JP2005199303A

JP2005199303A - 調質圧延方法

Info

Publication number: JP2005199303A
Application number: JP2004007777A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Shiraishi; 利幸白石; Yoshihisa Takahama; 義久高濱
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】圧延荷重レベルが低い金属ストリップであっても、また、圧延荷重レベルが高い通常の金属ストリップであっても、調質圧延時に金属ストリップ表面に所望のロール粗度を転写することができる調質圧延方法を提供する。
【解決手段】上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を単スタンドまたは２スタンドで調質圧延する際に、調質圧延スタンドのワークロール１のロール粗度を金属ストリップＳの表面に転写しながら調質圧延する方法であって、調質圧延スタンドのワークロール１の扁平を鋼製中実ワークロールの扁平よりも大きくして圧延する。
【選択図】図１

Description

本発明は調質圧延方法、特に金属ストリップ表面にワークロール面の粗度を転写する調質圧延方法に関する。

ユーザーでのプレス成形等の２次加工性や塗装後の鮮映性を確保するために、従来から焼鈍後の金属ストリップに圧延機で数％の伸びを加えて、２次加工の際にリュ−ダース帯が発生しないようにかつ、ワークロール粗度の大きなワークロールでロール粗度を前記金属ストリップに転写させて潤滑性が良くなるように、または塗装後の鮮映性が良くなるように調質圧延またはテンパー圧延と呼ばれる無潤滑圧延または潤滑圧延での軽圧下圧延が行われている（以降、これらを総じて調質圧延と称す）。

前記金属ストリップ表面に転写されるワークロール粗度の転写効率の主要因は圧延荷重であり、圧延荷重レベルが低いと所望の金属ストリップ表面粗度が得られないという問題や圧延荷重レベルが高くても調質圧延を継続していくとワークロール粗度が低下し圧延荷重が減少して所望の金属ストリップ表面粗度が得られないという問題が在った。このため、このような圧延荷重レベルの低い製品は焼鈍前の例えば冷間タンデム圧延機の最終スタンドでワークロール粗度の大きなワークロールで２〜６％程度の圧下を行いあらかじめ粗度を転写させることで対応してきた。しかし、このような対応を実施すると、冷間タンデム圧延機は生産性が低下し、製造コストが増大するという問題があった。さらに、このようにして製造した金属ストリップを焼鈍後に調質圧延した際に金属ストリップの粗度が調質圧延によって平滑化されてしまう等の問題もあった。また、圧延荷重レベルの高い調質圧延ではワークロールの粗度変化が大きいので、伸び率一定の同一圧延条件で圧延を継続していくと圧延荷重が減少するという問題があった。

このように圧延荷重レベルが低いと調質圧延機のワークロール撓みが変化するので、通常の圧延荷重レベルが高いところで適正化しているワークロールクラウンまたはバックアップロールクラウンが低荷重では不適となり、ワークロールベンダー等の形状制御端を用いても良好な板形状が得られない等の問題もあった。また、圧延荷重レベルが高い通常の調質圧延でも、圧延荷重がワークロールの磨耗によって減少するので、形状と目標の粗度が得られなくなるため、頻繁にワークロールを組み替える必要があり、これもまた調質圧延の生産性を低下させていた。

このため、調質圧延時に圧延荷重レベルの低い金属ストリップでも調質圧延だけで所望の表面粗度をつくる技術や圧延荷重レベルの高い金属ストリップでワークロールの粗度が低下した場合でも、できるだけワークロール組み替えをしなくて済む技術が望まれていた。

上述した問題を解決するために、調質圧延時の圧延荷重を増大させる必要がある。一般的に、圧延荷重を増大させる方法として、
（１）摩擦係数を大きくする。接触率（摩擦係数）が大きくなると無次元圧力分布が大きくなること、すなわち圧延荷重が大きくなる（例えば、非特許文献１参照。）。
（２）張力を小さくする。張力を大きくすると圧延分布が小さくなること、すなわち圧延荷重が小さくなる（例えば、非特許文献２参照。）。
（３）ワークロール径を大きくする。β（＝SQRT(R'/Ho））が増大するにつれて、圧延荷重係数が大きくなること、すなわちロール径が大きくなると圧延荷重が大きくなる（例えば、非特許文献３参照。）。
などが挙げられる。

本発明の対象とする圧延荷重の低い金属ストリップの調質圧延時の荷重レベルは、例えば通常の圧延荷重レベルの高い場合は、ワークロール径が６００mm程度で３〜７MN/mであるが、圧延荷重レベルの低い場合は、ワークロール径が６００mm程度で０．５〜３MN/mであるような大きく荷重レベルが異なるものをいう。
「日本鉄鋼協会編『板圧延の理論と実際』、昭和５９年９月１日発行」（第２０５頁、図８．１０）「日本塑性加工学会編『板圧延−世界をリードする圧延技術−』コロナ社、１９９３年２月１５日初版発行」（第２０頁、図２．９）「日本鉄鋼協会編『板圧延の理論と実際』、昭和５９年９月１日発行」（第３８頁、図２．２８）

