(57)【要約】【課題】制御圧延に先立って行う冷却中にシートバーの表層が相変態温度を下回ることを防止しつつ、制御圧延開始までに要する時間を低減して能率よく熱延鋼帯を製造する。【解決手段】熱延鋼帯の製造設備列は、所定温度に加熱された被圧延材１０を熱間圧延して仕上げ圧延開始板厚にする複数の粗圧延機３１，３２からなる粗圧延機群３と、該被圧延材１０を仕上げ板厚まで制御圧延する複数の仕上げ圧延機からなる仕上げ圧延機群６とを備え、複数の粗圧延機のうちの少なくとも１つが可逆式圧延機３１である。熱延鋼帯の製造設備列は、可逆式圧延機３１の上流側または下流側において、１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の水量密度で被圧延材を緩冷却する緩冷却装置４２と、圧延方向で緩冷却装置４２と隣り合わせに配置され、１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度で緩冷却後の被圧延材１０を急冷却する急冷却装置４１と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度に加熱された被圧延材を熱間圧延して仕上げ圧延開始板厚にする複数の粗圧延機からなる粗圧延機群と、該被圧延材を仕上げ板厚まで制御圧延する複数の仕上げ圧延機からなる仕上げ圧延機群とを備える熱延鋼帯の製造設備列であって、
前記複数の粗圧延機のうちの少なくとも１つが可逆式圧延機であり、
前記可逆式圧延機の上流側または下流側において、１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の水量密度で被圧延材を緩冷却する緩冷却装置と、圧延方向で前記緩冷却装置と隣り合わせに配置され、１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度で前記緩冷却後の被圧延材を急冷却する急冷却装置と、を備えることを特徴とする熱延鋼帯の製造設備列。
【請求項２】
前記複数の粗圧延機のうち少なくとも最下流に配置された粗圧延機が可逆式圧延機である、請求項１に記載の熱延鋼帯の製造設備列。
【請求項３】
前記急冷却装置および前記緩冷却装置は、前記可逆式圧延機に近い方から急冷却装置、緩冷却装置の順に配置されている、請求項１または２に記載の熱延鋼帯の製造設備列。
【請求項４】
前記被圧延材は、その板厚みが８０ｍｍ以上では前記緩冷却装置により緩冷却され、その板厚みが８０ｍｍ未満では前記急冷却装置により急冷却される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱延鋼帯の製造設備列。
【請求項５】
前記緩冷却装置および前記急冷却装置による冷却時間は、被圧延材の冷却中の表面温度が６００℃以上となるようそれぞれ設定される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱延鋼帯の製造設備列。
【請求項６】
前記複数の仕上げ圧延機のうち最終段の仕上げ圧延機の出側板厚は１２ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱延鋼帯の製造設備列。
【請求項７】
所定温度に加熱された被圧延材を複数の粗圧延機により熱間圧延して仕上げ圧延開始板厚にし、該被圧延材を複数の仕上げ圧延機により仕上げ板厚まで制御圧延する熱延鋼帯の製造方法であって、
前記複数の粗圧延機のうちの少なくとも１つが可逆式圧延機であり、
前記可逆式圧延機の上流側または下流側において、被圧延材を緩冷却装置により１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の水量密度で緩冷却し、前記緩冷却後の被圧延材を、圧延方向で前記緩冷却装置と隣り合わせに配置された急冷却装置により１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度で急冷却することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【請求項８】
前記複数の粗圧延機のうち少なくとも最下流に配置された粗圧延機が可逆式圧延機である、請求項７に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項９】
前記急冷却装置および前記緩冷却装置を、前記可逆式圧延機に近い方から急冷却装置、緩冷却装置の順に配置する、請求項７または８に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項１０】
前記被圧延材を、その板厚みが８０ｍｍ以上では前記緩冷却装置により緩冷却を行い、その板厚みが８０ｍｍ未満では前記急冷却装置により急冷却を行う、請求項７〜９のいずれか一項に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項１１】
