JP5755534B2 - 圧延方法及び圧延板材 - Google Patents

Description

本発明は、単スタンド可逆式の冷間圧延機を用いた圧延方法、及びこの圧延方法により得られる圧延板材に関する。

圧延機を用いた圧延においては、得られる圧延板材の圧延方向の板厚精度を、全長に渡って所定の範囲内（板厚公差内）に収めることが極めて重要である。そのため、可逆式圧延機では、板材（コイル）の先端部から所望の板厚が得られるように、ワークロールのロールギャップなどを適切な値に設定し、制御するセットアップが行われる。さらに、圧延開始後、圧延速度などが所定の条件に達した段階から、自動板厚制御（ＡＧＣ）が適用されることが一般的である。上記セットアップのための計算には、通常、圧延理論に基づくモデル式が用いられる。しかし、このモデル式のパラメータである塑性係数に影響する摩擦係数及び変形抵抗については、特に先端部において一般的に事前予測が困難である。これは、先端部では圧延速度の変化が大きく、また、前工程の影響で材質が定常部とは異なりやすいことなどが原因とされている。

上記セットアップの精度を向上させる手段として、（１）実圧延データを用いて、荷重計算モデル等のセットアップモデルを学習させる方法が提案されている（特開平９−１５５４２０号公報参照）。また、コイル先端部及び尾端部を圧延する際のＡＧＣ精度を改善する手段として、（２）ＡＧＣのパラメータの中で事前予測が難しい塑性係数について、圧延中の測定データを元に補正する自動板厚制御装置も提案されている（特開昭６１−４２４１２号公報参照）。

しかし、上記（１）のセットアップモデルを学習させる方法においては、収束計算モデルでの計算結果が収束しないケースが続いた場合、セットアップモデルの学習ができず、セットアップ精度は向上しない。さらに、学習を重ねた同じ材種やサイズのコイルであっても、特にコイル先尾端はコイル単位で材料強度のバラツキが生じやすく、学習方式ではこのようなバラツキに対応しにくいためにセットアップ精度が改善されない。また、上記（２）の自動板厚制御装置は、あくまでＡＧＣの精度改善のみであるため、セットアップ精度に依存する圧延開始からＡＧＣ開始までの間の板厚精度は改善されない。さらに、セットアップ精度が悪い場合、ＡＧＣ開始時点での板厚偏差が大きくなることから、ＡＧＣ開始から板厚が公差内に収まるまでの時間も増加し、ひいてはコイル先端部の板厚公差外れ（オフゲージ部）が増加してしまう。

このように、従来の圧延方法において、セットアップの精度には改善の余地があり、特に、圧延開始からＡＧＣ開始までの板材の先端部における板厚精度の向上を図る手段の開発が望まれている。

特開平９−１５５４２０号公報 特開昭６１−４２４１２号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、可逆式圧延機のセットアップをより高精度に実施することができる圧延方法、及びこの圧延方法により得られる圧延材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、
単スタンド可逆式の冷間圧延機を用い、板材に対して複数パスの圧延を行う圧延方法であって、
Ｎパス目の上記板材の先端部における塑性係数Ｑ_ＡＮを、Ｎ−１パス目の上記板材の尾端部における塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を用いて下記式（１）により算出し、
上記塑性係数Ｑ_ＡＮに基づいてＮパス目のセットアップ計算を行い、この計算結果に基づく設定でＮパス目の圧延を開始することを特徴とする。
Ｑ_ＡＮ＝α_Ｎ×Ｑ_ＢＮ−１ ・・・（１）
（α_Ｎは、塑性係数Ｑ_ＡＮにおける補正係数（α_Ｎ≧１）である。Ｎは、２以上の整数である。）

