JP2017119303A - 調質圧延機及び調質圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高強度の鋼帯を調質圧延する際においても、ワークロールにかかる圧延荷重を低減し、形状矯正可能な伸び率を鋼帯に付与することのできる調質圧延機及び調質圧延方法を提供すること。
【解決手段】
ワークロールの表層部のヤング率が５００ＧＰａ以上であり、かつビッカース硬さが１０５０ＨＶ以上であることを特徴とする調質圧延機。
【選択図】図２

Description

本発明は、高強度の鋼帯を調質圧延する際においても、ワークロールにかかる圧延荷重を低減し、形状矯正可能な伸び率を鋼帯に付与することのできる調質圧延機及び調質圧延方法に関する。

近年、鋼帯の高付加価値化に伴って、強度に優れた高強度鋼帯の需要が増加している。高強度鋼帯は、一般の軟鋼材よりも変形抵抗が大幅に大きいため、冷間圧延での形状制御がより困難であり、冷間圧延後に形状矯正を行う必要が生じる。高強度鋼帯の需要増加に伴い、冷間圧延後における高強度鋼帯の形状矯正を行う機会が増えている。

また、冷間圧延後に連続焼鈍設備を用いて焼入れ・焼戻しを施すことにより製造する高強度鋼帯は、冷間圧延時に形状をフラットに制御しておいても、焼入れ時の熱応力や組織変態に伴う変形によって形状不良が発生する場合がある。特に、強度を高くするためにマルテンサイトを多量に含む高強度鋼帯では、焼鈍後に形状が悪化しやすい。

鋼帯が要求範囲を外れる形状、つまり形状不良となった場合には、次工程以降での通板が不可能となることや、鋼帯から切り出した鋼板をプレス成形する際に金型の所定の位置にセットできなくなることといった不具合が発生することがある。そこで、鋼帯の形状不良が発生した場合には、形状矯正を施して、要求範囲内の形状とする必要がある。

通常、鋼帯の形状矯正は、一対のワークロールを備えた調質圧延機にて鋼帯を軽圧下することにより行われる。この際に、鋼帯の長手方向に張力が付与されるようにし、鋼帯に所定以上の伸び率を付与することで、形状矯正がなされて鋼帯が平坦となる。

しかし、高強度鋼帯は、変形抵抗が大きく、調質圧延が容易に行えないという問題がある。高強度鋼帯に対して形状矯正に必要な伸び率を付与するためには、ワークロールによって非常に大きな圧延荷重を加える必要がある。この際、調質圧延機自体がその圧延荷重に耐え切れなくなってしまうことがある。特に、１１８０ＭＰａ級以上の引張強度（以下、「ＴＳ」と称することがある。）を有する、板厚１．０ｍｍ以下の薄鋼板に対して形状矯正に必要な伸び率を付与することは、既存の設備では困難な場合が多い。

上記のような問題に対する技術を開示した文献として、特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１では、６０〜１２０℃の温間域において、０．１ｓ^−１以上の歪み速度によって調質圧延を行うことで、圧延荷重の低減を実現して硬質材の調質圧延を可能とする技術が開示されている。また、特許文献２では、ロールの表面平均粗さＲａが３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲にあるワークロールを備えた１以上の圧延スタンドからなる調質圧延設備を用いて、調質圧延後の鋼帯表面の平均粗さＲａが、調質圧延前と比較して１．０μｍ以上増加させることにより、ＴＳが９８０ＭＰａ以上の高強度冷延鋼帯を調質圧延する技術が開示されている。

特開平１０−５８０９号公報 特開２００８−３０２３９３号公報

しかし、上記特許文献１で開示されている鋼帯の調質圧延方法では、調質圧延を行う全ての鋼帯について温度を管理する必要があり、この管理が煩雑となるばかりでなく、温度管理のための設備やシステムが必要となる。また、温間で圧延を行うために、鋼帯の幅方向に温度分布が生じている場合には、幅方向で変形抵抗が異なることとなり、圧延後の形状に影響を及ぼす可能性がある。さらに、温度分布が存在している状態で平坦度をフラットにしてしまうと、常温まで冷却された後に、温度分布に起因する熱収縮差により形状のばらつきが発生してしまう。尚、温間の鋼帯を圧延しているために、圧延長が長くなるにつれてワークロールが熱膨張して形状制御が困難となるという問題もある。

