JP6089795B2 - 板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚板圧延機を用いて板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板を安価かつ効率的に製造することが可能な圧延設備および圧延方法に関する。

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、部材の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２０００ｍｍ程度、幅５００ｍｍ程度の材料に、長手方向で両端から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水準対称型）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の凸型のもの（板厚差２水準対称型）や、板厚がテーパー状に変化したものや、板厚差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。

このような差厚鋼板のうち、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、板幅方向にテーパー状の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である場合には、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。また、例えばテーパー状の差厚鋼板を巻き取りコイルにした場合、外径が板幅方向に異なり等脚台形形状となる。従って，このコイルを巻き取りリールから取り外し鉛直方向に回転させること無くテーブル搬送する場合には不安定な状態になり、また、クレーンで搬送する場合にはコイルの空洞部が傾斜するのでクレーン操作性を著しく阻害するという問題も生じる。
前者のバッチ圧延では、最終スタンドから巻き取りリールまで数十メートルの距離があるので歩留まり落ちが大きいし、後者の連続圧延で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し，最初のコイルではバッチ圧延と同様に大きな歩留まり落ちが生じる。

特開平３−２８１０１０号公報 特開平４−８４６０７号公報

本発明は、板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板を、上述した大きな歩留まり落ちを防止し効率的に製造することを可能とし、また、高価な設備を採用しなくても既存の設備で安価に製造でき、さらにラインで製造した差厚鋼板のハンドリングを容易とした差厚鋼板の製造装置および製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を行い、既存の厚板圧延機を用いて板幅方向に所望のテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板を効率的に製造可能な圧延装置および圧延方法を見いだした。

上記知見に基づく本発明は、
（１）加熱されたスラブを幅出し圧延して所望の幅のシートを製造する幅出し圧延機と、該シートを転回する転回装置と、転回された該シートの位置をセンタリングする位置調整装置とセンタリングされた該シートを圧延して所望の板厚のシートを製造する仕上げ圧延機を有する厚板圧延機において、該幅出し圧延機の入側に該スラブの幅を測定または入力する装置と該幅出し圧延機のワークロールの回転速度を測定する測定器と該ワークロールの回転速度の測定値から圧延長を演算する圧延長演算装置と、圧延長と板厚のパターンを予め入力するパターン入力装置と、該パターン入力装置と該圧延長測定装置の信号に基づいてロールギャップを制御する装置と、該転回されたシートの位置の該シートの断面形状に応じて圧延ラインに対して任意の所望位置に制御する位置調整装置と、該シートの断面形状のウェッジ比率が変化しないように仕上げ圧延機のロールギャップを制御する装置とを設けたことを特徴とする板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。

（２）上記（１）記載の板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造装置にて該差厚鋼板を製造する際に、該圧延長演算装置と、該パターン入力装置の信号に基づいて該幅出し圧延機のロールギャップを制御してシートを製造するとともに、該転回された該シートの位置の該シートの断面形状に応じて圧延ラインに対して任意の所望位置に制御し、該シートの断面形状のウェッジ比率が変化しないように仕上げ圧延機のロールギャップを制御することを特徴とする板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。

（３）上記（２）記載の板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造方法にて、幅出し圧延時には、最終製品の幅方向の長さを、該幅出し圧延後のシートの圧延方向の長さとして測定または計算し、該幅出し圧延後のシートの圧延方向の長さが予め設定した長さと厚さの関係から材料をセンタリングしてロールギャップを傾斜させて圧延する際、ワークロールの片側で上下ワークロールが接触し、ウェッジ比率を変えないようにロールギャップを傾斜制御する限界を超えた場合に、予め設定した長さと厚さとオフセンター量の関係から該オフセンター量を求め、該オフセンター量に基づいて仕上げ圧延におけるシートのオフセンターを行い、該シートの板幅方向の板厚比率を一定に保持した状態で該仕上げ圧延におけるロールギャップ傾斜とロールギャップを制御し圧延することにより、板幅方向にテーパー状の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、板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板を、キャンバーや蛇行の発生のおそれなく、効率的に、低コストで生産することができる。

差厚鋼板の圧延設備の構成の概略を示す模式図である。 幅出し圧延と仕上げ圧延の板厚分布と圧延方向を示す図である。 （ａ）は圧延材のセンタリングによるワークロール端部の接触状態を示し、（ｂ）は、圧延材のオフセンターによるワークロール端部の接触状態の回避状況を示す図である。 本発明により製造する差厚鋼板の一例を示す図である。

