JP6105328B2

JP6105328B2 - 多段圧延機における中間ロールのプロフィール設計方法

Info

Publication number: JP6105328B2
Application number: JP2013044122A
Authority: JP
Inventors: 相沢　敦; 敦相沢; 西尾　克秀; 克秀西尾
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: JP2014172051A

Description

本発明は、多段圧延機を用いて金属帯を圧延する際、良好な形状が得られるように中間ロールのプロフィールを適正化するための設計方法に関する。

ステンレス鋼など硬質材の冷間圧延では、２０段センジミア圧延機が広く使用されている。これは、小径ワークロールにより硬質材を薄く圧延したり、高圧下圧延するうえで有利であるためである。しかし、２０段センジミア圧延機の形状制御手段としては、バックアップロールのクラウン調整機構と第１中間ロールシフトがあるが、２０段センジミア圧延機は４段圧延機や６段圧延機に比較すると、ワークロールが小径で曲げ剛性が低いことからロールの弾性変形が複雑となり、クォータ伸び形状が生じやすい傾向がある。クォータ伸びの抑制技術に関しては、第１中間ロールのテーパ形状の適正化が検討されているが、テーパ形状の適正化のみではクォータ伸びの抑制は困難である。そこで、第１中間ロールのテーパと反対側に正弦曲線状の縮径部を形成することにより、クォータ伸びを防止する方法が下記特許文献１で紹介されている。

特公平７−９６１２３号公報

上記特許文献１の方法により形状制御を行えば、クォータ部におけるワークロールと第１中間ロール間の接触荷重を局所的に低減することにより、クォータ伸びが抑制される。しかし、この方法では、第１中間ロールに正弦曲線状の縮径部を形成するとともに、板幅等圧延条件が広範囲に変わってもクォータ伸びが抑制されるように縮径部の形状及び位置を規定しており、対象とする板幅等圧延条件について縮径部の最適な形状及び位置を規定していない。そのため、広範囲な圧延条件においてクォータ伸びを抑制することに効果があるが、対象とする板幅等圧延条件においてクォータ伸びを十分に抑制することは困難である。

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、対象とする板幅等圧延条件についてクォータ伸びを十分に抑制できるように中間ロールのプロフィール（形状）の設計方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、対象とする特定の圧延条件についてクォータ伸びを抑制できるような中間ロールのプロフィール（形状）の設計方法を種々調査検討した。その結果、各形状制御手段を制御範囲内で変更した際に板幅方向のどの位置が最も伸びやすい傾向にあるかを明らかにし、該位置をクォータ伸びを評価するうえでの形状評価位置とするとともに、該位置での伸び率差が小さくなるように中間ロールのプロフィール（形状）を設計することによりクォータ伸びを最小限に抑制できるようになり、良好な形状をもつ圧延材が製造されることを見出した。

かかる知見に基づいて提供される本発明は、鋼帯を挟み込む一対のワークロールとバックアップロールとの間に複数の中間ロールを有し、バックアップロールのクラウン調整機構と各中間ロールを軸方向にシフト可能とするシフト機構とを含む形状制御手段を備えた多段圧延機における中間ロールの正弦曲線状の縮径部のプロフィール設計方法であって、板端から５０ｍｍ以内の領域を板端近傍領域として規定するとともに、板端から２０ｍｍの位置を板端近傍領域の代表位置と規定し、中間ロールのシフト量とバックアップロールのクラウン調整量とを制御範囲内で変更した際に、前記代表位置における伸び率と板幅中央における伸び率との差がゼロとなる場合について、前記代表位置よりも板幅中央側の各位置における伸び率と、前記板幅中央位置における伸び率との差を導出し、当該伸び率の差の変動範囲ｓ及び中央値ｔを算出し、当該中央値ｔの最大値が生じる位置をクォータ伸びの評価における形状評価位置Ａとして導出するとともに、前記形状評価位置Ａでの中央値ｔがゼロとなりつつ変動範囲ｓが最大となるように、縮径部端と縮径部中央とのロール径差で定義される縮径量φと、縮径部端間の距離で定義される縮径幅ｗと、ロール端から縮径部中央までの距離で定義される付与位置ｂとを規定することにより、中間ロールの正弦曲線状の縮径部のプロフィールを設計することを特徴とするものである。

