JP6102835B2

JP6102835B2 - 鋼板のチャタマーク防止方法

Info

Publication number: JP6102835B2
Application number: JP2014125849A
Authority: JP
Inventors: 誠山脇
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: JP2016002582A

Description

本発明は、チャタリングによって鋼板に発生するマーク（チャタマーク）の防止方法に関するものである。

冷間圧延機やテンションレベラーなどの鋼板処理設備においては、異常振動（チャタリング）によって鋼板表面に幅方向のマーク（チャタマーク）が生じることが知られており、これまで、このような異常振動を抑止する対策として種々の提案がなされてきた。

例えば、特許文献１では、冷間圧延機のワークロールチョックあるいはバックアップロールチョックに水平方向の振動を低減するダンパーを設置して、冷間圧延機の振動を低減させている。

また、特許文献２では、テンションレベラーの直後に、支持ロールと、その支持ロールを鋼板のパスラインと平行に案内するガイドを設け、エアシリンダ装置で支持ロールの位置をガイドに沿って変更することにより、鋼板の弦振動の周波数を変化させて、鋼板の共振を抑えるという方法がとられている。

特開２００１−１３７９１５号公報特開平８−６６７２４号公報

これに対して、本発明者が、冷間圧延機（以下、単に「圧延機」ともいう）で発生するチャタマークについて調査を行ったところ、熱間圧延および酸洗を行った後の降伏強さが４５０ＭＰａ以下の低強度鋼板において、鋼板表面に縞状の模様（チャタマーク）が生じる場合が多いことに気が付いた。

そこで、その発生原因について検討した結果、図１に示すように、（１）圧延機（最終スタンド）１が固有振動数で振動（固有振動）している状態のもとで、（２）圧延機（最終スタンド）１と小径ロール（例えば、デフレクターロール）２の間の鋼板３の弦振動数が一致すると、共振によって鋼板３の弦振動を発生し、（３）鋼板３が弦振動周波数に応じた繰り返し曲げを受け、降伏強さ４５０ＭＰａ以下の低強度鋼板は、鋼板表面で塑性変形を生じ、縞状の模様（チャタマーク）が生じることを突き止めた。

このようなチャタマークの発生を防止するために、前記特許文献１の方法を適用した場合、圧延機の固有振動は低減できたとしても、圧延機の固有振動数と圧延機出側の鋼板の弦振動の周波数が等しくなれば、振動が伝播し、チャタマークの発生に至ってしまう。

また、前記特許文献２の方法を冷間圧延機に適用しようとしても、圧延機出側からテンションリールあるいはカローゼルリールまでの間にはデフレクターロールやパスラインロールといった小径ロールが多数配置されており、新たな装置（支持ロール、ガイド、エアシリンダ装置）を設置することは難しい。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、冷間圧延機の出側において低強度鋼板に発生するチャタマークを効率的に防止することができる鋼板のチャタマーク防止方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］熱間圧延および酸洗を行った後の降伏強度が４５０ＭＰａ以下の鋼板を冷間圧延するに際して、冷間圧延機の固有振動数と、下記の式（１）に示す、冷間圧延機の最終スタンドと冷間圧延機出側で鋼板に最初に接触する小径ロールとの間を弦長とする、鋼板の弦振動の周波数ｆとが一致しないようにするとともに、下記の式（２）に示す、鋼板表面に生じる曲げ歪みεが弾性限以下になるようにすることを特徴とする鋼板のチャタマーク防止方法。
ｆ＝（ｎ／２Ｌ）（（Ｔ／Ａ）／ρ）^１／２・・・式（１）
ここで、ｎ：振動モードの次数
Ｌ：鋼板の弦長
Ｔ：鋼板に付与する冷間圧延機出側張力
Ａ：鋼板の断面積（板厚×板幅）
ρ：鋼板の密度
ε＝ｔ／２Ｒ・・・式（２）
ここで、ｔ：鋼板の板厚
Ｒ：冷間圧延機出側で鋼板に最初に接触する小径ロールの半径
［２］鋼板に付与する冷間圧延機出側張力を調整することによって、冷間圧延機の固有振動数と鋼板の弦振動の周波数ｆとが一致しないようにすることを特徴とする前記［１］に記載の鋼板のチャタマーク防止方法。

