JP5377155B2 - 条鋼線材の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、条鋼線材の圧延方法に関する。

従来より、鋼材（素材）を圧延して条鋼線材を製造する条鋼線材の圧延方法においては、加熱炉にて加熱した鋼材を、粗圧延機、中間圧延機、仕上げ圧延機の順に圧延を行った後に、仕上げ圧延機の下流側に配置されている巻き取り機によってリング状に巻回している。ここで、加熱炉から搬出された鋼材は、断面が角状断面であって、中間圧延機にて角状断面の鋼材を丸状断面にしていることが一般的である。

特許文献１では、ビレットを、粗列から仕上列までの孔型ロール列を有する圧延設備を用いて棒鋼・線材に熱間圧延する方法において、加熱後の角ビレットをその４頂角を４方向から圧下して略八角形状又は略円形状に成形した後に、孔型ロール列で圧延している。
このように角断面の鋼材を丸断面にする際には、まず、オーバルカリバーにより角断面の鋼材をオーバル形状にするが、鋼材を圧下する際には、鋼材のコーナ部分を始めに圧下している。

特開２００３−２０５３０２号公報

しかしながら、特許文献１の技術を用いて、角断面の鋼材を丸断面にした場合、まず、角断面の鋼材のコーナ部分を圧下することになるため、これに起因して、圧延後の鋼材の表面に疵が入ることがあった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、角状断面の鋼材を丸状断面する際に鋼材の表面に発生する表面疵を抑制しながら簡単に圧延を行うことができる条鋼線材の圧延方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、条鋼線材用圧延機を用いて角状断面の鋼材を丸状断面することで条鋼線材を製造する条鋼線材の圧延方法において、前記角状断面の鋼材を丸状断面にするために当該角状断面の鋼材を圧延して変形させるに際し、当該角状断面の鋼材の面部より圧下して変形させる点にある。

また、前記角状断面の鋼材の上下面をそれぞれ圧下することが好ましい。
本発明における課題解決のための他の技術的手段は、角状断面の鋼材を丸状断面にする過程で用いられる条鋼線材用圧延機の圧延ロールにおいて、角状断面の鋼材を丸状断面にするために当該角状断面の鋼材を圧延して変形させるための圧延ロールは、前記角状断面の鋼材における面部より圧下するカリバーを備えている点にある。

前記カリバーは、式（１）〜式（４）を満たすように形成されていることが好ましい。

なお、本発明に係る条鋼線材の圧延方法の最も好ましい形態としては、条鋼線材用圧延機を用いて角状断面の鋼材を丸状断面することで条鋼線材を製造する条鋼線材の圧延方法において、式（１）〜式（４）を満たすカリバーを備えた圧延ロールを用意しておき、前記角状断面の鋼材を丸状断面にするために当該角状断面の鋼材を圧延して変形させるに際し、前記圧延ロールのカリバーを用いて当該角状断面の鋼材における上方及び下方の面部より圧下して変形させることを特徴とする。

本発明によれば、角状断面の鋼材を丸状断面する際に鋼材の表面に発生する表面疵を抑制しながら簡単に圧延を行うことができる。

条鋼線材の圧延ラインの概要図である。 角状断面の鋼材を圧延したときの、圧延前後の断面形状を示したものであり、（ａ）従来の方法によって圧延したときの鋼材の断面形状であり、（ｂ）本発明の方法によって圧延したときの鋼材の断面形状とを示したものである。 圧延ロールに設けたカリバーの正面図である。 圧延ロールに設けたカリバーの各種寸法と、入側鋼材の各種寸法と、出側鋼材の各種寸法を示した図である。 カリバー設計方法の手順を示したものである。 α×ＫＷ１／ＫＷ２、ＳＷ／ＴＷとの関係図である。 圧縮ひずみと充満率との関係図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、条鋼線材の圧延ラインの概要を示している。
圧延ライン１は、加熱炉２から移送された鋼材（素材）３を条鋼線材に圧延するものであって、粗圧延機４、中間圧延機５、仕上げ圧延機（ブロックミル）６、ピンチロール７、巻き取り機（レイングヘッド）８とを備えている。

加熱炉２の下流側には粗圧延機４が配置されており、粗圧延機４から下流側に向けて順に中間圧延機５、仕上げ圧延機６、ピンチロール７、巻き取り機８が配置されている。
各圧延機５、６、７は、複数の圧延スタンド９を備えている。各圧延スタンド９は圧延ロール１０を備えている。圧延ロール１０は駆動モータ（図示略）により回転駆動して、鋼材を所定の大きさに圧延する。

