(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延機用のせん断機であって、スチール製の刃を少なくとも１つ有しており、該スチールの化学組成が、質量百分率で、炭素０．４５〜０．５５％、ケイ素０．１０〜０．３０％、マンガン０．２０〜０．５０％、クロム４．００〜５．５０％、モリブデン２．００〜３．００％、及びバナジウム０．４５〜０．６５％と、鉄及び避けられない不純物である残り部分とからなり、該スチールの微細構造が、焼き戻しマルテンサイトで構成される、せん断機。
【請求項２】
圧延機における請求項１に記載のせん断機の使用であって、前記せん断機が、焼き入れ焼き戻し機の下流で且つ冷却板の上流に配置される、使用。
【請求項３】
請求項２に記載のせん断機の使用であって、前記せん断機が、前記焼き入れ焼き戻し機の下流に配置され、前記焼き入れ焼き戻し機と前記せん断機の間に更なる中間の装置がない、使用。
【請求項４】
請求項１に記載のせん断機の刃を作るための製造方法であって、
・スチールの第１のインゴットを提供する工程であって、該スチールの化学組成が、質量百分率で、炭素０．４５〜０．５５％、ケイ素０．１０〜０．３０％、マンガン０．２０〜０．５０％、クロム４．００〜５．５０％、モリブデン２．００〜３．００％、及びバナジウム０．４５〜０．６５％と、鉄及び避けられない不純物である残り部分とからなる工程と；
・前記第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融を提供し、新たに凝固した第２のインゴットを得る工程と；
・所定の形状を有する刃のブランクが得られるまで、前記第２のインゴットの圧延を提供する工程と；
・それぞれが５９０〜６１０℃及び８４０〜８６０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、１０３５℃〜１０５５℃に含まれるスチールのオーステナイト化温度まで刃を加熱することと、次いで、該刃を真空下で周囲温度まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを提供する工程と；
・５１０℃〜５５０℃の温度での３回の焼き戻しサイクルを提供する工程と
を含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延した長尺製品をせん断するためのせん断機に関し、特には、焼き入れ焼き戻し（Ｑ＆Ｔ）区域の出口にてせん断を直接行うのに適したせん断機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、中間温度範囲で、即ち、冷間せん断温度を超え（それ故に１５０℃を超え）同時に熱間せん断温度未満に（つまり、８００℃未満に）分類できる温度範囲で、圧延した長尺製品をせん断するには、具体的には、圧延製品の表面が該温度範囲の下限に向かう傾向があり、その内部はその上限に向かう傾向があるため、様々な種類の工具スチールが、せん断機の刃を作るために使用されるが、その刃は、十分に頑丈ではなく、それ故に、圧延機に存在する各種せん断機で構成される鎖の性能の観点からすれば、弱い結合を構成する。この弱い結合は、ただ問題になっているせん断機の刃を取り換えるためだけに、圧延機の頻繁な停止を必要としており、それがプログラムされた停止を除いて生じるすべての場合において、かなり余分な維持費及び生産の損失を伴う。
【０００３】
更に、温度範囲１５０〜８００℃では、温度変化それ自体が、せん断した材料の最大単位荷重（ＭＰａ）の顕著な変化を生じ、その結果、硬度に応じた刃それ自体の摩耗速度の顕著な変化を生じ、並びに、せん断を行うためにそれを通して伝達されるエネルギーの顕著な変化を生じることを念頭に置くことが重要である。
【０００４】
現在、圧延機において、圧延された材料の焼き入れ焼き戻し処理を行うのに適し、冷却板の上流に位置する焼き入れ焼き戻しボックス（ＱＴＢ）の下流で中間温度にてせん断するためのせん断機は、以下のことを想定している：
・冷間せん断用の工具スチールで作られた刃の使用である。これは、二次硬度ピーク（スチールの焼き戻しダイアグラムを参照）周辺での焼き戻しによる熱処理によって、その材料の最大靱性を、硬度の比較的小さな損失と、結果として生じる耐摩耗性の損失とを犠牲にして、得ることを可能にする。これら刃は、二次ピーク周辺での焼き戻しにもかかわらず、高い耐摩耗性を示すが、熱衝撃に耐えることができず、より低い温度範囲で用いる場合、それらの靭性は、多くの場合、せん断、特にはより実質的な厚さのせん断を行うのに不十分となる。これらの影響は、深面割れの形成につながり、刃の更なる使用を危うくし、その破損を引き起こす；
