JP2007111706A - 冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延機の形状制御機能が十分でない場合であっても，急激な形状変化があって形状修正が間に合わない場合であっても，縦型連続焼鈍設備に圧延板を通板する際にヒートバックルやウォークを生じさせないで安定して通板する方法を提供する。
【解決手段】縦型連続焼鈍設備に板を供給する冷間圧延機での鋼板の形状制御方法において，圧延材２の板幅方向の形状分布を形状検出器１０で検出し，検出された形状分布の出力値に重み付け関数を乗じ，その値から重み付け曲げモーメントを算出し，算出された重み付け曲げモーメントが一定値となるように圧延ロールの左右のギャップ差を制御することにより，鋼板を形状制御し，これによって縦型連続焼鈍設備での通板におけるウォークを低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は，次工程として連続焼鈍炉を通板する板の圧延における板平坦度の制御方法に関する。

板圧延における形状制御は目標とする形状（板幅方向の伸び差分布）に対し，ロールベンダー，ロールレベリング，クーラント流量および幅方向のクーラント流量分布等を制御して目標とする形状に近づけるものであり，さまざまな制御方法が提案されている。

冷間圧延機を通板した材料の多くは後工程である連続溶融亜鉛めっき設備を含む連続焼鈍設備を通板し調質圧延の後に製品となる。連続焼鈍設備には生産性向上の観点より大きな加熱能力をとる事が出来る縦型連続焼鈍設備が採用される傾向がある。

連続焼鈍設備を通る最終製品の形状は，連続焼鈍設備に設置されているか若しくは連続焼鈍設備の後工程である調質圧延により決定される。並びに，大規模ラインである縦型連続焼鈍設備の焼鈍炉部にて形状起因でトラブルを起こした場合，生産への影響は極めて甚大である。以上より，後工程が縦型連続焼鈍設備である板圧延における形状は，この縦型連続焼鈍設備の操業性を重視して設定されることが多い。即ち，その板圧延の目標形状は縦型連続焼鈍設備のトラブル実績にもとづいた操業の経験により決定される事が多い。

一般に縦型連続焼鈍設備での板の通板に伴う操業性に関する問題としては，板幅中心の通板位置がロールの胴長方向へ移動するウォークと，高温下で張力により板中心近辺に皺が発生するヒートバックルとがある。焼鈍炉内でウォークやヒートバックルにより板破断が発生すると，焼鈍炉の温度を下げて復旧する必要があり，その被害は甚大である。
縦型連続焼鈍設備の焼鈍炉のロールにはウォークを防止するためにロール中央部の胴径が端部の胴径に比べて僅かに大きく設定（ロールクラウン）されている。しかし，板のウォーク防止を強化するためにロールクラウンを大きくすると，板幅中央部張力が大きくなりヒートバックルが発生しやすくなるという相反した特性がある。このため，板形状を制御してウォークを起き難くする事が重要となる。

板のウォークをしにくくするためには板形状の非対称成分を除去すれば良く，さまざまな方式が提案されている。しかし，圧延機の形状制御機能が劣っていたり，圧延機の機能が十分に高くても急激な形状変化があって形状修正が間に合わなかったりする場合は板形状の非対称成分を完全には除去できない場合がある。

このような場合に対し，非対称成分を完全に除去するのではなく，板曲がりに注目した板幅方向中心軸廻りの曲げモーメント成分の総和がゼロになるようにレベリング制御を行う方式が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−２９０９２１号公報

特許文献１で提案されている方式は巻取りコイルの巻きずれ防止を目的としたものであり，焼鈍炉のロールにロールクラウンやロール幅方向の粗度変化を有する縦型連続焼鈍設備でのウォーク防止の観点では必ずしも十分とは言えない。即ち，このモーメントでウォークを予測すると，実際の通板のウォークに比べて，幅端部の影響が大きく，中央付近の影響が小さいことがわかり，そのままウォークの予測には使えないことがわかった。

本発明は，上記課題に鑑み，圧延機の形状制御機能が十分でない場合であっても，急激な形状変化があって形状修正が間に合わない場合であっても，縦型連続焼鈍設備に圧延板を通板する際にヒートバックルやウォークを生じさせないで安定して通板する方法を提供することを目的としている。

本発明者は，縦型連続焼鈍設備の焼鈍炉内で生じるウォークとこの設備に供給される冷間圧延後の板形状との関係を詳しく検討した。

搬送ロールには，クラウンがあり，代表的な一例としてはロールの中央部はフラットであるが，ロール両端部では一定幅以上は円錐状にロール径を小さくしている場合が多い。このような場合，ロールの中央のフラットな部分は板との接触力（接触圧力×摩擦係数）が大きく一様であり，円錐状にロール径を小さくしている領域（ロール両端部）ではロールへの接触力が端部へ向かって小さくなっていく。この場合，曲げモーメントをウォークの評価値とすると中央部では良いが，端部へ向かっては過大に評価してしまうことがわかった。

