JP2000288607A - 丸棒鋼のサイジング圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】偏径差が小さく、サイズフリー圧延の可能領域
が広い丸棒鋼のサイジング圧延方法を提供する。 【解決手段】少なくとも２パス目の３ロール圧延機の各
ロールのカリバを、素材の直径よりも１〜２１％小さい
直径の円弧と適当な逃がし部を配した形状にして、異な
った製品径の丸棒鋼に圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上流側の粗圧延機
群とその圧延機群の下流側に設置された仕上げ圧延機群
により断面形状が円形の鋼材を製造する方法に関する。
より詳しくは、同一の孔型ロール（以下、単にロールと
いう）を用いるとともに、ロールの圧下位置を無段階に
変更して仕上げ圧延後の製品径を無段階に変更できるよ
うにした無段階連続圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、線材や棒材などの断面形状が円
形の金属材は、圧延などの「１次加工」によって所望の
寸法（直径）に仕上げられた後、さらに、所謂「２、３
次加工」が施されて所望の形状を有する最終的な産業用
製品に仕上げられる。

【０００３】このため、「１次加工」における仕上げ圧
延ままの製品には、「２、３次加工」での歩留まりと作
業能率の向上を図るために、細かい寸法（直径）ピッチ
で、しかも高い寸法精度を有するものが要求される。

【０００４】したがって、断面形状が円形の金属材を圧
延する場合、一般に圧延製品の寸法（直径）毎にロール
を準備し、仕上げ直径（以下、単に仕上げ径という）の
わずかな変更に応じてロール替えを実施することが行わ
れてきた。しかし、この一般的な圧延方法の場合、ロー
ル替えのために生産能率が低下する他、数多くのロール
を保有する必要がある。

【０００５】こうした問題を解決するために、同一のロ
ールを用いてロールの圧下位置を無段階に調整し、これ
によって仕上げ径を無段階で変更できる所謂「サイズフ
リー圧延」に関する種々の方法が提案されている。

【０００６】例えば、特開昭６２−１９９２０６号公報
には、仕上げ圧延に２台の４ロール圧延機を用い、１パ
ス目と２パス目のカリバを素材の直径の１００〜１２０
％にする方法が提案されている。また、特開平３−５０
６０１号公報や同４−３２２８０１号公報には、仕上げ
圧延に２台の３ロール圧延機を用い、１パス目と２パス
目のカリバを素材の直径の１００〜１１０％にする方法
が提案されている。

【０００７】上記の方法によれば、２ロールスタンドが
９０゜位相で連続配置された通常の２ロール圧延機を用
いる圧延法（以下、この圧延法を２ロール圧延法とい
う）に比べた場合、製品の偏径差（同一断面における最
大直径と最小直径の差）が減少し、そのサイジング可能
範囲は確かに拡大する。例えば、許容偏径差を２．０％
とした場合、そのサイジング可能範囲は、前者の方法で
は素材の直径の１００〜８３％、後者の方法では素材の
直径の１００〜９０％の範囲に拡大する。

【０００８】しかし、上記従来の３ロール圧延機を用い
る方法のサイジング可能範囲は、４ロール圧延機を用い
る方法に比べて狭く、不十分である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、３ロ
ール圧延機を用いる方法において、そのサイジング可能
範囲を従来以上に広くすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の丸棒鋼の
サイジング圧延方法にある。

【００１１】断面がほぼ円形に圧延された素材に対し
て、圧下方向を相互に６０度ずらした２台の３ロール圧
延機によって圧延する丸棒鋼のサイジング圧延方法にお
いて、少なくとも２パス目の３ロール圧延機の各ロール
のカリバを、素材の直径よりも１〜２１％小さい直径の
円弧と適当な逃がし部を配した形状にして、異なった製
品径の丸棒鋼に圧延する丸棒鋼のサイジング圧延方法。

