(57)【要約】  【課題】圧下浸透度に優れ鋼材の内部欠陥の低減効率が極めて高く、高品質の鉄鋼製造に適用することができる傾斜圧延機を提供する。  【解決手段】傾斜圧延機１を、互いに直交するｘｙｚの３軸のうちｚ軸方向に圧延対象である鋼材４を圧延しながら通過させ、この鋼材４と接触する作用面２２，３２同士を離間させた一対の圧延ロール２，３を具備するものとして、両圧延ロール２，３の作用面２２，３２間に位置付けられるｘ軸に対して両圧延ロール２，３の回転軸２１，３１を鋭角をなして傾斜させ、且つこれらの回転軸２１，３１を略平行に配置するとともに、両作用面２２，３２の対向部位を前記ｘｚ平面と略平行となるように構成した。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元空間を規定する相互に直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちｚ軸方向に圧延対象である鋼材を圧延しながら通過させ、当該鋼材と接触する作用面同士を離間させた一対の圧延ロールを具備し、
前記両圧延ロールの作用面間に位置付けられる前記ｘ軸に対して当該両圧延ロールの回転軸を鋭角をなして傾斜させ、且つこれらの回転軸を略平行に配置するとともに、
前記両作用面の対向部位を前記ｘ軸及びｚ軸を含む面と略平行となるように構成していることを特徴とする傾斜圧延機。
【請求項２】
前記両圧延ロールにおける作用面の前記回転軸に対する傾斜角度を、４５°未満の鋭角としている請求項１に記載の傾斜圧延機。
【請求項３】
前記両圧延ロールは同一形状である請求項１又は２の何れかに記載の傾斜圧延機。
【請求項４】
前記両圧延ロールは、中心軸を前記回転軸と一致させた円錐台形状である請求項１乃至３の何れかに記載の傾斜圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内質の優れた鋼材を得ることができる圧延機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼材の製造工程では、鋼材に対する圧下（厚み方向の圧縮）を内部にまで浸透させ、鋼材内部に生じているポロシティ等の内部欠陥を圧着し、鋼材の品質改善を図るべく、分塊圧延が施される。分塊圧延においては、内部欠陥を圧着する際の効果を向上する方法として、１パス当たりの圧下率を高めたり、圧延工程でのトータルの圧下率を増加する方法などが考えられている。このような技術としては、例えば鋼材の表層部と中心部とで温度差を付けることで変形抵抗差を生じさせた状態で圧延することによって、ポロシティの圧着や鋼材の強靱化を図る技術（例えば、特許文献１参照）や、連続鋳造において凝固末期の鋳片に対して、端部よりも中央部の径が大きいロールを用いて中央部に重点的な圧下を加えることで内部欠陥の圧着を図る技術（例えば、特許文献２参照）を挙げることができる。
【特許文献１】特公平６−８４５２３号公報
【特許文献２】特公平２−５６９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１に記載の技術では、鋼材の表層部の変形抵抗が中心部に比べて大きくなるためにロール反力が増大し、そのために１パスあたりの圧下率を大きくすることができず、圧下が鋼材内部まで浸透しないこととなってしまう。その結果、ポロシティを圧着するためには、何パスもの圧延を繰り返して行う必要が生じ、結局は非効率な圧延となる。
【０００４】
また、特許文献２に記載の技術は連続鋳造末期の内部欠陥の低減を目的としたものであり、それについては有用なものといえるが、鋼材に溝が形成されるため形を整えるという目的もある分塊圧延には、同技術を適用することはできない。
【０００５】
さらに、上述した各文献に記載の技術も含めて従来の分塊圧延では、圧延用の対ロールには円筒状の平ロールや孔型ロール