本発明により、冷間圧延機の出側において低強度鋼板に発生するチャタマークを効率的に防止することができる。

縞状の模様（チャタマーク）の発生メカニズムを示す図である。本発明の実施例における冷間圧延ラインの概略図である。本発明の実施例における最終スタンド（＃４ｓｔｄ）の固有振動モードを示す図である。本発明の実施例における鋼板弦振動の振動モードを示す図である。本発明の実施例における張力変更と弦振動周波数の関係を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

通常の冷間圧延作業では、圧延機出側張力はコイルに巻取後の巻き姿が適正となる範囲で、単位断面積当たりの張力をオペレーターが任意に設定しているが、図１に示したように、設定された張力のもとでの鋼板の弦振動周波数が圧延機（最終スタンド）の固有振動数と等しくなると、圧延機と圧延機出側の鋼板との共振が起き、鋼板の繰り返し曲げにより、低強度鋼板（降伏強さ４５０ＭＰａ以下）では、鋼板表面で塑性変形を生じ、縞状の模様（チャタマーク）が生じる。

そこで、本発明の一実施形態においては、下記の式（１）に示す、単位断面積当たりの圧延機出側張力Ｔ／Ａと鋼板の弦振動の周波数ｆとの関係を元に、鋼板の弦振動の周波数ｆが圧延機（最終スタンド）の固有振動数Ｆから外れる（ｆ≠Ｆ）ように、圧延機出側張力Ｔ／Ａを共振点（ｆ＝Ｆとなる点）より意図的に上昇あるいは下降することによって、圧延機出側の鋼板の振動を抑えるとともに、鋼板の弦振動の一方の支点となる小径ロール（冷間圧延機出側で鋼板に最初に接触する小径ロール）で鋼板表面が塑性変形しないように、小径ロールのロール径Ｒを適切に設定することによって、下記の式（２）で求まる鋼板表面の曲げ歪みεを弾性限以下になるように管理している。

ｆ＝（ｎ／２Ｌ）（（Ｔ／Ａ）／ρ）^１／２・・・式（１）
ここで、ｎ：振動モードの次数
Ｌ：鋼板の弦長
Ｔ：鋼板に付与する冷間圧延機出側張力
Ａ：鋼板の断面積（板厚×板幅）
ρ：鋼板の密度
ε＝ｔ／２Ｒ・・・式（２）
ここで、ｔ：鋼板の板厚
Ｒ：冷間圧延機出側で鋼板に最初に接触する小径ロールの半径

なお、圧延機（最終スタンド）の固有振動数Ｆについては、予め、実測や数値計算によって、求めておけばよい。

また、上述したように、鋼板表面に生じる曲げ歪みεは、弾性限以下になるようにする必要があり、例えば、引張り強さが２７０ＭＰａ以上の軟鋼板の場合では、降伏強度が２３０ＭＰａであると、曲げ歪みεは１．５×１０^−３以下とする必要がある。

このようにして、本発明の一実施形態においては、冷間圧延機の出側において低強度鋼板に発生する縞状の模様（チャタマーク）を、特許文献２のような新たな装置を設置することなく、効率的に防止することができる。

なお、この実施形態では、圧延機出側張力Ｔ／Ａを調整することによって、鋼板の弦振動の周波数ｆを変更しているが、場合によっては、小径ロールの位置を調節して鋼板の弦長Ｌを調整することで、鋼板の弦振動の周波数ｆを変更することや、両者を組み合わせることも考えられる。

本発明の実施例として、具体的に、上記の本発明の一実施形態に基づいて、低強度鋼板の冷間圧延を行う場合について述べる。

図２は、この実施例において用いた冷間圧延ラインを示すものであり、冷間圧延機からテンションリールまでのラインの概略図である。

図２に示すように、ここでは、＃４ｓｔｄ（＃４スタンド）が図１における圧延機（最終スタンド）１に該当し、出側デフレクターロールが図１における小径ロール２に該当している。

そして、表１に、＃４ｓｔｄの各振動モードの固有振動数Ｆを示し、図３に、＃４ｓｔｄの各振動モードにおけるロール（バックアップロールＢＵＲ、中間ロールＩＭＲ、ワークロールＷＲ）の振動挙動を模式的に示す。

また、表２に、鋼板側の条件を示し、図４に、鋼板の弦振動の各振動モードを示す。

上記のような条件のもとで、前記（１）式を用いて、鋼板の各振動モード（ｎ＝１〜６）における弦振動の周波数ｆを算出した。なお、単位断面積当たりの圧延機出側張力Ｔ／Ａは４．０〜９．０ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲で変化させた。