そこで，接触力の大きい部分と接触力の小さい部分を考慮した重み付けを行った上での板幅方向中心軸廻りの曲げモーメント（重み付け曲げモーメント）がウォーク特性をよく再現出来る事を見出した。加えて，設備に癖がある事より重み付け曲げモーメントはゼロを目標とするのではなく，設備にあった一定の目標値に制御することが重要であることを見出した。

本発明は縦型連続焼鈍のウォーク特性を考慮した形状評価関数すなわち焼鈍炉のロールクラウンや粗度等を考慮した重み付けを行った曲げモーメント成分の総和が目標値になるようにレベリング等を行う事により非対称成分を制御することを特徴とし，その要旨は以下のとおりである。

（１） 冷間圧延材の板幅方向の形状分布を形状検出器で検出し，検出された形状分布の出力値に重み付け関数を乗じ，その値から重み付け曲げモーメントを算出し，算出された重み付け曲げモーメントが一定値となるように圧延ロールの左右のギャップ差を制御鋼板の形状制御を行なうことにより，縦型連続焼鈍設備での通板におけるウォークを低減することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
（２） 前記形状分布は，板幅方向の張力分布から求めた板幅方向の伸び差分布として出力されることを特徴とする（１）に記載の冷延鋼板の製造方法。
（３） 前記重み付け関数は，中央部が大きく両端ほど小さな値となることを特徴とする（１）または（２）に記載の冷延鋼板の製造方法。
（４） 幅方向の接触圧力関数と摩擦係数関数とを求め，これらの関数の積に基づき重み付け関数を決定することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
（５） 前記重み付け関数は，後工程別，材質別，板厚別及び板幅別に設定する事を特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
（６） （１）〜（５）のいずれかの方法で形状制御された鋼板を縦型連続焼鈍設備で焼鈍した後に，調質圧延することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。

本発明の方法を用いることにより，十分な形状制御能力を有しない圧延機を用いても，急激な形状変化があって形状修正が間に合わなかったりする場合であっても，後工程である縦型連続焼鈍設備の操業性を損なうことのない板形状を有した板が供給可能となり，縦型連続焼鈍設備の操業性を改善できる。

以下，本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の実施例について図１を用いて説明する。
圧延機１にて冷間圧延された板２は形状検出用ロール１０にて幅方向の張力分布が測定される。そして形状検出装置１１にて，この張力分布から分析され演算された幅方向の伸び差分布１２：ε（ｘ）が，板２の幅方向の形状分布として出力される。なお，ｘは板２の幅方向の位置を示し，中央が０で，幅方向の一端部がＷ/２，他端部が−Ｗ/２である（即ち，板２の幅はＷ）。伸び差分布１２：ε（ｘ）は，板２の幅方向の各位置ｘにおける伸びから板２の幅方向の中央（ｘ＝０）における伸びを減算した値として示される。

重み付け形状演算装置１３は形状検出装置１１から出力された伸び差分布１２：ε（ｘ）に重み付け関数設定装置１４より出力された後工程，材質，板厚および板幅等別に設定された重み付け関数Ｒ（ｘ）を乗じて重み付け形状Ｒε（ｘ）=Ｒ（ｘ）・ε（ｘ）を演算する。

重み付け曲げモーメント演算装置１５は重み付け形状Ｒε（ｘ）を用いて数式（１）にて重み付け曲げモーメントＭを演算する。

圧下制御装置１６は重み付け曲げモーメント演算装置１５より出力される重み付け曲げモーメントＭを重み付け関数設定装置１４より出力された後工程，材質，板厚および板幅等別に設定された目標値となるように必要なレベリング制御を行う。

尚，重み付け形状装置と重み付け曲げモーメント演算装置は一体化し数式（２）にて重み付け曲げモーメントＭを演算しても良い。

Ｒ（ｘ）は縦型連続焼鈍炉のロールクラウンやロール粗度等を考慮した重み付け関数であり図２にその例を示している。板形状と縦型連続焼鈍炉でのウォークは単純な縦型焼鈍炉のロール形状のみで決まる訳ではなく，ヒートクラウンによる接触圧力変化や摩擦係数変化を総合的に評価する必要がある。即ち，炉の温度と板の温度の差によりロールが幅方向に温度分布を持つためロールの温度膨張が板幅方向に異なる事によりクラウンが変化する（ヒートクラウン）ための接触圧力変化する。又，ロール粗度を板幅方向で変化させている場合がある事やロールに付与しているミクロプロフィルを板幅方向で変化させている場合がある事により摩擦係数変化が発生する。このため接触圧力変化や摩擦係数変化を総合的に評価する必要がある。

