JP5317173B2

JP5317173B2 - 異形断面条鋼の製造方法

Info

Publication number: JP5317173B2
Application number: JP2008225771A
Authority: JP
Inventors: 克秀西尾; 忍狩野; 淳黒部; 義治岩水; 義勝西田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-09-03
Also published as: JP2010058143A

Description

本発明は、幅方向に関して異なる板厚を有した異形断面条鋼を圧延によって製造する方法に関する。

従来より電子部品用のリードフレームや軸受のリテーナーには、図１に示すような幅方向に異なる板厚を有した厚肉部１と薄肉部２が形成されている異形断面条３が使用されており、使用する部品の形状や寸法によって切断やプレスによる打ち抜き加工が施されている。そのため、板厚が１ｍｍ前後の比較的薄板で、かつ普通鋼や銅を素材として比較的軟質の異形断面条が主流であった。

しかし、近年では、部品に加工する際の工程省略によるコストダウンや、自動車の軽量化に対応して必要な部分のみの板厚を確保して全体的な質量を低減することが活発となり、異形断面条の適用分野が広がり始めている。それによって、素材も比較的軟質なものから、硬質の素材の異形断面条の要求が増えてきている。
硬質な素材を圧延によって異形断面条に成形する場合には、軟質な素材の場合と比べて圧延荷重が増大してロール摩耗が多くなるとともに、厚肉部と薄肉部との板厚差（段差）が大きくなると１パスでの圧延成形が困難となり複数パスの圧延を余儀なくされている。これらの要因により、硬質な素材の異形断面条はコストが高くなり、大きな段差を付与できないという課題が出てきている。

このような硬質素材の異形断面条を圧延で製造する場合には、圧延する前に素材を加熱して温度を上げ、それによって被圧延材の変形抵抗を低下させて圧延する方法が挙げられる。しかし、被圧延材、特に鉄鋼材料を大気中で概ね３００℃以上で加熱した場合には、被圧延材の表面に酸化スケールが発生して異形断面条の外観が悪化するとともに、圧延の際に酸化スケールが破砕して作業環境の悪化や圧延に使用するロールに疵が発生してしまう。
そのため、被圧延材の加熱から圧延、冷却にいたるまでをある種の雰囲気中で行う必要があるが、そのような処置をする場合には、加熱装置と圧延機の全体が雰囲気ガスで覆われるようにシールドしなければならず、製造装置のコストが高くなるという問題がある。

そして、上記で示した酸化スケール発生を抑制する方法として、特許文献１では圧延の際の潤滑油として酸化抑制剤を添加したものを供給する方法が提案されている。
また、特許文献２では、加熱した潤滑油内でコイル状の素材を加熱した後に圧延を行う方法が提案されている。
特開２００５−１７１１５１号公報特開平３−５２７０３号公報

しかしながら、特許文献１で提案された方法では、被圧延材を加熱する加熱装置内では火災の観点から潤滑油を供給できず、おのずと雰囲気加熱が必要となり、雰囲気ガスのコストが高くなる問題がある。
また、特許文献２で提案された方法では、潤滑油内から引き上げて圧延ラインの入側リールにコイルを設置する際に素材表面に酸化スケールが発生してしまう問題が出てくる。
本発明は、このような酸化スケールの発生を抑制して、連続的に被圧延材を加熱、圧延して異形断面条鋼を製造する方法を提供するものである。

本発明の異形断面条鋼の製造方法は、その目的を達成するため、幅方向に関して異なる板厚を有した異形断面条鋼を前記厚肉部に対応した位置に凹部を有する溝付きロールを少なくとも上下ワークロールの一方に設置して圧延によって製造する際に、被圧延材表面にＬｉ珪酸塩の連続均一皮膜を形成した後、当該連続均一皮膜を有する被圧延材を加熱して圧延することを特徴とする。
Ｌｉ珪酸塩連続均一皮膜の厚みは、Ｓｉ付着量換算で０.０５〜１ｇ／ｍ^２とし、被圧延材の加熱温度は３００〜６５０℃とすることが好ましい。なお、本発明で「均一」とは膜厚が略均等であることを意味する。素材被圧延材の表面状態によって「略均等」としたものである。

Ｌｉ珪酸塩連続均一皮膜は、Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液をスプレー塗布した被圧延材の表面にゴムローラーを押し当てて前記Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を被圧延材表面に均等に付着させた後に加熱して乾燥することによって形成することが好ましい。
また、Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を塗布する前段階で被圧延材の端面を潰しておいたり、被圧延材のＣ反りを矯正しておいたりすることが好ましい。

