JP4801782B1 - タンデム圧延機の動作制御方法及びこれを用いた熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細粒鋼の製造などに必要なタンデム圧延機後段スタンドでの高圧下圧延を可能とするタンデム圧延機の動作制御方法、及び、これを用いた熱延鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】被圧延材の定常部を圧延するときの各スタンドの出側板厚を決定する第１工程Ｓ１１、及び、事前締め込み荷重が設定値以下となるように、被圧延材の先端部を圧延するときの各スタンドの出側板厚を決定する第２工程Ｓ１５、を含み、少なくとも被圧延材の最先端部が各スタンドに噛み込まれるまでは、第２工程で決定した出側板厚となるように被圧延材が圧延され、被圧延材の定常部は第Ｎ−ｍ＋１スタンドから第Ｎスタンドによって第１工程で決定した出側板厚へと圧延され、第２工程で決定された第Ｎ−ｍ＋１スタンドから第Ｎスタンドまでの出側板厚が、第１工程で決定された出側板厚よりも厚いタンデム圧延機の動作制御方法、及び、熱延鋼板製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンデム圧延機の動作制御方法及びこれを用いた熱延鋼板の製造方法に関する。本発明は、例えば、被圧延材の先端が熱間圧延ラインのタンデム仕上圧延機を構成する各スタンドに噛み込まれる前に締め込み荷重が付与されるタンデム圧延機の動作制御方法及びこれを用いた熱延鋼板の製造方法に関する。

熱間圧延ラインにおける仕上圧延機等、複数の圧延機（スタンド）を備えるタンデム圧延機によって被圧延材を圧延する際、各スタンドの動作は、最終スタンド出側における被圧延材の板厚や板幅等が目標の条件を満たすように決定される。この各スタンドの動作条件は、ドラフトスケジュール（パススケジュール）と呼ばれ、製品の品質や生産性等に大きな影響を与える。そのため、製品に応じて適切なドラフトスケジュールを決定することが求められている。

熱間圧延ラインにおけるタンデム仕上圧延機のドラフトスケジュールは、通常、最終製品に近い後段（被圧延材の移動方向下流側）のスタンドほど、ワークロール表面の肌荒れを低減して製品の表面性状を良好に保つために、圧延荷重が軽くなるように決定している。ここで、前段（被圧延材の移動方向上流側）スタンド及び後段スタンドの圧下率を同一に設定しても、板厚が薄い被圧延材を圧延する後段スタンドは、大きな圧延荷重が必要になるという圧延上の特性がある。そのため、通常のドラフトスケジュールでは、後段スタンドほど、圧下率が小さくなっている。

一方、自動車用や構造材用等として用いられる鋼材は、強度、加工性、靭性といった機械的特性に優れることが求められ、これらの機械的特性を総合的に高めるには、熱延鋼板の結晶粒を微細化することが有効である。また、結晶粒を微細化すれば、合金元素の添加量を削減しても優れた機械的性質を具備した高強度熱延鋼板を製造することが可能になる。

熱延鋼板の結晶粒の微細化方法としては、熱間仕上圧延の特に後段において、高圧下圧延（後段スタンドの圧下率を高めた仕上圧延）を行ってオーステナイト粒に大きな変形を与え転位密度を上昇させることにより、冷却後のフェライト粒の微細化を図る方法が知られている。この方法で微細結晶粒を有する熱延鋼板（以下において、「微細粒鋼」という。）を製造するためには、熱間圧延ラインにおけるタンデム仕上圧延機の後段スタンドの圧下率を、従来よりも高める必要がある。それゆえ、微細粒鋼を製造するためには、従来とは異なるドラフトスケジュールを決定し、タンデム仕上圧延機の動作を従来とは異なる形態で制御することが必要になる。
また、特に圧延時の変形抵抗が大きい硬質材で高圧下圧延を行う場合には圧延荷重が著しく大きくなり、圧延機の弾性変形による上下ワークロール間のギャップ（以下において、「圧延機開度」という。）も大きくなる。その結果、狙いの出側板厚を得るために、すなわち圧延荷重負荷状態での圧延機開度を狙い板厚に合わせるために、圧延荷重負荷前の開度を予め小さく設定しておく必要が生じ、圧延荷重が大きくかつ狙い板厚が小さい場合には、事前の設定開度は名目上マイナスとなる。実際には上下ワークロールを接触させた上で（以下において、この状態を「キスロール」という。）さらに圧下装置で締め込んで荷重を付与し、圧延機を事前に弾性変形させておくことになる。通常の熱間圧延においてはキスロールを要すること自体が稀でかつその際の荷重も軽微であるため問題は生じないが、上述の微細粒鋼圧延の場合には極めて大きなキスロール荷重が生じ、設備保全上の問題が生じる。例えば上下ワークロールの微小な周速差に起因するトルク循環でロール駆動系部品が破損したり、上下ワークロールの軸を水平面内で交差（クロスあるいはスキュー）させている場合にはロール間の軸方向力（以下「スラスト力」と呼ぶ）でロール軸受が破損したりする。これらはいずれも上下のワークロールが直接接触することによるもので、間に圧延材が存在すれば、すなわち圧延中は問題にはならない。
圧延機を保護するためにはキスロールが生じてもトルク循環やスラスト力を抑制する手段を講じるか、キスロール荷重そのものを軽減する必要がある。しかしキスロール荷重を軽減するために事前締め込みを制限すれば、狙いの板厚を得ることはできないため、特殊な圧延機の動作制御が必要になる。

