JP2009012065A

JP2009012065A - 線材・棒鋼の熱間圧延方法

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Publication number: JP2009012065A
Application number: JP2007180253A
Authority: JP
Inventors: Yuki Muroya; 勇希室屋; Hitoshi Kushida; 仁串田; Shoji Miyazaki; 庄司宮▲崎▼; Takeshi Ishida; 健石田; Tomohide Tahira; 知秀多比良
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-07-09
Also published as: JP4917980B2

Abstract

【課題】線材・棒鋼の熱間孔型圧延で、角孔型の孔型溝底部と接触した圧延材の円弧部半径が直後のオーバル孔型で表面疵の発生原因とならない程度に大きい状態で、このオーバル孔型に適正に噛み込ませる圧延方法を提供することである。
【解決手段】線材・棒鋼の熱間孔型系列の、菱−角−オーバル孔型スケジュールで、前記角孔型に噛み込む菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部半径をｒ、角孔型での圧下量をａとしたときに、菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗと前記円弧部半径ｒを予め対応づけて、この幅寸法Ｗから円弧部半径ｒを予測して比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下の範囲に収まるようにロール隙を設定し、圧延中に前記幅寸法Ｗを実測し、実測した幅寸法Ｗａから、予め対応付けておいた前記円弧部半径ｒを算出し、比率ｒ／ａが上記範囲から外れると、菱孔型直前の孔型ロール隙ｓを調整して、比率ｒ／ａを上記範囲に収めるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、線材・棒鋼の熱間孔型圧延過程で、孔型内で生じる圧延材の捻れを低減させることによりその表面品質を向上させる圧延方法に関する。

線材・棒鋼の熱間孔型圧延では、通常、加熱した素材ビレットを、粗圧延機列での、菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列で、断面積を順次減少させて角孔型で角圧延材として直後のオーバル孔型に噛み込ませて圧延し、丸−オーバルなどの後続の孔型系列により断面積をさらに減少させて圧延材が所要の製品寸法に仕上げられる。この熱間孔型圧延過程では、角孔型出側での、孔型溝底部に接触した圧延材円弧部（頂部）Ｃの半径ｒが小さいときに、図１４に示すように、圧延材が捻れた状態でオーバル孔型により圧延されると、圧延材自体のねじれ回復力が大きく、孔型出側でのオーバル形状は良好な状態となるが、円弧部（頂部）半径ｒが小さいために、オーバル孔型内で円弧部近辺の圧延材周方向の圧縮ひずみが大きくなって表面疵が発生する。このような表面疵の発生を抑制するためには、図１５に示すように、角孔型出側での圧延材の前記円弧部（頂部）Ｃの半径ｒを大きくする方法がある。この円弧部（頂部）半径ｒが大きい状態で圧延材が捻れた状態でオーバル孔型に噛み込んだとき、前記の円弧部（頂部）半径ｒが小さい場合に比べて捻れ回復力は小さく、捻れた状態で圧延変形が進行し、オーバル孔型出側での圧延材の断面形状が非対称となり、後続の孔型系列の丸孔型などで圧延する際に、円弧部（頂部）近辺で折れ込みが発生しやすく、表面疵発生原因となる。このため、オーバル孔型出側で、圧延材の断面形状が非対称とならずに適正形状を保ち、かつ表面疵を発生させないためには、角孔型出側での圧延材の円弧部半径ｒを大きくして、オーバル孔型に適正に噛み込ませる、すなわちオーバル孔型入側での圧延材の捻れを低減させることが重要である。

