JP2008155262A - 平鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】四隅の角部を適正なコーナーＲとすることができると共に、硬度も適正な硬度とすることができる平鋼の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】最終パスに４ロール圧延機を配置した冷間圧延ラインにて丸鋼１ａから平鋼１ｃを製造する平鋼の製造方法において、最終パス直前段階の素材を、四隅に曲面が形成された断面略角丸四角形の略平鋼１ｂとして、その略平鋼１ｂの上下左右の夫々対になった圧延面のうち少なくとも一方の対になった圧延面に中心部が凹むような傾斜を設けて加工面とすると共に、略平鋼１ｂの対になった加工面３間の幅寸法のうち最小の幅寸法を、最終パスでの圧延後の平鋼１ｃの幅寸法より大きくしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的入手しやすい熱間圧延で製造された素材である丸鋼から、冷間圧延ラインで平鋼を製造する平鋼の製造方法に関するものである。

従来、平鋼(平線)は、熱間圧延で製造された素材である平鋼を引抜加工する方法によって製造されるのが主であったが、近年は、比較的入手しやすい熱間圧延で製造された丸鋼を冷間圧延することで製品を製造する方法や、丸鋼を冷間圧延し、更に引抜加工を行って製品を製造する方法が主流になってきている。

例えば、ＪＩＳ Ｇ３１９４（熱間圧延平鋼の形状、寸法、質量、及びその許容差、１９９８）の表５には、熱間圧延で製造された平鋼のかど落ちの許容差は、厚さ９ｍｍ以上のものについて、厚さの１５％以下でなければならないと規定されている。

しかしながら、図６に示すように、丸鋼１ａを冷間圧延し、更に引抜加工を行って製品の平鋼１ｃを製造する場合、冷間圧延後の半製品である平鋼１ｃの四隅の角部に形成されたコーナーＲが大きいと、引抜加工で、角部のコーナーＲがダイス通りにでない抜けがあったり、角部近傍に焼き付きが生じたりするという問題が発生することがあった。

また、平鋼１ｃにあっては、四隅のコーナーＲの寸法が異なる形状の製品を求められることもあり、この場合には、上述した引抜加工での問題を出来る限り緩和するために、半製品の段階から最終製品に近い形状とすることが必要となっていた。

従って、冷間圧延のみで最終製品を製造する場合の製品の四隅のコーナーＲを制御することは当然のこと、冷間圧延後に引抜加工を施す場合にあっても、冷間圧延後の半製品の四隅のコーナーＲを制御することが必要である。

冷間圧延ラインで平鋼を製造する方法については、例えば、特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１には、平鋼（平線）を冷間圧延加工する際の最初または任意の段階で、圧延装置によって側面から加圧して側面部に減面加工を施すことで、うず巻ばね用平線を得るとした技術が記載されているが、四隅のコーナーＲについての記載は全くない。これは、圧延工程後の引抜加工が、第３図（ロ）に示すようなコーナーＲが比較的大きなダイスで行われるため、考慮する必要がなかったと類推できるが、一般的な平鋼にあっては、角部に適正なコーナーＲを形成することは非常に重要であり、特許文献１のように単に４面加工するだけでは、適正なコーナーＲを得ることは不可能である。

そこで、発明者らは、図７及び図８に示すように、丸鋼１ａを素材とし、第１パスで上下の２方ロール２で丸鋼１ａの上下に圧下を加えて略平鋼１ｂを形成した後、４方ロール４で形状を整えて平鋼１ｃを製造する方法を、冷間圧延で行う実験をした。

図７はφ２７ｍｍの丸鋼１ａから、２方ロール２での圧延、４方ロール４での圧延を経て、厚さ１７ｍｍ、幅２６ｍｍの平鋼１ｃを製造した場合の例であるが、この条件で製造した平鋼１ｃの四隅の角部のコーナーＲは、６．５ｍｍであり、適正な製品の条件を具備しない。一方、図８はφ２８．５ｍｍの丸鋼１ａから、２方ロール２での圧延、４方ロール４での圧延を経て、厚さ１７ｍｍ、幅２６ｍｍの平鋼１ｃを製造した場合の例であるが、この条件で製造した平鋼１ｃの四隅の角部のコーナーＲは、２ｍｍであって、適正な製品の条件を具備することとなる。このように、素材である丸鋼１ａの径を大きくすると、出来上がる平鋼１ｃの四隅の角部を適正なコーナーＲとすることができる。なお、コーナーＲについては、前記ＪＩＳ Ｇ３１９４の平鋼のかど落ちの許容差は、厚さ９ｍｍ以上のものについて、厚さの１５％以下でなければならないとの規定を参考に、その範囲内にあれば適正として判断した。

