JPS63248510A - 棒鋼・線材の熱間連続圧延における圧延材の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、棒鋼・線材の熱間連続圧延ラインにおいて行
なう強制水冷による圧延材の冷却、特には結晶粒の微細
均一化や高靭性、高強度化等の圧延材の品質向上を目的
として圧延工程中に行なう仕上圧延温度制御のための強
制冷却手段の改善に関する。

（従来の技術） 棒鋼・線材の熱間連続圧延ラインにおいては、圧延材に
おけるスケールの生成抑制、機械的性質のコントロール
、ハンドリングの効率化等のために、圧延とともに強制
水冷により圧延材の冷却を行なうことは周知である。第
９図は前記圧延ラインの一般的な１例を示しているが、
加熱炉２０より送出される棒鋼・線材は、上下一対の圧
延ロール組２１ａ〜２１ｘの複数組が直列状に列設され
る粗圧延機列２１により粗圧延され、次いで上下１対の
圧延ロール組２２ａ〜２２ｘの複数組が直列状に列設さ
れる中間圧延機列２２により中間圧延され、更に上下一
対の圧延ロール組２３ａ〜２３ｘの複数組が直列状に列
設される仕上圧延機列２３により仕上圧延され、製品冷
却帯２５による冷却を経て冷却床２６または巻線機２７
に送られるのである。先に述べたスケール生成の抑制、
機械的性質のコントロール、ハンドリング等のための強
制水冷は、従来は前記した仕上圧延後の製品冷却帯２５
において行なわれる。

近年は結晶粒の微細均一化や高靭性高強度化等の、圧延
材の品質向上を目的として仕上圧延温度を制御するため
の、所謂制御圧延のために主として仕上圧延前の圧延工
程中に、第９図に示すように中間圧延機列２２と仕上圧
延機列２３との間に中間冷却帯２４を設け、ここで圧延
材に対して強制水冷を実施することも行なわれているこ
とも既知である。またかかる熱間連続圧延において、機
械的性質等の向上による圧延材のより高品質化のために
は、より微細均一な組織の実現が望まれておるとともに
、そのためには熱間圧延温度域（オーステナイト域）で
あって、可及的低い温度域下で圧延する必要があること
もよく知られている事実であり、更に棒鋼・線材等の長
尺連続素材のロール圧延においては、圧延材の仕上り品
質により大きな影響を持つ中間圧延機列２２以降の圧延
に当り、直列状に並ぶ上下一対組の各圧延ロールにおい
て、「丸」断面、「オーバル（楕円）」、「丸」断面と
、その断面形状を交互に変更圧延することにより断面を
逐次減少させ、所定の最終寸法とされた「丸」断面の圧
延材として仕上げるのが通例であることも既知である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の棒鋼・線材の熱間連続圧延方式における
問題点は、結晶粒の微細均一化や高靭性高強度化等の品
質向上を目的として仕上圧延温度を制御するために、中
間および仕上圧延工程で行なう強制水冷についてである
。即ち先にも述べたように中間圧延機列２２以降におい
ては、その断面形状を１丸」−「オーバル」＝「丸」の
ように交互に変換して圧延を行なうのであり、このため
かかる圧延工程においての冷却においては、圧延材の均
一冷却が得られないのであり、この理由を第１Ｏ図乃至
第１３図に亘って説示する。即ち第１０図は断面形状の
交互変換を示すもので、一対の圧延ロール組によりその
断面「丸」形状の圧延材５１としたものを、次の一対の
圧延ロール組においてはカリバー形状の変更によって、
その断面「オーバル」形状の圧延材５２として、次の一
対の圧延ロール組では前記オーバル圧延材を、再びその
断面「丸」形状の圧延材５３に変換圧延するように、「
丸」→「オーバル」→「丸」を交互に反復することによ
り断面減少を行なうのであり、一方これら圧延材に対す
る強制水冷に当っては、従来第１１図乃至第１３図に例
示する冷却方式が採用されていることも既知である。第
１０図に示したものは、圧延材の通過可能とされた口径
の冷却管６０における圧延材の入側および出側に環状ノ
ズル部６１が設けられるとともに、同ノズル部６１を包
囲して冷却水供給部６２が設けられ、冷却管６０の上部
周面には空気抜き口６３が穿設されるとともに、下部周
面には排水口６４が穿設されたもので、６５は環状ノズ
ル部６１の正面部を示している。また第１２図に示した
ものは、同様の冷却管７０における圧延材の入側および
出側にスリットノズル７１を、同ノズル７１を包囲する
冷却水供給部７３とともに形成したものであり、これら
両図に示したものは、何れも管内への冷却水の連続供給
により、矢印で示すように圧延材が管内通過とともに冷
却水によって浸漬状或はスプレィ状に冷却される処の、
所謂浸漬冷却管およびスプレィ冷却管と呼ばれるもので
ある。更にまた第１３図に示したものは、「丸」圧延材
３２の冷却を示しているが、圧延材３２の上下左右の各
対称位置において、複数個のスプレィノズル３１群が定
間隔に列設配置され、各ノズル３１よりのスプレィ水３
３によって冷却を行なうようにしたものを示している。

