(57)【要約】【課題】高強度かつ高靱性の鉄鋼材料の製造を可能とすることを主目的とし、併せて、設備投資に見合った生産性を実現させることができる熱間仕上圧延方法及び設備を提供する。【解決手段】本発明の熱間仕上圧延設備１は、１台の双方向駆動型圧延機２と、その上流側及び下流側に設置された冷却装置３と、双方向駆動型圧延機２を正逆駆動させる駆動制御装置と、帯鋼Ｓの後端部を余分に圧下してテーパ状に成形する圧下制御装置と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｒ３変態温度以下のフェライト域で帯鋼を圧延する熱間仕上圧延方法において、１台の双方向駆動型圧延機を正逆駆動させて帯鋼を正逆圧延するとともに、該圧延の少なくとも最終パス前に帯鋼を冷却する、ことを特徴とする熱間仕上圧延方法。
【請求項２】
前記正逆圧延時に帯鋼の後端部をテーパ状に圧延する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱間仕上圧延方法。
【請求項３】
前記前記双方向駆動型圧延機は、前記帯鋼を圧延する一対の上ワークロール及び下ワークロールと、各ワークロールを駆動する上ワークロール駆動用モータ及び下ワークロール駆動用モータと、を備え、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間仕上圧延方法。
【請求項４】
Ａｒ３変態温度以下のフェライト域で帯鋼を圧延する熱間仕上圧延設備において、１台の双方向駆動型圧延機と、少なくともその下流側に設置された冷却装置と、前記双方向駆動型圧延機を正逆駆動させる駆動制御装置と、を備えることを特徴とする熱間仕上圧延設備。
【請求項５】
前記双方向駆動型圧延機に帯鋼の後端部を余分に圧下してテーパ状に成形する圧下制御装置を備える、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の熱間仕上圧延設備。
【請求項６】
前記双方向駆動型圧延機は、前記帯鋼を圧延する一対の上ワークロール及び下ワークロールと、各ワークロールを駆動する上ワークロール駆動用モータ及び下ワークロール駆動用モータと、を備え、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置されている、ことを特徴とする請求項４乃至６に記載の熱間仕上圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１台の圧延機でフェライト域圧延が可能な熱間仕上圧延方法及び設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、炭素鋼の状態図である。この図において、γはオーステナイト域、α＋γはα未再結晶域（以下、フェライト域と呼ぶ）、γとα＋γの境界温度をＡｒ３変態温度と呼ぶ。このＡｒ３変態温度以下のフェライト域で帯鋼を圧延すると以下のような効果があることが知られている（非特許文献１参照）。
（１）α未再結晶域（フェライト域）で５０％以上の圧下率で熱延された鋼では、ｒ値（ランクフォード値）が２．４程度の高い値を示し、かつ面内異方性（Δｒ）も小さい。すなわち、圧延板のｒ値が高まり、プレス成形性が良くなる。
（２）α域でかつ未再結晶粒が得られる熱延条件でのみ、熱延材において圧延集合組織が形成される。このような熱延鋼板を素材とした場合には、その後の比較的低い圧下率の冷延によりγ域熱延−冷延材に比べて冷延集合組織が発達し、それに対応して再結晶集合組織が発達し、高ｒ値が得られる。
【０００３】
【非特許文献１】
著「極低炭素冷延鋼板のｒ値におよぼすフェライト域熱延の影響」（鉄と鋼，１９８９年）
【０００４】
ところが、このフェライト域圧延は、上述した効果がある反面、オーステナイト域（γ域）熱延に比べて全体にＡｒ３変態温度付近の低温となるため、全体に高荷重圧延となってしまい、圧延機の圧延トルクを大きくしなければ十分な圧延をすることができない。このような問題点を解決するために、図５に示すような熱間仕上圧延設備が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１９２２０４号公報  （第３頁、図１）