前記オーバル孔型に適正に噛み込ませる手段として、従来から、圧延機のロール孔型入側にローラーガイドを設置し、そのガイドローラーで圧延材を固定支持し、孔型入側で圧延材の捻れを矯正する圧延方法が用いられている。例えば、特許文献１では、棒鋼圧延の仕上げスタンドの一対の垂直ロールの入側に、回転可能に支持されたガイド本体を有するツイスターガイドを設けたガイド装置を設置し、仕上げスタンドから出る製品（棒鋼）に捻じれがあると、それと反対方向に回転を付与することによって製品捻じれを矯正する圧延装置が開示されている。また、本出願人は、特願２００６−１２０８９８号において、孔型圧延ロールを用いた鋼片の連続圧延において、ツイスターガイドやローラーガイドを使用せずに、孔型圧延ロールをロール軸方向に調整することによって圧延材の捻れを解消する圧延方法を提案した。
特開２０００−１７６５２９号公報

しかし、前記のローラーガイドで圧延材を固定支持する方法では、無理に圧延材を固定支持した場合には、圧延材の捻れによってガイドローラと強く接触することになり、表面疵が発生したり、過度の力が作用することでベアリングが破損してガイドローラーが停止し、焼き付き等の作動不良を引き起こすなどの問題があった。また、ローラーガイドに入るまでに既に大きく捻れていた場合には、ローラーガイド自体を破損することになり、ローラーガイドの設置によって、捻れの問題を根本的に改善することはできない。また、特許文献１に開示された圧延装置では、圧延材がツイスターガイドと接触することによって発生する表面疵は避けられなくなる。一方、本出願人が提案した前記圧延方法によれば、鋼片の連続圧延では鋼片の仕上げ断面形状を損なわずに、またツイスターとの接触や捻じりによる表面疵の発生を回避して鋼片の捻じれを解消することが可能となるが、線材・棒鋼の熱間圧延では、前記オーバル孔型入側で角圧延材が既に捻れた状態で圧延されるときに、オーバル孔型圧延ロールをロール軸方向に調整することにより捻れが低減されたとしても、オーバル孔型出側の圧延材の断面形状が非対称となり、次圧延機以降のロール孔型で表面疵の発生を回避することができない。

そこで、この発明の課題は、線材・棒鋼の熱間孔型圧延において、ツイスターやローラーガイドで圧延材を支持せずに、角孔型の孔型溝底部と接触した圧延材の円弧部半径が、直後のオーバル孔型で表面疵が発生しない程度に大きい状態で、前記角孔型での圧延変形自体によって捻れを復元させて前記オーバル孔型に適正に噛み込ませる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。

即ち、請求項１に係る線材・棒鋼の熱間圧延方法は、加熱した素材ビレットから、複数の圧延機のロールに設けた菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列とその直後のオーバル孔型によって断面積を順次減少させ、後続の孔型系列により断面積をさらに減少させて圧延材を所要の製品寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法であって、前記オーバル孔型の直前の角孔型に噛み込む菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部半径をｒ、この角孔型での圧下量をａとしたときに、前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部半径ｒを予め対応づけて、この幅寸法Ｗから円弧部半径ｒを予測し、比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下の範囲に収まるように前記菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列のロール隙を調整して、圧延材を前記オーバル孔型に適正に噛み込ませるようにしたことを特徴とする。

本発明者は、角孔型の頂部（溝底部）半径が大きい状態でも、角孔型の直前の菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部半径を小さくすることにより、角孔型での圧延材の捻れ回復力が増加し、この角孔型内での圧延材の安定性が向上することによって直後のオーバル孔型に適正に噛み込ませる圧延方法に着目した。すなわち、角孔型の直前の菱孔型で圧延された圧延材の孔型壁面と接触していない自由表面の円弧部半径を小さくすることにより、角孔型での捻れ回復力を増加させることに想到した。

