(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本のロールの軸線延長が垂直面内で形成する正三角形の傾きを６０°違えて配置させた３台の３ロール仕上げ圧延機及び、前記３台の３ロール圧延機の上流側に位置する１台以上の２ロール圧延機を用いる、断面形状が円形の棒鋼及び線材の精密圧延方法であって、仕上げ圧延機群を構成する３ロール圧延機のうち、最も上流側の３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機のロール孔型形状を製品公称直径に対して１．０〜１．３倍の直径の円弧と角度５〜２０゜での逃がしとを配した形状、上流側から２台目及び３台目の３ロール圧延機のロール孔型形状をそれぞれ製品公称直径に対して１．０〜１．２倍の直径の円弧と角度５〜４０゜での逃がしとを配した形状とし、仕上げ圧延機群の圧延機における圧下をそれぞれ独立に選択して圧延することを特徴とする棒鋼及び線材の精密圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒鋼及び線材の精密圧延方法に関し、詳しくは、１台以上の２ロール圧延機及び、仕上げ圧延機群を構成する３台の３ロール圧延機を用いて、高い寸法精度で噛み出しを生ずることなく、断面形状が円形の棒鋼及び線材を得る圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延された棒鋼及び線材は、通常、軟化焼鈍や球状化焼鈍を受け、更にその後冷間鍛造、冷間抽伸や切削などの加工によって所定の寸法に成形されることが多い。
【０００３】
したがって、近年、上記の工程の省略や材料歩留りの向上を目的に、寸法公差が±０．２０ｍｍ以内の所謂「精密圧延材」に対する要求が極めて大きくなっている。なお、ここでいう寸法公差とは、製品公称直径に対し許容できる上下限の範囲を意味する。
【０００４】
精密圧延材は、一般に、製品サイズ毎に圧延機のロールを組替えた３ロール圧延機や４ロール圧延機を仕上げ圧延機に用いて製造されてきた。しかし、種々のサイズの精密圧延材の需要が増加しているなかで、各サイズ毎にロールを組替えることは、生産性の低下につながる。更に、ロール数が増加することで資材費や整備費が増加してコストも嵩んでしまう。そのため、製品サイズ毎にロール組替えを行わなくても精密圧延材を圧延することが可能な技術が待望されている。
【０００５】
生産性の向上やコストの低減を目的に、製品サイズに合わせたロール組替えを必要としない所謂「フリーサイズ圧延」に関する技術が、例えば、特開平７−２６５９０４号公報に開示されている。この公報で提案された「棒線材のフリーサイズ圧延方法」は、円形素材から３パスの３ロール圧延機で棒線材を仕上げる際に、「１パス目のロールカリバー（ロール孔型）を素材の円の直径と同一以上の円弧、又は直線と適当な逃がしとを配した形状とし、２パス目及び３パス目のロールカリバーを素材の円の直径に対し９５％ないし同一の直径の円弧と適当な逃がしとを配した形状とする」ことで、素材直径ないし素材直径の８０％の範囲内でフリーサイズ圧延をする技術である。
【０００６】
しかし、前記公報で提案された技術は、仕上げ圧延機群に入る素材の直径を基に３パスのカリバー形状を決定するものである。このため、仕上げ圧延機群としての３ロール圧延機に到るまでの張力バランスの崩れや素材長手方向の温度バラツキによって、３ロール圧延機に入る直前の素材寸法に大きな変動が生じる場合など、圧延の条件によっては最終製品の寸法精度が悪化して寸法公差が±０．２０ｍｍ以内の精密圧延が困難な場合もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、その目的は、製品サイズ毎にロール組替えを行わなくても、噛み出しを生ずることなく寸法公差が±０．２０ｍｍ以内の所謂「精密圧延材」を安定して確実に得ることが可能な、断面形状が円形の棒鋼及び線材の精密圧延方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記に示す棒鋼及び線材の精密圧延方法にある。
【０００９】
すなわち、「３本のロールの軸線延長が垂直面内で形成する正三角形の傾きを６０°違えて配置させた３台の３ロール仕上げ圧延機及び、前記３台の３ロール圧延機の上流側に位置する１台以上の２ロール圧延機を用いる、断面形状が円形の棒鋼及び線材の精密圧延方法であって、仕上げ圧延機群を構成する３ロール圧延機のうち、最も上流側の３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機のロール孔型形状を製品公称直径に対して１．０〜１．３倍の直径の円弧と角度５〜２０゜での逃がしとを配した形状、上流側から２台目及び３台目の３ロール圧延機のロール孔型形状をそれぞれ製品公称直径に対して１．０〜１．２倍の直径の円弧と角度５〜４０゜での逃がしとを配した形状とし、仕上げ圧延機群の圧延機における圧下をそれぞれ独立に選択して圧延することを特徴とする棒鋼及び線材の精密圧延方法。」である。
