JP2020082163A - 調質圧延方法および鋼帯の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度の鋼帯に対しても、十分な伸び率を付与すると共に、平坦度に優れた鋼帯の製造を可能とする調質圧延方法および鋼帯の製造方法を提供する。【解決手段】直径が250mm以上350mm以下のワークロールを備える多段式圧延機により、降伏応力が650MPa以上1300MPa以下の鋼帯を調質圧延する調質圧延方法であって、多段式圧延機のバックアップロールとして、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロールとの接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたロールを使用し、当該鋼帯に0.05%以上1.0%以下の伸び率を付与する。【選択図】図1
Description
本発明は、高強度の鋼帯を調質圧延する調質圧延方法および鋼帯の製造方法に関する。
近年、鋼帯の高付加価値化に伴って、高い引張強度を有する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きいため、冷間圧延での形状制御が困難であり、冷間圧延後に鋼帯の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、冷間圧延後の高強度鋼帯に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及び焼戻しを施して製造する高強度鋼帯は、冷間圧延時に鋼帯の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鋼板を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、鋼帯に形状矯正を施して、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を用いて鋼帯を軽圧下することによって行われる。この際に、鋼帯の長手方向に張力が付与されるようにし、鋼帯に所定量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圧延荷重が高いため、調質圧延が容易に行えないという問題がある。具体的には、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、大きな圧延荷重が発生する。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、980MPa級以上の引張強度(以下、「TS」と称することがある。)では、降伏応力(以下、「YS」と称することがある。)が650MPa以上となることがあり、板厚1.0mm程度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。
上記のような問題を解消する技術を開示した文献として、例えば特許文献1及び特許文献2が挙げられる。特許文献1には、熱延鋼帯に対し、60〜120℃の温間域において、0.1/s以上の歪み速度によって調質圧延を行うことで、圧延荷重を低減させる硬質材の調質圧延技術が開示されている。また、特許文献2には、調質圧延機のワークロールの表層部に高ヤング率(500GPa以上)で高硬度の材料を適用することで、ワークロールの直径が500mm前後である通常の調質圧延機のワークロールを用いても、圧延荷重を通常よりも大幅に低減することを可能とした、TSが980MPa以上の高強度冷延鋼帯に対する調質圧延技術が開示されている。
さらに、多段式圧延機のクラウン調整を利用して形状制御を行う技術を開示した文献として、例えば特許文献3が挙げられる。通常の4段式圧延機においては、調質圧延における形状制御のアクチュエータとして、ワークロールに曲げ力を与える。特許文献3には、ワークロールベンダーだけではなく、広い範囲の形状制御能力を付与するためにバックアップロールを油圧によって膨張させることが開示されている。これはスリーブとアーバー間の油圧室における圧力を調整することで、スリーブを膨らませる方式であり、ワークロールとバックアップロール間の接触荷重を変化させることによってワークロールの軸心たわみを制御するものである。
