JP4875280B2 - 薄鋼ストリップの製造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、２００１年２月２６日提出のアメリカ仮出願第６０／２７０，８６１号及び２０００年９月２９日提出のアメリカ仮出願第６０／２３６，３８９号の優先権を主張している。
【０００２】
本発明は、ストリップ鋳造機、特に双ロール鋳造機における薄鋼ストリップの製造に関する。
【０００３】
【従来の技術】
双ロール鋳造機において、冷却される一対の相互方向に回転の水平鋳造ロール間に溶融金属が導入されることにより、動いているロール表面上に金属殻が凝固してロール間のロール間隙にて合わされ、ロール間のロール間隙から下方に送給される凝固ストリップ品を生み出す。本明細書では「ロール間隙」という語を、ロール相互が最接近する領域全般を指すものとして用いる。溶融金属は取鍋から小容器へと注がれ、そこから、ロール間隙直上に位置した金属供給ノズルへと流下してロール間のロール間隙へと向かわされることにより、ロール間隙直上のロール鋳造表面に支持されロール間隙の長さ方向に沿って延びる溶融金属の鋳造溜めを形成する。通常この鋳造溜めを囲い込むのは、溢流しないよう鋳造溜めの２端を堰き止める、ロール端面に摺動係合保持された側板又は堰であるが、電磁バリヤ等の代替手段も提案されている。
【０００４】
双ロール鋳造機で鋼ストリップを鋳造する場合、ストリップは１４００℃位の超高温でロール間隙を出るので、もし空気に晒されると、斯かる高温での酸化により超急速にスケールが形成されてしまう。
【０００５】
従って、新たに鋳造されたストリップを、その温度がかなり下げられて（典型的にはほぼ１２００℃又はそれ以下）スケール形成が減少するまで、非酸化雰囲気を含む包囲部内に包み込むことが提案されている。斯かる提案の１つを記述しているのがアメリカ特許第５，７６２，１２６号で、それによると鋳造ストリップがシール包囲部を通り、そこを通るストリップの初期酸化によりそこから酸素が抜き取られ、その後、シール包囲部の酸素含量はそこを通るストリップの連続酸化により周囲雰囲気よりも低く保持され、包囲部を出るストリップ上のスケール厚が抑制される。出たストリップはインライン圧延機で板厚を減らされてから水スプレー等により全般に強制冷却され、冷却されたストリップは次いで従来のコイラに巻取られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、ストリップ鋳造ではストリップを水スプレーすることによりオーステナイト変態域を介しストリップを冷却することが提案されている。斯かる水スプレーはほぼ９０℃／秒程度の最高冷却速度を生み出すことができる。冷却の強さは最終ストリップ微構造に劇的な効果をもたらす。加速冷却速度を用いることにより典型的な低炭素鋼の化学的性質で驚く程の焼入性を達成することが可能であり、低温変態産物の形成を促進することで、造られるストリップ品の範囲を特に降伏強さ及び硬度の範囲について増加させることが、インライン熱間圧下で「鋳放し」(as cast)微構造を純化した場合でも可能である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
開示によれば、請求項１に限定される鋼ストリップの製造方法が提供される。
【０００９】
冷却速度は１００℃／秒〜３００℃／秒の範囲である。ストリップは８５０℃と４００℃の間の範囲の、変態点範囲を介し（必ずしもその範囲全体を介してではない）斯かる冷却速度で冷却できる。正確な変態点範囲は鋼組成の化学的性質及び処理特性により異なる。
【００１０】
「低炭素鋼」という語は、重量％で以下の組成を有する鋼を意味すると解される。
炭素 ０．０２〜０．０８
ケイ素 ０．５以下
マンガン １．０以下
