(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧延材の移動方向に連続して配置された複数の仕上圧延機を有する熱間仕上圧延機を用いて、被圧延材を熱間圧延する、熱間仕上圧延方法であって、
複数の前記仕上圧延機のうち、前記移動方向の下流側に配置された少なくとも１つの前記仕上圧延機の直前に、中高圧水を噴射するスプレーヘッダーを有し、
前記スプレーヘッダーから、垂直方向よりも前記スプレーヘッダーの直後に配置された前記仕上圧延機の入側へと傾けて、１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の噴射圧力で水を噴射しながら、前記被圧延材を圧延することを特徴とする、熱間仕上圧延方法。
【請求項２】
前記スプレーヘッダーから噴射された水が前記被圧延材に衝突する部位が、前記スプレーヘッダーの直後に配置された前記仕上圧延機のロールバイトと、該ロールバイトよりも前記仕上圧延機のワークロールの半径分だけ前記移動方向の上流側の位置と、の間になるように、前記スプレーヘッダーから水を噴射しながら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】
前記仕上圧延機の直前に、複数の前記スプレーヘッダーを有す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】
前記スプレーヘッダーから前記水を噴射する際の噴射圧力が１．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、且つ、前記スプレーヘッダーから前記被圧延材へと噴射される前記水の水量が、１つの前記仕上圧延機当たり１００Ｌ／ｍｉｎ以上２００Ｌ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱延仕上圧延方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱延仕上圧延方法を用いて鋼板を仕上圧延する工程を有することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
【請求項６】
被圧延材の移動方向に連続して配置された複数の仕上圧延機を有する熱間仕上圧延機であって、
複数の前記仕上圧延機のうち、前記移動方向の下流側に配置された少なくとも１つの前記仕上圧延機の直前に、中高圧水を噴射するスプレーヘッダーを有し、
垂直方向よりも前記スプレーヘッダーの直後に配置された前記仕上圧延機の入側へと傾けて、１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の噴射圧力で水が噴射されるように、前記スプレーヘッダーが配置されていることを特徴とする、熱間仕上圧延機。
【請求項７】
前記スプレーヘッダーから噴射された水が前記被圧延材に衝突する部位が、前記スプレーヘッダーの直後に配置された前記仕上圧延機のロールバイトと、該ロールバイトよりも前記仕上圧延機のワークロールの半径分だけ前記移動方向の上流側の位置と、の間であることを特徴とする、請求項６に記載の熱間仕上圧延機。
【請求項８】
前記仕上圧延機の直前に、複数の前記スプレーヘッダーを有することを特徴とする、請求項６又は７に記載の熱間仕上圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間仕上圧延方法、これを用いる熱延鋼板の製造方法、および、熱間仕上圧延機に関する。詳しくは、鋼板のスケールといわれる酸化物被膜などが関与する肌荒れや圧延ロール（ワークロールやバックアップロール。以下において同じ。）の損傷を抑制し、特に高負荷且つ高速圧延という条件下でも被圧延材の表面性状を損なうことなく、圧延ロールの損傷を抑制しつつ効率的に熱間圧延を行う、熱間仕上圧延方法、熱延鋼板の製造方法、および、熱間仕上圧延機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や構造材として用いられる鋼材の強度が高まっている。また、このような強度を高めた鋼材（以下において、「高強度鋼」と称することがある。）の生産量も増加している。
【０００３】
高強度鋼は、通常、鉄以外の合金成分を多く含むため、熱間圧延工程で製造する際の素材強度も高くなっており、圧延機に作用する荷重などの圧延負荷が全体的に高まっている。
【０００４】
また、高強度鋼の加工性、靭性といった機械的特性の向上も求められている。機械的特性を総合的に高めるため、複数の仕上圧延機を備えた熱間仕上圧延機における、後段（以下において、熱間仕上圧延機における、被圧延材の移動方向（圧延方向）下流側を、「後段」と称する。例えば、熱間仕上圧延機に５〜７機の仕上圧延機が備えられている場合、被圧延材の移動方向下流側に配置されている２〜３機を、「後段の熱間仕上圧延機」（または「後段スタンド」）と称する。）圧延の圧下率を高めるなど、熱間仕上圧延機の後段で圧延負荷が高負荷となる圧延が行われることもあり、より一層圧延負荷が高まっている。
【０００５】
このような高負荷材を製造する際には、被圧延材の表面性状悪化などを回避するために、特に、圧延速度の速い熱間仕上圧延機の後段スタンドで、圧延速度を低下させるということが通常行われてきた。
【０００６】
以上のように、熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷圧延を行う場合、通常の操業条件では発生しないような、被圧延材表面の肌荒れや、圧延ロールの肌荒れが発生して問題となっていた。
【０００７】
上述の肌荒れは、圧延荷重、圧延速度、圧下率、圧延温度、被圧延材の温度、被圧延材の圧延前スケール厚などが複雑に作用して発生していると考えられる。
