JP4213567B2 - 線材製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、線材の製造方法に関する。詳細には、本発明は、熱間圧延を伴う線材の製造方法に関する。

鋼種がオーステナイト系耐熱鋼である線材の製造方法として、熱間圧延と伸線加工とが組み合わされたものが広く知られている。この製造方法では、まず鋼片が所定温度に加熱され、この鋼片に圧延が施される。通常は、タンデムに並べられた粗列圧延機、中間列圧延機及び仕上列圧延機による多段圧延が施される。この多段圧延によって鋼片は徐々に細径化し且つ長尺化して、母材が得られる。この母材はブロックミル圧延に供され、さらに細径化されて線材となる。この線材が冷却されることで、固溶化処理がなされる。この線材は伸線機を通され、伸線加工がなされる。このような製造方法は、特開平５−２７１７７１号公報に開示されている。

圧延中の各段階で、母材は水冷される。この水冷は、母材のオーバーヒートの防止を目的として行われる。オーバーヒートの防止により、母材内部のミクロな溶融に起因する線材の空孔が抑制される。
特開平５−２７１７７１号公報

粗列圧延の進行に伴い、圧延材の表面温度が徐々に低下する。表面温度が低すぎると、圧延材のコーナー部に割れが生じることがある。この圧延材から得られた線材には、割れに起因する疵（「ヘゲ疵」と称されている）が生じる。この疵は、線材の品質を低下させる。

ブロックミル圧延後の線材の温度が低い場合、冷却による固溶化処理の効果が不十分となり、高硬度な線材となってしまう。高硬度な線材では、その後の塑性加工の作業性が悪い。例えば、伸線加工では、線材の破断が頻繁に生じる。ブロックミル圧延後の線材を再度昇温させて冷却すれば十分な固溶化処理が達成されうるが、この場合はエネルギーコストが高くなり、しかも作業の工数も増加する。

本発明の目的は、高品質な線材が容易に得られる製造方法の提供にある。

本発明に係る線材製造方法は、
（１）加熱された鋼片に粗列圧延から仕上列圧延までの多段圧延が施され、母材が得られ る工程、
（２）この母材に、ワンパスあたりのリダクションが９％以下に設定されたブロックミル 圧延が施され、線材が得られる工程
及び
（３）この線材が冷却されて固溶化処理がなされる工程
を含む。

好ましくは、仕上列圧延後かつブロックミル圧延前の段階では、母材に水冷処理が施されない。

この製造方法は、線材の鋼種がオーステナイト系耐熱鋼である場合に、特に適している。

好ましくは、ブロックミル圧延の出口における線材の表面温度は、（Ｔｏ−１００）℃以上である。本発明では、グリーブル試験において絞り値が最大絞り値の１／２となる温度が、オーバーヒート限界温度Ｔｏとされる。

好ましくは、ブロックミル圧延の出口における圧延速度は、７０ｍ／ｓ以上である。

本発明に係る製造方法では、高品質な線材が容易かつ低コストで得られうる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係る条鋼製造方法のための製造設備が示された概念図である。この製造設備は、装入機２、加熱炉４、粗列圧延機６、中間列圧延機８、仕上列圧延機１０、ブロックミル１２、レーイング装置１４及び水冷機１６を備えている。

図２は、図１の製造設備による線材製造方法が示されたフローチャートである。この製造方法では、まず、溶解、造塊、分塊圧延、疵除去、脱炭除去等の工程を経て、鋼片が準備される（ＳＴＥＰ１）。

次に鋼片は、装入機２を通じて加熱炉４へと搬送され、所定温度まで加熱される（ＳＴＥＰ２）。通常、加熱は、一次予熱処理、二次予熱処理、加熱処理及び均熱処理の４段階からなる。

次に鋼片には、粗列圧延機６による圧延（ＳＴＥＰ３）、中間列圧延機８による圧延（ＳＴＥＰ４）及び仕上列圧延機１０による圧延（ＳＴＥＰ５）が施される。粗列圧延機６、中間列圧延機８及び仕上列圧延機１０により、いわゆる多段圧延がなされる。この多段圧延により鋼片が段階的に細径化し、かつ段階的に長尺化する。こうして、母材が得られる。