しかしながら、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、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、圧延後の形状に悪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、上記特許文献1では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、ワークロールの表面硬度が極めて高いために、ロールを研削する際に要するコストが増加するとともに作業時間が長くなることが考えられる。調質圧延時に異物の噛み込み等によるロール疵が発生した場合には、ロール交換とロール研削が必要となるため、実操業上の運用コストが増加する恐れがある。また、ワークロールのヤング率が高くなると、ロールの弾性変形である軸心たわみと偏平変形の挙動が、通常の200GPa前後のヤング率を有する鋳鋼あるいは鍛鋼ロールなどと異なり、鋼帯の形状が不安定になりやすい恐れがある。
さらに、上記特許文献3で開示されているロールをバックアップロールに用いる場合、高強度鋼帯の調質圧延では圧延荷重が非常に高くなるために、油圧によってロールを膨張させても、圧延荷重によってスリーブに大きな凹みが発生する。その結果、所望のクラウン制御の効果を得られなくなるという問題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、高強度の鋼帯に対しても、鋼帯に十分な伸び率を付与すると共に、平坦度に優れた鋼帯の製造を可能とする調質圧延方法および鋼帯の製造方法を提供することも目的とする。
本発明は、以下を要旨とするものである。
[1] 直径が250mm以上350mm以下のワークロールを備える多段式圧延機により、降伏応力が650MPa以上1300MPa以下の鋼帯を調質圧延する調質圧延方法であって、多段式圧延機のバックアップロールとして、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロールとの接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたロールを使用し、当該鋼帯に0.05%以上1.0%以下の伸び率を付与することを特徴とする調質圧延方法。
[2] 前記多段式圧延機のワークロール表層部は、ヤング率が500GPa以上であることを特徴とする上記[1]に記載の調質圧延方法。
[3] 前記鋼帯は、降伏応力が650MPa以上980MPa未満であることを特徴とする上記[1]または[2]に記載の調質圧延方法。
[4] 前記多段式圧延機のワークロールは、直径が250mm以上300mm未満であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の調質圧延方法。
[5] 上記[1]〜[4]のいずれかに記載の調質圧延方法を用いて、鋼帯に調質圧延を行うことを特徴とする鋼帯の製造方法。
[1] 直径が250mm以上350mm以下のワークロールを備える多段式圧延機により、降伏応力が650MPa以上1300MPa以下の鋼帯を調質圧延する調質圧延方法であって、多段式圧延機のバックアップロールとして、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロールとの接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたロールを使用し、当該鋼帯に0.05%以上1.0%以下の伸び率を付与することを特徴とする調質圧延方法。
[2] 前記多段式圧延機のワークロール表層部は、ヤング率が500GPa以上であることを特徴とする上記[1]に記載の調質圧延方法。
[3] 前記鋼帯は、降伏応力が650MPa以上980MPa未満であることを特徴とする上記[1]または[2]に記載の調質圧延方法。
[4] 前記多段式圧延機のワークロールは、直径が250mm以上300mm未満であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の調質圧延方法。
[5] 上記[1]〜[4]のいずれかに記載の調質圧延方法を用いて、鋼帯に調質圧延を行うことを特徴とする鋼帯の製造方法。
本発明によれば、高強度の鋼帯を調質圧延する際に、ワークロールにかかる圧延荷重を低減しながら、鋼帯に十分な伸び率を付与すると共に、鋼帯の形状を良好に制御することができる。これにより、平坦度に優れた鋼帯の製造が可能となる。
以下、各図を参照して、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
