JP3402217B2

JP3402217B2 - 冷間圧延方法

Info

Publication number: JP3402217B2
Application number: JP26477398A
Authority: JP
Inventors: 伸夫西浦; 保博曽谷; 幸雄木村; 広義坂井; 茂宏友常
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: JP2000094013A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、循環式圧延油供
給系統を使用する冷間圧延機における潤滑用クーラント
のスプレー方法を改良し、特に高速圧延時のチャタリン
グの発生を防止する鋼板の冷間圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延では、圧延中に鋼板とロールの
間の摩擦を減少させるために潤滑油が必要となる。ま
た、摩擦発熱および加工発熱を除去するためにロールな
らびに鋼板の冷却が必要となる。冷間圧延における圧延
油（クーラント）の供給方式には、直接方式（ダイレク
ト方式）、循環方式（リサーキュレーション方式）、お
よびその折衷であるハイブリッド方式がある。

【０００３】直接式圧延油供給方式（ダイレクト方式）
は、潤滑の目的で高濃度のエマルション圧延油を鋼板に
スプレーし、冷却の目的で水をロールにスプレーするた
め、潤滑性と冷却性に優れる。しかし、循環方式と異な
り、エマルション圧延油を循環使用しないため、圧延油
の原単位が高い。

【０００４】一方、循環式圧延油供給方式（リサーキュ
レーション方式）は、圧延油と冷却水をあらかじめ混
合、攪拌して作成した低濃度のエマルション圧延油を、
循環しながら潤滑と冷却の目的で鋼板およびロールにス
プレーするため、圧延油の原単位が低い。しかし、直接
式圧延油供給方式と比較して、潤滑性および冷却性が劣
ることは否定できない。そのため、従来の循環方式で
は、特に、仕上板厚０．２ｍｍ以下の薄物材の高速圧延
時には潤滑不足となり、チャタリングと呼ばれる圧延機
の振動や、ヒートスクラッチと呼ばれる表面疵が発生す
るため、圧延速度が上げられないという問題があった。

【０００５】これに対し、循環式圧延油供給方式の潤滑
性改善を目的とした従来技術としては、１０％未満のエ
マルションを供給する循環式圧延油供給系統とは別に、
１０％以上の高濃度のエマルションを、ロールバイトの
噛み込み直前の鋼板下面に１００〜２００Ｌ／ｍｉｎの
割合で直接供給する方法（特公昭５９−２４８８８号公
報）が提示されている。

【０００６】しかし、上記従来技術には、以下の問題点
があった。

【０００７】ａ）油脂が水中に乳化分散したエマルショ
ン圧延油が油と水に分離し、油分が金属表面に付着する
性質、すなわちプレートアウト性とエマルション濃度の
関係を調査すると、鋼板表面にスプレーされるエマルシ
ョン圧延油中に含まれる油脂量に対し、鋼板表面にプレ
ートアウトする油脂量の比率（以下、付着効率と称す）
は、エマルション濃度を高くすると低下することがわか
った。そのため、エマルション濃度を上昇させても十分
なプレートアウト層を得られないため、高速で圧延する
場合には、潤滑効果が小さく問題であった。

【０００８】ｂ）高速圧延時には、鋼板下面側だけでな
く、上面側にもヒートスクラッチが発生することがあ
る。高速圧延域においては下面だけではなく上面の鋼板
付着油量の減少もみられ、鋼板下面のみの潤滑性改善で
は不十分である。

【０００９】ｃ）濃度１０％以上のエマルションの直接
供給方式の使用は、循環系統タンクの濃度増加の許容範
囲に限定される。すなわち、循環系統のエマルションの
油濃度を例えば４％とした場合、ストリップとともに付
着した油分が系外へ持ち出される分、リークおよびスカ
ムアウト等で失われる圧延油の補給量は、全スタンドで
５０Ｌ／ｈｒ程度であるのに対し、上記従来技術（特公
昭５９−２４８８８号公報）において、直接供給される
圧延油は、６００Ｌ／ｈｒ〜１２００Ｌ／ｈｒに達する
ため，直接供給方式を使用することは循環系統のエマル
ション濃度を増加させることになる。一方、圧延材料に
よっては、高濃度エマルションによる潤滑を行なうと、
ロールと鋼板の間の摩擦係数が小さくなり、スリップ等
の異常圧延が発生するため、循環系統タンクのエマルシ
ョン濃度が一定の上限値を越えるのは望ましくない。そ
のため、直接供給方式は、濃度増加の制約の許容範囲内
でしか使用できない問題があった。

【００１０】チャタリングを防止する従来技術として、
制御指標として先進率に注目し、先進率を適正な値とな
るようにクーラント供給量を制御し、適正な潤滑状態に
調整する方法が提示されている。例えば、摩擦係数モデ
ル式からクーラント供給量を演算し、供給量を制御する
方法（特公平６−１３１２６号公報）がある。

【００１１】しかし、最近のブリキ材の製品動向である
硬質・薄ゲージ化に伴い、生産性向上のために圧延の高
速化が進められている。そして、上記製品の生産工程で
は、潤滑が不足することに起因するチャタリングも発生
し、高速圧延の阻害要因となっている。すなわち、高速
圧延域においては、潤滑が不足することに起因したチャ
タリングと、潤滑が過多となることに起因したチャタリ
ングが発生する。このため、チャタリングを防止するた
めに、潤滑状態を広範囲に制御する手段が必要となる。

【００１２】これに対し、循環式圧延油供給系統を用い
た冷間タンデム圧延機では、一般的に、エマルション油
を潤滑と冷却も兼ねてロールバイトへ向けて供給してい
るが、先進率を制御指標としてクーラント供給量を変更
しても、先進率の変更範囲が狭く、目標とする先進率へ
の制御が困難であった。すなわち、適正な潤滑状態を得
られず、チャタリングを防止できなかった。

