JP3287687B2 - 鋼材の冷間圧延に際しての圧延油の調整方法 - Google Patents

鋼材の冷間圧延に際しての圧延油の調整方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼板の冷間圧延あるい
は調質圧延においてワークロールと鋼材との間の潤滑あ
るいはロール表面の洗浄に使用する圧延油、とくに、高
速度で圧延する場合あるいはステンレス、電磁鋼板のよ
うな特殊鋼の高変形抵抗を有する鋼板の冷間圧延時に使
用する圧延油の制御、とくに、圧延油中のクーラントの
濃度と供給量の調整に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼材の冷間圧延においては、圧延用潤滑
油の摩擦係数と圧延速度との関係は、圧延速度の増大に
よるロール表面に形成される油膜厚みの増加によって摩
擦係数が低下し、他方圧延速度の増大による発熱量の増
加によって油膜性状の変化により摩擦係数は増大すると
いう2つの要因による低下と増大の現象があることが知
られており、一定の圧延速度までは、低速度域で摩擦係
数は最大値を示し、その後は、圧延速度の増大に伴って
低下するという現象を示す。
【0003】この背景の中で、圧延用潤滑油による潤滑
の調整について、濃度面での高価な圧延油の含有量を極
力低くした圧延油濃度を設定し、クーラント供給量を必
要最小限に抑制して実施する必要がある。
【0004】圧延油の濃度の決定においては、低い圧延
速度領域における最大摩擦係数以下で、且つ近い範囲を
とる濃度で設定されることとなる。
【0005】一方、クーラント量の供給調整方法につい
て大別すると、速度に拘わらず一定の供給量で運転する
圧延機と、圧延速度の増加に伴って供給量を増大できる
圧延機とに区別できる。
【0006】この速度増加に伴いクーラントの供給量を
増大する圧延用潤滑油の供給方式として、本願の出願人
は、従来から種々の方式を提案した。例えば特公昭63
−124号公報においては、2つ以上のスタンド群別に
圧延油のクーラント濃度変更を迅速に行えるように、各
スタンド毎に圧延油と温水の混合を圧延油ヘッダーの直
前で行うことを開示している。
【0007】また、特開平4−4916号公報において
は、クーラントを再使用のために循環する循環系配管に
複数のクーラント貯蔵タンクを設け、圧延に使用したク
ーラントを濃度別に回収する配管をこれらのクーラント
貯蔵タンクと連結し、それぞれのタンクで所定濃度に調
整したクーラントの専用供給系からバルブ調整によって
所定濃度のクーラントを選択的に供給することを開示し
た。
【0008】しかしながら、再循環系の冷間圧延におい
て、ステンレス鋼板あるいは電磁鋼板のような高変形抵
抗材を薄手に圧延するためには最小板厚限界に対応する
ために、また、高速度で冷間圧延する上では、圧延され
る板温度の上昇に伴う油膜強度の低下に対応して圧延荷
重を下げてヒートスクラッチ発生を防止するためにも圧
延時の摩擦係数を小さくする必要があり、使用する圧延
油そのものも限定される。
【0009】そのため、このような高変形抵抗材の圧延
あるいは高速度圧延に対する圧延油としては、特願平3
−200372号出願のように、板への付着量を上げる
べく40℃における粘度150cst以上の合成エステ
ルをベース油とする高粘度の圧延油を使用することとな
り、クーラントでの潤滑条件設定としては、低速度域で
の摩擦係数を小さくするため比較的高い濃度を設定し、
クーラント量を低速度域より増大して圧延する手段がと
られる。
【0010】ここで、圧延速度と摩擦係数が従来の知見
と同じく低速度域で最大の摩擦係数を示し、圧延速度の
増大で減少する挙動を示せば、単に比較的高い濃度の高
粘度圧延油を大量に使用するコスト負荷の問題で済む。
【0011】しかし、このような高粘度圧延油での圧延
では、従来とは異なる圧延速度−摩擦係数の挙動を示す
ため、中間速度域での潤滑不足域・高速度域での潤滑過
多に起因するチャタリングのトラブルが発生する問題が
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明において解決す
べき課題は、かかる高粘度の圧延油を用いて高変形抵抗
材を薄手に圧延するに当たってのクーラント添加量を最
適条件に調整するための方策を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステンレスの
ような高変形抵抗を有する特殊鋼をタンデム冷間圧延に
際して、高粘度の圧延油を使用した場合、圧延速度が、
300〜700mpmの範囲の中間圧延速度範囲で、圧
延油の摩擦係数は極大となるという従来と異なる圧延速
度と摩擦係数の挙動を示すという新規な知見に基づいて
完成した。
【0014】すなわち、本発明は、中間速度領域に存在
する最大摩擦係数を低下させる圧延油の濃度設定を行
い、しかも、過潤滑によるスリップを発生する最小摩擦
係数以上の状態に調整する潤滑条件を設定するもので、
40℃における粘度150cst以上の圧延油を用いて
