JP4132567B2 - 棒線材用熱間圧延ラインにおける圧延機出口ガイド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒線材の連続熱間圧延ラインにおいて、圧延製品の品質均一化をはかるとともに表面疵の発生を抑止するために設置する圧延機出口ガイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続熱間圧延ラインにおいて、鋼材などの圧延材は、加熱されたのち、粗圧延機列、中間圧延機列、仕上圧延機列を順次通過して所定の断面直径の棒鋼や鋼線材に圧延される。図４は、圧延材としての鋼材１が、例えば粗圧延機列の２機の圧延スタンド２を通って圧延される様子を示している。鋼材１は、入口ガイド４を通って圧延スタンド２に導入され、圧延ロール３で圧延された後、出口ガイド５を通り、樋６によりつぎの圧延スタンド２に誘導されて、同様に圧延される。
【０００３】
出口ガイド５の詳細を図５に示す。図５は、鋼材１の下半分が見えるように出口ガイド５の一部を切り欠いた図としている。出口ガイド５は、図示しない基台に固定されたレストバー７上に固定載置されている。圧延によって鋼材１には反りや曲りが発生するが、圧延ロール３を出た鋼材１は、出口ガイド５内のガイド摺動路８を通る間に矯正されて導出される。
【０００４】
このような出口ガイド５に関する従来技術としては、作業性改善の観点から、着脱方法に関する発明や、圧延ロール冷却水の飛散防止などの提案がなされている。
なお特開平２−９９２０４号公報には、冷間工具鋼、高速度工具鋼、ステンレス鋼など難加工性の棒線材などについて、粗圧延を行ったのちの連続圧延過程で圧延材を加熱することにより、圧延品の表面割れ発生を防止することが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
粗圧延機列、中間圧延機列、仕上圧延機列を順次通過させる連続熱間圧延ラインにおいて、特に粗圧延では、圧延速度が小さいため、加工発熱よりも圧延ロールによる抜熱や放散熱の方が大きく、圧延材の表面温度が低下しがちである。特に圧延ロールとの接触時の抜熱は、瞬時に圧延材表面温度を低下させてしまう。ロール通過後に、圧延材内部からの復熱によってある程度は昇温されるものの、直角断面内の温度分布が不均一なままで次の圧延ロールで圧延されてしまう。
【０００６】
粗圧延ロールを出た圧延材の直角断面では歪分布が不均一であり、そのうえ温度分布が不均一な状態で次の圧延が行われると、表面層に粗大粒が現れるなど組織が不均一となり、さらには表面疵が発生しやすくなる。
特に機械構造用炭素鋼や低合金鋼では、圧延ロール出側の鋼材表面温度がＡ₃ 変態点、場合によってはＡ₁ 変態点を下回ることがある。表面が変態点を下回った状態、すなわち鋼材表面にα相が現出した状態で圧延されると、γ相に比べて変形能の劣るα相に割れが生じ、表面疵が発生しやすくなる。
【０００７】
従来、鋼材の粗圧延において、鋼材表面が変態点を下回らないように、また下回っても内部からの復熱によって変態点以上で次の圧延が行えるように、加熱炉での鋼材の加熱温度を高める対策が行われていた。しかし、加熱炉内でのスケール発生増大による歩留まり低下、スケールによる疵発生といった問題があり、さらに省エネの観点からも好ましくない。
【０００８】
一方、加熱炉抽出後の熱間圧延工程内に加熱手段を設けて、鋼材温度の均一化をはかることも考えられ、上記特開平２−９９２０４号公報のような提案もなされている。しかし該公報には、加熱手段を設ける位置については粗圧延後の連続圧延過程と記されているのみで、その構造については言及されておらず、実現性の乏しいものである。
【０００９】
なお圧延スタンド間の加熱では、スタンドとは独立した図４に示すような樋６を利用するのが常識的であるが、圧延ロール３から離れ過ぎていて、特に鋼材表面温度が変態点を下回った場合は、下回った時間が長く、解決手段とはなり得ない。また圧延材の通材性にも問題が生じ、さらに加熱手段を強固に固定するために特別な設備が必要になる。
【００１０】
そこで本発明が解決しようとする課題は、棒線材の熱間圧延ラインにおいて、特に粗圧延での圧延材表面温度低下に起因する材料組織の不均一や表面疵発生を防止するため、加熱炉での加熱温度を高めることなく、また簡易な設備により、圧延機列内にて効率的に圧延材の温度を均一化することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、圧延ロール出側のレストバー上に固定載置された出口ガイドにおいて、圧延材通路の全周を囲み、かつ、該圧延材通路に臨んで露出したコイルからなる誘導加熱装置が内設されていることを特徴とする棒線材用熱間圧延ラインにおける圧延機出口ガイドである。
本発明において、前記誘導加熱装置が、周波数３〜２０ｋＨｚで加熱する誘導加熱装置であることが好ましく、さらに、前記出口ガイドの一部または全部が、非磁性金属材料で構成されていることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明装置の例を図１および図２に示す。図１は、圧延機列内の図３のような圧延スタンド２に本発明の出口ガイド５を設けた例を示し、圧延材としての鋼材１の下半分が見えるように出口ガイド５の一部を切り欠いた図としている。図２は図１のＡ−Ａ矢視拡大図であり、カリバー圧延によって鋼材１の直角断面は菱形になっている。
本発明装置は、図１のように、圧延ロール３出側のレストバー７上に固定載置された出口ガイド５において、圧延材通路に臨む加熱装置が内設されている。
