんどがフェライトに変態した状態となり、このフェライト組織に大きな歪を蓄積することができる。しかし、フェライト組織は回復により歪が減少するので、時間が経つと蓄積された歪レベルが低下し、組織細粒化効果が小さくなってしまうため、仕上圧延終了後できるだけ速やかに急速加熱を開始することが好ましいからである。
【００２８】
前記急速冷却装置７は、オーステナイトへの逆変態を生じた直後の鋼帯に急速冷却を施すことにより、粒成長速度を遅くするとともにフェライトへの変態核生成速度を速め、超微細な組織を得るための冷却装置である。したがって、逆変態が生じた直後での急速冷却を可能とするため、急速冷却装置７は極力急速加熱装置６の出側直近に配置することが望ましく、また、逆変態を生じたＡｃ３変態点以上の温度の鋼帯をＡｒ１変態点以下の温度まで５０℃／秒以上の冷却速度で冷却する能力を備えることが好ましい。
【００２９】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る熱延鋼帯の製造設備による熱延鋼帯の製造方法について、図１の圧延材温度推移を示す説明図とともに説明する。
【００３０】
スラブ２は、通常、約２００〜３００ｍｍの板厚であり、図２に示す本実施形態では、連続鋳造装置から直送された又は加熱炉１にて再加熱された、Ａｃ３変態点以上の温度（通常は１１００〜１２５０℃）のスラブを用いる。そして、スラブ２は、Ａｒ３変態点以上の温度において、粗圧延機３により所定の厚さ（通常は３０〜５０ｍｍ程度）に減厚されて粗バーへ加工される。なお、粗圧延におけるパス数や粗圧延機３の設置台数は、所定の粗バー厚が得られるように、適宜決定される。
【００３１】
前記粗バーは、引き続き仕上圧延機５により、所定の熱延鋼帯板厚まで減厚される。その際、仕上圧延直後の熱延鋼帯の温度がＡｒ１変態点以下となるように、粗バーの搬送時間の調整や水冷によって粗バー温度（仕上圧延機入側温度）を調整したり、仕上圧延中の冷却条件を調整することが行われる。
【００３２】
ここで、本実施形態では、粗バー先端部が仕上圧延機５に通板されてから尾端部が通板されるまでの間の温度低下分を補償し、熱延鋼帯の全長に亘り仕上圧延直後の温度を略一定とするため、加速圧延を行う。すなわち、あらかじめ鋼帯全長に亘り仕上圧延直後の温度が略一定となるよう、圧延材の温度計算を含めた設定計算を行い、粗バー先端部のスレッディング速度、加速率等の圧延条件を決定して、仕上圧延を行う。なお、仕上圧延直後の温度が「略一定」とは、目標仕上温度に対して±１０℃程度の範囲を意味しているが、板幅端部付近は板幅中心付近にくらべて温度低下が大きいため、仕上圧延機５の上流側にエッジヒーター（図示せず）を備え、板幅端部付近の温度補償をすることが好ましい。
【００３３】
仕上圧延された熱延鋼帯は、その後、急速加熱装置６により１００℃／秒以上の加熱速度でＡｃ３変態点以上の温度まで急速加熱された後、直ちに急速冷却装置７により５０℃／秒以上の冷却速度でＡｒ１変態点以下の温度に急速冷却されて、巻取り機８に巻き取られる。
【００３４】
また、材質調整の観点からは、巻取り機８に巻取られる際の温度も重要であり、本実施形態では巻取り温度を６００℃程度としている。
【００３５】
なお、本実施形態では、コイル先端部から後端部にかけてランナウト上での熱延鋼帯の通板速度が変化する。したがって、急速加熱装置６や急速冷却装置７の入側や出側に複数の温度計を設置し、これらの温度測定結果や最終仕上圧延機での圧延速度の情報により、冷却水量、加熱出力等を制御して、熱延鋼帯の全長に亘り図１に示した温度パターンを実現している。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、仕上圧延をその直後の熱延鋼帯温度がＡｒ１変態点以下となるように行うことでフェライト組織に大きな歪を蓄積し、さらにＡｃ３変態点以上に加熱して逆変態を誘起させた後、再びＡｒ１変態点以下に急速冷却することにより、超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を得ることができる。