残留／付随不純物 １．０以下、及び
鉄 残余
【００１１】
「残留／付随不純物」という語は、銅、錫、亜鉛、ニッケル、クロム、モリブデン等、これらの成分を特に添加した結果ではなく、標準の鋼製造の結果として比較的少量存在し得るレベルの成分を包含している。例えば、斯かる成分は平炭素鋼の製造にスクラップ鋼を使用した結果として存在し得る。
【００１２】
低炭素鋼はケイ素／マンガンキルドであり、以下の重量組成を有する。
炭素 ０．０２〜０．０８％
マンガン ０．３０〜０．８０％
ケイ素 ０．１０〜０．４０％
硫黄 ０．００２〜０．０５％
アルミニウム ０．０１％以下
【００１３】
ケイ素／マンガンキルド鋼は双ロールストリップ鋳造に特に適している。ケイ素／マンガンキルド鋼は一般にマンガン含量が０．２０重量％以上（典型的には約０．６％）であり、ケイ素含量が０．１０重量％以上（典型的には約０．３％）である。
【００１６】
現在開示の方法により、４５０ＭＰａよりもはるかに大きい降伏強さを持つ鋼ストリップの製造が可能である。より明細には、４５０〜超７００ＭＰａの範囲の降伏強さを持つストリップを１００℃／秒〜３００℃／秒の範囲の冷却速度で製造できる。
【００１７】
１つの実施の形態では、方法は、鋳造溜めからのストリップを、ストリップ表面の酸化ひいてはスケール形成を抑制する雰囲気を含む包囲部を介しガイドすることから成る。
【００１８】
該包囲部の雰囲気は不活性又は還元ガスで形成してもよいし、包囲部を囲む雰囲気よりも低いレベルの酸素を含む雰囲気でもよい。
【００１９】
包囲部内の雰囲気は包囲部をシールすることにより形成して酸素を含む雰囲気の進入を制限し、鋳造初期相で包囲部内のストリップの酸化を引起こすことによりシール包囲部から酸素を抜出して包囲部が包囲部周囲の雰囲気よりも酸素含量が少ないようにし、その後、シール包囲部を通るストリップの連続酸化によりシール包囲部内の酸素含量を周囲雰囲気のそれよりも少なく維持し、それにより結果としてストリップ上に生じるスケールの厚みを抑制する。
【００２０】
ストリップは圧延機を通して熱間圧延され、板厚は少なくとも１５％減少する。板厚は最大５０％減少できる。
【００２１】
１つの実施の形態では、熱間圧延後、ストリップが冷却手段を備えたランアウトテーブル上を通り、その冷却手段は、鋳造ストリップを冷却して加速された冷却速度、８５０℃から４００℃の温度範囲でストリップをオーステナイトからフェライトに変えるよう作動可能である。
【００２２】
本発明を更に充分に説明できるよう、添付図面を参照して特定の実施の形態を以下で充分に記述する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図示した鋳造・圧延設備を構成する全般に１１で示した双ロール鋳造機が製造する鋳造鋼ストリップ１２は、ガイドテーブル１３を経てピンチロールスタンド１４に至る移行路１０を通る。ピンチロールスタンド１４を出た直後、ストリップは圧延機スタンド１６で構成された熱間圧延機１５に入り、熱間圧延されてその板厚を減らす。かくして圧延されたストリップは圧延機を出てランアウトテーブル１７に至り、本発明による冷却ヘッダ１８によって加速冷却を受けることができ、若しくは、同じくランアウトテーブルに組込まれている冷却水スプレー７０の作動により低速冷却を受けることができる。次いでストリップはピンチロールスタンド２０のピンチロール２０Ａ間を通りコイラ１９に至る。
【００２４】
