JP2009208087A - 鋼の熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることができる鋼の熱間圧延方法を提供する。
【解決手段】上下のワークロールに圧延部外層が超硬合金スリーブであるロールを用い、圧延の進行に伴い、ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進するのを抑制するため、ワークロールとバックアップロール間へ潤滑剤を供給するようにしたことを特徴とする鋼の熱間圧延方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、安定して小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることが可能な鋼の熱間圧延方法に関する。

小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることが可能な圧延機は各種方式で実現されている。
たとえば、ロールバレル外形がＳ字形状であるロールを圧延スタンドに組み込み、上下で互いに逆向きに同じシフト量だけロール軸方向に移動させるクラウン制御方式の圧延機が公知である（特許文献１）。
特許文献１に記載のクラウン制御方式を採用した圧延機によれば、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、ロール軸方向位置において上下で互いに補完し合うＳ字形状のイニシャルロールカーブ11で形成された上下一対のワークロールＷを、上下で互いに逆向きに同じシフト量δだけロール軸方向に移動させ、ロールギャップＧの形状を凸形状から凹形状にまで変更させることができる。

図６（ａ）には、シフト量δ＝０のとき、ロールギャップＧがロール軸方向に一様な形状になることを示し、図６（ｂ）には、シフト量δ＞０のとき、ロールギャップＧが凸形状になることを示す。シフト量δ＜０のとき、ロールギャップＧは凹形状となる（図示せず）。シフト量δは、ロールバレル長Ｌの中央と、ミル中心とが一致したときを基準（δ＝０）とし、図６（ｂ）のように上下一対のワークロールをシフトするときを正と定義した。Ｌはロールバレル長で上下同じ値である。Ｐ点、Ｑ点は、上下のＳ字形状のイニシャルロールカーブ11の最大直径部（ワークロールの最大直径部）である。

また、クラウン形状制御能力が高いイニシャルロールカーブ11として、２次以下の項を含む３次関数曲線も示されている（特許文献２）。
このようなクラウン制御方式の圧延機を以下、ＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機（Continuous Variable Crown Rolling Mill）という。
一方、仕上げ圧延機に組み込んだ上下のワークロールは、高温の被圧延材を圧延するため、圧延の進行とともにロール摩耗が生じ、これによって被圧延材の幅方向板厚偏差（クラウン）が大きくなり、次工程の冷間圧延で形状不良を発生するという問題があった。この上下のワークロールに生じるロール摩耗を抑制し、クラウン制御能力を拡大可能な鋼の熱間圧延方法が提案されている（特許文献３）。

この特許文献３に記載の鋼の熱間圧延方法は、仕上げ圧延機の少なくとも１スタンドのワークロールに、図３（ａ）、（ｂ）に示した構造のロールを用いる方法である。図３（ａ）には、鋼製軸芯８の胴部に超硬合金スリーブ７を嵌め込み、鋼製側端リング９で固定してなる構造のロールを示した。図３（ｂ）には、超硬合金スリーブ７と鋼製軸芯８の間に鋼製緩衝材10を設けた構造のロールを示した。どちらも圧延部表層が超硬合金スリーブ７からなる耐摩耗性に優れたロールである。

したがって、ＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機の上下のワークロールに、特許文献３に記載の極めて耐摩耗性が優れている圧延部外層が超硬合金スリーブであるロールを用いれば、ワークロールに生じるロール摩耗を抑制でき、小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることが可能になる。
特開昭５７−０９１８０７号公報 特公平０５−０７１３２２号公報 特開２００１―３２１８０４号公報

しかしながら、たとえば仕上げ圧延機の前段スタンドに上記したＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機を導入した場合、ワークロールのイニシャルロールカーブ11の直径差ΔＤ≒300μｍにもなる（図２（ａ）参照）。
すなわち、ＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機のシフト量δの制約上、小さいクラウンの熱延鋼帯を得るにはΔＤを大きくせざるを得ず、上下のワークロールに圧延部外層が超硬合金スリーブであるロールを用い、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給しない場合、次のような問題が発生した。

仕上げ圧延機の圧延スタンドに、使用前の上下のバックアップロールを組み込んだ以降、圧延の進行に伴い、ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進されてしまうことが起こる。このため、サイクルの後半で被圧延材の蛇行量が大きくなって次圧延スタンドで噛み込み不良が発生し、熱間圧延ラインが停止状態となる。

