JP2003136105A - 冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】片テーパーワークロールを軸方向にシフトする
圧延スタンドを１以上備えたタンデム圧延機による鋼板
の冷間圧延方法において、板プロフィルを高精度に制御
しながら板形状の悪化や板破断を防止する。 【解決手段】片側端部にテーパー部を形成したワークロ
ール３ｘを軸方向にシフトする圧延スタンドを１以上備
えたタンデム圧延機による鋼板の冷間圧延方法におい
て、各圧延スタンド毎の圧延条件から決まるワークロー
ルと圧延材との接触弧長および圧延材の変形抵抗から、
圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範囲を各圧延スタ
ンド毎に設定し、ワークロールのテーパー開始点を前記
圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範囲内に位置させ
て圧延を行う。これにより、板プロフィルを高精度に制
御しながら、板形状の悪化や板破断を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、片側端部にテーパ
ー部を形成したワークロールを軸方向にシフトできるよ
うにした圧延スタンドを１以上備えたタンデム圧延機に
よる冷延鋼板の製造方法に関し、特に圧延材のプロフィ
ル制御を高精度に行いながら、形状の悪化や板破断を防
止することができる鋼板の冷間圧延方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】冷延鋼板の品質として重要な項目のひと
つに、板幅方向での板厚分布の均一性がある。近年、そ
の要求はますます厳しくなっており、冷間圧延における
圧延材板幅方向の板厚分布均一化技術、特に、板幅方向
端部における板厚減少（エッジドロップ）を抑制しなが
ら幅方向の板厚分布を制御するプロフィル制御技術が重
要となっている。

【０００３】このエッジドロップを防止するための手段
として、タンデム圧延機のワークロールに片側端部が先
細りしたテーパー部を形成して、これを軸方向にシフト
させる圧延方法が知られている。この方法は、片側端部
にテーパー部を形成したワークロール（以下、片テーパ
ーワークロールと略す）を、テーパー位置が反対方向と
なるように上下に配置して、圧延材の板幅端部にテーパ
ー部が位置するようにワークロールを軸方向にシフトし
て圧延を行うものである（以下、ワークロールシフト圧
延と称す）。これによって、板幅端部で板厚が急激に減
少するエッジドロップを防止して、圧延材の板幅全域に
わたって均一な板厚分布、すなわち均一な板プロフィル
を得ようとするものである。

【０００４】ところが、このときの圧延材の板幅端部
は、板幅中央部と異なり、材料の板幅方向へのメタルフ
ローが生じやすい領域であるため、板幅中央部と比較し
て板幅端部の材料が圧延方向へ延伸しにくいという特性
を有する。そのため、板幅端部には大きな張力が発生
し、また板幅中央部では長手方向の力の釣合いをとるべ
く張力が低下することになり、面内の応力のバランスが
崩れて板形状が悪化したり、あるいは板幅端部の過大な
張力により板破断が生じやすくなる。

【０００５】このような片テーパーワークロールによる
ワークロールシフト圧延での板破断防止方法として、特
開平７−８８５０３号公報には、片テーパーワークロー
ルをシフトする圧延スタンドを２基以上備えたタンデム
圧延機による圧延方法において、上流スタンドのテーパ
ー開始点よりも下流スタンドのテーパー開始点が板幅端
部側に位置するようにする圧延方法が示されている。こ
の方法によれば、板中央部と板幅端部との延伸差を軽減
し、板幅端部への過大張力発生を無くすこととなり、エ
ッジ部分に板破断を生じる大きな変形歪みを生じないと
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】板破断を防止しながら
板プロフィルを制御するために、前記の従来技術では、
片テーパーワークロールをシフトする圧延スタンドを２
基以上備えることを前提とし、上流スタンドのテーパー
開始点と下流スタンドのテーパー開始点との位置関係の
みを規定している。したがって、片テーパーワークロー
ルをシフトするスタンドが１基のみの場合には適用でき
ないし、２基以上の場合であっても、最上流スタンドの
テーパー開始点の位置を与えるものではない。