【００１２】一般に、２ロール圧延機は減面率の増加に
伴って幅広がりが増加する傾向にあり、４ロール圧延機
は幅広がりが減少する傾向にある。これに対して、３ロ
ール圧延機は減面率を増加させても幅広がりは変化せ
ず、ほぼ一定になる傾向があるので、寸法の制御が容易
である。また、３ロール圧延機は、４ロール圧延機に比
べてロール数が少ないために、メンテナンスが容易であ
る。

【００１３】本発明者らは、減面率変化に対して幅広が
りがほとんどなくほぼ一定であり、しかも４ロール圧延
機に比べてメンテナンスが比較的容易であるという特徴
を持つ３ロール圧延機に注目し、そのサイジング可能範
囲を従来以上に広くする方法について鋭意研究を行った
結果次のことを知見し、本発明を完成させた。

【００１４】すなわち、少なくとも２パス目の３ロール
圧延機の各ロールのカリバを、素材の直径よりも１％以
上小さい直径の円弧と適当な逃がし部を配した形状にす
れば、サイジング可能な範囲が前述した従来方法の約２
倍になる。ただし、前記円弧の直径を素材の直径の２１
％を超えて小さくすると、材料噛み出しが発生しやすく
なる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の方法について、添
付図面を参照して詳しく説明する。

【００１６】図１は、本発明の方法に用いる３ロール圧
延機の基本的な構成を示す図で、同図（ａ）は１パス
目、同図（ｂ）は２パス目の３ロール圧延機を示し、１
パス目の３ロール圧延機の圧下方向と２パス目の３ロー
ル圧延機の圧下方向とは位相が６０゜ずれている。

【００１７】上記のように構成された２台の３ロール圧
延機によってサイジング圧延する場合の製品形状は、１
パス目のカリバ形状と２パス目のカリバ形状とを幾何学
的に重ね合わせた形状に近い形に整形され、結果として
６角形に近い円になる。この時、２台の３ロール圧延機
のロール間隙を調整することにより製品径が変更され
る。

【００１８】図２は、前述した従来の方法を説明する模
式図であり、図に示すように、２パス目（同図の
（ｂ））のカリバの溝底部の円弧１−２の直径ｄ_C が同
図の（ａ）に示す素材２の直径ｄ₀ の１００〜１１０％
と大きい場合、同図の（ｃ）に斜線を付して示す形状
で、ロール溝底に接する円の直径ｈが肩寸法ｓと同じ
か、または小さな製品が得られる。

【００１９】しかし、この従来方法の場合には、製品径
を小さくすればするほど、直径ｈが肩寸法ｓに比べてよ
り小さくなり、偏径差が大きくなる。したがって、許容
偏径差を２．０％とした場合のサイジング可能な範囲が
素材の直径の１００〜９０％にしかならないのである。
なお、図中の符号３−１および３−２は、ロール溝底に
接する円の直径ｈよりも大きな曲率半径の接線円弧など
の適当な形状に形成された逃がし部（自由表面、所謂幅
部）である。

【００２０】図３は、本発明の方法を説明する模式図で
あり、図に示すように、２パス目（同図の（ｂ））のカ
リバの溝底部の円弧１−２の直径ｄ_C を同図の（ａ）に
示す素材２の直径ｄ₀ よりも１％以上小さく設定する場
合には、同図の（ｃ）に斜線を付して示す形状の製品が
得られ、下記の３つのサイズフリー領域が存在するよう
になる。なお、図３は、本発明の特徴をわかりやすく示
すために、その形状が誇張されて示されている。

【００２１】ケース１：ロール溝底に接する円の直径ｈ
がカリバ円弧１−２の直径ｄ_C より小さい時には、ロー
ル溝底に接する円の直径ｈが肩寸法ｓよりも小さくなる
（「ｄ_C ＞ｈの時、ｈ＜ｓ」）。

