JPS6213083B2

JPS6213083B2 -

Info

Publication number: JPS6213083B2
Application number: JP1277781A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirasawa; Sadakazu Masuda; Hiroyuki Ichinose; Hisatoshi Tagawa; Akihiro Tanaka; Kenji Hirabe; Norihiro Iwasaki; Shigeyasu Matsumoto
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1987-03-24
Also published as: JPS57127504A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、板厚100mm以上の極厚鋼板の圧延
方法の改良に関するものである。一般に厚さ100mm程度以上の厚鋼板、いわゆる
極厚鋼板に於ては、板厚内部のザク性欠陥と言わ
れる品質上大きな問題が存在する。このザク性欠
陥は、鋼塊凝固時に発生する鋼塊内部の微小空隙
が熱間圧延過程で完全に圧着されずに残存するも
のである。ザク性欠陥の有る製品では、当然の事
ながら、延性、靭性の劣下を来たし、安全性を要
求される部材としては使用し得なくなる。近年、極厚材の大型化の傾向が強く、板厚300
mm前後、重量50^ton〜100^tonに及ぶ、極厚大単重
で、しかも、内質無欠陥の高品質を要求される特
殊部材も現われて来ている。製品単重の増大に伴
つて、鋼塊も大型化し、鋼塊内部の収縮孔や微小
空隙は増加する傾向にあり、熱間圧延でザク性欠
陥を圧着する事がむずかしくなつてくる。極厚材の場合、熱間圧延によつて、ザク性欠陥
が圧着されにくい理由は、多くの文献に示されて
いる。例えば「鉄と鋼」第62年（1976）第13号、
第118頁〜131頁に記述されているごとく、基本的
には板厚中心部に於けるザク圧着のための圧縮応
力が不足するためである。更に言及するならば、
ザク圧着のための条件としては、高い圧縮応力の
他に、長い加圧時間、高い材料温度が必要とな
り、また、全圧下歪を大きくとる事も間接的に必
要な条件となる。中心部の圧縮応力はロール半径（Ｒ）、圧延前
後の平均板厚（ｔ_n）、１パスの圧下量（△ｔ）に
よつて決つてくる。Ｒおよび△ｔは大きい程、ま
たｔ_nは小さい程、圧緒応力が高くなる。近似的
には、ロールと被圧延材との接触弧長（ｌ_d）
と、平均板厚（ｔ_n）の比、 ld/t_n≒√・△ｔ_n ＝２・√（₁−₂）（t₁＋t₂）を大きくする程、圧縮応力が高くなる事は良く知
られているところである。ここでt₁は入側板厚、
t₂は出側板厚を示す。従つて、一般に100mm程度以下の板厚の場合に
は、前述した圧縮応力、加圧時間、全圧下歪とも
充分大きな値となり、ザク性欠陥の問題は生じな
くなる。極厚鋼板のザク性欠陥を防止するための技術と
して、従来一般に行なわれている方法としては、
溶鋼段階で脱ガスを行なう方法や、上広鋳型を使
用する方法により、鋼塊の凝固組織を改善する方
法がとられるが、鋼塊中心部の凝固組織の改善に
は限度が有る。また、熱間圧延の前加工として、
大型プレスにより、熱間鍛錬を行なう方法もとら
れるが、設備費、能率、歩留りの面で難点があ
り、原価的にかなり高価なものとなる。このようなことから熱間圧延のみによつて、厚
鋼板の内質を改善する方法もいくつか提案されて
いる。例えば、特公昭53―12258号公報に示され
ているごとく、被圧延材中心部の圧縮応力の値
