JP2011088204A - マグネシウム合金薄板熱間圧延装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マグネシウム合金薄板の熱間圧延中の温度変動による製品の品質低下を防止、歩留まり向上、生産量を向上させる。
【解決手段】 圧延機１３の入・出側両端にマグネシウム合金薄板を各々コイル状態で加熱・保温可能な巻取装置１１、１５を設置し、マグネシウム合金薄板を複数往復圧延にて順次厚み圧下するマグネシウム合金熱間圧延装置において、圧延機は、表面温度をある一定温度に加熱、昇温可能なワークを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マグネシウム合金薄板熱間圧延装置に関する。

従来マグネシウム合金薄板の製造方法として、鋳造によって鋳塊を製造し、これを熱間押出しによって厚板に成形し、該厚板を圧延して所定厚さの薄板を製造することが知られている。

マグネシウム合金を冷間で圧延することは、大きな圧力を必要とするばかりでなく、成形板材が割れやすいことから、事実上不可能とされており、熱間にて圧延するのが好ましい。

マグネシウム合金薄板を熱間圧延によって製造する方法としては、熱間押し出しによってスラブを製造し、これを所定回数圧延することによって、シート状の薄板とする方法（シート圧延方式）と、熱間押し出しによって長尺のシートを製造して、コイル状に捲回し、このコイル状の薄板をさらに圧延して連続的に薄板とする方法（コイル圧延方式）が知られている。

これらの製造方法において、コイル圧延方式は、技術的に困難な点はあるものの、生産性が良好であり、かつ歩留まり、品質が良好であることから、コイル圧延方式が多くのメリットを有している。

上記コイル圧延方式に於いて用いられる熱間圧延装置としては、コイル巻出装置、シート加熱装置、圧延機、及びコイル巻取機を備えた装置が知られている（特許文献１及び非特許文献１参照）。この装置においては、圧延機において圧延する際の温度をマグネシウム合金の圧延に適した温度範囲に設定できるようになっている。

ところで、マグネシウム合金薄板の製造においては、厚板から、所要の厚さの薄板になるまで圧延することになるが、一度の圧延工程で減少させることのできる厚み率（圧下率）には限度があり、通常は複数回の圧延工程で所要の厚さを有する板材を製造することになる。上記従来例の装置においては、一度の圧延工程で形成されたコイル材を巻き取り装置から取り外し、巻き出し装置側に設置した後、さらに圧延工程を行うことになり、作業性、生産性に難点があった。

また、上記先行技術文献記載の装置においては、マグネシウム合金薄板の加熱をコイル巻出後のみで行っているが、この装置においては、速いスピードで走行する薄板全体を均一に加熱することは困難である。圧延処理する際にマグネシウム合金薄板の温度分布が不均一であると、圧延の際に薄板に圧縮ひずみが残り、冷却後割れ等の不具合を発生することになり歩留まり低下の原因となっていた。

特許第３５２１８６３号公報

日本塑性加工学会編「マグネシウム加工技術」（２００４年１２月１５日発行）第５９頁から第６６頁

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、マグネシウム合金の熱間圧延中の温度変動による製品の品質低下を防止し、歩留まり向上し、生産量を向上させることができるマグネシウム合金熱間圧延装置を提供することを目的とする。

本発明は、圧延機と、この圧延機の被圧延物の入・出側両端にマグネシウム合金薄板を各々コイル状態で加熱・保温可能な巻取機とを備え、前記マグネシウム合金薄板を複数往復圧延にて順次厚み圧下するマグネシウム合金熱間圧延装置において、
前記圧延機は、表面温度を所定の温度に制御可能な圧延ロールを備えることを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延装置である。

本発明によれば、圧延機の圧延ロールがマグネシウム合金薄板を加熱・昇温可能に構成されているので、マグネシウム合金薄板の熱間圧延中の温度変動による製品の品質低下を防止することができ、かつ歩留り向上、生産力向上が可能となり、薄板の品質を良好に保つことができる。また、薄板を往復圧延可能であるため、生産性が顕著に向上する。