当該圧延方法においては、可逆式圧延機を用いているため、あるパスにおける板材の尾端部が次のパスの先端部となることが最終パスまで繰り返される。当該圧延方法では、この点に着目し、Ｎパス目の圧延開始部分となる先端部における塑性係数Ｑ_ＡＮの算出に、この部分の状態に最も近いＮ−１パス目の圧延終了部分である尾端部における塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を用いている。このため、当該圧延方法によれば、セットアップの精度を高めることができる。さらに、当該圧延方法によれば、Ｎパス目の先端部における塑性係数Ｑ_ＡＮと、Ｎ−１パス目の尾端部における塑性係数Ｑ_ＢＮ−１とが同一となるとは限らないことを考慮し、補正係数α_Ｎを用いて補正することで、セットアップの精度を更に高めることができる。

上記冷間圧延機が、圧延荷重計測手段、入側板厚計測手段、及び出側板厚計測手段を備え、
上記Ｑ_ＢＮ−１を下記式（２）により算出することが好ましい。
Ｑ_ＢＮ−１＝Ｐ_Ｎ−１／（Ｈ_Ｎ−１−ｈ_Ｎ−１） ・・・（２）
（Ｐ_Ｎ−１、Ｈ_Ｎ−１及びｈ_Ｎ−１は、それぞれ、Ｎ−１パス目の上記板材の尾端部における圧延荷重、入側板厚及び出側板厚の計測値である。）

上記Ｑ_ＢＮ−１を上記式（２）に基づいて算出することで、セットアップの精度を高めることができる。

Ｎ−１パス目の上記板材の尾端部の圧延において、出側板厚計測手段における板厚計測不能領域の圧延を自動板厚制御により行うことが好ましい。このようにすることで、出側板厚の変動が小さくなり、得られる圧延板材の板厚精度を高めることができ、塑性係数Ｑ_ＡＮの計算の際の誤差も低減することができる。

α_Ｎは１であることが好ましい。補正係数α_Ｎが１であると、塑性係数Ｑ_ＡＮの算出がより容易になり、セットアップの計算における効率化等を図ることができる。

本発明の圧延板材は、当該圧延方法により得られる圧延板材である。当該圧延板材は、上記圧延方法により得られているため、オフゲージ部が少なく、高い板厚精度を有する。

以上説明したように、本発明の圧延方法によれば、可逆式圧延機のセットアップをより高精度に実施することができる。従って、当該圧延方法によれば、圧延開始からＡＧＣ開始までの間に生じるオフゲージを低減でき、さらには、ＡＧＣ開始から板厚が公差内に収まるまでのオフゲージも低減することができる。

本発明の一実施形態に係る圧延方法における（ａ）Ｎ−１パス目の尾端部（圧延終了時）の状態を示す模式図、及び（ｂ）Ｎパス目の先端部（圧延開始時）を示す模式図 本発明の一実施形態に係る圧延方法の手順を示すフロー図

以下、適宜図面を参照にしつつ、本発明の圧延方法及び圧延板材の実施の形態を詳説する。

＜圧延方法＞
本発明の圧延方法は、単スタンド可逆式の冷間圧延機を用い、板材に対して複数パスの圧延を行う。

本発明に用いられる単スタンド可逆式の冷間圧延機は、特に限定されず、一般的なものが使用される。具体的には、図１に示す単スタンド可逆式の冷間圧延機１は、一対のワークロール２、入側板厚計測手段３、及び出側板厚計測手段４、並びに図示しない油圧圧下手段、圧延荷重計測手段、演算処理手段、圧下位置（圧延ロールギャップ）検出手段、駆動手段を備えている。一対のワークロール２の外側には、複数のバックアップロールを備えていてもよい。

冷間圧延機１では、板材Ｘが所定の板厚となるように、油圧圧下手段を駆動し、一対のワークロール２間のロールギャップを調整している。ワークロール２は、駆動手段により回転し、板材Ｘを圧延方向（図１中の矢印方向）に押し出す。ワークロール２の前後に設けられた入側板厚計測手段３と出側板厚計測手段４とにより、入側及び出側それぞれの板厚が測定される。なお、入側板厚計側手段３と出側板厚計測手段４とは、圧延方向により相対的に決まるものであり、圧延方向が逆になると入側と出側は逆となる。入側板厚計側手段３及び出側板厚計測手段４は、入側及び出側の板厚が計測できるものであれば特に限定されず、例えば接触式や非接触式（Ｘ線計測や赤外線計測等）の各板厚計測装置を用いることができる。

