JP5871680B2 - 圧延材の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延材を熱間連続圧延し、その後、冷間圧延を行って製品板材を製造するに際して、圧延材における材料ロスを低減可能な圧延方法に関する。

従来から、薄鋼板や薄アルミ板等の製品板材は、圧延材を熱間圧延工程、冷間圧延工程を経て圧延することで製造されている。
図１（ａ）に示すように、熱間圧延工程においては、複数の圧延スタンドを有する熱間圧延機により圧延が行われ、圧延材は所定の寸法に圧下された後、巻取リール（ＴＲ）により巻き取られ、コイルという形になる。このコイルは、コイルヤードなどに保管され、次工程である冷間圧延工程に搬送されるのを待つこととなる。

図１（ｂ）に示すように、冷間圧延工程に導入されたコイルは、複数の圧延スタンドを有する冷間圧延機により圧延が行われ、圧延材は製品板材としての板厚まで圧下される。
この際、図２に示す如く、巻出リール（ＰＯＲ）に設置されたコイルは通常自動で巻取リールに巻きつくことはなく、作業員による手動作業で、冷間圧延機の各圧延スタンド、パスライン、デフロールなどを通過させ、巻取リールに数巻きほど巻きつかせる。その後、巻取リールに確かに巻きついていることを確認した後に、徐々に圧下を動作させ各圧延スタンドによる圧延を行いつつ、圧延速度を上げていき、自動圧延モードに切り替わる。そして、圧延が安定状態になった後に板厚、張力などの自動制御が動作を開始する。

上記のことから明らかなように、冷間圧延工程においては、各種自動制御が動作するまでの間は全く制御が行われず、ひどい場合は圧延もされてないという場合がある。このため、自動制御開始までの圧延材の先端部（冷延先端部）の寸法などは、目標寸法とは全く異なることになり、結果的に規格外の商品、すなわちオフゲージとなって廃棄せざるを得ない。この冷延先端部は、熱延尾端部（熱間圧延工程での圧延材の尾端部）に対応する部分であり、数十ｍ程度に及ぶ。

ところで、熱間圧延や冷間圧延を行う際に好適な自動制御技術は数々開発されており、例えば、熱間圧延に対しては、特許文献１（特開２０００−３３４５１１号公報）などがある。この特許文献１は、複数の仕上げスタンドを圧延材が通過することにより圧延を行なう熱間圧延機の尾端板厚制御装置において、上記圧延材の尾端が第（ｎ−１）スタンド（ｎ＝２、３、４……）を抜けた時の第ｎスタンド直下の上記圧延材の位置を仕上げスタンドの速度からトラッキングし、このトラッキングポイントが仕上げスタンド出側板厚計に到達したときから板厚偏差を測定する手段と、上記板厚偏差に基づいて補正量を決定する手段と、この補正量により板厚増加量を補正し、上記圧延材尾端部の板厚制御を行なう手段とを備えた熱間圧延機の尾端板厚制御装置を開示する。

一方、冷間圧延に対し、特許文献２（特開２００７−１１８０４８号公報）は、複数の圧延スタンドと、圧延荷重の変化に伴う見かけ上のロールギャップ変化量に対して所定の比例ゲインで各圧延スタンドごとにロールギャップを制御する制御部とを有するタンデム圧延機に適用され、被圧延材の板厚制御を行う圧延制御装置であって、圧延速度に応じて前記比例ゲインを調整するゲイン調整手段を備えている圧延制御装置を開示している。

特開２０００−３３４５１１号公報 特開２００７−１１８０４８号公報

上記した冷延先端部（冷間圧延工程における圧延材の先端部）のオフゲージは、冷間圧延機での圧延を行うに際しては、必ず発生するものであり無くすことはできないし、このオフゲージ部分の長さを短くすることも難しい。そこで、圧延工程全体としての製造ロスを低減するためには、圧延材の先端部の板厚などを可能な限り薄くして材料のロス量を減
らすことが得策である。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された技術は、この問題点を解決する指針や技術的思想を開示するものとなっていない。そもそも、特許文献１は、熱間圧延工程における板厚制御技術を開示するものであって、特許文献２は、冷間圧延工程における板厚制御技術を開示していて、両者とも、熱間圧延工程とそれに続く冷間圧延工程を含む圧延工程全体での板厚制御の技術を開示するものとはなっていない。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、熱間圧延工程とそれに続く冷間圧延工程を含む圧延工程全体において、圧延材の端部の板厚を適正に制御することで、製造時の材料ロスを低減し、効率的な生産につながるような圧延材の圧延方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る圧延材の圧延方法は、熱間圧延工程で圧延された圧延材を冷間圧延工程に導入した上で、製品板材を製造する圧延材の圧延方法であって、前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅を中央部の板厚及び／又は板幅よりも小さくするように設定した上で、熱間圧延工程での圧延を行うことを特徴とする。

