JP2007229787A

JP2007229787A - 条鋼のサイジング圧延方法

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Publication number: JP2007229787A
Application number: JP2006056749A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kushida; 仁串田; Shoji Miyazaki; 庄司宮崎; Takeshi Ishida; 健石田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: JP4820188B2

Abstract

【課題】線材、棒鋼などの条鋼のサイジングミルでの熱間仕上げ圧延過程で、とくに最終ロールスタンド前の孔型への充満を適正に制御することにより、線材全長にわたって高寸法精度を実現するサイジング圧延方法を提供することである。
【解決手段】仕上げ圧延機の後段側に設置され、少なくとも２台のロールスタンドを有する２方ロール方式のサイジングミルでの仕上げ圧延で、圧延材５がサイジングミルの最終ロールスタンド（Ｆ）の１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型Ｇ１の、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸６を挟む中心角（２θ）が少なくとも５０°の範囲にある孔型天地部位Ａ１で圧下を受けるようにしたのである。それにより、この孔型形状に沿った圧延材５の形状が最終ロールスタンド（Ｆ）での低減面率の仕上げ圧延の際に孔型と接触しない部位で保たれ、圧延材５の捻じれが防止されて高寸法精度が実現される。
【選択図】図３

Description

この発明は、線材、棒鋼など条鋼の熱間仕上げで使用されるサイジングミルで、最終ロールスタンド前の孔型への充満を適正にすることにより、仕上げ線材の全長にわたって寸法精度を向上させるサイジング圧延方法に関する。

近年、線材・棒鋼の熱間圧延では、製品（仕上げ線材）の寸法精度を向上させるために、ブロックミルなどの仕上げ圧延機の後段にサイジングミルが設置され、最終仕上げ圧延（精密圧延）が行なわれてきている。前記サイジングミルの特徴として、低減面率で圧延を行なうため、高寸法精度の圧延が可能であること、共通駆動方式のブロックミル構造であるため、各圧延機間、すなわちロールスタンド間で圧延材に張力が作用した状態で圧延が行なわれていることが挙げられる。サイジングミルを用いた精密圧延方法として、例えば、特許文献１では、サイジングミルの直前にレデューシングミルを配置した精密圧延装置で、このレデューシングミルにおいて減面率１４％以上の圧延を行なった後、直ちに減面率１０％以下、できれば５％以下、とくに３％以下のスキンパスを行なうことで寸法公差が±０．１ｍｍの精密圧延材の製造が可能であることが開示されている。
特開２００２−２５４１０１号公報

前記特許文献１では、圧延による変形のうち、形状コントロールが及ばない圧延材横方向の膨れは、圧下量が少なければ小さいことから、サイジングミルでの減面率を極力小さくすることにより、直径の寸法公差が±０．１ｍｍ未満の高寸法精度の線材製品の製造が可能と述べられている。

一般に、圧延材が孔型への過充満によってロールフランジ部へはみ出した場合には、次のロールスタンドの孔型で、このはみ出し部を圧下して押さえ込むことによって折れ込み疵が発生する可能性が高い。このため、サイジングミルの、後段側ロールスタンドに比べて減面率が大きい前段側のロールスタンドでは、図６（ａ）に模式的に示すように、孔型への充満率を低くして幅寸法Ｗを、天地寸法Ｈに対して通常圧延よりも小さい目にした、通常の圧延材断面形状に比べると、圧下方向を示す矢印Ｐの方向から見て、縦長の形状に圧延される。したがって、前段側ロールスタンドで圧延された後、後段側の低減面率のロールスタンドに入る縦長形状の圧延材の寸法精度は、サイジング圧延後の仕上げ線材の寸法精度に比べてわるく、サイジングミルの後段側第１ロールスタンドの孔型Ｇ１では、この縦長形状の幅（Ｗ）方向から圧下して圧延することになる。その上、サイジングミルでは減面率が非常に小さいために、サイジングミルの後段側第１ロールスタンドに入る圧延材の縦長形状によっては、図６（ｂ）に示すように、この後段側第１ロールスタンドの孔型Ｇ１で、コーナー部Ｂのみが圧下され、天地部位（溝底部）Ａ１では圧下を受けないため充満せず、未充満部分Ｕが発生する事態が生じる。後段側が２台のロールスタンドからなる場合、次のサイジングミルの最終ロールスタンドでは、その上流側（最終１台前）のロールスタンドの孔型Ｇ１で圧延された圧延材の幅方向の部位Ｌの方が圧下されるため、前記最終１台前のロールスタンドの孔型Ｇ１の天地部位（溝底部）Ａ１の未充満部分Ｕの形状を矯正するまでには至らない。したがって、サイジングミルで非常に小さい減面率で圧延するだけでは高寸法精度の精密圧延は不可能である。また、前述のように、孔型天地部位（溝底部）Ａ１にまで圧延材が充満しない場合は、この天地部位Ａ１まで完全に充満する場合に比べて、孔型による拘束領域が極端に減少するため、圧延材の温度分布等の影響で圧延材が捻じれて最終ロールスタンドの孔型に入って圧延され、孔型内に適正に充満せず、このことによっても仕上げ線材の寸法精度は低下することになる。

