特開 2022-138637 熱間圧延装置及び熱間圧延方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138637

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】熱間圧延装置及び熱間圧延方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 9/00 20060101AFI20220915BHJP

   B21B 45/00 20060101ALI20220915BHJP

   B21B 39/12 20060101ALI20220915BHJP

   B21B 1/26 20060101ALI20220915BHJP

   B21B 1/22 20060101ALI20220915BHJP

   B21B 1/46 20060101ALI20220915BHJP

   C22C 38/44 20060101ALI20220915BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

B21B9/00 Z

B21B45/00 B

B21B39/12 A

B21B1/26 B

B21B1/22 M

B21B1/46 B

C22C38/44

C22C38/00 301Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021038625

(22)【出願日】2021-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100162204

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 学

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】池田 圭太

(72)【発明者】

【氏名】多根井 寛志

(72)【発明者】

【氏名】近藤 泰光

【テーマコード（参考）】

4E002

【Ｆターム（参考）】

4E002AA04

4E002AD02

4E002BC07

4E002BC09

4E002BD02

4E002BD08

4E002BD10

4E002CB04

(57)【要約】

【課題】鋳造される鋳片の板幅を高精度に決定可能な熱間圧延装置及び鋳型幅決定方法を提供する。
【解決手段】熱間圧延装置１は、加熱された鋼材１１０を搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０によって搬送された鋼材１１０を粗圧延する粗圧延装置１１と、鋼材１１０が搬送装置１０によって粗圧延装置１１まで搬送される間、及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、鋼材１１０の周囲の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くする低酸素化装置１３と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱された鋼材を搬送する搬送装置と、
前記搬送装置によって搬送された前記鋼材を粗圧延する粗圧延装置と、
前記鋼材が前記搬送装置によって前記粗圧延装置まで搬送される間、及び前記鋼材が前記粗圧延装置によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、前記鋼材の周囲の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くする低酸素化装置と、
を有する、ことを特徴とする熱間圧延装置。

【請求項2】

前記鋼材は、質量％でＣｕ：０．０５％以上、Ｓｎ：０．００５％以上、Ｃｒ：０．０５％以上、Ｍｏ：０．０１％以上から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１に記載の熱間圧延装置。

【請求項3】

前記鋼材の周囲の酸素濃度は、９体積％以下である、請求項１又は２に記載の熱間圧延装置。

【請求項4】

前記低酸素化装置は、
加圧した供給水を供給する供給水加圧ポンプと、
前記鋼材の全面に亘って前記供給水を噴霧するように配置された複数の噴霧ノズルと、
を有する、請求項１～３の何れか一項に記載の熱間圧延装置。

【請求項5】

前記低酸素化装置は、
不活性ガスを加圧する不活性ガス加圧ポンプと、
前記不活性ガスによって前記供給水を霧化する合流部を有し、霧化した供給水を前記複数の噴霧ノズルに供給する配管と、
を更に有する、請求項４に記載の熱間圧延装置。

【請求項6】

前記低酸素化装置は、前記鋼材の全面に亘って不活性ガスを噴射する複数の噴射ノズルを有する、請求項１～３の何れか一項に記載の熱間圧延装置。

【請求項7】

前記搬送装置は、前記鋼材を加熱する加熱炉から前記粗圧延装置に前記鋼材を搬送する、請求項１～６の何れか一項に記載の熱間圧延装置。

【請求項8】

前記搬送装置は、連続鋳造機から前記粗圧延装置に前記鋼材を搬送する、請求項１～６の何れか一項に記載の熱間圧延装置。

【請求項9】

前記低酸素化装置は、二次冷却帯において冷却される鋳片の周囲の酸素濃度を大気の酸素の濃度よりも低くする、請求項７に記載の熱間圧延装置。

【請求項10】

搬送装置が加熱された鋼材を搬送し、
粗圧延装置が前記搬送装置によって搬送された前記鋼材を粗圧延し、
低酸素化装置が、前記鋼材が前記搬送装置によって粗圧延装置まで搬送される間、及び前記鋼材が前記粗圧延装置によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、前記鋼材の周囲の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くする、
ことを含む、ことを特徴とする熱間圧延方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱間圧延装置及び熱間圧延方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋳造された鋼材を加熱炉内で加熱するときに形成される一次スケール、及び熱間圧延中に形成される二次スケールの生成を抑制すると共に、生成されたスケールを除去する種々の技術が知られている。例えば、特許文献１には、スケールを除去するデスケーリングの後に形成されたスケールが熱間圧延工程において剥離する現象であるブリスタリングの発生を抑制する技術が記載される。特許文献１に記載される技術では、デスケーリングの後に低酸素雰囲気中でスケールを形成することで、ブリスタリングが発生し難いウスタイトのみの単相構造のスケールを形成し、ブリスタリングの発生が抑制される。

