(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６５０から１０００℃までの間の高温で連続する第１及び第２のロールパス（Ｐ１、Ｐ２）においてワークピース（１０）を圧延する工程であって、前記第１及び第２のロールパス（Ｐ１、Ｐ２）はそれぞれ２つのワークロール（１２、１６）により規定され、前記ワークピースの断面積において合わせて２０−５５％の間の面積リダクションが達成されるような寸法とされ、付随する有効歪みパターンは前記断面積の中心領域への最大有効歪みの集中を特徴とする工程と、
前記有効歪みパターンが前記断面の中心領域への最大有効歪みの集中を特徴としている間に、前記ワークピースを少なくとも第３及び第４の連続するロールパス（Ｐ３、Ｐ４）で圧延し続ける工程であって、前記第３及び第４のロールパス（Ｐ３、Ｐ４）はそれぞれ少なくとも３ロール（２０、２４）により規定され、前記ワークピースの断面積において合わせて３−２５％の間の面積リダクションが達成されるような寸法とされる工程と、
前記ワークピースは円形断面を有し、前記第１及び第２のロールパス（Ｐ１、Ｐ２）はそれぞれ前記ワークピースを累進的に圧縮された楕円及び円形断面に仕上げるような構成とされ、前記第３及び第４のロールパス（Ｐ３、Ｐ４）は前記ワークピースをさらに累進的に圧縮された円形断面に仕上げるような構成とされること
を含む鉄ワークピースを最終円形に連続して圧延する方法。
【請求項２】
圧延は、再結晶化及び回復による微細構造変化が起こる前に前記第３及び第４のロールパス（Ｐ３、Ｐ４）において続行される請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ワークピースは前記少なくとも第３及び第４のロールパス（Ｐ３、Ｐ４）の末尾から直径許容値±０．１ｍｍ及び楕円率０．１ｍｍにすぎない最終円形として出て来る請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
冷却して熱平衡状態とした後、前記ワークピースのその断面を横切る粒度差が２ＡＳＴＭ粒度数以下である請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
(関連出願のクロスリファレンス)
この出願は２０００年９月８日に出願された米国暫定特許出願番号第６０／２３１，１０８号及び２００１年８月１０日に出願された米国実用特許出願（出願番号は不明）について優先権を主張する。
【０００２】
（技術分野）
この発明は、とりわけ円形、八角形、正方形などを含む長い鉄製品の連続熱間圧延に関する。
【０００３】
（背景技術）
円形物の圧延においてこの中で使用されているように、用語「サイジング」は典型的には直径許容値約±０．１ｍおよび楕円率０．１ｍｍまたはそれより良好な特定の標準許容値内の最終公称製品直径を得るために圧延の最終工程中に最終変形を与えることを意味する。また、この中で使用されているように、用語「フリーサイジング」は、圧延溝に対し指定された公称直径よりもわずかに大きいまたはわずかに小さいが、得られた直径に対し容認できる許容値内にある直径である最終製品直径を得るためのサイジングスタンドのロールパーティング（ｐａｒｔｉｎｇ）に対する調整を意味する。
【０００４】
長い鉄製品をサイジング及びフリーサイジングするための様々な技術が開発されている。例えば、１９９０年３月１３日に佐々木（Ｓａｓａｋｉ）らに付与された米国特許第４，９０７，４３８号において開示されているように、２つの連続ロールサイジングスタンドを通し、円形−円形パスシーケンスを用い、パスあたり８−１５％のオーダーでかなりのライトリダクション（ｌｉｇｈｔ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を起こすように構成されたロールパスを用いて、円形加工断面（プロセスセクション：ｐｒｏｃｅｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）を圧延することは周知である。
【０００５】
ミルの上流中間セクションまたは仕上げセクションにおける異なるスタンドから得られた直径の異なる円形をサイジングスタンドに送ることにより、及びロール直径及び溝構造を変えることにより、ある範囲の製品をサイジングすることができる。
【０００６】
かなり狭い範囲内であっても、２つのロールパスでの圧延に必然的に付随する拡散（スプレッド：ｓｐｒｅａｄ）によって付与される制限によりいくらかのフリーサイジングも予想される。
【０００７】
佐々木らの円形−円形パスシーケンスの他の欠点はある製品における二重微細構造の発現である。この場合、製品の断面全体の粒子のサイズは（ＡＳＴＭ  Ｅ１１２−８４を用いて測定すると）約２ＡＳＴＭ粒度数より大きく変動する。
【０００８】
製品の断面において約２ＡＳＴＭ粒度数より大きな変動が生じると、製品がその後に湾曲、冷間引抜き処理を受けた時に破裂や表面の裂けが起こることがある。そのような粒度変動は低いアニール特性の原因にもなり、冷間変形プロセスに悪影響を与えることとなる。