上述のように、高寸法精度を実現するための精密圧延では、サイジングミル入側の圧延材の寸法精度や温度分布などが仕上げ線材の寸法精度に影響を及ぼすため、単に減面率を規定するだけでは常に高寸法精度を保証することは難しい。すなわち、サイジングミルによって精密圧延を行なう場合には、サイジング圧延用に孔型設計される通常の低減面率だけでは高寸法精度は保証できず、最終１台前のロールスタンドの孔型天地部位（溝底部）に圧延材を適正に充満させるための孔型設計または寸法制御が必要となる。

そこで、この発明の課題は、線材、棒鋼などの条鋼の熱間圧延でのサイジングミルでの仕上げ圧延過程で、とくに最終ロールスタンド前の孔型への充満を適正に制御することにより、仕上げ線材の全長にわたって高寸法精度を実現するサイジング圧延方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

請求項１に係る条鋼のサイジング圧延方法は、仕上げ圧延機の後段側に設置され、少なくとも２台のロールスタンドを有する２方ロール方式のサイジングミルで圧延材を仕上げ圧延する条鋼のサイジング圧延方法であって、前記圧延材が前記サイジングミルの最終ロールスタンド（Ｆ）の１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型の、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む中心角（２θ）が少なくとも５０°の範囲にある孔型天地部位で圧下を受けるように圧延することを特徴とする。

このように、前記サイジングミルの最終ロールスタンド（Ｆ）の１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の、少なくとも上記中心角（２θ）が５０°の範囲にある孔型（Ｇ１）天地部位（溝底部）で圧延材が圧下を受けるようにすれば、孔型（Ｇ１）出側での圧延材の形状は孔型形状に沿ったものとなって前記未充満部分Ｕ、すなわち孔型（Ｇ１）との非接触領域が解消する。この孔型形状に沿った圧延材は、最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型（Ｇ２）では低減面率であるため、この孔型（Ｇ２）と接触しない部位、すなわち自由表面となる幅部でも、前記孔型（Ｇ１）の形状に沿った圧延形状が保たれる。それによって、サイジング圧延によって高寸法精度が実現し、また、最終ロールスタンド（Ｆ）孔型での適正な拘束領域も確保されて、圧延材の温度分布等の影響による孔型内での圧延材の捻じれが抑制されて仕上げ線材の寸法精度は低下を防止することができる。前記孔型天地部位で圧下を受ける範囲が５０°よりも小さいと、当該（ロールスタンド（Ｆ−１））孔型での拘束力が小さくなり、また、同様に次の最終ロールスタンド（Ｆ）での拘束力も小さくなるため、圧延材の捻じれが発生しやすくなり、仕上げ線材の寸法精度が低下する。

請求項２に係る条鋼のサイジング圧延方法は、前記最終ロールスタンドの１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の入側に寸法測定器を配置して入側圧延材の寸法を測定し、この寸法測定結果に基づいて、前記ロールスタンド（Ｆ−１）の少なくとも直近の上流側ロールスタンド（Ｆ−２）のロール隙を調整することにより、ロールスタンド（Ｆ−１）の前記孔型天地部位で圧延材が圧下を受けるようにすることを特徴とする。

