(57)【要約】 【課題】  幅プレス成形時のプレス金型温度が幅プレス成形を施すスラブの鋼種によって決定される適正な温度領域に収まるようにプレス金型を冷却する熱間スラブの幅プレス用金型の冷却方法を提案する。【解決手段】  熱間スラブを一対のプレス金型にて幅圧下するプレス金型の冷却方法において、プレス終了時と次回プレス開始時のプレス金型温度をプレス金型温度モデルにより求め、予め求めたプレス金型の適正な温度領域に入るようにプレス金型を冷却する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間スラブを一対のプレス金型にて幅圧下するプレス金型の冷却方法において、プレス終了時と次回プレス開始時のプレス金型温度をプレス金型温度モデルにより求め、予め求めたプレス金型の適正な温度領域に入るようにプレス金型を冷却することを特徴とする熱間スラブの幅プレス用金型の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインにおいて熱間スラブを幅方向に圧下成形する幅プレス装置に用いられる熱間スラブの幅プレス金型の冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱間圧延ラインにおいては、連続鋳造時のスラブ幅を統合しスラブの生産効率を向上させることを主目的として、熱間スラブに幅プレス成形を施すことが行われている。    
【０００３】
熱間スラブの幅プレス成形においては、図１に示すように、一対のプレス金型を熱間スラブ２の搬送方向を挟んで対称に配置し、一定のピッチでスラブ搬送方向に対して垂直に往復運動させる。そして、プレス金型間に熱間スラブを一定のピッチで搬送し熱間スラブ長手方向全体に所定の幅寸法に幅プレス成形を施す。プレス金型において、熱間スラブと接触する部分を加工面といい、加工面は熱間スラブの搬送方向に対し平行な部分1aと傾斜を有する部分1bからなる。
【０００４】
熱間スラブの幅プレス成形時において、幅プレス金型加工面は1100℃〜1300℃に加熱された熱間スラブとの接触を繰り返すため高温状態になる。プレス金型加工面の高温化により生じる問題として、プレス金型加工面への熱間スラブ表面酸化物付着の増加による圧下時のスリップ現象による製品形状不良の原因となり、また、プレス金型の材質劣化も促進されるため、プレス金型の寿命を低下させる大きな要因になる。このようなプレス金型の高温化による弊害を防止するため、プレス金型を冷却水によって強制冷却することが一般に行われている。
【０００５】
プレス金型の高温化を抑制するためには、幅プレス成形時にプレス金型加工面を冷却水により水冷することが望ましいが、この場合、熱間スラブ端部への冷却水飛散が避けられないためスラブ端部が過冷となり易く、製品材質不良発生の原因となる。また、強冷却によりプレス金型加工面温度が低下しすぎた場合には、プレス金型加工面が熱間スラブと接触した際に、金型加工面の急激な温度上昇による瞬発的な熱応力を起因とした亀裂の発生や、熱間スラブの局部的な過冷による製品材質不良を生じる場合がある。そのためプレス金型を冷却水により強制冷却する場合には、幅成形時における幅プレス金型温度が上記の問題が生じないような適正温度範囲内にあるようにプレス金型を冷却することが重要である。
【０００６】
プレス金型の冷却方法として、例えば特許文献１では、冷却水の飛散によるスラブ端部の過冷却解消策として、スラブの幅プレス中は緩冷却によりプレス金型加工面を冷却し、次の熱間スラブがプレス金型に至るまでの待機中はプレス金型の加工面を強冷却する方法が開示されている。また、特許文献２では、プレス金型の加工面を、次の熱間スラブがプレス金型に至るまでの待機中に冷却し、熱間スラブの先端部および後端部の幅圧下時は冷却せず、先端部および後端部の幅プレス時以外は冷却する方法が提案されている。また、プレス金型と熱間スラブの温度差が大きい場合に、スラブとの接触による金型加工面の急激な温度上昇により生じる瞬発的な熱応力の発生に起因したプレス金型の寿命低下に対しては、特許文献３において、プレス金型を高温流体の流通により加熱し、熱間スラブとの温度差を僅少化させる方法が提案されている。
【特許文献１】特公平６−61592 号公報
【特許文献２】特開平10−180301号公報
【特許文献３】特開平11−5398号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に述べたようにプレス金型の冷却においては、幅プレスを施す熱間スラブへの水飛散が無く、かつプレス金型が適正な温度範囲にあるように冷却を行うことが重要である。しかしながら、上述した特許文献１、及び特許文献２で提案されている発明は、操業条件、幅プレスを施す熱間スラブを考慮せず、一義的に冷却能力を決定したものであるため、十分な温度制御性を確保することは困難であり、また、特許文献３で提案されている発明は幅プレス金型の温度低下防止に特化したものであり、適正な温度範囲に収まるように冷却制御を実施するものではない。
【０００８】
