JP2008238241A - アルミニウム金属板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム金属板の圧延過程で、圧延材の板幅方向の温度制御を行ない、この板幅方向の温度分布を均一化することにより材料特性を向上させるようにしたアルミニウム金属板の製造方法を提供することである。
【解決手段】熱間圧延工程における粗圧延機出側での圧延材の板幅方向の温度を測定するステップ１と、この板幅方向の温度が均一になるように、仕上げ圧延機入側に設けた熱処理装置で加熱または冷却処理を行なう熱処理部を抽出して目標熱処理温度Ｔａｉｍを設定するステップ２、３と、熱処理時間ｔを決定するステップ４と、この熱処理時間ｔを確保するために、前記搬送速度を制御するステップ５を備えた板幅方向の温度制御方法を用いて仕上げ圧延機入側の圧延材板幅方向の温度差を所要の温度幅以内に制御するようにした。それにより、製缶工程での不良率の増加を抑制できるなど、アルミニウム金属板の材料特性が向上する。
【選択図】図３

Description

この発明は、圧延工程において板幅方向に温度制御を行なうことにより、板幅方向温度分布を均一化して成形性を向上させるアルミニウム金属板の製造方法に関する。

従来、鋼板の熱間圧延（工程）では、加熱炉抽出後のスラブでの放熱や、圧延中に圧延材の板幅に対して板厚が小さくなることなどにより、粗圧延中に圧延材の両エッジに温度低下が発生し、この温度低下により、粗圧延材の幅方向の温度分布が不均一となり、仕上げ温度が不均一となる原因となっていた。このような温度分布の不均一により、仕上げ圧延過程で圧延材の形状不良が発生したり、熱延鋼板の幅方向の機械的性質などの材質特性が不均一になるなどの問題があった。このような不均一温度分布に起因する問題を解消するために、粗圧延機と仕上げ圧延機の間にエッジヒータを設けて、温度低下の大きい圧延材の両エッジ部を加熱することが知られている。しかし、例えば、特許文献１では、エッジヒータにより温度低下の大きい両エッジ部を加熱する加熱方法だけでは、仕上げ圧延後の熱延鋼板の幅方向の材質特性を均一化することは困難であるとして、粗圧延機と仕上げ圧延機との間に、鋼板の幅方向中央部を加熱する誘導加熱装置を配設し、この加熱装置の直下または前後に配置した搬送テーブルローラに電気絶縁層を形成して、鋼板と搬送テーブルローラ間にスパークが発生することを防止した熱間圧延装置が開示されている。また、例えば、特許文献２では、アルミニウム合金の化学組成を特定の狭い範囲に絞込み、同様に、熱間圧延工程での圧延率（９０〜９５％）および巻取り温度（２６０〜３２０℃）も狭い範囲に絞り込んで、中間焼鈍を施すことなく、純Ａｌ系軟質材の耳率特性などの成形性を改善した深絞り加工用アルミニウム合金板の製造方法が開示されている。しかし、幅方向の温度分布制御については何も記載されていない。
特開２００４−２１６４２４号公報 特開平１１−２７９７２４号公報

一般に、熱間圧延過程中の板圧延材には、圧延材の各部位の待機時間の差に加えて、圧延ロール自体の温度分布の影響や空冷時の温度むら、およびエッジャーへの抜熱などにより、長手方向および幅方向に温度分布が発生する。この温度分布により圧延組織に差が生じ、圧延材の材料特性のバラツキとそれに起因して、製品規格外れや歩留低下などの発生を招くことがある。しかし、アルミニウム金属では、鋼に比べて熱伝導率が著しく高く、これに相応して温度伝導率も高く、圧延材の長手方向のみならず、板幅方向の温度分布も小さく、この板幅方向の温度分布が材質特性のバラツキへ及ぼす影響が小さいと考えられて、費用対効果の観点からエッジヒータなどの設備投資が困難であるため、アルミニウム金属板の板幅方向の温度制御については深く検討されていないのが現状である。