【０００７】一方、片テーパーワークロールによるワー
クロールシフト圧延で生じる板形状の悪化や板破断等の
問題は、本来、当該スタンドで生じる現象であって、当
該スタンドでのテーパー開始点の位置をどのように設定
するかが最も重要である。特に、完全連続式のタンデム
圧延機の第１スタンドにワークロールシフト機能を備え
ている場合、異なる鋼種やサイズの鋼板が連続して圧延
される際に、第１スタンドで板破断等を生じないように
しながら、そのテーパー開始点の位置を決定することが
極めて重要である。しかしながら、前記の従来技術で
は、第１スタンドのテーパー開始点の位置については何
ら規制がなく、第１スタンドでの板破断を防止すること
はできない。

【０００８】本発明の目的は、上記の従来技術の問題点
を解決し、片テーパーワークロールを軸方向にシフトす
る圧延スタンドを１以上備えたタンデム圧延機により冷
延鋼板を製造する方法において、板プロフィルを高精度
に制御しながら板形状の悪化や板破断を防止することが
できる、鋼板の冷間圧延方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、片テーパ
ーワークロールをシフトすることにより板プロフィルを
制御する冷間圧延方法について種々検討を行った結果、
以下のような知見を得た。

【００１０】片テーパーワークロールをシフトすること
による板プロフィルの制御は、板幅中央部と比較して板
厚が急激に減少している板幅端部のエッジドロップを、
ワークロールのテーパー部を板幅端部よりも内側に位置
させて圧延を行うことにより、板幅端部のロールギャッ
プ（上ワークロールと下ワークロールの間隔）を部分的
に広げることによって補償しようとするものである。と
ころが、薄板の冷間圧延における圧延材の変形はほぼ平
面歪み変形であり、板幅方向のメタルフローが生じにく
いという性質を有している。したがって、板幅端部から
一定距離以上離れた位置では、ロールギャップを部分的
に変更しても、板厚変化としては現れにくい。すなわ
ち、板プロフィル変化が生じやすい領域は、平面応力状
態に近いと考えられる板幅端部付近に限定される。本発
明では、このような板プロフィル変化が比較的生じやす
い板幅端部近傍の領域を、プロフィル変更可能範囲と定
義する。

【００１１】本発明者等は、種々の鋼種およびサイズの
圧延材について、テーパー開始点の位置を板幅方向に種
々変化させた冷間圧延実験を行った結果、圧延材とワー
クロールとの接触弧長が大きいほど、また圧延材の変形
抵抗が小さいほど、プロフィル変更可能範囲が広くなる
ことがわかった。ここで、接触弧長とは、ワークロール
と圧延材の接触部を圧延方向に投影した場合の長さであ
り、次式で表される。

【００１２】

【数２】

【００１３】ただし、Ｒ’は扁平後のワークロール半径
であり、扁平前のワークロール半径Ｒから、ヒッチコッ
クの式を用いて算出される。また、ｈin、ｈoutはそれ
ぞれ圧延スタンドの入側板厚および出側板厚を表す。

【００１４】ロールバイト内における三次元的な変形
（板幅方向へのメタルフローを有する変形）は、変形域
の入側および出側に存在する非変形部（未圧延部および
既圧延部）の存在によって拘束される。よって、接触弧
長が大きいほど、非変形部によるロールバイト内部の変
形に対する拘束の影響が小さくなることから、三次元的
なメタルフローを生じうる領域、すなわちプロフィル変
更可能範囲も拡大する。

【００１５】一方、変形抵抗が大きくなると、板幅方向
のメタルフローが生じる際に、その抵抗となる摩擦力が
増加するため、三次元的なメタルフローが生じにくくな
り、プロフィル変更可能範囲は縮小することとなる。

