JPH0733552B2 - 棒・線材の熱間圧延方法 - Google Patents

棒・線材の熱間圧延方法

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JPH0733552B2
JPH0733552B2 JP2285612A JP28561290A JPH0733552B2 JP H0733552 B2 JPH0733552 B2 JP H0733552B2 JP 2285612 A JP2285612 A JP 2285612A JP 28561290 A JP28561290 A JP 28561290A JP H0733552 B2 JPH0733552 B2 JP H0733552B2
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/18Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a continuous process

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素鋼および低合金鋼の棒・線材(以下、棒鋼
と称する)、の熱間圧延において、軽圧下量の仕上圧延
工程で発生する粗大結晶粒の抑制およびこれを防止する
熱間圧延方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来から棒鋼の熱間圧延における仕上圧延時の圧下量
は、圧下不足による棒鋼内部の不均一組織の防止、すな
わち粒大結晶粒の発生防止から、断面積・減少率で少な
くとも12%(1パス当り)を越えて所定の寸法、形状に
製造するのが一般的である。
一方最近は、需要家側で加工工程の省略から高精度の断
面形状を有する圧延棒鋼の供給が要望され、断面減少率
で12%以下の軽圧下仕上圧延で圧延寸法精度を向上する
ように指向されている。
例えば特開昭60−152302号および特開昭63−43702号公
報は、その寸法精度の改善を目的としたもので、前者は
通常の仕上圧延で圧延された棒鋼を、引続き設けられた
3台の2ロールサイジングミルで、上記の断面積減少率
以下の軽圧下により精密圧延する方法であり、また後者
は、2台の3ロール圧延機を仕上圧延ロールとして設置
し、同じく軽圧下で熱間仕上圧延し、精密圧延とする方
法の開示である。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように前記した公報には、何れも熱間状態で通常よ
り軽圧下に仕上成形することにより寸法,形状が改善さ
れ、精度の向上が図られることが述べられているが、し
かし前述のように熱間状態での軽圧下圧延では、棒鋼内
部が粗大結晶粒の発生で不均一組織となることは避けら
れない。この不均一組織を有する棒鋼は、二次加工工程
での鍛造時の不均一変形,押出しまたは引抜き加工時の
曲がり,さらには熱処理後の不均一組織の発生等、品質
上の大きな問題となる。
本発明は、かかる軽圧下精密圧延技法に内在する粗大結
晶粒の問題点を解消するためになされたもので、整粒で
均一化した内部組織を有し、かつ寸法・形状精度の良好
な棒鋼を得る熱間圧延方法を提供する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の要旨とするところは、仕上圧延圧下量の断面積
減少率が12%以下である炭素鋼および低合金鋼の棒・線
材の連続熱間圧延において、圧延仕上り温度を900℃以
下とし、仕上圧延スタンド通過から8sec以内に40〜500
℃/secの冷却速度で、Ar3変態点からMs変態点直上の温
度範囲内に強制冷却することを特徴とする棒・線材の熱
間圧延方法である。
〔作 用〕
以下本発明を作用とともに詳細に説明する。
本発明は、軽圧下の熱間精密仕上圧延でさけられない粗
大結晶粒を、軽圧下成形圧延後所定の条件下で強制冷却
して結晶粒成長のエネルギーを取り除くことで、結晶粒
の粗大化を抑制あるいは防止する圧延方法で、この結
果、寸法形状の精度が良く、しかも内部組織も均一化し
た良好な棒鋼が得られるものであり、すなわち仕上圧延
圧下量の断面積減少率が12%以下である炭素鋼および低
合金鋼の棒鋼の連続熱間圧延において、圧延仕上り温度
を900℃以下とし、仕上圧延スタンド通過から8sec以内