本発明の一実施形態における熱間圧延装置の概略正面図である。 本発明の巻取機の一例を示す概略正面図である。 本発明の熱間圧延装置の圧延機と巻取機の部分の概略上面図である。 本発明の張力調節機構の一例を示す概略正面図である。 本発明の張力調節機構の他の例を示す概略正面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における熱間圧延装置１０の構成を示す正面図である。図１に示すように、本実施形態に係る熱間圧延装置１０（マグネシウム合金熱間圧延装置）は、第１の巻取装置１１、第１の張力調節機構１２、圧延機１３、第２の張力調節機構１４、及び第２の巻取装置１５を備えている。

（巻取装置）
第１及び第２の巻取装置１１，１５は、加熱手段を備えた加熱炉１１ｂ、１５ｂと、その内部に配置された、マグネシウム合金薄板を巻き取ることができる巻取機１１ａ、１５ａから構成されている。図３に圧延機と巻取機を含む装置の一部上面図を示す。図３に見られるように、この巻取機１１ａ、１５ａは、巻取りドラム３４と、これに接続された電動機のような回転駆動装置３３とを備えている。

このような巻取装置１１，１５は、圧延機１３の入・出側両端に設置されると共にマグネシウム合金薄板を各々コイル状態で加熱、保温可能なものであり、巻取機１１ａ、１５ａによってマグネシウム合金薄板Ｓの長手方向両端部をコイル状に巻取り／巻戻し自在に巻回すると共に、ヒータによって加熱炉１１ｂ，１５ｂ内を所定温度に加熱、保温することにより、コイル状に巻き取ったマグネシウム合金薄板Ｓ（マグネシウム合金コイル）を所定温度に維持する。

本実施の形態の熱間圧延装置は、マグネシウム合金薄板を、第１の巻取装置、圧延機、及び第２の巻取装置間を往復動させることによって、往復圧延が可能であり、これによって圧延作業の効率が格段に向上する。
この往復圧延において、マグネシウム合金薄板の端部まで圧延を施すには、第１及び第２の巻取機の巻取りドラム２５に捲回されているマグネシウム合金薄板Ｓを完全に展開し、マグネシウム合金薄板の終端部が圧延機１３を通過することが必要である。マグネシウム合金薄板の端部を圧延した後、マグネシウム合金薄板の移動方向を逆転し、巻取りドラムに捲回されていないマグネシウム合金薄板の前記終端部は、圧延機を通過して、再度巻取機に巻き取る。この際、図２に示す巻取り自動化機構を使用することによって、手作業を必要とせず、巻取りの自動化を図ることができる。

図２は、本熱間圧延装置の一部を示す概略正面図である。１３が、圧延機であり、圧延機のワークロール間を通過したマグネシウム合金薄板Ｓの自由端部は、薄板保持機構２１，２２によって保持され、巻取りドラム２５に形成された溝部２５ａに挿入される。巻取りドラム２５が回転すると、溝部２５ａによって保持されたマグネシウム合金薄板Ｓは、巻取りドラム２５ａの周囲に巻き取られる。

上記薄板保持機構２１，２２は、巻き取り時に巻取りドラムの溝部２５ａに薄板Ｓを誘導する為の伸縮式のガイドである。上記薄板保持機構２１，２２は矢印方向に伸縮可能であり、薄板の自由端部を上記薄板保持機構２１，２２で挟持し、巻取りドラムの溝部に薄板の自由端部を嵌合した後、薄板の移動を干渉しないような位置に移動する。この薄板保持機構２１，２２は、油圧シリンダとピストンの組合せのような機構によって構成することができる。