最終圧延スタンドの変形抵抗が80kg/mm2 以上で
ある鋼板を0.5mm以下に冷間圧延するに際しての圧
延油の調整方法であって、圧延速度が、0〜2000m
pmの範囲内で、鋼材を冷間圧延するための圧延速度の
変化に伴う圧延油の摩擦係数の変化の程度によって、圧
延速度域を低速度域と中間速度域と高速度域とに分け、
圧延速度の前記中間速度域における最大摩擦係数領域に
おいて圧延油の摩擦係数を許容最大値に調整したのち、
前記中間速度域を通過したとき、圧延油の摩擦係数を低
下させる。
【0015】圧延速度の変化に伴う圧延油の摩擦係数を
前記中間速度域を許容最大値に調整する手段としては、
クーラントの供給量を特定条件の下で増大する手段を採
用し、その中間速度域を出た高速域においてはクーラン
トの供給量を減少させることによって圧延油の摩擦係数
の低下に対応させる手段を採用できる。
【0016】その他に、圧延油の摩擦係数を調整する手
段として、ロール径、ロール粗度、圧下率、張力の調整
等の手段があるが、設備、圧延材の特性等からその調整
範囲には限界がある。
【0017】クーラントの供給量を特定条件の下で増大
するための具体的な手段としては、中間の圧延速度域に
おいて、クーラント流量を増加して冷間圧延時のリサキ
ュレーション用の圧延油濃度を1%以上にし、且つ、ク
ーラント温度を40〜75℃の範囲とし、クーラントの
エマルジョン中心粒径を3〜10μとした条件下で調整
するのが実用上好ましい。
【0018】
【作用】高粘度の圧延油を使用した場合の、圧延油の摩
擦係数は極大化を示す中間圧延速度範囲のみを圧延油の
摩擦係数を低減する手段を講じることによって、クーラ
ントの配合を最も少なくして経済的な圧延が可能とな
る。
【0019】
【実施例】図1は、本発明をクーラントを循環使用する
タイプのタンデム圧延機に適用したクーラントの配合量
制御システムを示す。
【0020】同図において、各スタンド11 〜15 に供
給された圧延油は、回収配管2からダーティタンク3に
回収され、その中に含まれるクーラントはポンプ4、フ
ィルター5を経て、クリーンタンク6に貯蔵され、制御
機構7によってスプレーポンプ8によって各スタンドへ
の圧延油供給配管9に供給される。制御機構7は、圧延
材の材質、板厚、板幅、最高圧延速度に基づく圧延速度
とクーラントの流量を入力する入力機構71と、圧延速
度とクーラントの流量との関係パターンと入力との比較
を行う比較機構72と、この比較によってクーラント供
給量を制御する制御装置73と、これをスプレーポンプ
8に伝えるモータ74とからなる。
【0021】図2は、図1において圧延速度とクーラン
トの流量との関係パターンを得るための圧延油の摩擦係
数と圧延速度との基本パターンを示す。
【0022】同図に示すパターンは、クーラントとして
40〜75℃の適用温度範囲に調整し、エマルジョンの
中心粒径が3〜10μの範囲になるように温水と混合し
た圧延油を、図1に示す5スタンドからなるタンデム圧
延機によって、変形抵抗が80kg/mm2 の電磁鋼用
圧延材を、板厚3.0mmから0.5mmに圧延したと
きの第5スタンドにおける摩擦係数と圧延速度を0〜2
000mpmに変化させたときの摩擦係数の変化を示
す。
【0023】同図において、曲線Aは40℃における粘
度が40cstの低粘度圧延油を使用したときの摩擦係
数の変化を、また、曲線Bは40℃における粘度が18
0cstの高粘度圧延油を使用したときの摩擦係数の変
化を示す。それぞれの曲線において、クーラントの供給
量を設備最大量一定にしたときの状態をA1、B1とし
て実線によって示し、また、クーラント/圧延速度の比
率を一定にしたときの状態をA2、B2として点線によ
って示す。
【0024】同図において、上方のX域は、Ford
& Alexsanda・Stoneの式として広く知
られているように、最小板厚における潤滑不足によって
潤滑が不足する限界領域を示し、また、下方のY域は、
過潤滑によって板材との間にスリップが発生する危険領
域を示す。
【0025】同図に示すように、低粘度圧延油を使用し
たA曲線の場合は、圧延油の巻き込み効果による摩擦係
数の低下効果もあって従来より実施されてきた有効な手
段として利用されてきたもので、低速度領域での大きい
摩擦係数を最大値として、高速度での摩擦係数がチャタ
リングを発生しない値を下限とする範囲が濃度設定と流
量一定又は速度増加に伴うクーラント流量増加で対応し
てきた。
【0026】一方、高粘度圧延油を使用したB曲線は、
本発明の完成のための基本的な新規な知見であって、低
速度域I内では、潤滑不足領域Xに入ることなく圧延速
度の増大と共に、その摩擦係数は僅かに増大するが、圧
延速度が300〜700mpmの中間速度領域IIにおい
て極端に増大し、潤滑不足領域X内に入り、さらに、圧
延速度が700mpmを超えた高速圧延域III 内に入る
とその圧延油の摩擦係数は略垂直状態で低下する。これ
は高粘度の圧延油では最大摩擦係数をとる領域が低速度
領域ではなくて中間速度領域に存在し、速度増加での摩
