JP2005246407A

JP2005246407A - エッジドロップの生じない冷間圧延方法

Info

Publication number: JP2005246407A
Application number: JP2004058180A
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: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】冷間圧延時に生じるエッジドロップの問題点を解決することを課題としたものであり、冷間圧延機で金属ストリップを冷間圧延する際に、エッジドロップが生じないもしくはエッジドロップがほとんどない高品質の金属ストリップを製造することが可能な圧延方法を提供すること。
【解決手段】金属ストリップを１つ或いは２つの圧延機からなる圧延設備での冷間圧延において、予め引張り試験で求められた該金属ストリップの０．２％耐力の９０％以上を1つの圧延機からなる圧延設備の該圧延機入側張力として、あるいは２つの圧延機からなる圧延設備の該圧延機の中間張力として、該金属ストリップに負荷する。
【選択図】図２

Description

この発明は、１スタンドあるいは２スタンドの圧延機からなる冷間圧延設備で金属ストリップを冷間圧延する際に、エッジドロップが生じないもしくはエッジドロップがほとんどない圧延方法に関するものである。

近年、金属ストリップ材料に対する品質要求は厳格化されつつあり、特にエッジドロップと呼ばれる圧延時のロール扁平に起因して生じる板端部の板厚の急激な減少が問題となっている．このエッジドロップが大きいと、例えばプレス加工においては板端部の耳押え不良によるプレス成形不良や、打ち抜き加工においては打ち抜いた後の製品の板厚外れをもたらす。このため、エッジドロップを減少させる圧延方法が数多く検討されてきた。
エッジドロップは上述したように、圧延時のワークロールの扁平変形に起因するものであるので、従来は圧延荷重を減少する方法とワークロールの扁平変形を調整する方法が主に行われてきた。

圧延荷重を減少する方法としては、ワークロール径を小径化することが有効であること（例えば特許文献１参照）、ワークロールのヤング率を増大することが有効であること（例えば、特許文献２参照）、張力を増大することが有効であること（例えば、特許文献３参照）、摩擦係数を低減することが有効であること（例えば、特許文献４参照）、異周速圧延が有効であること（例えば、特許文献５参照）等が開示されている。

また、ワークロールの扁平を調整する方法としては、ワークロールの端部を細くし必要に応じてワークロールの位置をシフトさせる方法（例えば、特許文献６参照）や、上下ワークロールをクロスさせる方法（例えば、特許文献７参照）が開示されている。

ところで、特許文献１の方法は、ワークロールを小径化し圧延荷重を減少させることによって、エッジドロップの量を減少させることとエッジドロップの発生領域を減少させる方法であり有効ではあるものの、ワークロールの小径化に伴ないワークロールの剛性が低減し水平方向のロールたわみを制御する手段が必須となるため圧延機の構造自体を変える設備工事が必要であり、また、エッジドロップ自体をなくすということはできない。特許文献２の方法は、ワークロールのヤング率を増大させて圧延荷重を減少させることによって、エッジドロップの量を低減をさせる方法であり、有効ではあるものの現状ではワークロール径が４００ｍｍ以上でかつ胴長が２０００ｍｍ程度のサイズの超硬ロール等は焼結炉の設備制約上の制限からまだ実用レベルにはいたっていない。特許文献３は張力を増大することによって圧延荷重を減少させて、エッジドロップの量を減少させる方法であり有効であるものの、これもまたエッジドロップ自体をなくすということはできない。特許文献４は摩擦係数を減少することによって圧延荷重を減少させて、エッジドロップの量を減少させる方法であり有効であるものの、これもまたエッジドロップをなくすということはできない。特許文献５は異周速圧延をすることによって圧延荷重を減少させて、エッジドロップの量を減少させる方法であり有効であるものの、圧延された金属ストリップの表裏面の性状差や圧延方向の反りや場合によっては圧延後の板の機械的材質の劣化の問題を新たに招くこととなる上に、これもまたエッジドロップ自体をなくすということはできない。文献６および７は圧延時の板端部に相当するロールギャップをワークロールシフトやクロスで調整することによってエッジドロップを減少する方法で、有効であるものの、高額な設備投資が必要であり、また、高精度なロールカーブ設計やロール位置制御が必要となる。

特開昭５７−１９１０６号公報特開平１０−２７７６１４号公報特開２００１−１７９３０６号公報特開平０９−２６２６１３号公報特開昭５６−１４００８号公報特開昭５７−１８１７０８号公報特開平０７−３９９０２号公報

