JP4470742B2 - 鋼片の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼片の圧延方法、特に、スラブ等の幅／厚さ比が比較的大きい鋼片の幅圧下を行う際、先後端に発生するクロップ（図４の(a)参照）を低減するための鋼片の圧延方法に関する。

図６は、圧延機における鋼片の圧延状況を示す模式図であって、（ａ）は圧延中、（ｂ）は圧延終了直後である。
図６の（ａ）において、スラブのように幅／厚さ比（以下Ｂ／Ｈ比）が１より大きい鋼片を、圧延機（図示しない）において複数パスの幅圧下圧延（鋼片の矩形断面における長辺を圧延すること）を行う際、通常、圧下される鋼片幅に比べて圧延ロール１０のロール径は同程度ないし鋼片幅より小さくなる場合が多く、特に圧延前段パスで鋼片の幅が広い際に、幅圧下圧延時の圧延ロール１０と鋼片との接触部の投影接触弧長ｌｄと、該接触部における平均幅ｂｍ（＝（Ｂｉｎ＋２Ｂｏｕｔ）／３）との比α（＝ｌｄ／ｂｍ）が小さくなる。
なお、圧延前および圧延後における鋼片をそれぞれ鋼片８および鋼片９と、圧延前の鋼片８の後端（尻抜け端）を８ｂと、圧延後における鋼片８の先端（噛み込み端）および後端（尻抜け端）を、それぞれ９ｔおよび９ｂと記載している。

図６の（ｂ）において、特に、摩擦係数の大きい熱間圧延においてこのような圧延を行う場合には、先端９ｔおよび、特に後端部側において後端９ｂが図示するようにフィッシュテール状の非定常変形を起こす傾向があるため、クロップによる歩留ロスが非常に大きくなる。
このクロップは鋼片圧延における歩留ロスにおいて非常に大きい割合を占めており、歩留向上を考える上でこのクロップを低減することが重要な課題となっている。

このようなクロップを低減するための方策として、例えば以下の発明が開示されている。
（ｉ）鋼片の先端（噛み込み端）から後端（尻抜け端）にかけて圧下量を減少させ、後端において圧下しない、すなわち、圧延後端を形成しないようにした分塊圧延方法（例えば、特許文献１参照）。
（ｉｉ）造塊スラブの底部に四角錐台状または楕円錐台状の凸部（ウエル）を形成して、スラブの折れ込み疵を防止する分塊圧延スラブの折れ込み疵生成防止方法（例えば、特許文献２参照）。
（ｉｉｉ）圧延後端を形成しないように分塊圧延をするに先立って、鋼片の先後端を圧延ロールによりプレス予成形することにより特別なプレス予成形機を設けることなく、クロップ損失を低減する分塊圧延方法（例えば、特許文献３参照）。
（ｉｖ）圧延初期に、複数回の噛み戻し圧延（長手方向の途中まで圧延する）によって先端および後端の所定範囲に所定厚さの凹部を形成し、その後、該凹部とほぼ同じ厚さになるまで圧延することにより、実質的に圧延後端を形成しないようにしてクロップを低減すると共に、圧延能率の向上を図る分塊圧延におけるクロップ減少方法（例えば、特許文献４参照）。

特公昭５１−３５３８３号公報（２頁、図２） 特開昭５８−８１５０２号公報（４−６頁、図２） 特開昭６０−２３８００４号公報（１０−１１頁、図７） 特開昭５７−３９００１号公報（２−３頁、図２）

以上のような方法によりクロップ低減が図れることは、既に実験的にも確認されており、実際のプロセスにおいても適用されている。しかしながら、以下のような問題があった。すなわち、
（イ）例えばスラブ長さが短い場合や、設備面、能率面での制約で十分な予成形が取れない場合、予成形による非定常変形抑制効果を十分に得ることが出来ない可能性がある。

図７は、予成形長さとクロップ成長挙動との関係を説明する模式図である。図７において、鋼片端部で非定常変形を起こす領域は、板厚、幅に応じてある長さを有しており、その長さよりも短い長さで予成形を行った場合（図７の（ａ）参照）、顕著な非定常変形を起こす鋼片最端部（端部を含み、端部から所定の範囲）については十分な効果が得られるが、一方、それ以外の未成形の部分（前記鋼片最端部よりも鋼片の中央よりの範囲）においては、図７の（ｂ）のように、予成形後の逆転圧延時に非定常変形を起こしている。
一方、非定常変形を起こす長さよりも長い長さで予成形を行った場合（図７の（ｃ）参照）、顕著な非定常変形を起こす鋼片最端部およびそれ以外の未成形の部分の両方において、十分な効果が得られるものである（図７の（ｄ）参照）。

