JP5559515B2 - 金属線の製造方法 - Google Patents
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Description
r1 ≧ 2.23w10 (2)
(式中、w1は第2工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、w10は第2工程で圧延された金属線材のYZ断面において、第3圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、r1は第2工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。)
r2 ≧ 2.23w20 (4)
(式中、w2は第1サブ工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、w20は第1サブ工程で圧延された金属線材のYZ断面において、第3圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、r1は第1サブ工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。)
図1は、この実施形態に用いられる温間圧延設備1の概略構成を示した図である。図2は、温間圧延設備1に配置された一対の圧延ロールで形成される孔型形状の模式図である。図中、(a)は第1スタンドに配置された一対の第1偏平成形ロール41で形成される孔型形状を、(b)は第2スタンドに配置された一対の第1カリバーロール42で形成される孔型形状を、(c)は第3スタンドに配置された一対の第2偏平成形ロール43で形成される孔型形状を、(d)は第4スタンドに配置された一対の第2カリバーロール44で形成される孔型形状を、(e)は第5スタンドに配置された一対の第3偏平成形ロール45で形成される孔型形状を、(f)は第6スタンドに配置された一対の第3カリバーロール46で形成される孔型形状を示す。
次に、金属線材Mについて説明する。金属線材Mは、例えば、チタン、銅などの金属単体であってもよいし、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金などの各種合金であってもよい。炭素鋼としては、化学組成がC:0.01〜0.2質量%と、Si:0.35質量%以下と、Mn:0.3〜1.5質量%と、P:0.02質量%以下(0質量%を含む)と、S:0.01質量%以下(0質量%を含む)と、Ti:0.001〜0.01質量%及びNb:0.01〜0.03質量%の中の少なくともいずれか一方とを含有し、残部がFe及び不可避不純物からなる鋼(以下、鋼種Aという。)が好ましい。Ti及び/又はNbを添加した炭素鋼は、Ti及び/又はNbの窒化物が鋼の結晶の成長を抑制するので、粒径のばらつきが小さく(即ち均質で)且つ平均粒径が1μm以下の超微細粒組織を有する例えば線径1.25mmの鋼線を得ることができ、Ni、Cr、Mo、V、Bなどの強度向上元素を添加しなくともよいからである。
次に、本実施形態の各圧延工程の詳細を説明する。
1.第1工程(オーバルカリバーロールによる圧延加工)
まず、線材加熱装置30で所定の温間圧延開始温度まで加熱された金属線材Mを、第1スタンドに設置された一対の第1偏平成形ロール(オーバルカリバーロール)41の間に通す。これにより、金属線材MのYZ断面形状を円形から偏平な形状に成形する。図3は、第1工程の圧延出側におけるYZ断面の模式図である。具体的には、図3に示すように、YZ断面形状が略真円形の金属線材M0を第1偏平成形ロール41の圧延面S0で押圧することにより、YZ断面形状がX軸に軸対称であって圧延幅方向に非拘束部分F1を有する偏平な形状の金属線材M1に成形する。第1工程で偏平な形状の金属線材M1を得ることによって、次工程(第2工程)での減面率を高めることができる。
次に、第1工程で圧延された金属線材M1を、第2スタンドに設置された一対の第1カリバーロール(六角カリバーロール)42の間に通す。これにより、金属線材M1のYZ断面形状を、各第1カリバーロール42の第1圧延面S1、第2圧延面S2及び第3圧延面S3に面接触してこれら圧延面に拘束される二つの拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第1カリバーロール42に拘束されないとともに上記式(1)及び式(2)を満たす二つの非拘束部分F2とからなる形状に成形する。
次に、第2工程で圧延された金属線材M2を、第3スタンドに設置された一対の第2偏平成形ロール(ボックスカリバーロール)43の間に通す。これにより、金属線材M2の非拘束部分F2を各第2偏平成形ロール43の円筒面である第6圧延面S6に接触させて押圧し、YZ断面形状における偏平率が第2工程で圧延された金属線材M2と比べて増加した形状に成形する。
次に、第3工程で圧延された金属線材M3を、その偏平率を低下させるように、以下の第1〜3サブ工程で温間圧延する。
まず、第2工程と同様に、第3工程で圧延された金属線材M3を、第4スタンドに設置された一対の第2カリバーロール(六角カリバーロール)44の間に通す。これにより、第1サブ工程の圧延出側におけるYZ断面の模式図である図6に示すように、YZ断面形状が、各第2カリバーロール44の第1圧延面S1、第2圧延面S2及び第3圧延面S3に面接触してこれら圧延面に拘束される二つの拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第2カリバーロール44に拘束されないとともに上記式(1)及び式(2)を満たす二つの非拘束部分F4とからなる形状に成形された金属線材M4を、捻転を生じさせることなく得ることができる。