従ってこれら浸漬冷却管６０またはスプレィ冷却管７０
、あるいはスプレィノズル３１により、圧延材の所要冷
却を行なう際、軸対称形状の断面「丸」圧延材に対して
は全面均一な冷却が可能であるとしても、軸非対称形状
である断面「オーバル」圧延材に対しては均一冷却が困
難であるため、その強制水冷を実施することができず、
「丸」→［オ−パル」−「丸」の交互に反復される圧延
工程において（先に述べた制御圧延のための圧延工程）
、冷却を実施するには断面「丸」圧延材のみに限定され
る。このことは圧延材温度を低下させるにも限界を生じ
ることになり、熱間圧延温度域（オーステナイト域）に
おいて、可及的低い温度域で圧延することが実現できな
いことになるのである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の問題点を解決するために、圧延材高品
質化のために必要とされる仕上圧延温度を制御する処の
、所謂制御圧延のために圧延工程中において行なう冷却
手段を改善することにより、断面形状の如何に左右され
ることなく均一な冷却結果が得られるようにし、併せて
これにより熱間圧延温度域における可及的低温度域での
圧延を可能とする温度降下量が得られるようにしたもの
で、具体的には、棒鋼・線材を粗圧延、中間圧延および
仕上圧延の順に熱間連続圧延するとともに仕上圧延温度
制御のための強制冷却を行なうに当り、圧延材をその断
面丸形およびオーバル形に交互に変換して圧延を行なう
工程において、断面丸形の圧延材に対しては浸漬冷却管
通過による冷却を施すとともに、断面オーバル形圧延材
に対しては浸漬冷却管およびそ入側、出側に同寸パール
形圧延材の上面および下面に配置したスプレィノズルを
もちいて冷却を連続して施すことにより、圧延材の断面
周方向に亘る均等冷却を、断面オーバル形の両エツジ部
分における過冷却の防止下に行ない、かつ前記浸漬冷却
管およびスプレィノズル両者の冷却能力によって所要温
度降下を得ることにある。

（作　用） 本発明の前記した技術的手段によれば、圧延材が中間圧
延機列以降において、相並ぶ上下一対の圧延ロール組（
図示省略）により、断面「オーバル」形の圧延材に圧延
成形され、次いで断面「丸」形の圧延材１０に圧延成形
され、更に圧延材が次の圧延ロール組を介し再び断面「
オーバル」形の圧延材として連続的に圧延成形される処
において、該圧延材に対する強制冷却を施すに当り、断
面「丸」形の圧延材は、第１図に示されるように先に第
１０図において説示したと同様の、冷却管９の軸方向両
端、即ち「丸」膨圧延材の入側と出側とに、冷却水供給
部１２によって囲まれた環状ノズル部１１を備え、管体
上部周側に空気抜き口１３を列設し、下部周側には排水
口１４を設けた浸漬冷却管通過による冷却を行ない、こ
れに対しこの「丸」膨圧延材１０の前後に続く断面「オ
ーバル」形の圧延材１９゜１９に対する冷却を施すに当
っては、第１．２図に示されるように、浸漬冷却管９お
よび該圧延材１９の短軸方向の上下両面の各中央位置に
、かつ１個乃至は２個程度のスプレィノズル１５．１６
およびスプレィノズル１７．１８を配置し、浸漬冷却管
および各ノズルよりのスプレィ水によって冷却を行なう
ことにより、断面「丸」形の圧延材１０においては浸漬
冷却管９による浸漬冷却によるため、既知のようにその
断面周方向に亘る適正冷却が得られるとともに、断面「
オーバル」形の圧延材１９．１９においても、浸漬冷却
管およびその入側、出側に同「オバール」膨圧延材の上
下両面に配置したスプレィノズル１５．１６および１７
．１８による組合せ冷却により、その肉厚の薄（なる圧
延材１９の長軸方向の両端、即ちエツジ部Ｈ，Ｈの過冷
却を生じることなく、その断面周方向に亘る適正冷却が
得られるのであり、更には従来のように断面「丸」形の
圧延材のみの冷却で、断面「オーバル」形の圧延材に対
しては放置しているものに対し、第１図および第２図に
示した組合せ冷却による断面「オバール」膨圧延材の均
等冷却によって、断面丸形およびオバール形の両圧延材
の冷却が可能となるため、熱間圧延温度域（オーステナ
イト域）内での、可及的低い温度域での圧延に適した温
度降下量を容易に得られることになるのである。

