JP5020863B2 - 棒鋼の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、棒鋼の製造設備であり、特に、オーステナイト系ステンレス鋼からなる圧延素材を加熱炉及び/又は誘導加熱炉にて加熱し、粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機にて圧延し、切断機で所定長さに切断する棒鋼の製造設備に関するものである。

一般に、例えば、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼からなる棒鋼は、熱間加工された後、伸線、引張、切削などの冷間加工により、ボルト、ナット、ネジなどの小部品に加工され広汎に使用されており、多くの場合、これらの加工に先立って、オフライン熱処理により圧延組織の回復処理と析出した炭化物の溶体化処理が行われる。

その理由は、熱間圧延したままの状態では硬さが高く、そのまま切削加工、伸線、冷間鍛造を行うと断線割れなどが発生し易いばかりでなく、硬いため加工荷重が大きくなり、多大な動力を必要とするとともに、金型、ダイス等の高価な加工工具の損耗が大きくなり不経済であるためである。
また、圧延後の冷却中に炭化物が析出して耐食性が大きく劣化しているためである。

そこで、例えば、特開昭６２−１４６２２１号公報（下記特許文献１）には、仕上圧延前の素材を１１００〜１３００℃の温度範囲に再加熱する段階と、仕上圧延後の高温の素材を８５０〜５５０℃の温度範囲について急冷する段階とを有することにより、冷間加工前の溶体化処理を省略できるオーステナイト系ステンレス鋼線材棒鋼の製造方法が記載されている。

しかし、この特許文献１に記載された方法は、誘導加熱装置の設置位置、冷却条件など、オフライン熱処理である溶体化処理を省略できる条件が十分に検討されていなかったため、実現できていなかった。
特開昭６２−１４６２２１号公報

そこで、本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、オーステナイト系ステンレス鋼からなる圧延素材を加熱炉及び/又は誘導加熱炉にて加熱し、粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機にて圧延するなどの棒鋼の製造工程において、従来冷間加工前にオフラインで施されていた熱処理を省略することができる棒鋼の製造設備を提供することを課題とする。

本発明の要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）加熱炉及び／又は誘導加熱炉の後段に、粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機及び切断機を有する棒鋼の製造設備であって、
前記各種圧延機の入り側または出側もしくは前記粗圧延機または前記中間圧延機内のスタンド間の位置において一ヶ所または二ヶ所以上に誘導加熱装置を有するとともに、
前記切断機の出側に切断後の棒鋼を急速冷却する水冷設備を有することを特徴とする棒鋼の製造設備。
（２）前記水冷設備は、当該棒鋼の上下から水スプレーを吹付ける水スプ

レ−冷却設備であることを特徴とする（１）に記載の棒鋼の製造設備。
（３）前記水スプレー冷却設備は、当該棒鋼の上下に非対称に配置されたスプレーノズルを有することを特徴とする（１）または（２）に記載の棒鋼の製造設備。
＜作用＞
（１）の発明によれば、粗圧延機のスタンド間、及び／又は、粗圧延機と中間圧延機の間に設置した誘導加熱装置により鋼材温度を上昇させ、仕上温度を高くすることにより、熱間圧延で硬化した組織を回復させて軟質化するとともに、切断後の鋼材を水冷設備にて急速冷却して炭化物の析出を抑えて耐食性の劣化を防止することにより、その後の熱処理工程を省略することができる。
圧延後の鋼材を水冷設備にて急速冷却して炭化物の析出を抑えて軟質化させることにより、その後の熱処理工程を省略することができる。
（２）の発明によれば、水冷設備を水スプレ−冷却設備とし、棒鋼の上下から水スプレーを吹付けることにより棒鋼の曲がりを３mm/M以下にすることができるのでスプレー冷却後の棒鋼の切断機（定尺ソー）の操業に支障がない。
（３）の発明によれば、水スプレー冷却設備は、棒鋼の上下に非対称に配置されたスプレーノズルを有するので、水スプレーを棒鋼にランダムに吹付けることができるので鋼材温度をさらに均一にすることができる。

本発明により、従来は、冷間加工前にオフラインで施されていた熱処理を省略することができる棒鋼の製造設備を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。