圧延機入側の圧延材が捻れてロール孔型で圧延される場合、図１および図２に示すように、孔型溝底部で圧下を受ける入側圧延材頂部の半径ｒ（直前の孔型出側における圧延材の自由表面の円弧部半径）がロール孔型出側における捻れ回復率Ｒｔに及ぼす影響について、本出願人が開発した変形解析手段（剛塑性３次元フルモデルＦＥＭソフト）を用いて変形解析を行なった。変形解析は、図１に示したように、入側の菱圧延材ＤＳが、対辺寸法Ｇｔが約５０ｍｍの角孔型ＳＧで圧延される場合について行ない、前記圧延材頂部の半径ｒおよび角孔型ＳＧでの圧下量ａの定義を図中に示した。変形解析にあたり、圧延材断面内の要素分割数は、図３（ａ）に示すように、各コーナー部（円弧部）Ｃを４分割、各面部Ｐを６分割、対辺間（Ｐ−Ｐ）を１６分割とし、圧延材長手方向の分割数は、図４に示すように、ロール孔型入側部および出側部でそれぞれ５分割、ロールバイト内で１０分割とした。また、ロール-圧延材間の摩擦係数μ＝０．５とした。ロール孔型入側および出側での圧延材の捻れ角度θ（θ１、θ２）は、図４に示したロール孔型入側および出側の測定位置（Ｌ１およびＬ２）での、図３（ｂ）および(ｃ)に示す角度である。すなわち、入側捻れ角θ１は、図３（ｂ）で、角孔型ＳＧの溝底部の中央Ｃ１、Ｃ２を結ぶ線分Ｓ―Ｓに対する入側の菱圧延材ＤＳの頂部すなわち自由表面の円弧部の中央Ｃ１ｄ、Ｃ２ｄを結ぶ線分Ｄ−Ｄの傾斜角θ１である。また、出側捻れ角θ２は、図３（ｃ）で、前記線分Ｓ−Ｓに対する出側の角圧延材ＳＲ頂部（角孔型ＳＧの溝底接触部）の中央Ｃ１ｓ−Ｃ２ｓを結ぶ線分の傾斜角θ２である。捻れ回復率Ｒｔは、以下に示す式（１）により算出した。なお、図４に示したように、入側測定位置は、噛み込み開始位置（ロール接触開始部）Ｂ０からＬｄ／２（Ｌｄ：接触弧長）離れた位置（Ｌ１＝Ｌｄ／２）であり、出側測定位置はロールバイト出側位置Ｂ１からＬｄ／２離れた位置（Ｌ２＝Ｌｄ／２）である。上記変形解析では、Ｌ１、Ｌ２はともに、６７〜７２ｍｍの範囲に収まっている。
捻れ回復率Ｒｔ(％)＝(（入側捻れ角度θ１(deg)―出側捻れ角度θ２(deg)）／入側捻れ角度θ１(deg))×１００--------------------------------（１）

図５は、上記の変形解析結果に基づいて、図１に示した、入側圧延材の頂部半径ｒと孔型Ｇでの圧下量ａとの比率ｒ／ａが捻れ回復率Ｒｔに及ぼす影響を示したものである。入側圧延材の頂部半径ｒの大きさによって捻れ回復率Ｒｔは異なるが、ｒ／ａが０．３以下になると、一定以上すなわち３０％以上の捻れ回復率が得られることがわかる。