【０００６】
この熱間仕上圧延設備は、低炭素鋼板をオーステナイト域で熱間圧延する高温圧延機列と、該高温圧延機列の下流側に設けられ前記鋼板をＡｒ３変態温度に近いフェライト域で熱間圧延する低温圧延機列と、高温圧延機列と低温圧延機列の間に設けられ前記鋼板の温度をオーステナイト域からＡｒ３変態温度以下まで急冷する鋼板急冷装置と、を備えたことを特徴とするものである。かかる発明により、フェライト域圧延により圧延板のｒ値（ランクフォード値）を高め、プレス成形性を高めることができ、かつ圧延荷重を下げ、大きな圧下率を得ることができる。
【０００７】
また、金属材料の強度及び靱性は、結晶粒が小さくなるほど向上するため、鉄鋼材料の製造において、結晶粒の微細化は最も重要かつ基本的な組織制御であり、種々の方法が提案されているが、近年では、大歪加工を施して組織を物理的に分断・細分化して超微細化する方法が注目されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００８】
【非特許文献１】
牧正志著「鉄鋼材料の結晶粒微細化の原理と方法」社団法人日本鉄鋼協会発行、平成１４年１０月、第１７７・１７８回西山記念技術講座ｐ．３−１８
【０００９】
さらに、最近の研究では、結晶粒超微細化技術について、▲１▼超微細組織を体積率で５０％以上得るには８０％以上の１パス大歪加工が必要であること、▲２▼多パス圧延でもパス間時間を数秒以下に抑え各パスの圧下率をある程度大きく取れば、１００％近い体積率で結晶粒を微細化することができること、が報告されている（非特許文献３参照。）。
【００１０】
【非特許文献３】
新倉正和著「結晶粒超微細化の次世代型加工熱処理−Ｉ」社団法人日本鉄鋼協会発行、
平成１４年１０月、第１７７・１７８回西山記念技術講座ｐ．８６−８８
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の熱間仕上圧延設備に使用される圧延機では、図６に示すように、上下ワークロール駆動用モータが片側にのみ設置されていたため、大圧下圧延に必要な高い圧延トルクを上下ワークロールに伝達させるべくカップリング継手の径を太くすると、カップリング継手どうしが干渉してしまい、伝達できる圧延トルクに一定の限界があった。したがって、帯鋼の結晶粒の微細化を図ることが困難であるとともに、微細化に近づけようとすれば、複数の圧延機を連続させた圧延機列を準備する必要があり、設備投資に比して生産性が伴わないという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高強度かつ高靱性の鉄鋼材料の製造を可能とすることを主目的とし、併せて、設備投資に見合った生産性を実現させることができる熱間仕上圧延方法及び設備を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱間仕上圧延方法によれば、Ａｒ３変態温度以下のフェライト域で帯鋼を圧延する熱間仕上圧延方法において、１台の双方向駆動型圧延機を正逆駆動させて帯鋼を正逆圧延するとともに、該圧延の少なくとも最終パス前に帯鋼を冷却する、ことを特徴とする熱間仕上圧延方法が提供される。
【００１４】
上述した本発明によれば、大圧下可能な双方向駆動型圧延機を熱間仕上圧延に使用したことにより、大歪加工が可能となり、結晶粒の微細化を図ることができ、高強度かつ高靱性の高品質な鉄鋼材料を製造することができる。また、双方向駆動型圧延機を正逆駆動して帯鋼を正逆圧延させるようにしたことにより、１台の圧延機で十分な圧下をすることができるため、設備投資に見合った生産性を実現させることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記正逆圧延時に帯鋼の後端部をテーパ状に圧延するようにしてもよい。また、前記双方向駆動型圧延機は、前記帯鋼を圧延する一対の上ワークロール及び下ワークロールと、各ワークロールを駆動する上ワークロール駆動用モータ及び下ワークロール駆動用モータと、を備え、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置される。
