JP2020104123A - 金属帯の圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、金属帯の冷間圧延において走変を行う際に、ロールギャップおよびロール周速等の圧延条件の変更に伴う張力変動が原因で発生する板破断および絞込みの発生率を低減させると共にそれに伴う歩留の低下を防止する、圧延方法の提供。【解決手段】式（２）を満たす板厚変更量（Ｔ／ｔ）にて金属帯を冷間圧延するに際し、圧延機を停止することなく圧延機出側の目標板厚を先行材から後行材に変更する場合において、先行材と後行材の間に、下記式（１）を満たす目標板厚Ｔｍ（ｍｍ）を有し、圧延機入側板厚に対する冷圧率Ｒｍが式（３）を満たす中間部分を有する金属帯の圧延方法。０．３５≦ｔ＜Tm＜T≦３．４０・・・・（１）、１．３５≦T／ｔ≦１．８５・・・・・・・（２）、Ｒm≦Ｒmax・・・・・・・・・・・・・（３）【選択図】図２

Description

本発明は、鋼帯の冷間圧延において、圧延機を停止することなく圧延機出側の板厚（以下、目標板厚）を変更する、いわゆる走間板厚変更（以下、走変）する場合の板厚変更方法に関するものである。

熱延鋼帯等の金属帯を冷間圧延する場合、先端部及び後端部の非定常部における板厚変動に起因する歩留の低下の防止及び設備稼働率と圧延能率（一定時間内に圧延できる質量）の向上等を目的として、圧延機入側にて金属帯を順次接続して連続して圧延機に装入し、圧延機出側にて走間にて剪断することにより、圧延機を停止することなく圧延する方法がある。この場合、走変時には圧延機の上下圧延ロール間の間隙（以下、ロールギャップ）および圧延ロールの周速を適切に変更することにより目標板厚を逸脱する部分の最小化を図る必要があるが（特許文献１）、ロールギャップを制御する圧下システム（一般的に油圧圧下システム）およびロール周速を制御するモータ制御システムの動作速度は有限であり、かつ金属帯と圧延ロールとの間の摩擦係数の変動も発生し、これを原因として圧延ロール前後に張力変動が発生する。特に、変更前後の板厚の差が大きいときにはこの板厚変動も大きくなり、圧延ロールを有する圧延機（スタンド）を直列に配置した多段冷間圧延機（タンデムミル）においては、スタンド間の張力が過大となることによる板破断、あるいは過小となることによる絞込み（鋼帯が幅方向に重なり合って圧延ロールに噛み込む現象）が発生し、操業の中断、圧延ロールの損傷、欠陥の発生等の損害を招く。

前記走変を行う長手方向の位置は、１つの金属帯の長手方向内部の位置とする場合と、入側にて異なる金属帯を接続した溶接部とする場合とがある。圧延機での圧延前後の板厚変化率（以下、「冷圧率」）に制限があるため入側板厚が出側板厚に依存すること、目標板厚の変更が材質（成分）の変更も伴うことが多いこと等により、多くの場合、走変を行う位置は前記溶接部となる。この場合、入側および出側の板厚の変更、材質の変更により、前記張力変動は更に大きなものとなる。

特許文献２では、目標板厚変更点が溶接部である場合において、溶接部が圧延ロールに到達する前に前記ロールギャップの変更を行う事により前記張力変動を減少させる方法が提案されている。

特許文献３では、先行鋼帯目標板厚から後行鋼帯目標板厚への板厚変更時に生じる板厚傾斜部分（テーパ部）に溶接部が含まれないようにすることにより、溶接部の前記張力変動を低下させる方法が提案されている。

しかし、特許文献２および特許文献３はいずれも先行金属帯から後行金属帯への走変を一度で行うものであり、板厚変更量が大きい場合には前記張力変動の低減が充分ではなく、スタンド間の張力が過大となることによる板破断、あるいは過小となることによる絞込みが発生する可能性が高い。

特公昭48-17145 特開昭60-221109 特許第5807499号

本発明は、金属帯の冷間圧延において走変を行う際に、ロールギャップおよびロール周速等の圧延条件の変更に伴う張力変動が原因で発生する板破断および絞込みの発生率を低減させると共にそれに伴う歩留の低下を防止することを課題とする。

