JP2010099669A

JP2010099669A - 線材の圧延方法

Info

Publication number: JP2010099669A
Application number: JP2008271059A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kushida; 仁串田; Shoji Miyazaki; 庄司宮崎; Tomohide Tahira; 知秀多比良
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP5305829B2

Abstract

【課題】線材の圧延において、コブルの発生なく安定して線材全長にわたる高い寸法精度を実現する。
【解決手段】本発明にかかる熱間圧延ラインは、上流側から下流側に向けて順に、加熱炉１、粗圧延機２、中間圧延機３、仕上げ圧延機４、最終仕上げ圧延機５、レイングヘッド６が配設されている。仕上げ圧延機４と最終仕上げ圧延機５との間には線材を冷却する複数の水冷装置７が配備されている。この圧延ラインにおいては、線材のボトム部が仕上げ圧延機４を抜けた直後から、最終仕上げ圧延機５内の減面率が５％以上の最終仕上げスタンドのロール又はそのロールで圧延される線材に潤滑剤が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、仕上げ圧延機の下流に最終仕上げ圧延機を配置した線材圧延ラインにおいて、コブルの発生なく安定して線材全長にわたる高い寸法精度を実現する圧延技術に関する。

線材を連続的に圧延する線材圧延ラインにおいて、製造される線材（条鋼材）の寸法精度は、線材に作用する張力に影響を受け、張力が大きくなれば、偏径差が大きくなり真円度が悪くなる。一方、張力がなくなると、ロールスタンド間で線材が脈動してコブル（線材が通過中に詰まること）が発生する。そのため、コブルを発生することなく、線材の寸法精度向上と、寸法変動低減を実現するためには、線材に作用する張力を最小かつ一定に制御する必要がある。
ところで、線材圧延の終末時には、線材のボトム部（終端部）が仕上げ圧延機を抜け、最終仕上げ圧延機のみに噛み込んでいる状態が発生する（この状況を尻抜けと呼ぶこともある）。定常圧延時には、線材は仕上げ圧延機と最終仕上げ圧延機との両方に噛み込んでおり、前方張力及び後方張力が付加され、圧延後の線材の幅寸法が規定のものとなっている。しかし、尻抜け時には、無張力状態となり、線材の幅寸法が規定のものより大きくなる（幅広がり状態）。

かかる無張力時の不都合を回避するために、定常圧延時においては、無張力に近い引っ張り気味に調整し、定常圧延時と尻抜け時との線材張力の偏差を小さくするのが一般的である。また、定常圧延時や尻抜け時の線材の圧延方法として、特許文献１（特開２００３−１９５０９号公報）に記載された技術が開示されている。
この技術によれば、線材のトップ部が上流側のロールスタンドを通過し未だ下流側ロールスタンドに噛み込んでいない状態の線速Ｖ０、線材のトップ部が下流側ロールスタンドに噛み込んだ状態での線速Ｖ１、線材のボトム部が上流側のロールスタンドを抜け下流側のロールスタンドに噛み込んだ状態での線速Ｖ２を基に、例えば、尻抜け時は、ΔＶｂ＝Ｖ２／Ｖ０、ΔＶｃ＝Ｖ２／Ｖ１が所定範囲内になるよう、ロールスタンドの駆動モータを制御している。これにより、張力を計算等で求めることなく即時に張力制御を行って、コブル等を回避すると共に圧延材の寸法精度の確保を行なうことができる。
特開２００３−１９５０９号公報

ところで、近年においては、これらの仕上げ圧延機と最終仕上げ圧延機との間には、材質を調整することを目的として水冷帯が配置されており、この間の距離は長くなっている。必然的に、尻抜け時には張力が解放されることにより、幅寸法の増大をまねく。例えば、仕上げ圧延機出側線径をφ７ｍｍ、最終仕上げ圧延機出側線径をφ５．５ｍｍ、この間の距離を４０ｍとしたとき、寸法精度悪化の距離は４０ｍ×（７／５．５）²＝６５ｍとなり、この距離分を無張力状態に起因する寸法不良部位として切り捨てる必要がでて、歩留まりが悪くなることは否めない。