巻取りドラムへの巻取りを確実にするために、巻取りドラムの周囲に、薄板圧接機構２３，２４を配置することが好ましい。
薄板圧接機構２３，２４は、油圧シリンダ２３ｃ、２４ｃと、油圧シリンダから延出されるロッド２３ｂ、２４ｂと、これらのロッドに固定されている圧接板２３ａ，２４ａとからなっており、マグネシウム合金薄板Ｓは、圧接板２３ａ，２４ａによって、巻取りドラム２５ａに圧接され、巻取りが確実に行われるようになっている。

巻き取りドラムは圧延速度に同調して巻き取る機構を備えており、巻取り速度を制御することによって、コイルの張力を制御し、コイルを緩く巻くことも、きつく巻くことも出来る。

（圧延機）
圧延機１３は、上記一対の巻取装置１１，１５の間に配置されており、並行して対向する加熱・昇温可能な少なくとも一対の圧延ロールを備えている。すなわち、前記圧延機１３は、ワークロール１３ａと、該ワークロール１３ａのそれぞれに並行して対向する加熱、昇温可能な一対のバックアップロール１３ｂと、これら２対のロール１３ａ，１３ｂを回転自在に支持し収納するハウジング（図示せず）と、これらの２対のロール１３ａ，１３ｂを回転駆動装置（図示せず）とを有している。

ワークロール１３ａ及びバックアップロール１３ｂは、表面温度を一定温度に加熱、昇温可能な加熱ロールであって、ワークロール１３ａ間を通過するマグネシウム合金薄板Ｓを一方向に送り出しながら、マグネシウム合金薄板Ｓを加熱、昇温させつつ圧下する。ワークロール１３ａ及びバックアップロール１３ｂを加熱昇温させる機構としては、例えば、表面から所定深さの位置に棒状のカートリッジヒータが所定間隔で軸線方向に複数本埋め込まれた構造を備えることによってヒータ加熱する手段や、加熱した媒体（水や油）をワークロール１３ａ及びバックアップロール１３ｂの内部に形成した貫通孔を通して循環させ加熱する方法がある。
また、ワークロール１３ａは、その径が小さい場合には、熱容量が小さいため、バックアップロール１３ｂの熱で充分なロール表面温度を維持することが可能であるため、内蔵ヒータもしくは熱媒体による加熱手段を省略することができる。

上記圧延機の構造により、圧延機１３は、マグネシウム合金薄板Ｓを安定して厚み圧下させつつ長尺化させることができる。
また、圧延機１３は、マグネシウム合金薄板Ｓの送り方向を所定のタイミングで反転させて、往復圧延を行う。これにより、効率的にマグネシウム合金薄板を製造することが可能になる。

圧延機の前後にブラシを設置し、圧延中の端伸びにより生じる端部の割れ部分などから発生する破片等の異物を除去することが好ましい。このブラシとしては、回転可能なブラシであっても良いし、固定されたブラシであっても良い。

（張力調節機構）
張力調節機構１２、１４は、圧延機において、均一な圧延が行えるようにすることと、巻取機において、マグネシウム合金薄板が均一に巻き取ることができるように、マグネシウム合金薄板が所要の張力で本発明の熱間圧延装置内を移動できるようにするためのものである。

張力調節機構としては以下のような各種の手段が考えられる。
第１例の手段は、圧延機の圧延速度と、巻取機の巻取り速度を制御して、その間のマグネシウム合金薄板にかかる張力を調節する手法である。この張力調節機構を、図４に示す。この張力調節機構は、巻取機１１ａ、１５ａを搭載した架台４１と、これを載置する基台４２とを、この架台が基台上を水平移動可能となるようにバネ４３で接続する。このバネ４３の弾性力に対抗して発生する架台４１にかかる張力を、ロードセル４４などを用いて計測可能とする。ロードセル４４によって計測された張力が所定の範囲内に収まるように、圧延速度もしくは巻取り速度を制御することによって張力を調節するものである。このロードセルは、一般に市販されているものを使用することができる。