に40〜500℃/secの冷却速度で、Ar3変態点からMs変態点
直上の温度範囲内に強制冷却することを特徴とする棒鋼
の熱間圧延方法である。
まず最初に、本発明が対象とする連続熱間圧延の仕上工
程すなわちAr3変態点を越えた仕上温度での仕上圧延機
群の最終圧延ロール(仕上圧延機群の後方に設けたサイ
ジングミルの最終圧延ロールも含む)で、軽圧下仕上圧
延して生ずる結晶粒の粗大化について述べる。
第1図にその仕上圧延時の軽圧下量(断面積減少率)領
域での粗大結晶粒量(JIS粒度番号5以下の大きな結晶
の棒鋼径断面積に対する発生面積分率で表わす)の発生
状況を示す。
図より判るように、粗大結晶粒量は、仕上り温度とに若
干の差はあるが断面積減少率6%付近を極値とした発生
が認められる。この軽圧下による結晶粒の粗大化現象
は、熱間圧延中の塑性加工によって被圧延材に加えられ
た歪エネルギーが、鋼材中の金属組織の再結晶微細化を
発生させるのに充分でなく、結晶粒に蓄えられるエネル
ギーが個々の結晶粒の結晶方位と加工方向の関係から異
なるために、結晶粒子間のエネルギー差を平準化しよう
として、より結晶粒の粒界移動が促進される結果として
生ずるものであり、通常の圧下量による健全な組織の粒
度に比較して粒度No.で1〜2番手程度小さな(粗大
な)結晶粒となる。なおこれは、断面積減少率6%付近
で極値となり、その後さらに軽圧下にすることにより粗
大粒が少なくなるのは、加えられた歪エネルギーが減少
するためである。
第2図(A),(B)には、この粗大結晶粒が生成する
棒鋼1横断面内の発生位置状況を示す。同図(A)は上
ロール3aと下ロール3bによる2ロールで軽圧下仕上した
際に発生する粗大結晶粒2の位置様子を模式的に示した
断面積であり、また同図の(B)には、その粗大結晶粒
2発生近傍部の粒子の組織を撮影した写真例を示した。
同図(B)においては、周辺に近い個所に粗大結晶粒2
がみられる。これらの図面より、粗大結晶粒2の発生は
ロール孔の底部4相当部分に位置することが判り、この
場合は2平ロールであるから上下2ヶ所に発生する。3
ロールで軽圧下仕上を行った場合でも同じく粗大結晶粒
は生成するが、その際もロール孔の底部相当部であり、
3ヶ所の発生位置となる。
次に軽圧下仕上した後の、時間経過に伴なう粗大結晶粒
の発生量推移について調査した。本発明の対象鋼である
炭素鋼(JIS材のSC,SMn−H,SMn等)および低合金鋼(JI
S材のSMnC−H,SCr−H,SCM−H,SNC−H,SNCM−H,SNC,SNC
M,SCr,SCM,SMnC,SNB,SACM等)の仕上り温度は、通常Ar3
変態点温度を越え、1000℃付近までのγ相内範囲で行わ
れることから、この温度範囲での軽圧下量(断面積減少
率6%)における各水準温度(750℃,880℃,950℃,1000
℃)の仕上り棒鋼を空冷し、粗大粒量の推移を見た。
第3図にその結果を示すが、粗大結晶粒の量(JIS.粒度
番号5以下の大きな結晶粒の棒鋼径断面に対する発生面
積分率で表わす)は、仕上延後の経過時間と共に増加し
ており、その傾向は仕上り温度が高い程短時間に増加
し、1000℃のものでは約3秒で45%程度の粗大粒量に達
している。仕上温度の低い750℃では8秒経過後から粗
大粒量の増加が見られ、高温仕上りとに大きな差があ
る。
このようなことから、粗大化するγ結晶粒の量を抑制す
るには、仕上り温度を下げ圧延後なるべく早い時間内に
冷却し、γ→α相変態に強制的に発生させることが有効
な手段であり、これによって結晶粒成長の駆動力である
エネルギーを取り除くことができる。
本発明は以上のような知見に基づいてなされたものであ
り、以下に述べる限定した条件の組合せにより、軽圧下
仕上を行っても結晶粒の粗大化を抑制あるいは防止しな
がら寸法・形状の精度の良い棒鋼が得られる棒鋼の熱間
圧延方法である。
この発明において、圧延仕上り温度を900℃以下に限定
した理由は、900℃を越えるとγ結晶粒の成長が早く、
粗大粒の量を抑制するための圧延後急冷が間に合わない
ためである。
急冷開始を仕上圧延スタンド通過から8sec以内としたの
は、冷却開始までの時間が長いと、γ結晶粒の粗大化が
進み急冷抑制効果がなくなるので8sec以内とした。
冷却速度を40〜500℃/sec範囲の急冷としたのは、40℃/
sec未満では冷却速度不足により粗大粒が残るためであ
り、また500℃/secを越えると過冷組織(部分的なマル