このように、前記ロールスタンド（Ｆ−１）の入側圧延材の寸法を測定し、その幅寸法を、ロールスタンド（Ｆ−１）の孔型天地寸法よりも大きくなるように、その上流側のロールスタンドのロール隙を調整することにより、ロールスタンド（Ｆ−１）の孔型天地部位で圧延材が確実に圧下を受けるようにすることができる。

この発明では、仕上げ圧延機の後段側に設置される２方ロール方式のサイジングミルで線材、棒鋼など条鋼のサイジング圧延を行なう場合に、サイジングミルの最終ロールスタンド（Ｆ）の１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型天地部位で、その上流側のロールスタンドのロール隙を調整して、圧延材が確実に圧下を受けるようにしたので、前記天地部位の圧延材の形状が孔型形状に沿ったものとなり、この孔型形状に沿った圧延材の形状が、最終ロールスタンド（Ｆ）での低減面率の仕上げ圧延の際に孔型と接触しない部位で保たれる。それによって、サイジング圧延によって高寸法精度が実現し、また、前記ロールスタンド（Ｆ−１）で孔型と接触しない未充満部分が解消し、このロールスタンド（Ｆ−１）および最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型で、圧延材の適正な拘束領域も確保されて、圧延材の温度分布等の影響による孔型内での圧延材の捻じれが抑制され、仕上げ線材の寸法精度の低下を防止することができる。

以下に、この発明の実施形態を、添付の図１から図５に基づいて説明する。

図１は、線材および棒鋼（バーインコイル）圧延ラインの仕上げ圧延機列のレイアウトを示したものである。仕上げ圧延機１として、複数のロールスタンド１ａ〜１ｇ（通常８〜１０台）を、交互に９０°ロール軸を傾けて配置したブロックミルが設置され、仕上げ圧延機１の圧延方向下流側に、複数のロールスタンド２ａ〜２ｄ（実施形態では４台）を、交互に９０°ロール軸を傾けて配置したブロックミルであるサイジングミル２が最終仕上げ圧延機として設置されている。仕上げ圧延機１とサイジングミル２との間には水冷帯３が設置されている。図２は、前記サイジングミル２のロール配置を模式的に示したもので、それぞれ２方ロール２ａ〜２ｄからなるロールスタンド（Ｆ−３）、（Ｆ−２）、（Ｆ−１）、Ｆが、交互に９０°ロール軸を傾けて配置され、これらのロールスタンド（Ｆ−３）、（Ｆ−２）、（Ｆ−１）、Ｆの２方ロール２ａ〜２ｄは、それぞれに設けた増速機（図示省略）を介して電動機Ｍで共通駆動されている。そして、ロールスタンド（Ｆ−１）の入側、すなわち、前段側圧延機のロールスタンド（Ｆ−２）と、後段側圧延機のロールスタンド（Ｆ−１）の間、サイジングミル２の出側および入側に、寸法測定器４、４ａおよび４ｂがそれぞれ配置されている。

加熱炉から抽出されたビレットは、粗圧延機列および中間圧延機列を通過して断面積が順次減少し、この圧延材５は仕上げ圧延機１で、サイジングミル２への所要の入側寸法に圧延される。そして、仕上げ圧延機１を通過した圧延材５は、水冷帯３により所要の入側温度に調節されてサイジングミル２に導入される。このサイジングミル２では、前段側圧延機のロールスタンド（Ｆ−３）、（Ｆ−２）で、仕上げ圧延機（ブロックミル）１と同様に１０％以上の通常の減面率で圧延が行なわれ、後段側第１圧延機であるロールスタンド（Ｆ−１）、同最終圧延機であるＦでは数％以下の低減面率で圧延が行なわれ、目標寸法公差を満足する製品寸法に仕上げられる。

