JP2008105034A - 帯板の熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬質金属として多用されるニッケル基合金のスラブから、板厚の薄い帯板を得ることができる帯板の熱間圧延方法を提供する。
【解決手段】 ニッケル基合金からなるスラブ１０の前後端部に、ステッケルミル６による熱間圧延の温度域における変形抵抗が、前記ニッケル基合金の前記温度域における変形抵抗の１／２〜１／３であるダミー材１１を溶接し、このダミー材付きのスラブ１２をステッケルミル６により熱間圧延して帯板１５を得る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、帯板の熱間圧延方法に関し、さらに詳しくは、難加工材であるニッケル基合金からなるスラブをステッケルミルにより熱間圧延して帯板を得る熱間圧延方法に関する。

帯板の熱間圧延に用いられるステッケルミルは、圧延機の前後両側に、圧延材巻取用のリールを内蔵したファーネスコイラを備え、圧延材を両ファーネスコイラ間において往復させる可逆熱間圧延工程を所定の仕上板厚が得られる迄繰返して帯板を得るものである。このため圧延中に圧延材が一方のファーネスコイラにより巻取られたとき、他方のファーネスコイラから巻戻された圧延材の端部が大気中に露出するので、圧延材の先後端部の温度が低下して変形抵抗が増大し、先後端部の板厚精度不良や圧延荷重の増加により薄板の製造が困難となるなどの問題点を有するものであった。

そこでこの問題点を解決するものとして、圧延機の前後に加熱手段を設けて圧延材の先後端部を加熱するようにしたもの（特許文献１参照）や、スラブの先後端に普通鋼からなる異材を溶接してステッケルミルで熱間圧延するようにしたもの（特許文献２参照）が提案されている。
特公平５−４５３２７号公報 特開平４−１７２１０５号公報

ところが圧延材が、ニッケル基合金のように変形抵抗が大きく且つ温度によって変形抵抗が大きく変化する硬質金属からなる場合は、上記特許文献１に記載の先後端部加熱によっても、圧延材先後端部の変形抵抗の上昇は充分抑制することができず、この先後端部の板厚精度不良や左右両側縁部の耳割れ（コバワレ）が発生しやすく、また圧延機の許容圧延荷重による制約から帯板の板厚や板巾などの製造可能寸法が制限されるという問題点が残る。また上記特許文献２に記載の方法では、スラブの先後端に溶接した異材が軟質の普通鋼で変形抵抗が小さいため、圧延中に上記硬質金属からなる本材部に比べて異材部が薄くなりすぎて破断し、本材部を薄い板厚まで圧延することができないという問題点を有するものである。

この発明は上記の点にかんがみてなされたもので、硬質金属として多用されるニッケル基合金のスラブから、板厚の薄い帯板を得ることができる帯板の熱間圧延方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために発明者らは、ニッケル基合金のスラブの前後に溶接するダミー材（異材）として種々の材質のものを用いてステッケルミルによる熱間圧延を繰返し、得られた帯板の状態を詳細に観察・調査した結果、上記ダミー材として、ステッケルミルによる熱間圧延の温度域における変形抵抗が、ニッケル基合金の上記温度域における変形抵抗に対して所定の範囲内にあるダミー材を用いることにより、ニッケル基合金を薄い板厚に圧延できることを知見し、この知見に基いてこの発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１記載の帯板の熱間圧延方法は、ニッケル基合金からなるスラブの前後端部に、ステッケルミルによる熱間圧延の温度域における変形抵抗が、前記ニッケル基合金の前記温度域における変形抵抗の１／２〜１／３であるダミー材を溶接し、このダミー材付きの前記スラブをステッケルミルにより熱間圧延して帯板を得ることを特徴とする。

この発明において、ニッケル基合金としては、インコネル６０１，６０６，６２５，７１８やインコネルＸ７５０などの各種インコネル（商品名）、ハステロイＣ，ハステロイＸなどの各種ハステロイ（商品名）、およびワスパロイ（商品名）などを使用することができる。

この発明において、ニッケル基合金からなるスラブの前後端部に溶接されるダミー材の、ステッケルミルによる熱間圧延の温度域における変形抵抗を、ニッケル基合金の前記温度域における変形抵抗の１／２〜１／３に限定するのは、１／３未満では熱間圧延時にダミー材部が薄くなりすぎて破断しやすく、また１／２を越えるとニッケル基合金部の変形抵抗に近くなるため帯板先後端部圧延時の圧延荷重が大となり、板厚の薄い帯板の製造が困難となるからである。