次に、第3工程と同様に、第1サブ工程で圧延された金属線材M4を、第5スタンドに設置された一対の第3偏平成形ロール(ボックスカリバーロール)45の間に通す。これにより、第2サブ工程の圧延出側におけるYZ断面の模式図である図7に示すように、金属線材M4の非拘束部分F4が各第3偏平成形ロール45の円筒面である第6圧延面S6に押圧されて、金属線材M4は捻転することなく、YZ断面形状における偏平率が第1サブ工程で圧延された金属線材M4と比べて増加した形状に成形された金属線材M5を得ることができる。尚、第3工程と同様に、第2サブ工程の圧延時にシワ疵及び折込み疵の発生は抑制される。
次に、第1サブ工程と同様に、第2サブ工程で圧延された金属線材M5を、第6スタンドに設置された一対の第3カリバーロール(六角カリバーロール)46の間に通す。これにより、第3サブ工程の圧延出側におけるYZ断面の模式図である図8に示すように、YZ断面形状が、各第3カリバーロール44の第1圧延面S1、第2圧延面S2及び第3圧延面S3に面接触してこれら圧延面に拘束される二つの拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第3カリバーロール44に拘束されない二つの非拘束部分F6とからなる形状に成形された金属線Pを、捻転を生じさせることなく得ることができる。
上記全圧延工程を通じての総減面率RTは75%以上である。総減面率RTを75%以上にすることで、金属線材として例えば、炭素含有量が0.01〜0.2質量%の炭素鋼線材を用いた場合には、金属組織の平均粒径が2μm以下の鋼線を製造することができ、チタン合金線材を用いた場合には、平均粒径が2μm以下のチタン合金線を製造することができ、アルミニウム合金線材を用いた場合には、平均粒径が2μm以下のアルミニウム合金線を製造することができる。
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
直径7.48mmで下記表1に示す化学成分の鋼線材を、抵抗加熱方式線材加熱装置で580℃まで加熱した後に、図9(a)に示す孔型形状の一対のオーバルカリバーロールの間に通して、YZ断面が偏平な形状の試験母材を得た。
次に、直径7.48mmで表1に示す化学成分の鋼線材を、抵抗加熱方式線材加熱装置で580℃まで加熱した後に、図9(a)〜(f)に示す孔型形状の一対の圧延ロール61、62、63、64、65、66の間に通線速度37m/分で連続して通して、YZ断面形状が2k角形(但し、k=4で、当該2k角形中の一対の対向する隅部が凸曲線の形状である。)で最大幅が3.1mmの鋼線を得た。その際、第2工程では、YZ断面形状が上記試験材No.5となる圧延条件で行った。その結果、いずれの工程においても捻転は発生せず、得られた鋼線には、0.50mm以上の折込み疵及び0.02mm以上のシワ疵は見られなかった。上記直径7.48mmの鋼線材及び上記最大幅が3.1mmの鋼線の断面積はそれぞれ43.9mm2及び6.36mm2であり、総減面率RTは85.5%であった。尚、鋼線の金属組織を確認したところ、平均粒径は、0.8μmであった。平均粒径の測定方法は以下の通りである。
10 線材供給装置
20 矯正機
30 線材加熱装置
40 コンバインドロール圧延装置
41 第1スタンドのカリバーロール
42 第2スタンドのカリバーロール
43 第3スタンドのカリバーロール
44 第4スタンドのカリバーロール
45 第5スタンドのカリバーロール
46 第6スタンドのカリバーロール
50 線材巻取装置
M 金属線材
P 金属線
S1 第1圧延面
S2 第2圧延面
S3 第3圧延面
S4 第4圧延面
S5 第5圧延面
S6 第6圧延面
F1 第1工程で形成される非拘束部分
F2 第2工程で形成される非拘束部分
F3 第3工程で形成される非拘束部分
F4 第1サブ工程で形成される非拘束部分
F5 第2サブ工程で形成される非拘束部分
M0 第1工程で圧延される前の金属線材
M1 第1工程で圧延された後の金属線材
M2 第2工程で圧延された後の金属線材
M3 第3工程で圧延された後の金属線材
M4 第1サブ工程で圧延された後の金属線材
M5 第2サブ工程で圧延された後の金属線材
Claims (11)
- 金属線材を圧延することにより金属線を製造する方法であって、
前記金属線材を一対の第1偏平成形ロールの間に通すことにより、当該金属線材の進行方向に垂直な断面であるYZ断面において偏平な形状に温間圧延する第1工程と、
ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第1圧延面及び第2圧延面と、第1圧延面と第2圧延面の間に介在し第1圧延面及び第2圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第3圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第1カリバーロールの間に、第1工程で圧延された金属線材を通すことにより、各第1カリバーロールの第1圧延面、第2圧延面及び第3圧延面に面接触して当該カリバーロールにそれぞれ拘束される拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第1カリバーロールに拘束されないとともに下記式(1)及び式(2)を満たす二つの非拘束部分とからなる断面形状を有するように温間圧延する第2工程と、
第2工程で圧延された金属線材の進行方向に沿って前記両非拘束部分の外表面に、当該両非拘束部分のYZ断面における外周長さよりも長く且つYZ断面において平行な円筒面又は当該両非拘束部分のYZ断面における外周の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し内側に凸の一対の曲面を含む周面を持つとともに第1カリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有する一対の第2偏平成形ロールの当該円筒面又は当該曲面を接触させて、当該両非拘束部分が押圧されるように第2工程で圧延された金属線材を温間圧延することにより、偏平率を増加させる第3工程と、
第3工程で圧延された金属線材を、その偏平率を低下させるように温間圧延する第4工程と
を少なくとも備え、全工程を通じての総減面率が75%以上である金属線の製造方法。