【００１３】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、循環式圧
延油供給系統を用いた冷間圧延方法において、濃度１０
％以上のエマルションの直接供給方式を用いることな
く、高速圧延時の潤滑不足を解消することを目的とす
る。

【００１４】また、本発明は、循環式圧延油供給系統と
は別の圧延油供給系統を用いて、高速圧延時の潤滑不足
を解消することを目的とする。

【００１５】更に本発明は、圧延中の先進率を目標先進
率範囲内に制御して、高速圧延時のチャタリング発生を
防止することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、循環式圧延油
供給系統を用いた鋼板の冷間圧延方法において、ロール
バイトより離れた上流スタンド側の位置で、鋼板の上面
および下面に直接エマルションをスプレーして、鋼板の
上下両面にプレートアウト層を形成することを基礎とす
る冷間圧延方法である。

【００１７】以下、本発明の原理を説明する。

【００１８】エマルションのスプレーノズルの位置を、
ロールバイトから離れた上流スタンドにできるだけ近い
位置とするのは、エマルションがプレートアウトするた
めの時間（以下、転相時間と称す。）を確保すること
で、鋼板付着量が増加し、潤滑性が向上するという試験
結果に基づくものである。

【００１９】図４は、エマルションを供給するスプレー
ヘッダーの取り付け位置を示すものである。ヘッダーＡ
は、循環式圧延油供給方式の一般的な潤滑用クーラント
の供給ヘッダーであり、ロールバイト直近に設置されて
いる。ヘッダーＢ、Ｃは、ヘッダーＡの取付け位置を移
動させ、ロールバイトより各々１ｍ、３ｍ離れた位置と
した場合である。また、ヘッダーＡ’は、循環式圧延油
供給系統とは別に、循環式圧延油供給系統よりも高濃度
なエマルションを、ロールバイト直近の鋼板下面側に供
給する従来技術によるへッダーである。

【００２０】図５は、上記各へッダーを用い、鋼板を圧
延したときの、圧延機出側の上面側及び下面側の鋼板付
着油量の平均値を示すものである。なお、鋼板付着油量
の測定は、鋼板表面の油分をヘキサン等の有機溶剤にて
抽出し、抽出油分量を測定する方法（溶剤抽出法）によ
り行った。圧延油として牛脂を用い、循環式圧延油供給
系統のヘッダーＡ、Ｂ、Ｃより、油分濃度３．５％、平
均粒径９μｍのエマルションを、３４００Ｌ／ｍｉｎの
割合で供給した。また、ヘッダーＡと併せて、ヘッダー
Ａ’より、平均粒径９μｍ、濃度１０％のエマルション
を鋼板下面に２００Ｌ／ｍｉｎの割合で供給した。この
結果によると、ヘッダー取り付け位置をロールバイトよ
り離すに従って、鋼板付着油量は増加し、潤滑不足が解
消される傾向を示す。また、ヘッダーＡとあわせて、ヘ
ッダーＡ’を併用すると、ヘッダーＡを単独で使用する
場合よりも鋼板付着油量は若干増加するものの、ヘッダ
ーＢと同等であり、むしろヘッダーＣの方が鋼板付着油
量は高く、潤滑性の改善効果の大きいことがわかる。

【００２１】上述した結果は、エマルション圧延油のプ
レートアウト性が、スプレーされてからの時間に依存す
る現象と関係している。

【００２２】図６は、エマルション圧延油がストリップ
にスプレーされる場合に、油分が水から分離し油膜（プ
レートアウト層）を生成する過程を詳細に示す。水に油
滴が分散したいわゆるＯ／Ｗ型のエマルションがストリ
ップの表面に噴射された際、エマルション中の油滴がス
トリップの表面にまず衝突することにより圧力を受け、
次にストリップとの相対速度でせん断を受け、さらに温
度上昇をともなったストリップと物理的に吸着したり、
場合によっては水分の蒸発を生じて、Ｏ／Ｗ型のエマル
ションがＷ／０型（油中に水滴が分散）のエマルション
あるいは油単層に転相する。これによりプレートアウト
層を生じると考えられる。この過程はスプレーされると
瞬時に起るのではなく、上述した力学条件、温度条件の
下での転相といった遷移過程（反応）に起因するため、
時間依存過程であると考えられる。それに所要する時間
は短時間かもしれないがいずれにしてもある時間を必要
とすることは言うまでもない。発明者らは、このように
プレートアウト性に転相のための時間、すなわち転相時
間が大きな影響を与えると考えた。

【００２３】また、発明者らはさらに、図７に示すプレ
ートアウト試験方法（圧延油をスプレーした後、所定の
時間後エアブローによりプレートアウトしない圧延油を
吹き飛ばす方法）により、エマルション圧延油のプレー
トアウト性と転相時間の関係を調査した。図８にその結
果を示す。これによると、プレートアウト量は転相時間
に大きく依存し、転相時間を増加させるとプレートアウ
ト量は増加する。また、図中のｔmin よりも転相時間が
短くなると、急激にプレートアウト量は低下する。その
ため、ｔmin 以上の転相時間を確保するのが好ましい。
なお、「最小転相時間Ｔmin」とは、プレートアウト量と
して２５０ｍｇ／ｍ２を確保するのに必要な転相時間を
いう。プレートアウト量が２５０ｍｇ／ｍ２以上であれ
ば、ロールバイト入側における油分量としては十分な付
着量であり、高速圧延域であっても比較的安定した圧延
が可能となる量である。

【００２４】以上の結果より、従来技術で行われている
ロールバイト噛み込み直前でエマルションを供給する方
法では転相時間を確保できないため、十分なプレートア
ウト層を形成できない。特に高速圧延域では、プレート
アウトするまでの時間が極端に短かくなるため、従来技
術のようにロールバイト噛み込み直前でエマルションを
供給する方式では、エマルションを高濃度化してもほと
んど潤滑性の改善効果はない。