前記（１）の摩擦係数の増大は効果があるが、無潤滑調質圧延の場合には適用できない。また、潤滑調質圧延では、そもそも潤滑性のさほど良くない潤滑油が使われているため元々摩擦係数が高く、摩擦係数を極端に変えても最大５０％程度しか荷重の増大は見込めない。しかし、この場合防錆性が悪化するので、工業的には実施が困難である。
（２）の張力を下げる効果はあるが、その効果も上述の摩擦係数と同レベルであり、また、張力を下げるとクロスバックルとよばれる欠陥が新たに発生するという問題を誘発する。
（３）のワークロールの大径化も効果はあるが、例えば通常直径６００mmのワークロールで圧延していたとすると、接触長変化から考えて直径１２００mmに変更しても４０％程度の荷重増大効果しか期待できないし、同一ハウジング内にこのような大きなワークロールは装入することはできない。

本発明は上述した従来法の問題点を解決するものであり、圧延荷重レベルが低い金属ストリップであっても、また、圧延荷重レベルが高い金属ストリップであっても、調質圧延時に金属ストリップ表面に所望のロール粗度を効率的に転写することができる調質圧延方法を提供することを課題としている。

本発明の調質圧延方法は、上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を単スタンドまたは２スタンドで調質圧延する際に、調質圧延スタンドのワークロールのロール粗度を金属ストリップ表面に転写しながら調質圧延する方法であって、前記調質圧延スタンドのワークロールの扁平を鋼製中実ワークロールの扁平よりも大きくして圧延することを特徴としている。

上記圧延荷重レベルの低い調質圧延方法において、前記調質圧延スタンドのワークロールは、ヤング率が５０kN/mm^２を超え、１５０kN/mm^２以下であることが好ましい。
また、前記圧延荷重レベルの低いまたは圧延荷重レベルの高い調質圧延スタンドのワークロールは、ヤング率が２００kN/mm^２以上、２２０kN/mm^２以下の外装スリーブと外装スリーブ内に挿入された内装中実円筒部とからなり、外装スリーブと内装中実円筒部との間に加圧液が充填されており、加圧液の圧力が調整可能であるとすることができる。
さらに、前記調質圧延スタンドの圧延荷重が、ヤング率が２１０kN/mm^２のワークロールにおける圧延荷重の１．１倍以上、６倍未満であることが好ましい。

本発明では、上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を単スタンドまたは２スタンドで調質圧延するに際し、調質圧延スタンドのワークロールの扁平を鋼製中実ワークロールの扁平よりも大きくして圧延する。これにより、圧延荷重レベルが低い金属ストリップであっても金属ストリップ表面に所望のロール粗度を効率的に転写させることできるし、また、圧延荷重レベルの高い通常の金属ストリップであってもワークロールの交換を減らして効率的に金属ストリップ表面に所望のロール粗度を効率的に転写させることできる。さらには、冷間タンデム圧延機の生産性向上、製造コストの低減、良好な板形状の維持などの効果を得ることができる。

本発明では、上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を単スタンドまたは２スタンドで調質圧延する際に、調質圧延スタンドのワークロールのロール粗度を金属ストリップ表面に転写しながら調質圧延する。また、調質圧延では調質圧延スタンドで扁平変形させたワークロールの扁平つまりロール接触弧の曲率半径または接触弧長さを鋼製中実ワークロールのものよりも大きくして圧延する。扁平を大きくすると圧延荷重が高くなり、金属ストリップに転写される粗度は大きくなる。圧延荷重は、所要の板厚と粗度が得られる大きさとする。また、所要の圧延荷重が得られるようにワークロールのヤング率やスリーブ内の加圧液の圧力を調整する。金属ストリップ材料は、普通鋼、ブリキ鋼板、自動車用鋼板などである。

図１は、本発明を実施する圧延機本体の一例を模式的に示す装置構成図である。
図１において圧延機のワ−クロールは上ワークロール１Ｔと下ワークロール１Ｂから構成されており、各ワークロールはそれぞれ上ワークロールチョック７Ｔおよび下ワークロールチョック７Ｂによって支持されている。上下ワークロールチョック７Ｔ、７Ｂを支点として上下ワークロール１Ｔ、１Ｂの垂直方向の撓みを制御するためのインクリースおよびディクリースベンダー力を付与することが可能なベンダー装置１２が配置されている。またバックアップロールは上バックアップロール２Ｔと下バックアップロール２Ｂから構成されており、各バックアップロール２Ｔ、２Ｂはそれぞれ上バックアップロールチョック８Ｔおよび下バックアップロールチョック８Ｂによってそれぞれ支持されている。上バックアップロールチョック上部８Ｔには、荷重検出装置１０が配置され、ワークサイドおよびドライブサイドの圧延荷重が検出される。また、荷重検出装置１０の上部には電動圧下装置１１が配置されており、金属ストリップＳを圧延する際のパスライン調整が行われる。さらに、下バックアップロールチョック下部８Ｂには、圧延力を付与するための油圧圧下装置９が配置されている。これらの装置およびチョック等は圧延機のハウジング１３内に納められている。