本発明の異形断面条鋼の製造方法では、被圧延材の表面にＬｉ珪酸塩の連続均一皮膜を形成した後に被圧延材を加熱しているため、大気中で加熱しても酸素が遮断されるため酸化スケールの発生を抑制し、かつ被圧延材の変形抵抗を低くした状態で異形断面圧延を行うことができる。これによって、酸化スケールの破砕による作業環境の悪化や圧延に使用するロール表面への疵発生を招くことなく、段差の大きい異形断面条鋼を圧延によって製造することができる。
また、Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液をスプレー塗布した被圧延材の表面にゴムローラーを押し当てて前記Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を被圧延材表面に均等に付着させた後に加熱して乾燥しているため、被圧延材の表面がフラットでない場合でもゴムの弾性変形により均一な厚みのＬｉ珪酸塩皮膜を形成することができ、その皮膜厚のコントロールが容易なためＬｉ珪酸塩を無駄に使用することがない。

本発明者等は、幅方向に関して異なる板厚を有した異形断面条鋼を、溝付きロールを用いて温間領域で圧延によって製造する際に、被圧延材の表面に生成しやすい酸化スケールの発生量を極力低減する方策について鋭意検討を重ねてきた。
その過程で、Ｌｉ珪酸塩の皮膜が鋼に対する酸化スケール発生の抑制効果を有することを見出し、本発明に到達した。すなわち、Ｌｉ珪酸塩の皮膜は、従来知られているように緻密な構造を有していることから大気中で加熱しても外部からの酸素の侵入を阻止する効果が高い。本発明でもこの効果を利用するものである。

Ｌｉ珪酸塩は、一般式Ｌｉ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂で表される。通常、ｎが３.５〜７.５のものが用いられる。
一般的なアルカリ珪酸塩の中でもＬｉ珪酸塩は、より低温での焼成が可能であり、しかも他のアルカリ珪酸塩と比べて溶融温度が高いので、より高温での耐酸素侵入防止効果が維持される。
焼成により形成されるＬｉ珪酸塩皮膜は、一般式Ｌｉ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｘＨ₂Ｏで表される物質を主体とした皮膜であり、吸着水や構造水の形で水分を多く保持している。この水分は焼成温度が高くなるにつれて抜けていき、皮膜の硬さも増大する。水分が多い状態の皮膜は硬さが低いので厳しい加工を施した場合に皮膜が凝集的に剥離してしまうことがある。したがって、厳しい加工が必要な場合には、皮膜中のＨ₂Ｏ成分が焼成によりある程度以上に抜けた状態の皮膜であることが望ましい。

連続的に鉄鋼材料である被圧延材を加熱して異形断面圧延を行うに当たって、酸化スケールの発生を抑制するためには、圧延速度に対応してＬｉ珪酸塩皮膜を効率的に、かつ被圧延材の表面に均一厚さで形成する必要がある。Ｌｉ珪酸塩皮膜からの構造的なＨ₂Ｏを除去するためには、Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を塗布した被圧延材を３００℃以上で加熱してＬｉ珪酸塩皮膜を焼成する必要がある。
なお、圧延は３００℃以上の温間で行われるため、上記焼成は、ライン内に特別に焼成工程を設けることなく、圧延の前の加熱時に行うことができる。

Ｌｉ珪酸塩皮膜の厚さがある一定量よりも薄い場合や厚い場合には、十分な酸化スケール抑制効果が発揮されなかったり、異形断面圧延時に剥離しやすくなったりして剥離物が圧延時に散乱して作業環境が悪化するという不具合が発生する。また剥離した部分は鋼素地が露出するため酸化スケールが発生してしまう。特に、Ｌｉ珪酸塩皮膜が一定量よりも厚く形成された場合には、異形断面圧延時の被圧延材の変形に皮膜が追従しない領域が広くなり、その領域からの亀裂が伝播して剥離しやすくなる。
このように圧延速度が速い場合でも被圧延材の表面にＬｉ珪酸塩皮膜を均一厚さで形成する必要がある。
このため、均一厚さのＬｉ珪酸塩皮膜を形成する塗布法を工夫することが必要である。