【００２５】一方、本発明により、スプレーノズルの位
置をロールバイトから離れた上流スタンドに近い位置と
し、転相時間を確保することにより、循環系統の濃度の
低いエマルションを用いても十分なプレートアウト層を
形成できるため、高速圧延域での潤滑性を確保すること
ができる。ヘッダーは上記プレートアウト試験より得ら
れる最小転相時間ｔmin を少なくとも確保できる位置に
取り付けるのが好ましい。従って、エマルション供給位
置からロールバイトまでの距離Ｌ（ｍ）は下式を満足す
るよう決定する。

【００２６】Ｌ≧Ｖin・ｔmin …式（１）（ただし、Ｖinは入側ストリップ速度（ｍ／ｓｅｃ）、
ｔmin は必要な最小転相時間（ｓｅｃ）を表す。）また、図９は、５スタンド冷間圧延機における圧延速度
と圧延機出側の鋼板付着油量の関係を示すが、高速圧延
域においては鋼板下面側だけでなく、上面側の鋼板付着
油量も減少している。これは、エマルションのプレート
アウトが、エマルションがスプレーされてプレートアウ
トするまでの転相時間に依存する現象と関係している。
すなわち銅板下面側はプレートアウトしないエマルショ
ンは直ちに落下するが、鋼板上面側はスプレーされたエ
マルションが鋼板面上に滞留するため有効な供給圧延油
量は多くなる。そのため低速圧延域では上面側の付着量
は下面側に比べて通常多くなるが、高速圧延域ではエマ
ルションがスプレーされてプレートアウトするまでの転
相時間が短くなるためにプレートアウト量が下面と同様
に減少する。従って、上下面にスプレーすることで、高
速圧延域でも上面、下面の両方で十分な濶滑性改善を行
なう必要がある。

【００２７】以上では、循環式圧延油供給系統を用いる
場合について述べたが、本発明原理は直接式圧延油供給
系統を用いた冷間タンデム圧延機にも適用可能である。

【００２８】第２の発明は、循環式圧延油供給系統のエ
マルションより大きな平均粒径となるように調整した付
着効率の高い、プレートアウト性に優れるエマルション
を供給する。このことは以下の検討結果に基づくもので
ある。

【００２９】すなわち、発明者らは、エマルションを鋼
板に供給したとき、エマルションの付着効率を向上させ
る手段について鋭意検討した結果、エマルション平均粒
径を増加させると、付着効率が大幅に向上することを見
出した。図７に示すプレートアウト試験方法により、エ
マルションの平均粒径と付着効率の関係を調査した結果
を図１０に示すが、平均粒径の増加とともに付着効率が
増加する。特に、平均粒径が２０μｍ以上で、急激に付
着効率が増加する。

【００３０】図１１は、図４に示すスプレーヘッダーＣ
より、平均粒径２０μｍのエマルション圧延油と、平均
粒径９μｍのエマルション圧延油を鋼板表面にスプレー
したときの、エマルション供給量と鋼板付着油量の関係
を調査した結果である。このとき、基油としては牛脂を
用い、油分濃度３．５％のエマルション圧延油とし、タ
ンク内に設置された攪拌器の回転数によりエマルション
の平均粒径を調整した。

【００３１】これによると、平均粒径２０μｍのエマル
シヨン圧延油とすることにより、平均粒径９μｍのエマ
ルション圧延油よりも鋼板付着油量が多くなった。この
ことは、付着効率の高い平均粒径の大きいエマルション
圧延油を用いることにより、少量のエマルション供給量
でも高速圧延域での潤滑性を改善することができる。

【００３２】しかし、エマルションの粒径を大きくする
と、乳化安定性が損なわれるため、循環式圧延油供給方
式のエマルションとしては適さない。例えば、圧延によ
り発生する摩耗粉や鋼板が持ち込む鉄粉などが循環系統
クーラントに混入すると、平均粒径の大きなエマルショ
ンは容易に破壊されるため、乳化分散性が経時的に変化
しやすい。それに伴い圧延の不安定化、鋼板表面の光沢
性の変化などの発生が問題となる。

【００３３】そこで、平均粒径の大きいエマルションを
潤滑用エマルションとして用いるには、循環式圧延油供
給系統とは別に第２の圧延油供給系統を設け、圧延油原
油、界面活性剤、および希釈水を新たに調合し、平均粒
径の大きいエマルションとする必要がある。

【００３４】第３の発明は、循環式圧延油供給系統を用
いた鋼板のタンデム圧延機による冷間圧延方法におい
て、循環式圧延油供給系統とは別に第２の圧延油供給系
統を設け、循環式圧延油供給系統よりも大きな粒径（例
えば２０μｍ）となるように調整した付着効率の高いエ
マルションを、ロールバイトより離れた上流スタンド側
の位置で鋼板にスプレーし、その供給量を調整すること
により、圧延中の先進率を目標先進率範囲内に制御し、
そのことにより高速圧延時のチャタリング発生を防止す
る方法である。

【００３５】図１７は、全５スタンド・タンデムミルに
おいて、チャタリングの発生とＮｏ．５スタンドの先進
率の関係を示すものであるが、チャタリングの発生しな
い安定先進率範囲が存在することがわかる。先進率は、
圧下率、張力等の圧延条件が同一である場合には、圧延
潤滑状態を表す一つの指標といえる。１％以上の高い先
進率領域で発生しているチャタリングは潤滑が不足する
ことに起因するチャタリングであり、０％以下の低い先
進率域で発生しているチャタリングは潤滑が過多となる
ことに起因するチャタリングである。

【００３６】

【００３７】

【００３８】本発明者らは、クーラント供給量を調整し
て目標先進率に制御する方法において、クーラント供給
量の変更に対し、先進率の変更範囲を大きく取れる方法
について、鋭意検討した結果、次のような新たな知見を
得た。

【００３９】１つは、クーラントヘッダーの取り付け位
置を、ロールバイトから離れた上流スタンドにできるだ
け近い位置とすることにより、クーラント供給量の変更
による先進率の変更範囲を広く取れることを見出した。

