JP2003534915A - 薄ストリップの熱間圧延 - Google Patents
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Abstract
Description
る。ストリップの形状補正が重要である双ロール圧延機での直接鋳造で造られた
薄鋼ストリップのインライン圧延に特に適用されるが、それに限定するものでは
ない。
程度、典型的にはほぼ3mm以下程度の厚に製造可能となった。斯かるストリッ
プは鋳造機から製造されたときにインライン熱間圧延機で圧下することにより更
に厚を減少させることができる。斯かるストリップの更なる厚減少のための熱間
圧延時に、圧延機ワークロール入側ストリップ材料の捲縮(crimping:クリンピン
グ)によりストリップに重大な欠陥が生じ得ることが見出されている。斯かるク
リンピング欠陥は比較的軽微で、ストリップ表面上に見られる湾曲線として現れ
得る。しかしながら、特に非常に薄いストリップを圧延する場合、ストリップ捲
縮部が圧延前に折り重なってしまい得ることによりストリップの一部が甚だしく
肉薄になって割れ、非常に厳しい欠陥となる。
変動によるものであることが判明している。典型的には、ストリップ中央部はス
トリップ端部よりも高率の減少を受け、即ち、ストリップ幅方向にわたって「ウ
エーブ」("waves")が生じ得る。後者はストリップ長さ方向に沿った「ウエーブ
」として発現する。圧延機による圧下作用で、ストリップ肉薄部よりもストリッ
プ肉厚部に後方滑り(backwards slip)が生じる。従って、ストリップ肉厚部は長
手方向の圧縮を受け、他方、ストリップ肉薄部は張力を受け、それが座屈を引起
こす。そして座屈部はストリップに巻き込まれて、下流側形状欠陥を引起こす。
極端な場合、ストリップは座屈部で完全に折り重なり得、折り重なった材料が巻
き込まれて厳しい欠陥を生じる。ストリップ幅方向のストリップ厚変動がストリ
ップ幅方向の小部分に局部集中した場合、その結果はストリップ捲縮の局部集中
となり得る。捲縮の程度は、ストリップ幅方向の厚の差の大きさ、及び、圧下の
差で影響されるストリップ幅の程度に関連する。
プが所定限度内の張力を受けることを確実にすることにより本質的に制御できる
ことを、我々は見出した。更に明細には、それが、捲縮を起こす種類のストリッ
プ座屈を避けることができる特定の張力を掛けると共にその張力を、ストリップ
を害する(ネッキングや破断に至る)過剰ストリップ捲縮を避けるための上限以下
に維持することにより可能となることを見出した。
を介しストリップを送給し、ワークロール間にストリップ圧搾力を加えてストリ
ップ厚を減少させ、ワークロール入側ストリップのいずれの部分もストリップ座
屈応力を超えるような長手方向圧縮状態にないことを確保するよう充分強く且つ
クリープ(creep)により1%以下のストリップ伸長しか生じないよう充分弱い張
力を、ワークロールを通るストリップに掛けることからなる、双ロール鋳造機を
用いる直接鋳造で最も典型的に造られるタイプの薄鋼ストリップを熱間圧延によ
り形状補正する方法が提供される。クリープにより1%以下の伸長しか生み出す
ことができない張力は、アメリカ金属協会及びAIME冶金協会、巻13(1982
年1月)、ピー・ジェイ・ワレィ(P.J.Wray)「高温単純炭素鋼の塑性流における
炭素含量の効果」に記述されているようにして決められた。
mm以下もの薄さの圧延前厚を有することもできる。
1200℃にも至る温度で熱間圧延することもできる。ワークロールによるスト
リップ厚圧下程度は一般に約35%以下であり、通常は最終ストリップ厚の顧客
選択(customer choice)により決められる。
ようなものとすることができる。
向の変化量が充分小さく、ワークロール下流の200Iユニット以上のストリッ
プ形状欠陥及び表面皺(surface creasing)を防ぐ。しかしながら、場合によって
は、圧下変化が、400Iユニットにも至る下流の形状欠陥及び表面皺を可能に
し得る。造られたストリップはその幅方向において形状欠陥が変動する。これら
のIユニット値は最悪の場合のストリップ形状欠陥及び表面皺である。そのよう
にして造られた、圧延ストリップは典型的には、冷却後に工業用スキンパスミル
で追加処理され、100Iユニット以下の形状欠陥及び表面皺を有する比較的平
らなストリップを造る。
陥の頂点間距離(即ち、波長)である。時には操業上の慣例により、Iユニット
を決めるこの式を使用するに際し、24.649を25に丸める。
ことにより掛けられるが、追加のピンチロールをワークロール下流に用いてワー
クロール前後の張力を維持することもできる。ワークロールでの張力が大きいほ
ど、所与の減少を達成するための圧延荷重が小さくなる。
決定及び本発明による作動の圧延装置の1形を添付図面に関して幾分詳細に記述
する。
1を概略的に示し、位置3に上流座屈があり、巻き込まれて下流欠陥4(形状欠
陥及び表面皺、又は捲縮)を生じる。これが本発明の扱う問題を図示している。
の大きさはこの形状欠陥よりも小でなければならないことを示すことができる。
特に、この明細書の付録では、圧延機入側の「捲縮」ストリップ歪み|dε0|が
形状欠陥の大きさである。即ち、上流捲縮歪みは下流形状欠陥歪みよりも常に大