また、上記特許文献２で開示されている鋼帯の製造方法では、ロール表面平均粗さＲａが３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲のワークロールを備えているが、圧延距離が進むにつれて、磨耗によってワークロールの表面粗さが低下し、目的の荷重低減効果による形状矯正能力や耐型かじり性を確保する表面粗さを保てないという課題がある。ワークロールの表面粗さの低下に対処するためには、頻繁にワークロールを交換することが必要となり、操業効率が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点を解決するために想到されたものであり、高強度の鋼帯に対しても、温度制御のための大掛かりな設備や煩雑な管理を必要とせず、調質圧延時に圧延機にかかる荷重を増大させずに鋼帯に十分な伸び率を付与することができ、平坦度に優れた鋼帯を製造することのできる調質圧延機、及び調質圧延方法を提供することを課題とする。

本発明の手段は、次の通りである。
［１］ワークロールの表層部のヤング率が５００ＧＰａ以上であり、かつビッカース硬
さが１０５０ＨＶ以上であることを特徴とする調質圧延機。
［２］前記ワークロールは、タングステンカーバイト（ＷＣ）とコバルト（Ｃｏ）とを含むことを特徴とする前記［１］に記載の調質圧延機。
［３］前記ワークロールは、ロール径が３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の調質圧延機。
［４］前記［１］から［３］までのいずれか一つに記載の調質圧延機を用いて、０．２％以上の伸び率を鋼帯に付与することを特徴とする調質圧延方法。
［５］引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼帯を調質圧延することを特徴とする前記［４］に記載の調質圧延方法。

本発明によると、高強度の鋼帯を圧延する際においても、ワークロールにかかる圧延荷重の増大を防ぎつつ、形状矯正に必要な伸び率を鋼帯に付与することができる。

図１は、調質圧延方法の説明図である。 図２は、実施例の結果を示すグラフである。 図３は、他の実施例の結果を示すグラフである。

まず、図１を用いて調質圧延について説明する。

調質圧延においては、鋼帯１が一対のワークロール２ａ、２ｂの間に通されて軽圧下を受ける。これにより、鋼帯１が平坦となるように、形状矯正がなされる。また、鋼帯１をワークロール２ａ、２ｂへ通す前には、ノズル３ａ、３ｂから、鋼帯１の表面・裏面に調質圧延油を塗布するようにしてもよい。

調質圧延機（図示せず）は、ワークロール２ａ、２ｂを保持し、ワークロール２ａと２ｂとのギャップ等を調整して、鋼帯１に加える荷重を調整する。尚、図示していないが、調質圧延機には、ワークロール２ａ、２ｂを支持するバックアップロールが設けられていてもよい。

鋼帯１は、調質圧延機の前後にあるペイオフリール及びテンションリール（ともに図示せず）によって張力をかけられながら、ワークロール２ａ及び２ｂによって圧下される。これにより、鋼帯１は長手方向に伸び、鋼帯１が平坦となるように形状矯正される。調質圧延前の鋼帯の長手方向長さに対する、調質圧延前後での鋼帯の長手方向長さの伸びの割合を、一般に伸び率と称する。伸び率を大きくすればするほど鋼帯１の表面性状は矯正されやすくなる。一方で、伸び率を大きくするには、ワークロール２ａ、２ｂによって強い圧延荷重を加える必要がある。

鋼帯１を圧下する際に、ワークロール２ａ、２ｂは扁平状に変形する。ワークロール２ａ、２ｂの変形の程度が大きければ大きいほど、鋼帯１とワークロール２ａ、２ｂとの接触部分の長さ（接触弧長）が増大する。接触弧長が増大すると、ワークロール２ａ、２ｂから鋼帯１に加えられる単位面積当たりの力が小さくなり、鋼帯１に必要な伸び率を付与するためにより大きな圧延荷重をかける必要が生じる。

調質圧延機には、通常、耐えうる上限の圧延荷重値（限界値）が設定されている。調質圧延を行う際には、前記限界値の範囲内で、圧延を行う必要がある。具体的には、調質圧延機自体の限界値を用いることがあるほか、調質圧延機のロールベンダの安全率を考慮してより低い限界値を用いることもある。

特に、高強度の鋼帯を調質圧延する際には、鋼帯自体の変形抵抗が大きく、形状矯正に必要な伸び率を付与するためには、多大な圧延荷重を加える必要がある。この場合、ワークロール２ａ、２ｂにかかる圧延荷重も大きいので、調質圧延機の限界値を超えてしまいやすくなる。言い換えると、調質圧延機の限界値内で調質圧延を行うだけでは、高強度の鋼帯の形状矯正を十分に行えないという問題が発生する。

本発明では、ワークロール２ａ、２ｂとして、その表層部の硬度が極めて大きい超硬ロールを用いる。より具体的に、超硬ロールは、ヤング率が５００ＧＰａ以上で、かつビッカース硬さが１０５０ＨＶ以上である。ヤング率が５００ＧＰａ以上であると、高強度の鋼板を調質圧延する際にも、ワークロール２ａ、２ｂが扁平状に変形してロールバイト内におけるワークロール２ａ、２ｂと鋼帯１との接触弧長が大きくなることを防ぎ、ワークロール２ａ、２ｂに過大な圧延荷重がかかることを防止することができる。

