JP5458655B2 - 熱間仕上圧延機用ワークロール、熱間仕上圧延機列と圧延方法 - Google Patents
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Description
このように、サーマルクラウンは、圧延操業における安定した通板性や圧延後の板形状の品質(平坦度等)に大きく影響するため、熱間仕上圧延では、サーマルクラウンを低減するワークロールが多数開発されてきた。
特許文献1には、耐摩耗性、耐肌荒性に優れたハイス系材料を外層材として用いて、しかも熱間圧延における圧延状態の安定性を確保することができると共に、特に薄板圧延における通板性の向上に優れた熱間圧延用複合ロールを提供することを目的として、ハイス系外層材を軸材と一体化させてなる複合ロールであって、軸材として、室温〜200℃までの平均熱膨張係数が11.8×10−6/℃以下である鉄系軸材を用い、これによって複合ロール全体における室温〜200℃までの平均熱膨張係数が12.0×10−6/℃以下となるように構成された複合ロールの発明が記載されている。
特許文献1に記載の、軸材として、室温〜200℃までの平均熱膨張係数が11.8×10−6/℃以下である鉄系軸材を用い、これによって複合ロール全体における室温〜200℃までの平均熱膨張係数が12.0×10−6/℃以下となるように構成するワークロールではサーマルクラウンは高々数%、最大でも10%以下しか低減することができず、一連の薄板熱間圧延の再び板幅が300mm以上戻った(前材に比べ、板幅が300mm以上広がる)場合には腹伸びが顕著となり、腹伸び起因の絞り事故を防止することができなかった。
[2]上記の長さAに対応する領域での軸材の直径d1は、凹部が形成されていない部位での軸材の直径d2の1/6〜1/4の範囲以内であり、かつ、上記の長さAがワークロールバレル長Lの1/3〜1/2の範囲以内であり、かつ上記の長さBがワークロールのバレル長Lの2/3〜3/4の範囲以内であることを特徴とする、[1]に記載の熱延鋼板の熱間仕上圧延機に使用される複合ワークロール。
[3][1]又は[2]に記載の複合ワークロールを組み込んだ熱間仕上圧延機を複数ス
タンド備えた、熱延鋼板を製造する熱間仕上圧延機列。
[4][3]に記載の熱間仕上圧延機列により熱間圧延して熱延鋼板を製造する熱間仕上圧延方法。
そのため、熱延鋼板の熱間仕上圧延において、板の腹伸び(中伸び)を低減し、板平坦度が優れた鋼板の状態で通板できるため、安定した通板による圧延能率の向上(絞り事故防止等)および熱間圧延後の板形状(平坦度)の品質の向上をもたらすことができる。
軸材2には、炭素鋼や合金鋼が使用することができるが、クロムモリブデン鋼(SCM JIS G4105)、ニッケルクロムモリブデン鋼(SNCM G4103)などの合金鋼を使用することが好ましく、少なくとも800MPa以上の引張強さを有しているころが好ましい。圧延動力を伝達するために、高強度の軸材が必要であるが、圧延条件等に応じて好適なものを採用すればよい。
一般的にFe−Ni合金は低熱膨張材料であることが知られている。Niが32質量%未満、40質量%超の範囲では膨張量が大きくなり、サーマルクラウンの低減には効果的でない。好ましくはNiが34質量%以上、38質量%以下であり、この範囲では常温〜125℃において熱膨張係数は1×10−6/℃以下になる。
Cは0.1質量%以下では溶解中の流動性が低下し軸材との接合が困難になる。C量が多くなると熱膨張係数は小さくなる傾向があるが、1質量%を超えると脆化し、圧延時にロール内部の欠陥が発生する危険がある。
質量%、Si:0.5〜1.5質量%、Mn:0.5〜2.0質量%、Cr:3〜10質量%、V:3〜10質量%、W:3〜10質量%、残部実質的にFeと不可避的不純物である。
Siは脱酸剤として必要な元素であり、0.5質量%未満では脱酸効果がなく、酸化物が析出するため、脆化する。また、Siが1.5質量%を超えると基地の靭性が低下する。
Mnは脱酸作用とともに不純物であるSをMnSとして固定する作用がある。0.5質量%未満では脱酸性に乏しい。2.0質量%を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり安定して十分な硬さを維持できない。
Cr、V、Wは、それぞれ3質量%未満では耐摩耗性に有効なMC、M4C3、M6、M2C(ここでMは任意の金属元素)等の金属間化合物を生成しがたく、またそれぞれが10質量%を超えると、これら炭化物が過多となるため不都合である。
軸材2は、軸材2と外層4との間に中間層3を形成するため、バレル部において、胴長方向のバレル中央部の外周に凹部を有し、この部分の径が他の部分に比べて径が細くなっている。そして、中間層3は該凹部に形成され、軸材2と中間層3とで円柱状体(丸棒状体)をなす。図1から分かるように、中間層は、胴長方向断面が台形状になるよう形成されており、該台形の台形底辺長さBが、台形上辺Aよりも大きくなる台形状に形成されている。凹部の胴長方向断面も同じ形状であることは云うまでもない。