【００４０】図１８は、図４と同様の試験で、試験時の
ヘッダーの取り付け位置を示すものである。スプレーヘ
ッダーＡは循環式圧延油供給系統における一般的な潤滑
用エマルションの供給ヘッダーであり、ロールバイト直
近に設置されている。また、スプレーヘッダーＢ，Ｃ
は、ロールバイトより各々１．０ｍ、３．５ｍ離れた位
置とした。なお、スタンド間距離は４．５ｍである。図
１９は、試験時のエマルション供給量と先進率の関係を
示すが、スプレーヘッダーの取り付け位置を、ロールバ
イトより離し、上流スタンド側へ近づけるほど、クーラ
ント供給量の変更による先進率の変更範囲が広くなって
いるのがわかる。図２０は、このときの圧延材表面の鋼
板付着油量の調査結果であるが、鋼板付着油量は先進率
と対応し、スプレーヘッダーの取り付け位置をロールバ
イトより離し上流スタンド側へ近づけるほど多くなる。

【００４１】この理由は以下の通りである。すなわち、
ロールバイトより離れた上流スタンド側で鋼板へエマル
ションをスプレーすることにより、スプレーされたエマ
ルションが鋼板表面にプレートアウトするための転相時
間を確保できるためプレートアウト量が増加する。この
ため、エマルション供給量を変更すると、摩擦係数が大
きく変化する。これに伴い、先進率の変更範囲も広くな
る。特に、高速圧延域においては、エマルションがプレ
ートアウトするための時間が短くなるため、ヘッダー位
置をロールバイトよりできるだけ上流スタンド側とする
ことは有効である。

【００４２】本発明において、ロールバイトより離れた
上流スタンド側の位置にヘッダーを設置し、鋼板にスプ
レーするエマルション供給量を調整し、圧延中の先進率
を目標範囲内に制御するとしたのは、かかる知見に基づ
くものである。

【００４３】さらに、鋭意検討した結果、循環式圧延油
供給系統よりも平均粒径の大きいエマルションを用いる
と、さらに効果的であることが分かった。図２１は、圧
延油として牛脂を用い、カチオン系分散剤を界面活性剤
として添加し、循環系統と同じ平均粒径１０μｍのエマ
ルションとして使用する場合と、より平均粒径の大きい
２０μｍのエマルションを使用した場合の、エマルショ
ン供給量と先進率の関係を示す。このときのスプレーヘ
ッダーは、図１８中のスプレーヘッダーＣを用いた。ま
た、エマルションの平均粒径は、界面活性剤の添加量お
よび機械的撹拌条件の調整により行った。これによる
と、平均粒径２０μｍのエマルションの場合、供給する
エマルションが少量であっても、先進率の変更範囲を大
きく取れることがわかる。また、図２２は圧延材表面の
付着油量の測定結果であるが、先進率と対応しており、
平均粒径２０μｍのエマルションを用いると付着油量が
大きく増加する。

【００４４】図２３は、エマルション供給量を０〜１０
０Ｌ／ｍｉｎの範囲で変更したときの、先進率の変更範
囲とエマルション平均粒径との関係を示すものである
が、平均粒径の増加とともに先進率の変更範囲が増加
し、特に、平均粒径が２０μｍ以上で急激に先進率の変
更範囲が拡大する。

【００４５】これは、エマルションの平均粒径が大きく
なると、プレートアウト量が増加するため、エマルショ
ンの供給量の変更に対する、摩擦係数の変化が大きくな
り、これに伴い、先進率の変化も大きくなるためであ
る。

【００４６】以上に示したように、循環式圧延油供給系
統を備えた冷間タンデム圧延機において、本発明による
クーラント供給方法を用いることにより、クーラント供
給量の変更による先進率の変更範囲を大きくとれる。こ
のため、高速圧延域において、先進率を指標としたクー
ラント供給量を変更することにより、潤滑の不足に起因
したチャタリングおよび潤滑の過多となることに起因す
るチャタリングのいずれも発生しない目標先進率に制御
できるため、チャタリングを防止できる。

【００４７】

【本発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明方法を実施する設備の一例であり、全５
スタンドのタンデムミルの第４スタンドおよび第５スタ
ンドに適用した場合である。第４、５スタンドに適用し
たのは、後段スタンドほど圧延速度が速く、しかも、板
厚が薄くなるため、圧延荷重が高くなり、潤滑条件とし
て厳しくなり、ヒートスクラッチの発生頻度が高くなる
ためである。図１は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５（＃１ＳＴＤ
〜＃５ＳＴＤ）のスタンドを有するタンデム圧延機の配
置例を示し、１はワークロール、２はバックアップロー
ル、３はストリップ、４ａは従来の潤滑用クーラントヘ
ッダー、４ｂは冷却用クーラントヘッダー、５は、本発
明によるＮｏ．４，５スタンド入側の潤滑用クーラント
ヘッダーである。潤滑用クーラントヘッダー５の位置
は、ロールバイトからの距離Ｌが、式（１）を満足し、
ロールバイトよりできるだけ離れた位置とし、鋼板表面
に供給されたエマルションがプレートアウトするための
転相時間を最大限に確保する。最小転相時間ｔmin は、
図７に示すプレートアウト試験により求める。牛脂系エ
マルションの場合、図８よりｔminは、０．１２ｓｅｃ
となる。また、最高圧延速度が２０００ｍｐｍのとき、
Ｎｏ．４、５スタンドの圧下率を各々３５％、３０％と
すると、各スタンドの入側ストリップ速度は、９１０ｍ
ｐｍ、１４００ｍｐｍとなる。よってロールバイトより
ヘッダー取り付け位置までの距離Ｌは、Ｎｏ．４スタン
ドで１．８ｍ以上、Ｎｏ．５スタンドで２．８ｍ以上必
要となる。ここでは、前スタンド出側のロール・ストリ
ップ冷却用クーラントヘッダー４ｂの影響を受ける領域
の直後（前スタンド出側より１．０ｍ）とし、入側ロー
ルバイトより３．５ｍの位置に設置した。なお、スタン
ド間は４．５ｍである。