前記緩冷却装置および前記急冷却装置で冷却する被圧延材の冷却中の表面温度が６００℃以上となるよう被圧延材を冷却する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の仕上げ圧延機のうち最終段の仕上げ圧延機の出側板厚を１２ｍｍ以上とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に１２ｍｍ以上の厚みを持ち、且つ高靭性が要求される厚肉熱延鋼帯の製造において制御圧延を実施する熱延鋼帯の製造設備列および熱延鋼帯の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１には一般的な熱延工程が示されており、この圧延工程では、まず連続加熱炉1により１２００℃程度まで加熱された被圧延材（スラブ）をサイジングプレス２により板幅方向に鍛造することで板幅を調整し、次いでこの被圧延材を粗圧延機群３により圧延して厚み３０〜５０ｍｍのシートバー１０とし、続いてこのシートバー１０を連続圧延可能な６〜７スタンドの仕上げ圧延機群６により１．２〜２５ｍｍまで圧延して圧延鋼帯とし、次いでランアウトテーブル７により冷却してコイラー８で巻き取る。
【０００３】
ところで従来、熱延鋼帯はプレス加工で使われることが多いため、成形性など加工性が重視されていたが、近年ではラインパイプなどに代表される構造用鋼板で使用されるようになり、強度や靭性も要求されることが多くなった。構造用鋼板はその厚みが８〜２５ｍｍであり、熱延鋼帯の中では極めて厚い寸法を持ち、特にラインパイプ素材では１２ｍｍ以上の厚みを有している。強度や靱性を高めるためには熱延鋼帯の製造工程において制御圧延(Controlled-Rolling ;CR)を実施することが有用である。制御圧延とは、主に厚鋼板の製造プロセスにおいて古くから実施されているものであり、鋼の結晶粒の成長速度が遅い低温度域で圧延することで、結晶組織を微細化し靭性を向上させる技術である。
【０００４】
一般に、制御圧延を開始する温度は、ＮｂやＶなどの添加元素により異なるものの、おおよそ９５０℃以下であり、制御圧延開始厚みから製品厚みになるまで少なくとも６０％程度の圧下を実施する。例えば、圧下率６０％で制御圧延を実施する場合、熱延鋼板の最終厚みを１２ｍｍとすると制御圧延開始厚みは約３０ｍｍであり、最終厚みを２５ｍｍとすると制御圧延開始厚みは約６３ｍｍとなる。最終厚みを２５ｍｍとした場合、一般的な熱延鋼板の製法では、まず粗圧延終了までにシートバーの板厚みが６３ｍｍとなるよう粗圧延を行い、次いでシートバーの中心温度が９５０℃以下となるまで仕上げ圧延機群６の前でシートバーを空冷待機させ、その後仕上げ圧延機群６で圧延する手法がとられる。この際に、仕上げ圧延機群６の前でシートバーを待機させる時間は２００〜３００秒程度必要であるため、この間に次材を圧延することが出来ず圧延能率が大きく低下する。熱延鋼帯の製造ラインに関して、上記の課題を解決するための先行文献は少ないが、厚鋼板の製造ラインでは数多く検討されており、例えば以下のような技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４３４５９号公報
【特許文献２】特許４７２０２５０号公報
【特許文献３】特開平４−２７４８１４号公報
【特許文献４】特許４９４６５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、可逆式の粗圧延機の入側若しくは出側に１５〜３００℃／秒程度の冷却装置を設置し、粗圧延機の圧延パスのパス間で冷却を実施することにより、つまり制御圧延開始厚みよりも板厚みが厚い段階で上記水冷装置により被圧延材の冷却を実施することにより、制御圧延開始までに目標の制御圧延開始温度にする技術である。しかしこの技術は、冷却速度が高く且つ板厚みが大きい場合は、鋼材の表面と中心の温度差が大きくなり、水冷中にシートバーの表層が相変態温度を下回る可能性があるという問題がある。この場合、シートバーの表層のみがフェライト変態する可能性があり、所定の機械試験値を満たさない可能性がある。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、複数の被圧延材を同時に圧延する手法に関するものであり、制御圧延前の厚みまで圧延が完了した後に、被圧延材を一旦圧延機から遠方の搬送テーブル上で待機させておき、その間に次材の圧延を実施することで、圧延機のアイドリング時間を極小化する技術である。しかし本技術は、制御圧延開始までの空冷による待機時間と圧延時間がほぼ一致しているときには能率向上効果が大きいものの、大きく異なる場合は圧延能率があまり上がらないという問題がある。
【０００８】
特許文献３には、制御圧延前の圧延が完了した鋼板を、次の被圧延材が通過できる高さに持ち上げて待機状態に保持する片持ちフォーク状のアームを有する昇降装置が開示されている。シートバーの厚みが十分厚く、且つ待機させるシートバーの待機時間が通過させるシートバーの圧延時間と一致している時には非常に有用な技術である。一方、熱延鋼帯では、厚鋼板と比較してスラブの重量が２０〜３０トンと大きく、またシートバーの長さが例えば２０ｍを超えるなど極めて長くなることから、大規模な昇降装置が必要になる。また、昇降装置のアームとシートバーが長時間接するため、その接触部の温度が低くなるという問題もある。さらに、待機装置を用いて次材を追い越して圧延を行うことができることが示唆されているが、冷却待ちを要する制御圧延材が含まれている場合に、どのように圧延を行えば、熱間圧延機の空き時間を低減して、圧延能率を向上させることができるかについては示されていない。
【０００９】
特許文献４には、上記文献の弱点を補強するために、特許文献３の昇降装置に加えて、圧延機の前後に水冷装置を設置することが開示されている。しかし本文献にも、特許文献３と同様、様々なサイズおよび温度条件のシートバーに対してどのように圧延を行えば、熱間圧延機の空き時間を低減して、圧延能率を向上させることができるかについては示されていない。