外層4は円筒状のものであり、軸材2と中間層3の外周に形成され、バレル部の外形を形成している。
軸材2、中間層3および外層4は金属的に一体化されている。
本発明では熱間圧延時に発生するサーマルクラウンを抑制するために常温〜125℃の範囲で熱膨張率が小さいFe−Ni合金材からなる中間層を形成している。このサーマルクラウンは、図6に示したように、通常、胴長方向のバレル中央部の中心が最も大きく、胴長方向のバレル端部に向かうにしたがって漸減しているから、とりわけロールの胴長方向のバレル中央部のサーマルクラウンを効果的に低減しなければならない。
さらにバレル中央部のサーマルクラウンを効果的に低減するには、中間層は、胴長方向断面において、胴長方向のバレル中央部の中心近傍の厚みが最も厚く、その胴長方向の両端部近傍の厚みが胴長方向の中央部の中心近傍の厚みよりも薄くなるように、具体的には以下に示すように、図1に示されるような台形状にして、中間層の胴長方向の両端部近傍を先細状にする。
以上の好適な範囲をまとめ、それぞれを条件(1)、条件(2)、条件(3)と云うことにすると、以下のようになる。
条件1:(1/6)d2≦d1≦(1/4)d2
条件2:(1/3)L≦A≦(1/2)L
条件3:(2/3)L≦B≦(3/4)L
すでに記載したように、JISで規定されるクロムモリブデン鋼(SCM JIS G4105)、あるいはニッケルクロムモリブデン鋼(SNCM G4103)からなる材料を、以上のような好適な範囲で軸材に加工した後、図2(a)、図2(b)に示す連続鋳掛装置を使用して、連続鋳掛方法によりワークロールを製造する。
図2(a)に記載された装置を使用し、第1段階の連続鋳掛方法が以下のように行われる。
凹部を有する軸材をモールド9に挿入する。モールド9には高周波加熱装置11より事前に加熱することか好ましい。そして、溶解した中間層材を注湯しつつ、軸材2を下側方向に昇降機構(図示せず)により降下させる。この降下に連動して、中間層材の溶湯も降下し、冷却装置10により冷却されて急冷凝固される。その後常温まで冷却した後、凹部が中間層で埋められた軸材は、旋盤加工により直径d2の円柱状体(丸棒状体)とされる。
質量%、V:5 質量%、W:4質量%と残部Feおよび不可避的不純物からなるハイス系材からなる外層材で鋳掛けを施し、そして熱処理した後、空冷し、そして後機械加工して製造した。加工後のワークロール直径d3は800mmとした。
本発明例1〜6は、軸材中央部の平行部距離、すなわち上記の台形上辺長さA、軸材の直径が減少し始める位置間の距離、すなわち上記の台形底辺長さBおよび軸材中央部直径、すなわち軸材2の胴長方向断面のA領域の直径d1を種々変化させている。
従来例1のワークロールは、軸材2に以下の化学成分であるSUS304を用いた。その化学成分はC:0.05質量%、Cr:18.5質量%、Ni:8.2質量%、Si:0.32質量%、Mn:0.4質量%、残部Feおよび不可避的不純物である。また従来例2は軸材に低合金鋼を用い、特許文献1に示される実施例の中から最も熱膨張係数が小さくなるとされるものと同様の条件とした。その軸材の化学成分はC:0.46質量%、Cr:0.2質量%、P:0.011質量%、Si:0.5質量%、Mn:1.12質量%、残部Feおよび不可避不純物である。
従来例1、2のワークロールはいずれも、上記の化学成分の軸材に、連続鋳掛方法により本発明例1〜6、比較例と同じ化学成分を有するハイス系材からなる外層材を鋳掛け、次いで熱処理した後に機械加工して製造した。
ここで、本発明例1〜6、比較例および従来例1、2に施された熱処理は外層材の残留応力を緩和するためであり、550℃で12時間保持した後空冷するものである。
各ワークロールについて、炉装入前の常温状態におけるワークロールの胴長方向バレル中央部の外径と温度125℃の炉に48時間保持した後のワークロールのロールバレル中央部の中心の外径の計測値に基づいて熱膨張係数を求めた。表2にその結果を示す。
表2におけるA、B、d1、d2については既に述べた。
一方、比較例では軸材と外層材の化学成分は本発明例1〜6と同じであるが、熱膨張係数が小さい中間層がないため、熱膨張係数は12.50×10−6/℃となり、7.00×10−6/℃を大きく上回っている。そして、また、従来例1では外層材の化学成分は本発明例1〜6と同じであるが、軸材に熱膨張係数の大きいSUS304を使用し、かつ熱膨張係数が小さい中間層がないため、熱膨張係数は14.50×10−6/℃となり、さらに増大し、やはり7.00×10−6を大きく上回っている。これは長時間炉内で加熱したため、軸材のSUS304の温度も炉温と同程度になり、SUS304の膨張係数は大きいためにこのような結果になったと推定される。従来例2は、軸材に低合金鋼を使用しており、この点で従来例1と異なる。しかし、熱膨張係数はやや小さくなっているものの、10.50×10−6/℃であり、7.00×10−6/℃をやはり上回っている。
