(57)【要約】      （修正有）【課題】丸断面素材を熱間圧延して丸断面鋼材とする際に、強圧下適用による内質、形状を改善する方法を提供する。【解決手段】鋼製の丸断面素材に熱間で３パス以上の圧延を施して丸断面鋼材製品となすにあたり、１パス目は上下一対の平ロールを用い、２パス目以降は上下同種一対又は上下異種一対の孔型ロールを用い、１パス目の減面率を素材から製品までの総減面率未満の範囲内として圧延する。前記１パス目の減面率は２パス目以降の総減面率の５０％以上とするのが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の丸断面素材に熱間で３パス以上の圧延を施して丸断面鋼材製品となすにあたり、１パス目は上下一対の平ロールを用い、２パス目以降は上下同種一対又は上下異種一対の孔型ロールを用い、１パス目の減面率を素材から製品までの総減面率未満の範囲内として圧延することを特徴とする内質に優れた鋼材の製造方法。
【請求項２】
前記１パス目の減面率は２パス目以降の総減面率の５０％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の内質に優れた鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内質に優れた鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼製の丸断面（円断面ともいう）の素材を圧延する場合、一般には製品も丸断面であり、その場合には通常、オーバル（楕円；略号Ｏ）−ラウンド（円；略号Ｒ）系の孔型系列を用いる事が多い。逆に素材形状が四角である場合には、スクエア（四角；略号Ｓ）或いはボックス（六角；略号Ｂ）−ダイヤ（菱形；略号Ｄ）などの孔型を有する孔型ロールにより断面積（詳しくは横断面積。以下同じ）を縮小し、最終的に所望の形状としている。勿論、素材が四角断面であればスクエア（Ｓ）−オーバル（Ｏ）などの組み合わせも用いられる（非特許文献１）。尚、上記各種孔型形状の例を、平ロール（フラットロール；略号Ｆ）形状と共に図４に示す。尚、図４は上下ロールをそれらの軸心線が乗る平面で切断した断面図である。図４において、Ｆ/Ｆは上下とも平ロールの場合、Ｏ/Ｏは上下とオーバル孔型ロールの場合、Ｒ/Ｒは上下ともラウンド孔型ロールの場合、Ｓ/Ｓは上下ともスクエア孔型ロールの場合、Ｂ/Ｂは上下ともボックス孔型ロールの場合、Ｄ/Ｄは上下ともダイヤ孔型ロールの場合を表す略号である（以下同じ）。
【０００３】
このとき、特に素材形状或いは中間形状が略円形である場合、上述した通り、オーバル（Ｏ）やラウンド（Ｒ）により最終形状の円断面素材を製造する。
一方、素材が鋳造ままの鋼片である場合、或いは鋼片断面中心部に欠陥が残存する様な場合には、最終製品或いは別製造ラインへ向けた素材としては不適である。なぜならば欠陥が残存するが故に、これが更なる加工により疵の原因となる事や、後続の圧延中にこれを起点とした破断などの発生が懸念される為である。そこでスラブなどの鋼片から製品を製造するにあたり、素材断面中央の欠陥を圧延により解消する方法として、強圧下を行う手法が知られている（非特許文献２）。これは鋼板を製造する際に、例えば３０ｍｍ圧下する必要があるときに、これを１０ｍｍ/パスとして３回に分けて圧延するよりも１回で３０ｍｍ圧下する方が内質に優れた製品が得られるというものである。
【０００４】
尚、特許文献１には、連続鋳造ビレット鋳片の圧延割れ（特に側面の圧延割れ）を防止する圧延方法として、連続鋳造ビレット鋳片から直送圧延により条鋼を製造するに際して、丸断面の連続鋳造ビレット鋳片を用い、粗圧延成形パスの１パス目に孔型ロールを使用し、２パス目以降の粗圧延では平ロールを使用する旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第3649054号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本塑性加工学会誌、Ｖｏｌ.24-273(1983.10)p.1070-1077
【非特許文献２】鉄と鋼  ’８１−Ｓ３３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