対策として、例えば非特許文献１には、キスロール時にロールに潤滑剤を塗布しロール間の摩擦力を軽減する方法が開示されている。また、圧延機の動作制御に関する技術として、例えば特許文献１には、複数のスタンドから構成される熱間仕上圧延機において、連設する各スタンドでの少なくとも１つのスタンドの開度を拡げる熱間仕上圧延方法であって、搬送される圧延板の先端部が、開度変更を行うスタンドのワークロールに到達すると、当該スタンドの開度変更を開始する第一ステップと、該第一ステップで開始された開度変更を、予め設定された開度まで経時的かつ連続的に行うことで圧延板の先端部をテーパ状に圧延する第二ステップと、該第二ステップで予め設定された開度まで変更した後に、その開度を一定に保つことで圧延板の定常部を一定の板厚で圧延する第三ステップと、を有する熱間仕上圧延方法が開示されている。

特許第４２６６１８５号公報

林寛治、外５名、「ペアクロス方式圧延機の開発（第７報）−キスロール時のスラスト力と潤滑の関係−」、昭和５８年度塑性加工春季講演会講演論文集、社団法人日本塑性加工学会、昭和５８年、ｐ．３１３−３１６

非特許文献１に開示されているように、潤滑剤を使用すれば、キスロール時に付与された荷重によるスラスト力を軽減することが可能になるほか、上下ワークロールの微小な周速差に起因し駆動系部品の破損に至る、いわゆるトルク循環を軽減することも可能になると考えられる。しかしながら、熱間噛み込み性を阻害しない潤滑剤を使用した場合、熱間圧延中の摩擦係数を大幅に下げて圧延荷重そのものを減らす効果は少ない。そのため、後段スタンドの圧下率を従来よりも高めて微細粒鋼を製造しようとすると、定常部の締め込み荷重がキスロール時の締め込み荷重上限を超えてしまう問題があった。特許文献１には、圧延中に圧延機の開度を変更する方法が述べられているが、キスロール状態からの開度変更ではなく、キスロール状態から定常圧延に移行する際のそれぞれの開度の決定方法は述べられていない。そのため特許文献１に開示されている技術を用いてキスロール状態からタンデム圧延機の動作を制御することは困難であり、微細粒鋼板の製造に必要な後段スタンドの高圧下圧延ができないという問題があった。

そこで、本発明は、微細粒鋼の製造などに必要なタンデム圧延機後段スタンドでの高圧下圧延を可能とするタンデム圧延機の動作制御方法、及び、これを用いた熱延鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明の第１の態様は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のスタンド（１、２、…、７）を有し、被圧延材（８）を噛み込む前の第Ｎ−ｍ＋１スタンド（ｍは１以上Ｎ以下の整数）から第Ｎスタンド（７）までの各スタンドに事前に締め込み荷重が付与されるタンデム圧延機（１０）の動作を制御する方法であって、第１スタンド（１）から第Ｎスタンド（７）までの各スタンドの出側板厚を決定する出側板厚決定工程（Ｓ１）を有し、該出側板厚決定工程は、被圧延材の定常部を圧延するときの第１スタンド（１）から第Ｎスタンド（７）までの出側板厚を決定する第１出側板厚決定工程（Ｓ１１）、及び、スタンド（５、６、７）へと事前に付与される締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、被圧延材の先端圧延部を圧延するときの第１スタンド（１）から第Ｎスタンド（７）までの出側板厚を決定する第２出側板厚決定工程（Ｓ１５）、を含み、少なくとも被圧延材の最先端部が各スタンドに噛み込まれるまでは、第２出側板厚決定工程で決定した出側板厚となるように被圧延材（８）が圧延されるとともに、被圧延材の定常部は、第Ｎ−ｍ＋１スタンド（５）から第Ｎスタンド（７）によって、第１出側板厚決定工程で決定した出側板厚へと圧延され、第２出側板厚決定工程で決定された第Ｎ−ｍ＋１スタンド（５）から第Ｎスタンド（７）までの出側板厚は、第１出側板厚決定工程で決定された同じスタンドの出側板厚よりも厚いことを特徴とする、タンデム圧延機の動作制御方法である。

ここに、「第Ｎスタンド（７）」とは、タンデム圧延機（１０）の最終スタンド、すなわち、タンデム圧延機（１０）によって圧延される被圧延材（８）の移動方向の下流端に配置されたタンデム圧延機のスタンド（７）をいう。また、「第１スタンド（１）」とは、タンデム圧延機（１０）によって圧延される被圧延材（８）の移動方向の上流端に配置されたタンデム圧延機のスタンド（１）をいう。また、本発明において、「被圧延材（８）の先端圧延部」とは、第１出側板厚決定工程（Ｓ１１）を達成するための圧延機動作が始まる前に圧延されている部分をいう。また、本発明において、「被圧延材（８）の定常部」とは、第１出側板厚決定工程（Ｓ１１）を達成するための圧延機動作を終えた後に圧延される部分をいう。また、「第２出側板厚決定工程で決定された第Ｎ−ｍ＋１スタンド（５）から第Ｎスタンド（７）の出側板厚は、第１出側板厚決定工程で決定された同じスタンドの出側板厚よりも厚い」とは、第Ｎ−ｍ＋１スタンド（５）から第Ｎスタンド（７）までの各スタンドの出側板厚は、それぞれ、第２出側板厚決定工程で決定された出側板厚の方が第１出側板厚決定工程で決定された出側板厚よりも厚くなるように決定されることをいう。

また、上記本発明の第１の態様において、被圧延材の先端圧延部から定常部への移行にあたって、先端圧延部から定常部への圧延荷重変化に基づいてスタンド（７）の形状変化が予測され、予測された形状変化に基づいてスタンドの形状制御手段（７ｘ、７ｙ）の動作が制御されることが好ましい。

ここに、本発明において、「スタンドの形状制御手段（７ｘ、７ｙ）」とは、例えば、ワークロール（７ａ、７ａ）のクロス角を変更可能なアクチュエータ（７ｘ）や、ワークロール（７ａ、７ａ）等へと付与すべき曲げ力を変更可能なロールベンダー装置（７ｙ）等に代表されるアクチュエータをいう。

