JP2004195515A

JP2004195515A - ステンレス鋼の熱間圧延方法

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Publication number: JP2004195515A
Application number: JP2002367709A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sakurai; 康広桜井; Toshiki Hiruta; 敏樹蛭田; Hideo Kijima; 秀夫木島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】ロール表面の肌荒れを防止し、製品の表面品質向上を図ることができるステンレス鋼の熱間圧延方法を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼種に応じ、ワークロールに肌荒れの生じるロール投入箇所に、少なくとも表層が超硬合金からなるロールを用いる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼の熱間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼の熱間圧延では、鋼スラブを加熱炉で1000〜1200℃程度まで加熱し、1 〜3 基程度のリバース式粗圧延機で複数パス圧延し、続いて７スタンド程度のタンデム式仕上圧延機で仕上圧延して鋼帯を製造する。
しかし、粗圧延、仕上圧延双方において言えることであるが、ロール表面が肌荒れする場合があり、そのまま圧延を続けるとロール表面の肌荒れが被圧延材表面に転写して被圧延材表面が凹凸の大きいものとなり、同時に被圧延材の酸化膜の一部が表面に押し込まれ、次工程での酸洗除去が困難となって別途グラインダ研磨手入れを要する「肌荒れ」と呼ばれる表面欠陥が生じる場合がある、という問題があった。
【０００３】
ちなみに、ロールには、化学組成がmass％でＣ：１．０〜２．０％，Ｓｉ：０．２〜１．５％，Ｍｎ：０．３〜１．５％，Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．３〜２．０％，Ｃｒ：５〜２０％，Ｍｏ：０．５〜５．０％，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉの１種若しくは２種以上が１．０〜３．０％、残部実質的にＦｅからなる高速度鋼とも呼ばれる材質のいわゆるハイスロール等が通常使用されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
低炭素鋼、極低炭素鋼、高炭素鋼をはじめとする炭素鋼を対象に、１サイクル６０〜１００本程度の一群の被圧延材を圧延した後のロール表面の肌荒れを観察すると、図３に示すように、いわば亀の甲羅状ともいうべき約１ｍｍ四方の微小な表面割れが生じている場合が多い。これは、ロール表面が高温の被圧延材と接触し、冷却水により冷却される、という加熱と冷却の繰り返しを受ける結果、熱疲労により、ひび割れたものであり、熱亀裂（ヒートクラック）と呼ばれている。
【０００５】
ところが、対象がステンレス鋼になると、ロール表面の肌荒れは、その態様が異なり、発生のメカニズムも異なるらしいことが知られている。以下にそれについて述べる。
炭素鋼に比べ、ステンレス鋼を対象に熱間圧延した場合の方が、ロール表面の肌荒れが生じやすい。ロール表面の肌荒れは、被圧延材であるステンレス鋼がロール表面側に焼き付くのが原因で発生し、焼き付きはミクロ的に金属同志がある面積で直接接触して凝着を起こし、軟らかい方の金属の一部が破断して硬い方の金属面上に移着することのくり返しにより肉眼で見えるほどまで成長する現象である、と特許文献２では、分析している（特許文献２参照）。また、この凝着性は、金属の種類の組合せにより異なり、一般には、固溶し易い金属同志、結晶構造の類似の金属同志が凝着し易いといわれ、事実、同じ金属同志が最も凝着力が大きい、とも特許文献２は述べている。
【０００６】
また、ステンレス鋼は、熱間圧延中、Ｃｒ₂Ｏ₃のごく薄い酸化物の膜ができて表面を覆うため、炭素鋼に比べ、Ｃｒ₂Ｏ₃が大気中の酸素の鋼中への拡散を抑制し、ＦｅＯの酸化膜の厚さが薄くなることから、圧延されたときに変形によりひび割れるＣｒ₂Ｏ₃膜下の鋼とロールとはじかに接触することになり、凝着が起こり易く、ロール表面の肌荒れが促進するという特徴もある。
【０００７】