【０００９】
二重微細構造の発現はその後、ライトリダクション円形サイジングパスでは十分短い時間内で製品断面全体の十分な変形を達成することができないことから生じると認識された。この問題には１９９４年７月５日にショア（Ｓｈｏｒｅ）らに付与された米国特許第５，３２５，６９７号において説明されている技術が対処した。ここで、２つのロール円形−円形ライトリダクションサイジングシーケンスはヘビーリダクション（ｈｅａｖｙ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）２ロール楕円−円形パスシーケンス後直ちに行われる。楕円−円形パスシーケンスで採用されるヘビーリダクションでは、高いひずみにより製品の中心まで貫通する変形パターンが形成される。付随する応力が微細構造の再結晶化及び回復により軽減される前に、その後直ちに続くライトリダクション２ロールパスにおいて圧延が続く。
【００１０】
そのため、事実上、４連続パスで行われるリダクションは１つの実質的に連続するプロセスを含み、二重微細構造の発現を妨害する製品断面を横切る歪みパターンが生じる。
【００１１】
しかしながら、ここでもまた２ロールパスで圧延する時に受ける拡散のためにフリーサイジング圧延の有効な範囲は限られる。
【００１２】
円形−円形サイジングシーケンスにおいて３及び４ロールパスを使用することも周知である。これにより、より広範囲なフリーサイズ圧延が可能となる。というのは製品はより密接にロールパス内に閉じこめられ、２ロールパスで起きた程度の拡散を受けないからである。
【００１３】
しかしながら、２ロールパスに比べ、３及び４ロールパスは製品の中心までの変形の十分な浸透を達成するにはひどく効率が悪い。製品の中心から表面まで均一な粒子構造を得るためにはそのような浸透が必要とされる。これは特に、粒子精密化によりその特性が発現する製品では重要である。
【００１４】
そのため、サイジング許容値及び実質的に均一な中心から表面までの粒子構造を達成することができると共に、フリーサイジングの範囲が広げられた、長い製品を熱間圧延する改良方法が必要とされる。本発明はこれらの目的に向けたものである。
【００１５】
（発明の開示）
本発明の好ましい実施の形態によれば、円形の鉄加工断面は最初に、６５０℃から１０００℃までの間の高温で第１及び第２の２ロールパスにおいて圧延され断面積において合わせて２０―５５％の間のヘビー面積リダクションが達成され、付随する有効歪みパターンは製品の断面の中心領域への最大有効歪みの集中を特徴とする。再結晶化及び回復による微細構造の変化が起こる前、有効歪みパターンが製品の断面の中心領域への最大有効歪みの集中を特徴としている間に、製品は、それぞれが少なくとも３ロールにより規定される少なくとも第３及び第４のロールパスで圧延され、さらに、製品断面積において合わせて３−２５％の間のかなりのライト面積リダクションが達成される。
【００１６】
上述した様式で円形加工断面を圧延して最終円形製品、例えばロッドまたはバーとする場合、第１のロールパスで楕円断面が形成され、第２のロールパスで円形加工断面が形成される。
【００１７】
第３及び第４ロールパスは加工円形断面の成形を完了し、直径許容範囲±０．１ｍｍおよび楕円率０．１ｍｍ、またはＡＳＴＭロッドまたはバー許容値１／４にすぎない最終円形とする（どちらが良好であっても）。熱平衡の状態まで冷却した後、得られた製品の断面を横切る粒度変化は２ＡＳＴＭ粒度数以下であろう。
【００１８】
本発明のこれらの、及び他の特徴及び利点は添付の図面を参照して以下でより詳細に説明する。
【００１９】
（発明を実施するための最良の形態）
最初に図１について説明すると、本発明にかかるパスシーケンスは円形加工断面１０ａを圧延して最終円形１０ｅとするように構成された４つのロールパスＰ1−Ｐ4を含む。ロールパスＰ1は円形加工断面１０ａを圧延して楕円１０ｂとするように構成された溝１４を有する２つのワークロール１２により規定される。
【００２０】
ロールパスＰ２は楕円１０ｂを圧延して加工円形１０ｃとするように構成された溝１８を有する２つのワークロール１６により規定される。使用する圧延スケジュールに依り、ロールパスＰ１、Ｐ２は合わせて２０−５５％の間の面積リダクションを達成するような寸法とされるであろう。この場合ロールパスＰ１で１１から２８％、ロールパスＰ２で１０から２３％である。
【００２１】
ロールパスＰ3は加工円形１０ｃを圧延して別の加工円形１０ｄとするように構成された溝２２を有する３つのワークロール２０により規定される。ロールパスＰ4もまた加工円形１０ｄを圧延して最終円形１０ｅとするように構成された溝２６を有する３つのワークロール２４によって規定される。
【００２２】
また、使用する圧延スケジュールに依り、ロールバスＰ３、Ｐ４は合わせて３−２５％の間の面積リダクションを達成するような寸法とされるであろう。この場合ロールパスＰ３で１．８から１７％、ロールパスＰ４で１．２から１０％である。
【００２３】
