JP5440288B2 - タンデム仕上圧延機及びその動作制御方法、並びに、熱延鋼板の製造装置及び熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タンデム仕上圧延機及びその動作制御方法、並びに、熱延鋼板の製造方法及び熱延鋼板の製造装置に関する。本発明は、特に、熱間圧延ラインのタンデム仕上圧延機で１本の粗バーを圧延している最中に、中間スタンドから最終スタンドの板厚、及び圧延潤滑剤の使用不使用の少なくとも一方を変更するタンデム仕上圧延機及びその動作制御法、並びに、当該タンデム仕上圧延機を有する熱延鋼板の製造装置、及び、上記タンデム仕上圧延機の動作制御方法を用いた熱延鋼板の製造方法に関する。

熱間圧延工程では、まずスラブを粗圧延機によって圧延して粗バーを生成し、その後、複数の圧延機（スタンド）を備えるタンデム仕上圧延機によって粗バーを目標板厚まで圧延する。仕上圧延での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。

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）をおこなってオーステナイト粒を微細化するとともに粒内に圧延歪を蓄積させ、仕上圧延直後に急冷することにより、得られる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。

しかし、後段スタンドの圧下率を高くすると、後段スタンドの負荷（圧延荷重、圧延トルク等）が高くなり、先端の通板や尾端の尻抜きなどの非定常部の圧延が難しくなるため、先尾端部では後段スタンドの圧下率を下げて本来の製品の板厚目標値よりも厚く圧延することが必要になることがある。

また、後段スタンドの負荷を設備上限値以内に抑えるとともにワークロール表面の肌荒れも軽減するためには圧延潤滑剤の使用が有効であるが、圧延潤滑剤の使用によってワークロールと被圧延材との間の摩擦係数が低下すると、被圧延材のワークロールへの噛み込み性が悪化するため、先端の通板時は圧延潤滑剤を用いず、先端の通板が完了した後に圧延潤滑剤を使用し始める必要がある。圧延潤滑剤の使用不使用を変更すると、摩擦係数が変化して圧延荷重が変化するので、たとえ板厚を変更しない場合であっても圧下位置を変更する必要がある。

このように、一本の粗バーを圧延している最中に後段スタンドの板厚を変更したり、圧延潤滑剤の使用不使用を変更したりするには、所望の板厚が得られるように圧下位置を変更するだけでなく、ロール速度を変更してスタンド間張力の変動を抑制することが重要であり、張力低下による板寄りや、過張力による被圧延材の破断を防止しなければならない。

張力変動を防止する従来方法として、特許文献１には、走間寸法変更時に、第ｉスタンドの出側板厚を予め決定された寸法変更長さに応じて自動板厚制御装置の出側板厚基準値を変更することにより変更し、この出側板厚変更と同時に第ｉスタンドの出側材料速度と第ｉ＋１スタンドの入側材料速度が常に一致するように、下記式（Ａ）を用いて第ｉスタンドのロール周速をそれぞれ時々刻々演算し、この演算値の最新のものに順次変更を行う方法が開示されている。

ここで、Ｖはロール周速、ｆは先進率、ｈは出側板厚、Ｈは入側板厚であり、下付添字のｉ及びｉ＋１はスタンド番号、Δは微小変化を表す。Ｎスタンドからなるタンデム仕上圧延機に適用する場合には、通常最終の第Ｎスタンドを基準スタンドとするので、このスタンドの速度が基準になることを考慮して、第Ｎスタンドのロール速度は修正せず（ΔＶ_Ｎ＝０）、第１スタンドから第Ｎ−１スタンドに対して上記（Ａ）式を適用すると記載されている。

特公平３−１１８４７号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、Δを微小変化としていることからもわかるように、変更量が小さい場合に適用できる技術である。そのため、特許文献１に開示されている技術は、特に、超微細結晶粒（例えば、平均粒径が２μｍ以下の結晶粒をいう。以下において同じ。）を有する熱延鋼板（以下において、「超微細粒鋼」ということがある。）の製造において必要となる板厚の変更量や圧延潤滑剤の使用不使用の変更によるワークロールと被圧延材との間の摩擦係数の変化には対応できないという問題があった。

具体的には、２つの問題があった。１つ目の問題は、最終の第Ｎスタンドを基準スタンドとして、第１スタンドから第Ｎ−１スタンドのロール速度を変更するため、第１スタンド入側に設置されているデスケーラや粗バーヒータを被圧延材が通過する速度が変わり、被圧延材に温度変動が生じることである。ロール速度修正量ΔＶ_ｉが微少である場合は温度変動も小さく大きな問題とはならないが、ΔＶ_ｉが微少でない場合は温度変動も大きくなり、その温度変動が被圧延材の硬さ変動を引き起こし、その変動部を圧延する際に板厚や張力が大きく変動してしまう。