しかしながら、素材寸法（素材径）を大きくすることによって、圧延により製造された平鋼１ｃの断面減少率は、図７の場合で１８．３％、図８の場合で２６．６％となる。一般的に製品である平鋼１ｃの硬度は断面減少率に比例するため、素材径を大きくすると圧延後の硬度が上昇し、その後に引抜加工を行う場合、破断や焼き付きを招く危険性が大きくなる。また、圧延のみで製品を仕上げる場合は、加工硬化を緩和するための熱処理（焼鈍）が必要となる。このような問題を生じさせないためには、出来る限り素材の断面減少率を小さくする必要があり、単に素材である丸鋼１ａの径を大きくするだけでは問題を生じてしまう。

特開昭６４−２７７０３号公報

本発明は上記従来の問題を解決せんとして発明したものであって、平鋼の四隅の角部を適正なコーナーＲとすることができ、更には、得られる平鋼の硬度も適正な硬度とすることができる平鋼の製造方法を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、最終パスに４ロール圧延機を配置した冷間圧延ラインにて素材の丸鋼から平鋼を製造する平鋼の製造方法において、最終パスに入る直前段階の素材を、四隅に曲面が形成された断面略角丸四角形の略平鋼として、その略平鋼の上下と左右の夫々対になった圧延面のうち少なくとも一方の対になった圧延面に中心部が凹むような傾斜を設けて加工面とすると共に、前記略平鋼の対になった加工面間の幅寸法のうち最小の幅寸法を、最終パスでの圧延後の平鋼の幅寸法より大きくしたことを特徴とする平鋼の製造方法である。

請求項２記載の発明は、最終パスに入る直前段階の前記略平鋼の加工面は、略平鋼の上下と左右の夫々対になった圧延面のうち一対の圧延面のみであり、他の対になった圧延面は非加工面となっていることを特徴とする請求項１記載の平鋼の製造方法である。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の平鋼の製造方法であって、前記略平鋼の加工面間の幅寸法のうち最小の幅寸法をＣ、最大の幅寸法をＤとし、前記平鋼の幅寸法をＷ、その幅寸法に直交する厚み寸法をＢとし、前記略平鋼の最大の幅寸法位置の仮想面から、前記平鋼の非加工面までの厚み寸法差をＡとしたとき、 最終パスでの加工面を圧延するロールでの最大圧下率Ｒ１、最小圧下率Ｒ２、圧下率比ＲＲは夫々、Ｒ１＝（Ｄ−Ｗ）／Ｄ×１００、Ｒ２＝（Ｃ−Ｗ）／Ｄ×１００、ＲＲ＝Ｒ１／Ｒ２であって、パラメータα、βを夫々、α＝Ａ／Ｂ×１００、β＝ＲＲ×Ｒ１としたとき、β≧０．７１４５×αという式を満たすことを特徴とする平鋼の製造方法である。

本発明の平鋼の製造方法によると、四隅の角部のコーナーＲ、硬度共に適正な平鋼を、比較的入手しやすい熱間圧延で製造された素材である丸鋼から、冷間圧延ラインで製造することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

発明者らが、背景技術で示した実験を行った後、鋭意研究開発に努め発明するに至ったのが、例えば、図１に示すように、最終パスに入る直前段階の素材を、四隅に曲面が形成された断面略角丸四角形の略平鋼１ｂとして、その略平鋼１ｂの上下と左右の夫々対になった圧延面のうち少なくとも一方の対になった圧延面に中心部が凹むような傾斜を設けて加工面３とする方法である。なお、略平鋼１ｂの対になった加工面３，３間の幅寸法のうち最小の幅寸法は、最終パスでの圧延後の平鋼１ｃの幅寸法より大きくすることが条件である。

以下の説明では、上下と左右の夫々対になった圧延面のうち左右の圧延面を加工面３とし、上下の圧延面は非加工面５とした実施形態を示すが、上下の圧延面を加工面３、左右の圧延面を非加工面５としても良いし、上下左右全ての圧延面を加工面３としても良い。また、以下の説明は、左右対称形状の平鋼１ｃを製造する基本的な平鋼の製造方法を例示して説明する。