さらに、仕上圧延において加速圧延を実施することにより、仕上圧延直後の温度を鋼帯の全長に亘り略一定とするので、全長にほぼ均一な超微細フェライト組織を得ることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る熱延鋼帯の製造設備の一例を示す構成図である。図２と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図３に示す熱延鋼帯の製造設備は、粗バーを巻き取って保温するためのコイルボックス４を備える他は、第１の実施形態と同様に構成されている。
【００３９】
前記コイルボックス４は、粗バーを巻取って保温することにより、仕上圧延機５の入側における粗バーの温度を全長に亘り略一定にするために設けられる。
【００４０】
第１の実施形態で説明した加速圧延では、仕上圧延直後の鋼帯温度を全長に亘り略一定とすることはできるが、時間の要素まで含めた熱履歴は異なってしまうことが不可避である。しかし、材質の均一性のためには、この熱履歴までも鋼帯全長に亘って一定とすることが望ましい。
【００４１】
そこで本実施形態では、材質の均一化、ランナウト上での急速冷却及び急速加熱の制御性の観点から、粗バーの尾端部の温度降下を補償し、仕上圧延機６入側における粗バー温度を全長に亘り略一定とするためにコイルボックス４を設ける。そして、仕上圧延を一定速度で行うことで、仕上圧延機６出側における熱延鋼帯温度を全長に亘り略一定とする。なお、この温度降下を補償する手段は、コイルボックス４に限定されるものではなく、粗バー温度を全長に亘り略一定とする加熱装置や保熱装置であればよい。例えば、トンネル炉、誘導加熱装置などを配置しても良い。
【００４２】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る熱延鋼帯の製造設備による熱延鋼帯の製造方法について、図１の圧延材温度推移を示す説明図とともに説明する。なお、第１の実施形態と同一部分については、その詳細説明を省略する。
【００４３】
第１の実施形態と同様、スラブ２は、Ａｒ３変態点以上の温度において、粗圧延機３により所定の厚さに減厚されて粗バーへ加工される。次に、粗バーは搬送時間の調整や水冷によって適切な粗バー温度とした後、コイルボックス４で一旦巻き取られ、全長に亘り略一定温度に保温される。
【００４４】
コイルボックス４に巻き取られた粗バーは、その後コイルボックス４から払い出され、引き続き仕上圧延機５により、仕上圧延直後の熱延鋼帯の温度がＡｒ１変態点以下となるように仕上圧延中の冷却条件を調整しつつ、所定の熱延鋼帯板厚まで減厚される。ここで、本実施形態では、仕上圧延を一定圧延速度にて行う。すなわち、コイルボックス４で保温されることにより全長に亘り略一定温度の粗バーに対し、一定圧延速度で仕上圧延を行うことにより、仕上圧延直後の熱延鋼帯温度を全長に亘り略一定とすることができる。なお、粗バー温度が全長に亘り「略一定」とは、目標粗バー温度±１０℃程度を意味しているが、コイルボックスに巻き取られた粗バーの最内周と最外周の部分は、コイル状に巻き取られても大気に曝露されていることより、多少の温度低下が不可避である。したがって、コイルボックス４と仕上圧延機５の間に、粗バー加熱装置及びエッジヒーター（ともに図示せず）を設置し、これら非定常部の温度補償をすることが好ましい。
【００４５】
仕上圧延された熱延鋼帯は、第１の実施形態と同様に、その後、急速加熱装置６により１００℃／秒以上の加熱速度でＡｃ３変態点以上の温度まで急速加熱された後、直ちに急速冷却装置７により５０℃／秒以上の冷却速度でＡｒ１変態点以下の温度に急速冷却されて、巻取り機８に巻き取られる。
【００４６】