然しながら素材が丸断面であり、更に製品も丸断面である様な場合には、強圧下と一言で表現できる技術の適用は必ずしも容易な事ではない。なぜならば素材である鋼片或いは鋳片の横断面積を最終製品の横断面積に減少させるまでの面積減少率（略して減面率；＝１−製品断面積/素材断面積）、即ち圧下率は決まっており、然も形状を造り込むにあたっては、必要となる孔型や圧下率がある程度限定される為である。あるいは素材断面積を大きくするという方法もあるが、その都度、孔型を変更したり圧下率を最適化したりすることは多くの時間と労力がかかり、工業的には難しい。加えて素材を鋳型から作る場合にはその制約も大きく事実上困難である。上述の通り、通常、丸断面を圧延する場合には略楕円の孔型を用いるが、こういった孔型で強圧下を行うと、孔型から噛出しを発生し、これが製品の外面に疵を残す虞がある。また圧下し過ぎれば、噛出しが無くとも最終製品の外面に、孔型に充満しなかった部分が残るなど、強圧下による手法の適用が困難である事から、内質と形状を十分満足できない事があり、この点が課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決する為に、発明者は、所望の製品形状を得るために通常は孔型圧延が適用される３パス以上の熱間圧延において圧下率が必ずしも高くない場合でも素材の丸断面中心に存在する欠陥を有効に閉塞させる手段を検討し、その結果、前記熱間圧延の１パス目のみを上下平ロール圧延、２パス目以降を孔型圧延とする事で、強圧下による手法を容易に適用できて、内質、形状とも十分である製品が得られるという知見を得、以下の要旨構成になる本発明を成した。
【０００９】
即ち本発明は、鋼製の丸断面素材に熱間で３パス以上の圧延を施して丸断面鋼材製品となすにあたり、１パス目は上下一対の平ロールを用い、２パス目以降は上下同種一対又は上下異種一対の孔型ロールを用い、１パス目の減面率を素材から製品までの総減面率未満の範囲内として圧延することを特徴とする内質に優れた鋼材の製造方法である。本発明では、前記１パス目の減面率は２パス目以降の総減面率の５０％以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１パス目の上下平ロールによる強圧下圧延で丸断面中心に存在する欠陥を十分閉塞でき、前記強圧下による扁平化した断面は２パス目以降の比較的軽圧下の孔型圧延により十分真円化できるから、形状を悪化させる事なく十分な内質を備えた丸断面鋼材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１パス圧延での欠陥閉塞率と減面率の相関関係に及ぼすロール形状の影響の例（実験１の結果）を示す線図である。
【図２】１パス圧延での欠陥閉塞率と減面率の相関関係に及ぼすロール形状の影響の例（実験２の結果）を示す線図である。
【図３】１パス圧延での欠陥閉塞率と減面率の相関関係に及ぼすロール形状の影響の例（実験３の結果）を示す線図である。
【図４】各種孔型形状及び平ロール形状を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
前記課題の解決手段を探る糸口として、発明者らは、丸断面中心部に貫通する人工欠陥を設けた丸断面素材を１パス圧延した場合の欠陥閉塞率（＝１−圧延後欠陥断面積/素材欠陥断面積）と減面率（＝１−圧延成品断面積/素材断面積（欠陥断面積を含む））の相関関係が、用いるロール形状によって如何に変わりうるかについて実験調査を行った。実験では、鉛製素材を用い、圧延は冷間で行った。これは、鉛の冷間変形挙動が、鋼の熱間（１０００〜１２００℃）変形挙動に近く、また鉛の常温変形抵抗が、鋼の熱間変形抵抗とほぼ同等の傾向を示す事から、良好な近似として採用できるためである。
（実験１）
実験１は、外径＝φ５０ｍｍ、欠陥径＝φ５ｍｍとし、上/下のロール形状はＦ/Ｆ、Ｄ/Ｄ、Ｏ/Ｏ、Ｂ/Ｂ（図４参照）の４水準とし、ロール径は素材径の５倍（但し、孔型ロールのロール径はロールフランジ部の径で代表）とし、減面率は２５％程度以下の範囲内で種々変えた。圧延後欠陥断面積は、圧延成品断面内の欠陥撮影像から求めた。尚、撮影像で欠陥が認められなかった場合、被撮影断面のカラーチェック試験を行い、浸透液の浸出が無い事を確認した（以下同じ）。
【００１３】
結果を図１に示す。図１より、何れのロール形状でも、欠陥閉塞率は減面率と共に増加するが、その増加傾向は特にＦ/Ｆの場合が他の場合に比べて急峻であって、減面率＝２１％程度で完全閉塞（欠陥閉塞率＝１）に達しており、上下平ロールを用いた強圧下により欠陥閉塞率を大幅に高めうる事を示している。
