(57)【要約】【課題】線材・棒鋼の熱間孔型圧延において、粗圧延機列などの上流側の圧延機で発生した表面疵を、その後の圧延過程で圧着により消滅しやすくし、製品表面に残存しにくくする表面疵低減方法を提供することである。【解決手段】素材ビレットから菱孔型および角孔型を含む孔型スケジュールで断面積を順次減少させて、圧延材を所要の寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法において、前記菱孔型または角孔型の少なくとも１つの孔型の出側で、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍の、通常しわ状の表面疵が発生する部位のスケールを、高圧水をノズルから噴射させて除去するようにしたのである。それにより、表面疵は次の孔型での変形によって浅くなりやすい、疵幅の広い凹凸となり、表面疵の内部にスケールが入り込まないため、以後の孔型での変形によって消滅しやすくなり、製品疵深さが確実に低減する。【選択図】　図１
2004001041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材ビレットから菱形状および角形状の孔型を含む孔型スケジュールによって断面積を順次減少させて、圧延材を所要の寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法において、前記菱形状または角形状の少なくとも１つの孔型の出側で、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケールを除去することを特徴とする線材・棒鋼の熱間圧延方法。
【請求項２】
前記圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケール除去を、最初に圧下される孔型の出側で行うことを特徴とする請求項１に記載の線材・棒鋼の熱間圧延方法。
【請求項３】
素材ビレットから菱形状および角形状の孔型を含む孔型スケジュールによって断面積を順次減少させて、圧延材を所要の寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法において、前記菱形状または角形状の全ての孔型の出側で、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケールを除去することを特徴とする線材・棒鋼の熱間圧延方法。
【請求項４】
前記スケール除去を高圧水を用いて行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の線材・棒鋼の熱間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間孔型圧延により製造される線材・棒鋼の表面疵を低減させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間孔型圧延により製造される線材・棒鋼には、圧延仕上がりの状態で、微細な表面疵や肌荒れなどの表面欠陥がしばしば見られ、このような表面欠陥は、次工程での加工不良を引き起こすのみならず、製品の疲れ寿命などにも影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
線材・棒鋼の圧延過程では、加熱炉で素材のビレットが適正圧延温度に加熱された後、使用する孔型の組み合わせを予め定めた孔型スケジュールに基づいて、粗圧延機列、中間圧延機列、仕上げ圧延機列の各圧延機に組み込んだロールの孔型により交互に圧下され、断面積を順次減少させて所要寸法を有する製品の線材・棒鋼に仕上げられる。このうち、粗圧延機列では、一般に、各ロールには、菱孔型または適宜角孔型が設けられ、素材のビレットは、「菱」→「菱」→「菱」または「菱」→「角」→「菱」などの孔型スケジュールにより圧延され、減面される。この粗圧延の際に孔型内での変形に伴う圧縮ひずみによって、圧延材表層にしわ状の表面疵が発生する場合がある。
【０００４】
前述のように、素材ビレットから、「菱」→「菱」→「菱」または「菱」→「角」→「菱」などの孔型スケジュールにより圧下され、減面される過程で孔型内での変形に伴う圧延材表層の圧縮ひずみは、圧下されたコーナー部の近傍に生じることを、圧延変形解析および圧延実験により確認している。