好ましくは、前記板厚及び／又は板幅が小さく設定される圧延材の尾端部の長さは、冷間圧延工程における圧延材の先端部に対応する長さとするとよい。
好ましくは、前記板厚及び／又は板幅が小さく設定される圧延材の尾端部の長さは、圧延材の先端側であって且つ冷間圧延工程にて板厚制御が適用されない部分に対応する長さとするとよい。

好ましくは、前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の中央部の板厚及び／又は板幅を、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅へステップ状に小さくするとよい。
好ましくは、前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の中央部の板厚及び／又は板幅を、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅へ連続的に小さくするとよい。
本発明に係る圧延材の圧延方法の最も好ましい形態は、熱間圧延工程で圧延された圧延材を冷間圧延工程に導入した上で、製品板材を製造する圧延材の圧延方法であって、前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅を中央部の板厚及び／又は板幅よりも小さくするように設定した上で、熱間圧延工程での圧延を行うこととし、前記板厚及び／又は板幅が小さく設定される圧延材の尾端部の長さは、圧延材の先端側であって且つ冷間圧延工程にて板厚制御が適用されない部分に対応する長さとされていることを特徴とする。

本発明に係る圧延材の圧延方法を用いることで、熱間圧延工程とそれに続く冷間圧延工程を含む圧延工程全体において、圧延材の端部の板厚を適正に制御することで、製造時の材料ロスを低減し、効率的な製品板材の生産を図ることができる。

圧延工程の全体構成を示す図である。 冷間圧延工程での圧延開始時の状況を模式的に示した図である。 板厚変更の様子を示した図である。 本発明の圧延方法を用いたシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、本実施形態の圧延工程、すなわち、熱間圧延工程（熱間圧延機１を用いた圧延）と、それに続く冷間圧延工程（冷間圧延機２を用いた圧延）とを模式的に示したものである。

図１（ａ）に示すように、熱間圧延機１は、複数の圧延スタンド３と、巻取リール５（ＴＲ）とを有する。
圧延スタンド３は、圧延材Ｗを圧延する上下一対のワークロール６と、このワークロール６を支える上下一対のバックアップロール７を備える。制御部８からの指令に基づき、圧延スタンド３のワークロール６は、圧下機構（図示せず）によりそのギャップ量が変更可能となっている。また、ワークロール６は、制御部８からの指令に基づき、自由に回転速度を調整できるようになっている。制御部８は、プロコンやＰＬＣ等で構成され、熱間圧延される圧延材Ｗの板厚制御を行う。最終段の圧延スタンド３の出側には、圧延材Ｗの
板厚を検出する板厚計９が設けられる。

この熱間圧延機１においては、圧延材Ｗは、複数の圧延スタンド３を通ることで、所望の板厚、板幅、板クラウンの製品板へと圧延され、巻取リール５で巻き取られ、冷間圧延工程へと導入される。
図１（ｂ）に示す如く、冷間圧延工程で用いられる冷間圧延機２は、複数の圧延スタンド３と、巻回されたコイルから圧延材Ｗを巻き出して圧延スタンド３に導入するす巻出リール４（ＰＯＲ）と、複数の圧延スタンド３により圧延が行われた後の圧延材Ｗをコイル状に巻き取る巻取リール５（ＴＲ）とを有している。

圧延スタンド３は、上下のワークロール６それぞれのワークロール６を支えるバックアップロール７を備える。圧延スタンド３のワークロール６は、圧下機構によりそのギャップ量が変更可能となっている。最終段の圧延スタンド３の出側には、圧延材Ｗの板厚を検出する板厚計９が設けられる。圧延スタンド３と圧延スタンド３との間には、ルーパ（図示せず）が備えられ、このルーパにより圧延スタンド３間の張力を検出可能とされている。

この冷間圧延機２においては、圧延材Ｗは、複数の圧延スタンド３を通ることで冷間圧延されて、所望の板厚、板幅、板クラウンを有する製品板材へとなり、巻取リール５で巻き取られる。
なお、以下の説明において、熱間圧延工程での圧延材Ｗの尾端部を「熱延尾端部ＨＢ」と呼び、 熱間圧延工程での圧延材Ｗの定常部（中途部）を「熱延定常部」と呼ぶ。冷間圧延工程での圧延材Ｗの先端部を「冷延先端部ＣＴ」と呼ぶ。