【０００８】
被圧延材の圧延前スケール厚は、熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷圧延を行う場合に、厚くなりやすい。すなわち、上記後段スタンドで高負荷圧延が行われる場合には、全体的に圧延速度を下げた操業を行うため、上流側の圧延機で圧延された後、後段スタンドで圧延されるまでのパス間時間が増加する。また、圧延速度を遅くすると被圧延材が冷却されやすくなる。熱間仕上圧延機の出側温度を一定の値に維持するため、後段スタンドで高負荷圧延が行われる場合には、圧延中の被圧延材の温度が高めに設定される。このような条件では、パス間で被圧延材の表面のスケールが成長しやすくなり、高負荷圧延が行われる後段スタンドの圧延直前のスケール厚さが、通常の倍程度になることがある。
【０００９】
スケールが厚く成長すると、圧延の際に材料とともに変形する能力が低下する。その結果、分断や剥離が起こり、被圧延材およびロールの表面性状を悪化させると考えられている。
【００１０】
また、スケールには、ワークロールと被圧延材との間の熱伝達を阻害する断熱効果がある。スケールの熱伝導率は、スケールの内側に存在する鋼板自体の熱伝導率の１／２〜１／１０程度であるとの調査結果もあり、通常の操業条件では、高温の被圧延材から低温のワークロールへの熱移動を阻害するような断熱効果がある。また、熱間仕上圧延機の後段スタンドでは、圧延速度が速く、ワークロールと被圧延材との接触時間が短い。それゆえ、被圧延材からワークロールへの熱移動が、熱間仕上圧延機の前段スタンド（後段スタンドよりも被圧延材の移動方向（圧延方向）上流側に配置されている仕上圧延機をいう。以下において同じ。）に比べて小さくなり、より断熱の状態となる。一方で、高負荷圧延を行うと、ワークロールと被圧延材との間で摩擦熱が発生する。被圧延材の表面に成長したスケールとワークロールとの界面で発生した熱は、スケールを介して被圧延材にも分散していく。上述のように、スケールは熱伝導率が低いため、スケールが厚く生成して断熱度が高い場合には、熱は分散しにくく、ワークロールの最表面温度やスケール自身の温度が著しく上昇することになる。このような摩擦発熱などによる温度上昇により、圧延ロールの肌荒れ、被圧延材表面のスケールの分断・押し込みなどが発生し、その結果、圧延ロールや被圧延材の表面性状を低下させてしまうと考えられる。
【００１１】
このような摩擦発熱を抑制するために圧延速度を下げると、スケールがさらに厚く生成してしまうほか、熱間仕上圧延機の出側温度を一定の値に維持できなくなる。そのため、単純に圧延速度を下げるという対策では不十分である。
【００１２】
肌荒れの一要因である高負荷高速圧延時の摩擦発熱による温度上昇を低下させるということについて、例えば特許文献１には、熱間圧延材がワークロールに噛み込まれる直前に熱間圧延材に冷却媒を接触させ、熱間圧延材の表面が冷却された状態で熱間圧延する熱間圧延方法が開示されている。
【００１３】
また、特許文献２には、熱間連続圧延機に仕上前段スタンドの入側で鋼板表面のスケールの厚さが１０μｍを超える場合に、この鋼板の表面に衝突圧０．１５ｋｇｆ／ｃｍ２以上でスプレー水を噴射した後、１秒以内に上記仕上前段スタンドで圧延する熱延鋼板の圧延方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平４−２００９０３号公報
【特許文献２】特開平７−１７１６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に記載の技術では、鋼板の表面温度のみを下げることは可能であるが、スケールを除去する能力が極めて低い。水量としては１つの圧延機（以下において、「スタンド」と称することがある。）当たり２０Ｌ／ｍｉｎ程度であるために、水量不足および水圧不足によりスケールを十分に除去できない。そのため、熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷圧延且つ高速圧延を行った際における肌荒れ対策としては、不十分である。また、特許文献１に記載の技術では、冷却水を被圧延材の表面に噴射する場所や条件について、特に規定されていない。そのため、冷却水が早く被圧延材に接した場合には、被圧延材の表面だけではなく、内部も冷却してしまうため、仕上圧延温度を維持できなくなる虞がある。また、冷却水の圧力や水量などが低い場合には、冷却能力が不足して肌荒れを抑制できないという問題があった。
【００１６】
特許文献２に記載の技術は、熱間仕上圧延機の前段スタンドで被圧延材の温度が高く、また板厚が比較的厚い場合に、有効な肌荒れ対策である。しかしながら、この技術を熱間仕上圧延機の後段スタンドに適用すると、被圧延材の冷却に過不足が生じて、過度に冷却されると被圧延材の組織が変化したり、冷却が不足であると表面温度降下が不十分になったりするという問題があった。ここで、熱間仕上圧延機の後段スタンドでは、熱間仕上圧延機の前段スタンドに比べてＡ３変態点に近い低い温度で圧延される。そのため、過度に冷却された場合には、被圧延材の組織が変化してしまうという問題があった。一方、冷却が不足する場合には、熱間仕上圧延機の後段スタンドでは板厚が薄いために、被圧延材の均熱化が早く、特に冷却後１秒近く経過すると被圧延材がほぼ均熱化してしまうという問題があった。なお、熱延仕上圧延機における後段スタンド間時間（被圧延材の移動方向に連続して配置された２機の後段スタンドの、一方の後段スタンドにおける圧延が終了してから他方の後段スタンドにおける圧延が開始されるまでの時間。）は、短い場合は０．５秒程度であるため、１秒という時間は熱間仕上圧延機の後段スタンドにおいては「直前」を表すものではない。
