JP4077804B2 - 金属板材の圧延方法 - Google Patents

Description

この発明は金属板材の圧延方法、特に鋼板、アルミニウム板などの金属板材の可逆圧延方法に関する。

金属板材、例えば鋼板の圧延において、圧延機の下流側に配置したピンチロールで圧延材に下流側に張力を与えながら圧延する場合、圧延機と下流側ピンチロールとの間にある圧延材の先端部分に張力を与えることができない。したがって、先端部分を圧延するために、圧延機の上流側にもピンチロールを配置し、先端部分は上流側ピンチロールで上流側に張力を与えながら逆転圧延し、後端部分は下流側ピンチロールで下流側に張力を与えながら正転圧延して圧延材全長を圧延する（例えば特許文献１参照）。

上記従来の圧延方法では、逆転圧延は圧延材の途中から開始されるので、圧延開始とともに所定の圧下量を与えると圧延開始点にロールマークが残って製品品質を落としてしまう。

また、圧延開始点の上記ロールマークを防ぐために、圧延開始時は圧下率をゼロ（弾性変形領域での荷重）として、圧延材を移送しながら所定の圧下率まで徐々に圧下率を増加する方法が考えられる。圧下率を徐々に増加する部分はテーパ状となり、圧下率不足となる。したがって、逆転圧延に続く正転圧延でこの圧下率不足を補なわなければならない。また、圧延材全長にわたって所定の圧下率とするためには、逆転圧延および正転圧延での圧下増加率を正確に維持する必要がある。

さらに、生産性を向上するために、圧延時間を最短とすることが望ましい。
特開２００２−３５８１９号公報（第１頁、請求項４）

この発明の課題は、金属板材の可逆圧延において、ロールマークを生じることのない金属板材の圧延方法を提供することである。
他の課題は、逆転圧延および正転圧延での圧下増加率を正確に維持することができる金属板材の圧延方法を提供することである。
更に他の課題は、圧延時間を最短とする金属板材の圧延方法を提供することである。

この発明の金属板材の圧延方法は、圧延機の上流側および下流側に圧延材の移動を拘束する拘束装置をそれぞれ配置し、可逆圧延により金属板材を圧延する方法において、圧延開始前に前記圧延機のワークロールを正転して先端から所定の長さの圧延材を非圧延状態で下流側に移送し、逆転圧延開始時から徐々に圧下率を増加して所定長さのテーパ部を形成するように圧延材を逆転圧延し、テーパ部の圧延に引き続いて先端まで所定の圧下率で逆転圧延し、正転圧延時に前記テーパ部の不足圧下率を補うように圧下率を徐々に増加してテーパ部を圧延し、前記テーパ部の圧延に引き続いて後端まで所定の圧下率で正転圧延し、圧延材全長にわたって所定の圧下率となるように圧延することを特徴としている。ここで、非圧延状態とは、ワークロールが圧延材に接触していないか、または圧延材が塑性変形しない圧下力でワークロールにより圧下されている状態をいう。

上記金属板材の圧延方法において、前記テーパ部の逆転圧延および正転圧延における圧延速度を一定とすることが好ましい。
上記金属板材の圧延方法において、前記逆転圧延で圧延開始前に非圧延状態で圧延材の移送速度を所定の速度まで徐々に加速する助走区間を設けたることが好ましい。
上記金属板材の圧延方法において、逆転圧延時の圧延速度を逆転移送開始から正転圧延によって逆転圧延開始点が再び前記圧延機のワークロール直下に至るまでの時間を最短にする逆転圧延時の一定圧延速度を求め、前記一定圧延速度のもとで逆転圧延を行なうことが好ましい。
前記最短時間Ｔ_ｔとする逆転圧延時の一定圧延速度Ｖ_ｒ、および圧延材の突出し長さ（圧延材先端から逆転開始位置までの長さ）Ｌ_ｒを下記式に基づいて求めることができる。

