(57)【要約】【課題】連続鋳造で製造した鋼塊を加熱し、分塊圧延するに際し、生産性の低下や製造コストの増加を招かずに、従来の設備に大幅な変更を加えず、鋼の変形抵抗および圧延時の引っ張り応力を低下させることにより、圧延キズの発生数を低減させ、また、それに伴うキズ取り数を低減させることにより、迅速に高品質の鋼塊を提供する。【解決手段】ロールの両端にフランジが設けられた分塊圧延用ロールであって、ロールカリバーが、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸方向に向かって直線的に傾斜していることを特徴とする分塊圧延用ロール、または、ロールカリバーが、凹面であることを特徴とする分解圧延用ロールを用いて圧延を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールの両端にフランジが設けられた分塊圧延用ロールであって、ロールカリバーが、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸方向に向かって直線的に傾斜していることを特徴とする分塊圧延用ロール。
【請求項２】
ロールの両端にフランジが設けられた分塊圧延用ロールであって、ロールカリバーが、凹面であることを特徴とする分塊圧延用ロール。
【請求項３】
ロールカリバーが、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸に対して１度ないし６度の角度で該ロールの中心軸方向に向かって直線的に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の分塊圧延用ロール。
【請求項４】
ロールカリバーの母線と中心軸のなす角度が１度ないし６度であることを特徴とする請求項２に記載の分塊圧延用ロール。
【請求項５】
連続鋳造を行なう熱間圧延システムにおいて用いられる分塊圧延機であって、請求項１または２に記載の分塊圧延用ロールを備えることを特徴とする圧延機。
【請求項６】
連続鋳造を行なう熱間圧延システムにおいて、分塊圧延時の１パス目および２パス目において請求項１または２に記載の分塊圧延用ロールを備えた圧延機を用いることを特徴とする熱間圧延システム。
【請求項７】
請求項５に記載の圧延機を備えた熱間圧延システムであって、圧延温度を１０３０℃ないし１２８０℃とすることを特徴とする熱間圧延システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来の熱間圧延時の温度及び圧下量を変えずに圧延キズを低減させ、歩留まり、生産性及び品質を向上させることのできる分塊圧延用ロール（以下適宜「ロール」という）、分塊圧延機および熱間圧延システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造法により製造した鋼塊を分塊圧延するにあたっては、通常、圧延から転回、転回から圧延を繰り返して鋼塊を伸ばして所定の形状に圧延している。そして、かかる圧延を行なうにあたっては、図９に示すように、ロールカリバーの形状がロールの一端から他端までの径が一定である分塊圧延用ロール（以下適宜「ロール」という）を用いていた。
【０００３】
しかし、上述のように圧延した場合には、鋼塊のＷ／４の位置において、特に多くの圧延キズが発生していた。そこで、鋼の連続鋳造片を直送圧延するか、あるいはホットチャージ圧延により、熱間圧延時における連鋳鋼片の表面割れを防止する方法が提案されていた。（例えば、
【特許文献１】参照）。しかし、それでもなお、圧延キズの発生を防ぐことはできなかった。なお、Ｗとは、ロールの搬送方向と直交する方向における鋼塊の幅方向の両端部からの幅をいう。
【０００４】
そこで、ＣＡＥ解析により、分塊圧延の際の応力分析を行なったところ、以下の事情が明らかになった。かかる分析は、γ粒界の結合エネルギー（γ≒８００ｍＪ／ｍ２）が明らかになっていることを用いて圧延キズの対策評価法として用いた。即ち、分塊圧延時の表面のエネルギーを計算するために有限要素法に基づく温度解析から算出した変形抵抗分布を計算し、図４に示す二次元一般化平面モデルで応力、変位量から以下の式を導き出した。
【０００５】
なお、以下の［数１］における各方向とは、鋼塊の圧延面がロールから押圧力を受ける方向、鋼塊がロールカリバーから押圧力を受けて展延されることにより、フランジ部から押圧力を受ける方向、および、せん断応力を受ける方向である。また、変位量とは、上記の各力を受けることにより、変化した寸法の総合計をいう。また、図４に記載のＹ方向とは、分塊圧延用ロールの中心軸と略直交する方向、Ｘ方向とは、分塊圧延用ロールの中心軸と略平行な方向をいう。