（実施例） 本発明による冷却方法の適切な実施例を、第１図乃至第
８図に亘って説示する。

第６図に示したものは、本発明方法を実施する棒鋼・線
材の熱間連続圧延ラインの１例を示しているが、ビレッ
トの加熱炉２０に続いて粗圧延機列２１、中間圧延機列
２２および仕上圧延機列２３が直列状に配設されてライ
ンを構成する。これらの各圧延機列２１．２２．２３に
亘ってそれぞれ上下一対の圧延ロール組による第１から
第１６に亘る圧延機１〜１６が図示のように配分される
。中間圧延機列２２と仕上圧延機列２３との間には中間
冷却帯２４が設けられるとともに、仕上圧延機列２３と
冷却床２６との間には後段冷却帯２５が設けられており
、これら冷却帯２４．２５には圧延材に対して冷却水を
供給する冷却装置２７．２８が設置され、両冷却装Ｗ２
７．２Ｂは例えばプロセスコントロールコンピュータ等
を含む自動制御装置２９によって、その冷却水流量が制
御されるとともに、装置２９と連結して、中間圧延機列
２２における第９圧延機９の入側に圧延材の表面温度を
測定する温度計３０、仕上圧延機列２３における第１６
圧延機１６の出側に、強制冷却後の圧延材における仕上
げ表面温度を測定するための温度計３１、また後段冷却
帯２５における出側に強制冷却後の圧延材の表面温度を
測定する温度計３２がそれぞれ設けられるのである。ま
たいうまでもなくこのラインにおいて中間圧延機列２２
以降においては、各圧延機毎に先に述べた断面「丸」形
−断面「オーバル」形−断面「丸」形の断面変換による
圧延成形が行われるものである。

上記したラインにおいて、１５５Ｎ口径のビレソ）　（
５４８Ｃ）を粗圧延機列２１および中間圧延機列２２に
よって４５φの棒鋼に圧延し、これを中間冷却帯２４に
おいてその表層部に適冷組織が生成しないように冷却し
く冷却開始温度９４０℃、冷却水流量２００ｒｄ／Ｈｒ
、冷却時間２．５　ｓｅｃ　）　、仕上圧延開始前の圧
延材温度を約８４０℃とした後、仕上圧延機列２３によ
り仕上圧延を実施して３０φ棒鋼に仕上げ成形した。こ
のさい同仕上圧延機列２３における第１４圧延機〜第１
５圧延機間における断面「丸」形の圧延材とともに、そ
の前後における第１３圧延機〜第１４圧延機および第１
５圧延機〜第１６圧延機間における断面「オーバル」形
の圧延材に対して、本発明による冷却手段、即ち第１４
圧延機１４〜第１５圧延機間における断面「丸」膨圧延
材に対しては浸漬冷却管による強制冷却、また第１３圧
延機１３〜第１４圧延機１４問および第１５圧延機１５
〜第１６圧延機１６間における各断面「オーバル」膨圧
延材に対しては浸漬冷却管とスプレィノズルの組合せに
よる強制冷却を行なったものであり、この結果、仕上圧
延機列２３では圧延材温度は上昇することなく、その第
１６圧延機１６を出た直後の仕上圧延温度は約８３０　
ｔであることが温度計３１によって確認できたもので、
これにより従来よりも低温度域での圧延が実現できたも
のである。

