JP3246171B2 - 熱間圧延方法 - Google Patents

熱間圧延方法

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JP3246171B2 JP04815894A JP4815894A JP3246171B2 JP 3246171 B2 JP3246171 B2 JP 3246171B2 JP 04815894 A JP04815894 A JP 04815894A JP 4815894 A JP4815894 A JP 4815894A JP 3246171 B2 JP3246171 B2 JP 3246171B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄鋼板の熱間圧延方法、
詳しくは高速度鋼系作業ロール使用時の圧延荷重の上昇
および製品表面疵の発生を防止するための熱間圧延方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鋼材の熱間圧延に使用されるロー
ルでは少なくとも圧延使用層となる外殻層に、下記に示
す高クロム鋳鉄や高合金グレン鋳鉄などの耐摩耗合金鋳
鉄が用いられている。
【0003】高クロム鋳鉄(M7C3:面積率で20〜35%) C:2.3〜2.9 %、Si:0.4〜0.9 %、Mn:0.8〜1.2 %、N
i:0.5〜1.5 %、Cr: 15〜20%、 Mo:0.7〜2.0 % 高合金グレン鋳鉄(M3C: 面積率で25〜40%) C:3.2〜3.4 %、Si:0.7〜0.9 %、Mn:0.8〜1.2 %、N
i:4.2〜4.6 %、Cr:1.5〜1.9 %、Mo:0.3〜0.6 % 一方、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール材として、特
開平2−240634号公報、特開平2−25205 号公報、特開
平2−88745 号公報、特開平3−126838号公報、特開平
3−219047号公報および特開平5−148584号公報等に開
示されているような高炭素系高速度鋼(以下、熱延ハイ
スという)が用いられるようになってきた。
【0004】熱延ハイスは、金属組織中にVを主体とす
るMC系高硬度炭化物と高温軟化抵抗の高い(Mo、W、Co
等が基地中に固溶もしくは微細炭化物として析出するこ
とによる)基地とを有するため、これを熱間圧延用ロー
ル材として用いる場合には特に優れた熱間耐摩耗性を発
揮するといわれている。
【0005】しかし、熱延ハイスロールによる熱間圧延
の際には、高クロム鋳鉄ロールなどに比べ圧延荷重が高
くなり圧延機の能力を実質的に低下させてしまうこと、
被圧延材表面に酸化スケールをかみ込んだ疵(かみ込み
スケール疵)が発生しやすく製品品質を低下させてしま
うこと、圧延後の熱延ハイスロールの表面性状は良好
(粗さ小、摩耗小)であるが、黒皮(熱間圧延によって
ロール表面に生じた酸化皮膜)が剥離(バンディング)
しやすく、ロール肌の安定性(耐肌荒性)が悪いこと、
などの問題があることが指摘されている。
【0006】薄鋼板などの熱間圧延においては、1段が
作業(ワーク)ロールと補強ロールとの組み合せからな
る多段圧延機が用いられる。一般的に、これらのロール
材質の組み合せとしては、作業ロールを熱延ハイス、補
強ロールを鍛鋼とする場合が多い。
【0007】従来、上記2種類のロールの表面硬さは、
主にそれぞれのロールの耐摩耗性と耐肌荒性とのバラン
スを重視する観点から決定されてきた。一般的に、薄鋼
板の熱間圧延における仕上タンデム圧延機列の補強ロー
ルでは、その表面硬さがHsで60〜65の範囲のものが用
いられている。
【0008】鉄と鋼、vol.73(1987)、P. 691〜698 には
熱間圧延用補強ロールのスポーリングに関する検討が報
告されている。この検討では作業ロールにはアダマイ
ト、補強ロールには高Niグレン鋳鉄が用いられており、
結論の一つとして、補強ロールのスポーリングを防止す
るには2種類のロールにおいて適正な硬さの組合せが必
要であると述べられている。しかし、作業ロールの材質
として熱延ハイスを用いる場合の適正な硬さは、具体的
