JP6079344B2

JP6079344B2 - 板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置および製造方法

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Publication number: JP6079344B2
Application number: JP2013055599A
Authority: JP
Inventors: 白石　利幸; 利幸白石; 佐藤　浩一; 浩一佐藤; 鈴木　規之; 規之鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: JP2014180677A

Description

本発明は、効率的に板幅方向に板厚差を有する方向の差厚鋼板を製造することが可能な圧延による製造装置および製造方法に関する。

近年、自動車の燃費を向上させるために、軽量化が推進されている。軽量化の具体的な方法としては、部材の鋼種を薄手化かつ高強度なものに変更する方法や、鋼よりも比重の軽いアルミニウム合金やマグネシウム合金に変更する方法や、部材の板厚分布を許容される性能が確保できる限界まで付与する方法などがある。

上述した方法のなかで、部材に板厚分布を付与した鋼板は、一般に差厚鋼板と呼ばれている。
差厚鋼板は、例えば、長さ１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度、幅３００〜６００ｍｍ程度の材料に、長さで両端から３００ｍｍまでは板厚２ｍｍ、中央部は板厚１．６ｍｍとした凹型のもの（板厚差２水準対象型）や逆に長手方向で両端から３００ｍｍまでは板厚１．８ｍｍ、中央部は板厚２．０ｍｍとした凸型のもの（板厚差２水準対象型）などや、板厚をテーパー状に変化させたものや、板厚差が多水準の対称および非対称型のものまで、用途に応じてさまざまな種類がある。

このような長手方向に板厚差を有する差厚鋼板は、圧延機を用いて圧延中にロールギャップを操作（圧下位置を操作）して製造されている（例えば特許文献１）。

また、板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法としては、熱間タンデム圧延機で製造する方法が、例えば特許文献２に開示されているが、このように板幅方向に板厚差の分布が非対称の場合には、キャンバーが発生するので、バッチ圧延ではコイル先端からは圧延できず、コイル先端が巻き取りリールに巻かれて、被圧延材の前後が巻き戻し及び巻き取り機構によって拘束されてから、ワークロールを斜動させて製造するか、連続圧延にしてコイル接合部から斜動させて製造しなければならないなどの制約が生じる。
前者は最終スタンドから巻き取りロールまで数十メートルの距離があるので歩留り落ちが大きいし、後者は上流で熱間コイルを接合して連続化するための装置が必要となり、設備コストの増大を招く。
この様に板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の熱間タンデム圧延機での製造方法については開示されているものの板幅方向にテーパー状以外の板厚差を有する差厚鋼板の熱間圧延機での具体的な製造については開示されておらず、熱間圧延機での板幅方向にテーパー状以外の板厚差を有する差厚鋼板の製造が要望されていた。

特開平３−２８１０１０号公報特開平４−８４６０７号公報

上述のように圧延機を用いて差厚鋼板を製造する方法を、ここでは、圧延法による差厚鋼板の製造方法と呼ぶ。
圧延法による差厚鋼板の製造方法において、圧延の長手方向に圧延厚さを変化させる方法においては、差厚鋼板の板厚部の異なる長さは一般に短いので、圧延機出側の板厚を測定してロールギャップを制御し、所望の差厚鋼板を製造することは、ロールバイト出口から板厚測定器までの距離による無駄時間の影響により困難である。また、入側板厚および入側速度と出側速度を検出しマスフロー一定則を用いて圧延機出側の板厚を推定し、その値を元にロールギャップを制御し、所望の差厚鋼板を製造することは、トラッキングの精度や幅広がりの影響および板厚と板速度検出器の設置による設備コストの上昇等の問題がある。

従って、予め実験を行い、ロールギャップ（圧下位置）と板厚との関係を求め、ワークロールの回転数を高精度に求めて圧延長を推測し、推測された圧延長をもとに、所望とする板厚になるように前記ロールギャップを制御する方法（プリセット圧延方法）が一般的である。

上述のプリセット圧延方法の代わりに、予め実験を行いミルの変形特性を求め、圧延時の圧延荷重を測定し、ミルの変形特性と測定された圧延荷重からロールバイト出口の板厚を推定し、上述した推測された圧延長をもとに所望とする板厚になるように前記ロールギャップを制御する方法（絶対値圧延方法）もある。