第７図に得られた棒鋼の断面組織を図面代用写真によっ
て示す通り、その全断面内できわめて微細かつ均一なフ
ェライト・パーライト組織（結晶粒度１０．０〜９．０
）が得られた。これに対し仕上圧延機列２３において、
第１４圧延機１４〜第１５圧延機１５間における断面「
丸」膨圧延材のみを強制冷却し、断面「オーバル」膨圧
延材の強制冷却を行なわない従来手段のものでは、その
仕上圧延温度は約９゜０℃となり、かつ第８図にその得
られた棒鋼断面組織を図面代用写真によって示す通り、
従来手段の制御圧延材と同程度の組ｍ（結晶粒度８．５
〜７゜５）にとどまり、彼我の優劣は明らかである。

本発明による冷却手段によって、圧延材の断面周方向に
亘る均等冷却を、断面オーバル形の両エツジ部分におけ
る過冷却の防止下に行なえるとともに、仕上圧延に必要
な所要温度降下量が容易に得られる理由は、以下の解析
に基づくものである。

即ち棒鋼・線材等のような孔型圧延形式のものでは、そ
の圧延材は一般に断面内で不均一な変形を受ける。従っ
て断面「オーバル」圧延材は次の「丸」孔型において冷
却の影響を受ける表層部も不均一に変形するため、「オ
ーバル」膨圧延材で周方向に均一な冷却が、次の「丸」
膨圧延材では必ずしも周方向に均一とはならない。この
ため「丸」膨圧延材で表層部が均一となるような「オー
バル」膨圧延材における表層部の周方向の厚さ分布を圧
延基礎実験により求め、強制水冷時の周方向における表
層適冷層（「オーバル」膨圧延材の周方向における冷却
強さは、表層部の適冷層の厚みで評価した）分布が、こ
のような表層部の周方向における厚さ分布に略等しくな
るように、「浸漬冷却管＋スプレィノズル」による組合
せ冷却の適正化を行なったものである。先に第１図およ
び第２図に示した本発明による浸漬冷却とスプレィ冷却
装置を用いた「オーバル」型圧延材の基礎冷却実験によ
り求めた表層部の適冷層分布を第３図に示す。但しその
冷却条件は総冷却水量４０ｒｒｒ／Ｈｒ、総冷却時間２
．５　ｓｅｃ　、冷却開始温度９２０℃である。

同図において３４は基準冷却パターン（第１層）、３５
は基準冷却パターン（第２層）、３６は表層部適冷層で
あり、このさいその水冷に当っては、スプレィノズル１
５〜１８からのスプレィ冷却水が、圧延材の上、下両面
の冷却のみに作用し、エツジ部Ｈには直接光らないよう
に、ノズル角度を調節し、また上述の基礎実験で求めた
表層部の厚さ分布を破線で示している。この実施例から
、浸漬冷却とスプレィ冷却とを併用することにより、「
オーバル」膨圧延材における周方向の冷却能力調節が可
能となり、そのエツジ部Ｈの不適度の適冷を防止するこ
とができ、周方向に適正な冷却パターンの得られること
が判明する。本発明に対する比較例として、第４図は浸
漬冷却管のみを用いた「オーバル」膨圧延材における表
層部の適冷層分布図であり、また第５図はスプレィノズ
ルのみを用いた同様適冷層の分布図であり、冷却条件は
第３図の場合と同様である。第４図において４４は基準
冷却パターン（第１層）、４５は基準冷却パターン（第
２層）、４６は表層部適冷層、また第５図において５４
は基準冷却パターン（第１層）、５５は基準冷却パター
ン（第２層）、５６は表層部適冷層をそれぞれ示してい
るが、両図において明らかなように、第４図の浸漬冷却
管のみを用いた冷却方式のものでは、「オーバル」形の
短軸方向の上下両面の冷却に比べ、両エツジ部Ｈに著し
い適冷が生じ、また第５図のスプレィノズルのみを用い
た冷却方式のものでは、周方向に亘る冷却は不均一であ
り、何れも適正冷却のなされていないことが判明する。

