JP2013146787A - 圧延設備および線材の圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線径の小さな線材の要求に際し、既存の設備を活用させて移行でき、その移行の際の期間の短縮化、その移行に係る費用の抑制が図れるようにした圧延設備の提供。
【解決手段】この発明は、被圧延材を段階的に圧延していき、最終製品である線材に仕上げる圧延設備である。そして、被圧延材は第１圧延機５で圧延され、第１圧延機５からは断面が円形の棒鋼が得られる。第２圧延機６は、その棒鋼を断面形状が長方形であって、その長方形の角が丸められた角棒に圧延する。ブロックミル８は、その角棒を予め設定した直径からなる線材に圧延する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被圧延材であるビレットを段階的に圧延していき、最終製品である線材に仕上げる圧延設備および線材の圧延方法に関する。

従来、線材を圧延により製造する場合、加熱炉で加熱されたビレット（被圧延材）を、粗圧延機、中間圧延機で圧延した後、仕上げ圧延機（ブロックミル）で圧延して所望の線径の線材に仕上げるようにしている。
また、仕上げ圧延機（ブロックミル）で圧延した後に、最終仕上げ圧延機（サイジングミル）にてさらに圧延する場合もある（例えば特許文献１参照）。

近年、線径の小さな線材の要求がある。この要求に応えるためには、ブロックミルに装入する被圧延材のサイズを小型化する必要があり、そのためには、ビレットサイズを小型化したり、若しくは、粗圧延機や中間圧延機による圧下を大きくしてブロックミルに装入する被圧延材のサイズを小型化する必要がある。また、被圧延材のサイズを小型化できない場合には、仕上げ圧延機や最終仕上げ圧延機の数を増やして、線径の小さな線材を圧延できるようにしなくてはならない。

特開２００６−２８９４３６号公報

しかし、被圧延材のサイズの小型化には、そのための手間や費用がかかることになる。また、粗圧延機や中間圧延機で圧下を大きくしてブロックミルに装入する被圧延材のサイズを小型化するためには、圧延機のロール孔型の大規模な交換には、そのための準備期間や費用が無視できない。さらに、それらの準備期間が長期化すれば、生産性が大きく阻害されるおそれがある。また、仕上げ圧延機や最終仕上げ圧延機の数を増やす場合には、設備の増強費用が大きくなる。
そこで、本発明は、線径の小さな線材の要求に際し、既存の設備を活用させて移行でき、その移行の際の期間の短縮化、その移行に係る費用の抑制が図れるようにした圧延設備および線材の圧延方法を提供することにある。

上記の課題を解決し上記の目的を達成するために、本発明の一態様は、以下のような構成からなる。
すなわち、本発明の一態様の圧延設備は、被圧延材を段階的に圧延していき、最終製品である線材に仕上げる圧延設備であって、前記被圧延材を断面が円形の棒鋼に圧延する第１圧延機と、前記第１圧延機で圧延された前記棒鋼を断面形状が長方形であって、当該長方形の角が丸められた形状の角棒に圧延する第２圧延機と、前記第２圧延機で圧延された角棒を断面が円形の線材に圧延するブロックミルである第３圧延機と、を備える。
ここで、前記第２圧延機は、４ロールミルであることが好ましく、さらに、圧下率が２５％以下であることが好ましい。

さらに、前記第２圧延機は、前記棒鋼が導入される４ロールの第１スタンドと、前記第１スタンドの後段に配置され４ロールの第２スタンドと、を備え、前記第２スタンドの各ロールの孔型面は平坦であり、前記第２スタンドで前記角棒に圧延する。
また、本発明の一態様の方法は、被圧延材を段階的に圧延していき、最終製品である線材に仕上げる線材の圧延方法であって、前記被圧延材を断面が円形の棒鋼に圧延する第１工程と、前記第１工程で圧延された前記棒鋼を断面形状が長方形であって、当該長方形の角が丸められた形状の角棒に圧延する第２工程と、ブロックミルを使用し、前記第２工程で圧延された角棒を断面が円形の線材に圧延する第３工程と、を含む。
ここで、前記第２工程においては、４ロールミルを用いて圧延することが好ましく、さらに、圧下率が２５％以下であることが好ましい。