・或いは、熱間せん断用の工具スチールで作られた刃の使用である。これは、このカテゴリーに予測される標準的な熱処理を受けた後に、実質的な厚さの冷間せん断を行うのにも十分な高い靱性と、良好な耐熱衝撃性とを示すが、反対に、上述したスチールよりも低い耐摩耗性を持ち、軟らかすぎで、それ故に、せん断した棒によって跡が付き易い。
【０００５】
上述した２種類の刃の違いは、炭素及びクロムの異なる濃度によるものであるが、それは、冷間せん断用の工具スチールの場合により高く、それ故に、二次硬度ピーク近くでの熱処理後に、より高い値の硬度と耐摩耗性を得ることを可能にする。第二に、より高い濃度のモリブデンは、炭素濃度の低下と組み合わされ、熱間加工用の工具スチールによって、より大きな靱性と改善された耐熱性とが達成されることを可能にする。
【０００６】
要するに、操作上の観点からすれば、冷間せん断用の工具スチールの使用は、例えばそれらが良好な耐摩耗性を示しても、刃それ自体の切断端に生じる割れのために早期の刃の交換を必要とし；一方、熱間せん断用の工具スチールの使用は、それらが満足できる靱性及び耐熱衝撃性を特徴としても、その低い硬度のために、刃の切断面の跡と、切断端の迅速な艶消しとをもたらし、それ故に、迅速な摩耗をもたらすと言うことができる。更に、冷間せん断用の工具スチールで作られた刃の使用は、前述の冷却を想定した場合、刃それ自体の冷却ができない。
【０００７】
従って、上述の欠点を克服することを可能にするせん断機が必要である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の主な目的は、熱間せん断用の工具スチールの群に典型的な靱性及び耐熱衝撃性の特徴を有し、同時に冷間せん断用の工具スチールに典型的な表面硬度及び耐摩耗性の充分に高い特徴を有する刃を少なくとも１つ備えたせん断機を発明することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、長尺製品のための圧延ラインにおいて、既知のせん断機と比べてより優れた効率で且つより長い時間、それらの焼き入れ焼き戻し熱処理の下流にて、１５０〜８００℃の切断材又は棒の温度で、切断材又は棒のせん断を行うことができるせん断機を発明することにある。
【００１０】
本発明の更なる目的は、上述の結果を達成できるようにするせん断機の刃の関連した製造方法を提供することである。
【００１１】
そこで、本発明は、請求項１に従い、スチール製の刃を少なくとも１つ備えており、該スチールの化学組成が、質量百分率で、炭素０．４５〜０．５５％、ケイ素０．１０〜０．３０％、マンガン０．２０〜０．５０％、クロム４．００〜５．５０％、モリブデン２．００〜３．００％、及びバナジウム０．４５〜０．６５％と、鉄及び避けられない不純物である残り部分とからなり、該スチールの微細構造が、焼き戻しマルテンサイトで構成される、圧延機用せん断機を提供することによって、先に論じた目的を達成することを提案する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、請求項４に従い、以下に示す段階を含むせん断機の刃の製造方法を想定する：
・スチールの第１のインゴットを提供する段階であって、該スチールの化学組成が、質量百分率で、炭素０．４５〜０．５５％、ケイ素０．１０〜０．３０％、マンガン０．２０〜０．５０％、クロム４．００〜５．５０％、モリブデン２．００〜３．００％、及びバナジウム０．４５〜０．６５％と、鉄及び避けられない不純物である残り部分とからなる段階；
・前記第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融を提供し、新たに凝固した第２のインゴットを得る段階；
・所定の形状を有する刃のブランクが得られるまで、前記第２のインゴットの圧延を提供する段階；
・それぞれが５９０〜６１０℃及び８４０〜８６０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、１０３５〜１０５５℃に含まれるスチールのオーステナイト化温度まで、刃を加熱することと、次いで、該刃を真空下で室温まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを提供する段階；
・５１０℃〜５５０℃の温度での３回の焼き戻しサイクルを提供する段階。
【００１３】
本発明のせん断機及び方法は、以下に示す利点を可能にする：
・刃又はナイフの実用寿命を、小径（約１６ｍｍ）の棒で約５倍、及び大径（約２５ｍｍ〜３２ｍｍ）の棒で約２．５倍、増大させる；
・刃の交換のために圧延機を停止させる回数を低減し、それ故に、生産の損失、刃の交換等の相対費用を低減する。
【００１４】
骨の折れる長期の調査の後、本発明のせん断機の刃を作製するために使用される材料は、以下に示す量及び熱間せん断用の工具スチールに典型的な合金化元素の特徴と併せて、圧延機用せん断機に現在用いられる冷間せん断用の工具スチールのもの（約０．５％）との間に差が無い炭素含有量を有する：
