JP5131929B2 - 連続圧延機を用いた分塊圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続圧延機を用いて、横断面が矩形のブルームや正方形の角ビレット等の素材（以下、矩形素材という。）から、横断面が円形のビレット（以下、丸ビレットという。）を分塊圧延する際に、安定した圧延を可能とする方法に関するものである。

一般的に、矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する場合、先ず、ボックス孔型若しくはダイヤ孔型等で圧延した後、オーバル孔型、オクタゴン孔型等の中間孔型で矩形から円形に近づけ、最後にラウンド孔型で丸ビレットに仕上げる方法がよく用いられている。

この方法の場合、矩形から円形、特に矩形から円形に近づける圧延、すなわちボックス孔型からオーバル孔型による圧延において、図７（ａ）に示すように、圧延材１の軸を中心として回転する方向に捩じる力が作用する。この捩じる力により、圧延材１は、図７（ｂ）のように圧延方向に向かって捩じれが生じやすくなり、不安定な圧延となる。

その結果、ラウンド孔型で仕上げ圧延した後の丸ビレットの断面寸法が悪化する。また、オーバル孔型で圧延した際の捩じれによる圧延材１の噛み出し１ａ（図８（ａ）参照）を、ラウンド孔型で押さえ込むことにより、丸ビレット２の当該箇所に表面疵２ａ等が発生する（図８（ｂ）参照）。

そこで、矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する際に、圧延材の捩じれ等を防止して安定した圧延を可能とするための圧延方法として、従来、次のようなものが提案されている。

特許文献１には、減面加工を安定して行う方法が提案されている。この方法は、方形断面の素材を、フラットロールの複数対に通して縦横交互に減面加工する間に、フラットロール対を通り抜けた各パス圧延後における圧延対象のアスペクトレシオを１．５未満に保つ隙を、各フラットロール対に設定するものである。

また、特許文献２では、条鋼材を熱間圧延する場合に、圧延材に発生する捩じれを防止できるダイヤ孔型ロールが提案されている。このダイヤ孔型ロールは、角ビレットからの圧延でダイヤスクエア圧延の第１パスであるダイヤ孔型のダイヤ稜線部を、Ｂ／Ｈ＝１．２〜２．５、Ｒ１／Ｈ＝１．５〜５．０を満たす内側に張り出した曲線を有するようにしたものである。なお、前記式のＢはダイヤ孔型のロール軸方向の幅、Ｈはダイヤ孔型の圧下方向の高さ、Ｒ１はダイヤ孔型の稜線部曲率半径である。

また、特許文献３では、圧延材の捩じれ等を防止して安定した状態で分塊圧延が行える方法が提案されている。この方法は、丸孔型ロールを用いて圧延材に仕上げ圧延を行う際、α≧−０．０００７３４×Ｄ＋１．０３４を満たす条件で圧延するものである。なお、前記式のαはロール接触幅Ｂｍ（mm）／ロール入り側の圧延材の幅Ｂ（mm）、Ｄは丸ビレット直径（mm）である。

しかしながら、特許文献１の圧延方法のように、圧延対象の縦横の比率を１．５未満に規定するだけでは、ボックス−オーバル間を圧延する時の安定性確保には不充分と考えられる。

また、ボックス−オーバル圧延時のオーバル孔型は、圧延材の２面での接触となって、４面で接触するダイヤ孔型に比べて接触面が少なくなる分、拘束される力も小さく、安定性は悪くなると考えられる。従って、特許文献２のダイヤ孔型のように、Ｂ／ＨやＲ１／Ｈを規定するだけでは、ボックス−オーバル圧延の安定性確保には不充分であると考えられる。

特許文献３の方法は、丸ビレット仕上げ圧延時の安定性確保に大きな効果が得られるとしている。しかしながら、本発明が対象とするボックス−オーバル間圧延の場合、ロールと圧延材の幅の関係を規定するだけでは、圧延材の捩じれ防止を充分に行うことは出来ないと考えられる。

また、圧延安定性の確保には、特許文献４で開示されているような、ローラガイドを用いて圧延する方法がある。しかしながら、回転するロールにガイドを密着させることが困難であることから、圧延材がガイドを抜けてから捩じれる懸念がある。また、ガイド自体の捩じれを防ぐため、ガイドに大きな強度をもたせることが必要となることも考えられ、強度が不足した場合は、ガイドの破損も考えられる。

特開昭５８−２３５０２号公報 実開昭６２−１７４７０３公報 特開２００６−２８９４５４号公報 特開平５−５７３２５号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来技術により矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する場合、圧延材の捩じれを充分に抑制することが難しいので、安定して丸ビレットを分塊圧延することができなかったという点である。

本発明は、矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する場合に、圧延材の捩じれを効果的に抑制して、丸ビレットの分塊圧延を安定して行えるようにするために、以下のような構成を採用した。