本発明の目的は、幅プレス成形を施す熱間スラブの長さ、温度、幅圧下量などの操業条件、並びに鋼種により異なるプレス金型の適正な温度領域を考慮し、プレス金型の寿命延長、熱間スラブの過冷による材質劣化、並びにプレス金型加工面への熱間スラブ表面酸化物付着に起因する製品の形状不良を解消することができるプレス金型の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は、熱間スラブを一対のプレス金型にて幅圧下するプレス金型の冷却方法において、プレス終了時と次回プレス開始時のプレス金型温度をプレス金型温度モデルにより求め、予め求めたプレス金型の適正な温度領域に入るようにプレス金型を冷却することを特徴とする熱間スラブの幅プレス用金型の冷却方法にある。すなわち、幅プレス成形時における幅プレス金型温度を、幅プレス成形を施す熱間スラブ長さ、熱間スラブ温度、及び幅圧下量などの操業条件を入力値として推算し、プレス金型温度が熱間スラブの鋼種により指定される適正な温度領域に収まるように水冷時間などの冷却制御因子を決定し、最適な冷却条件の基でプレス金型を冷却するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるプレス金型の冷却方法により、幅プレス成形時のプレス金型を、鋼種により異なる適正な温度範囲に管理することができ、プレス金型の長寿命化、並びにプレス時のスリップ現象を原因とする製品形状不良の解消を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
幅プレス成形時におけるプレス金型温度は、幅プレス成形を施す熱間スラブの長さ、温度、及び幅圧下量などの操業条件によって決まり、また、プレス金型の適正な温度領域は、表１に示すように、幅プレス成形を施す熱間スラブの鋼種によって異なることが判明した。鋼種によりプレス金型の適正な温度範囲が存在するのは、鋼種毎にスラブ成分組成は異なり、スラブの硬度、変態点が異なり、また鋼種毎に用途が異なるため、要求される品質レベルが異なるためである。そのため、プレス金型を常に適正な温度領域に管理するためには、プレスを施す熱間スラブ１本毎の操業状態からプレス金型温度を推算し、熱間スラブの鋼種により決定される適正な領域に収まるように適正な水冷時間によりプレス金型を冷却する必要がある。
【００１２】
図２には幅プレス成形時におけるプレス金型加工面の温度履歴調査結果を示す。図２における温度To（Ｎ）は、プレス成形実施直前のプレス金型加工面温度を示し、区間ａはプレス金型加工面が高温熱間スラブとの接触により昇温する期間である。また、温度Tp（Ｎ）は幅プレス成形終了時における温度であり、プレス金型加工面は最も温度が高い状態にある。区間ｂは幅プレス成形が終了し次の熱間スラブが搬送されてくるまでの幅プレス成形休止時間であり、プレス金型を冷却水により強冷する区間b1と空冷する区間b2からなる。プレス金型加工面は水冷終了直後に温度Tf（Ｎ）となり、区間b2において空冷により冷却されるが、内部に蓄積されている熱が表面へと流動するため復熱が起こり、次の熱間スラブを幅プレス成形する直前の温度To（Ｎ＋１）は温度Tf（Ｎ）よりも高くなる。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
上記に述べたように、プレス金型加工面の高温化による寿命低下、及び熱間スラブ表面酸化物付着の増加によるスリップ現象を抑制するためには、幅プレス成形時のプレス金型加工面温度を所定温度以下に管理する必要がある。この場合、図２においてTpで示される幅プレス成形終了時のプレス金型加工面最高温度が所定管理温度域にあれば、熱間スラブとの接触により金型温度が上昇する幅プレス成形実施時において、プレス金型は上限管理温度を満たしていることになる。また、熱間スラブと金型との接触による熱間スラブの局部的な温度低下、及び金型加工面温度の急激な温度上昇を抑制するためには、図２においてToで示される、幅プレス成形開始直前の金型加工面温度が所定管理温度域にあれば、幅プレス成形実施時において、プレス金型は下限管理温度を満たしていることになる。
【００１５】
また、図３に示すように、幅プレス成形時における金型加工面の温度分布を調査したところ、1cで示す平行部とテーパー部の境界部において、幅プレス終了時の温度であるTpは最も高く幅プレス実施直前温度Toは最も低いことが判明した。よって、この境界部が熱間スラブの鋼種により指定される適正な温度範囲にある場合には、すべての加工面部位が適正な温度範囲内にあることになる。
【００１６】
従って、プレス金型における上記境界部を温度管理位置として、熱間スラブ１本毎に幅プレス成形直前温度Toと幅プレス成形終了時のプレス金型加工面温度Tpを管理温度とし、これらが熱間スラブの鋼種により指定される適正な範囲に収まるように水冷時間などの冷却制御因子を決定することでプレス金型を適正な温度範囲に冷却することが可能である。    
【００１７】
プレス金型加工面温度Tp及び幅プレス成形直前温度Toに影響を与える操業因子について検討する。Ｎ本目の熱間スラブに幅プレス成形を施す直前のプレス金型温度をTo（Ｎ）、幅プレス成形終了時における温度をTp（Ｎ）とすると、To（Ｎ）からTp（Ｎ）への昇温特性は熱間スラブとの接触時間並びに接触する熱間スラブ温度に大きく依存し、熱間スラブとの接触時間は幅成形を施す熱間スラブ長さと幅圧下量により決まるため、To（Ｎ）からTp（Ｎ）への昇温特性は幅プレス成形を施す熱間スラブ長さ、熱間スラブ温度、幅プレス量により決定されるものと考えることができる。また、幅プレス成形終了後、プレス金型加工面は冷却水による水冷と空冷されるため、幅プレス成形終了直後の温度Tp（Ｎ）から次のＮ＋１本目の熱間スラブに幅プレス成形を施す直前の温度To（Ｎ＋１）への温度変化は、冷却水水量、水冷時間、空冷時間により決定されると考えることができる。よって、様々な操業条件におけるプレス金型加工面の温度履歴を調査し、Tp並びにToと操業条件の相関を求め、温度予想式を導出した。温度予想式は、例えば、数式（１）〜（３）のような関数として表すことができる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