双ロール鋳造機１１を構成する主機械フレーム２１が、鋳造表面２２Ａを有する一対の平行鋳造ロール２２を支持する。鋳造作業中、溶融金属が取鍋２３から耐火取鍋出口シュラウド２４を介しタンディッシュ２５へ、次いで金属供給ノズル２６を介し鋳造ロール２２間のロール間隙２７へと供給される。かくしてロール間隙２７に送給された高温金属はロール間隙上方に溜め３０を形成し、この溜めをロール端で囲い込むのが一対の側部閉止堰又は板２８で、側板ホルダ２８Ａに接続された流体圧シリンダユニット３２で構成される一対のスラスタ３１によってロールの段付き端に当てがわれる。溜め３０の上面（一般に「メニスカス」レベルと呼ばれる）が供給ノズルの下端よりも上に上がることにより供給ノズル下端がこの溜め内に浸漬してもよい。
【００２５】
鋳造ロール２２は水冷されるので、動いているロール表面に殻が凝固し、ロール間のロール間隙２７にて合わされて、ロール間のロール間隙から下方に送給される凝固ストリップ１２を生み出す。
【００２６】
鋳造作業の開始時には、鋳造状態が安定するにつれて短い長さの不完全なストリップが造られる。連続鋳造が確立した後、鋳造ロールをわずかに離間してから再び合わせることにより、このストリップ先端をオーストラリア特許出願２７０３６／９２に記載されたように切断し、後続鋳造ストリップのきれいな頭端を形成する。不完全な材料は鋳造機１１の下に位置したスクラップ箱３３へ落下し、このとき、通常はピボット３５から下方に鋳造機出口片側に垂下している旋回エプロン３４が鋳造機出口を横切って旋回されて鋳造ストリップのきれいな端をガイドテーブル１３上にガイドし、ガイドテーブルはそれをピンチロールスタンド１４に送給する。次いで、エプロン３４は垂下位置へ戻されるのでストリップ１２は鋳造機の下でループ状に垂下してからガイドテーブル１３に至ることができ、一連のガイドローラ３６と係合する。
【００２７】
双ロール鋳造機は、許可されたオーストラリア特許第６３１７２８号及び第６３７５４８号及びアメリカ特許第５，１８４，６６８号及び第５，２７７，２４３号に幾分詳細に示され記述された種類のものでよく、本発明の一部を構成しない適宜の構造的細部についてはこれらの特許を参照することができる。
【００２８】
設備を製造し、組み立てて、密封空間３８を限定する全般に３７で示される単一の非常に大きなスケール包囲部を形成し、その中に、鋼ストリップ１２が鋳造ロール間のロール間隙からピンチロールスタンド１４の入口ロール間隙３９に至る移送路全体にわたって囲い込まれる。
【００２９】
包囲部３７を形成するのは複数の個別の壁部で、それらが種々のシール接続部で嵌合されて連続包囲部壁を形成する。これらを構成するのが双ロール鋳造機に形成されて鋳造ロールを囲い込む壁部４１と、壁部４１の下から下方に延びる壁部４２で、後者はスクラップ箱が作動位置にある場合にスクラップ箱３３上端と係合するのでスクラップ箱が包囲部の一部となる。スクラップ箱と包囲部壁部４２とを接続できるシール４３は、スクラップ箱上端の溝に嵌入し、壁部４２下端に取付けた平シールガスケット４４と係合するセラミックファイバロープにより形成される。スクラップ箱３３を取付けできる台車４５にはレール４７上を走行するホイール４６を取付け、それによりスクラップ箱は鋳造作業後にスクラップ排出位置へと移動可能である。シリンダユニット４０は作動位置にあるスクラップ箱を台車４５から持ち上げるよう作動可能であるので、スクラップ箱は上方に包囲部壁部４２へと押上げられてシール４３を押付ける。鋳造作業後、シリンダユニット４０は解除されてスクラップ箱を台車４５に降下させるので、スクラップ箱はスクラップ排出位置へと移動させることができる。
【００３０】
包囲部３７を更に構成する壁部４８が、ガイドテーブル１３のまわりに配され、一対のピンチロール１４Ａを含むピンチロールスタンド１４のフレーム４９に接続される。ピンチロールに対して包囲部は摺動シール６０でシールされる。従って、ストリップは対のピンチロール１４Ａ間を通ることにより包囲部３８を出、直ちに熱間圧延機１５に入る。圧延機に入る前にスケールが形成するのを抑制するよう、ピンチロール５０と圧延機入口との間隔はできるだけ小さくすべきであり、一般にほぼ５ｍ程度又はそれ以下である。
