(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧延機で断面積を順次減少させながら条鋼の圧延を行う圧延方法において、
圧延材を断面各角部が曲面を有する角形状に成形し、
成形された上記圧延材が圧延される次の孔型が平坦な溝底部を有し、その溝底部とフランジ部との間に上記圧延材の各角部を圧下する曲面からなる圧下部を有し、上記圧延材の角部曲面の曲率半径をｒ、上記圧下部曲面の曲率半径をＲとするとき、Ｒ＞ｒとなるように上記次の孔型を形成し、
上記次の孔型の入側に上記圧延材を導入し、
上記圧延材の角部を、上記圧下部によって対辺方向から圧下し、
上記圧下部によって圧下された上記圧延材を、さらに次の孔型で断面丸形状または断面角形状に圧延することを特徴とする条鋼の圧延方法。
【請求項２】
上記圧延材の断面における上記曲率半径ｒの始点から孔型中心軸に対して仮想線を直交させた場合のその交点と孔型中心との距離をｒｘ、
上記圧下部の断面における上記曲率半径Ｒの始点から孔型中心軸に対して仮想線を直交させた場合のその交点と孔型中心との距離をＲｘとした場合、
ｒｘ／Ｒｘが１．３以下である請求項１記載の条鋼の圧延方法。
【請求項３】
上記ｒｘ／Ｒｘが１．０以下である請求項２記載の条鋼の圧延方法。
【請求項４】
上記次の孔型での圧延材の周方向圧縮ひずみが−０．５以上となるように圧延材の断面積を減少させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の条鋼の圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材、棒材、角材を含む条鋼の熱間圧延方法に関し、特に、表面疵を低減しつつ条鋼を生産することができる条鋼の圧延方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
線材の圧延方法は、カリバーと呼ばれる孔型によって順次、断面形状を変化させながら断面積を減少させる方法（例えば、非特許文献１参照）が一般的であり、ある寸法の製品を圧延するまでに至る変形の過程は無数にあるが、それぞれ利点と欠点を持っている。
【０００３】
一般的に、圧延対象となる素材（ビレット）は四角形状であり、圧延ラインにおける粗列圧延機ではデスケーリング性、ひずみの均一性を考慮し、スクエア−ダイヤ法が採用されている。圧延によって製造される製品は丸形状が多く、通常、少なくとも１回は、圧延ラインにおいてスクエア−オーバル法などの孔型形状が使用される。
【０００４】
上述したように、粗列圧延機では上記スクエア−ダイヤ法が採用されているが、この場合、素材の断面形状が角形（菱形）となり、素材コーナー部分からロールが接触する圧延となるため、ロールへの熱移動により素材コーナー部分での温度降下が大きくなる。さらに、連続圧延される粗列圧延機では圧延速度が遅いため、上記温度降下量はより顕著になる。
【０００５】
また、スクエア（角）−オーバル法では、他の孔型法とは異なり、素材と孔型は外側から接触するため、孔型には設計値とは大きく異なる偏磨耗が生じ、この偏磨耗が顕著になると、次工程に続く丸孔型（或いは角孔型）での圧延中、磨耗変曲点部で微細な表面疵が発生する。
【０００６】
さらにまた、例えば、ラウンド−オーバル法では、ロールの磨耗は進行するが、素材と孔型は中心から外側に向けて順に接触するため、表面疵に直結するような偏磨耗量は小さい。
【０００７】
図１０(ａ)〜(ｃ)は、上記スクエア（角）−オーバル法における表面疵発生メカニズムを示した模式図である。
【０００８】
同図(ａ)において、Ｆは素材、Ｆａは圧延前の素材形状、Ｆｂは圧延後の素材形状、ＭａおよびＭｂは対向配置された２つの孔型ロール、Ｍｃは摩耗前の孔型プロファイル、Ｍｃ′は摩耗後の孔型プロファイルを示している。
【０００９】
孔型プロファイルＭｃ′で圧延された素材Ｆ′が、引き続き９０°角度を変えて同図(ｂ)に示す２つの孔型ロールＭｄ、Ｍｅで圧延され、素材Ｆ′の上下各端部が圧下（矢印Ｐ参照）されると、同図(ｃ)に示すように、摩耗変曲点部で表面疵Ｄが発生する。
【００１０】