圧延機の入側には金属ストリップＳを供給するリール３が、また出側には金属ストリップＳを巻き取るリール４が配置され、前記金属ストリップＳに張力を付与する入側ブライドルロール１４と出側ブライドルロール１５が配置されている。各ブライドルロール１４、１５と圧延機の間には入側および出側タッチロール５Ｔ、５Ｂ、６Ｔ、６Ｂがそれぞれ配置され、クロスバックル防止および反り防止のために金属ストリップＳに押し付けられている。

なお、入側および出側ブライドルロールにはパルスジェネレーター（図示しない）が設置されており、入側および出側の金属ストリップの板速度を検出しマスフロー一定則から圧延時における伸び率が検出可能である。圧延機入側には圧延潤滑油を供給する潤滑供給装置（図示しない）が配置されており、潤滑圧延時にはこの潤滑供給装置から圧延潤滑油がロールバイト入口部に供給される。無潤滑圧延時には、この潤滑供給装置は使用しない。

上記のように構成された調質圧延機を用いて、粗度転写・調質圧延の実験を行なった。
従来、図１の調質圧延機では、直径約５００mmの鍛鋼（ヤング率２１０kN/mm^２）製ワークロールが用いられていた。このワークロールは、放電ダル加工によって粗度５〜１０μmRaに加工されていた。通常の調質圧延時（圧延荷重が高い場合）にはこのワークロールの転写効率は８０％程度確保できており、要求される製品の粗度に応じてワークロール粗度を変化させて製品を製造していた。圧延荷重の低い場合の調質圧延時では、ワークロールの転写効率は１０％程度しかなく、粗度の粗い製品は製造することができなかった。

一方、本発明の効果を確認するために、上ワークロール１Ｔおよび下ワークロール１Ｂのロール材質を変えてヤング率の異なるワークロールを作製した。使用したロール材質は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、ステンレスなどであり、鍛鋼ロールを含め、ヤング率４０kN/mm^２から２１０kN/mm^２まで用意した。基本的にワークロールは一体ものとしたが、一部はスリーブによる焼き嵌めロールとした。

図２は、圧延荷重レベルが低い場合の鍛鋼ワークロールを用いた圧延荷重を基準として、圧延荷重に及ぼすヤング率の影響を示している。図２に示すように、ヤング率５０kN/mm^２未満では圧延荷重が高くなり過ぎてワークロールが塑性変形し、ヤング率１５０kN/mm^２を超えると荷重比が１．５以下となり、圧延荷重の増大効果があまり見込めなくなる。したがって、ワークロールのヤング率を５０kN/mm^２〜１５０kN/mm^２の範囲とし、圧延荷重を調整して所要の粗度を得るようにしている。

ヤング率１５０kN/mm^２以下で荷重比が急激に増えるのは、ワークロールの扁平挙動が異なってきて、ロールバイト内で圧延には寄与しない剛体域が現れ、接触長が長くなるためである。この現象は、通常大径ワークロールで、薄くて硬い材料を圧延する場合に顕著になるものであるが、本発明によってヤング率の小さいワークロールで圧延することによって、厚くて柔らかい材料を圧延する場合にもこの現象を現出することができる。

図３および図４は、本発明の調質圧延方法を実施する他のワークロールの一例を模式的に示す断面図である。
図３および図４において、ワークロール１８はヤング率２００〜２２０kN/mm^２の金属からなる外装スリーブ２０と、通常の金属からなる内装中実円筒部２２とからなっている。外装スリーブ２０と内装中実円筒部２２との間は、環状の油圧チャンバー２１となっている。油圧チャンバー２１に加圧油を外部から供給するために、内装中実円筒部２２には油供給穴２３、および油供給穴２３と油圧チャンバー２１とを連絡する油道２４が形成されている。外装スリーブ２０の位置を固定するためにシールを兼ね備えたワークロール外装スリーブ２５が設けられている。油供給穴２３に、油圧供給制御装置（図示しない）が接続されている。油圧供給制御装置は、油圧チャンバー２１に加圧油を供給するとともに、油圧チャンバー２１内の油圧を制御する。なお、加圧液は加圧油に代えて加圧水であってもよい。

