JP6102506B2

JP6102506B2 - 板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP6102506B2
Application number: JP2013107927A
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: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: JP2014226692A

Description

本発明は、効率的に板幅方向に左右対称の板厚差を有する差厚鋼板を圧延することが可能な製造装置及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１０００〜２０００ｍｍ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とした凸型のもの（板厚差２水準対称型）などや、板厚をテーパ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。

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。
このように、左右非対称の圧延をするといろいろと問題が生じる。即ち、差厚鋼板を製造するのであれば、極力左右対称であることが望ましい。
ところで、左右方向、板幅方向、及びロール胴長方向は、圧延機として、被圧延材である鋼板として、及び圧延ロールとして、それぞれの見方によって表現を変えているもので、同じ方向を意味している。

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）と出側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、予め実験を行い圧延機の変形特性を求め、圧延時の圧延荷重を測定し、圧延機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。

また、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、圧延方向の部分毎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、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、板幅方向に左右対称の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左右対称のロールプロフィルを付与し、かつ、加熱炉と熱間圧延機との間にコイルボックスを設置して、鋼材からの無駄な放熱を抑制し、コイル状のストリップを加熱する加熱炉と該ロールプロフィルを有する単スタンドの熱間圧延機との間にコイルボックスを設け、コイル先端から尾端までの被圧延材温度変化を低減して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方法を見いだした。

上記知見に基づく本発明は、以下に記載のとおりである。
（１）コイル状のストリップを加熱する加熱炉と、加熱されたコイルを保温し圧延機へと移送するコイルボックスと、一対のワークロールと一対のバックアップロールからなる４段圧延機であって、少なくとも片方に胴長方向に対称の径差のあるプロフィルの孔型ワークロールを有し、差厚鋼板を圧延する際の圧延荷重が大きくて該ワークロールと該バックアップロール間の最大ヘルツ応力が許容値を超える場合に、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クロールを使用する単スタンドの熱間圧延機と、該熱間圧延機出側に圧延された該ストリップを冷却する冷却装置と、冷却された該ストリップを巻き取る巻き取り装置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。
（２）前記（１）に記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置において、ストリップを巻き取る巻き取り装置をコイルボックス内に設置した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装置。
（３）前記（１）〜（２）の何れか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。

本発明によれば、大量少品種の板幅方向に対称の板厚差を有する差厚鋼板を、ストリップの先端から尾端まで均一な材質を維持しつつ、低コストで製造することが可能な差厚鋼板の製造装置及び製造方法を提供することができる。

本発明の製造方法に使用する圧延装置の例の側面図である。孔型ワークロールと、圧延製品の断面を示す図である。孔型ワークロールと、その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からなるロールセット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。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は本発明製造方法に使用する圧延装置の１例を示す側面図である。
図１において、被圧延材のストリップＳはコイル状に巻かれており、加熱炉１において加熱される。所定の温度まで加熱が終わったコイルはコイルボックス３に移送され、圧延中に温度が低下しないように保持される。

コイルボックス３内のコイル状のストリップＳは、コイルボックス内の巻き戻し装置２により、矢印の方向にテーブルローラ４を経由して圧延機Ｍへ移送され、板幅方向に板厚差のある圧延が行われる。このとき、テーブルローラ４はストリップＳが冷えないように保熱カバーを有していてもよい。

圧延機Ｍには、入側に張力測定用のテンションロール５が配備されている。
図１の例では、圧延機は２段圧延機であり、一対のワークロール６が配備されている。
上ワークロールチョックの上部には、パスラインを調整するための電動圧下装置７が配備される。図示しないが、上ワークロールチョック上部には、ロードセルが設置されており、圧延荷重が測定される。

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、被圧延材の板幅方向に相当するロール軸方向に、差厚鋼板の製品寸法分布（板幅方向に左右対称）に対応したロールプロフィルが付与されている。
なお、本発明は板幅方向に左右対称の製品寸法分布を有する差厚鋼板の製造方法について述べたが、必ずしも左右対称の製品寸法分布を有する差厚鋼板に限定するものではない。ここでいう左右非対称な差厚鋼板とは例えば図２に示した左右対称の差厚鋼板を長手方向に中央からスリット加工して作製された差厚鋼板を意味する。
また、わずかな左右非対称の製品寸法分布を有する差厚鋼板の場合には巻き取り装置にストリップをセットし張力を負荷した状態から圧延をすることによって通板時の蛇行は防止でき、また、圧延機出側のテーブルローラに多数のガイドと巻き取り装置の板幅方向の位置を制御する装置を追加することにより圧延中に発生するキャンバーの影響（巻きずれ）を防止できるので、厳密には左右対称な差厚鋼板に限定するものでは無い。

圧延機出側には、圧延されたストリップの板厚を測定する板厚計９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。

