JPH09225502A - サイジング圧延装置及び圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所定の寸法精度と表面性状を確保しつつ所定の
サイズフリー範囲を確保可能なサイジング圧延を提供す
ることを課題としている。 【解決手段】サイジング圧延装置は直列に配設された３
台の４ロール圧延機から構成される。各４ロール圧延機
は、４本の圧延ロール４，５，６が放射状に配置されて
構成される。各圧延ロール４，５，６の孔型形状は、圧
延のために中央部に設けられた円弧状の真円形成部４
ａ，５ａ，６ａと、その真円形成部４ａ，５ａ，６ａの
左右に形成された適当な逃がし部４ａ，５ａ，６ａとか
ら構成される。第１パスＡ用の各ロール孔型の真円形成
部４ａの中心角θ₁ を１５度以上に設定している。第２
パス用の各ロール孔型の真円形成部５ａの中心角θ₂ を
３０度以上に設定している。第３パス用の各ロール孔型
の真円形成部６ａの中心角θ₃を４５度以上に設定して
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、断面円形の線状や
棒鋼を製造するためのサイジング圧延装置及び圧延方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、４ロール圧延機を使用したサイジ
ング圧延としては、例えば特開昭６２−１９９２０６号
公報等に記載されたものがある。

【０００３】このサイジング圧延装置は、圧下方向を相
互に４５度傾けた２台の４ロール圧延機を圧延ラインに
沿って直列に配列して構成され、その各圧延ロールの孔
型は、それぞれ被圧延材の円の直径と同一又は１２０％
大きな径からなる円弧状の真円形成部と、その真円形成
部の左右に連続する適当な逃がし部とからなる。

【０００４】ここで、偏径差を抑える等の目的から、上
記ロール孔型の逃がし部の角度は、疵発生のない範囲で
なるべく大きい方が良いとされ、上記従来のサイジング
圧延では、サイズフリー範囲（同一孔型ロールを用いて
ロール間隙を変更することで製造可能な製品のサイズ範
囲）や製品の寸法許容差（例えばＪＩＳ公差）を考慮し
て決定される。

【０００５】即ち、１つの圧延ロールでの被圧延材断面
の受持ち角度は９０度であるので、上記特開昭６２−１
９９２０６号では、ロール孔型の真円形成部の中心角
（以下，単に中心角という）は、サイズフリー範囲や寸
法許容差を考慮してなるべく小さい値を選択することが
述べられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記中
心角は、サイズフリー範囲や寸法許容差のみで決定され
るものではなく、４ロール圧延機で表面疵等が生ずるこ
となく正常に圧延されるかどうかも大きな要因となる。

【０００７】即ち、４ロール圧延機においては、放射状
に配置された４つのロール孔型の中心に被圧延材を通過
させないと、図８に示すように噛み出しが起こり、圧延
後の製品に表面疵が付いて不良品となる。ここで、図８
中、５０は圧延ロールを、５１は被圧延材を示してい
る。図９でも同様である。

【０００８】また、各パス間で被圧延材が回転すると被
圧延材に捩じれが生じ、図９に示すように、被圧延材が
寸法不良となる。このように、正常に圧延が出来て初め
てサイズフリー範囲や寸法許容差を考慮した孔型が設計
できるが、従来技術では、その点の考慮がされていない
という問題がある。

【０００９】即ち、後述のように噛み出しの発生等によ
って、従来のサイジング圧延では、所望の寸法精度と表
面性状を確保しつつ実際に使用できるサイズフリー範囲
は、幾何学的推論による範囲よりも狭くなる。

【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、所定の寸法精度と表面性状を確保しつ
つ所定のサイズフリー範囲を確保可能なサイジング圧延
を提供することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のサイジング圧延装置は、中央に形成された
円弧状の真円形成部とその真円形成部の左右に連続する
適当な逃がし部とからなる孔型を備えた圧延ロールを使
用する４ロール圧延機を、圧延ラインに沿って複数台設
置して、断面がほぼ円形に圧延された被圧延材をサイジ
ング圧延するサイジング圧延装置であって、上記４ロー
ル圧延機を直列に３台以上設置し、各圧延ロール孔型の
真円形成部の中心角を、第１パスで１５度以上とし、最
終パスで４５度以上とし、その中間のパスで３０度以上
に設定したことを特徴としている。

【００１２】ここで、上記真円形成部の中心角とは、放
射状に配置された４つの圧延ロールの中心からみた、真
円形成部の円弧の角度である。なお、上記逃がし部の輪
郭形状は、例えば、上記真円形成部と内接する直線又は
上記真円形成部よりも曲率が小さな曲線で構成される。