また、上記本発明の第１の態様において、事前に締め込み荷重を付与されるスタンド（５、６、７）が、２以上の形状制御手段（５ｘ、５ｙ、６ｘ、６ｙ、７ｘ、７ｙ）を有し、該２以上の形状制御手段に、第１形状制御手段（５ｘ、６ｘ、７ｘ）、及び、少なくとも被圧延材の先端圧延部から定常部への移行時に高速動作可能な第２形状制御手段（５ｙ、６ｙ、７ｙ、が含まれ、被圧延材の先端圧延部から定常部へと移行する前に、第２形状制御手段の動作が予測され、予測結果に基づいて、第２形状制御手段の許容動作範囲を超えないように、第１形状制御手段及び第２形状制御手段の動作を設定しても良い。

ここに、本発明において、「高速動作可能」とは、圧延機開度の変更等に伴う圧延荷重変化に対して、時間遅れがほとんどない状態で形状制御手段を動作完了させることができることをいう。

また、上記本発明の第１の態様において、事前に締め込み荷重を付与されるスタンド（５、６、７）が、少なくとも被圧延材の先端圧延部から定常部への移行時に高速動作可能な第１形状制御手段（５ｚ、６ｚ、７ｚ）及び第２形状制御手段（５ｙ、６ｙ、７ｙ）を有し、第１形状制御手段の許容動作範囲を超えた場合には、第２形状制御手段の動作が変更されることが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様において、出側板厚決定工程（Ｓ１）が、さらに、被圧延材の後端圧延部の圧延が終了したときのスタンドの締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、第１スタンド（１）から第Ｎスタンド（７）までの出側板厚を決定する第３出側板厚決定工程（Ｓ１６）、を含むことが好ましい。

ここに、「被圧延材の後端圧延部」とは、被圧延材（８）の定常部よりも、被圧延材（８）の移動方向上流側に位置する、被圧延材（８）の尾端側部分をいう。

本発明の第２の態様は、上記本発明の第１の態様にかかるタンデム圧延機の動作制御方法によって動作を制御される熱間仕上圧延機列（２０）を用いて鋼板（８）を圧延する工程を有することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法である。

本発明の第１の態様では、スタンドへと事前に付与される締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、被圧延材の定常部を圧延するときの各スタンドの出側板厚を決定する第２出側板厚決定工程を有し、該第２出側板厚決定工程で決定される第Ｎ−ｍ＋１スタンドから第Ｎスタンドまでの出側板厚は、第１出側板厚決定で決定した同じスタンドの出側板厚よりも厚い。そのため、本発明の第１の態様によれば、高圧下圧延が行われる場合であっても、事前に締め込み荷重が付与されるスタンドによって圧延される被圧延材の先端圧延部の出側板厚が定常部の出側板厚よりも厚くなるように、ロールギャップ（開度）を調整することによって、キスロール時の締め込み荷重が設備保全面から決定される締め込み荷重以下となるように制御することが可能になる。したがって、本発明の第１の態様を、熱間仕上圧延機列（２０）へと適用することにより、微細粒鋼を製造することが可能なタンデム圧延機の動作制御方法を提供することができる。また、本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様にかかるタンデム圧延機の動作制御方法によって動作を制御される熱間仕上圧延機列（２０）を用いて鋼板（８）を圧延する工程を有している。そのため、本発明の第２の態様によれば、微細粒鋼を製造することが可能な、熱延鋼板の製造方法を提供することができる。

本発明にかかるタンデム圧延機の動作制御方法の形態例を示すフローチャートである。 本発明にかかるタンデム圧延機の動作制御方法によって動作が制御されるタンデム圧延機１０の形態例を示す図である。 本発明にかかるタンデム圧延機の動作制御方法によって動作が制御される仕上圧延機列２０を備えた熱延鋼板の製造ライン１００の形態例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明にかかるタンデム圧延機の動作制御方法（以下において、「本発明の動作制御方法」ということがある。）の形態例を示すフローチャートである。図１に示す本発明の動作制御方法は、出側板厚決定工程（以下において「Ｓ１」ということがある。）を有している。該Ｓ１は、第１出側板厚決定工程（Ｓ１１）と、定常部負荷予測工程（Ｓ１２）と、開度計算工程（Ｓ１３）と、締め込み荷重予測工程（Ｓ１４）と、第２出側板厚決定工程（Ｓ１５）と、第３出側板厚決定工程（Ｓ１６）とを含んでいる。すなわち、本発明の動作制御方法では、これらの工程を有するＳ１を用いて、タンデム圧延機の動作を制御する。

図２は、本発明の動作制御方法によって動作が制御されるタンデム圧延機１０の形態例を示す図である。図２では、タンデム圧延機１０の形態を簡略化して示している。図２に示すように、タンデム圧延機１０は、第１スタンド１、第２スタンド２、…、及び、第７スタンド７の７つのスタンドを有しており、第１スタンド１から第７スタンド７までの７つのスタンドによって、被圧延材８（以下において、「鋼板８」ということがある。）を連続圧延可能なように構成されている。これら７つのスタンド１、２、…、７は、それぞれ、一対のワークロール及び一対のバックアップロール、並びに、ロールのクロス角を変更するアクチュエータ及びロールに曲げ力を付与するロールベンダー装置を備えており、これらの動作は制御装置によって制御されている。すなわち、例えば第１スタンド１は、一対のワークロール１ａ、１ａ及び一対のバックアップロール１ｂ、１ｂ、並びに、アクチュエータ１ｘ及びロールベンダー装置１ｙを備え、ワークロール１ａ、１ａ及びバックアップロール１ｂ、１ｂの動作は、制御装置１ｃによって動作を制御されるアクチュエータ１ｘ及びロールベンダー装置１ｙを介して制御されている。同様に、例えば第７スタンド７は、一対のワークロール７ａ、７ａ及び一対のバックアップロール７ｂ、７ｂ、並びに、アクチュエータ７ｘ及びロールベンダー装置７ｙを備え、ワークロール７ａ、７ａ及びバックアップロール７ｂ、７ｂの動作は、制御装置７ｃによって動作を制御されるアクチュエータ７ｘ及びロールベンダー装置７ｙを介して制御されている。タンデム圧延機１０において、制御装置１ｃ、２ｃ、…、７ｃは、公知のプロセスコンピュータである。以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態であるＮ＝７及びｍ＝３の場合について、本発明の動作制御方法を具体的に説明する。