であるため、圧延対象である鋼材がロールと接触するコーナー部分に変形が集中してしまい、鋼材の表面だけが幅方向に変形し、ロールによる圧下を加えてもその圧下が鋼材の中心部まで浸透しない。このため、鋼材内部のポロシティが圧着されにくいという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、圧延ロールの回転軸と鋼材への接触面の角度を工夫することで、圧下浸透度に優れ鋼材の内部欠陥の低減効率が極めて高く、高品質の鉄鋼製造に適用することができる傾斜圧延機を提供することを、主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明は、三次元空間を規定する相互に直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちｚ軸方向に圧延対象である鋼材を圧延しながら通過させ、この鋼材と接触する作用面同士を離間させた一対の圧延ロールを具備し、両圧延ロールの作用面間に位置付けられるｘ軸に対して両圧延ロールの回転軸を鋭角をなして傾斜させ、且つこれらの回転軸を略平行に配置するとともに、両作用面の対向部位を前記ｘ軸及びｚ軸を含む面と略平行となるように構成していることを特徴とする傾斜圧延機である。
【０００８】
このような一対の圧延ロールを備えた傾斜圧延機においては、両圧延ロールの回転軸をｘ軸に対して鋭角で傾斜させているにも拘わらず両作用面を共に鋼材に略平行に接触させることができるため、鋼材をｚ軸方向へブレなく送りながら圧延することができる。その際に、作用面の各点で回転軸からの距離が異なるため、作用面には異周速が生じ、鋼材に対して全方向に剪断変形を生じることとなり、一対の圧延ロールによる圧下が鋼材内部まで浸透させることができる。その結果、鋼材の内部欠陥（ポロシティ）を効率的に圧着できることとなり、従来の圧延機よりも少ないパス数で内部品質の優れた鋼材を短時間で製造することが可能となる。
【０００９】
特に、鋼材に対する圧下率を好適なものとするには、両圧延ロールの作用面の回転軸に対する角度は、４５°未満の鋭角とすることが好ましく、さらには５°以上３０°未満とすることが望ましい。作用面の回転軸に対する角度を４５°以上とすると、作用面と鋼材表面との間に過剰な滑りが生じ、却って適切な圧下が確保されず、また傾斜圧延機自体の大型化を招くこととなり、好ましくない。
【００１０】
圧延ロールの製造上の効率化、及び鋼材の圧延ロール間の進行の安定化の観点からは、両圧延ロールは同一形状とすることが有効となる。すなわち、例えば、円錐の頂角は同じでも二つのロールの径が異なる場合、大径ロールと小径ロールの周速差が大きくなり、剪断がよりきつく働くという効果が出てくるが、その結果として、圧延材の形状が非対称になる、あるいは摩擦のかかりかたが非対称になる等の弊害が出るおそれがあり、ひいては圧延中に材料がロール中央から側面の側に寄っていってしまう等、材料の位置制御を必要とする様な状況が招来される危険性が上昇する。従って、両ロールはほぼ同一形状が望ましい。
【００１１】
このような両圧延ロールの好ましい具体的形状には、中心軸を前記回転軸と一致させた円錐台形状を挙げることができる。すなわち、中心軸と回転軸が一致しないと、圧延面が圧延軸方向に一定の形状にならない（換言すれば、波打つ）ために形状の安定した製品ができないからである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋼材をｚ軸方向に進行させながら圧延するために、一対の圧延ロールの回転軸をｘ軸に対して傾斜させて略平行に配置し、且つ一対の圧延ロールの作用面をｘ軸とｘ軸を含む面と略平行となるようにしていることから、作用面に生じる異周速により全方向に剪断変形を生じさせて鋼材内部のポロシティを効率的に圧着することが可能となり、少ない回数で内部欠陥が極めて少なく高品質の鋼材を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１〜図３に示すこの実施形態は、本実施形態に係る傾斜圧延機１の内部主要構成である主として一対の圧延ロール２，３と、これらの圧延ロール２，３によって圧延される鋼材（以下、「鋼片」と称する）４とを示す図である。図１は傾斜圧延機１の内部を示す正面図、図２は同側面図、図３は同平面図である。ここで、各図においてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、相互に直交して所定の３次元空間を規定するものであり、鋼片４の進行方向における
