JP5462202B2

JP5462202B2 - 曲がり矯正方法

Info

Publication number: JP5462202B2
Application number: JP2011028905A
Authority: JP
Inventors: 和宏内田; 忠司河上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: EP2676746A4; EP2676746B1; JP2012166233A; BR112013017469B1; MX363214B; BR112013017469A2; MX2013008855A; KR20130118960A; US20130327110A1; BR112013017469B8; WO2012111291A1; EP2676746A1; TWI538751B; TW201302337A; CN103370149A

Description

本発明は、管や棒などの鋼材の曲がり矯正方法に関し、特に、矯正機のロールの摩耗を抑制し、摩耗に起因するロールの凹凸の鋼材への転写等を防止するとともに、ロール段取替え時間を短縮して精整能率の向上を図ることができる曲がり矯正方法に関する。

別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「超硬矯正ロール」：ロール材質が炭化タングステン−コバルト（ＷＣ−Ｃｏ）系の焼結体（超硬合金）である矯正ロールをいう。単に「超硬ロール」とも記す。
「硬さ」：ロールまたは被矯正材の硬さは、ＪＩＳＺ２２４５に規定されるロックウェル硬さ試験により測定されるロックウェル硬さ（スケールＡ）を意味し、例えば「ＨＲＡ８６」などと表記する。

管や棒などの鋼材は熱間または冷間による加工を経て製造されるが、加工時に、またはその過程における熱処理時に、曲がりが発生する。この曲がりは、精整工程において、通常、鼓形状のロールが複数個組み合わされた傾斜ロール式矯正機（ストレートナー）など、ロールを用いた曲がり矯正機により矯正される。

しかしながら、特に、自動車のエアバッグ用鋼管等、高強度材の曲がりを矯正する際には、ロールが摩耗（偏摩耗）することにより設計ロールプロフィールからの乖離が生じ易く、摩耗により生じた微小な凹凸によって被矯正材にらせん状の疵が発生したり、凹凸が被矯正材に転写される場合がある。加えて、クラッシュおよびオフセットと称される曲がり矯正時のロール位置設定（段取り）の変更が必要となり、段取替え時間の延長により曲がり矯正機の稼働率が低下し、精整能率ひいては生産性の低下や、曲がり矯正の精度低下が生じる。

管の矯正方法として、例えば、特許文献１には、矯正時に生じる残留応力により製品に生じる応力腐食割れを防止するために、管の矯正時に必要なクラッシュ量を一定に保持し、過剰の残留応力を生じさせることなく管を矯正する方法が開示されている。しかし、ロールの摩耗の抑制についての記述はなく、同特許文献に記載の方法は前記の問題の解決手段とはなり得ない。

また、特許文献２には、オフセットロール組により曲がりを与えながら前進させて曲がりをとる矯正方法において、前記オフセットロール組のオフセット方向を所定の通管量毎に反対の方向に変更する鋼管の曲がり矯正方法が開示されている。この方法を適用することにより、上ロールと下ロールの摩耗を均一化させ、上下ロールの組み替え作業をなくすことは可能である。しかし、摩耗そのものを低減させることはできない。

特開昭５５−１２８３１８号公報特開平８−４７７２２号公報

前述のとおり、管や棒などの鋼材に発生した曲がり、特に自動車のエアバッグ用鋼管等の高強度材の曲がりを矯正する際には、ロールが摩耗し、当該摩耗に起因して被矯正材表面に疵が発生したり、段取替えに時間を要する場合がある。この問題に対し、従来技術によって対処することは困難である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、管や棒などの鋼材、特にエアバッグ用鋼管等の高強度材における曲がりをストレートナー等のロールを用いた曲がり矯正機により矯正するに際し、ロールの摩耗を抑制し、摩耗に起因するロールの凹凸の被矯正材への転写や疵の発生を防止するとともに、段取替え時間を短縮して精整能率、ひいては生産性を向上させることができる曲がり矯正方法を提供することを目的としている。

本発明の要旨は、次のとおりである。

（１）上下に対向配置された超硬矯正ロールを用いる鋼材の曲がり矯正方法であって、当該超硬ロールの硬さがＨＲＡ８５〜８７であり、当該ロールの耐摩耗性および耐ヒートクラック性を確保することを特徴とする鋼材の曲がり矯正方法。
（２）被矯正材が自動車のエアバッグ用鋼管であることを特徴とする請求項１に記載の曲がり矯正方法。
ここで、「ロールを用いる曲がり矯正方法」とは、被矯正材の上下にロールを配置して被矯正材を前進させながら曲がりを矯正するロール式の矯正機を用いる矯正方法であり、通常は、傾斜ロール式矯正機（ストレートナー）を用いる曲がり矯正方法をいう。また、「鋼材」とは、材質を問わず、この矯正方法によりその曲がりを矯正できる管や棒などの鋼材をいう。