本発明が対象とする鋼帯の降伏応力(YS)は650〜1300MPaである。降伏応力は引張強度(TS)とは区別され、いわゆるハイテンと呼ばれる高強度鋼帯は、その引張強度で呼称される場合が多いが、調質圧延における圧延荷重は低歪域における塑性加工であることから、降伏応力と対応することが多い。その際、TSが980MPa級(TS:950〜1130MPa)の高強度鋼板のYSが概ね650MPa以上、TSが1470MPa級(TS:1440〜1570MPa)ではYSが1300MPa以下となることと対応している。
本発明が対象とする鋼帯について、降伏応力が650MPa以上としているのは、降伏応力が低い場合には、従来の調質圧延機としてワークロールの直径が400〜600mm程度の4段式圧延機を用いても、十分な形状制御能力を備えており、本発明を適用する必要性が薄いからである。ただし、降伏応力が650MPa未満の鋼帯に対して本発明の手段を適用しても良好な形状制御効果が得られることは言うまでもない。一方、降伏応力が1300MPaを超えると、圧延荷重が過大となり、通常の調質圧延機の耐荷重を超えるおそれがあり、圧延機のハウジングを含めた設備更新が必要となるため経済的ではないからである。このような理由から、本発明が対象とする鋼帯の降伏応力は650〜1300MPaの範囲とした。降伏応力は980MPa未満であればより好ましい。ただし、圧延機の耐荷重が十分大きければ降伏応力が1300MPaを超える鋼帯に対しても、本発明は適用できる。
まず、図1を用いて本発明の調質圧延方法について説明する。図1は、本発明の調質圧延方法を適用する多段式圧延機として、4段式の調質圧延機の一例を示した概略図である。
一般に、調質圧延機として広く使用されているのは、4段式調質圧延機(4段式圧延機)または6段式調質圧延機(6段式圧延機)である。6段式圧延機の場合には、元々ワークロール径が比較的小径であって、調質圧延時の圧延荷重を低く抑えられるという特性がある。また、中間ロールを軸方向にシフトする機能を備えていることが多く、これにより広い形状制御範囲を確保することが可能である。
そのような理由から、本発明を実施するための多段式の調質圧延機は、一般的に使用される4段式圧延機を対象とすることが好ましい。ただし、本発明を6段式圧延機に適用することも可能であり、この場合には、より良好な形状制御性を得ることができる。
また、4段式圧延機としては、バッチ式の調質圧延機だけでなく、すでに連続焼鈍ラインや連続式溶融亜鉛めっきライン等に設置されているインライン式の調質圧延機を含む。すなわち、近年の高強度鋼帯の増加によって既存の調質圧延機では形状制御能力が不足しているものが、本発明の主な対象となる。
本発明の調質圧延方法は、直径が250mm以上350mm以下のワークロールを備える多段式圧延機により、降伏応力が650MPa以上1300Mpa以下の鋼帯を調質圧延する調質圧延方法であって、多段式圧延機のバックアップロールとして、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロールとの接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたロールを使用し、当該鋼帯に0.05%以上1.0%以下の伸び率を付与するものである。また、多段式圧延機のワークロール表層部は、ヤング率を500GPa以上とすることができる。鋼帯は、降伏応力を650MPa以上980MPa未満とすることができる。
ここでは、一例として、本発明の調質圧延方法を図1に示す4段式圧延機に適用する場合について説明する。
図1に示すように、本発明の調質圧延方法を適用する4段式圧延機は、上下に配置した一対のワークロール1(上ワークロールを1a、下ワークロールを1bとする)、ワークロール1の上下に配置した一対のバックアップロール2(上バックアップロールを2a、下バックアップロールを2bとする)、ハウジング4、上バックアップロールチョック5、および下バックアップロールチョック6を有する。4段式圧延機は、上下のバックアップロール2a、2bを軸方向に逆向きに相対移動させ、上下のワークロール1a、1bにより高強度鋼帯3(以下、鋼帯と称する場合もある)を調質圧延することで、鋼帯に伸び率を付与する。なお、詳細は後述するが、本発明のバックアップロールにはCVCロール(Continuous Variable Crown:連続クラウン可変ロール)を用いることが重要である。
本発明の調質圧延方法を適用する調質圧延機では、使用するワークロールの直径を250mm以上350mm以下とする。