テンサイト組織)が発生し、品質上の劣化をまねくため
である。
急冷をAr3変態点からMs変態点直上の温度範囲内とした
のは、Ar3変態点温度以下としないと変態によるγ粒粗
大化のエネルギーを変態により除去できないためで、ま
たMs変態点を下回る温度まで冷却すると、棒鋼内にマル
テンサイト組織が発生し、その後の鍛造等での割れ原因
になったり、品質に問題が生ずることからMs変態点直上
の温度までとした。
〔実施例〕
本発明の実施例について述べる。
第1表に、供試材としたJIS規格のS45C,S30CおよびSCM4
20の化学成分と、またそれぞれのAr3変態温度とMs点温
度を併せ示した。
この供試材の棒鋼圧延条件は、H−V方式の2ロール圧
延機による連続熱間圧延で、素材サイズ162mmφビレッ
トを所定の加熱温度で加熱し、20mmφおよび50mmφの棒
鋼に圧延した。この圧延に際し本発明に関わる最終仕上
圧延での圧延条件および圧延後の冷却条件等は、従来
例,比較例,本発明例に区分し第2表に示した。またそ
られの条件で、圧延した棒鋼の粗大結晶粒の発生状況を
調査した結果についても第2表に併せ示した。
第2表から従来例(No.1〜3)の仕上断面積減少率13〜
15%の仕上圧延では、冷却が空冷にもかかわらず棒鋼横
断面には粗大粒の発生は皆無である。この時の結晶粒の
粒度番号は50mmφの棒鋼で6番程度、20mmφ棒鋼棒では
7番程度の微細で結晶粒は整粒であった。
比較例のNo.4〜5は、仕上断面積減少率6%の軽圧下量
で仕上圧延後空冷としたものであるが、当然ながらγ粒
の粒大化により粗大パーライトがロール孔の底部相当部
に多量に発生した。また、比較例のNo.7〜8は軽圧下量
は同じ6%であるが、それぞれ本発明の構成要件のう
ち、急冷開始までの時間が長かったもの(9.9sec),仕
上圧延温度が高かったもの(927℃),冷却速度が小さ
かったもの(36℃/S)であるが、いずれも粗大パーライ
ト(粒度番号は50mmφ棒鋼で4〜5番,20mmφ棒鋼で5
〜6番)が形成され、30数%以上の発生率が認められ
た。
本発明例をNo.10〜16に示す。仕上断面積減少率は、比
較例と同じく軽圧下で結晶粒粗大化の極値を示す6%で
仕上圧延した例であるが、粗大結晶粒は0〜数%の発生
で比較例に比べ激減し、本発明による抑制効果が極めて
大きいことが判る。
〔発明の効果〕 本発明の熱間圧延方法によれば、従来棒鋼の軽圧下精密
圧延技法で内在していた粗大結晶粒の発生という課題
を、抑制あるいは防止することが可能となったことか
ら、整粒で均一化した内部組織を有し、しかも寸法・形
状精度の良好な棒鋼が得られ、二次加工工程における不
均一変形,曲がり,不均一組織の発生を防止して製品品
質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は軽圧下仕上圧延による粗大結晶粒の発生状況を
示す図面、第2図は2ロールの軽圧下圧延で生成する粗
大結晶粒の発生位置を示し、同図(A)はその断面を示
す模式図、同図(B)はその粗大結晶粒部分の組織を撮
影した写真、第3図は軽圧下仕上圧延後の時間経過に伴
なう粗大結晶粒量の発生推移を示す図面である。 1……棒鋼、2……粗大結晶粒、3a……上ロール、3b…
…下ロール、4……ロール孔の底部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−133326(JP,A) 特開 昭61−52350(JP,A) 特開 昭57−82431(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】仕上圧延圧下量の断面積減少率が12%以下
    である炭素鋼および低合金鋼の棒・線材の連続熱間圧延
    において、圧延仕上り温度を900℃以下とし、仕上圧延
    スタンド通過から8sec以内に40〜500℃/secの冷却速度
    で、Ar3変態点からMs変態点直上の温度範囲内に強制冷
    却することを特徴とする棒・線材の熱間圧延方法。
JP2285612A 1990-10-23 1990-10-23 棒・線材の熱間圧延方法 Expired - Fee Related JPH0733552B2 (ja)

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