［数１］
各方向のエネルギー（Ｊ／ｍ２）＝各方向の応力（ｋｇｆ／ｍ２）×各方向の変位量（ｍ）
図５に示すように、ａ方向に４９０ｍｍ、ｂ方向に３８０ｍｍ、ｃ方向に３０００〜４０００ｍｍのＳＣｒ４２０の鋼塊を１パス目において５０ｍｍ圧下した場合に鋼塊表面に発生するエネルギーを上記式により計算した結果を示す。図６に示すグラフは、縦軸を鋼塊の表面にかかるエネルギー（Ｊ／ｍ２）、横軸に鋼塊の中心からの距離を表したものであり、かかるグラフにおける線は、Ｘ方向、Ｙ方向及びせん断方向から鋼塊のそれぞれ部分にかかるエネルギーの総和を結んだものである。
【０００６】
かかる図６に示すグラフから明らかなように、フランジ部近傍はロールにより拘束されるために圧縮され、面中央は引っ張りエネルギーが発生する。そのため、フランジ部から略９０ｍｍの位置（即ち、Ｗ／４）において、引っ張りエネルギーが最大となっている。
【０００７】
かかる部分は、鋼塊の表層部がベイナイト組織とはなっておらず、フェライト‐パーライト組織のままであることが知られている。
【０００８】
図７のグラフ（縦軸は１ｍ２あたりのキズの個数、横軸は鋼塊の表面においてフランジ部から略９０ｍｍの位置（即ち、Ｗ／４）に発生するエネルギー（Ｊ／ｍ２）を表す）に示すように、ベイナイト組織は、５．０×１０５Ｊｍ２／のエネルギーが発生したときに、フェライト‐パーライト組織は、１．５×１０５Ｊ／ｍ２以上のエネルギーが発生したときに、圧延キズの発生が顕著である。
【０００９】
すなわち、分塊圧延の際、分塊圧延用ロールのロールカリバー面が該ロールの中心軸に略平行である場合においては、鋼塊の接触面を強く拘束する。また、圧延されることにより、鋼塊は、搬送方向および該ロールの軸方向にも展延されることになる。該ロール軸方向に展延された鋼塊の端部は、該ロールの両端部に設けられたにフランジ部に接触し、所定の幅以上に広がることを妨げられる。その結果、フランジ部との接触面においても圧縮応力となり、
鋼塊の搬送方向に働く引っ張り応力も大きくなる。特に、該ロールのフランジ部からＷ／４の位置のエネルギーが非常に大きくなる。また、かかる部分はフェライト‐パーライト組織であるため非常に圧延キズが発生しやすくなっている。そのため、上述の如く、圧延時のエネルギーが１．５×１０５Ｊ／ｍ２以上となった場合に圧延キズの発生が顕著である。かかるキズの発生を防止するためには、圧延時のエネルギーを１．５×１０５Ｊ／ｍ２以下にする必要がある。
【００１０】
また、γ粒にかかる結合エネルギーと加熱後のγ粒径との関係からもこのことが言える。すなわち、図８に示すように、圧延時の結合エネルギーを加熱後のγ粒径が０．７ｍｍのベイナイト組織においては、圧延時のエネルギーが３．０×１０５Ｊ／ｍ２、２．０×１０５Ｊ／ｍ２、１．５×１０５Ｊ／ｍ２、１．０×１０５Ｊ／ｍ２のいずれの場合においても、結晶粒１個あたりにかかるエネルギーがγ粒の結合エネルギーである８００ｍＪ／ｍ２以下である。
【００１１】
しかし、過熱後のγ粒径が２．５ｍｍフェライト−パーライト組織においては、圧延時のエネルギーが３．０×１０５Ｊ／ｍ２及び２．０×１０５Ｊ／ｍ２の場合においては、結晶粒１個あたりにかかるエネルギーがそれぞれ、略２２００ｍＪ／ｍ２、略１５００ｍＪ／ｍ２であり、γ粒の結合エネルギーである８００ｍＪ／ｍ２（文献値）を大きく上回っているため圧延キズは発生しやすくなっている。これに対し、圧延時のエネルギーが１．０×１０５Ｊ／ｍ２の場合には、結晶粒１個あたりにかかるエネルギーがγ粒の結合エネルギーである８００ｍＪ／ｍ２であり、圧延キズは発生しづらい。また、圧延時のエネルギーが１．５×１０５Ｊ／ｍ２の場合には、結晶粒１個あたりにかかるエネルギーがγ粒の結合エネルギーが略１１００ｍＪ／ｍ２である。これは、γ粒の結合エネルギーである８００ｍＪ／ｍ２（文献値）を略３００ｍＪ／ｍ２越えるものではあるが、テスト圧延の結果、文献値である８００ｍＪ／ｍ２を略３００ｍＪ／ｍ２越えることによって圧延キズが発生しやすくなっていることが明らかとなっている。よって、γ粒にかかる結合エネルギーと加熱後のγ粒径との関係からも圧延時のエネルギーを１．５×１０５Ｊ／ｍ２以下にする必要があることは明らかである。
【００１２】
そして、圧延時のエネルギーを１．５×１０５Ｊ／ｍ２以下にする方法としては、圧延時の圧下量を低減することが公知である。また、圧延温度を高くすることも、変形抵抗が低下し圧延時の応力が低下するのでキズの発生防止に有効である。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６２−３４６０２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧下量を小さくすることは、生産性の低下を招くこととなる。また、圧延温度の増加は、加熱炉での加熱燃料の増加および在炉時間の増加につながり、製造コストが増加することとなる。そのため、圧下量を減少させず、製造コストを増加させないまま、フランジ部からＷ／４の位置にかかるエネルギーを１．５×１０５Ｊ／ｍ２以下にすることが求められていた。