【0003】

また、特許文献２には、デスケーリングを行った後に、所定の時間に亘って所定の温度範囲で水蒸気を熱延鋼材に噴射した後に再度デスケーリングを行うことで、Ｓｉを含有する熱延鋼材におけるスケールの発生を抑制する技術が記載される。また、特許文献３には、熱延鋼材を搬送する搬送ロールに冷却水の代わりに不活性ガスを噴射して搬送ロールを冷却することで、冷却水が気化することにより発生する蒸気に起因する熱延鋼材の表面の酸化を抑制する技術が記載される。また、特許文献４には、濾過水を噴霧する噴霧手段を粗圧延機と仕上圧延機の間に設置することで、粗圧延機で圧延された圧延鋼材の表面に二次スケールが形成されることを抑制する技術が記載される。

【0004】

また、特許文献５には、仕上圧延前に熱延鋼材をデスケーリングすると共に、不活性ガス雰囲気中で熱延鋼材を仕上圧延することで、スケールが略形成されていな鋼帯を製造する技術が記載される。また、特許文献６には、連鋳直結圧延システムにおいて、連続鋳造機の鋳型と誘導加熱機との間に活性ガスが封入される不活性ガス封入機構を設けることで、熱延鋼材の表面へのスケールの発生を抑制する技術が記載される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１１４０１号公報

【特許文献2】特開２００５－１９３２９１号公報

【特許文献3】実開平６－９７０８号公報

【特許文献4】実開昭６２－２９８０８号公報

【特許文献5】特開平４－６６２０３号公報

【特許文献6】特開平８－３０９４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

製鉄所では、脱炭素化社会の実現に向けて、電気炉を高炉と併用することで二酸化炭素の排出量を削減する技術の導入が検討されている。電気炉では、種々の金属を含むスクラップが鉄源として使用されるため、電気炉により製造される銑鉄は、高炉により製造される銑鉄と比較して、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｒ及びＭｏ等のトランプエレメントの含有量が不可避的に多くなる。

【0007】

トランプエレメントは、赤熱脆化割れとも称される熱間圧延工程における表面割れの原因となり得るため、トランプエレメントの含有量が多い鋼材を熱間圧延すると、赤熱脆化割れに起因する製造不良が発生し、製造歩留まりが低下するおそれがある。

【0008】

本発明は、トランプエレメントの含有量が多い鋼材を熱間圧延するときに、赤熱脆化割れの発生を抑制可能な熱間圧延装置及び熱間圧延方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このような課題を解決する本発明は、以下に示す熱間圧延装置及び熱間圧延方法を要旨とするものである。
（１）加熱された鋼材を搬送する搬送装置と、
搬送装置によって搬送された鋼材を粗圧延する粗圧延装置と、
鋼材が搬送装置によって粗圧延装置まで搬送される間、及び鋼材が粗圧延装置によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、鋼材の周囲の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くする低酸素化装置と、を有する、ことを特徴とする熱間圧延装置。
（２）鋼材は、質量％でＣｕ：０．０５％以上、Ｓｎ：０．００５％以上、Ｃｒ：０．０５％以上、Ｍｏ：０．０１％以上から選ばれる少なくとも１種を含有する、（１）に記載の熱間圧延装置。
（３）鋼材の周囲の酸素濃度は、９体積％以下である、（１）又は（２）に記載の熱間圧延装置。
（４）低酸素化装置は、
加圧した供給水を供給する供給水加圧ポンプと、
鋼材の全面に亘って供給水を噴霧するように配置された複数の噴霧ノズルと、
を有する、（１）～（３）の何れか一つに記載の熱間圧延装置。
（５）低酸素化装置は、
複数の噴霧ノズルに供給する供給水を加圧する供給水加圧ポンプと、
不活性ガスを加圧する窒素ガス加圧ポンプと、
不活性ガスによって供給水を霧化する合流部を有し、霧化した供給水を複数の噴霧ノズルに供給する配管と、
を更に有する、（４）に記載の熱間圧延装置。
（６）低酸素化装置は、鋼材の全面に亘って不活性ガスを噴射する複数の噴射ノズルを有する、（１）～（３）の何れか一つに記載の熱間圧延装置。
（７）搬送装置は、鋼材を加熱する加熱炉から粗圧延装置に鋼材を搬送する、（１）～（６）の何れか一つに記載の熱間圧延装置。
（８）搬送装置は、搬送装置は、連続鋳造機から前記粗圧延装置に前記鋼材を搬送する、（１）～（６）の何れか一つに記載の熱間圧延装置。
（９）低酸素化装置は、二次冷却帯において冷却される鋳片の周囲の酸素濃度を大気の酸素の濃度よりも低くする、（８）に記載の熱間圧延装置。
（１０）搬送装置が加熱された鋼材を搬送し、
粗圧延装置が搬送装置によって搬送された鋼材を粗圧延し、
低酸素化装置が、鋼材が搬送装置によって粗圧延装置まで搬送される間、及び鋼材が粗圧延装置によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、鋼材の周囲の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くする、
ことを含む、ことを特徴とする熱間圧延方法。

