JP2008110362A - 条鋼製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミスロールがなく、異種材料の混入がなく、生産性及び材料歩留まりに優れた条鋼製造方法の提供。
【解決手段】ビレット６は、主部８と先進部１０とを備えている。先進部１０は、主部８の前側に位置している。先進部１０は、先細り形状を呈している。このビレット６に、粗列圧延を含む多段の圧延が施される。この粗列圧延において先進部１０は、フィッシュテールの抑制に寄与する。ビレット６の先端径Ｂの、粗列圧延後の仕上がり径Ｃに対する比（Ｂ／Ｃ）は、０．７０以上０．９０以下である。ビレット６の先進部の長さＬは、下記数式（１）によって得られるＹの値以上である。
Ｙ＝（Ａ^２／Ｃ^２）×２５ （１）
この数式（１）において、Ａはビレット６の主部８の径を表す。
【選択図】図１

Description

本発明は、丸棒鋼等の条鋼の製造方法に関する。詳細には、本発明は、圧延に供されるビレットの形状の改良に関する。

丸棒鋼の製造方法として、圧延による方法が広く知られている。この製造方法では、まず精錬、造塊、分塊圧延等の工程を経て、ビレットが得られる。このビレットは、加熱炉によって加熱される。次に、このビレットに熱間圧延が施される。通常は、タンデムに並べられた粗列圧延機、中間列圧延機及び仕上列圧延機による多段圧延が施される。この熱間圧延によってビレットは徐々に細径化し且つ長尺化して、丸棒鋼が得られる。

鋼種が快削ステンレス鋼、工具鋼等の難圧延材であるビレットに圧延が施されると、圧延工程の途中でビレットの進行方向先端近傍に裂け目が生じることがある。この現象は、「フィッシュテール」と称されている。フィッシュテールが生じるとこの部分が外向きにはらみ出し、次段の圧延機の入口でビレットが詰まってしまうことがある。この現象は、「ミスロール」と称されている。ミスロールは、圧延の中断を引き起こし、生産効率の低下や材料歩留まりの悪化を招来する。ミスロールは、特に粗列圧延機において生じやすい。

この問題を解決する目的で、ビレットにダミー部が接合されることがある。図８に示されるように、ダミー部２はビレット４の先端に接合される。接合は、通常は溶接によって行われる。ダミー部２の直径は、ビレット４の直径とほぼ同一である。ダミー部２には、裂け目が生じにくい材質（すなわち、ビレット４とは異なる材質）が選択される。圧延工程では、ダミー部２と一体とされてビレット４が圧延機に送られる。裂け目が生じにくいダミー部２の存在により、フィッシュテールが抑制され、ミスロールが防止される。ダミー部２を用いた圧延方法が、特開２００２−１７８００２公報に開示されている。
特開２００２−１７８００２公報

ダミー部２の材質は棒鋼の本来の材質（すなわちビレット４の材質）とは異なるので、ダミー部２の材質が最終製品である棒鋼に混入することは、棒鋼の品質の観点から避けられなければならない。圧延後の母材からは、その先端近傍が切断され、除去される。この除去により、混入が防止される。この除去には、手間とコストとがかかる。

ダミー部２とビレット４との境界近傍では、溶接時の拡散等に起因して、両者の材質が混在している。しかも、この混在領域は、圧延によって長さ方向に引き伸ばされている。さらに、両材質の混在は条鋼母材の内部にまで渡っている。切断すべき位置の正確な判定は、目視では困難である。

混入が確実に防止されるには、圧延前のダミー部２の長さから圧延後のダミー部の長さが推測され、これに十分な安全率が勘案された寸法が加算されて、切断位置が決定される必要がある。しかしながら、あまりに高い安全率が採用されると、健全領域（母材のうち本来除去される必要がない領域）まで多量に除去されてしまう。高い安全率は、材料歩留まりの観点からは不利である。同様の問題は、棒鋼のみならず、線材や形鋼の製造方法においても見られる。

本発明の目的は、ミスロールがなく、異種材料の混入がなく、生産性及び材料歩留まりに優れた条鋼製造方法の提供にある。

本発明に係る条鋼製造方法は、
（１） 主部とこの主部の前側に位置しており先細り形状である先進部とを備えたビレットが得られる準備工程
及び
（２）このビレットに粗列圧延を含む多段の圧延が施され、母材が得られる圧延工程
を含む。