【００１６】以上のように、板幅端部近傍における圧延
材の三次元的なメタルフローは、接触弧長および変形抵
抗によって大きな影響を受けるので、それに応じたプロ
フィル変更可能範囲が存在し、その範囲内でテーパー開
始点の位置を調整するのが効率的である。逆に、テーパ
ー開始点がプロフィル変更可能範囲よりも板幅中央側に
位置される場合には、三次元的なメタルフローが生じに
くい平面歪み域のロールギャップを変更することとな
り、その領域での板プロフィルはほとんど変化しない上
に、板幅端部の圧延方向の張力が過大となって、板形状
の悪化が生じやすくなる。すなわち、本来的にプロフィ
ルが変化しにくい領域のロールギャップを局所的に変更
しても、プロフィル制御の面からは効果が期待できず、
むしろ面内の張力分布を乱して板形状を悪化させるだけ
である。

【００１７】さらに、プロフィル変更可能範囲は、接触
弧長および平均変形抵抗（ロールバイト内で変化する変
形抵抗の平均値）を用いて定式化することが可能であ
り、一義的にテーパー開始点の位置の変更範囲に制約を
与えることができる。そのため、複数のスタンドに片テ
ーパーワークロールをシフトする圧延機を配置したタン
デム圧延機であっても、簡易な指標により、各スタンド
のテーパー開始点の位置として適切な範囲を与えること
ができる。

【００１８】本発明の冷延鋼板の製造方法は以上のよう
な知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有
する。

【００１９】（１）片側端部にテーパー部を形成したワ
ークロールを軸方向にシフトする圧延スタンドを１以上
備えたタンデム圧延機により冷延鋼板を製造する方法に
おいて、各圧延スタンド毎の圧延条件から決まるワーク
ロールと圧延材との接触弧長および圧延材の変形抵抗か
ら、圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範囲を各圧延
スタンド毎に設定し、ワークロールのテーパー開始点を
前記圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範囲内に位置
させて圧延を行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方
法。

【００２０】（２）圧延材板幅端部のプロフィル変更可
能範囲を、板幅方向において板幅端部から次式で表され
る位置Ｚまでの間とすることを特徴とする（１）に記載
の冷延鋼板の製造方法。

【００２１】

【数３】

【００２２】ただし、ｌｄは接触弧長、ｋｍは平均変形
抵抗、ａ，ｂはあらかじめ求めた定数である。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施に供する冷
間圧延設備の一例を示す。

【００２４】１はタンデム式冷間圧延機であり、２ａ〜
２ｅの５スタンドから構成されている。各スタンドは、
ワークロール３およびバックアップロールからなる４段
式の圧延機である。また、前段３スタンド（２ａ〜２
ｃ）は、片テーパーワークロール３ｘを備えるワークロ
ールシフト圧延機であり、片テーパーの向きを上下のワ
ークロールで反対方向に配置している。タンデム式冷間
圧延機１の入側には、ペイオフリール４ａ、４ｂおよび
溶接機６を備え、また出側には板プロフィル検出装置
７、板形状検出装置８およびテンションリール５ａ、５
ｂを備えている。

【００２５】ペイオフリール４ａ、４ｂから払い出され
た鋼板は、溶接機６により先行材の尾端と後行材の先端
が溶接され、タンデム式冷間圧延機１へ連続的に供給さ
れる。そして、２ａ〜２ｅの各スタンドで所定の板厚に
圧延される。ここで、前段３スタンド（２ａ〜２ｃ）は
片テーパーワークロール３ｘを備えるワークロールシフ
ト圧延機であり、片テーパーワークロール３ｘのテーパ
ー開始点の位置を適切に設定することにより、板幅方向
の板厚分布、すなわち板プロフィルが制御される。所定
の板厚に圧延された鋼板は、タンデム式冷間圧延機１の
出側で、板プロフィル検出装置７により板幅方向の板厚
分布を測定され、板形状検出装置８により板形状を測定
される。これらの検出装置により、プロフィル制御の結
果を把握することができる。そして最後に、鋼板はテン
ションリール５ａ、５ｂにより巻き取られる。

【００２６】本発明では、片テーパーワークロール３ｘ
のテーパー開始点の位置を、前記のプロフィル変更可能
範囲内に設定する。そこで、次にプロフィル変更可能範
囲の設定方法について説明する。