【発明の効果】

【0010】

一実施形態に係る熱間圧延装置及び熱間圧延方法は、トランプエレメントの含有量が多い鋼材を熱間圧延するときに、赤熱脆化割れの発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る熱間圧延装置を含む熱間圧延システムの斜視図である。

【図2】（ａ）は図１に示す熱間圧延システムの側面図あり、（ｂ）は図１に示す熱間圧延システムにおいて搬送される鋼板の正面図である。

【図3】第２実施形態に係る熱間圧延装置を含む熱間圧延システムの斜視図である。

【図4】第３実施形態に係る熱間圧延装置を含む熱間圧延システムの斜視図である。

【図5】変形例に係る熱間圧延システムの概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下図面を参照して、本発明に係る熱間圧延装置及び熱間圧延方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。

【0013】

（実施形態に係る熱間圧延装置の概要）
連続鋳造機、加熱機及び圧延機では、鋼材の表面にスケールが形成されるときに地鉄とも称される母材が消費される。電気炉により製造される鋼材は、トランプエレメントの含有量が多いため、スケールが形成されるときに、母材の消費に伴って、消費された母材中に含有されたトランプエレメントは、スケール中で固溶せずにスケールと母材との間の界面に濃化する。

【0014】

スケールと母材との間の界面に濃化したトランプエレメントは、連続鋳造工程、加熱工程及び熱間圧延工程のそれぞれにおいて印加される温度よりも融点が低いため、連続鋳造工程、加熱工程及び熱間圧延工程では、液相であり、結晶粒界に浸潤する。結晶粒界に浸潤した液相のトランプエレメントは、圧延鋼材の表面において局所的に粒界強度を低下させるため、熱間圧延工程において、赤熱脆化割れを発生させる原因となる。

【0015】

このように、赤熱脆化割れは、スケールと母材との間の界面でトランプエレメントが濃化することにより発生するので、スケールと母材との間の界面で濃化するトランプエレメントの量を低減することで、熱間圧延工程での赤熱脆化割れの発生が抑制される。

【0016】

熱間圧延工程において、粗圧延工程では、鋼材の温度が仕上圧延工程よりも高く、且つ、粗圧延工程の直前にデスケーリングされるため鋼材の母材が大気に晒されるため、母材の表面が大気中の酸素と反応して、スケールが急速に形成される。スケールの形成に伴って、トランプエレメントは、スケールと母材との間の界面で急速に濃化する。本願発明の発明者等は、粗圧延工程までの鋼材の温度が高い工程において鋼材の周囲の酸素濃度を低くしてスケールの形成量を抑制することで、スケールと母材との間の界面で濃化するトランプエレメントの量を効率的に低減することができることを見出した。

【0017】

また、大気中では、熱間圧延工程において、ウスタイト相、ヘマタイト相及びマグネタイト相の３相構造のスケールが鋼材の表面に形成される。一方、鋼材の周囲の酸素濃度が大気の酸素の濃度よりも低いとき、熱間圧延工程において、ウスタイト相のみの単相構造のスケールが鋼材の表面に形成される。

【0018】

Ｃｕは、液相時に蒸発する場合があり、蒸発挙動はスケール相構造の影響を受ける。具体的には、ウスタイト相、マグネタイト相及びヘマタイト相の３相構造のスケールが鋼材の表面に形成されるとき、スケールと母材との間の界面で濃化Ｃｕ量は変化しない。これは、ヘマタイト相が緻密な構造のため、Ｃｕの蒸発を阻害するためである。一方、ウスタイト相のみの単相構造のスケールが鋼材の表面に形成されるとき、Ｃｕはウスタイト相を通過して蒸発する。ウスタイト相のみの単相構造のスケールが鋼材の表面に形成されるとき、トランプエレメントに含まれるＣｕが蒸発するので、スケールと母材との間の界面で濃化するＣｕの量は、熱間圧延工程において減少する。本願発明の発明者等は、このような知見に基づいて、３相構造のスケールではなく、ウスタイト相のみの単相構造のスケールを形成することで、スケールと母材との間の界面で濃化するトランプエレメントの量を更に低減できることを見出した。