【００１３】
本例では加熱装置として誘導加熱装置を採用し、出口ガイド５を前後に分割して、前側出口ガイド５ａと後側出口ガイド５ｂの間に、圧延材通路に臨む加熱装置として該通路を囲むコイル９を配置し、前後の出口ガイド５ａ，５ｂを連結具１１で連結している。出口ガイド５内にはガイド摺動路８があり、加熱対象の圧延材通路は、前側ガイド摺動路８ａと後側ガイド摺動８ｂを結ぶ線上にある。コイル９は、鋼材１の先端通過時にも鋼材１に接触しないように、前後の摺動路８ａ，８ｂの内面よりも外側に位置するよう配置している。
【００１４】
圧延材としての鋼材１は、圧延ロール３で圧延された後、前側出口ガイド５ａ内のガイド摺動路８ａを通り、コイル９内を通過する間に誘導加熱され、後側出口ガイド５ｂ内のガイド摺動路８ｂを通って導出され、図４のように樋６を経てつぎの圧延スタンド２に導入される。
誘導加熱は鋼材１の表面層を短時間で急速に加熱することができ、本発明における加熱手段として最適である。
【００１５】
圧延ロール３による抜熱で鋼材１の表面温度が部分的に低下した部位は、出口ガイド５内にて実質上最も早いタイミングで誘導加熱されるので、鋼材内部からの復熱を期待する必要はなく、鋼材１は直角断面内の温度分布が均一な状態で次の圧延ロール３に導入される。
圧延材の表面層を効率よく加熱するための誘導加熱条件としては、鋼材の場合、周波数を３kHz 〜２０kHz とするのがよい。３kHz 未満では鋼材内部も加熱され、表面層を効率的に昇温できない。２０kHz 超では加熱効率が低下する。
【００１６】
加熱手段として誘導加熱を採用する場合、より効率的に加熱するため、出口ガイド５の一部または全部を非磁性金属材料で構成するのが好ましい。例えばＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼製とすることができる。一部のみとする場合は、例えば出口ガイド５ａ，５ｂのコイル９側の端部の部位を非磁性材料とするのがよい。
【００１８】
【実施例】
本発明例１：低炭素機械構造用鋼 ＪＩＳＣ２０Ｋ（Ｃ含有量≦０．２０％）の鋼材ビレットを、図１および図２のような本発明装置を使用した圧延スタンドにより粗圧延した。圧延前のビレット断面は１辺が１６０ｍｍの正方形であり、圧延後は菱形で、円相当直径が１４０ｍｍである。加熱炉によりビレットを１１５０℃に加熱した後、粗圧延し、通材速度０．１ｍ／ｓｅｃで通過中の鋼材１を、１５０ｋＷ、５ｋＨｚの条件で誘導加熱した。
後側出口ガイド５ｂを出た直後の鋼材１の表面温度は、図３に示すように、１１００〜１１５０℃であり、部分的な粗大粒発生による組織不均一や寸法変動は認められず、引続く連続圧延によっても表面疵は発生しなかった。
【００１９】
従来例：誘導加熱を行わず、その他は上記と同様にして粗圧延した結果、後側出口ガイド５ｂを出た直後の鋼材１の表面温度は、図３に示すように、ロール接触時間の長い部分（図２のｃ部）がＡ_３変態点を下回る８００℃以下となり、組織不均一、寸法変動が認められ、引続く連続圧延により表面疵の発生が認められた。
【００２０】
本発明例２：加熱炉でのビレット加熱温度を１０５０℃まで低下させ、その他は上記本発明例１と同様の条件で粗圧延し、引続き連続圧延した。その結果、表面疵が発生することなく安定操業ができた。ビレット加熱温度を１１５０℃から１０５０℃に低下させることによる省エネ効果は８５MJ/Tであった。
以上、圧延材の表面温度低下が特に問題となる粗圧延機を例にして述べてきたが、本発明は粗圧延機に限定されるものではなく、必要に応じて中間圧延機等に適用してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の採用により、例えば粗圧延における圧延ロールの抜熱による圧延材表面温度低下に起因する材料組織の不均一や表面疵発生が防止され、圧延製品の品質向上が達成される。そして、加熱炉での加熱温度を高める必要がないので、スケール発生量増大による歩留まり低下や、スケール起因の疵発生といった問題も解消される。また省エネも達成される。さらに、出口ガイド５は、元来、圧延材の反りや曲りを矯正しつつガイドするために、圧延スタンド２の基台に強固に設置されたレストバー７に固定されており、加熱手段を容易に安定的に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明装置の例を示す説明図である。
【図２】 本発明装置の例を示し、図１のＡ−Ａ矢視説明図である。
【図３】 実施例における鋼材の温度変化を示すグラフである。
【図４】 本発明の対象となる圧延ラインの一部の例を示す説明図である。
【図５】 従来装置の例を示す説明図である。

Claims (3)

1. 圧延ロール出側のレストバー上に固定載置された出ロガイドにおいて、圧延材通路の全周を囲み、かつ、該圧延材通路に臨んで露出したコイルからなる誘導加熱装置が内設されていることを特徴とする棒線材用熱間圧延ラインにおける圧延機出ロガイド。
2. 前記誘導加熱装置が、周波数３〜２０ｋＨｚで加熱するものであることを特徴とする請求項１記載の棒線材用熱間圧延ラインにおける圧延機出ロガイド。
3. 前記出ロガイドの一部または全部が、非磁性金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の棒線材用熱間圧延ラインにおける圧延機出ロガイド。

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