JP2008114268A - 調質圧延機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延機出側の張力が低張力でも圧延機出側のタッチロールの押し付け角度小さくてもクロスバックルの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することが可能な調質圧延、圧延機入側の張力が低張力でも圧絞りの発生しない安定した調質圧延を可能とする
【解決手段】１基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機１１において、前記１基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第１圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロール４１，４２を配置するとともに該タッチロール４１，４２に付与するスパイラル角（θ：deg）を、圧延方向に対し、５度以上３０度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって連続したスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は調質圧延機に関し、圧延機出側の張力が低張力でも圧延機入側または出側のタッチロールの押し付け角度が小さくてもクロスバックルの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することが可能な調質圧延機、または、圧延機入側の張力が低張力でも圧絞りの発生しない安定した調質圧延を可能とする調質圧延機に関する。

一般に、板厚の薄い金属ストリップを調質圧延する際には、クロスバックルと呼ばれる形状不良が発生しやすいことが知られている。クロスバックルが発生すると光沢ムラが生じて２次加工後の製品外観不良を招くのでこのような金属ストリップは、格落ち製品で出荷するか、伸び率や板厚に余裕があれば再度調質圧延を行うかで対処するしかない。

また、一般に、板厚の薄い金属ストリップを調質圧延する際には、絞りと呼ばれる形状不良が発生しやすいことが知られている。絞りが軽い場合にはワークロールに絞りマークが発生して圧延後の金属ストリップ表面に転写される。さらに、絞りが酷くなるとロールバイト入側で金属ストリップが座屈して２枚重ねの様な状態でロールバイトに導入されるため板破断や部分的な破断が生じる。絞りが発生すると、軽い場合には表面疵が生じて２次加工後の製品外観不良を招くのでこのような金属ストリップは格落ち製品で出荷するか、廃棄するかの何れかで対処するしかない。また、絞りが発生すると圧延機を止めてワークロールの交換やさらに破断した場合には、圧延した材料の処理や通板処理などがさらに必要となるために生産性が著しく低下する。

調質圧延時のクロスバックルについての研究は広く行われており、クロスバックルの防止方法としては例えば、１）前方張力を大きくする、2)摩擦係数を小さくする、3）圧下率を小さくする、4)引き出しロールを設置する、5)ワークロールをクロスする、6)ワークロールを往復摺動する、7)異周速圧延をすることが有効であることを示している（非特許文献１）。

前方張力を大きくする方法としては、張力を変形抵抗の１/４以上付与し、かつ圧下率を6.5％以上とする圧延方法（特許文献１参照）が有効ではある。また、引き出しロールについては、ワークロールの出側に設けた補助ロールをパスラインから押し上げるか又は押し下げて、鋼帯のワークロールおよび補助ロールとの接点間距離を100mm以下にして圧延する方法（特許文献２参照）が有効である。

また、へリングボーンの発生を防止し、形状性の優れた製品を得るために、冷間圧延のワークロールを螺旋状に研磨したものが特許文献３に開示されている。また、テンションメータロールの汚れ防止及びロールの耐摩耗性の向上を目的として、冷間圧延機のテンションメータロールの表面にスパイラル状の溝を形成したものが特許文献４に開示されている。
圧延百話、鈴木弘著 養賢堂発行 「第66話 クロスバックル防止の基礎理論」、３５７〜３６３頁 特開２００４−１２２２１０号公報 特開２００１−２５９７０３号公報 特開平５−１３８２０４号公報 実開平７−１５１１４号公報

しかし、前方張力を大きくすると板破断が生じやすいという問題や、例えば１スタンドの場合には出側張力を大きくすると調質圧延機とブライドルロール間およびブライドルロールと巻き取りリール間での張力差が大きくなるため、調質圧延機とコイル巻き取り機との間に大掛かりな張力付加装置が必要となる。

また、調質圧延時の粗度転写にはある程度以上の荷重と伸び率が必要であり、張力を上げると圧延荷重が下がるので、圧下率を増大させるかロール粗度を粗くする必要が出てくる。