図３は、前記サイジングミル２の最終ロールスタンド（Ｆ）の１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型Ｇ１とこの孔型Ｇ１の入側の圧延材５の形状を示すものである。本願発明のサイジング圧延方法では、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸６を挟む中心角２θが少なくとも５０°の範囲にある孔型天地部位Ａ１で圧下を受けるように、寸法測定器４による、ロールスタンド（Ｆ−１）入側圧延材（すなわちロールスタンド（Ｆ−２）出側圧延材）の寸測定結果に基づいて、少なくとも直近の上流側ロールスタンド（Ｆ−２）のロール隙を調整することにより、孔型Ｇ１入側の圧延材５の形状が調整される。そして、この圧延材５がロールスタンド（Ｆ−１）、最終ロールスタンド（Ｆ）でサイジング圧延された後の寸法および形状を、サイジングミル２出側の寸法測定器４ａにより測定して確認することができる。なお、前記の、少なくとも直近の上流側ロールスタンド（Ｆ−２）のロール隙の調整は、寸法測定器４の測定結果に基づく代わりに、サイジングミル２の入側に配置された寸法測定器４ｂによる、サイジングミル２入側（すなわちロールスタンド（Ｆ−３）入側）の圧延材寸法の測定結果に基づいて行なうこともできる。また、このようなロールスタンド（Ｆ−１）への入側圧延材５の形状調整結果は、予め、製品寸法、鋼種、圧延温度等の圧延条件毎に、予め適正圧延荷重を設定し、ロールスタンド（Ｆ−１）での圧延荷重を測定して、前記適正圧延荷重と比較することによっても確認することができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、前記ロールスタンド（Ｆ−１）出側、すなわち最終ロールスタンド（Ｆ）入側の圧延材５の断面形状を、最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型Ｇ２の形状に重ねあわせて、最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型Ｇ２での圧延状況を、上ロール側について模式的に示した図である。図４（ａ）に示したように、ロールスタンド（Ｆ−１）出側の圧延材５の断面には、このロールスタンド（Ｆ−１）の孔型（Ｇ１）天地部位Ａ１に未充満の孔型壁との非接触領域（未充満部分）Ｕ（図６（ｂ）参照）が、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む中心角（２θ）がおよそ３６°の範囲で存在しており、その両側にロールスタンド（Ｆ−１）の孔型Ｇ１に充満した孔型壁との接触領域、すなわち拘束領域Ｃが存在している。この圧延材５が最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型Ｇ２で圧延されると、この孔型Ｇ２の天地部位Ａ２での前記非接触領域（未充満部分）Ｕの圧下量が小さいために、孔型Ｇ２の圧延材５に対する拘束力が小さくなる。一方、ロールスタンド（Ｆ−１）の孔型Ｇ１では、その天地部位Ａ１に圧延材５との非接触領域（未充満部分）Ｕが存在するために（図６（ｂ）参照）、同様に、孔型の圧延材５への拘束力が小さくなっている。このような状態では、圧延材５の温度分布等の影響で、ロールスタンド（Ｆ−１）孔型（Ｇ１）出側の圧延材５が最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型Ｇ２に捻じれて入ると、前述のように、この孔型Ｇ２でも圧延材５に対する拘束力が小さいために、この捻じれが修復されず、場合によってはさらに助長されて、最終ロールスタンド（Ｆ）から出ることになる。このような圧延材の捻じれによっても仕上げ線材の寸法精度は低下する。

一方、最終１台前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型（Ｇ１）天地部位Ａ１で圧下を受けて孔型壁に接触して沿うように変形した実施形態の圧延材５ａは、図４（ｂ）に示したように、最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型Ｇ２で、孔型スケジュール設計通りに、図４（ａ）の場合よりも大きい適正な圧下量が確保されて圧延される。前記ロールスタンド（Ｆ−１）出側の圧延材の、孔型天地部位Ａ１の非接触領域（未充満部分）Ｕ（図４（ａ）、図６（ｂ）参照）はなくなって、孔型Ｇ１の圧延材５ａに対する拘束領域Ｃが連続するため、孔型Ｇ１での拘束力が大きくなる。同様に、最終ロールスタンド（Ｆ）では、適正な圧下量が確保され、孔型Ｇ２への未充満部は存在せず、拘束領域Ｃが連続するため、図４（ａ）の場合に比べて、孔型Ｇ２の圧延材５ａに対する拘束力も大きくなる。このような拘束力の上昇によって、圧延材の温度分布等が影響する、ロールスタンド（Ｆ−１）、最終ロールスタンド（Ｆ）のそれぞれの孔型内で、圧延材の捻じれが発生しにくくなる。それによって、仕上げ線径の寸法精度の低下を防止することが可能となる。