（ロ）この予成形長さをどの程度与えれば十分な効果が得られるかについて、従来技術では必ずしも明確化されていなかった。このため、制御モデル上で予め決められた予成形長さを与えたり、あるいは手動操作で予成形長さを任意に与えていたりしているのが現状であった。
（ハ）このように、予成形長さと、それに伴う非定常変形抑制効果との関係が明確になっていない場合、多様な形状を有する鋼片に対して前記予成形圧延を行う際、鋼片形状によっては十分な予成形効果が得られないものもあるため、クロップ低減効果が限定的となる可能性がある。
（ニ）さらに、大口ツト材のように同一サイズの鋼片を続けて圧延する場合には、実際に発生したクロップ形状を見ながら予成形部形状を修正することも可能であるが、異なるサイズの鋼片を続けて圧延する場合には、かかる修正をすることができなかった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、異なるサイズの鋼片を圧延する場合をも想定し、鋼片形状に応じて、所定の圧延パスにおけるクロップ生成に影響を及ぼす影響部長さ（Ｌｎ）が算出され、Ｌｎに基づいた予成形長さを与える鋼片の圧延方法を提供することを目的にする。

（１）本発明に係る鋼片の圧延方法は、複数パスの幅圧下圧延によって鋼片を圧延するに際し、特定の圧延パス（ｎパス）の前に、当該圧延パスの後端を予め予成形してクロップを低減するものであって、
前記鋼片における鋼片端部クロップの生成に影響する影響部長さ（Ｌｎ）を予め求め、該影響部長さ（Ｌｎ）よりも長い範囲を有する予成形部形状を与えると共に、
前記予成形部形状が圧延ロールによって与えられ、該予成形部形状が前記影響部長さ（Ｌｎ）よりも長い平行部を有することを特徴とする。

（２）また、前記特定の圧延パス（ｎパス）における圧下率がｒｎ、該圧延パス（ｎパス）の前の前記鋼片の幅がＢｎ、該鋼片の厚さがＨｎであって、該鋼片の幅と厚さとの比（Ｂ／Ｈ比）が１以上のとき、前記影響部長さ（Ｌｎ）を前記圧下率と前記鋼片の幅と該鋼片の厚さとの関数
Ｌｎ＝ｆ（Ｂｎ、Ｈｎ、ｒｎ）
として求めることを特徴とする。

（３）さらに、前記関数が、Ｌｎ＝−２Ｂｎ（α²−α）であって、このとき、α＝ｌｄ／ｂｍ、ｌｄは圧延ロールと前記鋼片との投影接触長さ、ｂｍは接触部における平均幅であることを特徴とする。

したがって、多様な形状を有する鋼片に対し幅圧下圧延を行う際、その形状に応じた最適な予成形部形状、すなわち、所定の圧延パス（ｎパス）における最小限必要な影響部長さ（Ｌｎ）が、合理的に算出され、該影響部長さ（Ｌｎ）よりも長い範囲を有する予成形部形状を与えることが可能となるため、異なるサイズの鋼片を圧延する場合であっても、先後端クロップによる歩留ロスを最小化する事が可能となる。

図１は本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法を説明する模式図である。
前述のように、鋼片１を圧延する際、圧延方向の先端（図示しない）近傍及び後端部１ｂの近傍を除く範囲１ｃ（いわゆる中央部）は定常変形となり、クロップ生成には影響を及ぼさない。これは、定常変形部では鋼片の先行部及び後行部による拘束力により、非定常変形の発生が抑えられるからである。
一方、鋼片の先端近傍及び後端部１ｂの近傍は、非定常変形を起こし、該非定常変形がクロップ生成に影響を及ぼす。これは、定常変形部から後端部１ｂに近づくにつれて後行部の拘束力が十分に確保出来なくなり、後進力の大きいロール接触位置近傍のメタルフローによりクロップ生成が助長されるためである（図１の（ａ）参照）。

このようなクロップ生成に影響を及ぼす非定常変形部の長さは、各圧延パス前の鋼片形状により変化するため、本発明では、図１の（ａ）に示すように、特定の圧延パス（以下「圧延ｎパス目」と称す）において、クロップ生成に影響を及ぼす影響領域の長さＬｎ（本発明において「影響部長さＬｎ」と称す）として予め求めておく。

