JP2005103589A - 鋼板のローラ矯正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 パスラインに沿って上下に千鳥状に設けられた複数の矯正ロールIU、1Dと、板幅方向に分割され、矯正ロールの撓みを補正する複数のロール撓み補正装置5とを備えるローラ矯正機の矯正ロールの圧下量を設定する鋼板のローラ矯正方法において、鋼板Sのローラ矯正における入り側圧下量を目標とする矯正の塑性変形率に基づいて設定し、入り側圧下量に応じて鋼板の矯正後の反りを許容値以下にする範囲内に出側圧下量を設定し、板幅方向の出側圧下量が予め定めた範囲内になるようロール撓み補正量を設定するようにしたものである。
【選択図】 図1
Description
温度分布の発生原因としては、加熱炉でのスラブの加熱むらやデスケーリングでの高圧水噴射の不均一、熱間圧延でのロール冷却水や制御圧延のための冷却の影響、さらには圧延後の加速冷却における冷却不均一などがあげられる。
また、見かけ上平坦な鋼板であっても、冷却後の鋼板には残留応力が生じている場合がある。特に圧延における鋼板の温度分布は、冷却過程において熱収縮量が不均一になることから、残留応力の発生に大きく影響している。
鋼板の残留応力は、使用時に鋼板を切断する際に切断後の鋼板形状を変化させ、切断寸法の悪化を招くことから極力低減させることが望ましく、ローラ矯正ではできるだけ大きな曲げ曲率で矯正を行うことにより、残留応力を効果的に低減できる。
ところが、ローラレベラによる矯正では、鋼板に繰り返し曲げを与えることから、鋼板の内部に反りを発生させるモーメントが残留することがある。残留モーメントが板幅方向に分布している場合、矯正後の鋼板が板幅方向で釣り合っていれば見かけ上は平坦な鋼板となる。ところが、これを切断すると周囲の鋼板部分からの拘束がなくなり、切断部分の残留モーメントが顕在化するため、反りが発生することとなる。
この方法は、次のようにして切断により顕在化する鋼板の反りを防止するものである。まず、ロール矯正機に厚鋼板を通板させ矯正して少なくとも見かけ上は平坦化した後、平坦化矯正時のロール矯正機の矯正ロールの鋼板板幅方向における矯正ロール最大変形量と、平坦化された厚鋼板にその切断後に平坦化矯正による鋼板内部応力に起因する形状不良が発生することを防止すべく予め設定された矯正ロール基準変形量とを比較し、矯正ロール最大変形量が矯正ロール基準変形量を超えていた場合には、矯正ロール最大変形量が矯正ロール基準変形量以下となる矯正条件にて、再度、ロール矯正機に平坦化された厚鋼板を通板させる(例えば特許文献1参照。)。
この方法は、矯正ロールの撓みをベンディング用圧下装置により補正する際の圧下設定に関するもので、ベンディング用圧下装置の設定方法として開示されている(例えば特許文献2参照。)
このベンディング用圧下装置の設定方法として開示されているものには、次の2つの方法が記載されている。
(1)基準設定位置の設定において、鋼板に最も大きな塑性変形率が加えられるように設定した矯正ロールの押込み量の変動量および変動の傾向を用いる方法。
(2)鋼板の塑性変形に影響する最後の矯正ロールの押込み量の変動量および変動の傾向を用いる方法。
2つの方法の使い分けとしては、(1)は撓みや残留応力を鋼板の幅方向で同じレベルに除去することを主に目的とする方法で、例えば、ローラレベラによる矯正を塑性変形率を変えて複数回行う場合の、最初の矯正に有効であり、(2)は矯正後の鋼板に、幅方向で異なる上下方向反りが発生することを防ぐのを主な目的とする方法で、例えば、ローラレベラによる矯正を塑性変形率を変えて複数回行う場合の、最後の矯正に有効である、としている。
特許文献1の技術は、鋼板を見かけ上平坦化する矯正における矯正ロールの変形量が予め設定された基準変形量を超えていた場合に、矯正条件を変えて再度矯正する方法である。