ここで、
Ｘ_２：ワークロールと下流側拘束装置との間の距離
ｔ_８：下流側拘束装置圧下動作時間 Ｐ₀:圧延材荷重
α：移送速度加速率 β：移送／圧延速度減速率
Ｖ_ｆ１：正転時移送速度 Ｖ_ｆ２：正転時移送速度
Ｗ_ｒ：逆転時圧下量増加率 Ｗ_ｆ：正転時圧下量増加率

この発明では、逆転圧延開始時から徐々に圧下率を増加して所定長さのテーパ部を形成し、正転圧延時に前記テーパ部の不足圧下率を補うように圧下率を徐々に増加してテーパ部を圧延する。したがって、金属板材にロールマークを生じないので、良好な品質の圧延金属板材を提供することができる。

前記テーパ部の逆転圧延および正転圧延における圧延速度を一定とすることにより、逆転圧延および正転圧延での圧下増加率を正確に維持することが容易となるとともに、金属板材の全長にわたり板厚一定の金属板材が得られる。
また、逆転圧延で圧下開始前に圧延材の移送速度を所定の速度まで徐々に加速する助走区間を設けることにより、所定の圧延速度で逆転圧延を容易に開始することができる。
さらに、圧延時間を最短とする逆転圧延時の一定圧延速度を求め、前記一定圧延速度のもとで逆転圧延することにより、生産性の向上を図ることができる。

この発明の最良の形態では、圧延機の上流側および下流側に圧延材の移動を拘束するピンチロールをそれぞれ配置し、圧延開始前に前記圧延機のワークロールを正転して先端から所定の長さの圧延材を非圧延状態で下流側に移送する。

次いで、ワークロールを逆転して圧延機と下流側ピンチロールとの間で張力を与えながら圧延材を先端まで逆転圧延する。この逆転圧延では、逆転圧延開始時から徐々に圧下率を増加して所定長さのテーパ部を形成するように圧延材を逆転圧延する。

逆転圧延が終了すると、ワークロールを正転して圧延機と下流側ピンチロールとの間で張力を与えながら圧延材を後端まで正転圧延し、圧延材全長にわたって所定の圧下率となるように圧延する。この正転圧延では、前記正転圧延時に前記テーパ部の不足圧下率を補うように圧下率を徐々に増加してテーパ部を圧延し、前記テーパ部の圧延に引き続いて後端まで所定の圧下率で正転圧延する。

上記圧延方法では、逆転圧延を最初に行ない、次いで正転圧延を行なった。しかし、正転圧延を最初に行ない、次いで逆転圧延を行うことも可能である。後者の方法も原理的には前者の方法と同じなので、その説明は省略する。

上記圧延方法について、図面を参照しながら更に詳細に説明する。
図１は、この発明の圧延方法を実施する装置を模式的に示す装置構成図である。圧延機１０は、ワークロール１１を備えた２重板圧延機である。ピンチロール１３、１４が、圧延機１０の上流側および下流側にそれぞれ設けられている。

図２は、圧延材の長手方向の板厚マップを、圧延材の移送速度および圧下率とともに示している。圧延材は、普通鋼の切り板である。
圧延開始前に、圧延機１０のワークロール１１およびピンチロール１３、１４のロール間隔を、板厚より広くしておく。この状態で、圧延材を上流側ピンチロール１３の入側から供給し、下流側に移送する。圧延材の先端が圧延機１０を経て下流側ピンチロール１４より突出し長さだけ下流側に突き出た位置に達すると、圧延材の移送を停止する。突出し長さは、後述のようにあらかじめ適切な長さに決めることができる。この停止位置で、圧延材の、ワークロール直下に位置する点を逆転開始点Ａとする。

次に、圧延材の先端部を逆転圧延する。圧延材を停止したままワークロールおよび上流側ピンチロールの圧下を下げて圧延材を挟み込み、圧延材の先端部を圧延するために逆転回転を開始する。このとき、圧延材を停止したまま強圧下をかけると局所的に圧延材が変形し、圧延材にロールマークが残ってしまう。したがって、この発明では、初めは圧延材が塑性変形しない程度に軽圧下した状態で逆転を開始し、逆転時の圧延材の移送速度が所定の値になるまで加速し、加速が完了したのち（Ｂ点）、所定の圧延速度を一定に保ちながら圧下量（圧下率）を徐々に増加させ、所定の圧下量まで圧延していく。この所定の圧下量に到達する点をＣ点とする。