図１は、従来の棒鋼の製造設備（a）と本発明の棒鋼の製造設備（ｂ）とを例示する図である。

図１において、１は粗圧延機、２は中間圧延機、３は仕上圧延機、４R/Sは切断機、５は冷却床、ＷＢ炉はウォーキングビーム炉（加熱炉）、ＩＨは誘導加熱装置を示す。

棒鋼の製造設備では、まず、棒鋼の圧延素材をＷＢ炉にて例えば１１２５℃まで加熱し、必要な加熱温度まで誘導加熱装置ＩＨにて例えば１２００℃まで加熱して保熱炉にて保熱した後、粗圧延機１、中間圧延機２および仕上圧延機３により例えば合計リダクション８８〜９８％の圧延を行い、冷却床５にて冷却することにより種々の外径サイズの棒鋼を製造することができる。

図１（a）に示す従来の棒鋼の製造設備は、加熱炉及び／又は誘導加熱炉の後段に、粗圧延機１、中間圧延機２及び仕上圧延機３を有する棒鋼の製造設備であって、仕上圧延機３の出側の冷却床５において圧延後の鋼材を空冷するため炭化物が析出するので後工程として、オフラインの熱処理炉にて軟質化処理及び溶体化処理を行った後に水槽に浸漬して急速に冷却する浸漬冷却槽が必要であった。

図１（ｂ）に示す本発明の棒鋼の製造設備は、加熱炉及び／又は誘導加熱炉の後段に、粗圧延機１、中間圧延機２、仕上圧延機３及び切断機４を有する棒鋼の製造設備であって、前記各種圧延機の入り側または出側もしくは前記粗圧延機または前記中間圧延機内のスタンド間の位置（図１（ｂ）において（1）から（6）で示した位置）において一ヶ所または二ヶ所以上に誘導加熱装置を有するとともに、前記切断機４の出側に切断後の棒鋼を急速冷却する水冷設備を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えばオーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼材を加熱炉及び/又は誘導加熱炉にて加熱し、粗圧延機１、中間圧延機２及び仕上圧延機３にて圧延する棒鋼の製造設備において、図１（ｂ）中に（1）から（6）で示した一ヶ所または二ヶ所以上に設置した誘導加熱装置により鋼材温度を上昇させ、仕上温度を高くして、熱間圧延で加工硬化した組織を回復させるとともに、切断後の鋼材を水冷設備にて急速冷却して炭化物の析出を抑えて耐食性の劣化を防止することにより、オフライン熱処理工程を省略することができる。

本発明においては、３段階からなる圧延工程の上流段階に設置するほど、鋼材の移動速度が小さい状態で加熱することができるので加熱効率を高くすることができる。一方、下流段階に設置するほど切断機４入り側における鋼材温度（以下仕上温度という）の制御は容易となる。

本発明に用いる仕上圧延機３には、精密圧延機などを含む。

図２は、従来の棒鋼の製造方法（a）と本発明の棒鋼の製造方法（ｂ）における熱処理パターンを対比した図である。

図２（a）に示すように、従来は、Ｃ：０．０７質量％程度のオーステナイトステンレス鋼の鋼材を、仕上圧延機３の出側における仕上温度を９１０〜１０２０℃とし、冷却床５にて大気放冷することにより、例えば６２ｍｍΦの棒鋼で０．４℃/sec程度の冷却速度にて常温まで冷却されていたため、ボルト、ナット、ネジなどに加工する冷間加工を施す前に、再度１０５０℃程度まで加熱してオフライン熱処理を行い、例えば浸漬水冷により、１５℃/sec程度の冷却速度にて急速冷却することにより圧延組織の軟質化と炭化物の溶体化処理を行う必要があった。

そこで、本発明においては、図２（ｂ）に示すように、例えば粗圧延機１と中間圧延機２の間（図１（ｂ）では（3）の位置）に誘導加熱装置ＩＨを設置して圧延中の鋼材を昇温させ、冷却床５にて例えば水スプレー装置により、鋼材の上下から冷却水を例えば上下水量比（上／下）１未満で吹付けることにより、急速冷却する（インライン熱処理）ことにより材質を調整できるので、従来のオフライン熱処理を省略することができる。

図３は、本発明に用いる水スプレー冷却装置を例示する図であり（a）は側面図、（ｂ）は上スプレーノズル又は下スプレーノズルの配置を示す平面図である。

図３に示すようなスプレーノズルによって、棒鋼の上下から水スプレーを例えば上下水量比（上／下）１未満で吹付けることにより鋼材の曲がりを３mm/M以下にすることができる。

鋼材の上下から水スプレーを上下水量比（上／下）１未満で吹付けることにより鋼材の上面および下面を均一に冷却することができ、棒鋼長さ１Ｍ当たりの曲がりを３mm/M以下にすることができる。これにより棒鋼の切断機４の許容範囲内にすることができ、操業に支障をきたすことがない。