きさが小さい。下流形状欠陥は捲縮歪みよりも計測し易く、下流処理で許容可能
な最大形状欠陥が比較的良好に限定され、典型的には200Iユニット以下であ
る。とはいえ、場合によっては下流形状欠陥が400Iユニットにも及ぶことが
あり得る。上流捲縮歪みの大きさは下流ストリップ形状歪みよりも小でなければ
ならないので、これにより通常圧延状態での斯かるストリップの最大予想捲縮歪
みが与えられる。
造機での鋳造で造られるような薄ストリップに向けられている。ストリップが充
分に厚ければ、ストリップの曲げ剛性による伸長の横方向の変動があっても座屈
は起こらない。以下の刊行物におけるサマーズら(Somers et al)による形状欠陥
の場合、最小座屈歪みは経験的にストリップ厚及び幅に関連付けられている:サ
マーズ・アール・アールら(Somers R.R. et al)(1984)「熱間ストリップ
プロフィール、クラウン及びフラットナーを予測するための検査及びモデルの適
用」、鉄と鋼エンジニア、9月号、35〜44頁。同じ理論を上流「捲縮」に当
てはめることができる。図2は、所与のストリップ厚/幅比及びストリップ温度
での座屈に必要な、対応する圧縮応力を示している。
は2Mpa(即ち、メガパスカル)以下である。典型的に存在する形状欠陥では
座屈応力は容易に上限を超え、ほぼ5〜10Mpa程度の応力である。10mm
の肉厚ストリップでは座屈応力はほぼ10〜20Mpa程度であり、従って、座
屈は起きそうにない。又、問題は典型的には従来の圧延薄ストリップにはない。
何故なら、薄ストリップは従来の圧延機による圧縮で造られ、結果としてのスト
リップは、中央クラウンを有し、厚がストリップ幅方向に比較的均一なプロフィ
ールだからである。
状態にせず、圧縮があったとしてもストリップの座屈限界以下である。ストリッ
プは弾性伸長させ、ストリップの短い部分を、長くて比較的伸長した領域に合う
よう伸ばさねばならない。この引張り応力tは、弾性率Eと、圧縮歪みdε0と
して表現される最悪捲縮との積で与えられる。上記式(1)を用いて、入側張力
は下流側形状欠陥に関連して次のように得ることができる。
、捲縮を避けるのに必要な、加えられる引張り応力tを計算できる。ストリップ
弾性率は温度に依存しており、本目的のためには、実験データから
トの下流形状欠陥の捲縮を避ける、加えられる最小入側応力を、双ロール鋳造機
で鋳放した典型的な珪素/マンガンキルド鋼ストリップについて、異なるストリ
ップ温度での弾性率について図3に示す。その鋼の組成は例えば 炭素 0.05〜0.10重量% マンガン 0.50〜0.70重量% 珪素 0.20〜0.30重量% アルミニウム 0.008重量%以下 である。
力は、定常状態制御条件に到達する前の、鋳造・圧延の「頭」端で必要であり得
る。
ストリップクリープを避けるようなものでなくてはならない。クリープは、張力
を掛けた熱間ストリップ圧延では、常にある程度生じる。所与の程度の歪みを生
じるのに必要な引張り応力は、温度に、そしてはるかに少ない程度に、歪み速度
に依存する。許容可能と思われる所与の最大歪みについて、最大引張り応力はク
リープモデルを使用することにより歪み速度に対し予知できる。本件の場合、ク
リープ応力は次のモデルにより決定した。
、lは張力を掛けているストリップの長さ(m)である。係数はこのグレードの
鋼についての実験結果から見出した。これを図3では、60m/分のストリップ
速度で、1m離間した張力装置と圧延機との間の0.5%と1%の最大伸長クリ
ープ歪みに対する応力上限として示す。例えば鋳造速度の同様な変動によりもた
らされる歪み速度の倍加/半減でも、この応力はわずか5%しか変化しないこと
が見出された。
にし且つ過剰ストリップクリープをも避ける(3mm以下の)薄ストリップの張
力枠(tension windows)を示す。最大下流形状は、200Iユニット又は400
Iユニットのいずれかであると仮定できる。前者は典型的な上限である。後者は
鋳造の頭端又は尾端であり得るような典型的な極端な例を表わす。非捲縮の張力
上限は伸長クリープが0.5%又は1%伸長以下であるようなそれであった。ク
リープにより1%以下の伸長しか生じない許容可能な張力は、上記したように、
アメリカ金属協会及びAIME冶金協会、巻13A(1982年1月)、ピー・ジェ
イ・ワレィ(P.J.Wray)「高温単純炭素鋼の塑性流における炭素含量の効果」に記
述されているようにして決められた。
ニウムキルド鋼については最大張力は、典型的には25%減らされるが、これは
ストリップの組成次第である。典型的なアルミニウムキルド鋼は例えば約0.0
6重量%の炭素、約0.25重量%のマンガン、約0.15重量%のアルミから
なる。
とが見られる。典型的には、引張り応力の下限は、200(400)Iユニット
について、夫々、900℃に対する約5(11)Mpaから、1200℃に対す
る2(4)MPaに及んだ。0.5%の最大ストリップ伸長に関し、同じ温度範
囲にわたり、最大張力は37〜15MPaであった。
では、一対のピンチロール13からなるピンチロールスタンド12に薄鋼ストリ
ップ11が通され、ピンチロールにはピンチロールスタンド各側に一つずつ配し
た一対の流体圧シリンダユニット14によりストリップ把持力が加えられる。