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、本実施の形態にかかる差厚鋼板の圧延設備の構成の概略を示す模式図で、例えば特開２００７−２１６２７８号公報に開始されている厚板製造設備である。

図１において厚板製造設備は、加熱炉１と、スケール除去装置２と、転回装置３と、他の転回装置としての転回テーブル４と、幅出し圧延機５１、仕上げ圧延機５２と、矯正機６及び冷却装置７などをこの順に備えている。加熱炉１は、例えばウォーキングビーム式の連続加熱炉であり、鋳造されたスラブＳを、圧延に必要な温度や所望の材質を得るための温度に加熱することができる。

スケール除去装置２は、例えばスラブに高圧水を噴出して、スラブ表面の酸化物（スケール）を除去できる。転回装置３は、例えばトング式の吊り上げ旋回装置であり、スラブＳの側面を把持して吊り上げて、スラブＳを９０°転回することができる。

転回装置３は、下流側の幅出し圧延機５１に対して操業鋼材の最大圧延長以上離れた位置に設けられている。転回テーブル４は、幅出し圧延機５１の直前、例えば幅出し圧延機５１の２０ｍ以内の位置に設けられている。転回テーブル４には、例えば大径部と小径部を同軸上に有するロールがコロ搬送テーブルに沿って複数並列され、この複数のロールは、大径部の位置が交互の千鳥状になるように並べられており、隣り合うロールが互いに反対方向に回転することにより、転回テーブル４上のスラブＳを転回できる。

幅出し圧延機５１には、例えばリバース式のものが用いられ、スラブＳを前後に通過させて往復圧延できる。仕上げ圧延機５２の後方の矯正機６は、圧延された鋼板の形状をロールにより矯正することができ、冷却装置７は、圧延された鋼板の温度を所定温度に下げることができる。

図１に示した装置を用いて、探索実験を行った。
スラブＳは４０キロハイテンと呼ばれる引っ張り強さが４００ＭＰａの材料であり、板厚２８０ｍｍ、板幅１３００ｍｍ、全長３０００ｍｍである。幅出し圧延機５１のワークロールは直径９００ｍｍ、胴長５０００ｍｍであり、バックアップロールは直径１８００ｍｍ、胴長５０００ｍｍの４Ｈｉ圧延機であり、仕上げ圧延機５２のワークロールは直径９００ｍｍ、胴長５０００ｍｍであり、バックアップロールは直径１８００ｍｍ、胴長５０００ｍｍの４Ｈｉ圧延機である。

図２は幅出し圧延と仕上げ圧延の板厚分布と圧延方向を示す図である。
まず、加熱炉から厚みＨ₀、長さＬ₀、幅Ｗ₀のスラブＳが抽出される。このスラブは転回装置により、９０度回転され、センタリング後に、このスラブは幅出し圧延される。すなわち圧延方向でいうと、幅Ｌ₀、長さＷ₁であり、長手方向に薄い板厚ｈ₁から厚い板厚Ｈ₁のテーパー状に板厚分布を持つシートに仕上げられる。
この幅出し圧延は、圧延方向に厚さを変化させるのみで、スラブの幅方向（左右方向）においては、均一な厚さに圧延するので、キャンバーの発生や蛇行のおそれは少ない。

ここで、最終製品である差厚鋼板の幅方向のテーパー状の薄い板厚をｈ₂、厚い板厚Ｈ₂とすると、前記ｈ₁とＨ₁は次式が成立する。
ｈ₁＝αｈ₂
Ｈ₁＝αＨ₂
αは定数
体積一定の条件から
Ｌ₀・Ｗ₀・Ｈ₀＝Ｌ₀・Ｗ₁・（ｈ₁＋Ｈ₁）／２
＝Ｌ₂・Ｗ₁・（ｈ₂＋Ｈ₂）／２
但し、Ｌ₂＝αＬ₀
これより、αを与えれば幅出し圧延時の圧延長さＷ₁は計算できる。