１５５角ビレット（低合金鋼）から製品寸法Φ５．５ｍｍ圧延時に、前記サイジングミル２の最終ロールスタンド（Ｆ）出側の圧延材（仕上げ線材）の形状（プロファイル）を、寸法測定器により測定した結果を図５（ａ）および（ｂ）に示す。図５（ａ）は、前記最終１台前のロールスタンド（Ｆ−１）で孔型天地部位に充満しない前記非接触領域Ｕが発生した圧延材を最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型で圧延した場合の形状を示し、図５（ｂ）は、寸法測定器４（図２参照）による圧延材の寸法測定結果に基づいて、このロールスタンド（Ｆ−１）の上流側ロールスタンド（Ｆ−２）のロール隙を調整して、圧延材がロールスタンド（Ｆ−１）の孔型（Ｇ１）天地部位で圧下を受けるようにして前記非接触領域（未充満部分）Ｕをなくした場合の形状を示す。図５（ａ）および（ｂ）で、破線で示した断面形状７は、目標製品寸法での断面形状である。図５（ａ）のロール隙調整前の場合には、ロールスタンド（Ｆ−１）の孔型で前記非接触領域（未充満部分）Ｕが存在しているため、この孔型および最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型での拘束力が小さくなり、圧延材に捻じれが発生して仕上げ線径の真円度が低下し、寸法精度がわるくなっていることがわかる。これに対し、図５（ｂ）のロール隙調整後の場合には、ロールスタンド（Ｆ−１）の孔型での前記非接触領域（未充満部分）Ｕが解消されているため、この孔型および最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型での拘束力が上昇して圧延材に捻じれが発生せず、真円度が向上し、寸法精度も±０．１ｍｍ未満に収まった。

条鋼圧延の仕上げ圧延機列を示す説明図である。図１の仕上げ圧延機列のサイジングミルを模式的に示す説明図である。最終１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型と入側圧延材の形状を示す説明図である。（ａ）サイジングミルでの最終ロールスタンドの孔型とその入側圧延材の形状を模式的に示す説明図である（従来技術）。（ｂ）同上の説明図である（実施形態）。（ａ）サイジング圧延過程の圧延材形状の輪郭図である（ロール隙調整無）。（ｂ）同上の輪郭図である（ロール隙調整有）。（ａ）サイジングミル入側の圧延材形状を模式的に示す説明図である。（ｂ）サイジングミルでの圧延材の圧下の状態を示す説明図である。

符号の説明

１：仕上げ圧延機２：サイジングミル２ａ〜２ｄ：２方ロール
３：水冷帯４、４ａ、４ｂ：寸法測定器５、５ａ：圧延材
６：孔型対称軸７：断面形状（目標製品寸法）
Ａ１、Ａ２：孔型天地部位（溝底部）
Ｇ１：最終１台前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型
Ｇ２：最終ロールスタンド（Ｆ）の孔型
Ｕ：未充満部分（非接触領域）

Claims

仕上げ圧延機の後段側に設置され、少なくとも２台のロールスタンドを有する２方ロール方式のサイジングミルで圧延材を仕上げ圧延する条鋼のサイジング圧延方法であって、前記圧延材が前記サイジングミルの最終ロールスタンド（Ｆ）の１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の孔型の、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む中心角（２θ）が少なくとも５０°の範囲にある孔型天地部位で圧下を受けるように圧延することを特徴とする条鋼のサイジング圧延方法。
前記最終ロールスタンドの１台手前のロールスタンド（Ｆ−１）の入側に寸法測定器を配置して入側圧延材の寸法を測定し、この寸法測定結果に基づいて、前記ロールスタンド（Ｆ−１）の少なくとも直近の上流側ロールスタンド（Ｆ−２）のロール隙を調整することにより、ロールスタンド（Ｆ−１）の前記孔型天地部位で圧延材が圧下を受けるようにすることを特徴とする請求項１に記載の条鋼のサイジング圧延方法。