JP2007061823A - 熱間スラブの板厚圧下方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板厚圧下プレスによってスラブの板厚方向圧下を行うに際して、良好な生産性を保持しつつ、板厚方向圧下時の幅広がりＷ、幅分布ΔＷを低減して、エッジャー等の幅修正加工の縮小化やトリム代の低減による歩留まり向上を可能とする熱間スラブの板厚圧下方法を提供する。
【解決手段】送り量Ｌｆと接触長Ｌｄの比Ｌｆ／Ｌｄが０．６以上となるようにし、板厚圧下中に金型２とスラブ１の接触面がスラブ進行方向上流側から下流側へ移り変わるように、下流側圧下面１９がスラブ進行方向と平行になるまで金型２を回動させながら圧下を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間スラブに単一パスで板厚方向の大圧下を可能とする板厚圧下方法に関する。

２本の圧延ロール間でスラブを圧延する通常の圧延機では、噛込角の限界から１パスでの大圧下は困難である。そのため、例えば２５０ｍｍ程度の厚さの熱間スラブを３０〜５０ｍｍ程度のシートバーに圧下する熱間圧延プロセスの粗圧延ラインでは、通常、２〜５基の圧延機を直列に配置し、スラブを往復動させて圧延するリバースを含めて５〜７パス程度の圧延が行われるが、本設備の導入には多額の設備費が必要であり、また設備長が長くなる等の問題がある。

一方、１パスで大圧下が可能な圧延手段として、多数の遊星ロールを具備したプラネタリーミルが提案されている。しかし、プラネタリーミルでは小径ロールが高速で被圧延材に当たるため、衝撃が大きく、ベアリング寿命が短いことから頻繁にメンテナンスが必要となる等、量産型設備には適さないという問題があった。

上述した問題を解決するために、１パスで大圧下が可能な熱間スラブの圧下手段として、従来の幅圧下プレスを板厚圧下に適用した板厚圧下プレス装置が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

図６は、特許文献１に開示されている熱間スラブプレス装置である。この装置は、スラブＳを挟んで上下に設けられた金型５０、５０と、各金型ごとに設けられた金型を上下および前後に揺動させるスライダー５１、５１と、このスライダーを駆動する駆動装置とを備え、前記スライダーは、スラブ幅方向に中心軸を有する円孔５２、５２が設けられた本体５３、５３と、この円孔に嵌合する第１軸とこの第１軸より小径の第２軸で第１軸と中心軸をずらして構成されたクランク５４、５４とを有し、この第２軸が前記駆動装置で回動駆動されることを特徴としている。特許文献１に開示されている熱間スラブプレス装置では、特許文献２に開示されているように、スラブの進行方向に対し入側方向に拡開傾斜したテーパ部５５と該テーパ部と連続し前記進行方向と平行な平行部５６からなる主加工面をもつ金型を用いている。これらの圧下方法では、圧下にともない金型とスラブがスリップすることを防止するため、スラブと金型の接触開始面が、前記テーパ部と平行部間の遷移領域及び前記平行部の一部であることを特徴とする。

また、図７は特許文献３に開示されている板厚圧下装置である。この装置は、被成形材料Ｓの上下から、スラブ進行方向の側方から見て当該スラブ進行方向に向かって凸曲面状の成形面６１、６１を有する金型６０、６０を、同調してスラブ進行方向に近接させながら成形面の被成形材料に接する部分がスラブ進行方向下流側からスラブ進行方向上流側へ移り変わるように揺動させて被成形材料を板厚方向に圧下成形することを特徴とする板厚圧下方法が開示されている。
特開平１１−２３９８３２号公報、特許請求の範囲など 特開２０００−２５４７０２号公報、特許請求の範囲など 特開平１１−９０５０２号公報、特許請求の範囲など

