なぜ熱間圧延鋼と冷間圧延鋼に分かれているのでしょうか？違いは何でしょうか？

熱間圧延 冷間圧延はどちらも鋼板や鋼形材を成形する工程であり、鋼の構造や特性に大きな影響を与えます。

鋼鉄の圧延は主に熱間圧延ですが、冷間圧延は通常、小さな鋼材や薄板などの正確な寸法の鋼鉄製品を製造する場合にのみ使用されます。

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鋼の一般的な冷間圧延と熱間圧延の状況:

ワイヤ：直径5.5〜40 mm、コイル状、すべて熱間圧延。冷間引抜後、冷間引抜材に属します。 ​

丸鋼：精密な寸法の光沢鋼のほか、一般的に熱間圧延され、鍛造鋼（表面に鍛造痕がある）もあります。

帯鋼: 熱間圧延と冷間圧延の両方があり、冷間圧延製品の方が一般的に薄くなります。

鋼板：冷間圧延鋼板は一般的に自動車用鋼板のように薄いものですが、熱間圧延鋼板は中厚鋼板が多く、冷間圧延鋼板と同等の厚さのものもあり、見た目も明らかに異なります。

アングル鋼：すべて熱間圧延。

鋼管：溶接、熱間圧延、冷間引抜。

チャンネル鋼およびH形鋼：熱間圧延。

鉄筋：熱間圧延鋼。

熱間圧延

定義上、鋼のインゴットまたはビレットは室温では変形や加工が困難です。通常、圧延のために 1100 ～ 1250°C に加熱されます。この圧延プロセスは熱間圧延と呼ばれます。

熱間圧延の終了温度は一般に800～900℃であり、その後は空気中で冷却されるのが一般的であるため、熱間圧延状態は焼きならし処理と同等となる。

鉄鋼製品の多くは熱間圧延法で圧延されています。熱間圧延状態で出荷される鋼材は、高温のため表面に鉄酸化物スケール層が形成されるため、ある程度の耐食性があり、屋外保管も可能です。

しかし、この酸化鉄スケールの層は熱間圧延鋼板の表面を粗くし、寸法の変動も大きくします。そのため、表面が滑らかで寸法が正確で機械的性質が良好な鋼板を製造するには、熱間圧延半製品または完成品を原料として冷間圧延する必要があります。

利点: 成形速度が速く、生産性が高く、コーティングに損傷を与えません。使用条件のニーズに合わせてさまざまな断面形状にすることができます。冷間圧延により鋼に大きな塑性変形が生じ、鋼の降伏点が上昇します。

欠点:

1. 成形工程中に高温塑性圧縮は発生しませんが、断面内に残留応力が残り、鋼材の全体的および局所的な座屈特性に必然的に影響を及ぼします。

2. 冷間圧延鋼材は一般に断面が開いているため、断面の自由ねじり剛性が低く、曲げを受けるとねじれが生じやすく、圧力を受けるとねじり座屈が生じやすく、ねじり抵抗が劣ります。

3. 冷間圧延成形鋼は肉厚が薄く、板同士が接合するコーナー部に肉厚がないため、局所的な集中荷重に耐える能力が弱い。

冷間圧延

冷間圧延とは、ローラーの圧力を利用して常温の鋼を圧縮し、鋼の形状を変える圧延方法を指します。このプロセスでは鋼板も加熱されますが、冷間圧延と呼ばれます。具体的には、冷間圧延では熱間圧延鋼コイルを原料として使用し、スケールを除去するために酸洗した後、圧力処理します。完成品は硬質圧延コイルです。

一般に、亜鉛メッキ鋼板やカラー鋼板などの冷間圧延鋼板は焼鈍処理を施す必要があるため、可塑性や伸びも良好で、自動車、家電、金物などの業界で広く使用されています。冷間圧延板の表面は、主に酸洗により、ある程度の滑らかさがあり、手触りが滑らかです。熱間圧延板の表面仕上げは一般に要求を満たしていないため、熱間圧延鋼帯は冷間圧延する必要があります。熱間圧延鋼帯の最も薄い厚さは通常1.0mmで、冷間圧延は0.1mmに達することがあります。熱間圧延は結晶化温度点以上で圧延し、冷間圧延は結晶化温度点以下で圧延します。