２つ目の問題は、上記式（Ａ）はΔが微少であるという仮定のもとに導出された式であるため、Δが微少でない場合は式（Ａ）にしたがってロール速度を修正しても、第ｉスタンドの出側材料速度と第ｉ＋１スタンドの入側材料速度は一致せず、スタンド間張力が変動してしまうことである。

そこで、本発明は、超微細粒鋼を製造する際に必要となる板厚の変更や圧延潤滑剤の使用不使用の変更時にも張力変動を抑制することができるタンデム仕上圧延機及びその動作制御方法、並びに、熱延鋼板の製造装置及び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）を備えるタンデム仕上圧延機（１０）で１本の被圧延材（８）を圧延している最中に、第ｍスタンド（ｍは２以上Ｎ以下の整数）から第Ｎスタンド（７）における板厚及び／又は圧延潤滑剤の使用不使用が変更される、タンデム仕上圧延機の動作を制御する方法であって、第ｍ−１スタンドのロール速度を基準速度とし、第ｎスタンド（ｎはｍ−１以上、Ｎ−１以下の整数）の出側板速度と第ｎ＋１スタンドの入側板速度とが一致するように、第ｍスタンドから第Ｎスタンドまでのロール速度を時々刻々修正し、第ｍスタンドの体積速度が変化しないように、第ｍスタンドのロール速度を時々刻々修正し、第ｊスタンド（ｊはｍ＋１以上Ｎ以下の整数）の体積速度の変更開始前に対する比率が、下記式（１）に一致するように、第ｊスタンドのロール速度を時々刻々修正することを特徴とする、タンデム仕上圧延機の動作制御方法である。

［式（１）中、Ｈ _ｋ は第ｋスタンド（ｋはｍ＋１以上ｊ以下の整数）の入側板厚を表し、ｈ _ｋ は第ｋスタンドの出側板厚を表す。］

ここに、本発明において、「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、タンデム仕上圧延機（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仕上圧延機のスタンド（７）をいう。

また、本発明において、「第ｊスタンドの体積速度」とは、第ｊスタンドの出側を単位時間当たりに通過する被圧延材の体積をいう。

また、上記本発明の第１の態様において、第ｍスタンドから第Ｎスタンドのロール速度の修正は、該各スタンドの速度基準値ＳＳＲＨを変更することによって行い、速度基準値ＳＳＲＨの変更中も、第１スタンド（１）から第Ｎ−１スタンド（６）までのサクセシブ速度を修正するスタンド間張力制御又はスタンド間ルーパ角度制御を実施することが好ましい。

ここに、「第１スタンド（１）」とは、タンデム仕上圧延機（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仕上圧延機のスタンド（１）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仕上圧延機の動作制御方法によって制御されるタンデム仕上圧延機（１０）を用いて鋼板（８）を仕上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３の態様は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のスタンド（１、２、…、７）を備えるタンデム仕上圧延機で１本の被圧延材（８）を圧延している最中に、第ｍスタンド（ｍは２以上Ｎ以下の整数）から第Ｎスタンド（７）における板厚及び／又は圧延潤滑剤の使用不使用が変更される、タンデム仕上圧延機（１０）であって、第ｍ−１スタンドのロール速度を基準速度とし、第ｎスタンド（ｎはｍ−１以上、Ｎ−１以下の整数）の出側板速度と第ｎ＋１スタンドの入側板速度とが一致するように、第ｍスタンドから第Ｎスタンドまでのロール速度を時々刻々修正するロール速度制御を行う制御手段（３０）、を有し、第ｍスタンドの体積速度が変化しないように、制御手段（３０）を用いて第ｍスタンドのロール速度が時々刻々修正され、第ｊスタンド（ｊはｍ＋１以上Ｎ以下の整数）の体積速度の変更開始前に対する比率が、下記式（１）に一致するように、制御手段（３０）によって、第ｊスタンドのロール速度を時々刻々修正するロール速度制御が行われることを特徴とする、タンデム仕上圧延機である。

［式（１）中、Ｈ _ｋ は第ｋスタンド（ｋはｍ＋１以上ｊ以下の整数）の入側板厚を表し、ｈ _ｋ は第ｋスタンドの出側板厚を表す。］

また、上記本発明の第３の態様において、第ｍスタンドから第Ｎスタンド（７）のロール速度の修正は、該各スタンドの速度基準値ＳＳＲＨを変更することによって行われ、速度基準値ＳＳＲＨの変更中も、第１スタンド（１）から第Ｎ−１スタンド（６）までのサクセシブ速度を修正するスタンド間張力制御又はスタンド間ルーパ角度制御が実施されることが好ましい。