【００１３】真円形成部の輪郭形状が円弧状の場合には
角形に比べてセンタリング性は良くないが、本発明にお
いては、上記のように孔型の真円形成部の中心角を限定
することで、孔型の形状に基づく被圧延材のセンタリン
グ性の悪影響が抑えられ、また、パス間での被圧延材の
回転（倒れ）も低減可能となる。

【００１４】ここで、上記作用の根拠、及び上記数値の
限定について説明する。図２（ａ）に示すような４ロー
ル圧延機において、ほぼ断面円形の被圧延材を、ロール
孔型の真円形成部の中心角θ₁ を色々と変更して圧延し
たみたところ、図４に示すような結果を得た。

【００１５】上記実験は、圧延後の被圧延材のセンタリ
ング性を、圧下方向に対する４５度方向ずれた位置での
寸法の最大径と最小径との差Δｂで表現したものであ
る。この図４から分かるように、中心角θ₁ が約１５度
を境として、１５度より小さくなる場合には上記差Δｂ
が急に大きくなり孔型によるセンタリング効果が低下し
ていることが分かる。

【００１６】この傾向は、図５に示すように被圧延材の
先端部と尾端部に顕著に現れ、これが噛み出しを起こし
た場合には不良部として切り捨てることになる。従っ
て、上記図４から、第１パスの真円形成部の中心角θ₁
を１５度以上に設定することで、センタリングを向上さ
せることができることが分かる。このため、本発明で
は、第１パスの中心角を１５度以上とした。

【００１７】次に、図２（ａ）（ｂ）に示すように、圧
下方向が相互に４５度ずらし且つ直列に配置した２台の
４ロール圧延機において、第２パス目の圧延ロール５で
の真円形成部５ａの中心角θ₂ を変化させて、第２パス
Ｂでの材料の倒れ（パス間での材料の回転）を測定した
ところ、図６に示すような結果を得た。

【００１８】ここで、図６中、実線は、第１パスＡでの
真円形成部４ａの中心角θ₁ を１５度に設定したもので
あり、破線は、第１パスＡでの真円形成部４ａの中心角
θ₁を３０度に設定したものであり、一点鎖線は、第１
パスＡでの真円形成部４ａの中心角θ₁ を４５度に設定
したものである。

【００１９】また、上記倒れ角βは、図７に示すαを測
定することで、間接的に計算したものである。ここで、
図７中、２０は被圧延材を、２１は圧延ロールを表して
しる。また、上記αとは、逃がし面の角度である。

【００２０】上記図６から分かるように、１５度以上に
設定した第１パスＡでの中心角θ₁の値に関係なく、第
２パスＢでの真円形成部５ａの中心角θ₂ が３０度未満
となると急に倒れ角βが大きくなり、以降の圧延の続行
が困難となるおそれがあること、及び、噛み出しによる
表面疵の発生の可能性が高くなるなどの不安定圧延領域
となる。

【００２１】逆に、中間パスでの中心角が大きくなるに
つれて倒れ角βは小さくなり、４５度を超えると倒れ角
βが殆ゼロとなることが分かる。従って、中間パスでの
真円形成部の中心角を３０度以上に設定することで、倒
れの影響が低減する。これに基づき中間パスの中心角を
３０度以上とした。

【００２２】また、最終パスでは、真円形成部の中心角
を４５度以上に設定に設定することで、倒れがゼロに近
づき製品寸法精度が向上する。これに基づき最終パスの
中心角を４５度以上とした。

【００２３】なお、各ロール孔型の中心角は、真円形成
部と逃がし部とを合わせて９０度以内の値であるので、
上記各パスの真円形成部の中心角は９０度よりは大きく
はとれない。

【００２４】次に、請求項２に記載した発明は、請求項
１に記載した構成に対して、上記各圧延ロール孔型の真
円形成部の中心角は、後段のパスに向かうにつれて大き
くなることを特徴としている。

【００２５】上記第２パスでの真円形成部の中心角と倒
れ角との関係（図６参照）から分かるように、第２パス
での真円形成部の中心角よりも第１パスでの真円形成部
の中心角の方が小さい方が倒れが小さくなることが判明
した。

【００２６】そこで、本発明のように設定することで、
さらに、圧延中に生じる被圧延材の捩じれ発生は抑えら
れ、製品に生じる表面疵は低減する。次に、請求項３に
記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成
に対して、隣合う４ロール圧延機の圧下方向が相互に４
５度傾いていることを特徴としている。

