受賞論文紹介

平成２０年度 日本鉄鋼協会俵論文賞「鋳片表層組織制御による圧延鋼片の表面疵防止」

平成２０年３月２６日、社団法人日本鉄鋼協会から、当い鋼である。近年、これらの部品の製造においては、切削社の技術者・研究者による論文 「鋳片表層組織制御によ代低減による歩留まり向上やCO2排出量削減などを目的とる圧延鋼片の表面疵防止」に対して「俵論文賞」が授与さして、熱間鍛造から冷間鍛造への変更や加工率の増大など、れた。本賞は、大正４年の日本鉄鋼協会の設立に尽力され鍛造条件が過酷化しており、鋼材品質に対する要求は、た東京帝国大学名誉教授 俵国一博士の功績を記念して制益々厳しさを増している。そこで、代表的なはだ焼鋼であ定されたもので、日本鉄鋼協会の論文誌「鉄と鋼」に掲載る0.20%Cのクロム鋼（JIS SCr420）の表面疵防止に取された前一ヶ年の論文を審査し､学術上、技術上最も有益り組むこととした。

1)な論文を寄稿した者に授与される賞である。今回の受賞は、

2. はだ焼鋼の表面疵発生要因

表面疵の発生メカニズムとその防止に関し、ミクロ組織の変化と塑性加工の観点からの定量的な知見を示したことが高く評価されたものである。本論文で示された技術は、既表面疵の発生を防止するには、その疵が発生する主工程に当社製造プロセスに適用されており、表面疵発生頻度のを特定する必要がある。そこで、はだ焼鋼の実鋼片で検出低位安定化に大きく寄与している。以下に論文の概要につされた表面疵に対し、疵の近傍に生成する酸化物の大きさいて紹介する。

を指標とする当社独自の技術調査2,3)を行い、当社はだ焼鋼の表面疵発生の主工程が分塊圧延であることを特定した。
Fig. 1に、圧延時の疵発生に影響を与えると考えられる因子について示す。種々の因子の中から、圧延開始直前の鋳片表層部のオーステナイト粒径に着目した。α/γ逆変態後のオーステナイト粒微細化4,5)の観点から、加熱炉装入前の鋳片表層組織の種類と圧延時に発生する疵の防止効果との関係解明のため、連続鋳造後の機外強制冷却（三次冷却）適用鋳片と非適用鋳片をそれぞれ分塊圧延する試験を行った。圧延後、得られた総延長100m程度の鋼片に発生していた数百個の表面疵全数に対し、１個ずつそれらの鋳片相当位置を確認した。

3. 実験結果および考察
受賞者（左から、北出真一、大塲康英、 高須一郎、下口晴之）
鋼片疵の発生位置の分布について、鋳片での長辺面およ1. 研究の背景および目的

び短辺面それぞれに相当する部位で比較すると、鋼片疵の発生は、鋳片での短辺面に相当する部位ではほとんど認め鋼材の表面疵は、品質上非常に重要な管理項目の一つでられず、長辺面に相当する部位が大部分であった。この傾あり、その低減は、歩留まり向上によるコスト低減や生産向は、三次冷却を適用した鋳片を圧延して得られた鋼片性向上等の工業的利益面からも重要な課題である。はだ焼（以下、鋼片1と呼称する）および三次冷却を適用しなか

鋼は、自動車に代表されるギアやシャフトなどの重要保安った鋳片を圧延して得られた鋼片（以下、鋼片2と呼称す部品向けの用途が多く、鋼材の表面品質に対する要求が強る）共に同様に認められた。これは、分塊圧延時に短辺面84

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鋳片表層組織制御による圧延鋼片の表面疵防止

Fig.1. Crack generation factors in rolling.