そこで、安定して小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることが可能な鋼の熱間圧延方法が必要とされていた。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、安定して小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることができる鋼の熱間圧延方法を提供することを目的とする。

本発明者は、安定して小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることができる鋼の熱間圧延方法について鋭意検討した結果、ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分へ潤滑剤を供給すれば、バックアップロールの近傍部分で生じるロール摩耗が潤滑剤で抑制できることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
１．ロール軸方向位置において上下で互いに補完し合うＳ字形状のイニシャルロールカーブで形成された上下一対のワークロールを、上下のバックアップロールと組み合わせて圧延スタンドに組み込み、上下のワークロールを互いに逆向きに同じシフト量だけロール軸方向に移動させるクラウン制御方式の４重式圧延機を配置した仕上げ圧延機で被圧延材を圧延する鋼の熱間圧延方法において、
前記上下のワークロールに圧延部外層が超硬合金スリーブであるロールを用い、被圧延材を圧延した際、圧延の進行に伴い、前記ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進するのを抑制するため、前記ワークロールとバックアップロール間へ潤滑剤を供給するようにしたことを特徴とする鋼の熱間圧延方法。
２．前記潤滑剤を供給する領域を、前記ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分に限定したことを特徴とする上記１．に記載の鋼の熱間圧延方法。
３．前記近傍部分は、前記ワークロールの最大直径部を中心に、ロール軸方向距離が300ｍｍ以下の領域であることを特徴とする上記１．または２．に記載の鋼の熱間圧延方法。
４．前記潤滑剤の組成は、合成エステルをベースオイルとし、硫化エステル、リン酸エステルなどの極圧剤を所定量添加し、残部鉱油であることを特徴とする上記１．〜３．のいずれか一項に記載の鋼の熱間圧延方法。
５．前記潤滑剤を水と混合し、潤滑剤の供給量を50〜600cc/minとすることを特徴とする上記１．〜４．のいずれか一項に記載の鋼の熱間圧延方法。

本発明によれば、超硬合金スリーブの圧延部外層の表面に突出した超硬合金中のWCの硬質粒子でバックアップロールの近傍部分が削られ、バックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進されるのを潤滑剤で抑制できる。この結果、安定して小さいクラウンの熱延鋼帯を得ることができる。

まず、本発明に至る知見について、図２(ａ)、（ｂ）を用い説明する。
ＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機の上下のワークロールに、圧延部外層が超硬合金スリーブであるロールを用い、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給しない場合、以下のようになる。
なお、以下には上のワークロール（最大直径部Ｐ点）に関して説明するが、下のワークロールも同様であり、その場合Ｐ点に代え、最大直径部Ｑ点とすればよい（図６参照）。
（１）ロール間線圧は、ワークロールの最大直径部Ｐ点と接触するバックアップロールの近傍部分で高く、高線圧領域に対応するバックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進される。このため、図２（ｂ）に示したように、圧延の進行に伴い、Ｓ字形状のイニシャルロールカーブに見合うロール摩耗がバックアップロール側に生じる。
（２）図２（ａ）中、高線圧領域は、線圧が、平均線圧に対して1.05倍以上となる領域であり、通常ワークロールの最大直径部Ｐ点を中心に、ロール軸方向の距離が300ｍｍ以下の範囲に生じる。
（３）ワークロールの最大直径部Ｐ点と接触するバックアップロールの近傍部分は、超硬合金中のCoまたはNiなどの結合材が優先的に摩耗するため、超硬合金スリーブの圧延部外層の表面に突出した超硬合金中のWCなどの硬質粒子で削られる。

そこで本発明は、圧延の進行に伴い、ワークロールの最大直径部Ｐ点と接触するバックアップロールの近傍部分が削られ、ロール摩耗が促進するのを抑制するため、ワークロールとバックアップロール間へ潤滑剤を供給するようにした。
すなわち、この潤滑剤の役割は、超硬合金スリーブの圧延部外層の表面に突出した超硬合金中のWCの硬質粒子でバックアップロールの近傍部分が削られ、バックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進されるのを抑制することである。

このような潤滑剤としては、合成エステルをベースオイルとし、硫化エステル、リン酸エステルなどの極圧剤を所定量添加し、残部鉱油である組成とするのが、ロール摩耗抑制作用に優れるので好ましい。ただし、ベースオイルは合成エステルに限定されず、鉱油ベースとすることもできる。
ワークロールとバックアップロール間へ供給する潤滑剤は水と混合し、潤滑剤の供給量を50〜600cc/minとするのが好ましい。その理由は、潤滑剤の供給量を50cc/min未満とすると、ロール摩耗抑制作用が不十分となり、一方潤滑剤の供給量を600cc/min越えとすると、ロール間でスリップ現象が生じる恐れがあるからである。