中心にｚ軸を規定し、鋼片４を進行方向手前側から見る方向を正面方向としている。鋼片４は、分塊圧延に用いられる一般的な鋼材からなる四角柱である。この鋼片４は、未だ比較的柔らかい状態で傾斜圧延機１に供給され、内部には図示しないポロシティが存在している。
【００１５】
圧延ロール２，３は、共に同一の円錐台形状をなすものであり、ｘ軸及びｚ軸を含む平面（ｘｚ平面）を挟んで鋼片４を圧延できる程度にｙ軸方向に適宜距離だけ離して対向させ、ｘ軸方向に左右反対を向くように配置されている。これら各圧延ロール２，３の中心軸２１，３１は、共にｘｚ平面に対して所定角度傾けられて互いに平行となるように、図示しない軸受により等速回転可能に支持されており、両者の回転方向は互いに反対方向に設定されている。以下、中心軸２１，３１を何れも「回転軸」と称する。さらに、各圧延ロール２，３の傾斜面２２，３２は、鋼片４に直接接して圧延する機能を有しており、鋼片４に接する傾斜面２２の底部と傾斜面３２の上部（両傾斜面２２，３２の対向端）がｘｚ平面と平行となるように設けられる。以下、傾斜面２２，３２を鋼片４に対する「作用面」と称する。この作用面２２，３２のそれぞれの圧延ロール２，３の回転軸２１，３１に対する傾斜角度（ロール傾斜角）をθとする。すなわち、回転軸２１，３１は、ｘ軸に対して角度θだけ傾けて配置されていることになる。
【００１６】
このような一対の圧延ロール２，３を備えた本実施形態の傾斜圧延機１では、各図に矢印で示すように、各回転軸２１，３１から作用面２２，３２における鋼片４に対する接触点までの距離に従って、周速が異なることになる。各図では、周速の大きさを矢印の長さで模式的に示している。すなわち、作用面２２，３２のうち回転軸２１，３１から近い部位では周速が小さく、回転軸２１，３１から遠い部位では周速が大きい。このため、鋼片４に対して接触する作用面２２，３２の各点で異周速が生じるため、鋼片４に対して全方向に剪断変形が生じることとなり、両圧延ロール２，３による圧下が鋼片４の内部にまで浸透する。したがって、鋼片４の内部に存在するポロシティが効率的に圧縮されて押し潰されるので、鋼片４をその縦横を変えて本傾斜圧延機１に数パスずつ通過させるだけで、内部欠陥をほぼ消失させた品質の良い鋼片４とすることができる。
【００１７】
ここで、各圧延ロール２，３において、作用面２２，３２の回転軸２１，３１に対するそれぞれのロール傾斜角θは、４５°以下の適宜の鋭角とすればよい。ロール傾斜角θが４５°よりも大きくなると、作用面２２，３２が鋼片４の表面を滑って効果的な圧延が困難となり、また傾斜圧延機１の大型化を招くことになる。一方、ロール傾斜角θが小さすぎると、作用面２２，３２の各点における周速差が小さくなるため剪断変形の効果が得られにくくなる。望ましくは、ロール傾斜角θは５°以上３０°以下とすることが好適である。
【００１８】
また、圧延ロール２，３は、鋼片４を圧延できる範囲でｘ軸の±方向（図１では左右）にシフト（ロールシフト）させてもよい。このようにした場合、鋼片４に対する作用面２２，３２各点における周速差の拡大に伴って、上述した剪断変形を助長する傾向が一層強くなるため、作用面２２，３２の摩擦が均一化し、ポロシティもより潰れやすくなるが、ロールシフトは傾斜圧延機１の過度な大型化を招かない程度に留めておくことに留意すべきである。
【００１９】
さらにまた、各圧延ロール２，３の離間距離、回転軸２１，３１の支持角度や、回転速度を適宜調節できるように構成することなど、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【実施例】
【００２０】