図６は、機械加工により一辺が６０ｍｍ、６２ｍｍ、６５ｍｍ、６８ｍｍで、コーナー部Ｒがいずれも１２ｍｍの4種類の角形状に仕上げた入側材料（素材、材質：ＳＣＭ４３５）を１１００℃に加熱した後、ロール直径が４９０〜４３０ｍｍの菱孔型−角孔型−オーバル孔型−丸孔型の４つの孔型で、４パスの実験圧延により直径２２ｍｍの丸形状の出側材料に仕上げ、この丸形状出側材料の断面における表面疵の発生状況を光学顕微鏡により調査した結果から、比率ｒ／ａ（ｒ：菱形状入側材料の頂部半径ｒ、ａ：角孔型における圧下量、図１参照）に対して、後述の製品（仕上げ圧延材）の表面疵深さと同じ基準を用いて、深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵の発生率（％）をプロットしたものである。比率ｒ／ａを０．３以下にすることによって、０．０２ｍｍ以上の表面疵の発生が抑制されているが、比率ｒ／ａが０．１以下では、深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵が再び発生していることがわかる。この実験結果から、比率ｒ／ａを０．１以上０．３以下に調整することによって、深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵の発生を抑制できることがわかり、このことは、上記４パスの実験圧延で、角孔型出側の角材料が、オーバル孔型に適正に噛み込まれている、すなわちオーバル孔型入側での圧延材の捻れが有効に低減していることを示している。このように、比率ｒ／ａが０．３以上で深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵が発生する原因は、入側菱材料の頂部半径ｒが、角孔型での圧下量ａに対して大きいため、角孔型での捻れ回復が十分ではなくオーバル孔型に適正に噛み込まなかったため、オーバル孔型出側での実験圧延材の断面形状が非対称となり、続く丸孔型での圧延で前記表面疵が発生したものと考えられる。また、比率ｒ／ａが０．１よりも小さくなると深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵が発生する原因は、入側菱材料の頂部半径ｒが、角孔型での圧下量ａに対して小さいため、図１４で示した「角−オーバル」パスにおいて、角圧延材の頂部（円弧部）半径ｒｓが小さい場合と同様の現象、すなわち、角孔型内で入側菱材料の頂部近辺の材料周方向の圧縮ひずみが大きくなって表面疵が発生し、この表面疵が続くオーバル孔型で助長されて丸孔型出側の丸形状の実験圧延材に残存したものと考えられる。

したがって、上記のように、前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部半径ｒを予め対応づけて、この幅寸法Ｗから円弧部半径ｒを予測し、比率ｒ／ａを０．１以上０．３以下となるようにロール隙を調整して圧延することにより、前記角孔型での圧延変形自体によって圧延材の捻れが復元し、ツイスターガイドやローラーガイドによって圧延材を支持せずに、角孔型の孔型溝底部と接触した圧延材の円弧部半径が、直後のオーバル孔型で表面疵の発生原因を生じない程度に大きい状態で、このオーバル孔型に適正に噛み込ませることが可能となる。

請求項２に係る線材・棒鋼の熱間圧延方法は、前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗとこの菱孔型の直前の孔型ロール隙ｓとを予め対応付け、圧延中に前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗを計測（測定）し、この計測した幅寸法Ｗから、予め対応付けておいた、前記圧延材自由表面の円弧部の半径ｒを算出し、前記比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下の範囲にないときに、前記菱孔型直前の孔型ロール隙ｓを調整して比率ｒ／ａを０．１以上０．３以下の範囲に収めるようにしたことを特徴とする。

上記菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部の半径ｒ（前述の入側菱材料の頂部半径ｒに相当する）を、この菱孔型ＤＧのロール隙ｓｄを調節することにより制御する場合、菱孔型出側の圧延材の寸法が変化して、続く角孔型出側の圧延材の寸法精度に大きな影響を及ぼすことになる。このため、菱孔型直前の圧延機のロール孔型ＦＧのロール隙ｓ（図２（ａ）参照）と菱孔型出側の圧延材ＤＳの幅寸法Ｗ（図２（ｂ）参照）を予め対応付けておき、さらに、この菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗと菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部半径ｒとを予め対応付けておく。このように対応付けておくことにより、圧延中に測定した、菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗに基づいて、その自由表面の円弧部半径ｒを算出し、比率ｒ／ａが上記範囲外にある場合には、図２（ａ）に示した菱孔型直前の圧延機のロール隙ｓを調整することによって、上記範囲に収まるように、前記圧延材自由表面の円弧部半径ｒを制御することができる。このようにすれば、角孔型直前の菱孔型のロール隙は調整せずに前記円弧部半径ｒを制御できるため、角孔型出側での圧延材の所要の寸法精度を保持して、角孔型での圧延材の捻れ回復力の増加によりオーバル孔型に適正に噛み込ませることができる。