前記課題達成に対して、下記のように走変を２段階に分けて行うことが有効であることを見出した。加えて、走変時のスタンド間張力を制御することにより更なる効果が認められることが判った。
〔１〕式（２）を満たす板厚変更量（Ｔ／ｔ）にて金属帯を冷間圧延するに際し、圧延機を停止することなく圧延機出側の目標板厚を先行材から後行材に変更する場合において、先行材と後行材の間に、下記式（１）を満たす目標板厚Ｔｍ（ｍｍ）を有し、圧延機入側板厚に対する冷圧率Ｒｍが式（３）を満たす中間部分を有する金属帯の圧延方法。

０．３５≦ｔ＜Tm＜T≦３．４０ ・・・・（１）
１．３５≦T／ｔ≦１．８５ ・・・・・・・（２）
Ｒm≦Ｒmax ・・・・・・・・・・・・・（３）
ここで、ｔ ：先行材と後行材の目標板厚のうち薄い方の目標板厚（ｍｍ）
Ｔ ：先行材と後行材の目標板厚のうち厚い方の目標板厚（ｍｍ）
Ｔｍ：中間部分の目標板厚（ｍｍ）
Rｍ＝（中間部分の圧延機入側板厚−Tm）／中間部分の圧延機入側板厚
×100（％）
Ｒmax：ＲｔとＲＴのうち大きい方（％）
Ｒｔ＝（ｔin−ｔ）／ｔin×100（％）
ＲＴ＝（Ｔin−Ｔ）／Ｔin×100（％）
ｔin ：目標板厚ｔの部分の圧延機入側板厚（ｍｍ）
Ｔin ：目標板厚Ｔの部分の圧延機入側板厚（ｍｍ）
〔２〕前記Ｔｍが更に下記式（４）を満たす前記〔１〕記載の金属帯の圧延方法。

（Ｔ＋ｔ）／２−０．１≦Tm≦（Ｔ＋ｔ）／２＋０．１ ・・・（４）
〔３〕前記中間部分の長手方向の長さＬ（ｍ）が下記式（５）を満たす〔１〕または〔２〕に記載の金属帯の圧延方法。

Ｌmin≦Ｌ≦Ｌmin×２ ・・・（５）
ここで、Ｌmin：（Ｄ×Ｔin／Ｔ）と（Ｄ×ｔin／ｔ）のうち大きい方（ｍ）
Ｄ ：圧延機の１スタンドと２スタンドの間の距離（ｍ）
〔４〕冷間タンデム圧延機において、目標板厚変更点が第一スタンド圧延ロールに噛み込んだ時から、最終スタンド圧延ロールを通過する時の間、各スタンド間の金属帯単位断面積当りの張力σ(ｎ)を式（６）のように制限する前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の金属帯の圧延方法。

σ_０(ｎ)×０．９２≦σ(ｎ)≦σ_０(ｎ)×１．１５ ・・・（６）
ここで、σ(ｎ)：(ｎ-1)スタンドとｎスタンドの間の金属帯単位断面積当りの張力（ＭＰａ）
σ_０(ｎ)：(ｎ-1)スタンドとｎスタンドの間の金属帯単位断面積当りの設定張力
（ＭＰａ）
ｎ＝２以上Ｎ以下の整数
Ｎ＝圧延機のスタンド数

本発明により、金属帯の冷間圧延において走変を行う際に、ロールギャップおよびロール周速等の圧延条件の変更に伴う張力変動が原因で発生する板破断および絞込みの発生率を低減させると共にそれに伴う歩留の低下を防止することができた。

連続多段冷間圧延機（連続タンデムミル）を示す図である。 (a)従来の走間板厚変更および張力変動例を示す図である。

(b)本発明の走間板厚変更および張力変動例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ここで圧延に供される金属帯は一例として熱延鋼帯とするが本発明はこれに限定されるものではない。