このように、ロール表面の肌荒れが生じ易いステンレス鋼の熱間圧延においては、被圧延材表面に肌荒れしたロールの凹凸が転写して製品の表面品質を損なう場合があるほか、ロール替え無しに圧延可能な被圧延材本数が制限されるため、その都度ロールの研磨が必要となり、ロール原単位の面からも不利となる。
また、ステンレス鋼の熱間圧延においては、ロールと被圧延材の間に硫化エステルやポリサルファイドを含有する圧延油を供給することが提案されており、ロール表面の肌荒れの抑制に効果をあげているが、その解消には至っていない（特許文献３、４）。
【０００８】
しかも、これらの圧延油を使用すれば、そのコストは当然かかってくるから、経済上不利になることは免れない。
一方、熱間圧延においては、仕上圧延機の少なくとも１スタンドのワークロールに圧延部表層が超硬合金からなるロールを用いることにより、仕上圧延機での焼き付きやロール摩耗を抑制し、例えば、ＳＵＳ４３０ステンレス鋼の熱間圧延で、肌荒れのない表面品質の良好な鋼板にできることが開示されている（特許文献５）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−２７１８５５号公報
【特許文献２】
特開昭６１−４１７４７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３０１８７号公報
【特許文献４】
特開２０００−１７８５７５号公報
【特許文献５】
特開２００１−３２１８０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ロール表面の肌荒れを防止することができる有効なステンレス鋼の熱間圧延方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、鋼の熱間圧延に際し、少なくとも１スタンドのワークロールに圧延部表層が超硬合金からなるロールを用いる（特許文献５参照）ことからさらに発展し、本発明に想到したものである。
本発明の要旨は以下のとおりである。
１．ステンレス鋼種に応じ、ワークロールに肌荒れの生じるロール投入箇所に、少なくとも表層が超硬合金からなるロールを用いることを特徴とするステンレス鋼の熱間圧延方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
一口にステンレス鋼といっても色々な鋼種がある。発明者らはステンレス鋼種別にワークロールに肌荒れの生じるロール投入箇所がどこかを詳しく調べた。
ＳＵＳ４３０をはじめとするフェライト系ステンレス鋼は、変形抵抗が低炭素鋼と同等であるにもかかわらず、低炭素鋼に比べてロール表面が肌荒れしやすく、その態様は、多くの場合、図３に示すごとく、ロール全面において亀の甲羅状のヒートクラックとその欠け落ちが存在している上に、さらに被圧延材の幅エッジを圧延したロール部位において局部的に激しく、凹凸の程度の甚だしい箇所ができたようになる。
【００１３】
図４は、フェライト系ステンレス鋼の１種であるＳＵＳ４４４（代表成分：１９Ｃｒ−２Ｍｏ−極低Ｃ）を２０本圧延後のＦ２（仕上圧延機において被圧延材搬送方向第２番目の圧延機）の下ロールの例であるが、発明者らの詳しい調査によると、Ｍｏを含有するフェライト系ステンレス鋼を圧延すると、ロール表面に生じる肌荒れの程度がひどくなることがわかったほか、７基程度の圧延機からなる仕上圧延機の中でも、Ｆ２の下が最もロール表面に生じる肌荒れの程度がひどく、次がＦ２の上、その次はＦ３の上と下、Ｆ１の上と下、Ｆ４の上と下、が同程度で並び、稀にＦ５あたりでもロール表面の肌荒れが生じる場合がある、というように仕上圧延機のスタンドにより、また、ロールの上下により、ロール表面に生じる肌荒れの程度に違いがあることもわかった。
【００１４】
また、仕上圧延機だけでなく、粗圧延機のワークロールでも、ロール表面の肌荒れが発生することがわかったほか、圧下率を大きくすると、ロール表面に生じる肌荒れの程度がひどくなることもわかった。このような現象はＳＵＳ４４４だけでなく、Moを含有するフェライト系ステンレス鋼全般について見られることが最終的には発明者らの調査によって明らかになった、その具体的なステンレス鋼としては、成分範囲でＣ：0.08mass％以下、Si：1.00mass％以下、Mn：1.00mass％以下、Cr：11.00 〜32.00 mass％、Mo：0.40〜2.50mass％を含有し、あるいはさらにTi、Nb、Zrを合計で1.00mass％以下含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼全般がこれに該当する。
【００１５】