【００３１】
包囲部壁部のほとんどは耐火レンガでライニングでき、スクラップ箱３３は耐火レンガか不定形耐火ライニングでライニングできる。
【００３２】
鋳造ロールを囲む包囲部壁部４１には切欠き５２を設けた側板５１を形成し、切欠きは、側部堰板２８がシリンダユニット３２によりロール端に押圧されたときに側部堰板ホルダ２８Ａをぴたりと受入れる形状をしている。側板ホルダ２８Ａと包囲部側壁部５１との界面は摺動シール５３によりシールされて包囲部のシールを維持する。シール５３はセラミックファイバロープで形成できる。
【００３３】
シリンダユニット３２は包囲部壁部４１を介し外方に延び、これらの位置で包囲部はシリンダユニットに取付けたシールプレート５４によりシールされ、シリンダユニットの作動による側板のロール端への押圧時に、包囲部壁部４１と係合する。スラスタ３１は耐火スライド５５も動かし、後者はシリンダユニット３２の作動により動かされて包囲部頂部の長孔５６を閉じる。該長孔は、側板をホルダ２８Ａへ挿入しロールにあてがうために包囲部内へと通すのに使われる。シリンダユニットの作動で側部堰板がロールにあてがわれると、包囲部の頂部はタンディッシュ、側板ホルダ２８Ａ及びスライド５５により閉じられる。このようにして、包囲部３７全体が鋳造作業前にシールされてシール空間３８を確立し、それにより、鋳造ロールからピンチロールスタンド１４へ至るストリップ１２への酸素供給を制限する。最初、ストリップは包囲部空間３８から全ての酸素を取上げで重厚なスケールをストリップ上に形成する。しかしながら、空間３８がシールされているので、酸素を含む雰囲気の進入がストリップにより取上げ得る酸素量以下に制御される。従って、初期立上げ期間後、包囲部空間３８の酸素含量は使い果たされたままであるので、ストリップ酸化に使用できる酸素が制限される。このようにして、包囲部空間３８へと連続的に還元又は非酸化ガスを供給する必要なしにスケール形成が抑制される。立上げ期間中に重厚なスケールが生じるのを防ぐため包囲部空間を鋳造開始直前に浄化することにより、シール包囲部を通るストリップの酸化包囲部内の初期酸素レベルを減らし、包囲部を通るストリップの酸化によるシール空間からの酸素排除との相互作用として酸素レベル安定化までの時間を減らすことができる。包囲部は窒素ガスで浄化するのが好ましい。初期酸素含量を５％〜１０％の間のレベルに減らすことにより、初期立上げ相でさえも包囲部出口でのストリップにスケール形成するのが約１０ミクロン〜１７ミクロンに制限されることが判明している。
【００３４】
典型的な鋳造機設備において、鋳造機からのストリップ温度はほぼ１４００℃程であり、圧延機へのストリップ温度は約９００〜１１００℃とすることができる。ストリップ幅は０．９ｍ〜２．０ｍの範囲、板厚は０．７ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲とすることができる。ストリップ速度はほぼ１．０ｍ／秒程度とすることができる。このような条件のもとで造られたストリップで、包囲部空間３８出口でのストリップ上のスケール成長を５ミクロン以下の厚みに制限するような程度（これはその包囲部での平均酸素レベルが２％であることと同等である）に包囲部空間３８への空気漏入を制御することが完全に可能であることが判明している。包囲部空間３８の容量は特に重要ではない。というのは、鋳造作業の初期立上げ相で全酸素がストリップにより急速に取上げられ、その後のスケール形成はシールを介して包囲部空間へと雰囲気が漏入する度合いによってもっぱら決まるからである。 この漏入度合いを、圧延機入口でのスケール厚が１〜５ミクロンの範囲であるように制御するのが好ましい。熱間圧延時の溶着や膠着を防ぐためストリップ表面には幾らかスケールが必要であることが実験的作業からわかっている。具体的にこの作業で示唆されていることは、充分な圧延を確保するためにはほぼ ０．５〜１ミクロン程度の最小厚が必要であるということである。上限約８ミクロン、好ましくは５ミクロンが、圧延後のストリップ表面に 「ロールドイン・スケール」(rolled-in scale)欠陥が生じるのを避けるために且つ最終品でのスケール厚が従来の熱間圧延ストリップでのそれよりも確実に大きくならないようにするために望ましい。