ここで、板材に対して複数パスの圧延をする場合、通常、予め圧延パススケジュールを定めておき、この圧延パススケジュールに従って作業を進める。上記圧延パススケジュールは、圧延作業中における圧延パス数、入側板厚、出側板厚、圧下率、圧延荷重、ロールギャップ、張力、圧延速度等の各種パラメータを定めたものである。

（１パス目）
１パス目は、従来方法によりセットアップし、圧延を開始する。この従来方法によるセットアップにおいて、セットアップに必要な各データは、オペレータの経験やモデル学習などに基づいて設定される。また、各パスにおいて、定常部については、ＡＧＣを用いることができる。

（Ｎ−１パス目の圧延）
Ｎ−１パス目（Ｎは２以上の整数であり、Ｎ−１パス目に１パス目も含まれる。）の圧延の際、板材Ｘの尾端部Ｘｂのデータ収集を行う。尾端部Ｘｂとは、定常通板速度から尾端停止に向けて減速開始した位置から、尾端停止した位置までの部分をいう。収集するデータとしては、上記板材Ｘの尾端部Ｘｂにおける塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を後述する式（２）を用いて算出する場合、圧延荷重Ｐ_Ｎ−１、入側板厚Ｈ_Ｎ−１及び出側板厚ｈ_Ｎ−１が必要となる。これら上記圧延荷重Ｐ_Ｎ−１、入側板厚Ｈ_Ｎ−１及び出側板厚ｈ_Ｎ−１は、冷間圧延機１に設けられた圧延荷重計測手段、入側板厚計測手段３、及び出側板厚計測手段４により計測することができる。

なお、Ｎ−１パス目の上記板材Ｘの尾端部Ｘｂの圧延において、出側板厚計測手段４における板厚計測位置４ｐ以降の最尾端部分Ｐ（尾端停止時の出側板厚計測手段４における板厚計測位置４ｐと、尾端停止位置２ｐとの間の部分）は、出側板厚が計測不可能な領域、すなわち板厚計測不能領域となる。この最尾端部分Ｐ（板厚計測不能領域）の圧延については、自動板厚制御（ＡＧＣ）により行うことが好ましい。上記最尾端部分Ｐにおいては、出側板厚変動を極力抑えることが重要であるが、このように自動板厚制御を行うことで、変動が小さくなり、得られる圧延板材の板厚精度を高めることができる。また、このように最尾端部分Ｐの板厚を制御することで、塑性係数Ｑ_ＡＮの計算の際の誤差も低減することができる。

（Ｎ−１パス目の塑性係数Ｑ_ＢＮ−１の算出）
次いで、Ｎ−１パス目の上記板材Ｘの尾端部Ｘｂにおける塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を算出する。この塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を求める式としては、例えば、下記式（２）を挙げることができる。
Ｑ_ＢＮ−１＝Ｐ_Ｎ−１／（Ｈ_Ｎ−１−ｈ_Ｎ−１） ・・・（２）
（Ｐ_Ｎ−１、Ｈ_Ｎ−１及びｈ_Ｎ−１は、それぞれ、Ｎ−１パス目の上記板材の尾端部における圧延荷重、入側板厚及び出側板厚の計測値である。）

上記Ｑ_ＢＮ−１を上記式（２）に基づいて算出することで、セットアップの精度を高めることができる。

塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を算出するための各データは、収集した全範囲のデータを用いる必要はない。例えば、データを収集した範囲の一部の平均値、又はある一点の値を用いることができる。