な数値として示されていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、熱延
ハイスロールに発生する上記問題点を解決し、熱間圧延
において高生産性、高品質化を実現することができる圧
延方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の熱間
圧延方法にある。
【0011】多段式圧延機を用いて薄鋼板を熱間圧延す
る際に、表面硬さがショアー(Hs)で78〜88の高速度鋼
系作業ロールと、表面硬さがこの作業ロールよりもショ
アー(Hs)で5〜12低い補強ロールとを組み合わせて圧
延することを特徴とする熱間圧延方法。
【0012】表面硬さとは、両ロールの胴部表面におい
て測定した硬さの値を指す。
【0013】本発明者は熱延ハイス系作業ロールに発生
する前記問題点を解決する方法について検討し、次の
〜の知見を得た。
【0014】熱間圧延時に熱延ハイス系作業ロール表
面に発生する黒皮を詳細に観察したところ、黒皮層内部
に10〜40μm 程度の粒状VCを主体とするMC系高硬度炭化
物が存在しており、この黒皮はロール基地自身の自己酸
化を主体としたものであること。
【0015】黒皮表面の3次元表面粗さ測定とEPM
A分析の結果から、黒皮表面には釣り鐘状の突起物(凸
部)が存在し、この突起物はMC系炭化物(VCが主体)で
あること。
【0016】図1は、従来の熱延ハイス系作業ロール表
面層の圧延使用後の組織を模式的に示す断面図および外
観図である。ロール基地1と表面の黒皮2との中にはVC
主体の炭化物3が点在し、黒皮表面、すなわちロール表
面4のVC主体の炭化物3は釣り鐘状の突起物(凸部)5
として存在している。
【0017】熱延ハイス系作業ロールの表面に上記の
突起物5が発生した際に圧延荷重が高くなること。ロー
ル肌荒れ(黒皮の局部的剥離=バンディング)の発生時
にスケール疵が多発すること。さらにこれらを考慮する
と、作業ロールの摩耗は次のようなメカニズムで進行す
ること。
【0018】熱延ハイス系作業ロールは化学組成的に耐
酸化性が劣ることから、図2に示すメカニズムで摩耗が
進行すると推定される。
【0019】図2(a) は未使用ロールの表面を模式的に
示す縦断面図、図2(b) と図2(c)は使用後ロールの同
じく縦断面図である。図2(a) に示すように、ロール表
面4は研削肌、ロール基地1にVC主体の炭化物3が存在
する初期状態から、まず図2(b) に示すように、表面の
ロール基地1部が酸化してミクロ黒皮6が生成(黒皮発
生の初期段階)し、選択的に酸化摩耗する。さらに継続
使用されると、図2(c) に示すように黒皮が剥離し、表
面4には硬質のVC主体の炭化物3が突起物5となって残
存する。図2(c) の状態でさらに使用すると再び図2
(b) から図2(c)の状態が繰り返されることで、摩耗が
進行する。
【0020】上記の突起物が圧延の際に楔となって摩擦
係数を増大させ、その結果圧延荷重が高くなる。この楔
効果により、発生、成長した黒皮自身もロール基地から
剥離しやすくなりロールの耐肌荒性が低下する。さら
に、圧延時にはこの表面の突起物が鋼板表面の酸化スケ
ールを掻き取り、掻き取られたスケールが次の圧延機で
の圧延時に鋼板表面に押し込まれてかみ込みスケール疵
となる。
【0021】上記のような問題の発生には熱延ハイス
系作業ロールの表面硬さおよび補強ロールとの表面硬さ
の差が影響していること。すなわち、熱延ハイス系作業
ロールの表面硬さをある値に維持し、同時に補強ロール
の表面硬さを従来のレベル(Hs:60〜65)よりもかなり
高くし、しかも、硬さの差をある適正な範囲に限定すれ
ば、楔効果を未然に防止することができる。
【0022】
【作用】本発明の熱間圧延方法において、熱延ハイス系
作業ロール(以下、HWRと記す)の表面硬さおよびこ
れと補強ロール(以下、BURと記す)との表面硬さの
差を、次のように定めた理由を説明する。
【0023】HWRの表面硬さ:78〜88(Hs ) (HWRの表面硬さ) −(BURの表面硬さ)=5〜12(Hs ) 通常、ロールの表面硬さは使用時間の増加とともに製造
初期の硬さから深さ方向に低下してくるが、ここでいう
表面硬さとは圧延に際しての両ロールの胴部表面におい