【００１０】
なお、「角度５〜２０゜での逃がしを配する」、「角度５〜４０゜での逃がしを配する」とは、図１に示すように、隣接する孔型間の中心線に対して角度θが５〜２０゜、５〜４０゜の範囲で孔型円弧を逃がすことをいう。図１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ３ロール圧延機と２ロール圧延機のロール孔型を示すもので、角度φの部分の孔型形状は単一直径の円弧からなり、角度θの「逃がし」の部分の孔型形状は上記角度φの部分の円弧より直径の大きな単一又は複数の円弧又は／及び直線からなるものである。
【００１１】
圧延機の圧下を独立して選択するには、例えば各圧延機ごとに圧下のための圧延ロールギャップと周速とを決定すればよい。
【００１２】
２ロール圧延機は、これを複数台用いる場合には、２本のロールの軸線延長が垂直面内で形成する直線の傾きを９０°違えて配置させた２ロール圧延機群とするのがよい。
【００１３】
本発明者らは、製品サイズ毎にロール組替えを行わなくても噛み出しを生ずることなく、しかも安定して確実に精密圧延材を得ることが可能な断面形状が円形の棒鋼及び線材の圧延方法に関し、２ロール圧延機及び、仕上げ圧延機群としての３台の３ロール圧延機とを用いて種々の検討を重ねた。その結果、下記の知見を得た。
【００１４】
（ａ）最終製品の寸法精度は、仕上げ圧延機群における最も下流の（すなわち上流側から３台目の）３ロール圧延機及びその１つ手前の３ロール圧延機のロール孔型形状により決定される。
【００１５】
（ｂ）上記（ａ）から精密圧延のためには、仕上げ圧延機群における最も下流の３ロール圧延機及びその１つ手前の３ロール圧延機のロール孔型の形状を、製品公称直径と同一の直径の円弧とすることが望ましい。
【００１６】
（ｃ）製品サイズ毎にロール組替えを行わなくてもよい、すなわちフリーサイズ圧延を行うためには、仕上げ圧延機群における最も下流の３ロール圧延機及びその１つ手前の３ロール圧延機のロール孔型の形状を、製品公称直径に対してある程度余裕のある直径の円弧としておけばよい。
【００１７】
（ｄ）仕上げ圧延機群の最も上流の３ロール圧延機に入る直前での素材寸法変動を抑えておけば、安定且つ確実に精密圧延材を得ることができる。
【００１８】
（ｅ）仕上げ圧延機群である３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機の孔型形状を規定することで、仕上げ圧延機群の最も上流の３ロール圧延機に入る直前での素材寸法変動を抑制することができる。
【００１９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【００２１】
図２に製品と孔型形状との関係を示すように、最終製品の寸法精度は、仕上げ圧延機群における最も下流の（すなわち上流側から３台目の）３ロール圧延機及び、その１つ手前の（すなわち上流側から２台目の）３ロール圧延機のロール孔型形状により決定される。なお、図２の（ａ）は公称直径がＤの製品、（ｂ）は最も下流の（すなわち上流側から３台目の）３ロール圧延機の直径がＤ（３）のロール孔型、（ｃ）は上流側から２台目の３ロール圧延機の直径がＤ（２）のロール孔型である。又、同図（ｄ）は仕上げ圧延機群である３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機の直径がｄのロール孔型である。
【００２２】
この図２からも明らかなように、極めて精密な圧延を行うためには、最も下流の３ロール圧延機及び、その１つ手前の３ロール圧延機のロール孔型の形状を、製品の公称直径と同一の直径の円弧とすることが望ましい。しかし、上記２台の３ロール圧延機のロール孔型の形状を、製品の公称直径と同一の直径の円弧とした場合には、製品サイズ毎にロール組替えを行う必要が生ずる。そこで、本発明においては、製品サイズ毎にロール組替えを行わなくてもよいように、すなわちフリーサイズ圧延が可能となるように、最も下流となる上流側から３台目の３ロール圧延機及び、その１つ手前となる上流側から２台目の３ロール圧延機のロール孔型の形状を、製品公称直径に対して１．０〜１．２倍の直径の円弧と角度５〜４０゜での逃がしとを配した形状の余裕を持たせたものとした。