この発明では、線材・棒鋼の熱間孔型圧延の菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列とその直後のオーバル孔型からなる孔型スケジュールの菱孔型−角孔型−オーバル孔型において、前記オーバル孔型の直前の角孔型に噛み込む菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部半径ｒを予め対応づけて、この幅寸法Ｗから円弧部半径ｒを予測し、前記円弧部半径ｒと続く角孔型での圧下量ａとの比率ｒ／ａを０．１以上０．３以下になるようにロール隙を調整して、角孔型での圧延変形によって圧延材の捻れを復元させるようにしたので、角孔型出側で、孔型溝底部に接触した圧延材円弧部（頂部）Ｃの半径ｒがオーバル孔型で表面疵の発生原因を生じない程度に大きい状態であっても、ツイスターガイドやローラーガイドによる圧延材の支持を必要とせずに、圧延材をオーバル孔型に適正に噛み込ませる、すなわちオーバル孔型入側での圧延材の捻れを低減させることが可能となる。

また、菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗと菱孔型直前の圧延機のロール孔型のロール隙ｓを予め対応付けておき、圧延中に測定した、前記幅寸法Ｗに基づいて、菱孔型直前の圧延機のロール隙ｓを調整することによって、比率ｒ／ａが上記所要の範囲に収まるように、前記自由表面の円弧部半径ｒを制御することができる。それにより、角孔型出側での圧延材の所要の寸法精度を保持して、オーバル孔型に適正に噛み込ませることができ、表面疵の発生を抑制し、圧延材の表面品質の向上に寄与できる。

以下に、この発明の実施形態を、実施例を交えて、図７から図１３に基づいて説明する。

図７は、線材・棒鋼圧延ラインの加熱炉１、粗圧延機列２および中間圧延機列３を模式的に示したものであり、粗圧延機列２および中間圧延機列３には、通常、水平圧延機１Ｈ〜（ＲＦ−１）Ｈおよび垂直圧延機２Ｖ〜ＲＦＶが交互に複数機配置され、加熱炉１で加熱された素材ビレット４（被圧材４ａ）は、前記各圧延機列２、３の各圧延機間で９０°の捩じりを受けずに進行しながら、各ロール孔型で交互に９０°異なる方向から圧下されて各ロール孔型内に充満し、その断面積が順次減少するようになっている。粗圧延機列２では、菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列が形成されるように、菱孔型または角孔型が加工された孔型ロールが組み込まれており、粗圧延機列２の最終圧延機ＲＦＶのロール孔型は角孔型となっている。また、中間圧延機列３では、通常、オーバル（楕円）−丸孔型系列またはオーバル−角孔型系列が形成されるように、オーバル孔型、および丸孔型または角孔型が加工された孔型ロールが組み込まれており、中間圧延機列３の最初（入側）の圧延機ＲＭ１のロール孔型はオーバル孔型となっている。このように、粗圧延機列２の出側から中間圧延機列３の入側にかけて、菱孔型−角孔型−オーバル孔型の孔型スケジュールが形成されている。この菱孔型と角孔型の間、すなわち圧延機（ＲＦ１−１）ＨとＲＦＶの間には、菱孔型（ＲＦ−１）出側の圧延材の幅寸法Ｗを実測するための寸法測定器５が設置されている。加熱炉１で加熱された素材ビレット４（被圧材４ａ）は、粗圧延機列２の入側に設置されたデスケーリング装置（図示省略）によって表面のスケールが除去された後、粗圧延機列２の各圧延機間を進行しながら、各ロール孔型で交互に９０°異なる方向から圧下されて各ロール孔型内に充満し、その断面積が順次減少し、最終圧延機ＲＦＶの角孔型により、角圧延材４ｂが形成される。この角圧延材４ｂは、中間圧延機列３の入側圧延機ＲＭ１のオーバル孔型で対辺方向に圧下されて（図１４、図１５参照）孔型内に充満し、以降この圧延機列３の各圧延機間および後続の圧延機列（図示省略）の孔型系列により、（圧延材）断面積がさらに減少して、所要の製品寸法の線材または棒鋼に仕上げられる。そして、粗圧延機列２の孔型スケジュールに対応して、図８および図９に一例を示すように、前記最終圧延機ＲＦＶ（角孔型）直前の圧延機（ＲＦ−１）Ｈの菱孔型出側の圧延材幅寸法Ｗと、その自由表面の円弧部半径ｒおよびこの菱孔型の直前の圧延機（ＲＦ−２）Ｖの（孔型）ロール隙ｓとがそれぞれ予め対応付けられ、テーブル値または数式の形式で、圧延工程を制御するプロセスコンピュータの記憶装置に格納されている。なお、前記粗圧延機列２の圧延機の配置は、垂直圧延機−水平圧延機の順に交互に配置することもできる。