【００１６】
上述した本発明の好ましい実施形態によれば、前記正逆圧延時に帯鋼の後端部をテーパ状に圧延しているため、帯鋼を圧延機に噛み込みやすくすることができる。また、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置しているため、大圧下圧延に必要な高い圧延トルクを上下ワークロールに伝達させるべくカップリング継手あるいは駆動部品の径を太くしても、カップリング継手あるいは駆動部品どうしが干渉することがない。
【００１７】
本発明の熱間仕上圧延設備によれば、Ａｒ３変態温度以下のフェライト域で帯鋼を圧延する熱間仕上圧延設備において、１台の双方向駆動型圧延機と、少なくともその下流側に設置された冷却装置と、前記双方向駆動型圧延機を正逆駆動させる駆動制御装置と、を備えることを特徴とする熱間仕上圧延設備が提供される。
【００１８】
上述した本発明によれば、大圧下可能な双方向駆動型圧延機を熱間仕上圧延に使用したことにより、大歪加工が可能となり、結晶粒の微細化を図ることができ、高強度かつ高靱性の高品質な鉄鋼材料を製造することができる。また、双方向駆動型圧延機を正逆駆動して帯鋼を正逆圧延させる駆動制御装置を設けたことにより、１台の圧延機で十分な圧下をすることができるため、設備投資に見合った生産性を実現させることができる。
【００１９】
上述した本発明の好ましい実施形態によれば、前記双方向駆動型圧延機に帯鋼の後端部を余分に圧下してテーパ状に成形する圧下制御装置を備えることが好ましい。また、前記双方向駆動型圧延機は、前記帯鋼を圧延する一対の上ワークロール及び下ワークロールと、各ワークロールを駆動する上ワークロール駆動用モータ及び下ワークロール駆動用モータと、を備え、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置されていることが好ましい。
【００２０】
上述した本発明の好ましい実施形態によれば、前記正逆圧延時に帯鋼の後端部をテーパ状に圧延する圧下制御装置を設けたことにより、帯鋼を圧延機に噛み込みやすくすることができる。また、前記上ワークロール駆動用モータと下ワークロール駆動用モータとが圧延ラインを挟んで配置しているため、大圧下圧延に必要な高い圧延トルクを上下ワークロールに伝達させるべくカップリング継手あるいは駆動部品の径を太くしても、カップリング継手どうしが干渉することがない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の熱間仕上圧延設備を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。また、図２は、本発明の熱間仕上圧延方法を示す説明図であり、図３は、本発明の熱間仕上圧延設備で使用する双方向駆動型圧延機の側面概略図である。
【００２３】
図１（Ａ）及び図３に示すように、本発明の熱間仕上圧延設備１は、１台の双方向駆動型圧延機２と、その上流側及び下流側に設置された冷却装置３と、双方向駆動型圧延機２を正逆駆動させる駆動制御装置と、帯鋼Ｓの後端部を余分に圧下してテーパ状に成形する圧下制御装置と、を備えている。
【００２４】
前記双方向駆動型圧延機２は、帯鋼Ｓを圧延する一対の上ワークロール４ａ及び下ワークロール４ｂと、上下ワークロール４ａ，４ｂを駆動する上ワークロール駆動用モータ５ａ及び下ワークロール駆動用モータ５ｂとを備え、上ワークロール駆動用モータ５ａと下ワークロール駆動用モータ５ｂとが圧延ライン（帯鋼Ｓ）を挟むようにそれぞれ異なる側に配置されている。
【００２５】