【００１０】
それ故本発明の課題は、制御圧延に先立って行う冷却中にシートバーの表層が相変態温度を下回ることを防止しつつ、制御圧延開始までに要する時間を低減して能率よく熱延鋼帯を製造することができる熱延鋼帯の製造設備列および熱延鋼帯の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を有利に解決する本発明の熱延鋼帯の製造設備列は、所定温度に加熱された被圧延材を熱間圧延して仕上げ圧延開始板厚にする複数の粗圧延機からなる粗圧延機群と、該被圧延材を仕上げ板厚まで制御圧延する複数の仕上げ圧延機からなる仕上げ圧延機群とを備える熱延鋼帯の製造設備列であって、
前記複数の粗圧延機のうちの少なくとも１つが可逆式圧延機であり、
前記可逆式圧延機の上流側または下流側において、１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の水量密度で被圧延材を緩冷却する緩冷却装置と、圧延方向で前記緩冷却装置と隣り合わせに配置され、１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度で前記緩冷却後の被圧延材を急冷却する急冷却装置と、を備えることを特徴とするものである。ここで、「隣り合わせ」とは、緩冷却装置と急冷却装置とがその相互間に粗圧延機を介さず直接隣り合うことを意味する。
【００１２】
なお、本発明の熱延鋼帯の製造設備列にあっては、前記複数の粗圧延機のうち少なくとも最下流に配置された粗圧延機が可逆式圧延機であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の熱延鋼帯の製造設備列にあっては、前記急冷却装置および前記緩冷却装置は、前記可逆式圧延機に近い方から急冷却装置、緩冷却装置の順に配置されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の熱延鋼帯の製造設備列にあっては、前記被圧延材は、その板厚みが８０ｍｍ以上では前記緩冷却装置により緩冷却され、その板厚みが８０ｍｍ未満では前記急冷却装置により急冷却されることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の熱延鋼帯の製造設備列にあっては、前記緩冷却装置および前記急冷却装置による冷却時間は、被圧延材の冷却中の表面温度が６００℃以上となるようそれぞれ設定されることが好ましい。
【００１６】
そして、本発明の熱延鋼帯の製造設備列にあっては、前記複数の仕上げ圧延機のうち最終段の仕上げ圧延機の出側板厚は１２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
また、前記課題を有利に解決する本発明の熱延鋼帯の製造方法は、所定温度に加熱された被圧延材を複数の粗圧延機により熱間圧延して仕上げ圧延開始板厚にし、該被圧延材を複数の仕上げ圧延機により仕上げ板厚まで制御圧延する熱延鋼帯の製造方法であって、
前記複数の粗圧延機のうちの少なくとも１つが可逆式圧延機であり、
前記可逆式圧延機の上流側または下流側において、被圧延材を緩冷却装置により１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の水量密度で緩冷却し、前記緩冷却後の被圧延材を、圧延方向で前記緩冷却装置と隣り合わせに配置された急冷却装置により１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度で急冷却することを特徴とするものである。
【００１８】
なお、本発明の熱延鋼帯の製造方法にあっては、前記複数の粗圧延機のうち少なくとも最下流に配置された粗圧延機が可逆式圧延機であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の熱延鋼帯の製造方法にあっては、前記急冷却装置および前記緩冷却装置を、前記可逆式圧延機に近い方から急冷却装置、緩冷却装置の順に配置することが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明の熱延鋼帯の製造方法にあっては、前記被圧延材を、その板厚みが８０ｍｍ以上では前記緩冷却装置により緩冷却を行い、その板厚みが８０ｍｍ未満では前記急冷却装置により急冷却を行うことが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の熱延鋼帯の製造方法にあっては、前記緩冷却装置および前記急冷却装置で冷却する被圧延材の冷却中の表面温度が６００℃以上となるよう被圧延材を冷却することが好ましい。
【００２２】