・材料の弾性の低下を犠牲にして、焼き入れ後の硬度を増加させるため、冷間せん断用のスチールと比較して減少した量のマンガン（Ｍｎ０．５％未満）；
・耐摩耗性及びレジリエンスの低下を減らすため、冷間せん断用のスチールと比較して減少した量のケイ素（Ｓｉ０．３％未満）；
・十分な靱性を維持するため、せん断機の刃に適用するためのスチールに現在使用されているものに等しい量のクロム（Ｃｒ約５％）；
・炭化モリブデンの形成を促進し、耐摩耗性、機械的特性及び耐熱性を増加させる目的で、冷間せん断用のスチールと比較して増大した量のモリブデン（Ｍｏ２．０％以上）；
・非常に微細で、極めて硬い（約２０００ＨＶ）炭化バナジウムの形成を有利に促進し、更には、耐摩耗性を改善し、微細構造を精錬し、切断端をより長い間保持できるバナジウムの存在（Ｖ約０．５５％）。
【００１５】
従属請求項は、本発明の好適な実施態様を記載する。
【００１６】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面の助けを借りて、限定されない例として説明される好適であるが排他的ではないせん断機の実施態様の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従うせん断機の刃の表面微細構造の画像を示す。
【図２】本発明に従うせん断機の刃の厚さの最も深い区域に相当する微細構造の画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に従うせん断機の好適な実施態様は、以下に示す化学組成を質量百分率で有し、残り部分が鉄及び避けられない不純物であるスチールで作られた刃を少なくとも１つ備える。
【００１９】
【表１】
0005587505.tif 000002
【００２０】
上述のスチールで作られた前述のせん断機の刃又はナイフの製造方法は、以下に示す段階を有利に備える：
・上述の組成を有する金属装填材料を溶融し、その溶融材料をインゴットモールド中に注ぎ、続いて溶融材料を凝固させ、第１のインゴットを形成させる；
・スラグを除去し、更には新たに凝固させる第２のインゴットの微細構造の均一性を増大させる目的で、移動インゴットモールドを用いて、前述の第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融（ＥＳＲ）を行う；
・所定の形状を有する刃が作られるブランクを得るために、前述の第２のインゴットを圧延するが、厚みは、約６０ｍｍ未満であるか又はそれに等しい；
・それぞれが５９０〜６１０℃及び８４０〜８６０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、約１０３５〜１０５５℃のスチールのオーステナイト化温度まで、刃を加熱することと、次いで、冷却速度１０〜１２℃／ｓにて、真空下、室温まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを行う；
・５１０℃〜５５０℃の温度での３回の焼き戻しサイクルを行い、焼き戻しマルテンサイトで完全に構成され、硬度が５６〜５８ＨＲＣである微細構造を与える。
【００２１】
図１及び２は、せん断機の刃の微細構造の画像をそれぞれ表面及び刃の最深区域又は心臓部にて示す。２枚の画像が極めて類似していることが分かる：これは、表面及び深さの両方で焼き入れの完全な浸透があったことの表れである。本発明のせん断機の刃の厚さは、約６０ｍｍ未満であるか又はそれに等しい。
【００２２】
選択されたスチールは、焼き入れ焼き戻し機の圧延した製品用の出口にて、後者が１５０〜８００℃の温度である場合、圧延機に使用されるせん断機の刃の分野において現在使用されるものより優れた靱性の特徴を有する。
【実施例】
【００２３】
実験結果
本発明に従うせん断機は、圧延機に備え付けられた焼き入れ焼き戻し機からの圧延製品の出口に配置され、前述の製品が１５０〜８００℃の温度であるときに作動した。上記せん断機は、前述の焼き入れ焼き戻し機の下流で且つ冷却板又はベッドの上流にて有利に配置される。特定の変異形においては、上記せん断機が、焼き入れ焼き戻し機の下流直後に配置され、前述の焼き入れ焼き戻し機と前述のせん断機の間には更なる中間装置がない。
【００２４】
本発明のせん断機は、研究開発の段階で推定されたものよりはるかに優れた極めて驚くべき結果を提供した。
【００２５】
例１
せん断機の刃を作るため、以下に示す好適な化学組成を質量百分率で有し、残り部分が鉄及び避けられない不純物である第１のスチールを選択した。
【００２６】
【表２】
0005587505.tif 000003
【００２７】