図１０は、前記比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下になるようなロール隙調整を、圧延材の先端から後端に至る全長にわたって角孔型での圧延変形によって圧延材の捻れを復元させる作用を得るための、ロール隙設定により行なう形態を示したものである。以下のロール隙設定の各ステップ（Ｓ１０〜Ｓ１１０）は、前述の圧延工程を制御するプロセスコンピュータにより実行することができる。まず、圧延計画に基づいて、当該圧延材（圧延ロット）について、素材ビレット寸法、製品寸法、孔型スケジュールなどの所要の圧延情報を読み出して（Ｓ１０）、圧延機ＲＭ１（図７参照、以下同様）のオーバル孔型直前の角圧延材の天地寸法、すなわち圧延機ＲＦＶの角孔型ＳＧの天地寸法Ｈｓを設定する（図１参照；Ｓ２０）。次に、この角孔型直前の圧延機（ＲＦ−１）Ｈの菱孔型ＤＧ出側の圧延材の幅寸法Ｗを仮定し（Ｓ３０）、角孔型ＳＧでの圧下量ａ（図１参照）を算出する（Ｓ４０）。そして、テーブル値または数式などの形式で予め対応付けておいた、菱孔型出側圧延材ＤＳの幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部半径ｒの関係を用いて（Ｓ５０）、この菱圧延材ＤＳの円弧部半径ｒを算出する（Ｓ６０）。比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まっている場合（Ｓ７０）、テーブル値または数式などの形式で予め対応付けておいた、菱孔型出側圧延材ＤＳの幅寸法Ｗとこの菱孔型ＤＧのロール隙Ｓｄ（図２（ｂ）参照）との関係を用いて（Ｓ９０）、菱孔型ＤＧのロール隙ｓｄを設定する（Ｓ１００）。以下、菱孔型ＤＧの直前の圧延機（ＲＦ−２）Ｖの孔型およびその上流側の圧延機の孔型のロール隙を設定する（Ｓ１１０）。比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まっていない場合には、前記菱圧延材ＤＳの幅寸法Ｗを修正し（Ｓ９０）、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まるまで、ステップＳ４０〜Ｓ８０を繰り返す。このようにして、圧延機ＲＭ１のオーバル孔型直前の圧延機ＲＦＶの角孔型での比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まるように、菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列のロール隙を設定することができる。