本発明の連続圧延機を用いた分塊圧延方法は、
ボックス孔型、オーバル孔型、及びラウンド孔型の順にスタンドを配置した連続圧延機を用いて、矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する際に、
前記ボックス孔型とオーバル孔型の間の圧延条件が、下記式を満たすことを最も主要な特徴としている。
Ｂ／Ｈ≦０．９４４×ボックス拘束率（２ｈ／Ｈ）＋０．３５３
ここで、Ｂ：ボックス孔型で圧延された圧延材の幅（mm）
Ｈ（＝２ｈ＋Ｓ１）：ボックス孔型で圧延された圧延材の高さ（mm）
ｈ：ボックス孔型の孔深さ（mm）
Ｓ１：対をなすボックス孔型のロール隙（mm）

本発明では、矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する場合に、ボックス孔型とオーバル孔型の間の圧延条件を適正に規定することで、圧延材の捩じれを効果的に抑制することができ、安定して丸ビレットを分塊圧延することができる。

ボックス−オーバル−ラウンド系列の孔型と、この孔型によって圧延された圧延材を示した図である。 圧延材の捩じれの発生原因を示した模式図で、（ａ）は圧下量が小で、孔型接触幅が大の場合、（ｂ）は圧下量が大で、孔型接触幅が小の場合である。 ボックス拘束率を説明する図である。 ボックス孔型を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は安定性評価を説明する図である。 ボックス孔型で圧延された圧延材の横断面の幅Ｂと高さＨの比（Ｂ／Ｈ）と、ボックス拘束率と安定性評価の結果を示した図である。 （ａ）はボックス−オーバル間の圧延材に作用する捩じり力を説明する横断面図、（ｂ）はボックス−オーバル間の圧延材の捩じれ状態を説明する斜視図である。 （ａ）はオーバル孔型による圧延時に噛みだしが発生した圧延材を示した図、（ｂ）はラウンド孔型による圧延時に表面疵が発生した丸ビレットを示した図である。

本発明では、矩形素材から丸ビレットを分塊圧延する場合に、圧延材の捩じれを効果的に抑制するという目的を、ボックス孔型とオーバル孔型の間の圧延条件を適切に規定することで実現した。

矩形素材から、図１に示す一般的に用いられているボックス−オーバル−ラウンド系列 の孔型で丸ビレットの圧延を行ったところ、ボックス孔型３とオーバル孔型４の間での圧延時に図７に示すような圧延材１の捩じれが発生した。

この捩じれにより、ラウンド孔型５で仕上げた丸ビレット２の断面寸法が悪化した。また、捩じれによるオーバル孔型４からの圧延材１の噛み出し１ａ（図８）を、ラウンド孔型５で押え込んだ表面疵２ａ（図８）も発生した。

発明者らは、前記系列に配置した孔型で、矩形素材を丸ビレットに圧延する場合、ボックス孔型とオーバル孔型間での圧延時の安定性が、オーバル圧延時にオーバル孔型に接していない方向に捩じれようとする力が発生することで悪くなるのではないかと考えた。

図２に示すように、オーバル孔型４での圧延時の圧下量をＬ１（Ｌ２）、オーバル孔型４に拘束されていない方向に働く力をＰ１，Ｐ２とすると、圧延材１には捩じりモーメントＭ１（＝Ｌ１×Ｐ１），Ｍ２（＝Ｌ１×Ｐ２）が発生すると考えられる。

この捩じりモーメントは、通常はＭ１＝Ｍ２となって釣り合いがとれていると考えられる。しかしながら、この捩じりモーメントＭ１，Ｍ２が外部要因（圧延材の温度むら、ボックス孔型、オーバル孔型のスラストずれ、圧延パスラインのずれ等）より崩れてＭ１＞Ｍ２、或いはＭ１＜Ｍ２となった場合、圧延材１に捩じれが発生すると考えられる。

この捩じりモーメントＭ１，Ｍ２に対して、オーバル孔型４と圧延材１が接触している部分（拘束部分）は、捩じれを防ごうとする反モーメントＭ３（＝Ｌ３×Ｐ３），Ｍ４（＝Ｌ４×Ｐ４）が働くと考えられる。なお、Ｌ３，Ｌ４は圧延材１のオーバル孔型４への接触幅、Ｐ３，Ｐ４はオーバル孔型４での圧延時に圧延材１に作用する反力を示す。

この反モーメントＭ３，Ｍ４が捩じりモーメントＭ１．Ｍ２よりも小さい場合（Ｍ１＞Ｍ３、若しくはＭ２＞Ｍ４）、圧延材１の捩じれに至ると考えられる。

以上の考えから、ボックス孔型３で圧延された圧延材１の横断面の幅Ｂと高さＨの比（Ｂ／Ｈ）が大きい程、オーバル孔型４での圧下量Ｌ１，Ｌ２が大きく、オーバル孔型４との接触幅Ｌ３，Ｌ４が小さくなる。従って、捩じりモーメントＭ１，Ｍ２は大きく、捩じれを防ごうと働く反モーメントＭ３，Ｍ４が小さくなって、圧延材１の捩じれが発生しやすくなる。

