(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終仕上パスのカリバー位置を前段パスのカリバー位置に対し鋼材軸線回りに１８０°回転させて配置した２スタンド・３ロール仕上圧延機により断面形状が円形の線材および棒鋼を熱間仕上圧延する方法において、最終仕上パス減面率が１０〜２０％であり、最終仕上パス減面率／前段パス減面率が０．７〜１．３であることを特徴とする線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法。
【請求項２】
前段パスのカリバー円弧半径＝（１．０〜１．３）×最終仕上パスのカリバー円弧半径である請求項１記載の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法。
【請求項３】
最終仕上パスのカリバー円弧半径が目標製品半径に等しく、カリバー円弧角が９０〜１００゜であり、カリバー円弧部端から肩部まで側壁部が直線状に延びている請求項１または請求項２記載の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法。
【請求項４】
前記仕上圧延機入側の鋼材温度が７００〜８００℃である請求項１、２または３記載の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法。
【請求項５】
前記仕上圧延機の前段に２スタンド以上からなる３ロール圧延機を配置し、全スタンドを通じての総減面率が３０％以上であり、かつ前記仕上圧延機入側の鋼材温度が７００〜９００℃である請求項１、２または３記載の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、線材および棒鋼の精密圧延可能な熱間仕上圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
条鋼を高い寸法精度で熱間仕上圧延する方法として、仕上減面率を１０％以下の軽減面率で圧延し、幅広がりを抑制し、高精度の製品寸法を得ることが知られている。例えば、特開平４−３７１３０１号公報で開示された「条鋼の精密圧延方法」では、条鋼を熱間圧延により仕上圧延する際に、仕上圧延前に減面率１０％以上の高減面率圧延を行い、仕上圧延では１０％未満の低減面率圧延を行う。また、特許第２８５７２７９号公報で開示された「長尺鋼材を連続的に熱間圧延する方法」では、後仕上ロールパス全体の合計減面率の２０％以下の僅かな減面加工が最後の後仕上ロールパスでなされるようになっている。これら２つの公報で開示された条鋼圧延方法は、いずれも連続パス累積歪みによる異常粒を抑制するものである。しかし、スタンド間が長い場合、または圧延速度が遅い場合に歪み累積が困難であり、異常粒を抑制することができない。また、軽減面仕上のため、粗大粒は抑制可能であるが、焼準などの熱処理省略を可能とする結晶粒微細化は困難である。
【０００３】
条鋼の仕上圧延に３ロール圧延機を用いる技術がある。例えば、特公平３−５０６０１号公報で開示された「棒線材のサイジング圧延方法」は、２台の３ロール圧延機により素材円直径〜素材円直径×０．８５までサイジングする。また、特開平７−２６５９０４号公報で開示された「棒線材フリーサイズ圧延方法」は、３台の３ロール圧延機により素材円直径〜素材円直径×０．９５までサイジングする。これら２つの棒線材圧延方法は、いずれも異常組織を防止しつつ、寸法精度が良好な圧延方法を開示していない。特に、特公平３−５０６０１号公報のサイジング圧延方法は、最終仕上パスでのカリバー円弧径が製品目標径より大きいので、製品目標径を得ることはできない。また、特開平７−２６５９０４号公報のフリーサイズ圧延方法では、寸法精度と組織均一性を両立させることはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、寸法精度向上とともに組織均一化を図ることができる線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法は、最終仕上パスのカリバー位置を前段パスのカリバー位置に対し鋼材軸線回りに１８０°回転させて配置した２スタンド・３ロール仕上圧延機により断面形状が円形の線材および棒鋼を熱間仕上圧延する方法であって、最終仕上パス減面率が１０〜２０％であり、最終仕上パス減面率／前段パス減面率が０．７〜１．３であることを特徴としている。