本発明の第４の態様は、上記本発明の第３の態様にかかるタンデム仕上圧延機（１０）を備えることを特徴とする、熱延鋼板の製造装置（１００）である。

本発明の第１の態様では、第ｍ−１スタンドのロール速度を基準速度とし、第ｎ＋１スタンドの入側板速度と第ｎスタンドの出側板速度とが一致するように、第ｍスタンドから第Ｎスタンドのロール速度を時々刻々修正するので、第１スタンド（１）の入側板速度は変更されない。したがって、温度外乱を発生させることなく、第ｍスタンドから第Ｎスタンド（７）の板厚及び／又は圧延潤滑剤の使用不使用の変更の影響を受ける第ｎスタンドと第ｎ＋１スタンドとの間の張力の変動を抑制することができる。張力の変動を抑制することにより、板寄りや板破断等の圧延トラブルを防止することが可能になる。したがって、本発明の第１の態様によれば、超微細粒鋼を製造する際に必要となる板厚の変更や圧延潤滑剤の使用不使用の変更時にも張力変動を抑制することが可能なタンデム仕上圧延機の動作制御方法を提供することができる。

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仕上圧延機の動作制御方法によって制御されるタンデム仕上圧延機（１０）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、超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。

本発明の第３の態様では、第ｍ−１スタンドのロール速度を基準速度とし、第ｎ＋１スタンドの入側板速度と第ｎスタンドの出側板速度とが一致するように、制御手段（３０）を用いて第ｍスタンドから第Ｎスタンド（７）のロール速度が時々刻々修正されるので、第１スタンド（１）の入側板速度は変更されない。したがって、温度外乱を発生させることなく、第ｍスタンドから第Ｎスタンド（７）の板厚及び／又は圧延潤滑剤の使用不使用の変更の影響を受ける第ｎスタンドと第ｎ＋１スタンドとの間の張力の変動を抑制することができる。張力の変動を抑制することにより、板寄りや板破断等の圧延トラブルを防止することが可能になる。したがって、本発明の第３の態様によれば、超微細粒鋼を製造する際に必要となる板厚の変更や圧延潤滑剤の使用不使用の変更時にも張力変動を抑制することが可能なタンデム仕上圧延機（１０）を提供することができる。

本発明の第４の態様は、本発明の第３の態様にかかるタンデム仕上圧延機（１０）を備えている。したがって、本発明の第４の態様によれば、超微細粒鋼の製造時に張力変動を抑制することが可能な、熱延鋼板の製造装置（１００）を提供することができる。

本発明のタンデム仕上圧延機の動作制御方法が適用されるタンデム仕上圧延機の形態例を示す図である。 本発明にかかる熱延鋼板の製造装置の形態例を簡略化して示す図である。 本発明のタンデム仕上圧延機の動作制御方法によって制御した場合の圧延状態を示すグラフである。 従来法によって制御した場合の圧延状態を示すグラフである。

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仕上圧延機の動作制御方法が適用されるタンデム仕上圧延機の形態例を示す図である。図１に示すように、タンデム仕上圧延機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１〜７は、それぞれ、一対のワークロール、一対のバックアップロール、圧下位置制御装置、及び、速度制御装置を備えている。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、一対のバックアップロール１ｂ、１ｂ、圧下位置制御装置１ｃ、及び、速度制御装置１ｄを備え、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、一対のバックアップロール７ｂ、７ｂ、圧下位置制御装置７ｃ、及び、速度制御装置７ｄを備えている。また、第５スタンド５は潤滑剤供給手段５ｅを備え、第６スタンド６は潤滑剤供給手段６ｅを備え、第７スタンド７は潤滑剤供給手段７ｅを備えている。潤滑剤供給手段５ｅ、６ｅ、７ｅは、それぞれ、ワークロール５ａ、６ａ、７ａに向けて圧延潤滑剤（例えば、圧延潤滑油又は圧延潤滑油水溶液等）を噴射する装置であり、加圧された圧延潤滑剤を供給する配管とワークロールへ向けて圧延潤滑剤を噴射するノズルとを備えている。圧下位置制御装置１ｃは圧下位置指令装置５０から与えられる圧下位置の指令値に第１スタンド１の圧下位置が一致するように作動する装置であり、これにより一対のワークロール１ａ、１ａの間隙が調節され鋼板８の板厚が調整される。圧下位置制御装置２ｃ〜７ｃも同様である。速度制御装置１ｄは速度指令装置３０から与えられるワークロール１ａ、１ａのロール速度の指令値にワークロール１ａ、１ａのロール速度が一致するように作動する装置であり、これによりワークロール１ａ、１ａ及びバックアップロール１ｂ、１ｂの回転速度が調整される。速度制御装置２ｄ〜７ｄも同様である。また、スタンド１〜７の各スタンド間には、鋼板８の張力を調整するためのルーパー１１〜１６が備えられている。ルーパー１１の水平面に対する角度（以下において、「ルーパー角度」という。）、及び、第１スタンド１と第２スタンド２との間における鋼板８の張力は、ルーパー制御装置２１によって制御されており、ルーパー制御装置２１は速度指令装置３０にロール速度の変更指令を与えることによって、ルーパー１１の角度（ルーパー角度）及び第１スタンド１と第２スタンド２との間における鋼板８の張力が調節される。ルーパー１２〜１６の角度及び隣接スタンド間における鋼板８の張力は、同様に、ルーパー制御装置２２〜２６によって制御されている。また、速度指令装置３０には体積速度制御装置４０からもロール速度の変更指令が与えられるようになっており、速度指令装置３０は、ルーパー制御装置２１〜２６、及び、体積速度制御装置４０からのロール速度の変更指令を総合的に判断し、速度制御装置１ｄ〜７ｄに対して、各スタンドのワークロール１ａ〜７ａのロール速度指令を与えるように作動する。また、タイミング指示装置６０は鋼板８上に定められた点がタンデム仕上圧延機１０のどの位置にあるかをトラッキングする機能を持つ装置であり、そのトラッキング情報にもとづき、タイミング指示を圧下位置指令装置５０、体積速度制御装置４０、及び、潤滑剤供給手段５ｅ、６ｅ、７ｅに与えるように構成されている。