【００２７】本発明においては、隣合う４ロール圧延機
の圧下方向が相互に４５度傾けることで、一つ前のパス
における圧延ロールのロール間隙方向から圧下、即ち、
一つ前のパスにおける非圧延部分を中心に圧延を行うこ
とで、偏径差が小さな断面やや８角形に近い真円に成形
される。

【００２８】即ち、４５度ずつ傾けることで、偏径差を
小さく抑えることが可能となる。これは、被圧延材全周
面をロール孔型面で整形することになるからである。次
に、請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３
のいずれかに記載した構成に対して、上記４ロール圧延
機の上流側に複数台の２ロール圧延機が配置されること
を特徴としている。

【００２９】これは、４ロール圧延機が２ロール圧延機
に比較して設備費が高価であるため、必ずしも圧延ライ
ン全体の４ロール化を必要としないことを提案している
ものである。

【００３０】特に、既設の２ロール圧延機を設置した圧
延ラインを改造する際には、下流側のみを４ロール圧延
機にすればよい。このようにすることで、設備費の削減
上、極めて大きなメリットがある。

【００３１】次に、請求項５に記載した発明である圧延
方法は、上記請求項１から請求項４に記載した圧延装置
を使用して、１台以上の４ロール圧延機のロール間隙を
変更することで、異なった製品径の線状又は棒鋼を圧延
することを特徴としている。

【００３２】本発明においては、ロール間隙を変更する
ことで、同一の孔型ロールを使用しても、異なった製品
径の線状又は棒鋼を圧延可能となる。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。本実施の形態の圧延設備は、図１に
示すように、通常の線状用ブロックミル１の後方に、本
発明のサイジング圧延装置２が配設されて構成される。

【００３４】上記線状用ブロックミル１は、上記図１で
はパスラインＬに沿って１０台の２ロール圧延機が直列
に配置されて構成され、各２ロール圧延機による圧下方
向は、隣合う２ロール圧延機と相互に９０度傾いて設定
されている。

【００３５】また、上記サイジング圧延装置２は、パス
ラインＬに沿って直列に配設された３台の４ロール圧延
機３から構成される。各４ロール圧延機３は、図２に示
すように、それぞれ４本の圧延ロール４，５，６が放射
状に配置されて構成される。各圧延ロール４，５，６の
孔型形状は、圧延のために中央部に設けられた円弧状の
真円形成部４ａ，５ａ，６ａと、その真円形成部４ａ，
５ａ，６ａの左右に形成された適当な逃がし部４ａ，５
ａ，６ａとから構成される。上記真円形成部４ａ，５
ａ，６ａの輪郭形状は、被圧延材７の径とほぼ同一径の
円弧から形成される。また、上記左右の逃がし部４ａ，
５ａ，６ａの輪郭形状は、それぞれ上記真円形成部４
ａ，５ａ，６ａに内接するように連続した直線状又は上
記真円形成部４ａ，５ａ，６ａの円弧よりも曲率の小さ
な曲線によって形成されている。

【００３６】ここで、上記真円形成部４ａ，５ａ，６ａ
の円弧の径は、必ずしも被圧延材７の径と同径である必
要はなく、被圧延材７の径よりも若干小さな径や大きな
径に設定してもよい。

【００３７】さらに、第１パスＡ用の４ロール圧延機３
では、対をなす２組のロール孔型の対向方向をそれぞれ
上下方向及び左右方向に配置して、圧下方向を上下及び
左右に設定している。また、各ロール孔型の真円形成部
４ａの中心角θ₁ を１５度以上に設定する。

【００３８】また、第２パス（中間パス）Ｂ用の４ロー
ル圧延機３では、対をなす２組のロール孔型の対向方向
をそれぞれ水平方向から４５ずつ傾けて配設されて、圧
下方向を４５度傾いた方向に設定している。また、各ロ
ール孔型の真円形成部５ａの中心角θ₂ を３０度以上に
設定する。

【００３９】また、第３パス（最終パス）用の４ロール
圧延機３では、対をなす２組のロール孔型の対向方向を
それぞれ上下方向及び左右方向に配置して、圧下方向を
上下及び左右に設定している。また、各ロール孔型の真
円形成部６ａの中心角θ₃ を４５度以上に設定する。

【００４０】次に、上記圧延設備での圧延について説明
する。被圧延材７が線状用ブロックミル１による圧延に
よって略断面円形に圧延され、順次サイジング圧延装置
２に送られる。