図１は連続タンデムミルの一例である。入側には熱延鋼帯を連続タンデムミルに供給するための払い出しリール（以下、ＰＯＲ）があり、一方のＰＯＲ１ａから払い出される熱延鋼帯２ａを圧延中に他方のＰＯＲ１ｂに、熱延鋼帯２aに続く熱延鋼帯２ｂが装入される。ＰＯＲ１ａからの熱延鋼帯２ａの払い出しが完了すると、溶接機３にて熱延鋼帯２ａの後端部と熱延鋼帯２ｂの先端部が溶接される。溶接部の圧延機内部における長手方向の位置情報は、例えば溶接機３にて溶接と同時に溶接部近傍の鋼帯に開けた貫通孔を溶接機３〜圧延機７の間にて光学的手段による検出装置４にて検知し、この検知位置と、熱延鋼帯（２ａ、２ｂ）を圧延機７に搬送するブライドルロール６の回転数を基に演算装置８により算出される。尚、溶接部位置情報の特定はこの方法に限定されるものではない。当該溶接部位置情報は制御装置９に提供され、走変時に目標板厚変更位置の制御に用いられる。

ルーパ５は、圧延機に供給される熱延鋼帯を予め蓄えておき、熱延鋼帯２ａと２ｂの溶接時に両者が溶接機３において停止するときに、ルーパ５の全長を短くすることにより前記停止時間に圧延されるべき熱延鋼帯を圧延機４に供給する。

圧延機７においては、前記制御装置９からの指令により、溶接部の通過を追従して各スタンド毎に、圧下装置１０により圧延ロール１１の板厚方向位置を制御することによりロールギャップを制御し、圧延モータ１２により圧延ロール１１の回転数を制御することにより圧延ロール１０の周速を制御する。これにより指定された位置にて指定された板厚に圧延することが可能となる。

尚、走変を溶接部以外の位置で行いたい場合は、その位置を溶接機３にて停止し、前記貫通孔を開ければよい。

上記圧延機７における走変の方法については、例えば、特許文献１または特許文献２に提案されている方法があるが、特にこれらに限定されるのもではなく、所定の板厚を有する部分が所定の長さを有するように圧延されればよい。

圧延機７の出側には板厚測定装置１３がありここで測定された板厚が目標板厚となるように各スタンドのロールギャップおよび圧延ロール周速が制御される。

走変後は、出側の剪断装置１４にて所望の位置にて切断する。

尚、上記実施形態においては、板厚変更点が溶接部であるため、先行鋼帯（先行材）は２aであり、後行鋼帯（後行材）は２ｂである。

先行鋼帯の目標板厚と後行鋼帯の目標板厚の差が小さい場合は、前記走変は１回で行う事が可能であるが、大きい場合にはスタンド間の張力が過大となることによる板破断、あるいは過小となることによる絞込み（鋼帯が幅方向に重なり合って圧延ロールに噛み込む現象）が発生し、操業の中断、圧延ロールの損傷、欠陥の発生等の損害を招く。

これを防止するためには、走変時に、先行鋼帯と後行鋼帯の間に、目標板厚がＴｍである前記中間部分を設け、２回の走変で目標板厚を変更（以下、２段階走変）することにより、１回当りの板厚変更量を小さくして張力変動を減少し、前記板破断および絞込みを防止することが有効である。

一方、前記２段階走変にて発生する中間部分は製品として要求される板厚ではないため、次工程以降で廃棄することとなり歩留の低下を招く。従って前記２段階走変は、先行鋼帯と後行鋼帯の板厚の差が大きい場合に適用すべきである。

下記に示す制限に用いるＴｍ、Ｌ、σ（ｎ）は、圧延機を制御する計算機内で事前にかつ自動的に計算され、圧延機に提供される（充足する値が無い時は警告等により事前に作業者に知らされる）。
具体的方法を以下に示す。
〔１〕本発明を適用する板厚の範囲は以下の式（１）の範囲とする。

０．３５≦ｔ＜Tm＜T≦３．４０ ・・・・（１）
ここで、ｔ：先行材と後行材の目標板厚のうち薄い方の目標板厚（ｍｍ）
Ｔ：先行材と後行材の目標板厚のうち厚い方の目標板厚（ｍｍ）
板厚変更量（Ｔ／ｔ）を下記式（２）範囲と規定するため、ｔが０．３５より薄い場合は変更量の絶対値が小さく張力変動が小さいため、２段階走変は必要ではない。又、Ｔが３．４０より厚い場合は、鋼板の破断は発生しにくく、かつ絞込みも発生しないので本発明の適用は必要としない。尚、ＴｍがｔとＴの間の値であることは、張力変動を減少が目的である本発明の趣旨から明らかである。