ところで、「発明が解決しようとする課題」において詳説したが、冷間圧延工程において、冷延先端部ＣＴは巻出リール４に巻き付けられ、圧延開始の準備が行われる。この際、冷延先端部ＣＴは通常自動で巻取リール５に巻きつくことはなく、作業員による手動作業で、各圧延スタンド３などを通過させ、巻取リール５に数巻きほど巻回されることになる。その後、巻取リール５に確かに巻きついていることを確認した後に、徐々に圧下を動作させ各圧延スタンド３による圧延を行いつつ、圧延速度を上げていき、自動圧延モードに切り替わる。そして、圧延が安定状態になった後に板厚、張力などの自動制御を開始する。

このことから明らかなように、冷間圧延工程においては、各種自動制御が動作するまでの間は全く制御が動作せず、ひどい場合は圧延もされてないという場合がある。このため、冷延先端部ＣＴは目標寸法とは全く異なることになり、結果的にオフゲージとなる。このオフゲージは、冷間圧延機２での圧延を行うに際しては、必ず発生するものであり無くすことはできないし、このオフゲージ部分の長さを短くすることも難しい。。

そこで、本実施形態では、熱間圧延機１に備えられた制御部８において、熱延尾端部ＨＢの板厚を熱延定常部の板厚よりも薄くするように設定し圧延を行うことで、廃棄されることになる冷延先端部ＣＴの板厚などを可能な限り薄くして材料のロスを減らし、圧延工程全体としての製造ロスを低減するようにしている。
すなわち、熱間圧延機１の制御部８は、熱間圧延工程の最後において、熱延尾端部ＨＢの圧延が行われるようになったら、圧延スタンド３のロールギャップを狭めるように制御し、熱延尾端部ＨＢの板厚が「板厚下限値」となるように制御する。

熱延尾端部ＨＢに適用される「板厚下限値」は、可能な範囲で小さい（薄い板厚）であることが材料ロス低減のためには好ましい。とはいえ、後に続く冷間圧延工程で不都合が起こらない板厚とすべきである。例えば、冷間圧延機２の各圧延スタンド３を通過させ、巻取リール５に数巻きほど巻回する作業が確実に行われ、圧延開始時に圧延速度を上げていったとしても、圧延材Ｗが切れたり蛇行したりしない板厚とすべきである。

なお、熱延尾端部ＨＢの長さ（オフゲージ長下限値）は、冷延先端部ＣＴに対応する長さと同じか、それより長くすることが好ましい（図２のＬ乃至はＬ以上）。
ところで、熱間圧延工程において、熱延定常部の板厚から熱延尾端部ＨＢの板厚への変更に関しては、様々なやり方が考えられるが、本実施形態では以下の２つを説明する。
まずは、図３（ａ）に示す如く、熱延尾端部ＨＢでの板厚（板厚目標値）を熱延定常部
からステップ状（階段状）に低下させる。ただし、熱延尾端部ＨＢでの板厚を極限値（例えば、板厚０ｍｍ）とすることはできない。板形状乱れ、板破断や圧延トラブルが発生しないプロセス面での制約条件と圧延設備による決まる機械的制約、さらには冷延先端部ＣＴの通板性に基づく制約条件などにより、板厚目標値の最低レベルを決めることが可能である。

これらを考慮した熱間圧延モデルを構築し、事前にオフライン計算を行うことで、通板前にオフライン計算を行うことが可能である。また、オフライン計算精度はモデル精度に応じて決定する部分もあるため、モデル化誤差を補償するべく、圧延材Ｗ間での学習機能が有効と考える。その際に、品種毎で材料強度が異なるため、材料強度毎に事前に目標値を計算し、それをテーブル化して制御部８内に保存しておく、そして圧延材Ｗが圧延される際にはそのテーブル値から値を読み出し、製品板材の寸法（圧延結果）に応じてテーブル値を修正する。例えば、冷延先端部ＣＴの長さ（オフゲージ長下限値）が当初想定していた値より長い場合は、早めに熱延尾端部ＨＢの板厚を減少することができるように、学習（例えば、指数平滑）を行うとよい。