【0019】

実施形態に係る熱間圧延装置は、加熱炉から粗圧延工程までの工程の少なくとも一部分において、鋼材の周囲の酸素濃度を大気の酸素の濃度よりも低くして、スケールの形成量を抑制する共に、形成されるスケールを単相構造化して、濃化するトランプエレメントの量を低減する。連続鋳造と熱間圧延とが直結した鋼圧一貫ラインの場合は、加熱炉に代わり連続鋳造装置から粗圧延工程までの工程の少なくとも一部分において、濃化するトランプエレメントの量を低減する。

【0020】

（第１実施形態に係る熱間圧延装置の構成及び機能）
図１は第１実施形態に係る熱間圧延装置を含む熱間圧延システムの斜視図であり、図２（ａ）は図１に示す熱間圧延システムの側面図あり、図２（ｂ）は図１に示す熱間圧延システムにおいて搬送される鋼板の正面図である。

【0021】

熱間圧延システム１００は、熱間圧延装置１と、加熱炉１０１とを有し、スラブ、ブルーム及びビレット等の鋼材１１０を加熱炉１０１で加熱した後に、熱間圧延装置１において、鋼材１１０を粗圧延する。熱間圧延システム１００は、仕上圧延装置及び巻取装置等の他の装置を有するが、ここでは仕上圧延装置及び巻取装置等は省略される。加熱炉１０１は、誘導加熱等により鋼材１１０を所定の温度になるまで加熱し、加熱した鋼材１１０を熱間圧延装置１に搬出する。

【0022】

鋼材１１０は、高炉銑にスクラップが混入された転炉鋼であっても、スクラップを主体として溶製された電気炉鋼であってもよい。鋼材１１０は、トランプエレメントとして質量％でＣｕ：０．０５％以上、Ｓｎ：０．００５％以上、Ｃｒ：０．０５％以上、Ｍｏ：０．０１％以上から選ばれる少なくとも１種を含有してもよい。

【0023】

熱間圧延装置１は、搬送装置１０と、粗圧延装置１１と、デスケーリング装置１２と、低酸素化装置１３とを有し、加熱炉１０１から搬出された鋼材１１０の周囲の酸素濃度を大気の酸素の濃度よりも低くしながら、鋼材１１０を搬送すると共に粗圧延する。ここで、鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、鋼材１１０の周囲の酸素分子（Ｏ₂）の濃度である。

【0024】

搬送装置１０は、複数の搬送ロール１０ａを有し、複数の搬送ロール１０ａが所定の方向に回転することで、加熱炉１０１で加熱された鋼材１１０を加熱炉１０１から粗圧延装置１１に搬送する。

【0025】

粗圧延装置１１は、一又は複数対の圧延ロール１１ａを有し、一又は複数対の圧延ロール１１ａによって複数回に亘って鋼材１１０を加圧することで、鋼材１１０が所定の厚さ及び形状になるまで鋼材１１０を圧延（塑性変形）する。

【0026】

デスケーリング装置１２は、不図示の加圧ポンプで所定の水圧に加圧された高圧水を、ノズル１２ａから鋼材１１０に噴射することで、鋼材１１０の表面に形成されたスケールを除去する。ノズル１２ａから噴射される高圧水の水圧は、例えば１０ＭＰａであるが、１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることが好ましく、５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが更に好ましい。

【0027】

低酸素化装置１３は、供給水加圧ポンプ２１と、配水管２２と、複数の噴霧ノズル２３とを有する。低酸素化装置１３は、鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、供給水加圧ポンプ２１によって加圧された供給水を鋼材１１０の全面に亘って噴霧する。鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間のすべての範囲で噴霧を行うのが最も高い効果が得られる。

【0028】

供給水加圧ポンプ２１は、プランジャーポンプ、渦巻きポンプ及び軸流ポンプ等のポンプである。供給水加圧ポンプ２１は、不図示の水槽に貯水された水を加圧した供給水を、噴霧ノズル２３に配水管２２を介して供給する。配水管２２は、供給水加圧ポンプ２１の吐出口と噴霧ノズル２３との間を接続する銅管等の配管であり、供給水加圧ポンプ２１から複数の噴霧ノズル２３のそれぞれに供給水を配水する。