また、別の実施形態として、コイルボックス４と仕上圧延機６の間にて、先行する粗バーの尾端部と、後行の粗バーの先端部とを溶接あるいは圧接して行う連続熱間圧延の形態においても本発明は適用可能である。特に、例えば２．０ｍｍ以下の仕上板厚が薄い場合において、連続熱間圧延による高速一定速度圧延が効果的となる。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、仕上圧延をその直後の熱延鋼帯温度がＡｒ１変態点以下となるように行うことでフェライト組織に大きな歪を蓄積し、さらにＡｃ３変態点以上に加熱して逆変態を誘起させた後、再びＡｒ１変態点以下に急速冷却することにより、超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を得ることができる。さらに、仕上圧延において仕上圧延機入側温度を略一定とし、さらに一定速度圧延を実施するので、仕上圧延時の熱履歴が鋼帯の全長に亘り略一定となり、材質の均一性に優れる熱延鋼帯を得ることができる。
【００４８】
なお、以上説明した２つの実施形態では、粗圧延工程を一般的な方法により行う例について説明した。しかし、超微細フェライト組織を有する熱延鋼帯を得るためには、仕上圧延入側での初期オーステナイト粒径が小さいほどよく、本発明を実施する効果は大きくなる。したがって、本発明を実施するに際しては、仕上圧延入側でのオーステナイト粒径を極力小さくしておくことが望ましい。
【００４９】
【実施例】
図３に示す熱延鋼帯の製造設備列を用いて、上記で説明した本発明の第２の実施形態により熱延鋼帯を製造した。使用した鋼のＡｃ３、Ａｒ１の各変態点温度は、それぞれ８６０℃、７２０℃であった。
【００５０】
初期板厚が２５０ｍｍの低炭素鋼スラブを加熱炉１にて約１２００℃に加熱後、このスラブを粗圧延機３での７パス圧延にて３０ｍｍまで減厚し粗バーとした。この粗バーをコイルボックス４に巻取り、略一定温度に保温した後、順次巻きほぐしながら先端から尾端にかけて一定圧延速度にて仕上圧延機５により７パスの仕上圧延を行った。なお、仕上板厚は２ｍｍ、仕上圧延速度は７００ｍｐｍ、目標仕上温度は７２０℃である。引き続き、最終仕上圧延機出側直近の位置に設置された誘導加熱式の急速加熱装置６を用いて１５０℃／秒の昇温速度にて８７０℃程度の温度まで昇温し、その直後、急速冷却装置７を用いて２００℃／秒の冷却速度にて６００℃程度まで冷却し、巻き取り機８に巻き取った。
【００５１】
これに対し、従来方法による熱延鋼帯の製造方法での結晶粒径についての調査も行った。すなわち、初期板厚が２５０ｍｍの低炭素鋼スラブを加熱炉にて約１２００℃に加熱後、このスラブを粗圧延機での７パス圧延にて３０ｍｍまで減厚し粗バーとした。この粗バーを先端部の圧延速度７００ｍｐｍ、尾端部での圧延速度が１０００ｍｐｍとなる７パスの加速仕上圧延を行った。仕上板厚は２ｍｍ、目標仕上温度は８５０℃である。引き続き４０℃／秒の冷却速度にて６００℃程度まで冷却し、巻き取り機に巻き取った。
【００５２】
本発明と従来方法の両者において、巻取り後、空冷にて室温まで冷却した後に熱延鋼帯の組織を調べたところ、従来方法では平均粒径が約８〜１２μｍと、コイル先端部から尾端部にかけてばらつきの大きなフェライト結晶組織となっていたのに対し、本発明による方法では、コイル全長に亘り平均粒径が２μｍ程度で均一な超微細フェライト結晶組織を有していることが判り、本発明法の確認ができた。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粒径３μｍ以下の極微細なフェライト組織を有する熱延鋼帯を安定して製造することができ、高強度・高靭性を有する鋼帯の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱延鋼帯の製造方法における圧延材温度推移を示す説明図
【図２】本発明の第１の実施形態係る熱延鋼帯の製造設備の一例を示す構成図
【図３】本発明の第２の実施形態係る熱延鋼帯の製造設備の一例を示す構成図
【符号の説明】
１　　加熱炉
２　　スラブ
３　　粗圧延機
４　　コイルボックス
５　　仕上圧延機
６　　急速加熱装置
７　　急速冷却装置
８　　巻取り機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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