そして、影響部長さＬｎは、圧延ｎパス目の前における鋼片寸法（幅Ｂｎ、厚さＨｎ）および圧延ｎパス目の圧下率ｒｎ（以下「ｎパス目圧下率ｒｎ」と称す）と相関があるため、予め、幅Ｂｎと、厚さＨｎと、ｎパス目圧下率ｒｎとの関数として
Ｌｎ＝ｆ（Ｂｎ、Ｈｎ、ｒｎ）・・・・関係式１
の形で与えておけばよい。
また、上記関係式１を適用する対象材が多品種にわたる場合などは、材質によって材料の先進・後進特性が大きく異なる事も規定されるため、上記関係式１を材料影響項を含む関数として与えてもよい。
なお、影響部長さＬｎと、幅Ｂｎや厚さＨｎやｎパス目圧下率ｒｎとの関係は、例えば実験によりクロップ生成量を実測する方法や数値解析を用いる方法により求められ、それらにより前記関係式１を導出することが可能である。

さらに、前記関係式１を以下の仮定に基づいて整理することも可能である。
仮定１：影響部長さＬｎに対する、厚さＨｎの影響は少ない。
仮定２：影響部長さＬｎに対する、ロールと鋼片との接触長さ（投影接触弧長ｌｄ）と接触部の平均幅ｂｍとの比α（＝ｌｄ／ｂｍ）の影響が大きい。
仮定３：実験的傾向から判断して、前記比α（＝ｌｄ／ｂｍ）が０．５の時に、非定常変形によるクロップ成長が最も起こりやすく、その際のＬｎは０．５Ｂｎである。
以上より、
Ｌｎ＝−２Ｂｎ（α²−α） ・・・・関係式２
α ＝ｌｄ／ｂｍ ・・・・・・・・関係式３
ｌｄ／ｂｍ＝√（Ｒ・ｒｎ・Ｂｎ）／（（１−２・ｒｎ／３）・Ｂｎ）・・・関係式４
ここで、Ｒは圧延ロールの半径であって、近似的に扁平ロール半径Ｒ’と等しいとしている。
なお、平均幅ｂｍは、 圧延ｎパス目の前における鋼片の幅Ｂｎ（Ｂｎに同じ）と、２倍の圧延ｎパス後における鋼片の幅Ｂｎ＋１との和を３で除したもの、すなわち、
ｂｍ＝（Ｂｎ＋２・Ｂｎ＋１）／３＝（Ｂｉｎ＋２・Ｂｏｕｔ）／３ である。

したがって、例えば、予成形部形状を圧延ロールで与える場合、予成形平行部長さ（Ｍｎ、図１の（ｂ）参照）を、関係式２によって算出される影響部長さＬｎよりも大きな値にして、予成形することによりクロップ低減効果を十分に与えることが出来る。すなわち、圧延後端（尻抜け側に同じ）と圧延先端（噛み込み側に同じ）とにおけるそれぞれのフィッシュテールの長さ増分の差が小さくなるためである。
よって、本発明によれば、複数パス圧延において、予め特定の圧延パス（１または２以上の適宜選択した圧延パス）について影響部長さＬｎを求めておき、それぞれ前記方法を実行することによって、該複数パス圧延が終了した後のクロップ（集積クロップに同じ）の低減効果を得ることができる。すなわち、予成形部形状を圧延ロールで与える場合、必要最小限の予成形平行部長さ（Ｍｎ）を与えることで操業上の目標値が明確になり、確実に前記効果を発現できるということである。

図２は本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法における予成形平行部長さ（Ｍｎ）を説明する模式図である。図２に示すように、予成形部形状を圧延ロールで与える場合、特定の圧延パス（ｎパス）の直前において、圧延後端に生じている非定常域が小さい場合は、予成形平行部長さ（Ｍｎ）は、近似的に後端１ｂの圧延ロールに当接する角部１ｒから傾斜部１ｅを除く上下に平行な部分の距離と定義できる。
なお、本発明における各用語は、以下に定義されるものである。
（ｉ）影響部長さ（Ｌｎ）：あるｎパス目において、クロップ生成に影響を及ぼす影響領域長さ。
（ｉｉ）予成形平行部長さ（Ｍｎ）：あるｎパス目において圧延ロールで予成形する際、予成形部における平行部の長さ（図２参照）。
（ｉｉｉ）予成形長さ（Ｍｎ’）：あるｎパス目において予成形する際の、変形部全長（予成形部形状の長さ、図２参照）