＜出側板厚決定工程Ｓ１＞
Ｓ１は、第１スタンドから第Ｎスタンドまで（Ｎは２以上の整数）の各スタンドの出側板厚をそれぞれ決定する工程である。すなわち、Ｎ＝７及びｍ＝３である場合、Ｓ１は、第１スタンド１から第７スタンド７までの７スタンドの出側板厚をそれぞれ決定する工程である。本発明の動作制御方法において、Ｓ１は、少なくとも後述するＳ１１及びＳ１５を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。

＜第１出側板厚決定工程Ｓ１１＞
第１出側板厚決定工程（以下において、「Ｓ１１」ということがある。）は、被圧延材の定常部を圧延するときの第１スタンドから第Ｎスタンドの出側板厚を決定する工程である。すなわち、Ｎ＝７である場合、Ｓ１１は、鋼板８の定常部を圧延するときの第１スタンド１から第７スタンド７の出側板厚ｈ１〜ｈ７を決定する工程、とすることができる。本発明の動作制御方法において、鋼板８の定常部とは、Ｓ１１を達成するための圧延機動作を終えた後に圧延される部分をいう。

本発明の動作制御方法において、Ｓ１１は、被圧延材８の定常部を圧延するときの第１スタンド１から第７スタンド７の出側板厚ｈ１〜ｈ７をそれぞれ決定する工程であれば、その形態は特に限定されるものではない。

＜定常部負荷予測工程Ｓ１２＞
定常部負荷予測工程（以下において、「Ｓ１２」ということがある。）は、上記Ｓ１１で決定した出側板厚となるように第１スタンドから第Ｎスタンドを作動させた場合に、被圧延材の定常部へと付与される負荷を予測する工程である。すなわち、Ｎ＝７である場合、Ｓ１２は、上記Ｓ１１で決定した出側板厚ｈ１〜ｈ７となるように第１スタンド１から第７スタンド７を作動させた場合に、鋼板８の定常部へと付与される負荷を予測する工程、とすることができる。Ｓ１２における予測結果は、後述する開度計算工程で使用される。

＜開度計算工程Ｓ１３＞
開度計算工程（以下において、「Ｓ１３」ということがある。）は、上記Ｓ１２で予測された負荷に基づいて、被圧延材の定常部を圧延するときの第１スタンドから第Ｎスタンドまでの圧延機開度（ロールギャップ）を計算する工程である。すなわち、Ｎ＝７である場合、Ｓ１３は、上記Ｓ１２で予測された負荷に基づいて、鋼板８の定常部を圧延するときの第１スタンド１から第７スタンド７までの圧延機開度を計算する工程、とすることができる。

＜締め込み荷重予測工程Ｓ１４＞
締め込み荷重予測工程（以下において、「Ｓ１４」ということがある。）は、上記Ｓ１３で計算された開度と締め込み荷重との関係を考慮しながら、第Ｎ−ｍ＋１スタンドから第Ｎスタンドまでの各スタンドに事前に付与される締め込み荷重を予測する工程である。すなわち、Ｎ＝７及びｍ＝３である場合、Ｓ１４は、上記Ｓ１３で計算された開度と締め込み荷重との関係を考慮しながら、第５スタンド５から第７スタンド７までの各スタンドに事前に付与される締め込み荷重を予測する工程、とすることができる。

＜第２出側板厚決定工程Ｓ１５＞
第２出側板厚決定工程（以下において、「Ｓ１５」ということがある。）は、スタンドへと事前に付与される締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、被圧延材８の先端圧延部を圧延するときの第１スタンドから第Ｎスタンドまでの出側板厚を決定する工程である。第Ｎ−ｍ＋１スタンドから第Ｎスタンドまでの各スタンドへ事前に（キスロール時に）付与される締め込み荷重が、設備保全面から設定される締め込み荷重の上限値を超える場合、各スタンドの圧延機開度設定値を維持したまま事前に締め込み荷重を付与すると、減速機や圧延ロール等が破損する虞がある。そこで、本発明の動作制御方法では、上記Ｓ１４で予測された事前締め込み荷重が設備保全面から設定される締め込み荷重の上限値を超える場合には、ミル定数や塑性特性を考慮しながらＳ１４における予測値が上限値を超えたスタンドの出側板厚がＳ１１で決定された出側板厚よりも厚くなるように変更して、上限値を超えたスタンドの圧延機開度設定値を大きくすることにより、事前締め込み荷重が上限値以下になるようにする。このようにすることで、高圧下圧延を行った場合であっても、各スタンドの破損を防止して圧延を行うことが可能になる。本発明の動作制御方法において、被圧延材８の先端圧延部とは、Ｓ１１を達成するための圧延機動作が始まる前に圧延されている部分をいう。