図１を用いて、鋼材を条鋼線材にする圧延工程について説明する。
なお、図１に示した鋼材の断面は、出側における鋼材の断面を示している。
鋼材３を条鋼線材にするには、まず、ビレット等の鋼材３を加熱炉２にて加熱し、その後、加熱した鋼材３を粗圧延機４に搬送する。そして、粗圧延機４の圧延ロール１０にて鋼材３を所定の大きさに分塊圧延する。

詳しくは、粗圧延機４における鋼材３の断面形状（幅方向に切断した断面形状）を見てみると、加熱炉２から搬出された断面視角状の鋼材３ａを、当該鋼材３ａよりも小さな大きさの断面視角状の鋼材３ｂ、３ｃ、３ｄにしている。即ち、粗圧延では、加熱炉２から搬出した鋼材３の断面の形状は、角状として殆ど変化させずに、当該鋼材３の断面積を徐々に小さくしている。説明の便宜上、断面が角状となっていることを角状断面と言い、その鋼材３のことを角状鋼材３とうことがある。

そして、粗圧延機４による圧延が完了した断面角状の鋼材３ｄは、中間圧延機５に搬送され、当該中間圧延機５にて圧延される。中間圧延機５の最上流の圧延スタンド９ａ（第１圧延スタンド９ａということがある）に導入される直前の鋼材３ｄの断面は角状（加熱炉２から搬出された断面と略同じ形状）であって、例えばコーナ部に着目すると大きく変形していない状態である。当該鋼材３ｄは、第１圧延スタンド９ａにて圧延されると、面部１２が圧延により押し潰されて大きく変形し、繭のような形状（繭形ということがある）となる。ここで、繭形状とは、圧延後の鋼材３の上下面において、その上下面の左右方向中央部（幅方向中央部）が左右方向のコーナ部（幅方向のコーナ部）よりも厚み方向に突出していないものを言う（後述するように、圧下部の高さ、δ≧０）。

そして、断面形状が繭形となった鋼材３ｅは、中間圧延機５において次の圧延スタンド９（第２圧延スタンド９ｂということがある）にて圧延され、その断面は真円に近い状態になる。当該鋼材３は、次々に下流側の圧延スタンド９にて導入され、角状断面であった鋼材３は、丸状断面となる鋼材３ｆに圧延されることになる。
このように、中間圧延機５では、始め角状断面となっていた鋼材３ｄを、次第に丸状断面になるように圧延を行っている。そして、中間圧延機５にて丸状断面となった鋼材３は、仕上げ圧延機６にて所定の径となるようにタンディム圧延されて、巻き取り機８にて巻き取られるようになっている。

さて、条鋼線材の圧延においては、角状断面となっている鋼材３を丸状断面にするために、最初に角状断面を圧延して変形させる方法が非常に重要となっている。即ち、上述した条鋼線材の圧延方法では、角状断面となっている鋼材３を、繭形の断面にする第１圧延スタンド９ａにおける圧延が重要である。
以下、角状断面の鋼材を丸状断面するための工程において、角状断面の鋼材を一番最初に変形させる点（例えば、繭形）に着目して、詳しく説明する。

図２は、角状断面の鋼材を圧延したときの、圧延前後の断面形状を示したものであり、図２（ａ）は、従来の方法によって圧延したときの鋼材の断面形状であり、図２（ｂ）は、本発明の方法によって圧延したときの鋼材の断面形状とを示したものである。
図２（ａ）に示すように、従来の方法では、まず、第１圧延スタンドにて、圧延前形状（入側形状）が角状断面となっている鋼材３を、断面がオーバル形状（圧延後形状、出側形状）となるようにカリバーによって圧延している。ここで、オーバル形状とは、圧延後の鋼材３の上下面において、その上下面の左右方向中央部（幅方向中央部）が左右方向のコーナ部（幅方向のコーナ部）よりも厚み方向に突出しているものを言う（後述するように、圧下部の高さ、δ＜０）。