【０００６】
この発明では、３ロール圧延方式を用いているので、幅広がりを小さく抑えることができる。また、最終仕上パス減面率が１０〜２０％とすることで、累積歪みがなくても、均一な組織を得ることができる。最終仕上パス減面率／前段パス減面率が０．７〜１．３とすることにより、寸法精度を落とすことなく、最終仕上パス減面率を１０％以上の高い減面率とすることができる。
【０００７】
上記の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法において、前段パスのカリバー円弧半径＝（１．０〜１．３）×最終仕上パスのカリバー円弧半径とすることが好ましい。これにより、高い寸法精度で鋼材を仕上圧延することができる。
【０００８】
また、最終仕上パスのカリバー円弧半径を目標製品半径に等しくし、カリバー円弧角を９０〜１００゜とするとともに、カリバー円弧部端から肩部まで延びる側壁部を直線状することが好ましい。これにより、最終仕上パスにおいて１０％以上の高い減面率であっても、高い寸法精度を得ることができる。また、前段パスで成形された部分がカバーされることによっても、寸法精度は向上する。
【０００９】
上記の線材および棒鋼の熱間仕上圧延方法において、仕上圧延機入側の鋼材温度を７００〜８００℃として仕上圧延すれば、オーステナイト結晶粒度がＪＩＳＮｏ．８以上となり、焼準などの熱処理を省略することができる。
【００１０】
また、仕上圧延機の前段に２スタンド以上からなる３ロール圧延機を配置し、全スタンドを通じての総減面率を３０％以上とするとともに、記仕上圧延機入側の鋼材温度を７００〜９００℃とするようにしてもよい。これによって、２スタンド・３ロール仕上圧延機に入る鋼材の結晶粒が細かくなり、断面内が均一で細粒化された、焼準などの熱処理を省略することができる精密仕上圧延が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明では、最終仕上パスのカリバー位置を前段パスのカリバー位置に対し鋼材軸線回りに１８０°回転させて配置した２スタンド・３ロール仕上圧延機により断面形状が円形の線材および棒鋼を熱間仕上圧延する。熱間仕上圧延パスは、前段パスとこれに続く最終仕上パスとからなっている。熱間仕上圧延する際に、最終仕上パス減面率を１０〜２０％、かつ減面率比（最終仕上パス減面率／前段パス減面率）を０．７〜１．３とする。
【００１２】
図１は、粗大粒評点と最終仕上パス減面率との関係を実機試験で求めた結果を示している。実機試験で使用した材料は、鋼種がＳ４５Ｃであり、仕上圧延機入側の鋼材径が４５ｍｍ、温度が９００〜９５０℃であった。製品は、棒鋼である。図１は、粗大粒評点１、２および３の金属組織を示している。粗大粒評点１．０は粗大粒がまったくない場合であり、１．５は許容限界の値である。図２は、最終仕上パス減面率を１０％以上とすることにより、粗大粒が許容範囲内にあることを示している。なお、最終仕上パス減面率が２０％を超えると、前段減面率を高くせねならず、前段パスで圧延された鋼材の角部断面が鋭角となって最終仕上パスにかみ込まなくなる。
【００１３】
表１は、上記減面率比と成形性との関係を実機試験で求めた結果を示している。実機試験で使用した材料および仕上圧延機入側の鋼材温度は、図２の実機試験のものと同じである。表１で試験ＮＯ．２はこの発明による場合で、減面比が０．７〜１．３の範囲内あり、成形性はすべて許容範囲内にあった。試験ＮＯ．１は、減面率比が１．４であるが、最終仕上パス後の断面形状にかみ出しが生じており、寸法精度が許容範囲から外れている。また、試験ＮＯ．３は、減面率比が０．６であるが、最終仕上パスで鋼材不足が生じた。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
以上の結果から、高い寸法精度とともに均一な組織を得るためには、最終仕上パス減面率を１０〜２０％、かつ減面率比を０．７〜１．３としなければならないことがわかる。
【００１６】
図３は、前段パスカリバー１０および最終仕上パスカリバー１５を模式的に示している。前段パスカリバー１０の円弧半径は、最終仕上パスカリバー１５のものより大きくなっている。また、最終仕上パスカリバー１５は前段パスカリバー１０に対し１８０゜回転した位置に配置されている。したがって、前段パスカリバー１０の隙間１２の位置に相当する圧下部分１３は、最終仕上パスでカリバー中央部１７により圧下される。前段パスのカリバー形状は、最終仕上パスのカリバーに拘束されない部分の形状に相当するため、この前段パスのカリバー形状は非常に重要である。