【００４８】（実施の形態２）図２は、本発明方法を実施する設備の一例であり、全５
スタンドのタンデムミルの第４スタンドおよび第５スタ
ンドに適用した場合である。なお、スプレーヘッダーの
配置は、上記実施形態１で示した図１と同様であり、同
じ符号を付してその説明を省略する。

【００４９】温水、圧延油原油、界面活性剤は、各タン
ク７、８、９より供給ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを
経由し、所定の油分濃度、界面活性剤の対油濃度となる
ように流量調整弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃで補給量を調
整され、エマルション貯蔵タンク６へ供給される。タン
ク内のエマルション濃度、界面活性剤の対油濃度、およ
びエマルション温度は、循環式圧延油供給系統と同一と
する。タンク内の油分の平均粒径は、撹拌器１２の回転
数の調整により循環式圧延油供給系統よりも平均粒径の
大きなエマルションとする。例えば、基油を牛脂とし、
乳化分散剤にカチオン系分散型の界面活性剤を対油濃度
０．６％添加する場合、循環式圧延油供結系統のエマル
ションの平均粒径は約９〜１０μｍとなる．これに対
し、タンク６内の平均粒径は３０〜５０μｍとなるよう
に調整する。

【００５０】この平均粒径の大きいエマルション圧延油
は、ポンプ１３により、圧延油供給ライン１４を経由し
てスプレーヘッダー５よりストリップの上下面に供給さ
れる。この時のエマルション粒径は、ポンプ１３および
スプレーヘッダー５のノズル部にてせん断を受け、平均
粒径２０〜４０μｍとなる。

【００５１】鋼板へのスプレー後、鋼板にプレートアウ
トしないエマルションは、回収オイルパン１５にて、冷
却用の循環系エマルションとともに回収され、戻りライ
ン１６を経由して、循環式圧延油供給タンク１７内に混
入する。混入後、タンク内の撹拌器１８により撹拌さ
れ、循環系エマルションと同じ粒径まで細分化され、タ
イトなエマルションとなる。

【００５２】（実施の形態３）図１６は、本発明方法を実施する設備の一例であり、全
５スタンド・タンデム圧延機に適用した場合である。調
査の結果、Ｎｏ．５スタンドをトリガー・スタンドとし
たチャタリングの発生頻度が高く、本発明のＮｏ．５ス
タンドへの適用が効果的であることが確認された。この
結果に基づき、図１６には、Ｎｏ．１〜４スタンドの潤
滑を循環式の第１の圧延油供給系統により行い、Ｎｏ．
５スタンドの潤滑を本発明による第２の圧延油供給系統
により行う場合について示す。なお、Ｎｏ．１〜５スタ
ンドのロール冷却は、各スタンド出側にて循環系統のエ
マルションをロールへスプレーして行う。

【００５３】温水、圧延油原油、界面活性剤は各タンク
７，８，９より供給ポンプ10ａ，10ｂ，10ｃを経由しエ
マルション貯蔵タンク６へ補給される。この時の補給量
は、流量制御弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃの弁開度により
調整される。タンク内の撹拌器１２の撹拌条件および界
面活性剤の添加量を調整し、平均粒径の大きい（例えば
２０μｍ以上）エマルションを作成する。なお、エマル
ション濃度は、循環式の第１の圧延油供給系統のエマル
ションと同じかそれ以上とする。

【００５４】この第２の圧延油供給系統のエマルション
液は、ポンプ１３により供給配管１４を経由して、ヘッ
ダー５ａおよびヘッダー５ｂより鋼板表面へ供給され
る。ヘッダー５ａ，５ｂは、できるだけＮｏ．４スタン
ドに近い位置に設置するのが望ましい。ここでは、Ｎ
ｏ．４スタンド出側のロール冷却の影響範囲の直後（Ｎ
ｏ．４スタンドより１ｍ）のロールバイトより、３．５
ｍ離れた位置に設置した。

【００５５】鋼板へスプレーされるエマルション流量
は、バルブ３０の開度により調整され、その弁開度は制
御装置３１により、Ｎｏ．５スタンドの先進率がチャタ
リングの発生しない安定範囲内となるように設定され
る。

【００５６】以下に、弁開度の設定方法を示す。

【００５７】（１）パルスジェネレータ３２より計測さ
れるワークロールの回転速度とスタンド出側の板速度計
３３より計測される板速度を式（２）に代入し、Ｎｏ．
５スタンドの圧延中の先進率を求める。

【００５８】

【数１】

【００５９】ただし、ｆｓ（％）：先進率、Ｖｓ（ｍ／
ｍｉｎ）：板速度、Ｄ（ｍ）：ワークロール直径、ｎ
（ｒｐｍ）：ロール回転速度（２）目標先進率との偏差を式（３）より計算する。

【００６０】

【数２】

【００６１】ただし、Δｆｓ（％）：目標先進率との偏
差、ｆｓ（％）：圧延中の先進率、ｆｓ^※（％）：目標
先進率目標先進率は、図１７に示すような、チャタリングの発
生しない安定な先進率範囲の調査を元にして決定する。

【００６２】（３）式（４）より第２の圧延油供給系統
のエマルション供給量の変更量ΔＱを計算する。

【００６３】

【数３】

【００６４】ただし、ΔＱ（Ｌ／ｍｉｎ）はエマルショ
ン供給量の変更量、Δｆｓ（％）は圧延中の先進率と目
標先進率との偏差、ｆｓ／ μ（％／−）は、先進率
ｆｓに対する摩擦係数μの影響係数、 μ／Ｑ（−／
Ｌ／ｍｉｎ）は、摩擦係数μに対するエマルション供給
量Ｑの影響係数、である。