【００２３】
前記した各３ロール圧延機のロール孔型の形状が製品公称直径に対して１．０倍未満の場合には、寸法公差の「−０．２０ｍｍ」を外れる（すなわち、製品公称直径に対し許容できる下限値を外れる）ことがあり、一方、１．２倍を超える場合には、寸法公差の「＋０．２０ｍｍ」を外れる（すなわち、製品公称直径に対し許容できる上限値を外れる）ことがある。又、図１に示すような逃がしの角度（以下、逃げ角ということもある）θが５゜未満の場合には「噛み出し」を生ずることがあり、一方、θが４０゜を超えると寸法公差外れをきたすことがある。
【００２４】
したがって、本発明においては、前記２台の３ロール圧延機のロール孔型の形状を、それぞれ製品公称直径に対して１．０〜１．２倍の直径の円弧と角度５〜４０゜での逃がしとを配した形状に規定した。
【００２５】
本発明においては、更に、仕上げ圧延機群である３ロール圧延機の圧下をそれぞれ独立して選択する。仕上げ圧延機群を構成する３ロール圧延機における圧下をそれぞれ独立して選択するのは、各圧延機での圧延によって発生する張力変化が解消できるからである。この仕上げ圧延機群である３ロール圧延機での圧下をそれぞれ独立して選択するためには、例えば各圧延機ごとに圧下のための圧延ロールギャップと周速とを決定すればよい。
【００２６】
本発明においては、仕上げ圧延機群の最も上流の３ロール圧延機のロール孔型形状は、大きな減面率を確保できて以降の圧延機で噛み出しを生じず、更にフリーサイズ圧延が容易となるように、製品公称直径に対して１．０〜３．０倍の直径の円弧と角度０〜４０゜での逃がしとを配した形状とすることが好ましい。
【００２７】
ここで、角度が０゜の逃がし（つまり、逃げ角が０゜）とは逃がしを設けないことを意味する。
【００２８】
本発明おいては、仕上げ圧延機群としての３ロール圧延機のうちで最も上流に位置する３ロール圧延機に入る直前での素材寸法変動を抑えて安定且つ確実に精密圧延材を得るために、前記３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機のロール孔型形状を、製品公称直径に対して１．０〜１．３倍の直径の円弧と角度５〜２０゜での逃がしとを配した形状とする。
【００２９】
前記した２ロール圧延機のロール孔型の形状が製品公称直径に対して１．０倍未満の場合には、寸法公差の「−０．２０ｍｍ」を外れる（すなわち、製品公称直径に対し許容できる下限値を外れる）ことがあり、一方、１．３倍を超える場合には、寸法公差の「＋０．２０ｍｍ」を外れる（すなわち、製品公称直径に対し許容できる上限値を外れる）ことがある。
【００３０】
又、仕上げ圧延機群としての３ロール圧延機に到るまでの張力バランスの崩れや素材長手方向の温度バラツキによって、３ロール圧延機に入る直前の素材寸法に大きな変動が生じた場合、２ロール圧延機のロール孔型形状に関する図１に示すような逃がしの角度が５゜未満の場合には部分的に噛み出しが発生する場合があるし、一方、角度が２０゜を超える場合にはたとえ仕上げ圧延機群である３ロール圧延機のロール孔型形状等を規定しても寸法変動が大きくなって所望の寸法公差が±０．２０ｍｍ以内の精密圧延材が得られない場合がある。
【００３１】
したがって、本発明においては、前記２ロール圧延機のロール孔型の形状を、製品公称直径に対して１．０〜１．３倍の直径の円弧と角度５〜２０゜での逃がしとを配した形状に規定した。
【００３２】
本発明においては、１台以上の２ロール圧延機で圧延した後、３台の３ロール圧延機からなる仕上げ圧延機群で圧延を行うが、仕上げ圧延機群の前に何台の２ロール圧延機を用いるかは、素材の寸法と製品の寸法とから適宜決定すればよい。例えば、素材に直径が１８０ｍｍ程度のビレットを用いて直径が５０ｍｍ程度の製品に仕上げる場合には１２台程度の２ロール圧延機を用いればよいし、素材に直径が６０ｍｍ程度のビレットを用いて直径が５０ｍｍ程度の製品に仕上げる場合には１台の２ロール圧延機を用いればよい。
【００３３】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【００３４】
【実施例】