好ましくは、準備工程で得られるビレットの先端径Ｂの、粗列圧延後の仕上がり径Ｃに対する比（Ｂ／Ｃ）は、０．７０以上０．９０以下である。

好ましくは、準備工程で得られるビレットの先進部の長さＬは、下記数式（１）によって得られるＹの値以上である。
Ｙ＝（Ａ^２／Ｃ^２）×２５ （１）
この数式において、Ａは準備工程で得られるビレットの主部の径を表し、Ｃは粗列圧延後の仕上がり径を表す。

この条鋼製造方法では、フィッシュテールが発生しないか、発生する場合でもその程度は小さい。この製造方法では、ミスロールが防止される。この製造方法では、ビレットにダミー部が接合される必要がないので、異種材料の混入は生じない。圧延後のダミー部の除去の必要がないので、この製造方法は生産性及び歩留まりに優れる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る条鋼製造方法に用いられるビレット６が示された斜視図であり、図１（ｂ）はその一部が示された拡大断面図である。この図１において右方向が、圧延時のビレット６の進行方向である。このビレット６の材質は、鋼である。

このビレット６は、主部８と先進部１０とを備えている。先進部１０は、主部８の前側に位置している。主部８は、円柱状である。先進部１０は、円錐台状である。先進部１０は、先細り形状を呈している。先進部１０の底面の直径は、主部８の底面の直径と同一である。主部８と先進部１０とは、一体である。先進部１０は、ビレット６の先端が切削されることで形成されている。切削には、旋盤、フライス盤等の工作機械が用いられる。切削以外の方法で先進部１０が形成されてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る条鋼製造方法に用いられる製造装置１２の一部が示された概念図である。この図２において、左側が上流であり、右側が下流である。この製造装置１２は、加熱炉１４、粗列圧延機１６及びフライングシャー１８を備えている。図示されていないが、この製造設備は、フライングシャー１８の下流に中間列圧延機、仕上列圧延機、冷却床、コールドシャー等を備えている。

粗列圧延機１６は、タンデムに並べられた第一スタンドＳ１、第二スタンドＳ２、第三スタンドＳ３、第四スタンドＳ４、第五スタンドＳ５、第六スタンドＳ６、第七スタンドＳ７及び第八スタンドＳ８を備えている。各スタンド（Ｓ１−Ｓ８）は、一対のロール２０を供えている。このロール２０は、カリバー２２を供えている。第一スタンドＳ１、第三スタンドＳ３、第五スタンドＳ５及び第七スタンドＳ７では、ロール２０の回転軸は水平に延在している。第一スタンドＳ１、第三スタンドＳ３、第五スタンドＳ５及び第七スタンドＳ７では、カリバー２２の形状はオーバルである。第二スタンドＳ２、第四スタンドＳ４、第六スタンドＳ６及び第八スタンドＳ８では、ロール２０の回転軸は鉛直方向に延在している。第二スタンドＳ２、第四スタンドＳ４、第六スタンドＳ６及び第八スタンドＳ８では、カリバー２２の形状はラウンドである。

図３は、図２の装置１２が用いられた製造方法の一例が示されたフローチャートである。この条鋼製造方法では、まず、精錬、造塊、分塊圧延等の工程を経て、ビレット６が形成される（ＳＴＥＰ１）。ビレット６は、一般的には円柱状である。次に、ビレット６の先端が切削される。この切削により、図１に示される先進部１０が形成される（ＳＴＥＰ２）。このビレット６は、主部８と先進部１０とからなる。

次にビレット６は、装入機（図示されず）を通じて加熱炉１４へと搬送される。加熱炉１４は、ビレット６の熱間圧延に適した温度に設定されている。ビレット６は、加熱炉１４の中で所定時間保持され、加熱される（ＳＴＥＰ３）。

次にビレット６は、粗列圧延機１６へと搬送され、粗列圧延に供される（ＳＴＥＰ４）。ビレット６はまず、第一スタンドＳ１のロール２０のカリバー２２に通される。これにより、鋼はロール２０によって鉛直方向に圧下され、塑性変形を起こす。この鋼は、第二スタンドＳ２へと送られる。第二スタンドＳ２では、鋼は、水平方向に圧下され、塑性変形を起こす。以降同様に、第三スタンドＳ３から第八スタンドＳ８において、鉛直方向の圧下と水平方向の圧下とが繰り返される。これにより鋼は、段階的に細径化し、かつ段階的に長尺化する。