【0029】

複数の噴霧ノズル２３のそれぞれは、搬送装置１０及び粗圧延装置１１において鋼材１１０が搬送される搬送方向に沿って鋼材１１０を上側と下側から挟むように配置される。複数の噴霧ノズル２３から鋼材１１０に噴霧される供給水の単位表面積１ｍ²当たりの水量は、例えば５００Ｌ／分である。複数の噴霧ノズル２３から鋼材１１０に噴霧される供給水の単位表面積１ｍ2当たりの水量は、１００Ｌ／分以上２０００Ｌ／分以下であることが好ましく、２００Ｌ／分以上８００Ｌ／分以下であることが更に好ましい。

【0030】

熱間圧延装置１では、鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間、及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間、鋼材１１０の全面に亘って供給水が噴射される。熱間圧延装置１では、鋼材１１０の全面に亘って噴霧された供給水が気化した水蒸気が鋼材１１０の周囲を覆うので、鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、大気中の酸素濃度よりも低くなる。

【0031】

鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、９体積％以下であることが好ましく、５体積％であることが更に好ましく、１体積％以下であることが更に好ましい。鋼材１１０の周囲の酸素濃度を９体積％以下とすることで、ウスタイトのみの単相構造のスケールが鋼材１１０の表面に形成され、スケールと鋼材１１０の表面との間の界面で濃化するトランプエレメントの量が一段と低減される。

【0032】

鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、搬送装置１０の近傍に配置された酸素濃度計によって測定されてもよい。また、鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、搬送装置１０の近傍の気体をサンプリングするサンプリング管を配置し、サンプリング配管を介してサンプリングされる気体を測定する酸素濃度計によって測定されてもよい。

【0033】

熱間圧延装置１では、鋼材１１０の周囲が水蒸気で覆われることで、鋼材１１０の周囲の酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低くなるので、スケールの形成量を抑制する共に、単相構造のスケールを形成して、濃化するトランプエレメントの量を低減する。熱間圧延装置１は、濃化するトランプエレメントの量を低減することで、トランプエレメントの含有量が多い鋼材１１０を熱間圧延するときに、赤熱脆化割れの発生を抑制することができる。

【0034】

（第２実施形態に係る熱間圧延装置の構成及び機能）
図３は、第２実施形態に係る熱間圧延装置を含む熱間圧延システムの斜視図である。

【0035】

熱間圧延システム２００は、熱間圧延装置２を熱間圧延装置１の代わりに有することが熱間圧延システム１００と相違する。熱間圧延装置２は、窒素ガスを用いる低酸素化装置１５を低酸素化装置１３の代わりに有することが熱間圧延装置１と相違する。低酸素化装置１５以外の熱間圧延システム２００の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された熱間圧延システム１００の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0036】

低酸素化装置１５は、窒素ガス生成装置３１と、窒素ガス加圧ポンプ３２と、ガス管３３と、複数の噴射ノズル３４とを有する。低酸素化装置１５は、鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間、及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、窒素ガス生成装置３１によって生成された窒素ガスを鋼材１１０の全面に亘って噴射する。

【0037】

窒素ガス生成装置３１は、深冷空気分離法、圧力変動吸着（Pressure Swing Adsorption、ＰＳＡ）法、及び膜分離法等の公知の生成方法を窒素ガスを生成する装置である。窒素ガス加圧ポンプ３２は、不活性ガス加圧ポンプの一例であり、例えばダイアフラム式のポンプである。窒素ガス加圧ポンプ３２は、窒素ガス生成装置３１によって生成された窒素ガスを高圧化して配管３３に吐出する。ガス管３３は、例えばステンレス鋼管であり、窒素ガス生成装置３１の吐出口と噴射ノズル３４との間を接続し、窒素ガス生成装置３１から複数の噴射ノズル３４のそれぞれに窒素ガスを分配する。

【0038】

複数の噴射ノズル３４のそれぞれは、噴霧ノズル２３と同様に、搬送装置１０及び粗圧延装置１１において鋼材１１０が搬送される搬送方向に沿って鋼材１１０を上側及び下側から挟むように配置される。複数の噴射ノズル３４から鋼材１１０に噴射される窒素ガスの単位表面積１ｍ²当たりの量は、鋼材１１０の周囲の酸素濃度が９体積％以下となる量であり、例えば５００Ｌ／分である。複数の噴射ノズル３４から鋼材１１０に噴射される窒素ガスの単位表面積１ｍ2当たりの水量は、１００Ｌ／分以上２０００Ｌ／分以下であることが好ましく、２００Ｌ／分以上８００Ｌ／分以下であることが更に好ましい。