【００３５】
熱間圧延機を出た後、ストリップはランアウトテーブル１７に至り、その上で冷却ヘッダ１８による加速冷却を受けてからコイラ１９に巻取られる。
【００３６】
冷却ヘッダ１８は、従来の熱間ストリップ圧延機で使われる、一般に「層流冷却」(laminar cooling)ヘッダと呼ばれる種類のものである。従来の熱間ストリップ圧延機でのストリップ速度は薄ストリップ鋳造機でのそれよりもはるかに高速であり、典型的にはほぼ１０倍位速い。層流冷却は、ストリップへ大流量の冷却水を当てて、水スプレーシステムで可能なよりもはるかに高速な冷却速度を生み出すのに有効な仕方である。冷却強度がはるかに高いため従来の巻取り温度にできないという理由で層流冷却はストリップ鋳造機には不適切であると従来考えられていた。従って、ストリップを冷却するのに水スプレーを用いることが従来提案されてきた。 しかしながら、水スプレーシステムと層流冷却ヘッダの両方を用いる双ロールストリップ鋳造機で大規模に試行鋳造することにより、我々は、平炭素鋼ストリップの最終微構造と物理的特性がストリップをオーステナイト変態点範囲を介し冷却するときの冷却速度を変えることにより劇的に影響され得ること、及び、 １００℃／秒〜３００℃／秒又はそれ以上の範囲の冷却速度での加速冷却の可能性により、商業的用途によっては有益な特性を有する、降伏強さを増加させたストリップの製造が可能になることを見知した。
試行により判明したことは、冷却速度が１００℃／秒以上に増加するので、最終微構造が大部分多角形フェライト(粒径１０〜４０ミクロン)から多角形フェライトと低温変態産物との混合物に変化し、従って降伏強さが増加することである。これを示しているのが図８で、冷却速度の増加によりストリップの降伏強さが次第に増加することを示している。
【００３７】
我々の試行により判明したのは、典型的なストリップ鋳造機において加速冷却が、ほぼ４０〜６０ｍ^３／時・ｍ^２程度の比水流速値（specific water flux values）で働く層流冷却ヘッダにより達成できることである。加速冷却の典型的な条件を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
１０５０℃前後の熱間圧延温度により、粒径範囲が１０〜４０ミクロンの、多角形フェライト成分８０％以上を含む微構造が製造される。
【００４０】
ストリップを熱間圧延する場合、インライン圧延機を保護包囲部３７内に組込むことによりストリップを包囲部空間３８退出前に圧延することが可能である。改変した構成を図７に示す。この場合、ストリップは圧延機スタンド１６の最終部を介して包囲部を出、最終部のロールが包囲部シールの役目も果たすので別個のシールピンチロールは必要ない。
【００４１】
図示した装置は加速冷却ヘッダ１８と従来の水スプレー冷却システム７０の両方を組入れているので、所要のストリップ特性に従い完全な冷却体制を選択できる。加速冷却ヘッダシステムは従来のスプレーシステムより前にランアウトテーブルに据付けられる。
【００４２】
図１に示した典型的な設備では、インライン圧延機は鋳造ロール間のロール間隙から１３ｍに配置でき、加速冷却ヘッダはロール間隙から約２０ｍに延ばすことができ、水スプレーはロール間隙から約２２ｍのところに延ばすことができる。
【００４３】