て測定した硬さの値を指す。
【0024】HWRの表面硬さがHs で78未満では、H
WRが本来有する優れた耐摩耗性および耐肌荒性を発揮
することができない。このため表面突起の発生も急増
し、圧延荷重の上昇および製品スケール疵の増加が生じ
る。
【0025】一方、Hs で88を超えると熱間圧延におい
てロールの靱性が不足することになる上、後述するBU
RによるHWR表面の突起破壊効果に不足を来す。よっ
て、HWRの表面硬さの範囲はHs で78〜88とした。
【0026】さらに本発明方法ではBURの表面硬さを
HWRの表面硬さよりもHs で5〜12低くする。この表
面硬さの差が5未満ではBURの摩耗が増加し、一方、
12を超えるとHWRの表面に発生する突起を十分に破壊
除去することができない。その結果、荷重上昇や製品表
面のスケール疵を多発させる。よって、HWRとBUR
と表面硬さの差の範囲をHs で5〜12とした。好ましい
のは5〜10の範囲である。
【0027】硬さおよび硬さの差を上記の範囲にすると
きのBURによるHWR表面の突起破壊効果とは、次の
ような現象である。
【0028】すなわち、HWRとBURとの接触部にお
いて、BURがHWR表面の突起物を欠落、除去させる
作用を発揮する。その結果、図2(a) および図2(b) に
示す状態に近いHWR表面に更新されて行く。この状態
では、HWRの表面は研削肌にはもちろん戻らないが、
その表面には極めてミクロ的な凹凸が生成しているだけ
で、少なくとも突起物が表面に存在する図2(c) のよう
な表面状態ではなくなる。
【0029】上記のような破壊により、圧延の際のHW
Rの表面突起物による楔効果(荷重上昇)を未然に防止
することができる。したがって、製品表面のスケール疵
の発生防止およびHWRの耐肌荒性を達成することがで
きるのである。
【0030】ロールの表面硬さの調整は一般的な熱処理
方法を用いて行えばよく、その方法は特に限定されな
い。
【0031】本発明方法で用いるHWRの素材は、熱延
ハイスであれば、遠心力鋳造法、特公昭44−4903号公報
ほかに開示されている高周波加熱を利用した連続肉盛方
法、特開昭47−2851号公報ほかに開示されている粉末冶
金法を利用して熱間静水圧により外殻層を成形する方
法、特開昭57−2862号公報に開示されているエレクトロ
スラグ溶解を利用する肉盛方法などの複合ロール製造方
法や静置鋳造、鍛造などの一体ロール製造方法等によっ
て製造したもののいずれでもよい。
【0032】同じくBURの素材は、重量%でC:0.5〜
0.95%、Si:0.3〜0.4 %、Mn:0.4〜1.0 %、Cr:2.0〜2.
7 %、Mo:0.2〜0.6 %および残部:Feと不純物のような
化学組成を有する鍛鋼などがよい。しかし、BURでは
ロールの材質よりも、HWRとの表面硬さの差を前記の
ように限定することの方が重要である。
【0033】本発明方法は薄鋼板の熱間圧延設備におけ
る仕上タンデム圧延機列(一般に6〜7スタンドの圧延
機から構成される)の上流側から3〜4スタンドまでに
おいて特にその効果を発揮する。もちろん、スケール疵
が発生しやすい普通鋼の熱間圧延時においても同様であ
る。
【0034】
【実施例】以下、本発明の熱間圧延方法を実施例に基づ
いて説明する。
【0035】作業ロールとして、遠心力鋳造法により外
殻層と内層からなる複合ロール(胴部直径150 mm、胴長
300 mm、全長780 mm)を成形し、外殻層は表1に示す組
成の熱延ハイス、内層はダクタイル鋳鉄としたもの(H
WR)、および同じ製造方法と寸法により外殻層は高Cr
系鋳鉄(2.8 %C−18%Cr)としたもの(非HWR)の
2種類を準備した。
【0036】
【表1】
【0037】表面硬さは、熱処理条件(焼入れ、焼戻し
温度)を変化させ、Hs 78〜87の範囲で変えた。
【0038】BURとして、表面硬さの異なる鍛鋼製ロ
ール(胴部直径250 mm、胴長310 mm、全長785 mm)を準
備した。その化学組成を表2に示す。
【0039】
【表2】
【0040】上記のようにして準備したHWRおよび非
HWRとBURを、表3に示す各表面硬さで組合せ、薄
鋼板の熱間圧延を行った。No.1〜12が本発明例、 No.13