（実験２）
実験２は、実験１において欠陥径＝φ２．５ｍｍとした以外は実験１と同様の仕様とした。結果を図２に示す。図２より、何れのロール形状でも、欠陥閉塞率は減面率と共に増加するが、その増加傾向は特にＦ/Ｆの場合が他の場合に比べて急峻であって、減面率＝２１％程度で完全閉塞（欠陥閉塞率＝１）に達しており、上下平ロールを用いた強圧下により欠陥閉塞率を大幅に高めうる事を示している。
（実験３）
実験３は、実験１において素材の外径＝φ３０ｍｍ、欠陥径＝φ３ｍｍとした以外は実験１と同様の仕様とした。結果を図３に示す。図３より、何れのロール形状でも、欠陥閉塞率は減面率と共に増加するが、その増加傾向は特にＦ/Ｆの場合が他の場合に比べて急峻であって、減面率＝９％程度で完全閉塞（欠陥閉塞率＝１）に達しており、上下平ロールを用いた強圧下により欠陥閉塞率を大幅に高めうる事を示している。
【００１４】
次に、３パス以上の圧延パスの中で、Ｆ/Ｆ（上下平ロール）圧延を適用するパスについて検討し、次の結論に達した。即ち、Ｆ/Ｆ圧延では強圧下を行う為、これを２パス目以降で行うのは、パス数に制限が有ると、強圧下パス後から最終パス迄の孔型圧延パス数が減るから最終断面を真円化するのが困難である。パス数に制限が無ければ孔型圧延スタンドを追加する事で真円化は可能かもしれないが、スタンド数が増加して圧延能率面及び経済面での不利が大きい。従って、Ｆ/Ｆ圧延は１パス目のみとすべきである。
【００１５】
Ｆ/Ｆ圧延（１パス目）の減面率は、素材から製品までの所定の総減面率未満でなければならない。ここで、一般に、ｍパス目入側からｎパス目出側（ｍ＜ｎ）までの総減面率（記号Ｚｍ/ｎで表す）とはｍパス目入側断面積Ｓｍ-１とｎパス目出側断面積Ｓｎとから、式（１）で定義される。
Ｚｍ/ｎ＝１−Ｓｎ/Ｓｍ−１      ‥‥（１）
素材（１パス目入側）から製品（最終Ｎパス目出側）までの場合、式（１）においてｍ＝１、ｎ＝Ｎとされ、式（２）となる。
【００１６】
Ｚ１/Ｎ＝１−ＳＮ/Ｓ０      ‥‥（２）
ｉパス目の出側断面積Ｓｉ、減面率ｚｉ（＝１−Ｓｉ/Ｓｉ-1）を用いて式（２）を変形すると式（３）になる。
Ｚ１/Ｎ＝１−ｉΠ１/Ｎ（1-ｚi）      ‥‥（３）
但し、ｉΠ１/Ｎ（1-ｚi）≡（1-ｚ１）（1-ｚ２）‥‥（1-ｚＮ）である。
【００１７】
素材断面積Ｓ０と製品目標断面積ＳＮは共に所定値であるから、素材から製品までの総減面率Ｚ１/Ｎは所定値である。ｚ１≧Ｚ１/Ｎであると、式（３）より、１−ｉΠ2/Ｎ（1-ｚi）＝Ｚ２/Ｎ≦０となり、２パス目以降の孔型圧延ができず目標の丸断面形状が得られない。従って、ｚ1＜Ｚ１/Ｎでなければならない。
一方、ｚ１がＺ２/Ｎの５０％未満であると、強圧下にならず、欠陥閉塞効果に乏しくなる可能性がある。欠陥閉塞を１パス目に実施するとすれば、残りは形状を整えるのみで充分と考えられるため、Ｆ/Ｆ圧延（第１パス）の減面率ｚ１は残りの孔型圧延の総減面率Ｚ２/Ｎの５０％以上とすることが好ましい。
【実施例】
【００１８】
鋼製の丸断面素材の断面中心に人工欠陥として貫通穴（円断面）を穿孔した供試材を加熱し、種々の圧延条件で熱間圧延して、丸断面目標の鋼材を製造し、得られた鋼材の欠陥閉塞率及び形状の良否を調査した。用いた素材の寸法（外径、欠陥径）、鋼材の目標寸法（外径）、１パス目入側から最終Ｎパス目出側までの総減面率Ｚ１/Ｎ及び圧延条件（全パス数Ｎ、使用ロール形状（Ｆ/Ｆ→Ｏ/Ｏ‥‥→Ｒ/Ｒ等）、１パス目の減面率ｚ１、２パス目以降の総減面率Ｚ２/Ｎ）を表１に示す。なお、加熱温度は１１００℃とした。平ロールのロール径は２００ｍｍとし、孔型ロールのロール径(フランジ端のロール径)は２００ｍｍとした。最終パス出側温度は、加熱温度より５０〜１００℃程度低下した。
【００１９】
得られた鋼材の欠陥閉塞率は前記実験と同じ要領で調査した。形状の良否は、円周方向の最小径/最大径の比を測定して真円度指標とし、該真円度指標が０．９７５以上であれば良好（○）、それ以外は不良（×）と判定した。その結果を表１に示す。
表１より、本発明例（１パス目のみＦ/Ｆ、且つ、ｚ１＜Ｚ1/Ｎ）では、欠陥が完全閉塞し、形状も良好であった。
【００２０】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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