を、規定値以上に保つ強圧下圧延法、および加圧
時間を長くする低速圧延方法等があるが、通常の
圧延機に於ては、圧延機の容量（荷重、トルクの
制限）から限度があつた。更に、特開昭54―
110951号公報に示されるごとく、凹凸を有する形
状のロールで、材料の幅方向に分割して強圧下を
加える方法に於ても、また、特開昭55―57301号
公報に示されるごとく、凹または凸の形状を有す
るロールで先ず夫々凸形凹形の中間素材に圧延
し、次いで前記形状の中間素材を平滑な板に圧延
する際に非圧延部の拘束力によつて、圧延部の圧
縮応力を高める方法のいずれの方法に於ても、凹
凸形状の専用ロールを必要とする事、凹凸形状の
ロールと、フラツトロールを組込んだ２基以上の
圧延機を必要とするか、またはロール組替を必要
とする事、更には、専用ロールであるため、板の
寸法に合せて凹凸形状寸法を任意に変える事が出
来ない等の問題がある。また、この方法を採用す
る場合前記凹又は凸形中間素材を圧延によつて製
造する際の影響により、引張応力を生じ、ザク性
欠陥の圧着に不利である。本発明は、前述の問題点を解決すべく創案され
たものであり、極厚鋼板の熱間圧延過程に於ける
任意の段階に於て、被圧延材の幅方向圧延時にロ
ールを開閉するか、または被圧延材を噛戻しする
事により被圧延材を一旦幅方向中央部の厚みを厚
くした形状となし、次で、この材料を90゜転向し
て（した後）、長手方向に平らに（断面が平滑に
なるように）圧延することによつて、この時の被
圧延材の幅方向中央部と、両端部の延伸の差によ
る拘束力を利用して、その中央部に高い圧延応力
（圧縮応力）を生じさせ、かくしてザク性欠陥部
の圧着を促進して、内質のより健全化をはかる極
厚鋼板の製造方法としたことに特徴を有し、さら
に、幅方向中央部の延伸を大きくして、鋼塊頭部
および底部の欠陥部を押し出し、健全極厚鋼板の
圧延歩留りを向上させる事ができる極厚鋼板の製
造方法としたことに特徴を有する。以下、本発明について、従来法と比較しなが
ら、図面により詳細に説明する。先ず、鋼塊内部欠陥の一般的な分布を第１図に
示す。図は偏平上広鋳型から得られた鋼塊の例
で、第１図ａは短片側を第１図ｂは長片側を示
す。１は頭部濃厚偏析部、２はザク性欠陥部、３
は底部沈澱晶部である（欠陥部は、厚さ，幅方向
とも中央部に集中しており、この部分の圧延応力
を高くすることが必要となる。）。第２図は圧延の状態図で、極厚の被圧延材４の
厚さ方向をＹ、幅方向をＸ、圧延方向をＺの座標
で表わす（５は上下１対のロールである。）。第３図ａ，ｂは、極厚の被圧延材圧延中の、被
圧延材内部の圧延応力状態を定性的に示す図であ
り、第３図ａのごとく、入側板厚t₁の被圧延材４
を、半径Ｒのロール５で出側板厚t₂に圧延する場
合の投影接触弧長をldとする時、 ld／ｔ_n＝2ld／（t₁＋t₂）＜0.5のような状態の
圧延では、材料表層近傍ではＹ方向、Ｚ方向とも
に圧縮応力となるのに対し、材料中心付近では、
Ｚ方向に引張応力が発生する（図中、σＹ：Ｙ方
向の応力、σＺ：Ｚ方向の応力）。第３図ｂは、
圧縮応力を（＋）、引張応力を（−）として、Ｙ
方向およびＺ方向の圧延応力分布を示したもので
ある。第４図は被圧延材４圧延時に於ける３方向主応
力の一般的な状態を示すものであり、その大きさ
の順位は、σ_Y＞σ_X（Ｘ方向の応力）＞σ_Zであ
る。ここで材料の２次元（平面歪）降伏応力をｋ
_Pとすれば、降伏条件の関係からσ_Y−σ_Z＝ｋ_Pが
成り立つ。従つて肉厚中心部のＺ方向応力を圧縮
応力にする事が出来れば、Ｙ方向の圧縮応力を、
降伏応力以上にする事、すなわちσ_Y＞ｋ_Pが可能
である。Ｚ方向の応力を高くする方法としては、外部か