通常の4段式圧延機のワークロール径は400〜600mmであるのに対して、本発明ではこれよりも小径のロールを用いる。その理由は、ワークロール径が小さいほど鋼帯との接触弧長が短くなって圧延荷重を低減できるからである。ワークロール径を350mm以下としているのは、高強度鋼帯の場合には変形抵抗が高いことに起因し、通常の調質圧延機の耐荷重の範囲内に収めるためには、ロール径をある程度小径化する必要があるからである。ロール径が350mm未満であっても、圧延荷重が増加すると形状制御アクチュエータの効果が低下するため、ワークロール径は300mm未満であればより好ましい。
一方、ワークロール径を250mm以上としているのは、ワークロールが小径になると調質圧延中にロールの水平方向たわみが増加して、ワークロールの水平たわみを防止するための抑えロールを設置しない限り、鋼帯の形状が乱れて良好な平坦度が確保できないからである。
さらに、本発明を適用する多段式圧延機に用いるバックアップロールには、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロールとの接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたものを用いる。このようなロールは一般にCVCロールと呼称されている。
CVCロールは、直接鋼帯に圧下力を伝えるワークロールに適用されるのが一般的であり、ワークロールのイニシャルロールカーブとして、2次以下の項を含む3次関数曲線または4次以下の項を含む5次関数曲線の形状を与えるのが通常である。また、一対のワークロールを軸方向にシフトすることで、その合成曲線で形成される2次曲線等の偶関数で表される左右対称のロールギャップ分布を形成し、そのシフト量を変更することによって高い形状制御能力を発揮できるものである。
このようなCVCロールをワークロールでなく、バックアップロールに用いるのは、ワークロールが小径になると、一般的に使用されるワークロールベンダーの効果が板端部のみに限定され、板幅中央部までワークロールの軸心たわみを変化させられず、形状制御能力が極めて限定されたものになってしまうからである。特に高強度鋼帯の調質圧延で圧延荷重が高い場合にその傾向が顕著となる。
したがって、本発明では、このような効果を有するCVCロールをバックアップロールに適用することが重要である。図1に示すように、上下のバックアップロール2a、2bにCVCロールを適用する場合には、上下のワークロール1a、1b間のロールギャップ分布を直接的に変化するというものではなく、ワークロール1a、1bとの接触荷重分布を変化させることによってワークロール1a、1bのたわみを変化させて上記ロールギャップ分布を変化させることになる。その際、バックアップロール2a、2bの軸方向シフト量を変更することで、ワークロールとの間の左右対称な接触荷重分布の形状を変更して、ワークロールのたわみ量を変化させることができる。なお、図1中の両矢印は、バックアップロール2a、2bの軸方向を示す。
なお、上記した従来技術である特許文献3に示される油圧によってバックアップロールを膨張させる方法も考えられるが、この方法では、圧延荷重が高い場合にスリーブに発生する凹みが大きくなって、バックアップロールのクラウン可変効果が得られにくいという問題が生じる。しかし、本発明によれば、バックアップロールとして鋳鋼や鍛鋼により中実ロールを使用することが可能であるので、ロールがへこむ(凹む)といった問題は発生せず、高い形状制御能力が得られる。
さらに、調質圧延の場合には製品の表面粗さを所定の範囲に制御する必要があり、通常、製品に応じて種々の粗さを有するワークロールを準備する必要もある。そのため、ワークロールにCVCロールを適用すると、製品に応じて種々の粗さを有するワークロールを準備する必要があり、それらのすべてに複雑なロールカーブを付与することとなり、ロール研削のためのコストが増大して経済的ではない。また、調質圧延中に発生する摩耗粉などを噛み込んで、ロール表面に微細な欠陥が生じやすく、通常の冷間圧延に比べて突発的なロール交換の頻度が高くなる。これによりワークロールに複雑な曲線形状を付与することとなり、ロール研削のためのコストが増大する要因となる。
しかしながら、本発明によれば、上述のように上下のバックアップロール2a、2bの軸方向シフト量を変更することで上下のワークロール1a、1bのたわみ量を変化させることができるため、上下のワークロール1a、1bには直線的なフラットロールを使用すればよい。その結果、従来技術と比較して、ロール研削のコストを削減できるという効果が得られる。
