(57)【要約】【課題】棒鋼・線材を熱間圧延するに際し、難加工材や細径材の熱間加工性を良好とするために、鋼材表面温度を誘導加熱により効果的に高めると共に、圧延素材の結晶粒粗大化、脱炭を防止する圧延方法と圧延設備列を提供する。【解決手段】鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備により棒鋼・線材を熱間圧延するに際し、粗圧延機列の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けて、該誘導加熱装置により、各圧延機間を通過中の鋼材を加熱して、粗圧延機列（但し、第１圧延機除く）および中間圧延機列の全圧延機における鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めることを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備により棒鋼・線材を熱間圧延するに際し、粗圧延機列の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けて、該誘導加熱装置により、各圧延機間を通過中の鋼材を加熱して、粗圧延機列（但し、第１圧延機を除く）および中間圧延機列の全圧延機における鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めることを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延方法。
【請求項２】
誘導加熱装置による圧延機間の鋼材を加熱は、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して第Ｎ圧延機と第（Ｎ＋１）圧延機（Ｎは４以下の整数）との間までの各圧延機間を通過中の鋼材を加熱することを特徴とする請求項１記載の棒鋼・線材の熱間圧延方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱間圧延方法によって、粗圧延機列および中間圧延機列における鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めることにより、鋼片加熱炉による鋼片加熱温度を可及的に低下させることを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延方法。
【請求項４】
難加工材もしくは細径材の棒鋼または線材を熱間圧延するに際し、鋼片加熱炉による鋼片加熱温度を１２００℃以下、粗圧延機列および中間圧延機列の全圧延機における鋼材の圧延噛み込み表面温度を１０００℃以上とすることを特徴とする請求項１または２記載の棒鋼・線材の熱間圧延方法。
【請求項５】
鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備において、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けたことを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延設備。
【請求項６】
誘導加熱装置は、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して第Ｎ圧延機と第（Ｎ＋１）圧延機（Ｎは４以下の整数）との間までの各圧延機間に設けたことを特徴とする請求項５記載の棒鋼・線材の熱間圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼片加熱炉、デスケラー（デスケーリング装置）、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備による棒鋼・線材の熱間圧延において、特に難加工性素材の良好な熱間加工性を得る棒鋼・線材の熱間圧延方法および熱間圧延設備に関するものであり、詳しくは、誘導加熱装置を効果的に配置して、圧延過程での鋼材表面温度を高める技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
棒材・線材は、一般的に、鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した熱間圧延設備により製造される。
特に、快削鋼やばね鋼などの難加工材や細径の棒材・線材を熱間圧延する際には、圧延中の鋼材温度を高めることが良好な熱間加工性を得るために有利な手段である。
従来においても圧延中の鋼材温度を高めるため、例えば特許文献１では、三重式圧延機により粗圧延の後、連続圧延して線材を製造するに際し、連続圧延の過程で誘導加熱装置により鋼材表面を加熱する技術が開示されている。