かかる双方向駆動型圧延機２は、高い圧延力と圧延トルクを必要とする大圧下圧延において、従来の圧延機でこの技術的要求に応じようとすると、上下ワークロール４ａ，４ｂの径が太くなって圧延荷重と圧延トルクの増大を招くという問題があったことに鑑みて開発されたものである。すなわち、双方向駆動型圧延機２は、増大する圧延トルクを伝達可能にするために、上下ワークロール駆動用モータ５ａ，５ｂの駆動力を上下ワークロール４ａ，４ｂに伝達するカップリング継手６あるいは駆動部品９、８の径も太くすることができる圧延機である。
【００２６】
従来の圧延機では、上下ワークロール駆動用モータは、上下ワークロールの点検や交換により組替える際に同時に移動させることができるように、圧延ラインの一方の側にのみ据え付けられていた（図６参照）。したがって、カップリング継手の径を太くしようとすると、カップリング継手どうしが干渉してしまい、伝達できる圧延トルクに一定の限界があった。しかし、前記双方向駆動型圧延機２を使用することによって、カップリング継手６どうしが干渉することがなくなり、カップリング継手６あるいは駆動部品９、８の径を結晶粒の微細化に必要な大歪加工を可能とするのに必要な太さにまで拡径することができる。
【００２７】
前記冷却装置３は、冷却水を帯鋼表面に散布するスプレイノズルと、各スプレイノズルに冷却水を供給するスプレイヘッダ管とを備える。この冷却装置３により、Ａｒ３変態温度以下のフェライト域で帯鋼Ｓを圧延することができる。図１においては、帯鋼Ｓの上面にのみ冷却装置３を設けたが、下面にも同様の冷却装置を設置して、両面から帯鋼Ｓを冷却するようにしてもよい。冷却速度は１０℃／ｓ程度が好ましく、また、できるだけ圧延機の近くに設置するのが好ましい。一般には、圧延機の周辺には、厚み計や展開装置が設置されているため、圧延機中心から１０〜２０ｍ程度の位置から設置される。また、冷却効果を高めるために、水膜カーテン方式の冷却装置（例えば、公開昭５６−１３６９１８号公報参照）を採用してもよい。また、大歪加工直後に帯鋼Ｓを急冷することによって、微細化した結晶粒の再成長を抑制することができ、１〜３μｍの微細結晶粒を得ることもできる。
【００２８】
前記駆動制御装置は、上下ワークロール駆動用モータ５ａ，５ｂの回転を正逆反転させる制御装置であって、かかる操作によって上下ワークロール４ａ，４ｂを正逆駆動させることができる。また、前記圧下制御装置は上下バックアップロール７ａ，７ｂの位置を調整するシリンダ（図示せず）を位置制御する制御装置であって、かかる操作によって上下バックアップロール７ａ，７ｂのギャップを縮め、帯鋼Ｓの後端部を余分に圧下してテーパ状に成形することができる。また、帯鋼Ｓの後端部が圧延機から抜けた後、上下バックアップロール７ａ，７ｂは再び所定の位置に復帰される。
【００２９】
次に、図２を用いて、本発明の熱間仕上圧延方法について説明する。なお、図２に示す説明図は、上述した本発明の熱間仕上圧延設備を用いて３パスの圧延を行う場合について示したものである。
【００３０】
（１）１パス目
１パス目の圧延では、フェライト域圧延ではなく通常の圧延を行う。したがって、双方向駆動型圧延機２の上流側の冷却装置３は使用する必要がない。このときの圧延は大圧下圧延である必要はないので、双方向駆動型圧延機２の圧下率は、例えば、２０％〜４０％程度に設定される。双方向駆動型圧延機２は、前記駆動制御装置により正駆動されて帯鋼Ｓを圧延し、帯鋼Ｓの後端部は、前記圧下制御装置により余分に圧下されテーパ状に成形される。１パス目を終了した帯鋼Ｓが下流側の冷却装置３まで搬送される間に、双方向駆動型圧延機２は駆動制御装置により停止され反転モードに入る。なお、帯鋼Ｓを搬送するテーブルローラ（図示せず）は、帯鋼Ｓの後端部が冷却装置３に到達した時点で停止するように駆動制御装置により制御されている。
【００３１】
（２）２パス目