次に、鋼はフライングシャー１８を通される。このフライングシャー１８により、鋼の先端近傍が切断され、除去される（ＳＴＥＰ５）。

次に鋼は、中間列圧延機に送られて中間列圧延に供される（ＳＴＥＰ６）。さらに鋼は、仕上列圧延機に送られて仕上列圧に供される（ＳＴＥＰ７）。中間列圧延及び仕上列圧延によっても、鋼は段階的に細径化し、かつ段階的に長尺化する。こうして、母材が得られる。

次に母材は、冷却床に搬送される。冷却床には多数の開口が設けられており、この開口から吹き出す空気によって母材が所定温度（例えば２００℃程度）まで冷却される（ＳＴＥＰ８）。さらに母材は、コールドシャーへと送られ、このコールドシャーにて所定寸法に切断される（ＳＴＥＰ９）。こうして、丸棒鋼が得られる。

粗列圧延では、ビレット６の先端近傍において、外周面が中心よりも優先的に引き延ばされる。このことは、フィッシュテールが発生する原因の１つである。図１に示されたビレット６では、先進部１０の中心が主部８の外周面よりも先行してロール２０に送られる。従って、外周面が優先的に引き延ばされても、相殺によってフィッシュテールが生じにくい。先細り形状の先進部１０は、ミスロールの防止に寄与する。

図４は、図３の粗列圧延（ＳＴＥＰ４）の様子が示された断面図である。この図４には、第一スタンドＳ１のロール２０が、ビレット６と共に示されている。ビレット６は、図４における右方向に進行しつつ、圧延される。図４では、二点鎖線によって、従来のビレット（すなわち円柱状のビレット）が圧延された場合の鋼の様子も示されている。

本発明者が得た知見によれば、従来のビレットの場合、ロール出口２４よりも下流において鋼に圧下方向の引張応力が発生する。ビレットの直径がＡとされたとき、ロール出口２４よりも下流方向に０．４Ａの地点から０．６Ａの地点において、引張応力のピークが見られる。この引張応力により、ビレットの先端が裂けることがある。この引張応力は、フィッシュテールが発生する原因の１つである。図４に示されるように、先細りの先進部１０を備えたビレット６では、ロール出口２４の下流において、ビレット６とロール２０とがほとんど接触しない。このビレット６が用いられることにより、引張応力が抑制され、フィッシュテールが防止される。先細り形状の先進部１０は、ミスロールの防止に寄与する。図４には第一スタンドＳ１のロール２０が示されているが、第二スタンドＳ２から第八スタンドＳ８においても引張応力が抑制されるように、先進部１０の形状が決定されることが好ましい。

図１において両矢印Ｂで示されているのは、ビレット６の先端径である。粗列圧延後の仕上がり径Ｃに対する先端径Ｂの比（Ｂ／Ｃ）は、０．７０以上０．９０以下が好ましい。この比（Ｂ／Ｃ）が０．９０以下に設定されることにより、粗列圧延（ＳＴＥＰ４）の全般にわたってフィッシュテールが抑制され、ミスロールが防止される。この観点から、比（Ｂ／Ｃ）は０．８５以下がより好ましい。この比（Ｂ／Ｃ）が０．７０以上に設定されることにより、粗列圧延中の鋼の温度低下が抑制される。温度低下の抑制は、鋼の裂けの抑制に寄与する。

図１において、両矢印Ｌで示されているのは先進部１０の長さであり、両矢印Ａで示されているのは主部８の径である。長さＬが下記数式（１）によって得られるＹの値以上であることが好ましい。
Ｙ＝（Ａ^２／Ｃ^２）×２５ （１）
この数式（１）において、Ｃは粗列圧延後の仕上がり径を表す。長さＬが上記範囲に設定されることにより、粗列圧延（ＳＴＥＰ４）の全般にわたってフィッシュテールが抑制され、ミスロールが防止される。

ミスロール防止の観点から、長さＬが下記数式（２）によって得られるＹ’の値以上であることがより好ましい。
Ｙ’＝（Ａ^２／Ｃ^２）×２７ （２）
先進部１０の形成が容易であるとの観点、及び先進部１０の形成のために除去される鋼が抑制されて材料歩留まりが向上するとの観点から、長さＬが下記数式（３）によって得られるＹ''の値以下であることが好ましい。
Ｙ''＝（Ａ^２／Ｃ^２）×３２ （３）