ところが、ローラ矯正機には複数の矯正ロールがあるにもかかわらず、どのロールを基準にすべきかが必ずしも明示されていない。また、ロールの変形量が大きい高強度鋼板や板厚の厚い鋼板を矯正する場合には、矯正荷重が大きいために基準変形量を満足するロール変形量では十分な圧下が行えない軽圧下矯正となり、切断後の鋼板の反り発生を防止できない場合がある。また、1パス目の矯正で発生した残留モーメントが大きな場合においては、再度通板するときの矯正条件がロール変形量基準以下というだけでは確実に前パスの残留モーメントを消去できる保証がなく、切断後の鋼板の反り発生を防止できない場合があった。
ところが、本発明者らの検討によれば、ローラ矯正における反りの発生傾向は強圧下矯正を行う場合に顕著に現れる特性があり、このような場合には出側圧下量は押込み量が0の条件が最適値とならないことが分かった。
これに対して入り側での矯正ロールの圧下を比較的小さくし、最大塑性変形率50%とした場合には、出側圧下量が変化しても矯正後の反りの変動はわずかであり、圧下量が過大であった場合のみ、大きな上反りが発生する。以上のような傾向は、矯正しようとする鋼板の板厚や強度によっても変化するため、出側圧下量の設定においては、これらの影響を勘案して反りの発生しない範囲とすることが重要である。
以上のように、従来技術は軽圧下から強圧下の広範囲な矯正において効果的に残留モーメントを制御するための方法が示されておらず、多パス矯正により時間をかけて残留モーメントを軽減させざるを得なかった。また、強圧下矯正で発生する残留モーメントが大きなものであった場合には、後の軽圧下矯正では必ずしもこれを無害化できない場合があり、矯正後の鋼板に反りを発生させるモーメントが残留したまま鋼板を出荷してしまう可能性を排除できなかった。
本発明は以上のような課題を解決するために提案されたものであり、切断後の反りの原因となる残留モーメントが発生しない鋼板のローラ矯正方法を提供することを目的とする。
また、矯正される鋼板の板幅方向の位置において、出側最終段の矯正ロールがロール全長で鋼板に塑性変形を発生させる最後の矯正ロールとなるよう、出側圧下量と補正するロール撓み補正量を設定するようにしている。
さらに、鋼板の塑性変形率が65%以上の強圧下矯正に適用されるようにしている。
一般に鋼板のローラ矯正機は、鋼板Sの通過するパスラインに沿って上下に千鳥状に配置された複数の矯正ロール1U、1Dを有し、これらの矯正ロール1U、1Dにより繰り返し曲げを付与することにより、鋼板の反りや波打ちなどの形状不良を矯正する。
上下の矯正ロール1U、1Dはそれぞれバックアップロール2U、2Dにより支持されており、更にバックアップロール2U、2Dは一体の上下フレーム3U、3Dに支持されている。
鋼板Sを矯正する場合には、上矯正ロール1Uまたは下矯正ロール1Dをフレームごと傾斜させ、入り側の上下矯正ロール1U、1Dの間隔が出側の上下矯正ロール1U、1Dの間隔よりも小さくなるように設定する。入り側と出側の圧下量は矯正機の上部に取り付けられた入り側と出側の圧下装置4により個別に設定可能である。
鋼板Sの平坦度不良を矯正し平坦化する場合には、形状不良の種類と大きさにより予め塑性変形率を定めておく。例えば、耳波と呼ばれる板幅端部の波打ち形状を平坦化する場合、塑性変形率は60%を目標値とする。
一方、鋼板の長手方向残留応力を低減し無害化する場合には、より大きな塑性変形率が必要である。鋼板の残留応力と目標とする残留応力から残留応力低減量を求め、これに応じた塑性変形率を計算により決定することができる。塑性変形率が大きいほど矯正後の残留応力は小さくなるため、通常は80%以上の塑性変形率を目標値とする。簡易法として、残留応力制御の場合は80%という固定値を用いることもできる。
そして、鋼板Sの曲げによる塑性変形率は鋼板Sの表面が弾性限となる曲率κeを用いれば、η=(1−κe/κ)×100(%)の式より算出可能である。以上のことから、鋼板Sに付与する目標塑性変形率から入り側の圧下量を定めることができる。
すなわち、目標塑性変形率をηとすれば、入り側圧下量は前記の2つの式より、
δ=L2 /m・κe/(1−η/100)
となる。