・被圧延材について
鋼種:低炭素鋼(C:0.02〜0.05質量%)
スラブ厚:260mm
スラブ重量:13〜30トン
スラブの加熱温度:1100〜1200℃(加熱時間:2〜4時間)
シートバー板厚:40〜80mm
・仕上圧延条件
仕上圧延機列:7スタンド(F1〜F7スタンド)4段圧延機
F1〜F7スタンドのワークロール直径:800mm
仕上厚:1.6〜6.5mm
板幅:940〜1800mm
・圧延サイクル
図5に示す板厚、板幅の圧延サイクルを構成し、本発明1〜6、比較例および従来例1、2で熱間圧延を実施した。それぞれ全く同じサイクルを構成することはできなかったが、板幅の変化代は50mm以下とした。
図5において、横軸は、仕上圧延機列により圧延される被圧延材の本数、左縦軸はF7スタンド出側での板幅、右縦軸はF7スタンド出側での板厚を示す。
以下の(イ)、(ロ)について400mmの幅戻り時の板形状について評価した。鋼板の形状は仕上圧延機出側の形状計13(図4)で測定した。形状は急峻度(腹伸び、中伸び高さを波長で除し100倍した値)で評価した。熱延仕上機列出側での形状(急峻度)が2%を超えると通板が困難になりはじめる。好ましくは2.5%以下である。
(イ)圧延本数44本目から3本連続して、板幅1400mmから1800mmに幅戻
時の形状
(ロ)圧延本数84本目から3本連続して、板幅1000mmから1400mmに幅戻
時の形状
通板時の形状測定の結果を表4に示す。
本発明例1は軸材中央部の平行部距離(台形状の中間層の台形上辺長さに同じ)A、軸材の直径が減少し始める位置間の距離(大検状の中間層の台形底辺長さに同じ)Bおよび軸材中央部直径d1の値が好適範囲から外れる。すなわち条件(1)〜(3)の全て満たさない。しかし、幅戻り400mmの条件である、44本目、84本目、85本目では急峻度が2%を超えやや通板に難があったものの、サイクル終了まで圧延できた。本発明例1は、中間層厚がもっとも大きく、ワークルールの熱膨張係数がもっとも小さいので、ワークロールの胴長方向断面中央部の中心近傍のサーマルクラウン量は小さいので、条件(1)〜(3)を満たさないものの、サイクル終了まで圧延できたものと考えられる。
本発明例4では好適範囲を全て含む条件であり、サイクル終了まで安定した通板を維持しつつ圧延できた。そして、その形状も、44〜46本目、84〜86本目の急峻度の値から分かるように、本発明例3よりもさらに急峻度が小さく、形状が極めて良好であった。
従来例1では84本目にF7スタンドで絞りが発生し、その後の圧延を中止した。また従来例2では85本目にF7スタンドで絞りが発生し、その後の圧延を中止した。比較例および従来例ともF4スタンド以降で顕著な中伸び形状の発生が確認できた。
2:軸材
3:中間層
4:外層
5:ネック部
6:ジャーナル部
7:トルク伝達部
8:被圧延材(鋼板)
9:モールド
10:冷却装置
11:高周波加熱装置
12:バックアップロール
13:形状測定器
Claims (4)
- 熱延鋼板の熱間仕上圧延機に使用される複合ワークロールであって、該ワークロールは炭素鋼製または合金鋼製の軸材、Fe−Ni合金製の中間層およびハイス系材料製の外層からなり、バレル部において、軸材は胴長方向の中央部の外周に凹部を有し、中間層は該凹部に形成されて、軸材と中間層とで円柱状体を形成し、該円柱状体の外周に外層が形成され、かつ中間層は、軸材の軸中心をとおる胴長方向断面の形状が台形状になるように成形され、該台形の外層側の長さである台形底辺長さBが該台形の軸材側の長さである台形上辺長さAよりも大きいことを特徴とする熱延鋼板の熱間仕上圧延機に使用される複合ワークロール。
- 上記の長さAに対応する領域での軸材の直径d1は、凹部が形成されていない部位での軸材の直径d2の1/6〜1/4の範囲以内であり、かつ、上記の長さAがワークロールバレル長Lの1/3〜1/2の範囲以内であり、かつ上記の長さBがワークロールのバレル長Lの2/3〜3/4の範囲以内であることを特徴とする、請求項1に記載の熱延鋼板の熱間仕上圧延機に使用される複合ワークロール。
- 請求項1又は2に記載の複合ワークロールを組み込んだ熱間仕上圧延機を複数スタンド備えた、熱延鋼板を製造する熱間仕上圧延機列。
- 請求項3に記載の熱間仕上圧延機列により熱間圧延して熱延鋼板を製造する熱間仕上圧延方法。
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