【００１５】
本発明の目的は、連続鋳造で製造した鋼塊を加熱し、分塊圧延するに際し、生産性の低下や製造コストの増加を招かずに、従来の設備に大幅な変更を加えず、鋼の変形抵抗および圧延時の引っ張り応力を低下させることにより、圧延キズの発生数を低減させ、また、それに伴うキズ取り数を低減させることにより、迅速に高品質の鋼塊を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、連続鋳造において分塊圧延を行なう圧延機のロールのロールカリバーの形状に着目し、ロールカリバーを所定の形状にすることにより圧延キズの発生を減少させることができることを見出し、係る知見に基づき本発明を完成させた。
【００１７】
すなわち、本発明は、ロールの両端にフランジが設けられた分塊圧延用ロールであって、ロールカリバーが、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸方向に向かって直線的に傾斜していくことを特徴とする分塊圧延用ロールである。
【００１８】
また、本発明は、ロールの両端にフランジ部が設けられた分塊圧延用ロールであって、ロールカリバーが、凹面であることを特徴とする分塊圧延用ロールである。
【００１９】
ロールカリバーの形状を上記いずれかの形状とすることにより、ロールの鋼塊に対する拘束が弱まり、その結果、鋼塊がロールのフランジ部から受ける押圧力も弱くなる。そのため、Ｗ／４の部分における圧縮応力も弱まり結果、引っ張り応力も低減されることとなる。
【００２０】
また、本発明は、ロールカリバーが、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸に向かって１度ないし６度の角度で該ロールの中心軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の分塊圧延用ロールである。
【００２１】
また、本発明は、ロールカリバーの母線と中心軸のなす角度が１度ないし６度であることを特徴とする請求項２に記載の分塊圧延用ロールである。
【００２２】
ロールカリバーの傾斜角度、または、ロールカリバーの母線と中心軸のなす角度を１度以上とすることで、圧延キズの発生を防止できる程度にロールの引っ張り応力を低減することが可能となる。また、ロールカリバーの傾斜角度、または、ロールカリバーの母線と中心軸のなす角度を６度以下とすることにより、挫屈を防止することができる。また、圧延機および熱間圧延システムにおいても前記分塊圧延用ロールを備えることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
また、本発明は、連続鋳造を行なう熱間圧延システムにおいて用いられる分塊圧延機であって、請求項１または２に記載の分塊圧延用ロールを備えることを特徴とする圧延機である。
【００２４】
かかる圧延機を用いることにより、圧延キズの発生を低減することが可能となる。
【００２５】
また、本発明は、連続鋳造を行なう熱間圧延システムにおいて、分塊圧延時の１パス目および２パス目において請求項１または２に記載の分塊圧延用ロールを備えた圧延機を用いることを特徴とする熱間圧延システムである。
【００２６】
１パス目及び２パス目において本願発明に係るロールカリバーの形状を有する分塊圧延用ロールを用いることにより圧延時に鋼塊に圧延キズが発生することを防止することが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、請求項５に記載の圧延機を備えた熱間圧延システムであって、圧延温度を１０３０℃ないし１２８０℃とすることを特徴とする熱間圧延システムである。かかる温度範囲とすることで、鋼の変形抵抗および圧延時の引っ張り応力の低下させたうえで、製造コストの増加を抑えることが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明において、ロールカリバーとはロールの表面形状をいう。またパスとは、圧下をいう。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。連続鋳造を行なうにあたっては、まず、電気炉から出鋼した溶鋼を連続鋳造設備に移動させる。そして、連続鋳造により鋳造された鋼塊を切断用トーチで所定の長さに切断した後に、鋼塊の表面温度がＡｒ３変態点より５０℃高い温度とＡｒ３変態点との間の温度範囲に下がるまで待ち、その後この温度範囲から鋼塊クーラー装置に設置された冷却スプレーから冷却水を噴流して、マルテンサイト変態終了点（Ｍｆ点）以下の温度に冷却する。なお、連続鋳造鋼塊の冷却方法は、水槽に浸漬して冷却する、スプレーノズルによる噴流水やミストで冷却するガスで冷却する、あるいは、これらを組み合わせて冷却する、など何れの方法を用いても構わない。