【００２７】まず、あらかじめ、任意の単一スタンドの
片テーパーワークロール３ｘのテーパー開始点の位置を
板幅方向に種々変更して圧延を行い、その時の板幅端部
近傍における板プロフィルの変化をプロフィル検出装置
７により測定する。ここでは一例として、片テーパーワ
ークロール３ｘのテーパー角度を０．１３°とし、入側
板厚３．０ｍｍ、出側板厚１．４ｍｍ、板幅１０１２ｍ
ｍの高炭素鋼を圧延する場合を取り上げる。

【００２８】図２は、第１スタンド２ａの片テーパーワ
ークロール３ｘのみ軸方向にシフトさせ、テーパー開始
点の位置を３通りに変更した際のプロフィル測定結果で
ある。ただし、図２では、エッジからの距離９０ｍｍの
位置での板厚を基準として描いている。図２からは、テ
ーパー開始点の位置（ＷＲδ）を変更することによっ
て、板プロフィルが変化し、ＷＲδが大きいほど板幅端
部でのエッジドロップが低減して、均一な板プロフィル
が得られていることがわかる。しかし、ＷＲδを大きく
しても、板幅端部から６０ｍｍの位置よりも板幅中央部
側のプロフィルは変化していない。そして、ＷＲδが９
０ｍｍおよび１１０ｍｍの場合には板幅中央部に波形状
が現れる中伸び形状が生じた。すなわち、この例では、
図2よりプロフィル変更可能範囲は板幅端部から６０ｍ
ｍの範囲であると求まる。

【００２９】このようにして、ワークロールシフトを行
うスタンドを変更したり、炭素含有量の異なる鋼種およ
び圧下率などの圧延条件を変更して、様々な条件でのプ
ロフィル変更可能範囲を求める。これらのデータを整理
すると、図3のように表すことができる。この図３よ
り、プロフィル変更可能範囲を表すＺは、接触弧長ｌｄ
および平均変形抵抗ｋｍを用いて、次式で表されること
がわかる。

【００３０】

【数４】

【００３１】ここで、ａ，ｂは前述のようにしてあらか
じめ定まる定数であり、図３の場合には、ａ＝１００
１、ｂ＝−１４７である。なお、これらの定数は、片テ
ーパーワークロール３ｘのテーパー角度毎に異なるもの
であり、テーパー角度が同一であれば各スタンド共通の
値である。テーパー角度の異なるワークロールを使用す
る場合には、別途これらの定数を求める必要がある。

【００３２】以上のようにして、プロフィル変更可能範
囲は、（１）式の定数をあらかじめ求めておくことで、
単一の式によって設定することができる。あるいは、簡
易的な方法として、（１）式をそのまま用いず、接触弧
長および変形抵抗によって区分されたテーブルを用意し
ておき、このテーブルを使用してもよい。

【００３３】次に、上記のようにして設定したプロフィ
ル変更可能範囲を用いた板プロフィル制御方法について
説明する。

【００３４】板プロフィルを制御するための手段として
は、例えば特許第２５０５９９０号公報に記載されてい
る方法に基づいて、各スタンドのテーパー開始点の位置
を設定する。ただし、この方法によるプロフィル制御に
おいて、板形状を悪化させたり板破断を生じさせないた
めの制約として、各スタンドのテーパー開始点の位置
を、本発明により上記のようにして設定したプロフィル
変更可能範囲に限定する。そして、前記のプロフィル制
御方法により設定された各スタンドのテーパー開始点の
位置が本発明により設定したプロフィル変更可能範囲を
超えている場合には、テーパー開始点の位置を、例えば
プロフィル変更可能範囲の上限に設定するなどして、プ
ロフィル変更可能範囲内となるように設定を修正する。

【００３５】なお、板プロフィルを制御するための手段
は、板プロフィルを目標値に制御するためのテーパー開
始点の位置を設定できるものであればよく、前記の手段
には限定されない。