ＢＣ間（テーパ部）は逆転圧延とその後の正転圧延の２回の圧延により所定の圧下量を達成することが必要である。このために、テーパ部ＢＣの圧延材長さに対する圧下量増加率の制御が重要である。テーパ部ＢＣでは、圧延速度が一定、すなわち単位時間当りの圧延材進行量は一定であるので、単位時間あたりの圧下量増加率だけを制御すれば、圧延材の長さに合わせた圧下量増加率を達成することが容易である。したがって、この発明では逆転開始点Ａと塑性変形圧延開始点Ｂとを意識的に分けている。ＡＢ間（助走部）では非圧延状態で圧延材の移送速度を加速しながら圧延し、テーパ部ＢＣでは圧延速度を一定に保持して圧延する。

Ｃ点以降は所定の圧下量を保ちながら逆転圧延するので、圧延時間を短縮するために圧延速度を加減速することも可能である。ここでは説明を簡単にするために、圧延速度は一定としている。

上記逆転圧延において、圧延材先端またはクロップ発生点など以降の圧延を要しない限界点Ｄがワークロール直下に到達する前に圧延速度を減速する。そして、Ｄ点がワークロール直下に達したとき、逆転圧延を停止し、ワークロール圧下量を弾性変形しかしない程度以上に軽くする。

逆転圧延が終了すると、正転圧延を開始する。前記Ｃ点が再びワークロール直下に来るまでのＣＤ間は、既に所定の圧下量を達成しているため、ワークロールの圧下量は弾性変形しかしない程度以下の軽い圧下またはワークロールを開放した状態である。

Ｃ点が再びワークロール直下に来た以降は、正転圧延を行なう。Ｃ点が再びワークロール直下に達するまでに下流側ピンチロールで圧延材の先端部を挟み込み、下流側に張力を加える。また、正転圧延時でも逆転圧延時と同様の理由から、テーパ部ＢＣは一定の圧延速度で圧延する。したがって、Ｃ点が再びワークロール直下に到達した時点では、圧延材の移送速度は所定の一定速度に到達している必要がある。そこで、圧延材の先端が下流側ピンチロール直下を通過した後の最適なタイミングで正転移送を停止し（Ｅ点）、下流側ピンチロールを圧下して圧延材を挟み込み、再度、加速してＣ点が再びワークロール直下に達するまでに加速を完了する。ここで、Ｅ点で圧延材を停止せずにピンチロールを圧下させ、移送中の圧延材にフライングタッチさせてもよい。

次に、Ｃ点が再びワークロール直下に到達したと同時に正転圧延を開始する。圧延速度は一定のまま、逆転圧延時の所定の圧下量に対して不足している圧下量を補うように圧下量を徐々に増加してテーパ部ＢＣを所定の圧下量まで圧延する。Ｂ点以降は、所定の圧下量一定で正転圧延を継続する。Ｂ点以降は、圧延時間を短縮するためなどの理由で加減速することも可能である（例えばＢＦ参照）。圧延材の後端Ｇがワークロール直下に達するまで圧延して圧延完了となる。図３は、圧延完了後の板厚マップを示している。テーパ部ＢＣの板厚は、一定圧下量の部分ＣＤ、ＢＧと等しい板厚となっており、鋼板全長にわたって一様な板厚の鋼板が得られる。

ところで、助走部ＡＢを長くとると、圧延開始時の圧延材の突出し長さが長くなり、逆転圧延時間が長くなる。その反面、助走部ＡＢが短いとテーパ部ＢＣでの圧延速度を充分に加速することができない。この結果、助走部ＡＢでの圧延材の移送速度が低くなり、やはり逆転圧延時間が長くなる。