形成されるテーブル上に支持され、それを経て、上下に配した一対のワークロー
ル17からなる圧延機16へと通る。圧延機両側に配して上バックアップロール
18を介し作用する流体圧シリンダユニット(図示せず)によりワークロール1
7間にストリップ圧下力が加えられる。ピンチロールスタンド12と圧延機スタ
ンド16との間は、ストリップは密封されたエンクロージャ19内に保持される
。
過剰なクリープを避けるよう充分小さい圧力を、圧延機入側ストリップに加える
。
例示である。しかしながら、他の形の装置が実施可能である。特に、単一対のピ
ンチロールはワークロール手前でストリップに張力を掛ける単純且つ効率的手段
ではあるが、他の張力発生手段として例えば一連のピンチロール又はブライドル
ロール、好ましくは、圧延機下流のピンチロール、一連のピンチロール又はブラ
イドルロールを用いることが可能である。
って、比較的大きく圧下される局部域が参考よりも下流に長めのストリップを生
じる場合である。この長めのストリップは局部的に座屈する。drを比例的厚削
減の程度の局部変化量、dεsをストリップ長さ(形状)に比例したストリップ
歪み伸長の局部変化量とすると、ストリップ質量流の保持により、我々は
プ形状許容限度は通常はっきり限定されている。
にストリップがこの領域に入ると仮定しよう。不均一な圧下があれば、質量流の
保持から、伸長(形状)変動に応じた不均一な速度でストリップは圧延領域を出
なければならない。特に、質量流の考慮から、出側速度u出側は入側の速度u入 側 と厚h入側並びに出側厚h出側に関し表現できる。数学的に、我々は次のよう
に書くことができる。
トリップ形状に依存する。圧下が大きいと出側速度が速くなる。一般に、この状
況は起き得ない。何故なら、ロール速度とストリップ速度とは密に関連し、スト
リップ形状からストリップ出側速度が恣意的に変化することは不正にロール速度
が軸線に沿って変化する含みがあるからである。従って、圧延領域付近のストリ
ップ入側速度がストリップ幅方向に沿って均一であるという仮定が正しいことは
あり得ない。
。同じ論を用い、圧延領域へのストリップ入側速度は以下で与えられる。
dεs 但し、du入側は入側速度の変化量である。従って、局部相対ストリップ伸長の
形の下流ストリップ形状欠陥により入側速度が減少させられる。ロールのはるか
上流ではストリップ速度は均一であるので、ストリップが圧延領域に入ると局部
的に緩やかにならねばならず(後方スリップ)、圧縮となる。従って、下流形状
による対応するストリップ圧縮(負の張力)応力は
欠陥に対する上流張力変化量に関する式を有する。この圧縮応力が大きすぎると
、以前に述べた望ましくない効果で座屈が上流に起きる。この座屈に打ち勝つた
め、正の入側張力には、形状欠陥から最大圧縮張力に等しい大きさを加えること
ができる。
中間)が起き、上記大きさの半分の上流及び下流両方のロール付近のストリップ
速度(及び張力)変化が生じる。従って、上記応力式は上流圧縮の上限であるが
、依然として生得の安全マージン付与にも使用できる。
圧延における、典型的な捲縮欠陥形成を概略的に示す。
ロットしたグラフである。
鋼ストリップの入側張力の上限、下限をプロットしている。
設備の一部を示す。
Claims (28)
- 【請求項1】 一対のワークロール間のロールバイト部を介しストリップを
送給し、 ワークロール間にストリップ圧搾力を加えてストリップ厚を減少させ、 ワークロール入側ストリップにおいて座屈応力を避けるよう充分強く且つクリ
ープにより1%以下のストリップ伸長しか生じないよう充分弱い張力を、ワーク
ロールを通るストリップに掛けることからなる、薄鋼ストリップの熱間圧延方法
。 - 【請求項2】 ワークロール送給前のストリップが3mm厚以下である、請
求項1による方法。 - 【請求項3】 ワークロール送給前のストリップ厚が0.5mm〜2mmの
範囲である、請求項2による方法。 - 【請求項4】 ストリップが700℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧延
される、請求項1による方法。 - 【請求項5】 ストリップが700℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧延
される、請求項2による方法。 - 【請求項6】 ストリップが700℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧延
される、請求項3による方法。 - 【請求項7】 ストリップが900℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧延
される、請求項4による方法。 - 【請求項8】 ストリップが900℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧延
される、請求項5による方法。 - 【請求項9】 ストリップが900℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧延
される、請求項6による方法。 - 【請求項10】 加えられる張力が、クリープによるストリップ伸長を0.