以上のように本発明の一態様では、断面形状が長方形であって、その長方形のそれぞれの角が丸められた形状の角棒に圧延し、これをブロックミルを用いて断面が円形の線材に圧延するようにした。
このため、本発明の一態様では、線径の小さな線材の要求に対して、被圧延材（ビレット）のサイズを小型化せず、また、第２圧延機やブロックミル以外の圧延機の孔型の変更を必要とせず、さらに、仕上げ圧延機や最終仕上げ圧延機の増強の必要もなく、線径の小さな線材の圧延が可能となる。
したがって、本発明の一態様によれば、線径の小さな線材の要求に際し、既存の設備をできるだけ活用して移行でき、その移行の際の期間の短縮化、その移行に係る費用の抑制を図ることができる。

本発明の実施形態に適用される圧延機の概略構成を示す図である。 線材中間圧延機に適用される第１スタンドおよび第２スタンドの４ロールの構成例を示す図である。 圧下率を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の圧延の流れを説明する説明図である。 円形断面から円形断面に圧延する場合の噛み出しを説明するための説明図である。 本発明の実施形態における第２圧延機における圧延状態を示す図である。

本発明の圧延設備の実施形態について、図１を参照して説明する。
（圧延設備の構成）
本発明の実施形態が適用される圧延設備は、図１に示すように、被圧延材であるビレットを段階的に圧延していき、最終製品として棒鋼または線材に仕上げることができるものである。
このため、この実施形態に係る圧延機は、図１に示すように、被圧延材を加熱する加熱炉１を備えている。そして、被圧延材を段階的に圧延して目的の直径からなる棒鋼に仕上げるために、加熱炉１から被圧延材の第１搬送経路２が延びており、その第１搬送経路２には、粗圧延機３、中間圧延機４、４ロールミル６が順に配置されている。

また、４ロールミル６を出た被圧延材を段階的に圧延して予め設定した目標の直径（線径）からなる線材に仕上げるために、第１搬送経路２の途中に第２搬送経路７が接続されている。さらに、第２搬送経路７に、ブロックミル８と、線材４ロールミル１０とが順に配置されている。
ここで、粗圧延機３、中間圧延機４が、断面が円形の棒鋼に圧延する第１圧延機５であり、４ロールミル６が第１圧延機５で圧延された棒鋼を断面が長方形であって、当該長方形の角が丸められた形状の角棒に圧延する第２圧延機６である。

加熱炉１は、被圧延材を予め設定した所定の温度まで加熱するようになっている。粗圧延機３および中間圧延機４は、加熱炉１で加熱された被圧延材を段階的に圧延して、予め設定した目標の直径の棒鋼に仕上げるようになっており、これら圧延機が第１圧延機５を形成している。
４ロールミル６は、第１圧延機５から排出される断面が円形の棒鋼を、断面形状が正方形または菱形のような長方形であって、その長方形の角が丸くなっている角棒に圧延する第２圧延機を形成している。その圧延された角棒は、第２搬送路７を通過した後、ブロックミル８に供給されるようになっている。

ブロックミル８は、供給された角棒を断面の形状が円形の線材に圧延するようになっている。ブロックミル８は、例えば２ロールの１０スタンドからなる。線材４ロールミル１０は、ブロックミル８で圧延された線材を予め設定した目標の直径からなる線材に圧延するようになっている。

（第２圧延機（４ロールミル）の構成）
次に、４ロールミル６の具体的な構成について、図２を参照して説明する。
４ロールミル６は、図２（Ａ）に示すようなロール２１〜２４を備えた４ロールの第１スタンド２０と、この第１スタンド２０の後段に配置され、図２（Ｂ）に示すようなロール３１〜３４を備えた４ロールの第２スタンド３０とを備えている。
ロール２１〜２４は、図２（Ａ）に示すように、上下の一対のロール２１、２２と左右の一対のロール２３、２４のロール軸（図示せず）が同一垂直面内で直交するように配置されている。そして、ロール２１〜２４には、第１圧延機５で圧延された棒鋼２５が導入されるようになっている。ロール２１〜２４の各孔型面（圧延面）は、棒鋼２５の噛み込みが容易になるように湾曲に形成されている（図２（Ａ）参照）。