そこで、この発明の課題は、アルミニウム金属板の圧延過程で、圧延材の板幅方向の温度制御を行ない、この板幅方向の温度分布を均一化することにより材料特性を向上させるようにしたアルミニウム金属板の製造方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

即ち、請求項１に係るアルミニウム金属の製造方法は、熱間圧延工程によってアルミニウム金属板を製造する方法であって、前記熱間圧延工程における粗圧延機出側での圧延材の板幅方向の温度を測定するステップ１と、この板幅方向の温度が均一になるように、仕上げ圧延機入側に設けた熱処理装置で加熱または冷却処理を行なう熱処理部を抽出するステップ２と、この熱処理部の目標熱処理温度Ｔａｉｍを設定するステップ３と、前記熱処理装置での熱処理時間ｔを決定するステップ４と、この熱処理時間ｔを確保するために、前記搬送速度を制御するステップ５を備えた板幅方向の温度制御方法を用いて前記熱処理装置で圧延材の加熱または冷却処理を行なうことにより、仕上げ圧延機入側の圧延材の板幅方向の温度差を所要の温度幅以内に制御するようにしたことを特徴とする。

上記アルミニウム金属板の重要な材料特性の一つに耳率がある。絞り加工時の耳の発生は、圧延材の結晶学的異方性に起因し、耳率は、熱間圧延終了後の集合組織に大きく依存する。この集合組織における結晶方位毎に耳率への影響度や発生傾向が異なり、各結晶方位の影響度の強さと発生傾向および面積率によって圧延材の該当部位の耳率が決まる。そして、前記集合組織は、熱間圧延における加工歪や加工（圧延）温度、加工（圧延）時間などによって多様に変化するため、耳率もまたこのような圧延条件により変化する。本発明者らは、前記圧延条件の中、耳率に影響を及ぼす因子として、板幅方向の温度のバラツキ（温度分布）に着目し、その影響度を調査した。

すなわち、缶胴用材料のＪＩＳ３０００系アルミニウム合金の実機熱間圧延工程で、粗圧延終了後仕上げ圧延開始までの、粗圧延機−仕上げ圧延機間での待機時間などを調整して圧延材（粗バー）板幅方向の温度差（温度バラツキ）を強制的に発生させて、圧延材の幅方向中央部と幅方向端部の表面温度Ｔを接触式温度計で測定した。そして、この圧延材（粗バー）の仕上げ圧延終了後の板材の板幅方向の、中央部や端部（板端から５〜２００ｍｍ中央よりの位置）などの各部位から試験片を切り出し、絞り加工試験によって耳率を測定した。図１は、板幅方向中央部と端部（板端から２００ｍｍ程度中央よりの位置）の温度差ΔＴと、同様に板幅方向中央部と前記端部の耳率の差ΔＥＲとの関係を示したものである。図１から、板幅方向の温度差ΔＴと耳率差ΔＥＲには良い相関が認められ、ΔＥＲ＝０．２８ｅｘｐ（０．０５ΔＴ）（相関係数ｒ＝0.9998）で近似することができる。缶用材料の特性の代表として耳率をとれば、板幅の中央部と端部の耳率の差ΔＥＲが２．０％以上になると製缶工程で成形不良率が増加する場合がある。この成形不良率の増加を回避するために板材の端部のトリミング幅を増大させると歩留の低下を招く。図１から、前記耳率差ΔＥＲを所定の値（例えば缶胴用材料（ＪＩＳ３０００系アルミニウム合金）であれば２．０％以下）に抑制するためには、板中央部と端部との温度差、すなわち板幅方向の温度差ΔＴを所要の温度幅以内に制御すればよいことがわかる。それによって、板材端部のトリミング幅を増大させずに、成形不良率の増加を回避することができる。

請求項２に係るアルミニウム金属板の製造方法は、前記熱処理部に加熱または冷却処理を行なった後に、圧延材の板幅方向の温度を測定し、均一温度分布からの誤差割合ｅｒｒを算出して、次圧延材に対する熱処理時間ｔを補正するようにしたことを特徴とする。

