JPH0919702A - 長尺部材の熱間圧延方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延ロールとの接触に伴う被加工材の温度低
下を抑制することができ、ひいては製品不良を生じにく
い熱間圧延方法及び装置を提供する。 【構成】 熱間圧延装置１は、予め加熱された長尺部材
Ｗをその長手方向に搬送しつつこれを熱間圧延するとと
もに、自身の周方向に沿ってその長尺部材Ｗに対応する
位置に溝部２ａ及び３ａが形成された圧延ロール２及び
３と、それら溝部２ａ及び３ａ内に設けられ、圧延ロー
ル２及び３の少なくともその表面近傍を加熱することに
より、圧延ロール２及び３の長尺部材Ｗとの接触に伴う
その長尺部材Ｗの温度低下を抑制するロール加熱手段４
及び５を備える。また、圧延ロール２及び３の温度が過
度に上昇することを防止するために、それら圧延ロール
２及び３を冷却するロール冷却手段８が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、線材等の長尺部材
を搬送しながら熱間圧延するための方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】線材等の長尺部材を圧延で製造するに当
り、特にステンレス鋼や高速度鋼等の特殊鋼、あるいは
インコネル等の耐熱性材料は、常温での変形抵抗が大き
いことから、一般に熱間圧延により加工されることが多
い。この場合、図１に示すように、図示しない加熱炉等
を通すことにより所定の温度に昇温された原料線材Ｗ
は、圧延ロール１０２及び１０３の組を複数備えた多段
圧延装置１００を用いて圧延される。

【発明が解決しようとする課題】

【０００３】ところで、上記圧延装置においては各圧延
ロール１０２及び１０３は通常、常温かそれに近い温度
とされており、場合によっては赤熱した線材との接触に
伴う温度上昇を抑制するために水冷が施されることもあ
る。いずれにしても、ロール１０２及び１０３の表面
は、加工される線材Ｗよりもかなり低い温度とされてい
ることから、線材Ｗは加工時にそれらロール１０２及び
１０３と接触することにより、特にその表層部が急激に
冷却されることとなる。これにより、温度が低下した表
層部において線材Ｗの塑性変形能が低下し、圧延の進行
に伴い表面にヒビ割れ等の欠陥が発生したりして、製品
不良が生じやすくなる欠点があった。

【０００４】本発明の課題は、圧延ロールとの接触に伴
う被加工材の温度低下を抑制することができ、ひいては
製品不良を生じにくい熱間圧延方法及び装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明に
係る熱間圧延方法は、予め加熱された長尺部材を、自身
の周方向に沿ってその長尺部材に対応する位置に溝部が
形成された圧延ロールにより、その長手方向に搬送しつ
つこれを圧延する方法に関するものであって、圧延ロー
ルの少なくともその表面近傍を加熱して、圧延ロールの
長尺部材との接触に伴うその長尺部材の温度低下を抑制
することを特徴とする。

【０００６】また、上記方法を実施するための本発明の
装置は、予め加熱された長尺部材をその長手方向に搬送
しつつこれを熱間圧延するとともに、自身の周方向に沿
ってその長尺部材に対応する位置に溝部が形成された圧
延ロールと、その圧延ロールの外側において上記溝部に
近接して設けられ、圧延ロールの少なくともその表面近
傍を加熱することにより、圧延ロールの長尺部材との接
触に伴うその長尺部材の温度低下を抑制するロール加熱
手段とを含むことを特徴とする。

【０００７】上記方法及び装置においては、被加工材た
る長尺部材は予め加熱された状態で圧延ロールにより圧
延加工が施されるが、その圧延ロールは少なくともその
表面近傍がロール加熱手段により加熱されていることか
ら、上記長尺部材は圧延ロールと接触したときにその温
度、特に表面温度が低下しにくくなる。これにより、圧
延されるべき長尺部材の温度低下に伴う塑性変形能の低
下を抑制することができ、ひいてはヒビ割れ等の発生に
基づく製品不良の発生を防止ないし抑制することができ
る。例えばステンレス鋼、高速度鋼等の特殊鋼やインコ
ネル等の耐熱性材料など難加工性の材料を連続圧延する
場合、圧延後端部は特に表層温度が低下して不良が発生
しやすいことから、従来の方法ではこの後端部を切断・
除去しなければならないケースが多く、無駄が生じやす
かった。しかしながら本発明の方法・装置によれば、上
記後端部においても表層温度が低下しにくく、不良を生
じにくいことからこれを除去する必要がなくなり、製品
歩留りの向上も見込まれることとなる。