ら機械的に力を附与する方法も考えられ、また材
料自体の延伸の差を利用する方法も考えられる。第５図ａ〜ｅは従来技術の例であり、第５図ａ
は圧延前の被圧延材４（幅：W₁′）で、これを第
５図ｂに示す凹形状のロール５′で圧延し、第５
図ｃのような凸形状断面の材料４′（幅W₂′）と
する。更にこれを第５図ｄのフラツトロール５″
で圧延して第５図ｅに示すフラツトな極厚鋼板
４″（幅W₃′）とするものであり、その中央部に
大きな圧下を加えることによつて、中央部の圧延
応力を高めようとする方法である（図中黒矢印
は、圧延方向およびロールの作動方向を示す。第
６図および第７図も同様である）。これに対し、第６図ａ〜ｈに本発明による方法
の例を示す。第６図ａの幅W₁の素材６（幅W₁）
を第６図ｂの（フラツト）ロール５″で幅方向に
圧延する時、第６図ｃに示すごとく、被圧延材
６′（素材６）の幅方向一端部のみを圧延して圧
延を中断し、次に第６図ｄに示すごとく、幅方向
他端部のみを圧延する。これにより、第６図ｅの
ごとく、幅W₂で断面凸形状の被圧延材６″が得ら
れる。これを第６図ｆのごとく水平面内で90転回
して第６図ｇのフラツトロール５″により長手方
向圧延を行なうことにより第６図ｈの製品６
（幅W₃）を得るものであり、凸形状断面の材料を
フラツトロールで圧延する時の中央部と両端部の
延伸の差による、端部の拘束力によつて、中央部
の圧延応力を高くする方法である。なお第６図ａ
〜ｈに示す方法を圧延工程中に１回だけでなく、
繰返し行なうことも可能である。また、第７図に
示すごとく、凸形状断面の材料を得るために、圧
延中のフラツトロール５″のロールギヤツプを連
続的に変化させる方法も可能である。本方法の原理面に関して、更に詳しく説明す
る。第８図ａは、通常の矩形断面材料７を圧延す
る場合であり、第８図ｂは、凸形状断面材料８の
中央凸部８ａのみを圧延し、両端部８ｂは圧延し
ない場合である。更に第８図ｃは、凸形状断面材
料８の中央凸部８ａと共に両端部８ｂもわずかに
圧下する場合を示す（第８図ａ，ｂ，ｃ中斜線を
施した部分が圧延部を示す）。第８図ａの通常の
矩形断面材料７の場合には、板厚中心部の圧縮応
力が２次元降伏応力以上になりにくいことはすで
に述べたとおりである。これに対し、第８図ｂな
いし第８図ｃに示す本発明方法の場合には、凸形
状断面材料８の延伸の少ない両端部の拘束力によ
つて、中央部の圧縮応力を高くする事ができる。
すなわち、第９図に示すごとく、凸形状断面材料
８の中央凸部８ａのみを圧延した場合、中央凸部
８ａは圧延方向に延びると共に、幅拡がりを生じ
る。この時両端部８ｂは中央凸部８ａの延び作用
によつて、引張応力σ_Tを受けながら延ばされ
る。逆に中央凸部８ａには圧縮応力σ_Cが付加さ
れた状態となる。従つて板厚中心部の圧延方向応力σ_Zは圧縮側
に移行し、これにより、板厚方向（圧縮）応力σ
_Yもσ_Y＝ｋ_P＋σ_Zの関係によつて増大することに
なる。ここで凸形状断面材料８を圧延した場合
の、材料中心部の（圧縮）応力σ_Yと材料寸法と
の関係を模型実験によつて求めた結果の例を示
す。表示寸法はいずれも実際の極厚鋼板圧延に相
当する換算値である。即ち、第１０図に示す諸元
の凸形状断面に於て、 h₁＝400mm、h₂＝360mm、△ｈ＝40mm、Ｒ＝450mm、B₁＝2000mm、B₂＝０〜2000mm、なる寸法の材料を直径900mmのロールで圧延した
場合の材料中心部の圧縮応力を第１１図に示す。
図中、実線ｂは第８図ｂに示す圧下状態で、△ｔ
＝40mmの場合であり、破線ｃは、第８図ｃに示す
圧下状態で△ｔ＝50mmの場合である。B₂/B₁＝1.0
はフラツトな断面の場合で、凸部が形成されるに