ロール３１〜３４は、図２（Ｂ）に示すように、一対のロール３１、３２と一対のロール３３、３４のロール軸（図示せず）が同一垂直面内で直交するように配置されている。そして、ロール３１〜３４には、第１スタンド２０から排出される棒鋼が導入され、この導入された棒鋼が、断面形状が正方形であって、その正方形の各角が丸められた角棒３５に圧延されるようになっている。ロール３１〜３４の各孔型面は、図示のように平坦に形成され、ロール３１〜３４は平ロールとなっている。
ここで、ロール２１〜２４とロール３１〜３４は、ロール隙間が任意の値に調整（設定）できるようになっている

次に、このように構成される４ロールミル６の圧下率について、図２および図３を参照して説明する。
この４ロールミル６では、図２（Ａ）に示すロール２１〜２４を備えた第１スタンド２０と、図２（Ｂ）に示す４つのロール３１〜３４を備えた第２スタンド３０とからなる。そして、第１スタンド２０のロール２１〜２４には第１圧延機５で圧延された棒鋼２５が導入され、第２スタンド３０のロール３１〜３４から排出されたときには、その棒鋼２５は断面形状が正方形であって、その正方形の各角が丸められた角棒３５となる。

そこで、４ロールミル６の圧下率Ｓは以下の（１）式で求めるものとする。
Ｓ＝〔（Ｄ０−Ｄ）／Ｄ０〕×１００〔％〕 ・・・（１）
ここで、Ｄ０は母材である棒鋼２５の直径（径）であり、Ｄは第２スタンド３０のロール３１〜３４の対向するロール間の距離（隙間）である（図３参照）。
そして、４ロールミル６の第２スタンド３０、すなわち、平ロールが組み込まれた４ロール圧延機の圧下率Ｓの範囲は、被圧延材を円形断面から正方形断面に圧延できるように設定されている。なお、４ロールミル６の第１スタンド２０は、第２スタンド３０への被圧延材を送り込むためのピンチロール的な役割を担わせている。

（線材の圧延方法）
次に、図１に示す圧延設備を適用し、被圧延材であるビレットを段階的に圧延していき、最終製品として予め設定した目標の直径の線材に仕上げる方法について図面を参照して説明する。
被圧延材は加熱炉１で予め設定した所定の温度まで加熱され、この加熱された被圧延材は粗圧延機２に供給される。その供給された被圧延材は、粗圧延機３および中間圧延機４からなる第１圧延機５で段階的に圧延され（第１工程）、第１圧延機５から排出されるときには図４に示すような断面が円形の棒鋼２５となる。この棒鋼２５は、図４のように直径がＤ０からなり、この直径Ｄ０は例えば１７〔ｍｍ〕である。

第１圧延機５から排出された棒鋼２５は、第２圧延機（４ロールミル）６に供給される。第２圧延機６では、その供給された棒鋼２５は、断面形状が正方形であってその正方形の角が丸められた角棒３５に圧延される（第２工程）。この角棒３５の断面形状は例えば図４に示すようになり、角棒３５の対向する面間の距離Ｌは例えば１３．５〔ｍｍ〕である。

ここで、第２圧延機６では、棒鋼２５を角棒３５に圧延するようにしたので圧下率を大きくでき、ブロックミル８の入側の被圧延材の断面積を小さくできる。また、第２圧延機６では、棒鋼２５を角棒３５にするために２ロールの組み合わせではなく、第２スタンド３０において４ロールを使用するようにした。このため、第２スタンド３０の４ロールから排出される角棒３５の断面形状は、正方形であってその正方形の４つの角はそれぞれ丸みを帯びている（図３参照）。