【０００８】ロール加熱手段は、例えば高周波誘導加熱
コイルをはじめ、ニクロムやカンタル等の電熱線を利用
したヒータあるいはセラミックヒータ等により構成する
ことができる。そして、ロール加熱手段は、圧延ロール
の周方向に沿う形状に形成することができる。そして、
そのような形状のロール加熱手段を成形ロールの溝部内
に配置することができる。こうすれば、成形ロールを効
率よく加熱することができる。

【０００９】一方、加熱された長尺部材との接触や、ロ
ール加熱手段による加熱により、圧延ロールの温度が過
度に上昇することを防止するために、その圧延ロールを
冷却するロール冷却手段を設けることができる。このよ
うな冷却手段としては、冷却水を成形ロールの表面に噴
射する水冷ノズルの他、ファン冷却装置等を使用するこ
とができる。これにより、温度上昇に伴う圧延ロールの
強度の減少を抑制することができ、ひいては圧延ロール
の寿命を伸ばすことができる。

【００１０】次にロール加熱手段は、圧延ロールの長尺
部材の受入側において、長尺部材に近接する位置に配置
することができる。これにより、圧延ロールの表面は長
尺部材との接触の直前に加熱されるので、長尺部材の温
度低下がさらに効果的に抑制されることとなる。

【００１１】一方、圧延ロールは、長尺部材の周囲にお
いて、少なくともその長尺部材よりも上方に位置する上
部圧延ロールを含んで複数個配置することができる。ま
た、ロール冷却手段は、上部圧延ロールに対し上方から
冷却水を噴射する水冷ノズルを含むものとすることがで
きる。この場合、上部圧延ロールに対応して水除け部材
を設けることができる。この水除け部材は、長尺部材の
受入側において、冷却水がロール加熱手段にかかること
を抑制するものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の熱間圧
延装置（以下、単に圧延装置という）１の全体構成を示
しており、長尺部材としての線材Ｗの長手方向に沿っ
て、その線材Ｗを上下方向から挟む上部圧延ロール２及
び下部圧延ロール３の組を複数組備えた多段圧延装置と
して構成されている。また、図２及び図３に示すよう
に、各圧延ロール２及び３は、自身の周方向に沿って線
材Ｗとの接触部に対応する位置に溝部２ａ及び３ａが形
成されている。これら溝部２ａ及び３ａは、図２に示す
ように、線材Ｗに対応する断面形状を有してなり、図１
において線材Ｗの搬送方向の下流側に位置するものほ
ど、その断面積が小さく設定されている。線材Ｗは、ス
テンレス鋼や高速度鋼等の特殊鋼、あるいはインコネル
等の耐熱性材料など、常温での変形抵抗が大きい材質に
より構成されており、図示しない加熱炉等において予め
所定の温度に加熱された後、それら圧延ロール２及び３
の組により順次圧延されて断面積を減少させながら、自
身の長手方向に沿って搬送されるようになっている。

【００１３】図４は、図１の圧延ロール２及び３の組の
１つを模式的に示す側面図である。圧延ロール２及び３
は、その回転軸に接続されたモータ７により図面矢印の
方向にそれぞれ回転駆動される。また、その線材Ｗの受
入側において各圧延ロール２及び３の溝部２ａ及び３ａ
内には、ロール加熱手段としての高周波誘導加熱コイル
（以下、単に加熱コイルという）４及び５が配置され、
それぞれ高周波電源６に接続されている。図５に示すよ
うに、各加熱コイル４及び５は、溝部２ａ及び３ａに沿
って延びるとともに、溝部２ａ及び３ａの底面と交差す
る向きの交番磁界を発生させるようになっている。この
交番磁界の発生により圧延ロール２及び３には、少なく
とも上記溝部２ａ及び３ａの底面の表層領域において渦
電流が発生し、その表層領域が加熱されることとなる。

