JP2810563B2

JP2810563B2 - 金属板の圧延方法

Info

Publication number: JP2810563B2
Application number: JP3209259A
Authority: JP
Inventors: 淳富澤; 健益居; 龍次浜田; 正一橋本; 治宮本; 秀昭古元
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JPH0550102A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧延の制御性の高い
ロールクロス圧延法によって金属板を圧延する際に、圧
延された板材（以下、これを「圧延板」という）にねじ
れを発生させることなく形状性のよい圧延材を製造する
圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、圧延板の形状や板厚の精度に対す
る需要家の要求はますます厳しくなっている。そこで、
圧延板の板クラウンを制御するために、上下のワークロ
ールを圧延面に平行な面内で交差させて板材を圧延した
り、またはバックアップロールとワークロールを対にし
て圧延面に平行な面内で交差させて圧延する方法が注目
されている。前者のワークロールのみをクロスさせる圧
延法を「ワークロールクロス圧延」と呼び、後者のバッ
クアップロールとワークロールを対にしてクロスさせる
方法を「ペアクロス圧延」と呼ぶ。以下、これらをまと
めて「ロールクロス圧延」と記し、上下のロールを平行
にして圧延する通常の圧延方法を「平行ロール圧延」と
記す。上記のロールクロス圧延の中、特にペアクロス圧
延は鋼の熱間圧延で既に実用化され、板クラウンの制御
に大きな効果を発揮している。

【０００３】ロールクロス圧延を行う場合の問題点とし
ては、圧延板に発生するねじれがある。このねじれを防
止する発明が特開昭59−183908号公報に開示されてお
り、それにはねじれ発生の原因も記述されているので、
同公報の図を引用してこれを略述する。

【０００４】図８は、特開昭59−183908号公報から転記
したもので、(a) は、上ワークロール１と下ワークロー
ル２をそれぞれ被圧延材３に平行な面内で交差させて圧
延すると製品の圧延板４がねじれることを説明する立体
図である。ワークロール１、２の幾何学的な配置に起因
して圧延中に圧延板４の端部Ａ側が押し下げられ、反対
側の端部Ｂ側が押し上げられ、その結果圧延板４がねじ
れる。図８の(b) は、同様にロールクロス圧延を行うと
圧延板４がねじれることを説明する立体図である。図８
の(a) に示すように、ワークロール１、２の回転軸が板
材３の圧延方向Ｘと直角ではないことに起因して、圧延
板４の上面には板幅方向の剪断力F₁が発生し、圧延板４
の下面には板幅方向の剪断力F₂が発生し、その結果圧延
板４がねじれる。図８の（ａ）と（ｂ）の二つのねじれ
の方向は互いに逆向きであるが、通常の圧延条件では
（ｂ）の剪断力によるねじれの方が大きいので合成され
たねじれは零にならず、結果的に圧延板４にねじれが残
存するものと考えられている。

【０００５】熱間圧延においては、ねじれを発生させる
剪断力が圧延板に作用しても圧延後直ちに再結晶が起こ
るから、圧延のトップとボトムを除く定常部では前後方
の拘束があるため見かけ上平坦を保ちながら圧延されれ
ば残留応力が解消し、ねじれは問題にならない。しか
し、トップとボトムでは前後方からの拘束がないため、
ねじれが残ったままの製品になる。このような熱延鋼板
は、冷間圧延等の後続する工程において通板不良等の障
害を招き、トップ、ボトムを切り捨てると製品歩留りを
悪化させる。

【０００６】冷間圧延においては、圧延直後の再結晶に
よる応力解放作用を全く期待できないので、板の全長に
ねじれが発生する。特に、アズロールで圧延板を出荷す
る場合には、圧延板に捩れが存在すると商品価値がなく
なり、また、ねじれが存在する圧延材は、連続焼鈍炉等
のプロセスラインにおいて通板性を悪くし、操業上のト
ラブルの原因となる場合がある。