しかし、特許文献１、２に記載されているような従来の板厚圧下プレス技術では、単一パスでスラブに大きな圧下量を与えることができるが、以下のような問題点を有していた。

すなわち、特許文献１、２に開示されているような図６の熱間スラブプレス装置では、上下の金型の平行部がスラブＳと平行となるように設定されており、金型５０、５０の圧下動作に伴い、スラブと金型が接触してから板厚方向圧下の下死点に至るまで、金型とスラブの接触長は漸次増大する。ここで、金型とスラブの接触長とは図１０に示すごとく、板厚方向圧下下死点でのスラブと金型の全接触長さＬｄである。本発明者らの知見によれば、金型とスラブの接触長Ｌｄが大きくなると、圧下後のスラブの幅広がりＷが大きくなる。ここで、幅広がりＷとは図８に示すごとく板厚圧下後の熱間スラブの最大幅Ｗ１と板厚圧下前の熱間スラブの幅Ｗ０との差である。また、板厚圧下プレス装置は断続加工であるので、断続的に幅広がりが発生し、長手方向の幅分布ΔＷも大きくなることは避けられない。ここで、幅分布ΔＷとは図８に示すごとく、長手方向に断続的に生ずる幅広がりの変動量であり、板厚圧下後の熱間スラブの最大幅Ｗ１と最小幅Ｗ２の差である。

従って、このように幅広がりＷや長手方向の幅分布ΔＷが大きなスラブを所望の一定幅に成形するには、板厚圧下プレス装置による板厚圧下の後にエッジャーによる大きな幅修正加工が必須となり、エネルギーロスとなる。もしくは、板幅端部はトリムされ、幅分布ΔＷが大きい場合にはトリム代が大きくなり、歩留まりが低下する。したがって、この長手方向の断続的な幅分布ΔＷを低減させることが望まれる。

本発明者らの知見によれば、スラブの幅広がりＷ、幅分布ΔＷを低減するためには、金型とスラブの接触長Ｌｄを低減する、すなわち単一パス間のスラブの下流側への送り量を小さく設定すればよい。ここで、送り量とは図１０に示すごとく単一パスあたり（圧下動作１回あたり）のスラブの進行方向へ進めた量Ｌｆである。

しかし、送り量Ｌｆを小さく設定すると、単一パスあたりの加工長さが短くなり、生産性が低下するという問題や、特許文献２に示されているように、圧下開始時に金型とスラブ間でスリップが発生するという問題がある。

一方、特許文献３に開示されている図７の板厚圧下装置では、円弧上の圧下面を有する金型６０、６０を、金型とスラブとの接触面がスラブ進行方向下流側からスラブ進行方向上流側へ移り変わるように揺動させながら圧下するが、その目的は、金型とスラブの接触長Ｌｄを短縮し圧下荷重を低減することであり、金型揺動の挙動とスラブの幅変化の関係についてはなにも記載されていない。また、圧下に伴うスラブの後進が大きく、それを補償する機構が必要となり、金型を揺動させるための装置機構が非常に複雑とならざるを得ない。

さらに、特許文献３のごとく金型の成形面を凸曲面状とした場合、金型を揺動させて圧下しても、図９に示すごとく圧下後の板厚分布が凹凸となりやすい。しかも、通常、金型の成形面がある程度摩耗した後には、切削加工あるいは研削加工にて成形面の再仕上げを実施するが、凸曲面状の加工には長時間を要する。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、板厚圧下プレスによってスラブの板厚方向圧下を行うに際して、良好な生産性を保持しつつ、板厚方向圧下時の幅広がりＷ、幅分布ΔＷを低減して、エッジャー等の幅修正加工の縮小化やトリム代の低減による歩留まり向上を可能とする熱間スラブの板厚圧下方法を提供することを目的としている。

本発明者等は、上記課題を解決するために、熱間スラブの板厚圧下における幅広がりＷと幅分布ΔＷを小さくする手段について鋭意検討した結果、圧下動作１回あたりの送り量Ｌｆと金型とスラブの接触長Ｌｄとの比Ｌｆ／Ｌｄが所定の値となるようにし、板厚圧下中に金型とスラブの接触面がスラブ進行方向上流側から下流側へ移り変わるように金型を回動させることによって、生産性を損なうことなく、幅広がりＷと幅分布ΔＷを低減させることが可能であることを見出した。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。