表面疵Ｄの発生は、素材コーナー部の温度低下が進むほど顕著になるため、特に近年盛んになってきている低温圧延においてその表面疵の発生は顕著に現れている。
【００１１】
このような表面疵Ｄの発生を改善する方法としては、ロールを早い段階で交換するか、孔型法を改善することが考えられる。しかしながら、前者はロール組替頻度が高くなり生産性が低下するという欠点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】第３版  鉄鋼便覧  III（２）、条鋼・鋼管・圧延共通設備喪日本鉄鋼協会編、丸善、昭和55年11月20日発行、P862-863
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、我々は生産性を損なうことなく、表面疵を低減することができる孔型法を検討した。
【００１４】
上記スクエア（角）−オーバル法は、その変形形態のために従来からしわ疵が発生しやすいと言われている。このような孔型系列で発生する表面疵について、我々は特開２００７−９０４２９の「条材の熱間圧延方法」において、一つの改善策を提示した。
【００１５】
上記改善策は、圧延中に発生する周方向の圧縮ひずみを制御するというものであり、この圧縮ひずみを適正に制御（孔型形状、ロールギャップ、入側形状等）することで、例えばスクエア（角）−オーバル圧延においても変形による表面疵を発生させずに圧延することが可能になった。
【００１６】
しかしながら、上記改善策は、カリバー磨耗による圧延形状の変化をも改善するものではないため、磨耗が進行していき孔型形状が変化することによって表面疵が発生すると分かっていても、そのような表面疵に対して直接的な改善を行うものではなかった。
【００１７】
本発明は、以上のような従来の条鋼の圧延方法における課題を考慮してなされたものであり、特に、断面角形状の素材から２回の圧延を経て断面丸形状の条鋼を製造するパススケジュールにおいて、角形状の素材を圧延するカリバーの偏磨耗を低減させることで、生産性を損なうことなく表面疵を低減することができる条鋼の圧延方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、複数の圧延機で断面積を順次減少させながら条鋼の圧延を行う圧延方法において、
圧延材を断面各角部が曲面を有する角形状に成形し、
成形された上記圧延材が圧延される次の孔型が平坦な溝底部を有し、その溝底部とフランジ部との間に上記圧延材の各角部を圧下する曲面からなる圧下部を有し、上記圧延材の角部曲面の曲率半径をｒ、上記圧下部曲面の曲率半径をＲとするとき、Ｒ＞ｒとなるように上記次の孔型を形成し、
上記次の孔型の入側に上記圧延材を導入し、
上記圧延材の角部を、上記圧下部によって対辺方向から圧下し、
上記圧下部によって圧下された上記圧延材を、さらに次の孔型で断面丸形状または断面角形状に圧延する条鋼の圧延方法である。
【００１９】
本発明において、上記圧延材の断面における上記曲率半径ｒの始点から孔型中心軸に対して仮想線を直交させた場合のその交点と孔型中心との距離をｒｘ、
上記圧下部の断面における上記曲率半径Ｒの始点から孔型中心軸に対して仮想線を直交させた場合のその交点と孔型中心との距離をＲｘとした場合、
ｒｘ／Ｒｘは１．３以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明において、ｒｘ／Ｒｘは、１．０以下であることが最も好ましい。それにより、摩耗変曲点の発生を確実に防止することができる。
【００２１】
本発明において、上記次の孔型での圧延材の周方向圧縮ひずみが−０．５以上になるように圧延材の断面積を減少させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の条鋼の圧延方法によれば、角形状の素材を圧延するカリバーの偏磨耗を低減させることができ、それにより、生産性を損なうことなく製品の表面疵を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】角形状→オーバル圧延における素材形状、カリバー形状、圧延後の素材形状の関係を示した説明図である。
【図２】角形状→オーバル圧延における面圧分布を示した説明図である。