また、水スプレーノズルの配置は、図３（ｂ）に示す上ノズル群と下ノズル群の相対位置関係を例えば鋼材の長手方向に半ピッチずらした千鳥配置とし、上下非対称とすることにより、水スプレーを鋼材にランダムに吹付けることができるので鋼材温度をさらに均一にすることができる。
なお、ここでピッチとは、鋼材の長手方向に対して直角方向の直線上に配置されたノズル列の鋼材長手方向の間隔をいう。

表１に示す成分及び残部はFeと不可避的不純物からなる圧延素材を図１（ｂ）で(3)の位置に誘導加熱装置を設置して、熱間圧延後、冷却床５にて冷却したした例を表２のNO.1,5〜8に示す。

また本発明に係る設備の特殊な使用例として、熱間圧延、冷却床５にて冷却した後、一旦、ライン外に保管した鋼材を、図１に示す粗圧延機1と中間圧延機2の間（図１中Ａの部分）からラインへ装入し、中間圧延、仕上圧延、冷却床５にて冷却を施した例を表２のNo.2〜4に示す。

表２における仕上温度は切断機４入り側の鋼材温度（℃）を示し、急冷却開始温度は、冷却床５において鋼材の冷却を開始する温度を示し、また、曲がりは、棒鋼長さ１Ｍ当たりの曲がり量（ｍｍ/Ｍ）を示す。
なお、鋼材温度は鋼材の表面を放射温度計で測定した。また炭化物の析出はＪＩＳＧ０５７１（ステンレスのしゅう酸エッチング試験方法）でエッチングして有無を判定した。

No.1〜3は、粗圧延機と中間圧延機との間に設置した誘導加熱炉によって、仕上温度が１０３０℃以上であることにより、圧延過程で硬化した組織の回復がなされ、引張強度、耐力、及び硬さなどの機械的性質は良好であるうえ、冷却開始温度が９５０℃以上、冷却速度が４℃/sec以上であることにより、溶体化処理が十分になされ、炭化物の析出は認められなかった。

この中でNo.3は、上下水量比が不適であり、曲がりが大であった。

No.4は、仕上温度が１０３０℃以下により、圧延過程での組織の回復なされず、組織が微細、硬質となり耐力が高くなった。

No.5は、冷却床５における冷却速度が低いため、炭化物の析出が認められた。

No.6は、No.4同様に仕上圧延後温度不足により、耐力が高くなった。

No.7は、従来の製造設備において実施した例で、冷却床５において空冷したため冷却速度が低いため、炭化物の析出が認められ、また仕上温度不足により、引張強度、耐力、及び硬さが高くなった。

No.8は、従来の製造設備とオフライン熱処理で加熱後の鋼材を浸漬水冷（どぶ浸）した例であるが、鋼材の冷却部分にかたよりがあり、曲がりが大きくなった。

本発明の設備を使用して鋼材に応じた温度条件、冷却条件処理する場合にはオフライン熱処理を施さなくても所定の特性を確保することができることからから本発明の効果が確認された。

従来の棒鋼の製造設備（a）と本発明の棒鋼の製造設備（ｂ）とを例示する図である。 従来の棒鋼の製造方法（a）と本発明の棒鋼の製造方法（ｂ）における熱処理パターンを対比した図である。 本発明に用いる水スプレー冷却装置を例示する図である。

符号の説明

１ 粗圧延機
２ 中間圧延機
３ 仕上圧延機
４ R/S切断機
５ 冷却床
ＷＢ炉 ウォーキングビーム炉（加熱炉）
ＩＨ 誘導加熱装置

Claims (3)

1. 加熱炉及び／又は誘導加熱炉の後段に、粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機及び切断機を有する棒鋼の製造設備であって、
   前記各種圧延機の入り側または出側もしくは前記粗圧延機または前記中間圧延機内のスタンド間の位置において一ヶ所または二ヶ所以上に誘導加熱装置を有するとともに、
   前記切断機の出側に切断後の棒鋼を急速冷却する水冷設備を有することを特徴とする棒鋼の製造設備。
2. 前記水冷設備は、当該棒鋼の上下から水スプレーを吹付ける水スプレ−冷却設備であることを特徴とする請求項１に記載の棒鋼の製造設備。
3. 前記水スプレー冷却設備は、当該棒鋼の上下に非対称に配置されたスプレーノズルを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の棒鋼の製造設備。

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