圧延機Ｍの下流には、圧延後のストリップＳを冷却するための冷却装置１０と冷却後のストリップＳの温度を測定する温度計１１が設置されており、温度計１１からの温度測定値と予め設定した板温度目標値との偏差に応じて、冷却装置１０による冷却条件（例えば、冷媒の供給量）が制御される。制御冷却されたストリップＳは、デフレクターロールを経由して、巻き取り装置１２によりコイル状に巻き取られる。

なお、図示していないが、圧延機Ｍの上流側には、ストリップＳの水平方向における位置決めのためのローラーガイドが数箇所に設けられている。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及び前述した孔型ワークロールへのストリップのメタルフローが容易となるように、低濃度の圧延潤滑油（エマルション潤滑油）が、ロールバイト入口とロール表面に、また、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。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装置に集められ、メインタンクへ戻される。

図１及び２に示した装置を用いて、探索実験を行った。
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、板厚約３．５ｍｍ、板幅１６００ｍｍ、長さ約４６０ｍのストリップで、コイル状(内径５００mm、外径約１５００ｍｍ、単重約２０トン)に巻き取られたものが加熱炉１内で約８００℃に加熱され、その後排出されて、コイルボックス３内に収納されている。

今回目標とする差厚鋼板のサイズは、図２の下部に示すように、全幅１６００ｍｍで両端から３００（公差０〜±５０）ｍｍ内側までは板厚１．８５ｍｍそれ以外の板幅方向の中央部１０００ｍｍ（公差０〜−２０ｍｍ）は板厚２．９０ｍｍの凸型の左右対称型の差厚鋼板である。

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。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。

このときに使用したワークロール６と圧延製品（差厚鋼板）を、図２に模式的に示した。

なお、４段圧延機を使用するときに、ワークロール６とバックアップロールＢＲとの当接面のヘルツ圧力が、ロール材質からみて許容値を超えるおそれのある場合には、図３に示すように、バックアップロールＢＲの表面にワークロール６に形成した凹部と整合する凸部を形成して、両ロールの当接面積を最大化する。

このようにワークロール６とバックアップロールＢＲとで、相互のプロフィルを合致させることで、ヘルツ圧力を低下させることができるとともに、キャンバーや蛇行の発生を未然に防ぐことができる。

また、被圧延材のストリップは、加熱後コイル状に巻き取られており、コイルボックス３内に収納されているので、全長の長いストリップであっても、先端から尾端まで、ほぼ均一な温度を保ったまま、熱間圧延を行うことが可能である。

なお、加熱炉１から搬出後に、複数回の熱間圧延によって差厚鋼板を製造する場合には、必要に応じて巻き取り装置１２側にもコイルボックス３’を付設して、復路からの圧延の際にも、温度保持を行えば、更に均一な温度における圧延操業が可能である。

（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１パス圧延をした。

従来技術としては、別ラインの単スタンドの４段圧延機を用いて、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。

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を低減できる。また、同じ圧延速度でも板幅が異なるので、本発明の生産性は従来技術の約４倍である。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１０００ｍ／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３％以内であった。従来技術によっても、上述した差厚鋼板で板厚精度±１０％内で製造することができた。
なお、本発明は１パス圧延には限定しない。上述したように、差厚鋼板の板厚差が大きい場合や、素材のストリップの厚差が厚い場合などでは、１パス圧延で所望の差厚鋼板を製造することが困難な場合がある。
このような場合には多パス（リバース）圧延を行い、所望の差厚鋼板を製造する。その場合には、ストリップの温度が低下しないように圧延機入・出側にコイルボックスを配備することが好ましい。

本発明によれば、板幅方向に板厚分布を有する圧延製品を、高速かつ低コストで大量生産することができる。さらに、被圧延材の先端から尾端まで、ほぼ均一な温度を保って差厚圧延することができるので、圧延材長手方向の材質（硬度）も均一なものとすることが可能であり、圧延作業の効率化及び生産性向上に大いに寄与するものである。

１加熱炉
２巻き戻し装置
３コイルボックス
４テーブルロール
５ルーパーロール
６ワークロール
７電動圧下装置
８油圧圧下装置
９板厚計
１０冷却装置
１１温度計
１２巻き取り装置
Ｓストリップ
ＢＲバックアップロール

Claims

コイル状のストリップを加熱する加熱炉と、加熱されたコイルを保温し圧延機へと移送するコイルボックスと、一対のワークロールと一対のバックアップロールからなる４段圧延機であって、少なくとも片方に胴長方向に対称の径差のあるプロフィルの孔型ワークロールを有し、差厚鋼板を圧延する際の圧延荷重が大きくて該ワークロールと該バックアップロール間の最大ヘルツ応力が許容値を超える場合に、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クロールを使用する単スタンドの熱間圧延機と、該熱間圧延機出側に圧延された該ストリップを冷却する冷却装置と、冷却された該ストリップを巻取る巻き取り装置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差厚鋼板の製造装置において、ストリップを巻き取る巻き取り装置をコイルボックス内に設置した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装置。
請求項１〜２の何れか１項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。