そして、本発明の熱延鋼帯の製造方法にあっては、前記複数の仕上げ圧延機のうち最終段の仕上げ圧延機の出側板厚を１２ｍｍ以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の熱延鋼帯の製造設備列および熱延鋼帯の製造方法においては、可逆式圧延機の上流側または下流側において、まず緩冷却装置により１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の水量密度で被圧延材を緩冷却し、その後、緩冷却後の被圧延材を、圧延方向で緩冷却装置と隣り合わせに配置された急冷却装置により１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度で急冷却する構成としたことにより、板厚みが比較的大きい圧延初期において、冷却速度は比較的小さいが比較的長い時間冷却してもシートバーの表層の温度が相変態温度を下回ることのない緩冷却装置による緩冷却を行うことで、シートバー表層の相変態を防止しつつ大きな温度降下量を確保することができる。一方、板厚みが比較的小さい圧延後期では、シートバーの中心と表層とで温度差が小さくシートバーの表層の温度が相変態温度を下回り難いため、急冷却装置による急冷却を行うことで、冷却速度を高めて短時間で所期の制御圧延開始温度にまで冷却することができる。
【００２４】
したがって、本発明の熱延鋼帯の製造設備列および熱延鋼帯の製造方法によれば、制御圧延に先立って行う冷却中にシートバーの表層が相変態温度を下回ることを防止しつつ、制御圧延開始までに要する時間を低減して能率よく熱延鋼帯を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な熱延鋼帯の製造設備列を圧延パスとともに模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の熱延鋼帯の製造方法の一実施形態を実施する、本発明の熱延鋼帯の製造設備列の一実施形態を圧延パスおよび冷却タイミングとともに模式的に示す構成図である。
【図３】板厚み４０ｍｍのシートバーを様々な冷却水量密度で冷却したときのシートバー表面の温度履歴を示すグラフである。
【図４】板厚み４０ｍｍのシートバーを様々な冷却水量密度で冷却したときのシートバーの断面平均温度を示すグラフである。
【図５】初期の表面温度が１０００℃の様々な板厚のシートバーについて、冷却水量密度とシートバーの表面温度が６００℃となるまで冷却したときの断面平均の限界温度降下量との関係を示すグラフである。
【図６】初期の表面温度が１０００℃の様々な板厚のシートバーについて、冷却水量密度とシートバーの断面平均の冷却速度との関係を示すグラフである。
【図７】図２に示す製造設備列において、可逆式圧延機の近くに配置された急冷却装置によりシートバーを冷却する様子を示した図である。
【図８】図２に示す製造設備列において、可逆式圧延機の遠方に配置された緩冷却装置によりシートバーを冷却する様子を示した図である。
【図９】本発明の熱延鋼帯の製造方法の他の実施形態を実施する、本発明の熱延鋼帯の製造設備列の他の実施形態を圧延パスおよび冷却タイミングとともに模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、一般的な熱延鋼帯の製造設備列および製造方法を説明した後、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、一般的な熱延鋼帯の製造設備列を圧延パスとともに模式的に示す構成図である。
【００２７】
まず、一般的な熱延鋼帯の製造では、図１に示すように、連続加熱炉1で例えば板厚み２６０ｍｍの被圧延材（スラブ）を１２５０℃に加熱し、その後、粗圧延機群３により所定の厚みのシート状の被圧延材であるシートバー１０とする。この際に、シートバー１０の板幅を調整するために、連続加熱炉１の出側に設置されているサイジングプレス２で、所定のサイズまで幅方向に圧下した後に、粗圧延機群３の圧延機に近接した位置に設置されているエッジャー４で同じく幅方向に圧下する。次いで、クロップシャー５によりシートバー１０の先端および尾端を切断した後に、そのシートバー１０を仕上げ圧延機群６で所定の厚み(例えば２０ｍｍ)まで仕上げ圧延して熱延鋼帯とし、その後、ランアウトテーブル７にて所定の温度まで冷却した後に、コイラー８で巻き取る。
【００２８】
図示例では粗圧延機群３は２機の粗圧延機３１，３２から構成されており、粗圧延機群３のうち上流側(加熱炉側)には、リバース圧延可能な可逆式圧延機３１、下流側には下流側への搬送方向のみの圧延が可能な非可逆式圧延機３２が配置されている。この粗圧延機群３により、例えば、可逆式圧延機３１で５〜１１パス程度圧延した後に、非逆式圧延機３２で１パスのみ圧延をする。
【００２９】
従来、所定の制御圧延開始厚みまで圧延されたシートバー１０は、所定の制御圧延開始温度に下がるまで粗圧延機群３と仕上げ圧延機群６の間でオシレーション待機される。シートバー１０の表面温度は放射温度計３３で測定し、シートバー１０の表面温度が所定の制御圧延開始温度にまで下がったことを確認した後、仕上げ圧延機群６に送り制御圧延を実施する。この際、空冷により１５０〜２５０℃程度温度を低下させるため、６０〜３００秒程度待機させる必要がある。この間、仕上げ圧延機群６では圧延を行うことができないため圧延能率の低下につながる。また、このときのシートバー１０の厚みを例えば５０ｍｍとすると、シートバー１０の長さは５０ｍ程度と極めて長いため、上記先行文献３や４に開示されるような、シートバーを持ち上げる昇降装置等の機構を導入するのは現実的ではない。
【００３０】