以下、図１を参照しつつ、本発明の一実施形態であるＮ＝７及びｍ＝５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。なお、ロール速度とはワークロールの回転速度を指すものとする。

タイミング指示装置６０は、鋼板８の板厚変更点、又は、圧延潤滑剤の使用不使用の変更点をトラッキングし、当該変更点が第５スタンド５に到達したときに、圧下位置指令装置５０にそのタイミングを通知する。圧下位置指令装置５０は、タイミング指示装置６０からの通知を受け、第５スタンド５の出側における鋼板８の板厚を、板厚変更後又は圧延潤滑剤の使用不使用の変更後の目標板厚に一致させるような第５スタンド５への圧下位置変更指令を、第５スタンド５の圧下位置制御装置５ｃに与える。板厚変更点又は圧延潤滑剤の使用不使用の変更点が、第６スタンド６や第７スタンド７に到達したときも同様にして、第６スタンド６や第７スタンド７への圧下位置変更指令を、それぞれ、第６スタンド６の圧下位置制御装置６ｃ、第７スタンド７の圧下位置制御装置７ｃに与える。圧下位置制御装置５ｃ〜７ｃは、圧下位置指令装置５０からの圧下位置変更指令にスタンド５〜７の圧下位置が一致するように圧下位置を調節する。

また、第５スタンド５の圧延潤滑剤の使用不使用を変更する際には、タイミング指示装置６０から、圧延潤滑剤の使用不使用の変更点が第５スタンド５に到達した通知を受けたタイミングで、潤滑剤供給手段５ｅによる圧延潤滑剤の使用不使用を変更する。同様に、第６スタンド６の圧延潤滑剤の使用不使用を変更する際には、圧延潤滑剤の使用不使用の変更点が第６スタンド６に到達した通知をタイミング指示装置６０から受けたタイミングで、潤滑剤供給手段６ｅによる圧延潤滑剤の使用不使用を変更し、第７スタンド７の圧延潤滑剤の使用不使用を変更する際には、圧延潤滑剤の使用不使用の変更点が第７スタンド７に到達した通知をタイミング指示装置６０から受けたタイミングで、潤滑剤供給手段７ｅによる圧延潤滑剤の使用不使用を変更する。

以上によって、第５スタンド５から第７スタンド７の出側板厚は、それぞれのスタンドの目標板厚に一致するが、その際に鋼板８の張力が変動しないようにするためには、上記の圧下位置の変更に合わせてロール速度も変更する必要がある。一般に、第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドとの間の張力を一定にするには、第ｉスタンドの出側板速度Ｖ_{ＯＵＴ，ｉ}と第ｉ＋１スタンドの入側板速度Ｖ_{ＩＮ，ｉ＋１}とが一致していればよいことが知られている。ここで、Ｖ_ｉを第ｉスタンドのロール速度、ｆ_ｉを第ｉスタンドの先進率、Ｈ_ｉを第ｉスタンドの入側板厚、ｈ_ｉを第ｉスタンドの出側板厚とすると、Ｖ_{ＯＵＴ，ｉ}は下記式（２）、Ｖ_{ＩＮ，ｉ＋１}は下記式（３）で表される。

したがって、第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドとの間の張力を一定にするには、Ｖ_{ＯＵＴ，ｉ}＝Ｖ_{ＩＮ，ｉ＋１}より、下記式（４）が成立するようにＶ_ｉ及びＶ_ｉ＋１を調節すればよい。

圧下位置を変更する前の基準状態において式（４）が成立しているとし、圧下位置変更開始後の諸量に「’」を付けて表すことにすると、圧下位置変更開始後は下記式（５）を成立させるようにＶ’_ｉ及びＶ’_ｉ＋１を決めればよい。

特許文献１に記載されている技術では、圧下位置の変更開始前に対する変化が微小値ΔＶ_ｉ、ΔＶ_ｉ＋１、Δｆ_ｉ、Δｆ_ｉ＋１、ΔＨ_ｉ＋１、Δｈ_ｉ＋１であるとして、上記式（５）を下記式（６）に書き直し、Δの２次の項はΔが微少であるので非常に小さいとして無視し、下記式（６）の両辺を上記式（４）の両辺でそれぞれ割って整理することにより、上記式（Ａ）を得ている。