加えて，後工程が異なる場合は，板の通板速度が異なる事，ロールの胴長や径，クラウンおよび粗度等が異なる事，加熱装置の配置や能力が異なる事，ならびに，ロールの配置や取り付け精度が異なる事等により，重み付け関数Ｒ（ｘ）を変える事や重み付け曲げモーメント目標値を変える事も必要である。又，板の材質，板厚および板幅等が異なる場合も，材質により焼鈍温度条件や板の硬さが異なる事，板厚により温度の上がり方が異なる事，板厚および板幅によりロールのヒートクラウン形成が異なる事，ならびに，板の断面積が異なると張力が異なる事等により，重み付け関数Ｒ（ｘ）を変える事も必要である。このため，重み付け関数Ｒ（ｘ）はそれぞれの縦型連続焼鈍炉におけるウォーク実績と板形状のデータを解析して求めており，後工程のライン別，板の材質，板厚および板幅等によりテーブルを持ち変更するのが望ましい。
しかしながら，板のウォークデータの測定環境が整ってないためウォークと板形状データの解析の難しいラインでは，ロールと板の接触力が接触圧力×摩擦係数にて決まることより，重み付け関数Ｒ（ｘ）を接触圧力関数と摩擦係数関数の積として設定する事も可能である。ここで，接触圧力関数とは中央部が大きく両端ほど小さな値となることを特徴とした板幅方向の接触圧力変化を表す関数であり，摩擦係数関数とは板中央に対する幅方向の摩擦係数の比である。

この重み付け関数Ｒ（ｘ）を乗じた曲げモーメントを評価関数とする事により，左右非対称成分を完全に対称化する事に比べ１次元での評価となる。このため，ワークロールベンダー，中間ロールベンダー，中間ロールシフト位置，ロールレベリングおよびロールクーラント流量制御等を複雑に操作していた過去の方法に対し，これらの制御端を使わなくても，全ての圧延機に標準的に装備されている応答性の高いロールレベリング機能を用いて制御する事が可能となる。即ち，圧延機の形状制御機能が十分でない場合であっても，急激な形状変化があって形状修正が間に合わない場合であっても，縦型連続焼鈍設備に圧延板を通板する際にヒートバックルやウォークを生じさせないで安定して通板する事が可能となる。また，同様に１次元の評価関数である曲げモーメント成分の総和がゼロになるようにレベリング制御を行う方式に比べ，縦型連続焼鈍炉のウォーク特性を考慮した重み付けを行っている事と，その設備の癖を考慮した目標値になるようにレベリング制御を行う事とにより縦型連続焼鈍炉のウォーク軽減が可能となる。

なお，本発明による形状制御方法では冷間圧延機の出側形状は必ずしも平坦とはならないが，焼鈍後に実施される調質圧延にて平坦な形状に圧延された後，製品として提供される。

５スタンド４重式冷間圧延機の最終スタンドで圧延した板厚０．８〜１．２ＭＭ板幅１６００〜１８５０ＭＭの材料各５０コイルに本発明を適用した場合の効果を図３に示している。図３（ａ）は制御なし，図３（ｂ）は従来法適用の場合，図３（ｃ）は本発明適用の場合を示す。縦軸は通板位置の相対位置であり，（ａ）の３σで除すことで無次元化している。横軸はその度数である。
本発明の適用により，炉内ウォーク量が約５０%に軽減され操業性が改善されると共に，従来法では通板位置の中心２１がラインセンターから外れた位置に分布している事に対し，本発明での通板位置の中心２２はラインセンター近くに分布し操業性が改善された。

本発明は，冷延鋼板の圧延に適用できる。

本発明を４重式冷間圧延機に適用した場合の概略図である。 ロール粗度が一定での重み付け関数の例である。 本発明を適用した冷間圧延機の後工程である縦型連続焼鈍設備での炉内通板位置の分布比較を示しており，（ａ）が形状制御なし，（ｂ）が特許文献１の従来法の想定，（ｃ）が本発明での通板位置の実施例である。

符号の説明

１ 圧延機
２ 板
１０ 形状検出用ロール
１１ 形状検出装置
１２ 伸び差分布（ε（ｘ））
１３ 重み付け形状演算装置
１４ 重み付け関数設定装置
１５ 重み付け曲げモーメント演算装置
１６ 圧下制御装置
２０ 制御なしでの通板位置の中心
２１ 従来法での通板位置の中心
２２ 本発明適用での通板位置の中心

Claims (6)

1. 冷間圧延材の板幅方向の形状分布を形状検出器で検出し，検出された形状分布の出力値に重み付け関数を乗じ，その値から重み付け曲げモーメントを算出し，算出された重み付け曲げモーメントが一定値となるように圧延ロールの左右のギャップ差を制御して鋼板の形状制御を行なうことにより，縦型連続焼鈍設備での通板におけるウォークを低減することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
2. 前記形状分布は，板幅方向の張力分布から求めた板幅方向の伸び差分布として出力されることを特徴とする請求項１に記載の冷延鋼板の製造方法。
3. 前記重み付け関数は，中央部が大きく両端ほど小さな値となることを特徴とする請求項１または２に記載の冷延鋼板の製造方法。
4. 板幅方向の接触圧力関数と摩擦係数関数とを求め，これらの関数の積に基づき重み付け関数を決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冷延鋼板の製造方法。
5. 前記重み付け関数は，後工程別，材質別，板厚別及び板幅別に設定する事を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかの方法で形状制御された鋼板を縦型連続焼鈍設備で焼鈍した後に，調質圧延することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。

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