図３は本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法における予成形部の圧下量を説明する模式図であって、（ａ）は予成形状態、（ｂ）は予成形後の圧延状態（以下「再圧延状態」と称す）である。
図３の（ａ）において、本発明のポイントは、Ｍｎ’＞ＭｎまたはＭｎ’＝Ｍｎとし、且つ、Ｍｎ＞ＬｎまたはＭｎ＝Ｌｎとすることにある。
このとき、Ｍｎ’＞ＭｎまたはＭｎ’＝Ｍｎの関係は、予成形を行う工具（ロール等））形状により幾何学的に決定される。また、Ｍｎ＞ＬｎまたはＭｎ＞Ｌｎの関係は制御にて与えられる。
図３の（ｂ）において、予成形部の圧下量が再圧延時の圧下量よりも小さい場合、すなわち、再圧延時において予成形部が圧延される場合、図示するように、ｌｄおよびｂｍ（＝（Ｂｉｎ＋２・Ｂｏｕｔ）／３）が傾斜部の位置によって変動するものの、クロップ成長に及ぼすｌｄ／ｂｍの影響は変わらないと考える。
なお、予成形部の圧下量が再圧延時の圧下量よりも大きい場合、すなわち、再圧延時において予成形部が圧延されない場合は、実質的な圧延後端が存在しないため、当該再圧延において非定常変形が発生することがない。

表１は、本発明における圧延スケジュールの一例であって、初期スラブは、厚さ２６５（ｍｍ）、幅７５０（ｍｍ）である。表１において、１、２、４、５、７、８パスが両トップ圧延パスで、最初に予成形を行った後にギャップをパス途中で開放して「空通し」にし、次の逆転パスで残り部分を圧延する。
すなわち、当該圧延の前工程側を「ＢまたはＢｏｔｔｏｍ」、次工程側を「ＴまたはＴｏｐ」として、１パス目でロールを正転して、１パス目のＴ部予成形をした後、ロールギャップを拡大してパス途中で空通しにし、次に、ロールを逆転して、２パス目で全長の（正確には１パス目のＴ部予成形範囲を除いた残り初期スラブ厚さの範囲）を幅圧延する。

そして、３パス目は、鋼片を９０°回転した後、ロールを正転して、幅圧下の際に生じる厚み方向の自由変形部を軽く圧下する圧延パスである。このとき、表１の厚み圧下量は「０ｍｍ」であるが、実際には自由変形部の厚さ増分だけの圧下量となる。
さらに、再び鋼片を９０°回転した後、ロールを逆転して、４パス目でＢ部予成形をした後、ロールギャップを拡大してパス途中で空通しにし、次に、ロールを正転して、５パス目で全長（正確には４パス目のＢ部予成形範囲を除いた、２パス目の圧延厚さ範囲）を圧延する。以下同様に幅圧延を繰り返す。そして、Ｂ／Ｈ比がある値以下になった圧延パスの後期では、予成形によるクロップ低減効果が小さいため、予成形をしていない。

なお、表１に示す圧延スケジュールは一例であって、予成形を圧延パスの前期において実行しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば、予成形のクロップ低減効果が大きいＢ／Ｈ比の範囲、あるいは、圧延能率を考慮したり、圧下率の小さい圧延パス（たとえば、初期スラブのスケール除去のための１パス目等）を除いたりして、予成形を実行する圧延パスは、適宜選定されるものである。

（実験例）
次に、本発明の予成形のクロップ低減効果を確認した実験例について簡単に説明する。
図４および図５は、本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法における実験例を説明するものであって、図４は圧延状況を示す模式図、図５は圧延結果を示す棒グラフである。
図４の(a)において、鋼片１は、厚さ３４．４ｍｍ、幅８８．８ｍｍ、長さ３００ｍｍの純鉛を用い、圧延ロール１０はロール径１７０ｍｍである。そして、圧延ロール１０を回転駆動するモデル圧延機（図示しない）によって、圧延ロール１０を逆転（図中、図中、鋼片１が右へ進む方向）して、それぞれ予成形平行部長さを変化させて後端１ｂに予成形を行い、その後、予成形平行部長さが相違するそれぞれの鋼片１について圧延ロール１０を正転（図中、鋼片１が左へ進む方向）した圧延を行い、圧延後のクロップ長さを実測して比較を行っている。
このとき、予成形の平行部長さ２は、２０ｍｍ、１００ｍｍ、および比較のための予成形をしないもの（仮に、０ｍｍと記載する）であり、予成形および圧延における圧下はいずれも、幅（長辺）８８．８ｍｍを１６ｍｍ圧下（片側圧下量は８ｍｍ）するギャップ設定である。

