JP4820188B2 - 条鋼のサイジング圧延方法 - Google Patents

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この発明は、線材、棒鋼など条鋼の熱間仕上げで使用されるサイジングミルで、最終ロールスタンド前の孔型への充満を適正にすることにより、仕上げ線材の全長にわたって寸法精度を向上させるサイジング圧延方法に関する。
近年、線材・棒鋼の熱間圧延では、製品(仕上げ線材)の寸法精度を向上させるために、ブロックミルなどの仕上げ圧延機の後段にサイジングミルが設置され、最終仕上げ圧延(精密圧延)が行なわれてきている。前記サイジングミルの特徴として、低減面率で圧延を行なうため、高寸法精度の圧延が可能であること、共通駆動方式のブロックミル構造であるため、各圧延機間、すなわちロールスタンド間で圧延材に張力が作用した状態で圧延が行なわれていることが挙げられる。サイジングミルを用いた精密圧延方法として、例えば、特許文献1では、サイジングミルの直前にレデューシングミルを配置した精密圧延装置で、このレデューシングミルにおいて減面率14%以上の圧延を行なった後、直ちに減面率10%以下、できれば5%以下、とくに3%以下のスキンパスを行なうことで寸法公差が±0.1mmの精密圧延材の製造が可能であることが開示されている。
特開2002−254101号公報
前記特許文献1では、圧延による変形のうち、形状コントロールが及ばない圧延材横方向の膨れは、圧下量が少なければ小さいことから、サイジングミルでの減面率を極力小さくすることにより、直径の寸法公差が±0.1mm未満の高寸法精度の線材製品の製造が可能と述べられている。
一般に、圧延材が孔型への過充満によってロールフランジ部へはみ出した場合には、次のロールスタンドの孔型で、このはみ出し部を圧下して押さえ込むことによって折れ込み疵が発生する可能性が高い。このため、サイジングミルの、後段側ロールスタンドに比べて減面率が大きい前段側のロールスタンドでは、図5(a)に模式的に示すように、孔型への充満率を低くして幅寸法Wを、天地寸法Hに対して通常圧延よりも小さい目にした、通常の圧延材断面形状に比べると、圧下方向を示す矢印Pの方向から見て、縦長の形状に圧延される。したがって、前段側ロールスタンドで圧延された後、後段側の低減面率のロールスタンドに入る縦長形状の圧延材の寸法精度は、サイジング圧延後の仕上げ線材の寸法精度に比べてわるく、サイジングミルの後段側第1ロールスタンドの孔型G1では、この縦長形状の幅(W)方向から圧下して圧延することになる。その上、サイジングミルでは減面率が非常に小さいために、サイジングミルの後段側第1ロールスタンドに入る圧延材の縦長形状によっては、図5(b)に示すように、この後段側第1ロールスタンドの孔型G1で、コーナー部Bのみが圧下され、天地部位(溝底部)A1では圧下を受けないため充満せず、未充満部分Uが発生する事態が生じる。後段側が2台のロールスタンドからなる場合、次のサイジングミルの最終ロールスタンドでは、その上流側(最終1台前)のロールスタンドの孔型G1で圧延された圧延材の幅方向の部位Lの方が圧下されるため、前記最終1台前のロールスタンドの孔型G1の天地部位(溝底部)A1の未充満部分Uの形状を矯正するまでには至らない。したがって、サイジングミルで非常に小さい減面率で圧延するだけでは高寸法精度の精密圧延は不可能である。また、前述のように、孔型天地部位(溝底部)A1にまで圧延材が充満しない場合は、この天地部位A1まで完全に充満する場合に比べて、孔型による拘束領域が極端に減少するため、圧延材の温度分布等の影響で圧延材が捻じれて最終ロールスタンドの孔型に入って圧延され、孔型内に適正に充満せず、このことによっても仕上げ線材の寸法精度は低下することになる。
上述のように、高寸法精度を実現するための精密圧延では、サイジングミル入側の圧延材の寸法精度や温度分布などが仕上げ線材の寸法精度に影響を及ぼすため、単に減面率を規定するだけでは常に高寸法精度を保証することは難しい。すなわち、サイジングミルによって精密圧延を行なう場合には、サイジング圧延用に孔型設計される通常の低減面率だけでは高寸法精度は保証できず、最終1台前のロールスタンドの孔型天地部位(溝底部)に圧延材を適正に充満させるための孔型設計または寸法制御が必要となる。
そこで、この発明の課題は、線材、棒鋼などの条鋼の熱間圧延でのサイジングミルでの仕上げ圧延過程で、とくに最終ロールスタンド前の孔型への充満を適正に制御することにより、仕上げ線材の全長にわたって高寸法精度を実現するサイジング圧延方法を提供することである。