〜16がBUR表面硬さを従来レベルにした従来例(ただ
し、No.16 は高クロム鋳鉄の非HWRとBURとの組み
合わせ例)、 No.17〜19がHWRとBURの表面硬さを
略々同じレベルにした比較例である。
【0041】
【表3】
【0042】熱間圧延では、表3に示す材質と表面硬さ
の組み合せの各ロールを、薄鋼板の熱間圧延(特に仕上
タンデム圧延機列の2号スタンド)をシミュレートする
ことができる熱間コイル圧延実験装置(4段式圧延機)
に組み込み、板厚1mm、板幅40mm、コイル長さ1000m の
SPCCコイルを圧延(圧下率35%、被加工材温度1000
℃、圧延速度150m/min 、合成エステル系潤滑剤をウォ
ーターインジェクション方式により作業ロールに直接供
給)に供し、圧延荷重上昇率とコイル表面のスケール疵
発生有無を調査した。その結果を表3に併せて示す。
【0043】従来例 No.13〜15では、圧延荷重が従来例
No.16(作業ロールは高クロム鋳鉄)に比べ20〜30%程
度高くなるのに対し、本発明例では、圧延荷重上昇率は
作業ロールが高クロム鋳鉄ロールの場合とほとんど同じ
であることがわかる。特に、両者の硬さの差がHs で5
〜10の組み合せの場合には、圧延荷重の上昇は全く認め
られなかった。しかも、本発明例では圧延後のHWR表
面を観察した結果、黒皮剥離(バンディング)によるロ
ール肌荒れが全く発生しなかった上に、熱延コイル表面
にもかみ込みスケール疵はみられなかった。
【0044】比較例 No.17、18では圧延荷重の上昇やか
み込みスケール疵の発生はなかったが、BURの摩耗が
急増する上に、BURの表面にささくれ状の肌荒れが発
生するなど新たな問題が生じた。さらに、この場合はH
WRの摩耗も増加していた。
【0045】一方、本発明例ではBURの摩耗増加、肌
荒れおよびスポーリングなどの問題は全く生じなかっ
た。
【0046】
【発明の効果】本発明の熱間圧延方法によれば、HWR
を使用しても圧延荷重の上昇、製品表面スケール疵が生
じないため、製品の品質向上を実現することができる。
更に、HWRに耐摩耗性、耐肌荒性などの耐久性を最大
限に発揮させることができ、ロール寿命の向上、ロール
原単位の低減およびサイクル圧延量の増加などの高生産
性も達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の熱延ハイス系作業ロール表面層の圧延使
用後の組織を模式的に示す断面図および外観図である。
【図2】従来の熱延ハイス系作業ロール表面層の摩耗メ
カニズムを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
1:ロール基地、 2:黒 皮、 3:VC主体炭
化物、4:ロール表面、 5:突起物(凸部)、6:ミ
クロ黒皮
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−25205(JP,A) 特開 昭53−108852(JP,A) 特開 平2−88745(JP,A) 特開 平3−126838(JP,A) 特開 平3−219047(JP,A) 特開 平5−148584(JP,A) 特開 昭52−16418(JP,A) 特開 昭62−28012(JP,A) 特開 平7−155814(JP,A) 特開 平7−70692(JP,A) 特開 平6−234003(JP,A) 特開 平6−81079(JP,A) 特開 平4−220105(JP,A) 特開 平3−90270(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 13/14 B21B 1/22 B21B 27/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多段式圧延機を用いて薄鋼板を熱間圧延す
    る際に、表面硬さがショアー(Hs)で78〜88の高速度鋼
    系作業ロールと、表面硬さがこの作業ロールよりもショ
    アー(Hs)で5〜12低い補強ロールとを組み合わせて圧
    延することを特徴とする熱間圧延方法。
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