このパスシーケンスを用いると、例えば、加工断面１０ａの直径が１４．０３２ｍｍである場合、最終円形の直径は１０．０ｍｍということになり、ロールパスＰ1−Ｐ4における累進的な面積リダクションはそれぞれ、２２％、１８％、１０％、８％となるであろう。
【００２４】
典型的にはロールパスＰ１−Ｐ４での圧延は６５０から１０００℃までの間の高温で行われるであろう。
【００２５】
図２Ａ−２Ｄは図１で示した連続ロールパスから出て来た時の製品の有効歪みパターンを示したものである。図２Ａに示されるように、ハイリダクション２ロールパスＰ1から出て来た楕円１０ｂは中心領域ａ1への最大有効歪み集中を特徴とする有効歪みパターンを有する。有効歪みレベルが累進的に低くなる領域ｂ1、ｃ1、ｄ1およびｅ1が中心領域ａ1から外に向かって推移する。最も低い有効歪みレベルは製品断面領域の外側の境界に隣接する領域ｆ1に存在する。
【００２６】
図２Ｂは、第２のハイリダクション２ロールパスＰ2から出て来た加工円形１０ｃが、最大有効歪みが中心領域ａ2に集中し周囲の領域ｂ2−ｆ2では累積的に有効歪みレベルが低くなる有効歪みパターンを保持することを示している。
【００２７】
図２Ｃは３ロールのライトリダクションサイジングパスＰ３から出て来た加工円形１０ｄにおける有効歪みパターンを示す図である。最大有効歪みレベルは中心領域ａ3で維持され、この領域の周囲にはまた、累進的に有効歪みレベルが低下する領域ｂ3−ｆ3が存在する。
【００２８】
図２Ｄで示されるように、最終ライトリダクション３ロールパスＰ4では、出て来た円形１０ｅの有効歪みパターンは領域ａ4に最大有効歪みが集中し続け、周囲の領域ｂ4−ｆ4では累進的に有効レベルが低下する。
【００２９】
このように最小粒度は領域ａ4に位置し、累進的に大きくなる粒子は周囲の領域ｂ4−ｆ4に位置する。最終円形１０ｅはその後冷却されるので、その断面を横切る冷却速度は、最も外側の領域ｆ4で最も大きく（そこでは粒子がより大きい）、減少して最も内側の領域ａ4で最小となる（そこでは粒子はより小さい）。冷却が起こると、各領域内の粒子は、各領域を冷却するのに必要な時間に比例する量だけ成長し、このように最も内側の領域と最も外側の領域との間の粒度の差は減少し、製品の断面を横切る粒度の変動は２ＡＳＴＭ粒度以下となる。
【００３０】
図１に戻ると、ロールパスＰ2から出て来た加工円形１０ｃは、その代わりに４ロールパスＰ3′およびＰ4′においてサイジングしてもよい。ロールパスＰ3′は加工円形１０ｃを圧延して別の加工円形１０ｄ′とするように構成された溝２２′を有する４ワークロール２０′により規定される。ロールパスＰ4′もまた加工円形１０ｄ′を圧延して最終円形１０ｅ′とするように構成された溝２６′を有する４ワークロール２０′により規定される。
【００３１】
ロールパスＰ1およびＰ2から出てくる製品の有効歪みパターンは前述し図２Ａ及び２Ｂにおいて示した通りである。ロールパスＰ3′およびＰ4′から出てくる製品の有効歪みパターンをそれぞれ図３Ａ及び３Ｂに示す。ここで再び、加工断面１０ｄ′は領域ａ3′に最大有効歪みが集中し、その周囲の領域ｂ3′−ｆ3′では累進的に歪みレベルが低下する有効歪みパターンを有する。
【００３２】
図３ＢはロールパスＰ4′から出て来た最終製品１０ｅ′において同じ基本パターンが持続することを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる２つの二者択一のパスシーケンスの概略図である。
【図２Ａ】  図１の連続ロールパスＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4における製品の変形により得られる有効塑性歪みレベルの有限要素に基づくシミュレーションである。
【図２Ｂ】  図１の連続ロールパスＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4における製品の変形により得られる有効塑性歪みレベルの有限要素に基づくシミュレーションである。
【図２Ｃ】  図１の連続ロールパスＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4における製品の変形により得られる有効塑性歪みレベルの有限要素に基づくシミュレーションである。
【図２Ｄ】  図１の連続ロールパスＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4における製品の変形により得られる有効塑性歪みレベルの有限要素に基づくシミュレーションである。
【図３Ａ】  製品を最初にロールパスＰ1およびＰ2において圧延した後ロールパスＰ3′およびＰ4′で製品を変形することにより得られる有効塑性歪みレベルの有限要素に基づくシミュレーションである。
【図３Ｂ】  製品を最初にロールパスＰ1およびＰ2において圧延した後ロールパスＰ3′およびＰ4′で製品を変形することにより得られる有効塑性歪みレベルの有限要素に基づくシミュレーションである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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