次に、母材にブロックミル１２による圧延が施される（ＳＴＥＰ６）。ブロックミル圧延により、母材はさらに細径化しかつ長尺化して、線材が得られる。ブロックミル圧延は、線材の寸法精度向上にも寄与する。

次に線材はレーイング装置１４へと搬送され、このレーイング装置１４にてコイル状に巻き取られる（ＳＴＥＰ７）。このコイルは、水冷機１６へと搬送される。水冷機１６では、コイルに水が噴射される。この噴射により、線材は水冷され、固溶化処理がなされる（ＳＴＥＰ８）。このような、熱間圧延の温度からの冷却による固溶化処理は、「ダイレクト固溶化処理」と称される。ダイレクト固溶化処理は、線材の再加熱を伴わないので、エネルギー効率に優れる。ダイレクト固溶化処理は線材の硬度の低減に寄与する。低硬度な線材は、その後の塑性加工（典型的には伸線加工）における加工性に優れる。

本発明者が得た知見によれば、ブロックミル圧延の前にオーバーヒートの防止を目的として行われている従来の水冷では、主として母材の表面温度が低下する。水冷がなされた線材がダイレクト固溶化処理（ＳＴＥＰ８）に供されても、固溶化は十分ではない。本発明に係る製造方法では、仕上列圧延（ＳＴＥＰ５）とブロックミル圧延（ＳＴＥＰ６）との間に水冷がなされないか、なされる場合でもその程度が軽微とされる。従って、ブロックミル圧延後の線材の温度が高く、よって十分な固溶化処理がなされる。この製造方法では、線材の温度が高いので、ミスロールも低減される。仕上列圧延とブロックミル圧延との間の水冷は、全くなされないのが好ましい。

ダイレクト固溶化処理によって十分な効果が得られるには、ブロックミル圧延の出口における線材の表面温度が（Ｔｏ−１００）℃以上とされるのが好ましく、（Ｔｏ−８５）℃以上とされるのが好ましい。ブロックミル圧延の出口における線材の表面温度が高すぎると、オーバーヒートによる空孔が発生しやすい。この観点から、表面温度は（Ｔｏ−４０）℃以下が好ましい。

図３は、グリーブル試験（高速引張試験）の結果が示されたグラフである。グリーブル試験では、直径が８ｍｍであり長さが１００ｍｍである試験片が準備される。試験片の一端２０ｍｍは可動ジグに固定され、他端２０ｍｍは固定ジグに固定される。試験片の中央部分は、常温から試験温度まで、３０秒かけて昇温される。その後３０秒かけて、中央部は均熱化される。その後、可動ジグが５ｃｍ／ｓｅｃの速度で固定ジグから遠ざかる。試験片はやがて破断する。破断時の絞りが測定される。

図３において符号Ｒｍで示されているのは、グリーブル試験で得られた最大絞り（％）である。符号Ｒｏで示されているのは、最大絞りの１／２の値である。符号Ｔｏで示されているのは、絞りがＲｏであるときの温度である。この温度Ｔｏが、本発明ではオーバーヒート限界温度と称される。

本発明に係る製造方法は、難圧延材であるオーステナイト系耐熱鋼からなる線材の製造に、特に適している。オーステナイト系耐熱鋼の代表的な鋼種であるＳＵＨ３５の場合、オーバーヒート限界温度Ｔｏは、１２００℃である。

本発明に係る製造方法は、ダイレクト固溶化処理（ＳＴＥＰ８）後の直径が５ｍｍ以上１８ｍｍ以下である線材の製造に適している。

ブロックミル圧延（ＳＴＥＰ６）では、加工熱が発生する。本発明者の得た知見によれば、オーバーヒートの主たる原因は、ブロックミル圧延における加工熱である。本発明に係る製造方法では、ブロックミル圧延におけるワンパスあたりのリダクションが９％以下に設定されている。このリダクションは、従来の製造方法におけるリダクションよりも小さい。この製造方法では、リダクションが小さいことにより、加工熱が抑制される。この製造方法では、仕上列圧延（ＳＴＥＰ５）とブロックミル圧延（ＳＴＥＰ６）との間の水冷が省略されてもオーバーヒートが生じにくいので、空孔の抑制された線材が得られる。空孔抑制の観点から、リダクションは８．６％以下がより好ましい。通常リダクションは、６％以上とされる。リダクションＲは、加工前の母材断面面積がＳａとされ、加工後の母材断面面積がＳｂとされたとき、下記数式によって算出される。
Ｒ＝（（Ｓａ−Ｓｂ）／Ｓａ）・１００