【００１７】
図４（ａ）は前段パスのカリバーロール２１を、図４（ｂ）は最終仕上パスのカリバーロール２５をそれぞれ示している。図中、Ｒ1 は製品１の目標鋼材寸法である。この発明で、前段および最終仕上パスのカリバー寸法および形状を特定することにより、製品の寸法精度を更に向上することができる。すなわち、前段パスカリバー円弧半径Ｒ3 ＝（１．０〜１．３）×最終仕上パスカリバー円弧半径Ｒ2 とすることが好ましい。
【００１８】
図５は、寸法精度とカリバー円弧半径比（前段パスカリバー円弧半径Ｒ3 ／最終仕上パスカリバー円弧半径Ｒ2 ）との関係を実機試験で求めた結果を示している。最終仕上パスカリバー円弧半径Ｒ2 を前段パスの円弧半径Ｒ3 よりも大きくすると造形上減面できないので、カリバー円弧半径比は常に１以上でなければならない。図５によると、カリバー円弧半径比を１．３以下とすれば、寸法精度を許容限界値０．１mm以下とすることができる。
【００１９】
また、最終仕上パス減面率が１０％以上の高減面においても、寸法精度向上の点から最終仕上パスのカリバー円弧半径Ｒ2 を目標鋼材半径Ｒ1 に等しくすることが好ましい。本来、カリバー全周にわたり円弧部とし、その円弧半径を目標鋼材半径Ｒ1 とすることが望ましい。しかし、温度および鋼種変動に伴う幅広がりが発生する。この発明では幅広がりの変動を吸収するため、図６に示すように円弧部２６の両端から両端部の接線に沿って肩２８まで延びる側壁部２７を設けている。そして、肩部半径Ａ（円弧中心Ｃから肩部までの距離）を円弧半径Ｒ2 よりやや大きめとし、かつ必要最小限にとどめるようにしている。なお、直線状の側壁部分は、前記前段パスで成形された部分（図２に符号１９で示す）がカバーされることにより高精度な棒線材を成形することができる。
【００２０】
かみ出しがなく、寸法変動を小さくする適切な肩部半径Ａは、肩部逃がし量δを実験で求めて得ることができる。肩部逃がし量δは、肩部半径Ａ−円弧半径Ｒ2 として定義される。適切な肩部逃がし量δは、目標鋼材半径Ｒ1 （最終仕上パスではカリバー円弧半径Ｒ2 に等しい）に依存しており、肩部逃がし量δを実験で求めた結果を図７に示す。肩部逃がし量δにより求めた肩部半径Ａと円弧半径Ｒ2 とから、幾何学的に所要の円弧角θを得ることができる。図８は、上記のようにして求めた適切な円弧角θが９０〜１００゜の範囲であることを示している。
【００２１】
上記仕上圧延方法において、仕上圧延機入側の鋼材温度を７００〜８００℃とすることにより、オーステナイト結晶粒度番号がＪＩＳＮｏ．８以上で、均一に細粒化された組織を得ることができる。これにより、焼準などの熱処理を省略することができる。
【００２２】
図９は、オーステナイト結晶粒度番号と仕上圧延機入側の鋼材温度との関係を実機試験で求めた結果を示している。実機試験で使用した材料は、鋼種がＳ４５Ｃであり、仕上圧延機入側の鋼材径が４５mmであった。減面率は、前段パス、最終仕上パスともに１０％であった。図９によれば、仕上圧延機入側の鋼材温度を７００〜８００℃とすることにより、オーステナイト結晶粒度番号をＪＩＳＮｏ．８以上とすることができる。なお、仕上圧延機入側の鋼材温度が７００℃未満になると、欠陥発生や圧延性の悪化（圧延荷重の増大、ロールかみ込み不良など）が生じる。
【００２３】
また、上記仕上圧延方法において、仕上圧延機の前段に２スタンド以上からなる３ロール圧延機を配置し、全スタンドを通じての総減面率を３０％以上とし、かつ前記仕上圧延機入側の鋼材温度を７００〜９００℃とすることによっても、上記と同様なオーステナイト結晶粒度もった均一な組織を得ることができる。総減面率の上限は圧延設備、圧延条件などにより決まり、例えば５ブロックミルの場合では総減面率６５％で圧延可能である。
【００２４】