【０００５】
前記しわ状の表面疵は、以後の中間圧延機列および仕上げ圧延機列での各孔型での圧延加工によって消滅せずに、線材・棒鋼製品の表面にしわ疵として残存しやすい。これは、熱間圧延であるために、圧延材表面のスケールが粗圧延機列で発生したしわ状の表面疵の内部に入り込み、このスケールの介在によって、以後の圧延加工で前記表面疵が圧着せずに、製品に表面疵、即ちしわ疵として残存するものと考えられる。
【０００６】
このようなスケールの介在による表面欠陥を防止する方法として、例えば、特開昭５８―１１０１１７号公報では、圧延材が上下ロールにより圧下され変形する際に、上下ロール間で両側から圧延材に対して高圧水などを吹き付けて、スケールを除去する方法が提案されている。この方法では、圧延材の変形により、スケールは圧縮歪を受けて割れが入った状態にあるため、その除去が良好に行なわれ、次のパスで、上下ロールにより圧延材表面のスケールが押し込まれずに、製品に肌荒れの残存を防止できることが示されている。
【０００７】
また、特開昭６１−２１２４０５号公報では、オーバルカリバー溝を有する圧延ロールと丸カリバー溝を有する圧延ロールが交互に配置された圧延ロール列において、仕上げ圧延ロールよりも数パス前の線径１０ｍｍ以下の線材に、ロール通過に高圧水を吹き付けつつ圧延する方法が提案されている。この方法では、１０ｍｍ以下の適切な線径にまで圧延されてきた仕上げ数パス前の線材に、高圧水を吹き付けることで、圧下により剥離しつつある線材表面のスケールを除去するため、仕上げ線材の、上下ロールのカリバー溝間に位置する部分の表面の粗さを、上下ロールのカリバー溝に接した部分の表面粗さと等しい滑らかさにできることが示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭５８−１１０１１７号公報で提案された方法では、上下ロール間で両側から圧延材に対して高圧水などを吹き付けてスケールを除去するため、高圧水などの衝突により圧延材の自由表面の温度が降下し、変形能が低下する。この変形能が低下した自由表面は次の上下ロールで圧下面となるために、スケールの押し込みによる肌荒れは軽減できても、しわ状など、他の表面疵が発生しやすくなる。
【０００９】
また、特開昭６１−２１２４０５号公報で提案された方法では、仕上げ圧延ロールよりも数パス前の線径１０ｍｍ以下の線材のロール通過時に高圧水を吹き付けて線材表面のスケールを除去することにより、仕上げ線材表面の、上下ロールのカリバー溝間に位置する部分の表面の粗さを、上下ロールのカリバー溝に接した部分の表面粗さと等しい滑らかさにできることが示されているのみである。したがって、仕上げ圧延ロールから数パス以前の上流パスで生じた表面疵、例えば、深さが０．０５ｍｍ、幅が０．０１ｍｍ程度の、前述の粗圧延で発生するしわ状の表面疵などの製品表面への残存に対しては、改善策が示されていない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解消するためになしたものであって、その課題は、熱間孔型圧延において粗圧延機列などの上流側の圧延機で発生した表面疵を、その後の圧延過程で消滅しやすくし、製品表面に残存しにくくする表面疵低減方法を提供することである。
【０００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明では以下の方法を採用したのである。即ち、素材ビレットから菱形状および角形状の孔型を含む孔型スケジュールによって断面積を順次減少させて、圧延材を所要の寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法において、前記菱形状または角形状の少なくとも１つの孔型の出側で、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケールを除去するようにしたのである。
【００１２】