本発明では、このようなバックアップロールを使用することにより、高強度鋼板(高強度鋼帯)に0.05〜1.0%におけるいずれかの伸び率を付与する。調質圧延で与える伸び率が0.05%未満の場合には、鋼帯の焼き入れ時に生じる形状不良を十分矯正することができず、良好な平坦度の鋼帯を得ることができないからである。一方、伸び率が1.0%を超えると、形状矯正効果としては十分であるが、大きな塑性ひずみを与えることで、製品として伸びなどの機械的性質が劣化してしまうからである。好ましくは0.10%以上であり、好ましくは0.6%以下である。
本発明を適用する調質圧延機で使用するワークロールの材質は、例えば鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼など、一般に圧延ロールに使用されるものを適用することができる。特に、通常の冷間圧延に使用されるような高クロム鋳鉄を使用するのが、耐摩耗性に優れているため好適といえる。また、ロール表面に硬質クロムメッキなどの表面処理を施して、耐摩耗性を向上させたワークロールを用いてもよい。その際、表層部のヤング率が500GPa以上であるワークロールを用いることが好ましい。これにより、調質圧延時のロール偏平を軽減させることができ、圧延荷重をより低く抑えることができる。したがって、本発明では、上記したバックアップロール等の条件に、ワークロール表層部のヤング率を組み合わせることによって、より大きな効果を発揮することができる。
ワークロール表層部のヤング率が500GPa以上であるワークロールは、例えばその軸部を鋳鋼や鍛鋼などで構成し、外周側の胴部に、溶射被膜形成用材料としてタングステンカーバイト(WC)とコバルト(Co)からなるサーメット等を溶射した、いわゆる超硬ロールを適用することができる。特に、硬質なWCの含有量を85重量%以上含むことで、被膜のヤング率として500GPa以上のものを得ることができる。
なお、本発明を適用する調質圧延機に用いるワークロールの表面粗さは、特に規定しない。ただし、鋼帯の表面粗さとして所定の表面が形成されるように、ワークロールの表面にはショットダル加工、放電ダル加工、レーザー加工、電子ビーム加工など、製品に要求される特性に応じて種々の粗さを付与することができる。なお、本発明では、ワークロールのプロフィルとしてCVCロールのような3次以上の関数で表現される複雑な形状を付与する必要がないので、表面粗さを付与する方法に制約が課されることもない。
次に、本発明の鋼帯(高強度鋼帯)の製造方法について説明する。
本発明は、上述した調質圧延方法を用いて、鋼帯に調質圧延を行うことで鋼帯を製造する方法である。上述のように、本発明は多段式圧延機に適用できる。ここでは、一例として図1に示す4段式の調質圧延機を用いて製造する場合を説明する。
例えば、所定の成分組成を有する鋼素材を加熱後、熱間圧延を施した後、冷却し、巻取る。熱間圧延後に、冷間圧延して鋼帯3を得る。なお、冷間圧延後に焼鈍を行うこともでき、さらに焼鈍後にめっき処理を行うこともできる。さらにめっき処理後に、合金化処理を行うこともできる。図1には示していないが、通常、ワークロール1の入側にコイルの払い出し手段であるペイオフリール、ワークロール1の出側にテンションリールが配置されており、コイル状にペイオフリールに巻かれた鋼帯3が払い出されて、ワークロール1のギャップに供給される。本発明では、バックアップロール2として、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロール1との接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたCVCロールを使用する。鋼帯3はこの調質圧延機により調質圧延され、鋼帯3には0.05%以上1.0%以下の伸び率が付与される。そして、ワークロール1の出側で調質圧延後の鋼帯3はテンションリールに巻き取られる。
なお、本発明の鋼帯の製造方法に適用できる鋼成分組成は、特に限定されず、公知の成分組成の鋼を用いることができる。また、加熱および冷却の温度条件や圧延の圧下率などは、特に限定されず、公知の条件を採用することができる。
以上のように、本発明によれば、高強度の鋼帯を調質圧延する際に、従来技術では必要とされていた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、ワークロールの研削負荷を低減させ、さらに調質圧延時に圧延機のワークロールにかかる圧延荷重を低減させつつ、鋼帯に十分な伸び率を付与することができる。そして、本発明の調質圧延方法によれば、鋼帯の形状を良好に制御することができる。これにより、平坦度に優れた鋼帯の製造を可能とする。