【００６５】ｆｓ／ μは、例えば、Ｂｌａｎｄ＆Ｆｏ
ｒｄの先進率式の摩擦係数μに関する導関数式（５）で
与える。

【００６６】

【数４】

【００６７】

【数５】

【００６８】ただし、μは圧延中の摩擦係数、ｋｍ（ｋ
ｇ／ｍｍ² ）は圧延材の平均変形抵抗、Ｈ（ｍｍ）、
ｈ（ｍｍ）は入・出側板厚、σｂ（ｋｇ／ｍｍ² ）、
σｆ（ｋｇ／ｍｍ² ）は圧延中の前・後方ユニット張
力、Ｒ′（ｍｍ）はロール偏平半径を表す。

【００６９】なお、圧延中の平均変形抵抗ｋｍおよび摩
擦係数μは、Ｈｉｌｌの圧延荷重式（７）およびＢｌａ
ｎｄ＆Ｆｏｒｄの先進率式（８）に圧延中の測定荷重
Ｐ、ｆｓを代入し、両式を連立させて求める。

【００７０】

【数６】

【００７１】

【数７】

【００７２】ただし、Ｗ（ｍｍ）は板幅、Ｐ（ｔｏｎ）
は圧延中の圧延荷重、ｆｓ（％）は圧延中の先進率、を
表す。

【００７３】また、 μ／Ｑは、圧延実験および操業
上採取されるデータをもとに決定する。以下に、その一
例を示す。

【００７４】エマルション供給量とプレーアウト油膜厚
ＰΦの関係は、プレートアウト試験による調査の結果、
式（９）で表される。

【００７５】

【数８】

【００７６】ただし、ＰΦはプレートアウト油膜厚（μ
ｍ）、ｃはエマルション濃度（％）、ｆはエマルション
付着効率（％）、Ｑはエマルション供給量（Ｌ／ｍｉ
ｎ）、Ｗはスプレー幅（ｍ）、Ｖｓはスプレー部の鋼板
速度（ｍ／ｍｉｎ）を表す。

【００７７】また、摩擦係数μは、プレートアウト油膜
厚ＰΦとワークロールの表面粗さΛの比の関数として式
（１０）で表される。

【００７８】

【数９】

【００７９】ただし、ｎ、ｍは定数、Λはワークロール
の表面粗さ（μｍ）である。

【００８０】式（９）を式（１０）に代入し、エマルシ
ョン供給量Ｑの導関数を計算すると、式（１１）が得ら
れる。

【００８１】

【数１０】

【００８２】ただし、Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）はエマルション
供給量、ｃ（％）はエマルション濃度、ｆ（％）はエマ
ルション付着効率、ｗ（ｍ）はスプレー幅、Ｖｓ（ｍ／
ｍｉｎ）はスプレー部の鋼板速度、Λ（μｍ）はワーク
ロールの表面粗さ、ａ，ｍ，ｎは定数。

【００８３】（４）ΔＱに応じて流量制御弁３０の弁開
度を変更し流量制御を行う。

【００８４】一方、循環式圧延油供給系統のエマルショ
ンは、タンク１７よりポンプ１９、配管２０を経由し、
潤滑油としてヘッダー４ａ，４ａよりロールバイト入側
へ供給される。また、冷却としてヘッダー４ｂ，４ｂよ
りスタンド出側ロールへ供給される。その後、オイルパ
ン１５により回収され、配管１６を経由してタンク１７
へ戻る。

【００８５】

【実施例】（実施例１）図３は、全５スタンドの冷間タ
ンデム圧延機の第４，５スタンドに本発明を適用した実
施形態１（図１）の、特に＃４、＃５スタンドの潤滑用
クーラントヘッダーの配置に関して詳細に示したもので
ある。このようなヘッダー配置の５スタンド・タンデム
ミルを用い、母材厚１．８ｍｍ、板幅９００ｍｍの硬質
ブリキ原板を仕上げ厚０．１８３ｍｍまで冷間圧延を行
なった際の、使用ヘッダー、エマルション濃度およびエ
マルション供給量の組み合わせを表１に示す。なお、圧
延油として牛脂系エマルション（４０℃で基油粘度４０
ｃＳｔ、エマルション温度６０℃）を用いた。図３中、
１は本発明による潤滑用クーラントヘッダー（ヘッダー
Ｂ）を示し、２は従来の潤滑用クーラントヘッダー（ヘ
ッダーＡ）を示し、３は従来技術（特公昭59-24858号）
の別系統の潤滑用クーラントヘッダーを示す。

【００８６】

【表１】

【００８７】以上の条件で圧延速度を変更しつつ圧延を
行い、鋼板付着油量および第５スタンドの摩擦係数を調
査した。図１２に圧延速度と鋼板付着油量の関係を、そ
して、図１３に圧延速度と第５スタンドの摩擦係数の関
係を、本発明と従来方式１および従来方式２を比較して
示した。なお、鋼板付着油量は、鋼板表面の油分をヘキ
サン等の有機溶剤にて抽出し、抽出油分量を測定する方
法（溶剤抽出法）により行なった。

【００８８】従来方式１では、８００ｍｐｍ以上の速度
域で鋼板付着量が表裏面とも減少した。また、従来方式
２では、１０００ｍｐｍでは、従来方式１よりも裏面の
み鋼板付着量が増加しているものの、１２００ｍｐｍ以
上の高速域では付着油量が急激に低下した。これに対応
して、従来方式１、従来方式２の場合の摩擦係数は、高
速圧延域で上昇し、それぞれ速度１２００ｍｐｍ、１５
００ｍｐｍにおいて潤滑不足により発生するチャタリン
グが発生した。

【００８９】一方、本発明では、表裏面とも１２００ｍ
ｐｍ以上の高速域でも安定した鋼板付着油量が得られ
た。その結果、第５スタンドの摩擦係数の上昇が抑制さ
れ、高速域まで安定した摩擦条件が得られている。特
に、高速域での摩擦係数の上昇がほとんど生じることが
なくなり、潤滑不足により発生するチャタリングが発生
しなくなった。