その圧延された角棒３５は、第２搬送路７を通過して、ブロックミル８に供給される。このとき、上記のように、ブロックミル８の入側断面は通常の円形ではなく角断面形状であるが、ブロックミル８の最上流側のミルには問題なく噛み込むことができる。また、角断面形状の角部が丸みを帯びた形状としたので、ブロックミル８による圧延後の折れ込み疵の発生が防止できる。ブロックミル８では、供給された角棒３５は断面の形状が円形の線材４０に圧延される（図４参照）。その線材４０の直径Ｄ１は、例えば５．０〔ｍｍ〕である。

その圧延された線材４０は、線材４ロールミル１０に供給される。線材４ロールミル１０では、線材４０が断面が円形の線材５０に圧延される（図４参照）。線材４ロールミル１０は圧下率が調整可能になっており、線材４ロールミル１０の出側の線材５０の直径Ｄ２は、例えば４．０〜４．５〔ｍｍ〕である。このようにして得られる線材５０は、さらに冷却されて品質が確保された最終製品となる。

ここで、第２圧延機６で長方形の断面形状に圧延する理由は以下の通りである。
すなわち、ブロックミル８、線材４ロールミル１０など既存の設備を使用する場合には、例えばブロックミル８の全体の圧下率を大きく変更することは困難である。このようなブロックミル８などを活用し、線径の小さな線材の製造に対処するには、ブロックミル８の入側の被圧延材の断面積を小さくする必要がある。例えば、最終線径が４．０〜４．５ｍｍの線材に圧延するには、ブロックミル８の入側の被圧延材の断面形状が円形である場合には１５ｍｍφである必要がある場合を考える。その際、第１圧延機５で圧延可能な最小寸法が１７ｍｍφであるときは、第２圧延機６では、１７ｍｍφから１５ｍｍφへの圧延が必要となる。この場合、第２圧延機６での断面減少率は、〔π×（１７／２）² −π×（１５／２）² 〕／〔π×（１７／２）² 〕×１００＝２２．１％である。

この際、断面減少率２２．１％で円形断面の棒鋼２５から円形断面の棒鋼３５０ｂへの圧延を行う場合、第１スタンド２０と第２スタンド３０とからなる４ロールミル６の場合を例にとると、第１スタンド２０では、図５（Ａ）に示すようにロール２１０、２２０で上下方向に、ロール２３０、２４０で水平方向に圧下し、それぞれのロールの幅方向中心部（図５（Ａ）中に示した領域Ｘ）で圧下した部分が、断面視で直径１５ｍｍの円弧となるように圧延する。次いで、第２スタンド３０では、図５（Ｂ）に示すように第１スタンド２０の圧延で得られた棒鋼３５０ａを、ロール３１０、３２０と、ロール３３０、３４０とでそれぞれ４５度方向に圧下し、それぞれのロールの幅方向中心部（図５（Ｂ）中に示した領域Ｙ）で、第１スタンド２０で圧延後に、円弧とされていない部に対して直径１５ｍｍの円弧を形成して、最終的に１５ｍｍφの円形断面の棒鋼３５０ｂへと圧延する。しかしながら、第２スタンド３０で圧延するにあたり、被圧延材に捻れ（倒れともいう）が生じると、図５（Ｃ）に示すように、被圧延材（棒鋼３５０ａ）の本来第２スタンド３０の各ロールの幅方向中心部で圧延すべき部分が、各ロールの幅方向端部へとずれてしまい、この場合、隣り合うロール（ロール３１０とロール３４０、ロール３４０とロール３２０、ロール３２０とロール３３０、ロール３３０とロール３１０）の間３００への被圧延材の噛み出し１１０が生じたり、圧延後の棒鋼３５０ｂの断面積が長手方向で変化してしまう。そして、噛み出し１１０や断面積の長手方向の変化が生じた被圧延材３５０ｂを、後続するブロックミル８で圧延すると、噛み出し１１０の部分が折れ込み疵になったり、ブロックミル８で圧延した後も断面積が長手方向で変化してしまう。