【００１７】
そこで本発明は、特に熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷且つ高速圧延が行われる場合であっても、被圧延材の表面性状および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能な、熱間仕上圧延方法、熱延鋼板の製造方法、および、熱間仕上圧延機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、鋭意研究の結果、熱間仕上圧延機の後段スタンドで被圧延材が圧延される直前に、被圧延材の表面からスケールを除去し、且つ、スケールが除去された被圧延材の表面にスケールが形成され難い状態を保持したまま、後段スタンドで被圧延材を圧延することにより、熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷且つ高速圧延が行われる場合であっても、被圧延材の表面性状および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能になることを知見した。
本発明は、このような知見に基づいて完成させた。以下、本発明について説明する。
【００１９】
本発明の第１の態様は、被圧延材の移動方向に連続して配置された複数の仕上圧延機を有する熱間仕上圧延機を用いて、被圧延材を熱間圧延する、熱間仕上圧延方法であって、複数の上記仕上圧延機のうち、上記移動方向の下流側に配置された少なくとも１つの仕上圧延機の直前に、中高圧水を噴射するスプレーヘッダーを有し、該スプレーヘッダーから、垂直方向よりも、スプレーヘッダーの直後に配置された仕上圧延機の入側へと傾けて、１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の噴射圧力で水を噴射しながら、被圧延材を圧延することを特徴とする、熱間仕上圧延方法である。
【００２０】
本発明において、「直前」とは、圧延機のロールバイトから圧延材の移動方向の上流側で、極めてロールバイトに近い被圧延材上の位置、をいい、極めてロールバイトに近いとは、圧延機のワークロール半径よりもロールバイトに近い場所をいう。また、「中高圧水」とは、被圧延材の表面からスケールを除去可能な圧力で噴射された水であって、且つ、従来技術で被圧延材の表面からスケールを除去するために噴射されていた水の圧力よりも小さい圧力で噴射された水をいう。より具体的には、水圧（ヘッダー圧力）が１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下である水をいう。また、「入側」とは、被圧延材の移動方向（圧延方向）の上流側をいう。
【００２１】
スプレーヘッダーからその直後に配置された仕上圧延機の入側へと傾けて噴射された中高圧水は、被圧延材に衝突した後、被圧延材の移動方向下流側へと流れてワークロールに当たる。仕上圧延機の直前で、中高圧水を被圧延材に衝突させることにより、圧延の極めて直前に被圧延材を効率良く冷却することが可能になるので、圧延で発生する摩擦発熱による表層部の温度上昇を抑制することが可能になる。このように極めて直前で被圧延材を冷却することにより、被圧延材を過度に冷却したり、冷却が不足したりするという従来技術を用いた場合の問題点を解消することができる。また、中高圧水を被圧延材に衝突させることにより、中高圧水が衝突した被圧延材表面の部位に存在していたスケールを剥離させることができるので、従来よりもスケール厚を薄くすることが可能になる。また、被圧延材に衝突した水は、その後、被圧延材の表面をワークロール側に向かって流れるので、仕上圧延機で圧延される直前の被圧延材の表面は、水で覆われる。被圧延材の表面を水で覆うことにより、被圧延材の表面における新たなスケールの生成を抑制することができる。スケール厚を薄くし、且つ、新たなスケールの生成を抑制することにより、スケールの分断や剥離を抑制することができるので、被圧延材および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能になる。
【００２２】
また、上記本発明の第１の態様において、スプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突する部位が、スプレーヘッダーの直後に配置された仕上圧延機のロールバイトと、該ロールバイトよりも仕上圧延機のワークロールの半径分だけ上記移動方向の上流側の位置と、の間になるように、スプレーヘッダーから水を噴射しながら圧延することが好ましい。
【００２３】
ここに、「仕上圧延機のロールバイト」とは、被圧延材を圧延する仕上圧延機のワークロールと被圧延材とが接触する部位（被圧延材がワークロールに噛み込まれる部位）をいう。通常、熱延仕上圧延機の後段スタンドの、圧延機のワークロールの半径は、大きくても０．４ｍ程度である。また、熱延仕上圧延機の後段スタンド間における被圧延材の通板速度は、遅くとも毎分１５０ｍ以上である。それゆえ、スプレーヘッダーの直後に配置された仕上圧延機のロールバイトと、該ロールバイトよりも仕上圧延機のワークロールの半径分だけ上記移動方向の上流側の位置と、の間の部位で水を被圧延材の表面に衝突させることにより、被圧延材の表面が冷却されてから遅くとも０．２秒以内に、被圧延材はワークロールにより圧延される。このような形態にすることにより、圧延直前に被圧延材の表面のみを冷却することができる。その結果、熱間仕上げ圧延機の出側における被圧延材の温度を目標値に制御しやすくなるので、上記効果に加えて、目標とする性質を有する高強度鋼を製造しやすくなる。
【００２４】
また、上記本発明の第１の態様において、上記仕上圧延機の直前に、上記スプレーヘッダーを複数有していても良い。