w1 ≧ 0.26w10 (1)
r1 ≧ 2.23w10 (2)
(式中、w1は第2工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、w10は第2工程で圧延された金属線材のYZ断面において、第3圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、r1は第2工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。) - 前記第2工程における一対の第1カリバーロールの軸心方向が、前記第1工程における一対の第1偏平成形ロールの軸心方向に対して直交している請求項1に記載の金属線の製造方法。
- 前記第1カリバーロールの第3圧延面が前記第1カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかである請求項1又は2に記載の金属線の製造方法。
- 前記第4工程は、
ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第1圧延面及び第2圧延面と、第1圧延面と第2圧延面の間に介在し第1圧延面及び第2圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第3圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第2カリバーロールの間に、第3工程で圧延された金属線材を通すことにより、各第2カリバーロールの第1圧延面、第2圧延面及び第3圧延面に面接触して当該カリバーロールにそれぞれ拘束される拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第2カリバーロールに拘束されないとともに下記式(3)及び式(4)を満たす二つの非拘束部分とからなる断面形状を有するように温間圧延する第1サブ工程と、
第1サブ工程で圧延された金属線材の進行方向に沿って前記両非拘束部分の外表面に、当該両非拘束部分のYZ断面における外周長さよりも長く且つYZ断面において平行な円筒面又は当該両非拘束部分のYZ断面における外周の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し内側に凸の一対の曲面を含む周面を持つとともに第2カリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有する一対の第3偏平成形ロールの当該円筒面又は当該曲面を接触させて、当該両非拘束部分が押圧されるように第1サブ工程で圧延された金属線材を温間圧延することにより、偏平率を増加させる第2サブ工程と、
第2サブ工程で圧延された金属線材を、その偏平率を低下させるように温間圧延する第3サブ工程と
からなる工程である請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属線の製造方法。
w2 ≧ 0.26w20 (3)
r2 ≧ 2.23w20 (4)
(式中、w2は第1サブ工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、w20は第1サブ工程で圧延された金属線材のYZ断面において、第3圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、r1は第1サブ工程で圧延された金属線材のYZ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。) - 前記第2カリバーロールの第3圧延面が前記第2カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかである請求項4に記載の金属線の製造方法。
- 前記第3サブ工程が、
ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第1圧延面及び第2圧延面と、第1圧延面と第2圧延面の間に介在し第1圧延面及び第2圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第3圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第3カリバーロールの間に、前記第2サブ工程で圧延された金属線材を通して温間圧延するサブ工程である請求項4又は5に記載の金属線の製造方法。 - 前記第3カリバーロールの第3圧延面が前記第3カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかである請求項6に記載の金属線の製造方法。
- 前記第3サブ工程が、
前記第2サブ工程で圧延された金属線材を、互いに対向し且つYZ断面において両者で円を形成する円弧回転面からなる周面を持つ一対の円周成形ロールの間に通して温間圧延するサブ工程である請求項4又は5に記載の金属線の製造方法。 - 前記第1サブ工程における一対の第2カリバーロールの軸心方向が、前記第3工程における一対の第2偏平成形ロールの軸心方向に対して直交し、且つ、前記第3サブ工程における一対の第3カリバーロールの軸心方向が、前記第2サブ工程における一対の第3偏平成形ロールの軸心方向に対して直交している請求項4〜8のいずれか一項に記載の金属線の製造方法。
- 前記金属線材が鋼線材である請求項1〜9のいずれか一項に記載の金属線の製造方法。
- 前記鋼線材が、C:0.01〜0.2質量%と、Si:0.35質量%以下と、Mn:0.3〜1.5質量%と、P:0.02質量%以下(0質量%を含む)と、S:0.01質量%以下(0質量%を含む)と、Ti:0.001〜0.01質量%及びNb:0.01〜0.03質量%の中の少なくともいずれか一方とを含有し、残部がFe及び不可避不純物からなる鋼線材である請求項10に記載の金属線の製造方法。
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