次いで、本発明に用いて好適な潤滑剤供給方式について、図１を用い説明する。
複数個のスプレーノズル１はヘッダに取り付けされ、潤滑剤２を満たした潤滑剤タンク３、潤滑剤供給用精密ギアポンプ４、混合器（オリフィスノズルなど）５、水供給用ポンプ６に、配管を介して接続されている。この構成によって、上下のワークロールＷを互いに逆向きに同じシフト量δだけロール軸方向に移動させるＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機において、ワークロールの最大直径部Ｐと接触するバックアップロールＢの近傍部分へ、水との混合液として潤滑剤を供給することができる。

なお、シフト量δは式（１）を満たさなければならないという制約がある。
δmax≦シフト量δ≦δmax ・・・・・・・（１）
δmax：ＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機の仕様最大シフト量。
本発明に用いて好適なロールの構造は、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、圧延部外層が超鋼合金スリーブ７からなる。この超硬合金スリーブ７は、複数個の超硬材料混合粉末からなるスリーブ部材をロール軸方向に接合・一体化して形成したものである。WC粉末にCo：5〜50mass％（好ましくはCo：20mass％）とNi適量を添加した混合粉末を用いるのが、焼結して得られる超硬合金の耐摩耗性、靭性などの観点から好ましい。このようにして形成した超硬合金スリーブ７を鋼製軸芯８の胴部にそのままか、鋼製緩衝材10を設けて嵌め込み、鋼製側端リングで固定してロールとすることができる。このような構造をもつロールは、公知のロール製造技術で製造することが可能である。

図４に示した７スタンドからなる仕上げ圧延機（全スタンド：ＷＲシフト−ＣＶＣ圧延機）を用い、発明例１、２および従来例のそれぞれの条件で１サイクル＝240本の被圧延材Ｓを仕上げ圧延機の出側圧延速度＝800〜1400ｍ/分で圧延し、得られた熱延鋼板のクラウンＣｒ25とバックアップロールの摩耗量を調査した。
（１サイクルの条件）
被圧延材の鋼種＝熱延鋼帯（SPHC）、仕上げ圧延機入側板厚＝20〜50ｍｍ、仕上げ板厚＝1.2〜4.0ｍｍ、幅＝1000〜1600ｍｍ、被圧延材の重量＝１コイル当り２４〜３０トン。

なお、バックアップロールの摩耗量は、圧延スタンドからバックアップロールＢを抜き出し、ロールプロフィールを調べ、使用後のバックアップロールの直径差（＝最大直径−最小直径）で求めた。その結果を図５(ａ)に示した。そして、使用後のバックアップロールの直径差が小さいことをもって、ワークロールの最大直径部Ｐ点と接触するバックアップロールの近傍部分でのロール摩耗抑制作用が大きいと評価した。

熱延鋼板のクラウンＣｒ25は、プロフィルメータで測定した板厚に基づき式（２）で求めた。
クラウンＣｒ25＝ｈｃ−（ｈ_{２５、ｏｐ}＋ｈ_{２５、ｄｒ}）/２ ・・・・・（２）
ただし、ｈは板厚を表し、その添字であるＣは幅中央を表し、ｈの添字である数字はエッジからの距離を、数字の次の英文字はエッジの位置が操作側か駆動側かを表す。そして、得られた熱延鋼板のクラウンの平均値でクラウン制御能を評価した。その結果を図５（ｂ）に示した。
（仕上げ圧延機の条件：全スタンド共通）
ワークロールの寸法：最大直径＝680mm、バレル長＝2050ｍｍ、イニシャルロールカーブ11の直径差ΔＤ≒300μｍ。ワークロールの構造：圧延部外層が超硬合金スリーブであるロール（図３（ｂ）参照）。

バックアップロール：鋼製で直径＝１６００mm、使用前のバックアップロールのイニシャルロールカーブはストレート形状。
（発明例１）
潤滑剤供給範囲：ワークロールＷとバックアップロールＢ間のロール軸方向全長にわたり潤滑剤を供給した（全スタンド同じ）。

