JP4000705B2 - 熱間材料の板厚プレス装置および板厚プレス方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スラブ等の長尺の板状の熱間材料を板厚方向にプレスする板厚プレス方法を用いた熱間材料の板厚プレス装置および板厚プレス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板等の薄板の熱間圧延は、一般に、高温のスラブを粗圧延機により中間厚さに圧延し（この状態の圧延材をシートバーと呼ぶ）、その後、仕上圧延機で最終製品の厚さに圧延している。ここで、スラブの寸法は、スラブを加熱する加熱炉の寸法が上限となる。その結果、転炉１杯分の鋼は、通常１０数本のスラブに分割される。
【０００３】
粗圧延機から出てくるシートバーは、通常の板の圧延と同様、先後端部にタングやフィッシュテールと呼ばれる形状不良部分が、程度の差はあれ生じている。タングは板幅中央部が舌のように突出したもの、フィッシュテールは板幅両端部が魚の尻尾のように突出したものであり、いずれも正常部より幅が狭いため変形し易い。
【０００４】
そのため、これらの形状不良部分を放置しておくと、次工程の仕上圧延機でさらに変形が進み、圧延トラブルの原因となるので、シートバーの段階で切断する。これらの切断された部分（いわゆるクロップ）は、歩留り低下の原因となる。
【０００５】
仕上圧延機は、一般に数スタンドからなる連続圧延機であり、板厚の薄くなった鋼帯に張力を付与した状態で圧延を行う。しかしながら、仕上圧延された熱延鋼板の先端部から１００ｍ前後の部分は、先端部がコイラに到達するまでの期間、張力が作用しない状態で圧延される。また、この間、先端部は搬送ロールとの衝突や風圧による浮き上がり等により走行が不安定となるため、一般に定常状態（コイラ到達後）の半分近くまで、圧延速度を低下させて圧延せざるを得ない。
【０００６】
また、後端部についても、仕上圧延機の最終スタンドを出た後は、張力0となるため形状が劣化する。このような非定常部は、搬送中の温度低下や形状不良に伴う冷却の不均一等により、一般に材質・形状とも定常部に比べて劣る。これらの材質・形状不良、あるいは形状不良に伴う蛇行等による圧延トラブルは、歩留りを低下させる原因となる。
【０００７】
仕上圧延における歩留りの向上については、複数のシートバーを接続して仕上げ圧延を行う方法が開発されている。例えば、特開平４−８９１０９号公報には、先行するシートバーの後端部に後続のシートバーの先端部を順次接合して、複数のシートバーに対して連続的に仕上げ圧延を行う方法が提案されている。
【０００８】
この技術では、接合された前後端部についても、定常状態と同様の圧延が可能となるので、上記の前後端部（非定常部）の歩留りが向上する。また、先端部についても、定常状態（コイラ到達後）と同じ圧延速度で圧延することが可能となるので、圧延能率が向上する。さらに、複数のシートバーを接続して圧延するので、間欠的に圧延する場合よりも圧延能率が向上する。
【０００９】
これとは別に、複数のスラブの接合、あるいは連続鋳造スラブの直接圧延等、長尺のシートバーを製造する方法も提案されている。複数のスラブを接合する方法としては、特開昭５７−１０６４０３号公報には、先行するスラブの後端部に後続のスラブの先端部を順次接合して、これら接合された複数のスラブを、プラネタリミル群により連続的にシートバーに圧延する方法が提案されている。
【００１０】
また、特開昭５９−９２１０３号公報には、転炉１杯分のスラブを大圧下圧延機によりシートバーとし、そのままコイルに巻取り、その後このシートバーのコイルを巻戻して仕上圧延を行う方法が提案されている。同様に、特開昭５９−８５３０５号公報には、特殊な連続鋳造機（ロータリキャスタと称している）により高速鋳造されたスラブを、圧延によりシートバーとし、一旦コイルボックスの中に巻き取った後、仕上圧延を行う方法が提案されている。
【００１１】
これらの長尺のシートバーを製造する方法によれば、クロップの切断は、長尺のシートバーの先後端部だけでよく、個々のスラブ毎のクロップ発生がなくなるので、その分、歩留りが向上する。さらに、これらの方法では、仕上圧延においても、前述の複数のシートバーを接続して仕上げ圧延を行う方法と同様の効果が得られることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来技術には、次のような問題点がある。