まず、塑性変形率が小さい場合には、出側圧下量の変化に対する反りの変動は小さく、広い範囲の出側圧下量で反りがほぼゼロとなっている。ところが、塑性変形率が大きくなるにつれて、出側圧下量の変動に対する反り発生傾向の変化が急峻になり、出側圧下量のわずかな変化で反り発生量が大きく変化する傾向になる。
従って、出側圧下量は入り側圧下量に応じて矯正後に反りが発生しない値を設定する必要があり、本発明では反りの発生量が許容値以下となる出側圧下量の範囲内に設定する。
すなわち、出側圧下量は図2に示した各塑性変形率で反りが0となる値を用いることができ、また実験的にある塑性変形率で反りが0となる圧下量を求めることができる。
鋼板Sを矯正するに際し、鋼板Sに曲げを加えるために発生する矯正反力は矯正ロール1U、1Dに撓みを生じさせる。このときの矯正荷重は矯正される鋼板Sの寸法や強度、入り、出側圧下量を用いた関係式により計算することが可能であり、矯正荷重Pは上矯正ロール1Uに作用する矯正反力の総和として算出される。
P=f(t,W,σy,E,δi)
ここで、t:板厚、W:板幅、σy:鋼板の降伏応力、E:鋼板のヤング率、δi:i本目の上矯正ロールの圧下量
一方、矯正反力により発生する上矯正ロールの撓み変位量vのロール幅方向分布は、例えばはりの理論を用いて次式のように表すことができる。
v(x)=g(x,W,P,I,E…)
ここで、x:板幅方向位置、W:板幅、P:矯正反力、I:上下の矯正ロールやバックアップロール等のロール撓みに関わるすべての部材の総合的な断面2次モーメント、E:ヤング率
すなわち、上述したように、矯正加重Pが分かれば、撓み変位量vを求めることができ、撓み変位量vが分かれば、その撓みを補正するために必要な撓み補正量となる圧下量を求めることができるが、そのロール撓み補正装置のロール撓み補正量となる圧下量は板幅方向のすべての位置において出側圧下量が許容残留曲率に基づいて予め定めた許容値以下の範囲になるように定める必要がある。許容値以下の範囲になるように定める理由は、許容値以上では、結局ロール撓みを補正しても、出側矯正ロールから出た鋼板に必要以上の反りが発生するからである。
その出側圧下量の許容値としては、入り側圧下量によりその範囲が変化するものであるが、例えば塑性変形率80%の強圧下の場合、±0.1mmの範囲とすることができる。
また、塑性変形率67%の軽圧下の場合の許容値は、塑性変形率80%のときよりも広くなり、図2の塑性変形率67%の線が許容範囲(図2に示す2本の点線の間)に入っている範囲で、出側圧下量−0.15mmから0.2mなので、±0.35mmの範囲となります。
以上の圧下量設定において、ロールの幅方向における圧下量は入り、出側の主圧下装置とロール撓み補正装置の圧下量の両者の設定によりその位置が定まる。
また、板エッジを基準とする方法について図3(b)に示すように、圧下設定を行う。
まず、チョック間隔と板幅と矯正反力等から決まるロール撓み分布を求め、チョックと板エッジの距離から板エッジの圧下位置を予測し、予測した板エッジの圧下位置においてロール撓み補正装置の目標圧下量とするためのロール撓み補正量を決め、その他の鋼板が通過する部分はこの位置に合わせるようにロール撓み補正量を設定する。
ここで、図2の結果は各上下矯正ロールでの曲げ履歴を考慮して決定したものであり、本発明の鋼板のローラ矯正方法では、矯正後の反りの正確な予測が必要であるため、このように矯正履歴を考慮して求めた出側圧下量と反りの関係を用いることが望ましい。なお、出側圧下量は設定するごとにモデルを用いて計算するようにしてもよい。
これは、ローラ矯正において板幅方向の位置により矯正での塑性曲げ回数に違いがある場合、反りの上下方向が異なり、板幅方向での残留モーメント分布を生じる原因となるためである。
ここで、反りの許容値としては、重力を考慮して上反り及び下反りが3mm以下となる図2のグラフの2本の点線の範囲内の残留曲率の最大値及び最小値をそれぞれ求めたものである。
したがって、反り発生量の変動が許容限度を超える範囲となる塑性変形率がおよそ65%以上と判断されることから、本発明は塑性変形率65%以上の強圧下矯正において特に効果的であることが分かった。