【００１４】図４に戻って、上部圧延ロール２の上方に
は、その圧延面（外周面）２ｂと対向する位置にロール
冷却手段としての水冷ユニット８が設けられている。そ
の水冷ユニット８は、上記圧延面２ｂとの対向面８ａが
該圧延面２ｂに倣う形状とされたユニット本体８と、そ
の対向面８ａに設けられた複数の水冷ノズル９、及び水
冷ノズル９に給水管９ａを介して冷却水を供給するポン
プ１０等を備えている。そして、そのポンプ１０の作動
により各水冷ノズル９からは、上部圧延ロール２の圧延
面２ｂに対して冷却水が噴射されることとなる。一方、
線材Ｗの受入側において、上記水冷ノズル９よりも下方
かつ加熱コイル４よりも上方には水除け部材１１が設け
られており、水冷ノズル９からの冷却水が加熱コイル４
にかかることが防止ないし抑制されるようになってい
る。そして、これにより、上部圧延ロール２に噴射され
た冷却水は、主に線材Ｗの出口側において、上部圧延ロ
ール２の外周面を伝って流れ落ち、下部圧延ロール３も
冷却することとなる。なお、この水除け部材１１は図示
の例のように板状に構成する態様の他、圧延ロール２と
の干渉を避けつつ、その圧延ロールの一部を加熱コイル
４とともに覆うカバー状に形成する態様も可能である。

【００１５】以下、圧延装置１の作動について説明す
る。図４に示すように、予め加熱された線材Ｗは、圧延
ロール２及び３の回転に伴い両ロール２及び３の溝部２
ａ及び３ａ内に噛み込まれ、所定の減面率で圧延され
る。ここで、溝部２ａ及び３ａ内に設けられた加熱コイ
ル４及び５により、圧延ロール２及び３の外周面は線材
Ｗとの接触の直前に加熱されることとなる。

【００１６】図６は、その効果を模式的に説明する図で
あって、圧延の進行に伴う線材Ｗの表面温度の変化を示
している。すなわち、従来の圧延装置１００においては
加熱装置が設けられておらず、特に図１に示すような多
段圧延処理を行う場合、図６において破線で示すよう
に、線材Ｗは圧延ロール２及び３との接触の度にその表
面温度を急激に低下させる。一旦低下した表面温度は線
材Ｗ内部からの熱伝導により次第に上昇するが、圧延速
度の小さい前段圧延においては１回の接触に伴う温度低
下が大きいので、次の圧延ロールとの接触までに温度が
十分回復せず、線材Ｗの表面温度は工程全体を通じて比
較的速やかに低下することとなる。一方、本発明の圧延
装置においては、図中実線で示すように、圧延ロール２
及び３の線材Ｗとの接触面が加熱コイル４及び５により
所定の温度に加熱されていることから、線材Ｗとの間の
温度差が縮小し、接触に伴う線材Ｗの表面温度の低下が
抑制されることとなる。そして、１回の接触に伴う温度
低下が小さくなることにより、表面温度の回復に要する
時間も短くなり、圧延工程全体を通じての温度低下も最
小限に抑えることができる。

【００１７】ここで、線材Ｗの加熱温度は線材Ｗの材質
に応じて設定されるが、これに対応して加熱コイル４及
び５のサイズ及び出力、及び水冷ノズル９による冷却水
の噴射量が調整される。そして圧延ロール２及び３の表
面温度は、加熱コイル４及び５による加熱と冷却水によ
る冷却との釣り合いに基づいて定まることとなる。ここ
で、線材Ｗの表面温度をＴ1（℃）、加熱後の圧延ロー
ル２及び３の表面温度をＴ2（℃）とすれば、Ｔ1−Ｔ2
はおおむね８００℃以下となるように調整するのがよ
い。８００℃を超えると線材Ｗの温度低下を抑制すると
いう本発明の目的が十分に達成できなくなる。Ｔ1−Ｔ2
は、より望ましくは６００℃以下とするのがよい。一
方、線材Ｗの温度低下防止という観点からはＴ1−Ｔ2の
値は、なるべく小さい方が望ましいと言えるが、圧延ロ
ール２及び３の表面温度Ｔ2が５００℃を超えるとロー
ルの寿命を縮めることにつながるので、Ｔ2が５００℃
を超えない範囲でＴ1−Ｔ2の値を設定するのがよい。な
おＴ2は望ましくは４００℃以下とするのがよい。

【００１８】なお、線材Ｗとの接触ないし加熱コイル４
及び５による加熱により、圧延ロール２ないし３が過度
に温度上昇する恐れがない場合には、図４において、水
冷ユニット８に代えてファン冷却装置を使用したり、あ
るいは水冷ユニット８を省略することも可能である。