【００１３】
まず、特開平４−８９１０９号公報記載の技術では、複数のシートバーを接合するためには、シートバーの先後端部の形状不良部分を切断する必要がある。従って、クロップ発生による歩留り低下の問題は、依然として解決されていない。さらに、シートバーの接合部は、他の部分に比べて強度が低く、仕上圧延の最中に接合部で破断して、ライン停止を余儀なくされるおそれがある。また、シートバーの接合は実際には溶接により行われるため、接合部の組織が粗大化し、材質不良あるいは表面割れ発生の原因となる可能性もある。
【００１４】
特開昭５７−１０６４０３号公報記載の複数のスラブを接合する方法は、接合するスラブは板厚が厚いため、短時間で完全に接合するのは困難である。また、仮に短時間で接合できたとしても、大圧下で圧延すると接合部に静水圧成分の他に、引張り応力が作用して接合面が剥離する。そのため、圧下率を小さくする必要があり、粗圧延の能率が低下する。
【００１５】
特開昭５９−９２１０３号公報、特開昭５９−８５３０５号公報記載の連続鋳造されたスラブを直接圧延する方法では、鋳造速度の制限から、圧延の能率を低下させるという問題がある。鋳造能力（単位時間当り重量）は、後者の公報によれば10mpmの鋳造速度が可能としているが、現実には操業上および品質上の観点から、このような高速の鋳造に成功したという報告例はない。
【００１６】
これらの従来技術のように、連続鋳造されたスラブを直接圧延する方法では、鋳造速度の制限から、粗圧延機の初段の圧延速度は、速くても数m/min前後に抑えられる。これは、圧延機のロール回転数にすると1 rpm前後となり超低速の圧延となる。その結果、圧延機のロールが1200℃前後の高温の材料と長時間（数秒）接触することになるため、ロールの表面割れや変形あるいは焼付きが発生するという問題がある。従って、小規模な場合はともかく、熱延鋼板の製造のように大規模かつ高温材料を対象とした設備では、実現困難と言える。
【００１７】
また、シートバーをコイルに巻き取る方法では、通常の薄板の熱延工場に適用した場合、これらのシートバーのコイルは製品コイルの数個分を想定しており、１００トン近くの巨大なコイルとなる。その結果、巻取り装置等のコイリング設備が巨大化することが避けられず、設備コスト、工場のスペース等の観点から問題である。
【００１８】
この発明は、以上のような従来技術の問題点を解決し、シートバーやスラブの接合をすることなく、長尺のシートバーを使用することが可能な、板厚プレスによる熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の発明により解決される。
【００２１】
１ 長尺の板状の熱間材料の入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型と、少なくとも一方の金型について、材料の板幅方向の傾きを調整することにより、金型間の間隔を材料の板幅方向に変化させ、これによりプレス加工条件のうち圧下率を材料の板幅方向で変化させる金型調整機構とを備えていることを特徴とする熱間材料の板厚方向にプレス加工を加える板厚プレス装置。
【００２２】
２ 長尺の板状の熱間材料の入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型と、少なくとも一方の金型について、材料の進行方向に対する金型の設定角度を変化させることにより、プレス条件のうち金型が材料に接触する面積を材料の板幅方向で変化させる金型調整機構とを備えていることを特徴とする熱間材料の板厚方向にプレス加工を加える板厚プレス装置。
【００２３】
３ 材料の曲りを検出する曲り検出手段と、この曲り検出結果に基づいて金型調整機構を制御する金型調整機構制御手段とを備えている１または２に記載の熱間材料の板厚プレス装置。
【００２４】
