JP5017901B2 - 熱間圧延方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、被圧延材を熱間圧延する熱間圧延方法及び熱間圧延装置に関する。

鋼板に代表される被圧延材の熱間圧延においては、ロール摩耗の減少、圧延負荷の軽減、及び被圧延材料の表面性状の向上等を目的として、仕上圧延機に潤滑剤を塗布して圧延する方法が採用されている。従来、鋼材の潤滑剤による熱間潤滑圧延方法として、例えば特許文献１に記載された熱間潤滑圧延方法が知られている。
この特許文献１に記載された熱間潤滑圧延方法は、鋼材に熱間ストリップ圧延に際し、圧延機の仕上圧延機群前半のアダマイト系ワークロールには鋼材の通板性を確保できる程度に潤滑性をコントロールした鉱油系をベースとする圧延油を塗布し、後半の鋳鉄系ワークロールに対しては潤滑性の極力優れた油脂系をベースとする圧延油を塗布して圧延するものである。

また、一般に、被圧延材の潤滑剤による熱間潤滑圧延においては、図４に示す方法が行われている。即ち、図４において、熱間圧延装置１０１は、粗圧延された被圧延材Ｓを仕上圧延する複数基のスタンド１０２を有するタンデム仕上圧延機を備えている。仕上圧延機の各スタンド１０２は、被圧延材Ｓを仕上圧延する上下一対のワークロール１０３と、上下一対のワークロール１０３を支持する上下一対のバックアップロール１０４とを備えている。そして、少なくとも１基のスタンド１０２の上下一対のワークロール１０３のそれぞれのロールバイト入側には、各ワークロール１０３を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー１０５ａが設置され、その一方、上下一対のワークロール１０３のそれぞれのロールバイト出側には、各ワークロール１０３を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー１０５ｂが設置されている。また、上側のバックアップロール１０４の入側には、このバックアップロール１０４を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー１０５ｃが設置されている。また、上下一対のワークロール１０３のそれぞれのロールバイト入側には、ロールバイト直近の各ワークロール１０３の表面に潤滑剤を噴射する潤滑剤供給スプレー１０６が設置されている。また、上下一対のワークロール１０３のそれぞれのロールバイト出側には、ロール冷却スプレー１０５ｂからの冷却水によって被圧延材Ｓが過冷却されるのを防止するためのスクレーパ１０７が設置されている。スクレーパ１０７の先端部にはワイパが設けられている。更に、上下一対のワークロール１０３のそれぞれのロールバイト入側には、ロール冷却スプレー１０５ａから噴射された冷却水が各ワークロール１０３の潤滑剤噴射面に導かれるのを防止するための水切りワイパ１０８が設置されている。なお、図４において、符号１０９はサイドガイドである。

ここで、各ワークロール１０３の冷却を行う目的は、高温の被圧延材Ｓから各ワークロール１０３への熱負荷を軽減するためで、ワークロール１０３の冷却が不十分な場合には、熱負荷と、圧延荷重による機械的負荷とにより、ワークロール１０３の表面に塑性流動やクラックが発生し、ワークロール１０３の肌荒れを招くことになる。ワークロール１０３の肌荒れが発生すると、これが被圧延材Ｓに転写され、製品の表面疵の原因となる。図４に示した熱間圧延方法では、未だにワークロール１０３の冷却が十分ではない。

このワークロールの肌荒れを防止するための方法として、例えば特許文献２に記載された熱間圧延機のワークロール冷却方法が知られている。このワークロール冷却方法は、被圧延材を案内する出側上下ガイド装置の上下ガイド先端部材のワークロールと対向する面にミストスプレーノズルを取り付け、このミストスプレーノズルからミストをロールバイト部に吹き付けて冷却するものである。ここで、近年、熱間圧延機用のワークロールにはＶ、Ｗ等の硬質のＭＣ型炭化物を形成する元素を含有した高温強度に優れるハイスロールが用いられるようになっている。このハイスロールに対してはロール冷却を強化すると塑性流動は防止できるので、この特許文献２に記載されたワークロール冷却方法によっても塑性流動は防止できる。しかし、ハイスロールに対してロール冷却を強化すると、ヒートクラックによるワークロールの肌荒れが助長されてしまうという問題があった。

このヒートクラックによるワークロールの肌荒れを防止する方法として、例えば特許文献３に記載された熱間圧延用ロールの肌荒れ防止方法が知られている。この熱間圧延用ロールの肌荒れ防止方法は、ロール冷却ノズルからワークロールに水を噴射する冷却方法において、ロールバイト出口を原点としてロール回転方向に８０°〜１２０°の位置にロール出側の水切り装置を設けたものである。しかしながら、この方法では、ロールバイト出側から離れた位置でワークロールの冷却を開始することになるので、ワークロール全体の温度が上昇しやすく、ワークロールの熱膨張によるサーマルクラウンが大きくなったり、塑性流動による肌荒れが完全には防止できなくなったりするという問題があった。

以上のようなワークロールの肌荒れをワークロールを冷却する以外の方法で防止する方法として、例えば特許文献４に記載された熱間圧延方法が知られている。この特許文献４に記載された熱間圧延方法は、熱間圧延材がワークロールに噛み込まれる直前に熱間圧延材に冷却媒を接触させ、熱間圧延材の表面が冷却された状態で熱間圧延するようにしたものである。この方法によれば、熱間圧延材がワークロールに噛み込まれる直前、即ち被圧延材がロールバイトに入る直前に被圧延材に冷却水を噴射し、ロールバイトに入る被圧延材の表面の温度を低下させ、これによりワークロールへの熱負荷を軽減し、ワークロールの肌荒れを防止する。しかしながら、ロールバイト入側で被圧延材の表面に冷却水を噴射すると、冷却水の、潤滑剤スプレーから噴射された潤滑剤との干渉を回避することができず、ワークロールの表面に十分な量の潤滑剤が到達できずに潤滑効果が得られなくなるという問題があった。