被圧延材が細径になる程、第２スタンド３０の各ロールと被圧延材（棒鋼３５０ａ）との接触面積は小さくなり、さらに、被圧延材の径に対する第１スタンドと第２スタンドとのスタンド間距離（スタンド間距離／被圧延材径）が長くなるため、第１スタンド２０と第２スタンド３０との間での捻れは生じやすくなり、結果としてブロックミル８で圧延後に折れ込み疵や長手方向での断面積変化が発生し易くなる。

そこで、発明者は、４ロールミル６のひとつのスタンドの各ロールの孔型面を平坦として、これら孔型面により形成される孔型を長方形形状とし、このひとつのスタンドのみで円形断面から長方形断面へと圧延することにより、大きな噛み出し１１０を発生させることなく、大きな断面減少率を確保できることを知見した。具体的には４ロールミルの第２スタンド３０の各ロールの孔型面を平坦として、この第２スタンド３０にて円形断面から長方形断面へと圧延するようにした。第１スタンド２０では圧延は行わず、その第１スタンド２０の各ロールに対し、第２スタンド３０へ被圧延材を送り込むピンチロールとしての役割を担わせた。

すなわち、４．０〜４．５ｍｍの線材に圧延するにはブロックミル８の入側では、円形断面の場合には１５ｍｍφとする必要があり、このときの断面積は１７６．７ｍｍ² である。これと同等の断面積を正方形断面とした場合、一辺の長さは１３．３ｍｍとなる。そこで、１７ｍｍφの円形断面の棒鋼を被圧延材として、上述した４ロールミル６の第２スタンド３０で一辺の長さが１３．３ｍｍの正方形断面に圧延したところ、図５（Ｃ）に示した噛み出し１１０の発生を生じることなく圧延を行うことができた。この場合において、噛み出し１１０が発生しないのは、図６に示すように、角部１００近傍のロール面による圧下量が非常に小さい状態か、あるいは、角部１００近傍はロール面により殆ど圧下されないことによるものと考えられる。

但し、長方形断面の棒鋼をブロックミル８にて円形断面の線材に圧延する場合、長方形断面の角部がブロックミル８のロール面により圧下される際に、倒れ込むことで、折れ込み疵が発生することが懸念された。実際に、長方形断面の角部が尖った棒鋼を、ブロックミル８で円形断面の線材に圧延したところ、折れ込み疵の発生が多発した。そこで、角部を丸みを帯びた形状にしてブロックミル８で円形断面の線材に圧延したところ、折れ込み疵の発生は防止できた。そして、角部が丸みを帯びた角棒に圧延するには、第２圧延機６として４ロール圧延機を用いることが特に有効である。すなわち、４ロール圧延機では、図６に示すように、４つの角部１００はいずれもロール面に接触することなく形成されるので、丸みを帯びた形状となる。したがって、上記の折れ込み疵の発生防止のために、長方形断面の角部を丸みを帯びた形状とするために、第２圧延機は４ロール圧延機を採用することとした。

ここで、圧下面が平坦なロールを組み込んだ４ロールミルを用いたとしても、上述の（１）式による圧下率Ｓが大きすぎると、前述した噛み出し１１０が生じることとなるので、噛み出しが生じない程度の圧下率を設定する必要がある。さらに、４ロールミル６から排出される角棒３５のブロックミル８への噛み込み性、線材４ロールミル１０の出側で得られる線材の品質などを考慮した試験を行うことにより、円形断面から長方形断面に圧延を行う４ロールミル６の圧下率は２５％以下とすれば、４．０ｍｍφまでの細径線材を問題なく製造できることが確認できた。