これらのプリセット圧延方法および絶対値圧延方法では、材料は冷延焼鈍材や熱延酸洗材或いは熱延材であり、温度は常温で圧延される。圧延法の生産性を高くする（生産速度を速くする）ためには、高応答なロールギャップ制御が必要であり、従って高応答な油圧圧下装置が必須となるが、油圧圧下装置は高価なため設備コストが高くなり、製造コストを増大させるという問題を招く。
これらの圧延法による製造方法は板幅３００〜６００ｍｍ程度のスリット材で圧延されるため、少量多品種の生産には適しているものの、大量少品種の生産には製造コスト面（製造速度の面）の問題があったため、上述した大量少品種の差厚鋼板を低コストで製造したいという要望があった。

圧延の長手方向に圧延厚さを変化させる圧延法により製造された差厚鋼板は、圧延方向に圧下率が異なるので、圧延されたままでは材質にバラツキが生じる。この材質のバラツキをなくすために必要に応じて熱処理し、さらに必要に応じて表面にメッキ等が施される。この後プレス成形やホットプレス成形が行われて自動車用の部材が作成される。

これに対して、本発明は、板幅方向に板厚差のある差厚鋼板を製造することが可能な差厚鋼板の製造装置および製造方法を提供することを目的とし、大量少品種の差厚鋼板を低コストで製造することを可能とするものである。

上記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を行い、長手方向にロールギャップを制御しなくても、ワークロールの幅方向に、製品寸法分布に対応したロールプロフィルを付与し、かつ、熱間圧延をすることによって、圧下位置をほとんど操作しなくても、幅手方向に所望の板厚差を有する差厚鋼板を効率的に、かつ、長手方向に材質のバラツキの少ない差厚鋼板を製造可能な装置および方法を見いだした。

上記知見に基づく本発明は、
（１）片方に、胴長方向に左右対称のプロフィルであり、前記プロフィルに凹の段差があり、段差間及び段差とロール端部との間のロールプロフィルが直線である孔型ワークロールと前記孔型ワークロールのプロフィルと逆プロフィルを付与したバックアップロールとを有する４段圧延機の単スタンドの熱間圧延機と、該熱間圧延機の入側に金属ストリップを巻戻すペイオフリールと、該ペイオフリールと該熱間圧延機入側の間に該金属ストリップを加熱する加熱装置と、該熱間圧延機出側に圧延された該金属ストリップを冷却する冷却装置と、冷却された該金属ストリップを巻取るテンションリールとを有する板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置であり
（２）上記（１）記載の板幅方向に板厚差を有する板厚差を有する差厚鋼板の製造装置を用いて差厚鋼板を製造する方法において、少なくとも該熱間圧延機出側に板厚測定装置を設置し、該板厚測定装置の測定値と予め設定した板厚目標値との偏差を求め、該偏差を無くすようにロールギャップを修正することを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法、
である。

本発明によれば、板幅方向に板厚差のある差厚鋼板を、高価な高応答性の油圧圧下装置を使用せずに、高速かつ低コストで製造することが可能な差厚鋼板の製造装置および製造方法を提供することができる。なお、本発明によれば孔型圧延なので板幅方向に急峻な板厚差を付けることができる。

本発明の製造装置の例の側面図である。ワークロールプロフィルと差厚鋼板の断面の一例を示す図である。ワークロールプロフィルに対応したプロフィルを備えたバックアップロールを具備する４段圧延機のロールセットを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の製造装置の１例を示す側面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の圧延装置の１例を示す側面図である。
図１において、被圧延材の金属ストリップＳはペイオフリール１にセットされ、デフレクターロール２を経由し、例えば誘導方式等による加熱装置３により、所望の温度になるように温度計４でモニタリングしながら加熱される。所望の温度に加熱された金属ストリップＳは圧延機へと移送される。該圧延機入側には張力を測定するためのテンションロール５が配備されている。

圧延機は２段圧延機であり、１対のワークロール６から構成されている。上ワークロールのチョック上部にはパスラインを調整するための電動圧下装置７が配備されている。図示してはいないが、上ワークロールのチョック上部には、ロードセルが配備されており圧延荷重が測定される。

