JP2928712B2

JP2928712B2 - 熱間圧延方法

Info

Publication number: JP2928712B2
Application number: JP26357993A
Authority: JP
Inventors: 省一荒谷; 剛井上; 普康山本; 秀内田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH07116710A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄板（普通鋼、極低炭素
鋼、ステンレス鋼など）を仕上げ圧延機で圧延する圧延
方法に関するもので、詳しくは圧延ロールの耐摩耗性を
向上させるとともに圧延ロールのバンディング、スケー
ル噛み込み疵、焼付きを防止する圧延方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】生産性、原単位の向上、生産コストの低
減を図り、高品質の圧延製品を得るために、熱間圧延に
使用されるワークロールには耐摩耗性、耐肌荒れ性およ
び耐焼付き性に優れていることが要求される。

【０００３】薄板熱間圧延プロセスにおいて、最近の高
速、高負荷および大圧下等の圧延条件の過酷化に対処す
るため、一般に仕上げ圧延機前段のワークロールにはＣ
ｒを１５〜２０％程度含有させた高クロム鋳鉄ロールが
使用されている。さらに近年では、高クロム鋳鉄ロール
より耐摩耗性に優れたハイス系の熱延ワークロールも使
用されてきている。このロールは非常に硬度の大きい炭
化物が析出しているため耐摩耗性に優れている。その一
方で、これらの圧延ロール表面に生成した黒皮スケール
の一部が剥離し、圧延材に噛み込むいわゆる噛み込みス
ケール疵の発生、黒皮スケールがロール全周にわたって
剥離するバンディングなどの問題が生じている。

【０００４】従来、薄板熱間圧延に使用されているワー
クロール材には、例えば特開平２−８８７４５号公報に
耐摩耗鋳鉄ロール材が、特開平２−２８５０４７号公報
に熱間圧延用ロール、特開平３−５３０４１号公報に熱
間圧延用鍛造ロールが開示されているが、いずれも耐摩
耗性および耐熱亀裂性の改善の観点から開発されたもの
であり、黒皮の剥離による肌荒れの問題には触れられて
いない。

【０００５】圧延ロールの寿命を向上させるためには、
ロール肌荒れの原因となる黒皮スケールの生成を抑制さ
せる必要があるが、圧延ロール材の黒皮スケールの生成
に及ぼす合金成分の影響に関する文献も少なく、抜本的
な対策がないのが実状である。

【０００６】一方、焼付きは熱間鋼材を圧延した際に生
じる新生面と圧延ロールが接触して金属凝着を起こして
発生するといわれている。圧延ロール表面の黒皮スケー
ルは熱間鋼材と圧延ロールの金属接触を防ぐ効果があ
り、焼付きを抑制するためには黒皮スケールが存在する
ことが非常に重要である。しかし、ロール表面は熱間鋼
材との接触による加熱と冷却水による冷却を繰り返し受
けるため、圧延ロール表面の黒皮スケールが厚い場合は
熱疲労により剥離しやすくなり、前記したスケール起因
の疵あるいはバンディング発生の原因となる。そのた
め、黒皮を抑制することによって発生しやすくなる焼付
きを防止し、かつ耐摩耗性を確保するために圧延潤滑剤
が使用されている。

【０００７】従来知られている熱間塑性加工用潤滑剤に
は鉱油、合成エステル、極圧添加剤を１種類、もしくは
２種類以上混合した液体潤滑剤やグリースが知られてい
る（桜井俊男監修「潤滑の物理化学」幸書房昭和５８年
４月１５日発行、特開昭６３−３０９５９０号公報な
ど）。しかし、これら潤滑剤は熱間加工工程中に摩擦面
内で消失するため、十分な効果が得られない。このよう
な問題を解決するため、前記潤滑剤の中に黒鉛、ＢＮ、
酸化鉄、二硫化モリブデンなどの粉末状の固体潤滑剤を
混合したものが使用されるようになってきた（特開昭６
３−２３０７９６号公報、特開昭６３−２５４１９５号
公報）。

【０００８】しかし、これらの潤滑剤をそのまま摩擦面
に吹き付けると、摩擦係数が低下し、噛み込み不良が発
生するため、ウォーターインジェクション方式による供
給方法を用いて、水に薄めて使用し、摩擦係数の低下を
最小限に抑え、かつ圧延ロールの焼付きや摩耗を防止さ
せようとしている。しかし、潤滑剤を低濃度に希釈する
ため、十分な効果を得ることができない。また、十分な
耐焼付き効果や耐摩耗効果を得るために濃度を高めると
摩擦係数が低下し、使用することができない。