反対に、前記横断面の幅Ｂと高さＨの比（Ｂ／Ｈ）が小さくなれば、オーバル孔型４での圧下量Ｌ１，Ｌ２が小さく、オーバル孔型４との接触幅Ｌ３，Ｌ４が大きくなる。従って、捩じりモーメントＭ１，Ｍ２は小さく、捩じれを防ごうと働く反モーメントＭ３，Ｍ４が大きくなって、前記モーメントの釣り合いが崩れても、圧延材１に捩じれが発生しにくくなると考えられる。

また、連続圧延機は、前記オーバル圧延時に、ボックス孔型３で圧延材１を保持しているため、ボックス孔型３での圧延材１の拘束を、ボックス拘束率が大きい程、捩じれ防止に作用する力も大きくなると考えられる。

なお、ボックス拘束率とは、ボックス孔型の孔深さをｈ（mm）、対をなすボックス孔型のロール隙をＳ１（mm）、ボックス孔型で圧延された圧延材の高さをＨ（＝２ｈ＋Ｓ１）（mm）とした場合、２ｈ／Ｈのことをいう（図３参照）。

発明者らは、ボックス孔型３で圧延された圧延材１の横断面の幅Ｂと高さＨの比（Ｂ／Ｈ）と、ボックス拘束率の関係を確認するための圧延を行った。実施した圧延は、図４に示すボックス孔型の幅Ｂ１と孔深さｈ等を変更した試験ロールＡ、Ｂ、Ｃを準備し、様々な丸ビレット径（最終ラウンド孔型で仕上げた丸ビレット直径）を得る圧延である。

また、試験条件は、同一試験ロールを用いて、同一サイズの丸ビレット径を圧延する場合も、ロール隙Ｓ１を変更することで、幅Ｂ／高さＨの比、ボックス拘束率の異なる条件での圧延を行い、安定性評価の確認を行った。

試験条件と試験結果を下記表１及び図６に示す。なお、下記表１中の安定性評価は、図５（ａ）に示すように、ボックス孔型３での圧延直後（紙面右側）からオーバル孔型４での圧延までに圧延材１に発生する捩じれ（紙面右側）を目視で確認することにより行った。そして、捩じれ角度θ（図５（ｂ）参照）が１０度未満の場合は良好、１０度以上、４５度未満場合は不安定（捩じれ小）、４５度以上の場合は不安定（捩じれ大）とした。

試験結果（図６）より、ボックス孔型３で圧延された圧延材１の横断面の幅Ｂと高さＨの比（Ｂ／Ｈ）が小さい程、オーバル圧延時の捩じれに働く力より捩じれを防止する力が大きくなって圧延材が捩じれにくくなることが分かった。また、ボックス拘束率が大きい程、ボックス孔型で圧延材の捩じれ防止に作用する力が大きくなることも分かった。その結果、良好な安定性評価が得られた。

前記の試験結果より得られた良好域の範囲は下記式に示す通りであり、下記式を満たす場合に、圧延材の捩じれを効果的に抑制することができ、安定して丸ビレットを分塊圧延することができた。
Ｂ／Ｈ≦０．９４４×ボックス拘束率＋０．３５３

本発明は、前記の考え方に基づく種々の圧延結果に基づいてなされたものであり、
ボックス孔型、オーバル孔型、及びラウンド孔型の順にスタンドを配置した連続圧延機を用いて、横断面が矩形の素材から横断面が円形のビレットを分塊圧延する際に、
前記ボックス孔型とオーバル孔型の間の圧延条件が、下記式を満たすことを最も主要な特徴としている。
Ｂ／Ｈ≦０．９４４×ボックス拘束率（２ｈ／Ｈ）＋０．３５３
ここで、Ｂ：ボックス孔型で圧延された圧延材の幅（mm）
Ｈ（＝２ｈ＋Ｓ１）：ボックス孔型で圧延された圧延材の高さ（mm）
ｈ：ボックス孔型の孔深さ（mm）
Ｓ１：対をなすボックス孔型のロール隙（mm）

本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１ 圧延材
２ 丸ビレット
３ ボックス孔型
４ オーバル孔型
５ ラウンド孔型

Claims (1)

1. ボックス孔型、オーバル孔型、及びラウンド孔型の順にスタンドを配置した連続圧延機を用いて、横断面が矩形の素材から横断面が円形のビレットを分塊圧延する際に、
   前記ボックス孔型とオーバル孔型の間の圧延条件が、下記式を満たすことを特徴とする連続圧延機を用いた分塊圧延方法。
   Ｂ／Ｈ≦０．９４４×ボックス拘束率（２ｈ／Ｈ）＋０．３５３
   ここで、Ｂ：ボックス孔型で圧延された圧延材の幅（mm）
   Ｈ（＝２ｈ＋Ｓ１）：ボックス孔型で圧延された圧延材の高さ（mm）
   ｈ：ボックス孔型の孔深さ（mm）
   Ｓ１：対をなすボックス孔型のロール隙（mm）

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