織がフェライト＋パーライトであった鋳片2と比較して、α/γ逆変態後、圧延直前のオーステナイト粒が微細化していた部位であった。これより、この部位で認められた鋼片１と鋼片２との疵個数の差が、圧延時に発生する表面疵の防止に対する三次冷却の効果に相当すると考えられた。
鋳片の幅方向W/4部からコーナー部に相当する部位では、鋼片1と鋼片2との疵個数に差が認められず、三次冷却の効果が得られていなかった。これは、W/4部からコーナー部の部位では、三次冷却開始時点での鋳片表面温度がα変態開始温度である1000K以下となり、冷却後組織がFig.2. Relationship between the widthwise position on
bloom surface and number of surface cracks
on billets.

ベイナイト一相ではなく、フェライトやパーライトとの混合組織となったためと考えられた。加熱炉抽出後、圧延せずに放出した鋳片の表層組織調査から、加熱前の組織がこのようなフェライト＋パーライト＋ベイナイトの混合組織となった部位では、α/γ逆変態後のオーステナイト粒がから最初に圧下を開始したことに起因すると考えられ、最微細化されにくいことを確認した。

初に圧下された短辺面ではオーステナイト粒が再結晶・微圧延時の疵発生に繋がる応力を検討するため、分塊圧延細化し、以降、割れが発生しにくくなったと考えられた。の第1パス、box圧延時の鋳片に働く応力についてCAE解長辺面についても短辺面と同様に、圧下によって組織が再析を行った。Fig. 3に圧延時の鋳片に働く最大主応力の分結晶・微細化すると考えられることから、長辺面で観察さ布の解析結果を示す。鋼片2で疵発生頻度が高かった鋳片

れた疵の発生時期は、長辺面を圧下する前の短辺面圧下時の幅方向中央部からW/4の部位は、ロールバイト直下側面と考えられた。

で最大主応力が高い部位とほぼ一致した。これより、分塊Fig. 2に、鋳片幅方向の相当部位と鋼片疵個数との関係

圧延時におけるはだ焼鋼の表面疵発生機構として、ロールを示す。鋼片1の疵個数は、鋳片の幅方向中央部からバイト直下で自由表面となる鋳片側面において、オーステ3W/8部に相当する部位では、鋼片2の疵個数と比較してナイト粒界にせん断ひずみと共に引張応力が働くことで疵60%少なかった。鋳片１におけるこの部位（幅方向中央の起点が生じ、圧延の進行と共に進展することが考えられ部から3W/8部）は、三次冷却によって表層組織をベイナた。

イトに制御できていた部位であり、加熱炉装入前の表層組
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鋳片表層組織制御による圧延鋼片の表面疵防止Maximum principal stress

[MPa]Rolling directionTension



32䲓



䲕
Compression



W/416Center0

-16380mm

W/4490mm-32CornerRoll bite area

Roll bite area-48



Fig.3. The maximum principal stress distribution on a bloom surface
during rolling.

4. まとめ

文献
受賞論文

はだ焼鋼の圧延時における表面疵の発生防止に関し、α1) 大塲康英, 北出真一, 下口晴之, 高須一郎：鉄と鋼,/γ逆変態後のオーステナイト粒微細化の観点から、加熱

93(2007), 271.

炉装入前の鋳片の表層組織に着目した実機圧延テストを行参考文献

った。三次冷却によって表層組織を積極的にベイナイトに2) 大塲康英, 河本達也, 北出真一：山陽特殊製鋼技報,制御することにより、加熱炉装入前の組織がフェライト＋10(2003), 19.

パーライトの場合と比較して、α/γ逆変態後のオーステ

3) 大塲康英, 高須一郎, 北出真一, 下口晴之：材料とプロナイト粒が微細化し、分塊圧延時の表面疵が60%低減す

セス, 17(2004), 161.

ることを明らかにした。また、分塊圧延時の鋳片に働く応

4) 若生昌光，

力分布のCAE解析より、圧延初期パスのロールバイト直下

英樹，三隅秀幸：19委-12163,凝固プロセス-Ⅳ-19(2005).

で自由表面となる鋳片側面中央部で疵が発生しやすいこと

5) 玉谷哲郎，井口 誠，佐藤紀男，坪田一一：熱処理,を示した。

37(1997), 356.

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