【０００９】一方、摩擦係数の低下を抑えるため、前記
潤滑剤の代わりに水を用いて、その中に優れた耐焼付き
効果や耐摩耗効果を有する粉末状の固体潤滑剤を添加し
た潤滑剤を調整すると、粉末状の固体潤滑剤が水に均一
に分散しないため、安定生産が要求されるプロセスでは
使用できない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の欠点を解消するためになされたものであり、スケ
ール噛み込み疵や圧延ロールの摩耗やバンディングを抑
えるとともに焼付きを防ぎ、高品質の圧延製品を高能率
で製造する圧延方法に関するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するためなされたものでその要旨は、熱間圧延工程に
おいて、仕上げ圧延機に重量％で、Ｃ；１．０〜２．５％Ｓｉ；０．５〜２．０％Ｍｎ；０．５〜２．０％Ｃｒ；５．０〜１０．０％Ｍｏ；１．０〜３．０％Ｗ；０．５〜５．０％Ｖ；５．０〜９．０％Ｐ；０．０５％以下Ｓ；０．０５％以下残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる熱間圧延用ロール
を組み込むとともに、平均粒径２０μｍ以下の膨潤性を
有する雲母をこの雲母と水の合計量を基準として１重量
％以上１０重量％以下の濃度で水に混合した液体の中に
粉末状の固体潤滑剤を混合した熱間圧延潤滑剤を供給し
て材料を圧延する方法である。

【００１２】

【作用】以下、本発明の圧延方法に使用される圧延ロー
ルと潤滑剤について説明する。圧延ロールの黒皮スケー
ルの生成を抑制させると、黒皮スケールの部分的な剥離
が原因で生じるスケール噛み込み疵やバンディングなど
のロール肌荒れを防止することができる。発明者らはロ
ール表層スケールの生成状況を調査した結果、黒皮スケ
ールは圧延ロール中の炭化物を除いた基地の部分に優先
的に生成することを見い出した。さらに、機械的特性を
含め、詳細な検討を行い、適正な炭化物および基地の分
布を得るための合金組織を明らかにした。

【００１３】ＣはＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗと化合して硬度の
大きいＭ₇Ｃ₃、Ｍ₆ＣおよびＭＣ型の炭化物を形成
し、耐摩耗性を向上させる。炭化物を形成するためには
１．０％以上添加する必要がある。しかし、２．５％超
にすると炭化物量が多くなりすぎ、破壊靭性が悪化する
ため、２．５％以下とする。

【００１４】Ｓｉは脱酸元素として加える。さらに、伸
びを減ずることなく、引張強さを高めることができる元
素であるため、０．５〜２．０％加える。

【００１５】ＭｎはＳｉと同様に脱酸元素として加える
が、Ｓと結合させてＭｎＳとして、粒内に均一に析出さ
せ、Ｓの有害性を除くため、また２．０％を越えて添加
すると靭性の低下をきたすという問題を生じるため、
０．５〜２．０％とする。

【００１６】ＣｒはＣと結合し、高硬度のＭ₇Ｃ₃型炭
化物として析出するため、耐摩耗性が向上する。また、
基地に固溶しているＣｒは耐酸化性を向上させ、またＣ
ｒの炭化物の析出により黒皮スケールの生成を抑制す
る。これらの効果は約５．０％以上から現れるが、１
０．０％超添加すると炭化物の生成が過剰になり、靭性
の低下を招くため、その添加量を５．０〜１０．０％と
する。

【００１７】ＭｏはＣと化合して、Ｍ₆Ｃ型の炭化物を
形成し、耐摩耗性を向上させる。またその一部は基地に
固溶することによって、高温強度を高める。さらに、
１．０％以上の添加によって、析出するＭｏの炭化物に
より黒皮スケールの生成を抑制することができる。一
方、３．０％超添加するとＭｏ炭化物の析出が過剰にな
り、靭性の低下をきたすという問題が生じる。

【００１８】ＷはＣｒおよびＭｏと同様に、高温強度を
高めると同時にＭ₆Ｃ型の炭化物を形成し、耐摩耗性を
向上させる効果のある元素として知られている。さら
に、Ｗの炭化物の析出により黒皮スケールの生成を抑制
させる効果もあるため、１．０％以上添加する。一方、
５．０％超の添加では炭化物の析出が過剰になり、靭性
が低下するために５．０％以下とする。