【００９０】（実施例２）実施例１と同じ５スタンド・
タンデムミルを用い、母材厚２．３ｍｍ、板幅９００ｍ
ｍの軟質ブリキ原板を仕上げ厚０．１８３ｍｍまで冷間
圧延を行なった。エマルション性状および供給量は、表
１と同じである。なお、本実施例の対象圧延材は、実施
例１の対象圧延材よりも軟質であるが冷圧率が高く、従
来の循環式圧延油供給系統により圧延すると、特に圧延
速度の高い第５スタンドにおいてヒートスクラッチ疵の
発生頻度が高かった。

【００９１】以上の条件で圧延速度を変更しつつ圧延を
行い、鋼板付着油量および第５スタンドの摩擦係数を調
査した。図１４に圧延速度と第５スタンドの摩擦係数の
関係を、図１５に、圧延速度と第５スタンド出側の鋼板
温度の関係をヒートスクラッチ疵の発生状況も含めて示
す。いずれも、本発明と従来方式１および従来方式２を
比較して示した。従来方式１、従来方式２の摩擦係数
は、高速圧延域で上昇した。第５スタンド出側の鋼板温
度は、従来方式１、従来方式２の場合、速度とともに温
度上昇が大きく、従来方式１では１５００ｍｐｍ、従来
方式２では１７００ｍｐｍ以上で１７０℃を越え、ヒー
トスクラッチ疵が発生した。

【００９２】これに対し、本発明の場合、第５スタンド
の摩擦係数の上昇が抑制され、高速域まで安定した摩擦
条件が得られている。特に、高速域での摩擦係数の上昇
がほとんど生じなくなった。このように本発明によると
高速圧延域での摩擦係数の上昇を抑制できるため、摩擦
発熱が低減し、結果として鋼板温度が低下するため、ヒ
ートスクラッチ疵が発生しなくなった。

【００９３】（実施例３）全５スタンドのタンデム圧延機のＮｏ．４、５スタンド
に本発明を適用した実施形態２（図２）を用い、実施例
１と同じ母材厚１．８ｍｍ、板幅９００ｍｍの硬質ブリ
キ原板を仕上げ厚０．１８３ｍｍまで冷間圧延を行っ
た。圧延油に牛脂系エマルション（４０℃で基油粘度４
０ｃＳｔ、エマルション温度６０℃）を用い、エマルシ
ョン濃度、平均粒径及び供給量は表２に示すとおりであ
る。これは実施例１と比較して、エマルション濃度は同
一、エマルション平均粒径は大きく、そしてエマルショ
ン供給量は少ない条件である。

【００９４】以上の条件で圧延速度を変更しつつ圧延を
行い、鋼板付着油量及び第５スタンドの摩擦係数を調査
した。図２６に圧延速度と鋼板付着油量の関係を、そし
て、図２７に圧延速度と第５スタンドの摩擦係数の関係
を示す。本発明によると、実施例１と同様に、表裏面と
も１２００ｍｐｍ以上の高速域でも安定した鋼板付着油
量が得られた。その結果、第５スタンドの摩擦係数の上
昇が抑制され、高速域まで安定した摩擦条件が得られて
いる。特に、高速域での摩擦係数の上昇がほとんど生じ
ることがなくなり、潤滑不足により発生するチャタリン
グが発生しなくなった。

【００９５】

【表２】

【００９６】（実施例４）本発明の効果を確認するため
に行った試験結果と、従来の循環式圧延油供給系統を用
いた場合の比較を図２４に示す。なお圧延条件およびエ
マルション条件は以下の通り。

【００９７】〈圧延条件〉・圧延材鋼種〜ブリキ材サイズ〜母材厚１．８ｍｍ、仕上厚０．１８３ｍｍ、板
幅９００ｍｍ・ワークロール：Φ６００ｍｍ・Ｎｏ．５スタンド圧下率３０％

【表３】

【００９８】図２４（ａ）は圧延中のＮｏ．５スタンド
の先進率と圧延速度の関係、図２４（ｂ）は本発明によ
るエマルション供給量と圧延速度の関係、図２４（ｃ）
は従来技術によるエマルション供給量と圧延速度の関係
を示す。本発明を用いた場合のエマルション供給量は、
１０００ｍｐｍまでが９０Ｌ／ｍｉｎと低く、１０００
ｍｐｍ以降は速度とともに増加している。このような供
給量制御を行うことにより、圧延中の先進率は目標先進
率（１０００ｍｐｍ以上において、０．３〜０．４％）
に制御されるため、安定圧延が可能となり、チャタリン
グ未発生のまま２０００ｍｐｍまで加速できた。一方、
従来の循環式圧延油供給系統を用いた場合、１０００ｍ
ｐｍ以降、速度とともに先進率が上昇しはじめた。これ
に対し、エマルション供給量を２０００Ｌ／ｍｉｎから
３４０Ｌ／ｍｉｎまで増加させたが、１５００ｍｐｍに
て安定先進率範囲を外れチャタリングが発生した。この
ため、１５００ｍｐｍ以上の加速は不可能であった。

【００９９】以上の結果より、本発明を用いることによ
り、高速域において、安定な先進率範囲に制御でき、適
正な潤滑状態を確認できるためチャタリングを防止でき
ることがわかる。

【０１００】本発明を用い、仕上厚０．２１ｍｍ以下の
硬質薄物ブリキ材を圧延した場合の圧延速度の分布を、
従来の循環式圧延油供給系統の場合と比較して図２５に
示す。本発明を用いることにより、高速域で発生するチ
ャタリングの発生頻度が低減するため、平均圧延速度が
１５００ｍｐｍから１９００ｍｐｍに向上できた。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る本発
明によれば、循環式圧延油供給系統を用いた鋼板の冷間
圧延方法において、１０％以上の高濃度なエマルション
の直接供給方式を用いることなく、高速圧延域での鋼板
付着油量を大輻に向上できる。これにより、高速圧延時
に発生していた潤滑不足が解消され、ヒートスクラッチ
の発生を防止でき、圧延速度が向上するため、生産性が
大幅に向上する。また、ロールの損傷を防止できるた
め、ロール寿命の向上によるロール原単位の向上等の付
帯効果も期待できる。