【００３６】

【実施例】図１に示す冷間圧延設備を用いて冷延鋼板の
製造を行った。ここで、前段スタンドの片テーパーワー
クロール３ｘのテーパー角度は０．１３°、テーパー部
の長さはロールバレル片側端部から７３０ｍｍまでとし
た。また、圧延材は入側板厚１．８〜３．５ｍｍ、板幅
８００〜１６００ｍｍの高炭素鋼とした。

【００３７】プロフィル変更可能範囲は、（１）式によ
り求めた。ここで、（１）式の係数をは、各スタンドと
もテーパー角度が０．１３°であるので、前記のとおり
ａ＝１００１、ｂ＝−１４７である。

【００３８】まず、各スタンド毎の圧延条件から、接触
弧長ｌｄおよび平均変形抵抗ｋｍを求め、各スタンドの
プロフィル変更可能範囲Ｚを求めた。例として、入側板
厚３．５ｍｍ、出側板厚１．６１５ｍｍの高炭素鋼の場
合について、各条件と得られたプロフィル変更可能範囲
Ｚの結果を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】このように、表１の例では、各スタンドの
プロフィル変更可能範囲は、第１スタンドが４８ｍｍ、
第２スタンドが１７ｍｍである。そして、第３スタンド
はＺがマイナスの数値になっていることから、プロフィ
ル変更可能範囲は存在せず、片テーパーワークロール３
ｘをシフトしてテーパー開始点を圧延材の板幅端部に位
置させてはならない。

【００４１】次に、板プロフィルの制御は、特許第２５
０５９９０号公報に記載されている方法に基づいて、各
スタンドのテーパー開始点の位置を設定した。ただし、
プロフィル制御で設定される各スタンドのテーパー開始
点の位置が、前記のようにして求めたプロフィル変更可
能範囲を超えた場合には、プロフィル変更可能範囲の上
限にテーパー開始点の位置を設定した。

【００４２】以上の方法を各圧延材毎に繰り返すことに
より、高炭素鋼の冷間圧延を１サイクル行った。その結
果、従来のプロフィル開始点の位置に制約を与えない方
法と比較して、板プロフィルの均一性はほぼ同等の結果
となり、板破断あるいは板形状の悪化によるトラブルの
発生頻度は、ほぼ半減する結果となった。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
片テーパーワークロールを備えたワークロールシフト圧
延機による冷延鋼板の製造方法において、板プロフィル
を変更することができる範囲をあらかじめ規定し、その
範囲内でテーパー開始点を設定することにより、板形状
の悪化や板破断による操業トラブルを低減することがで
きるとともに、板プロフィルの均一な冷延鋼板の製造が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に供する冷間圧延設備の一例を示
す全体構成図

【図２】テーパー開始点の位置に対する板プロフィルの
変化の一例を示した図

【図３】プロフィル変更可能範囲と接触弧長および変形
抵抗との関係を示した図

【符号の説明】

１ タンデム式冷間圧延機 ２ａ〜２ｅ 第１〜第５スタンド圧延機 ３ｘ 片テーパーワークロール ３ｙ 通常のワークロール（片テーパーなし） ４ａ，４ｂ ペイオフリール ５ａ，５ｂ テンションリール ６ 溶接機 ７ 板プロフィル検出装置 ８ 板形状検出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽谷 保博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4E002 AD05 BA01 BB20 CA05 CB05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片側端部にテーパー部を形成したワーク
   ロールを軸方向にシフトする圧延スタンドを１以上備え
   たタンデム圧延機により冷延鋼板を製造する方法におい
   て、各圧延スタンド毎の圧延条件から決まるワークロー
   ルと圧延材との接触弧長および圧延材の変形抵抗から、
   圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範囲を各圧延スタ
   ンド毎に設定し、ワークロールのテーパー開始点を前記
   圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範囲内に位置させ
   て圧延を行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 圧延材板幅端部のプロフィル変更可能範
   囲を、板幅方向において板幅端部から次式で表される位
   置Ｚまでの間とすることを特徴とする請求項１に記載の
   冷延鋼板の製造方法。 【数１】 ただし、ｌｄは接触弧長、ｋｍは平均変形抵抗、ａ，ｂ
   はあらかじめ求めた定数である。