本発明の曲がり矯正方法は、硬さがＨＲＡ８５〜８７である超硬矯正ロールを用いる矯正方法である。この方法によれば、ストレートナー等のロールを用いて管や棒などの鋼材の曲がりを矯正するに際し、ロールの摩耗を抑制し、摩耗に起因する被矯正材表面における疵の発生を防止するとともに、段取替え時間を短縮して曲がり矯正機の稼働率の向上を図り、精整能率ひいては生産性を向上させることができる。

ロール素材の耐摩耗性の評価方法の説明図である。ロール素材の耐摩耗性の調査結果を示す図である。鋼管の矯正に使用したストレートナーの概略構成および超硬合金製ロールの適用箇所を模式的に示す図である。本発明の曲がり矯正方法を適用したときのロールの摩耗量の調査結果を従来のロールを使用した場合と対比して示す図である。本発明の曲がり矯正方法を適用したときのロールの表面粗さの調査結果を示す図である。本発明の曲がり矯正方法を適用してエアバッグ用鋼管を矯正したときの段取替え時間の推移を従来のロールを使用した場合と対比して示す図である。本発明の曲がり矯正方法を適用してエアバッグ用鋼管を矯正したときのストレートナーの稼働率を従来のロールを使用した場合と対比して示す図である。

上記の課題を解決するために、本発明者らは、ロールの材質を最適化することによりロールの摩耗を抑制することを企図し、ロール材質としてＷＣ−Ｃｏ系の焼結体の適用を試みた。ＷＣ−Ｃｏ系焼結体は、ＷＣの微粉末にバインダーとしてＣｏを添加して焼結体とした複合材料で、超硬合金と称されており、高硬度で優れた耐摩耗性を有していることから特に切削工具の素材として多用されている。

この超硬合金の耐摩耗性、耐ヒートクラック性を調査した結果、後述する実施例に示すように、超硬合金は，従来のロールの素材として使用されている工具鋼（ＪＩＳＧ４４０４に規定されるＳＫＤ１：２．１Ｃ−１２Ｃｒ、以下、単に「ＳＫＤ」と記す）に対して、約１００倍の耐摩耗性があることを確認した。また、超硬合金は、ロールの素材として十分使用に耐える耐ヒートクラック性（加熱−水冷を繰り返してクラック発生までの繰返し回数により評価）を有していることが判明した。

さらに、超硬合金製のロールをストレートナーロールとして実機に適用した結果、摩耗は認められず、段取替え時間を短縮してストレートナーの稼働率を向上させ得ることが確認できた。

本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、前記のとおり、超硬矯正ロールを用いる鋼材の曲がり矯正方法であって、当該超硬ロールの硬さがＨＲＡ８５〜８７であることを特徴とする曲がり矯正方法である。

本発明において、超硬矯正ロールを用いることを前提とするのは、セラミックスと金属との複合材料である超硬合金が、硬く、耐摩耗性に優れるとともに、耐ヒートクラック性をも有しており、ロールの素材として好適だからである。すなわち、ストレートナーロールの材質としては、硬度、耐摩耗性、耐熱性（ロールによる矯正時の発熱に耐えること）が必要であるが、超硬合金はそのいずれにも優れているからである。

本発明において、矯正ロールの硬さがＨＲＡ８５〜８７であることするのは、耐摩耗性および耐熱性をともに高く維持するためである。ロールの硬さがＨＲＡ８５に満たないと、被矯正材の硬さとの差が小さくなり、耐摩耗性が不十分となる。また、ロールの硬さがＨＲＡ８７を超えると、耐摩耗性は上昇するが、耐熱性が低下して、耐ヒートクラック性が低下する傾向が見られる。

本発明の曲がり矯正方法は、被矯正材が自動車のエアバッグ用鋼管である場合、特に有効である。

自動車のエアバッグ用鋼管は、引張強さが概ね８００〜１１００ＭＰａの高強度鋼からなるものであり、引張強さが１１００ＭＰａの場合、硬さは凡そＨＲＡ６８．５となる。このような高強度でかつ高硬度のエアバッグ用鋼管の曲がりを矯正する際に、通常の工具鋼（ＳＫＤ、ＳＫＤ１１：１．５Ｃ−１２Ｃｒ−１．０Ｍｏ、等）からなるロールを用いると、ロールの摩耗が生じやすく、被矯正材表面に疵が発生し、また、摩耗の進行（摩耗による減り代の増大）に伴い段取替えに時間を要し、ストレートナー等の曲がり矯正機の稼働率が低下して精整能率が落ちる場合が往々にして生じる。このような場合、超硬矯正ロールを用いる本発明の曲がり矯正方法を適用すれば、後述する実施例に示すように、ロールの摩耗が事実上完全に抑えられ、表面粗さに大きな変化はなく（つまり、疵の発生は認められず）、段取替え時間が短縮される。

