JP2020104134A - 圧延方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延作業を停止させることなく、連続圧延時の溶接部での破断等の発生を抑制することができる圧延方法及び装置を提供すること。【解決手段】先行材と後行材とを溶接した溶接部ＷＰを有する鋼帯Ｋを、１対のワークロール１１を有する複数のスタンドＦ１〜Ｆ５で圧延する圧延方法であって、鋼帯Ｋの定常部を目標板厚Ｄ０に圧延するとともに鋼帯Ｋの溶接部ＷＰを含む調整範囲ＲＲを目標板厚Ｄ０よりも厚い調整板厚Ｄ１に圧延するように、各スタンドＦ１〜Ｆ５のワークロール１１のロールギャップＧＰをそれぞれ調整する。【選択図】図４

Description

本発明は、先行材と後行材とを溶接してタンデム圧延機で連続圧延する圧延方法及び装置に関する。

従来から、酸洗から冷間圧延までの工程を連続して行う酸洗・冷間圧延連続ラインが知られている。この酸洗・冷間圧延連続ラインにおいては、金属板コイルの先行材と後行材とが溶接され、溶接された金属帯が連続して酸洗された後、タンデム圧延機により連続して通板される。

先行材と後行材との溶接部に対し、溶接部以外の定常部の板厚と同じ圧延条件で圧延が行われた場合、溶接部の急激な板厚変動または材質変動によって溶接部が破断することがある。そこで、金属帯の溶接部に対して基準板厚より厚くなるように圧延する方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１には、金属板の溶接部の板厚が定常部の板厚に比べて厚くなるように、ワークロールに接続されたモータの回転速度を増加させる板厚制御方法が開示されている。

特開平２−１２７９０４号公報

しかしながら、特許文献１のようにモータの回転数を増加させて溶接部の板厚を厚くする場合、溶接部の強度に対して圧延荷重やスタンド間張力が高いときには、溶接部の破断の要因となる。例えば高張力鋼の圧延時においては、圧延荷重及びスタンド間張力が高くなるため、溶接部が圧延負荷に耐えられずに破断する場合が多くなる。

このような溶接部の破断を防止するため、溶接部が圧延機を通過するときには、各スタンドにおいてワークロールのロールギャップを開放する作業が行われ、溶接部が圧延されずにワークロール通過させることが考えられる。しかしながら、ロールギャップの開放作業を行っている作業期間には圧延作業が行われずにラインが停止状態になるため、作業効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、圧延作業を停止させることなく、連続圧延時の溶接部での破断等の発生を抑制することができる圧延方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、これら課題を解決するために以下の構成を有する。
［１］ 先行材と後行材とを溶接した溶接部を有する金属帯を、１対のワークロールを有する複数のスタンドで圧延する圧延方法であって、
前記金属帯の定常部を目標板厚に圧延するとともに前記金属帯の前記溶接部を含む調整範囲を目標板厚よりも厚い調整板厚に圧延するように、前記各スタンドの前記ワークロールのロールギャップをそれぞれ調整する
ことを特徴とする圧延方法。
［２］ 前記調整板厚は、前記目標板厚の１．２〜１．３倍に設定されている［１］に記載の圧延方法。
［３］ 前記調整範囲は、複数の前記スタンド間の距離よりも長く設定されている請求項［１］または［２］に記載の圧延方法。
［４］ 先行材と後行材とを溶接した溶接部を有する金属帯を圧延する圧延装置であって、
前記金属帯を圧延する１対のワークロールをそれぞれ有する複数のスタンドと、
前記金属帯の定常部を目標板厚に圧延するとともに前記金属帯の前記溶接部を含む調整範囲を目標板厚よりも厚い調整板厚に圧延するように、前記各スタンドの前記ワークロールのロールギャップをそれぞれ調整する制御装置と、
を有することを特徴とする圧延装置。

本発明の圧延方法及び装置によれば、溶接部を含む調整範囲を目標板厚よりも厚く圧延することをロールギャップの調整によって行うことにより、高強度金属板の圧延を行う場合であっても、溶接部の溶接強度を確保して先行材と後行材との溶接部での破断等の発生を抑制しながら、作業効率を低下させずに連続して圧延を行うことができる。

本発明の圧延装置を用いた酸洗・冷間圧延連続ラインの一例を示す模式図である。 本発明の圧延装置の好ましい実施形態を示す模式図である。 定常部及び調整範囲の圧延荷重の一例を示すグラフである。 圧延装置の各スタンドにおける目標板厚及び調整板厚の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の圧延装置を利用したＰＰＣＭライン（ＰＰＣＭ；Ｐｉｃｋｌｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｌｄ Ｍｉｌｌ）の好ましい実施形態を示す模式図である。図１のＰＰＣＭラインは、例えば高張力の帯状の薄板鋼板である金属帯（以下、「鋼帯」と称する）Ｋに対し、酸洗と冷間圧延とを連続して行うものである。