図１１は、上述のロール隙設定後の圧延過程で、前記菱圧延材ＤＳの寸法変動が発生した場合に、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まるように、菱圧延材ＤＳの幅寸法を制御する流れを示したものである。圧延開始後、圧延機（ＲＦ−１）Ｈ（図７参照、以下同様）の出側に設置された寸法測定器５により菱孔型ＤＧ出側の圧延材ＤＳの幅寸法Ｗを測定する（Ｓ１０ａ）。この実測した幅寸法Ｗａを用いて、圧延機ＲＦＶの角孔型ＳＧでの実際の圧下量ａを算出する（２０ａ）。前述の菱圧延材ＤＳの幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部ｒの関係を用いて（Ｓ３０ａ）、実測幅寸法Ｗａから円弧部半径ｒを算出する（Ｓ４０ａ）。比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まっていない場合（Ｓ５０ａ）、予め対応付けておいた圧延機（ＲＦ−１）Ｈの菱孔型ＤＧ直前の圧延機（ＲＦ−２）Ｖの孔型のロール隙ｓと菱孔型ＤＧ出側の圧延材の幅寸法Ｗとの関係を用いて（Ｓ６０ａ）、前記菱孔型ＤＧ直前の圧延機（ＲＦ−２）Ｖの孔型のロール隙ｓを調節して（Ｓ７０ａ）、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まるまで、ステップＳ１０ａ〜Ｓ６０ａを繰り返す。比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まっている場合には、当該圧延材の圧延を継続し（Ｓ８０ａ）、当該圧延を終了後、次圧延材の菱圧延材ＤＳの幅寸法Ｗを制御する（Ｓ９０ａ）。このようにして、圧延材の先端から後端にわたって、比率ｒ／ａを０．１〜０．３の範囲に収めることができ、角孔型ＳＧでの圧延材の捻れを復元させて、次圧延機ＲＭ１のオーバル孔型に適正に噛み込ませることが可能となる。

素材として、１５５ｍｍ角のビレット（材質：ＳＣＭ４３５）を１１００℃に加熱して、図７に示した熱間圧延ラインで、直径１０ｍｍの線材に圧延するに際して、まず、製品寸法（Φ１０ｍｍ）に対応した、粗圧延機列２の最終圧延機ＲＦＶの角孔型出側における所要の圧延材寸法（角寸法：５０ｍｍ角）に対して、表１に示す菱孔型（圧延機（ＲＦ−１）Ｈ）の幅寸法と自由表面の円弧部半径ｒとを対応付けたテーブルを用いて、前記角孔型での圧下量ａに対する直前（圧延機（ＲＦ−１）Ｈ）の菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部半径ｒの比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下となるように、粗圧延機列２の各ロール隙を設定した後に、圧延を実施した。この圧延過程で、寸法測定器５（図７参照）により、前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗを実測して、表１のテーブルを用いて、自由表面の円弧部ｒを算出し、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲を外れたときに、この範囲に収まるように、表１のテーブルを用いて菱孔型直前の圧延機（ＲＦ−２）Ｖのロール隙ｓを制御し、製品（Φ１０ｍｍ線材）の表面疵発生状況を調査した。一方、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まらないように粗圧延機列２の各ロール隙を設定し、圧延過程で菱孔型直前の圧延機（ＲＦ−２）Ｖのロール隙ｓを制御せずに圧延した製品（Φ１０ｍｍ線材）についても表面疵発生状況を調査した。

前記表面疵の発生状況調査は、コイルに巻取った後、コイルの先端側から後端鉱側にかけての１０箇所の位置でサンプリングを行い、酸洗いにより表面スケールを除去した後、目視観察により表面疵の発生が認められた部分の断面を顕微鏡観察により疵深さを測定し、総疵個数に対する深さ０．０２ｍｍ以上の疵個数の比率（％）を求めた。図１２に表面疵発生状況の調査結果を示す。図１２から、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まるように調整することによって、深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵の発生が抑制されていることがわかる。一方、比率ｒ／ａが０．１〜０．３の範囲に収まっていない場合には、深さ０．０２ｍｍ以上の表面疵が発生していることがわかる。