そこで、本発明の実施形態では粗圧延機群３の可逆式圧延機の片側（上流側若しくは下流側）に水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の急冷却装置と水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満の緩冷却装置とを配置して粗圧延機群３内で冷却と圧延を同時に実施する構成を採用している。これにより、粗圧延機群３で圧延が完了した時点でシートバー１０の温度を制御圧延開始温度と等しくなるように調整することができ、制御圧延温度待ち時間を大幅に短縮することができる。
【００３１】
これらの冷却装置の具体的な配置例とこれを用いた圧延方法を以下に説明する。図２は、図１に示した製造設備列に急冷却装置４１および緩冷却装置４２を付加した、本発明の熱延鋼帯の製造方法の一実施形態を実施する、本発明の熱延鋼帯の製造装置の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【００３２】
本実施形態では、図２に示すように、可逆式圧延機３１の下流側に急冷却装置４１および緩冷却装置４２を、圧延方向でみて可逆式圧延機３１に近いほうから急冷却装置４１、緩冷却装置４２の順に配置する。そして、圧延初期では、図２の下段に圧延パスと冷却タイミングを示すように、可逆式圧延機３１において圧延後に下流側へ送り出される各圧延パス間（圧延と次の圧延の間）で、可逆式圧延機３１からみて急冷却装置４１よりも遠方に設置されている緩冷却装置４２を作動させるとともにシートバー１０に該緩冷却装置４２を通過させて往復冷却を実施する。シートバー１０が所定の薄さとなったところで（圧延後期）、緩冷却装置４２の放水を停止するとともに、可逆式圧延機３１からみて緩冷却装置４２よりも近接した位置に設置された急冷却装置４１を作動させ、可逆式圧延機３１において圧延後に下流側へ送り出される各圧延パス間および次工程への移送時にシートバー１０に急冷却装置４１を通過させて冷却を実施する。
【００３３】
本実施形態では、可逆式圧延機３１で繰り返し圧延されていくシートバー１０の厚みに応じて急冷却装置４１と緩冷却装置４２を使い分けているがその理由は次の通りである。図３に一例として板厚み４０ｍｍのシートバー１０を様々な冷却水量密度で冷却したときの表面の温度履歴を示す。図中、急激に温度が低下している領域は水冷を実施したことを示しており、下限温度を経て温度が上昇している時間領域は水冷を停止し放冷（空冷）を実施したことを示している。この図から冷却水の水量密度が多くなるに連れて表面の冷却速度(温度の時間勾配)は早くなることが分かる。一方、シートバー１０の温度が６００℃を下回ると、相変態が起こりオーステナイト組織からフェライト組織に変化する。このような状態で制御圧延を行った場合、表面延性が低下しフェライト粒界からの割れが発生するリスクがある。そのため、水冷中のシートバー１０の最表層の温度は６００℃以上に保持することが好ましい。図３に示す例ではそのような観点から、シートバー１０の表面温度が下限温度の６００℃となったところで水冷を停止している。図４は、そのときのシートバー１０の断面平均温度を示す。同じく図中の急激に温度が低下している時間領域は水冷を実施したことを示す。冷却水の水量密度が高いとシートバー１０の断面平均温度の時間勾配、つまり冷却速度は急峻になるものの、表面温度を６００℃以上に保持しフェライト粒界からの割れを防止する観点から冷却水の供給を途中で停止しているため、冷却水の水量密度が高いほど冷却終了時の温度も高くなる。そのため、冷却水の水量密度を小さくするほど、冷却速度は遅いものの、１回で冷却可能な温度降下量を大きくすることができることが分かる。
【００３４】
図５には初期の表面温度が１０００℃の様々な板厚のシートバー１０について、冷却水量密度と表面温度が６００℃となるまで冷却をしたときの断面平均の温度降下量との関係を示す。先に説明したように、表面温度を６００℃以上に保持するという制約条件があることで、板厚みが大きくなるほど、また冷却水の水量密度が大きくなるほど１回の水冷による冷却温度降下量は小さくなる。以後、表面温度６００℃の制約から1回の冷却で降下させることができる温度を限界温度降下量と呼ぶ。
【００３５】
図６には初期の表面温度が１０００℃の様々な板厚のシートバー１０について、冷却水の水量密度とシートバー１０の冷却速度の断面平均との関係を示す。冷却水の水量密度が大きいほど冷却速度は速い。そのため、先の制約を併せて考えると、限界温度降下量以下の冷却を実施する場合は、冷却水の水量密度を高くするほうが短い時間で温度を降下させることが出来るため、圧延時間の短縮には有利となる。
【００３６】
ここで実際の圧延工程を考えると、２２０〜２６０ｍｍ程度の厚みを持つスラブを４５ｍｍ程度まで１０パス前後で圧延する。圧延初期では板厚みが大きく限界温度降下量が小さくなる傾向にあるため、１パスあたりの表面の下限温度の点から限界温度降下量が大きい緩冷却が有利である。圧延後期の板厚みが小さくなった条件では、限界温度降下量を大きくとることができるので、冷却速度を高めて短い時間で水冷する急冷却のほうが有利になる。また、板厚みが小さいほうが限界温度降下量が大きいことから、複数の粗圧延機が設けられている場合は、最も小さい板厚みに対応した最下流の可逆式圧延機の上流側若しくは下流側において冷却を実施するのが好適である。
【００３７】
また、図５から分かるように、板厚みが比較的大きい８０ｍｍおよび１２０ｍｍの場合では、冷却水の水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２を境に、低水量密度では限界温度降下量が大きくなる。そのため、シートバー１０の表面のフェライト割れを防止する観点から、板厚み８０ｍｍ以上では冷却水の水量密度を１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満とすることで大きな限界温度降下量を確保することができる。