このように、当該圧延材の温度測定結果に基づいて、次圧延材に対する熱処理時間を補正するフィードバック制御を行なうことにより、前記板幅中央部と端部との温度差など、板幅方向の温度差ΔＴをより精度よく所要の温度幅以内に制御することが可能となる。

請求項３に係るアルミニウム金属板の製造方法は、前記アルミニウム金属板がＪＩＳ３０００系アルミニウム合金の金属板であり、前記板幅方向の温度差ΔＴを３５℃以内に制御するようにしたことを特徴とする。

図１からわかるように、ＪＩＳ３０００系アルミニウム合金の金属板では、前記温度差ΔＴを３５℃以内に制御すれば、耳率差ΔＥＲを２．０％以下に抑制することができ、製缶工程での成形不良率の増加を回避することが可能となる。

この発明では、アルミニウム金属板の熱間圧延工程において、粗圧延機出側で測定した圧延材の板幅方向の温度差に基づいて、仕上げ圧延機入側での板幅方向の温度分布が均一になるように、熱処理装置で加熱または冷却処理を行なう部位、すなわち熱処理部を抽出して目標熱処理温度Ｔａｉｍを設定し、熱処理装置の加熱能力に基づいて必要加熱時間を決定して、板幅方向の温度差を所定の温度以内に制御するようにしたので、アルミ金属板の重要な材料特性の一つである耳率の変動を板幅方向で所定の値（例えば、ＪＩＳ３０００系アルミニウム合金では２．０％）に抑制して、板端部のトリミング幅などを増大させずに、製缶などの成形工程での不良率の増加を防止することができる。

また、当該圧延材の温度測定結果に基づいて、次圧延材に対する熱処理時間を補正するフィードバック制御を行なうようにしたので、前記板幅方向中央部と端部との温度差など、板幅方向の温度差ΔＴをより精度よく所要の温度幅以内に制御することが可能となる。

以下に、この発明の実施形態を、添付の図２および図３に基づいて説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、アルミニウム金属板の熱間圧延ミルラインの一例を模式的に示したものである。加熱炉１で３５０〜６３０℃程度の温度範囲に加熱されたアルミニウム金属、例えば、Ａｌ−Ｍｎ系合金（ＪＩＳ３０００系合金）のスラブ２が、通常、粗圧延機３で圧延され、この圧延材（粗バー）２ａが搬送ローラテーブル４で、仕上げ圧延機５が配置された仕上げ圧延機列５ａまで搬送されて所定の板厚まで圧延された後、この圧延材２ｂがコイラー６でコイルに巻き取られる。粗圧延機３の出側には、圧延材２ａの温度を板幅方向に測定できる温度計７および板厚計８がそれぞれ設置されている。仕上げ圧延機列５ａの入側には、圧延材２ａを板幅方向に加熱処理可能な熱処理装置９および板幅方向に冷却処理可能な熱処理装置１０がそれぞれ設置されている。この加熱処理可能な熱処理装置９としては、例えば、両方の板端側に配置して、レール等の可動手段により板幅方向にそれぞれ移動できるようにしたエッジヒータを用いることができる。また、前記可動手段の代わりに、圧延材の上下面側に、ヒータ部を板幅全体にわたってそれぞれ設け、前記ヒータ部を複数のゾーンに分割して、板幅方向に温度制御を行なうようにすることもできる。前記冷却処理可能な熱処理装置１０としては、例えば、圧延材の上側および下側に、圧延材の中央部から両側の板端の方へそれぞれ移動できるようにした一対の冷却用ロールを配置し、前記熱処理部の位置に応じてこの冷却用ロールを移動させ、圧延材に接触させて冷却処理を行なうことができる。アルミニウム金属板は熱伝導率が高いため、冷却用ロールは、前記熱処理部において、圧延材の上面または下面のいずれか一方に接触させるようにしてもよい。これらの熱処理装置９、１０の出側にも、圧延材２ａの温度を板幅方向に測定できる温度計７ａ、７ｂがそれぞれ設置され、仕上げ圧延機列５ａの出側にも同様の温度計７ｃ、および板厚計８が設置されている。なお、前記熱処理装置９、１０は、熱処理装置１０（冷却処理用）、熱処理装置９（加熱処理用）の順に配置してもよい。また、これらの熱処理装置９、１０を一体化して、１つの熱処理装置で、加熱処理と冷却処理の両方を行なうようにすることもできる。