【0039】

熱間圧延装置１では、鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間、及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、鋼材１１０の全面に亘って噴射された窒素ガスが鋼材１１０の周囲を覆う。熱間圧延装置１では、窒素ガスが鋼材１１０の周囲を覆うことで、搬送装置１０によって搬送される間及び粗圧延装置１１によって粗圧延される間、鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、大気中の酸素濃度よりも低くなる。

【0040】

（第３実施形態に係る熱間圧延装置の構成及び機能）
図４は、第３実施形態に係る熱間圧延装置を含む熱間圧延システムの斜視図である。

【0041】

熱間圧延システム３００は、熱間圧延装置３を熱間圧延装置１の代わりに有することが熱間圧延システム１００と相違する。熱間圧延装置３は、窒素ガスでアトマイズした水を用いる低酸素化装置１７を低酸素化装置１３の代わりに有することが熱間圧延装置１と相違する。低酸素化装置１７以外の熱間圧延システム３００の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された熱間圧延システム１００の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0042】

低酸素化装置１７は、供給水加圧ポンプ４１と、窒素ガス生成装置４２と、窒素ガス加圧ポンプ４３と、供給水逆止弁４４と、窒素ガス逆止弁４５と、配管４６と、複数の噴霧ノズル４７とを有する。低酸素化装置１７は、鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間、及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、窒素ガスによってアトマイズされた供給水、すなわち霧化された供給水を鋼材１１０の全面に亘って噴霧する。

【0043】

低酸素化装置１７は、配管４６の合流部４８における供給水加圧ポンプ４１から吐出された供給水の圧力と、窒素ガス加圧ポンプ４３から吐出された窒素ガスの圧力との間の圧力差が一定となるように制御して、供給水を窒素ガスによってアトマイズして霧状にする。配管４６の合流部４８における供給水及び窒素ガスの圧力は、供給水加圧ポンプ４１及び窒素ガス加圧ポンプ４３の吐出圧から推定されてもよく、配管４６の合流部４８の近傍に配置された圧力計によって検出されてもよい。

【0044】

供給水加圧ポンプ４１、窒素ガス生成装置４２及び窒素ガス加圧ポンプ４３の構造は、供給水加圧ポンプ２１、窒素ガス生成装置３１及び窒素ガス加圧ポンプ３２の構造と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0045】

供給水逆止弁４４は、供給水加圧ポンプ４１と、配管４６の合流部４８との間に配置され、供給水加圧ポンプ４１によって加圧された供給水が供給水加圧ポンプ４１の方向に逆流することを防止する。窒素ガス逆止弁４５は、窒素ガス加圧ポンプ４３と、配管４６の合流部４８との間に配置され、窒素ガス加圧ポンプ４３によって加圧された窒素ガスが窒素ガス加圧ポンプ４３の方向に逆流することを防止する。

【0046】

配管４６は、例えばステンレス鋼管であり、供給水加圧ポンプ４１及び窒素ガス加圧ポンプ４３の吐出口と噴霧ノズル４７との間を接続する。配管４６は、合流部４８において窒素ガスによってアトマイズされた供給水を複数の噴霧ノズル４７のそれぞれに分配する。

【0047】

複数の噴霧ノズル４７のそれぞれは、噴霧ノズル２３と同様に、搬送装置１０及び粗圧延装置１１において鋼材１１０が搬送される搬送方向に沿って鋼材１１０を上側及び下側から挟むように配置され、窒素ガスによってアトマイズされた供給水を噴霧する。複数の噴霧ノズル４７から鋼材１１０に噴霧される供給水の単位表面積１ｍ²当たりの量は、鋼材１１０の周囲の酸素濃度が９体積％以下となる量であり、例えば５００Ｌ／分である。複数の噴射ノズル３４から鋼材１１０に噴霧される供給水の単位表面積１ｍ2当たりの水量は、１００Ｌ／分以上２０００Ｌ／分以下であることが好ましく、２００Ｌ／分以上８００Ｌ／分以下であることが更に好ましい。

【0048】

熱間圧延装置３では、鋼材１１０が搬送装置１０によって搬送される間、及び鋼材１１０が粗圧延装置１１によって粗圧延される間の少なくとも一部分において、窒素ガスによってアトマイズされた供給水が鋼材１１０の全面に亘って鋼材１１０の周囲を覆う。すなわち、熱間圧延装置１では、窒素ガス及び水蒸気化してが鋼材１１０の周囲を覆うことで、搬送装置１０によって搬送される間及び粗圧延装置１１によって粗圧延される間、鋼材１１０の周囲の酸素濃度は、大気中の酸素濃度よりも低くなる。