表１に示すＪＩＳのＳ４５Ｃ相当の化学組成を有する断面が１８０ｍｍ×１８０ｍｍの鋼片を１０００〜１２５０℃に加熱してから、１２００〜９００℃の温度で直径（製品公称直径）が３０．０ｍｍ、５０．０ｍｍ及び７０．０ｍｍの丸棒に熱間圧延した。なお、仕上げ圧延機群には３本のロールの軸線延長が垂直面内で形成する正三角形の傾きを６０°違えて配置させた３ロール圧延機を３台用い、前記各３ロール圧延機ごとに圧下のための圧延ロールギャップと周速とを決定して仕上げ圧延を行った。又、前記３台の３ロール圧延機の上流側には２本のロールの軸線延長が垂直面内で形成する直線の傾きを９０°違えて配置させた１４台の２ロール圧延機を用いた。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表２〜４に、製品公称直径、仕上げ圧延機群に入る前の被圧延材の直径（ｍｍ）、仕上げ圧延機群に入る直前の被圧延材の放射温度計で測定した長手方向での温度バラツキの最大値（℃）、一番上流の３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機のロール孔型形状及び、上流側から１台目〜３台目の３ロール圧延機のロール孔型形状をまとめて示す。なお、表２〜４において、Ｄは製品の公称直径、ｄは前記２ロール圧延機のロール孔型の直径であり、Ｄ（１）、Ｄ（２）及びＤ（３）はそれぞれ上流側から１台目、２台目及び３台目の３ロール圧延機のロール孔型の直径である。
【００３７】
【表２】
0003606825.tif 000003
【００３８】
【表３】
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【００３９】
【表４】
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【００４０】
仕上げ圧延後、直径（製品公称直径）が３０．０ｍｍ、５０．０ｍｍ及び７０．０ｍｍの丸棒について、目視又は磁粉探傷装置によって噛み出しの有無をチェックするとともに、マイクロメータを用いて偏径差、すなわち、同一断面における直径の最大値と最小値との差を測定した。偏径差が０．４０ｍｍ以下の場合、目標とする寸法公差で±０．２０ｍｍ以内の精密圧延が達成されたことになる。表５に、上記の各調査結果をまとめて示す。
【００４１】
【表５】
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【００４２】
表５から、本発明に係る方法で仕上げ圧延した試験番号１、８〜１０、１７〜１９、２６及び２７の場合には、偏径差が０．４０ｍｍ以下で、寸法公差±０．２０ｍｍの精密圧延を満足できることが明らかである。又、上流から１台目の３ロール圧延機のロール孔型の直径を製品公称直径に対して１．０〜３．０倍の直径の円弧と角度０〜４０゜での逃がしとを配した形状とすることで、フリーサイズ圧延にも容易に対応できることが明らかである。
なお、仕上げ圧延機群に入る直前の被圧延材の長手方向での温度バラツキを１００℃以下とすることで一層偏径差が小さくなり、更なる精密圧延が可能となることがわかる。
【００４３】
これに対して、本発明の規定から外れた方法で仕上げ圧延した試験番号２〜７、１１〜１６及び２０〜２５の場合には、▲１▼噛み出しが生じる、▲２▼偏径差が０．４０ｍｍを超える（すなわち、寸法公差が±０．２０ｍｍを超える）のいずれかに該当している。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の棒鋼及び線材の精密圧延方法によれば、製品サイズ毎にロール組替えを行わなくても、噛み出しを生ずることなく寸法公差が±０．２０ｍｍ以内の所謂「精密圧延材」を得ることができるので産業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロール孔型形状の「逃がし」について説明する図であり、（ａ）は３ロール圧延機の場合、（ｂ）は２ロール圧延機の場合である。
【図２】製品と２ロール、３ロールの圧延機の孔型形状との関係を示す図で、（ａ）は公称直径がＤの製品、（ｂ）は最も下流に位置する上流側から３台目の３ロール圧延機の直径がＤ（３）のロール孔型、（ｃ）は上流側から２台目の３ロール圧延機の直径がＤ（２）のロール孔型、（ｄ）は仕上げ圧延機群である３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機の直径がｄのロール孔型である。
【符号の説明】
Ｄ：製品の公称直径、
Ｄ（３）：上流側から３台目の３ロール圧延機のロール孔型の直径、
Ｄ（２）：上流側から２台目の３ロール圧延機のロール孔型の直径、
ｄ：３ロール圧延機の直前に位置する２ロール圧延機のロール孔型の直径。
θ：逃がしの角度
【図１】
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【図２】
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