図１０は、オーステナイト結晶粒度番号と仕上圧延機入側の鋼材温度との関係を実機試験で求めた結果を示している。仕上圧延機入側に２スタンド・３ロール圧延機を配置した圧延機列により実機試験した。使用した材料は、鋼種がＳ４５Ｃであり、仕上圧延機入側の鋼材径が４５mmであった。減面率は、仕上圧延機前の２パスともに７％、および前段パス、最終仕上パスともに１０％であり、全スタンドつまり４パスを通じての総減面率は３０％であった。図１０によれば、上記パススケジュールで仕上圧延機入側の鋼材温度を９００℃以下とすることにより、オーステナイト結晶粒度番号をＪＩＳＮｏ．８以上とすることができる。
【００２５】
【実施例】
機械構造用炭素鋼材（Ｓ４５Ｃ）よりなる直径４５ｍｍの棒鋼を熱間により製造するに際し、図３に示す孔型配列をもつ２スタンド・３ロール仕上圧延機を使用し、前段パスの入側温度を９００℃、前段パスの減面率を１０％、最終仕上パスの減面率を１０％として圧延を行った。このときのカリバー形状は、前段パスカリバー円弧半径が２４．４ｍｍ、最終仕上パスカリバー円弧半径が２０．２４ｍｍ、肩部逃し量が０．２３ｍｍ、カリバー円弧角が９４゜であった。このような条件で圧延を行い、最終仕上圧延後の金属組織を調べたところ、粗大粒評点は１（図１参照）であり、結晶粒の粗大化は生じなかった。
【００２６】
また、この仕上圧延機で入側温度を８００℃として圧延を行った結果、オーステナイト結晶粒度番号がＪＩＳＮｏ．８以上で均一に細粒化された組織を得ることができた。寸法精度についても±０．１ｍｍ以内に収まり、高精度の棒鋼を得ることができた。
【００２７】
さらに、上記仕上圧延機の前段に２スタンド・３ロール圧延機を配置し、前段の２スタンド・３ロール圧延機の入側温度を９００℃とし、減面率が１パス目７％、２パス目７％、仕上圧延機の前段パス１０％、最終仕上パス１０％で、合計減面率３０％で圧延を行った。仕上圧延機の前段パス、最終仕上パスの孔型形状は前述のとおりである。この結果、オーステナイト結晶粒度番号がＪＩＳＮｏ．８以上で均一に細粒化された組織を得ることができた。寸法精度についても±０．１ｍｍ以内に収まり、高精度の棒鋼を得ることができた。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、スタンド間距離または圧延速度にかかわらず、異常組織を伴わずに高い寸法精度で線材および棒鋼を熱間仕上圧延することができる。したがって、２次加工メーカーで組織異常による曲りなどの問題もなく、引抜き加工を省略することができる。また、仕上圧延機入側の鋼材温度を調整することにより、焼準などの熱処理省略が圧延ラインで可能となり、２次加工メーカーでコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粗大粒評点１、２および３の金属組織を示す写真である。
【図２】粗大粒評点と最終仕上パス減面率との関係を示す線図である。
【図３】前段パスカリバーおよび最終仕上パスカリバーを模式的に示す図面である。
【図４】前段パスおよび最終仕上パスのカリバーロールの断面図である。
【図５】寸法精度とカリバー円弧半径比との関係を示す線図である。
【図６】最終仕上パスのカリバーロールの詳細図である。
【図７】肩部逃がし量と鋼材径との関係を示す線図である。
【図８】カリバー円弧角と鋼材径との関係を示す線図である。
【図９】オーステナイト結晶粒度番号と仕上圧延機入側の鋼材温度との関係を示す線図である。
【図１０】オーステナイト結晶粒度番号と仕上圧延機入側の鋼材温度との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１  製品
１０  前段パスのカリバー
１２  カリバー隙間
１３  前段パスカリバーの隙間位置に相当する圧下部分
１５  最終仕上パスのカリバー
１７  円弧部中央
１９  前段パスで成形された部分
２１  前段パスのカリバーロール
２５  最終仕上パスのカリバーロール
２６  カリバーロールの円弧部
２７  側壁部
２８  肩部
【図１】
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【図２】
0003673434.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003673434.tif 000008
【図７】
0003673434.tif 000009
【図８】
0003673434.tif 000010
【図９】
0003673434.tif 000011
【図１０】
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