そして、第２圧延スタンド９にて、オーバルとなっている鋼材３を、円形状（丸形状）となるようにカリバーによって圧延している。このとき、オーバル形状では、鋼材３のコーナ部側よりも鋼材３の中心部側が厚み方向（外側）に突出しているため、このような形状を得るために、第１圧延スタンド９ａでは、圧延前の鋼材３のコーナ部（図２では、囲い付近）をカリバーによって押し潰している（圧下している）。

図２（ｂ）に示すように、本発明の方法では、まず、第１圧延スタンド９ａにて、圧延前形状（入側形状）が角状断面となっている鋼材３を、断面が繭形状（圧延後形状、出側形状）となるようにカリバーによって圧延している。そして、第２圧延スタンド９ｂにて、繭形状となっている鋼材３を、円形状（丸形状）となるようにカリバーによって圧延している。

例えば、繭形状では、鋼材３の中心部側が厚み方向にフラット（平坦）であるか又は凹んでいるため、このような形状を得るために、第１圧延スタンド９ａでは、圧延ロール（カリバー）にて圧延する際には、コーナ部１１ではなく圧延前の鋼材３の上下面の面部１２、即ち、図２に示す囲い付近Ｅをカリバーによって圧下している。
詳しく説明すると、第１圧延スタンド９ａの圧延後の鋼材３（３ｅ）において、鋼材３のコーナ部付近に形成された２つの頂部１３、１３と鋼材３の中心側との差δ（δ≧０）が形成されるように、まず、第１圧延スタンド９ａのカリバーにて、角状断面の鋼材３ｄの面部１２（コーナ部１１ではなく平坦となっている部分Ｅ）を圧下して変形させている。このようにすることにより、角状断面の鋼材３が繭形状に変形する過程において、鋼材３のコーナ部がカリバーによって移動不能に規制され難くなり、コーナ部付近の溶鋼が移動しやすくなると共に、圧延時の荷重がコーナ部に集中してしまうことが防止される。その結果、角状断面が変形することに起因して発生していた表面疵を低減することができる。

次に、第１圧延スタンドに備えられた圧延ロール、即ち、カリバーの形状について詳しく説明する。
上述したように、第１圧延スタンド９ａの圧延ロール１０（上下の圧延ロール１０）は、角状断面の鋼材３を丸状断面にするために、角状断面の鋼材３を始めに圧延して変形させるためものである。

図３に示すように、各圧延ロール１０には、角状断面の鋼材３ｄの面部１２より圧下するカリバー１５が備えられている。このカリバー１５は、圧延ロール１０の外周面を当該圧延ロール１０の径方向内側に切り込む又は凹ますことにより形成されたものである。
このカリバー１５は、圧延後の出側形状を見たときに、鋼材３のコーナ部付近に形成された２つの頂部と鋼材３の中心側との差δ（δ≧０）を形成させるための、圧下部（例えば、凸部）１６を備えている。この圧下部１６は、鋼材３の幅方向中心部を所定幅にて圧下するためのものであって、幅方向中心部側が突出する頂部１６ａと、当該頂部１６ａの幅方向両端側に位置する谷部１６ｂとを備えたものとなっている。頂部１６ａの内面（圧下面）の形状は円形状又は円弧状となっている。当該頂部１６ａの圧下面の中心は、圧延ロール１０の径内側に設定されている。

カリバー１５の全体としては、式（１）〜式（４）を満たすように形成されている。

図４を用いて、式（１）〜式（４）について説明する。
式（１）〜式（４）を満たすカリバー１５の形状は、圧延ロール１０に導入する前（第１圧延スタンド９ａの圧延ロール１０に導入する前）における鋼材３ｄの断面形状（入側鋼材の断面形状）の各種寸法と、圧延ロール１０に導入した後における鋼材３ｅの断面形状（出側鋼材の断面形状）の各種寸法から設定されている。

式（１）の入側鋼材の幅ＴＷは、角状断面となっている鋼材３ｄの幅である。また、カリバー１５の幅ＫＷ２は、カリバー１５に関して圧延ロール１０の軸方向の長さ（カリバー１５の一端から他端までの軸方向の長さ）である。式（１）に示すように、このようなカリバー１５の幅ＫＷ２は、導入される前の鋼材３ｄ（入側鋼材）の幅ＴＷに対して１．１倍以上１．６倍以下に設定されている。