なお、本発明は、上記の線材圧延のみならず、製品が棒鋼に圧延される場合にも適用することもできる。また、本発明の技術的思想は、角−オーバル−角の孔型系列にも適用することができる。すなわち、図１３に示すように、角−オーバル−角の孔型系列におけるオーバル孔型出側のオーバル圧延材ＯＳの幅寸法Ｗと自由表面の円弧部半径ｒを予め対応づけて、幅寸法Ｗから円弧部半径ｒを予測し、オーバル孔型直前の角孔型のロール隙を調節することにより、前記比率ｒ／ａを所要の範囲に収めて、直後の角孔型ＳＧに適正に噛み込ませるようにすることもできる。

菱圧延材の自由表面の頂部半径ｒと角孔型での圧下量ａを示す説明図である。（ａ）菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗと自由表面の円弧部半径ｒを示す説明図である。（ｂ）菱孔型の直前の孔型のロール隙ｓを示す説明図である。変形解析の圧延材横断面内の要素分割を示す説明図である。変形解析の圧延材縦断面内の要素分割を示す説明図である。入側圧延材の頂部（自由表面円弧部）半径ｒと孔型での圧下量ａとの比率ｒ／ａが捻れ回復率Ｒｔに及ぼす影響を示す説明図である。角孔型−オーバル孔型−丸孔型の３パスの実験圧延により丸形状出側材料に仕上げたときの、比率ｒ／ａに対する表面疵の発生率（％）を示す説明図である。線材・棒鋼圧延ラインの要部を模式的に示す説明図である。菱孔型出側の圧延材幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部半径ｒを対応付けた一例を示す説明図である。菱孔型直前の孔型のロール隙と菱孔型出側の圧延材幅寸法Ｗとを対応付けた一例を示す説明図である。実施形態におけるロール隙設定の流れを示す説明図である。実施形態における菱孔型出側の圧延材の幅寸法制御の流れを示す説明図である。実機圧延での比率ｒ／ａに対する表面疵の発生状況を示す説明図である。オーバル圧延材の自由表面の頂部（円弧部）半径ｒと角孔型での圧下量ａを示す説明図である。角孔型出側の頂部半径が小さい圧延材がオーバル孔型に捻れた状態で圧延された場合を模式的に示す説明図である。角孔型出側の頂部半径が大きい圧延材がオーバル孔型に捻れた状態で圧延された場合を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１：加熱炉２：粗圧延機列３：中間圧延機列
４：素材ビレット（被圧延材）５：寸法測定器
ＤＳ：菱圧延材ＳＲ：角圧延材ＯＳ：オーバル圧延材
ＤＧ：菱孔型孔形ＳＧ：角孔型

Claims

加熱した素材ビレットから、複数の圧延機のロールに設けた菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列とその直後のオーバル孔型によって断面積を順次減少させ、後続の孔型系列により断面積をさらに減少させて圧延材を所要の製品寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法であって、前記オーバル孔型の直前の角孔型に噛み込む菱孔型出側の圧延材自由表面の円弧部半径をｒ、この角孔型での圧下量をａとしたときに、前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗとその自由表面の円弧部半径ｒを予め対応づけて、この幅寸法Ｗから円弧部半径ｒを予測し、比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下の範囲に収まるように前記菱−角−菱−角の孔型系列または菱−菱−角の孔型系列のロール隙を調整して、圧延材を前記オーバル孔型に適正に噛み込ませるようにしたことを特徴とする線材・棒鋼の熱間圧延方法。
前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗとこの菱孔型の直前の孔型ロール隙ｓとを予め対応付け、圧延中に前記菱孔型出側の圧延材の幅寸法Ｗを測定し、この測定した幅寸法Ｗから、予め対応付けておいた、前記圧延材自由表面の円弧部の半径ｒを算出し、前記比率ｒ／ａが０．１以上０．３以下の範囲にないときに、前記菱孔型直前の孔型ロール隙ｓを調整して比率ｒ／ａを０．１以上０．３以下の範囲に収めるようにしたことを特徴とする線材・棒鋼の熱間圧延方法。