【００２５】
このような形態にすることにより、スケールを剥離することを主目的とした水を噴射するスプレーヘッダーと、スケールが剥離された被圧延材を冷却することを主目的とした水を噴射するスプレーヘッダーとを、仕上圧延機の直前に配置することができる。その結果、スケールの剥離と被圧延材の冷却とを別々に制御することも可能になるので、上記効果に加えて、対応可能な製造条件を広げやすくなる。
【００２６】
また、上記本発明の第１の態様において、スプレーヘッダーから水を噴射する際の噴射圧力が１．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、且つ、スプレーヘッダーから被圧延材へと噴射される水の水量が、１つの仕上圧延機当たり１００Ｌ／ｍｉｎ以上２００Ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００２７】
このような形態で水を噴射することにより、被圧延材および圧延ロールの表面性状を良好に保ちやすくなる。
【００２８】
本発明の第２の態様は、上記本発明の第１の態様に係る熱延仕上圧延方法を用いて鋼板を仕上圧延する工程を有することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法である。
【００２９】
上述のように、本発明の第１の態様に係る熱延仕上圧延方法によれば、被圧延材の表面性状および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能である。したがって、本発明の第１の態様に係る熱延仕上圧延方法を用いて鋼板を仕上圧延する工程を有することにより、優れた表面性状を有する高強度鋼を製造することが可能になる。
【００３０】
本発明の第３の態様は、被圧延材の移動方向に連続して配置された複数の仕上圧延機を有する熱間仕上圧延機であって、複数の上記仕上圧延機のうち、上記移動方向の下流側に配置された少なくとも１つの仕上圧延機の直前に、中高圧水を噴射するスプレーヘッダーを有し、垂直方向よりも、スプレーヘッダーの直後に配置された仕上圧延機の入側へと傾けて、１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の噴射圧力で水が噴射されるように、スプレーヘッダーが配置されていることを特徴とする、熱間仕上圧延機である。
【００３１】
このような形態にすることにより、上記本発明の第１の態様と同様に、圧延で発生する摩擦発熱による表層部の温度上昇を抑制することが可能になるほか、スケール厚を薄くし、且つ、新たなスケールの生成を抑制することができる。その結果、スケールの分断や剥離を抑制することができるので、被圧延材および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能になる。
【００３２】
また、上記本発明の第３の態様において、スプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突する部位が、スプレーヘッダーの直後に配置された仕上圧延機のロールバイトと、該ロールバイトよりも仕上圧延機のワークロールの半径分だけ上記移動方向の上流側の位置と、の間であることが好ましい。
【００３３】
このような形態にすることにより、圧延直前に被圧延材の表面のみを冷却することができる。その結果、熱間仕上げ圧延機の出側における被圧延材の温度を目標値に制御しやすくなるので、上記効果に加えて、目標とする性質を有する高強度鋼を製造しやすくなる。
【００３４】
また、上記本発明の第３の態様において、上記仕上圧延機の直前に、複数の上記スプレーヘッダーを有していても良い。
【００３５】
このような形態にすることにより、スケールを剥離することを主目的とした水を噴射するスプレーヘッダーと、スケールが剥離された被圧延材を冷却することを主目的とした水を噴射するスプレーヘッダーとを、仕上圧延機の直前に配置することができる。その結果、スケールの剥離と被圧延材の冷却とを別々に制御することも可能になるので、上記効果に加えて、対応可能な製造条件を広げやすくなる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、特に熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷且つ高速圧延が行われる場合であっても、被圧延材の表面性状および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能な、熱間仕上圧延方法、熱延鋼板の製造方法、および、熱間仕上圧延機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１つの実施形態を説明する図である。
【図２】仕上圧延機１５、スプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙ、および、仕上圧延機１６を拡大して示して本発明の１つの実施形態を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明は本発明の例示であり、本発明は以下に説明する形態に限定されない。
【００３９】