式（２）の円形状又は円弧状となっている圧下部１６の幅ＫＷ１とは、頂部１６ａの幅（一方の谷部１６ｂから他方の谷部１６ｂ）までの距離である。鋼材３ｅ（出側鋼材）から見ると一方の頂部１３から他方の頂部１３までの距離である。式（２）に示すように、カリバー１５の幅と圧下部１６の幅との比が０．２５以上１．０以下に設定されている。
式（３）のカリバー１５の幅ＫＨは、圧延ロール１０の外周面（カリバー１５が形成されていない外周面１０ａ）から圧下部１６の谷部１６ｂまでの長さである。式（３）のＳはロール隙間、即ち、カリバー１５が形成されていない圧延ロール１０ａの外周面同士の距離である。式（３）の入側鋼材の高さＴＨは、角状断面となっている鋼材３ｄの高さ（上下面間の距離）である。式（３）に示すように、上下の圧延ロール１０を接近させて鋼材３の圧延を行う状況下を考えたとき、上下の圧延ロール１０間の中心Ｃからカリバー１５の最も凹んでいる部分（谷部１６ｂ）までの距離（ＫＨ＋Ｓ／２）が、鋼材３ｄ（入側鋼材）の高さＴＨに対して３０％（０．３）以上５０％（０．５）以下に設定されている。

式（４）のδは、圧下部１６の高さ、即ち、谷部１６ｂから頂部１６ａまでの距離である。式（４）に示すように、圧下部１６の高さδは、鋼材３ｄ（入側鋼材）の高さＴＨに対して０％以上２５％以下に設定されている。
図５は、カリバーの形状を決定するためのカリバー設計方法の手順を示している。
図５に示すように、カリバー１５の形状を設定するには、当該カリバー１５によって圧延する入側鋼材（鋼材３ｄ）の高さＴＨ及び幅ＴＷの範囲を設定する（Ｓ１）。次に、カリバー１５を有する上下の圧延ロール１０における圧下率を設定する（Ｓ２）。通常は、圧下率は０〜４０％に設定される。

さて、圧下率と、出側鋼材（鋼材３ｅ）の幅ＳＷ、入側鋼材（鋼材３ｄ）の幅ＴＷ、圧下部１６の幅ＫＷ１、カリバー１５の幅ＫＷ２の関係は、『ＳＷ／ＴＷ＝ｆ（α×ＫＷ１／ＫＷ２）・・・（５）』に示すような式（５）で示すことができる。ここで、式（５）での「α」は圧下率である。圧下率を変化させて、α×ＫＷ１／ＫＷ２とＳＷ／ＴＷとの関係を操業実績又はシミュレーション（３種類の素材）からまとめると、図６に示すことができる。図６に示す素材５０とは、角状断面の鋼材の寸法が５０×５０（□５０）であることを示し、素材５５とは、角状断面の鋼材の寸法が５５×５５（□５５）であることを示し、素材６０とは、角状断面の鋼材の寸法が６０×６０（□６０）であることを示している。

図６に示した直線の傾きが式（５）の係数ａ（ａ＝０．６５２６）となる。α×ＫＷ１／ＫＷ２の範囲は、０．１以上０．５以下、即ち、式（２）のようになる。ゆえに、式（５）により、ＫＷ１／ＫＷ２の値と、ＳＷ／ＴＷの値が決まり（Ｓ３）、ＴＷとＳＷ／ＴＷにより、出側鋼材の幅ＳＷが決まる（Ｓ４）。
さて、鋼材３を圧延したときの圧縮ひずみと充満率との関係を操業実績又はシミュレーション（３種類の素材）からまとめると、図７に示すことができる。ここで、鋼材３の圧縮ひずみは−０．３５以下にすることが過去の操業実績により求められ、ＳＷ／ＫＷ２は０．９６以下であることが必要がある。

ゆえに、鋼材３の圧縮ひずみとＳＷ／ＫＷ２との関係により、カリバー１５の幅ＫＷ２と、ＫＷ１／ＫＷ２により圧下部１６の幅ＫＷ１を決定する（Ｓ５）。
なお、カリバー１５設計方法において、圧下率αの変化させたときのカリバー１５の幅ＫＷ２、入側鋼材の幅ＴＷの関係をまとめると、式（１）のようになった。入側鋼材の高さＴＨ、上下の圧延ロール１０間の隙間Ｓ、カリバー１５の幅ＫＷ２の関係をまとめると式（３）のようになった。また、入側鋼材３の高さＴＨとδとの関係を操業実績又はシミュレーションにより求めると式（４）に示すものとなった。