１パス目を終了した帯鋼Ｓが冷却装置３に到達すると帯鋼Ｓの冷却が始まり、それと同時に、テーブルローラ（図示せず）が逆駆動して帯鋼Ｓを双方向駆動型圧延機２に搬送する。その間に、帯鋼ＳはＡｒ３変態温度以下にまで冷却されるとともに、双方向駆動型圧延機２は駆動制御装置により逆駆動され、噛み込んだ帯鋼Ｓをフェライト域圧延する。このとき双方向駆動型圧延機２の圧下率は、例えば４０％程度に設定される。ここで、大圧下に必要な８０％の圧下率に設定していないのは、結晶粒が再結晶を始めるまでの間は、複数パスの圧延により８０％の圧下率が達成できれば結晶粒の微細化が図ることができるためである。また、１パス目と同様に、帯鋼Ｓの後端部は、前記圧下制御装置により余分に圧下されテーパ状に成形される。２パス目を終了した帯鋼Ｓが上流側の冷却装置３まで搬送される間に、双方向駆動型圧延機２は駆動制御装置により停止され反転モードに入る。なお、帯鋼Ｓを搬送するテーブルローラ（図示せず）は、帯鋼Ｓの後端部が冷却装置３に到達した時点で停止するように駆動制御装置により制御されている。
【００３２】
（３）３パス目
２パス目を終了した帯鋼Ｓが冷却装置３に到達すると帯鋼Ｓの冷却が始まり、それと同時に、テーブルローラ（図示せず）が逆駆動して帯鋼Ｓを双方向駆動型圧延機２に搬送する。その間に、帯鋼Ｓは再度Ａｒ３変態温度以下にまで冷却されるとともに、双方向駆動型圧延機２は駆動制御装置により正駆動され、噛み込んだ帯鋼Ｓをフェライト域圧延する。このとき双方向駆動型圧延機２の圧下率は、２パス目と同様に、例えば４０％程度に設定される。３パス目を終了した帯鋼Ｓは、そのままテーブルローラ（図示せず）によって次工程に搬送される。
【００３３】
上述の説明では、下流側にも冷却装置３が設置された場合について説明したが、上流側の冷却装置３のみで十分な冷却ができる場合や、帯鋼Ｓの長さが短くて短時間で正逆圧延することができる場合には、下流側の冷却装置３を省略してもよい。また、下流側の冷却装置３を設置した場合には、帯鋼ＳをＡｒ３変態温度以下にまで冷却するだけでなく、２パス目で微細化した結晶粒の再成長を抑制することができ、１〜３μｍの微細結晶粒を得ることもできる。
【００３４】
また、上述の説明では、２パス目と３パス目の圧下率をそれぞれ４０％と設定したが、帯鋼Ｓの種類や厚さに応じて、３０％と５０％、４５％と４５％、４０％と５０％等のように設定してもよい。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、大圧下可能な双方向駆動型圧延機を熱間仕上圧延に使用するとともに正逆駆動させることにより、１台の圧延機で大歪加工が可能となり、結晶粒の微細化を図ることができ、高強度かつ高靱性の高品質な鉄鋼材料を製造することができる。また、設置面積の低減や設備費の低廉を図ることができ、設備投資に見合った生産性を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱間仕上圧延設備を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の熱間仕上圧延方法を示す説明図である。
【図３】本発明の熱間仕上圧延設備で使用する双方向駆動型圧延機の側面概略図である。
【図４】炭素鋼の状態図である。
【図５】従来の熱間仕上圧延設備を示す図である。
【図６】従来の圧延機を示す側面概略図である。
【符号の説明】
Ｓ  帯鋼
１  熱間仕上圧延設備
２  双方向駆動型圧延機
３  冷却装置
４ａ  上ワークロール
４ｂ  下ワークロール
５ａ  上ワークロール駆動用モータ
５ｂ  下ワークロール駆動用モータ
６  カップリング継手
７ａ  上バックアップロール
７ｂ  下バックアップロール
８  スピンドル
９  ユニバーサルジョイント
１０  作業ロール軸箱
１１  控ロール軸箱
５２ａ  上ワークロール
５２ｂ  下ワークロール
５３ａ  上ワークロール駆動用モータ
５３ｂ  下ワークロール駆動用モータ
５４  駆動用スピンドル
５５  ユニバーサルジョイント
５６  カップリング継手
５７ａ  上バックアップロール
５７ｂ  下バックアップロール
５８  ワークロール軸箱
５９  バックアップロール軸箱
【図１】
2004337937.tif 000003
【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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