図４の(ｂ）において、圧延後の鋼片１（以下「鋼片３」と称す）には、後端３ｂに後端クロップ４ｂが、先端３ｔ（噛み込み端）に先端クロップ４ｔが形成されている。
図５において、縦軸はクロップ長さ、横軸は予成形の平行部長さ（予成形なしを含む）である。予成形をしない場合（平行部０ｍｍ）は、後端クロップ４ｂの成長が大きいのに対し、平行部長さ１００ｍｍの予成形を与えた場合は、先端クロップ４ｔと後端クロップ４ｂとは同程度であり、十分な後端クロップ低減効果が得られている（本発明において、後端クロップが先端クロップと同程度に抑えらることを「十分なクロップ低減効果」と称している）。したがって、影響部長さＬｎは、１００ｍｍ以下の「ある値」に決定される。

一方、平行部長さが２０ｍｍの場合には、若干後端クロップ４ｂの成長が見られる。これは、平行部長さが２０ｍｍでは先端からの圧延時に、後端３ｂ側に非定常変形域が残存するためである。
これら実験からも、本実験における寸法の鉛板については、影響部長さＬｎは、「２０ｍｍ＜Ｌｎ＜１００ｍｍ」の範囲内にある「ある値」として決定されるはずである。よって、このような実験を鉛板寸法や圧下率を変更して行いＬｎを求めることも可能である。

さらに、前述の関係式２を用いてＬｎを計算すると、「Ｌｎ＝４４ｍｍ」となる。すなわち、予成形時に計算値である４４ｍｍより大きい平行部長さ１００ｍｍを与えて圧延した前記実験結果が、十分なクロップ低減効果を示しているのに対し、計算値である４４ｍｍより小さな平行部長さ２０ｍｍを与えた前記実験結果では、クロップ低減効果が不十分であることが示されているから、前述の関係式２は、図５に示す実験結果と一致するため、前記仮定および関係式２の妥当性が検証されている。

前記関係式２は一例であるが、このような関係式で「影響部長さＬｎ」を与える事により、各サイズの鋼片、特定の圧延パスにおいて最小限必要な予成形長さが容易に算出される。よって、複数パス圧延において、そのうちの所定の圧延パス（１または２以上）について、それぞれ前記方法を繰り返し実行すれば、該複数パス圧延終了後の被鋼片のクロップ（集積クロップ）を低減することが可能になる。

本発明は以上の構成であるから、クロップを低減するための鋼片の圧延方法として広く利用することができる。

本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法を説明する模式図。 本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法における予成形平行部長さ（Ｍｎ）を説明する模式図。 本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法における予成形部の圧下量を説明する模式図。 本発明の実施形態に係る鋼片の圧延方法における実験例を説明する圧延状況を示す模式図。 図４に示する実験例の圧延結果を示す棒グラフ。 圧延機における鋼片の圧延状況を示す模式図。 予成形長さとクロップ成長挙動との関係を説明する模式図。

符号の説明

１ 鋼片
１ｂ 後端
２ 予成形平行部長さ（Ｍｎ）
３ 鋼片
３ｂ 後端
３ｔ 先端
４ｂ 後端クロップ
４ｔ 先端クロップ
８ 鋼片
９ 鋼片
９ｂ 後端
９ｔ 先端
１０ 圧延ロール

Claims (3)

1. 複数パスの幅圧下圧延によって鋼片を圧延するに際し、特定の圧延パス（ｎパス）の前に、当該圧延パスの尾端を予め予成形してクロップを低減する鋼片の圧延方法であって、
   前記鋼片における鋼片端部クロップの生成に影響する影響部長さ（Ｌｎ）を予め求め、該影響部長さ（Ｌｎ）よりも長い範囲を有する予成形部形状を与えると共に、
   前記予成形部形状が圧延ロールによって与えられ、該予成形部形状が前記影響部長さ（Ｌｎ）よりも長い平行部を有することを特徴とする鋼片の圧延方法。
2. 前記特定の圧延パス（ｎパス）における圧下率がｒｎ、該圧延パス（ｎパス）の前の前記鋼片の幅がＢｎ、該鋼片の厚さがＨｎであって、該鋼片の幅と厚さとの比（Ｂ／Ｈ比）が１以上のとき、前記影響部長さ（Ｌｎ）を前記圧下率と前記鋼片の幅と該鋼片の厚さとの関数
   Ｌｎ＝ｆ（Ｂｎ、Ｈｎ、ｒｎ）
   として求めることを特徴とする請求項１記載の鋼片の圧延方法。
3. 前記関数が、Ｌｎ＝−２Ｂｎ（α ² −α）であって、このとき、α＝ｌｄ／ｂｍ、ｌｄは圧延ロールと前記鋼片との投影接触長さ、ｂｍは接触部における平均幅であることを特徴とする請求項２記載の鋼片の圧延方法。

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