JP2006218510A - 潤滑調質冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料であって、所定の伸び率または圧下率の製品を安定して圧延することができる潤滑調質冷間圧延方法を提供する。
【解決手段】 潤滑調質冷間圧延方法において、上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を潤滑調質冷間圧延するに際し、該金属ストリップの伸び率または圧下率と圧延荷重との関係を少なくとも２領域II、IIIに分け、目標とする伸び率または圧下率に応じて圧下制御に用いる影響係数を変更することを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、潤滑調質冷間圧延方法に関する。

近年、表面の清浄度の面から潤滑調質冷間圧延が要求されるようになってきた。潤滑調質冷間圧延では圧延時に鉄粉が発生しても潤滑油等で洗い流せ、かつ、潤滑をすることによって圧延時に発生する鉄粉自体を抑えることができるので、無潤滑調質冷間圧延と比較して圧延後の表面の清浄度が向上する。このため、潤滑調質冷間圧延が積極的に行われるようになってきたが、以下に示す課題が生じるようになった。

一般に、ワークロールが大きな板圧延機を用いて、上および下降伏点のある金属ストリップ材料を潤滑圧延すると、ジャンピングと呼ばれる現象が生じることが知られている。図１にジャンピングと呼ばれる現象を説明するための概念図を示す。

図１において、横軸は圧延荷重であり、縦軸は圧下率を表す。なお、縦軸に伸び率を用いても同様である。ここで、圧下率と伸び率の関係について簡単に示す。圧下率ｒとは圧延機入側の板厚Ｈと出側の板厚ｈから 式（１）で定義されるものである。
ｒ＝１−ｈ／Ｈ （１）
ここで、入側板厚Ｈおよび出側板厚ｈは一般に圧延機入側および出側に設置された板厚計にて検出される。また、伸び率λとは圧延前の材料長さＬ_１と圧延後の材料長さＬ_２から式（２）で定義されるものである。
λ＝Ｌ_２／Ｌ_１−１ （２）
ここで、圧延前の材料長さＬ_１および圧延後の材料長さＬ_２は一般に圧延機入側および出側に設置された速度計にて検出される。圧延機前後で板幅変化を無視すると圧延機入出側における体積一定条件から
Ｌ_１・Ｈ＝Ｌ_２・ｈ （３）
が成立する。これらの関係から圧下率と伸び率との間には式（４）の関係が得られる。
λ＝１／（１−ｒ）−１ （４）
式（４）から調質圧延のような軽圧下の場合にはλとｒはほぼ同じ値になることから、図１において縦軸の圧下率を伸び率に置き換えても同じとした。

図１から明らかなように、ある圧延荷重（ａ点）までは圧延荷重を増大していっても弾性変形ばかり生じ、圧下率または伸び率はゼロのままであるが、ある圧延荷重（ａ点）以上になると同時に圧下率または伸び率はある圧下率または伸び率（ｂ点）まで増大する。この時に圧延荷重を低減して行くと圧延荷重はｄ点、圧下率または伸び率はｃ点迄ともに減少するが、それ以下の圧延荷重になると圧下率または伸び率は再びゼロとなる。所定の圧下率または伸び率を取るためには、再度ａ点迄の圧延荷重をかける必要がある。圧延荷重がａ点以上の場合には圧下率または伸び率は圧延荷重とともに上昇し、圧延機の圧延力限界までの圧下率または伸び率（ｆ点）まで任意に取ることができる。このようなａ点からｂ点に飛ぶようなジャンピングが生じると低圧下率または低伸び率の圧延が不可能となるばかりでなく、ａ点近傍の圧下率または伸び率で圧延している際に原板変動等の外乱で圧延荷重が変動して特にｄ点以下になると製品品質は保てなくなり、スクラップになる。また、このようなジャンピング現象やａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点→ａ点のループを描くヒステリシス現象は、大径ワークロールを用いた上および下降伏点のある金属材料の潤滑調質圧延時のみに起こる現象であることが経験的に知られている。

このようなジャンピングは、粗度の小さなロールや摩擦係数が小さい場合やロール径が大きい場合に顕著になることが経験的に知られており、操業的にはロール粗度の粗い圧延や、ロールの粗度落ちの少ない表面改質ロールを使用した圧延や、摩擦係数の大きな圧延潤滑油（低濃度を含む）で対応してきた。

しかしながら、詳細に検討すると、潤滑調質圧延は３つの領域に分けられることを発見した。即ち、図２に示すように次の３領域に分けられる。
領域Ｉ：弾性変形域（圧延荷重をかけても圧下率または伸び率は生じない領域）
領域II：擬ジャンピング域（圧延荷重をかけると圧下率または伸び率が生じるけれども、圧延荷重の増分に対する圧下率または伸び率の増分が非常に大きくかつ狭い領域）
領域III：塑性変形域（圧延荷重をかけると圧下率または伸び率が生じるけれども、圧延荷重の増分に対する圧下率または伸び率の増分が小さい領域）