ブロックミル圧延後の線材の直径は、あらかじめ決定されているので、リダクションが上記範囲内とされるには、ブロックミル圧延前の母材の直径が小さく設定される必要がある。換言すれば、粗列圧延（ＳＴＥＰ３）から仕上列圧延（ＳＴＥＰ５）までの多段圧延によって十分に細い母材が得られればよい。

ブロックミル圧延（ＳＴＥＰ６）の出口における圧延速度は、７０ｍ／ｓ以上に設定される。この圧延速度は、従来のブロックミル圧延の圧延速度よりも速い。この製造方法では、母材がブロックミル圧延に入ってから出るまでの時間が短い。従って、ブロックミル圧延中の母材の冷却が抑制される。これによっても、ダイレクト固溶化処理（ＳＴＥＰ８）の効果が向上する。この観点から、圧延速度は７３ｍ／ｓ以上が特に好ましい。通常圧延速度は、９０ｍ／ｓ以下とされる。

粗列圧延（ＳＴＥＰ３）からブロックミル圧延（ＳＴＥＰ６）までが連続的に行われる製造ラインにおいて、ブロックミル圧延の出口における圧延速度が速いということは、粗列圧延の圧延速度も速いことを意味する。この製造方法では、粗列圧延中の鋼片の冷却も抑制される。従って、この製造方法で得られた線材では、ヘゲ疵が抑制される。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例］
鋼種がＳＵＨ３５であり、直径が１６３ｍｍである鋼片を準備した。この鋼片を加熱炉で１１５０℃に加熱した。この鋼片に粗列圧延、中間列圧延、仕上げ列圧延及びブロックミル圧延を施し、線材を得た。この線材をレーイング装置で巻き取り、水冷機で水冷して、直径が６．５ｍｍである線材を得た。ブロックミル圧延の出口における圧延速度を、７５ｍ／ｓに設定した。ブロックミル圧延の出口における線材の表面温度は、１１３０℃であった。得られた線材のロックウェル硬度は、３０であった。

［比較例］
仕上列圧延とブロックミル圧延との間で母材に水冷を施し、ロックミル圧延の出口における圧延速度を６５ｍ／ｓに設定した他は実施例と同様にして、線材を得た。ブロックミル圧延の出口における線材の表面温度は、１０６０℃であった。得られた線材のロックウェル硬度は、３８であった。この線材は、実施例の製造方法で得られた線材よりも高硬度であり、加工性に劣る。

本発明に係る製造方法は、種々の鋼種に適用されうる。この製造方法は、難圧延材であるオーステナイト系耐熱鋼に特に適している。

図１は、本発明の一実施形態に係る線材製造方法のための製造設備が示された概念図である。 図２は、図１の製造設備による線材製造方法が示されたフローチャートである。 図３は、グリーブル試験の結果が示されたグラフである。

符号の説明

２・・・装入機
４・・・加熱炉
６・・・粗列圧延機
８・・・中間列圧延機
１０・・・仕上列圧延機
１２・・・ブロックミル
１４・・・レーイング装置
１６・・・水冷機

Claims (4)

1. 加熱された鋼片に粗列圧延から仕上列圧延までの多段圧延が施され、母材が得られる工程と、
   この母材に、ワンパスあたりのリダクションが９％以下に設定された熱間のブロックミル圧延が施され、線材が得られる工程と、
   この線材が冷却されて固溶化処理がなされる工程と
   を含んでおり、
   上記仕上列圧延後かつブロックミル圧延前の段階で、母材にオーバーヒートを防止するための水冷処理が施されない線材製造方法。
2. 上記線材の鋼種がオーステナイト系耐熱鋼である請求項１に記載の線材製造方法。
3. 上記鋼種のオーバーヒート限界温度がＴｏであるとき、ブロックミル圧延の出口における線材の表面温度が（Ｔｏ−１００）℃以上である請求項２に記載の線材製造方法。
4. 上記ブロックミル圧延の出口における圧延速度が７０ｍ／ｓ以上である請求項１から３のいずれかに記載の線材製造方法。

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