しかし、基準状態からの変化量ΔＶ_ｉ、ΔＶ_ｉ＋１、Δｆ_ｉ、Δｆ_ｉ＋１、ΔＨ_ｉ＋１、Δｈ_ｉ＋１が大きい場合には第ｉスタンドの出側板速度Ｖ_{ＯＵＴ，ｉ}と第ｉ＋１スタンドの入側板速度Ｖ_{ＩＮ，ｉ＋１}は一致せず、張力が変動してしまうことは明らかである。また、特許文献１に記載されている技術では、最終スタンドである第７スタンド７のロール速度を基準速度とするため、常に、第１スタンド１の速度が修正される。そのため、通常、第１スタンド１の入側に設置されているデスケーラや粗バーヒータ（何れも不図示。以下において同じ。）を鋼板８が通過する速度が変化して、鋼板８に不要な温度変動が生じてしまう。

そこで、本発明者は、板厚又は圧延潤滑剤の使用不使用の変更は、後段スタンドである第５スタンド５から第７スタンド７であり、張力が変動する可能性があるのは第４スタンド４から第７スタンド７までのスタンド間に限定されることに着目し、第４スタンド４のロール速度を基準速度とし、第１スタンド１から第４スタンド４のロール速度は変更しない（Ｖ’_４＝Ｖ_４）こととした。このようにすることにより、第１スタンド１の入側に設置されているデスケーラや粗バーヒータを鋼板８が通過する速度は変化しないので、鋼板８に不要な温度変動は発生しない。このとき、第４スタンド４の圧延現象は変化しないので、ｆ’_４＝ｆ_４、ｈ’_４＝ｈ_４＝Ｈ’_５であり、これらを用いて上記式（５）にｉ＝４〜６を代入した式を書き直すと、下記式（７）〜（９）が得られる。

また、圧下位置変更前の基準状態では、第４スタンド４から第７スタンド７の体積速度は一致しており、スタンド間における板幅の変化率は板厚の変化率に比べて小さいので無視すると、下記式（１０）が成立している。

上記式（７）〜（１０）より、圧下位置変更開始前に対する体積速度の変化比率が、下記式（１１）〜（１３）を満たすように、第５スタンド５から第７スタンド７のロール速度Ｖ’_５〜Ｖ’_７を修正すればよいことがわかる。

一般に、第ｍスタンドから最終スタンドである第Ｎスタンドの板厚又は圧延潤滑剤の使用不使用を変更する際には、上記式（１１）〜（１３）は下記式（１４）、（１５）で表される。

式（１５）において、ｊ＝ｍ＋１〜Ｎである。ここで、出側板厚ｈ’_５〜ｈ’_７は、板厚計が備えられているスタンドではその測定板厚を用いてもよいが、スタンドから板厚計までの鋼板８の移送時間遅れが生じるので、周知のゲージメータ式によって推定されたスタンド直下の板厚を用いるのが望ましい。また、入側板厚Ｈ’_６及びＨ’_７は、それぞれ１つ上流のスタンドの出側板厚であるｈ’_５及びｈ’_６をトラッキングして用いる。また、先進率ｆ’_５〜ｆ’_７は、板速計が備えられているスタンドではその測定速度とロール速度から計算される値を用いてもよいし、熱間仕上圧延においては先進率が圧下率にほぼ比例することが知られているので、先進率を圧下率の関数として定めておき、入側板厚と出側板厚から圧下率を計算してその関数に当てはめて求めてもよい。

以上のロール速度の修正動作を、図１に基づいて説明する。
タイミング指示装置６０は、板厚変更点、又は、圧延潤滑剤の使用不使用の変更点が第５スタンド５に到達したときに、圧下位置指令装置５０にそのタイミングを通知するとともに、体積速度制御装置４０にも通知する。体積速度制御装置４０はその通知を受けると、直ちに、ロール速度Ｖ_５〜Ｖ_７、先進率ｆ_５〜ｆ_７、及び、出側板厚ｈ_５〜ｈ_７を求めて圧下位置変更開始前の基準値として記憶する。その後は、先進率ｆ’_５〜ｆ’_７、出側板厚ｈ’_５〜ｈ’_７、及び、入側板厚Ｈ’_６〜Ｈ’_７を時々刻々に計算し、それらを上記式（１１）〜（１３）に代入してロール速度の修正値Ｖ’_５〜Ｖ’_７を求め、速度指令装置３０に与える。

速度指令装置３０は、タンデム仕上圧延機１０の速度制御で各スタンド１〜７に最終的なロール速度指令を与えるが、この際、第ｉスタンドのロール速度指令Ｖ_{ＲＥＦ、ｉ}をｉ＝１〜６の場合は下記式（１６）で、ｉ＝７の場合は下記式（１７）で与える方式が一般的に広く採用されている。