従来、領域IIの圧延荷重変動に対する圧下率または伸び率の増分は無限大と考えられており、領域II内の圧下率または伸び率を得ることは不可能と考えられていた。領域IIの圧延荷重変動に対する圧下率または伸び率の増分は鋼種、圧延機のロール径、ロール粗度、張力条件、潤滑（摩擦係数）などによって変化するので、この特性は予め潤滑調質圧延を行う圧延機で実験を行い、求める必要がある。領域IIと領域IIIの塑性変形域で、例えば伸び率制御を圧下で行う場合、伸び率の設定値と伸び率の実測値から伸び率の偏差を求め、圧下量を制御する。その際、領域IIIで制御量を最適化している場合には、領域IIIの最小伸び率近傍や領域IIでは圧下制御量を過大に評価しているため、伸び率制御がうまくゆかなくなる。

本発明は、上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料であって、所定の圧下率または伸び率の製品を安定して圧延することができる潤滑調質冷間圧延方法または従来製造不能であった低圧下率または低伸び率の潤滑調質冷間圧延方法を提供することを課題としている。

本発明は上述した従来法の問題点を解決するものであって、
第１発明は、上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を潤滑調質冷間圧延するに際し、該金属ストリップの伸び率または圧下率と圧延荷重の関係を少なくとも２領域に分け、目標とする伸び率または圧下率に応じて圧下制御に用いる影響係数を変更することを特徴とする潤滑調質冷間圧延方法である。

第２発明は、第１発明の潤滑調質冷間圧延方法において、目標とする伸び率または圧下率に応じて圧延機の見かけのミル定数を油圧圧下装置を用いて制御することを特徴とする潤滑調質冷間圧延方法である。

第３発明は、第１発明の冷間圧延方法において、目標とする伸び率または圧下率に応じて圧延機の見かけのミル定数をミルハウジングと上または下バックアップロールチョックとの間に設置したインナーブロックを用いて制御することを特徴とする潤滑調質冷間圧延方法である。

第１発明では、上および下降伏点のある金属ストリップ材料を潤滑調質冷間圧延する際に、ジャンピング域でも低伸び率または低圧下率の製品を安定して製造することができる。

第２発明では、油圧圧下装置を備えた圧延機であれば他の設備を付加することなく、第１発明を容易に実施することできる。

第３発明では、油圧圧下装置を備えていない圧延機、例えば電動圧下装置を備えた圧延機であってもインナーブロックをミルハウジングと上または下バックアップロールチョックとの間に設けることで容易に第１発明を実施することができる。

先ず、本発明を実施する圧延機の構成について説明し、ついで第１発明〜第３発明について説明する。
図３において、圧延機のワー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８B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、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。油圧圧下装置９により、ミル定数を任意に変えることができる。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。なお、図示してはいないが、圧延機入側には金属ストリップＳおよび上下ワークロール１T、１Bに調質圧延潤滑油を供給する潤滑油供給ノズルが配置されており、圧延時には調質圧延潤滑油が供給される。

圧延機の入側には金属ストリップを供給するリール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、各リールと板圧延機間には入側および出側デフレクターロール５、６が配置されている。なお、図示してはいないが、入側および出側デフレクターロールにはパルスジェネレータが設置されており、入側および出側の金属ストリップＳ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。

（第１発明）
上記圧延機を用いて、図２に示すような伸び率と圧延荷重との関係を求める実験を行った。伸び率以外の圧延条件を表１に示す。

実験結果を図４に示す。図４から明らかなように、伸びが０〜６％までが擬ジャンピング域で伸び率６％以上は通常の塑性域である。

これまでは圧延の安定性からの問題から、潤滑調質圧延では伸び率６．５％以上の製品しか作ることができなかった。また、圧延荷重と圧延機の圧下締め込み量の関係は、厳密には非線形であるが線形とみなしても大きな違いがないので、図４の圧延荷重は圧延機の圧下締め込み量の関係とほぼ一致する。

本発明では潤滑調質冷間圧延領域を少なくとも２つ以上、即ち図４に示される領域IIと領域IIIに分ける。そして、領域IIにおける圧下締め込み量ΔＳの伸び変化量Δλに対する比（△Ｓ/△λ）_IIおよび領域IIIにおける圧下締め込み量ΔＳの伸び変化量Δλに対する比（△Ｓ/△λ）_IIIを求める。目標とする伸び率に応じて影響係数（△Ｓ/△λ）を使い分ける。これら影響係数は、前もって実験などで求めておく。予めセットアップにより目標とする伸び率が得られる圧延荷重までギャップを締め込み、圧延開始し、目標とする伸び率λrefと伸び率の実測値λexpから偏差（△λ＝λexp−λref）を求める。

この偏差△λに影響係数を乗じることによって圧下締め込み修正量△Ｓaim＝（△Ｓ/△λ）_II×△λまたは△Ｓaim＝（△Ｓ/△λ）_III×△λが求まり、この値に基づいて圧下締め込み量を修正する。ハンチングを防ぐため、上述の方法で得られた圧下締め込み修正量にゲインを乗じても良い。このようにすることによって図４に示される領域IIでも領域IIIでも安定して目標とする伸び率の製品を製造することができる。