（１）熱間スラブの進行方向に対し入側方向に拡開傾斜した上流側圧下面及びこの上流側圧下面と連続し前記進行方向にむけて拡開傾斜した下流側圧下面を有し、熱間スラブを挟んで上下に対峙して設けられた一対の金型を用いて熱間スラブを断続的に板厚方向に圧下する熱間スラブの板厚圧下方法であって、
板厚方向の圧下動作１回あたりの熱間スラブの送り量Ｌｆと金型とスラブの接触長Ｌｄとの比Ｌｆ／Ｌｄが０．６以上となるようにし、前記金型を板厚方向に圧下して上流側圧下面及び下流側圧下面によりスラブの圧下動作を開始するとともに、圧下に伴いスラブとの接触面が下流側に移り変わるように、下流側圧下面がスラブ進行方向と平行になるまで金型を回動させながら圧下動作の下死点まで金型を圧下することを特徴とする熱間スラブの板厚圧下方法。

（２）前記金型を回動する角度を６°〜４０°とすることを特徴とする前記（１）に記載の熱間スラブの板厚圧下方法。

本発明の熱間スラブの板厚圧下方法によると、良好な生産性を保持しつつ、スラブの板厚方向圧下時の幅広がりＷ、幅分布ΔＷを従来技術と比較して大幅に低減することが可能である。これにより、エッジャー等の幅修正加工の縮小可能となる、トリム代の低減により歩留まり向上となる、より一層の大圧下が可能となる、硬質材の大圧下が可能となる、設備をコンパクトにすることができる等、多くの面で大きな効果が期待できる。

以下、本発明の実施形態について図１、図２を参照して説明する。

図１に示す本発明の実施形態では、図２に示すごとく金型２がスラブ進行方向に対して上流側圧下面１８が角度θ、下流側圧下面１９が角度φだけ傾いた状態にて圧下上死点位置（金型２がスラブ１から最も離れる位置）からスラブ１の圧下を開始し、圧下下死点（金型２がスラブ１を最も圧下する位置）まで、圧下方向に金型２を上下に移動させるとともに、金型２とスラブ１の接触面がスラブ進行方向の下流側に移り変わるように図中の矢印方向（以下、順回動方向とよび、逆向きの回動方向を逆回動方向とよぶ）に金型２を角度φだけ回動させている。

上記のような板厚圧下を行うことによって、本実施形態では、図６に示すような平行部を有する金型を用いる技術（以下、従来技術という）に比べて、スラブ１と金型２の接触長Ｌｄを短くすることができる。

図４は、下流側圧下面１９の傾斜角度φ（すなわち、金型２の回動角度φ）による接触長Ｌｄの変化を示したものであり、従来技術の場合の接触長Ｌｄを１としている。なお、従来技術の場合の接触長Ｌｄの定義は前述の図１０に示すとおりであるが、本実施形態における接触長Ｌｄは、圧下下死点において金型を角度φ回動させた後の図１１の状態で定義する。

このように、本実施形態では、従来技術に比べて、スラブ１と金型２の接触長Ｌｄを短くすることができるが、金型２の回動角度φは６°〜４０°とするのが好ましい。角度φが小さすぎると接触長Ｌｄを短くする効果が小さい、すなわち幅広がりＷと幅分布ΔＷの低減効果が小さい。エッジャーによる幅修正加工の縮小効果として、幅広がりＷについて２５％、幅分布ΔＷについて６０％の縮小効果が得られる接触長の比が、本発明者らの実験により、従来技術に対して０．９以下となればよいことがわかった。すなわち、図４より角度φは６°以上が必要である。好ましくは角度φは９°以上がよい。一方、角度φを過大に大きくしても、接触長Ｌｄを短くする効果、すなわち、幅広がりＷと幅分布ΔＷの低減効果が飽和傾向となる一方、機構が大規模となるため、角度φの上限を４０°とした。より好ましくは角度φの上限は２５°である。