また、例えば特許文献２には、棒線材の熱間圧延ラインの粗圧延機列に効果的な適用が可能な誘導加熱装置が内設された圧延機出口ガイドが開示されている。
【特許文献１】特開平０２−９９２０４号公報
【特許文献２】特開２００１−３００６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した熱間圧延設備により棒材・線材を熱間圧延する際、加熱炉から抽出された圧延素材の温度推移は、概略的には下記のとおりとなる。
加熱炉より抽出された後、温度はデスケラーにて大きく降下し、その後の粗圧延機列では、圧延に従って、さらに低下するが、中間圧延機列以降は、上昇して行くので、上記の熱間圧延設備では、粗圧延機後段から中間圧延機列前段までの間で鋼材表面温度が最も低くなる。
従って、難加工材や細径材の熱間加工性を良好にするには、特に粗圧延機後段から中間圧延機列までの間で最も低くなる鋼材表面温度を高める必要があるが、一方では、圧延素材の結晶粒粗大化、脱炭を防止するためには、加熱炉での高温加熱を避ける必要がある。
【０００４】
前掲の特許文献１に開示された技術では、熱間圧延設備の基本的な構成が本発明で対象とするものとは異なると共に、誘導加熱装置の配置位置は、粗圧延後の連続圧延過程と記載されているのみで、熱間圧延ライン全体の鋼材温度推移から見た効果的配置を開示していない。
また、前掲の特許文献２に開示された技術は、本発明対象と同様の設備構成の粗圧延機に誘導加熱装置を内設した圧延機出口ガイドを設けるものであるが、この技術も熱間圧延ライン全体の鋼材温度推移から見た誘導加熱装置の効果的配置を開示していない。
さらには、両特許文献とも、圧延素材の加熱温度については、何ら言及していない。いずれにしろ両特許文献の開示技術では、圧延素材の結晶粒粗大化、脱炭を防止して良好な熱間加工性を得ることは困難であるといえる。
【０００５】
かかる事情を鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備により棒鋼・線材を熱間圧延するに際し、難加工材や細径材の熱間加工性を良好とするために、熱間圧延ライン全体の鋼材表面温度推移を勘案して、鋼材表面温度を誘導加熱により効果的に高める方法とそれを実施するための圧延設備を提供するものであり、さらには、熱間加工性を良好としつつ、圧延素材の結晶粒粗大化、脱炭を防止する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備による棒鋼・線材の熱間圧延においては、粗圧延機列中の最上流側の複数の圧延機間に誘導加熱装置を設けて通過中の鋼材を加熱することが最も効果的であることを知見し、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備により棒鋼・線材を熱間圧延するに際し、粗圧延機列の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けて、該誘導加熱装置により、各圧延機間を通過中の鋼材を加熱して、粗圧延機列（但し、第１圧延機を除く）および中間圧延機列の全圧延機における鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めることを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延方法。
（２）誘導加熱装置による圧延機間の鋼材を加熱は、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して第Ｎ圧延機と第（Ｎ＋１）圧延機（Ｎは４以下の整数）との間までの各圧延機間を通過中の鋼材を加熱することを特徴とする上記（１）記載の棒鋼・線材の熱間圧延方法。
（３）上記（１）または（２）に記載の熱間圧延方法によって、粗圧延機列および中間圧延機列における鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めることにより、鋼片加熱炉による鋼片加熱温度を可及的に低下させることを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延方法。
（４）難加工材もしくは細径材の棒鋼または線材を熱間圧延するに際し、鋼片加熱炉による鋼片加熱温度を１２００℃以下、粗圧延機列および中間圧延機列の全圧延機における鋼材の圧延噛み込み表面温度を１０００℃以上とすることを特徴とする上記（１）または（２）記載の棒鋼・線材の熱間圧延方法。