＜第３出側板厚決定工程Ｓ１６＞
第３出側板厚決定工程（以下において、「Ｓ１６」ということがある。）は、被圧延材の後端圧延部の圧延が終了したときのスタンドの締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、第１スタンドから第Ｎスタンドまでの出側板厚を決定する工程である。被圧延材を圧延する場合、キスロール状態は、圧延開始前のみならず、圧延終了後にも生じ得る。そこで、Ｓ１６では、圧延終了後のキスロール状態のときに付与される締め込み荷重が設備保全面から設定される締め込み荷重の上限値を超えることが予想される場合には、ミル定数や塑性特性を考慮しながら、上限値を超えたスタンドの出側板厚がＳ１１で決定された出側板厚よりも厚くなるように、被圧延材の後端圧延部を圧延する際のスタンドの圧延機開度設定値を大きくするように設定を変更する。Ｓ１６を有することにより、各スタンドの設備保全が容易になる。

ここで、上記Ｓ１４で予測された事前締め込み荷重の値が、第５スタンド５及び第６スタンド６では上限値未満である一方、第７スタンド７では上限値を超えた場合における、鋼板８を圧延するタンデム圧延機１０の動作は、例えば次のようになる。まず、第１スタンド１から第６スタンド６の出側板厚がＳ１１で決定した先端圧延部の出側板厚ｈ１〜ｈ６となり、且つ、第７スタンド７の出側板厚がＳ１５で変更された出側板厚ｈ７’（＞ｈ７）となるように制御装置１ｃ〜７ｃを動作させてタンデム圧延機１０をセットアップし、圧延を開始する。最先端部が第７スタンド７に噛み込まれた後の所定のタイミングで、第７スタンド７の出側板厚がＳ１１で決定した定常部の出側板厚ｈ７になるように制御装置７ｃを作動させ、定常部の圧延に移行する。具体的な方法としては、例えば、圧延荷重と圧下位置の実績値から出側板厚を計算して、その出側板厚が目標板厚に一致するように圧下位置を操作するいわゆる絶対値ＡＧＣを各スタンドに適用し、その目標板厚をｈ７’からｈ７に変更すればよい。所定のタイミング（制御装置７ｃを作動させるタイミング）としては、第７スタンド７が被圧延材の最先端部を噛み込んだ後であれば任意のタイミングが可能であるが、例えば、最先端部が第７スタンド７に噛み込まれてから制御装置７ｃを作動させるまでの時間を予め指定すればよい。

なお、圧延終了後の締め込み荷重が上限値を超えることが予想される場合には、被圧延材の最後端圧延部を圧延する直前に、上限値を超えることが予想されたスタンドの開度設定値を上記Ｓ１６で計算した設定値に変更すればよい。被圧延材先端通板直前と同様に圧延直後においてもキスロール時の過剰な締め込み荷重による弊害を回避することができる。

以下に、上記Ｓ１１によって決定した、鋼板の定常部を圧延するときの第１スタンド１から第７スタンド７の出側板厚ｈ１〜ｈ７の具体例、及び、上記Ｓ１５で決定した、鋼板の先端圧延部を圧延するときの第１スタンド１から第７スタンド７の出側板厚ｈ１〜ｈ７’の具体例を示す。以下に示す２つの実施形態では、第５スタンド５〜第７スタンド７の３つのスタンドへ事前に締め込み荷重が付与され、キスロール時における第５スタンド５の限界荷重が１５．６８ＭＮ、キスロール時における第６スタンド６及び第７スタンド７の限界荷重が１２．７４ＭＮであると仮定した。また、鋼板の定常部の圧延条件で平坦となるようなワークロールクラウンが付与され、鋼板の先端圧延部では、鋼板の定常部との圧延荷重差を補償して平坦を確保できるように、ロールベンダー装置を用いてワークロールへと付与される曲げ力が変更されるものと仮定した。以下において、ワークロールベンダーへと付与される曲げ力を「ＷＲＢ」と表記することがある。また、下記表のＦ１〜Ｆ７は、それぞれ、第１スタンド１から第７スタンド７と対応している。

＜実施形態１＞
第１スタンド１によって圧延される前の板厚が３２ｍｍ、板幅が１０００ｍｍである鋼板８をタンデム圧延機１０によって圧延する過程を経て微細粒鋼を製造する場合を想定し、定常部を圧延するときの出側板厚ｈ１〜ｈ７をＳ１１で決定した。決定した出側板厚［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表１に示す。ここに、圧下位置とは、負荷が付与されていないスタンドのキスロール時の位置をゼロとする、締め込み荷重付与手段の垂直方向位置をいい、圧下位置がゼロの時よりも締め込み荷重を大きくすると圧下位置の値はマイナスになる。以下においても同様である。また、「／ｃｈ」は、「チョックあたり」という意味である。以下においても同様である。

表１に示すように、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュールでは、第７スタンド７の締め込み荷重が１７．２８ＭＮとなり、第７スタンド７のキスロール時における限界荷重１２．７４ＭＮを超えた。したがって、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュール通りに第７スタンド７へ事前に締め込み荷重を付与すると、第７スタンド７が破損する虞がある。そこで、第７スタンド７へと付与される締め込み荷重が限界荷重以下となるように、Ｓ１５で、出側板厚ｈ１〜ｈ６はＳ１１で決定した値を維持する一方、出側板厚ｈ７よりも大きい出側板厚ｈ７’を決定した。Ｓ１５で決定した出側板厚ｈ１〜ｈ７’［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表２に示す。

表１及び表２に示すように、ｈ７＝２．００ｍｍをｈ７’＝２．１２５ｍｍへと変更することにより、第７スタンド７の締め込み荷重を、限界荷重１２．７４ＭＮよりも小さい１２．７３ＭＮにすることができた。このように、第１実施形態にかかる本発明の動作制御方法では、第５スタンド５〜第７スタンド７へと事前に付与される締め込み荷重が、限界荷重を超える場合には、限界荷重以下となるように出側板厚を変更する。そのため、微細粒鋼を製造するために第５スタンド５〜第７スタンド７で高圧下圧延が行われる場合であっても、各スタンドの破損を防止することが可能になる。