【００１９】また、加熱コイル４ないし５は必ずしも線
材Ｗに近接して配置する必要はなく、図７に示すよう
に、線材Ｗから離れた位置に設けることもできる。ま
た、加熱コイル４ないし５はその出力を高めるために、
図８に示すように、そのコイル線材の巻線部を複数ター
ン形成したものも使用できる。一方、圧延ロール２及び
３の溝部２ａ及び３ａの幅が小さく、加熱コイル４及び
５をその溝部２ａ及び３ａ内に配置するのが困難な場合
には、図９に示すように加熱コイル４及び５を溝部２ａ
及び３ａの外側に配置する構成も可能である。この場
合、加熱コイル４及び５は、溝部２ａ及び３ａの底面か
らやや離れて位置することになるので、それに基づく発
熱効率の低下を補うため、加熱コイル４及び５の巻線の
ターン数をやや多くすることが望ましい。また、加熱コ
イル４及び５は、なるべく線材Ｗに近付けて配置するこ
とが望ましい。

【００２０】また、図１に示すような複数の圧延ロール
２及び３の組を有する多段圧延装置の場合、加熱コイル
４及び５はそれら圧延ロール２及び３の組の一部のもの
のみに設けてもよい。さらに、図１０に示すように、圧
延ロール２及び３は線材Ｗの周囲において３つ以上設け
てもよい。そして、線材Ｗよりも上方に位置するロール
（上部圧延ロール）２が複数個存在する場合には、その
それぞれに対応して水冷ユニット８及び水除け部材１１
（図４参照）を設けることができる。

【００２１】なお、本発明が適用可能な長尺部材は、図
２に示すような円形断面を有する線材に限らず、図１１
に示すように四角形状等の断面を有するものであっても
よい。また、線材以外の長尺部材、例えば角棒材や丸棒
材等の部材等であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧延装置の全体構成を示す側面図。

【図２】圧延ロールと線材の接触部近傍を示す断面図。

【図３】圧延ロールの斜視図。

【図４】圧延ロールに対する加熱コイル及び水冷ユニッ
トの配置例を示す側面図。

【図５】圧延ロールの溝部に対する加熱コイルの配置例
を示す正面図。

【図６】本発明の圧延装置における線材表面温度の変化
状況を、従来の圧延装置と比較して説明する図。

【図７】圧延ロールに対する加熱コイルの別の配置例を
示す側面図。

【図８】加熱コイルの変形例を示す正面図。

【図９】加熱コイルの別の変形例を示す側面図。

【図１０】線材に対し３以上の圧延ロールを配置する例
を示す断面図。

【図１１】円形以外の断面を有する線材に対し本発明の
圧延装置を適用した例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 熱間圧延装置 ２ 上部圧延ロール ３ 下部圧延ロール ２ａ、３ａ 溝部 ４、５ 高周波誘導加熱コイル（ロール加熱手段） ８ 水冷ユニット（ロール冷却手段） ９ 水冷ノズル １１ 水除け部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め加熱された長尺部材を、自身の周方
   向に沿って前記長尺部材に対応する位置に溝部が形成さ
   れた圧延ロールにより、その長手方向に搬送しつつこれ
   を熱間圧延する方法において、 前記圧延ロールの少なくともその表面近傍を加熱して、
   前記圧延ロールの前記長尺部材との接触に伴うその長尺
   部材の温度低下を抑制することを特徴とする長尺部材の
   熱間圧延方法。
2. 【請求項２】 予め加熱された長尺部材をその長手方向
   に搬送しつつこれを熱間圧延するとともに、自身の周方
   向に沿って前記長尺部材に対応する位置に溝部が形成さ
   れた圧延ロールと、 その圧延ロールの外側において前記溝部に近接して設け
   られ、前記圧延ロールの少なくともその表面近傍を加熱
   することにより、前記圧延ロールの前記長尺部材との接
   触に伴うその長尺部材の温度低下を抑制するロール加熱
   手段とを含むことを特徴とする長尺部材の熱間圧延装
   置。
3. 【請求項３】 前記ロール加熱手段は、前記圧延ロール
   の周方向に沿う形状に形成されて、前記溝部内に配置さ
   れている請求項２記載の熱間圧延装置。
4. 【請求項４】 前記圧延ロールの温度が過度に上昇する
   ことを防止するために、その圧延ロールを冷却するロー
   ル冷却手段が設けられている請求項２又は３に記載の熱
   間圧延装置。
5. 【請求項５】 前記ロール加熱手段は、前記圧延ロール
   の前記長尺部材の受入側において、前記長尺部材に近接
   する位置に配置されている請求項２ないし４のいずれか
   に記載の熱間圧延装置。