【００３０】
次に、連続鋳造で生成された鋼塊を加熱炉に装入する。加熱炉では圧延可能な温度まで均一に加熱する役割と、一度常温まで冷却された鋼塊を圧延可能な温度まで加熱する加熱の役割を有する。
【００３１】
加熱炉においては、上記役割を果たすために、約１０００℃まで加熱する必要があるが、特に好ましくは、１０３０℃ないし１２８０℃で２ないし７時間加熱する。かかる温度範囲において加熱することにより、製造コストの増加を抑えた上で、圧延キズの発生を防止することが可能となる。加熱が所定形状まで分塊圧延を終了させるための最低限の範囲である。１０３０℃以上とすることにより、圧延キズ発生の原因となる鋼の変形抵抗および圧延時の応力を低下させるのことが可能となる。また、１２８０℃以下とすることで圧延キズの発生を防止した上で、製造コストの増加をも抑制することが可能となる。
【００３２】
なお、１０３０℃未満で圧延した場合、圧延温度としては、低すぎて鋼塊に縦割れの傷が発生する。また、１２８０℃超で圧延すると、オーバーヒーターが発生して傷となり、また、鋼塊の表面も脱炭してしまうため品質の面からも適当ではない。
【００３３】
加熱された鋼塊は、圧延機に搬送され、複数のロールにより圧延する。このとき、１パス、２パス目のロールのロールカリバーの形状が、図１（ａ）に示す、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸方向に対して傾斜していくことを特徴とする分塊圧延用ロール、または、図１（ｂ）に示す、ロールカリバーが凹面であることを特徴とする分塊圧延用ロールを使用する。
【００３４】
これらのいずれかの形状とすることにより、ロールの鋼塊に対する拘束が弱くなり、その結果、ロールの鋼塊に対する押圧力が弱くなり、圧縮応力も弱くなる。そして、ロールカリバー面からの鋼塊に対する押圧力が弱くなる結果、鋼塊がロールの軸方向に展延する力も弱まり鋼塊がロールのフランジ部から受ける押圧力も弱まり、フランジ部の受ける圧縮応力も弱くなる。そのため、４／Ｗの位置における引張り応力は、１．５×１０５Ｊ／ｍ２以下となる。その結果、圧延キズの発生を防止することが可能となる。
【００３５】
また、加熱炉で加熱された鋼塊は結晶粒が粗大化しているため分塊圧延を行う際における１パス目及び２パス目においては傷が発生しやすい。しかし、３パス目以降では結晶粒は微細化していくので、圧下量が１パス目及び２パス目と同じであっても、粒界にかかるエネルギーは小さくなり、鋼塊に傷は発生しない。そこで、１パス目及び２パス目において本願発明に係るロールカリバーの形状を有する分塊圧延用ロールを用いることにより係る弊害を除去することが可能となる。
【００３６】
【実施例】
以下において、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
本願発明者は、本願発明の優位性を明らかにするため、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すロールカリバーを用いて鋼塊の分塊圧延を行なった。図２中、１は圧延される鋼塊、２、３、４はそれぞれ各分塊圧延用ロールの略断面である。図２（ａ）に示す本願発明にかかるロールカリバーの形状が、軸方向における両端から中央部近傍に向かうにつれて、中心軸方向に対して傾斜していく分塊圧延用ロール２（実施例１）、図２（ｂ）に示すロールカリバーの形状がロールの一端から多端までの径が一定である分塊圧延用ロール３（比較例１）、図２（ｃ）に示すロールカリバーの形状が両端から中央部近傍に向かうにつれて鋼塊との接触方向に向かって傾斜していく分塊圧延用ロール４（比較例２）を使い比較した。
【００３８】
なお、本実験において用いる、分塊圧延用ロール２及びロール４の傾斜角度はそれぞれ、略１．５度とした。なお、図５に示すように分塊圧延はａ方向に４９０ｍｍ、ｂ方向に３８０ｍｍ、ｃ方向に３０００ｍｍのＳＣｒ４２０の鋼塊を３時間、加熱炉において１０３０〜１２８０℃で加熱し、鋼塊を図２（ａ）〜（ｃ）に示す各ロールにより、圧延の際、１パス目、２パス目にそれぞれのロールを用い、１パス目及び２パス目による圧下量が３％となるように圧下した。