これら問題を解決する方法として、即ちワークロールに対する熱負荷を低減するとともに、安定した潤滑効果が得られる熱間圧延方法として、特許文献５に記載された熱間圧延方法が知られている。特許文献５に記載された熱間圧延方法を図５を参照して説明する。
図５において、熱間圧延方法に用いられる熱間圧延装置２０１は、粗圧延された被圧延材Ｓを仕上圧延する複数基のスタンド２０２を有する仕上圧延機を備えている。仕上圧延機の各スタンド２０２は、被圧延材Ｓを仕上圧延する上下一対のワークロール２０３と、上下一対のワークロール２０３を支持する上下一対のバックアップロール２０４とを備えている。そして、上下一対のワークロール２０３のそれぞれのロールバイト直近に、被圧延材Ｓの板表面を冷却する被圧延材冷却スプレー２１０と、一組の水切りワイパ２０８，２０９によって隔てられた潤滑剤供給スプレー２０６と、上下一対のワークロール２０３のそれぞれを冷却するロール冷却スプレー２０５ａとを備えている。なお、図５において、符号２０５ｂは上下一対のワークロール２０３のそれぞれのロールバイト出側に設置されたロール冷却スプレー、２０５ｃは上側バックアップロール２０４を冷却するロール冷却スプレー、２０７はロール冷却スプレー２０５ｂからの冷却水によって被圧延材Ｓが過冷却されるのを防止するためのスクレーパ、２１１はサイドガイドである。

この熱間圧延装置２０１を用いた熱間圧延方法によれば、被圧延材Ｓの冷却と潤滑とワークロール２０３の冷却とを同時に行うことができる。そして、この熱間圧延方法によれば、ワークロール２０３を冷却することによってワークロール２０３に対する熱負荷を低減させ、潤滑によって摩擦係数を減少してロール負荷を軽減し、さらに被圧延材Ｓの板表面を冷却することによってワークロール２０３に対する熱負荷を低減させる効果があり、もってワークロール２０３の肌荒れを防止することができる。なお、潤滑剤供給スプレー２０６は、一組の水切りワイパ２０８，２０９によって隔てられているので、ロール冷却スプレー２０５ａからの冷却水が潤滑剤供給スプレー２０６からの潤滑剤に干渉することはない。

特開昭４９−９５９６９号公報 特開昭６４−５７９０８号公報 特開平７−１１６７１４号公報 特開平４−２００９０３号公報 特開平７−６８３１０号公報

しかしながら、特許文献５に記載された熱間圧延方法にあっては、以下の問題点があった。
即ち、近年、被圧延材として高張力鋼材（ハイテン材）の需要が非常に高まっている。高張力鋼材を製造するためには、より高温かつ高荷重で圧延を行う必要があり、特許文献５に記載された熱間圧延方法においてもワークロールの肌荒れを完全には防止できなかった。
従って、本発明はこの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークロールに対する熱負荷をより一層低減させると同時に安定した潤滑効果が得られ、もってワークロールの肌荒れを確実に防止するとともに、圧延荷重の低減を図り、ワークロール摩耗の低減を図る熱間圧延方法及び装置を提供することにある。

図３は、一般的な仕上圧延機の第２（Ｆ２）スタンドにおいて、鋼板（被圧延材）の面荒れの発生と材料温度及び圧延線圧（単位幅当たりの圧延荷重）との関係を示したものである。図３に示すように、鋼板の面荒れの発生は、材料温度と圧延線圧とに強く依存しており、材料温度が高く、圧延線圧が高いほど発生しやすい。これが高張力鋼材などの高温かつ高荷重で圧延を行う場合に面荒れが発生しやすくなる理由である。即ち、鋼板の面荒れを防止するには鋼板あるいはワークロールの冷却だけでは不十分であり、潤滑圧延によって圧延荷重を減少させることが効果的である。更に、本発明者らは、ワークロールの摩耗特性を調査した結果、ワークロールとバックアップロールとの間の線圧分布が高い部分のワークロール摩耗が促進されることを突き止めた。これは、ワークロールに発生したヒートクラックがバックアップロールとの接触によって進展し、ワークロールの表層が脱落するためである。本発明者らは、かかる摩耗の促進を防止する方法について検討した結果、ワークロールとバックアップロールとの間に潤滑を行うことが有利に作用することを見出し、本発明に至った。

即ち、本発明のうち請求項１に係る熱間圧延方法は、粗圧延された被圧延材を仕上圧延機で熱間仕上圧延する熱間仕上圧延方法であって、前記仕上圧延機の少なくとも１基以上のスタンドにおいて、ワークロールの表面に冷却水を供給するとともに、バックアップロールとワークロールの両方の表面の水切りされた部分に潤滑剤を供給し、更に、ロールバイト入側の前記被圧延材の表面に冷却水を供給することを特徴としている。

また、本発明のうち請求項２に係る熱間圧延装置は、粗圧延された被圧延材を熱間仕上圧延する仕上圧延機を有する熱間仕上圧延装置であって、前記仕上圧延機の少なくとも１基以上のスタンドにおいて、ワークロールの表面に冷却水を供給するロール冷却装置と、バックアップロールとワークロールの両方の表面の所定部分への水切りを行うワイピング装置と、該ワイピング装置によって水切りされた部分に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置と、ロールバイト入側の前記被圧延材の表面に冷却水を供給する冷却装置とを備えることを特徴としている。