このほか、対象がＣｒに加えＮｉを８mass％内外含有するＳＵＳ３０４をはじめとするオーステナイト系ステンレス鋼になると、フェライト系ステンレス鋼に比べて変形抵抗が大きい割には、却ってロール表面に生じる肌荒れの程度は軽微になることが分かった。
しかし、熱間圧延ライン上でのオシレーション待機などにより被圧延材温度が通常よりも例えば５０℃低下した、というような場合、ロールにかかる圧延反力（圧延荷重）が大きくなり、その程度が一定以上（例えば、単位幅あたりの圧延荷重が２００００ｋＮ／ｍ以上）になると、かなりの確率でロール表面に局部的に肌荒れが生じてしまうこともまたわかった。肌荒れが生じるロール部位は、被圧延材の幅エッジを圧延したロール部位であり、これは、被圧延材の幅エッジ部の温度低下の程度が局部的に大きいため、同部を圧延したロール部位においては圧延反力が局部的に強く、それによりロールの被圧延材との焼き付きの程度が大きくなるため、と考えられる。このような現象はＳＵＳ３０４だけでなくオーステナイト系ステンレス鋼全般について見られることが最終的に発明者らの調査によって明らかになった。その具体的なステンレス鋼としては、成分範囲で、Ｃ：0.15mass％以下、Si：1.00mass％以下、Mn：3.00mass％以下、Cr：15.00 〜26.00 mass％、Ni：3.50〜28.00 mass％を含有し、あるいはさらにMo：1.20〜6.00mass％やTi、Nbを合計で1.0 mass％以下含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼全般がこれに該当する。
【００１６】
本発明に係るステンレス鋼の熱間圧延方法では、ステンレス鋼種に応じワークロールに肌荒れの生じるロール投入箇所に、少なくとも表層が超硬合金からなるロールを用いる。
これにより、ロール表面の肌荒れは解消し、熱間圧延後のステンレス鋼表面に焼き付きによる肌荒れが生じなくなる。また、圧延油の供給なしでもロールの肌荒れは解消する。そのため、ロール替え無しに圧延可能となる被圧延材の本数を増やすことができるようになるため、ロール原単位の面からも有利となる。
【００１７】
本発明にいうロール投入箇所とは、どの圧延機のどこすなわちどの圧延機の上ワークロールとか下ワークロールとかいうことをさす。また、超硬合金とは、WC、TaC 、TiC 等の超硬材料粉末にCo、Ni、Cr、Ti等の金属粉末のうちから選ばれる１種または２種以上を５〜５０mass％添加した超硬材料混合粉末を焼結したものであり、超硬材料混合粉末としては、中でも、WCと、混合粉末全体に対し５〜５０mass％のＣｏを添加した、超硬合金混合粉末を焼結したものとするのが、耐摩耗性、耐肌荒れ性などに優れかつ靭性も良好であるので望ましい。
【００１８】
超硬合金の硬度は、HV８００以上が好ましい。ヤング率は３４００００ＭＰａ以上が好ましい。上限は特に規定するものではないが、現代の技術で製造可能な超硬合金の硬度とヤング率を勘案し、それぞれ最大でHV１２００、５７００００ＭＰａとするのが妥当である。
先の従来技術の項でも述べた通り、同じ金属同志が最も凝着力が大きいものであるところ、特許文献１のようにＣｒ含有率がmass％で５〜２０％のロールを用い、Ｃｒ含有率が１８％内外と化学成分的に近いフェライト系ステンレス鋼を圧延するから、ロール表面の肌荒れが生ずるのであり、ロールの側の化学成分を著しく異なるものに変更し、少なくとも表層が超硬合金のワークロールを用いて圧延をすれば、圧延油の供給の有無にかかわらず、ロール表面の肌荒れは解消するのである。
【００１９】
本発明に使用する超硬合金ロールは、図１（ａ）に示すように、ロール全体が上記に列挙した成分組成の超硬合金２から成るのが最も好ましい。一方、上記に列挙した成分組成の超硬合金、中でも、WCは非常に高価であるため、図１（ｂ）に示すように、少なくとも表層を超硬合金２としてもよい。それには超硬合金の表層部材は円筒形状とし、それを５mass％Cr鍛鋼等の、比較的安価な、円柱形状の軸部材１に嵌め込むようにしてロールを製造するようにするのが好ましい。
【００２０】
以降、円筒形状の表層部材のことをスリーブ部材と称することにする。
スリーブ部材すなわち表層の超硬合金２の部分の厚さがあまりに薄くなると、被圧延材との接触による入熱が、鋼でできた軸部材１の内部まで浸透し、大きく熱膨張してしまう結果、表層の超硬合金２の部分も大きく出っ張ってサーマルクラウンが大きくなってしまうため、表層の超硬合金２の部分の厚さは、２５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２１】