この「無張力状態に起因する寸法不良」を回避すべく、上述した特許文献１に記載された技術を採用した場合、張力を計算等で求めることなく即時に張力制御を行なう点では好適であるが、速度の計測、速度比の算出、モータ回転数の正確な制御などが必要不可欠で、それを実現できる高性能の制御装置が必要となる。言い換えれば、速度の計測、モータ回転数の制御等の正確性が若干でも損なわれれば、線材の無張力時における幅寸法の増大（寸法精度の悪化）を招来することとなる。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、線材の圧延方法において、複雑な制御装置を必要とせず簡便な手法であって、コブルの発生なく安定して線材全長にわたる高い寸法精度を実現する圧延方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる線材の圧延方法は、仕上げ圧延機の下流側に最終仕上げ圧延機が配置され、且つ前記仕上げ圧延機と前記最終仕上げ圧延機との間の線材には張力が付与されている線材圧延ラインでの圧延方法であって、前記線材のボトム部が前記仕上げ圧延機を抜けた直後から、前記最終仕上げ圧延機内のロール又は当該ロールで圧延される線材に潤滑剤を供給することを特徴とする。
この圧延方法によると、線材のボトム部が仕上げ圧延機を抜けて張力が解放されると、最終仕上げ圧延機内のロール又はロールに噛み込む線材に潤滑剤が供給される。ロール又は線材に潤滑剤を付与すると、ロールと線材との間の摩擦抵抗が低減され、上下のロール間に挟持される線材に対して作用していた強い拘束力が緩まる。潤滑剤の作用により拘束力が緩まると、幅方向へ変形するよりも、前後方向（長さ方向）へ変形することになり、幅寸法の増大（寸法精度の悪化）を抑制することができる。その結果、張力が解放されるボトム部における幅寸法の増大を抑制して、線材全長にわたる高い寸法精度を実現することができる。

また、前記最終仕上げ圧延機は複数の圧延スタンドを備え、減面率が５％以上である圧延スタンドのロール又は当該ロールで圧延される線材に潤滑剤を供給するとよい。
潤滑剤付与の効果は減面率が大きくなるほど大きくなり、潤滑剤の種類によらず減面率が約５％以下では効果がなくなる。このため、潤滑剤付与の効果が顕著な減面率の領域でのみ潤滑剤付与を適用するので、コストが徒に上昇しない。

本発明によると、コブルの発生なく安定して線材全長にわたる高い寸法精度を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に、本実施形態に係る圧延方法が行なわれる線材の熱間圧延ライン（以下、圧延ラインと記載する）の一例を概略で示す。この圧延ラインは、ビレットなどの鋼材を連続的に熱間圧延して線材（条鋼材）を製造する製造ラインである。
この圧延ラインは、例えば、最終線径が５．０ｍｍ〜２０．０ｍｍの線材を製造するものであって、圧延速度（線速）が１５ｍ／ｓｅｃ〜１１０ｍ／ｓｅｃとなる範囲で線材を製造する。

圧延ラインは、上流側から下流側に向けて順に、鋼材を加熱する加熱炉１、デスケーラ（図示せず）、粗圧延機２、中間圧延機３、仕上げ圧延機４、最終仕上げ圧延機５、巻き取り設備であるレイングヘッド６が順番に配設されている。また、仕上げ圧延機４と最終仕上げ圧延機５との間には線材を冷却する複数の水冷装置７が配備されている。また、この圧延ラインにおいては、線材のボトム部が仕上げ圧延機４を抜けるタイミングで、最終仕上げ圧延機５内のロール又はこのロールで圧延される線材に潤滑剤を供給するための制御装置（図示せず）を備えている。なお、仕上げ圧延機４はブロックミル（ＮＴＭ）であり、最終仕上げ圧延機５はサイジングミル（ＲＳＭ）である。ブロックミルやサイジングミルは、可変速電動モータからなる共通駆動装置で複数のスタンドが駆動される圧延機である。