【００３９】
その結果は図３のグラフに示す。図３のグラフにおいて、縦軸はフランジ部から４／Ｗの位置において発生するＭＡＸエネルギー、横軸はロールカリバーの角度θを表す。ロール４により圧延した場合にフランジ部から４／Ｗの位置において発生するエネルギーは略１．７５×１０５Ｊ／ｍ２（比較例２）、ロール３により圧延した場合にフランジ部から４／Ｗの位置において発生するエネルギーは略１．５５×１０５Ｊ／ｍ２（比較例１）、ロール２により圧延した場合にフランジ部から４／Ｗの位置において発生するエネルギーは略１．３７×１０５Ｊ／ｍ２であった（実施例１）。よって、本願発明にかかる分塊圧延用ロール２により圧延した場合が最も圧延時のエネルギーを低減させることが明らかである。
【００４０】
以下、本発明につき詳しく説明する。
【００４１】
電気炉で精錬した肌焼合金鋼を取鍋に出鋼し、出鋼した取鍋は残湯排滓し、次いでスラグのみを精錬した。その後、取鍋精錬し、真空脱ガス処理して清浄な肌焼合金の溶鋼とした。この清浄な溶鋼をタンディッシュに供給し、４９０（ｍｍ）×３８０（ｍｍ）の鋳型に鋳込んだ。その後ガス切断により、図５に示すようにａ方向に４９０ｍｍ、ｂ方向に３８０ｍｍ、ｃ方向に４０００ｍｍの鋼塊とした。そして、かかる鋼塊を加熱炉に挿入し、２〜６時間、鋼塊を再度、圧延可能な温度である１２４０℃に加熱した。加熱炉から抽出された鋼塊を圧延機に送った。ここで、図２（ａ）の形状のロールカリバーを有する分塊圧延用ロールにより、１パス目において、初期圧下率が３％になる場合及び５％になる場合の双方につき圧延を行った。かかるロールカリバーにあっては、実施例として本発明にかかる傾斜角度が１度、２度、５度、６度のもの（実施例２〜５）で圧延を行い、他に比較例として、図２（ｂ）の形状のロールカリバーを有する分塊圧延用ロール（比較例１）及び図２（ａ）の形状のロールカリバーを有する分塊圧延用ロールであって、傾斜角度が０．５度及び７度のもの（比較例３、４）により圧延を行った。その結果は、以下の表１に示す。従来用いられている、比較例１の形状のロールカリバーを有する分塊圧延用ロールにより圧延した場合のキズの発生頻度を１とし、それぞれの実施例及び比較例につき圧延キズの個数の指数を示した。なお、以下において、初期圧下率とは、（圧下量ｍｍ）／（圧延前の鋼塊の高さｍｍ）により求めたものである。
【００４２】
【表１】
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表１に示すとおり、実施例２〜５においては、初期圧下率が３％及び５％の場合においても、比較例１に比較して、圧延キズ個数の指数が十分に低減したが、比較例３においては、圧延キズ個数の指数が十分に低減しなかった。また、比較例４においては、鋼塊が挫屈して圧延することができなかった。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、連続鋳造で製造した鋼塊を加熱し分塊圧延するに際し、生産性の低下や製造コストの増加を招かずに、従来の設備に大幅な変更を加えずに鋼の変形抵抗および圧延時の引っ張り応力を低下させることにより、圧延キズの発生数を低減させ、また、それに伴うキズ取り数を低減させることにより、迅速に高品質の鋼塊を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、本願発明に係るロールカリバーを有する分塊圧延用ロールの斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ロールが鋼塊を圧延する際の略断面図である。
【図３】ロールカリバーの傾斜角度と鋼塊に発生するエネルギーの関係を表すグラフである。
【図４】鋼塊にかかるエネルギーを計算するための２次元・一般化ひずみモデルの図である。
【図５】圧延する鋼塊の斜視図である。
【図６】鋼塊にかかるエネルギーの計算結果を表したグラフである。
【図７】エネルギーとキズの関係を表したグラフである。
【図８】γ粒径とエネルギーの関係を表すグラフである。
【図９】従来用いられていた分塊圧延用ロールの斜視図である。
【符号の説明】
１・・鋼塊
２・・本発明にかかる分塊圧延用ロール
３・・比較用の分塊圧延用ロール
４・・比較用の分塊圧延用ロール
【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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【図９】
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