図５は、上記のようにして算出した鋼板の弦振動の周波数ｆをプロットするとともに、そこに、＃４ｓｔｄの固有振動数Ｆとして１次の固有振動数（１２８Ｈｚ）と２次の固有振動数（１７９Ｈｚ）を重ねたものである。

この結果、図５に示すように、弦振動の周波数ｆが＃４ｓｔｄの固有振動数Ｆに一致する共振点は、単位断面積当たりの圧延機出側張力Ｔ／Ａが４．９ｋｇｆ／ｍｍ^２、７．０ｋｇｆ／ｍｍ^２、７．７ｋｇｆ／ｍｍ^２の時であり、これらの共振点を外せば、＃４ｓｔｄ出側の鋼板の共振を防止することが可能となる。

ただし、実際に操業する上では、以下の制約が発生する。

（制約１）張力下限値
圧延機出側張力を過度に下げると、コイルの巻取り張力不足により、“タケノコ”と呼ばれるコイル内周側の飛び出しが発生することがある。過去の実績より、単位断面積当たりの圧延機出側張力Ｔ／Ａが４．５ｋｇｆ／ｍｍ^２未満となると“タケノコ”発生の懸念がある。

（制約２）張力上限
圧延機出側張力を過度に上げると、コイルをリールから抜き出した時に、コイル最内周部で鋼板の座屈により、“キンク現象”と呼ばれる内径潰れが発生することがある。過去の実績より、単位断面積当たりの圧延機出側張力Ｔ／Ａが８．０ｋｇｆ／ｍｍ^２超えとなると“キンク現象”発生の懸念がある。

（制約３）張力変動
実際の操業においては、ある値に張力を設定しても、材質変動や板厚変動、ロール偏心等の様々な要因により、設定張力±１０％程度の張力変動が生じる。

そこで、上記の制約１〜３を考慮し、ここでは、図５に示すように、安定操業可能領域として、単位断面積当たりの圧延機出側張力Ｔ／Ａを５．４〜６．３ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲に設定するようにしている。

これによって、圧延機出側での鋼板の振動を安定的に抑止することができる。

一方、鋼板表面の曲げ歪みεについては、表２に示したように、鋼板の板厚ｔが０．９ｍｍ、出側デフレクターロールの半径Ｒが３００ｍｍであるので、上記の式（２）より、ε＝１．５×１０^−３となる。

表２に示したように、鋼板の降伏強度は２３０ＭＰａであるので、上記の曲げ歪みε＝１．５×１０^−３は弾性限以下であり、鋼板表面に塑性変形が生じるおそれも無い。

このようにして、この実施例では、圧延機出側（＃４ｓｔｄ出側）において低強度鋼板に発生する縞状の模様（チャタマーク）を的確に防止することができる。

１冷間圧延機（最終スタンド）
２小径ロール
３鋼板

Claims

熱間圧延および酸洗を行った後の降伏強度が４５０ＭＰａ以下の鋼板を冷間圧延するに際して、冷間圧延機の固有振動数と、下記の式（１）に示す、冷間圧延機の最終スタンドと冷間圧延機出側で鋼板に最初に接触する小径ロールとの間を弦長とする、鋼板の弦振動の周波数ｆとが一致しないようにするとともに、下記の式（２）に示す鋼板表面に生じる曲げ歪みεを、鋼板が塑性変形しない大きさとなるようにすることを特徴とする鋼板のチャタマーク防止方法。
ｆ＝（ｎ／２Ｌ）（（Ｔ／Ａ）／ρ）^１／２・・・式（１）
ここで、ｎ：振動モードの次数
Ｌ：鋼板の弦長
Ｔ：鋼板に付与する冷間圧延機出側張力
Ａ：鋼板の断面積（板厚×板幅）
ρ：鋼板の密度
ε＝ｔ／２Ｒ・・・式（２）
ここで、ｔ：鋼板の板厚
Ｒ：冷間圧延機出側で鋼板に最初に接触する小径ロールの半径
鋼板に付与する冷間圧延機出側張力を調整することによって、冷間圧延機の固有振動数と鋼板の弦振動の周波数ｆとが一致しないようにすることを特徴とする請求項１に記載の鋼板のチャタマーク防止方法。