【図３】角形状→オーバル圧延における相対すべり速度を示した説明図である。
【図４】角形状→オーバル圧延におけるカリバー摩耗量を実測したグラフである。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は本発明の条鋼の圧延方法において、圧下量を減少させる形状を幾何学的に示した説明図である。
【図６】周方向圧縮ひずみを説明するための説明図である。
【図７】本発明に係る孔型プロファイルを示した要部拡大図である。
【図８】ｒｘ／Ｒｘと周方向圧縮ひずみの関係を示したグラフである。
【図９】本発明に係る条鋼の圧延方法による磨耗量を示したグラフである。
【図１０】(ａ)〜(ｃ)は従来のスクエア（角）−オーバル法における表面疵発生メカニズムを示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２５】
圧延機における磨耗は、一般的に圧延によってカリバーに作用する面圧と、ロールと素材の滑り距離の積で表される。したがって、磨耗量を低減させるためには、面圧分布における圧下量が変曲点を持たさないようにする必要がある。
【００２６】
図１は、本発明に関連して検討した、角形状→オーバル圧延での圧延材形状、カリバー形状、圧延後の圧延材形状の関係を示した説明図である。
【００２７】
同図において、１は断面が角形状に成形された圧延材（素材）であり、２，２はその圧延材１が導入される、対向配置された一対の孔型（次の孔型）である。
【００２８】
孔型２のプロファイルは、溝底部２ａの中心と孔型中心Ｏとを結ぶ直線Ｌを対象軸として左右対称の曲線で形成されており、曲率半径Ｒからなる曲面２ｂで孔型が形成されている。なお、図中、Ｃは孔型中心軸、１′は圧延後の圧延材１の形状を示している。なお、図中、ｒは圧延材角部Ａの曲面の曲率半径を示している。
【００２９】
角形状→オーバル圧延では、圧延材１の角部で最も大きな圧下が生じるため、この部分で摩耗変曲点の発生することが類推される。
【００３０】
図２の着色部分は角形状→オーバル圧延における面圧分布を、図３の着色部分は角形状→オーバル圧延における相対すべり速度を、それぞれ数値解析で求めた結果を画像で示したものである。
【００３１】
図２に示されるように、面圧はロールが最初に接触する圧延材１の角部およびフランジ側で高くなることが確認できる。特に、ロールが最初に接触する圧延材１の角部の温度は、低温圧延時に顕著に低下することが予想される。
【００３２】
また、図３に示されるように、相対すべり速度についても圧延材１の角部で最も高くなる。
【００３３】
これらの結果から、ロールバイト入側から出側までの面圧×滑り距離を積算すると、ロールが初期に接触する圧延材角部近傍の磨耗量が最大となることが分かる。
【００３４】
図４は角形状→オーバル圧延におけるカリバー摩耗量を実測したグラフであり、予想通り最初の接触部で極大値を取る磨耗が確認された。
【００３５】
なお、図中、Ｅは圧延前のカリバー形状を示し、Ｅ′は圧延後のカリバー形状を示し、Ｆは圧延後のロール摩耗プロファイルを示している。
【００３６】
上記摩耗プロファイルにおいて、Ｓ１およびＳ２は、摩耗量が下向きに減衰せずに一端、上向きに上昇（反転）する摩耗変曲点を示している。
【００３７】
同図から明らかなように、磨耗量はフランジ側で最小値を取る。従って、磨耗変曲点を持たさないようにするためには、圧延材１が導入される次のカリバー形状を、ロール幅方向に沿って（カリバー中心からフランジ側に向かって）圧下量が減少するような形状とすれば良いことが分かる。
【００３８】
図５(ａ)〜(ｃ)は、本発明の条鋼の圧延方法において、上記圧下量を減少させ得るカリバー形状を幾何学的に示した説明図である。
【００３９】
同図(ａ)に示す圧下量減少形状としては、ボックス、フラットオーバル、バスタードオーバルの孔型形状が含まれる。なお、以下の説明においては、ボックス、フラットオーバル、バスタードオーバルを角形状孔型３と総称する。
【００４０】
同図(ｂ)に示す圧下量減少形状としては、カリバーを有していない平ロール４が示される。ただし、この場合はカリバーを持たないため、特に圧延入側でのスラスト方向のズレを無くすためにローラーガイドが必要となる。