さらに、図２に示すように、少なくとも一方のワークロール６には、板幅方向に、差厚鋼板の製品寸法分布に対応したロールプロフィルが付与されている。なお、このロールプロフィルは板幅方向に急峻な板厚差を付けることができる。
圧延機出側には圧延された金属ストリップの板厚を測定する板厚計１０が設置されており、板厚計からの板厚測定値と、予め設定した板厚目標値との偏差に応じて、油圧圧下装置８によりロールギャップが制御される。図２の下部に示した金属ストリップＳは、下ワークロールに平坦なプロフィルを有するロールを配置して圧延した場合に得られるストリップ断面を示す。

圧延機の下流には圧延後の金属ストリップを冷却するための冷却装置１１と、冷却後の金属ストリップの温度を測定する温度計１２が設置されており、温度計からの温度測定値と、予め設定した板温度標値との偏差に応じて冷却装置１１により、冷却条件（例えば冷媒の流量）が制御される。その後、冷却制御された金属ストリップは、デフレクターロール１３を経由し、テンションリール１４に巻き取られる。

なお、図示していないが、圧延機の上流には、金属ストリップＳの水平方向の位置を固定するために、ローラーガイドが数カ所設けられている。また、図示していないが、メインタンクから圧延機入側で潤滑とワークロールの摩耗減少および上記孔型ワークロールへの金属ストリップのメタルフローが容易になるように、また、４段圧延機の場合に孔型ワークロールとバックアップロール間の胴長方向の径差により生じる周速差による滑りの影響を低減するために、低濃度の圧延潤滑油（エマルション潤滑油）がロールバイト入り口とロール表面に、圧延機出側でワークロール冷却のためのクーラント（エマルション圧延潤滑油）が供給されている。図示していないが、このエマルション潤滑油は圧延機の下部に設けられた潤滑油回収層に集められ、上記メインタンクへ戻される。

図１に示した装置を用いて、探索実験を行った。
金属ストリップＳは６０キロハイテンと呼ばれる引っ張り強さが６００ＭＰaの材料であり、板厚３．０６ｍｍ、板幅１６００mmの熱延酸洗材（白皮材とよばれる表面の酸化スケールが除去されたコイル）である。このストリップＳはペイオフリールに装着された後、圧延機を経由して、テンションリールに接続される。
圧延機のワークロールは直径５００ｍｍ、胴長２０００ｍｍである。通電加熱装置は、例えば特開２０１０−４４９２３号公報に開示された装置が好ましい。また、図示してはいないが圧延機出側から板厚計の間に圧延後の金属ストリップ表面に残存する潤滑油を除去するための水切りロールが設置されている。

今回目標とする差厚鋼板のサイズは、全長１６００ｍｍで、両端から３００（公差０〜+１０）ｍｍ内側までは板厚１．８５ｍｍそれ以外の１０００ｍｍ（は板厚２．９０ｍｍの凸型の板幅４００ｍｍの差厚鋼板である。

上ワークロールを上記差厚鋼板のプロフィルに一致するように加工した。
すなわちロール胴長方向でロール中央部１０００ｍｍはロール端部よりも半径当たり１．０５ｍｍ小さくなる凹型のロールプロフィルに加工した。従ってこのロールで圧延された板は、該ロールプロフィルに沿った断面形状となる。
このロールを用いて差厚鋼板の中央部の板厚が目標値になるようにロールギャップを調整して圧延をした。

まず、常温で圧延した結果、差厚鋼板の板厚段差部において、圧延により生じた剪断力により、鋼板が圧延方向に切れ目が生じ、板幅方向に分離した。したがって、常温では所望の差厚鋼板を製造することはできなかった。

そこで、圧延機入側に設けた加熱装置により、材料を加熱して圧延を行った。材料温度６００℃以上では、常温時に発生した鋼板が圧延方向に分離することは防止できたが、６００℃での圧延では、圧延後の板形状の平坦度が良くなかった。