なお、上流側圧下面１８の傾斜角度θは、特に限定されるものではないが、好ましくは１５°〜３５°、特に好ましくは２０°〜３０°がよい。これは、角度θが小さすぎると接触長Ｌｄが長くなるため荷重と幅広がりが増大し、また角度θが大きすぎると上流側圧下面１８と材料間の接触が不安定となり、安定したプレス加工が難しくなるという問題があるためである。

そして、このような本実施形態における従来技術に対する幅広がりＷおよび幅分布ΔＷの低減効果は、図５に示すように、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが０．６以上の場合に得られる。

図５は、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄを横軸にして、本実施形態と従来技術での幅広がりＷおよび幅分布ΔＷを比較したものである。送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄの増加により、本実施形態でも従来技術でも、幅広がりＷ、幅分布ΔＷは増加するが、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが０．６以上において、従来技術に比べ本実施形態の方が、幅広がりＷ、幅分布ΔＷともに低減し、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが大きくなればなるほど、本実施形態による低減効果が増大する。

したがって、本実施形態においては、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが０．６以上となるようにして、スラブの板厚圧下を行う。

なお、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄを大きくするということは、送り量Ｌｆを大きくする方向であるので、生産性を損なうこともない。

このように、本実施形態においては、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが０．６以上となるようにし、板厚圧下中に金型２とスラブ１の接触面がスラブ進行方向上流側から下流側へ移り変わるように、下流側圧下面１９がスラブ進行方向と平行になるまで金型２を回動させながら圧下を行っているので、生産性を損なうことなく、幅広がりＷと幅分布ΔＷを効率的に低減させることができる。

図３は、本発明の実施形態による熱間スラブの圧下方法を実現するための金型回動機構の一例を示す説明図である。金型２は、金型受け４との接触面が円弧上となっており、金型受け４とは円筒コロ８を介して接触するように金型回動軸１０にて変位を固定され、回動運動のみが可能となっている。また、金型２は油圧シリンダー１１と回動軸を会して連結されており、油圧シリンダー１１の上下運動により、金型回動軸１０を軸とした回動運動を行う。また、金型２の回動範囲は、金型受台１７によって上流側圧下面１８が逆回動方向位置が拘束されることにより制限される。この時、図３には示していないが、金型２が設置されている金型受け４の上下運動は、図６に示した従来の熱間スラブプレス装置に用いられている偏心運動による圧下動作の他、単純な上下方向の圧下運動のいずれでもよく、板厚方向の圧下動作間のスラブ進行方向へのスラブ送りはピンチロール１２によって行えばよい。

以下、図１の熱間スラブの圧下方法の実施形態に関し、図３の金型回動機構を用いてその動作を説明する。

図１の実施形態では、圧下上死点位置において金型２は油圧シリンダー１１にてその下流側連結部を引き上げられて逆回動方向に回動し、金型受台１７にて回動が固定された状態となっている。圧下上死点位置より、上下方向への圧下を開始するとともに、油圧シリンダー１１により金型２の下流側端連結部を押し出しながら順方向に回動させ、圧下下死点位置にて金型回動角度がφとなるように、圧下と回動を同時に行う。この際、油圧シリンダー１１の最大ストロークにて金型回動角がφとなる、すなわち下流側圧下面１９が水平となるように設定しておけばよく、圧下動作位置に応じて金型回動角を制御すればよい。パス間、すなわち上下の金型を離反させて圧下上死点位置まで移動させるまでの間に、ピンチロール１２にてスラブ１を所定の送り量だけ、送り、油圧シリンダー１１によって金型２の下流側端連結部を引き上げて逆回動方向に回動させ、金型受台１７にて回動が固定された状態とする。以下、本動作を連続して実施することにより、長手方向全長に渡る熱間スラブの圧下を行う。