【0049】

（実施形態に係る熱間圧延装置の変形例）
熱間圧延装置２及び３では、鋼材１１０に噴射される気体として窒素ガスが使用されるが、実施形態に係る熱間圧延装置では、アルゴンガス等の窒素ガス以外の不活性ガスを、鋼材１１０に噴射される気体として使用してもよい。実施形態に係る熱間圧延装置は、窒素ガス以外の不活性ガスを、鋼材１１０に噴射される気体として使用するとき、不活性ガスを回収する回収機構を有してもよく、熱間圧延装置の全体を覆う筐体を配置して。不活性ガスを封止する封止機構を有してもよい。

【0050】

また、熱間圧延装置２及び３では、低酸素化装置１５及び１７は、窒素ガス生成装置３１及び４３を有するが、実施形態に係る熱間圧延装置では、窒素ガスを保管する窒素ガスタンクを低酸素化装置の代わりに有してもよい。

【0051】

また、熱間圧延装置１～３は、加熱炉１０１によって加熱された鋼材が搬送されるが、実施形態に係る熱間圧延装置は、連続鋳造と熱間圧延とが直結した鋼圧一貫ラインに配置されてもよい。

【0052】

図５は、変形例に係る熱間圧延システムの概要図である。

【0053】

熱間圧延システム４００は、連続鋳造と熱間圧延とが直結した鋼圧一貫ラインであり、連続鋳造機５０により製造された鋼材が、加熱炉を経ることなく直接搬送されて粗圧延される。熱間圧延システム４００は、加熱炉１０１の代わりに連続鋳造機５０とすることが熱間圧延システム１００、２００、３００と相違する。連続鋳造機５０以外の熱間圧延システム４００の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された熱間圧延システム１００、２００、３００の構成要素の構成及び機能と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0054】

連続鋳造機５０は、取鍋５１と、タンディッシュ５２と、浸漬ノズル５３と、鋳型５４と、二次冷却帯５５と、鋳片圧下装置５６と、鋳片切断装置５７とを有する。

【0055】

取鍋５１は、溶鋼１２０をタンディッシュ５２に供給するための可動式の容器であり、タンディッシュ５２の上方に移動し、取鍋５１内に充填された溶鋼１２０をタンディッシュ５２に供給する。溶鋼１２０の製造方法は限定しない。溶鋼１２０は、高炉や電気炉により製造されてもよく、電気炉を高炉と併用して製造されてもよい。

【0056】

タンディッシュ５２は、鋳型５４の上方に配置され、取鍋５１から供給される溶鋼１２０を貯留して、溶鋼１２０に含有される介在物を除去する。浸漬ノズル５３は、タンディッシュ５２の下端から鋳型５４に向けて下方に延伸する筒状の部材である。浸漬ノズル５３の先端は、鋳型５４の内部に収容される溶鋼１２０に浸漬される。浸漬ノズル５３は、タンディッシュ５２において介在物が除去された溶鋼１２０を鋳型５４に連続的に供給する。

【0057】

鋳型５４において、溶鋼１２０は、冷却されて、鋳片１２１が形成される。鋳片１２１は、鋳型５４の下方への移動に従って、鋳片１２１の内部の未凝固部１２２の凝固が進行し、外殻の凝固シェル１２３の厚さは、徐々に厚くなる。鋳片１２１は、未凝固部１２２及び凝固シェル１２３を含む状態で、鋳型５４の下端から引き抜かれる。

【0058】

二次冷却帯５５は、複数対の支持ロール５５ａと、不図示の複数の冷却水ノズルとを有し、鋳型５４の下方に形成され、鋳型５４の下端から引き抜かれた鋳片１２１を搬送しながら冷却する。

【0059】

複数対の支持ロール５５ａのそれぞれは、鋳片１２１の厚さ方向の両側に配置され、鋳片１２１を支持しながら搬送する。複数対の支持ロール５５ａは、サポートロールと、ピンチロールと、セグメントロールとを有する。サポートロールは、鋳型５４の直下の垂直部に配置される無駆動式ロールである。ピンチロールは、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、二次冷却帯５５の垂直部、湾曲部及び水平部の適切な位置に配置され、鋳片１２１を鋳型５４から引き抜く。セグメントロールは、二次冷却帯５５の湾曲部及び水平部に配置される無駆動式ロールであり、鋳片１２１を支持しながら案内する。