（第２発明）
第１発明による圧延方法で、圧下締め込み修正量が圧延機の圧下位置制御の精度外であるような場合、例えば修正量が５μｍであるが、圧下位置制御が１０μｍ単位であるような場合は、当然のことながら領域IIにおいては安定して目標とする伸び率の製品を製造することはできない。この課題を解決する一つの手段が第２発明である。

圧延機のミル定数Ｋ（ｋＮ／ｍｍ）は圧延機のディメンションでほぼ決まり、自由に制御することはできないが、この圧延機に油圧圧下装置がある場合には圧延荷重の変化に対応させて圧下位置を制御すればあたかもミル定数を制御したのと等価となる。即ち、通常は
△λ＝△Ｓ＋△Ｐ/Ｋ
であるが、△Ｐに応じた圧延機圧下締め込み量△Ｓmodを△Ｓmod＝α△Ｐだけ変化させる。
上式は
△λ＝△Ｓ＋△Ｐ/Ｋ＋△Ｓmod
＝△Ｓ＋（α＋１/Ｋ）△Ｐ
となる。簡単のためにα＋１/Ｋ＝１／Ｋ’と仮におくと
△λ＝△Ｓ＋△Ｐ／Ｋ’
となる。従って、αを変えることによって見かけ上のミル定数は制御されることとなる。

圧延荷重と伸び率との関係が図４に示される場合、領域IIの伸び率変化に対する圧延荷重変化は、領域IIIのそれのほぼ２２倍である。従って、領域IIIと同様な制御をしようとすれば、α＋１/Ｋが１/Ｋの１/２２になるようにαを決めてやれば領域IIでも領域IIIのように制御できる。例えば、電動圧下で圧下の修正量の制御を行い、油圧圧下で油圧シリンダー位置を修正してやることによって上記の制御は可能となる。

（第３発明）
第３発明は第２発明と考え方は同じであるが、手段として油圧圧下ではなく、インナーブロックを用いる方法である。ハウジングとバックアップロールチョックとの間にミル定数とは剛性の異なるブロックを挿入する。例えば、領域IIIの場合にはブロックは鋼を使用し、領域IIの場合には樹脂、ゴムなどを使用する。

使用した圧延機は図３に示したものと同じ圧延機である。詳細な圧延条件を表２に示す。

従来技術では伸び率８％の製品は問題なく製造できたが、伸び率２％の製品はハンチングが生じて安定して製造することができなかった。第１発明の方法で油圧圧下を用いて伸び率２％で圧下制御を実施した結果、安定して製造することができた。

第１発明の方法で、圧下位置制御が１０μｍ単位の低精度の電動圧下を用いて圧下制御を実施した結果、伸び率２％の製品を安定して製造することができなかった。そこで、第２発明に示したように油圧圧下を用いて見かけのミル定数を制御した結果、電動圧下を用いた圧下制御で伸び率２％の製品を安定して製造することができた。

上および下降伏点のある金属ストリップ材料を潤滑圧延する場合に生じるジャンピング現象を説明するための概念図である。 圧延荷重と伸び率との関係を示す線図である。 本発明の潤滑調質冷間圧延方法を実施する圧延機の一例を模式的に示す圧延機の側面図である。 圧延荷重と伸び率との関係を実験で求めた結果の一例を示す線図である。

符号の説明

１T ：上ワークロール １B ：下ワークロール
２T ：上バックアップロール ２B ：バックアップロール
３ ：巻き戻しリール ４ ：巻き取りリール
５ ：入側デフレクターロール ６ ：出側デフレクターロール
７T ：上ワークロールチョック ７B ：下ワークロールチョック
８T ：上バックアップロールチョック ８B ：下バックアップロールチョック ９ ：油圧圧下装置 １０ ：荷重検出装置
１１ ：電動圧下装置 １２ ：ベンダー装置
１３ ：ハウジング
Ｓ ：金属ストリップ

Claims (3)

1. 上および下降伏点が存在する金属ストリップ材料を潤滑調質冷間圧延するに際し、該金属ストリップの伸び率と圧延荷重の関係を少なくとも２領域に分け、目標とする伸び率または圧下率に応じて伸び率または圧下率制御に用いる影響係数を変更することを特徴とする潤滑調質冷間圧延方法。
2. 請求項１記載の潤滑調質冷間圧延方法において、目標とする伸び率または圧下率に応じて圧延機の見かけのミル定数を油圧圧下装置を用いて制御することを特徴とする潤滑調質冷間圧延方法。
3. 請求項１記載の潤滑調質冷間圧延方法において、目標とする伸び率または圧下率に応じて圧延機の見かけのミル定数をミルハウジングと上または下バックアップロールチョック間に設置したインナーブロックを用いて制御することを特徴とする潤滑調質冷間圧延方法。

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