本発明のうち請求項１に係る熱間圧延方法及び請求項２に係る熱間圧延装置によれば、仕上圧延機の少なくとも１基以上のスタンドにおいて、ワークロールの表面に冷却水を供給するとともに、ロールバイト入側の被圧延材の表面に冷却水を供給するので、ワークロールに対する熱負荷をより一層低減させることができる。そして、バックアップロールとワークロールの両方の表面の水切りされた部分に潤滑剤を供給するようにしているので、ワークロールと被圧延材との接触部のみならず、ワークロールとバックアップロールとの接触部をも潤滑効果を得ることができ、安定した潤滑圧延を得ることができる。ワークロールに対する熱負荷をより一層低減できるとともに、安定した潤滑圧延を得ることができるので、高張力鋼材の熱間仕上圧延においてもワークロールの肌荒れを完全に防止することができる。そして、バックアップロールとワークロールの両方の表面の水切りされた部分に潤滑剤を供給するようにしているので、ワークロールとバックアップロールとの間の潤滑を効果的に行うことができ、ワークロールの摩耗の低減を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る熱間圧延装置の第１実施形態の概略構成図である。
図１において、熱間圧延装置１は、粗圧延された鋼板に代表される被圧延材Ｓを熱間仕上圧延する複数基のスタンド２を有するタンデム仕上圧延機を備えている。タンデム仕上圧延機の各スタンド２は、被圧延材Ｓを仕上圧延する上下一対のワークロール３と、上下一対のワークロール３を支持する上下一対のバックアップロール４とを備えている。そして、各スタンド２の上下一対のワークロール３のそれぞれのロールバイト入側には、各ワークロール３を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー（ロール冷却装置）５ａが設置され、その一方、上下一対のワークロール３のそれぞれのロールバイト出側には、各ワークロール３を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー（ロール冷却装置）５ｂが設置されている。また、上側のバックアップロール４の入側には、このバックアップロール４を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー５ｃが設置されている。また、上下一対のワークロール３のそれぞれのロールバイト入側には、水切りワイパ６が設置されると共に、ロールバイト出側には、ロール冷却スプレー５ｂからの冷却水によって被圧延材Ｓが過冷却されるのを防止するためのスクレーパ７が設置されている。スクレーパ７の先端部にはワイパが設けられている。

また、上下一対のバックアップロール４のそれぞれの出側のワークロール３寄りのところには、バックアップロール４の表面の所定部分の水切りを行う水切りワイパ８が設置されている。ここで、「所定部分」とは、水切りワイパ８の先端とバックアップロール４の表面との接触部分から矢印ｂで示す回転方向と逆方向のバックアップロール４の表面の部分をいう。下側のバックアップロール４の出側に設置された水切りワイパ８は、下側のロール冷却水スプレー５ｂから噴射され、下側のワークロール３から落下してくる冷却水の前記所定部分への水切りを行う。また、上側のバックアップロール４の出側に設置された水切りワイパ８は、上側のロール冷却水スプレー５ｂから噴射され、上側のワークロール３の接線方向に飛び散る冷却水の上側バックアップロール４への水乗りを防止し、前記冷却水の前記所定部分への水切りを行う。ワークロール３への冷却水は圧力も流量も大きいことから、ワークロール３に噴射された後はワークロール３の接線方向へ激しく飛び散る傾向にある。水切りワイパ８が、請求項２にいう「バックアップロールの表面の所定部分への水切りを行うワイピング装置」を構成し、水切りワイパ８により水切りされたバックアップロール４の表面が、請求項２にいう「ワイピング装置によって水切りされた部分」を構成する。また、水切りワイパ８により水切りされたバックアップロール４の表面が、請求項１にいう「バックアップロールの表面の水切りされた部分」を構成する。更に、上下一対のバックアップロール４のそれぞれの出側のワークロール３から離れたところには、バックアップロール４の表面の所定部分の水切りを行う水切りワイパ９が設置されている。ここで、「所定部分」とは、水切りワイパ９の先端とバックアップロール４の表面との接触部分から矢印ｂで示す回転方向のバックアップロール４の表面の部分をいう。従って、水切りワイパ８の先端とバックアップロール４の表面との接触部分と、水切りワイパ９の先端とバックアップロール４の表面との接触部分との間の、バックアップロール４の表面が水切りワイパ８及び９により完全に水切りされることになる。そして、上下一対のバックアップロール４のそれぞれの出側には、水切りワイパ８及び９により完全に水切りされたバックアップロール４の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給スプレー（潤滑剤供給装置）１０が設置されている。水切りワイパ８及び９は、先端部分にワイパが設けられ、このワイパが通例用いられている硬質ゴムあるいはベークライトなどの吸湿性のない材質で構成される。これにより、潤滑剤供給スプレー１０で供給された油分はほとんど払拭されず、問題なく潤滑効果を得ることができる。なお、ワークロール３から離れたところに設置された水切りワイパ９については、冷却水の回り込みがなく、水切りが不要の場合には、省略することができる。上側のバックアップロール４の出側に設置された水切りワイパ９については、ロール冷却スプレー５ｃから上側のバックアップロール４に冷却水を噴射しても、その冷却水量が少ないときには、水切りワイパ９のところまで冷却水が回り込まない場合があるので、省略可能である。一般に、バックアップロール４に伝わる熱は大きいものではないため、バックアップロールへの冷却水量は、かかってさえすればよい程度のものである。また、下側のバックアップロール４の出側に設置された水切りワイパ９については、下側のロール冷却水スプレー５ａからの下側のワークロール３への冷却水が下に流れ落ちて下側バックアップロール４に供給されるようになっているが、バックアップロール４の真下の部分で多くは落下するので、水切りワイパ９のところまで冷却水が回り込まない場合があり、省略可能である。
更に、上下一対のワークロール３のそれぞれのロールバイト入側には、ロールバイト入側の被圧延材Ｓの表面に冷却水を供給する被圧延材冷却スプレー（冷却装置）１１が設置されている。なお、図１において、符号１２はサイドガイドである。