図１は、本発明の熱間仕上圧延機１０を説明する図である。図１に示した熱間仕上圧延機１０は、７機の仕上圧延機１１、１２、…、１７を有し、これら７機の仕上圧延機１１、１２、…、１７を用いて、被圧延材１が熱間仕上圧延される。それぞれの仕上圧延機１１、１２、…、１７は、ワークロール１１ａ、１２ａ、…、１７ａおよびバックアップロール１１ｂ、１２ｂ、…、１７ｂを、それぞれ１対ずつ備えている。７機の仕上圧延機１１、１２、…、１７のうち、被圧延材１の移動方向の下流側に配置されている仕上圧延機１５の直前にはスプレーヘッダー２１ｘ、２１ｙが、仕上圧延機１６の直前にはスプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙが、仕上圧延機１７の直前にはスプレーヘッダー２３ｘ、２３ｙが、それぞれ配置されている。スプレーヘッダー２１ｘ、２１ｙは、圧力が１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下（好ましくは１．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下。以下において同じ。）の水を、垂直方向よりも仕上圧延機１５の入側へと傾けて噴射できるように配置されている。同様に、スプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙは、圧力が１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の水を、垂直方向よりも仕上圧延機１６の入側へと傾けて噴射できるように配置されており、スプレーヘッダー２３ｘ、２３ｙは、圧力が１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の水を、垂直方向よりも仕上圧延機１７の入側へと傾けて噴射できるように配置されている。
【００４０】
図２は、熱間仕上圧延機１０を用いて被圧延材１を熱間圧延している様子を説明する図であり、仕上圧延機１５、スプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙ、および、仕上圧延機１６を拡大して示している。図２に示したように、熱間仕上圧延機１０を用いて被圧延材１を熱間圧延する際には、被圧延材１の上面側に配置されたスプレーヘッダー２２ｘおよび被圧延材１の下面側に配置されたスプレーヘッダー２２ｙから、垂直方向よりも仕上圧延機１６の入側へと傾けて中高圧水２を噴射しながら、被圧延材１を圧延する。なお、水が噴射されている様子を示した図は省略したが、熱間仕上圧延機１０を用いて被圧延材１を熱間圧延する際には、スプレーヘッダー２１ｘ、２１ｙから、垂直方向よりも仕上圧延機１５の入側へと傾けて中高圧水を噴射しながら被圧延材１を圧延し、スプレーヘッダー２３ｘ、２３ｙから、垂直方向よりも仕上圧延機１７の入側へと傾けて中高圧水を噴射しながら被圧延材１を圧延する。
【００４１】
スプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙから仕上圧延機１６の入側へと傾けて噴射された中高圧水２は、被圧延材１に衝突した後、被圧延材１の移動方向下流側へと流れ、仕上圧延機１６のワークロール１６ａに当たる。同様に、スプレーヘッダー２１ｘ、２１ｙから仕上圧延機１５の入側へと傾けて噴射された中高圧水は、被圧延材１に衝突した後、被圧延材１の移動方向下流側へと流れ、仕上圧延機１５のワークロール１５ａに当たり、スプレーヘッダー２３ｘ、２３ｙから仕上圧延機１７の入側へと傾けて噴射された中高圧水は、被圧延材１に衝突した後、被圧延材１の移動方向下流側へと流れ、仕上圧延機１７のワークロール１７ａに当たる。仕上圧延機１５、１６、１７の直前で、中高圧水を被圧延材１に衝突させることにより、圧延の極めて直前に被圧延材１を効率良く冷却することが可能になるので、圧延で発生する摩擦発熱による表層部の温度上昇を抑制することが可能になる。このように極めて直前で被圧延材１を冷却することにより、被圧延材１を過度に冷却したり、冷却が不足したりするという従来技術を用いた場合の問題点を解消することができる。また、中高圧水２を被圧延材１に衝突させることにより、中高圧水２が衝突した被圧延材１の表面の部位に存在していたスケールを剥離させることができるので、従来よりもスケール厚を薄くすることが可能になる。また、被圧延材１に衝突した水は、その後、被圧延材１の表面をワークロール１５ａ、１６ａ、１７ａ側に向かって流れるので、仕上圧延機１５、１６、１７で圧延される直前の被圧延材１の表面は、水で覆われる。被圧延材１の表面を水で覆うことにより、被圧延材１の表面に新たなスケールが生成され難くなる。スケール厚を薄くし、且つ、新たなスケールの生成を抑制することにより、スケールの分断や剥離を抑制することができるので、被圧延材１や、ワークロール１５ａ、１６ａ、１７ａおよびバックアップロール１５ｂ、１６ｂ、１７ｂの表面性状を良好に保つことが可能になる。
【００４２】
図２には、ワークロール１６ａの直近ではなく、ワークロール１６ａよりも被圧延材１の移動方向上流側で、水２が被圧延材１に衝突する様子を示したが、本発明は当該形態に限定されない。そこで、本発明の他の実施形態を、図３に示す。
【００４３】
図３は、本発明の他の実施形態を説明する図である。図３には、仕上圧延機１５および仕上圧延機１６と、仕上圧延機１６の直前に配置されたスプレーヘッダー２２ｘ’、２２ｙ’と、を拡大して示している。図３に示したスプレーヘッダー２２ｘ’２２ｙ’は、仕上圧延機１６の直前に配される具体的な位置のみがスプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙと異なっており、スプレーヘッダー２２ｘ’、２２ｙ’から噴射される水の圧力や噴射方向は、スプレーヘッダー２２ｘ、２２ｙから噴射される水の圧力や噴射方向と同等にすることができる。図３に示したように、スプレーヘッダー２２ｘ’、２２ｙ’から噴射された中高圧水２の少なくとも一部は、ワークロール１６ａの直近、より具体的には、仕上圧延機１６のロールバイトと、該ロールバイトよりもワークロール１６ａの半径分だけ被圧延材１の移動方向の上流側の位置と、の間の部位で、被圧延材１の表面に衝突する。