JP2009214115A

JP2009214115A - 仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機および圧延方法

Info

Publication number: JP2009214115A
Application number: JP2008057729A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Matsubara; 行宏松原; Toshiki Hiruta; 敏樹蛭田; Hideo Kijima; 秀夫木島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-24

Abstract

【課題】熱延鋼板のクラウン・エッジドロップをサイクル全体にわたり小さくすることが可能な圧延機および圧延方法を提供する。
【解決手段】バレルの端部に設けた先細り部が上下で互いに逆向きになるよう、上下のワークロールをスタンドに組み込み、前記先細り部が被圧延材の両エッジ部に位置するように上下のワークロールをロール軸方向反対向きにシフトさせるロール軸方向シフト機構を具備した圧延機において、上下のワークロールに外層が超硬合金スリーブからなるロールを用いたことを特徴とする仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機およびそれを用いた圧延方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱延鋼板のクラウン・エッジドロップをサイクル全体にわたり小さくすることが可能な仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機および圧延方法に関する。

熱延鋼板は、熱間圧延工程で、鋼スラブを粗圧延し、板厚20〜50ｍｍのシートバーとし、引き続きシートバーを仕上げ圧延機で圧延して製造される。このようにして製造される熱延鋼板に対し、クラウン・エッジドロップをますます小さくすることが強く望まれている（図８参照）。
クラウンとは、熱延鋼板の両エッジ部を除いた幅中央部分での幅方向板厚偏差であり、エッジドロップとは、熱延鋼板のエッジ両部における幅方向板厚偏差である。このクラウン・エッジドロップが制御可能な圧延機として、図１に示した圧延機が公知である（特許文献１）。

図１中、Ｓは被圧延材、Ｗはワークロール、２は駆動モータを示す。３はワークロールＷの端部に設けた先細り部と先細り部でない部分の境を示す。
先細り部は一般に、テーパ状に形成され、先細り部でない部分との境３から被圧延材Ｓのエッジまでの距離ＥＬを有効テーパ長ＥＬという。この有効テーパ長ＥＬを、クラウン・エッジドロップを小さくするため、被圧延材Ｓの幅に応じて制御している。すなわち、図１に示した圧延機（以下、片台形ワークロールシフト圧延機ともいう）は、先細り部が被圧延材Ｓの両エッジ部に位置するよう、上下のワークロールＷを互いにロール軸方向反対向きにシフトさせている。

この片台形ワークロールシフト圧延機のクラウン・エッジドロップ制御能力を十分発揮させるには、上下のワークロールＷに耐摩耗性に優れるロールを組み込む必要がある。
ところで、仕上げ圧延機の上下のワークロールＷに、図２（ａ）、（ｂ）に示した構造のロールを組み込むことで、クラウン制御能力を維持する技術が開示されている（特許文献２、３）。

図２（ａ）は、鋼製軸芯５の胴部に超硬合金スリーブ４を嵌め込み、鋼製側端リングで固定してなる構造のロールである。図２（ｂ）は、超硬合金スリーブ４と鋼製軸芯５の間に鋼製緩衝材６を設けた構造のロールである。どちらも圧延部表層が超硬合金スリーブ４からなる耐摩耗性に優れたロールである。図２（ｃ）には、一般的に用いられるロール７（ハイスロールあるいはＮｉグレンロール）の構造を示した。
特開昭61-2351号公報特開2001-321804号公報特開2004-195515号公報

しかしながら、片台形ワークロールシフト圧延機の上下のワークロールＷには、ハイスロールあるいはＮｉグレンロールが用いられていた。このため、先細り部と先細り部でない部分の境３の近傍でロール摩耗が促進され、サイクル全体にわたりクラウン・エッジドロップを小さくすることが困難であるという問題があった。
また、片台形ワークロールシフト圧延機の上下のワークロールＷに、一般的に用いられるロールのヤング率に比べてヤング率が大きい圧延部外層が超鋼合金スリーブからなるロールを用いると、以下のような問題も生じた。
（１）上下のワークロールに用いる、ロールのバレル表面の粗さが好適範囲でない場合、予測圧延荷重と実績圧延荷重とに大差が生じ、熱延鋼板の先端部の板厚精度が悪化する、あるいは被圧延材Ｓの板厚制御が不能となる。
（２）ワークロールと被圧延材Ｓ間の偏平変形が小さくなるため、一般的に用いられるロールを用いた場合と同じクラウン・エッジドロップ制御を行うと、次工程の冷間圧延工程で要求されるクラウン・エッジドロップが得られない。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、熱延鋼板のクラウン・エッジドロップをサイクル全体にわたり小さくすることが可能な圧延機および圧延方法を提供することを目的とする。