次に、熱間圧延装置１による熱間圧延方法について説明する。
粗圧延された被圧延材Ｓは、図１に示す矢印Ａ方向に搬送され、複数基のスタンド２を有するタンデム仕上圧延機により熱間仕上圧延され、その後、冷却されてコイラー（図示せず）により巻き取られるようになっている。
このタンデム仕上圧延機による熱間仕上圧延に際しては、各スタンド２の上下一対のワークロール３は、図１に示す被圧延材Ｓを噛み込む矢印ａ方向に回転し、上下一対のバックアップロール４は矢印ｂ方向に回転する。そして、各ワークロール３は、ロールバイト入側でロール冷却スプレー５ａからの冷却水により冷却されるとともに、ロールバイト出側のロール冷却スプレー５ｂからの冷却水により冷却される。ロール冷却スプレー５ａからワークロール３の表面に噴射された冷却水は、水切りワイパ６により水切りがなされるとともに、ロール冷却スプレー５ｂからワークロール３の表面に噴射された冷却水はスクレーパ７により被圧延材Ｓへの落下が阻止される。そして、ロールバイト出側で冷却された後、各ワークロール３は各バックアップロール４と接触する。各ワークロール３が各バックアップロール４に接触すると、ワークロール３の表面の冷却水がバックアップロール４の表面に転写し、また、バックアップロール４の表面にはロール冷却スプレー５ｃから冷却水が供給されるが、それら冷却水は水切りワイパ８と水切りワイパ９とにより水切りされ、水切りワイパ８の先端とバックアップロール４の表面との接触部分と、水切りワイパ９の先端とバックアップロール４の表面との接触部分との間の、バックアップロール４の表面が水切りワイパ８及び９により完全に水切りされることになる。そして、水切りワイパ８及び９により完全に水切りされたバックアップロール４の表面に、潤滑剤供給スプレー１０から潤滑剤が供給される。これにより、ワークロール３は、バックアップロール３と潤滑された状態で接触し、ワークロール３に潤滑剤が転写される。そして、ワークロール３は、被圧延材Ｓと潤滑された状態で接触する。また、ロールバイト入側の被圧延材Ｓの表面には、被圧延材冷却スプレー１１から冷却水が供給される。

このように、熱間圧延装置１による熱間圧延方法によれば、ワークロール３の表面に冷却水を供給するとともに、ロールバイト入側の被圧延材Ｓの表面に冷却水を供給するので、ワークロール３に対する熱負荷をより一層低減させることができる。即ち、被圧延材Ｓはロールバイト直前で冷却されるため、内部からの復熱によって被圧延材Ｓの表面温度が上昇する前に、表層のみが温度低下した状態でワークロール３に噛み込まれることになる。このため、被圧延材Ｓ全体としての変形抵抗は変化させずに、ワークロール３との接触温度のみを低下させることができ、もってワークロール３に対する熱負荷を一層低減させることができる。

また、バックアップロール４の表面の水切りされた部分に潤滑剤を供給するようにしているので、ワークロール３と被圧延材Ｓとの接触部のみならず、ワークロール３とバックアップロール４との接触部をも潤滑効果を得ることができ、安定した潤滑圧延を得ることができる。即ち、図５（特許文献５）に示された従来の熱間圧延方法においては、ロールバイト入側で潤滑剤供給スプレー２０６により潤滑剤をワークロール２０３に供給していたため、ワークロール２０３と被圧延材Ｓとの接触部の潤滑効果は得られるものの、潤滑剤は被圧延材Ｓとの接触によって焼き切れてしまうため、ワークロール２０３とバックアップロール２０４との接触部の潤滑効果は得られなかった。これに対して、熱間圧延装置１による熱間圧延方法においては、バックアップロール４に潤滑剤を供給するため、ワークロール３と被圧延材Ｓとの接触部のみならず、ワークロール３とバックアップロール４との接触部も潤滑効果が得られるのである。

このように、熱間圧延装置１による熱間圧延方法によれば、ワークロール３に対する熱負荷をより一層低減できるとともに、安定した潤滑圧延を得ることができるので、高張力鋼材の熱間仕上圧延においてもワークロール３の肌荒れを完全に防止することができる。
そして、熱間圧延装置１による熱間圧延方法においては、被圧延材Ｓからワークロール３への熱負荷を低減させると同時に、潤滑効果によって圧延荷重を低減させることが可能となるだけでなく、ワークロール３とバックアップロール４との接触部でも潤滑効果を得ることが可能となるため、ワークロール３の肌荒れのみならず、ヒートクラックによる表層の脱落が防止でき、効果的に被圧延材Ｓの面荒れを防止することができる。更に、被圧延材Ｓからワークロール３への熱負荷の低減と同時に圧延荷重の減少によって摩擦発熱も低減するため、サーマルクラウンの成長も抑止できるばかりか、ワークロール３にかかる摩擦力の低減とヒートクラックによる表層の脱落が防止できるため、ワークロール３の摩耗の低減を図ることができ、図５（特許文献５）に示された従来の熱間圧延方法と比較して著しい相乗効果を得ることができるのである。