以下、本発明の更なる理解のために実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
<実施例1>
本発明の第1の実施例として、調質圧延における高強度鋼帯の平坦度を確保できる伸長率の評価を行った結果について述べる。
本発明の第1の実施例として、調質圧延における高強度鋼帯の平坦度を確保できる伸長率の評価を行った結果について述べる。
高強度鋼帯として、降伏応力(YS)が1100MPaである鋼帯を用いて、所定の伸長率で調質圧延機を通板した際の圧延荷重を評価した。素材である高強度鋼帯は、冷間圧延後および焼鈍後に水焼入れおよび焼戻しを施したものであり、板厚は1.6mm、引張強度(TS)は1270MPaであった。
調質圧延には一般的な4段式圧延機を用いて、表1に示すワークロールをそれぞれ使用した。いずれのワークロールもストレート形状に研削し、表面粗さが0.2μmのブライト仕上げとした。条件Aおよび条件Bのワークロールは、ワークロール材質として高炭素クロム鋼を使用し、その表層部のヤング率は207GPaであった。一方、条件Cのワークロールは、鋼製軸心部の外層に、WC粉末にCoおよびNiを添加した混合粉末を焼結して形成したロールであり、その表層部のヤング率は550GPaであった。また、いずれの条件においても調質圧延は、無潤滑の条件で実施した。
調質圧延では、高強度鋼帯の伸長率(伸び率)を1.2%以下の範囲で変化させ、その際の圧延荷重(kN/mm)を測定した。その結果を図2に示す。
鋼帯の伸長率は0.05%以上を確保しないと良好な平坦度を確保できず、1.0%を超えると製品の機械的性質としての伸びが劣化するため、伸長率が0.05〜1.0%を好適な範囲とした。一方、圧延荷重は、通常の調質圧延機の耐荷重として9,800kNを想定して、最大板幅1,250mmの高強度鋼帯の調質圧延が可能な条件を限界として、板幅1mmあたりの圧延荷重(単位幅荷重)が8kN/mm以下であれば好適と判断した。
図2からは、伸長率が増加するにしたがって、圧延荷重が増加して通常の調質圧延機の耐荷重9,800kNを超える場合があることが分かる。特に、条件Aの直径500mmのワークロールを用いると、通常の調質圧延機では伸長率0.05%を確保できない。一方、条件Bのようにワークロール径を300mmまで小径化すると、耐荷重9,800kNの調質圧延機であっても伸長率を0.1%程度まで確保できることが分かる。さらに、条件Cのようにワークロールとして高ヤング率のロールを用いると、圧延荷重が大幅に低減され、0.6%程度まで伸長率を確保することができる。このようにワークロール径を通常の400〜600mm程度から、350mm以下まで小径化することによって、高強度鋼帯の平坦度を確保できる程度の伸長率を確保できることになる。
<実施例2>
本発明の第2の実施例として、調質圧延における形状制御能力の評価を行った結果について述べる。対象とした圧延機は、バックアップロールの直径が1400mmで、胴長が2000mmの4段式圧延機である。この圧延機には形状制御のためのアクチュエータとして、ワークロールベンダーが備えられており、そのベンディング力の範囲は0〜400kNである。
本発明の第2の実施例として、調質圧延における形状制御能力の評価を行った結果について述べる。対象とした圧延機は、バックアップロールの直径が1400mmで、胴長が2000mmの4段式圧延機である。この圧延機には形状制御のためのアクチュエータとして、ワークロールベンダーが備えられており、そのベンディング力の範囲は0〜400kNである。
ここでは、ワークロールの条件を表2に示すものとして、形状制御アクチュエータを変更した場合のメカニカル板クラウンの変更可能量を求めた。すなわち、メカニカル板クラウンの変更可能範囲が広いと広範な圧延条件の変化に対しても高強度鋼帯の形状を平坦に制御することが可能となり、狭い場合には形状制御能力が不足して、良好な平坦度が得られないことを意味する。
表2において、条件aは通常の調質圧延機に相当し、バックアップロールとしてストレートロールを使用したものである。一方、条件bは実施例1で記載したように、高強度鋼帯の調質圧延に好適なワークロール径として、直径300mmのものを使用し、条件aと同じバックアップロールを使用したものである。これらの条件においては、比較例としてワークロールベンディング力を0〜400kNの範囲で変更した場合のメカニカル板クラウン制御範囲を求めた。これに対して、条件cは、ワークロールとしては条件bと同じものを使用し、バックアップロールとしてCVCロールを適用し、バックアップロールの軸方向シフト位置を変更することで、バックアップロールのクラウンを実質的に0〜0.2mmの範囲で変更した。ただし、条件cの場合には、ワークロールベンディング力をゼロに固定して、CVCロールによる制御のみを用いる条件とした。