【００４１】
同図(ｃ)に示す圧下量減少形状としては、コンケーブバスタードオーバルの孔型５が示される。
【００４２】
コンケーブバスタードオーバル圧延によって条鋼の溝底部に形成された凹みは、次の丸孔型圧延時には自由面となる。このため、丸形状の寸法精度を確保するために、丸孔型圧延時の圧下量を大きくすることで圧延での幅広がりを増大させ、凹み部を膨ませる必要がある。
【００４３】
圧延材１の角部Ａの曲率半径ｒと上記孔型の各形状を考慮すると、図５(ａ)に示す角形状孔型３（後述する）を採用することが望ましい。
【００４４】
なお、断面が角形状に成形された圧延材１を導入する次の孔型を、従来のオーバルから上記角形状孔型３に変更したとしても、従来から研究されている通り、圧延変形での周方向圧縮ひずみが−（マイナス）０．５を超えると、変形による表面疵（しわ疵）が発生する。
【００４５】
従って、常に表面疵を発生させないようにするためには、上記孔型形状を角形状に変えて圧下量を制御することに加え、周方向の圧縮ひずみを−０．５以上となるように素材１の入側形状および孔型形状を設計することが望ましい。
【００４６】
なお、上記周方向圧縮ひずみεとは、図６に示すように、入側圧延材１０の孔型１１による圧延変形前後の要素ｅの、圧延材表面側の曲線状の一辺の長さＳ０、Ｓ１の変化から次式で算出される慣用ひずみである。
ε＝（Ｓ１−Ｓ０）／Ｓ０
【００４７】
また、上記周方向圧縮ひずみεは、圧延変形後の長さＳ１の方が圧延変形前の長さＳ０よりも小さくなるため、通常、負の数値で示される。したがって、Ｓ０からＳ１に変化する変化量が大きくなるほどマイナス側に大きな数値となる。
【００４８】
上記「周方向圧縮ひずみを−０．５以上となるように」とは、「圧縮ひずみを、−０．５を含みプラス側の値、例えば−０．４となるように」の意味である。
【００４９】
図７は、断面が角形状に成形された圧延材１の角部を圧下する次の孔型のプロファイルを拡大して示したものである。なお、同図では孔型の右上１／４を拡大して示している。
【００５０】
同図において、角形状孔型３の入側に導入される圧延材１は、断面が角形状に成形されており、その各角部には曲率半径ｒからなる曲面１ａが形成されている。
【００５１】
上記角形状孔型３は平坦な溝底部３ａを有し、この溝底部３ａとフランジ部３ｂとの間に、圧延材１の角部Ａを圧下するための曲面３ｃからなる圧下部Ｂが設けられている。
【００５２】
上記圧延材１における曲面１ａの曲率半径をｒ、上記圧下部Ｂにおける曲面３ｃの曲率半径をＲとするとき、Ｒ＞ｒとなるように上記角形状孔型３のプロファイルが形成されている。
【００５３】
また、圧延材１の断面における上記曲率半径ｒの始点ａから孔型中心軸Ｃに対して仮想線Ｌ１を直交させた場合のその交点ｂと孔型中心Ｏとの距離をｒｘ、
圧下部Ｂの断面における曲率半径Ｒの始点ｃから孔型中心軸Ｃに対して仮想線Ｌ２を直交させた場合のその交点ｄと孔型中心Ｏとの距離をＲｘとした場合、
ｒｘ／Ｒｘを１．３以下にすれば、顕著な摩耗変曲点が発生しないため好ましい。
【００５４】
また、ｒｘ／Ｒｘを１．０以下にすれば、摩耗変曲点の発生を確実に防止することができる。
【００５５】
図８に示すように、ｒｘ／Ｒｘが１．１４〜１．３６の範囲では、孔型中心からフランジ側にかけて順次減少していくが、ｒｘ／Ｒｘが大きくなると周方向圧縮ひずみεが減少（圧縮ひずみが増大）するのは、この値が大きくなるほど圧延材がオーバル形状に近づく、すなわち、圧延材の角部からロールが接触していくことになるためであり、孔型の摩耗プロファイルに、図４に示したような摩耗変曲点が現れるようになる。
【００５６】
逆に、ｒｘ／Ｒｘが小さくなると、圧延材とロールとは面で接触していく変形形態に近づき、ｒｘ／Ｒｘが１．２程度以下からは変形形態に違いが生じなくなり、結果として周方向圧縮ひずみも変化がなくなり（図中、範囲Ｇ参照）、孔型の摩耗プロファイルに、摩耗変曲点は現れなくなる。
【００５７】