＜第２実施形態＞
第１スタンド１によって圧延される前の板厚が３８ｍｍ、板幅が１５００ｍｍである鋼板８をタンデム圧延機１０によって圧延する過程を経て微細粒鋼を製造する場合を想定し、定常部を圧延するときの出側板厚ｈ１〜ｈ７をＳ１１で決定した。決定した出側板厚［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表３に示す。

表３に示すように、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュールでは、第７スタンド７の締め込み荷重が１４．９０ＭＮとなり、第７スタンド７のキスロール時における限界荷重１２．７４ＭＮを超えた。したがって、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュール通りに第７スタンド７へ事前に締め込み荷重を付与すると、第７スタンド７が破損する虞がある。そこで、第７スタンド７へと付与される締め込み荷重が限界荷重以下となるように、Ｓ１５で、出側板厚ｈ１〜ｈ６はＳ１１で決定した値を維持する一方、出側板厚ｈ７よりも大きい出側板厚ｈ７’を決定した。Ｓ１５で決定した出側板厚ｈ１〜ｈ７’［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表４に示す。

表３及び表４に示すように、ｈ７＝３．２０ｍｍをｈ７’＝３．２５６ｍｍへと変更することにより、第７スタンド７の締め込み荷重を、限界荷重１２．７４ＭＮよりも小さい１２．７２ＭＮにすることができた。したがって、第１実施形態にかかる本発明の動作制御方法と同様に、第２実施形態にかかる本発明の動作制御方法によれば、微細粒鋼を製造するために第５スタンド５〜第７スタンド７で高圧下圧延が行われる場合であっても、各スタンドの破損を防止することが可能になる。

＜第３実施形態＞
第１スタンド１によって圧延される前の板厚が３２ｍｍ、板幅が１３００ｍｍである鋼板８をタンデム圧延機１０によって圧延する過程を経て微細粒鋼を製造する場合を想定し、定常部を圧延するときの出側板厚ｈ１〜ｈ７をＳ１１で決定した。決定した出側板厚［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表５に示す。

表５に示すように、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュールでは、第６スタンド６の締め込み荷重が１９．４９ＭＮ、第７スタンド７の締め込み荷重が２５．４１ＭＮとなり、それぞれ第６スタンド６のキスロール時における限界荷重１２．７４ＭＮ及び第７スタンド７のキスロール時における限界荷重１２．７４ＭＮを超えた。したがって、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュール通りに第６スタンド６及び第７スタンド７へ事前に締め込み荷重を付与すると、第６スタンド６及び第７スタンド７が破損する虞がある。そこで、第６スタンド６及び第７スタンド７へと付与される締め込み荷重が限界荷重以下となるように、Ｓ１５で、出側板厚ｈ１〜ｈ５はＳ１１で決定した値を維持する一方、出側板厚ｈ６よりも大きい出側板厚ｈ６’及び出側板厚ｈ７よりも大きい出側板厚ｈ７’を決定した。Ｓ１５で決定した出側板厚ｈ１〜ｈ７’［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表６に示す。

表５及び表６に示すように、ｈ６＝２．８６ｍｍをｈ６’＝３．１３ｍｍへと変更することにより、第６スタンド６の締め込み荷重を、限界荷重１２．７４ＭＮよりも小さい１２．７２ＭＮにすることができた。また、ｈ７＝２．００ｍｍをｈ７’＝２．２８ｍｍへと変更することにより、第７スタンド７の締め込み荷重を、限界荷重１２．７４ＭＮよりも小さい１２．７２ＭＮにすることができた。したがって、第１、第２実施形態にかかる本発明の動作制御方法と同様に、第３実施形態にかかる本発明の動作制御方法によれば、微細粒鋼を製造するために第５スタンド５〜第７スタンド７で高圧下圧延が行われる場合であっても、各スタンドの破損を防止することが可能になる。

＜第４実施形態＞
第１スタンド１によって圧延される前の板厚が３２ｍｍ、板幅が１０００ｍｍである鋼板８をタンデム圧延機１０によって圧延する過程を経て微細粒鋼を製造する場合を想定し、定常部を圧延するときの出側板厚ｈ１〜ｈ７をＳ１１で決定した。決定した出側板厚［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表７に示す。

表７に示すように、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュールでは、第６スタンド６の締め込み荷重が１５．５８ＭＮ、第７スタンド７の締め込み荷重が２３．１８ＭＮとなり、それぞれ第６スタンド６のキスロール時における限界荷重１２．７４ＭＮ、及び、第７スタンド７のキスロール時における限界荷重１２．７４ＭＮを超えた。したがって、Ｓ１１で決定したドラフトスケジュール通りに第６スタンド６及び第７スタンド７へ事前に締め込み荷重を付与すると、第６スタンド６及び第７スタンド７が破損する虞がある。そこで、第６スタンド６及び第７スタンド７へと付与される締め込み荷重が限界荷重以下となるように、Ｓ１５で、出側板厚ｈ１〜ｈ５はＳ１１で決定した値を維持する一方、出側板厚ｈ６よりも大きい出側板厚ｈ６’、及び、出側板厚ｈ７よりも大きい出側板厚ｈ７’を決定した。Ｓ１５で決定した出側板厚ｈ１〜ｈ７’［ｍｍ］を、被圧延材の定常部へと付与される圧延荷重［ＭＮ］、先端部を圧延する際のＷＲＢ［ｋＮ／ｃｈ］、圧下位置［ｍｍ］、スタンドへと付与される締め込み荷重［ＭＮ］、及び、キスロール時の限界荷重［ＭＮ］とともに、表８に示す。