式（１６）及び式（１７）において、Ｍはタンデム圧延機の速度設定値ＭＲＨと呼ばれており、全てのスタンドに共通に掛かっていることからもわかるように、タンデム圧延機全体を加減速する場合のように、全てのスタンドのロール速度を同じ比率で加減速するときに変更される。また、Ｒ_ｉは各スタンドの速度基準値ＳＳＲＨと呼ばれており、スタンド毎に別々の値をとることができ、スタンド間のロール速度比率を設定するために使われる。また、α_ｉはサクセシブ速度と呼ばれており、Ｒ_ｉ、Ｒ_ｉ＋１で定められた第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドのロール速度比率を微修正するときに用いられ、通常、α_ｉは数％程度である。上記式（１６）及び式（１７）からわかるように、α_ｉを変更することによって第ｉスタンドのロール速度を修正すると、同じ比率で第１スタンドから第ｉ−１スタンドのロール速度もサクセシブに修正される。これは、第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドのロール速度比率を修正することを目的に第ｉスタンドのロール速度を変更したときに、第１スタンドから第ｉスタンドのロール速度比率、及び、第ｉ＋１スタンドから第７スタンドのロール速度比率が変化しないようにするためである。α_７がないのは、第７スタンドが最終スタンドで基準スタンドだからである。ルーパー制御装置２１〜２６によってロール速度を修正する際には、このサクセシブ速度α_ｉが修正される。例えば、ルーパー制御装置２１による制御方法には、ルーパー１１にかかる鋼板８の張力と目標張力との差に応じて第１スタンド１のロール速度を修正するスタンド間張力制御と、ルーパー１１が水平面となす角度（ルーパー角度）と目標角度との差に応じて第１スタンド１のロール速度を修正することによって間接的にルーパー１１にかかる鋼板８の張力を制御するスタンド間ルーパー角度制御が公知であるが、いずれの場合においても第１スタンド１のサクセシブ速度α_１が操作される。同様に、ルーパー制御装置２２〜２６は、ルーパー１２〜１６のそれぞれにかかる鋼板８の張力、又は、ルーパー１２〜１６のそれぞれが水平面となす角度（ルーパー角度）を制御するために、α_２〜α_６を修正する。

速度指令装置３０の具体的な動作を説明すると、ある１本の鋼板８を圧延するときの通板時のドラフトスケジュールにおけるロール速度をＶ_ＳＥＴｉ（ｉ＝１〜７）、通板速度をＶ_ｔｈ（＝Ｖ_ＳＥＴ７）、最高圧延速度をＶ_ｍａｘとすると、Ｒ_７＝Ｖ_ｍａｘ、Ｒ_ｉ＝（Ｖ_ＳＥＴｉ／Ｖ_ＳＥＴ７）×Ｒ_７（ｉ＝１〜６）、Ｍ＝Ｖ_ｔｈ／Ｖ_ｍａｘ、α_ｉ＝０（ｉ＝１〜６）と設定して圧延を開始する。実際に圧延が始まると、ルーパー制御装置２１〜２６は、α_ｉを微修正することによって、ロール速度比率を時々刻々修正し、各スタンド間における鋼板８の張力を制御する。また、圧延速度をＶ_ｔｈから最高圧延速度Ｖ_ｍａｘに加速するときには、ＭＲＨであるＭをＶ_ｔｈ／Ｖ_ｍａｘから１に増加させる。

ここで、本発明では、第５スタンド５から第７スタンド７の板厚又は圧延潤滑剤の使用不使用を変更する際に、上述したように、体積速度制御装置４０によって第５スタンド５から第７スタンド７までのロール速度を修正して、第４スタンド４から第７スタンド７までのスタンド間張力が変動しないようにするが、これは予測制御であり、例えば上記式（１１）〜（１３）の板厚をゲージメータ式で推定するときの推定誤差などによって張力が変動することがある。したがって、体積速度制御装置４０のロール速度の修正動作中も、フィードバック制御であるルーパー制御装置２１〜２６のロール速度修正動作をおこなうことが望ましい。この際、ルーパー制御装置２１〜２６によるロール速度修正は、ＳＳＲＨであるＲ_ｉ（ｉ＝１〜７）によって定められたスタンド間のロール速度比率の近傍で、サクセシブ速度α_ｉ（ｉ＝１〜６）を用いて数％程度の微修正することを前提としているが、超微細流鋼の製造の製造において必要となる板厚の変更量や圧延潤滑剤の使用不使用の変更ではドラフトスケジュールを大きく変更する必要があり、ロール速度も数十％程度の変更が必要となる場合がある。

したがって、体積速度制御装置４０による第５スタンド５から第７スタンド７のロール速度修正は、ＳＳＲＨであるＲ_５〜Ｒ_７の変更でおこなうことが望ましい。具体的には、体積速度制御装置４０において、ロール速度Ｖ_５〜Ｖ_７の代わりにＲ_５〜Ｒ_７を記憶し、下記式（１８）〜（２０）でＳＳＲＨの修正値Ｒ’_５〜Ｒ’_７を求め、速度指令装置３０へ与える。