このような部位で中高圧水２を被圧延材１の表面に衝突させることにより、被圧延材１の表面が冷却されてから遅くとも０．２秒以内に、ワークロール１６ａを用いて被圧延材１を圧延することができる。このような形態にすることにより、圧延直前に被圧延材１の表面のみを冷却することができ、その結果、熱間仕上圧延機１０の出側における被圧延材１の温度を目標値に制御しやすくなる。それゆえ、例えば、仕上圧延機１５の直前に配置されるスプレーヘッダー、および、仕上圧延機１７の直前に配置されるスプレーヘッダーも、それぞれ、ワークロール１５ａの直近、および、ワークロール１７ａの直近で、被圧延材１の表面に衝突するように、中高圧水を噴射しながら熱間圧延を行うことにより、目標とする性質を有する高強度鋼を製造しやすくなる。
【００４４】
図１〜図３には、仕上圧延機のワークロールの直前に１つのスプレーヘッダーが備えられる形態を示したが、本発明は当該形態に限定されない。そこで、本発明の他の実施形態を、図４に示す。
【００４５】
図４は、本発明の他の実施形態を説明する図である。図４には、仕上圧延機１５および仕上圧延機１６と、仕上圧延機１６の直前に配置されたスプレーヘッダー２４ｘ、２４ｙ、２２ｘ’、２２ｙ’と、を拡大して示している。図４に示したスプレーヘッダー２４ｘ、２４ｙは、垂直方向よりもワークロール１６ａの側へと傾けて、中高圧水２を被圧延材１に向けて噴射するスプレーヘッダーであり、主に、被圧延材１の表面に形成されているスケールを剥離させることを目的として中高圧水２を噴射するスプレーヘッダーである。このような形態にすることにより、プレーヘッダー２４ｘ、２４ｙから噴射された中高圧水によるスケールの剥離と、スプレーヘッダー２２ｘ’、２２ｙ’から噴射された中高圧水による被圧延材１の冷却とを別々に制御することも可能になるので、対応可能な熱延鋼板の製造条件を広げやすくなる。
【００４６】
以上、説明したように、本発明では、仕上圧延機の直前に配置されたスプレーヘッダーから被圧延材に向けて、垂直方向よりも仕上圧延機側に傾けて噴射された水によって、被圧延材の表面に形成されているスケールを剥離させて除去するとともに、被冷却材を冷却する。これに対し、従来の熱間圧延工程では、スケールを剥離させるための高圧水噴射は、板厚が厚く鋼板が過度に冷却されない場所で行われる。具体的には、熱間仕上圧延機による仕上圧延を行う前に、高圧水が、鋼板の移動方向上流側に向けて噴射される。ここで、スケールを剥離させるためにこれまでに用いられてきた高圧水は、水圧で１０〜３０ＭＰａ程度の圧力であり、１スタンドあたり３００〜５００Ｌ／ｍｉｎ程度の水量が噴射されていた。
【００４７】
ここで、従来の熱間圧延工程で、高圧水が上流側に向けて噴射されていたのは、鋼板に衝突させた後に鋼板の移動方向上流側へと流れた水を、鋼板の側面側から排水させることで、鋼板を過度に冷却することを避ける狙いがあったと考えられる。そのため、仕上圧延機の直前で、被圧延材の移動方向下流側に中高圧水を噴射する本発明の構成は、前例がないと考えられる。
【００４８】
一方、従来の熱間圧延工程で行われてきた、スケール剥離のための高圧水噴射の水圧および水量を、本発明における熱間仕上圧延機の後段スタンドにそのまま適用して、さらに被圧延材の移動方向下流側へと傾斜させて水を噴射すると、被圧延材が過度に冷却されてしまう。熱延鋼板を製造する際の熱間仕上圧延工程は、通常、Ａ３変態点を超えて鋼材がオーステナイト組織である状態で圧延が終了し、その後、鋼板を冷却して変態させることにより、フェライトやベイナイトなどの組織を得ている。仕上圧延機による圧延を行う前に鋼材を過度に冷却すると、圧延前の鋼材でフェライト変態などが発生する。このようにして発生したフェライトは、仕上圧延機による圧延で延伸されるため、狙いとしている等軸な組織が得られ難くなる。その結果、圧延集合組織が発達したり、層状の組織になったりするので、所定の加工特性を有する圧延鋼材を得ることが困難になる。
【００４９】
このように過度な冷却が行われないようにするためには、仕上圧延機の直前で、鋼板の表面のみを適度に急冷することが必要とされる。ここで、肌荒れを発生させる摩擦発熱による局部的な温度上昇は、３０〜６０℃程度である。そのため、仕上圧延機の直前で行う冷却による、鋼板の温度低下もこの範囲にバランスさせることが有効であり、なおかつスケール剥離能力も確保する必要がある。
【００５０】
このような観点から、本発明では、仕上圧延機の直前に配置されたスプレーヘッダーから噴射される水の水圧を１．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とし、且つ、仕上圧延機の直前に配置されたスプレーヘッダーから噴射される水の、１つの仕上圧延機（スタンド）あたりの水量を１００Ｌ／ｍｉｎ以上２００Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。このような水圧および水量の水を、仕上圧延機の直前で、被圧延材に噴射することにより、被圧延材および圧延ロールの表面性状を良好に保ちやすくなる。
【００５１】
上記説明では、熱間仕上圧延機を構成する複数の後段スタンドの直前に、スプレーヘッダーがそれぞれ備えられ、これらのそれぞれのスプレーヘッダーから、垂直方向から被圧延材の移動方向下流側に傾斜させた中高圧水が、被圧延材へ向けて噴射される形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明は、熱間仕上圧延機を構成する少なくとも１つの後段スタンドの直前に、垂直方向から被圧延材の移動方向下流側に向けて傾斜させた中高圧水を被圧延材へ向けて噴射するスプレーヘッダーが備えられていれば良い。すなわち、本発明は、熱間仕上圧延機を構成する１つの後段スタンドの直前にのみ、垂直方向から被圧延材の移動方向下流側に向けて傾斜させた中高圧水を被圧延材へ向けて噴射するスプレーヘッダーが備えられていても良い。このような形態の熱間仕上圧延機であっても、また、当該形態の熱間仕上圧延機を用いて高負荷且つ高速圧延を行っても、被圧延材および圧延ロールの表面性状を良好に保つことが可能である。