すなわち、矯正ロール1本ごとの撓み補正ができない場合には、すべての矯正ロールにおいて板幅方向に均等な矯正条件を与えることができないから、複数の矯正ロールのうちのどれを基準にして圧下量を設定するかを決定する必要があり、本発明の適用により強圧下矯正の場合においても鋼板の切断後の反り発生を防止することが可能な矯正条件を設定しうる。
このローラ矯正機のロール本数は9本(上矯正ロール4本、下矯正ロール5本)であり、矯正ロールの直径は280mm、ロール胴長は5500mmである。また、このローラ矯正機は主圧下装置に油圧圧下機構を備えており、矯正反力によるチョック位置の変動を通板中にダイナミックに補償する機能を備えている。
さらに、ロール撓み補正装置として、図1と同様に上ロールの幅方向圧下量を制御可能な楔状の圧下装置を備えている。
矯正される鋼板Sは、厚さ25mm、幅3000mm、長さ10000mmの降伏応力が40キロ級のものを用いた。同じ寸法・規格の鋼板を複数用意し、矯正条件を変えて試験を実施した。
また、出側圧下量を板幅方向で決定するに際し、板幅方向のすべての位置において最後に塑性曲げが加わるロールは出側から1本目の上矯正ロールとし、この上矯正ロールの許容値を±0.1mm以内とした。なお、矯正反力の予測値は494tonであり、実測された矯正荷重もほぼ同じ値であった。この矯正反力の予測値は、日本塑性加工学会編「矯正加工」P81、コロナ社発行の文献に記載されている式で計算することができる。
以上の2つの条件で鋼板を1パス矯正した結果、本発明の実施例により矯正した鋼板は、矯正後の鋼板に反りは発生しておらず、平坦な鋼板が得られた。
また、この鋼板の切断試験を実施した結果、端部の切代を除いた14条のいずれの条材でも反りは許容範囲の3mm以下に抑えられており、有害な反りは発生しなかった。
これに対して、比較例1の条件で矯正した鋼板では、矯正後に高さ10mm程度の上反りが発生していた。
また、この鋼板の切断試験を実施したところ、板幅端部から板幅の1/4の位置で反り高さ48mm大きな上反りが発生した。また、鋼板の端部と中央部においては若干の下反りが発生し、条材の幅方向位置により、反り発生傾向が異なる分布を示した。
Claims (5)
- パスラインに沿って上下に千鳥状に設けられた複数の矯正ロールと、板幅方向に分割され、矯正ロールの撓みを補正する複数のロール撓み補正装置とを備えるローラ矯正機の矯正ロールの圧下量を設定する鋼板のローラ矯正方法において、
鋼板のローラ矯正における入り側圧下量を目標とする矯正の塑性変形率に基づいて設定し、入り側圧下量に応じて鋼板の矯正後の反りを許容値以下にする範囲内に出側圧下量を設定し、板幅方向の出側圧下量が予め定めた範囲内になるようロール撓み補正量を設定するようにしたことを特徴とする鋼板のローラ矯正方法。 - 入り出側圧下量の設定基準位置をチョックまたは板エッジの位置とすることを特徴とする請求項1記載の鋼板のローラ矯正方法。
- 鋼板の出側圧下量と矯正後の反りの関係を、入り側圧下量、塑性変形率、矯正される鋼板の板厚及び強度ごとに求めておき、この関係を用いて矯正後の反りを許容値以下にする出側圧下量を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板のローラ矯正方法。
- 矯正される鋼板の板幅方向の位置において、出側最終段の矯正ロールがロール全長で鋼板に塑性変形を発生させる最後の矯正ロールとなるよう、出側圧下量と補正するロール撓み補正量を設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鋼板のローラ矯正方法。
- 鋼板の塑性変形率が65%以上の強圧下矯正に適用することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鋼板のローラ矯正方法。
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