前述のように、素材ビレットから、「菱」→「菱」→「菱」または「菱」→「角」→「菱」などの孔型スケジュールにより圧下され、減面される過程で、孔型内での変形に伴う圧延材表層の圧縮ひずみによって発生するしわ状の表面疵は、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍に生じる。この部分に生成しているスケールを除去すると、表面疵は、実質的にスケール層の厚み分だけ浅くなり、また、圧延材表面に開口して、実質的に疵幅は広くなる。そして、次の孔型での変形時のメタルフローによって、浅くなりやすい、疵幅の広い凹凸となる。さらに、スケールがしわ状の表面疵の内部に入り込むことも防止でき、スケール除去後に生成する２次スケールの厚さは薄いため、以後の孔型での圧下によって、表面疵が閉じやすくなる。これらのことにより、前記表面疵は、以後の圧延過程え消滅しやすくなる。
【００１３】
そして、スケール除去を行う部位は、通常、しわ状の表面疵が発生する圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍であり、圧延材全周には及ばないために、例えば、高圧水によってスケール除去を行う場合には、圧延材の温度降下量が少なくなる。また、前記圧下されたコーナー部の両側近傍は、次の孔型では圧下を受けない自由表面に位置し、変形応力も小さいため、温度降下による変形能不足によって表面疵が助長されたり、表面疵が新たに発生したりすることを防止できる。
【００１４】
前記スケール除去を、少なくとも、素材ビレットが最初に圧下される孔型の出側で行うことが望ましい。
【００１５】
素材ビレットは、最初の孔型で圧下される前に、加熱過程で生成したスケールが、通常、ノズルから噴射した高圧水により除去されるが、この加熱過程で生成したスケールは厚く、一様に除去できない場合がある。また、素材ビレットの表面、即ちスケールと地鉄界面は比較的粗く、孔型の表面も熱負荷などにより肌荒れを生じやすい。これらによって、最初の孔型では、圧下されたコーナー部の両側近傍に生じる圧延材表層の圧縮ひずみによってしわ状の表面疵が発生しやすい。しかも、この表面疵の内部にスケールが入り込みやすくなる。従って、最初の孔型の出側で、圧下されたコーナー部の両側近傍のスケール除去を行うことにより、上述の表面疵の低減をより効果的に行うことができる。
【００１６】
素材ビレットから菱形状および角形状の孔型を含む孔型スケジュールによって断面積を順次減少させて、圧延材を所要の寸法に仕上げる線材・棒鋼の熱間圧延方法において、前記菱形状または角形状の全ての孔型の出側で、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケールを除去することもできる。
このようにすれば、上記各孔型の出側で、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケールが除去されるので、上述の表面疵低減の効果がより大きくなる。
【００１７】
前記スケール除去を高圧水を用いて行うことが望ましい。
例えば、高圧水をノズルからスプレイ状に噴射し、高速の水滴を高密度で圧延材表面に衝突させることにより、この表面に生成したスケールを除去することが可能である。そして、圧延材の全周ではなく、圧下されたコーナー部の両側近傍のスケール除去を行うようにしたので、ノズル数を少なくでき、また、冷却水流量も少なくて済み、大規模な設備投資なしに、表面疵の低減することができる。
なお、前記高圧水の噴射ノズルの吐出圧力は５ｋｇ／ｃｍ２以上が好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１および図２に基づいて説明する。
線材・棒鋼の熱間圧延では、加熱炉で適正な圧延温度にまで加熱されたビレットを素材として、加熱炉に近接して設置された粗圧延機列、それに引き続く中間圧延機列および仕上げ圧延機列の各圧延機のロールにそれぞれ加工された孔型を組み合わせた孔型スケジュールに基づいて、素材ビレットの断面積を順次減少させて、所要寸法の線材・棒鋼に仕上げられる。
前記粗圧延機列の各ロールには、菱形状または角形状の孔型が加工され、中間圧延機列および仕上げ圧延機列の各ロールには、楕円形状または丸形状の孔型が加工されている。
【００１９】