４ 長尺の板状の熱間材料に対して、入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型を用いて熱間材料の板厚方向にプレス加工を加える際に、材料の曲りを検出する工程と、この曲り検出結果に基づき、前記金型の姿勢を調整してプレス加工条件のうち圧下率若しくは金型が材料に接触する面積のうち少なくとも一方を材料の板幅方向で変化させて材料の曲がりを制御する工程と、を備えた熱間材料の板厚プレス方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
上述した第１の発明に係る板厚プレス装置は、長尺の板状の熱間材料に対して板厚方向にプレス加工を加えるための板厚プレス装置であって、熱間材料の入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型と、この金型の姿勢を調整してプレス加工条件を材料の板厚方向で変化させる金型調整機構とを備え、連続鋳造されたスラブについて、粗圧延の前段の圧延を行う代りに板厚方向のプレス加工を行う場合等に用いられる。この場合の圧下率は、鋳造欠陥等の内部欠陥の発生率の観点から0.3以上とすることが望ましい。後述のように、圧下率を0.3以上とすることにより、内部欠陥の発生率を0.01％以下に抑えることができる。
【００２６】
本発明の金型は、その入り側に傾斜部を設けて、金型の端部で材料に段差が生じないようにしている。その結果、金型の入り側の傾斜部と接触した部分は、圧下率が平行部の0.3以上から非接触部の0まで連続的に変化するので、段差発生による表面割れ等のトラブルが防止できる。
【００２７】
ところで、板厚プレス加工においても圧延の場合と同様、材料の曲りが発生することがある。この曲りが発生する原因としては、材料の温度分布の不均一、あるいは双方の金型の間隔や傾き等の金型の姿勢のずれ、その他摩金型の擦係数の不均一等、プレス加工条件の板幅方向での不均一等が考えられる。曲りの発生は、これらの何らかの不均一を解消することにより、原理的には可能であるが、温度分布や金型の摩擦係数等は、一般には均一化することが困難である。曲りが発生すると、材料が板厚プレス装置本体やその周辺装置に接触して、装置を損傷したり、それに至らない場合でも、次工程の圧延等の操業安定性を損なうことがある。例えば材料先端部に曲りが発生すると、次工程の装置に装入できなくなる。また、搬送テーブルでサイドガイド等に衝突するなど、操業トラブルの原因となる。
【００２８】
このような曲りは、板厚プレス装置の出側で発生し易いが、入側においても、材料の後端部では曲りが発生することがある。この場合も、板厚プレス装置や入側の搬送テーブルの破損を招く。
【００２９】
そこで、この発明では、金型調整機構により金型の姿勢を調整して、プレス加工条件を材料の板幅方向で変化させることにより、長尺の板状の熱間材料に曲りが発生するのを防止する。材料に曲りが発生した場合は、それと逆の方向に曲がりが発生する方向に板幅方向のプレス加工条件を変える。このように、曲りが発生した場合は、材料の幅方向の加工量を非対称に変化させることにより、曲りを相殺し、曲りを防止する。
【００３０】
本発明の金型調整機構としては、上記のように金型を板幅方向に傾ける機構、後述のように双方の金型を互いに捩り配置する捩り機構等、金型の少なくとも一方の姿勢を正規の位置関係から変化させる機構を用いることができる。さらに、金型の潤滑条件を幅方向で変える潤滑機構等も用いることができ、プレス加工条件を板幅方向で変えるものであればよい。
【００３１】
第２の発明にかかる熱間材料の板厚プレス装置は、金型調整機構が、一対の金型の少なくとも一方の材料の板幅方向の傾きを調整することにより、材料の板幅方向金型の間隔を材料の板幅方向について変化させることを特徴とする装置である。この発明では、金型調整機構を用いて、一対の金型の間隔を材料の板幅方向に対して変化させている。ここでは、金型調整機構が、一対の金型の少なくとも一方を板幅方向に傾けることにより、板幅方向のプレス加工条件（圧下率）を変更することになる。具体的には、材料に曲りが発生した場合、曲りの内側となっている方の金型の間隔を狭くする。その結果、曲りの内側の材料の伸びが増加するので、材料は逆方向に曲がることになり、曲りが防止できる。
【００３２】