（５）鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した棒鋼または線材の熱間圧延設備において、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けたことを特徴とする棒鋼・線材の熱間圧延設備。
（６）誘導加熱装置は、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して第Ｎ圧延機と第（Ｎ＋１）圧延機（Ｎは４以下の整数）との間までの各圧延機間に設けたことを特徴とする上記（５）の棒鋼・線材の熱間圧延設備。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱間圧延中の鋼材表面温度を効果的に高めることができ、硫黄含有快削鋼やばね鋼の如き難加工材もしくは細径材の熱間加工性を良好とすることができる。さらには、熱間加工性を良好としつつ、併せて圧延素材の結晶粒粗大化、脱炭を防止することができる。その結果、鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めることにより、鋼片加熱炉による鋼片加熱温度を可及的に低下させることが可能となり、その操業上の効果はきわめて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明で対象とする棒鋼・線材の熱間圧延設備は、図１にて模式的に示すように、鋼片加熱炉、デスケラー、粗圧延機列、中間圧延機列、および仕上圧延機列を順次、連続的に配列した設備列であり、その後に、冷却設備が配置されている。
上記の熱間圧延設備を詳しくしたのが図２、３である。すなわち、図２、３の横軸の下に示すように、鋼片加熱炉１にて加熱し抽出した鋼片は、デスケラー２にてスケールを除去した後、粗圧延機列３、中間圧延機列４、および仕上圧延機列（図示せず）にて連続圧延され、所定の径まで圧延される。図２、３では、粗圧延機列３は、８機の圧延機（＃１〜＃８）で構成された例を図示しているが、通常は、６〜１０機の圧延機で構成される。また、図２、３では、中間圧延機列４は、３機の圧延機（＃９〜＃１１）を図示し、後続する圧延機を省略しているが、通常は、４〜１０機の圧延機で構成される。
粗圧延機列３、中間圧延機列４、および仕上圧延機列（図示せず）は、それぞれ直列に配置された複数の水平および竪型の圧延機から構成され、鋼材は、各圧延機で１パスの圧延が施される。
【００１０】
このような棒鋼・線材の熱間圧延では、例えば図２の細線６で示すように、鋼片加熱炉から抽出した後は鋼材を加熱しない場合は、加熱炉より抽出された鋼材の表面温度は、先ず、デスケラーの高圧水により大きく降下し、その後の粗圧延機列では、圧延速度が遅いため、圧延により発生する加工発熱よりも圧延ロールによる抜熱、および圧延機間の放熱による失熱により、圧延するに従ってさらに低下することになる。中間圧延機列以降は、圧延速度の上昇に伴い加工発熱に対し放散熱が減少するため、表面温度は上昇して行くので、上記の熱間圧延設備では、粗圧延機列後段から中間圧延機列前段までの間で鋼材表面温度が最も低くなる。図２の細線６で示す例では、中間圧延機列の第１圧延機の噛み込み表面温度が最も低くなっている。
本発明者らは、このような鋼材表面温度推移において、熱間圧延過程での鋼材表面温度を効果的に高めるには、粗圧延機列中の最上流側の複数の圧延機間に誘導加熱装置を設けて通過中の鋼材を加熱することが最も有効であることを知見し、本発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち本発明は、粗圧延機列の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けて、該誘導加熱装置により、各圧延機間を通過中の鋼材を加熱して、粗圧延機列および中間圧延機列の全圧延機における鋼材の圧延噛み込み表面温度を高めるものである。
より具体的には、少なくとも、第１圧延機と第２圧延機との間、および第２圧延機と第３圧延機との間の両方に誘導加熱装置を設けて、該誘導加熱装置により、両圧延機間を通過中の鋼材を加熱するものであり、さらには第３圧延機と第４圧延機との間以降の後続する圧延機間にも連続して設けることを含むものである。
【００１２】
本発明で上記の特定事項とした理由は、次のとおりである。
鋼材表面温度が大幅に低下するデスケラーの後面、且つ粗圧延機の第１圧延機前に誘導加熱装置を設けないのは、デスケラーでスケールを除去した後は、スケールが再生する前に即座に粗圧延機の第１圧延機に噛み込ませる必要があり、誘導加熱装置を設けて加熱することは避けるべきであるからである。
