JP3872346B2 - 棒鋼・線材の熱間圧延方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒鋼・線材の熱間圧延方法に関し、詳細には、ビレットを、少なくとも仕上列では孔型ロール列を有する圧延設備を用いて棒鋼・線材に熱間圧延する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
棒鋼、線材の熱間圧延製品は、通常、加熱炉で加熱されたビレットを粗列から仕上列までの孔型ロール列を有する圧延設備により圧延して製造されている。このようにして製造された棒鋼、線材の熱間圧延製品では、表面疵が大きな問題となる。表面疵の要因としては、加熱炉で生成した１次スケール、及び圧延中に生じる２次スケールを圧延中に押し込むことによって発生するスケール押し込み疵と、圧延中の圧延ロールによって生じる、被圧延材断面内の周方向圧縮ひずみによるしわ疵がある。
【０００３】
前者のスケール押し込み疵を改善する手段として、例えば特開昭５８−１１０１１７号公報には、鋼材が上下ロールにより変形される際に、これら上下ロール間において両側から鋼材に対し、高圧水もしくは圧縮空気またはこれら双方を吹き付けスケールを除去する鋼材のデスケーリング方法が提案されている。
【０００４】
この鋼材のデスケーリング方法は、その実施例からすると、それまでの圧延機入側のデスケーラーに加えて上記の構成を採用することで、圧延機入側のデスケーラーと上下ロール間の両側に配設されたデスケーラーの吹付け圧を同様の低い圧にして鋼材表面のスケールを容易に除去できるというものである。しかし、この方法はスケール除去のみであり後述する変形によって発生するしわ疵への効果は期待できない。また、このように高圧水等を用いてスケールを除去する方法では、スケール除去効果は期待できても、細かいスケールや高圧水、圧縮空気などが飛散し作業環境が悪い。また、これを改善するための吸引装置などが必要となる。
【０００５】
一方、特開平４−３５６３０２号公報には、素材断面を平ロール（フラット）によって減面圧延した後、孔型ロールによって成型圧延する条鋼圧延方法において、平ロール圧延の最終パスで減面率１０％以上の圧下を行いながら、被圧延材の４つのコーナーに５度〜４０度の鈍角面を形成する条鋼圧延方法が提案されている。そして、この条鋼圧延方法によれば、フラットパスで圧延した後に、減面率１０％以上で、被圧延材の４つのコーナーに５度〜４０度の鈍角面を形成する圧延（ボックスパス）を入れているので、引き続く孔型ロール圧延で被圧延材の回転が防止され、且つこの孔型ロール圧延での折込み疵の発生が防止できるというものである。
【０００６】
そこで、本発明者等は、上記提案の条鋼圧延方法で採用している、被圧延材のコーナー部が鋭角になることを解消するボックスパスに注目し、このボックスパスを採用することで、しわ疵の防止も図れるのではないかと考え調査、検討を行った。しかし、被圧延材のコーナー部に９５〜１３０度の鈍角面を有するように形成しても全体としては４角形状であるため、その後、前記４角形状から角→オーバルパスを行っても、しわ疵の発生原因である断面内の局部的な圧縮ひずみを低減し得ることが期待できないことが判明した。また、粗列にフラットパスを用いると、被圧延材とロールが面で接触する割合が大きくなるため、圧延中のスケール剥離性が悪くなり、スケール押し込み疵が発生しやすくなる。
【０００７】
本発明は、上述の如き事情を改善するためになしたものであって、その目的は、スケール押し込み疵、しわ疵はもとより被圧延材の表面に発生する表面疵を低減し得る棒鋼・線材の熱間圧延方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る棒鋼・線材の熱間圧延方法は、ビレットを、粗列から仕上列までの孔型ロール列を有する圧延設備を用いて棒鋼・線材に熱間圧延する方法において、加熱後の角ビレットをその４頂角を４方向から圧下して最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の略八角形状又は略円形状に１パスで成形した後に、孔型ロール列で圧延するものである。
【０００９】
上記棒鋼・線材の熱間圧延方法では、加熱後の角ビレットをその４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形するので、スケールが十分に除去できる。また、その後に孔型ロール列で圧延するので、スケール押し込み疵などの表面疵の少ない圧延が行え、表面疵の少ない棒鋼・線材を製造することができる。さらに、前記略八角形状又は略円形状を、最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の形状に成形することで、スケール押し込み疵やしわ疵を軽減する作用効果をより効果的に得ることができる。
【００１０】