【００４１】サイジング圧延装置２では、第１パスＡに
おいて被圧延材７はやや四角形に近い円に整形される。
このとき、第１パスＡでの真円形成部４ａの中心角θ₁
を１５度以上に設定することで、真円形成部４ａの輪郭
形状として円弧形状を採用してもセンタリング効果の低
下が回避される。

【００４２】次に、第２パスＢにおいて第１パスＡ通過
後の最大径部である第１パスＡで圧下された面の境界部
を圧下して、被圧延材７はやや８角形に近い真円に整形
される。このとき、第２パスＢでの真円形成部５ａの中
心角θ₂ を３０度以上に設定することで、サイジング圧
延の中間圧延中の被圧延材７に対し噛み出しが生じる程
の大きな倒れが発生することはない。

【００４３】ここで、第２パスＢでの真円形成部５ａの
中心角は、３０度以上の値が設定可能であるが、大きく
なるにつれて逃がし部５ａの角度が小さくなって被圧延
材７の最大偏差径が大きくなるので、被圧延材７に要求
される真円度に応じて決定される。

【００４４】次いで、第３パスＣにおいて第２パスＢ通
過後の最大径部である第２パスＢで圧下された面の境界
部を圧下して、さらに被圧延材７を真円に近似した断面
形状に整形する。

【００４５】このとき、最終パスである第３パスＣでの
真円形成部６ａの中心角θ₃ を４５度以上に設定するこ
とで、第３パスＣの圧延による被圧延材７の倒れ発生が
確実に回避されて製品寸法精度を高めることが可能とな
る。

【００４６】ここで、上記実施の形態では、サイジング
圧延装置２を３台の４ロール圧延機３で構成した例で説
明しているが、これに限定されるものではない。例えば
４台以上の４ロール圧延機３を直列に配置して構成して
もよい。

【００４７】また、上記サイジング圧延装置２における
各パスでの真円形成部４ａ，５ａ，６ａの中心角は、後
段のパスに向かうにつれて順次大きくなるように設定す
る方が好ましい。このように設定することで、さらにパ
ス間での被圧延材７の倒れが抑えられて表面疵の発生を
低減させることができる。例えば、第１パスＡでの中心
角θ₁ を１５度とし、第２パスＢ（中間パス）での中心
角θ₂ を３３度とし、最終パスでの中心角θ₃ を４５度
と設定する。

【００４８】なお、各中心角θ₁ ，θ₂ ，θ₃ を大きく
取った方が、倒れ防止及び製品の真円度の点で望ましい
が、サイズフリー範囲が狭くなる欠点もあるので、本発
明の範囲内で適正な値を選択すればよい。

【００４９】

【実施例】実際に、第１パスＡでの真円形成部４ａの中
心角θ₁ を１５度、第２パスＢでの真円形成部５ａの中
心角θ₂ を３３度、第３パスＣでの真円形成部６ａの中
心角θ₃ を４５度に設定し、また、第１パスＡと第２パ
スＢとの距離を４７０mm、第２パスＢと第３パスＣとの
距離を２３０mmと設定した。さらに、ロール径を２２０
mmに設定して、サイジング圧延前の被圧延材７の直径を
６．８mmφとし製品径を５．５mmφとしてサイジング圧
延を行ってみたところ、噛み出しによる表面疵も発生せ
ず且つ高寸法精度の製品が得られた。

【００５０】また、上記と同じ条件で減径量と寸法精度
との関係を求めてみたところ、図３に示すような結果を
得た。ここで、図３中○は本願発明に基づくものであ
る。また、△は、比較のために、第１パスＡのみを平ロ
ール（中心角＝０）とし、第２，第３パスＢ，Ｃでの中
心角θ₂ ，θ₃ を３３度及び４５度とした場合を示して
いる。さらに、□は、第２パスＢでの中心角θ₂ を２０
度とし第１及び第３パスＡ，Ｃでの中心角θ₁ ，θ₃ を
それぞれ１５度及び４５度とした比較例である。

【００５１】この図３から分かるように、本願発明に基
づく設定から外れた２つの比較例では、倒れ発生のため
に、高圧下になるほど寸法精度が低下し且つ表面疵発生
が見られた。この結果、実際に使用可能なサイズフリー
範囲が小さくなる。

【００５２】即ち、第１パスＡを平ロールのパスとすれ
ば、サイズフリー範囲は幾何学的に推定すれば広くなる
ように思えるが、センタリング性が低下して噛み出しが
発生するので、逆にサイズフリー範囲は狭くなる。ま
た、中間パスでも真円形成部５ａの中心角θ₂ を小さく
しすぎると倒れによる寸法精度の低下を招き、寸法不良
が多発することとなる。