以上説明したように、変形による表面疵を発生させないためには、孔型の摩耗プロファイルに摩耗変曲点が現れないようにすることが重要であり、そのためには、Ｒ＞ｒとなるように上記角形状孔型３のプロファイルを形成するとともに、ｒｘ／Ｒｘを１．３以下として、周方向の圧縮ひずみを所定の値、具体的には−０．５以下となるようにすれば良いことが分かる。
【００５８】
また、上述のように、ｒｘ／Ｒｘが１．２程度以下からは変形形態に違いが生じなくなり、結果として周方向圧縮ひずみεも変化がなくなるため、ｒｘ／Ｒｘをその範囲に収めることがより望ましい。
【００５９】
ｒｘ／Ｒｘを１．０以下にすると、摩耗変曲点の発生を確実に防止することができるようになる。
【００６０】
周方向圧縮ひずみεの絶対値は、ロールのギャップ、減面率、孔型形状によって変化するため、上記実施形態による孔型においてｒｘ／Ｒｘを１．３以下に設定することで周方向圧縮ひずみが−０．５となっても、孔型を変えると上記絶対値も変化してしまう。
【００６１】
これを回避するには、周方向圧縮ひずみεの変化がなくなる１．２以下の方が好ましく、この範囲（Ｇ）の値を採用すれば、変形形態は、圧延材の角部が先にロールに接触する凸接触から面接触とすることができるため、孔型（寸法）が変化しても、磨耗プロファイルに摩耗変曲点が現れなくなる。
【００６２】
ｒｘ／Ｒｘの値の下限について、ｒｘ／Ｒｘの値が１よりも十分小さくなると、図５(ｂ)に示したような圧延材１と圧延後の圧延材１′の関係になり、圧延後に孔型の曲面部分に素材が充満されなくなる。このようなスラスト方向のズレを回避するためには、ｒｘ／Ｒｘの下限値は０．８５程度としておくことが望ましい。
【００６３】
また、ｒｘ／Ｒｘの値が小さくなり過ぎると、上記孔型において、角形状孔型に適正充満させるためには大きな圧下量が必要となり、周方向圧縮ひずみεがかえって増大し表面疵が発生しやすくなる。
【００６４】
図７に戻って説明する。
【００６５】
上記構成を有する角形状孔型３の入側に圧延材１を導入し、圧延材１の角部を、上記圧下部Ｂによって対辺方向から圧下する。
【００６６】
圧下部Ｂによって圧下された圧延材１を、さらに次の孔型（図示しない）で断面丸形状または断面角形状に圧延する。
【００６７】
図中、１′は角形状孔型３によって圧延された後の圧延材の断面を示している。
【００６８】
次に、上記平坦な溝底部３ａを有する角形状孔型３が、磨耗プロファイル、周方向ひずみに及ぼす影響を調査した。
【００６９】
孔型形状は、Ｒｘのみ変化させ（ｒｘ／Ｒｘが１．１４〜１．３６）、Ｒ寸法、フランジ部の幅Ｗは同一とした。
【００７０】
図９は本発明の条鋼の圧延方法に基づいて得られた摩耗プロファイルを示したグラフである。
【００７１】
孔型中心から右側では、磨耗プロファイルに微小な変曲点（単一な減少傾向ではない）が認められるが、左側ではフランジ側に近づくにつれて摩耗量が減少していく単一な減少傾向となっており、本発明の孔型のプロファイルが摩耗量の抑制に適した形状であることが確認された。
【実施例】
【００７２】
圧延ラインで、角形状→オーバル→丸パスのラインを、角形状→ボックス→丸パスのラインに変更して圧延材を圧延した。
【００７３】
ａ．実験条件
圧延温度：通常圧延
孔型形状：角形状→オーバル、角形状→ボックスの２水準
周方向圧縮ひずみ：全て−０．５以下
【００７４】
ｂ．判定基準
表面疵の比較
角形状→ボックスとすることで圧延最後まで（磨耗が進行しても）、表面疵の発生しない良好な圧延が可能になった。
【符号の説明】
【００７５】
１    圧延材
１′  圧延後の圧延材
１ａ  曲面
２    孔型
２ａ  溝底部
２ｂ  曲面
３    角形状孔型
３ａ  溝底部
３ｂ  フランジ部
３ｃ  曲面
４    平ロール
５    コンケーブバスタードオーバルの孔型
Ａ    角部
Ｂ    圧下部
【図４】
0005525321.tif 000002
【図６】
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【図８】
0005525321.tif 000004
【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図１０】
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