【０００７】特公昭59−41804 号公報には、クロスロー
ル圧延機をタンデムに配置した圧延ラインにおいて、上
下のワークロールの交差方向を圧延機順に逆にした圧延
ラインが開示されている。また、特開昭59−144503号公
報には、一対のワークロールの一つを圧延方向に直角に
配置し、そのワークロールに対して他方のワークロール
を平行な面内で傾けた圧延機群を有する圧延ラインであ
って、各圧延機のワークロールの配置を圧延機順に逆に
した圧延ラインが開示されている。しかし、これらの圧
延ラインで冷間圧延しても、圧延板の捩れの方向が圧延
スタンド毎に逆になるのみで、最終パス後には依然とし
て圧延板にねじれが存在する。従って、圧延板のねじれ
に対する本質的な解決策にはなり得ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ロールクロス圧延法
は、板クラウンを制御するのに極めて有効であるが、前
述したように圧延板にねじれを生じさせるという問題が
ある。一方、圧延板の寸法と形状の精度に対する需要家
の要求はますます厳しくなっている。

【０００９】本発明の目的は、ロールクロス圧延方式で
高い寸法、形状精度が要求される鋼板を製造するに際
し、ロールクロス圧延に特有の圧延材のねじれを比較的
簡便な方法で防止する圧延方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の圧延方法
をその要旨とする。

【００１１】『ロールクロス圧延のワークロールとして
らせん研磨ロールを使用し、ロールクロス圧延で金属板
表層に作用する板幅方向剪断力とらせん研磨ロールによ
って発生する先進域（中立点より出側）での板幅方向の
剪断力を互いに逆方向に作用させることを特徴とする鋼
板の圧延方法』本発明の圧延方法の大きな特徴の一つ
は、らせん研磨ロールを使用することにある。図１の
（ａ）はらせん研磨ロールの概念を説明する図、同
（ｂ）は従来のロール（平行研磨ロール）の概念図であ
る。なお、実際のロール表面の研磨によって付けられた
凹凸は極く微細なものであるが、これらの図では説明の
都合上、表面凹凸を誇張して描いてある。

【００１２】通常、ロールの表面研磨は、ロールを回転
させながら円筒状の砥石の側面を当てるので、研磨目は
（ｂ）図に示すようにロールの軸にほぼ直角に付く。し
かし、皿状の砥石を用い、ロール表面に砥石の底面を押
し当て、ロールと砥石の相対位置および砥石の角度、回
転速度ならびにロールの回転速度等を適当に調整すれ
ば、（ａ）図に示すように、研磨目はロール軸に対して
或る角度（これを、らせん研磨角αとし、図示のように
反時計回りの方向を正とする）をもって傾斜したものと
なる。この研磨目は微視的には断続したものであるが、
マクロ的にはロールの外周に沿ってらせん状につながっ
た形になるので、このようなロールを本発明では「らせ
ん研磨ロール」と称する。

【００１３】本発明者は、上記のようならせん研磨ロー
ルを用いて圧延を行えば圧延材に圧延方向に直角方向、
即ち、板幅方向の剪断力を生じさせることができ、この
剪断力を利用すれば、ロールクロス圧延における圧延材
のねじれを効果的に防止できることを確かめた。

【００１４】

【作用】図２は、圧延時のロールと圧延材との関係を模
式的に示す図である。図示のように板厚ｔ₁からｔ₂に
圧延される場合、ロール入側（Ａ点）での圧延材の速度
をｖ₁、出側（Ｂ点）でのそれをｖ₂とすれば、当然、
ｖ₁＜ｖ₂となる。そして、圧延材の速度ｖがロール周
速Ｖと同じになる点（Ｎ点）を中立点と呼び、この点か
ら前方（ロール出側）を先進域、後方（ロール入側）を
後進域と呼ぶ。

【００１５】図１の（ｃ）は、ロールクロス圧延の状態
を示す平面図である。このロールクロス圧延に、図１
（ｂ）の通常の平行研磨ロールを用いた場合の一つの実
験結果を以下に説明する。

【００１６】表面仕上の粗さを種々に変えて通常の研磨
を施したロール径 500mmのロール (図１の（ｂ））を用
い、厚み 3.2mm×幅1500mmの低炭素鋼をペアクロスミル
で30％の圧下率で冷間圧延を行い、圧延後の材料のねじ
れを測定した。

【００１７】なお、図１（ｃ）に示すように、ロールを
交差させた頂角の半分をθとしクロス角と呼ぶ。また、
クロス角θの正負は同図に示すように、上方から見て上
ワークロールが反時計回りで下ワークロールが時計回り
に交差する場合をθ＞０とする。また、ねじれの測定方
法としては、図４に示すように圧延材を所定の寸法Ｌに
切断し試験片５を製作した後、試験片５の一端（圧延方
向後端側）を平面度のよい治具６で固定し、圧延材先端
側の左右端の距離Ｈを測定する。その後、距離Ｈを（Ｌ
×Ｗ）で除して圧延材のねじれ率とした。すなわち、ξ
＝Ｈ／（Ｌ×Ｗ）でねじれ率ξを定義する。なお、圧延
材のねじれ率ξの正負は図４に示すように、圧延材の先
端側から見て時計方向にねじれる場合を正、反時計方向
にねじれる場合を負と定義した。