速度指令装置３０は、第５スタンド５から第７スタンド７のＳＳＲＨをＲ’_５〜Ｒ’_７に時々刻々修正して上記式（１６）及び式（１７）で各スタンドのロール速度指令を計算し、スタンド１〜７の速度制御装置１ｄ〜７ｄに与える。速度制御装置１ｄ〜７ｄは与えられたロール速度指令にワークロール１ａ〜７ａの速度が一致するように制御する。このようにすることによって、ルーパー制御装置２１〜２６によって与えられるサクセシブ速度α_ｉは数％程度に抑えられる。また、体積速度制御装置４０による予測制御とルーパー制御装置２１〜２６によるフィードバック制御で、ＳＳＲＨとサクセシブ速度を使い分けるので、両者を同時に動作させることができ、より一層、鋼板８の張力は安定する。

図２は、本発明の熱延鋼板の製造装置１００の形態を簡略化して示す図である。図２では、複数のスタンド１〜７を備えたタンデム仕上圧延機１０の上流側に配設される粗圧延機や、冷却装置７０の下流側に配設される巻き取り機のほか、図１に示した圧下位置制御装置１ｃ〜７ｃ、速度制御装置１ｄ〜７ｄ、潤滑剤供給手段５ｅ〜７ｅ、ルーパー１１〜１６、ルーパー制御装置２１〜２６、速度指令装置３０、体積速度制御装置４０、圧下位置指令装置５０、及び、タイミング指示装置６０の記載も省略しており、スタンド１、２、…７も簡略化して示している。図２において、被圧延材８は紙面左側から右側へと移動する。図２に示すように、本発明の熱延鋼板の製造装置１００は、複数のスタンド１〜７を具備するタンデム仕上圧延機１０と、該タンデム仕上圧延機１０の下流側に隣接して配設された冷却装置７０と、を備えている。製造装置１００では、例えば、タンデム仕上圧延機１０を構成するスタンド１〜７のうち、下流側の３つのスタンド５〜７で圧下率が３０％以上の高圧下圧延を行った後、当該３つのスタンド５〜７のうち最も下流側に配設されているスタンド７による仕上圧延が終了してから０．２秒以内に、冷却装置７０を用いて、６００℃／ｓ以上（好ましくは１０００℃／ｓ以上）の冷却速度で被圧延材８を急冷する。このようにすることで、超微細粒鋼を製造することが可能になる。そして、製造装置１００には、タンデム仕上圧延機１０が備えられているので、超微細粒鋼を製造する際に必要となる板厚の変更や圧延潤滑剤の使用不使用の変更時に、被圧延材８の張力変動を抑制することができる。そのため、本発明によれば、超微細粒鋼の製造時に板寄りや板破断などの圧延トラブルを防止することが可能な、熱延鋼板の製造装置１００を提供することができる。

本発明をシミュレーションの結果を参照しながら、より具体的に説明する。
板厚３２ｍｍ、板幅１２５０ｍｍの粗バーを、表１のドラフトスケジュールで圧延潤滑剤を使用せずにタンデム仕上圧延している最中に、第５スタンド５から第７スタンド７の板厚を変更するとともに、第５スタンド５から第７スタンド７の圧延潤滑剤の使用を開始して表２のドラフトスケジュールに変更するシミュレーションをおこなった。ルーパー制御装置２１〜２６の制御方式は、各ルーパー１１〜１６にかかる鋼板８の張力と目標張力との差に応じてロール速度（サクセシブ速度α_ｉ）を修正する公知のスタンド間張力制御とした。なお、表２のドラフトスケジュールは、超微細粒鋼の製造を目的としたドラフトスケジュールである。

表１及び表２において、第１〜第７は、第１スタンド１〜第７スタンド７を意味している。また、圧下位置［ｍｍ］は、無負荷で上下のワークロールが接触する位置をゼロとする位置であり、それ以上に圧下位置を締め込む時に負の値となる。

本発明にかかるタンデム仕上圧延機の動作制御方法を適用した場合の圧延状態を図３に、従来法を適用した場合の圧延状態を図４に示す。いずれも、時間０において板厚変更点を第５スタンドに作成して第５スタンドの圧下位置の変更と圧延潤滑剤の使用を開始し、その板厚変更点が第６スタンドに到達したときに第６スタンドの圧下位置の変更と圧延潤滑剤の使用を開始し、さらに第７スタンドに到達したときに第７スタンドの圧下位置の変更と圧延潤滑剤の使用を開始するようにした。また、ワークロールと被圧延材間の摩擦係数は、圧延潤滑剤の使用開始から一定レートで変化し始め、３秒後に変化が終了すると仮定し、各スタンドの圧下位置の変更はこの３秒間で完了するようにそれぞれのスタンドの圧下位置変更レートを定めた。

図３に示すように、本発明にかかるタンデム仕上圧延機の動作制御方法を適用した場合、張力はほぼ一定に制御されており変動は微少に抑えられている。一方、図４に示すように、従来法では張力が激しく変動しており、無張力となる時間帯もあって、板寄りが発生して圧延が継続できない可能性が高い。