圧延面の上下部のうち少なくとも一方に、中心部に向けて凹むような逆Ｒやテーパといった傾斜を設けて加工面３とするには、最終圧延前の２方ロール２の表面に、図１（ｂ）に示すようなＲや、図３（ｂ）に示すようなテーパを形成して、その２方ロール２にて素材の左右両側面を圧延する必要がある。その後、４方ロール４で素材である略平鋼１ｂの上下左右の４面を圧延すれば平鋼１ｃを製造することができる。

図１は、最終パスに４ロール圧延機を配置した冷間圧延ラインにて素材の丸鋼１ａから平鋼１ｃを製造する方法を示す。まず、図１（ａ）に示すように、素材である丸鋼１ａの上下を上下のロール６，６で圧延し、素材である丸鋼１ａを扁平な形状とする。

その後の最終パスの直前段階のパスで、図１（ｂ）に示すように、左右の２方ロール２で素材の左右両側面を圧延して、素材を略平鋼１ｂとする。この左右の２方ロール２の表面は、その中心線上が膨らむＲ状となっており、この２方ロール２で圧延された略平鋼１ｂの左右両側面は、圧延方向の中心線上（中心部）が凹む逆Ｒ状、即ちその上下部に傾斜面が形成された形状となる。つまり、この実施形態では、上下左右の圧延面のうち、左右両側面が加工面３、上下面が非加工面５となる。また、２方ロール２で圧延された略平鋼１ｂの左右両側面の上下の四隅は、２方ロール２で圧延されず曲面が残る。なお、図１（ｂ）には、左右の２方ロール２以外に、上下のロール６，６も図示しているが、このように４方圧延とすれば、素材の四面を支持して安定性良く圧延作業を行うことができる。

最終パスの４ロール圧延機の４方ロール４で、図１（ｃ）に示すように、略平鋼１ｂの上下左右４面を圧延すれば平鋼１ｃが製造できる。冷間圧延だけで製品を製造する場合は以上で製品は完成する。また、引抜加工を行って製品を完成する場合は次の引抜加工工程に進む。

実際に、φ２７ｍｍとφ２８．５ｍｍの丸鋼１ａから、２方ロール２、４方ロール４での圧延によって、厚さ１７ｍｍ、幅２６ｍｍの平鋼１ｃを製造したしたところ、どちらも、出来上がった平鋼１ｃの四隅の角部のコーナーＲは、２ｍｍ以内となり、適正な製品の条件を具備することとなった。このことは、本発明の平鋼の製造方法で平鋼１ｃを製造すれば、素材である丸鋼１ａの径を特に大きくしなくても、平鋼１ｃの四隅の角部を適正なコーナーＲとすることができることを示している。

本発明によれば、このように、素材寸法（素材径）を大きくしなくても、平鋼１ｃの四隅の角部を適正なコーナーＲとすることができるので、素材寸法（素材径）を大きくすることによる断面減少率の増加による平鋼１ｃの硬度上昇という矛盾による問題もなくなり、四隅の角部のコーナーＲ、硬度共に適正な平鋼１ｃを製造することができる。

図２は、最終パスの前段階での２方ロール２で圧延された略平鋼１ｂと、最終パスの４方ロール４で圧延された平鋼１ｃを重ねて示した説明図である。

略平鋼１ｂの加工面３，３間の幅寸法のうち最小の幅寸法をＣ、最大の幅寸法をＤとし、平鋼１ｃの幅寸法をＷ、その幅寸法Ｗに直交する厚み寸法をＢとし、略平鋼１ｂの最大の幅寸法位置における仮想面、即ち、略平鋼１ｂの左右両側面における上下夫々の四隅の曲面が始まる位置をつなぐ仮想平面から、平鋼１ｃの非加工面までの厚み寸法差をＡとしたとき、最終パスでの加工面３を圧延する４方ロール４での最大圧下率Ｒ１、最小圧下率Ｒ２、圧下率比ＲＲは夫々、最大圧下率Ｒ１＝（Ｄ−Ｗ）／Ｄ×１００、最小圧下率Ｒ２＝（Ｃ−Ｗ）／Ｄ×１００、圧下率比ＲＲ＝Ｒ１／Ｒ２という式で示すことができる。

このとき、パラメータα、βを夫々、パラメータα＝Ａ／Ｂ×１００、パラメータβ＝ＲＲ×Ｒ１とすれば、パラメータβ≧０．７１４５×パラメータαという式を満たすことが、本発明の請求項３記載した条件である。詳細については、下記する実施例で示す。