ＰＰＣＭライン１は、鋼帯Ｋを巻回した鋼板コイル同士を溶接する入側設備２と、入側設備２から供給される鋼帯Ｋを酸洗いして表面のスケールを落とす中央設備３と、中央設備３において酸洗された鋼帯Ｋを圧延する圧延装置１０と、圧延装置１０により冷間圧延された鋼帯Ｋをテンションリール４Ａに巻き取る出側設備４とを備える。

入側設備２は、例えば熱間圧延されたコイル状の鋼帯Ｋを保持する複数のペイオフリール２Ａと、複数のペイオフリール２Ａから供給される鋼帯のうち、先行する鋼帯Ｋの尾端と後行する鋼帯Ｋの先端とを溶接する溶接機（ウェルダー）２Ｂとを有する。そして、溶接機２Ｂにより先行材と後行材とを溶接した鋼帯Ｋが入側設備２から中央設備３へ連続して供給される。

中央設備３は、ループセクション３Ａと、テンションレベラー３Ｂと、酸洗槽３Ｃと、トリマー３Ｄと、ループセクション３Ｅとを備える。ループセクション３Ａは、それぞれ入側設備２から供給される鋼帯Ｋをバッファし、ループセクション３Ｅはトリマー３Ｄから供給される鋼帯Ｋをバッファする。このループセクション３Ａ、３Ｅにより、入側設備２において鋼帯Ｋ同士が溶接されている期間でも、酸洗作業を継続して行うことができる。テンションレベラー３Ｂは、ループセクション３Ａから供給される鋼帯Ｋの形状矯正を行うとともに、表面スケールにクラックを入れる機能を有する。酸洗槽３Ｃは、テンションレベラー３Ｂにより形状矯正された鋼帯Ｋを酸洗し、トリマー３Ｄは、酸洗槽３Ｃにおいて酸洗された鋼帯Ｋのエッジ部をトリミングする。

図２は本発明の圧延装置の好ましい実施形態を示す模式図である。図１及び図２の圧延装置１０は、いわゆるタンデム圧延機であって、複数のスタンドＦ１〜Ｆ５と、複数のスタンドＦ１〜Ｆ５の動作をそれぞれ制御する制御装置２０とを有する。各スタンドＦ１〜Ｆ５は、それぞれ１対のワークロール１１と、ワークロール１１を支持するバックアップロール１２と、バックアップロール１２を圧下する圧下装置１３と、ワークロール１１を回転駆動させるモータ１４とを有している。

１対のワークロール１１は、互いに対向して設置されており、鋼帯Ｋが１対のワークロール１１の間に通板され圧延される。１対のワークロール１１にはそれぞれモータ１４が接続されており、モータ１４の駆動により回転し、鋼帯Ｋが通板される。圧下装置１３は、例えば油圧式シリンダもしくは電動式シリンダ等からなり、バックアップロール１２を圧下量を変更することにより、ワークロール１１間のロールギャップＧＰが変更される。

制御装置２０は、上述した圧下装置１３及びモータ１４の動作を制御するものであって、圧下装置１３およびモータ１４の制御を介して圧延後の鋼帯Ｋの板厚を制御する。特に、制御装置２０は、溶接機２Ｂにおいて溶接された溶接部の前後の板厚と、溶接部ＷＰの前後の調整範囲以外の定常部の板厚とが異なる板厚になるように、圧下装置１３を制御する機能を有する。

図３は、定常部及び調整範囲における圧延荷重の一例を示すグラフである。図３に示すように、制御装置２０は、鋼帯Ｋの定常部において、板厚が目標板厚Ｄ０になるように、各スタンドＦ１〜Ｆ５の圧下装置１３及びモータ１４を制御する。なお、定常部における板厚制御の手法については図示しない各種センサを用いた公知の技術を用いることができる。

