(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低炭素鋼の熱間圧延において、粗圧延での脱スケールパターンを初期の設定に対して変更し、過加熱の場合は脱スケール水を噴射する箇所を、初期に設定され記憶されている脱スケールパターンに対して増やし、加熱不足の場合は脱スケール水を噴射する箇所を、前記初期に設定され記憶されている脱スケールパターンに対して減らすことを特徴とする、極低炭素鋼の熱間圧延方法。
【請求項２】
前記脱スケール水を噴射する箇所の数に下限を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の極低炭素鋼の熱間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低炭素鋼の熱間圧延方法に関し、特に、被圧延材である極低炭素鋼の熱間粗圧延における温度を、脱スケール装置を用いて調整し、バーニングスケールやエッジシームのような品質不良の発生を抑制する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延とは、金属材料を数１００〜千数１００℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、搬送しつつローラーで圧延することをいう。熱間圧延ラインには図５（ａ）に示す、ステッケルミルと呼ばれるタイプ、同（ｂ）に示す半連続と呼ばれるタイプであって、粗圧延機１４と仕上圧延機１６が別々にあり、粗圧延機では往復圧延し、仕上圧延機では一方向圧延するタイプ、同（ｃ）に示す３／４連続と呼ばれるタイプであって、（ｂ）のタイプのものの粗圧延機１４を複数（多くの場合４基）とし、そのうち一部（多くの場合１基）を往復圧延するものとし、残りを一方向圧延するものとするタイプ（４基中３基が一方向のタイプに限らず、例えば３基中２基が一方向のタイプ等も含め、３／４連続という）のものなどがある。
【０００３】
これら熱間圧延ラインは一般に、被圧延材１２を圧延中に被圧延材の自熱によってその表面に生成しつづける酸化物スケールを除去する目的で脱スケール装置１３を設置してあるのが一般的である。この脱スケール装置は被圧延材１２の圧延進行に伴い次々生成してくるスケールを除去するために適宜複数設置されることが多く、さらにその原理は高圧の水ジェットである場合が殆どである。
【０００４】
図において、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは加熱炉、１２は被圧延材、１５はファーネスコイラ、Ｒ１〜Ｒ４は粗圧延機スタンド、Ｆ１〜Ｆ７は仕上圧延機スタンド、１８Ａ、１８Ｂはコイラである。
【０００５】
ここで、本発明の契機となった問題点についての話に移るが、熱間圧延では、一般に、図６に示すように、複数の被圧延材１２Ａ、１２Ｂ…１２Ｉ…が、加熱炉１０内で連続的に加熱される。一方、各被圧延材の加熱温度目標は、各被圧延材の伸び、強度などの機械的な品質や表面性状として要求される品質を確保するために、各被圧延材毎に個別に設定される。
【０００６】
そのため、同図に示すように、例えば抽出時の加熱温度目標が１１５０℃の被圧延材１２Ａ〜１２Ｄに続いて、加熱温度目標が１１００℃の被圧延材１２Ｅ〜１２Ｉが加熱されるような場合が生じる。すると、加熱温度目標が急激に変更になる被圧延材（例えば１２Ｅ、１２Ｆ）において、炉温の設定が変更しても、すぐに被圧延材の加熱温度実績が追随せず、加熱温度目標を上回る過加熱状態となる。
【０００７】
また、不慮のトラブルにより、熱間圧延ライン全体が長時間操業中断してしまったような場合も、やはり被圧延材は過加熱状態となる。
【０００８】
この加熱炉抽出時の過加熱は、粗圧延機を出た後の仕上圧延機の入側における被圧延材の温度においても高め外れとなる。このように、仕上圧延機の入側における被圧延材の温度が、ある一定の温度を上回ると、そのままでは予定より高い温度で仕上圧延され、仕上圧延後製品の上記した機械的品質が確保できなくなる場合があるほか、仕上圧延中の復熱により被圧延材表面に酸化物スケールが発生してその状態で仕上圧延される結果、該酸化物スケールが被圧延材中に押し込まれる、バーニングスケールと呼ばれる表面品質不良が発生する場合もある。
【０００９】
従って従来は、粗圧延機最終スタンドを通過した後、仕上圧延機の入側において、粗圧延後の被圧延材（以下、シートバーとも称する）を往復動作させるオシレーションによって、被圧延材を待機させ、仕上圧延後製品の良好な機械的品質が得られるような適正な温度まで空冷した後、該被圧延材の仕上圧延を行っていた。それ故、前記のオシレーションに要する時間だけ、被圧延材の搬送が遅延して、圧延能率が大幅に低下していた。