また、上記特許文献２は、反りの発生を新たに招くこととなる。反りの発生に関しては、異周速圧延も同様である。

また、ワークロールをクロスさせるには大掛かりな設備投資が必要であり、上下ワークロールで摩擦係数が異なった場合には蛇行を生じさせることとなる。また、ワークロールを往復摺動させる方法では方向が反転する際に通常圧延となりその際にクロスバックルが発生する恐れがある。

調質圧延時の絞りについては、形状制御能力に優れた圧延機を用いるか、入側張力と出側張力を大きくする程度の対策しかない。形状制御能力の優れた圧延機導入には大きな設備投資が必要であるし、入・出側の張力増大は板破断等の問題を新たに引き起こすこととなる。

また、特許文献４に記載されているテンションメータロールには、駆動機構を有することが記載されていない。駆動機構を有さないテンションメータロールでは、抵抗がある場合（即ち、僅かながらでもテンションロールメータの周速度が金属ストリップよりも遅い場合）にはせん断力は板端から板中央に向かって働き、金属ストリップが幅方向に変形する際の抵抗になり、座屈を助長するという問題を有する。また、テンションロールメータと金属ストリップ速度が同じである場合には金属ストリップとテンションロールメータ間の相対すべりは発生しないので、板中央から板端へのせん断力は発生せず、板端から板中央への力が働く際の抵抗力を生じさせるだけであり、この場合にはテンションメータロールの粗度が粗ければ良いのでスパイラル状に加工する必要性は基本的には無い。但し、該特許はテンションロールメータと金属ストリップ間に溜まる油をテンションロールメータに施したスパイラル状の溝に沿って排出することによりテンションロールメータ間と金属間の摩擦係数を確保してスリップを防止という面では有益であるのは言うまでも無い。

本発明は調質圧延機に関し、圧延機出側の張力が低張力でも圧延機出側のタッチロールの押し付け角度小さくてもクロスバックルの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することが可能な調質圧延機、または、圧延機入側の張力が低張力でも圧絞りの発生しない安定した調質圧延を可能とする調質圧延機を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の調質圧延機は、１基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記１基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第１圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに該タッチロールに付与するスパイラル角（θ：deg）を、圧延方向に対し５度以上３０度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって連続したスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする。あるいは、１基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記１基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第１圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに該タッチロールに付与するスパイラル角（θ：deg）を 圧延方向に対し５度以上３０度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって不連続のスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする。さらに、該タッチロールの溝の幅が１０μｍ以上、深さが５０μｍ以上、密度をワークロールの胴長方向に１本/ｃｍ以上であることを特徴とする。

本発明の調質圧延機では、圧延機出側の張力が低張力でもクロスバックルや反りの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することや圧延機入側の張力が低張力でも絞りや板破断の発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造するが可能となり、生産性の向上と製造コストの低減が図れる。

図１は、本発明を説明するための概念図である。図１に示してある様に金属ストリップＳは、回転駆動し、かつ、ロール表面にロール幅方向中央からロール両端に向かってスパイラル状のマークを付与したタッチロール４１またはタッチロール４２の少なくとも一方を用いて調質圧延機（図示しない）にて調質圧延されている。このスパイラル状のマークは、圧延方向に対し（図では鉛直方向に対する角度であるが、圧延方向に対する角度と同じ）、θの角度でつけられている。圧延時にはこのスパイラル状のマークがタッチロール４１、４２中央からタッチロール４１、４２両端に広がるように移動するため、調質圧延時の金属ストリップＳには板中央から板両端に向かって働くせん断力τが作用する。このせん断力により、幅方向の座屈が防止されるので、圧延機出側に該タッチロール４２を設置した場合には、ロールバイト入・出口の金属ストリップの幅方向の広がりを拘束することによって発生するクロスバックルを防止し、圧延機入側に該タッチロール４１を設置した場合には絞りを防止することが可能となる。