層流冷却ヘッダは本発明で加速冷却を達成するのに好都合な手段であるが、ストリップ全幅にわたりストリップ上下面に冷却水カーテンを施す等、加速冷却を他の技術で得ることも可能であろう。
【００４４】
いくつかの実施の形態に関して本発明を以上の図面及び記述において詳細に説明し記述してきたが、記述が例示的であって限定的性格のものでないこと、及び、本発明が開示した実施の形態に限定されるものではないことを理解すべきである。むしろ、本発明は本発明の範囲及び精神の範囲内にある全ての変更例、改変例及び同等の構成を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により操業可能な鋼ストリップ鋳造・圧延設備の垂直断面図である。
【図２】 設備に組込まれる双ロール鋳造機の構成要素を示している。
【図３】 双ロール鋳造機の一部の垂直断面図である。
【図４】 鋳造機の端部の断面図である。
【図５】 図４の５−５線断面図である。
【図６】 図４の６−６線矢視図である。
【図７】 本発明において作動作可能な改変設備の一部の概略図である。
【図８】 冷却条件を変えることで得られるストリップ特性をグラフに示している。

Claims (4)

1. 両者間にロール間隙を形成する一対の冷却鋳造ロール上で溶融低炭素鋼の鋳造溜めを支持し、ロールを相互方向に回転させることによって凝固ストリップがロール間隙から下方に移動するようにしてオーステナイト粒を含む板厚５ｍｍ以下の凝固ストリップを連続鋳造し、低炭素鋼が、以下の重量組成を有するケイ素／マンガンキルド鋼であり、
   炭素 ０．０２〜０．０８％
   マンガン ０．３０〜０．８０％
   ケイ素 ０．１０〜０．４０％
   硫黄 ０．００２〜０．０５％
   アルミニウム ０．０１％以下
   ストリップを圧延機に通して９００℃〜１１００℃の温度範囲で熱間圧延してストリップ板厚の少なくとも１５％削減をもたらし、
   オーステナイト粒を有するストリップを１００℃／秒〜３００℃／秒の範囲の冷却速度で加速冷却し、８５０℃と４００℃との間の温度範囲内のオーステナイトからフェライトへの変態域を介してオーステナイトを多角形フェライトと低温変態産物の混合物に変え、４５０ＭＰａ以上の降伏強さを有する仕上げられたストリップを生み出す、ことからなる鋼ストリップ製造方法。
2. 仕上げられたストリップが４５０ＭＰａ〜７００ＭＰａの範囲の降伏強さを有する、請求項１で請求の方法。
3. 両者間にロール間隙を形成する一対の冷却鋳造ロール上で溶融低炭素鋼の鋳造溜めを支持し、ロールを相互方向に回転させることによって凝固ストリップがロール間隙から下方に移動するようにしてオーステナイト粒を含む板厚５ｍｍ以下の凝固ストリップを連続鋳造し、低炭素鋼が、以下の重量組成を有するケイ素／マンガンキルド鋼であり、
   炭素 ０．０２〜０．０８％
   マンガン ０．３０〜０．８０％
   ケイ素 ０．１０〜０．４０％
   硫黄 ０．００２〜０．０５％
   アルミニウム ０．０１％以下
   ストリップを圧延機に通して９００℃〜１１００℃の温度範囲で熱間圧延してストリップ板厚の少なくとも１５％削減をもたらし、
   オーステナイト粒を有するストリップを１００℃／秒〜３００℃／秒の範囲の冷却速度で加速冷却し、８５０℃と４００℃との間の温度範囲内のオーステナイトからフェライトへの変態域を介してオーステナイトを多角形フェライトと低温変態産物の混合物に変え、４５０ＭＰａ以上の降伏強さを有する仕上げられたストリップを生み出す、諸段階により製造される鋳造鋼ストリップ。
4. 仕上げられたストリップが４５０ＭＰａ〜７００ＭＰａの範囲の降伏強さを有する、請求項３で請求の鋳造鋼ストリップ。

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