なお、バックアップロール４に供給する潤滑剤は、ワークロール３との接触部において消費されるわけではないので、図５（特許文献５）に示された従来の熱間圧延方法において通常ロールバイト入側で供給している量と同程度の量で十分である。
また、ロールバイト入側におけるロール冷却スプレー５ａから供給される冷却水は、あまりに高圧で供給されると、ワークロール３に転写された潤滑剤を除去してしまうおそれがあるが、本発明者らの検討によれば、通常用いられる１０気圧程度の圧力で冷却水を供給すれば、かかる潤滑剤が除去されることはない。更に、図５（特許文献５）に示された従来の熱間圧延方法においては、ロールバイト入側のロール冷却スプレー２０５ａからの冷却水による水冷領域は、ワークロール２０３の表面においてバックアップロール２０４との接触部から水切りワイパ２０８との接触部までであるのに対し、熱間圧延装置１による熱間圧延方法においては、ロールバイト入側のロール冷却スプレー５ａからの冷却水による水冷領域は、ワークロール３の表面においてバックアップロール４との接触部から水切りワイパ６との接触部までの広い領域である。このため、熱間圧延装置１による熱間圧延方法においては、ワークロール３の冷却能力を低下させることはない。
更に、上下一対のワークロール３のそれぞれのロールバイト入側に設置された被圧延材冷却スプレー１１からの冷却水量は、上下和で２００〜４００ｌ／ｍｉｎ・ｍ程度でよく、通常のロール冷却水量５０００〜１００００ｌ／ｍｉｎ・ｍと比較してごくわずかの水量でよい。

次に、本発明に係る熱間圧延装置の第２実施形態を図２を参照して説明する。図２は、本発明に係る熱間圧延装置の第２実施形態の概略構成図である。
図２において、熱間圧延装置２１は、図１に示す熱間仕上圧延装置１と同様に、粗圧延された鋼板に代表される被圧延材Ｓを熱間仕上圧延する複数基のスタンド２２を有するタンデム仕上圧延機を備えている。タンデム仕上圧延機の各スタンド２２は、被圧延材Ｓを仕上圧延する上下一対のワークロール２３と、上下一対のワークロール２３を支持する上下一対のバックアップロール２４とを備えている。そして、各スタンド２３の上下一対のワークロール２３のそれぞれのロールバイト入側には、各ワークロール２３を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー（ロール冷却装置）２５ａが設置され、その一方、上下一対のワークロール２３のそれぞれのロールバイト出側には、各ワークロール２３を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー（ロール冷却装置）２５ｂが設置されている。また、上側のバックアップロール２４の入側には、このバックアップロール２４を冷却する冷却水を噴射するロール冷却スプレー２５ｃが設置されている。また、上下一対のワークロール２３のそれぞれのロールバイト入側には、水切りワイパ２６が設置されると共に、ロールバイト出側には、ロール冷却スプレー２５ｂからの冷却水によって被圧延材Ｓが過冷却されるのを防止するためのスクレーパ２７が設置されている。スクレーパ２７の先端部にはワイパが設けられている。

また、図１に示す熱間圧延装置２１と異なり、上下一対のワークロール２３のそれぞれの出側のバックアップロール２４寄りのところには、ワークロール２３の表面の所定部分の水切りを行う水切りワイパ２８が設置されている。ここで、「所定部分」とは、水切りワイパ２８の先端とワークロール２３の表面との接触部分から矢印ａで示す回転方向のワークロール２３表面の部分をいう。
更に、上下一対のバックアップロール２４のそれぞれの出側のワークロール２３から離れたところには、バックアップロール２４の表面の所定部分の水切りを行う水切りワイパ２９が設置されている。ここで、「所定部分」とは、水切りワイパ２９の先端とバックアップロール２４の表面との接触部分から矢印ｂで示す回転方向のバックアップロール２４の表面の部分をいう。この水切りワイパ２９が、請求項２にいう「バックアップロールの表面の所定部分への水切りを行うワイピング装置」を構成し、水切りワイパ２８が、請求項２にいう「ワークロールの表面の所定部分への水切りを行うワイピング装置」を構成し、水切りワイパ２８及び２９で請求項２にいう「バックアップロールとワークロールの両方の表面の所定部分への水切りを行うワイピング装置」を構成する。そして、水切りワイパ２８及び２９により水切りされたワークロール２３の表面及びバックアップロール２４の表面が、請求項２にいう「ワイピング装置によって水切りされた部分」を構成する。また、水切りワイパ２８及び２９により水切りされたワークロール２３の表面及びバックアップロール２４の表面が、請求項１にいう「バックアップロールとワークロールの両方の表面の水切りされた部分」を構成する。そして、上下一対のワークロール２３とバックアップロール２４との接触部近傍であってワークロール２３とバックアップロール２４の出側には、水切りワイパ２８及び２９により水切りされたワークロール２３の表面及びバックアップロール２４の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給スプレー（潤滑剤供給装置）３０が設置されている。具体的には、潤滑剤供給スプレー３０は、ロールバイト出側からワークロール２３とバックアップロール２４との接触部に潤滑剤を供給している。

ここで、水切りワイパ２８及び２９は、図１に示す水切りワイパ８及び９と同様に、先端部分にワイパが設けられ、このワイパが通例用いられている硬質ゴムあるいはベークライトなどの吸湿性のない材質で構成される。これにより、潤滑剤供給スプレー３０で供給された油分はほとんど払拭されず、問題なく潤滑効果を得ることができる。
更に、図１に示す熱間圧延装置１と同様に、上下一対のワークロール２３のそれぞれのロールバイト入側には、ロールバイト入側の被圧延材Ｓの表面に冷却水を供給する被圧延材冷却スプレー（冷却装置）３１が設置されている。なお、図２において、符号１２はサイドガイドである。