この効果を明らかにするために、図２に示す調質圧延機１１を用いて実験を行った。図２において、この調質圧延機１１の上流には連続焼鈍設備が配置されており、熱処理されて上降伏点及び下降伏点のある金属ストリップＳが連続して供給されている。また、図示していないが、この調質圧延機１１の下流には、調質圧延機１１で圧延された金属ストリップＳの表面を観察する観察台、さらにその下流には圧延された金属ストリップＳを切断する切断機および調質圧延された金属ストリップＳをコイル状に巻き取る巻き取りリールが配置されている。調質圧延機１１は、１基の圧延スタンドから構成されており、この例では４重圧延機である。圧延機は直径５５０mm、胴長２２００mmのワークロール１６〜１７および直径１６００mm、胴長２２００mmのバックアップロール２１〜２２から構成されている。また、ワークロール１６〜１７にはスピンドル（図示しない）が連結されており、電動機（図示しない）によって駆動されている。

形状制御手段として上下ワークロールチョック（図示しない）を支点として上下ワークロール１６〜１７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ワークロールベンダー５１が具備されている。

上バックアップロールチョック（図示しない）の上部には、圧延荷重検出装置３６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、圧延荷重検出装置３６の上部には電動圧下装置３７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（図示しない）の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置３１が配置されている。

調質圧延機１１の入側に入側ブライドルロール６１が調質圧延機の出側に出側ブライドルロール６２が配備されている。図示していないが、これらの入・出側ブライドルロール６１〜６２にはスピンドル（図示しない）が連結されており、電動機（図示しない）によって駆動され、調質圧延機１１入側および出側の張力を目標値に制御している。なお図示していないが、入・出側ブライドルロール６１〜６２にはパルスジェネレータ（以降ＰＬＧと記す）が取り付けられており、湿式調質圧延機１１前後の金属ストリップＳの板速度を検出して、伸び率は測定されている。

また、湿式調質圧延機１１の入側および出側に、直径３６０mm、胴長２５００mmのタッチロール４１、４２が配置されている。タッチロール４１、４２は、組み替えることにより通常の表面仕上げのタッチロールと、図１に示したようなロール幅方向中央からロール両端に向かって角度θでスパイラル状のマークが付与されているタッチロールに換えることができる。また、図示していないが、タッチロール４１および４２には電動機が連結されて回転駆動している。さらに、図示していないが、タッチロール４１および４２と電動機間に電磁クラッチが設置されており、該タッチロール４１，４２の駆動および非駆動が選択できるようになっている。なお、調質圧延機１１の入・出側張力はそれぞれタッチロール４１およびタッチロール４２に取り付けられた荷重検出器によって検出されている。図示していないが、調質圧延機１１の出側にはＸ線板厚測定装置が配備されており、調質圧延後の板厚がモニターされている。図示していないが、圧延機入側には圧延潤滑油を供給する潤滑供給ノズルが設置されており、圧延潤滑を必要に応じて供給できるようになっている。

この圧延機を用いて実験を行い、クロスバックルに及ぼす張力とスパイラル角度の影響を調査した。潤滑は無潤滑と潤滑（水溶性潤滑油、濃度１％エマルション、常温）で行った。材料は低炭素鋼で、板厚は０.３mm、板幅は１２００mmである。伸び率は無潤滑では０．８〜１．５％、潤滑有りでは伸び率４〜１０％、入側張力は５０〜２００ＭＰａ、出側張力は５０〜２００ＭＰa、圧延速度は５００ｍ／ｍｉｎである。

上記スパイラル状の溝は旋盤加工で作製しても良いし、レーザー加工で作製しても良い。

事前の実験ではどちらの加工法でも同じ効果が得られた。但し、レーザー加工の方が、旋盤加工後の表層に近い溝角部のコーナー処理などを要しないし、潤滑圧延後の油溜まりを形成しにくいのでより好ましい。

図３のａ）に、θとクロスバックルが発生しない出側張力の最小値との関係の一例を、図３のｂ）にθと絞りが発生しない入側張力の最小値との関係の一例を示す。図３より、θが５度以上になるとクロスバックルや絞りが発生しない張力レベルが低くなること、また、θが３０度を超えるとその効果は飽和すること。また、タッチロールを駆動しないとその効果はほとんど無いことが明らかになった。また、これらの効果を得るためには、該タッチロールの溝の幅が１０μｍ以上、深さが５０μｍ以上、密度をワークロールの胴長方向に１本/ｃｍ以上必要なことが判明した。該タッチロールの溝の幅、深さ、密度の上限は特に定めることなく本発明の効果を得ることができるが、経済的に効果を得るためには、それぞれ、幅：９００μｍ以下、深さ：５００μｍ以下、密度：２０本／ｃｍ以下とすることが好ましい。