第３の発明に係る板厚プレス装置は、金型調整機構が、一対の金型の少なくとも一方について、材料の進行方向に対する金型の設定角度を変化させることを特徴とする装置である。金型を設定する角度は、通常は、板幅方向に合せて、即ち、材料の進行方向に対して垂直に設定する。材料が均一であり、プレス加工条件も金型の設定角度以外は板幅方向について均一であれば、金型の設定角度のずれは材料の曲りの原因となる。
【００３３】
そこで、この発明では材料の曲りが発生した場合、逆の方向に曲がるよう金型の設定角度を変化させて、曲りを相殺させる。材料の曲りの防止は、前述のように、曲りの内側の加工量を多く、外側の加工量を少なくする。そのためには、材料の曲りの内側では、金型の平行部と接触する部分を多くして、プレス加工量を増加させ、曲りの外側ではその逆というように、プレス加工条件を変化させる。
【００３４】
具体的には、金型の設定角度を、材料の曲りの方向に変化させる。これにより、曲りの内側では、金具が入り側に移動するので、金具の平行部と接触する材料も増加する。その結果、曲りの内側ではプレス加工量も増加し、その逆に、曲りの外側ではプレス加工量も減少る。従って、材料は、発生した曲りとは逆の方向に曲がることになり、曲りが防止される。
【００３５】
第４の発明に係る熱間材料の板厚プレス装置は、材料の曲りを検出する曲り検出手段と、その検出結果を用いて金型調整機構を制御する金型調整機構制御手段とを備えている装置である。この装置は、曲り検出手段と金型調整機構制御手段を備えているので、材料の曲りを検出し、検出結果を用いて金型機構調整機構を制御することができる。金型調整機構制御手段は、検出された材料の曲りの方向とその程度に応じて、金型の姿勢、即ち第１ないし第３の発明のように幅方向への傾き、あるいは材料の進行方向に対する金型の設定角度等のプレス加工条件を決定する。さらに、金型調整機構制御手段は、このプレス加工条件に基づき金型位置調整機構を制御して、金型の姿勢を調整する。
【００３６】
第５の発明に係る熱間材料の板厚プレス方法は、長尺の板状の熱間材料に対して、入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型を用いて、板厚方向にプレス加工を加える際、材料の曲りを検出し、その検出結果に基づき、前記金型の姿勢を調整してプレス加工条件を材料の板幅方向について変化させることにより、材料の曲りを制御する方法である。この発明は、材料の曲りを検出し、金型の姿勢を調整しているので、前述のように、曲りの発生およびその大きさを低減することができる。この場合、金型の姿勢を調整する手段としては、第２または第３の発明の板厚プレス装置を用いることができるが、金型の姿勢の調整が可能であればどのような手段でもよい。
【００３７】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の実施に用いる装置の１例を示す図である。長尺の連続鋳造スラブ９は、板厚プレス装置の金型１３により、板厚方向にプレス加工される。金型１０は、入り側が傾斜部、出側が平行部となっており、スラブ９はプレスの途中の段階では、テーパ状に加工される。
【００３８】
板厚方向のプレス加工は、材料（連続鋳造スラブ９）を所定の送り量で移動しながら繰返して行われる。その後、連続的に粗圧延機２０により圧延されてシートバーとなり、次いで、仕上圧延機３０により圧延されて、熱延鋼板となりコイラ４０で巻き取られ熱延コイルとなる。
【００３９】
図２は、板厚プレスにおける圧下率εと内部欠陥の発生率の関係を示す図である。材料には、板厚100mmおよび200mmの連続鋳造スラブを用い、内部欠陥の発生率は通常の金属組織検査（マクロ腐食法）により行った。いずれの材料についても、前述したように加工歪ε：0.3でほぼ許容範囲の0.01％となる。
【００４０】
図３は、発明の実施の形態を示す装置の断面を示し、図３（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は横断面図ある。スラブ等の材料９は、板厚プレス装置１０に連続的に供給され、板厚方向にプレスされる。板厚プレス装置１０はクランクプレス型のプレス装置であり、クランク軸１１に取付けられた偏心した円形カム１２により、金型１３を往復運動させている。
【００４１】