上記の範囲の変形抵抗を有するダミー材を前後に溶接した前記スラブをステッケルミルにより熱間圧延することにより、ステッケルミルによる熱間圧延中の圧延材（帯板）の先後端部が温度低下してもこの先後端部はダミー材により形成されているので、変形抵抗が過大となることはなく、ダミー材部の薄肉化による割れを生じない範囲においてニッケル基合金部を圧延して、薄い板厚の帯板を得ることができるのである。

なお請求項１記載の発明において、ステッケルミルによる熱間圧延は、ニッケル基合金のスラブの厚さなどの断面寸法によって、スラブの前後端部にダミー材を溶接した溶接品を直接ステッケルミル部に供給して熱間圧延をおこなうのと、前記溶接品を先ず別の熱間圧延機により粗圧延して得られた粗圧延品をステッケルミル部に供給して熱間圧延をおこなうのとの、いずれの工程によっておこなってもよい。

この発明において、ニッケル基合金からなるスラブと、ダミー材との溶接部は、種々の溶接接手構造を有するものとすることができるが、請求項２記載の発明のように、前記溶接が、前記スラブとダミー材間に形成したＸ形開先部を溶接する突合せ溶接である構成とすれば、熱間圧延時に扁平に変形する溶接層部が、ニッケル基合金およびダミー材の先薄に変形した各先端部を広面積にわたって表裏両面から挟持する扁平Ｘ形層となって、安定した層構造で前記スラブとダミー材と一体化するので、特に好ましい。

またこの発明において、前記スラブとダミー材との溶接は、種々の材質の溶接棒を用いておこなうことができるが、請求項３記載の発明のように、前記溶接を、ニッケル合金溶接棒を用いておこなうようにすれば、スラブの材質であるニッケル基合金に近い成分の材質の溶接棒で溶接するため、溶接層部がニッケル基合金部と強固に一体化し、熱間圧延時の溶接部の割れや剥離を防止することができるので、特に好ましい。

以上説明したようにこの発明によれば、硬質金属として多用されるニッケル基合金のスラブから、板厚の薄い帯板を得ることができる。

上記の効果に加えて、請求項２記載の発明によれば、熱間圧延により溶接層部がニッケル基合金部とダミー材とを挟持する安定した層構造の接続部が得られる。

また上記の効果に加えて、請求項３記載の発明によれば、溶接層部がニッケル基合金部と強固に一体化し、熱間圧延時における溶接部の割れや剥離を防止できる。

以下、図１〜図３に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図１はステッケルミルをそなえた熱間圧延設備を示し、圧延材の進行方向に沿って、加熱炉１、粗圧延用の熱間圧延機２、圧延機３の前後にファーネスコイラ４，５を配置したステッケルミル６、帯板製品巻取用の巻取機７が、配置されている。

上記の熱間圧延設備を用いてニッケル基合金からなるスラブ１０を熱間圧延して帯板を得るには、先ずニッケル基合金のインゴットを図示しない装置により鍛造もしくは圧延分塊して得られたスラブ１０の前後端部に、ダミー材１１，１１を溶接して、ダミー材付きのスラブ１２とする。１３は上記溶接により形成した溶接層部である。なお図１において、スラブ１０やダミー材１１等の斜視図は、拡大図示してある。

このダミー材１１としては、ステッケルミル６による熱間圧延の温度域における変形抵抗が、スラブ１０を形成するニッケル基合金の変形抵抗の１／２〜１／３である金属材料製のものを使用する。前述したインコネル，ハステロイ，ワスパロイ等のニッケル基合金からなるスラブ１０に対して、上記変形抵抗比を有するダミー材１１としては、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼やインコロイ８００などを使用することができるが、上記ステンレス鋼はコストが安い点で特に好ましい。なお具体的な変形抵抗の数値例については、実施例の項で後述する。

そしてこの例では、上記のスラブ１０とダミー材１１の溶接は、図２にも示すように、同厚のスラブ１０とダミー材１１の各端部に形成した開先角θのＸ形開先部を溶接する突合せ溶接によりおこなっている。また上記の溶接に用いる溶接棒としては、ニッケルおよびクロムを含有しニッケル基合金に近似する組成のＹＮｉＣｒ−３，ＹＮｉＣｒＦｅ−６，ＴＧＨｓＣ−２７６等のニッケル合金溶接棒を用いると、溶接層１３部がスラブ１０と強固に一体化するので、特に好ましい。