図３は、四隅のコーナーＲの寸法が異なる形状の平鋼１ｃを製造する平鋼の製造方法の参考例を示す。この参考例では、この左右の２方ロール２の表面がＲ状ではなく、テーパが設けられた形状となっている。なお、図３（ｂ）は、略平鋼１ｂと２方ロール２の関係が理解しやすいように、素材（略平鋼１ｂ）を上右方にずらせて図示しているが、実際の略平鋼１ｂは図１（ｂ）と同様に上下のロール６，６間に位置する。

この参考例では、左右の２方ロール２の下部に、夫々傾斜角度並びに長さの異なるテーパが形成されており、この２方ロール２で圧延された略平鋼１ｂの左右の加工面３，３の下部には、その中心部に向けて凹むようなテーパ面（傾斜面）が形成されている。この２方ロール２で、最終パスの直前段階のパスでの圧延を行うことにより、最終パスの４ロール圧延機の４方ロール４で、圧延されて出来上がった平鋼１ｃの四隅の角部のコーナーＲを異なる形状とすることができる。

この参考例では、圧延されて出来上がった平鋼１ｃの上隅のコーナーＲは左右とも同じ形状であるが、左右の２方ロール２の上方にも夫々傾斜角度や長さの異なるテーパを形成することで、略平鋼１ｂの加工面３，３に形成されるテーパ面（傾斜面）を上下左右の四隅で全て異なる形状とすることができ、その結果、出来上がった平鋼１ｃの四隅のコーナーＲの形状を全て異なる形状とすることができる。このように、略平鋼１ｂの加工面３，３に形成されるテーパ面（傾斜面）を上下左右の四隅で全て異なる形状とすることで、加工面３に中心部が凹むような傾斜が形成でき、出来上がる平鋼１ｃの硬度を適正な硬度とすることができる。すなわち、略平鋼１ｂの加工面３，３に形成されるテーパ面（傾斜面）を上下左右の四隅で全て異なる形状としたものは、本発明に含まれる。

なお、製造される平鋼１ｃ（最終製品）の寸法精度が非常に厳密である場合等には、この後に引抜工程が入ることとなるが、この場合においても四隅のコーナーＲが略最終製品の形状になっていることと、前記した素材径を小さくすることができることにより、引抜時の断線、コーナー形状不良、焼き付き、抜け等を防止でき、良好な最終製品を製造することができる。

請求項３に示すパラメータαとパラメータβの関係式を導き出すため、略平鋼１ｂの左右両側面の加工面３に形成される逆Ｒの寸法、略平鋼１ｂの加工面３間の幅寸法のうち最小の幅寸法（２方ロールでの最圧下部幅）Ｃを変えることにより、実験（解析）を行った。

実験で使用した、素材である丸鋼の径はφ２７ｍｍであり、鋼種はＳ４５Ｃである。略平鋼１ｂの状態で、その左右両側面に逆Ｒ状の加工面３を形成しない従来方法である基準方法での冷間圧延は、φ２７ｍｍ丸鋼→２方ロール圧延（厚さ１８ｍｍの略平鋼）→４方ロール圧延（厚さ１８ｍｍ、幅２６ｍｍの平鋼）とし、略平鋼１ｂの状態で、その左右両側面に逆Ｒ状の加工面３を形成する改良方法での冷間圧延は、φ２７ｍｍ丸鋼→２方ロール圧延（厚さ１８ｍｍの略平鋼の前段階）→４方ロール圧延（下記条件の略平鋼）→４方ロール圧延（厚さ１８ｍｍ、幅２６ｍｍの平鋼）とした。

上記に示す改良方法での４方ロール圧延（上下ロールは素材の上下面を押さえているだけで事実上は２方ロール圧延）の条件は、略平鋼１ｂに形成される逆Ｒの寸法を５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍの６水準とし、略平鋼１ｂの前記最圧下部幅Ｃを２６．４ｍｍ、２８ｍｍ、２９ｍｍ、３０ｍｍ、３１ｍｍ、３１．８ｍｍの６水準とし、６×６＝３６水準で実験（解析）を行い、製品（平鋼）のコーナーＲ寸法を調べた。基準方法で製造した平鋼１ｃのコーナーＲ寸法に対し、改良方法で製造した平鋼１ｃのコーナーＲ寸法が２０％以上減少しているものを低減効果があると規定した。結果を図４に示す。○はコーナーＲに低減効果があったもの、●は低減効果がなかったものを示す。

図４から分かるように、パラメータαが小さくなるほど、パラメータβは小さな値で、コーナーＲの低減効果が現れていることが分かる。コーナーＲを低減させるための条件は、実験データの回帰式より、パラメータβ≧０．７１４５×パラメータαとなる。