請求項２に係る棒鋼・線材の熱間圧延方法は、上記請求項１の発明において、粗列から仕上列までの孔型ロール列を、オーバル孔型と丸孔型とを備える孔型ロール列とするものである。このように好ましい孔型ロール列としてオーバル孔型と丸孔型とを備える孔型ロール列を採用するのは、既に加熱後の角ビレットはその４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形されており、次のような高級鋼の場合に採用されている丸→オーバルパス圧延と同様の作用効果が、上記請求項１の発明の作用効果に加えて期待されるためである。
【００１１】
すなわち、従来より高級鋼の場合には中間列以降で一般的に丸→オーバル→丸パスを繰り返す丸→オーバルパス圧延が採用されている。その理由は、図１に示すように、角→オーバルパス圧延では丸→オーバルパス圧延と異なり、被圧延材（角）の頂角からロールに接触していくため、自由面でしわ疵の原因となる大きな周方向圧縮ひずみが働き、かつ圧下部のスケールも剥離できないため、スケール押し込み疵も生成しやすい。これに対して、丸→オーバルパス圧延は大きな周方向圧縮ひずみも作用せず、かつ表面が均一に変形されるパスであり、粗列までに生成した表面疵を浅くしていく効果があるとされているためである。
【００１３】
また、請求項３に係る棒鋼・線材の熱間圧延方法は、ビレットを、粗列から仕上列までの圧延設備を用いて棒鋼・線材に熱間圧延する方法において、加熱後のビレットを角断面形状に圧延し、その角断面形状の中間材を引き続いてその４頂角を４方向から圧下して最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の略八角形状又は略円形状に１パスで成形し、その後、オーバル孔型と丸孔型とを備える中間及び仕上列の孔型ロール列で圧延するものである。なお、この方法における角断面形状までの圧延は、粗列又は中間列の途中まででもよく特に限定するものではないが、粗列から仕上列までの圧延設備を孔型ロール列を有する圧延設備とし、角断面形状までの圧延を、角孔型ロールを備える粗列で圧延することがスケール剥離の面から好ましい。
【００１４】
従来、棒鋼・線材の熱間圧延では、ビレットは角ビレットが一般的である。従って、粗列圧延では角ビレットを出発材として、菱→角→菱パスを繰り返す菱角パス圧延、ボックスパスを繰り返すボックスパス圧延、あるいはフラットパスを繰り返すフラットパス圧延を行い、断面角形状の中間材に成形するとともに、引き続いてその中間材を中間列以降でオーバル→丸→オーバルパスを繰り返す丸→オーバル圧延を行って、棒鋼・線材の熱間圧延が行われている。
【００１５】
このように線材・棒鋼の圧延では被圧延材の断面形状を様々な形に成形しながら圧延していくため、パススケジュールによっては、断面内の一部分で、周方向の圧縮ひずみが大きい部位ができ、この部分がしわ疵となる。本発明者等の実験によると、しわ疵は粗列から発生しており、粗列出側での角形状のコーナー近傍が最も疵発生頻度が高く、更に粗列出側の角→オーバルパスで表面圧縮ひずみが最大となり、粗列で発生した表面疵を更に深くすることが明らかとなった。これ以降の、中間列以降の丸→オーバル→丸パスでは表面はほぼ均一に変形し、粗列から中間列１スタンド目のオーバルパスで発生、助長された表面疵を浅くしていく。
【００１６】
上記粗列のパス圧延においては、ボックスパス圧延とフラットパス圧延は、被圧延材とロールが面で接触するためスケール剥離性が悪く、圧延中にスケールを押し込むことでしわ疵を発生させやすいパスである。これに対して、菱角パス圧延は、被圧延材とロールが凸型に接触し、スケール剥離性が比較的良好であるため高級鋼の圧延に使われる。このようにスケール剥離性、圧延安定性の最も良い粗列のパスは、菱角パス圧延であり、このパススケジュールを更に改善するのは困難である。そこで、本発明者等は、最も表面圧縮ひずみが大きくなるために表面疵を発生させやすく、かつ粗列の疵を増加させるパスである、粗列出側の角→オーバルパス圧延を改善することに取り組み、上記請求項３に記載の発明を完成させたものである。
【００１７】
従って、請求項３の棒鋼・線材の熱間圧延方法では、加熱後のビレットを角断面形状に圧延し、その角断面形状の中間材を引き続いてその４頂角を４方向から圧下して最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の略八角形状又は略円形状に１パスで成形し、その後、オーバル孔型と丸孔型とを備える中間及び仕上列の孔型ロール列で圧延するので、スケール押し込み疵、しわ疵などの表面疵の少ない圧延が行え、表面疵の少ない棒鋼・線材を製造することができる。また、前記略八角形状又は略円形状を、最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の形状に成形することで、スケール押し込み疵やしわ疵を軽減する作用効果をより効果的に得ることができる。なお、この方法は、角→オーバルパス圧延でのしわ疵を改善するものであり、角断面形状になるまでの圧延ロールの孔形は特に問わない（フラットパスでもよい）が、スケール押し込み疵を効果的に改善するためにはスケール剥離が期待できる、角孔形ロールによる菱角パス圧延とすることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図２乃至４は、本発明に係る角ビレット又は角断面形状の中間材の４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形する圧下ロールの孔型を示す模式図である。