水との混合液中の潤滑剤の濃度＝３vol%、潤滑剤の供給量＝300cc/min。潤滑剤供給開始のタイミング：被圧延材Ｓが噛み込んだ直後。
潤滑剤の組成:ベースオイル（オレイン酸ブチルエステル＝80vol%）、極圧剤（ターシャリーブチルポリサルファイド）＝5vol%、残部＝パラフィン系鉱物油（スピンドル油）
（発明例２）
発明例１と異なる点は、以下のとおりである。
潤滑剤供給範囲：ロール軸方向全長でなく、ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分のみへ潤滑剤を供給した（全スタンド同じ）。

近傍部分は、ワークロールの最大直径部を中心として、ロール軸方向の距離が300ｍｍ以下の領域である（図２参照）。潤滑剤の供給量＝600cc/min。
（従来例）
発明例１、２と異なる点は、ワークロールＷとバックアップロールＢ間に潤滑剤を供給していないこと（全スタンド同じ）。

図５（ａ）に示したとおり、発明例１、２は、ロール間に潤滑剤を供給していない従来例に比べ、使用後のバックアップロールの直径差が小さく、ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進されるのを抑制できている。
また、発明例１よりも発明例２の方が使用後のバックアップロールの直径差が小さく、摩耗抑制作用が大きい。このため、発明例１、２では、圧延の進行に伴い、サイクル後半で被圧延材の蛇行量が大きくなって次圧延スタンドで噛み込み不良が発生することがなかった。

一方従来例では、圧延の進行に伴い、サイクル後半でＦ２スタンド出側で被圧延材の蛇行量が大きくなってＦ３スタンドで噛み込み不良が発生した。このため、201本目以降の圧延を中止した。
また、図５(ｂ)に示したとおり、発明例１、２は、従来例に比べてクラウン制御能を維持することができ、小さいクラウンの熱延鋼板が安定して得られている。

本発明に用いて好適な潤滑剤供給方式を示す正面図である。 （ａ）はワークロールのイニシャルロールカーブの具体例を示す特性図、（ｂ）はワークロールと接触するバックアップロールに生じる摩耗分布を示す特性図である。 本発明に用いて好適なロールの構造を示す断面図である。 本発明を適用した仕上げ圧延機の構成を示す側面図である。 本発明の効果を示す特性図である。 Ｓ字形状ロールによるロールギャップ形状の修正作用を示す正面図である。

符号の説明

Ｇ ロールギャップ
Ｓ 被圧延材
Ｗ ワークロール
Ｌ ロールバレル長
Ｂ バックアップロール
δ シフト量
ξ ミル中心座標
Ｐ点、Ｑ点 最大直径部
１ スプレーノズル
２ 潤滑剤
３ 潤滑剤タンク
４ 潤滑剤供給用精密ギアポンプ
５ 混合器（オリフィスノズルなど）
６ 水供給用ポンプ
７ 超硬合金スリーブ
８ 鋼製軸芯
９ 鋼製側端リング
10 鋼製緩衝材
11 イニシャルロールカーブ
12 使用後ロールカーブ

Claims (5)

1. ロール軸方向位置において上下で互いに補完し合うＳ字形状のイニシャルロールカーブで形成された上下一対のワークロールを、上下のバックアップロールと組み合わせて圧延スタンドに組み込み、上下のワークロールを互いに逆向きに同じシフト量だけロール軸方向に移動させるクラウン制御方式の４重式圧延機を配置した仕上げ圧延機で被圧延材を圧延する鋼の熱間圧延方法において、
   前記上下のワークロールに圧延部外層が超硬合金スリーブであるロールを用い、被圧延材を圧延した際、圧延の進行に伴い、前記ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分でロール摩耗が促進するのを抑制するため、前記ワークロールとバックアップロール間へ潤滑剤を供給するようにしたことを特徴とする鋼の熱間圧延方法。
2. 前記潤滑剤を供給する領域を、前記ワークロールの最大直径部と接触するバックアップロールの近傍部分に限定したことを特徴とする請求項１に記載の鋼の熱間圧延方法。
3. 前記近傍部分は、前記ワークロールの最大直径部を中心に、ロール軸方向距離が300ｍｍ以下の領域であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の熱間圧延方法。
4. 前記潤滑剤の組成は、合成エステルをベースオイルとし、硫化エステル、リン酸エステルなどの極圧剤を所定量添加し、残部鉱油であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼の熱間圧延方法。
5. 前記潤滑剤を水と混合し、潤滑剤の供給量を50〜600cc/minとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼の熱間圧延方法。

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