（実施形態の効果）
この実施形態では、被圧延材を段階的に圧延して目的の直径（線径）からなる線材に仕上げるために、中間圧延機４とブロックミル８との間に、４ロールミル６を配置するようにした。また、４ロールミル６は、断面形状が円形の棒鋼２５を、断面形状が正方形であってその正方形の角が丸められた角棒３５に圧延する。さらに、４ロールミル６は、４ロールの２つのスタンド２０、３０とを備え、スタンド２０は圧延を行わずにスタンド２０へ棒鋼２５を送り込むためのピンチロールとして作用させ、スタンド３０はその圧下率を２５％以下とした。
これにより、この実施形態では、線材中間圧延機６から排出される角棒３５がブロックミル８の初段のロールに噛み込まれる際にその噛み込み性が良好となる上に、線材４ロールミル１０で圧延される線材５０の品質が確保できることが確認された。

被圧延材（ビレット）のサイズを小型化せず、また、４ロールミルやブロックミル以外の圧延機の孔型の変更を必要とせず、さらに、仕上げ圧延機や最終仕上げ圧延機の増強の必要もなく、線径の小さな線材の圧延が可能となる。
したがって、この実施形態によれば、線径の小さな線材の要求に際し、既存の圧延機をできるだけ活用して移行でき、その移行の際の期間の短縮化、その移行に係る費用の抑制を図ることができる。

（その他の実施形態）
上記の実施形態では、第２圧延工程で用いる第２圧延機６として、４ロールミルを用いているが、第２圧延工程において、断面形状が長方形であって、その長方形の角が丸められた形状の角棒に圧延できるのであれば、必ずしも４ロール圧延機を用いる必要はなく、例えば長方形形状の孔型を有する２個一対のロールを有する２ロール圧延機であっても良い。
また、上記の実施形態では、ブロックミル（第３圧延機）にて圧延を行った後、さらに線材４ロールミルを用いて最終の仕上げ直径にまで圧延しているが、ブロックミルによる圧延で最終の仕上げ直径にまで圧延できるのであれば、線材４ロールミルは必ずしも必要はない。

１・・・加熱炉
２・・・第１搬送経路
３・・・粗圧延機
４・・・中間圧延機
５・・・第１圧延機
６・・・第２圧延機（４ロールミル）
７・・・第２搬送経路
８・・・ブロックミル
１０・・・線材４ロールミル
２０、３０・・・スタンド
２１〜２４、３１〜３４・・・ロール
２５・・・棒鋼
３５・・・各棒
４０、５０・・・線材
１００・・・角部
１１０・・・噛み出し

Claims (7)

1. 被圧延材を段階的に圧延していき、最終製品である線材に仕上げる圧延設備であって、
   前記被圧延材を断面が円形の棒鋼に圧延する第１圧延機と、
   前記第１圧延機で圧延された前記棒鋼を断面形状が長方形であって、当該長方形の角が丸められた形状の角棒に圧延する第２圧延機と、
   前記第２圧延機で圧延された角棒を断面が円形の線材に圧延するブロックミルである第３圧延機と、
   を備えることを特徴とする圧延設備。
2. 前記第２圧延機は、４ロールミルであることを特徴とする請求項１に記載の圧延設備。
3. 前記第２圧延機は、圧下率が２５％以下であることを特徴とする請求項２に記載の圧延設備。
4. 前記第２圧延機は、
   前記棒鋼が導入される４ロールの第１スタンドと、
   前記第１スタンドの後段に配置され４ロールの第２スタンドと、を備え、
   前記第２スタンドの各ロールの孔型面は平坦であり、
   前記第２スタンドで前記角棒に圧延することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の圧延設備。
5. 被圧延材を段階的に圧延していき、最終製品である線材に仕上げる線材の圧延方法であって、
   前記被圧延材を断面が円形の棒鋼に圧延する第１工程と、
   前記第１工程で圧延された前記棒鋼を断面形状が長方形であって、当該長方形の角が丸められた形状の角棒に圧延する第２工程と、
   ブロックミルを使用し、前記第２工程で圧延された角棒を断面が円形の線材に圧延する第３工程と、
   を含むことを特徴とする線材の圧延方法。
6. 前記第２工程では、４ロールミルを用いて圧延することを特徴とする請求項５に記載の線材の圧延方法。
7. 前記第２工程における圧下率を２５％以下とすることを特徴とする請求項６に記載の線材の圧延方法。

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