【００２０】
図２に示す圧下ロール１は、ロール軸方向断面形状が鼓形でロール面２，３が中央部で９０度を成すように形成されている。この圧下ロール１の対を対向して設け、２方向から加圧することで、角断面形状の被圧延材４を４方向から圧下することができる。この圧下により、被圧延材４は断面形状が図２ｂに示すように略八角形状又は略円形状に成形される。なお、図２ｂにおける断面の最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）は約１．１である。
【００２１】
上記成形を、加熱後の角ビレットに対して行った場合には、その成形でスケールが十分に除去でき、またその後に孔型ロール列で圧延することで、スケール押し込み疵などの表面疵の少ない圧延が行え、表面疵の少ない棒鋼・線材を製造することができる。また、上記成形を、加熱後のビレットを角孔型ロールを備える粗列で角断面形状に圧延した後の中間材に対して行った場合には、その後にオーバル孔型と丸孔型とを備える中間及び仕上列の孔型ロール列で圧延することで、スケール押し込み疵、しわ疵などの表面疵の少ない圧延が行え、表面疵の少ない棒鋼・線材を製造することができる。
【００２２】
図３に示す圧下ロール５は、ロール面６が平坦なフラットロールである。この圧下ロール５の対を対向して２組設け、４方向から加圧することで、角断面形状の被圧延材４を４方向から圧下することができる。この圧下により、被圧延材４は断面形状が図３ｂに示すように略八角形状又は略円形状に成形される。なお、図３ｂにおける断面の最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）は約１．１である。
【００２３】
図４に示す圧下ロール７は、ロール面８が丸み（円弧）を有する鼓形ロールである。この圧下ロール７の対を対向して２組設け、４方向から加圧することで、角断面形状の被圧延材４を４方向から圧下することができる。この圧下により、被圧延材４は断面形状が図４ｂに示すように略八角形状又は略円形状に成形される。なお、図４ｂにおける断面の最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）は約１．０である。
【００２４】
上記図３、図４に示す圧下ロール５、７による成形であっても、図２に示す圧下ロール１による成形の場合と同様の作用効果を享受することができる。すなわち、上記成形を、加熱後の角ビレットに対して行った場合には、その成形でスケールが十分に除去でき、またその後に孔型ロール列で圧延することで、スケール押し込み疵などの表面疵の少ない圧延が行え、表面疵の少ない棒鋼・線材を製造することができる。また、上記成形を、加熱後のビレットを角断面形状に圧延した後の中間材に対して行った場合には、その後にオーバル孔型と丸孔型とを備える中間及び仕上列の孔型ロール列で圧延することで、スケール押し込み疵、しわ疵などの表面疵の少ない圧延が行え、表面疵の少ない棒鋼・線材を製造することができる。
【００２５】
【実施例】
［実施例１］この例は、請求項１の発明に係る場合の例である。
１５０角ビレット（ＳＣＭ４３５）を常法通りに加熱し、加熱後のビレットを、上述の図２乃至４に示す形状の圧下ロールにより略八角形状又は略円形状に成形した後に表１に示す圧延条件でφ１２．０ｍｍの丸棒材に圧延した。また、比較のため１５０角ビレット（ＳＣＭ４３５）を常法通りに加熱した後、常法通りの圧延条件（表１のＮｏ．１）でφ１２．０ｍｍの丸棒材に圧延した。なお、表１のＮｏ．２は図２、Ｎｏ．３は図３、Ｎｏ．４は図４の圧下ロールでの成形に対応する。また、本例での加熱時のビレット抽出温度は１０００℃、最終圧延速度は３０ｍ／秒である。
【００２６】
【表１】

【００２７】
上記圧延で得た丸棒材（φ１２．０ｍｍ）の表面疵を光学顕微鏡（倍率：４００倍）を用いて調査した。その調査結果による最大表面疵深さの分布を図５に示す。なお、図５のａは表１のＮｏ．１（比較例）、ｂはＮｏ．２（本発明例）、ｃはＮｏ．３（本発明例）、ｄはＮｏ．４（本発明例）にそれぞれ対応する。
【００２８】
図５から明らかなように、本発明例ではいずれも、比較例では発生しているこれまで有害な表面疵とされている３０μｍ以上の深さの表面疵が無くなり、最大でも１０μｍ程度である。なお、本発明例における残るものは疵深さが５μｍ未満のものであって、図５ｂ及びｃでは７３％、ｄでは７５％がその５μｍ未満のもので、良好な結果であった。