第２例の手段は、図５に示すように軸が固定された２本のロール５１，５３と、軸が固定されていない１本のロール５２を配置し、これらのロール間にマグネシウム合金薄板Ｓを張架し、軸が固定されていないロール５２の自重によってマグネシウム合金薄板Ｓに張力をかける方法である。

さらに第３例の手段は、図５に示す装置において、ロール５２を上下動可能な駆動装置に固定し、上記ロードセルによる張力測定の結果を基に、ロール５２を上下に移動させることによって張力を制御する方法である。

本実施の形態においては、薄板に張力を印加することができる機構として、上記手法に限らず、当業者にとって公知の手段を採用することができる。

（ピンチロール）
本実施の形態の薄板熱間圧延装置においては、装置の所要の箇所にピンチロールを配置することができる。このピンチロールは、第１の巻取装置１１と圧延機１３との間及び、圧延機１３と第２の巻取装置１５との間とに、それぞれ配置される。
このピンチロールは、圧延機１３による往復圧延に伴って左，右走行するマグネシウム合金薄板Ｓを補助搬送するものである。すなわち、昇温されているマグネシウム合金薄板が、巻取り装置−圧延機間でたわみなどの変形が発生しないように、形状を維持すると共に、搬送速度の調節によって、圧延機１３で圧延されるマグネシウム合金シートＳに適切な張力を付与する為に用いることもできる。また、さらに、ピンチロールに加熱手段を具備させることによって、マグネシウム合金薄板の温度維持を行わせることもできる。また、ピンチロールは、圧延機に薄板を送り込む機能、圧延されて巻き取られた薄板の張力が失われてコイルが緩くなる事を防ぐ為に張力を維持する機能、を必要に応じて単独或いは両方、または使用しない事も可能である。
前記ピンチロールは、上記ワークロール１３ａ及びバックアップロール１３ｂと同様に、表面から所定深さの位置に棒状のカートリッジヒータが所定間隔で軸線方向に複数本埋め込まれた構造を有し、表面温度を所定の温度に昇温された加熱ロールである。
勿論、このロールは内蔵ヒータを省略する事も可能である。

［装置の動作］
このような構成において、熱間圧延装置１０は、マグネシウム合金薄板Ｓの仕上圧延を行う。以下、熱間圧延装置１０の動作について説明する。

マグネシウム合金薄板Ｓは、第１の巻取機１１ａから巻き戻され且つ第２の巻取機１５ａに巻き取られるか、又は、逆に、第２の巻取機１５ａから巻き戻され且つ第１の巻取機１１ａに巻き取られることにより、一方向に走行しつつ、圧延機１３によって圧延される。
マグネシウム合金薄板Ｓの温度は、第１の巻取装置１１から第２の巻取装置１２までの間に幾分降下するが、ワークロール１３ａ、バックアップロール１３ｂ及びピンチロールの少なくとも１つが加熱ロールであるので、これらロールとの接触による材料の温度低下、温度変動は少ない。

熱間圧延装置１０は、第１の巻取機１１ａ（又は第２の巻取機１５ａ）がマグネシウム合金薄板Ｓを巻き戻し終えると、圧延方向を反転する。熱間圧延装置１０は、これを繰り返してマグネシウム合金薄板Ｓを往復圧延し、マグネシウム合金薄板Ｓを順次厚み圧下させて、所要の膜厚の薄板材を製造する。

この圧延装置は板圧測定装置を有しており、一例としては板の中央と両端、或いはより多くの部分の板厚を圧延の前後で測定比較し、圧延中の板の厚さを均一の厚さで圧延する為のフィードバックを行い、ロールベンディング量や圧下荷重を調整する事が出来る。