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
請求項1に係る条鋼のサイジング圧延方法は、仕上げ圧延機の後段側に設置され、少なくとも2台のロールスタンドを有する2方ロール方式のサイジングミルで圧延材を仕上げ圧延する条鋼のサイジング圧延方法であって、前記2方ロール方式のサイジングミルは、それぞれ2方ロールからなるロールスタンドが、交互に90°ロール軸を傾けて配置されてなるとともに、前記ロールスタンドの孔型は略丸孔型で構成されてなり、前記圧延材が前記サイジングミルの最終ロールスタンド(F)の1台手前のロールスタンド(F−1)の孔型の、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む範囲にある孔型天地部位で圧下を受けることで前記孔型の出側での前記圧延材の形状を前記孔型の形状に沿ったものとなるように圧延することを特徴とする。
このように、前記サイジングミルの最終ロールスタンド(F)の1台手前のロールスタンド(F−1)の、上記孔型(G1)天地部位(溝底部)で圧延材が圧下を受けるようにすれば、孔型(G1)出側での圧延材の形状は孔型形状に沿ったものとなって前記未充満部分U、すなわち孔型(G1)との非接触領域が解消する。この孔型形状に沿った圧延材は、最終ロールスタンド(F)の孔型(G2)では低減面率であるため、この孔型(G2)と接触しない部位、すなわち自由表面となる幅部でも、前記孔型(G1)の形状に沿った圧延形状が保たれる。それによって、サイジング圧延によって高寸法精度が実現し、また、最終ロールスタンド(F)孔型での適正な拘束領域も確保されて、圧延材の温度分布等の影響による孔型内での圧延材の捻じれが抑制されて仕上げ線材の寸法精度低下を防止することができる。圧延材が前記孔型(G1)天地部位で圧下を受けることができないと、当該(ロールスタンド(F−1))孔型での拘束力が小さくなるため、圧延材の捻じれが発生しやすくなり、仕上げ線材の寸法精度が低下する。
請求項2に係る条鋼のサイジング圧延方法は、前記最終ロールスタンドの1台手前のロールスタンド(F−1)の入側に寸法測定器を配置して入側圧延材の寸法を測定し、この寸法測定結果に基づいて、前記ロールスタンド(F−1)の少なくとも直近の上流側ロールスタンド(F−2)のロール隙を調整することにより、ロールスタンド(F−1)の前記孔型天地部位で圧延材が圧下を受けるようにすることを特徴とする。
このように、前記ロールスタンド(F−1)の入側圧延材の寸法を測定し、その幅寸法を、ロールスタンド(F−1)の孔型天地寸法よりも大きくなるように、その上流側のロールスタンドのロール隙を調整することにより、ロールスタンド(F−1)の孔型天地部位で圧延材が確実に圧下を受けるようにすることができる。
この発明では、仕上げ圧延機の後段側に設置される2方ロール方式のサイジングミルで線材、棒鋼など条鋼のサイジング圧延を行なう場合に、サイジングミルの最終ロールスタンド(F)の1台手前のロールスタンド(F−1)の孔型天地部位で、その上流側のロールスタンドのロール隙を調整して、圧延材が確実に圧下を受けるようにしたので、前記天地部位の圧延材の形状が孔型形状に沿ったものとなり、この孔型形状に沿った圧延材の形状が、最終ロールスタンド(F)での低減面率の仕上げ圧延の際に孔型と接触しない部位で保たれる。それによって、サイジング圧延によって高寸法精度が実現し、また、前記ロールスタンド(F−1)で孔型と接触しない未充満部分が解消し、このロールスタンド(F−1)および最終ロールスタンド(F)の孔型で、圧延材の適正な拘束領域も確保されて、圧延材の温度分布等の影響による孔型内での圧延材の捻じれが抑制され、仕上げ線材の寸法精度の低下を防止することができる。
以下に、この発明の実施形態を、添付の図1から図4に基づいて説明する。