表７及び表８に示すように、ｈ６＝２．２９ｍｍをｈ６’＝２．３９ｍｍへと変更することにより、第６スタンド６の締め込み荷重を、限界荷重１２．７４ＭＮよりも小さい１２．７２ＭＮにすることができた。また、ｈ７＝１．６０ｍｍをｈ７’＝１．８１ｍｍへと変更することにより、第７スタンド７の締め込み荷重を、限界荷重１２．７４ＭＮよりも小さい１２．７２ＭＮにすることができた。したがって、第１〜３実施形態にかかる本発明の動作制御方法と同様に、第４実施形態にかかる本発明の動作制御方法によれば、微細粒鋼を製造するために第５スタンド５〜第７スタンド７で高圧下圧延が行われる場合であっても、各スタンドの破損を防止することが可能になる。

上述のように、事前に付与される締め込み荷重が限界荷重を超えた場合には、出側板厚を大きくすることにより、締め込み荷重を限界荷重以下にすることが可能になる。しかしながら、表１〜表８に記載したように、出側板厚をｈ６からｈ６’へ、あるいはｈ７からｈ７’へと変更すると、それに伴って、鋼板８へと付与される力（圧延荷重）が変化する。圧延荷重が変化すると、ワークロールの撓み量が変化し、鋼板８の形状が不安定化する虞がある。そこで、本発明の動作制御方法では、圧延荷重の変更に伴う形状変化を抑制するために、スタンドに備えられる形状制御手段（例えば、アクチュエータ５ｘ、６ｘ、７ｘやベンダー装置５ｙ、６ｙ、７ｙ等。以下において同じ。）の動作を変更することが好ましい。本発明の動作制御方法では、先端圧延部の圧延終了後短時間のうちに、出側板厚を変更（例えば、ｈ７’からｈ７へ変更）し締め込み荷重を変化させるため、センサーフィードバック方式の形状制御が間に合わない可能性がある。そのため、本発明の動作制御方法では、締め込み荷重をモニタリングしながら、形状制御手段の動作を変更することが好ましい。

本発明の動作制御方法において、出側板厚変更に伴って締め込み荷重を変更する際の速度が速く、アクチュエータ５ｘ、６ｘ、７ｘ等の形状制御手段の動作速度が追随しない場合は、ベンダー装置５ｙ、６ｙ、７ｙの必要制御量を事前に予測しておき、鋼板８の先端圧延部から定常部への変更時に、ベンダー装置５ｙ、６ｙ、７ｙの制御量がレンジオーバーとならないよう、形状制御手段の初期設定を行うことが好ましい。

また、本発明の動作制御方法において、出側板厚変更に伴って締め込み荷重を変更する際の速度が遅く、アクチュエータ５ｘ、６ｘ、７ｘ等の形状制御手段の動作速度が追随可能な場合は、アクチュエータ５ｘ、６ｘ、７ｘの制御量とベンダー装置５ｙ、６ｙ、７ｙの制御量との配分を変えることで、鋼板８の平坦を確保すればよい。ベンダー装置５ｘ、６ｘ、７ｘの制御量がレンジオーバーになることが予想される場合には、ベンダー装置５ｘ、６ｘ、７ｘの制御量がレンジオーバーにならないようにアクチュエータ５ｘ、６ｘ、７ｘの制御量を変更することにより、鋼板８の平坦を確保すればよい。

図３は、本発明の動作制御方法によって動作が制御される仕上圧延機列２０を備えた熱延鋼板の製造ライン１００の形態例を示す図である。図３では、熱延鋼板の製造ライン１００の一部のみを抽出し、仕上圧延機列２０に備えられる制御装置等の記載を省略している。図３に示すように、熱延鋼板の製造ライン１００は、粗圧延機３０ａ、３０ｂ、…、３０ｆを備える粗圧延機列３０と、仕上圧延機２０ａ、２０ｂ、…、２０ｇを備える仕上圧延機列２０と、を有している。仕上圧延機列２０は、第１スタンド２０ａから第７スタンド２０ｇまでの７つのスタンドを有しており、仕上圧延機列２０の動作は、上記Ｓ１１〜Ｓ１６を有するＳ１を経て制御される。そのため、仕上圧延機列２０は、例えば、後段の３スタンド（第５スタンド２０ｅ、第６スタンド２０ｆ、及び、第７スタンド２０ｇ）の圧下率を、超微細粒鋼以外の鋼板を製造する際の圧下率よりも高めた形態で動作させることができ、これによって、鋼板８のオーステナイト粒に大きな変形を与え転位密度を上昇させることが可能になる。このように、熱延鋼板の製造ライン１００における仕上圧延機列２０の動作を、本発明の動作制御方法によって制御することにより、微細粒鋼を製造することが可能になる。
以上より、本発明によれば、微細粒鋼を製造することが可能なタンデム圧延機の動作制御方法、及び、微細粒鋼を製造することが可能な熱延鋼板の製造方法を提供することができる。

なお、微細粒鋼生産のための後段スタンドの圧延荷重の平均線圧は、表１、表３、表５、表７に記載の定常部圧延荷重を板幅で割った値であって２０ＭＮ／ｍを超えた値となっている。これは従来の通常ドラフトスケジュールの圧延荷重に比べるとより高負荷となっている。この高負荷圧延を実現することで、第１〜４実施形態に示すように、比較的板厚が薄く、比較的幅が広い仕上り材でも締め込み荷重上限範囲内で微細粒鋼を製造することが可能となる。

第１スタンド１によって圧延される前の板厚が３２ｍｍ、板幅が１０００ｍｍである鋼板を７スタンドからなるタンデム圧延機によって圧延した。圧延条件は、下記表９に示す条件１〜条件４とした。