【００１０】
さて、次は逆のケースであるが、例えば加熱温度目標が１１００℃の被圧延材１２Ａ〜１２Ｄに続いて、加熱温度目標が１１５０℃の被圧延材１２Ｅ〜１２Ｉが加熱されるような場合も生じる。すると、加熱温度目標が不連続となる部分の被圧延材（例えば１２Ｅ、１２Ｆ）において、加熱温度目標変更後の加熱温度実績が、すぐに追随せず、加熱温度目標を下回る加熱不足状態となる。
【００１１】
この加熱炉抽出時の加熱不足により、粗圧延中の被圧延材の温度が低くなる。このように、粗圧延中の被圧延材の温度が低いと、次に述べるような作用により、エッジシームと呼ばれる表面品質不良が発生する場合もある。
【００１２】
この不良は、特に極低炭素鋼の熱間圧延の場合に顕著に現れやすい。低炭素鋼（軟鋼）と比べると、その差ははっきりとしている。エッジシームの発生原因は、加熱温度実績が低い場合に、図７にイメージ的に示す如く、被圧延材１２のコーナー部１２Ｚが粗圧延初期段階で局部的に強く放冷し降温するのに加え、更に脱スケール水により局部的に強く冷却されることにより、その部分が変態して結晶粒が粗大化し、続く粗圧延でロール１４Ｒにより被圧延材１２が長手方向に伸ばされる結果、他の部分の結晶と比較して伸び差が出てしまい、筋状になるから、とされている。
【００１３】
極低炭素鋼の場合、低炭素鋼と比較すると変態温度が高く、低炭素鋼（軟鋼）と同じ温度で粗圧延してもコーナー部が局部変態しやすいこと、しかも変態温度の直上と直下での変形抵抗の違いが大きく、コーナー部とそうでない部分で被圧延材長手方向の伸び差が際立つことに加え、大気中でのスケール成長速度が小さくてエッジシームの発生した部分が剥離しにくいこと、が手伝って、仕上圧延後の製品にまで粗圧延で発生したエッジシームが残存しやすいもの、と推定されている。
【００１４】
このような問題に関する先行技術としては、特開昭５１−８６０５０号がある。この特開昭５１−８６０５０号では、粗圧延工程に設置されたスプレイ冷却装置を用いて、５０〜１００℃の範囲で被圧延材を冷却し、仕上圧延機入側における待機・空冷時間を大幅に短縮することが提案されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開昭５１−８６０５０号による方法は、高張力鋼板の製造に限定されたものであり、冷却する条件も、例えば、冷却水を噴射する、しないのフラグ設定や、被圧延材の通過速度といった条件も予め設定され、固定されているため、図３において説明したような、加熱炉内の被圧延材の接続の仕方によって発生する加熱温度目標の不連続や、不慮のトラブルによる熱間圧延ライン全体の長時間の操業中断などに伴い発生する過加熱などには対処できないという問題点を有していた。
【００１６】
本発明は、従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、１つは仕上圧延機入側におけるオシレーションによる待機・空冷によってロスしてしまう無駄時間を削減することにより、高い能率で圧延操業できるようにすること、もう１つはバーニングスケールやエッジシームのような表面品質不良の発生を抑制すること、を課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、極低炭素鋼の熱間圧延において、粗圧延での脱スケールパターンを初期の設定に対して変更し、過加熱の場合は脱スケール水を噴射する箇所を、初期に設定され記憶されている脱スケールパターンに対して増やし、加熱不足の場合は脱スケール水を噴射する箇所を、前記初期に設定され記憶されている脱スケールパターンに対して減らすことにより、前記課題を解決したものである。
ここで、前記脱スケール水を噴射する箇所の数に下限を設けることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
まず、極低炭素鋼とは、質量％でＣ：０．０１％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から成る鋼である。Ｃの質量％が軟鋼と呼ばれる一般用鋼材（低炭素鋼ともいう）と比べ、１桁低い含有量であるほかは、ＪＩＳ  Ｇ  ３１３１に規定する熱間圧延軟鋼板及び鋼帯の化学成分と同じと考えてよい。
【００２０】
熱間圧延ラインとしては、図１に示すような、３／４連続のタイプの熱間圧延ライン（図５（ｃ）のタイプの派生形）を例に取り、以下、説明する。
【００２１】
図１において、３０は、当事者間でミルペーシングと呼ばれる搬送時間スケジュール予測装置３２、仕上圧延機入側圧延材温度目標値や脱スケールパターンの初期設定を行うための設定装置３８、温度分布計算装置４４、仕上圧延機入側温度予測装置４６、脱スケールパターン設定装置４８を含む冷却制御装置である。