図１に示す圧延装置を用いて、以下の通りマグネシウム合金の薄板を製造した。
マグネシウム合金薄板Ｓの材料としては、アルミニウムとマグネシウムとの合金であるＡＺ６１を使用した。その寸法は、厚さ３．００ｍｍ、幅４３０ｍｍのコイル材であり、圧延機１３は４段であり、ワークロール対ａの各ロールの直径は２５０ｍｍ、バレル長さは８００ｍｍであり、バックアップロール３ｂの各ロールの直径は５００ｍｍであり、ピンチロール４の各ロールの直径は２００ｍｍである。
また、上記例では、両巻取装置１１，１５での炉温度は、４００℃で、板温度は３５０℃とした。また、バックアップロール３ｂはヒータ内蔵の加熱ロールであり、表面温度を１２０℃とした。
そして、圧延速度は３０ｍ／分で一定として１３パス（６往復半）の往復圧延を行い、最終厚み０．６ｍｍの箔材とした。

圧延中のマグネシウム合金薄板Ｓは、高温であるため柔らかく、圧延機１３以外の箇所でも高圧がかかれば圧痕が残るおそれがあるが、本熱間圧延装置１０では、マグネシウム合金薄板Ｓを多数のピンチロールにより複数箇所で挟むことにより、ピンチロールによる圧痕を残すおそれを無くす為に、必要以上のピンチロールを用いないようにしている。

また、本熱間圧延装置１０では、張力調節装置１４、１５によって、ピンチロールから次のピンチロールまでのマグネシウム合金薄板Ｓの張力を一定にしている。これにより、マグネシウム合金薄板Ｓのよじれやしわを防止し、安定圧延を実現している。

このような熱間圧延装置１０によれば、マグネシウム合金薄板Ｓの略全長にわたって加熱・保温しながら圧延するので、マグネシウム合金薄板Ｓの温度降下を抑え、熱間圧延中の温度変動による製品の品質低下を防止することができ、歩留まりの向上、生産量アップをさせて、仕上がり品、つまり薄板材や箔材の品質を良好に保つことができる。

１０…熱間圧延装置
１１…第１の巻取装置
１１ａ…第１の巻取機
１１ｂ…第１の加熱炉
１２…第１の張力調節機構
１３…圧延機
１３ａ…ワークロール
１３ｂ…バックアップロール
１４…第２の張力調節機構
１５…第２の巻取装置
１５ａ…第２の巻取機
１５ｂ…第２の加熱炉
Ｓ…マグネシウム合金薄板
２１，２２…薄板保持機構
２３，２４…薄板圧接機構
３３…巻取りドラム
３４…回転駆動装置
４１…架台
４２…基台
４３…ロードセル
４４…バネ
５１，４３…固定軸ロール
５２…自由軸ロール

Claims (5)

1. 圧延機と、この圧延機の被圧延物の入・出側両端にマグネシウム合金薄板を各々コイル状態で加熱・保温可能な巻取装置とを備え、前記マグネシウム合金薄板を複数往復圧延にて順次厚み圧下するマグネシウム合金熱間圧延装置において、
   前記圧延機は、表面温度を所定の温度に制御可能な圧延ロールを備えることを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延装置。
2. 前記マグネシウム合金熱間圧延装置において、この熱間圧延装置内に張架したマグネシウム合金薄板の張力を調節する張力調節機構を設置することを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金熱間圧延装置。
3. 前記マグネシウム合金熱間圧延装置が、さらに前記圧延機と前記巻取装置の間にピンチロールを配置したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネシウム合金熱間圧延装置。
4. 前記張力調節機構が、前記巻取機に付設されたロードセルと、前記ロードセルによって計測された巻取機の変位データから、前記圧延機の回転速度と、前記巻取機もしくは前記ピンチロールの回転速度のいずれか一方を制御することによって張力を調節するものであることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のマグネシウム合金熱間圧延装置。
5. 前記圧延機は、圧延の前後で板の厚さを測定し、ロールベンディング量や圧下荷重をフィードバック制御する装置を有していることを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延装置。
   

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