図1は、線材および棒鋼(バーインコイル)圧延ラインの仕上げ圧延機列のレイアウトを示したものである。仕上げ圧延機1として、複数のロールスタンド1a〜1g(通常8〜10台)を、交互に90°ロール軸を傾けて配置したブロックミルが設置され、仕上げ圧延機1の圧延方向下流側に、複数のロールスタンド2a〜2d(実施形態では4台)を、交互に90°ロール軸を傾けて配置したブロックミルであるサイジングミル2が最終仕上げ圧延機として設置されている。仕上げ圧延機1とサイジングミル2との間には水冷帯3が設置されている。図2は、前記サイジングミル2のロール配置を模式的に示したもので、それぞれ2方ロール2a〜2dからなるロールスタンド(F−3)、(F−2)、(F−1)、Fが、交互に90°ロール軸を傾けて配置され、これらのロールスタンド(F−3)、(F−2)、(F−1)、Fの2方ロール2a〜2dは、それぞれに設けた増速機(図示省略)を介して電動機Mで共通駆動されている。そして、ロールスタンド(F−1)の入側、すなわち、前段側圧延機のロールスタンド(F−2)と、後段側圧延機のロールスタンド(F−1)の間、サイジングミル2の出側および入側に、寸法測定器4、4aおよび4bがそれぞれ配置されている。
加熱炉から抽出されたビレットは、粗圧延機列および中間圧延機列を通過して断面積が順次減少し、この圧延材5は仕上げ圧延機1で、サイジングミル2への所要の入側寸法に圧延される。そして、仕上げ圧延機1を通過した圧延材5は、水冷帯3により所要の入側温度に調節されてサイジングミル2に導入される。このサイジングミル2では、前段側圧延機のロールスタンド(F−3)、(F−2)で、仕上げ圧延機(ブロックミル)1と同様に10%以上の通常の減面率で圧延が行なわれ、後段側第1圧延機であるロールスタンド(F−1)、同最終圧延機であるFでは数%以下の低減面率で圧延が行なわれ、目標寸法公差を満足する製品寸法に仕上げられる。
図3は、前記サイジングミル2の最終ロールスタンド(F)の1台手前のロールスタンド(F−1)の孔型G1とこの孔型G1の入側の圧延材5の形状を示すものである。本願発明のサイジング圧延方法では、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む範囲にある孔型天地部位として、例えば、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸6を挟む中心角2θが少なくとも50°の範囲にある孔型天地部位A1で圧下を受けるように、寸法測定器4による、ロールスタンド(F−1)入側圧延材(すなわちロールスタンド(F−2)出側圧延材)の寸測定結果に基づいて、少なくとも直近の上流側ロールスタンド(F−2)のロール隙を調整することにより、孔型G1入側の圧延材5の形状が調整される。そして、この圧延材5がロールスタンド(F−1)、最終ロールスタンド(F)でサイジング圧延された後の寸法および形状を、サイジングミル2出側の寸法測定器4aにより測定して確認することができる。なお、前記の少なくとも直近の上流側ロールスタンド(F−2)のロール隙の調整は、寸法測定器4の測定結果に基づく代わりに、サイジングミル2の入側に配置された寸法測定器4bによる、サイジングミル2入側(すなわちロールスタンド(F−3)入側)の圧延材寸法の測定結果に基づいて行なうことができる。また、このようなロールスタンド(F−1)への入側圧延材5の形状調整結果は、予め、製品寸法、鋼種、圧延温度等の圧延条件毎に、予め適正圧延荷重を設定し、ロールスタンド(F−1)での圧延荷重を測定して、前記適正圧延荷重と比較することによっても確認することができる。
サイジングミルの後段側第1ロールスタンド(F−1)に入る圧延材の縦長形状(図5(a)参照)によっては、ロールスタンド(F−1)出側の圧延材の断面には、このロールスタンド(F−1)の孔型(G1)天地部位A1に未充満の孔型壁との非接触領域(未充満部分)U(図5(b)参照)が、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む範囲で存在し、その両側にロールスタンド(F−1)の孔型G1に充満した孔型壁との接触領域、すなわち拘束領域が存在する。ロールスタンド(F−1)の孔型G1では、その天地部位A1に圧延材5との非接触領域(未充満部分)Uが存在するために(図5(b)参照)、孔型の圧延材5への拘束力が小さくなっている。このような状態では、圧延材5の温度分布等の影響で、ロールスタンド(F−1)の孔型(G1)出側の圧延材5が最終ロールスタンド(F)の孔型に捻じれて入ると、前述のように、この孔型でも圧延材5に対する拘束力が小さいために、この捻じれが修復されず、場合によってはさらに助長されて、最終ロールスタンド(F)から出ることになる。このような圧延材の捻じれによっても仕上げ線材の寸法精度は低下する。