（実施例１）
本発明の曲がり矯正方法で使用する超硬ロールの素材である超硬合金を対象として、その耐摩耗性および耐ヒートクラック性を調査した。なお、耐摩耗性については、比較のために、従来のロールの素材である工具鋼ＳＫＤ（サブゼロ処理を実施して使用に供した）を対象として同様の調査を行なった。

表１に供試材の材質および特性を示す。表１において、「粒径」とは、超硬合金の粒径である。

表１に示すように、超硬合金Ａ、ＢおよびＣは、ＷＣへのＣｏ添加量がそれぞれ１５％、１６％および１７％（いずれも質量％）程度の材料であり、Ｃｏ添加量の増大に伴い硬さがＨＲＡ８８．０からＨＲＡ８５．０へと変化している。

図１は、ロール素材の耐摩耗性の評価方法の説明図である。

図１に示したように、荷重をかけたボール１（材質：ＳＵＪ、直径：１５ｍｍ）を試験片２上で繰返し摺動し、そのときの試験片２の摩耗量（摩耗体積）を計測した。この摩耗量を比摩耗量（単位摺動距離・単位荷重当たりの摩耗体積［ｍｍ³／（ｍｍ・Ｎ）］＝［ｍｍ²／Ｎ］）に換算し、工具鋼ＳＫＤ（従来のロール材質）における比摩耗量と比較することにより耐摩耗性を評価した。

図２は、耐摩耗性の調査結果を示す図である。図２に示したように、超硬合金Ａ、ＢおよびＣの比摩耗量はいずれも工具鋼ＳＫＤに比べて１／１００以下で、格段に少なく、超硬合金は、従来のロール材質に比べて約１００倍の耐摩耗性を有していることが確認できた。また、超硬合金Ａ、ＢおよびＣの間で比較すると、硬さがＨＲＡ８８．０で最も硬い超硬合金Ａが、比摩耗量が少なく耐摩耗性が最もよかった。

超硬合金の耐ヒートクラック性は、試験片に対し、「加熱（７００℃）」→「水冷」の処理を繰返して実施し、試験片にクラックが発生するまでの繰返し回数により評価した。繰返し回数が多いほど耐ヒートクラック性が良好である。

表２に耐ヒートクラック性の評価結果を示す。表２において、○印はクラックの発生が認められなかったことを、×印はクラックが発生したことを表す。なお、クラック発生の有無は、肉眼観察により判定した。

表２に示したように、超硬合金ＢおよびＣでは、加熱／水冷の繰返し回数が２０回でもクラックの発生が認められなかったが、超硬合金Ａでは繰返し回数が１０回でクラックが発生した。

表３に、超硬合金Ａ、ＢおよびＣについて、耐摩耗性、耐ヒートクラック性および硬さを総合的に評価した結果を示す。耐摩耗性は、いずれも良好であり、○印としたが、特に、比摩耗量が１００×１０^-12ｍｍ²／Ｎ未満の場合（超硬合金Ａ）は◎印と表示した（前記図２参照）。

耐ヒートクラック性は、加熱／水冷の繰返し回数１０回を基準として、１０回でクラックの発生が認められなかった場合は○印、５回では問題なく、１０回でクラックが発生した場合は△印とした。また、超硬合金の硬さについては、いずれも十分な硬さを有しているので、○印としたが、特に、ＨＲＡ８８．０以上の場合（超硬合金Ａ）、◎印と表示した。

表３に示したように、超硬合金Ａ（硬さ：ＨＲＡ８８．０）は、調査に供した材質中では最も硬く、優れた耐摩耗性を有するが、耐ヒートクラック性が超硬合金Ｂ、Ｃに比べると低く、総合評価では△印（耐ヒートクラック性が相対的に低い）であった。これに対し、超硬合金Ｂ（硬さ：ＨＲＡ８６．５）および超硬合金Ｃ（硬さ：ＨＲＡ８５．０）は、耐摩耗性、耐ヒートクラック性のいずれも良好であり、総合評価では○印（良好）であった。

以上の調査結果から、本発明の曲がり矯正方法で使用する超硬ロールの素材としての超硬合金は、耐摩耗性が極めて高いこと、超硬合金の硬さはＨＲＡ８５〜８７の範囲に止めるのが適切であること、が確認できた。

（実施例２）
本発明の曲がり矯正方法を、ストレートナーによる鋼管の矯正に適用してロールの摩耗量および表面粗さを調査するとともに、自動車のエアバッグ用鋼管を矯正の対象としたときの段取替え時間の短縮効果を確認した。なお、比較のために、従来のロール（材質：工具鋼ＳＫＤ１１）を使用した場合についても同様の調査を行なった。