本発明は、上述した冷間圧延時に生じるエッジドロップの問題点を解決することを課題としたものであり、冷間圧延機で金属ストリップを冷間圧延する際に、エッジドロップが生じないもしくはエッジドロップがほとんどない高品質の金属ストリップを製造することが可能な圧延方法を提供するものである。

上記の課題を解決するための本発明の要旨は次の通りである。

（１）金属ストリップを１つの圧延機からなる圧延設備で冷間圧延する方法において、予め引張り試験で求められた該金属ストリップの０．２％耐力の９０％以上を、該金属ストリップに付与する入側張力として負荷することを特徴とする冷間圧延方法。

（２）金属ストリップを２つの連続した圧延機からなる圧延設備で冷間圧延する方法において、予め第１スタンドで圧延する圧下率だけ圧延した該金属ストリップを用いて引張り試験で求められた０．２％耐力の９０％以上を、該金属ストリップに作用する中間張力として負荷することを特徴とする冷間圧延方法。

（３）該圧延設備の入側にトリマーを設置し、該金属ストリップのトリミングを行ったあと冷間圧延することを特徴とする、（１）または（２）の冷間圧延方法。

この発明によれば、従来十分な低減ができなかったエッジドロップまたは高額な設備投資と高精度なロール位置制御が必要であったエッジドロップ制御が、簡単に実現可能となることから、エッジドロップの生じないもしくはほとんどない高品質の金属ストリップを安定して供給することが可能となった。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、この発明を実施するための１つの圧延機からなる圧延設備の一例を示す概要図である。

図１において圧延機のワ−クロールはロール径５００ｍｍ、胴長２０００ｍｍの上ワークロール（１）と下ワークロール（１’）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および下ワークロールチョックによって支持されている。また、上下ワークロールチョックを支点として上下ワークロール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（６）が配置されている。さらに図示してはいないが、これらの上下ワークロールには上下ワークロールを駆動するためのスピンドルが連結されており、これらのスピンドルは減速機を介してそれぞれのモーターに直結されている。バックアップロールはロール径１３００ｍｍ、胴長２０００ｍｍの上バックアップロール（２）と下バックアップロール（２’）から構成されており、各バックアップロールはそれぞれ上バックアップロールチョックおよび下バックアップロールチョックによって支持されている。上バックアップロールチョック上部には、図示してはいないが、荷重検出装置が配置され、ワークサイドおよびドライブサイドの荷重が検出される。また、荷重検出装置の上部には電動圧下装置（５）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には、圧延力を付与するための油圧圧下装置（４）が配置されている。上述したこれらの装置およびチョック等は圧延機のハウジング（３）内に納められている。

圧延機の入側には素材である金属ストリップ（Ｓ）を供給するペイオフリール（１０）が、また圧延機出側には圧延された金属ストリップを巻き取るテンションリール（９）が配置され、圧延機とペイオフリール間には圧延機入側の該金属ストリップに張力を付与するブライドルロール（１１）が配置されている。

なお図示してはいないが、圧延機入側には圧延潤滑油を供給する潤滑供給装置が配置されており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。

この圧延設備を用いて本発明についての実験を行った。

実験に用いた材料は板厚０．４０ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．５５ｍｍおよび０．６０ｍｍのものとし、板幅１２００ｍｍとした低炭素鋼の焼鈍材である。これらの素材は引っ張り試験を行った結果、０．２％耐力が２００ＭＰａ、破断伸びが４３％であった。板厚０．４５ｍｍ、０．５５ｍｍおよび６０ｍｍの素材は上述した圧延機で入側張力１００ＭＰａ、出側張力１５０ＭＰａで１パス圧延して、板厚０．４０ｍｍまで圧延した。このようにして、板厚０．４０ｍｍの予歪みを圧下率で０％、１１％、２７％および３３％の材料を準備した。これらの材料を０％圧下材、１１％圧下材、２７％圧下材、３３％圧下材と記す。これらの材料を引張り試験した結果を表１に示す。

上記材料を用いて、入側張力を変えて圧延を行い、圧延後のエッジドロップを調査した。圧延機の出側張力は入側張力よりも５０ＭＰａ小さい値とした。圧延機の入側張力は各材料でレベルは異なるが、張力負荷比（入側張力を各材料の引張り試験の０．２％耐力で除した値）で２０％〜１４０％（破断した条件含む）とした。比較のために入側張力が１００ＭＰａ、出側張力が５０ＭＰａの場合を従来の基準とした。この結果を図２に示す。