予め実験を行い、幅Ｌ₀材を板厚Ｈの矩形から薄い板厚ｈ₁と厚い板厚Ｈ₁に圧延する際のロールギャップｇ₁（薄い板厚ｈ₁に対応する板端部のロールギャップ）とＧ₁（厚い板厚Ｈ₁に対応する板端部のロールギャップ）を求め、例えば圧延開始時にロールギャップｇ₁に設定し、圧延開始からの距離Ｘに対応してロールギャップをｇ₁＋〔ｇ₁＋（Ｇ₁−ｇ₁））Ｘ／Ｗ₁〕に制御することによって長手方向に薄い板厚ｈ₁から厚い板厚Ｈ₁のテーパー状に板厚分布を持つシートに仕上げられる。あるいは、ミルストレッチ特性を用い、圧延時の荷重を測定してロールバイト出口の板厚をリアルタイムで推定して所望の板厚になるようにロールギャップを制御しても良い。

なお、αは圧延機の能力およびシートの材質と寸法により決定される。例えば３パスで仕上げる場合には最初の２パスは通常の長手方向に板厚一定で圧延し、最終パスの３パス目で長手方向に薄い板厚ｈ₁から厚い板厚Ｈ₁のテーパー状に板厚分布を持つシートに仕上げる。

この後、上記シートを９０度転回させ、センタリングを行い、ウェッジ比率（左右の板厚比）を変えないようにロールギャップを傾斜させて、仕上げ圧延機５２を用いて、目標の板厚まで仕上げ圧延することによって、幅方向のテーパー状の薄い板厚をｈ₂、厚い板厚Ｈ₂とする、長さＬ₂の製品が製造できる。

仕上げ圧延においては、左右の圧下位置に差を設けて、圧延材幅方向に板厚差のある圧延を行うが、前工程の幅出し圧延における圧延長手方向に設けたテーパーが、圧延材の９０度回転によって、仕上げ圧延工程における板幅方向の板厚差になっているので、仕上げ圧延機の左右における圧下率を同一値に維持すれば、仕上げ圧延前の板幅方向における差厚比（ウェッジ比率）がそのままの割合で維持されつつ圧延されることになり、左右で板厚差及び圧下量絶対値の異なる圧延であるにも拘らず、理論的にはキャンバーや蛇行を生じさせずに圧延操業することができるが、実際には、圧延材幅方向におけるそれまでの圧下量の累積量の違いによる変形抵抗の差や、温度差あるいは板厚差そのものに起因する熱履歴の違い等により、若干のキャンバーや蛇行を生じる場合もあるが、その絶対量は小さく、修正も容易である。

厚板圧延機５の場合、一般に胴長は長い。従って、板幅の狭く板幅方向の板厚差が大きな場合、材料をセンタリングしてロールギャップを傾斜させて圧延する際、図３（ａ）に示すように、ワークロールの片側（図３（ａ）の場合、ワークロール左端）で上下ワークロールが接触する場合が生じる。このような場合、ウェッジ比率を変えないようにロールギャップを傾斜制御することは困難な場合が発生する。

基本的には、この判断は、簡易的に上下ワークロールの幾何学的な関係から推測が可能である。より、厳密にはロールの撓みを計算して求めても良い。
上記の場合、図３（ｂ）に示すように、材料をロールギャップの狭い方にオフセンターして圧延することによって、ワークロールの片方で上下ワークロールが接触することを防止することができる。このためには簡易的に上下ワークロールの幾何学的な関係から推測するか、厳密にはロールの撓みを計算してオフセンター量を計算し、または、事前に計算してテーブルに保有することによってオフセンター量は決定され、そのオフセンター位置に対応するようにするオフセンターが行われる。

（実施例）
図１に示した装置を用いて板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板を製造した。図４に本発明で製造する板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の寸法を示す。
スラブは、４０キロハイテンと呼ばれる引っ張り強さが４００ＭＰaの材料であり、板厚２８０ｍｍ、板幅１３００ｍｍ、長さ３０００ｍｍである。このスラブを加熱した後、９０度転回し、長手方向中央部において１パス目圧下率２２％（矩形）、２パス目圧下率２４％（矩形）、３パス目圧下率２２％（テーパー状）で圧延し、板厚（長手方向の中央板厚）１３０ｍｍ、板幅３０００ｍｍ、長さ２８００ｍｍのシートを製造した。３パス目終了時の長手方向の板厚は薄い方で１０４ｍｍ、厚い方で１５６ｍｍであった。

このシートを再度９０度転回し、センタリングを行い板幅方向中央の板厚が３ｍｍになるまで、平均圧下率約３５％（初期パスの方が圧下率は高い）の９パスの圧延を行った。この際ワークロールのギャップを傾斜させ、素材のクラウン比率（ウェッジ比率）が変化しないようにした。