【００２２】
図１中に符号１３で示すような、脱スケール装置をどう使うか、が本発明のポイントである。
【００２３】
もしもいま、丁度適正温度に加熱されたならば、本来、表１（１）のような脱スケール装置の使用パターン（初期の設定：図１中では設定装置３８に記憶）で脱スケールが行われる被圧延材１２があるとする。これはまさに極低炭素鋼の例を示している。
【００２４】
【表１】
0004710150.tif 000002
【００２５】
ここで、ＨＳＢは、図２に示す如く、脱スケール装置１３の中でも、被圧延材の加熱炉抽出後の搬送履歴からして、最初に設けられたホットスケールブレーカ、Ｒ１−１、２、３は、それぞれ粗圧延機スタンドＲ１の１、２、３回目、Ｒ２−１、２、３は、それぞれ粗圧延機スタンドＲ２の１、２、３回目、Ｒ３は粗圧延機スタンドＲ３（１回目のみ）をそれぞれ示す。
【００２６】
本来この脱スケール装置の使用パターン（以下、脱スケールパターンと称する）は、該被圧延材１２の属性、主として材質、例えば金属中のＣ含有量が質量％で０．０１％未満の極低炭素鋼であるとか、同０．０１％以上０．１％未満の低炭素鋼であるとか、同０．１％以上０．５％未満の中炭素鋼であるとか、同０．５％以上の高炭素鋼であるとか、あるいはＣｒを含有量にして質量％で５％以上含有するとか、Ｎｉを０．５％以上含有するとかいった材質により、経験的に予め被圧延材１２の圧延前に適宜決定され、図１中に符号３８で示される設定装置内に設定され、記憶されている。そして該被圧延材１２が熱間圧延ラインに抽出されるごとに、個々の被圧延材１２の属性設定データとして紐付けされて、該被圧延材１２の搬送、圧延処理の進行とともに該被圧延材１２に伴って熱間圧延ライン上を仮想的に進行していく。該被圧延材１２が進行してくると、それが到着した設備においては、図示しないホットメタルディテクタ等により、これを捉え、前述の紐付けされた属性設定データに従って処理が行われる。脱スケール装置における脱スケール水の噴射はこれに従う。
【００２７】
ここでもしいま、表１（１）のような脱スケール装置の使用パターンで本来脱スケールが行われる極低炭素鋼の被圧延材１２が、加熱炉１０内で過加熱になったとする。本発明の実施の形態とは、１つはこの過加熱の程度に応じ、適宜、脱スケール水を噴射する箇所を増やす、というものである。
【００２８】
例えば、脱スケール水を噴射する箇所を１箇所増やすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度降下が得られることが経験的にわかっていた、とすると、もしも、加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が、仕上圧延機の入側温度に換算して、２０℃高くなると予測された場合、例えば表１（２）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所を、本来の脱スケールパターンに対し、２箇所増やせば良い。逆に、加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が、仕上圧延機の入側温度に換算して、２０℃低くなると予測された場合、例えば表１（３）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所を、本来の脱スケールパターンに対し、２箇所減らせば良い。ここで１の位未満の端数は切り捨てるなり切り上げるなり適宜決定してよい。また、どこの脱スケール水を噴射する箇所を増やしたり減らしたりするか、は表１（２）や（３）の例に示すものに限るものではなく、適宜決めれば良い。また、ここでは３／４連続のタイプの熱間圧延ラインを例に取り説明したが、熱間圧延ラインは図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれによるものであっても、粗圧延のどの箇所、あるいはどの段階、あるいはどのパスで脱スケール水を噴射するしない、の脱スケールパターンの変更は適宜行うことができるから、熱間圧延ラインは図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれによるものであっても、各タイプに応じ、本発明の実施の形態は適宜修正して適用可能である。この設定が図１中４８で示される脱スケールパターン設定装置にて設定され、脱スケール装置の側は実際にそれに従って、脱スケール水の噴射、非噴射を制御される。
【００２９】
このような要領で、過加熱や加熱不足の程度に応じ、適宜、脱スケール水を噴射する箇所を増やしたり減らしたりしていくように脱スケールパターンを設定するのである。
【００３０】