また、ワークロール２ａ、２ｂは、前述したように、その表層部のビッカース硬さが１０５０ＨＶ以上である。これにより、繰り返し圧延を行っても表面が磨耗しにくく、従来の調質圧延機に比べてワークロールの交換頻度を少なくすることができる。よって、設備の操業効率をより高めることができる。

ワークロールは、チョックに取り付けられる軸部と、軸部の周囲に設けられて鋼帯に接する胴部とからなる。本発明で用いられる超硬ロールでは、前述のヤング率及びビッカース硬さを、胴部の表面を含む表層部が備えていればよい。通常、本発明で用いるワークロールは、胴部の基材の表面に、溶射皮膜形成用材料（例えば、ＷＣ系のサーメット等）を溶射することによって作製される。ワークロールの表層部に前述したヤング率及びビッカース硬さを付与するためには、ワークロールの表面に２０μｍ以上５００μｍ以下程度の溶射皮膜を形成させればよい。また、前述したヤング率及びビッカース硬さ等を備えたワークロールの表層部も同様に、ワークロールの表面から２０μｍ以上５００μｍ以下程度の領域であればよい。尚、胴部の基材には、従来公知の材質を用いることができる。

超硬ロールの表層部（溶射皮膜）の主成分としては、例えば、タングステンカーバイト（ＷＣ）とコバルト（Ｃｏ）とが挙げられる。ＷＣが多くなればなるほど硬度が上がることになり、前述した硬性を実現するためには、ＷＣが８５重量％以上含まれることが望ましい。

また、Ｃｏは、ＷＣのバインダーとしての作用を有し、適宜含有率を調節することができる。また、ＷＣのバインダーとしては、Ｃｏ以外にもＮｉやＣｒ等を使用することもできる。

ワークロールの径が小さすぎると圧延時に荷重によってワークロールが変形してしまうという問題があり、前記径が大きすぎると圧延時にワークロールに係る荷重が過大となってしまうという問題がある。このような点を鑑みると、ワークロールの径は、３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることが好ましい。尚、ワークロールの径は、横断面における直径の長さであって、前記表層部を含んだ長さをいう。

また、ワークロールの表面の算術平均粗さ（以下、単に「表面粗さ」と称することがある。）は特に制限されないが、主な圧延対象となる高強度冷延鋼帯の表面光沢を上げるという観点からは、ワークロールの表面を平滑度の高いブライト仕上げとすることが好ましく、表面粗さを０．１μｍ以上０．８μｍ以下とすることが更に好ましい。

次に、本発明に係る調質圧延機を用いた調質圧延方法について説明する。

本発明の調質圧延方法は、特に高強度冷延鋼帯に適用すると高い効果が得られる。従来の調質圧延機を用いて高強度冷延鋼帯を圧延する際には、ワークロールの扁平により十分な伸び率を鋼帯に加えられず、調質圧延機の限界値の範囲内では十分に鋼板を矯正できないという問題があるが、本発明では高強度冷延鋼帯であっても十分に矯正することができる。高強度冷延鋼帯として、例えば強度が９８０ＭＰａ以上の鋼帯が挙げられる。尚、強度の上限は特に制限されず、１４７０ＭＰａ級以上の強度を備えた鋼帯であっても、形状矯正を行うことができる。

鋼帯に付与する伸び率は、０．２％以上であることが好ましい。伸び率が０．２％以上であると、高強度冷延鋼帯であっても十分に形状矯正を施すことができ、鋼帯の表面及び裏面を十分に平滑とすることができる。また、ワークロール（及び調質圧延機）にかかる圧延荷重を、調質圧延機が耐えうるだけの大きさ（特に、ロールベンダの安全率を考慮した限界値以内）とすることを考えると、鋼帯に付与する伸び率は０．５％以下とすることが好ましい。

（本発明例１、比較例１）
実験用の圧延機に鋼帯を通板して、所定の圧下率のもとでワークロールにかかる圧延荷重を測定した。圧延機のワークロールの外径は５００ｍｍであり、ワークロールの表面粗さは０．２μｍのブライト仕上げにて統一した。ワークロールの材質としては、ヤング率が２１０ＧＰａであり、ビッカース硬さが５５０ＨＶであるＳＵＪ２（比較例１）と、ヤング率が５５０ＧＰａであり、ビッカース硬さが１０５０ＨＶである超硬ロール（本発明例１）との２種類を用いた。また、通板材としては、ＴＳが約１４７０ＭＰａである高強度冷延鋼帯、ＴＳが約１１８０ＭＰａである高強度冷延鋼帯、及びＴＳが約３００ＭＰａであるＳＰＣＣ−ＳＢ（通常材）の３種類をそれぞれ用いた。