粗圧延機列の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して複数の圧延機間の各々に誘導加熱装置を設けて、該誘導加熱装置により、各圧延機間を通過中の鋼材を加熱するのは、鋼材の圧延機噛み込み表面温度が最も低温となる粗圧延機の後段で加熱するよりも、圧延速度が遅いため、圧延により発生する加工発熱よりも圧延ロールによる抜熱、および圧延機間の放熱による失熱が大きい最上流側圧延機間で加熱する方が、加熱効率が良く、また、その後の圧延により、鋼材の表面および断面内の温度分布が均一化するからである。
複数の圧延機間に誘導加熱装置を設けるのは、１台の加熱装置だけでは、加熱温度を相当な高温まで高める必要があり、鋼材の表面に粗大粒が生じる等の品質上好ましくない事態が生じるおそれがあり、また、誘導加熱装置が大規模なものになり、既設の圧延設備に設置することが困難になるからである。
【００１３】
上記のとおり、粗圧延機列の最上流側圧延機間の連続する複数位置で加熱する方が効果的であるが、設備費などを考慮すると、誘導加熱は、粗圧延機の第１圧延機と第２圧延機との間から連続して第Ｎ圧延機と第（Ｎ＋１）圧延機（ここでＮは４以下の整数）との間までに止めるのが好ましい。
尚、誘導加熱装置としては、鋼材表面の４面を同時に加熱するものが適用される。本発明においては、既存の圧延機列を大幅に改造することなく容易に配置でき、かつ、鋼片の急速加熱が達成できるという面から、誘導加熱装置を選択したが、該誘導加熱装置としては、通常用いられている３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの高周波誘導加熱装置が適しており、目標とする昇温温度範囲としては１０℃〜２００℃であり、できるだけ圧延機入側に近接して配置することが望ましい。
【００１４】
一般的に、連続圧延ラインの鋼材表面温度は、加熱炉での加熱温度が最高となり粗圧延機列で最低となる。鋼材の最低温度は抽出温度と圧延速度により決まり、圧延速度は設備能力制約により自由度がないため、圧延最低温度を設定すると、一義的に抽出温度が決定される。
圧延時の必要最低温度は圧延性を確保するために二層域を回避し、また、変形抵抗不足による表面疵発生や圧延機モーターの負荷オーバーを防止できる温度とし、加熱炉での加熱温度は前記必要圧延最低温度が確保でき、かつスケールロスや燃焼コストが最低になるように設定する。
以下に、圧延温度を圧延機噛み込み直前の鋼材表面温度と定義し、温度範囲は圧延機噛み込み温度の最低値と、加熱炉での加熱温度を最高値とし、この最低値から最高値までを鋼材表面温度範囲と定義して、本発明を説明する。
【００１５】
一般的には、鋼材表面温度範囲は９００℃〜１２００℃である。しかし、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０４で規定されるＳ：０．０８〜０．３３％を含有する硫黄快削鋼または硫黄複合快削鋼の他、近年ではＢＮ快削鋼のようにＳ含有量の上限を０．６％まで高めた快削鋼が開発され、これらＳを必須成分とした硫黄含有快削鋼のような難加工材においては、圧延機直前の温度が低下すると前圧延機で鋼材に発生した歪みが開放されないまま次圧延機により圧縮されることで表面疵が発生する事がある。そこで、鋼材先端割れや表面疵発生を防止するため各圧延機直前の表面温度を１０００℃以上とする必要がある。また鋼材表面最高温度は粗大粒発生による表面疵を防止する為に１２００℃以下、好ましくは、１１８０℃以下にする必要があるため、鋼材表面温度範囲は１０００℃以上１２００℃以下、好ましくは１１８０℃以下と一般的な材料より狭くなる。
さらに、例えば、直径５．５ｍｍの細径線材では、仕上圧延機列での圧延速度制約により、粗圧延速度が遅くなり、粗圧延機列での失熱が大きくなるため、上記の鋼材表面温度範囲に収めることが、益々困難となって来る。
【００１６】
本発明においては、圧延機間に誘導加熱装置を設置し圧延最低温度を上昇させる事により許容される温度範囲の下限値に対し余裕が持たせられる。また、加熱炉抽出温度を下げる事で許容温度範囲の上限にも余裕が生じさせ、許容温度範囲に対し圧延温度範囲を従来よりも狭くするものである。
誘導加熱装置は、圧延機直前の鋼材表面温度を上昇させ、前圧延機で生じた歪みを開放するために、粗圧延機列の第１粗圧延機より下流に設置するのが良い。また、誘導加熱装置を、粗圧延機列の最上流側の圧延機機間に連続させて設置する事により、加熱炉抽出温度を低温化させた場合でも、粗圧延機列前段から中間圧延機列前段までの間で生じる圧延最低温度を高めることができ、例えば硫黄含有快削鋼において、加熱温度を１２００℃以下、さらには１１８０℃以下、圧延最低温度を１０００℃以上にすることができる。
【００１７】