なお、対象とする高強度鋼帯は、板厚0.87mm、板幅1372mmのものを対象として、圧延荷重としては対象材の降伏応力が異なることから、圧延荷重が4,000kNから10,000kNまで変化する場合を想定した。
図3に各条件におけるメカニカル板クラウンの制御範囲を示す。図3からは、通常の調質圧延条件に相当する条件aに対して、高強度鋼帯において所定の伸長率を確保するためにワークロール径を小径化した条件bでは、メカニカル板クラウンの制御範囲が大幅に低下していることが分かる。特に、圧延荷重が高くなる条件において、その傾向は顕著となる。これは、ワークロール径が小径化して、かつ高強度鋼帯のように圧延荷重が高い条件においては、ワークロールへ曲げを与える効果が、板幅中央付近まで及びにくくなり、ワークロールベンディング力の効果が低下してしまうためである。すなわち、高強度鋼帯の調質圧延においては、条件aのようにワークロール径が大径の場合には、ワークロールベンディング力による形状制御範囲が広いものの実施例1で示したように所定の伸長率を得ることができない。一方で、所定の伸長率を得るためにワークロールを小径化した条件bでは、形状制御能力が低下してしまい、材料の変形抵抗の変動などによる外乱に対応して形状が変化すると、それを矯正して良好な形状を得るための能力が不足する、という問題がある。これに対して、条件cのようにワークロールを小径化した場合であっても、バックアップロールとして可変クラウンロールであるCVCロールを適用すると、そのシフト量の変更によって適切なバックアップロールクラウンを付与できる。このため、高荷重の条件であっても広い形状制御範囲を確保することができ、良好な平坦度の製品を得ることができる。なお、本発明のようにワークロールとして比較的小径なものを使用して、バックアップロールにCVCロールを用いる方法において、ワークロールベンダーを併用することで、より高い形状制御能力が具備されることはいうまでもない。
<実施例3>
本発明の第3の実施例として、高強度冷延鋼帯の降伏応力が650〜1300MPaの範囲のものを用いて、4段式圧延機を用いた調質圧延を種々の条件で行った。高強度冷延鋼帯の板厚は0.8〜1.2mmとし、板幅は950〜1250mmとした。本実施例では数種類の直径を有するワークロールを用いた。その材質はヤング率207GPaの高Cr鍛鋼および実施例1に示したヤング率550GPaのWC−Co超硬ロールとした。また、形状制御手段として、比較例としてワークロールベンダー、上記した特許文献3で開示されているバックアップロール内部に油圧室を備えたVCロールを使用し、本発明例としてはバックアップロールにCVCロールを適用した。
本発明の第3の実施例として、高強度冷延鋼帯の降伏応力が650〜1300MPaの範囲のものを用いて、4段式圧延機を用いた調質圧延を種々の条件で行った。高強度冷延鋼帯の板厚は0.8〜1.2mmとし、板幅は950〜1250mmとした。本実施例では数種類の直径を有するワークロールを用いた。その材質はヤング率207GPaの高Cr鍛鋼および実施例1に示したヤング率550GPaのWC−Co超硬ロールとした。また、形状制御手段として、比較例としてワークロールベンダー、上記した特許文献3で開示されているバックアップロール内部に油圧室を備えたVCロールを使用し、本発明例としてはバックアップロールにCVCロールを適用した。
本実施例で用いたバックアップロールのロールカーブを図4に示す。バックアップロールのロール半径は平均で700mmであり、ロールの胴長方向に3次曲線で表されるロール形状を付与している。これは、半径差r[mm]をロール中心からの位置x[mm]の関数として、以下で表される形状である。
ここで、本実施例において使用したロールについての係数は以下のとおりである。
C1=0.0002585
C2=-8.50×10-9
C3=-3.45×10-10
一方、下バックアップロールは図1に示すように上ロールとは反対方向(点対称)に配置され、軸方向にシフトする機構を備える。上下ロールは互いに反対方向に移動し、その最大シフト量は150mmである。
C2=-8.50×10-9
C3=-3.45×10-10
一方、下バックアップロールは図1に示すように上ロールとは反対方向(点対称)に配置され、軸方向にシフトする機構を備える。上下ロールは互いに反対方向に移動し、その最大シフト量は150mmである。