以上より、本発明によれば、超微細粒鋼の製造時においても、板厚あるいは圧延潤滑剤の使用不使用の変更の影響を受けるスタンド間張力の変動を抑制でき、板寄りや板破断などの圧延トラブルを防止することができる。

本発明のタンデム仕上圧延機及びその動作制御方法、並びに、熱延鋼板の製造装置及び熱延鋼板の製造方法は、超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。

１…第１スタンド
２…第２スタンド
３…第３スタンド
４…第４スタンド
５…第５スタンド
５ｅ…潤滑剤供給手段
６…第６スタンド
６ｅ…潤滑剤供給手段
７…第７スタンド
７ｅ…潤滑剤供給手段
８…被圧延材
１０…タンデム仕上圧延機
１１〜１６…ルーパー
２１〜２６…ルーパー制御装置
３０…速度指令装置
４０…体積速度制御装置
５０…圧下位置指令装置
６０…タイミング指示装置
７０…冷却装置
１００…熱延鋼板の製造装置

Claims (6)

1. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のスタンドを備えるタンデム仕上圧延機で１本の被圧延材を圧延している最中に、第ｍスタンド（ｍは２以上Ｎ以下の整数）から第Ｎスタンドにおける板厚及び／又は圧延潤滑剤の使用不使用が変更される、タンデム仕上圧延機の動作を制御する方法であって、
   第ｍ−１スタンドのロール速度を基準速度とし、第ｎスタンド（ｎはｍ−１以上、Ｎ−１以下の整数）の出側板速度と第ｎ＋１スタンドの入側板速度とが一致するように、前記第ｍスタンドから前記第Ｎスタンドまでのロール速度を時々刻々修正し、
   前記第ｍスタンドの体積速度が変化しないように、前記第ｍスタンドのロール速度を時々刻々修正し、
   第ｊスタンド（ｊはｍ＋１以上Ｎ以下の整数）の体積速度の変更開始前に対する比率が、下記式（１）に一致するように、前記第ｊスタンドのロール速度を時々刻々修正することを特徴とする、タンデム仕上圧延機の動作制御方法。
   ［式（１）中、Ｈ _ｋ は第ｋスタンド（ｋはｍ＋１以上ｊ以下の整数）の入側板厚を表し、ｈ _ｋ は前記第ｋスタンドの出側板厚を表す。］
2. 前記第ｍスタンドから前記第Ｎスタンドのロール速度の修正は、該各スタンドの速度基準値ＳＳＲＨを変更することによって行い、前記速度基準値ＳＳＲＨの変更中も、第１スタンドから第Ｎ−１スタンドまでのサクセシブ速度を修正するスタンド間張力制御又はスタンド間ルーパ角度制御を実施することを特徴とする、請求項１に記載のタンデム仕上圧延機の動作制御方法。
3. 請求項１又は２に記載のタンデム仕上圧延機の動作制御方法によって制御されるタンデム仕上圧延機を用いて鋼板を仕上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。
4. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のスタンドを備えるタンデム仕上圧延機で１本の被圧延材を圧延している最中に、第ｍスタンド（ｍは２以上Ｎ以下の整数）から第Ｎスタンドにおける板厚及び／又は圧延潤滑剤の使用不使用が変更される、タンデム仕上圧延機であって、
   第ｍ−１スタンドのロール速度を基準速度とし、第ｎスタンド（ｎはｍ−１以上、Ｎ−１以下の整数）の出側板速度と第ｎ＋１スタンドの入側板速度とが一致するように、前記第ｍスタンドから前記第Ｎスタンドまでのロール速度を時々刻々修正するロール速度制御を行う制御手段、を有し、
   前記第ｍスタンドの体積速度が変化しないように、前記制御手段を用いて前記第ｍスタンドのロール速度が時々刻々修正され、
   第ｊスタンド（ｊはｍ＋１以上Ｎ以下の整数）の体積速度の変更開始前に対する比率が、下記式（１）に一致するように、前記制御手段によって、前記第ｊスタンドのロール速度を時々刻々修正するロール速度制御が行われることを特徴とする、タンデム仕上圧延機。
   ［式（１）中、Ｈ _ｋ は第ｋスタンド（ｋはｍ＋１以上ｊ以下の整数）の入側板厚を表し、ｈ _ｋ は前記第ｋスタンドの出側板厚を表す。］
5. 前記第ｍスタンドから前記第Ｎスタンドのロール速度の修正は、該各スタンドの速度基準値ＳＳＲＨを変更することによって行われ、前記速度基準値ＳＳＲＨの変更中も、第１スタンドから第Ｎ−１スタンドまでのサクセシブ速度を修正するスタンド間張力制御又はスタンド間ルーパ角度制御が実施されることを特徴とする、請求項４に記載のタンデム仕上圧延機。
6. 請求項４又は５に記載のタンデム仕上圧延機を備えることを特徴とする、熱延鋼板の製造装置。