図３は、実施形態で用いる圧延材（粗バー）２ａの温度制御方法の流れを示したものである。粗圧延機３で圧延された圧延材（粗バー）２ａの板幅方向の温度を温度計７で測定し（ステップ１、Ｓ１０）、この温度測定結果に基づいて、板幅方向の温度が均一になるように、すなわち板幅方向の最大温度と最小温度の差が所定の温度幅ΔＴｒ、例えば、Ａｌ−Ｍｎ系合金（ＪＩＳ３０００系アルミニウム合金）の場合、３５℃以内に収まるように、加熱処理または冷却処理を行なう部位である熱処理部を抽出し、前記熱処理部の幅（板幅方向）Ｗおよび厚さ（板厚）Ｈから熱処理部の質量ｍ（＝Ｗ×Ｈ）を算出する（ステップ２、Ｓ２０）。熱処理部の抽出の一例を示せば、ステップ１での板幅方向の測定温度の平均値Ｔａｖを求め、この平均温度Ｔａｖ±ΔＴｒ／２の許容範囲にない部位を熱処理部として抽出することができる（抽出基準１）。また、板幅方向の測定温度の最大値Ｔmax〜（Ｔmax−ΔＴｒ）の範囲にない部位を熱処理部（加熱処理）とすることもできる（抽出基準２）。さらに、板幅方向の測定温度の最小値Ｔmin〜（＋ΔＴｒの範囲にない部位を熱処理部（冷却処理）とすることもできる（抽出基準３）。なお、熱処理部の抽出は、抽出基準１〜抽出基準３に限定するものではない。

次に、前記熱処理部の目標熱処理温度Ｔａｉｍを設定する（ステップ３、Ｓ３０）。この目標熱処理温度Ｔａｉｍは、例えば、前記抽出基準１の場合、熱処理部の幅方向の平均温度Ｔｈａｖが前記許容範囲の上限を超えているときには、（Ｔａｖ+ΔＴｒ／２）〜Ｔａｖの範囲で設定することができ、また、前記平均温度Ｔｈａｖが前記許容範囲の下限を下回っているときには、（Ｔａｖ−ΔＴｒ／２）〜Ｔａｖの範囲で設定することができる。

次に、前記熱処理部の熱処理時間ｔを以下の式（１）で決定する（ステップ４、Ｓ４０）。
熱処理時間ｔ（ｓｅｃ）＝Ｑａ／Ｑｕ＝ｍ×ｃ（Ｔａｉｍ−Ｔｈａｖ）／Ｑｕ
-------------（１）
ここで、Ｔａｉｍ：目標熱処理温度（熱処理部の目標加熱温度）（℃）
Ｔｈａｖ：熱処理部の測定温度（幅方向平均）（℃）
ｍ：熱処理部の質量（ｋｇ）
ｃ：熱処理部（圧延材）の比熱（ｋｃａｌ／（ｋｇ×℃））
Ｑａ：目標温度Ｔａｉｍに加熱するために必要な全熱量（ｋｃａｌ）
Ｑｕ：熱処理装置が単位時間当たりに圧延材（粗バー）へ熱処理（供給）できる熱量（ｋｃａｌ／ｓｅｃ）
そして、圧延材（粗バー）２ａが搬送ローラテーブル４で搬送中であるため、以下の式（２）で搬送速度を制御する（ステップ５、Ｓ５０）。
搬送速度ｖ（ｍ／ｓ）＝Ｌ／ｔ ----------------------------------（２）
ここで、Ｌ：熱処理装置の熱処理可能部位の搬送方向の長さ（ｍ）
このようにして、仕上げ圧延機列入側の圧延材（粗バー）の板幅方向の中央部と端部との温度差ΔＴを所要の温度幅ΔＴｒ以内に制御することができる。