本発明の中間ロールのプロフィール設計方法では、対象とする板幅等圧延条件について各形状制御手段を制御範囲内で変更した際に板幅方向のどの位置が最も伸びやすい傾向にあるかを明らかにし、該位置をクォータ伸びを評価するうえでの形状評価位置とするとともに、該位置での伸び率差が小さくなるように中間ロールのプロフィールを設計する。そのため、クォータ伸びを最小限に抑制でき、圧延開始からコイル全長にわたって良好な形状の圧延材が得られる。

中間ロールシフトの概略図である。バックアップロールの概略図である。中間ロールシフト位置Ｌｓを変更したときの伸び率差分布の変化を表したグラフである。バックアップロールのクラウン調整量Ｓ１を変更したときの伸び率差分布の変化を表したグラフである。板幅方向位置における伸び率差が変化する範囲ｓとその中央値ｔを表したグラフである。第１中間ロールの縮径部における縮径量φ、縮径幅ｗ、付与位置ｂの定義を示す図である。伸び率差が変化する範囲ｓおよび中央値ｔに及ぼす縮径量φの影響を表したグラフである。伸び率差が変化する範囲ｓおよび中央値ｔに及ぼす縮径幅ｗの影響を表したグラフである。伸び率差が変化する範囲ｓおよび中央値ｔに及ぼす付与位置ｂの影響を表したグラフである。実施例で圧延された鋼帯の伸び率差分布を示すグラフである。実施例で圧延された鋼帯の急峻度の推移を示すグラフである。

以下、形状制御手段としてバックアップロールのクラウン調整機構と第一中間ロールのシフト機構を有する２０段センジミア圧延機を対象に、本発明の中間ロールのプロフィール設計方法について説明する。

本実施形態において例示する圧延機１は、ワークロール１０とバックアップロール３０との間に第一中間ロール２０を配置した２０段センジミア圧延機である。圧延機１は、バックアップロール３０のクラウン調整機構と第一中間ロール２０のシフト機構を有する。

図１に示すように、第一中間ロール２０の片側には三段テーパ２２が付与されており、最も外側のテーパ開始点から板幅中央までの距離Ｌｓでシフト位置が定義される。また、テーパ開始点が板端よりも内側にある場合を負、外側にある場合を正としてシフト位置が定義される。

図２に示すように、バックアップロール３０は７個のサドル１２と６個のベアリング１４とから構成されており、軸方向中央の第４サドル１２に対する各サドル１２の相対的な圧下位置でバックアップロール３０のクラウン調整量を定義する。具体的には、第４サドル１２に対する第１，７サドル１２の相対的な圧下位置の平均をＳ１、第４サドル１２に対する第２，６サドル１２の相対的な圧下位置の平均をＳ２、第４サドル１２に対する第３，５サドル１２の相対的な圧下位置の平均をＳ３とする。

本圧延機１において、圧延形状を調査した結果、図３及び図４に示すように、中間ロールシフト位置、バックアップロール３０のクラウン調整量を変更すると、板端から５０ｍｍ以内の板端近傍領域では伸び率差が大きく変化することが判明した。そこで、板端から５０ｍｍ以内の領域を板端近傍領域として規定するとともに、板端から２０ｍｍの位置を板端近傍領域の代表位置と規定した。また、第一中間ロール２０のシフト量とバックアップロール３０のクラウン調整量を制御範囲内で変更した際に、代表位置における伸び率と板幅中央における伸び率の差がゼロとなる場合について、代表位置よりも板幅中央側の各位置における伸び率と、板幅中央位置における伸び率との差を導出し、この伸び率差の変動範囲ｓとその中央値ｔを算出した。

その結果、図５に示すように板端部と板幅中央部の間に中央値ｔの最大値が存在し、その最大値近傍が最も伸びやすいことが判明した。従って、クォータ伸びを効果的に抑制するためには、その最大値が生じる位置をクォータ伸びを評価するうえでの形状評価位置Ａとし、板幅中央での伸び率に対する形状評価位置Ａでの伸び率の差（伸び率差）の変動範囲ｓの中央値ｔがゼロ近傍となるように第一中間ロール２０のプロフィール（形状）を設計する必要がある。さらに、圧延中には潤滑条件や圧延素材条件の変動に伴い、圧延荷重が変動することにより形状も変化するので、中央値ｔがゼロ近傍となりつつ、伸び率差が変化する範囲ｓが最大近傍となるように第一中間ロール２０のプロフィールを設計することが必要である。