なお、幅方向中央からロール両端に向かってスパイラル状の溝を付与したタッチロールは、調質圧延機１１の入側と出側の少なくとも一方に設置すれば良い。圧延機出側にタッチロール４２を設置すれば、クロスバックルの発生を防止でき、圧延機入側にタッチロール４１を設置すれば絞りを防止できる。例えば圧延機出側のみにタッチロール４２を設置し、圧延機入側にはタッチロール４１を設置しない、圧延機入側のみにタッチロール４１を設置し、圧延機出側にはタッチロール４２を設置しない、あるいは、圧延機出側にタッチロール４２を設置し、圧延機入側にタッチロール４１を設置する、といった態様が可能である。また、圧延機出側にタッチロール４２を設置し、圧延機入側にタッチロール４１を設置した場合、圧延機出側のタッチロール４２と圧延機入側のタッチロール４１の一方を、スパイラル状の溝を付与していない通常の表面仕上げのタッチロールとしても良い。また、タッチロール４１，４２の表面に付与されるスパイラル状の溝は、連続状、不連続状のいずれでも良い。更に、図２に示す調質圧延機１１では、１基の圧延スタンドのみを示したが、複数基の圧延スタンドを有していても良い。複数基の圧延スタンドを有する場合、それら複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第１圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に幅方向中央からロール両端に向かってスパイラル状の溝を付与したタッチロールを設置すれば良い。

図２に示した調質圧延機を用いて、圧延試験を行った。
潤滑は無潤滑であり、材料は低炭素鋼で、板厚は０.３mm、板幅は１２００mmである。伸び率は１．０％、圧延速度は５００ｍ／ｍｉｎである。本発明例では、レーザー加工によりタッチロールに付与する連続溝のスパイラル角（θ：deg）を、圧延方向に対し２０度として、タッチロールの溝の幅：１５０μｍ、深さ：３０μｍ、密度：ワークロールの胴長方向に１０本／ｃｍとした。比較例（従来技術）として、タッチロールに溝を付与しないで試験を行った。

表1に実施結果を示す。従来技術では入・出側張力を大きくとらなければ、クロスバックルや絞りは防止できなかったのに対し、本発明では入・出側張力が小さくてもクロスバックルや絞りは発生しなかった。また、従来技術（条件１）と本発明（条件１０）でそれぞれ２００本のコイルを圧延した結果、板破断は従来技術が８回発生したのに対し、本発明では0回であった。従って、板破断を防止でき、かつクロスバックルや絞りの発生しない製品を安定して製造することができ、生産性の向上と製造コストの低減が可能となった。

本発明は、金属ストリップの調質圧延に適用できる。

本発明を説明するための概念図である。 本発明の調質圧延機の模式図を示す。 クロスバックルと絞りに及ぼすスパイラル角の関係を示す図である。

符号の説明

１１ 湿式調質圧延機
１６〜１７ ワークロール
２１〜２２ バックアップロール
３１ 油圧圧下装置
３６ 圧延荷重検出装置
３７ 電動圧下装置
４１〜４２ タッチロール
５１ ワークロールベンダー
６１〜６２ ブライドルロール
Ｓ 金属ストリップ

Claims (3)

1. １基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記１基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第１圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに、該タッチロールに付与するスパイラル角（θ：deg）を、圧延方向に対し５度以上３０度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって連続したスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする調質圧延機。
2. １基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記１基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第１圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに、該タッチロールに付与するスパイラル角（θ：deg）を、圧延方向に対し５度以上３０度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって不連続のスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする調質圧延機。
3. 該タッチロールの溝の幅が１０μｍ以上、深さが５０μｍ以上、密度がワークロールの胴長方向に１本/ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の調質圧延機。

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