条件１では、先端圧延部を表２に示す設定で、定常部を表１に示す設定で圧延を行った。表２に示す設定で最先端圧延後、表１の設定まで第７スタンドの開度を下げることにより定常部では目標の板厚を達成することができた。また、第７スタンドの荷重をモニターしながら高速動作可能な形状制御手段であるワークロールベンダーへと付与される曲げ力を表２に示す３９２ｋＮ／ｃｈから表１に示す９８０ｋＮ／ｃｈまで変化させることにより、第７スタンド出側の形状を乱すことなく圧延が可能であった。すなわち、本発明によれば、キスロール状態からタンデム圧延機の動作を制御することができ、微細粒鋼を製造することができた。

これに対し、条件２では、従来技術を用いて先端圧延部から表１に示す開度設定にて圧延したが、圧延機のモーターの駆動力を上下ワークロールに伝達するカムワルツ部でトルク循環による異常発熱が発生し、圧延を途中で止めざるを得なかった。

また、条件３では、先端圧延部を表２に示す設定値で圧延したのち、圧延機の開度を表１に示す設定値まで変化させたが、ＷＲＢを表２に示す値のまま変化させなかったため、圧延機は破損しなかったが、定常部で圧延材の形状不良が大きくなり、製品価値を失った。

また、条件４では、表２に示す開度設定とし、ＷＲＢを表１に示す値に設定したが、第７スタンド通板時の形状不良により、コイル先端部が圧延機の出側に引掛かり、通常圧延機の後方に設置されているコイリング装置にまで到達せず、圧延機を停止せざるを得ない状況となった。

本発明のタンデム圧延機の動作制御方法、及び、熱延鋼板の製造方法は、微細結晶粒を有する熱延鋼板の製造に用いることができる。また、微細結晶粒を有する熱延鋼板は、自動車用、家電用、機械構造用、建築用等の用途に使用される素材として用いることができる。

１…第１スタンド
１ｘ…アクチュエータ
１ｙ…ベンダー装置
２…第２スタンド
２ｘ…アクチュエータ
２ｙ…ベンダー装置
３…第３スタンド
３ｘ…アクチュエータ
３ｙ…ベンダー装置
４…第４スタンド
４ｘ…アクチュエータ
４ｙ…ベンダー装置
５…第５スタンド
５ｘ…アクチュエータ
５ｙ…ベンダー装置
６…第６スタンド
６ｘ…アクチュエータ
６ｙ…ベンダー装置
７…第７スタンド
７ｘ…アクチュエータ
７ｙ…ベンダー装置
８…被圧延材（鋼板）
１０…タンデム圧延機
２０…仕上圧延機列
３０…粗圧延機列
１００…熱延鋼板の製造ライン

Claims (6)

1. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のスタンドを有し、被圧延材を噛み込む前の第Ｎ−ｍ＋１スタンド（ｍは１以上Ｎ以下の整数）から第Ｎスタンドまでの各スタンドに事前に締め込み荷重が付与されるタンデム圧延機の動作を制御する方法であって、
   第１スタンドから第Ｎスタンドまでの各スタンドの出側板厚を決定する出側板厚決定工程を有し、該出側板厚決定工程は、被圧延材の定常部を圧延するときの第１スタンドから前記第Ｎスタンドまでの出側板厚を決定する第１出側板厚決定工程、及び、前記スタンドへと事前に付与される締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、前記被圧延材の先端圧延部を圧延するときの前記第１スタンドから前記第Ｎスタンドまでの出側板厚を決定する第２出側板厚決定工程、を含み、
   少なくとも前記被圧延材の最先端部が各スタンドに噛み込まれるまでは、前記第２出側板厚決定工程で決定した出側板厚となるように前記被圧延材が圧延されるとともに、前記被圧延材の定常部は、前記第Ｎ−ｍ＋１スタンドから前記第Ｎスタンドによって、前記第１出側板厚決定工程で決定した出側板厚へと圧延され、
   前記第２出側板厚決定工程で決定された前記第Ｎ−ｍ＋１スタンドから前記第Ｎスタンドまでの出側板厚は、前記第１出側板厚決定工程で決定された同じスタンドの出側板厚よりも厚いことを特徴とする、タンデム圧延機の動作制御方法。
2. 前記被圧延材の先端圧延部から定常部への移行にあたって、前記先端圧延部から前記定常部への圧延荷重変化に基づいてスタンドの形状変化が予測され、予測された形状変化に基づいてスタンドの形状制御手段の動作が制御されることを特徴とする、請求項１に記載のタンデム圧延機の動作制御方法。
3. 事前に締め込み荷重を付与されるスタンドが、２以上の形状制御手段を有し、
   前記２以上の形状制御手段に、第１形状制御手段、及び、少なくとも前記被圧延材の先端圧延部から定常部への移行時に高速動作可能な第２形状制御手段、が含まれ、
   前記被圧延材の先端圧延部から定常部へと移行する前に、前記第２形状制御手段の動作が予測され、
   予測結果に基づいて、前記第２形状制御手段の許容動作範囲を超えないように、前記第１形状制御手段及び前記第２形状制御手段の動作が設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタンデム圧延機の動作制御方法。
4. 事前に締め込み荷重を付与されるスタンドが、少なくとも前記被圧延材の先端圧延部から定常部への移行時に高速動作可能な第１形状制御手段及び第２形状制御手段を有し、前記第１形状制御手段の許容動作範囲を超えた場合には、前記第２形状制御手段の動作が変更されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタンデム圧延機の動作制御方法。
5. 前記出側板厚決定工程が、さらに、前記被圧延材の後端圧延部の圧延が終了したときの前記スタンドの締め込み荷重が予め設定された締め込み荷重以下となるように、前記第１スタンドから前記第Ｎスタンドまでの出側板厚を決定する第３出側板厚決定工程、を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のタンデム圧延機の動作制御方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のタンデム圧延機の動作制御方法によって動作を制御される熱間仕上圧延機列を用いて鋼板を圧延する工程を有することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。

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