【００１９】ＶはＣと結合してＶＣ炭化物を形成する。
この炭化物は非常に硬度が大きく、耐摩耗性を向上させ
るために必要不可欠な元素である。また、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｗと同様に、Ｖの炭化物の析出により黒皮スケールの生
成を抑制する効果がある。その効果は５．０％以上から
顕著になるが、９．０％超では炭化物の析出が過剰にな
り、靭性の低下を招くと同時に、ロール材中に均一に分
散しないため、５．０〜９．０％の添加とする。

【００２０】Ｐ、Ｓは鋼にとって有害な元素であるの
で、いずれも０．０５％以下に抑えることが必要であ
る。

【００２１】上記記載組成以外に、より一層黒皮スケー
ルを抑制するためにＣｏを０．１〜７．０％添加しても
よい。また、より一層の焼き入れ性の向上を図るため、
Ｎｉを通常使用される範囲内で添加してもよい。

【００２２】一方、熱間圧延潤滑剤は圧延ロールの黒皮
スケールを抑制したことにより低下した耐焼付き性を確
保するため、また耐摩耗性を向上させるために使用す
る。このときの潤滑剤は平均粒径２０μｍ以下の膨潤性
を有する雲母を１重量％以上１０重量％以下の濃度で水
に混合した液体の中に粉末状の固体潤滑剤を混合してな
る熱間圧延潤滑剤である。

【００２３】前述したように、従来から用いられている
鉱油、合成エステル、グリースなどの有機系潤滑剤を用
いると、無潤滑もしくは水潤滑時よりも摩擦係数の低下
は免れない。そこで、摩擦係数の低下が発生しない水が
適切である。ところが、水は鉱油や合成エステル、グリ
ース等のようなものよりも、潤滑性能は格段に劣ること
は明らかである。そこで、固体潤滑剤に着目して、水に
よって安定した加工を行うのに必要な摩擦係数を確保・
維持しながら、固体潤滑剤によって潤滑性能（耐摩耗効
果、耐焼付き効果など）を発揮させればよい。ところ
が、鉱油や合成エステルに比べて表面張力が大きい水の
中に粉末状の固体潤滑剤を混合すると、固体潤滑剤は比
重の関係で大半のものが水に浮上もしくは沈降し、水の
中に均一に分散させることができない。

【００２４】そこで、膨潤性を有する雲母は水に混合さ
れると、細かい粒子となり水の中に均一に分散する性質
がある。この性質を利用すると、膨潤雲母の微粒子が固
体潤滑剤の浮力や沈降力を防ぐことができる。

【００２５】但し、この特性は雲母粉末の粒径により大
きく異なり、平均粒径が２０μｍを超えると水に添加し
たときの雲母の微粒子かが進まず、雲母粉末が水に均一
に分散せずに沈澱する。平均粒径が２０μｍ以下の雲母
粉末を水に分散すると、雲母粉末の微粒子化が進行し、
均一に水に分散し雲母溶液を形成する。この均一に分散
した雲母溶液の中に耐焼付き性や耐摩耗性に優れた固体
潤滑剤を混合すると、微粒子状に分散している雲母粉末
が、固体潤滑剤の浮力や重力（沈降力）を支えて、固体
潤滑剤の沈降や凝集、浮上を防止する。ただし、この効
果は雲母溶液の濃度に依存し、雲母溶液を作るときの雲
母の添加量が水に対する重量％で１重量％以下では、雲
母溶液に添加する固体潤滑剤の浮力や沈降力を支えるこ
とができない。また、雲母溶液を作るときの雲母の添加
量が水に対する重量％で１０重量％を越えるとチキソト
ロピー性を呈し、潤滑剤としての使用が困難になる。

【００２６】本発明に用いられる熱間圧延用潤滑剤に混
合される固体粉末（固体潤滑剤）は、従来から知られる
黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、酸化ホ
ウ素、マグネタイト、リン酸カリウム、膨潤性を有しな
い雲母、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムなどの無機化
合物や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスレチ
ン、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネー
ト、ポリアミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホ
ン、ポリアレレート、ポリフェニレンスルフィド、ＡＢ
Ｓ樹脂、エチレン−４フッ化エチレン共重合体、ジアリ
ルフターレート樹脂、フェノール樹脂、キトサン、ポリ
エチレングリコール等の有機化合物などがある。

【００２７】これら固体粉末の耐焼付き効果や耐摩耗効
果は固体粉末の添加量が水に対する重量％で１重量％以
上からその効果を発揮する。また、固体粉末の添加量が
水に対する重量％で１５重量％を越えてもその効果はほ
とんど変わらない。