本発明らは、クラウン・エッジドロップ制御能力を十分発揮することが可能な圧延機について鋭意検討した結果、図１に示した片台形ワークロールシフト圧延機の上下のワークロールＷに、圧延部外層が超鋼合金スリーブからなるロールを用いることで、上記課題を解決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．バレルの端部に設けた先細り部が上下で互いに逆向きになるよう、上下のワークロールをスタンドに組み込み、前記先細り部が被圧延材の両エッジ部に位置するように上下のワークロールをロール軸方向反対向きにシフトさせるロール軸方向シフト機構を具備した圧延機において、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からなるロールを用いたことを特徴とする仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機。
２．前記上下のワークロールの、バレル表面の算術平均粗さを0.5μｍ以上2.0μｍ以下とすることを特徴とする上記１．に記載の仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機。
３．上記１．または２．に記載のクラウン・エッジドロップ制御圧延機を用い、前記先細り部が被圧延材の両エッジ部に位置するように上下のワークロールをロール軸方向反対向きにシフトさせつつ被圧延材を圧延することを特徴とする仕上げ圧延機における圧延方法。

本発明によれば、前記したロール軸方向シフト機構と、上下のワークロールに圧延部外層が超硬合金スリーブからなるロールを用いることの併用効果によって、熱延鋼板のクラウン・エッジドロップをサイクル全体にわたり小さくすることができる。

本発明にかかるクラウン・エッジドロップ制御圧延機は、前掲図１に示した片台形ワークロールシフト圧延機の上下のワークロールＷに、前掲図２（ａ）、（ｂ）に示したような、圧延部外層が超鋼合金スリーブ４からなるロールを用いた圧延機である。
この超硬合金スリーブ４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。このようにして得た超硬合金スリーブ４を鋼製軸芯５の胴部に嵌め込み、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。

次いで、片台形ワークロールシフト圧延機のクラウン・エッジドロップ制御能力を十分発揮させるために行った実験結果について説明する。
この実験は、圧延部外層が超鋼合金であるロールを上下のワークロールＷに組み込んでなるラボ圧延機を用い、被圧延材Ｓを熱間圧延することで行った。図３に示したワークロールＷと被圧延材Ｓ間の摩擦係数は、圧延荷重を実測し、圧延荷重理論式（Orowanの荷重式圧延理論と実際鉄鋼協会編）を介して求めた。

圧延部外層が超鋼合金であるロールの、バレル表面の算術平均粗さは研磨で変化させ、その算術平均粗さはＪＩＳＢ0601-1994ｂで規定される方法で測定した。
図３に示した結果から、バレル表面の算術平均粗さが好適範囲を外れた場合、ワークロールＷと被圧延材Ｓ間の摩擦係数が急激にかわることがわかる。摩擦係数が急激にかわると、予測圧延荷重と実績圧延荷重とに大差が生じ、熱延鋼板の先端部の板厚精度が悪化する、あるいは被圧延材Ｓの板厚制御が不能となる。

なお、バレル表面の算術平均粗さ0.5μｍ未満では、超硬合金材料のバインダーであるCoとNiと、被圧延材との接触が主体的となるため、摩擦係数が急に低下すると推定される。一方、算術平均粗さ2.0μｍ以上では超硬合金材料のWC粒子が過度に表面に突出するため、摩擦係数が急増すると推定される。
そこで、本発明に用いる上下のワークロールＷは、そのバレル表面の算術平均粗さを0.5μｍ以上2.0μｍ以下と限定した。このように、バレル表面の粗さを限定したことで前掲した課題（１）が解決できる。