【００２９】
［実施例２］この例は、請求項４の発明に係る場合の例である。
１５０角ビレット（ＳＣＭ４３５）を常法通りに加熱し、加熱後のビレットを粗列において表２に示す圧延条件で菱角パス圧延を行い５０ｍｍの断面角形状の中間材に圧延するとともに、引き続いてその中間材を、上述の図２乃至４に示す形状の圧下ロールにより略八角形状又は略円形状に成形した後に、表２に示す中間列以降の丸→オーバルパス圧延を行ってφ１５．０ｍｍの丸棒材に圧延した。また、比較のため１５０角ビレット（ＳＣＭ４３５）を常法通りに加熱した後、常法通りの圧延条件（表２のＮｏ．１）でφ１５．０ｍｍの丸棒材に圧延した。なお、表２のＮｏ．２は図２、Ｎｏ．３は図３、Ｎｏ．４は図４の圧下ロールでの成形に対応する。また、本例での加熱時のビレット抽出温度は１０００℃、最終圧延速度は３０ｍ／秒である。
【００３０】
【表２】

【００３１】
上記圧延で得た丸棒材（φ１５．０ｍｍ）の表面疵を光学顕微鏡（倍率：４００倍）を用いて調査した。その調査結果による最大表面疵深さの分布を図６に示す。なお、図６のａは表２のＮｏ．１（比較例）、ｂはＮｏ．２（本発明例）、ｃはＮｏ．３（本発明例）、ｄはＮｏ．４（本発明例）にそれぞれ対応する。
【００３２】
図６から明らかなように、本発明例ではいずれも、比較例では発生しているこれまで有害な表面疵とされている３０μｍ以上の深さの表面疵が無くなり、最大でも１０μｍ程度である。なお、本発明例における残るものは疵深さが５μｍ未満のものであって、図６ｂ及びｃでは４５％、ｄでは４９％がその５μｍ未満のもので、良好な結果であった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る棒鋼・線材の熱間圧延方法によれば、スケール押し込み疵、しわ疵はもとより被圧延材の表面に発生する表面疵を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】角→オーバルパス圧延と丸→オーバルパス圧延とで、オーバルパスの際の被圧延材の断面形状が相違することによる、被圧延材のロールへの接触の違いを説明するための模式図であって、ａは角→オーバルパス圧延、ｂは丸→オーバルパス圧延の場合である。
【図２】本発明に係る角ビレット又は角断面形状の中間材の４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形する圧下ロールの孔型を示す模式図であって、ａは圧下前のロールと被圧延材、ｂは圧下中のロールと被圧延材である。
【図３】本発明に係る角ビレット又は角断面形状の中間材の４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形する圧下ロールの孔型を示す模式図であって、ａは圧下前のロールと被圧延材、ｂは圧下中のロールと被圧延材である。
【図４】本発明に係る角ビレット又は角断面形状の中間材の４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形する圧下ロールの孔型を示す模式図であって、ａは圧下前のロールと被圧延材、ｂは圧下中のロールと被圧延材である。
【図５】本発明（請求項１）に係る棒鋼・線材の熱間圧延方法により得られた丸棒材における最大表面疵深さの分布を示すグラフ図であって、ａは比較例、ｂ乃至ｄは本発明例である。
【図６】本発明（請求項４）に係る棒鋼・線材の熱間圧延方法により得られた丸棒材における最大表面疵深さの分布を示すグラフ図であって、ａは比較例、ｂ乃至ｄは本発明例である。
【符号の説明】
１，５，７：圧下ロール ２，３，６，８：ロール面
４：被圧延材 Ｄ：最長径 ｄ：最短径

Claims (3)

1. ビレットを、粗列から仕上列までの孔型ロール列を有する圧延設備を用いて棒鋼・線材に熱間圧延する方法において、加熱後の角ビレットをその４頂角を４方向から圧下して最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の略八角形状又は略円形状に１パスで成形した後に、孔型ロール列で圧延することを特徴とする、棒鋼・線材の熱間圧延方法。
2. 粗列から仕上列までの孔型ロール列が、オーバル孔型と丸孔型とを備える孔型ロール列である請求項１に記載の棒鋼・線材の熱間圧延方法。
3. ビレットを、粗列から仕上列までの圧延設備を用いて棒鋼・線材に熱間圧延する方法において、加熱後のビレットを角断面形状に圧延し、その角断面形状の中間材を引き続いてその４頂角を４方向から圧下して最長径Ｄと最短径ｄの比（Ｄ／ｄ）が１〜１．２の範囲内の略八角形状又は略円形状に１パスで成形し、その後、オーバル孔型と丸孔型とを備える中間及び仕上列の孔型ロール列で圧延することを特徴とする、棒鋼・線材の熱間圧延方法。

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