上述のスチールは、以下に示す段階を含む方法にかけられた：
・上述の組成を有する金属装填材料を溶融し、その溶融材料をインゴットモールド中に注ぎ、続いて溶融材料を凝固させ、第１のインゴットを形成させる；
・スラグを除去し、更には新たに凝固させる第２のインゴットの微細構造の均一性を増大させる目的で、移動インゴットモールドを用いて、前述の第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融を行う；
・最大厚さが約６０ｍｍに等しい刃のブランクを得るために、前述の第２のインゴットを圧延する；
・それぞれが６００℃及び８５０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、１０５０℃に等しいスチールのオーステナイト化温度まで刃を加熱することと、次いで、平均冷却速度を１０〜１２℃／ｓとするために３．５ｂａｒに等しいＮ２圧力を用いて、真空下、室温まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを行う；
・焼き戻しマルテンサイトで完全に構成され、硬度が５７．１ＨＲＣである微細構造を得ることを可能にする、それぞれ５５０℃、５５０℃及び５３０℃に等しい温度での３回の連続する焼き戻しサイクルを行う。
【００２８】
この特定のスチールから作られた刃を備えたせん断機は、圧延機に備え付けられた焼き入れ焼き戻し機からの出口にて、圧延された丸い棒をせん断するために使用されたが、前述の棒は、約６２０℃の温度であった。
【００２９】
刃の交換が必要になる前に行われたせん断回数に関する結果が、重要な圧延棒の直径（ミリメートル）との関連で、以下の表中に与えられ、圧延機用せん断機に典型的に使用される冷間せん断用の工具スチールの群に属するスチールＸ５０ＣｒＶＭｏ５−１で作られた刃を用いて行われたせん断回数と比較されている。
【００３０】
【表３】
0005587505.tif 000004
【００３１】
例２
せん断機の刃を作るため、以下に示す好適な化学組成を質量百分率で有し、残り部分が鉄及び避けられない不純物である第２のスチールを選択した。
【００３２】
【表４】
0005587505.tif 000005
【００３３】
上述のスチールは、以下に示す段階を含む方法にかけられた：
・上述の組成を有する金属装填材料を溶融し、その溶融材料をインゴットモールド中に注ぎ、続いて溶融材料を凝固させ、第１のインゴットを形成させる；
・スラグを除去し、更には新たに凝固させる第２のインゴットの微細構造の均一性を増大させる目的で、移動インゴットモールドを用いて、前述の第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融を行う；
・最大厚さが約６０ｍｍに等しい刃のブランクを得るために、前述の第２のインゴットを圧延する；
・それぞれが６１０℃及び８６０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、１０３５℃に等しいスチールのオーステナイト化温度まで刃を加熱することと、次いで、平均冷却速度を１０〜１２℃／ｓとするために３．５ｂａｒに等しいＮ２圧力を用いて、真空下、室温まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを行う；
・焼き戻しマルテンサイトで完全に構成され、硬度が５６．６ＨＲＣである微細構造を得ることを可能にする、それぞれ５４０℃、５４０℃及び５１０℃に等しい温度での３回の連続する焼き戻しサイクルを行う。
【００３４】
この特定のスチールから作られた刃を備えたせん断機は、圧延機に備え付けられた焼き入れ焼き戻し機からの出口にて、圧延された丸い棒をせん断するために使用されたが、前述の棒は、約６００〜６５０℃の温度であった。
【００３５】
刃の交換が必要になる前に行われたせん断回数に関する結果が、重要な圧延棒の直径（ミリメートル）との関連で、以下の表中に与えられ、圧延機用せん断機に典型的に使用される冷間せん断用の工具スチールの群に属するスチールＸ５０ＣｒＶＭｏ５−１で作られた刃を用いて行われたせん断回数と比較されている。
【００３６】
【表５】
0005587505.tif 000006
【００３７】
例３
せん断機の刃を作るため、以下に示す好適な化学組成を質量百分率で有し、残り部分が鉄及び避けられない不純物である第３のスチールを選択した。
【００３８】
【表６】
0005587505.tif 000007
【００３９】
上述のスチールは、以下に示す段階を含む方法にかけられた：
・上述の組成を有する金属装填材料を溶融し、その溶融材料をインゴットモールド中に注ぎ、続いて溶融材料を凝固させ、第１のインゴットを形成させる；