板厚プレス装置１０の前後（入・出側）には、曲り検出手段５０が設けられ、材料９の曲りを検出する。金型調整機構制御手段（コントローラ）６０は、その検出結果を用いて、金型調整機構１４を制御する。この例では、図３（ｂ）に示すように、金型調整機構１４が、上記のクランク軸１１の両端の軸受１５の位置を調整する。ここで、軸受の位置調整には、具体的には、スクリューあるいは油圧シリンダ等を用いることができる。
【００４２】
図４は、別の実施の形態を示す図である。ここでは、金型１３のホルダ１６は、クランクホルダ１７に対して相互に回転可能に取付けられており、金型１３の材料進行方向に対する設定角度を調整することができる。この金型１３の設定角度の変更あるいは調整を行う金型調整機構は、ここではクランクホルダ１７に内蔵されたモータ１８により実現されている。なお、図４では上側の金型のみ回転させる形式であるが、下側の金型を回転させる形式でも、上下ともに回転させる形式でもよい。
【００４３】
この例では、曲り検出手段５０が材料１の曲りを検出すると、金型調整機構制御手段（コントローラ）６０は、その検出結果を用いて、金型調整機構、即ちモータ１８を制御する。これにより、前述のように曲りの内側と外側のプレス加工量を変化させて、曲りを相殺する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、連続鋳造されたスラブを、板厚方向のプレス加工を行い、引き続き連続的に圧延してシートバーとすることにより、シートバーやスラブの接合をすることなく、長尺のシートバーを得ることができる。プレス加工では、圧延に比べて圧下率を大きくできるので、内部欠陥の発生率の低減が可能となる。
【００４５】
さらにこの発明では、プレス加工条件を材料の板幅方向について変化させることにより、材料の幅方向の加工量を変化させて、板厚プレス加工における曲りの発生の低減ないし防止が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施に用いる装置の全体概略図。
【図２】加工率と内部欠陥の発生率の関係を示す図
【図３】発明の実施の形態を示す装置の配置図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図
【図４】発明の別の実施の形態を示す装置の配置図
【符号の説明】
９．．．スラブ
１０．．．板厚プレス装置
１１．．．クランク軸
１２．．．円形カム
１３．．．金型
１４．．．金型調整機構
１５．．．軸受
１６．．．ホルダ
１７．．．クランクホルダ
１８．．．モータ
２０．．．粗圧延機
３０．．．仕上圧延機
４０．．．コイラ
５０．．．曲り検出手段
６０．．．金型調整機構制御手段

Claims (4)

1. 長尺の板状の熱間材料の入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型と、少なくとも一方の金型について、材料の板幅方向の傾きを調整することにより、金型間の間隔を材料の板幅方向に変化させ、これによりプレス加工条件のうち圧下率を材料の板幅方向で変化させる金型調整機構とを備えていることを特徴とする熱間材料の板厚方向にプレス加工を加える板厚プレス装置。
2. 長尺の板状の熱間材料の入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型と、少なくとも一方の金型について、材料の進行方向に対する金型の設定角度を変化させることにより、プレス条件のうち金型が材料に接触する面積を材料の板幅方向で変化させる金型調整機構とを備えていることを特徴とする熱間材料の板厚方向にプレス加工を加える板厚プレス装置。
3. 材料の曲りを検出する曲り検出手段と、この曲り検出結果に基づいて金型調整機構を制御する金型調整機構制御手段とを備えている請求項１または２に記載の熱間材料の板厚プレス装置。
4. 長尺の板状の熱間材料に対して、入り側に傾斜部、出側に平行部が形成された一対の金型を用いて熱間材料の板厚方向にプレス加工を加える際に、材料の曲りを検出する工程と、この曲り検出結果に基づき、前記金型の姿勢を調整してプレス加工条件のうち圧下率若しくは金型が材料に接触する面積のうち少なくとも一方を材料の板幅方向で変化させて材料の曲がりを制御する工程と、を備えた熱間材料の板厚プレス方法。

Images