擦係数低下がより大きいことにより、圧延油の濃度、す
なわち、クーラントの添加量でコントロールすること
で、摩擦係数の範囲を拡大しないと対応できない。
【0027】すなわち、従来のように低速度領域での摩
擦係数をカバーする濃度設定では、中間速度域の大きな
摩擦係数をカバーできなくて、最小板厚限界に伴うチャ
タリング現象を引き起こし、板破断を発生させたり、圧
延速度の増速ができなくて、生産性が上げられない。
【0028】また、中間速度域での大きな摩擦係数をカ
バーする濃度と速度増加に伴うクーラント流量増加の方
式では、高速度領域での潤滑過多による摩擦係数低下で
のスリップによるチャタリング発生が防止できない。
【0029】すなわち、従来のクーラント供給方式では
摩擦係数の上下領域のいずれかがチャタリングを引き起
こすことになり、板破断・圧延速度の抑制につながるこ
とが判明した。
【0030】図3は、この高粘度圧延油を使用したと
き、図2のB曲線に基づいて、図1に示す比較機構72
に設定した制御パターンを示す。
【0031】同制御パターンは、中間圧延速度領域IIに
おける摩擦係数の曲線B2の頂部を図1におけるクリー
ンタンク6とスプレーポンプ8の設備容量に応じてクー
ラント最大供給量によってその上限が規定されたクーラ
ント量と圧延速度との関連によって決定される曲線E2
に基づいて、潤滑不足限界領域Xと過潤滑によって板材
との間にスリップが発生する危険領域Yを避けるE1曲
線を設定し、これに基づいてその供給量が制御される。
【0032】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【0033】(1) 高粘度圧延油を使用することによ
る高変形抵抗を有する鋼材を薄手に圧延するに当たって
の圧延を高速度で行うことが可能となる。
【0034】(2) 特定の圧延速度範囲内のみ、クー
ラントの供給量を増大するのみであるので、クーラント
の消費量を最小限に抑えることができ、経済的である。
【0035】(3) 高変形抵抗を有する鋼材の高速度
圧延に際して、ロール組替後のロール粗度低下にある高
速度域の過潤滑でのスリップ発生に対しても、クーラン
ト供給量で調整することができるので、普通鋼と同等レ
ベルの組替頻度で対応できる。
【0036】(4) 摩擦係数上下限でのチャタリング
発生に伴う板破断、ロール損傷、製品不良の発生を防止
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施するためのクーラント供給制御
システムを示す。
【図2】 圧延油の粘性の大小による圧延速度と摩擦係
数との関係を対比するための図である。
【図3】 本発明によるクーラント供給量の調整のため
の基本パターンの説明図である。
【符号の説明】
1 圧延機のスタンド 2 使用済圧延
油の回収系 3 ダーティタンク 4 ポンプ 5 フィルター 6 クリーンタ
ンク 7 制御系 71 データ入力機構 72 制御パタ
ーン比較機構 73 モータ制御機構 74 モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C10N 40:24 C10N 40:24 Z (72)発明者 藤田 民雄 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平7−100502(JP,A) 特開 平5−78690(JP,A) 特開 平3−184609(JP,A) 特開 平2−147105(JP,A) 特開 平4−4916(JP,A) 特開 平5−43888(JP,A) 特公 昭63−124(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 27/10 B21B 45/02 310 C10M 171/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 40℃における粘度150cst以上の
    圧延油を用いて最終圧延スタンドの変形抵抗が80kg
    /mm2 以上である鋼板を0.5mm以下に冷間圧延す
    るに際しての圧延油の調整方法であって、 圧延速度が、0〜2000mpmの範囲内で、鋼材を冷
    間圧延するための圧延速度の変化に伴う圧延油の摩擦係
    数の変化の程度によって、圧延速度域を低速度域と中間
    速度域と高速度域とに分け、圧延速度の変化に伴う圧延
    油の摩擦係数を前記中間速度域を許容最大値になるよう
    に調整したのち、高速度域において圧延油の摩擦係数を
    低下させる鋼材の冷間圧延に際しての圧延油の調整方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載において、摩擦係数の調
    整手段が圧延油へのクーラントの供給量を変化させるこ
    とである鋼材の冷間圧延に際しての圧延油の調整方法。
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