図１は、前記粗圧延機列での最初の孔型、即ちＮｏ．１圧延機のロールに加工された菱形状の孔型１で、素材の角形状のビレット２が矢印３、３ａで示した方向に圧下されて孔型１内に充満した、孔型１の出側での圧延材４の菱形状の断面を示したものである。図２は、この菱形状断面の圧延材４が、次の圧延機のロール加工された菱形状の孔型５で、矢印６、６ａで示したように、前記孔型１の場合と９０度異なる方向から圧下され、この菱孔型５に充満した、孔型５の出側での圧延材７の菱形状断面を示したものである。
【００２０】
図１に示した孔型１における「角」→「菱」圧延では、通常、孔型１内での変形に伴う圧延材４の表層の圧縮ひずみによって、矢印８ａ〜８ｄで示したように、圧下されたコーナー部４ａ、４ｂの両側近傍に、しわ状の表面疵を生じる。前記しわ状の表面疵が発生する矢印８ａ〜８ｄで示した部位、即ち、圧延材４の圧下されたコーナー部４ａ、４ｂの両側近傍に生成したスケールを除去するための高圧水の噴射ノズルが、孔型１の出側に、前記部位に対向してそれぞれ設けられている。
【００２１】
また、図２に示した孔型５における「菱」→「菱」圧延では、図１に示した場合と同様に、矢印９ａ〜９ｄで示したように、圧延材７の圧下されたコーナー部７ａ、７ｂの両側近傍に、通常しわ状の表面疵を生じる。前記「角」→「菱」圧延の場合と同様に、しわ状の表面疵が発生する矢印９ａ〜９ｄで示した部位の近傍、即ち、圧延材７の圧下されたコーナー部７ａ、７ｂの両側近傍に生成したスケールを除去するための高圧水の噴射ノズルが、孔型５の出側に、前記部位に対向してそれぞれ設けられている
【００２２】
このように、孔型１および孔型５などの菱孔型または角孔型の出側で、通常、しわ状の表面疵が発生する、圧延材４および７などの圧下されたコーナー部４ａ、４ｂおよび７ａ、７ｂの両側近傍のスケールを除去することにより、表面疵は実質的にスケール層の厚み分だけ浅くなり、また、圧延材表面に開口して実質的に疵幅は広くなる。このため鋭利な疵は次の孔型での変形により、浅くなりやすい、疵幅の広い凹凸となる。さらに、スケールが、しわ状の表面疵の内部に入り込むことも防止でき、スケール除去後に生成する２次スケールの厚さは薄いため、以後の孔型での変形によって表面疵が閉じやすくなる。これらのことにより、前記表面疵は以後の圧延過程で消滅しやすくなり、製品での疵深さが確実に低減される。
【００２３】
なお、前記しわ状の表面疵が発生する圧下されたコーナー部の両側近傍の部位は、頂角など孔型の形状や圧延温度などの圧延条件に基づいて、圧延変形解析により予め求めることができる。この部位は、孔型形状により若干異なるが、一般に、圧延材の圧下されたコーナー、即ち孔型の天地から圧延材の一辺の長さのおよそ１／３の範囲にある。
【００２４】
【実施例】
１５５ｍｍ角の素材ビレットを、粗圧延機列、中間圧延機列及び仕上げ圧延機列で合わせて２４台の圧延機を用いて、製品直径１２ｍｍの線材に仕上げる熱間圧延において、粗圧延機列のＮｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５、Ｎｏ．７圧延機では菱孔型が用いられ、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．６、Ｎｏ．８圧延機では角孔型が用いられている。それに引き続く中間圧延機列および仕上げ圧延機列の各圧延機では、楕円孔型と丸孔型が交互に用いられている。そして、菱孔型及び角孔型の出側に、前述したように、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍除去するための、高圧水の噴射ノズルを設け、この噴射ノズルを設ける位置数を、表１に示すように、１位置から７位置（粗圧延機列の全圧延機間）まで変化させて、製品での疵深さを調査した。なお、上記Ｎｏ．１圧延機入側では、加熱炉で素材ビレットの全表面に生成したスケールを除去するために、高圧水を噴射するデスケラーを使用している。
【００２５】