この結果、幅方向に図４に示した、薄い側の端部で２．４ｍｍ、厚い側の端部で３．６ｍｍのテーパー状の板厚分布を持つ差厚鋼板を長さ約１３０ｍで製造することができ、キャンバーはほとんど生じなかった。但し、先端と尾端でそれぞれ約１ｍ程度のベロが発生したので、矩形の有効長は１２８ｍであった。
この材料をせん断することにより、幅１２０ｍｍの製品を約１０００枚製造することができた。
従来技術としては、上記厚板圧延機にて矩形の板厚４ｍｍのシートを製造し、せん断して幅１２０ｍｍ、長さ２８００mmのサンプルを作り、このサンプルを用いて小型の圧延機で圧延方向にロールギャップを変化させる圧延法（例えば特開平３−２８１０１０号公報の応用）で製造した。

いずれの方法においても目的とする差厚鋼板は製造できたが、本発明では厚板圧延機の工程で製品がほぼ完成するのに対し、従来技術の圧延機で長手方向に圧下を操作して作る場合では厚板圧延機で素材作成後に、別ラインで作成する。また，従来技術のバッチ式の熱間圧延機でタンデムでは、既に述べたように大きな歩留まり落ちが生じるのは明らかである。
このため、本発明の方が少工程であり、生産効率が高く、生産コストが低いことが明らかである。

本発明によれば、幅出し圧延及び仕上げ圧延においてもスラブの幅方向においては、圧下率を一定に保って圧延操業することができ、キャンバーや蛇行の発生を最小限に抑制しながら板幅方向に板厚差を有する、所謂テーパー鋼板を、高価な油圧圧下装置を用いずに、効率よく生産できるので、産業上の利用価値は大である。

１ 加熱炉
２ スケール除去装置
３ 転回装置
４ 転回テーブル
５ 厚板圧延機
５１ 幅出し圧延機
５２ 仕上げ圧延機
６ 矯正機
７ 冷却装置
Ｓ₁ スラブ（加熱炉から出された方向と同じ）
Ｓ₂ スラブ（加熱炉から出された方向から９０度転回）

Claims (3)

1. 加熱されたスラブを幅出し圧延して所望の幅のシートを製造する幅出し圧延機と、該シートを転回する転回装置と、転回された該シートの位置をセンタリングする位置調整装置とセンタリングされた該シートを圧延して所望の板厚のシートを製造する仕上げ圧延機を有する厚板圧延機において、該幅出し圧延機の入側に該スラブの幅を測定または入力する装置と、該幅出し圧延機のワークロールの回転速度を測定する測定器と、該ワークロールの回転速度の測定値から圧延長を演算する圧延長演算装置と、圧延長と板厚のパターンを予め入力するパターン入力装置と、該パターン入力装置と該圧延長測定装置の信号に基づいてロールギャップを制御する装置と、該転回されたシートの位置の該シートの断面形状に応じて圧延ラインに対して任意の所望位置に制御する位置調整装置と、該シートの断面形状のウェッジ比率が変化しないように仕上げ圧延機のロールギャップを制御する装置とを設けたことを特徴とする板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。
2. 請求項１記載の板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造装置にて該差厚鋼板を製造する際に、該圧延長演算装置と、該パターン入力装置の信号に基づいて該幅出し圧延機のロールギャップを制御してシートを製造するとともに、該転回された該シートの位置の該シートの断面形状に応じて圧延ラインに対して任意の所望位置に制御し、該シートの断面形状のウェッジ比率が変化しないように仕上げ圧延機のロールギャップを制御することを特徴とする板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。
3. 請求項２記載の板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造方法にて、幅出し圧延時には、最終製品の幅方向の長さを、該幅出し圧延後のシートの圧延方向の長さとして測定または計算し、該幅出し圧延後のシートの圧延方向の長さが予め設定した長さと厚さの関係から材料をセンタリングしてロールギャップを傾斜させて圧延する際、ワークロールの片側で上下ワークロールが接触し、ウェッジ比率を変えないようにロールギャップを傾斜制御する限界を超えた場合に、予め設定した長さと厚さとオフセンター量の関係から該オフセンター量を求め、該オフセンター量に基づいて仕上げ圧延におけるシートのオフセンターを行い、該シートの板幅方向の板厚比率を一定に保持した状態で該仕上げ圧延におけるロールギャップ傾斜とロールギャップを制御し圧延することにより、板幅方向にテーパー状の板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。

Images