【００３８】
そこで、本発明の実施形態では制御圧延に望ましい所定温度（制御圧延開始温度）までの冷却を複数パスに分散させ、１パスで２０〜３０℃程度の冷却を実施する。その際、上記原理に鑑み、板厚みが比較的大きい、特に板厚みが８０ｍｍ以上である圧延初期には、水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２未満である緩冷却装置４２で冷却を実施し、板厚みが比較的小さい、特に板厚みが８０ｍｍ未満となる圧延後期には、水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の急冷却装置４１で冷却を実施することで、シートバー１０の表面のフェライト割れを防止しつつ効率的な冷却を行うことができ、圧延時間を短縮することが可能となる。
【００３９】
なお、緩冷却装置４２では、冷却水の水量密度を下げるほど１パスあたりの水冷による温度降下量は大きくなるが、冷却速度は遅くなるため、能率を向上させる効果が小さくなる。そこで、緩冷却装置４２の冷却水量は２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上とするのが好ましい。一方、急冷却装置４１では、冷却水量密度を大きくするほど1パスあたりの水冷による温度降下量は小さくなるが、冷却速度は速くなる。そのため、1パスあたりの限界冷却能力があまり変わらない範囲では、冷却水量増大に伴う設備コストの上昇もあるため、冷却水の水量密度を６０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以下とするのが好ましい。
【００４０】
各冷却装置４１，４２は、複数の円管ノズルから構成される群噴流冷却、パイプラミナー、ミスト冷却、スプレー冷却などいかなる形式のものでもかまわないが、急冷却装置４１では冷却水量が多いためシートバー１０上に厚い滞留水が発生し易く、当該滞留水が噴射された冷却水の、鋼板表面への衝突を阻害する結果、安定した冷却が得られない可能性がある。そこで、急冷却装置４１には、液膜に対する貫通力の高い円管ノズルを複数有する群噴流冷却装置を用いることが好ましい。一方、緩冷却装置４２では特に制限はなく、一般的に熱延鋼帯の冷却装置で使われているパイプラミナー方式やスプレー方式を用いることができる。
【００４１】
次に冷却装置４１，４２の好ましい配置について説明すると、圧延方向でみて可逆式圧延機３１に対して近い位置に急冷却装置４１、遠い位置に緩冷却装置４２の順に配置するのが好ましい。本実施形態では、シートバー１０の厚みに応じて冷却装置を使い分けるが、シートバー１０は各圧延パスで圧下されることで板厚みが小さくなり、その分だけシートバー１０の長さが順次長くなる。つまり急冷却装置４１を使用する板厚みが小さい領域では、最も大きいシートバー長となる。一般的な粗圧延機群のレイアウトは、設計仕様のパススケジュールに基づき、各圧延機の間隔が決まっている。そのため、シートバー１０を冷却装置４１，４２で通過冷却する際に、シートバー１０が長いとシートバー１０が冷却装置４１，４２から出た時点で隣接する圧延機まで到達して干渉する恐れがある。そこで、図７に示すように板厚みが小さく長いシートバー１０を冷却する急冷却装置４１は、可逆式圧延機３１に近い位置に設置するのがよい。
【００４２】
また、急冷却装置４１の冷却方式としては、通過冷却とするのが好ましい。この際、圧延と水冷を同時に実施するため、圧延速度および急冷却装置４１の通過速度は同じ値にする必要がある。そこで、可逆式圧延機３１と急冷却装置４１の距離は可能な限り小さくすることが好ましいが、通常、可逆式圧延機３１の周囲にはエッジャー４や圧延ガイドなどが設置されており近接配置には限界があるため、急冷却装置４１は可逆式圧延機３１の２５ｍ以内に配置するのが好ましい。
【００４３】
緩冷却装置４２は、図８に示すように板厚みが比較的大きいシートバー１０に対して用いられるため、緩冷却装置４２を通過した後のシートバー１０が隣の粗圧延機３２に干渉しないように、隣接する粗圧延機３１，３２の略中央位置に配置するのがよい。可逆式圧延機３１と緩冷却装置４２との間の距離および緩冷却装置４２とこの隣に設置された非可逆式圧延機３２との間の距離が、水冷されるシートバー１０の長さよりも大きい場合は、シートバー１０を可逆式圧延機３１で圧延した後に、その通板速度を変更して緩冷却装置４２を通過させてもよく、これによれば冷却時の温度降下量を自在に調整することができる。このような観点からも、緩冷却装置４２は隣り合う粗圧延機３１，３２の中央位置に設置するのが好ましい。また、シートバー１０の長さが緩冷却装置４２の長さよりも小さい場合は、通過冷却に代えて、シートバー１０を緩冷却装置４２の直下まで搬送した後にシートバー１０を停止若しくはオシレーションさせながら冷却してもかまわない。
【００４４】
また、本実施形態の圧延鋼帯の製造設備列は、図２に示すように、圧延パススケジュール作成装置５１および冷却パススケジュール作成装置５２を備えていてよい。圧延パススケジュール作成装置５１は、パーソナルコンピュータ等によって構成され、入力されたスラブの厚みおよび制御圧延開始厚み等から、各圧延パスの圧下量の制限内でそのパス数ができる限り少なくなるよう各粗圧延機３１，３２における圧下量およびパス数等のパススケジュールを算出し作成する。