均一厚さのＬｉ珪酸塩皮膜を形成する手段として、Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を含ませたゴムローラーを被圧延材に押し付ける方法もあるが、長時間安定的に均一厚さのＬｉ珪酸塩皮膜を形成するためには、被圧延材にＬｉ珪酸塩を含む水溶液をスプレーで塗布し、その後にゴムローラーを被圧延材に押し当ててＬｉ珪酸塩皮膜の厚みを調整する方法が好ましい。
Ｌｉ珪酸塩皮膜の厚みを調整する方法としては、エアーなどを吹き付ける方法や、固定された板や冶具で被圧延材を挟む方法でも良い。前者ではエアーの圧力や吹き付ける方向などでＬｉ珪酸塩皮膜の厚みを調整する。後者では固定された板や冶具の間隙などを変更することでＬｉ珪酸塩皮膜の厚みを調整する。
通常の圧延ラインにスプレーとゴムローラーを付設した態様を図２に例示する。図２中、６がスプレー８とゴムローラー９からなるＬｉ珪酸塩皮膜形成装置であり、その下流に加熱装置７を備えている。

スプレー８により噴霧されたＬｉ珪酸塩含有水溶液から形成される皮膜の厚みは、ゴムローラー９の押し当て量によってコントロールできるため被圧延材の幅方向で均一化することができ、圧延速度が速い場合でもゴムローラーが圧延速度に応じて回転することから対応が可能である。また、ローラーは表面にゴムを設置したゴムローラーであるため、被圧延材の表面に凹凸が存在した場合でも、ゴムの柔軟性により表面状態に沿って弾性変形することができ、これによって被圧延材の表面状態に拘らず、Ｌｉ珪酸塩を均一に塗布することができる。

Ｌｉ珪酸塩皮膜の厚みとしては、酸化スケールの抑制と皮膜の剥離性の観点からＳｉ付着量換算で０.０５〜１ｇ／ｍ^２が好ましい。Ｓｉ付着量換算で０.０５ｇ／ｍ^２に満たない場合は十分な酸化スケール抑制効果が得られず、また、１ｇ／ｍ^２を超える場合は異形断面圧延時に皮膜が剥離してしまう現象となる。
また、Ｌｉ珪酸塩は、被圧延材に塗布した後に焼成させた際に素材とＬｉ珪酸塩皮膜との間にＳｉ−Ｌｉ−Ｏ系反応層を形成してＦｅの拡散を阻害して酸化スケール発生の抑制に寄与している。炭素鋼の場合は、この反応層にＦｅ成分も含まれているが、このような状態で６５０℃を超えた温度下に曝すと逆に酸化物層が成長して酸化スケールが発生する事態となる。つまり、異形断面圧延時での材料変形抵抗を低下させるために被圧延材を加熱する温度は６５０℃以下にしなければならない。しかし、被圧延材を６５０℃まで加熱すれば材料変形抵抗は常温の場合の約１／２まで低下するため、常温の場合と比べて同じ圧延荷重で約２倍の段差を与えることができ、硬質な材料であっても高段差な異形断面条を製造することが可能となる。

Ｌｉ珪酸塩皮膜の焼成温度が３００℃以上であり、反応層での酸化物層が成長しない温度が６５０℃以下であることから、本発明の被圧延材の加熱温度は３００〜６５０℃とした。さらに本発明では、被圧延材の変形抵抗を低下させる加熱と焼成のための加熱を同時に行うことでき、焼成のための加熱装置を別途も設ける必要がないため、設備投資コストも低く抑えることができる。

ところで、被圧延材としては、通常、所定の板幅にスリット加工された素材が用いられる。このため、例えば図３に示すように板端にバリやカエリが生じたり、あるいは図４に示すように過度にＣ反りが生じたりする場合がある。これらが生じた状態で本発明のＬｉ珪酸塩皮膜を形成しようとするとき、Ｌｉ珪酸塩含有水溶液を付着させてもゴムローラーが板に均一に密着せず、板幅全体に均一にＬｉ珪酸塩含有水溶液を付着させることが困難となる。
そこで、Ｌｉ珪酸塩含有水溶液を付着させる前段階で、例えば図５に示す方法で被圧延材の端面を潰す、あるいは例えば図６に示す方法でＣ反りを矯正することが好ましい。
なお、被圧延材表面に前工程の冷間圧延等で使用したミルオイル等が付着している場合など、板幅全体に均一にＬｉ珪酸塩含有水溶液を付着させることが困難な場合には、必要に応じて塗布前にアルカリ脱脂等を行うことが得策である。