ところで、スリーブ部材は図１（ｃ）に示すように、複数個の超硬合金２の成形体部材をロール軸方向に接合・一体化して形成したものとし、これを軸部材１に嵌め込むようにして製造するのが好ましい。このようにすることにより、後述のとおり、スリーブ部材は材質均一で短時間に低労力かつ低コストで製造することができるからである。
【００２２】
さらに、図１（ｄ）に示すように、軸部材１と、複数個の超硬合金２の成形体部材をロール軸方向に接合・一体化して形成したスリーブ部材の間に例えば鋼製の緩衝材を間挿材４として間挿してもよい。この理由は、最外層、緩衝材、軸部材の順に、ヤング率が小さくなるように緩衝材を選択すると、スリーブを軸部材に焼きばめ、冷やしばめなどの方法によって嵌め込んでロールを製造後に内部応力が発生したり、製造後のロールを圧延に供し、圧延荷重が加わった場合でも、ロールが割損しにくくなり好ましいからである。
【００２３】
なお、図１（ｃ）（ｄ）で符号３は、鋼製の側端リングであり、軸部材１と、超硬合金２の成形体部材をロール軸方向に接合・一体化して形成したスリーブ、あるいはさらに、間挿材４を固定するための部材である。
上記超硬合金のスリーブ部材の製造方法について、以下に述べる。
ロールの中心軸と交わる面で仮想的に分割される複数個の円筒状のスリーブ部材は、各１個１個を、超硬合金混合粉末をラバー成形してＣＩＰ（冷間等方加圧）により成形し、仮焼結後、各１個１個のスリーブ部材をロール軸方向に複数連ねて接触一体化した状態、あるいはさらに超硬合金粉末を接触部に間挿した状態で、ＨＩＰ（熱間等方加圧）にて一体化するという方法で製造するようにするのが好ましい。
【００２４】
この方法によれば、仮焼結工程における各１個１個のスリーブ部材が小型な分、仮焼結中の熱歪の発生が抑制され、均一な材質のスリーブ部材が製造できて、製造後ロールの内部応力や、圧延供用中の荷重に起因して割損しにくくなるとともに、小型な分、仮焼結後の冷却による熱収縮も小さくなって、ＨＩＰに向けて正確な寸法に機械加工する時間と労力とコストも小さくて済む。
【００２５】
軸部材は、よく用いられる鋳鋼、鍛鋼、鋳鉄等の金属製とするのがよい。５mass％Ｃｒ鍛鋼等の材料が例である。軸部材と超硬合金のスリーブ部材を嵌め合わせてロールとするには、超硬合金のスリーブ部材を必要に応じて機械加工により研削、研磨等し、その空洞部に軸部材を冷し嵌め、あるいはスリーブ部材を軸部材に焼嵌め、などの方法で挿入・嵌合し、これらを固定すればよい。
【００２６】
緩衝材を間挿材として間挿する場合、その材質は、最外層の超硬合金よりもＣｏの比率を増やしたものとするのが、ヤング率を最外層と軸部材の中間の値に調整容易なため好ましい。例えば、最外層の超硬合金がWC−２０mass％Ｃｏ合金の場合、間挿材はWC−５０mass％Ｃｏ合金等とすればよい。
このようにして製造した、少なくとも表層が超硬合金からなるロールを、以降、超硬合金ロールと呼ぶことにする。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
図２に示すような熱間圧延ライン１００にて、粗圧延機（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）、仕上圧延機（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７）のワークロールを表３に示すように変更し、フェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４４（Ｆ７圧延後の製品板厚３ｍｍ、同幅１０４５ｍｍ）を、Ｆ７出側被圧延材速度６３０ｍｐｍ（トップ速度）で２０本ずつ圧延し、圧延後の製品の表面性状を観察した。
【００２８】
なお、粗圧延の板厚と圧延速度のスケジュールを表１に、仕上圧延の板厚と圧延速度のスケジュールを表２に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
表３中で「鋼」とあるのは、ハイスロール（特許文献１参照）、「超硬」とあるのは少なくとも表層が超硬合金からなるロールを用いたことを示す。超硬合金ロールは図１（ｄ）に示すタイプのものを用いた。超硬合金ロール使用スタンドではワークロールに冷却水のみ供給し、鋼ロール使用スタンドではワークロールに冷却水および圧延油を供給しつつ圧延した。
【００３３】
発明例１では、被圧延材であるステンレス鋼とワークロールとの焼付きが超硬合金ロール使用スタンドにおいて発生しなかったことにより、表３に示したように製品表面は肌荒れがなく良好であった。
また、発明例１に用いた超硬合金ロールはほとんど摩耗していなかった。なお、圧延後の超硬合金ロール表面には肌荒れ、ヒートクラックとも発生していなかった。
