熱間圧延は、鉄を高温に加熱してから圧力をかけて薄く伸ばし、目的の形状に整える加工方法です。以下では、鉄の作り方の流れの中で熱間圧延がどのように行われ、どのような特徴があるのかを詳しく説明します。
鉄の製造の流れ（概要）
鉄は、主に以下のようなプロセスを経て製造されます。
- 原料の調整：鉄鉱石、コークス、石灰石などを準備する。
- 高炉での製銑：原料を高炉に入れて還元し、銑鉄（せんてつ）を得る。
- 転炉や電気炉での製鋼：銑鉄から不純物（炭素、硫黄、リンなど）を除去し、鋼に精製する。
- 連続鋳造（スラブなど）：液体鋼を冷却・固化して板状のスラブなどにする。
- 圧延（熱間圧延・冷間圧延）：鋼塊（スラブやビレットなど）を加工し、最終的な形にする。
この中で、熱間圧延は「連続鋳造の後」に行われる重要な一次加工プロセスです。
熱間圧延とは
熱間圧延（Hot Rolling）は、鋼材を再結晶温度以上（約1000℃〜1250℃）に加熱し、その状態で圧延機を用いて圧縮・延伸して所定の形状に加工する方法です。鉄は常温では硬くて加工しにくいですが、高温になると軟らかくなり、加工がしやすくなります。この特性を活かして、高温での大きな変形を可能にしたのが熱間圧延です。
熱間圧延の工程
熱間圧延は、一般に以下のステップで構成されます。
① 加熱炉でのスラブ加熱
連続鋳造で作られたスラブ（厚さ約20〜30cm）は、再結晶温度以上（約1200℃前後）に加熱されます。この過程で内部の組織が均一化され、圧延に適した状態になります。
② 粗圧延（ラフミル）
加熱されたスラブは、まず粗圧延機（ラフミル）で数回にわたって圧縮され、厚さを減らしつつ長さを延ばします。これによりスラブはバー（中間厚板）状になります。
③ 仕上げ圧延（フィニッシュミル）
続いて、仕上げ圧延機（フィニッシャーミル）でさらに薄く延ばされ、目的とする厚さ（数mm〜数cm）に整えられます。この段階では、形状精度、表面品質、結晶粒度などを制御するために、圧延速度や冷却温度の制御が重要になります。
④ 冷却と巻き取り（または切断）
圧延後の鋼板は急冷や空冷によって温度を下げ、最終的にはコイル状に巻き取るか、所定の長さに切断されます。
熱間圧延の特徴と利点
● 大きな変形が可能
高温であるため、材料の抵抗が低く、大きな圧延変形が容易に行えます。これにより、大量の鋼材を一度に加工することができます。
● 生産性が高い
連続的に大量生産できるため、自動車用鋼板や建築用鋼材など、需要の多い分野に適しています。
● 材料内部の健全化
圧延により鋳造時の欠陥や空隙が潰され、内部のミクロ組織が整えられるため、機械的性質が向上します。
熱間圧延製品の種類と用途
熱間圧延によって製造される製品には以下のような種類があります：
- 熱延鋼板（Hot Rolled Steel Sheet）：自動車フレーム、建築資材、ガードレールなど
- H形鋼、I形鋼、アングル鋼：橋梁や高層ビルなどの構造物
- 鋼管の母材：シームレス管、溶接管の原材料
- レール、棒鋼、鋼線：鉄道、建設、機械部品用など
熱間圧延と冷間圧延の違い
| 項目 | 熱間圧延 | 冷間圧延 |
|---|---|---|
| 加工温度 | 再結晶温度以上（1000℃前後） | 常温 |
| 加工しやすさ | 非常に加工しやすい | 加工硬化により加工しにくい |
| 表面精度 | 比較的粗い | 高精度・平滑な表面 |
| 用途 | 構造材・厚板・一般用途 | 精密部品・表面仕上げが重要な用途 |
まとめ
熱間圧延は、鉄鋼製品の製造において非常に基本的かつ重要な工程であり、高温で加熱したスラブを所定の厚さ・形状に加工するプロセスです。この工程によって、鉄鋼は自動車、建築、機械、造船など多くの分野で活用される製品へと姿を変えます。熱間圧延は単に「厚い鉄を薄くする」だけでなく、材料の性質や性能を制御する重要な役割も担っており、現在の鉄鋼技術の基盤を支えています。