ワークロール１８の外装スリーブ２０の肉厚および内装中実円筒部２２の外径は、使用する油圧チャンバー２１内の油圧範囲と圧延時の荷重レベルを用いて、例えば有限要素法などの数値解析を行い、できるだけ外装スリーブ２０の弾性変形能力が大きくて塑性変形はしないように設計されている。

図５は、上記ワークロール１８の作用を説明する模式図である。
圧延中のワークロール１８には、ロールバイト部からは金属ストリップＳを圧延するための圧延荷重Ｗが、また、ロールバイトと反対の方向からは主として圧延荷重Ｗを支持するための反力Ｒが中間ロールまたはバックアップロール（いずれも図示しない）を介して作用する。したがって、ワークロール１８は、圧延時には上下（垂直方向）で押しつぶされ、圧延方向（水平方向）に膨らんだような形状になる。その際の外装スリーブ２０の内周面は圧下位置で、最大で内装中実円筒部２２の外周面に接するまで弾性変形が許容される。弾性変形量は、油圧チャンバー内の油圧圧力によって制御することが可能である。このため、通常ロールと同じ外径のスリーブロールでもあたかも数倍のワークロールを組み込んだ場合と等価な効果を得ることが可能となる。図５（ａ）は、油圧圧力が小さい場合の外装スリーブ２０の弾性変形後のワークロール１８の形状に等価なワークロール３０Aの形状を示している。図５（ｂ）は、油圧圧力が大きい場合の外装スリーブ２０の弾性変形後のワークロール１８の形状に等価なワークロール３０Bの形状を示している。等価ワークロール３０Aの曲率半径ｒAは通常のワークロール半径の約３倍であり、等価ワークロール３０Bの曲率半径ｒBは約２倍となっている。

図１に示したものと同じ圧延機を用いて、本発明および従来法による調質圧延を実施した。従来法の場合、通常の鍛鋼ロールを使用した。表１に、基本圧延条件を示す。

本発明の第１の実施例（アルミニウム合金ロール）では、圧延荷重が約４．５MNであり、転写後の板粗度は約７．１〜７．５μmRaであった。
本発明の第２の実施（スリーブロール）では、圧延荷重が約３．５MNであり、転写後の板粗度は約６．５〜７．０μmRaであった。
これに対し、従来例では圧延荷重が約１MNであり、転写後の板粗度は約１．５〜１．８μmRaであった。

通常の圧延荷重は３〜７MN/mであり、バックアップロールのクラウンはこれに合わせてクラウンが付与されていた。従来法は圧延荷重が低いためこのバックアップロールクラウンは合わなくなり、異なるクラウンが付与されたバックアップロールをも交換する必要があったが、本発明の実施例１および２では、この交換も不要であった。また、従来、転写効率が低く粗度の大きな製品は製造できなかったが、本発明によって製造できるようになった。

本発明を実施する圧延機本体の一例を模式的に示す装置構成図である。圧延荷重が低い場合の鍛鋼ワークロールを用いた圧延荷重を基準として、圧延荷重に及ぼすヤング率の影響を示す線図である。本発明の調質圧延方法を実施する他のワークロールの一例を模式的に示しており、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３に示すワークロールの作用を説明するワークロール模式図である。

符号の説明

１ワークロール２バックアップロール
３巻戻しリール４巻取りリール
７ワークロールチョック８バックアップロールチョック
９油圧圧下装置１０荷重検出器
１１電動圧下装置１２ベンダー装置
１３ハウジング１８ワークロール
２０外装スリーブ２１油圧チャンバー
２２内装中実円筒部２３油供給穴
２４油道２５固定スリーブ
３０外装スリーブ変形後のワークロールに等価なワークロール
Ｓ金属ストリップ
Ｗ圧延荷重Ｒ圧延荷重反力

Claims

上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を単スタンドまたは２スタンドで調質圧延する際に、調質圧延スタンドのワークロールのロール粗度を金属ストリップ表面に転写しながら調質圧延する方法であって、前記調質圧延スタンドのワークロールの扁平を鋼製中実ワークロールの扁平よりも大きくして圧延することを特徴とする調質圧延方法。
前記調質圧延スタンドのワークロールは、ヤング率が５０kN/mm^２を超え、１５０kN/mm^２以下であることを特徴とする請求項１記載の調質圧延方法。
前記調質圧延スタンドのワークロールは、ヤング率が２００kN/mm^２以上、２２０kN/mm^２以下の外装スリーブと外装スリーブ内に装入された内装中実円筒部とからなり、前記外装スリーブと前記内装中実円筒部との間に加圧液が充填されており、前記加圧液の圧力が調整可能であることを特徴とする請求項１記載の調質圧延方法。
前記調質圧延スタンドの圧延荷重が、ヤング率が２１０kN/mm^２のワークロールにおける圧延荷重の１．５倍以上、６倍未満である請求項１〜３のいずれか１項に記載の調質圧延方法。