表１は、本発明の条鋼線材の圧延方法及びカリバー１５により圧延を行った実施例と、本発明とは異なる条鋼線材の圧延方法及びカリバー１５により圧延を行った比較例とを示したものである。

表１における実施例及び比較例では、角状断面の鋼材の寸法が５０×５０（□５０）となる鋼材（Ｓ４５Ｃ）を、第１圧延スタンド９ａにて繭形状等に圧延した後、第２圧延スタンド９ｂにて大きさがφ４５となる丸形状にした。鋼材の設定温度は１０００℃である。また、表１における実施例及び比較例では、第１圧延スタンド９ａのカリバーの形状を変更した。さらに、表１における実施例及び比較例では、第１圧延スタンド９ａで圧延後に第２圧延スタンド９ｂにて圧延を行う際は、第１圧延スタンド９ａから出た鋼材３を９０度回転させることによって圧延を行った。

このように圧延して線材にしたもの（鋼線材ということがある）ついて、スケール疵としわ疵を調査し、その個数を調査した。鋼線材の長手方向（圧延方向）に垂直な横断面１０箇所以上で観察されるスケール疵、しわ疵の個数を計測し、その平均値（それぞれの疵個数の合計数／測定断面数の合計数＝１測定断面当たりの疵個数）を算出した。そして、この疵個数の平均値が０（スケール疵無し）のものをランク０、疵個数の平均値が０超１０個以下のものをランク１、１０個超２０個未満のものをランク２、２０個超３０個未満のものをランク３、３０個超のものをランク４と定義し、それぞれの疵（スケール疵、しわ疵）に対して整理した。ランク１以下であれば、製品として全く問題がない。

実施例１〜実施例９では、カリバー１５の形状が式（１）〜式（４）を満たしているので、圧延後の鋼材３には表面疵が入ることもなく、圧延も安定していて噛みだしもなかった（判定「○」）。
比較例１及び比較例２では、カリバー１５の形状が式（１）を満たしていなかったので、噛みだしが発生したり、圧延途中にてねじれが発生して操業が不安定となった（判定「×」）。即ち、比較例１に示すように、カリバー１５の幅ＫＷ２が式（１）の下限値よりも小さくなると、噛みだしが発生し、比較例２に示すように、カリバー１５の幅ＫＷ２が上限値よりも大きくなると操業が不安定となった。さらに、カリバー１５の幅ＫＷ２の検証を進めたところ、１．１４ＴＷ以上１．５６ＴＷ以下であると好ましいことが分かった（１．１４ＴＷ≦ＫＷ２≦１．５６ＴＷ）。

比較例３及び比較例４では、カリバー１５の形状が式（２）を満たしていなかったので、噛みだしが発生したり、圧延途中にてねじれが発生して操業が不安定となった（判定「×」）。
比較例５及び比較例６では、カリバー１５の形状が式（３）を満たしていなかったので、噛みだしが発生したり、圧延途中にてねじれが発生して操業が不安定となった（判定「×」）。

比較例７及び比較例８では、カリバー１５の形状が式（４）を満たしていなかったので、鋼材３に表面疵が入った（判定「×」）。圧下部１６の高さδが０．２５ＴＨよりも大きくなると（δ≦０．２５ＴＨ）、鋼材３が変形し過ぎて、次の圧延パスにて鋼材３に表面疵が入る場合があった。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧延ライン
２ 加熱炉
３ 鋼材（素材）
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 角断面状の鋼材
３ｅ 繭形状の鋼材
４ 粗圧延機
５ 中間圧延機
６ 仕上げ圧延機（ブロックミル）
７ ピンチロール
８ 巻き取り機（レイングヘッド）
９ 圧延スタンド
１２ 面部
１５ カリバー
１６ 圧下部
１６ａ 頂部
１６ｂ 谷部

Claims (1)

1. 条鋼線材用圧延機を用いて角状断面の鋼材を丸状断面することで条鋼線材を製造する条鋼線材の圧延方法において、
   式（１）〜式（４）を満たすカリバーを備えた圧延ロールを用意しておき、
   前記角状断面の鋼材を丸状断面にするために当該角状断面の鋼材を圧延して変形させるに際し、前記圧延ロールのカリバーを用いて当該角状断面の鋼材における上方及び下方の面部より圧下して変形させることを特徴とする条鋼線材の圧延方法。
   

   

Images