【実施例】
【００５２】
実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明を続ける。
【００５３】
７機の仕上圧延機（スタンド）を備えた熱間仕上圧延機の、上流から６番目のスタンド（熱間仕上圧延機１０における仕上圧延機１６に相当するスタンド）の直前にスプレーヘッダーを設置し、当該スプレーヘッダーからその直後に配置されたスタンドに向けて、中高圧水を、適宜、垂直方向よりも傾けて噴射しながら圧延することにより、本発明の形態を適用した圧延テストを実施した。本圧延テストで使用したスタンドのワークロール径は７２０ｍｍであり、当該スタンドの板厚圧下条件は、入側４．５ｍｍ、且つ、出側３．０ｍｍとした。当該スタンドで圧延される被圧延材の温度は８８０℃、当該被圧延材の板幅は８００ｍｍであり、圧延テストには、被圧延材として、すべて同一成分の高強度炭素鋼板（高強度鋼）を用いた。圧延テストの条件および結果を、表１に示す。
【００５４】
表１において、噴射有無の「無」は、上記６番目のスタンドの直前に設置したスプレーヘッダー（以下において、単に「スプレーヘッダー」と称する。）から中高圧水を噴射せずに圧延を行ったことを意味し、「有」は、スプレーヘッダーから中高圧水を噴射しながら圧延を行ったことを意味する。また、圧力は、スプレーヘッダーから噴射された水の圧力（水圧、ヘッダー圧：（ＭＰａ））であり、水量は、スプレーヘッダーから被圧延材に向けて噴射した水の、１スタンドあたりの水量（Ｌ／ｍｉｎ）である。また、傾き方向の「上流側」は、従来と同様に、垂直方向よりも、被圧延材の移動方向（圧延方向）の上流側に傾けて、スプレーヘッダーから水を噴射したことを意味し、「下流側」は、垂直方向よりも、被圧延材の移動方向（圧延方向）の下流側に傾けて、スプレーヘッダーから水を噴射したことを意味する。また、「距離Ａ」は、スプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突する部位と、当該スプレーヘッダーの直後に配置されたスタンドのロールバイトとの距離（ｍ）であり、「時間Ｂ」は、スプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突してから、当該スプレーヘッダーの直後に配置されたスタンドの圧延ロールで圧延されるまでの時間（秒）である。また、被圧延材の表面性状は、被圧延材（熱延材。以下において同じ。）を酸洗しても表面性状が悪く製品出荷できないレベルである場合は「荒れ大」、被圧延材を酸洗したら製品出荷できるレベルである場合は「荒れ小」とし、上記に相当しない場合は「良好」と評価した。また、圧延ロールの表面性状は、部分的に焼き付きが発生するなどロール交換が必要となるほど荒れている場合は「荒れ大」、微小な表層剥離や、粗度の劣化が見られ圧延条件が緩い肌回復圧延などを行うことで、ロール交換を行わずに操業が継続できるレベルの場合は「荒れ小」とし、上記に相当しないである場合は「良好」と評価した。また、仕上温度は、目標値に対して１０℃以上の低下がある場合は「低い」とし、１０℃未満の低下にとどまる場合は「やや低い」とし、目標温度以上となる場合は「良好」と評価した。そして、被圧延材の表面性状、圧延ロールの表面性状、および、仕上温度のすべてが「良好」であった場合に総合評価を◎とし、被圧延材の表面性状が「荒れ大」、圧延ロールの表面性状が「荒れ大」、仕上温度が「低い」のいずれか一つにでも該当する場合は、製品出荷・製造継続が不可となるため総合評価を×とした。また、被圧延材の表面性状が「荒れ小」、圧延ロールの表面性状が「荒れ小」、仕上温度が「やや低い」のうちどれか一つに該当する場合は、制約条件のもと製品製造を継続することができるため総合評価を○とし、二つ以上に該当する場合は出荷可能な製品を継続して製造することへの影響が大きくなるため、総合評価を×とした。また、「第１形態」は、図２に示した形態で圧延テストを実施した場合を意味し、「第２形態」は、図３に示した形態で圧延テストを実施した場合を意味し、「第３形態」は、図４に示した形態で圧延テストを実施した場合を意味する。ここで、「第２形態」で圧延テストを実施する際には、仕上圧延機のロールバイトと、該ロールバイトよりも仕上圧延機のワークロールの半径（０．３��ｍ）分だけ被圧延材の移動方向の上流側の位置と、の間の部位である、上記ロールバイトよりも０．３ｍだけ被圧延材の移動方向の上流側の位置に向けて、中高圧水を噴射した。また、「第３形態」で圧延テストを実施する際には、上記６番目のスタンドの直前に２つのスプレーヘッダーを設置し、これら２つのスプレーヘッダーから、中高圧水を、垂直方向よりもその直後に配置されたスタンドの側（被圧延材の移動方向下流側）に傾けて噴射しながら圧延を行った。この場合、表１に示した圧力は、図４におけるスプレーヘッダー２２’の位置に設置したスプレーヘッダーから噴射された水の圧力であり、図４におけるスプレーヘッダー２４の位置に設置したスプレーヘッダーから噴射した水の圧力は１５ＭＰａとした。また、表１に示した水量は、スタンドの直前に設置した２つのスプレーヘッダーから噴射した水の合計水量である。また、距離Ａは、図４におけるスプレーヘッダー２２’の位置に設置したスプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突する部位と、当該スプレーヘッダーの直後に配置されたスタンドのロールバイトとの距離（ｍ）であり、「時間Ｂ」は、図４におけるスプレーヘッダー２２’の位置に設置したスプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突してから、当該スプレーヘッダーの直後に配置されたスタンドの圧延ロールで圧延されるまでの時間（秒）である。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