上記のようにして得られたダミー材付きのスラブ１２は、加熱炉１により所定の熱間圧延温度まで加熱する。そしてスラブ１０（およびダミー材１１）の板厚によっては、後続のステッケルミル６部における許容受入板厚となるように、熱間圧延機２で粗圧延をおこなったのち、ステッケルミル６部に供給して、可逆熱間圧延を繰返して所望の板厚の帯板１５として巻取機７により巻取り、後続の冷間圧延工程部に供給する。

ステッケルミル６部においては、圧延中の圧延材の先後端部が温度低下するが、この先後端部は前記のように低い変形抵抗を有するダミー材１１により構成されているので、先後端部の変形抵抗過大による許容板厚の制約を受けることなく、スラブ１０部の変形抵抗による圧延荷重が圧延機の許容荷重以下である範囲において、薄い板厚の帯板１５を得ることができるのである。これによって後続の冷間圧延工程の一部を省略することも可能となり、また冷間圧延時には帯板の端部にリード材を付けるが、上記のダミー材１１部をこのリード材として使用でき、リード材接合工程を省略することができ、いずれも帯板製造コストの低減化に寄与するものである。

またこの例では、上記のステッケルミル６部における熱間圧延時に、スラブ１０とダミー材１１部との溶接接手の溶接層１３部は、図３に示すようにＸ形の扁平形状となって、スラブ１０とダミー材１１の先薄の各先端部１０ａ，１１ａを表裏両面から挟持して、割れの生じにくい安定した積層構造の接合部が得られる。

以下、前記図１の熱間圧延設備を用いて熱間圧延をおこなった実施例および比較例により、この発明を具体的に説明する。先ず図４は、実施例および比較例に用いたスラブ１０（ニッケル基合金）およびダミー材１１の各材種について、加熱温度を種々変えて加熱したテストピースをグリーブル試験にてその変形抵抗を測定したデータにもとづいて作図した変形抵抗線図である。なお図中、７１８はインコネル７１８を、Ｘ７５０はインコネルＸ７５０を、それぞれ略称表示したものである。そしてこの線図から、ステッケルミル６における熱間圧延温度域である１０００℃および８００℃における各変形抵抗値を読取り、ダミー材としてＳＵＳ３０４，Ｓ１５Ｃ，ＳＵＳ４２０Ｊ２を用いてスラブ１０の２種類の材質（インコネルＸ７５０およびインコネル７１８）と組合わせたときの、各変形抵抗値、およびダミー材１１の変形抵抗値Ｐ_０の各スラブ材質の変形抵抗値に対する比率（変形抵抗比）の算出値を記入したものが、表１〜表３である。

［実施例１］ インコネルＸ７５０からなり厚さ１６０mm，巾４００mm，長さ５０００mmのスラブ１０の前後両端部に、ＳＵＳ３０４からなり長さが１０００mmである他はスラブ１０と同断面寸法を有するダミー材１１を、開先角θ＝６０度のＸ形開先部をＹＮｉＣｒ−３からなる溶接棒を用いて溶接する突合せ溶接によって溶接し、得られたダミー材付きのスラブ１２を、加熱炉１により１２００℃に加熱後、熱間圧延機２による粗圧延をおこなうことなく直接ステッケルミル６部に供給して、８００〜１０００℃の圧延温度で熱間圧延をおこなった。この熱間圧延中に、ダミー材１１や溶接接手部などの各部に割れが発生しない範囲で可逆圧延をできるだけ多数回（パス）繰返し、帯板１５製品として安定して得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。なお表中の変形抵抗比は、前記表１から転記したものである。

［実施例２］ スラブ１０がインコネル７１８からなる他は、実施例１と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。

［比較例１］ ダミー材１１がＳ１５Ｃからなる他は、実施例１と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。なお表中の変形抵抗比は前記表２から転記したものであり、他の比較例においても同様（表２又は表３）である。

［比較例２］ ダミー材１１がＳＵＳ４２０Ｊ２からなる他は、実施例１と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。