冷間圧延による鋼材の形状変化は連続的な冷間変形であり、このプロセスによって引き起こされる冷間加工硬化により、硬質圧延コイルの強度と硬度が増加し、靭性と塑性指数が低下します。

最終用途では、冷間圧延によりスタンピング性能が劣化し、変形が単純な部品に適しています。

アドバンテージ：

鋼塊の鋳造組織を破壊し、鋼の結晶粒を微細化し、微細組織の欠陥を排除することで、鋼組織の緻密化と機械的性質の向上を図ることができます。この改善は主に圧延方向に反映されるため、鋼はある程度等方性ではなくなり、鋳造中に形成された気泡、亀裂、緩みも高温高圧の作用で溶接される可能性があります。

欠点:

1. 熱間圧延後、鋼材内部の非金属介在物（主に硫化物、酸化物、ケイ酸塩）が薄い板状に圧縮され、層間剥離が発生します。層間剥離は、鋼材の厚さ方向の引張特性を大幅に低下させ、溶接部の収縮により層間裂けを引き起こす可能性があります。溶接収縮によって誘発される局所的なひずみは、降伏点ひずみの数倍に達することが多く、これは荷重によるひずみよりもはるかに大きくなります。

2. 冷却の不均一性によって生じる残留応力。残留応力は、外力が作用していない状態で内部に生じる自己平衡応力です。各種の熱間圧延鋼材にはこのような残留応力があります。一般に、鋼材の断面サイズが大きいほど、残留応力は大きくなります。残留応力は自己平衡ですが、外力の作用下での鋼材の性能に一定の影響を与えます。たとえば、変形、安定性、耐疲労性などに悪影響を及ぼす可能性があります。

要約:

冷間圧延と熱間圧延の違いは、主に圧延工程の温度です。「冷間」は常温、「熱間」は高温を意味します。冶金学の観点から、冷間圧延と熱間圧延の境界は再結晶温度によって区別する必要があります。つまり、再結晶温度以下の圧延は冷間圧延であり、再結晶温度以上の圧延は熱間圧延です。鋼の再結晶温度は450〜600℃です。

熱間圧延と冷間圧延の主な違いは次のとおりです。

1. 外観と表面品質：

冷間板は熱板を冷間圧延した後に得られるため、冷間圧延でも表面仕上げが行われるため、冷間板の表面品質（表面粗さなど）は熱板よりも優れています。したがって、製品の後続塗装など、コーティング品質に対する要求が高い場合は、通常、冷間板を選択します。また、熱板は酸洗板と未酸洗板に分けられます。酸洗板の表面は酸洗されているため通常の金属色ですが、冷間圧延されていないため、表面は冷間板ほど高くありません。未酸洗板の表面は通常、酸化層があり、黒くなったり、Fe3O4の黒い層があったりします。簡単に言えば、火で焼かれたように見え、保管環境が良くない場合は、通常、少し錆びます。

2. パフォーマンス: 一般的に言えば、工学上、ホットプレートとコールドプレートの機械的性質に違いはありません。コールドプレートは冷間圧延プロセス中に一定の加工硬化を起こしますが（ただし、これは厳格な機械的性能要件が要求される状況を排除するものではありません）、その場合は異なる処理が必要です。コールドプレートの降伏強度は通常、ホットプレートの降伏強度よりもわずかに高く、表面硬度も高くなります。具体的な状況は、コールドプレートの焼きなましの程度によって異なります。しかし、どのように焼きなましをしても、コールドプレートの強度はホットプレートの強度よりも高くなります。

3. 成形性能：熱板と冷板の性能は基本的に同じであるため、成形性への影響要因は表面品質の違いによって異なります。冷板の表面品質の方が優れているため、一般的に、同じ材料の鋼板の場合、冷板の成形効果は熱板よりも優れています。