ここで、加熱不足の際に脱スケール水を噴射する箇所を減らし過ぎると、ついには１箇所も脱スケール水を噴射する箇所がなくなって脱スケールが行われない、という事態を回避するため、最低１箇所とかｎ箇所とか、脱スケール水を噴射する箇所の最低数限度を設けた方が賢明である。
【００３１】
仕上圧延機の入側温度に換算した値で決めることについては特に理由はなく、ここでは仕上圧延機の入側温度が当業者間で慣用されている被圧延材１２の温度管理指標だから、これで決めているにすぎず、以上の説明の例はあくまで一つの例である。よって、仕上圧延機の入側温度に限らず、加熱炉抽出時の被圧延材１２の温度のほか、使用者の都合によりまたはその他の状況に応じて適宜他の被圧延材１２の温度指標を使っても良い。いずれにせよ、バーニングスケールやエッジシームの発生の有無は、被圧延材１２の加熱温度と相関があることは過去の経験からわかっているため、何らかの被圧延材１２の粗圧延中温度に相関のある温度指標を使う。
【００３２】
ここでは、上記の説明の例に登場した被圧延材１２の仕上圧延機の入側温度を温度指標にするもの、として以下に話を続けるが、加熱炉１０からの抽出時点における被圧延材１２の温度が、仕上圧延機の入側温度に換算して、どれだけになるか、も経験的な方法、あるいは詳説しない前記搬送時間スケジュール予測装置３２により、予測する。
【００３３】
経験的な方法とは、例えば、加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度と、仕上圧延機の入側温度と、の実績的な値が、２つのケースで既知であったとすると、その中間の加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度である被圧延材１２がきた場合に、仕上圧延機の入側温度を線形補完して予測する、という方法である。例えば、
（１）加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が１２４０℃である場合に仕上圧延機の入側温度が１０６０℃
（２）加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が１１００℃である場合に仕上圧延機の入側温度が１０３０℃
であることが、実績的な値として経験的にわかっていた場合、もしも加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が上記（１）（２）の中間である１１７０℃の被圧延材１２がきた場合には、仕上圧延機の入側温度も上記（１）（２）の中間である１０４５℃と予測するようにすることである。このロジックは簡単に数式化できるので省略するが、機能的には図１中４６で示される位置にくる。
【００３４】
ここで、加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度は、従来から使用されている、次に述べるような差分計算などの方法により求めるのが１つの方法である。図３に模式的に示すように、被圧延材１２は複数のスキッドレール２４上に該スキッドレール２４と直交する方向に配置され、被圧延材１２の幅方向（図１における炉内搬送方向を示す矢印方向）に、加熱炉入口から出口に向かってステップ的に進行するようになっている。そして、図示しない加熱炉内温度計は常時加熱炉の炉壁温度を測定している。一方、温度分布計算装置４４においては、例えば、図３に示すような仮想的なメッシュに被圧延材１２を分割した場合における各格子点２６上の温度を差分計算によって求め、図３中、被圧延材１２の中央部における各格子点２６の温度を全点で平均するなどして、最初にいった加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度とすればよい。もちろん、本発明の実施の形態に用いることのできる方法はこれに限るものではなく、メッシュ中のある代表点の温度を以って最初にいった加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度としてもよいし、あるいは考え方を変え、加熱炉内の抽出口近くに図示しない被圧延材１２の表面温度を実測するための温度計を別途設置し、これによる被圧延材１２の表面温度実測値を以って最初にいった加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度とするなどしてもよい。
【００３５】
尚、脱スケール水の圧力は、ポンプ圧で１０〜３０ＭＰaが好適であり、脱スケール装置１３の噴射位置から、被圧延材表面までの距離は１００〜３００ｍｍが好適である。
【００３６】
１０ＭＰa未満あるいは３００ｍｍ超では、脱スケール水の被圧延材表面への衝突圧が十分でなく、脱スケール性が悪化し、仕上圧延後の被圧延材にまでスケールが残存するため１０ＭＰa以上、３００ｍｍ以下がよい。