【００４５】
冷却パススケジュール作成装置５２は、パーソナルコンピュータ等によって構成され、上記圧延パススケジュール作成装置５１により算出された各圧延パス後のシートバー１０の厚み等に基づき、各冷却パスに対して、シートバー１０の厚みが８０ｍｍ以上では緩冷却装置４２による緩冷却を、シートバー１０の厚みが８０ｍｍ未満では急冷却装置４１による急冷却をそれぞれ割り当てるとともに、あらかじめの実験等により得られた所定の板厚みにおける冷却水量密度と温度降下量との関係、およびあらかじめの実験等により得られた所定の冷却水量密度におけるシートバー１０の表面温度と冷却時間との関係から、冷却パス数や冷却時間を算出する。この際、冷却パススケジュール作成装置５２は、シートバー１０の冷却中の表面温度が６００℃を下回らないよう緩冷却装置４２および急冷却装置４１による冷却時間や通板速度をそれぞれ算出する。なお、冷却パススケジュール作成装置５２により作成された冷却パススケジュールは圧延パススケジュール作成装置５１にフィードバックされるようにしてもよく、算出された冷却パス数に対して圧延パス数が不足する場合には、圧延パススケジュール作成装置５１が圧下量ゼロの圧延パスを付加し、この圧延パス後に水冷を実施するようにしてもよい。このようにして作成された圧延パススケジュールおよび冷却パススケジュールは、各粗圧延機３１，３２および冷却装置４１，４２に出力され、各装置３１，３２，４１，４２は当該スケジュールに従い圧延および冷却を実施する。
【００４６】
ところで、上記実施形態では、圧延方向でみて可逆式圧延機３１の下流側に、急冷却装置４１、緩冷却装置４２、非可逆式圧延機３２の順に配置した例を示したが、可逆式圧延機３１の上流側で可逆式圧延機３１に近いほうから急冷却装置４１、緩冷却装置４２の順に設置してもかまわない。図示例では、奇数回目の圧延パス終了後にシートバー１０の水冷を行っているが、可逆式圧延機３１の上流側に該可逆式圧延機３１に近いほうから急冷却装置４１、緩冷却装置４２の順に設置した場合は、第１圧延パスの前と偶数回目の圧延パス終了時に水冷を実施することになる。
【００４７】
また、上記実施態様では、粗圧延機群３は各１機の可逆式圧延機３１および非可逆式圧延機３２からなると説明したが、粗圧延機群３は複数の可逆式圧延機３１を有していてもよい。図９は、本発明に従う他の実施形態の熱延鋼帯の製造設備列およびこれを用いた熱延鋼帯の製造方法を示している。この図に示す実施形態では、粗圧延機群３は３機の可逆式圧延機３１からなる。圧延方向でみて最下流側の可逆式圧延機３１の上流側に、該可逆式圧延機３１に近いほうから急冷却装置４１、緩冷却装置４２の順で配置されている。図の下段には圧延工程中の水冷タイミングも記載されている。本製造設備列においては、図中の左側にある最上流の可逆式圧延機３１から圧延を開始し、各可逆式圧延機３１でそれぞれ３パス圧延を実施する。この際、中央の可逆式圧延機３１では、奇数回目の圧延パス終了後に緩冷却装置４２で冷却を行い、その後、中央の可逆式圧延機から右側の最下流の可逆式圧延機３１への移送中と偶数回目の圧延パス終了後とに急冷却装置４１で冷却を行うようにしている。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明の実施例について説明する。対象とした圧延素材（被圧延材）は鋼材であり、下記表１に示すように製品厚みは１８ｍｍ、２４ｍｍとし、制御圧延圧下率は６０％とした。つまり、制御圧延開始厚みは４５ｍｍおよび６０ｍｍとなる。また、制御圧延開始温度は、８５０℃とした。比較例１および２では、図1に示すラインを用いて、圧延素材を連続式加熱炉1で１１５０℃まで加熱し、その後、粗圧延機群３で表１に記載されている制御圧延開始厚みまで圧延してシートバー１０とし、放射温度計３３でシートバー１０の表面温度が８５０℃±１０℃となったことを確認した後に仕上げ圧延機群６により圧延を実施した。目標の制御圧延開始温度よりもシートバー１０の温度が高い場合は、粗圧延機群３と仕上げ圧延機群６の間でシートバー１０を所定の制御圧延開始温度となるまでオシレーション待機させた。
【００４９】
【表１】
2017131906.tif 000003
【００５０】
実施例１および２では、図２に示すように粗圧延機群３の可逆式圧延機３１（上流側）と非可逆式圧延機３２（下流側）との間に急冷却装置４１および緩冷却装置４２を配置して粗圧延工程において水冷を実施した。実施例１では、下記表２に記載のパススケジュールに従い圧延および水冷を実施し、実施例２では下記表３のパススケジュールに従い圧延および冷却を実施した。同様に、比較例１については表２のパススケジュールに従い、比較例２については表３のパススケジュールに従いそれぞれ圧延を実施したが、水冷は行っていない。
【００５１】
【表２】
2017131906.tif 000004
【００５２】
【表３】
2017131906.tif 000005
【００５３】