上述した圧延ラインにおいて、仕上げ圧延機４と最終仕上げ圧延機５との間には複数の水冷装置７が設けられ、線材のボトム部（最終端部）が仕上げ圧延機４を抜けた後（尻抜け時）は、ボトム部が自由端となるため張力制御されないので、線材に印加されていた張力が解放されることになる。線材長手方向に付与されていた張力が解放されると、線材の幅寸法が増大する。
このような場合において、ロール又は線材に潤滑剤を付与すると、ロールと線材との間の摩擦抵抗が低減される。これは、上下のロール間に挟持される線材に対して作用していた強い拘束力が緩まることを示す。上下のロール間に挟持される線材に対して作用していた拘束力が強いと、前後方向（長さ方向）よりも幅方向への変形量が大きい。ところが、潤滑剤の作用により、上下のロール間の線材に対して作用していた拘束力が緩まると、幅方向へ変形するよりも、前後方向（長さ方向）へ変形することになり、幅寸法の増大を抑制できる。

このような、本発明者らの知見に基づき、本実施形態に係る圧延方法においては、以下のように潤滑剤を付与することとした。
本発明者らは、上述した、摩擦係数と幅広がりとの関係（摩擦係数が小さくなるほど幅広がりは減少すること）に着目した。摩擦係数を低減させる具体的な方法としては、線材のボトム部が仕上げ圧延機４を抜けた直後から（抜けると同時にも含む）最終仕上げ圧延機５内のロール又はそのロールに噛み込んでいる線材に潤滑剤を供給することとした。
潤滑剤については様々な熱間圧延用の潤滑剤があり、潤滑剤によって摩擦係数が決定される。潤滑剤を使用することで幅広がりが抑制できるため、使用した潤滑剤の摩擦低減効果の分だけ、定常部の張力を増大できることになる。言い換えるならば、定常圧延時における線材の張力と尻抜け時の無張力状態との差を、潤滑剤による摩擦低減効果が補償し、幅広がりが低減されることとなる。この圧延方法は、仕上げ圧延機４と最終仕上げ圧延機５との間で線材に張力が付与される圧延であれば、どのような圧延方法にも適用可能である。

次に、減面率に対する潤滑剤付与の効果について説明する。
本発明者らは、幅広がり（後述する幅広がり率で規定）と減面率とに及ぼす潤滑剤付与の影響を調査するため、剛塑性有限要素法で変形解析を行なった。潤滑剤付与の影響については、摩擦係数を変化させることで対応させ、減面率と幅広がり率との関係はロール隙を変化させることで対応させた。解析に使用した条件を表１に、減面率と幅広がり率との関係を図２にそれぞれ示す。実験条件としては、最終仕上げ圧延機５への線材の入側径＝φ７．０ｍｍ、最終仕上げ圧延機５のロールカリバー形状：オーバル形状、摩擦係数は０．５（無潤滑〉、０．３５（潤滑１）、０．２５（潤滑２）の３種類を採用した。

図２に示すように、潤滑剤付与の効果は、減面率が大きくなるほど大きくなり、潤滑剤やその濃度を変化させても、減面率が約５％以下では効果がなくなることが分かる。従って、コストの観点から、減面率５％以上の条件で潤滑剤付与を適用すれば良いことが明らかである。
また、線材の圧延における減面率が５％以下の圧延は、最終仕上げ圧延機５（サイジングミル）で行なわれるが、サイジングミルは圧延されている線材を保持するガイドを使用しないのが一般的であり、このことから、圧延安定性が要求される。一方、潤滑剤を適用すると線材の回転に対する拘束力も小さくなるため、潤滑剤を付与することで逆に寸法精度を低下させることが容易に推測される。この観点からも、減面率５％以上の条件で潤滑剤付与を適用することが好ましい。

なお、図２における幅広がり率の定義は「幅広がり率＝出側幅寸法／入側幅寸法」であって、減面率の定義は「減面率＝（１−（出側断面積／入側断面積））×１００（％）」である。

以下、本発明の実施例について述べる。
図１に示した圧延ラインのレイアウトにおいて、仕上げ圧延機４と最終仕上げ圧延機５と間に故意に張力を発生させ（線速比の３％に設定）、潤滑剤適用有無及び適用スタンドを変更したときの最終製品の幅寸法を比較した。
今回の実施例（実験）では、潤滑剤の供給タイミングを「仕上げ圧延機４の入側でのボトム抜け時刻＋仕上げ圧延機４を抜けるまでの時間α」とした。なお、潤滑供給タイミングについては、例えば、仕上げ圧延機４のモータ電流値が０となった瞬間としても良い。