表４に、使用したストレートナーロール材質の特性をまとめて示す。本発明の曲がり矯正方法で使用する超硬ロールの材質は、実施例１で用いた超硬合金Ｂである。

図３は、エアバッグ用鋼管の矯正に使用したストレートナーの概略構成および超硬ロールの適用箇所を模式的に示す図である。ストレートナーは２−２−２−１型である。摩耗量が多い＃２および＃３の上下ロールに超硬ロールを適用し（図３において、ロールに斜線を付して表示）、ガイドロールである＃１ロールと最終の＃４ロールでは従来のＳＫＤ１１製のロールを使用した。ロール寸法は、ロールセンター（最小）径：１９０ｍｍ、ロール幅：１８０ｍｍである。

矯正対象鋼管は、外径が１５．９０〜４２．７ｍｍの範囲内の鋼管である。

表５に、摩耗量および表面粗さの測定対象ロール、測定箇所および測定方法をまとめて示す。

図４は、本発明の曲がり矯正方法を適用したときのロールの摩耗量の調査結果を従来のロールを使用した場合と対比して示す図である。図４の縦軸は、摩耗量（摩耗による減り代：ｍｍ）を矯正延べ長さ（ｋｍ）で除した摩耗速度（ｍｍ／ｋｍ）である。

図４に示したように、工具鋼ＳＫＤ１１製のロールを使用した場合、従来のロール寿命（摩耗による使用限界であり、矯正延べ長さで２５００ｋｍ）まで使用したときの摩耗速度は１．６×１０^-3ｍｍ／ｋｍであったが、超硬ロールを使用する本発明の曲がり矯正方法を適用した場合は、矯正延べ長さが４３００ｋｍ（従来のロール寿命の１．７倍）に達した後においても、摩耗速度は０ｍｍ／ｋｍで、摩耗は全く認められないことを確認した。

図５は、本発明の曲がり矯正方法を適用したときのロールの表面粗さの調査結果を示す図である。表面粗さは最大高さ（Ｒｚ）で表示している。

図５に示したように、矯正開始直後はロール表面の微小な凹凸がならされて表面粗さが向上（Ｒｚが低下）し、その後は、大きな変化がなく、同図中に黒塗り矢印で示した範囲内で推移した。矯正延べ長さが４３００ｋｍを超えた後も大きな変化はなかった。

図６は、本発明の曲がり矯正方法を適用してエアバッグ用鋼管（外径：２５ｍｍ）を矯正したときの段取替え時間の推移を従来のロールを使用した場合と対比して示す図である。

図６から明らかなように、従来のロール（工具鋼ＳＫＤ１１製）を使用した場合は、矯正延べ長さが長くなりロールの摩耗が増大するに伴って段取替え時間が目標（１回当たり３０分以内）を超えて延長したが（同図中に太い矢印で表示）、超硬ロールを使用する本発明の曲がり矯正方法を適用した場合は、摩耗が生じないので段取替え時間の延長はみられず、目標時間内での段取替えを継続できた。

図７は、本発明の曲がり矯正方法を適用してエアバッグ用鋼管（外径：２０ｍｍ、２５ｍｍまたは３０ｍｍ）を矯正したときのストレートナーの稼働率を従来のロールを使用した場合と対比して示す図である。

図７から明らかなように、矯正対象エアバッグ用鋼管の外径の如何によらず、ストレートナーの稼働率が向上した。これは本発明の曲がり矯正方法を適用したことによる段取替え時間の短縮によるものである。精整工程の能率はストレートナーの稼働率に依存するところが大きく、ストレートナーの稼働率の向上によって精整工程の操業能率が向上した。

以上の調査結果から、本発明の曲がり矯正方法を適用することにより、ロールの摩耗を完全に抑制できること、本発明の矯正方法は特にエアバッグ用鋼管の曲がり矯正に最適であり、段取替え時間を短縮してストレートナーの稼働率を向上させ得ること、が確認できた。

本発明の曲がり矯正方法は、管や棒などの鋼材に発生した曲がり、特に自動車のエアバッグ用鋼管等の高強度材の曲がりの矯正に有効に利用することができる。

１：ボール、２：試験片

Claims

上下に対向配置された超硬矯正ロールを用いる鋼材の曲がり矯正方法であって、
当該超硬ロールの硬さがＨＲＡ８５〜８７であり、当該ロールの耐摩耗性および耐ヒートクラック性を確保することを特徴とする鋼材の曲がり矯正方法。
被矯正材が自動車のエアバッグ用鋼管であることを特徴とする請求項１に記載の曲がり矯正方法。