２段階走変を適用するＴ／ｔの範囲は以下の式（２）を満たす範囲とする。

１．３５≦T／ｔ≦１．８５ ・・・・（２）
Ｔ／ｔが１．３５より小さい場合は予期される張力変動が小さいため2段階走変の必要性は小さく、２段階走変の適用は中間部分の発生により却って歩留の低下を招くため、本発明を適用すべきではない。Ｔ／ｔが１．８５より大きい場合は、目標板厚の変更量が大きすぎるため、本発明を適用してもなお張力変動が大きいため、板破断等の発生率の低下が期待できない。このような場合は、鋼板の装入順の変更等により間に式（２）を満たす被圧延材を装入することにより板破断等を回避することが望まれる。

冷間圧延において、圧延前後の板厚の変化量は一般的に「冷圧率」と呼ばれ、
（圧延前の板厚−圧延後の板厚）／圧延前の板厚×１００（％）
で定義される。冷圧率の増加は圧延荷重の増加や圧延ロールの撓みの増大の原因となり、板形状の悪化、張力変動を引き起こすため、極力避けるべきである。本発明においては、中間部分の冷圧率Ｒｍをその前後の部分の冷圧率以下とする必要があるため、下記式（３）を規定する。

Ｒm≦Ｒmax ・・・・・・・・・・・・・（３）
〔２〕中間部分の板厚Ｔｍは、Ｔ又はｔ近傍の値とすると本発明の効果が充分ではないため、下記式（４）の範囲とすることがより好ましい。

（Ｔ＋ｔ）／２−０．１≦Tm≦（Ｔ＋ｔ）／２＋０．１ ・・・（４）
〔３〕中間部分の圧延機出側における長手方向の長さＬ（ｍ）が下記式（５）を満たすことが好ましい。

Ｌmin≦Ｌ≦Ｌmin×２ ・・・（５）
これは、ＬがＬminよりも短いと1回目の走変部分が１スタンドと２スタンドの間にあるときに２回目の走変を行うことになるため、これに起因する破断、絞込み等のトラブル発生の可能性を小さくするためである。又、ＬをＬmin×２より長くすると製品とできない中間部分の長さが長くなり、大きな歩留の低下を招くため、Ｌmin×２を上限とする。
〔４〕通常、冷間タンデム圧延機において、各スタンド間の金属帯単位断面積当りの張力は、過小による絞込みの防止、過大による板破断の防止をねらい、一定の範囲内に制御されている。張力の測定は各スタンド間に設置された補助ロールにて圧延中の金属帯から加わる力を測定し、この力と測定点における金属帯の断面積から算出する。制御方法は、通常、張力の上限値および下限値を設定し、これを超える場合に各スタンドのロールギャップ又は圧延ロールの回転数を調節することで、張力の値が前記上下限の範囲内に入るようにして制御する。

本発明においては、各スタンド間の張力を以下の式（６）のようにすることで、張力の過小による絞込み、過大による板破断をさらに減少することができる。

σ_０(ｎ)×０．９２≦σ(ｎ)≦σ_０(ｎ)×１．１５ ・・・（６）
これは、走変時以外は下記式（７）のように制御している張力の上下限の範囲を広い範囲とすることにより板破断をさらに減少することができるからである。

σ_０(ｎ)×０．９５≦σ(ｎ)≦σ_０(ｎ)×１．１０ ・・・（７）
これは走変時に張力制御を厳格管理ことによる制御系のオーバーアクションを防止するためである。

図２は走変時の張力変動の状況一例を示す。

上の図は本発明を適用せず、１回の走変にて目標板厚を先行材の目標板厚から後行材の目標板厚に変更した場合であり、大きな張力変動を伴っている。下の図は本発明を適用した場合であり、先行材と後行材の間に中間部分を設けることにより張力変動が低減されている。