採用する上記データは、次のＮパス目の圧延開始後、停止状態から通板速度の上昇に伴いワークロール２及び板材Ｘ間の潤滑状態が安定し、所望の板厚が得られる加速後の位置（図１（ｂ）におけるＭ_２以降）のものが好ましい。なお、図１（ｂ）中、Ｍ_１は、Ｎパス目の圧延開始位置であり、Ｍ_１とＭ_２との間が通板速度が上昇している区間である。このような位置の塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を算出することで、圧延の精度をより高めることができる。具体的には、Ｎ−１パス目の尾端停止位置２ｐからＬ_１（Ｌ_１＞Ｍ_２−Ｍ_１）〜Ｌ_２の間のＰ_Ｎ−１、Ｈ_Ｎ−１及びｈ_Ｎ−１の各平均値を用いてＱ_ＢＮ−１を算出したり、Ｎ−１パス目の尾端停止位置からＬ_２の位置のＰ_Ｎ−１、Ｈ_Ｎ−１及びｈ_Ｎ−１の値を用いてＱ_ＢＮ−１を算出したりすることができる。なお、異常値を避けるために、Ｌ_１〜Ｌ_２の間の平均値を用いて算出する方法がより好ましい。

上記Ｌ_１としては、例えば、０．５ｍ以上５ｍ以下とすることができ、２ｍ以上４ｍ以下が好ましい。上記Ｌ_２としては、Ｌ_２＞Ｌ_１の範囲で、例えば、１ｍ以上１０ｍ以下とすることができ、４ｍ以上８ｍ以下が好ましい。また、Ｌ_２−Ｌ_１は、１ｍ以上５ｍ以下が好ましい。

（Ｎパス目のセットアップ計算）
次に、Ｎパス目の上記板材Ｘの先端部Ｘａにおける塑性係数Ｑ_ＡＮを、得られた上記塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を用いて下記式（１）により算出し、この塑性係数Ｑ_ＡＮに基づいてＮパス目のセットアップ計算を行う。このセットアップ計算は、冷間圧延機１が備える演算処理手段で行うことができる。
Ｑ_ＡＮ＝α_Ｎ×Ｑ_ＢＮ−１ ・・・（１）
（α_Ｎは、塑性係数Ｑ_ＡＮにおける補正係数（α_Ｎ≧１）である。）

ここで、α_Ｎ＝１とすると、Ｎ−１パス目の尾端部における塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を、そのままＮパス目の先端部における塑性係数Ｑ_ＡＮとして扱うこととなる。すなわち、同じ圧延部位であり、かつ最も圧延タイミングの近い圧延実績から求めた塑性係数Ｑ_ＢＮ−１をそのまま次のパスに用いる。この結果、塑性係数に影響する様々な外乱要因、具体的にはコイル（板材）長手方向の材料強度分布や、圧延の進行（圧延パス数の増加）に伴う圧延ロール自体の磨耗や熱膨張、表面粗度などの変化影響を全て含んだ形となるため、セットアップ計算に用いる塑性係数の精度が改善される。したがって、コイル先端部の板厚精度、ひいてはオフゲージ量低減（圧延歩留り向上）効果が期待できる。また、補正係数α_Ｎが１であると、塑性係数Ｑ_ＡＮの算出がより容易になり、セットアップの計算における効率化を図ることができる。

ただし、圧延パスの増加に従って被圧延材（板材Ｘ）は少なからず加工硬化していくため、Ｎパス目の先端部における塑性係数Ｑ_ＡＮは、Ｎ−１パス目の尾端部における塑性係数Ｑ_ＢＮ−１と全く同一ではない。この点については、上記式（１）における補正係数α_Ｎを適当な値に設定することで対応可能である。

α_Ｎの値については、被圧延材の材料特性、パススケジュール、要求される板厚公差等により適宜設定される。例えば、高炭素鋼やチタンのように圧延パス回数が一般的に多く、かつ１パスあたりの圧下率が小さい場合は、Ｎパス目とＮ−１パス目との塑性係数差も小さい傾向にあるため、Ｎ−１パス目尾端部の塑性係数を補正せず（α_Ｎ＝１）、そのままＮパス目の先端部における塑性係数として扱うことができる（Ｑ_ＡＮ＝Ｑ_ＢＮ−１）。反対に、例えば、低炭素鋼のようにパス回数が少なく、かつ１パスあたりの圧下率が大きい場合では、Ｎパス目とＮ−１パス目との塑性係数差が大きくなる傾向にあるため、上記式（２）においてα_Ｎ＞１とすることが好ましい。