従つて（B₂/B₁が１よりも小さくなるに従つ
て）、材料中心部の圧縮応力は上昇し、B₂/B₁が
0.4程度以下になると圧縮応力は減少する。この
減少は、凸部寸法B₂が材料の幅B₁および厚さh₁に
対してあまり小さくなると、材料の幅拡がり拘束
が小さくなる事と、圧下力が分散し、材料厚み中
心部に加わりにくい事による。なお、σ_Yは材料
中心部の圧縮応力で、ｋ_PはB₂/B₁＝1.0の時の２
次元（平面歪）降伏応力である。第１１図から、
応力的にはB₂/B₁は0.25〜0.75の範囲が良く、望
ましくは0.4〜0.5の範囲であると言えるが、実際
には、鋼塊のザク性欠陥分布領域との兼合で決ま
る。一般にはB₂/B₁＝0.5〜0.6程度となる。次に、本発明の方法による実施例について、従
来法と比較して示す。第１表に通常の従来法による圧延スケジユール
の例を、第２表、第３表に本発明方法による圧延スケジ
ユールの例を示す。いずれも、脱ガス処理を行つ
た溶鋼を上広鋳型で造塊した30^ton鋼塊から分塊
圧延によつて製造された28.4^tonスラブを用いてい
る。なお、いずれの表示値も冷間寸法に換算した
値で示している。第１表の従来法では、７パスま
で幅出し圧延を行つた後、材料を90゜転回して長
手方向の圧延を行い最終11パスで260mm厚とする
例である。第２表の本発明法では、４パスまで幅
出し圧延を行ない、５パスで凸形状断面成形圧延
を行なつて、材料を90゜転回し、６パスで長手方
向に中央凸部に40mmの強圧下を加えると同時に、
凸部の両側にも５mmの圧下を加える。更に７パス
で幅方向圧延による凸形状断面成形圧延を再度行
ない、８パスで長手方向に強圧下圧延を行つた
後、長手方向圧延を繰返し最終11パスで260mm厚
とする例である。第３表の本発明法では、幅出し
圧延を行わずに、最終８パスで290mm厚とする例
である（第２表、および第３表中の凸形状断面寸
法でh₁，h₂，B₁，B₂は第１０図に示す寸法を表わ
している）。

【表】

【表】第１表および第２表の圧延スケジユールによつ
て製造された鋼板９の超音波探傷検査による未圧
着ザク性欠陥の測定結果を第１２図ａ，ｂに示
す。（図中、×印がザク性欠陥部を示し、Ｔは鋼塊トツ
プ、Ｂは鋼塊ボトム部を示し、当然の事ながら、
超音波測定感度は同一レベルとしている）。第１２図ａは従来法によるものであり、内部欠
陥が多数見られることが明らかである。第１２図
ｂは本発明法によるものである。本発明法の効果
が明瞭である。更に本発明の方法によるときは、第１図に示す
鋼塊の頭部濃厚偏析部１および底部沈澱晶部３な
どの材質的不均質部を、本圧延法により第１３図
の１′および３′のごとく、圧延材の前後端に押し
出す事が可能である。従つて、歩留り良く不均質
部を製品から排除する事が出来る。これに対し第５図に示した従来技術では被圧延
材４から（カリバー）ロール５′によつて中間材
料４′を得る段階で中間材料４′の薄肉部が、厚肉
部に比して長手方向に余計に伸びるため、次いで
フラツトロール５″で圧延し極厚鋼板４″とした段
階でも、板巾中央部が板巾端部よりやゝ短かめの
所謂フイツシユテール状を呈し、本発明の如く鋼
塊頭部，底部の不均質部を押し出して不均質部を
製品から排除することができない。尚第５図に示す従来技術及び第６図に示す本発
明技術においても厚肉部を有する中間素材（４′
又は６″）をフラツトロール５″で圧延し製品とす
ること、及びその圧延の際中央部と両端部の延伸
の差による端部の拘束力によつて中央部の圧延応
力を高くすることは共通である。しかしながら上
記中間素材（４′又は６″）を得る手段が本発明と
従来技術とでは異なり、これにもとづいてザク性