【００２８】本発明に使用される熱間圧延用潤滑剤は摩
擦係数の低下を引き起こさず、耐焼付き性に優れるとと
もに耐摩耗性に優れた固体潤滑剤を混合したものであ
る。従って、熱間鋼材と圧延ロールの焼付きを防止する
ためには、耐焼付き性に優れた固体潤滑剤（例えば、黒
鉛や酸化ホウ素など）を混合すれば良い。また、焼付き
の防止に加えて、摩耗を低減させる場合には耐摩耗性に
優れた固体潤滑剤（例えば、黒鉛や酸化ホウ素など）を
合わせて混合すれば良い。

【００２９】なお、これまで述べてきた熱間圧延用ロー
ルと熱間圧延潤滑剤は黒皮スケールの生成しやすい仕上
げ圧延機の前段のスタンドに適用するのが有効である
が、仕上げ圧延機の全スタンドに適用しても良い。

【００３０】

【実施例】実機の１／８サイズの熱間コイル式実験圧延
機を用いて本発明の効果を調査した。このときの圧延条
件は、圧延材にはＳＵＳ４３０を用い、圧延材の温度を
１０００℃とし、圧下率を５０％、圧延速度を６０m/mi
n 、前方張力を０．５kgf/mm²、後方張力を０．５kgf/
mm²とし、５０mm幅、１mm厚、１０００ｍ長のコイルを
用いた。圧延ロールは表１に示す通常使用されているハ
イスロールと黒皮スケールの生成しにくい圧延ロールを
用いた。

【００３１】

【表１】

【００３２】潤滑剤は比較用として、水潤滑のみの場合
と平均粒径８μｍの膨潤性を有する雲母を水の重量％に
対して７重量％の濃度で水に混合した雲母溶液を作成
し、この中に黒鉛（代表的な固体潤滑剤）を水の重量％
に対して１０％混合したものを用いた。圧延ロールと潤
滑剤を表２のように組み合わせ、圧延ロールのスケール
生成状況、焼付きの有無、摩耗量、圧延荷重を調査し
た。

【００３３】

【表２】

【００３４】調査の結果、摩擦係数は水潤滑の場合に比
べ、雲母溶液を使用した場合は約１割程度低減しただけ
にとどまった。また、黒皮厚さは図１に示すように黒皮
スケールの生成しにくい圧延ロールを使用した場合には
薄く、黒皮スケールの生成が抑制されていることが確認
された。さらに表３に摩耗量と圧延ロールのスケールの
剥離状況、焼付き状況を調査した結果をまとめて示す
が、本発明による圧延方法が黒皮スケールの剥離、焼付
きがなく、また摩耗量が最も少ないことから最も優れて
いることが判る。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【発明の効果】本発明による熱間圧延方法を用いること
により、圧延ロールの黒皮スケールの剥離による圧延ロ
ールのバンディングや摩耗、焼付き、またそれにともな
って発生する圧延製品の疵を低減することができる。ま
た、本発明に使用される潤滑剤は低粘度であるため、現
在熱延プロセスで使用されているウォーターインジェク
ション方式の潤滑装置をそのまま使用することができる
ため、設備改造をする必要が無いため、工業上効果が大
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例により熱間コイル圧延機による圧延ロー
ルの黒皮の厚さを比較した結果を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 38/24 Ｃ２２Ｃ 38/24 //(Ｃ１０Ｍ 173/02 103:06）Ｃ１０Ｎ 20:06 40:24 (72)発明者内田秀千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (56)参考文献特開平６−234989（ＪＰ，Ａ) 特開平６−184586（ＪＰ，Ａ) 特開平６−287713（ＪＰ，Ａ) 特開平６−336642（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 27/00 B21B 1/26 C10M 173/02 C22C 38/00 302 C22C 38/24 C10M 103:06 C10N 20:06 C10N 40:24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間圧延工程において、仕上げ圧延機に
重量％で、Ｃ；１．０〜２．５％Ｓｉ；０．５〜２．０％Ｍｎ；０．５〜２．０％Ｃｒ；５．０〜１０．０％Ｍｏ；１．０〜３．０％Ｗ；０．５〜５．０％Ｖ；５．０〜９．０％Ｐ；０．０５％以下Ｓ；０．０５％以下残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる熱間圧延用ロール
を組み込むとともに、平均粒径２０μｍ以下の膨潤性を有する雲母を水に対す
る重量％で１重量％以上１０重量％以下の濃度で水に混
合した液体の中に粉末状の固体潤滑剤を混合した熱間圧
延用潤滑剤を供給して材料を圧延することを特徴とする
熱間圧延方法。