5%以下に制限するものである、請求項1による方法。 - 【請求項11】 ワークロールにより課されるストリップ厚減少のストリッ
プ幅方向の変動は、ワークロール下流のストリップ形状欠陥が400Iユニット
以下になるものである、請求項1による方法。 - 【請求項12】 前記ストリップ厚減少の変動は、ワークロール下流のスト
リップ形状欠陥が200Iユニット以下になるものである、請求項11による方
法。 - 【請求項13】 ワークロール手前で前記ストリップを一対のピンチロール
に通すことにより張力がストリップに加えられる、請求項1による方法。 - 【請求項14】 ストリップが0.5mm〜3mmの範囲の厚みのマンガン
/珪素キルド鋼ストリップであり、 ストリップが900℃〜1200℃の温度範囲で熱間圧延され、 加えられる張力が、 最大張力 = 圧延温度での最大許容可能な伸長 最小張力 = 圧延温度で可能な最大ストリップ座屈応力 で限定される最大、最小値間の作動範囲内である、請求項1による方法。 - 【請求項15】 一対のワークロール間のロールバイト部にストリップを送
給し、 ワークロール間にストリップ圧搾力を加えてストリップ厚を減少させ、 ワークロール入側ストリップにおいて座屈応力を避けるよう充分強く且つクリ
ープにより1%以下のストリップ伸長しか生じないよう充分弱い張力を、ワーク
ロールを通るストリップに掛けることからなる、 双ロール鋳造機による直接鋳造で造られる薄鋼ストリップの熱間圧延方法。 - 【請求項16】 ワークロール送給前のストリップが3mm厚以下である、
請求項15による方法。 - 【請求項17】 ワークロール送給前のストリップ厚が0.5mm〜2mm
の範囲である、請求項16による方法。 - 【請求項18】 ストリップが700℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧
延される、請求項15による方法。 - 【請求項19】 ストリップが700℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧
延される、請求項16による方法。 - 【請求項20】 ストリップが700℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧
延される、請求項17による方法。 - 【請求項21】 ストリップが900℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧
延される、請求項18による方法。 - 【請求項22】 ストリップが900℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧
延される、請求項19による方法。 - 【請求項23】 ストリップが900℃〜1200℃の範囲の温度で熱間圧
延される、請求項20による方法。 - 【請求項24】 加えられる張力が、クリープによるストリップ伸長を0.
5%以下に制限するものである、請求項15による方法。 - 【請求項25】 ワークロールにより課されるストリップ厚減少のストリッ
プ幅方向の変動は、ワークロール下流のストリップ形状欠陥が400Iユニット
以下になるものである、請求項15による方法。 - 【請求項26】 前記ストリップ厚減少の変動は、ワークロール下流のスト
リップ形状欠陥が200Iユニット以下になるものである、請求項25による方
法。 - 【請求項27】 ワークロール手前で前記ストリップを一対のピンチロール
に通すことにより張力がストリップに加えられる、請求項15による方法。 - 【請求項28】 ストリップが0.5mm〜3mm厚の範囲のマンガン/珪
素キルド鋼ストリップであり、 ストリップが900℃〜1200℃の温度範囲で熱間圧延され、 加えられる張力が、 最大張力 = 圧延温度での最大許容可能な伸長 最小張力 = 圧延温度で可能な最大ストリップ座屈応力 で限定される最大、最小値間の作動範囲内である、請求項15による方法。
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