【００１８】図５は、クロス角とねじれ率との関係を、
ロール表面の粗さごとにプロットしたグラフである。図
５から明らかなように、ロールクロス圧延を行うとねじ
れが発生し、その方向は図１（ｃ）に示した剪断ねじれ
の方向となる。すなわち図１（ｃ）に示すように、ロー
ルの回転方向Ｖ_Rと板材の進行方向Ｖ_Sが異なることか
ら圧延中に板の上面にＦ₁、下面にＦ₂の剪断力が作用
することが主要因となり、ねじれが発生することにな
る。また、これらの剪断力はワークロールの表面粗さが
大きいほど大きく、従って、ねじれも大きくなる。

【００１９】次に、らせん研磨ロールを使用して、通常
の平行ロール圧延を行った実験結果を説明する。

【００２０】図３は、図１（ａ）に示すようならせん研
磨ロールを上下のワークロールとして平行圧延に使用し
た場合の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図（ロー
ル入側から見た図で、圧延材は断面を示す）である。

【００２１】先の実験と同様に、表面粗さを変えてらせ
ん研磨したロール径 500mmのワークロールを使用し、厚
み 3.2mm×幅1500mmの低炭素鋼を平行圧延 (即ち、クロ
ス角θ＝０°) で30％の圧下率で冷間圧延し、圧延後の
材料のねじれを測定した。

【００２２】図６は、ワークロールの表面粗さごとにら
せん研磨角αとねじれ率ξとの関係を示したグラフであ
る。同図からわかるように、らせん研磨ロールを使用し
て平行圧延 (クロス角θ＝０°) を行うとねじれが発生
し、ねじれはらせん研磨角が約45〜60度で最大となり、
またロール粗度が大ほど大きくなる。また、ねじれの方
向はらせん研磨角αの正負により反転することがわか
る。即ち、らせん研磨ロールを用いて圧延を行うと、圧
延中に幅方向の剪断力が圧延材の上下面に逆方向に作用
し、これらの剪断力によって圧延材にねじれが発生する
ことになる。

【００２３】図３（ａ）に上記のねじれを発生させる剪
断力を図解する。図示のように、圧延中に後進域（中立
点より入側）において圧延材の上面にはＦ₁、下面には
Ｆ₂の幅方向剪断力が作用し、先進域（中立点より出
側）において圧延材の上面にはＦ₁'、下面にはＦ₂'の幅
方向剪断力が作用する。即ち、前記図２に示したよう
に、中立点Ｎより入側の後進域では圧延材の速度ｖ₁は
ロール周速Ｖより小さいから、圧延材にはロールに向か
って引き込むような力が働き、中立点Ｎより出側の先進
域では、圧延材の速度ｖ₂はロール周速Ｖより大きいか
ら、圧延材にはロール方向に引き戻すような力が働く。
これらの方向性とロール表面のらせん状の研磨目の作用
によって、圧延材の上面には、後進域でＦ₁、先進域で
Ｆ₁'という反対方向の剪断力が生じる。同じように、圧
延材の下面には、後進域と先進域でＦ₂とＦ₂'の剪断力
が働く。図６の結果から圧延材のねじれに対しては先進
域で作用する幅方向の剪断力Ｆ₁'およびＦ₂'の影響が非
常に大きいことがわかる。したがって、ロールクロス
圧延において、上記らせん研磨ロールをワークロールと
して使用し、ロールクロス圧延で発生する剪断力Ｆ₁、
Ｆ₂とらせん研磨ロールで発生する先進域（中立点より
出側）でのＦ₁'、Ｆ₂'を逆方向に作用させることによ
り、圧延材のねじれを減少させることが可能である。