この熱間圧延装置２１による熱間圧延方法においても、図１に示した熱間圧延装置１による熱間圧延方法と同様の効果を得ることはもちろんである。即ち、熱間圧延装置２１による熱間圧延方法によれば、ワークロール２３の表面に冷却水を供給するとともに、ロールバイト入側の被圧延材Ｓの表面に冷却水を供給するので、ワークロール２３に対する熱負荷をより一層低減させることができる。即ち、被圧延材Ｓはロールバイト直前で冷却されるため、内部からの復熱によって被圧延材Ｓの表面温度が上昇する前に、表層のみが温度低下した状態でワークロール２３に噛み込まれることになる。このため、被圧延材Ｓ全体としての変形抵抗は変化させずに、ワークロール２３との接触温度のみを低下させることができ、もってワークロール２３に対する熱負荷を一層低減させることができる。

また、バックアップロール２４とワークロール２３の両方の表面の水切りされた部分に潤滑剤を供給するようにしているので、ワークロール２３と被圧延材Ｓとの接触部のみならず、ワークロール２３とバックアップロール２４との接触部をも潤滑効果を得ることができ、安定した潤滑圧延を得ることができる。
このように、熱間圧延装置２１による熱間圧延方法によれば、ワークロール２３に対する熱負荷をより一層低減できるとともに、安定した潤滑圧延を得ることができるので、高張力鋼材の熱間仕上圧延においてもワークロール２３の肌荒れを完全に防止することができる。

そして、熱間圧延装置２１による熱間圧延方法においては、被圧延材Ｓからワークロール２３への熱負荷を低減させると同時に、潤滑効果によって圧延荷重を低減させることが可能となるだけでなく、ワークロール２３とバックアップロール２４との接触部でも潤滑効果を得ることが可能となるため、ワークロール２３の肌荒れのみならず、ヒートクラックによる表層の脱落が防止でき、効果的に被圧延材Ｓの面荒れを防止することができる。更に、被圧延材Ｓからワークロール２３への熱負荷の低減と同時に圧延荷重の減少によって摩擦発熱も低減するため、サーマルクラウンの成長も抑止できるばかりか、ワークロール２３にかかる摩擦力の低減とヒートクラックによる表層の脱落が防止できるため、ワークロール２３の摩耗の低減を図ることができ、図５（特許文献５）に示された従来の熱間圧延方法と比較して著しい相乗効果を得ることができるのである。
なお、バックアップロール２４に供給する潤滑剤は、バックアップロール４に供給する潤滑剤と同様に、ワークロール２３との接触部において消費されるわけではないので、図５（特許文献５）に示された従来の熱間圧延方法において通常ロールバイト入側で供給している量と同程度の量で十分である。

また、ロールバイト入側におけるロール冷却スプレー２５ａから供給される冷却水は、ロール冷却水５ａから供給される冷却水と同様に、あまりに高圧で供給されると、ワークロール２３に転写された潤滑剤を除去してしまうおそれがあるが、本発明者らの検討によれば、通常用いられる１０気圧程度の圧力で冷却水を供給すれば、かかる潤滑剤が除去されることはない。更に、熱間圧延装置２１による熱間圧延方法においては、ロールバイト入側のロール冷却スプレー２５ａからの冷却水による水冷領域は、ワークロール２３の表面においてバックアップロール２４との接触部から水切りワイパ２６との接触部までの広い領域である。このため、熱間圧延装置２１による熱間圧延方法においても、ワークロール２３の冷却能力を低下させることはない。
更に、上下一対のワークロール２３のそれぞれのロールバイト入側に設置された被圧延材冷却スプレー３１からの冷却水量は、上下和で２００〜４００ｌ／ｍｉｎ・ｍ程度でよく、通常のロール冷却水量５０００〜１００００ｌ／ｍｉｎ・ｍと比較してごくわずかの水量でよい。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１実施形態における水切りワイパ８，９、潤滑剤供給スプレー１０、及び被圧延材冷却スプレー１１は、複数基のスタンド２の各々に設置されているが、タンデム仕上圧延機の少なくとも１基以上のスタンドにおいて設置すればよい。また、第２実施形態における水切りワイパ２８，２９、潤滑剤供給スプレー３０、及び被圧延材冷却スプレー３１についても同様である。ワークロール３，２３の肌荒れを防止する観点では、被圧延材の温度が高く、強圧下を行う仕上圧延機の前段のスタンドに、これら水切りワイパ、潤滑剤供給スプレー及び被圧延材冷却スプレーを設置するのが好適であるが、ワークロール３，２３の肌荒れの発生しにくい仕上圧延機の後段のスタンドに、これら水切りワイパ、潤滑剤供給スプレー、及び被圧延材冷却スプレーを設置したとしても、サーマルクラウンやロール摩擦の低減効果が得られることはもちろんである。