図２のａ）は入側張力とエッジドロップ量（板中央の板厚からワークサイドおよびドライブサイドの板端から１０ｍｍ内側の位置における板厚の平均値を減じた値）を示す。これより入側張力を増大すると、ある範囲まではほぼ比例的にエッジドロップ量は減少し、ある範囲をこえるとエッジドロップは急激に減少して零になることが分かる。

図２のｂ）はａ）の図の縦軸をエッジドロップ残存量（入側張力１００ＭＰａ時のエッジドロップ量を基準（１００％）とした）に、横軸を張力負荷比（入側張力を引っ張り試験から得られた圧延機入側の材料の０．２％耐力で除した値）に書き直したものである。これより、入側張力を増大すると張力負荷比９０％程度までほぼ比例的にエッジドロップは減少し、張力負荷比が９０％を超えるとエッジドロップは急激に減少し、張力負荷比が１００％を超えるとエッジドロップは零になることが分かる。

従って、本発明においてはエッジドロップを生じないもしくはほとんどない範囲として張力負荷比を９０％以上とした。張力負荷比の上限は特に規定していないが、圧延機入側の材料の最大引っ張り強度以下であることは言うまでもないが、板幅変化と外乱が及ぼす張力変動に起因する板破断を考慮すると１３０％までが好ましい。

一般に金属ストリップの張力分布は板端部での幅方向のメタルフローが生じるため高くなっており、入側張力レベルを上げて行くと板端部の張力が材料の降伏応力を超えてロールバイト入口で予変形が生じやすくなる。張力負荷比が９０％を超えるとこの予変形が生じロールバイト入口近傍で幅縮みが生じ、素材のエッジドロップが改善されると同時に幅方向のメタルフローが生じなくなる現象のためこのような事が生じるものと予想される。従って、板端部に素材の欠陥がある場合には板破断が生じやすくなるのでこの欠陥を取り除くことが好ましく、圧延設備入側でトリムすることがより好ましい。本発明では、３ｍｍから６ｍｍ程度の幅縮みが発生するので、張力負荷比に応じた幅設計をする必要があることは言うまでもない。また、通常素材の金属ストリップは本発明の張力レベルよりかなり低い状態で巻き取られてから送られてくる場合が多い。従って、本発明をそのまま適用するとペイオフリール部で材料がすべり、疵が発生する。従って、ペイオフリールと圧延設備間にピンチロールやブライドルロール等の張力負荷装置を配置し、ペイオフリール部の張力は現状と同等にし張力負荷装置と圧延設備間の張力を本発明のレベルに制御することが好ましいことは言うまでもない。

さらに、入側張力が出側張力よりも余りにも大きすぎると、圧延時にスリップが生じることもあるので、必要に応じて圧延設備出側とテンションリール間にピンチロールやブライドルロール等の張力負荷装置を配置し、張力負荷装置と圧延設備間の張力をスリップが生じないレベルに制御することが好ましいことおよびテンションリール部の張力を大きくしすぎるとテンションリールのマンドレル部の弾性変形等により圧延した金属ストリップに巻きぐせ（塑性変形）が発生するのでテンションリールの張力は現状と同程度のレベルに制御することが好ましいことは言うまでもない。

圧延設備としては、図３に示す２つの圧延機からなる圧延設備構成を採用し、下記の条件および仕様で金属ストリップの圧延を行った。図３において、圧延設備としては、２スタンドの圧延機からなる調質圧延設備であり、これらの圧延機はワークロール径５５０ｍｍ、胴長２０００ｍｍの上下ワークロール（１３、１３’）およびバックアップロール径１４００ｍｍ、胴長２０００ｍｍの上下バックアップロール（１４、１４‘）からなる４段圧延機であり、図示していないが形状制御手段としてワークロールベンダーを有している。

金属ストリップ材料（Ｓ）は圧延機入側に配置されたペイオフリール（１５）から払い出され、入側デフレクターロール（１６、１７）を経由して上流圧延機に供給される。上流圧延機の入側では圧延潤滑油が潤滑油供給ノズル（２１）から供給され伸び率１．９％程度で軽圧下され下流圧延機では無潤滑で約０．１％程度の軽圧下と形状矯正が行われる。下流圧延機で形状矯正された後、デフレクタロール（１９）を経由した後テンションリール（２０）で巻き取られている。