以上説明してきたように、この発明によれば連続圧延中の鋼材表面温度範囲を狭くでき、難加工材、例えば快削鋼のような圧延素材表面温度の許容範囲が狭い鋼種を連続圧延にて製造するのに際して、表面疵の発生を抑制できる。また、生産性にすぐれた連続圧延により圧延して線材製品や棒材製品などの細径化された圧延品を得ることが可能となる。
さらに、誘導加熱装置を第１粗圧延機から連続で配置する事で平均断面温度を粗圧延機列の開始から上昇させる事ができる。難加工材、例えば、ばね鋼のような材料は圧延機への負荷が大きく、加熱炉内で発生する脱炭を抑制するために加熱炉抽出温度を低下させると設備能力を超える事がある。圧延機の設備能力は従来の温度条件で設計されているため、誘導加熱装置を粗圧延機列の途中で設置し低温抽出を行うと、加熱装置を設置した前段の圧延機負荷が従来よりも大きくなる問題が発生する。そこで、誘導加熱装置を第１粗圧延機から設置し、粗圧延開始から平均断面温度を上昇させることで、従来よりも圧延温度が低下する圧延機数を最小にし、ばね鋼のような難加工材の加熱炉抽出温度低温化も可能とするものである。
【実施例】
【００１８】
供試材として、表１に示す成分組成（単位は質量％）の快削鋼の断面サイズが幅１６２ｍｍ×高さ１６２ｍｍの鋼片を用いた。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
＜実施例１＞
上記供試材を加熱炉内にて加熱したのち、仕上圧延後の直径が９．５ｍｍとなるようにパススケジュールをとったときの表面温度推移を図２に示す。図２において、細線６は、比較例であり、鋼片加熱炉での抽出温度を１１３０℃とし、加熱炉抽出後は、誘導加熱装置等で鋼材を加熱しなかった例である。この比較例では、鋼材の圧延最低温度は、１０００℃を下回っている。図２において、太線７は、発明例であり、鋼片加熱炉での抽出温度は、比較例と同じくし、粗圧延機列での第１圧延機と第２圧延機の間、第２圧延機と第３圧延機の間、および第３圧延機と第４圧延機の間に設けたそれぞれの誘導加熱装置（５ａ、５ｂ、５ｃ）により鋼材を加熱した例である。この発明例では、鋼材の圧延最低温度は、１０００℃を上回っている。比較例と発明例における、熱間圧延後の鋼材の表面疵による不良率を表２に示す。表２に示すとおり、発明例の表面疵不良率は、比較例よりも低減されていることがわかる。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
＜実施例２＞
上記供試材を加熱炉内にて加熱したのち、仕上圧延後の直径が５．５ｍｍとなるようにパススケジュールをとったときの表面温度推移を図３に示す。図３において、細線６は、比較例であり、鋼片加熱炉での抽出温度を１２１０℃とし、加熱炉抽出後は、誘導加熱装置等で鋼材を加熱しなかった例である。この比較例では、鋼材の圧延最低温度は、１０００℃を下回っている。図３において、太線８は、発明例１であり、鋼片加熱炉での抽出温度は、比較例と同じくし、実施例１と同様に設けた誘導加熱装置により鋼材を加熱した例である。この発明例１では、鋼材の圧延最低温度は、１０００℃を上回っている。図３おいて、点線９は、発明例２であり、鋼片加熱炉での抽出温度は１１６０℃とし、誘導加熱装置の出力をアップして誘導加熱以降の圧延温度推移を発明例１と同じくした例である。比較例と発明例１、２における、熱間圧延後の鋼材の表面疵による不良率を表３に示す。
表３に示すとおり、発明例１の表面疵不良率は、比較例より低減しており、発明例２では、さらに低減している。
【００２３】
【表３】
2008212965.tif 000005
【００２４】
実施例１、２に示すように、硫黄含有快削鋼においては、圧延最低温度が１０００℃を下回ると延性不足により、１２００℃を超えると粗大粒起因により、表面疵が著しく増加するが、粗圧延機列の最上流側で誘導加熱を行い、圧延最低温度を高めて１０００℃以上とすることにより表面疵が低減し、さらには、加熱炉抽出温度を低下させることにより、さらに表面疵を低減させることができる。
尚、上記実施例は、硫黄含有快削鋼における実施例であるが、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の棒鋼・線材の熱間圧延フローを示す図
【図２】実施例１の鋼材表面温度推移を示す図
【図３】実施例２の鋼材表面温度推移を示す図
【符号の説明】
【００２６】
１：加熱炉
２：デスケーラー
３：粗圧延機列
４：中間圧延機列
５ａ、５ｂ、５ｃ：誘導加熱装置
＃１〜＃１１：圧延機Ｎｏ．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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