この製造方法では、ダミー部２（図８参照）の接合は不要である。従って、ダミー部２の混入は生じず、しかも圧延後のダミー部２の除去作業を要しない。ダミー部２の除去に伴う健全部の廃棄も生じないので、この製造方法の材料歩留まりは高い。

本発明に係る製造方法は、難圧延材からなる条鋼に適している。この製造方法は、快削ステンレス鋼、工具鋼等に特に適している。

本発明に係る製造方法は、断面が非円形（例えば四角形）であるビレットにも適用されうる。断面が非円形なビレットの場合、その主部の断面積と同一面積を有する円が想定され、この円の直径が主部の径Ａとされる。断面が非円形なビレットの場合、その先端の面積と同一面積を有する円が想定され、この円の直径が先端径Ｂとされる。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
円柱状のビレットを用意し、先端を切削して先進部を形成した。このビレットの鋼種は、ＳＫＤ１１である。このビレットでは、主部の径Ａは１６７ｍｍであり、先端径Ｂは８０ｍｍであり、先進部の長さＬは１００ｍｍである。このビレットを１０５０℃に加熱し、図２に示された粗列圧延機によって粗列圧延を施した。粗列圧延後の仕上がり径Ｃは、５５ｍｍであった。

［実施例２から８及び比較例］
先進部の形状を下記の表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、粗列圧延を行った。なお、比較例のビレットは、先進部を備えていない。

［外観観察］
粗列圧延後の鋼の外観を、目視により観察した。そして、先端の裂けの程度を、「１」から「５」の５段階に格付けした。裂けが最も激しいものを「１」とし、裂けが最も少ないものを「５」とした。この結果が、下記の表１に示されている。

［シミュレーション］
ソフトウエア「ＤＥＦＯＲＭ ３Ｄ」によるシミュレーションにより、第一スタンドから第八スタンドにおいて鋼に発生する引張応力を算出した。この結果が、図５から図７に示されている。また、引張応力の最大値が、下記の表１に示されている。

表１に示されるように、実施例の製造方法では、比較例の製造方法に比べて引張応力の最大値が小さい。また、実施例の製造方法では、比較例の製造方法に比べて、粗列圧延後の裂けが少ない。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明に係る製造方法により、棒鋼のみならず、鋼線、形鋼等の種々の条鋼が製造されうる。

図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る条鋼製造方法に用いられるビレットが示された斜視図であり、図１（ｂ）はその一部が示された拡大断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る条鋼製造方法に用いられる製造装置の一部が示された概念図である。 図３は、図２の装置が用いられた製造方法の一例が示されたフローチャートである。 図４は、図３の粗列圧延の様子が示された断面図である。 図５は、引張応力のシミュレーションの結果が示されたグラフである。 図６は、引張応力のシミュレーションの結果が示されたグラフである。 図７は、引張応力のシミュレーションの結果が示されたグラフである。 図８は、従来のビレットが示された斜視図である。

符号の説明

６・・・ビレット
８・・・主部
１０・・・先進部
１２・・・製造装置
１４・・・加熱炉
１６・・・粗列圧延機
１８・・・フライングシャー
２０・・・ロール
２２・・・カリバー
２４・・・ロール出口

Claims (3)

1. 主部とこの主部の前側に位置しており先細り形状である先進部とを備えたビレットが得られる準備工程と、
   このビレットに粗列圧延を含む多段の圧延が施され、母材が得られる圧延工程と
   を含む条鋼製造方法。
2. 上記準備工程で得られるビレットの先端径Ｂの、粗列圧延後の仕上がり径Ｃに対する比（Ｂ／Ｃ）が、０．７０以上０．９０以下である請求項１に記載の製造方法。
3. 上記準備工程で得られるビレットの先進部の長さＬが、下記数式（１）によって得られるＹの値以上である請求項１又は２に記載の製造方法。
   Ｙ＝（Ａ^２／Ｃ^２）×２５ （１）
   （この数式において、Ａは準備工程で得られるビレットの主部の径を表し、Ｃは粗列圧延後の仕上がり径を表す。）

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