冷却・潤滑条件を表１に示すように種々変えて熱間仕上圧延を行なった。

実施例においては、図１に示すロール冷却スプレー５ａ，５ｂ、水切りワイパ８，９、潤滑剤供給スプレー１０、及び被圧延材冷却スプレー１１を、７スタンドの四重式圧延機からなる熱延仕上圧延機列全スタンドに設置した。ここで、ワークロール３の直径は、Ｆ１〜Ｆ４スタンドがφ８００ｍｍ、Ｆ５〜Ｆ７スタンドがφ７００ｍｍ、ワークロール３の材質は、Ｆ１〜Ｆ６スタンドがハイスロール、Ｆ７スタンドがニッケルグレンロールであった。Ｃ：０．０５％、Ｍｎ：１．３６％、Ｓｉ：１．０５％、Ｔｉ：０．０１％の組成からなる板厚２２０ｍｍ、重量２７ｔｏｎの高張力鋼材のスラブを粗圧延工程にてシートバー厚３０ｍｍに圧延し、仕上圧延機にて仕上寸法２．６ｍｍ厚×１２００ｍｍ幅に圧延した。この圧延を３０コイル分行なった。なお、仕上入側の温度は１０００℃、圧延時間は１コイルあたり約８０秒、パーツパーは約１５秒であった。

そして、ロール冷却スプレー５ａ，５ｂからワークロール３に対して冷却水を供給するとともに、潤滑剤供給スプレー１０からバックアップロール４に潤滑剤を供給し、また、被圧延材冷却スプレー１１から鋼板に対して冷却水を供給した。
そして、表１に示すように、Ｆ２スタンドにおける圧延荷重、ワークロール３の肌荒れの程度、ワークロール３の抜出し後の温度、ワークロール３の摩耗量、Ｆ６スタンドにおける圧延荷重、通板形状、ワークロール３の抜出し温度、ワークロール３の摩耗量、仕上圧延機の出側における鋼板の温度、及び製品の面荒れ発生率を調査した。Ｆ２スタンドについては圧延機列における前段の代表として、Ｆ６スタンドについては圧延機列における後段の代表として選んだ。なお、Ｆ２スタンドにおける通板形状は何ら問題がなく、またＦ６スタンドではワークロール３の肌荒れはなかった。

この実施例においては、表１に示すように、Ｆ２スタンドでのワークロール３の肌荒れは完全に防止でき、製品の面荒れ発生も皆無であった。また、Ｆ２スタンドの圧延荷重は、潤滑効果によって、１６９０ｔｆと低く、Ｆ６スタンドにおける圧延荷重も１０７０ｔｆで低かった。更に、ワークロール３の抜出し後の温度については、Ｆ２スタンドで６４℃、Ｆ６スタンドで５５℃と低く、また、ワークロール３の摩耗量については、Ｆ２スタンドで２μｍ、Ｆ６スタンドで８μｍと小さかった。これは、鋼板冷却によるワークロール３への熱負荷の低減と潤滑圧延による摩擦力低減効果の相乗効果によるものである。

比較例１においては、図４に示すロール冷却スプレー１０５ａ，１０５ｂ及び潤滑剤供給スプレー１０６を、７スタンドの四重式圧延機からなる熱延仕上圧延機列全スタンドに設置し、ロール冷却スプレー１０５ａ，１０５ｂからワークロール１０３に対して冷却水を供給したが、ワークロール１０３へ潤滑剤を供給しなかった。また、鋼板の冷却は行わなかった。ワークロール１０３の直径及び材質、スラブの材質、寸法及び重量、シートバーの寸法及び仕上圧延条件、及び圧延本数は実施例の場合と同様である。

この比較例１においては、表１に示すように、Ｆ２スタンドでのワークロール３の肌荒れの程度はかなり悪く、製品の面荒れ発生率も８７％と極めて悪かった。また、Ｆ２スタンドの圧延荷重は１９９０ｔｆ、Ｆ６スタンドにおける圧延荷重も１３３０ｔｆで極めて高かった。更に、ワークロール３の抜出し後の温度については、Ｆ２スタンドで８０℃、Ｆ６スタンドで７２℃と高く、また、ワークロール１０３の摩耗量については、Ｆ２スタンドで９μｍ、Ｆ６スタンドで２０μｍとかなり大きかった。

次に、比較例２においては、図４に示すロール冷却スプレー１０５ａ，１０５ｂ及び潤滑剤供給スプレー１０６を、７スタンドの四重式圧延機からなる熱延仕上圧延機列全スタンドに設置し、ロール冷却スプレー１０５ａ，１０５ｂからワークロール１０３に対して冷却水を供給し、また、潤滑剤供給スプレー１０６からワークロール１０３へ潤滑剤を供給した。しかし、鋼板の冷却は行わなかった。ワークロール１０３の直径及び材質、スラブの材質、寸法及び重量、シートバーの寸法及び仕上圧延条件、及び圧延本数は実施例の場合と同様である。

この比較例２においては、表１に示すように、Ｆ２スタンドでのワークロール３の肌荒れの程度は、比較例１よりは改善しているものの、依然として悪く、製品の面荒れ発生率も比較例１よりも改善しているが５７％と悪かった。また、ワークロール３の抜出し後の温度については、Ｆ２スタンドで７７℃、Ｆ６スタンドで７０℃と高く、また、ワークロール１０３の摩耗量については、Ｆ２スタンドで６μｍ、Ｆ６スタンドで１５μｍと依然として大きかった。一方、Ｆ２スタンドの圧延荷重は、潤滑効果によって、１６８０ｔｆ、Ｆ６スタンドにおける圧延荷重も１０４０ｔｆと改善している。

更に、比較例３においては、図１に示すロール冷却スプレー５ａ，５ｂ、水切りワイパ８，９、潤滑剤供給スプレー１０、及び被圧延材冷却スプレー１１を、７スタンドの四重式圧延機からなる熱延仕上圧延機列全スタンドに設置し、ロール冷却スプレー５ａ，５ｂからワークロール３に対して冷却水を供給し、また、潤滑剤供給スプレー１０からバックアップロール４に１０ｌ／ｍｉｎの潤滑剤を供給した。しかし、鋼板の冷却は行わなかった。ワークロール３の直径及び材質、スラブの材質、寸法及び重量、シートバーの寸法及び仕上圧延条件、及び圧延本数は実施例の場合と同様である。