そこで、逆転移送開始から正転圧延によって逆転圧延開始点が再びワークロール直下に至るまでの最短時間Ｔ_ｔが実現される、逆転圧延時の一定圧延速度Ｖ_ｒを求める。圧延速度Ｖ_ｒが求まれば、圧延材の突出し長さ（圧延材先端から逆転開始位置までの長さ）Ｌ_ｒが決まる。さらに、突出し長さＬ_ｒにより、逆転開始点Ａが決まる。逆転圧延開始前に、圧延材の先端部を上記Ｌ_ｒだけワークロールより突き出し、上記圧延速度Ｖ_ｒのもとで逆転圧延を開始する。

上記最短時間Ｔ_ｔおよび圧延材の突出し長さＬ_ｒは、下記の式に基づいて求めることができる。

ここで、
Ｘ_２：ワークロールと下流側ピンチロールとの間の距離［ｍ］
ｔ_８：下流側ピンチロール圧下動作時間［ｓ］ Ｐ₀:圧延材荷重［Ｎ］
α：移送速度加速率［ｍ／ｓ^２］ β：移送／圧延速度減速率［ｍ／ｓ^２］
Ｖ_ｆ１：正転時圧延速度［ｍ／ｓ］ Ｖ_ｆ２：正転時圧延速度［ｍ／ｓ］
Ｗ_ｒ：逆転時圧下量増加率［Ｎ／ｓ］ Ｗ_ｆ：正転時圧下量増加率 ［Ｎ／ｓ］
である。

上記計算式において、移送速度加速率αおよび移送／圧延速度減速率βは、駆動装置能力などから決定されることが多い。逆転時圧下量増加率Ｗ_ｒおよび正転時圧下量増加率Ｗ_ｆも圧下装置能力などから決定されることが多い。ワークロール―下流側ピンチロール間距離Ｘ_２も機械制約から決定される。下流側ピンチロール圧下動作時間ｔ_８もアクチュエータ性能などから決定される。したがって、運転方案上比較的自由に決定できるのは、逆転時移送速度Ｖ_ｒ、正転時移送速度Ｖ_ｆ１および正転時圧延速度Ｖ_ｆ２である。しかし、逆転時移送速度Ｖ_ｒと正転時圧延速度Ｖ_ｆ２は2回圧延で所定の圧下量を確保しなければならないため、逆転時の逆転時圧下量変化率Ｗｒおよび正転時圧下量変化率Ｗ_ｆとともに（２）式が成立していることが必要である。

上記のような条件から、Ｂ点が再びワークロール直下に来るまでの逆転圧延時間と正転圧延時間との合計圧延時間Ｔ_ｔと突出し長さＬ_ｒとは、（１）式および（３）式で求められる。比較的自由に設定できる逆転時移送速度Ｖ_ｒおよび正転時移送速度Ｖ_ｆ１をふって上記圧延時間Ｔ_ｔを計算すると、圧延時間Ｔ_ｔを最小にする逆転時移送速度Ｖ_ｒおよび正転時移送速度Ｖ_ｆ１が求まる。逆転時移送速度Ｖ_ｒおよび正転時移送速度Ｖ_ｆ１が求まれば、これらから突出し長さＬ_ｒが求めることができる。

この発明は上記実施の形態に限られるものではない。例えば、圧延機は２重式圧延機に代えて４重式圧延機やクラスターロール圧延機などであってもよい。拘束装置は、ピンチロールに代えて圧延機の上流側および下流側に配置した巻戻しまたは巻取りリールを用いることもできる。金属板材は、切り板に代えて帯状板であってもよい。なお、この発明は、例えば調質圧延、矯正、冷延可逆圧延などに用いられる。