また、塑性係数を補正する場合の対象パスについては、基本的に全てのパスとすることができる。ただし、上述のように各パスの尾端停止までＡＧＣを適用する場合等は、最終パスを除く各パス開始時のセットアップ精度及び先端部の板厚精度が多少悪い場合であっても、次パスにおける尾端圧延時にＡＧＣの効果で板厚精度が改善される。従って、最終パスでのみ補正する、すなわち最終１パス前の尾端部における塑性係数のみを補正し、最終パス先端部の塑性係数として扱う方法でもよい。なお、このように、補正係数α_Ｎは、各パスにおいて異なる値を取ることができる。

補正係数α_Ｎの求め方としては、特に限定されないが、過去実績を用いる方法が好ましい。具体的には、圧延するコイル（板材Ｘ）と同一の材種及びサイズの母材コイルを同一のパススケジュールで過去に圧延した際の、Ｎ−１パス目とＮパス目とのそれぞれの定常部における塑性係数の平均値を用い、下記式（３）により各パスの補正係数を求めることができる。

また、圧延する板材と同一の過去実績が全く無い場合等には、下記式（４）のように、前パスと前々パスから補正係数を求めてもよい。

上述のようにＮパス目の上記板材Ｘの先端部Ｘａにおける塑性係数Ｑ_ＡＮを算出し、この塑性係数Ｑ_ＡＮに基づいてＮパス目のセットアップ計算を行う。このセットアップ計算としては、特に限定されない。例えば、ミルの弾性曲線と圧延材の塑性曲線とから得られる一般的な下記モデル式（５）に基づいたロールギャップ設定の算出式（６）を用いることができる。
δＨ＝Ｍ／（Ｑ_ＡＮ＋Ｍ）×δＳ ・・・（５）
Ｓ_Ｎ＝Ｓ_Ｎ−１−（Ｈ_Ｎ−ｈ_Ｎ）×（Ｑ_ＡＮ＋Ｍ）／Ｍ ・・・（６）

ここで、δＨは圧延ロールバイト入出側での板厚変化量、Ｍはミルの弾性係数、δＳは圧延ロールバイトの圧下量、Ｓ_Ｎ−１はＮ−１パス目の尾端停止時のロールギャップ、Ｓ_ＮはＮパス目の圧延開始時のロールギャップである。

（Ｎパス目の圧延）
次いで、上記セットアップ計算の結果に基づいてＮパス目のロールギャップ等を設定し、Ｎパス目の圧延を開始する。

圧延開始後のロールギャップは、圧延開始時のまま一定でもよいし、ＡＧＣ（モニタＡＧＣやＢＩＳＲＡ等）の使用や、特段の理由に伴うオペレータの手介入などにより適宜調整されてもよい。ただし、ＡＧＣの起動可能条件が整い次第、ＡＧＣを使用するのが好ましい。例えば、出側板厚計測値の偏差に基づきロールギャップや張力を調整するモニタＡＧＣの場合、圧延ロールバイト位置と出側板厚計測手段の測定位置との間の距離に起因する制御遅れを考慮し、制御遅れがほぼ無視できる速度域まで通板速度を上げてからＡＧＣを使用開始することができる。

なお、本発明の圧延方法において、２パス目から最終パスまでの少なくとも一つのパスで上記方法に基づくセットアップを行えばよく、例えば従来の方法によるセットアップを行うパスがあってもよい。但し、板厚精度を高めるためには、２パス目から最終パスの全てのパスにおいて、上記方法に基づくセットアップを行うことが好ましい。