この比較例３においては、表１に示すように、ワークロール３の摩耗量については、Ｆ２スタンドで４μｍ、Ｆ６スタンドで１２μｍになり、比較例２に対して低減している。これは、ワークロール３とバックアップロール４との接触部での潤滑に摩耗低減効果があることを示している。また、Ｆ２スタンドの圧延荷重は、比較例２と同様に、１６８０ｔｆ、Ｆ６スタンドにおける圧延荷重も１０４０ｔｆと良好であった。これは、潤滑剤を供給する場所をワークロールからバックアップロールに変えても同様の潤滑効果が得られることを示している。一方、Ｆ２スタンドでのワークロール３の肌荒れの程度は、比較例２よりは改善しているものの、完全には防止しきれていない。また、製品の面荒れ発生率も比較例２よりも改善しているが４０％と悪かった。更に、ワークロール３の抜出し後の温度については、Ｆ２スタンドで７８℃、Ｆ６スタンドで７０℃と高かった。

比較例１乃至３においては、表１に示すように、ワークロールの抜出し後の温度はほとんど変化がなく、潤滑圧延による摩擦発熱低減効果はそれほど大きいものではないことを示している。このため、比較例１乃至３のいずれにおいても、Ｆ６スタンドにおいてはサーマルクラウンの成長によって圧延中の鋼板の形状が腹伸び状を呈し、通板上の問題を生じた。

比較例４においては、図５に示すロール冷却スプレー２０５ａ，２０５ｂ、水切りワイパ２０８，２０９、潤滑剤供給スプレー２０６、及び被圧延材冷却スプレー２１０を、７スタンドの四重式圧延機からなる熱延仕上圧延機列全スタンドに設置し、ロール冷却スプレー２０５ａ，２０５ｂからワークロール２０３に対して冷却水を供給し、また、潤滑剤供給スプレー２０６からワークロール２０４に潤滑剤を供給し、被圧延材冷却スプレー２１０から冷却水を鋼板に供給した。ワークロール２０３の直径及び材質、スラブの材質、寸法及び重量、シートバーの寸法及び仕上圧延条件、及び圧延本数は実施例の場合と同様である。

この比較例４においては、表１に示すように、Ｆ２スタンドでのワークロール３の肌荒れはやや改善しているものの比較例３と同程度であり、製品の面荒れ発生率も２４％と低くははなっているが完全にはなくなっていない。実施例では、Ｆ２スタンドでのワークロール３の肌荒れは完全に防止でき、製品の面荒れ発生も皆無であった。これは、実施例においては、ワークロール３とバックアップロール４との接触部でも潤滑効果を得ることが可能となるためである。

一方、比較例４においては、Ｆ２スタンドの圧延荷重は、潤滑効果によって、１６９０ｔｆと低く、Ｆ６スタンドにおける圧延荷重も１０７０ｔｆで低かった。更に、ワークロール３の抜出し後の温度については、Ｆ２スタンドで６８℃、Ｆ６スタンドで５９℃と低く、また、ワークロール３の摩耗量については、Ｆ２スタンドで４μｍ、Ｆ６スタンドで１０μｍと小さかった。

本発明に係る熱間圧延装置の第１実施形態の概略構成図である。 本発明に係る熱間圧延装置の第２実施形態の概略構成図である。 一般的な仕上圧延機の第２スタンドにおいて、鋼板（被圧延材）の面荒れの発生と材料温度及び圧延線圧（単位幅当たりの圧延荷重）との関係を示したグラフである。 一般的な被圧延材の潤滑剤による熱間潤滑圧延装置の概略構成図である。 従来の熱間圧延装置の概略構成図である。

符号の説明

１，２１ 熱間圧延装置
２，２２ スタンド
３，２３ ワークロール
４，２４ バックアップロール
５ａ，５ｂ，２５ａ，２５ｂ ロール冷却スプレー（ロール冷却装置）
５ｃ，２５ｃ ロール冷却スプレー
６，２６ 水切りワイパ
７，２７ スクレーパ
８，２８，２９ 水切りワイパ（ワイピング装置）
９ 水切りワイパ
１０，３０ 潤滑剤供給スプレー（潤滑剤供給装置）
１１，３１ 被圧延材冷却スプレー（冷却装置）
１２，３２ サイドガイド
Ｓ 被圧延材

Claims (2)

1. 粗圧延された被圧延材を仕上圧延機で熱間仕上圧延する熱間仕上圧延方法であって、
   前記仕上圧延機の少なくとも１基以上のスタンドにおいて、ワークロールの表面に冷却水を供給するとともに、バックアップロールとワークロールの両方の表面の水切りされた部分に潤滑剤を供給し、更に、ロールバイト入側の前記被圧延材の表面に冷却水を供給することを特徴とする熱間圧延方法。
2. 粗圧延された被圧延材を熱間仕上圧延する仕上圧延機を有する熱間仕上圧延装置であって、
   前記仕上圧延機の少なくとも１基以上のスタンドにおいて、ワークロールの表面に冷却水を供給するロール冷却装置と、バックアップロールとワークロールの両方の表面の所定部分への水切りを行うワイピング装置と、該ワイピング装置によって水切りされた部分に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置と、ロールバイト入側の前記被圧延材の表面に冷却水を供給する冷却装置とを備えることを特徴とする熱間圧延装置。

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