ところで、熱延尾端部ＨＢの板厚が上記にて求まるとしても、熱延尾端部ＨＢのある時点にて急激に板厚を変更すると、圧延スタンド３間でのマスバランスが急激に変更となるため、圧延トラブルへと繋がる虞も否めない。
そこで、図３（ｂ）の如く、板厚を連続的に（緩やかにスロープ状に）変更する圧延の適用が有効的である。この圧延は、テーパ圧延（板厚目標値をテーパ状に変更する）である。

とはいえ、このテーパ圧延を採用することで、材料ロス低減の効果が薄れる可能性もある。材料ロス量を低減するにはテーパ角度αを大きくすればいいが圧延としては不安定となる。逆にテーパ角度αを小さくすれば圧延は安定するが、材料ロス量が増加する。テーパ角度αを操作変数として、材料ロス量と圧延安定性（例えば張力変動や板厚変動など）を評価関数とする最適問題を解くことで最適値なテーパ角度αを求めることができる。

ただ、複雑な非線形問題となるため、ここでは圧延シミュレータをもとに目標テーパ角度αをグリッドサーチをかけてやることで、解を求めることが可能となる。また、評価関数には熱間圧延工程の安定性だけではなく、後工程である冷間圧延工程の安定性も考慮することで両者に取ってより安定なトラブルの少ない圧延が実現できる。
図４には、上記した板厚制御（圧延材の圧延方法）を行った場合のシミュレーション結果が示されている。

図４の破線に示されているように、従来の熱間圧延の出側板厚は、熱延尾端部ＨＢにおいても略一定とされていた（略一定となるように板厚制御がなされていた）。
それに対して、本願発明の板厚制御を用いた場合には、冷間圧延工程において板厚制御が適用されない冷延先端部ＣＴに対応する長さ（図２のＬ乃至はＬ以上）の板厚が、徐々に薄くなり、熱延尾端部ＨＢの最後側（冷延先端部ＣＴの最初側）では、圧延トラブルを招来しない板厚である板厚下限値に達するものとなっている。つまり、熱延尾端部ＨＢの全ての領域において、熱延尾端部ＨＢの板厚が熱延定常部の板厚よりも薄くなるように、板厚制御が行われている。

このようにすることで、冷間圧延工程で不可避的に発生するオフゲージでの材料ロス量を可能な範囲で低減することができ、製品歩留の向上、つまりは効率的な生産につなげることができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

例えば、本実施形態では、熱間圧延工程での圧延に関し、熱延尾端部ＨＢの「板厚」を熱延定常部の「板厚」よりも薄くするように設定した例を開示したが、変更するファクタは板厚に限定されるものではない。熱延尾端部ＨＢの「板幅」を熱延定常部の「板幅」よ
りも狭くするように設定してもよい。板幅を狭くすることでも、必然的に発生することになる材料ロス量を確実に低減させることができる。なお、板幅に関し、圧延中での板の蛇行や破断などを招来しない板幅値（板幅下限値以上）とすることは必須である。

熱間圧延工程での圧延に関し、熱延尾端部ＨＢの「板厚」及び「板幅」を、同時に、熱延定常部の「板厚」及び「板幅」よりも小さくするように設定してもよい。

１ 熱間圧延機
２ 冷間圧延機
３ 圧延スタンド
４ 巻出リール
５ 巻取リール
６ ワークロール
７ バックアップロール
８ 制御部
９ 板厚計
ＨＢ 熱延尾端部
ＣＴ 冷延先端部
Ｗ 圧延材

Claims (4)

1. 熱間圧延工程で圧延された圧延材を冷間圧延工程に導入した上で、製品板材を製造する圧延材の圧延方法であって、
   前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅を中央部の板厚及び／又は板幅よりも小さくするように設定した上で、熱間圧延工程での圧延を行うこととし、
   前記板厚及び／又は板幅が小さく設定される圧延材の尾端部の長さは、圧延材の先端側であって且つ冷間圧延工程にて板厚制御が適用されない部分に対応する長さとされている
   ことを特徴とする圧延材の圧延方法。
2. 前記板厚及び／又は板幅が小さく設定される圧延材の尾端部の長さは、冷間圧延工程における圧延材の先端部に対応する長さとされていることを特徴とする請求項１に記載された圧延材の圧延方法。
3. 前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の中央部の板厚及び／又は板幅を、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅へステップ状に小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載された圧延材の圧延方法。
4. 前記熱間圧延工程での圧延に関し、圧延材の中央部の板厚及び／又は板幅を、圧延材の尾端部の板厚及び／又は板幅へ連続的に小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載された圧延材の圧延方法。

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