さらに、熱処理後の熱処理部の温度を温度計７ａまたは７ｂで実測してその幅方向の平均温度Ｔａｃｔｍを求め、以下の式（３）により、目標温度変化量（加熱または冷却）に対する実際の温度変化量の比率である誤差割合ｅｒｒを算出する（ステップ６、Ｓ６０）。
ｅｒｒ＝（Ｔａｉｍ−Ｔａｃｔｍ）／（Ｔａｉｍ−Ｔｈａｖ）--------（３）
そして、次圧延材（粗バー）の熱処理部の熱処理時に、以下の式（４）により
上記式（１）で計算される、次圧延材（粗バー）に対する熱処理時間ｔ（＝ｔｎｃ）を補正して、次圧延材に対する目標温度Ｔａｉｍが得られるように、次圧延材に対する熱処理時間ｔnextを決定する（ステップ７、Ｓ７０）。
次圧延材に対する熱処理時間（補正後）ｔnext＝ｔｎｃ／ｅｒｒ ----（４）
このように、当該圧延材の温度測定結果に基づいて、次圧延材に対する熱処理時間を補正するフィードバック制御を行なうことにより、板幅方向の温度差ΔＴをより精度よく所要の温度幅以内に制御することが可能となる。

なお、上記の温度制御方法を用いたアルミニウム金属板の製造方法は、必ずしもＡｌ−Ｍｎ系合金（ＪＩＳ３０００系アルミニウム合金）に限定するものではなく、例えば、Ａｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ５０００系合金）など、他の合金種のも適用が可能である。

アルミ金属圧延材（粗バー）の板幅方向中央部と端部の、温度差ΔＴと耳率の差ΔＥＲとの関係を示した説明図である。 アルミニウム金属板の熱間圧延ミルラインの一例を模式的に示す説明図である。 実施形態で用いる圧延材（粗バー）の温度制御方法の流れを示す説明図である。

符号の説明

１：加熱炉 ２：スラブ ２ａ：圧延材（粗バー）
２ｂ：圧延材 ３：粗圧延機 ４：搬送ローラテーブル
５：仕上げ圧延機 ５ａ：仕上げ圧延機列 ６：コイラー
７、７ａ〜７ｃ：温度計 ８：板厚計 ９：熱処理装置（加熱用）
１０：熱処理装置（冷却用）

Claims (3)

1. 熱間圧延工程によってアルミニウム金属板を製造する方法であって、前記熱間圧延工程における粗圧延機出側での圧延材の板幅方向の温度を測定するステップ１と、この板幅方向の温度が均一になるように、仕上げ圧延機入側に設けた熱処理装置で加熱または冷却処理を行なう熱処理部を抽出するステップ２と、この熱処理部の目標熱処理温度Ｔａｉｍを設定するステップ３と、前記熱処理装置での熱処理時間ｔを決定するステップ４と、この熱処理時間ｔを確保するために、前記搬送速度を制御するステップ５を備えた板幅方向の温度制御方法を用いて前記熱処理装置で圧延材の加熱または冷却処理を行なうことにより、仕上げ圧延機入側の圧延材の板幅方向の温度差を所要の温度幅以内に制御するようにしたことを特徴とするアルミ金属板の製造方法。
2. 前記熱処理部に加熱または冷却処理を行なった後に、圧延材の板幅方向の温度を測定し、均一温度分布からの誤差割合ｅｒｒを算出して、次圧延材に対する熱処理時間ｔを補正するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアルミ金属板の製造方法。
3. 前記アルミニウム金属板がＪＩＳ３０００系アルミニウム合金の金属板であり、前記板幅方向の温度差ΔＴを３５℃以内に制御するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミ金属板の製造方法。

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