Ｃａｓｅ１〜４は仕上圧延機の直前で中高圧水を噴射しない条件であり、Ｃａｓｅ１〜３では被圧延材および圧延ロールの一方または両方に肌荒れが発生した。極めて圧延速度を下げたＣａｓｅ４では肌荒れを抑制できたが、仕上温度を確保することができなかった。一方、Ｃａｓｅ５〜７は、仕上圧延機の直前で、被圧延材の移動方向の上流側へ傾けて高圧水または中高圧水を噴射した条件である。熱間仕上圧延機の前段スタンドで用いられているのと同様の圧力で水（高圧水）を噴射したＣａｓｅ５では、被圧延材が過度に冷却されて仕上温度を確保できなかった。また、Ｃａｓｅ５よりも水圧および水量を下げた条件であるＣａｓｅ６〜７では、軽度な肌荒れが発生した。これは、水を被圧延材の移動方向の上流側へ傾けて噴射したために、被圧延材の圧延直前の冷却が不十分であったためと考えられる。
【００５７】
Ｃａｓｅ８〜１３、１５〜２４は、仕上圧延機の直前で、被圧延材の移動方向の下流側へ傾けて高圧水または中高圧水を噴射した条件である。一方、Ｃａｓｅ１４は、仕上圧延機の直前で、被圧延材の移動方向の下流側へ傾けて水圧が０．５ＭＰａの水を噴射した条件である。Ｃａｓｅ８〜１０は第１形態、Ｃａｓｅ１１、１５、２０は第２形態、Ｃａｓｅ１２〜１３、１６〜１９、２１〜２４は第３形態である。Ｃａｓｅ９、１２〜１３、１６〜１９、２１〜２４は、総合評価が◎であり、Ｃａｓｅ８、１０〜１１、１５、２０は、総合評価が○であった。
【００５８】
Ｃａｓｅ８〜２４のうち、Ｃａｓｅ８、１１、１５は、仕上温度がやや低かった。Ｃａｓｅ８、１１で仕上温度がやや低かったのは、水圧が１５ＭＰａであったためであると考えられ、Ｃａｓｅ１５で仕上温度がやや低かったのは、水量が１つの仕上圧延機あたり３００Ｌ／ｍｉｎと多かったためであると考えられる。
【００５９】
また、Ｃａｓｅ１０、２０では被圧延材に軽度な肌荒れが発生した。これは、Ｃａｓｅ１０では、スプレーヘッダーから噴射された水が被圧延材に衝突する部位が、スプレーヘッダーの直後に配置された仕上圧延機のロールバイトよりも当該仕上圧延機のワークロールの半径分だけ上流側の部位よりも、さらに上流側であり、且つ、スプレーヘッダーから噴射された水の圧力が１．５ＭＰａであったため、被圧延材の冷却がやや不足したと考えられる。これに対し、スプレーヘッダーから噴射された水の圧力をＣａｓｅ１０と同じにしながら、スプレーヘッダーの設置場所を変更することにより第２形態としたＣａｓｅ１３では、肌荒れが抑制された。この結果から、第１形態よりも第２形態の方が、本発明の効果が得られやすいことが分かった。
また、Ｃａｓｅ２０で被圧延材に軽度な肌荒れが発生したのは、スプレーヘッダーから噴射する水量が、１つの仕上圧延機あたり５０Ｌ／ｍｉｎと少なかったため、被圧延材の表面の冷却がやや不足したと考えられる。
【００６０】
また、Ｃａｓｅ１４では、被圧延材に軽度な肌荒れが発生し、且つ、圧延ロールに軽度な肌荒れが発生した。これは、Ｃａｓｅ１４では、スプレーヘッダーから噴射した水の圧力が０．５ＭＰａと低く、スケールの剥離が不十分であったためと考えられる。スプレーヘッダーから噴射する水の圧力以外の条件をＣａｓｅ１４と同一にしつつ、当該圧力を１０ＭＰａにしたＣａｓｅ１２、および、当該圧力を１．５ＭＰａにしたＣａｓｅ１３では、総合評価が◎になった。
【００６１】
上述のように、本発明を適用することにより、特に熱間仕上圧延機の後段スタンドで高負荷且つ高速圧延を行う条件でも、被圧延材の表面性状および圧延ロールの表面性状を良好に保つことができ、なおかつ仕上温度を確保して所定の圧延組織を得ることができる。
【００６２】
近年、圧延機の駆動モーターやそのドライブ装置の技術革新もあって圧延機モーターの出力が向上しており、高負荷材の製造においても、生産性を高められるようにモーターなどの設備を更新するなど、特に熱間仕上圧延機の後段スタンドにおいて、圧延の高負荷・高速化が指向されている。本発明を適用することにより、圧延速度を高速化しても肌荒れなどの表面性状不良を抑制することができる。その結果、肌荒れ発生などが原因で高速化できなかった製造条件の圧延速度高速化が可能となるため、生産性を高めることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…被圧延材
２…水（中高圧水）
１０…熱間仕上圧延機
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７…仕上圧延機
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ…ワークロール
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ…バックアップロール
２１ｘ、２１ｙ、２２ｘ、２２ｙ、２３ｘ、２３ｙ…スプレーヘッダー
２２ｘ’２２ｙ’、２４ｘ、２４ｙ…スプレーヘッダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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