＜圧延板材＞
本発明の圧延板材は、当該圧延方法により得られる圧延板材である。当該圧延板材は、上記圧延方法により得られているため、オフゲージ部が少なく、高い板厚精度を有する。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
単スタンド可逆式の冷間圧延機を用い、板材（材種：チタン、板幅：１３６３ｍｍ）の圧延を行った。パススケジュールとしては、圧下率８２％、パス数１３回とした。
２〜１３パス目のセットアップ計算において、塑性係数Ｑ_ＡＮは、上記式（１）及び（２）に基づいて算出した。なお、式（１）におけるα_Ｎは１とした。
入側及び出側の板厚計測手段としては、東芝社製ＴＯＳＧＡＧＥ−５５１５（東芝５０００シリーズ 鉄鋼ライン冷間圧延用）を用いた。また、塑性係数を算出するためのデータ（Ｐ_Ｎ−１、Ｈ_Ｎ−１及びｈ_Ｎ−１）は、尾端停止位置から３〜５ｍの間の各平均値を用いた。
定常部及び最尾端部分（板厚計測不能領域）においては、圧延を自動板厚制御により行った。

［実施例２］
被圧延材を板材（材種：低炭素鋼、板幅：１１５５ｍｍ）に変え、α_Ｎを過去実績に基づいた上記式（３）により算出した値としたこと以外は、実施例１と同様にして圧延を行った。

［比較例１］
塑性係数として過去実績値を用いたこと以外は、実施例１と同様にして圧延を行った。

［比較例２］
塑性係数として過去実績値を用いたこと以外は、実施例２と同様にして圧延を行った。

［評価結果］
実施例及び比較例の圧延により得られた各圧延板材の板厚偏差及びオフゲージ長を測定した。結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例の各圧延方法によれば、得られた圧延板材の板厚偏差及びオフゲージが低減されていることがわかる。

以上説明したように、本発明は、単スタンド可逆式の冷間圧延機を用い、板材に対して複数パスの圧延をする圧延方法として好適に用いることができる。

１ 冷間圧延機
２ ワークロール
２ｐ 尾端停止位置
３ 入側板厚計測手段
４ 出側板厚計測手段
４ｐ 板厚計測位置
Ｘ 板材
Ｘａ 先端部
Ｘｂ 尾端部
Ｐ 最尾端部（板厚計測不能領域）
Ｍ_１ Ｎパス目の圧延開始位置
Ｍ_２ 加速後の位置

Claims (3)

1. 単スタンド可逆式の冷間圧延機を用い、板材に対して複数パスの圧延を行う圧延方法であって、
   Ｎ−１パス目の上記板材における定常通板速度から尾端停止に向けて減速開始した位置から尾端停止した位置までの尾端部の塑性係数Ｑ_ＢＮ−１を用い、Ｎパス目の上記板材の圧延開始部分である先端部における塑性係数Ｑ_ＡＮを下記式（１）により算出し、
   上記塑性係数Ｑ_ＡＮに基づいてＮパス目のセットアップ計算を行い、この計算結果に基づく設定でＮパス目の圧延を開始することを特徴とする圧延方法。
   Ｑ_ＡＮ＝α_Ｎ×Ｑ_ＢＮ−１ ・・・（１）
   （α_Ｎは、塑性係数Ｑ_ＡＮにおける補正係数（α_Ｎ＞１）であり、下記式（３）又は（４）により求められる。Ｎは、２以上の整数である。）
   

   

   
2. 上記冷間圧延機が、圧延荷重計測手段、入側板厚計測手段、及び出側板厚計測手段を備え、
   上記Ｑ_ＢＮ−１を下記式（２）により算出する請求項１に記載の圧延方法。
   Ｑ_ＢＮ−１＝Ｐ_Ｎ−１／（Ｈ_Ｎ−１−ｈ_Ｎ−１） ・・・（２）
   （Ｐ_Ｎ−１、Ｈ_Ｎ−１及びｈ_Ｎ−１は、それぞれ、Ｎ−１パス目の上記板材の尾端部における圧延荷重、入側板厚及び出側板厚の計測値である。）
3. Ｎ−１パス目の上記板材の尾端部の圧延において、出側板厚計測手段における板厚計測不能領域の圧延を自動板厚制御により行う請求項２に記載の圧延方法。
   

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