その際、実施例1で示したように、通常の調質圧延機を用いる上で好適な単位幅あたりの圧延荷重が8kN/mm以下の条件において、伸長率が0.05〜1.0%の範囲のいずれかの値を確保できる場合に「伸長率(荷重)」の判定を記号:○として、それ以外を記号:×とした。一方、「平坦度」の評価は、調質圧延機の出側に配置された形状検出データから、各形状制御アクチュエータを変更して、鋼帯の平坦度を急峻度として1.0%以下に制御できた場合に判定を記号:○と評価して、できなかった場合を記号:×と評価した。
その結果を表3に示す。表3からは降伏応力が高い(YSが1280MPa以上)条件(No.1〜19)において、ワークロール径を小径化して、形状制御手段としてバックアップロールにCVCロールを用いた場合(No.2、3、6、7、10、11)に、良好な結果を示していることが分かる。一方、その条件において形状制御手段としてワークロールベンダーを用いた条件(No.4)では形状制御能力が不足したために、満足な平坦度を得られなかった。また、VCロールを用いた条件(No.5)ではバックアップロールを油圧で膨張させる方式であり、圧延荷重が高い条件ではバックアップロールに凹みが生じて良好な平坦度を得ることができなかった。なお、ワークロール径として、直径235mmの条件(No.1)では十分な伸長率が確保できるものの、平坦度が乱れて良好な結果が得られなかった。これは、ワークロールの水平方向のたわみが過大となり、その影響によって鋼帯の形状が不安定になったためと推測される。
また、表3からは降伏応力が低い(YSが1280MPa未満)条件(No.20〜34)においては次の通りである。ワークロール径を小径化して、形状制御手段としてバックアップロールにCVCロールを用いた場合(No.21、22、24〜34)に、良好な結果を示していることが分かる。その条件において形状制御手段としてワークロールベンダーを用いた条件(No.23)では形状制御能力が不足したために、満足な平坦度を得られなかった。なお、上記と同様に、ワークロール径が直径235mmの条件(No.20)では十分な伸長率が確保できるものの、平坦度が乱れて良好な結果が得られなかった。
1 ワークロール
1a 上ワークロール
1b 下ワークロール
2 バックアップロール
2a 上バックアップロール
2b 下バックアップロール
3 高強度鋼帯
4 ハウジング
5 上バックアップロールチョック
6 下バックアップロールチョック
1a 上ワークロール
1b 下ワークロール
2 バックアップロール
2a 上バックアップロール
2b 下バックアップロール
3 高強度鋼帯
4 ハウジング
5 上バックアップロールチョック
6 下バックアップロールチョック
Claims (5)
- 直径が250mm以上350mm以下のワークロールを備える多段式圧延機により、降伏応力が650MPa以上1300MPa以下の鋼帯を調質圧延する調質圧延方法であって、
多段式圧延機のバックアップロールとして、各々が軸方向に逆向きに相対移動することによってワークロールとの接触荷重分布が変化するイニシャルロールカーブが形成されたロールを使用し、
当該鋼帯に0.05%以上1.0%以下の伸び率を付与することを特徴とする調質圧延方法。 - 前記多段式圧延機のワークロール表層部は、ヤング率が500GPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の調質圧延方法。
- 前記鋼帯は、降伏応力が650MPa以上980MPa未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の調質圧延方法。
- 前記多段式圧延機のワークロールは、直径が250mm以上300mm未満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調質圧延方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の調質圧延方法を用いて、鋼帯に調質圧延を行うことを特徴とする鋼帯の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018223208A JP2020082163A (ja) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | 調質圧延方法および鋼帯の製造方法 |
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