【００５３】これに対して、本発明に基づく装置を使用
すると、高圧下でも所定の寸法精度が確保され且つ噛み
出しが生じないことが分かる。即ち、本発明に基づく装
置を使用すると、所定の寸法精度を確保し有害な表面疵
も発生しない範囲で且つ同一ロール寸法で製造可能な製
品径の実際のサイズフリー範囲が広がる。

【００５４】以上のことから、製品寸法の精度向上及び
製品表面疵の防止ができる範囲でのサイズフリー範囲が
従来よりも拡大し、もって、目標製品径を変更する際の
ロール交換の頻度が減少する。この結果、ロール交換工
数、や設備停止時間を減少させることが可能となる。

【００５５】さらに、圧延ロールとして同一ロール寸法
を使用し、且つ、ＪＩＳの寸法公差内で且つ有害な表面
疵も生じないという条件において、製造可能な製品径の
サイズフリー範囲は、従来のようにサイジング圧延装置
を２台の４ロール圧延機で構成した場合には、例えば
５．５〜６．０mmφであるのに対し、上記本願発明に基
づく場合には５．５〜６．３mmφとなり、実際に使用可
能なサイズフリー範囲が約１．６倍も広くなることも確
認した。

【００５６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のサイ
ジング圧延装置及び圧延方法においては、所定の製品寸
法精度を確保し且つ製品表面に疵の発生を防止しつつサ
イジング圧延可能なサイズフリー範囲を、従来よりも向
上させることができるという効果がある。

【００５７】これにより、目標製品径の変更に伴うロー
ル効果の頻度が減少し、ロール交換の工数や設備停止時
間を減少させることが可能となる。特に、請求項２に記
載した発明を採用することで、被圧延材７の倒れが防止
されて、さらに、製品寸法精度を向上し且つ製品表面疵
発生を防止してサイジング圧延可能なサイズフリー範囲
が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る圧延設備のパススケ
ジュールを示す図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るサイジング圧延で使
用されるロール形状を示す図であり、（ａ）は第１パス
のものを、（ｂ）は第２パスのものを、（ｃ）は第３パ
スのものをそれぞれ示している。

【図３】減径量と寸法精度との関係を示す図である。

【図４】第１パスでの中心角とセンタリングとの関係を
示す図である。

【図５】被圧延材の長手方向でのセンタリングの状態を
示す図である。

【図６】第２パス以降の中心角と倒れ角との関係を示す
図である。

【図７】倒れ角を説明するための図である。

【図８】従来の噛み出しの状態を示す図である。

【図９】従来のセンタリング不良を示す図である。

【符号の説明】

２ サイジング圧延装置 ３ ４ロール圧延機 ４，５，６圧延ロール ４ａ，５ａ，６ａ真円形成部 ４ｂ，５ｂ，６ｂ逃がし部 ７ 被圧延材 Ｌ パスライン θ₁ 第１パスでの中心角 θ₂ 第２パスでの中心角 θ₃ 第３パスでの中心角 Ａ 第１パス Ｂ 第２パス Ｃ 第３パス

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央に形成された円弧状の真円形成部と
   その真円形成部の左右に連続する適当な逃がし部とから
   なる孔型を備えた圧延ロールを使用する４ロール圧延機
   を、圧延ラインに沿って複数台設置して、断面がほぼ円
   形に圧延された被圧延材をサイジング圧延するサイジン
   グ圧延装置であって、 上記４ロール圧延機を直列に３台以上設置し、各圧延ロ
   ール孔型の真円形成部の中心角を、第１パスで１５度以
   上とし、最終パスで４５度以上とし、その中間のパスで
   ３０度以上に設定したことを特徴とするサイジング圧延
   装置。
2. 【請求項２】 上記各圧延ロール孔型の真円形成部の中
   心角は、後段のパスに向かうにつれて大きくなることを
   特徴とする請求項１に記載したサイジング圧延装置。
3. 【請求項３】 隣合う４ロール圧延機の圧下方向が相互
   に４５度傾いていることを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載したサイジング圧延装置。
4. 【請求項４】 上記４ロール圧延機の上流側に複数台の
   ２ロール圧延機が配置されることを特徴とする請求項１
   から請求項３のいずれかに記載したサイジング圧延装
   置。
5. 【請求項５】 上記請求項１から請求項４に記載した圧
   延装置を使用し、１台以上の上記４ロール圧延機のロー
   ル間隙を変更することで、異なった製品径の線状又は棒
   鋼を圧延することを特徴とする圧延方法。