図５に、略平鋼１ｂに形成される逆Ｒの寸法を２０ｍｍ、略平鋼１ｂの最圧下部幅Ｃを２６．４ｍｍとして改良方法で実験（解析）を行ったときの素材の形状変化を示す。基準方法で製造した平鋼１ｃのコーナーＲ寸法は３．１ｍｍであった（図面には記載せず）のに対し、改良方法で製造した平鋼１ｃのコーナーＲ寸法は２．０ｍｍであり、コーナーＲ寸法が２０％以上減少しており低減効果が認められる。

なお、請求項３で示す各式に実際の数値を代入すると下記に示す通りであって、コーナーＲを低減させるための条件であるパラメータαとパラメータβの関係式を満たすことが分かる。

最大圧下率Ｒ１＝（２８．２−２６．０）／２８．２×１００＝７．８％
最小圧下率Ｒ２＝（２６．４−２６．０）／２６．４×１００＝１．５％
圧下率比ＲＲ＝７．８／１．５＝５．２
パラメータα＝３．１／１８×１００＝１７．２
パラメータβ＝５．２×７．８＝４０．６
パラメータ４０．６≧０．７１４５×１７．２＝１２．３

本発明の一実施形態を示す説明図であって、（ａ）は１パス目を、（ｂ）は最終パスの直前段階のパスを、（ｃ）は最終パスを夫々示す。 最終パスの前段階での略平鋼と、最終パスの平鋼を重ねて示した説明図である。 参考例を示す説明図であって、（ａ）は１パス目を、（ｂ）は最終パスの直前段階のパスを、（ｃ）は最終パスを夫々示す。 実験（解析）によるパラメータとコーナーＲの低減効果の関係を示す説明図である。 実験（解析）による素材の形状変化を示す説明図であり、（ａ）は１パス目の素材の形状変化を、（ｂ）は２パス目の素材の形状変化を、（ｃ）は３パス目の素材の形状変化を夫々示す。 丸鋼を冷間圧延し、更に引抜加工を行って製品の平鋼を製造する従来例を示す説明図である。 従来例を示す説明図であって、（ａ）は１パス目を、（ｂ）は最終パスを示す。 従来例を示す説明図であって、（ａ）は１パス目を、（ｂ）は最終パスを示す。

符号の説明

１ａ…丸鋼
１ｂ…略平鋼
１ｃ…平鋼
３…加工面
５…非加工面

Claims (3)

1. 最終パスに４ロール圧延機を配置した冷間圧延ラインにて素材の丸鋼から平鋼を製造する平鋼の製造方法において、
   最終パスに入る直前段階の素材を、四隅に曲面が形成された断面略角丸四角形の略平鋼として、
   その略平鋼の上下と左右の夫々対になった圧延面のうち少なくとも一方の対になった圧延面に中心部が凹むような傾斜を設けて加工面とすると共に、
   前記略平鋼の対になった加工面間の幅寸法のうち最小の幅寸法を、最終パスでの圧延後の平鋼の幅寸法より大きくしたことを特徴とする平鋼の製造方法。
2. 最終パスに入る直前段階の前記略平鋼の加工面は、略平鋼の上下と左右の夫々対になった圧延面のうち一対の圧延面のみであり、他の対になった圧延面は非加工面となっていることを特徴とする請求項１記載の平鋼の製造方法。
3. 請求項２記載の平鋼の製造方法であって、
   前記略平鋼の加工面間の幅寸法のうち最小の幅寸法をＣ、最大の幅寸法をＤとし、
   前記平鋼の幅寸法をＷ、その幅寸法に直交する厚み寸法をＢとし、
   前記略平鋼の最大の幅寸法位置の仮想面から、前記平鋼の非加工面までの厚み寸法差をＡとしたとき、
   最終パスでの加工面を圧延するロールでの最大圧下率Ｒ１、最小圧下率Ｒ２、圧下率比ＲＲは、
   最大圧下率Ｒ１＝（Ｄ−Ｗ）／Ｄ×１００
   最小圧下率Ｒ２＝（Ｃ−Ｗ）／Ｄ×１００
   圧下率比ＲＲ＝Ｒ１／Ｒ２
   であって、
   パラメータα、βを、
   パラメータα＝Ａ／Ｂ×１００
   パラメータβ＝ＲＲ×Ｒ１
   としたとき、
   パラメータβ≧０．７１４５×パラメータα
   を満たすことを特徴とする平鋼の製造方法。
   

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