【００３７】
一方、３０ＭＰaを超えると、ポンプ電力が嵩んで経済的でなく、１００ｍｍを下回ると、被圧延材に反りが生じた場合に機械的に衝突し、脱スケール装置を破損する問題がある。よって、３０ＭＰa以下、１００ｍｍ以上がよい。
【００３８】
（実施例）
以下の実施例では、いずれも、質量％でＣ：０．００５％、Ｐ：０．０２５％、Ｓ：０．００８％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成る鋼を被圧延材として使用した。
【００３９】
（実施例１）
加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が、目標１１００℃に対し実績１１９３℃になって抽出された。仕上圧延機の入側温度に換算して、目標１０３０℃に対し、１０５０℃と、２０℃高くなると予測された。
【００４０】
ここで、本発明の実施の形態の脱スケールパターンである表１（２）を使用した。表１（２）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所を、本来の脱スケールパターンである表１（１）に対し、２箇所増やした。
【００４１】
脱スケール水を噴射する箇所を１箇所増やすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度降下が得られることが経験的にわかっていたからである。
【００４２】
その結果は、図４に示す如く、従来なら２７秒程度の待機・空冷時間が発生すべきところ、実際には待機・空冷時間は全く発生しなかった。また、従来１．７０％の割合で発生していたバーニングスケールが、本発明の適用により、０．２３％まで発生が抑制された。
【００４３】
（実施例２）
加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度が、目標１１００℃に対し実績１００７℃になって抽出された。仕上圧延機の入側温度に換算して、目標１０３０℃に対し、１０１０℃と、２０℃低くなると予測された。
【００４４】
ここで、本発明の実施の形態の脱スケールパターンである表１（３）を使用した。表１（３）に示すように、脱スケール水を噴射する箇所を、本来の脱スケールパターンである表１（１）に対し、２箇所減らした。
【００４５】
脱スケール水を噴射する箇所を１箇所減らすと、仕上圧延機の入側温度に換算して１０℃の被圧延材１２の温度上昇が得られることが経験的にわかっていたからである。
【００４６】
その結果は、従来０．４８％の割合で発生していたエッジシームが、本発明の適用により、０．１２％まで発生が抑制された。
【００４７】
なお、上記（実施例１）、（実施例２）においては、加熱炉からの抽出時点における被圧延材１２の温度である加熱温度実績としては、先述の差分法を用いたメッシュ格子の平均値や代表値を計算により求めて使用してもよいし、あるいは加熱炉内の抽出口近くに、図示しない被圧延材１２の表面温度を実測するための温度計を別途設置し、これによる被圧延材１２の表面温度実測値を使用してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、過加熱によるオシレーション待機・空冷時間の発生による生産能率の低下を抑制し、また、バーニングスケール、エッジシームといった表面品質不良が発生するのを抑制できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置構成の例を示す、一部ブロック図を含む工程図
【図２】脱スケール装置の配置を示す図
【図３】加熱温度実績の計算法を説明するための斜視図
【図４】従来技術に対する本発明の効果を示すための線図
【図５】熱間圧延ラインの概要を説明するための工程図
【図６】加熱炉において過加熱が発生する状態を説明するための線図
【図７】エッジシームの発生メカニズムをイメージ的に示す斜視図
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜１０Ｃ…加熱炉
１２、１２Ａ〜１２Ｉ…被圧延材
１３…脱スケール装置
１４…粗圧延機
Ｒ１〜Ｒ４…粗圧延機スタンド
１５…ファーネスコイラ
１６…仕上圧延機
Ｆ１〜Ｆ７…仕上圧延機スタンド
３０…冷却制御装置
３２…搬送時間スケジュール予測装置
３８…設定装置
４４…温度分布計算装置
４６…仕上圧延機入側温度予測装置
４８…脱スケールパターン設定装置
【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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