本発明を適用する前の絞込みおよび板破断の発生率（以下、発生率）と歩留をベースとして本発明適用後による効果を表１に示す。

請求項１（式(１)〜式（３））でも従来と比較して効果が認められるが、式（４）〜（６）の条件充足により効果は大きくなる。

１a 払い出しリール（ＰＯＲ）
１b 〃
２a 熱延鋼帯
２b 〃
３ 溶接機
４ 孔検出装置
５ ルーパ
６ ブライドルロール
７ 圧延機
８ 演算装置
９ 制御装置
１０ 圧下装置
１１ 圧延ロール
１２ 圧延モータ
１３ 板厚測定装置
１４ 剪断装置

Claims (4)

1. 式（２）を満たす板厚変更量（Ｔ／ｔ）にて金属帯を冷間圧延するに際し、圧延機を停止することなく圧延機出側の目標板厚を先行材の目標板厚から後行材の目標板厚に変更する場合において、先行材と後行材の間に、下記式（１）を満たす目標板厚Ｔｍ（ｍｍ）を有し、圧延機入側板厚に対する冷圧率Ｒｍが式（３）を満たす中間部分を有する金属帯の圧延方法。
   ０．３５≦ｔ＜Ｔｍ＜Ｔ≦３．４０ ・・・・（１）
   １．３５≦Ｔ／ｔ≦１．８５ ・・・・・・・（２）
   Ｒｍ≦Ｒｍａｘ ・・・・・・・・・・・・・（３）
   ここで、ｔ ：先行材と後行材の目標板厚のうち薄い方の目標板厚（ｍｍ）
   Ｔ ：先行材と後行材の目標板厚のうち厚い方の目標板厚（ｍｍ）
   Ｔｍ：中間部分の目標板厚（ｍｍ）
   Rｍ＝（中間部分の圧延機入側板厚−Tｍ）／中間部分の圧延機入側板厚
   ×100（％）
   Ｒｍａｘ：ＲｔとＲＴのうち大きい方（％）
   Ｒｔ＝（ｔｉｎ−ｔ）／ｔｉｎ×100（％）
   ＲＴ＝（Ｔｉｎ−Ｔ）／Ｔｉｎ×100（％）
   ｔｉｎ ：目標板厚ｔの部分の圧延機入側板厚（ｍｍ）
   Ｔｉｎ ：目標板厚Ｔの部分の圧延機入側板厚（ｍｍ）
2. 前記Ｔｍが更に下記式（４）を満たす請求項１記載の金属帯の圧延方法。
   （Ｔ＋ｔ）／２−０．１≦Ｔｍ≦（Ｔ＋ｔ）／２＋０．１ ・・・（４）
3. 前記中間部分の圧延機出側における長手方向の長さＬ（ｍ）が下記式（５）を満たす請求項１または２に記載の金属帯の圧延方法。
   Ｌｍｉｎ≦Ｌ≦Ｌｍｉｎ×２ ・・・（５）
   ここで、Ｌｍｉｎ：（Ｄ×Ｔｉｎ／Ｔ）と（Ｄ×ｔｉｎ／ｔ）のうち大きい方（ｍ）
   Ｄ ：圧延機の１スタンドと２スタンドの間の距離（ｍ）
4. 冷間タンデム圧延機において、目標板厚変更点が第一スタンド圧延ロールに噛み込んだ時から、最終スタンド圧延ロールを通過する時の間、各スタンド間の金属帯単位断面積当りの張力σ(ｎ)を式（６）のように制限する請求項１〜３のいずれかに記載の金属帯の圧延方法。
   σ_０(ｎ)×０．９２≦σ(ｎ)≦σ_０(ｎ)×１．１５ ・・・（６）
   ここで、σ(ｎ)：(ｎ-1)スタンドとｎスタンドの間の金属帯単位断面積当りの張力（ＭＰａ）
   σ_０(ｎ)：(ｎ-1)スタンドとｎスタンドの間の金属帯単位断面積当りの設定張力
   （ＭＰａ）
   ｎ＝２以上Ｎ以下の整数
   Ｎ＝圧延機のスタンド数