急冷却装置４１には、穴径５ｍｍの円管ノズルを搬送方向（圧延方向）および幅方向に６０ｍｍピッチで多数配置した群噴流冷却装置を用い、その冷却水量密度は３０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２とした。緩冷却装置４２には、シートバー１０の上面側に配置されたヘアピン型のパイプラミナー冷却装置と、シートバー１０の下面側に配置されたスプレー冷却装置とを用い、その冷却水量密度は９００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２とした。また、冷却時のシートバー１０の表面温度が６００℃以上となるよう圧延速度および冷却装置通過速度を制御した。その結果、シートバー１０を可逆式圧延機３１から急冷却装置４１へ搬送して冷却した後に該圧延機３１まで戻って来るまでの時間は、表１に示すように５秒となった。また、シートバー１０を可逆式圧延機３１から緩冷却装置４２へ搬送して冷却した後、該圧延機３１に戻って来るまでの時間は、表1に示すように製品厚み１８ｍｍでは２２秒、製品厚み２４ｍｍでは４０秒となった。
【００５４】
上記条件下で、実施例１，２および比較例１，２の圧延素材について実際に圧延した結果を下記表４に示す。実施例１は、製品厚み１８ｍｍの例である。仕上げ圧延機群６前の待機時間は約１０秒であり、待機時間と粗圧延時間の合計は４２８秒であった。なお、１０秒の待機時間は、仕上げ圧延機群６の前で放射温度計３３により温度を確認するのに要した時間であり、実質的な待機時間は発生していない。実施例１と同じ圧延パススケジュールに従い圧延を行ったが本発明で提案した冷却装置４１，４２を使用していない比較例１では、仕上げ圧延機群６に到達したした時のシートバー１０の温度は９６５℃であり、目標の８５０℃よりも１１５℃高かったため、目標温度となるまで仕上げ圧延機群６の前で１７０秒待機（空冷）させた。待機時間と粗圧延時間の合計は５１４秒となり、実施例１よりも８６秒長くなった。
【００５５】
【表４】
2017131906.tif 000006
【００５６】
実施例２は、製品厚み２４ｍｍの例である。実施例１と同じく仕上げ圧延機群６前での待機時間は１０秒程度であり、待機時間と粗圧延時間の合計は４３１秒となり、実施例１とほぼ同じ圧延時間となった。なお、１０秒の待機時間は、仕上げ圧延機群６の前で放射温度計３３により温度を確認するのに要した時間であり、実質的な待機時間は発生していない。
【００５７】
実施例２と同じ圧延パススケジュールに従い圧延を行ったが、本発明で提案した冷却装置４１，４２を使用していない比較例２では、仕上げ圧延機群６に到達したした時のシートバー１０の温度は９９２℃であり、目標の８５０℃よりも１４２℃高かったため、目標温度となるまで仕上げ圧延機群６の前で２９０秒待機（空冷）させた。待機時間と粗圧延時間の合計は５９０秒となり、実施例２よりも１５９秒長くなった。
【００５８】
上記試験の結果、粗圧延機群３内に急冷却装置４１および緩冷却装置４２を設置しシートバーの厚みに応じて急冷却および緩冷却を使い分けることで、加熱炉から抽出してから仕上げ圧延を開始するまでの時間は、製品厚み１８ｍｍの素材では８６秒短縮され、製品厚み２４ｍｍの素材では１５９秒短縮されることが確認された。
【００５９】
以上図示例に基づき本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更、追加することができる。例えば、急冷却装置４１および緩冷却装置４２による冷却は、冷却装置４１，４２に向けて送り出される全ての圧延パス後に行わなくてもよく、水冷による温度降下量が大きく、仕上げ圧延機到達時の温度が仕上げ圧延の予定開始温度よりも下回る場合は、任意のパスの水冷を実施しなくてもよい。特に緩冷却装置４２で水冷する場合は、通過冷却とするとともに緩冷却装置４２の入側で通板速度を変更することで、温度降下量を調整してもよく、あるいは停止若しくはオシレーション冷却を実施するとともに冷却水の噴射時間を調整することで、温度降下量を調整してもよい。さらに、上記説明では、可逆式圧延機３１に対して近い位置に急冷却装置４１を、遠い位置に緩冷却装置４２をそれぞれ配置したが、粗圧延機３１，３２の間隔が十分に長い場合等では、可逆式圧延機３１に対して近い位置に緩冷却装置４２を、遠い位置に急冷却装置４１をそれぞれ配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
かくして本発明によれば、制御圧延に先立って行う冷却中にシートバーの表層が相変態温度を下回ることを防止しつつ、制御圧延開始までに要する時間を低減して能率よく熱延鋼帯を製造することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  連続加熱炉
２  サイジングプレス
３  粗圧延機群
４  エッジャー
５  クロップシャー
６  仕上げ圧延機群
７  ランアウトテーブル
８  コイラー
１０  シートバー
３１  可逆式圧延機
３２  非可逆式圧延機
３３  放射温度計
４１  急冷却装置
４２  緩冷却装置
５１  圧延パススケジュール作成装置
５２  冷却パススケジュール作成装置
【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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【図８】
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【図９】
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