（その他のラボ実験条件）
ワークロールの直径＝２００ｍｍ、バレル長＝２００ｍｍ。被圧延材Ｓの鋼種＝低炭素鋼、被圧延材Ｓの圧延前板厚＝１０ｍｍ、幅＝１５０ｍｍ、長さ＝５００ｍｍ。加熱温度＝１０００℃×２０分、圧下率＝３０％。
また、前掲した課題（２）は、被圧延材Ｓの幅に応じて最適な有効テーパ長ＥＬを求め、ロール軸方向シフト機構１で、先細り部が被圧延材Ｓの両エッジ部に位置するように上下のワークロールＷをロール軸方向反対向きにシフトさせる制御を行うことで解決できる。

このようなクラウン・エッジドロップ制御を行うことが可能な圧延機は、仕上げ圧延機のＦ７スタンドあるいはＦ７スタンドを含む複数スタンドに適用するのが効果的である。
図４には、本発明にかかるクラウン・エッジドロップ制御圧延機を仕上げ圧延機のＦ６，Ｆ７スタンドに適用した場合を示した。図４中、８は板厚を幅方向に検出可能なプロフィルメータ、９はシフト演算装置である。

シフト演算装置９は、プロフィルメータ８からのクラウン・エッジドロップ測定結果に基づき最適な有効テーパ長ＥＬを求め、制御信号を信号ケーブル10でロール軸方向シフト機構１へ送ることで、被圧延材Ｓの圧延中、圧延部外層が超硬合金スリーブからなるロールを用いた上下のワークロールＷをシフトさせることができる。この仕上げ圧延機のＦ１〜Ｆ５スタンドは、ロール軸方向シフト機構１を具備せず、上下のワークロールＷに一般的に用いられるロールを用いている。

以上説明した本発明にかかるクラウン・エッジドロップ制御圧延機によれば、ロール軸方向シフト機構１と、上下のワークロールＷに圧延部外層が超硬合金スリーブからなるロールを用いることの併用効果によって、熱延鋼板のクラウン・エッジドロップをサイクル全体にわたり小さくすることができる。
それを実証した実施例を以下に述べる。

（本発明例）
図４に示した７スタンドからなる仕上げ圧延機を用い、１サイクル＝１２０本の被圧延材Ｓを仕上げ圧延機の出側圧延速度＝800〜1400ｍ/分で圧延した。
圧延部外層が超硬合金スリーブからなるロールの構造：図２（ｂ）。有効テーパ長ＥＬ＝５０〜１００ｍｍ、上下のワークロールＷの端部に設けた先細り部のテーパ勾配＝１ｍｍ/200ｍｍ、上下のワークロールＷのバレル表面の算術平均粗さ＝1.2μｍ。

被圧延材Ｓ：鋼種＝熱延鋼板、仕上げ板厚＝1.2〜５ｍｍ、板幅＝1000〜1600ｍｍ、1本当りの被圧延材Ｓの重量＝２４〜３０トン。仕上げ圧延機のロール寸法：ワークロール直径＝650ｍｍ、バレル長＝2050ｍｍ、バックアップロール直径＝1600ｍｍ。
（従来例１）Ｆ６、Ｆ７スタンドの上下のワークロールＷにＮｉグレンロールを用いた以外は、本発明例と同じ条件。
（従来例２）Ｆ６、Ｆ７スタンドの上下のワークロールＷに先細り部を設けず、ストレート形状とした以外は、本発明例と同じ条件。

図５には本発明例の結果を、図６、図７には従来例１，２の結果をそれぞれ示した。
この結果から、本発明例では、サイクル全体を通して実績クラウンと目標クラウンがほぼ一致しており、サイクル全体にわたり実績クラウンが小さい。また、実績エッジドロップも小さい。
一方従来例１では、サイクルの前半においては実績クラウンと目標クラウンがほぼ一致しているが、Ｆ６、Ｆ７スタンドのＮｉグレンロールの摩耗が原因で、圧延本数＝７０本目以降からワーク実績クラウンと目標クラウンが離れ始め、圧延本数＝１００本目以降では実績クラウンが過大となり、次工程の冷間圧延で形状不良が発生した。また、実績エッジドロップも圧延本数＝１００本目以降で過大になっている。