一方、制御装置２０は、入側設備２の溶接機２Ｂによって溶接された溶接部ＷＰを含む調整範囲ＲＲが各スタンドＦ１〜Ｆ５に通板される際、定常部の目標板厚Ｄ０よりも厚い調整板厚Ｄ１になるように（Ｄ１＞Ｄ０）、ワークロール１１間のロールギャップＧＰを制御する。制御装置２０は、調整範囲ＲＲの開始位置及び終了位置をトラッキングし、調整範囲ＲＲを圧延する際のロールギャップＧＰの調整を行う。なお、調整範囲ＲＲのトラッキングは、種々の公知の手法を用いることができる。例えば、鋼帯Ｋに溶接部ＷＰ及び調整範囲ＲＲをトラッキングするためのトラッキング穴が形成されており、パンチ穴を光学的に検出して調整範囲ＲＲが検出されてもよい。あるいは、モータ１４の回転数から溶接部ＷＰ及び調整範囲ＲＲの走行位置が検知されてもよい。

そして、制御装置２０は、トラッキングした調整範囲ＲＲの開始位置から終了位置まで、圧延荷重（圧下量）を定常部の圧延荷重（圧下量）よりも小さくなるようにロールギャップＧＰを制御する。特に、調整板厚Ｄ１は、目標板厚Ｄ０の１．２〜１．３倍になるように設定されていることが好ましい。調整板厚Ｄ１が目標板厚Ｄ０の１．２倍以上であれば、金属帯の種類によらず張力に耐えることができる。一方、調整板厚Ｄ１が目標板厚Ｄ０の１．３倍以下であれば、ミル絞りによる破断等が生じない。よって、調整板厚Ｄ１は、目標板厚Ｄ０の１．２〜１．３倍になるように設定されていることが好ましい。

図４は、各スタンドＦ１〜Ｆ５における目標板厚Ｄ０及び調整板厚Ｄ１の一例を示す模式図である。図４では、板厚２．８ｍｍの鋼帯Ｋが圧延装置１０に供給され、定常部の最終的な仕上げ板厚は１．０ｍｍであり、調整板厚Ｄ１は目標板厚Ｄ０の１．２倍に設定されている場合について例示する。この場合、鋼帯Ｋの定常部の目標板厚Ｄ０は、例えば各スタンドＦ１〜Ｆ５毎に、それぞれ２．４ｍｍ、１．８ｍｍ、１．４ｍｍ、１．１ｍｍ、１．０ｍｍに設定される。制御装置２０は、鋼帯Ｋが各目標板厚Ｄ０になるように、各スタンドＦ１〜Ｆ５の圧下装置１３及びモータ１４をそれぞれ制御する。

一方、溶接部ＷＰを含む調整範囲ＲＲにおいては、調整板厚Ｄ１が各スタンドＦ１〜Ｆ５毎に、それぞれ２．５ｍｍ、２．０ｍｍ、１．６ｍｍ、１．３ｍｍ、１．２ｍｍというように設定されている。制御装置２０は、鋼帯Ｋが各調整板厚Ｄ１になるように、各スタンドＦ１〜Ｆ５の圧下装置１３をそれぞれ制御する。

ここで、制御装置２０は、調整範囲ＲＲの圧延を行うとき、板厚の増加はロールギャップＧＰの制御で行うとともに、スタンド間の張力が定常部と調整範囲ＲＲとの間で変動しないようにモータ１４を制御してもよい。つまり、調整範囲ＲＲの開始位置及び終了位置が各スタンドＦ１〜Ｆ５のいずれかの間に位置している場合、入側と出側のマスフローを略一致させる必要がある。そこで、制御装置２０は、マスフローが変化しないようにモータ１４の回転速度を制御する。例えば、調整範囲ＲＲの開始位置が第１スタンドＦ１と第２スタンドＦ２との間に位置している場合、制御装置２０は、張力変動がなく第２スタンドＦ２のマスフローが変動しないように、第１スタンドＦ１のロール速度を変更させる。

さらに、図３の調整範囲ＲＲは、溶接部ＷＰから前後へ所定の長さ分だけ延びた範囲であって、特に、各スタンドＦ１〜Ｆ５間の距離Ｌよりも長く設定されている。これは、マスフローの制約により、隣接するスタンド間の中に調整範囲ＲＲのすべてが収まることを防止して、鋼帯Ｋの弛み等の発生を抑制するためである。つまり、調整範囲ＲＲの開始位置及び終了位置は、鋼帯Ｋの板厚が変化する部分である。板厚が変化する２つの部部分が１つのスタンド間に収まってしまった場合、マスフローにより、次のスタンド間へ供給される鋼帯Ｋの長さが大きく変動し、鋼帯Ｋの垂れ込み等が発生してしまう可能性がある。そこで、調整範囲ＲＲは、各スタンド間の距離Ｌよりも長く設定することが好ましい。