一方、最終1台前のロールスタンド(F−1)の孔型(G1)天地部位A1で圧下を受けて孔型壁に接触して沿うように変形した実施形態の圧延材は、終ロールスタンド(F)の孔型で、孔型スケジュール設計通りに、適正な圧下量が確保されて圧延される。前記ロールスタンド(F−1)出側の圧延材の、孔型天地部位A1の非接触領域(未充満部分)U(図5(b)参照)はなくなって、孔型G1の圧延材に対する拘束領域が連続するため、孔型G1での拘束力が大きくなる。同様に、最終ロールスタンド(F)では、適正な圧下量が確保され、孔型への未充満部は存在せず、拘束領域が連続するため、孔型の圧延材に対する拘束力も大きくなる。このような拘束力の上昇によって、圧延材の温度分布等が影響する、ロールスタンド(F−1)、最終ロールスタンド(F)のそれぞれの孔型内で、圧延材の捻じれが発生しにくくなる。それによって、仕上げ線径の寸法精度の低下を防止することが可能となる。
155角ビレット(低合金鋼)から製品寸法Φ5.5mm圧延時に、前記サイジングミル2の最終ロールスタンド(F)出側の圧延材(仕上げ線材)の形状(プロファイル)を、寸法測定器により測定した結果を図4(a)および(b)に示す。図4(a)は、前記最終1台前のロールスタンド(F−1)で孔型天地部位に充満しない前記非接触領域Uが発生した圧延材を最終ロールスタンド(F)の孔型で圧延した場合の形状を示し、図4(b)は、寸法測定器4(図2参照)による圧延材の寸法測定結果に基づいて、このロールスタンド(F−1)の上流側ロールスタンド(F−2)のロール隙を調整して、圧延材がロールスタンド(F−1)の孔型(G1)天地部位で圧下を受けるようにして前記非接触領域(未充満部分)Uをなくした場合の形状を示す。図4(a)および(b)で、破線で示した断面形状7は、目標製品寸法での断面形状である。図4(a)のロール隙調整前の場合には、ロールスタンド(F−1)の孔型で前記非接触領域(未充満部分)Uが存在しているため、この孔型(G1)および最終ロールスタンド(F)の孔型での拘束力が小さくなり、圧延材に捻じれが発生して仕上げ線径の真円度が低下し、寸法精度がわるくなっていることがわかる。これに対し、図4(b)のロール隙調整後の場合には、ロールスタンド(F−1)の孔型での前記非接触領域(未充満部分)Uが解消されているため、この孔型(G1)および最終ロールスタンド(F)の孔型での拘束力が上昇して圧延材に捻じれが発生せず、真円度が向上し、寸法精度も±0.1mm未満に収まった。
条鋼圧延の仕上げ圧延機列を示す説明図である。 図1の仕上げ圧延機列のサイジングミルを模式的に示す説明図である。 最終1台手前のロールスタンド(F−1)の孔型と入側圧延材の形状を示す説明図である。 (a)サイジング圧延過程の圧延材形状の輪郭図である(ロール隙調整無)。 (b)同上の輪郭図である(ロール隙調整有)。 (a)サイジングミル入側の圧延材形状を模式的に示す説明図である。 (b)サイジングミルでの圧延材の圧下の状態を示す説明図である。
符号の説明
1:仕上げ圧延機 2:サイジングミル 2a〜2d:2方ロール
3:水冷帯 4、4a、4b:寸法測定器 5、、5a、5a:圧延材 6:孔型対称軸 7:断面形状(目標製品寸法)
A1、A2:孔型天地部位(溝底部)
G1:最終1台前のロールスタンド(F−1)の孔型
G2:最終ロールスタンド(F)の孔型
U:未充満部分(非接触領域)

Claims (2)

  1. 仕上げ圧延機の後段側に設置され、少なくとも2台のロールスタンドを有する2方ロール方式のサイジングミルで圧延材を仕上げ圧延する条鋼のサイジング圧延方法であって、前記2方ロール方式のサイジングミルは、それぞれ2方ロールからなるロールスタンドが、交互に90°ロール軸を傾けて配置されてなるとともに、前記ロールスタンドの孔型は略丸孔型で構成されてなり、前記圧延材が前記サイジングミルの最終ロールスタンド(F)の1台手前のロールスタンド(F−1)の孔型の、ロール軸に垂直方向の孔型対称軸を挟む範囲にある孔型天地部位で圧下を受けることで前記孔型の出側での前記圧延材の形状を前記孔型の形状に沿ったものとなるように圧延することを特徴とする条鋼のサイジング圧延方法。
  2. 前記最終ロールスタンドの1台手前のロールスタンド(F−1)の入側に寸法測定器を配置して入側圧延材の寸法を測定し、この寸法測定結果に基づいて、前記ロールスタンド(F−1)の少なくとも直近の上流側ロールスタンド(F−2)のロール隙を調整することにより、ロールスタンド(F−1)の前記孔型天地部位で圧延材が圧下を受けるようにすることを特徴とする請求項1に記載の条鋼のサイジング圧延方法。
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