素材ビレットはＳＣＭ４３５を用い、加熱炉からの抽出温度を１０００℃、仕上げ圧延速度を３０ｍ／ｓとし、前記スケール除去は、噴射ノズルの吐出圧力を２０ｋｇｆ／ｃｍ２で行った。そして、直径１２ｍｍに仕上げ、巻き取った線材の先端側コイル部、中央コイル部、後端側コイル部からそれぞれ複数のサンプルを採取して断面内に存在する表面疵の最大深さを測定し、それらの平均値を製品疵深さとし、表１に示した。表１には比較として、各孔型出側で噴射ノズルを設けない場合の製品疵深さをも記した。なお、表１で「有」は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の各圧延機（ｓｔ．）の孔型出側で、スケール除去用の「噴射ノズル有」を示す。
【００２６】
【表１】
2004001041.tif 000003
【００２７】
表１から、粗圧延機列の各圧延機間の孔型出側で、いずれか１箇所噴射ノズルを設けるだけで製品疵深さは、ほぼ半減することがわかる。また、素材ビレットが最初に圧下される孔型の出側、即ちＮｏ．１圧延機の孔型出側と他の一つの孔型出側、例えば、Ｎｏ．１圧延機に引き続くＮｏ．２圧延機の孔型出側に噴射ノズルを設けることにより、製品疵深さは明瞭に低減する。そして、粗圧延機列の全圧延機間の孔型出側に噴射ノズルを設けた場合には、製品疵深さは著しく減少することがわかる。これらの結果から、菱形状または角形状孔型出側で、圧延材の圧下されたコーナー部近傍のスケールを除去することは、製品の表面疵深さの低減に極めて有効であることが確認された。なお、前記噴射ノズルの吐出圧力は２０ｋｇ／ｃｍ２以上とするのがさらに好ましい。
【００２８】
なお、前記噴射ノズルに供給する高圧水に砥粒を混ぜてスケール除去能力を向上させることも、製品疵深さの低減に有効である。また、高圧水を用いる代わりに、ショットブラスティングまたはホットスカーフィングなどによってスケール除去を行なってもよい。さらに、高圧水に砥粒を混ぜて用いる場合には、高圧水の圧力や砥粒の種類および粒径などを、ショットブラスティングを用いる場合には、ショットの粒径や投射速度および投射密度などを、ホットスカーフィングを用いる場合は溶削条件などを、それぞれ調整することにより、スケール除去だけでなく生成した表面疵をも除去するようにすれば、製品での表面疵深さを一層低減することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、菱形状または角形状の孔型の出側で、通常、しわ状の表面疵が発生する、圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍のスケールを除去するようにしたので、表面疵は、前述のように、次の孔型での変形によって、浅くなりやすい、疵幅の広い凹凸となる。そして、しわ状の表面疵の内部にスケールが入り込むことが防止され、スケール除去後に生成する２次スケールの厚さも薄いため、以後の孔型での変形によって、圧縮ひずみを受けた場合に表面疵が閉じやすくなる。これらのことによって、前記表面疵は以後の圧延過程で解消されやすくなり、その疵深さが確実に低減される。
【００３０】
また、スケール除去を行う部位は、通常、しわ状の表面疵が発生する圧延材の圧下されたコーナー部の両側近傍であり、圧延材全周には及ばないために、高圧水によってスケール除去を行う場合に圧延材の温度降下量が少なくなる。しかも、この部位は次の孔型では圧下を受けない自由表面に位置し、変形応力も小さいため、温度降下による変形能不足によって表面疵が助長されたり、新たな表面疵の発生を防止できる。
【００３１】
さらに、上述のように、スケール除去を行なう部位は、圧延材外周面の一部であるため、スケール除去に高圧水を用いる場合には、噴射ノズル数を少なくでき、また、冷却水流量も少なくて済み、大規模な設備投資なしに製品表面疵を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の最初の孔型（菱孔型）出側でのスケール除去の部位を示す断面図
【図２】同上の次の菱孔型出側でのスケール除去の部位を示す断面図
【符号の説明】
１：孔型　　　　　　　　２：素材ビレット　　　　　　３、３ａ：矢印
４：圧延材　　　　　　　４ａ、４ｂ：コーナー部　　　５：孔型
６、６ａ：矢印　　　　　７：圧延材　　　　８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄ：矢印
【図１】
2004001041.tif 000004
【図２】
2004001041.tif 000005