欠陥防止上にも差をもたらすものである。即ち
（カリバー）ロール５′を用いて前記中間素材に圧
延する従来技術においては、厚肉部は左程延伸さ
れないのに対し薄肉部は十分に延伸される結果、
厚肉部には薄肉部からの影響により引張り応力を
生ずる。ザク性欠陥（疵）に対しては圧縮力はこれを圧
着させるに有効に作用するが、引張り応力はこれ
を伸展拡大せしめるのみでむしろ好ましくない。
本発明においては中間素材形状とするための圧延
段階での圧延方向、及び最終製品を得る段階での
圧延方向が異なることも手段つて極厚鋼板の製造
過程においてザク疵に引張り応力が働く工程がな
く、これが本発明の一つの大きな特徴となつてい
る。以上の本発明による極厚鋼板の圧延方法に於け
る特徴（利点）は次のごとくである。 (1) 鍛造プレス等による予加工を行わず、圧延の
みによる方法のため安価な製造が可能である。 (2) 凹または凸形状を有する専用ロールが不要で
ある。 (3) 従つてロール組替不要であり、圧延機も１基
で可能である。 (4) １回の加熱で良く、エネルギ消費が少ない。 (5) 被圧延材の任意の厚みに対して適用可能であ
り、しかも、繰返し実施できる。 (6) 凸部の寸法を自由に付加する事ができ、更に
凸部の数を増やす事も可能である。 (7) 中央凸部に対しては、張力の附加される段階
がない。 (8) 鋼塊頭、底部の不均質部を押し出し、製品か
ら排除することが出来る。 (9) 特に専用装置がなくても可能であり、分塊圧
延機，厚板圧延機、および２重式圧延機、４重
式圧延機等広範囲に適用できる。 (10) 高速で大ストロークの圧下装置を有する圧延
機に於ては、より能率的な圧延が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは、鋼塊の内部欠陥の分布を示す
図で第１図ａは短片側、第１図ｂは長片側を示す
ものであり、第２図は、通常の圧延状態を示す
図、第３図は、圧延中の応力状態を示す図、第４
図は、材料中心部の主応力方向を示す図、第５図
ａ〜ｅは、従来技術の一例を示す図で、第５図
ａ，ｃ，ｅは被圧延材料を、第５図ｂ，ｄは圧延
ロールを示すものであり、第６図ａ〜ｈは、本発
明による圧延方法の例を示す図で、第６図ａ，
ｅ，ｆ，ｈは被圧延材料を、第６図ｂ，ｇは圧延
ロールを、第６図ｃ，ｄは凸形状断面材の造形方
法をを示すものであり、第７図は、凸形状断面材
を連続的に造形する方法を示す図、第８図ａ，
ｂ，ｃは、材料の圧延部分を示す図で、第８図ａ
は矩形断面材料を、第８図ｂ，ｃは凸形状断面材
料を示すものであり、第９図は、凸形状断面材
料、圧延の応力状態を示す図、第１０図は凸形状
断面材料の寸法を示す図、第１１図は、凸形状断
面材料圧延における凸部寸法比と、中心部圧縮応
力比を示す図、第１２図ａ，ｂは、圧延鋼板の超
音波探傷結果を示す図で、第１２図ａは従来法に
よるもの、第１２図ｂは本発明法によるものを示
すものであり、第１３図は、圧延材前後端の形状
を示す図である。１……頭部濃厚偏析部、２……ザク性欠陥部、
３……底部沈澱晶部、４，６′，６″……被圧延
材、４′……材料、５，５′……ロール、５″……
フラツトロール、６……素材、６……製品、７
……矩形断面材料、８……凸形状断面材料、９…
…鋼板。

Claims

【特許請求の範囲】１極厚鋼板圧延工程の任意の段階で、圧延中のロール間隔を変更するか、または噛戻
しすることによつて、被圧延材を、その幅方向の
中央部に１ケ所または２ケ所以上の凸部を有する
断面形状とする幅方向圧延をし、ついで前記被圧
延材を90゜水平方向に回転させてその断面を平滑
とする長手方向圧延をすることを特徴とする、極
厚鋼板の圧延方法。