圧延機の能力を考慮して、正転時移送速度Ｖ_ｆ１、逆転時圧下量変化率Ｗｒおよび正転時圧下量変化率Ｗ_ｆを適当な値に決める。逆転時圧下量変化率Ｗｒおよび正転時圧下量変化率Ｗ_ｆが決まると、正転時圧延速度Ｖ_ｆ２は（２）式で求めることができる。また、（１）式中のＸ_２、ｔ_８、α、β、Ｐ₀等も適当な値に決めることができるので、移送速度間隔を適当にとって逆転時移送速度Ｖ_ｒを変化させると、各逆転時移送速度Ｖ_ｒに応じた圧延時間Ｔ_ｔが（１）式により求まる。得られた圧延時間Ｔ_ｔの中から最短の圧延時間Ｔ_ｔが求めれば、最適の逆転時移送速度Ｖ_ｒが得られる。また、この逆転時移送速度Ｖ_ｒから（３）式により突出し長さＬ_ｒを求めることができる。

表１は、圧延材各部の圧延時間、圧下速度、移送速度、加速度その他を示している。また、表２は、逆転時移送速度Ｖ_ｒを５．０ｍ／ｍｉｍから５．０ｍ／ｍｉｎ刻みで１０５ｍ／ｍｉｎまで変化させた場合の計算結果を示している。

計算結果によれば、最短の圧延時間Ｔｔは１６．３ｍ／ｍｉｍであり、そのときの突出し長さＬ_ｒは５．１ｍとなった。図４は、計算結果をグラフで示している。

この発明の圧延方法を実施する装置を模式的に示す装置構成図である。 圧延材の長手方向の板厚マップを、移送速度および圧下率とともに示す線図である。 圧延完了後の板厚マップである。 逆転時移送速度に対する合計圧延時間と突出し長さとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 可逆式板圧延機 １１ ワークロール
１３ 上流側ピンチロール １４ 下流側ピンチロール

Claims (5)

1. 圧延機の上流側および下流側に圧延材の移動を拘束する拘束装置をそれぞれ配置し、可逆圧延により金属板材を圧延する方法において、圧延開始前に前記圧延機のワークロールを正転して先端から所定の長さの圧延材を非圧延状態で下流側に移送し、逆転圧延開始時から徐々に圧下率を増加して所定長さのテーパ部を形成するように圧延材を逆転圧延し、テーパ部の圧延に引き続いて先端まで所定の圧下率で逆転圧延し、正転圧延時に前記テーパ部の不足圧下率を補うように圧下率を徐々に増加してテーパ部を圧延し、前記テーパ部の圧延に引き続いて後端まで所定の圧下率で正転圧延し、圧延材全長にわたって所定の圧下率となるように圧延することを特徴とする金属板材の圧延方法。
2. 前記テーパ部の逆転圧延および正転圧延において、圧延速度を一定とする請求項１記載の金属板材の圧延方法。
3. 前記逆転圧延において、圧延開始前に非圧延状態で圧延材の移送速度を所定の速度まで徐々に加速する助走区間を設けた請求項１または請求項２記載の金属板材の圧延方法。
4. 逆転圧延時の圧延速度を逆転移送開始から正転圧延によって逆転圧延開始点が再び前記圧延機のワークロール直下に至るまでの時間を最短にする逆転圧延時の一定圧延速度を求め、前記一定圧延速度のもとで逆転圧延を行なう前記請求項１、２または３記載の金属板材の圧延方法。
5. 前記最短時間Ｔ_ｔとする逆転圧延時の一定圧延速度Ｖ_ｒ、および圧延材の突出し長さ（圧延材先端から逆転開始位置までの長さ）Ｌ_ｒを下記式に基づいて求める請求項４記載の金属板材の圧延方法。
   

   

   ここで、
   Ｘ_２：ワークロールと下流側拘束装置との間の距離
   ｔ_８：下流側拘束装置圧下動作時間 Ｐ₀：圧延材荷重
   α：移送速度加速率 β：移送／圧延速度減速率
   Ｖ_ｆ１：正転時移送速度 Ｖ_ｆ２：正転時圧延速度
   Ｗ_ｒ：逆転時圧下量増加率 Ｗ_ｆ：正転時圧下量増加率

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