超硬ロールとＳＵＪ２ロールとを用いて同じ圧下率で圧延を行った際に、ＳＵＪ２ロールを用いた場合（比較例）のワークロールにかかる圧延荷重に対する、超硬ロールを用いた場合（実施例）に低減した圧延荷重の割合を算出した。結果を図２に示す。

ＴＳが１４７０ＭＰａ、１１８０ＭＰａの高強度冷延鋼帯を圧延する際には、圧下率が５％以内の軽圧下領域であっても、超硬ロール（本発明例）を用いることで顕著な圧延荷重低減効果が見られた。これにより、高強度鋼帯を軽圧下条件で圧延する場合でも、超硬ロールを用いることによって、ワークロールに係る圧延荷重を大きく低減できることが示された。また、ＳＰＣＣ−ＳＢ（通常材）を圧延する場合でも、超硬ロール（本発明例）を用いることによる圧延荷重低減効果が見られた。
（本発明例２、比較例２）
次に、冷間圧延後の、ＴＳが１１８０ＭＰａである高強度冷延鋼帯を、調質圧延機に通板して調質圧延を行った。調質圧延機のワークロールとしては、前述の本発明例１で用いたのと同様の超硬ロール（本発明例）、表面粗さが２．０μｍのダル仕上げである前述の比較例１で用いたのと同様のＳＵＪ２ロール（比較例）、及び表面粗さが０．２μｍのブライト仕上げである前述の比較例１で用いたのと同様のＳＵＪ２ロール（比較例）を用いた。比較例については、調質圧延機自体の限界値である１０００ｔｏｎｆ／ｍまで圧延荷重をかけて、鋼板の伸び率を測定し、表面形状を評価した。また、本発明例については、圧延荷重７００ｔｏｎｆ／ｍの条件で圧延を行い、同様に伸び率の測定と表面形状の評価とを行った。尚、調質圧延機のロールベンダの安全率を考慮した限界荷重（約８００ｔｏｎｆ／ｍ）よりも、本発明例における圧延荷重（７００ｔｏｎｆ／ｍ）は小さく、設備上の制限に対しても余裕があることを確認した。結果を、以下の表１に示す。

上記のように、比較例（ＳＵＪ２ロールを用いた例）では、いずれも１１８０ＭＰａの引張強度を有する高強度冷延鋼帯に、形状矯正可能な伸び率まで圧延荷重を加えることができず、形状矯正が十分に行われず表面性状は不良なままであった。一方、本発明例（超硬ロールを用いた例）では、形状矯正可能な伸び率を鋼帯に付与することができ、形状矯正を十分に行うことができ、表面性状は良好であった。

尚、同様の実験を、条件を変えて複数回行い、伸び率と圧延荷重とのトレンドをグラフにまとめたものが図３である。尚、超硬ロールについては、表面粗さが０．２μｍの例に加えて、表面粗さが０．８μｍの例についても伸び率を変えて実験を行った。比較例（ＳＵＪ２を用いた例）では、形状矯正可能な伸び率（約０．２％）を鋼帯に付与しようとすると、調質圧延機の限界荷重（約１０００ｔｏｎｆ／ｍ）や、ロールベンダの安全率を考慮した限界荷重（約８００ｔｏｎｆ／ｍ）を超える圧延荷重がかかってしまう。一方で、本発明例（超硬ロール）では、形状矯正可能な伸び率（約０．２％）を鋼帯に付与しても、ワークロールの表面粗さが０．８μｍの条件では、概ねミル限界荷重（約１０００ｔｏｎｆ／ｍ）以内に圧延荷重を抑えることができる。また、ワークロールの表面粗さが０．２μｍの条件では、ロールベンダの安全率を考慮した限界荷重（約８００ｔｏｎｆ／ｍ）以内に、圧延荷重を抑えることができる。

１ 鋼帯
２ａ、２ｂ ワークロール
３ａ、３ｂ ノズル

Claims (5)

1. ワークロールの表層部のヤング率が５００ＧＰａ以上であり、かつビッカース硬さが１０５０ＨＶ以上であることを特徴とする調質圧延機。
2. 前記ワークロールの表層部は、タングステンカーバイト（ＷＣ）とコバルト（Ｃｏ）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の調質圧延機。
3. 前記ワークロールは、ロール径が３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の調質圧延機。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の調質圧延機を用いて、０．２％以上の伸び率を鋼帯に付与することを特徴とする調質圧延方法。
5. 引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼帯を調質圧延することを特徴とする請求項４に記載の調質圧延方法。

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