【０１０２】請求項２に係る本発明によれば、第２の圧
延油供給系統から平均粒径の大きいエマルションを、プ
レートアウトのための転相時間を最大限に確保できる鋼
板位置に供給し、その供給量を調整することにより、高
速圧延域においても先進率を広範囲に制御可能となり、
チャタリングの発生しない目標先進率への制御が可能と
なる。その結果、チャタリングの発生を未然に防止でき
るため、高速圧延が可能となり生産性が大幅に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わるタンデム圧延機
への適用例を示す図。

【図２】本発明の第２実施形態に係わるタンデム圧延機
への適用例を示す図。

【図３】Ｎｏ．４，５スタンドの潤滑用クーラントヘッ
ダーの配置図。

【図４】試験時のヘッダー取付位置を示す図。

【図５】鋼板付着油量の測定結果を示す図。

【図６】プレートアウト層の生成過程の模式図。

【図７】プレートアウト試験方法を示す図。

【図８】転相時間と付着効率の関係図。

【図９】鋼板付着油量と圧延速度の関係図。

【図１０】エマルション平均粒径と付着効率の関係図。

【図１１】エマルション供給量と鋼板付着油量の関係
図。

【図１２】本発明と従来方式の鋼板付着油量の比較を示
す図。

【図１３】本発明と従来方式の摩擦係数の比較を示す
図。

【図１４】本発明と従来方式の第５スタンドの摩擦係数
の比較を示す図。

【図１５】本発明と従来方式の第５スタンド出側の鋼板
温度の比較を示す図。

【図１６】請求項３の発明方法の適用例を示す図。

【図１７】チャタリング発生と先進率の関係を示す図。

【図１８】試験時のヘッダー取付位置を示す図。

【図１９】エマルション供給量と先進率の関係を示す
図。

【図２０】エマルション供給量と鋼板付着油量の関係を
示す図。

【図２１】エマルション供給量と先進率の関係を示す
図。

【図２２】エマルション供給量と鋼板付着油量の関係を
示す図。

【図２３】エマルション平均粒径と先進率の変更範囲の
関係を示す図。

【図２４】請求項３の発明の効果の説明図で、（ａ）破
線新率と圧延速度の関係を示し、（ｂ）は本発明による
別圧延油強休憩等のエマルション流量を示し、（ｃ）は
従来技術のエマルション流量を示す。

【図２５】圧延速度の分布の比較を示す図。

【図２６】圧延速度と鋼板油付着量との関係を示す図
で、（a ）は表面、(b) は裏面の鋼板油付着量を示す。

【図２７】圧延速度とＮｏ．５スタンドの摩擦係数の関
係を示す図。

【符号の説明】

１．．．ワークロール、２．．．バックアップロール、
３．．．ストリップ、４ａ．．．潤滑用クーラントヘッ
ダ、４ｂ．．．冷却用クーラントヘッダ、５．．．潤滑
用クーラントヘッダ、６．．．平均粒径の大きいエマル
ションの貯蔵タンク、７．．．温水タンク、８．．．圧
延油原油タンク、９．．．界面活性剤タンク、１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ．．．ポンプ、１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ．．．バルブ、１２．．．アジテータ、１３．．．エ
マルション供給用ポンプ、１４．．．圧延油供給ライ
ン、１５．．．回収オイルパン、１６．．．戻り配管、
１７．．．循環式の第１の圧延油供給タンク、１
８．．．アジテータ、１９．．．エマルション供給用ポ
ンプ、２０．．．圧延油供給ライン、３０．．．バル
ブ、３１．．．制御装置、３２．．．パルスジェネレー
タ、３３．．．スタンド出側の板速度計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂井広義東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者友常茂宏東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平７−214119（ＪＰ，Ａ) 特開平７−214121（ＪＰ，Ａ) 特開平８−176569（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−168606（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−102310（ＪＰ，Ａ) 特開2000−94025（ＪＰ，Ａ) 特開2000−94026（ＪＰ，Ａ) 特公昭59−24888（ＪＰ，Ｂ１) 特公平６−13126（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 27/10 B21B 45/02 310 B21B 37/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】循環式圧延油供給系統を用いた鋼板の冷
間圧延方法において、ロールバイトより離れた上流スタ
ンド側の、下式を満足する位置において、鋼板の上面お
よび下面に直接エマルジョンをスプレーして、鋼板の上
下両面にプレートアウト層を形成する冷間圧延方法であ
って、循環式の第１の圧延油供給系統と、エマルションをロー
ルバイトより離れた上流スタンド側の位置で供給する第
２の圧延油供給系統とを設け、第２の圧延油供給系統の
エマルションの平均粒径を、第１の圧延油供給系統のエ
マルションよりも大きくなるように調整し、ロールバイ
トより離れた上流スタンド側の位置で供給する工程を備
えたことを特徴とする冷間圧延方法。Ｌ≧Ｖin・ｔmin
（ただし、Ｌはロールバイトよりスプレーヘッダーの取
り付け位置（ｍ）、Ｖinは入側ストリップ速度（ｍ／ｓ
ｅｃ）、Ｔmin は必要な最小転相時間（ｓｅｃ）を表
す。）
【請求項２】循環式の第１の圧延油供給系統と、エマ
ルションをロールバイトより離れた上流スタンド側の位
置で供給する第２の圧延油供給系統とを設け、第２の圧
延油供給系統からのエマルション供給量を調整して、圧
延中の先進率を目標先進率範囲内に制御する工程を備え
たことを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延方法。