・スラグを除去し、更には新たに凝固させる第２のインゴットの微細構造の均一性を増大させる目的で、移動インゴットモールドを用いて、前述の第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融を行う；
・最大厚さが約６０ｍｍに等しい刃のブランクを得るために、前述の第２のインゴットを圧延する；
・それぞれが６１０℃及び８６０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、１０４０℃に等しいスチールのオーステナイト化温度まで刃を加熱することと、次いで、平均冷却速度を１０〜１２℃／ｓとするために３．５ｂａｒに等しいＮ２圧力を用いて、真空下、室温まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを行う；
・焼き戻しマルテンサイトで完全に構成され、硬度が５６．３ＨＲＣである微細構造を得ることを可能にする、それぞれ５４０℃、５４０℃及び５１０℃に等しい温度での３回の連続する焼き戻しサイクルを行う。
【００４０】
この特定のスチールから作られた刃を備えたせん断機は、圧延機に備え付けられた焼き入れ焼き戻し機からの出口にて、圧延された丸い棒をせん断するために使用されたが、前述の棒は、約６００〜６５０℃の温度であった。
【００４１】
刃の交換が必要になる前に行われたせん断回数に関する結果が、重要な圧延棒の直径（ミリメートル）との関連で、以下の表中に与えられ、圧延機用せん断機に典型的に使用される冷間せん断用の工具スチールの群に属するスチールＸ５０ＣｒＶＭｏ５−１で作られた刃を用いて行われたせん断回数と比較されている。
【００４２】
【表７】
0005587505.tif 000008
【００４３】
上記例１〜３に基づき、刃の交換のための費用の低下と、現在使用される解決法と比較した前述の刃の価格差とを考慮に入れる量的分析を行う上で、注目すべきことは、直径が３２及び２５ｍｍでは、５０〜５５％の節約があり、一方、直径が１６ｍｍでは、この節約が６０〜６５％程度に定量化できることである。この評価は、予定されている停止を除いた刃の交換のため、生産の損失を考慮に入れないが、数十万ユーロに定量化することもできる。
【００４４】
例４
せん断機の刃を作るため、以下に示す好適な化学組成を質量百分率で有し、残り部分が鉄及び避けられない不純物である第４のスチールを選択した。
【００４５】
【表８】
0005587505.tif 000009
【００４６】
上述のスチールは、以下に示す段階を含む方法にかけられた：
・上述の組成を有する金属装填材料を溶融し、その溶融材料をインゴットモールド中に注ぎ、続いて溶融材料を凝固させ、第１のインゴットを形成させる；
・スラグを除去し、更には新たに凝固させる第２のインゴットの微細構造の均一性を増大させる目的で、移動インゴットモールドを用いて、前述の第１のインゴットのエレクトロスラグ再溶融を行う；
・最大厚さが約４０ｍｍに等しい刃のブランクを得るために、前述の第２のインゴットを圧延する；
・それぞれが６１０℃及び８６０℃に等しい中間温度での２つの予熱工程によって、１０４０℃に等しいスチールのオーステナイト化温度まで刃を加熱することと、次いで、平均冷却速度を１０〜１２℃／ｓとするために３．６ｂａｒに等しいＮ２圧力を用いて、真空下、室温まで冷却することとからなる焼き入れサイクルを行う；
・焼き戻しマルテンサイトで完全に構成され、硬度が５７．０ＨＲＣである微細構造を得ることを可能にする、それぞれ５３０℃、５３０℃及び５１０℃に等しい温度での３回の連続する焼き戻しサイクルを行う。
【００４７】
この特定のスチールから作られた刃を備えたせん断機は、圧延機に備え付けられた焼き入れ焼き戻し機からの出口にて、圧延された丸い棒をせん断するために使用されたが、前述の棒は、約６００〜６５０℃の温度であった。
【００４８】
刃の交換が必要になる前のせん断された棒のトン数に関する結果が、重要な圧延棒の直径（ミリメートル）との関連で、以下の表中に与えられ、熱間せん断用の工具スチールの群に属するスチール４０ＮｉＣｒＭｏＶ１６で作られた刃を用いてせん断した棒のトン数と比較されている。
【００４９】
【表９】
0005587505.tif 000010
【００５０】
上記例に基づき、刃の交換のための費用の低下と、現在使用される解決法と比較した前述の刃の価格差とを考慮に入れる量的分析を行って、注目すべきことは、直径１２〜１４ｍｍでは、６０〜６５％程度の節約が定量化できることである。この評価は、予定されている停止を除いた刃の交換のため、生産の損失を考慮に入れないが、数十万ユーロに定量化することもできる。
【図１】
0005587505.tif 000011
【図２】
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