また、従来例２では、サイクルの前半においても実績クラウンと目標クラウンが一致しておらず、サイクル全体を通して実績クラウンが過大であり、実績エッジドロップも過大になっている。
なお、クラウンはＣｒ25で定義し、エッジドロップはＥ１５＝（Ｅ15_ｏｐ＋Ｅ15_ｄｒ）/２で定義した（図８参照）。図８で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。クラウンおよびエッジドロップの実績値は、プロフィルメータで測定した板厚に基づき下記式で求めた。

Ｃｒ25＝ｈｃ−（ｈ_{２５、ｏｐ}＋ｈ_{２５、ｄｒ}）/２・・・（１）
Ｅ15_ｏｐ＝ｈ_{１００、ｏｐ}−ｈ_{１５、ｏｐ}・・・（２）
Ｅ15_ｄｒ＝ｈ_{１００、ｄｒ}−ｈ_{１５、ｄｒ}・・・（３）

本発明に用いて好適な上下のワークロールＷの、バレル表面の粗さの範囲を確認した。図３に示したラボ実験結果によれば、本発明に用いる上下のワークロールＷには、バレル表面の粗さに好適範囲（算術平均粗さで0.5μｍ以上2.0μｍ以下）がある。
（本発明例）実施例１を参照方。
（本発明例の別形態１）Ｆ６、Ｆ７スタンドの、上下のワークロールＷのバレル表面を算術平均粗さ＝0.35μｍとした以外は、本発明例と同条件。
（本発明例の別形態２）Ｆ６、Ｆ７スタンドの、上下のワークロールＷのバレル表面を算術平均粗さ＝2.8μｍとした以外は、本発明例と同条件。

その結果、本発明例の別形態１では、図９に示すように、目標クラウンと実績クラウンとの差が10μｍ以内となり、サイクル全体にわたり安定した実績クラウンが得られ、また、実績エッジドロップもサイクル全体にわたり安定した値となった。
本発明例の別形態２の場合も、図10に示すように、別形態１と同様の結果であった。
ただし、本発明例の別形態１、２の場合、Ｆ６、Ｆ７スタンド用いた上下のワークロールＷの、バレル表面の粗さが好適範囲を外れているため、算術平均粗さ＝1.2μｍとした本発明例に比べ、得られた熱延鋼板の先端部の板厚精度が悪化した。

なお、本発明例では、F６、F７スタンドに本発明を適用したとして説明した（実施例1
）が、本発明はそれに限定されず、仕上げ圧延機のスタンドに適宜適用できる。

本発明にかかるロール軸方向シフト機構を具備したクラウン・エッジドロップ制御圧延機の構成を示す正面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明に用いて好適なロールの構造を示す断面図、（ｃ）は一般的に用いられるロールの断面図である。本発明に用いて好適なロールの表面粗さの範囲を示す特性図である。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。本発明例の効果を示す特性図である。従来例１の特性図である。従来例２の特性図である。被圧延材の幅方向板厚分布の一例を示す特性図である。本発明例の別形態１の特性図である。本発明例の別形態２の特性図である。

符号の説明

Ｓ被圧延材
Ｗワークロール
ＥＬ有効テーパ長
１ロール軸方向シフト機構
２駆動モータ
３先細り部と先細り部でない部分の境
４超硬合金スリーブ
５鋼製軸芯
６鋼製緩衝材
７一般的に用いられるロール
８プロフィルメータ
９シフト演算装置
10 信号ケーブル

Claims

バレルの端部に設けた先細り部が上下で互いに逆向きになるよう、上下のワークロールをスタンドに組み込み、前記先細り部が被圧延材の両エッジ部に位置するように上下のワークロールをロール軸方向反対向きにシフトさせるロール軸方向シフト機構を具備した圧延機において、
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からなるロールを用いたことを特徴とする仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機。
前記上下のワークロールの、バレル表面の算術平均粗さを0.5μｍ以上2.0μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の仕上げ圧延機におけるクラウン・エッジドロップ制御圧延機。
請求項１または２に記載のクラウン・エッジドロップ制御圧延機を用い、
前記先細り部が被圧延材の両エッジ部に位置するように上下のワークロールをロール軸方向反対向きにシフトさせつつ被圧延材を圧延することを特徴とする仕上げ圧延機における圧延方法。