【0060】

二次冷却帯５５の複数の冷却水ノズルは、二次冷却帯５５の湾曲部及び水平部の鋳造方向に隣接して配置される複数対の支持ロール５５ａの間隙に配置され、二次冷却帯５５の全体に亘って鋳片１２１に冷却水を注水する。

【0061】

鋳片圧下装置５６は、複数の軽圧下ロール１６１を有し、二次冷却帯５５の水平部の下流側に配置され、二次冷却帯５５によって冷却された鋳片１２１を軽圧下する。鋳片圧下装置５６は、鋳片１２１の厚み方向の中心部の領域を、鋳片１２１の厚さ方向に所定の圧力で圧下するように制御される。

【0062】

鋳片切断装置５７は、鋳片圧下装置５６の川下側に配置され、二次冷却帯５５及び鋳片圧下装置５６を介して搬送された鋳片１２１を所定の長さに切断して、厚板状の鋼材１１０を形成する。鋼材１１０は、質量％でＣｕ：０．０５％以上、Ｓｎ：０．００５％以上、Ｃｒ：０．０５％以上、Ｍｏ：０．０１％以上から選ばれる少なくとも１種を含有する。

【0063】

また、薄スラブ連続鋳造と熱間圧延機とが途中でスラブ切断されることなく連続して処理される、圧延システム４００と類似の直接圧延プロセス（例えばPrimetals社のＥＳＰなど）においても、圧延システム４００と同様に本発明が適用できる。

【実施例0064】

質量％でＣ：０．０５％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３％、Ｐ：０．００１％、Ｓ：０．００１％、Ｃｕ：０．３０％、Ｎｉ：０．０２％、Ｓｎ：０．０１％、Ｃｒ：０．０１％及びＭｏ：０．０１％を母材成分として含む鋼材を加熱炉で加熱した。加熱炉から搬出されたときの鋼材の温度は、１１８０℃であった。加熱炉から搬出された鋼材は、粗圧延機及び仕上げ圧延機から形成される熱間圧延ラインで熱間圧延された。熱間圧延において、加熱炉の出口から粗圧延が完了までの区間では、被圧延材の全面に亘って、水蒸気、窒素ガス及びアルゴンガスの何れか１つが噴霧された。水蒸気、窒素ガス及びアルゴンガスの何れか１つが噴霧された区間の被圧延材の近傍のガスは、サンプリング管を介してサンプリングされ、酸素濃度計によって、含有酸素濃度が測定された。コイル状となった被圧延材は、酸洗ラインで酸洗された後に、コイル幅両端から５０ｍｍを除いた部分において赤熱脆化割れの発生の有無が観察された。

【0065】

表１は、赤熱脆化割れの発生の有無を示す。

【0066】

【表1】

【0067】

表１において、「×」は、コイルの長さ方向１ｍあたりの赤熱脆化割れの数が１０個／ｍ以上のものであり、品質不良で不合格であることを示す。また、「〇」は、コイルの長さ方向１ｍあたりの赤熱脆化割れの数が５個／ｍ以上であり且つ９個／ｍ以下のものであり、品質不良ではなく合格であることを示す。また、「◎」は、コイルの長さ方向１ｍあたりの赤熱脆化割れの数が４個／ｍ以下のものであり、品質が良好であることを示す。

【0068】

比較例に示すように、粗圧延装置に搬送される間、及び粗圧延装置によって粗圧延される間、鋼材を大気に曝すと、コイルの長さ方向１ｍあたりの赤熱脆化割れの数が１０個以上となり、品質不良となる。

【0069】

実施例１～３、５～７、９及び１０に示すように、搬送及び粗圧延の間、鋼材の周囲の酸素濃度が大気よりも低いとき、コイルの長さ方向１ｍあたりの赤熱脆化割れの数が１０個未満となり、大気中で処理された鋼材よりも品質が向上する。

【0070】

実施例４、８、１１及び１２に示すように、搬送及び粗圧延の間、鋼材の周囲の酸素濃度が９体積％以下であるとき、コイルの長さ方向１ｍあたりの赤熱脆化割れの数が４個以下となり、鋼材の品質は、更に向上する。鋼材の周囲の酸素濃度が更に低下することで、ウスタイト相のみの単相構造のスケールが鋼材の表面に形成され、赤熱脆化割れの数が更に減少したと推察される。

【符号の説明】

【0071】

１～３ 熱間圧延装置
１０ 搬送装置
１１ 粗圧延装置
１２ デスケーリング装置
１３、１５、１７ 低酸素化装置
５０ 連続鋳造機
１００、２００、３００、４００ 熱間圧延システム
１０１ 加熱炉

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】