被圧延材としては、０.２質量％のＣを含む炭素鋼であり、引張り強さが５００Ｎ／ｍｍ^２のもので、板厚が２ｍｍ、板幅が２００ｍｍのコイルを使用した。この被圧延材を図２に示す圧延ラインにピンチロールを介して設置し、圧延速度５ｍ／分、圧延荷重１６００ｋＮで圧延した。圧延に用いたワークロールは胴長方向に３ｍｍのピッチで半径方向に１.５ｍｍの凹凸を付与したものを用いた。ロール外径はφ１２０ｍｍであり、胴長が３２０ｍｍである。

圧延は、被圧延材にＬｉ珪酸塩を含む水溶液をＬｉ珪酸塩塗布装置において塗布した後に、加熱装置にて所定の温度に被圧延材を加熱して行った。Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液はスプレーにて塗布した後に外径φ５０ｍｍのゴムローラーの押し込み量を適宜変更し、Ｓｉ換算で０.０１〜１.５ｇ／ｍ^２の皮膜付着量に調整した。また、比較のためにＬｉ珪酸塩を含む水溶液を塗布しない場合とスプレーでＬｉ珪酸塩を含む水溶液を塗布したのみの場合についても実施した。
被圧延材の加熱温度は、加熱によってテンパーカラーの発生する温度として３００℃、４００℃、６００℃、８００℃とし、比較として常温での圧延も行った。
各種条件で圧延を行った結果のまとめを表１に示す。

表１に示す結果から、Ｌｉ珪酸塩皮膜形成の有無に関わらず、常温で０.２ｍｍの段差が、３００℃加熱で０.３ｍｍ、４００℃加熱で０.４ｍｍ、６００℃加熱で段差０.６ｍｍ、８００℃加熱で０.８ｍｍの段差となり、被圧延材を加熱することによって高段差化できることが判明した。
これに対して、Ｌｉ珪酸塩の付着量が０.０５ｇ／ｍ^２未満の場合、いずれの加熱温度においてもテンパーカラーが着色していた。すなわち酸化皮膜が形成されていた。またＬｉ珪酸塩を塗布した後、ゴムローラーで押しこまないで付着量を調整しない場合（Ｎｏ．１１、２１、３１、４１）は、被圧延材の板幅方向で０.１〜２ｇ／ｍ^２と付着量にバラツキが発生しており、付着量が１ｇ／ｍ^２を超える部分については、テンパーカラーが着色しており、圧延時に皮膜が剥離したことによって鋼素地が露出したものと推測された。一方、加熱温度が８００℃の場合は、Ｌｉ珪酸塩の付着量によらず全てテンパーカラーが着色していた。
以上の結果より、本発明の加熱温度３００〜６５０℃においてテンパーカラーの発生しないＬｉ珪酸塩の付着量は０.０５〜１.０ｇ/ｍ^２であることが判明した。

異形断面条の模式図本発明の実施状態を表す模式図被圧延材にバリを有する場合のゴムローラーとの接触状態を表す模式図被圧延材にＣ反りを有する場合のゴムローラーとの接触状態を表す模式図被圧延材にバリを有する場合の矯正方法の一例を示す模式図被圧延材にＣ反りを有する場合の矯正方法の一例を示す模式図

符号の説明

１：厚肉部２：薄肉部３：異形断面条鋼４：被圧延材
５：ワークロール６：Ｌｉ珪酸塩皮膜形成装置７：加熱装置
８：スプレー９：ゴムローラー１０：ピンチロール
１１：端面矯正ロール１２：Ｃ反り矯正ロール

Claims

幅方向に関して異なる板厚を有した異形断面条鋼を前記厚肉部に対応した位置に凹部を有する溝付きロールを少なくとも上下ワークロールの一方に設置して圧延によって製造する際に、被圧延材表面にＬｉ珪酸塩の連続均一皮膜を形成した後、当該連続均一皮膜を有する被圧延材を加熱して圧延することを特徴とする異形断面条鋼の製造方法。
Ｌｉ珪酸塩連続均一皮膜の厚みをＳｉ付着量換算で０．０５〜１ｇ／ｍ^２とし、被圧延材の加熱温度を３００〜６５０℃とする請求項１に記載の異形断面条鋼の製造方法。
Ｌｉ珪酸塩連続均一皮膜を、Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液をスプレー塗布した被圧延材の表面にゴムローラーを押し当てて前記Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を被圧延材表面に均等に付着させた後に加熱して乾燥することによって形成する請求項１または２に記載の異形断面条鋼の製造方法。
Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を塗布する前段階で被圧延材の端面を潰す請求項３に記載の異形断面条鋼の製造方法。
Ｌｉ珪酸塩を含む水溶液を塗布する前段階で被圧延材のＣ反りを矯正する請求項３に記載の異形断面条鋼の製造方法。