本実施例では、上述した本発明の実施形態に係る傾斜圧延機１の実験機を用い、鋼片４の代用としてモデリングクレイからなる試験片４’を適用することで、試験片４’の圧下率の違いによる圧延ロール２，３における作用面２２，３２のロール傾斜角θと試験片４’内部における孔４１’のアスペクト比との関係を調べる圧延試験を行った。ここで、圧下率とは、図４（ａ）に示すように、圧延による試験片４’の厚みの変化率であり、試験片４’の圧延前（左側）の高さ寸法Ｈ０と圧延後の高さ寸法Ｈの差を、圧延前の高さ寸法Ｈ０で除した値を百分率で示したものである。また、アスペクト比とは、同図（ｂ）に示すように、鋼片４の内部に形成されるポロシティを模して、試験片４’の内部に形成した孔４１’（圧延前は円孔である）の高さｂの横幅ａに対する比である。
【００２１】
ここで、傾斜圧延機１の実験機における圧延ロール２，３は、円錐台の小さい方の端面の径が７０ｍｍ、大きい方の端面の径が１２０ｍｍのものを使用している。また、試験片４’には、圧延前のサイズとして断面３５ｍｍ四方、長さ１２０ｍｍのモデリングクレイを用い、その断面中央部に直径５ｍｍの孔（円孔）４１’を予め形成している。そして、圧下率を１０％とした場合と２０％とした場合とにおいて、ロール傾斜角θを０°〜２０°までの５°刻みで変化させた際の圧延（１パス）後の孔４１’のアスペクト比を測定した。
【００２２】
図５に、圧下率１０％の場合における各ロール傾斜角θ（（ａ）０°、（ｂ）５°、（ｃ）１０°、（ｄ）１５°、（ｅ）２０°）とした際の圧延後の試験片４’の断面の写真を示す、図６に、圧下率２０％の場合における各ロール傾斜角θ（（ａ）０°、（ｂ）５°、（ｃ）１０°、（ｄ）１５°、（ｅ）２０°）とした際の圧延後の試験片４’の断面の写真を示す。これら各図から分かるように、圧下率１０％の場合も２０％の場合も同様に、ロール傾斜角θが０°〜２０°の間では、このロール傾斜角θが大きくなるほど孔４１’が上下により押し潰されるようになる。また、同じロール傾斜角θで比較した場合、圧下率が１０％の場合よりも２０％の場合の方が、孔４１’が上下により押し潰されるようになる。この試験結果を図７にグラフとして示す。同図から明らかなように、同じ圧下率では、ロール傾斜角θが大きくなるほど孔４１’のアスペクト比が小さくなり、同じロール傾斜角θでは、圧下率を大きくするほど孔４１’のアスペクト比が小さくなるという結果が得られた。
【００２３】
この結果から、圧下率を大きくし、且つ４５°未満の鋭角でロール傾斜角θを大きく設定すれば、鋼片４の内部のポロシティを効率よく押し潰し、少ないパス数でポロシティを圧着して内部欠陥を効果的に低減し、内部品質の優れた鋼材を得ることができることが裏付けられた。なお、圧下率は大きくしすぎると、ロール反力が大きくなったり、接触部の幅広がりが大きくなったりするので、従来の圧延では５〜２０％に設定されていることが通例であり、本発明においても２０％程度が適当であると考えられる。また、ロール傾斜角は大きくしすぎると、設備の巨大化や横断面での過剰な剪断変形を招くことや、図７におけるグラフの傾きから圧下浸透効果を考慮すれば、３０°程度が適切であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る傾斜圧延機の内部主要構成を示す正面図。
【図２】同傾斜圧延機の内部主要構成を示す側面図。
【図３】同傾斜圧延機の内部主要構成を示す平面図。
【図４】本発明を適用した実施例における圧延率及びアスペクト比の説明図。
【図５】同実施例における圧延率１０％の場合の各ロール傾斜角θの試験片の断面写真を比較して示す図。
【図６】同実施例における圧延率２０％の場合の各ロール傾斜角θの試験片の断面写真を比較して示す図。
【図７】同実施例における圧延率１０％と２０％とした場合のロール傾斜角とアスペクト比との関係をグラフで示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１…傾斜圧延機
２…圧延ロール
３…圧延ロール
４…鋼片（鋼材）
２１…回転軸
２２…作用面
３１…回転軸
３２…作用面
θ…作用面のロール傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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