なお、本発明における金型の回動は、図３に示す金型回動機構を用いることに限定されるものではなく、例えばリンク機構によりその回動動作を実現してもよい。

本発明例として、図３に示した金型回動機構を備えた板厚圧下プレス装置を用い、前述の実施形態にて熱間スラブの板厚圧下を行い、比較例として、図６に示した従来の板厚圧下装置を用いて熱間スラブの板厚圧下を行い、スラブの圧下後の幅広がりＷと幅分布ΔＷについて両者を比較した。対象としたスラブは、実機のスラブの１／１０モデル比であり、板厚２５．４ｍｍ、板幅１００ｍｍ、長さ９００ｍｍの普通鋼である。

まず、本スラブを加熱炉にて１２００℃まで加熱した後に加熱炉から抽出し、搬送テーブルにて板厚圧下プレス装置まで搬送し、板厚方向の圧下を開始し、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄを０．６〜０．８の範囲で変更した。この際、圧下開始後のスラブ温度は１１００℃程度であり、板厚８．９ｍｍまで圧下を行った（圧下率約６５％）。金型形状は図２に示した形態のものを使用したが、上流側圧下面の傾斜角θを２０°で一定とし、下流側圧下面の傾斜角（金型回動角度）φを９．２°とした。

その結果、図５に示したものと同様の幅広がりＷと幅分布ΔＷの低減効果が得られた。具体的には、送り量Ｌｆが４０ｍｍの場合、比較例では送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが０．６４であることから、幅広がりＷに関しては、比較例が９ｍｍであったのに対し、本発明例では、送り量Ｌｆ／接触長Ｌｄが０．７３となり、このときの幅広がりＷは６．５ｍｍであり、比較例に比べ約２８％の幅広がりＷの低減効果があった。また、幅分布Δに関しては、比較例が２．５ｍｍであったのに対し、本発明例では１ｍｍであり、比較例に比べ約６０％の幅分布ΔＷの低減効果があった。

本発明の板厚圧下方法の一実施形態を示す説明図。 本発明の実施に供される金型形状の一例を示す説明図。 本発明の実施に供される金型回動機構の一例を示す説明図。 本発明による熱間スラブ板厚圧下時の金型回動角度に対する接触長の変化を示す説明図。 本発明による熱間スラブ板厚圧下時の幅広がり、幅分布の低減効果を示す説明図。 従来の熱間スラブプレス装置の構成図。 従来の板厚圧下装置の構成図。 熱間スラブ板厚圧下時の幅広がり、幅分布の模式図。 成形面が凸曲面状の金型による板厚圧下で発生する板厚凹凸の模式図。 従来の金型とスラブ間の接触長と送り量の説明図。 本発明の金型とスラブ間の接触長と送り量の説明図。

符号の説明

１ スラブ
２ 金型
３ スライダー
４ 金型受け
５ 本体
６ 円孔
７ クランク
８ 円筒コロ
９ フレーム
１０ 金型回転軸
１１ 油圧シリンダー
１２ ピンチロール
１３ テーブルローラ
１４ ロッド
１５ 金型前後動機構
１６ ハウジング
１７ 金型回転受台
１８ 上流側圧下面
１９ 下流側圧下面

Claims (2)

1. 熱間スラブの進行方向に対し入側方向に拡開傾斜した上流側圧下面及びこの上流側圧下面と連続し前記進行方向にむけて拡開傾斜した下流側圧下面を有し、熱間スラブを挟んで上下に対峙して設けられた一対の金型を用いて熱間スラブを断続的に板厚方向に圧下する熱間スラブの板厚圧下方法であって、
   板厚方向の圧下動作１回あたりの熱間スラブの送り量Ｌｆと金型とスラブの接触長Ｌｄとの比Ｌｆ／Ｌｄが０．６以上となるようにし、前記金型を板厚方向に圧下して上流側圧下面及び下流側圧下面によりスラブの圧下動作を開始するとともに、圧下に伴いスラブとの接触面が下流側に移り変わるように、下流側圧下面がスラブ進行方向と平行になるまで金型を回動させながら圧下動作の下死点まで金型を圧下することを特徴とする熱間スラブの板厚圧下方法。
2. 前記金型を回動する角度を６°〜４０°とすることを特徴とする請求項１に記載の熱間スラブの板厚圧下方法。
   

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