上流圧延機入側の張力はデフレクターロール（１６）に、スタンド間張力はテンションロール（１８）に、下流圧延機出側の張力はデフレクターロール（１９）に、それぞれ取り付けられたロードセルによって検出される。なお、図示していないがデフレタロール（１６．１９）とテンションロール（１８）には、該ロールの回転数を検出するパルスジェネレータが取り付けられて板速度を検出しており、各圧延機によるストリップの伸び率はこれらの検出値をもとにマスフロー則から制御されている。

金属ストリップとしては、板厚０．２５５ｍｍ、板幅１２０３ｍｍ(トリム材)の炭素鋼が用いられ、２つの圧延機で板厚０．２５０ｍｍまで圧延される。圧延速度は、下流圧延機のワークロール周速度で５００ｍ／ｍｉｎである。この材料の素材の引張り試験から得られた０．２％耐力は２１０ＭＰａであり、破断伸びは３９％であった。この素材を１．９％圧下して引っ張り試験から得られた０．２％耐力は１８０ＭＰａであり、破断伸びは３７％であった。

従来技術として、第１スタンド入側張力を５０ＭＰａ（張力負荷比２４％）、中間張力を１００ＭＰａ（張力負荷比５６％）、第２スタンド出側張力を５０ＭＰａ（張力負荷比２８％）で圧延した。本発明として第１スタンド入側張力を５０ＭＰａ（張力負荷比２４％）、中間張力を１６２ＭＰａ（張力負荷比９０％）および２００ＭＰａ（張力負荷比１１１％）、第２スタンド出側張力を５０ＭＰａ（張力負荷比２８％）で圧延した。

その結果、従来圧延方法ではエッジドロップ量（板中央の板厚からワークサイドおよびドライブサイドの板端から１０ｍｍ内側の位置における板厚の平均値を減じた値）は５４μｍ、板幅１２０４ｍｍであったが、本発明の中間張力が張力負荷比で９０％の場合はエッジドロップが５μｍ、板幅１２００ｍｍ、本発明の中間張力が張力負荷比で１１１％の場合はエッジドロップが０μｍ、板幅１１９８ｍｍであった。これにより、本発明によってエッジドロップがほとんどないもしくはエッジドロップのない圧延ができることが確認された。なお、全ての条件で圧延時にスリップは発生しなかった。

本発明を実施するための圧延設備の一例を示す概要図である。本発明の内容を示す図であり、ａ）は入側張力とエッジドロップ量の関係を、ｂ）は張力負荷比とエッジドロップ残存率の関係を示す図である。本発明を実施するための圧延設備の一例を示す概要図である。

符号の説明

１’：１つの圧延機からなる圧延設備での圧延機の上および下ワークロール
２、２’：１つの圧延機からなる圧延設備での圧延機の上および下バックアップロール
３：ハウジング
４：油圧圧下装置
５：電動圧下装置
６：ベンダー装置
７、８：１つの圧延機からなる圧延設備でのデフレクターロール
９：１つの圧延機からなる圧延設備でのテンションリール
１０：１つの圧延機からなる圧延設備でのペイオフリール
１１：ブライドルロール
Ｓ：金属ストリップ
１３、１３’：２つの圧延機からなる圧延設備での圧延機の上および下ワークロール
１４、１４’：２つの圧延機からなる圧延設備での圧延機の上および下バックアップロール
１５：２つの圧延機からなる圧延設備でのペイオフリール
１６、１７、１９：２つの圧延機からなる圧延設備でのデフレクターロール
２０：２つの圧延機からなる圧延設備でのテンションリール
２１：潤滑供給ノズル

Claims

金属ストリップを１つの圧延機からなる圧延設備で冷間圧延する方法において、予め引張り試験で求められた該金属ストリップの０．２％耐力の９０％以上を、該金属ストリップに付与する入側張力として負荷することを特徴とする冷間圧延方法。
金属ストリップを２つの連続した圧延機からなる圧延設備で冷間圧延する方法において、予め第１スタンドで圧延する圧下率だけ圧延した該金属ストリップを用いて引張り試験で求められた０．２％耐力の９０％以上を、該金属ストリップに作用する中間張力として負荷することを特徴とする冷間圧延方法。
該圧延設備の入側にトリマーを設置し、該金属ストリップのトリミングを行ったあと冷間圧延することを特徴とする、請求項１または請求項２記載の冷間圧延方法。