【００２２】ケース２：ロール溝底に接する円の直径ｈ
がカリバ円弧１−２の直径ｄ_C と等しい時には、ロール
溝底に接する円の直径ｈが肩寸法ｓと等しくなる（「ｈ
＝ｄ_C の時、ｈ＝ｓ」）。

【００２３】ケース３：ロール溝底に接する円の直径ｈ
がカリバ円弧１−２の直径ｄ_C より大きい時には、ロー
ル溝底に接する円の直径ｈが肩寸法ｓよりも大きくなる
（「ｈ＞ｄ_C の時、ｈ＞ｓ」）。

【００２４】そして、得られた製品の偏径差は、ケース
２の時、すなわち、ロール溝底に接する円の直径ｈが肩
寸法ｓと等しい時に最も小さくなる。

【００２５】ところが、前述した図２に示す従来の方法
では、２パス目のカリバの溝底部の円弧１−２の直径ｄ
_C が素材２の直径ｄ₀ と同じか、または大きい（ｄ_C≧
ｄ₀）ために、ケース３の設定ができない。

【００２６】これに対し、本発明では、上記したよう
に、ケース１〜３の全ての設定が可能であるので、サイ
ズフリー圧延が可能な範囲が従来方法の約２倍以上に拡
大するのである。

【００２７】なお、得られた製品の偏径差は、前述した
ように、ケース１の場合に最も小さく、製品径が太径側
（ケース３）または細径側（ケース１）になるのに従っ
て大きくなることはいうまでもない。

【００２８】１パス目のカリバ円弧１−１の直径と２パ
ス目のカリバ円弧１−２の直径ｄ_Cの大きさは、材料噛
み出しが発生しない範囲で決定する必要がある。その理
由は次のとおりである。すなわち、３ロール圧延機にお
いては、１パス目のカリバ円弧１−１の直径と２パス目
のカリバ円弧１−２の直径ｄ_C を素材２の直径ｄ₀ より
も小さくすればするほど材料噛み出しが発生しやすくな
って表面疵の原因になるからである。

【００２９】そこで、本発明者らは、３ロール圧延機の
１パス目のカリバ円弧１−１の直径と２パス目のカリバ
円弧１−２の直径ｄ_C を種々変化させて実験を行った。
その結果、本発明の方法による場合には、１パス目のカ
リバ円弧１−１の直径と２パス目のカリバ円弧１−２の
直径ｄ_C 、なかでも２パス目のカリバ円弧１−２の直径
ｄ_C を、素材２の直径ｄ₀ よりも素材２の直径ｄ₀ の２
１％を超えて小さくすると材料噛み出しが発生するが、
素材２の直径ｄ₀ の２１％以下の範囲内の値だけ素材２
の直径ｄ₀ よりも小さい値に設定すれば、材料噛み出し
が発生しなくなることを確認した。このため、本発明で
は、少なくとも２パス目のカリバ円弧１−２の直径ｄ_C
を、素材の直径よりも１〜２１％小さい直径にすること
とした。

【００３０】ここで、２パス目のカリバ円弧１−２の直
径ｄ_C を上記のように定めた場合、１パス目のカリバ円
弧１−１の直径には適正値が存在する。そして、その適
正値は、２パス目の３ロール圧延機を構成するロールの
カリバ溝底部でのロール直径をＤ₂ （前述の図１参照）
とした時、（Ｄ₂／ｄ₀）で求められるロール径比によっ
て異なる。

【００３１】これは、２パス目の３ロール圧延機を構成
するロールのロール径比（Ｄ₂／ｄ_０）が異なると、２
パス目の圧延における材料の幅広がり量が変動し、そこ
に供給される材料の断面寸法、換言すれば１パス目のカ
リバ円弧１−１の直径が適切でないと、目標とする偏径
差が確保できなくなるだけでなく、加工不足に起因する
筋疵が発生するようになるからである。