【００２４】以上の実験結果から、ロールクロス圧延に
らせん研磨ロールを使用し、ロールのクロス角（θ）と
らせん研磨の研磨角（α）とを、適正に選択すれば、圧
延材にねじれを発生させる剪断力を小さくし、更には零
にすることが可能であることがわかる。即ち、らせん研
磨ロールによるねじれと、前記ロールクロス圧延による
ねじれとを逆の方向に発生させるようにすれば、ロール
クロス圧延でねじれのない圧延材を製造することが可能
になる。

【００２５】本発明方法は、タンデムミルによる圧延だ
けでなく、１スタンドのミルによるリバース圧延にも適
用できることは言うまでもない。

【００２６】

【実施例１】表１に示す圧延条件で冷間圧延を行った。

【００２７】圧延機は４Hiのペアクロス圧延機を使用
し、ワークロールの表面粗さは0.5 〜５μm Rmaxの範囲
で変化させた。被圧延材は、表１に示す４種の鋼の各２
種の板厚の熱延鋼板である。圧下率は５〜30％の範囲で
種々に変化させた。

【００２８】得られた圧延材について、図４に示したね
じれ率ξを測定した。

【００２９】図７（ｂ）に上記によって測定した多数の
試料のねじれ率の発生頻度を示す。

【００３０】比較のために、上記とおなじ表面粗さに平
行研磨して、表１の条件でロールクロス圧延を行った試
料におけるねじれ率の発生頻度を図７（ａ）に示す。

【００３１】図７の（ａ）と（ｂ）を対比すれば明らか
なように、通常の平行研磨ロールを使用するロールクロ
ス圧延では大きなねじれが発生するのに対し、このねじ
れをらせん研磨ロールの使用によって打ち消す本発明方
法ではねじれ率が極めて小さくなっている。

【００３２】上記本発明方法によって製造した冷延鋼板
は、前記のようにねじれが殆どなく、高品質の製品であ
った。また、連続焼鈍等のプロセスラインにおける通板
トラブルも皆無となり大幅な生産性向上が達成された。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【実施例２】表２に示す条件で熱間圧延を行ったとこ
ろ、従来法で問題となっていた圧延トップ・ボトムでの
ねじれは本発明法では約40％減少し、次スタンド（次パ
ス）でかみ込み時のつっかけ等のトラブルが皆無となっ
た。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】本発明方法は、ワークロールとしてらせ
ん研磨ロールを使用するという簡単な手段で、ロールク
ロス圧延における圧延材のねじれを解消する画期的な圧
延方法である。この方法は、炭素鋼、ステンレス鋼等の
鋼板のみならずアルミニウム、銅およびそれらの合金等
の非鉄金属板の熱間圧延、冷間圧延およびその中間の温
間圧延等、あらゆる圧延に適用でき、ロールクロス圧延
の優れた形状制御機能を生かし、平坦度に優れ、かつね
じれのない圧延製品を製造する極めて実用的な技術であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明方法で使用するらせん研磨ロー
ルの説明図、（ｂ）は通常の平行研磨ロールの説明図、
（ｃ）はロールクロス圧延を説明する平面図である。

【図２】圧延時のロールと圧延材の関係を示す図であ
る。

【図３】（ａ）はらせん研磨ロールでロールクロス圧延
を行う場合の平面図、（ｂ）はその背面図（ロール入側
から見た図で、圧延材は断面）である。

【図４】圧延材のねじれの測定方法とねじれ率ξの定義
を説明する図である。

【図５】通常の平行研磨ロールでロールクロス圧延を行
った場合の圧延材のねじれ率ξとロールのクロス角θと
の関係を示す図である。

【図６】らせん研磨ロールを使用して平行圧延（クロス
角θ＝０°）を行った時のらせん研磨角αとねじれ率ξ
との関係を示す図である。

【図７】（ａ）は従来のロールクロス圧延による圧延材
のねじれ率ξの発生頻度を示す図であり、（ｂ）は本発
明の実施例における圧延材のねじれ率ξの発生頻度を示
す図である。

【図８】ロールクロス圧延において、圧延材にねじれが
発生する原理を説明する図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜田龍次大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者橋本正一広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者宮本治広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者古元秀昭広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献特開昭59−197302（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−29601（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 1/22 B21B 27/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークロールとしてらせん研磨ロールを使
用してロールクロス圧延を行い、このロールクロス圧延
で金属板表層に作用する板幅方向剪断力とらせん研磨ロ
ールによって発生する先進域（中立点より出側）での板
幅方向の剪断力を互いに逆方向に作用させることを特徴
とする金属板の圧延方法。