上記実施形態によれば、溶接部ＷＰを含む調整範囲ＲＲを目標板厚よりも厚く圧延するようにロールギャップＧＰを制御することにより、溶接部ＷＰの溶接強度を確保して先行材と後行材との溶接部ＷＰでの破断等の発生を抑制しながら、作業効率を低下させずに連続して圧延を行うことができる。特に、鋼帯Ｋに含まれる添加元素が多い、もしくは溶接不良等の理由で溶接強度が弱く、且つ圧延負荷が高い高張力鋼同士の溶接部の連続圧延時に有効である。

すなわち、冷間圧延時の圧下率を高くして仕上げ厚を薄くすると、加工硬化によってより硬くなるため、圧延荷重が高くなる。特に、高張力鋼の圧延時は各スタンドにおいて高い圧延荷重が掛かるとともに、スタンド間に高い張力がかかり、溶接部ＷＰが圧延負荷に耐えられずミル破断に至る。

そこで、溶接部ＷＰを含む調整範囲ＲＲの調整板厚Ｄ１を目標板厚Ｄ０よりも厚く設定することによって、圧延荷重を低減させ、且つ断面積増加による単位面積あたりに掛かる張力低減によって溶接部の安定的な連続通板を行うことができる。特に、溶接部ＷＰを安定的に連続圧延することを目的としており、溶接巻きこみコイルのように、巻取機前での切断を伴わない場合においても有効である。

また、上述のように調整範囲ＲＲを調整板厚Ｄ１に圧延する際、モータ速度の変更により板厚を増加させるのではなく、圧下装置１３の制御によるロールギャップＧＰの増加により板厚を増加させる。これにより、スタンド間の張力が増加することによる鋼帯Ｋの断絶等の発生を防止することができる。

さらに、調整板厚Ｄ１が、目標定常板厚の１．２〜１．３倍に設定されているとき、マスフローの制約により、スタンド間の張力が大幅に変動して鋼帯Ｋの垂れ込み等の不具合が生じるのを防止することができる。さらに、調整範囲ＲＲが、複数のスタンド間の距離よりも長く設定されているときも、スタンド間の張力が大幅に変動して鋼帯Ｋに垂れ込み等の不具合が生じるのを防止することができる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、図１及び図２において、圧延装置１０が５段のスタンドＦ１〜Ｆ５が設置されている場合について例示しているが、スタンドの台数は問わず、例えば４段でもよいし７段でもよい。また、調整板厚Ｄ１は、目標板厚Ｄ０の所定の倍率で厚くする場合について例示しているが、倍率ではなく各スタンドＦ１〜Ｆ５において増加量ΔＤを設定してもよい。さらに、調整範囲ＲＲは、溶接部ＷＰを中心として前後に所定の長さ分だけ設定されているが、前後の長さが同一であってもよいし異なっていてもよい。

１ ＰＰＣＭライン
２ 入側設備
２Ａ ペイオフリール
２Ｂ 溶接機（ウェルダー）
３ 中央設備
３Ａ、３Ｅ ループセクション
３Ｂ テンションレベラー
３Ｃ 酸洗槽
３Ｄ トリマー
４ 出側設備
４Ａ テンションリール
１０ 圧延装置
１１ ワークロール
１２ バックアップロール
１３ 圧下装置
１４ モータ
２０ 制御装置
Ｄ０ 目標板厚
Ｄ１ 調整板厚
Ｆ１〜Ｆ５ スタンド
ＧＰ ロールギャップ
Ｋ 鋼帯
Ｌ 距離
ＲＲ 調整範囲
ＷＤ 溶接部

Claims (4)

1. 先行材と後行材とを溶接した溶接部を有する金属帯を、１対のワークロールを有する複数のスタンドで圧延する圧延方法であって、
   前記金属帯の定常部を目標板厚に圧延するとともに前記金属帯の前記溶接部を含む調整範囲を目標板厚よりも厚い調整板厚に圧延するように、前記各スタンドの前記ワークロールのロールギャップをそれぞれ調整する
   ことを特徴とする圧延方法。
2. 前記調整板厚は、前記目標板厚の１．２〜１．３倍に設定されている請求項１に記載の圧延方法。
3. 前記調整範囲は、複数の前記スタンド間の距離よりも長く設定されている請求項１または２に記載の圧延方法。
4. 先行材と後行材とを溶接した溶接部を有する金属帯を圧延する圧延装置であって、
   前記金属帯を圧延する１対のワークロールをそれぞれ有する複数のスタンドと、
   前記金属帯の定常部を目標板厚に圧延するとともに前記金属帯の前記溶接部を含む調整範囲を目標板厚よりも厚い調整板厚に圧延するように、前記各スタンドの前記ワークロールのロールギャップをそれぞれ調整する制御装置と、
   を有することを特徴とする圧延装置。

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