【００３２】すなわち、２パス目の圧延における材料の
幅広がり量は、２パス目の３ロール圧延機を構成するロ
ールのロール径比（Ｄ_２／ｄ₀）が小さい場合には少な
く、大きい場合には多い。このため、そこに供給される
材料４の断面寸法が適切でないと、前者の場合には、図
４（ａ）に示すように、逃がし部３−２部分での材料４
の変形が少なすぎて該部の曲率半径ρが大きくなり、目
標とする偏径差が確保できなくなるだけでなく、Ａ部に
加工不足起因の筋疵が発生する。また、後者の場合に
は、図４（ｂ）に示すように、逃がし部３−２部分での
材料４の変形が多すぎて該部の曲率半径ρが極端に小さ
くなり、目標とする偏径差が確保できなくなる。

【００３３】したがって、１パス目のカリバ円弧１−１
の直径は、２パス目の３ロール圧延機を構成するロール
のロール径比（Ｄ₂／ｄ₀）と目標とする偏径差に応じて
定めることが肝要である。

【００３４】ちなみに、上記のロール径比（Ｄ₂／ｄ₀）
と目標とする偏径差に応じた１パス目のカリバ円弧１−
１の直径の適正範囲の一例を示せば、表１に示すとおり
である。

【００３５】

【表１】

【００３６】以下、実施例により本発明をさらに詳しく
説明する。

【００３７】

【実施例】《実施例１》素材直径２５ｍｍに対して、１
パス目と２パス目のカリバの円弧の曲率半径が１２．５
ｍｍのラウンド孔型である３ロール圧延機を用いる従来
の方法で圧延する場合の偏径差と、１パス目と２パス目
のカリバの円弧の曲率半径が１１．３ｍｍ（素材直径よ
りも９．６％小さい）のラウンド孔型である３ロール圧
延機を用いる本発明の方法で圧延する場合の偏径差とを
幾何学的に求めた。なお、ロール溝底に接する円の直径
ｈと肩寸法ｓとの差の絶対値が偏径差になると仮定し
た。以下、このようにして求めた偏径差を幾何学的偏径
差という。

【００３８】図５に求めた幾何学的偏径差を示した。な
お、図中、Ｌ２は従来の方法によった場合、ＰＴは本発
明の方法によった場合である。

【００３９】図５からわかるように、従来の方法では、
仕上げ径、つまり製品径の変化に応じて幾何学的偏径差
は破線Ｌ２で示すように変化する。このため、例えば幾
何学的偏径差を０．２ｍｍ以下に抑え得るサイズフリー
な圧延可能領域は２５〜２３ｍｍの間の２ｍｍの範囲に
なることがわかる。

【００４０】これに対し、本発明の方法による場合に
は、仕上げ径、つまり製品径の変化に応じて幾何学的偏
径差は実線ＰＴで示すように変化する。このため、例え
ば幾何学的偏径差を０．２ｍｍ以下に抑え得るサイズフ
リーな圧延可能領域は２５〜２１の間の４ｍｍの範囲に
なり、従来方法の２倍に拡大することがわかる。

【００４１】《実施例２》通常の方法で溶製、分塊圧延
して作製したＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定されるＳ４５
Ｃのビレットを、通常の方法によって２ロール圧延機群
で圧延した外径２５ｍｍの素材を準備した。

【００４２】そして、表２に示す寸法仕様のラウンド孔
型を有する２台の３ロール圧延機を用いる従来の方法
と、本発明の圧延方法とによって仕上げ径（製品径）２
２〜２４．９ｍｍに仕上げ圧延し、得られた製品の偏径
差を調べ、その結果を図６〜８に示した。なお、表２中
のロール径とは、カリバ溝底部での直径であり、Ｄ₁ お
よびＤ₂ （前述の図１参照）を意味する。

【００４３】

【表２】

【００４４】図６は従来の方法によった場合、図７と図
８は本発明の方法によった場合の結果を示すが、これら
の図からわかるように、実機で圧延した場合の偏径差
は、幾何学的偏径差よりも少し大きいことがわかる。