本発明における冷却手段において、断面「丸」膨圧延材
に用いる浸漬冷却管と断面「オーバル」膨圧延材に用い
るスプレィノズルとの流量比（浸漬冷却管／スプレィノ
ズル）は１〜５の範囲が妥当である。これは前記流量比
が５を越えると、特にその楕円率の小さい（−０，３、
実用範囲０．３〜０．６）オーバル圧延材では、その短
軸方向の上下両面に比べ、エツジ部の過冷却が顕著とな
り、また流量比が１以下になると、楕円率の大小を問わ
ず、逆に短軸方向の上下両面の冷却強さが増大し、何れ
の場合でも適正冷却パターンが得られなくなるためであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、従来の浸漬冷却管あるいはスプレィノ
ズル単独による圧延材冷却では達成できなかった圧延材
周方向の冷却能力の調節が可能となり、断面「オーバル
」膨圧延材のように非軸対称形状の圧延材に対しての適
正な冷却を実現できる点において優れた効果がある。即
ち浸漬冷却管によれば、一般に圧延材はその断面周方向
に同等の冷却能力で冷却されるのであるが、軸対称形状
の場合にのみ妥当し、この冷却管で断面「オーバル」膨
圧延材を冷却すれば、質量効果によりその上、下面に比
べてエツジ部が適冷され、断面周方向に著しく不均一な
冷却となる。本発明においてはこの断面「オーバル」膨
圧延材のエツジ部が、上下両面に比べて過冷却とならな
いように、浸漬冷却管の冷却能力を調節しく具体的には
冷却水量の減少）、上下両面の冷却を該冷却管の入側、
出側に設置したスプレィノズルの冷却能力で補うことに
より、断面周方向の適正な冷却し、しかも断面「丸」、
断面「オーバル」を問わず連続冷却することにより、制
御圧延のために必要かつ最適な温度降下が得られるので
ある。このさい「オーバル」膨圧延材の形状（楕円率、
寸法）の変化に対しても、浸漬冷却管とスプレィノズル
との流量比およびスプレィ角度の変化で、常に適切に対
処できるのであり、これによって仕上圧延機列のみなら
ず中間圧延機列においても、各圧延機間で連続して冷却
することも可能で、従来の丸圧延材のみに対する冷却に
比し、より低温域においての一様な圧延が可能となる。

しかもその結果は先に第７．８図において説示したよう
に、組織のより微細な均一化が得られ、このことは各種
機械的性質（延性、衝撃値等）の向上がもたらされるも
ので、圧延材の高品質化に著しく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法実施例としての冷却手段構成をもつ
冷却装置縦断正面図、第２図は同スプレィ冷却要部横断
面図、第３図は本発明方法による表層部適冷層分布図、
第４図は浸漬冷却管のみによる同分布図、第５図はスプ
レィノズルのみによる同分布図、第６図は本発明方法を
実施する熱間連続圧延ライン１例の全体図、第７図は本
発明方組織拡大部分図、第９図は一般的な従来の熱間連
続圧延ライン１例の全体図、第１０図は圧延形状の「丸
」、「オーバル」交互変換を示す断面図、第１１．１２
図は従来の浸漬冷却管およびスプレィ冷却管各側の部分
断面を含む縦断正面図、第１３図は同スプレィノズル冷
却手段の部分断面を含む縦断正面図である。 ９・・・浸漬冷却管、１０・・・断面「丸」彫工延材、
１５〜１８・・・スプレィノズル、２１・・・粗圧延機
列、２２・・・中間圧延機列、２３・・・仕上圧延機列
、２４・・・中間冷却帯、２５・・・後段冷却帯、１９
・・・断面「オーバル」型圧延材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）棒鋼・線材を粗圧延、中間圧延および仕上圧延の
   順に熱間連続圧延するとともに仕上圧延温度制御のため
   の強制冷却を行なうに当り、圧延材をその断面丸形およ
   びオーバル形に交互に変換して圧延を行なう工程におい
   て、断面丸形の圧延材に対しては浸漬冷却管通過による
   冷却を施すとともに、断面オーバル形圧延材に対しては
   同浸漬冷却管およびオーバル形の上下面に配置するスプ
   レイノズルによる冷却を連続して施すことにより、圧延
   材の断面周方向に亘る均等冷却を、断面オーバル形の両
   エッジ部分における過冷却の防止下に行ない、かつ断面
   丸形およびオバール形の両圧延材の冷却によって所要温
   度降下を得ることを特徴とする棒鋼・線材の熱間連続圧
   延における圧延材の冷却方法。