なお、上述した線速比は、線材のトップ部が仕上げ圧延機４を出て最終仕上げ圧延機５に入るまでの間のトップ部の線速（トップ部速度）をＶ０とし、線材のボトム部が仕上げ圧延機４を抜けるまでの線材の線速（ミドル部速度）をＶ１としたとき、Ｒ＝（（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０）×１００で規定される比率である。
表２に実験条件、図３に潤滑使用有無でのミドル部途中からボトム部までの幅寸法計測結果をそれぞれ示す。

なお、本実施例においては、鋼種はＳＣＭ４３５、線径はφ５．５ｍｍ、最終速度は１００ｍ／ｓｅｃ、仕上げ圧延機４の出側線径はφ７．０ｍｍ、最終仕上げ圧延機５のスタンド台数は４台（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４）、最終仕上げ圧延機５の入側温度は９００℃である。
ミドル部の製品幅寸法とボトム部の製品幅寸法とを、比較例１（条件１）と本発明（条件２）との条件で比較すると、図３に示すように、潤滑剤を付与しない場合、ボトム寸法が大幅に増加し、寸法公差±０．２０ｍｍ以内となっている。これに対して、潤滑剤を付与することにより、同様の圧延条件で、全長にわたって良好な寸法精度（寸法公差±０．０５ｍｍ）が確保できていることがわかる。

また、比較例１（条件１）と比較例２（条件３）との条件を比較すると、減面率５％以下となるスタンドで潤滑剤を付与しても、ボトム部寸法に及ぼす影響は殆ど見られず、潤滑剤付与の効果を得るためには減面率５％以上の条件で適用しなければならないことが確認できた。
上記のサイズで、本発明と同様の寸法精度を得るためには、線速比Ｒ＝１．０％程度に設定する必要があり、しばしばコブルが発生することもあったが、本実施形態に係る圧延方法を用いることで線速比を、安定して圧延できるＲ＝３．０％まで上昇できることが同時に確認できた。

なお、本実施形態の変形例として、仕上げ圧延機４とその下流側の最終仕上げ圧延機５とを備えた圧延ラインで線材を圧延する圧延方法であって、最終仕上げ圧延機５を出た後の製品の全長にわたって寸法が均一となる線速比Ｒ＝（（ミドル部速度Ｖ１−トップ部速度Ｖ０）／トップ部速度Ｖ０）×１００の値を予め求めておき、実操業においてトップ部速度の実績値Ｖ０’を計測し、予め求めておいた線速比Ｒの値を用いて、目標ミドル部速度Ｖ１’を、Ｖ１’＝Ｖ０’＋Ｖ０’×Ｒ／１００として求め、線材の先端が最終仕上げ圧延機５に入る前に、最終仕上げ圧延機５の駆動モータ回転数を制御して、線材のミドル部速度Ｖ１を目標ミドル部速度Ｖ１’となるように制御する圧延方法においても、上述した潤滑剤付与を適用することは非常に好ましい。こうすることで、線速比Ｒを３．０％以上とすることができると共に、コブルの発生なく安定して線材全長にわたる高い寸法精度を実現することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態に係る圧延方法が行なわれる線材の熱間圧延ラインの概略を示す図である。減面率と幅広がり率との関係を示す図である。線材の長さ方向における幅寸法の推移を示す図である。

符号の説明

１加熱炉
２粗圧延機
３中間圧延機
４仕上げ圧延機
５最終仕上げ圧延機
６レイングヘッド
７水冷装置

Claims

仕上げ圧延機の下流側に最終仕上げ圧延機が配置され、且つ前記仕上げ圧延機と前記最終仕上げ圧延機との間の線材には張力が付与されている線材圧延ラインでの圧延方法であって、
前記線材のボトム部が前記仕上げ圧延機を抜けた直後から、前記最終仕上げ圧延機内のロール又は当該ロールで圧延される線材に潤滑剤を供給することを特徴とする線材の圧延方法。
前記最終仕上げ圧延機は複数の圧延スタンドを備え、減面率が５％以上である圧延スタンドのロール又は当該ロールで圧延される線材に潤滑剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の線材の圧延方法。