【００４５】そして、従来の方法では、偏径差０．２ｍ
ｍの製品が得られるサイズフリーな圧延可能領域はわず
か０．８ｍｍにしかすぎなかった。

【００４６】これに対し、本発明の方法によった場合の
偏径差０．２ｍｍの製品が得られるサイズフリーな圧延
可能領域は、ロール径が１００ｍｍの場合では２．４ｍ
ｍ、ロール径が５００ｍｍの場合では２．０ｍｍであ
り、従来の方法に比べて２．５倍以上と極めて広かっ
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、最終の仕上げ圧
延機である３ロール圧延機によって偏径差が小さく、し
かも広いサイズフリー領域を有する実用的なサイズフリ
ー圧延を行うことができる。このためロール保有数を削
減できる他、ロール替えの省略が可能なため圧延作業能
率を大幅に高めることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧延方法を説明するための図で、
同図（ａ）は１パス目の３ロール圧延機、同図（ｂ）は
２パス目の３ロール圧延機を示す図である。

【図２】２台の３ロール圧延機を用いた従来の圧延方法
を説明するための模式図で、同図（ａ）は１パス目の３
ロール圧延機のロール孔型、同図（ｂ）は２パス目の３
ロール圧延機のロール孔型、同図（ｃ）は１パス目と２
パス目の圧延によって得られる製品形状を示し、製品の
ロール溝底に接する円の直径ｈがカリバ円弧の直径ｄ_C
よりも小さい場合の図である。

【図３】２台の３ロール圧延機を用いた本発明の圧延方
法を説明するための模式図で、同図（ａ）は１パス目の
３ロール圧延機のロール孔型、同図（ｂ）は２パス目の
３ロール圧延機のロール孔型、同図（ｃ）は１パス目と
２パス目の圧延によって得られる製品形状を示し、製品
のロール溝底に接する円の直径ｈがカリバ円弧の直径ｄ
_C よりも大きい場合の図である。

【図４】２パス目の圧延での幅広がりと自由表面（幅
部）の変形態様を説明するための図である。

【図５】２台の３ロール圧延機を用いた従来の圧延方法
と本発明の圧延方法とで圧延した場合に得られる製品径
（仕上げ径）と幾何学的に求めた偏径差との関係を示す
図である。

【図６】実施例の結果を示す図で、２台の３ロール圧延
機を用いた従来の圧延方法によった場合の製品径（仕上
げ径）と偏径差との関係を示す図である。

【図７】実施例の結果を示す図で、ロール径がいずれも
１００ｍｍの２台の３ロール圧延機を用いた本発明の圧
延方法によった場合の製品径（仕上げ径）と偏径差との
関係を示す図である。

【図８】実施例の結果を示す図で、ロール径がいずれも
５００ｍｍの２台の３ロール圧延機を用いた本発明の圧
延方法によった場合の製品径（仕上げ径）と偏径差との
関係を示す図である。

【符号の簡単な説明】

１−１：１パス目のカリバ円弧、 １−２：２パス目のカリバ円弧、 ２：素材、 ３−１：１パス目の逃がし部、 ３−２：２パス目の逃がし部、 ４：１パス目の圧延後の材料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 浩一郎 福岡県北九州市小倉北区許斐町１番地住友 金属工業株式会社小倉製鉄所内 Ｆターム(参考） 4E002 AC12 BB06 CA19 CB09 4E016 AA04 BA10 DA06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面がほぼ円形に圧延された素材を、圧下
   方向を相互に６０度ずらした２台の３ロール圧延機によ
   って異なった製品径の丸棒鋼に圧延する丸棒鋼のサイジ
   ング圧延方法において、少なくとも２パス目の３ロール
   圧延機の各ロールのカリバを、素材の直径よりも１〜２
   １％小さい直径の円弧と逃がし部を配した形状とするこ
   とを特徴とする丸棒鋼のサイジング圧延方法。