【数２】
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【００２０】
【数３】
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【００２１】
数式(1) における総接触時間について説明する。熱間スラブに幅プレスを施す場合、先に述べたように、プレス金型は熱間スラブに対し、接触と乖離を繰り返す。一回あたりの接触時間は、幅圧下量の関数として表すことができ、数式(4) で定義される。また、一回の接触でスラブ長手に対しＤ(mm)分幅圧下を施すことができる場合、熱間スラブ１本あたりの接触回数は数式（5)で定義される。本プレス装置において、Ｄの値は400mm である。      
【００２２】
【数４】
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【００２３】
【数５】
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よって、数式(4) 、及び数式(5) より、熱間スラブ一本当たりの総接触時間は数式(6) で定義される。
【００２４】
【数６】
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【００２５】
次に、上記式を用いた最適水冷時間の決定法について説明する。Ｎ本目の熱間スラブに幅プレスを施す直前のプレス金型加工面温度To（Ｎ）とＮ本目の熱間スラブに関する操業条件である熱間スラブ温度、長さ、及び幅プレス量を数式(1) 、(3) 、(4）、(5）に入力することにより、Ｎ本目の熱間スラブに幅プレス成形を施した直後のプレス金型加工面温度Tp（Ｎ）を求めることができる。
【００２６】
次に、上記で求めたTp（Ｎ）と冷却水温度、外気温度、空冷時間を数式（2)、(3) に入力することで、Ｎ＋１本目に幅プレスを施す直前のプレス金型温度To（Ｎ＋１) はＮ本目のプレス終了直後における水冷時間の関数として表すことができる。ここで、空冷時間は次の熱間スラブが搬送されるまでの幅プレス成形待機時間から水冷時間を除いた時間である。To（Ｎ＋１）とＮ＋１本目の熱間スラブ関する操業条件を数式（1)に入力することで、Tp（Ｎ＋１) においてもＮ本目のプレス終了直後における水冷時間の関数として表すことができる。そして、To(N＋1)、およびTp(N＋1)が数式(7) 、及び数式(8) を満たすような水冷時間を決定する。
【００２７】
【数７】
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【００２８】
【数８】
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【００２９】
上記の計算を幅プレス成形を施す熱間スラブ本数がＮ＋２、Ｎ＋３・・・と繰り返し行うことにより、熱間スラブ１本毎の最適な水冷時間を決定することができる。
数式(7) と(8) が共に所定温度範囲となるような水冷時間が存在しない場合には、予め幅プレスを施す熱間スラブの鋼種により、どちらの管理を優先するかを決定し、それに基づき必要な水冷時間を出力する。
【００３０】
即ち、本願発明は、図４に示す如く、幅プレス成形時におけるプレス終了時の金型温度と次回プレス開始時の金型温度を幅プレス成形を施す熱間スラブ長さ、熱間スラブ温度及び幅圧下量などの操業条件を入力値として推算し、プレス金型温度が熱間スラブの鋼種により指定される適性な温度領域に収まるように水冷時間などの冷却因子を決定し、最適な冷却条件の基でプレス金型を冷却することが可能となり、その効果は極めて大きいものである。  
【実施例】
【００３１】
長さ8000〜12000mm 、幅1200〜1600、幅プレス量50〜400 ｍｍ、熱間スラブ温度1100℃〜1250℃の範囲の基で幅プレス成形を実施し、本発明による冷却方法により幅プレス金型を冷却した結果、幅プレス成形不良を起因とする不良率は従来の冷却方法時に比べ85％低減し、また幅プレス金型の寿命も1.5 倍に増加した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の幅プレス成形の略式説明図である。
【図２】本発明の幅プレス成形過程におけるプレス金型温度履歴を示す説明図である。
【図３】本発明のプレス金型における温度分布を示す説明図である。
【図４】本発明の熱間スラブの幅プレス用金型の冷却方法を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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