【００３４】
これに対して、従来例１では、被圧延材であるステンレス鋼とワークロールとの焼付きがＲ２の上下とＦ１〜４の上下のワークロールに発生し、ワークロールの肌荒れが、被圧延材に転写し、製品表面に肌荒れが発生した。
（実施例２）
実施例１と同じく、図２に示すような熱間圧延ラインにて、粗圧延機（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）、仕上圧延機（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７）のワークロールを表６に示すように変更し、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４（Ｆ７圧延後の製品板厚２ｍｍ、同幅１０３０ｍｍ）を熱間圧延ライン上でオシレーションさせ、仕上圧延機入側温度を通常１１００℃として仕上圧延するところ、９５０℃として、Ｆ７出側被圧延材速度１０５０ｍｐｍ（トップ速度）で１０本ずつ圧延し、圧延後の製品の表面性状を観察した。
【００３５】
なお、粗圧延の板厚と圧延速度のスケジュールを表４に、仕上圧延の板厚と圧延速度のスケジュールを表５に示す。
【００３６】
【表４】

【００３７】
【表５】

【００３８】
【表６】

【００３９】
表６中で「鋼」とあるのは、ハイスロール（特許文献１参照）、「超硬」とあるのは少なくとも表層が超硬合金からなるロールを用いたことを示す。超硬合金ロールは図１（ｄ）に示すタイプのものを用いた。超硬合金ロール使用スタンドではワークロールに冷却水のみ供給し、鋼ロール使用スタンドではワークロールに冷却水および圧延油を供給しつつ圧延した。
【００４０】
従来例２では、被圧延材であるステンレス鋼とワークロールとの焼付きがＦ２スタンドのワークロールとして組み込んだハイスロールに発生し、このＦ２スタンドのロール肌荒れが被圧延材に転写し、表６に示すように製品表面に肌荒れが発生した。
一方、発明例２では、Ｆ２スタンドのワークロールとして超硬合金ロールを使用したので、上記従来例２のハイスロールに発生したような、被圧延材であるステンレス鋼とワークロールとの焼付きが発生せず、表６に示したように製品表面は肌荒れがなく良好であった。
【００４１】
また、超硬合金ロールはほとんど摩耗していなかった。なお、圧延後の超硬合金ロール表面には肌荒れ、ヒートクラックとも発生していなかった。
上記発明例１、２の場合に限らず、ステンレス鋼種に応じ、ロール表面の肌荒れの生じるスタンドの上下ワークロールについて、そのようなロール投入箇所は、適宜超硬合金ロールを投入するようにしてよく、仕上圧延機の全スタンドの上下ワークロールに超硬合金ロールを適用するとか、あるいはさらに、粗圧延機の全スタンドの上下ワークロールに超硬合金ロールを適用してももちろんかまわない。
【００４２】
なお、ロール表面の肌荒れは、各スタンド全般的に圧延荷重の高くなる製品板厚の薄い被圧延材ほど程度がひどくなり、同じ圧延荷重でも圧延速度が遅い方がロールが高温の被圧延材と接触する時間が長い分、熱負荷が増して、やはり程度がひどくなるが、各ステンレス鋼種の圧延チャンスでは、それら鋼種の各種製品寸法、圧延速度の被圧延材群50〜70本程度をつづけて同一のロールで圧延するのが一般的なことから、もっとも肌荒れを生じやすい製品寸法、圧延速度の被圧延材でも肌荒れしないように超硬合金ロールの投入箇所を決定するのがよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ワークロールとステンレス鋼の焼き付きによる肌荒れを防止でき、またロール替え無しに圧延可能なステンレス鋼の本数を増やすことができ、ロール原単位の面からも有利になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用するロールについて図解するための図である。
【図２】本発明を適用する熱間圧延ラインの概要を示す図である。
【図３】従来技術の問題点を図解するための図である。
【図４】従来技術の問題点を図解するための図である。
【符号の説明】
１軸部材
２超硬合金
３側端リング
４間挿材
１０加熱炉
２０粗圧延機
２１プレス
３０クロップシャ
４０デスケーリング装置
５０仕上圧延機
５１ワークロール
６０冷却ゾーン
７０コイラー
８０、８１、８２被圧延材
９０接合装置
１００熱間圧延ライン

Claims

ステンレス鋼種に応じ、ワークロールに肌荒れの生じるロール投入箇所に、少なくとも表層が超硬合金からなるロールを用いることを特徴とするステンレス鋼の熱間圧延方法。