［比較例３］ スラブ１０およびＳＵＳ４２０Ｊ２（比較例２と同材）からなるダミー材１１の巾寸法を、それぞれ３５０mmとした他は、実施例１と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。なお上記の巾寸法を３５０mmとしたのは、変形抵抗の高い（変形抵抗比が大きい）ダミー材１１を用いているので、ステッケルミル６の許容圧延荷重内で上記巾寸法の変更およびこれに伴う帯板１５の巾寸法の変更（小巾化）により、帯板１５の板厚をどの程度低減化できるかを見るためである。

［比較例４］ ダミー材１１がＳ１５Ｃからなる他は、実施例２と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。

［比較例５］ ダミー材１１がＳＵＳ４２０Ｊ２からなる他は、実施例２と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。

［比較例６］ スラブ１０およびＳＵＳ４２０Ｊ２（比較例５と同材）からなるダミー材１１の巾寸法を、それぞれ３５０mmとした他は、実施例２と同条件で溶接および熱間圧延をおこない、実施例１と同様にして得られた最小板厚の帯板１５の断面寸法を表４に示す。なお上記の巾寸法を３５０mmとしたのは、前記比較例３と同じ理由による。

表４の各データから明らかなように、実施例１および２によれば、変形抵抗比が１／２〜１／３という適正範囲の（熱間圧延時の）変形抵抗を有するダミー材１１を用いることにより、板厚の薄い帯板を安定して得ることができた。これに対し比較例１および４によれば、変形抵抗が低い（変形抵抗比が１／３未満である）材質のダミー材１１を用いたため、ダミー材１１部の薄肉化による割れが発生しやすいので、この割れなしで得られる帯板１５の最小板厚は厚いものとなり、また比較例２および５によれば、変形抵抗が高い（変形抵抗比が１／２を超える）材質のダミー材１１を用いたため、ダミー材１１の先端部の割れが発生しやすいと共に圧延荷重が過大となるので、得られる帯板１５の最小板厚は厚いものとなっている。また比較例３および６によれば、ダミー材１１の変形抵抗が高いため、帯板１５の板巾を減らしても圧延荷重の限界から、得られる帯板１５の最小板厚は各実施例のものに比べて厚く、各実施例によれば、これら比較例のものより板厚が薄く且つ広巾の帯板を得ることができた。

この発明は上記の各例に限定されるものではなく、たとえばスラブ１０およびダミー材１１の材質や寸法、溶接棒の材質等は、上記以外のものとしてもよく、またダミー材付きのスラブ１２は、その厚さなどによって先ず熱間圧延機２により粗圧延後、ステッケルミル６による熱間圧延をおこなうようにしてもよい。またスラブ１０とダミー材１１の溶接は、Ｘ形開先以外の開先部を溶接する突合せ溶接や、重ね合せ溶接などによってもよい。さらに図５に示すように、ダミー材１１をスラブ１０より薄板材として、Ｘ形開先部の突合せ溶接などの溶接をおこなって、ダミー材１１のコスト低減化をはかるようにしてもよい。

この発明の実施の形態の一例を示す熱間圧延設備の概略図である。 図１におけるダミー材付きのスラブの要部縦断面図である。 図２のダミー材付きのスラブの溶接接手部の熱間圧延中の状態を示す縦断面図である。 スラブおよびダミー材構成用の各種金属の加熱温度に対する変形抵抗の例を示す線図である。 この発明の実施の形態の他の例を示す図２相当図である。

符号の説明

１…加熱炉、３…圧延機、４…ファーネスコイラ、５…ファーネスコイラ、６…ステッケルミル、１０…スラブ、１１…ダミー材、１２…ダミー材付きのスラブ、１３…溶接層、１５…帯板。

Claims (3)

1. ニッケル基合金からなるスラブの前後端部に、ステッケルミルによる熱間圧延の温度域における変形抵抗が、前記ニッケル基合金の前記温度域における変形抵抗の１／２〜１／３であるダミー材を溶接し、このダミー材付きの前記スラブをステッケルミルにより熱間圧延して帯板を得ることを特徴とする帯板の熱間圧延方法。
2. 前記溶接が、前記スラブとダミー材間に形成したＸ形開先部を溶接する突合せ溶接であることを特徴とする請求項１記載の帯板の熱間圧延方法。
3. 前記溶接を、ニッケル合金溶接棒を用いておこなうことを特徴とする請求項１または２記載の帯板の熱間圧延方法。

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