加熱温度を８００℃以上にすると、圧延時のロールバイト内での板幅方向のメタルフローが良好になるために、圧延後の板形状の平坦度も良くなった。
本発明では、材料の入側温度を８００℃以上にすることが好ましいことが分かった。なお、同様の実験を切り板（長さ５ｍ）で実施したところ、加熱温度を８００℃以上にすると、圧延後の板形状の平坦度は良好であったが、大きな圧延方向の反り（Ｌ反り）が発生し、別ラインで矯正する必要があった。

（実施例）
図１に示した装置を用いて、長手方向に板厚差を有する差厚鋼板を製造した。素材等は上述した差厚鋼板のサンプルを製造した条件と同じであり、本発明で製造する長手方向に板厚差を有する差厚鋼板の寸法も上述した条件と同じである。

本発明の実施例では、圧延機出側の板厚計で中央部の板厚が２．９０ｍｍになるように圧下位置を制御して圧延をした。

従来技術としては、上下ともフラットなワークロールを用いて、予め板幅４００ｍｍの金属ストリップを圧延実験によって求めた圧延荷重（圧下位置）と板厚の関係を用い、ワークロールの回転速度から圧延長を推定し、その推定値を元に差厚鋼板の板厚の目標値を与え、その板厚の目標値になるように圧延機のロールギャップを制御した。このとき加熱は行っていない。

本発明の場合、従来技術で上述したワークロールの回転速度から圧延長を推定し、その推定値を元に差厚鋼板の板厚の目標値を与え、その板厚の目標値になるように圧延機のロールギャップを制御する必要が無いので設備コストが安価にできる。また、圧延方向に高応答速度で圧下位置を変化させる必要がないので、通常の圧延速度で操業を行うことが可能である。さらに品質（硬度）のバラツキも少なくすることができる。

本発明の実施例では上述した差厚鋼板を圧延速度３００ｍ／ｍｉｎで板厚精度±１０％内で製造することができ、品質（硬度）のバラツキも５％以内であった。

図３は、板幅方向に径差を有するプロフィル付きワークロール６と組み合わせるバックアップロール１５の例を示す。この例では、ワークロール６のプロフィルに対して、その凹凸を補償する形状のプロフィルをバックアップロール１５に付与している。
図２の下部に示した差厚分布を有する鋼板を圧延する場合、中央の厚さ２．９０ｍｍの部分の板幅は１０００ｍｍであるのに対し、両側の厚さ１．８５ｍｍの部分の板幅は左右合計でも６００ｍｍであるので、中央部の厚さ２．９０ｍｍの板幅１０００ｍｍの部分において、バックアップロールで、ワークロールを支持する圧延方法が、ヘルツ圧力低減と、安定操業の面で、好ましい。

本発明によれば、板幅方向に板厚差のある差厚鋼板を、高価な高応答性の油圧圧下装置を使用せずに、高速かつ低コストで製造することができ、かつ、大量少品種の製造が可能であるので、自動車部品や鉄鋼製品の軽量化及び製造コストの削減が可能となり、産業上の利用価値は大なるものがある。

１ペイオフリール
２デフレクターロール
３加熱装置
４温度計
５テンションロール
６ワークロール
７電動圧下装置
８油圧圧下装置
９テンションロール
１０板厚計
１１冷却装置
１２温度計
１３デフレクターロール
１４テンションリール
１５バックアップロール
Ｓ金属ストリップ

Claims

片方に、胴長方向に左右対称のプロフィルであり、前記プロフィルに凹の段差があり、段差間及び段差とロール端部との間のロールプロフィルが直線である孔型ワークロールと前記孔型ワークロールのプロフィルと逆プロフィルを付与したバックアップロールとを有する４段圧延機の単スタンドの熱間圧延機と、該熱間圧延機の入側に金属ストリップを巻戻すペイオフリールと、該ペイオフリールと該熱間圧延機入側の間に該金属ストリップを加熱する加熱装置と、該熱間圧延機出側に圧延された該金属ストリップを冷却する冷却装置と、冷却された該金属ストリップを巻取るテンションリールとを有する板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。
請求項１に記載の板幅方向に板厚差を有する板厚差を有する差厚鋼板の製造装置を用いて差厚鋼板を製造する方法において、少なくとも該熱間圧延機出側に板厚測定装置を設置し、該板厚測定装置の測定値と予め設定した板厚目標値との偏差を求め、該偏差を無くすようにロールギャップを修正することを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。