第一中間ロール２０のプロフィールの設計としては、三段テーパ２２とは反対側に正弦曲線状の縮径部２４を設け、形状及び位置を規定する。具体的には、縮径部２４の因子として、図６に示すように縮径部端と縮径部中央とのロール径差で定義される縮径量φ、縮径部端間の距離で定義される縮径幅ｗ、ロール端から縮径部中央までの距離で定義される付与位置ｂを規定する。中央値ｔがゼロ近傍となるなかで伸び率差が変化する範囲ｓが最大近傍となるような縮径量φ、縮径幅ｗ、付与位置ｂの組合せは任意でよいが、以下に規定方法の一例を示す。

図７に示すように、縮径量φがゼロのときには、伸び率差が変化する範囲ｓの中央値ｔは正となるが、縮径量φの増加とともに中央値ｔは負の方向に変化し、中央値ｔがゼロ近傍となる縮径量φの適正値φ０が存在する。

次に、中央値ｔがゼロ近傍となる縮径量の適正値φ０において縮径幅ｗの影響をみると、図８に示すように、板幅の１／２近傍では、伸び率差が変化する範囲ｓおよび中央値ｔに及ぼす縮径幅ｗの影響は小さく、縮径幅ｗは板幅の１／２近傍のｗ０にすればよい。

次に、中央値ｔがゼロ近傍となる縮径量φの適正値φ０で縮径幅ｗが板幅の１／２近傍のｗ０のときに付与位置ｂの影響をみると、図９に示すように、伸び率差が変化する範囲ｓが最大となる付与位置ｂの適正値ｂ０が存在する。

上記のように、縮径量φ、縮径幅ｗ、付与位置ｂがそれぞれφ０、ｗ０、ｂ０となるようにテーパと反対側に正弦曲線状の縮径部を設ければよい。

本実施形態においては、圧延機１として２０段センジミア圧延機を用いた場合を例に挙げ、中間ロールのプロフィール設計方法について説明したが、本発明はこれに限定される訳ではない。すなわち、圧延機１として１２段圧延機等の中間ロールのシフト機構を有する他の多段圧延機を用いた場合についても同様に本発明が適用されることは勿論である。

以下、バックアップロール３０のクラウン調整機構と第一中間ロール２０のシフト機構を有する２０段センジミア圧延機を用いて板幅９００ｍｍ、板厚０．４ｍｍの冷延鋼板を０．３５ｍｍに冷間圧延する際に本発明を適用した実施例について説明する。

板端から５０ｍｍ以内の板端近傍領域の代表位置として板端から２０ｍｍの位置をとり、第一中間ロール２０のシフト量とバックアップロール３０のクラウン調整量を制御範囲内で変更した際に、板幅中央における伸び率に対する代表位置における伸び率の差（伸び率差）がゼロとなる状態において、代表位置よりも板幅中央側の各位置における伸び率と板幅中央における伸び率との差（伸び率差）の変動範囲ｓとその中央値ｔを算出した。また、この状態において中央値ｔが最も大きくなる位置Ａを求めた。その結果、位置Ａは、板幅中央から２９０ｍｍの位置であった。

そこで、板幅中央から２９０ｍｍ位置をクォータ伸びを評価するうえでの形状評価位置Ａとし、板幅中央における伸び率に対する形状評価位置Ａでの伸び率の差の変動範囲ｓの中央値ｔがゼロ近傍となり、かつ変動範囲ｓが最大近傍となるように第一中間ロール２０のプロフィールを設計した。第一中間ロール２０のプロフィールの設計としては、図６に示すようにテーパと反対側に正弦曲線状の縮径部を設け、縮径部端と縮径部中央とのロール径差で定義される縮径量φを７０μｍ、縮径部端間の距離で定義される縮径幅ｗを５００ｍｍ、ロール端から縮径部中央までの距離で定義される付与位置ｂを５１０ｍｍとした。

第一中間ロール２０を圧延機１に組み込み、バックアップロール３０のクラウン調整量と第一中間ロール２０シフト位置の初期設定を行って圧延を開始するとともに、圧延開始後は形状検出器の出力値に基づいて形状制御しながら圧延した。また比較のため、縮径部を形成しない場合（従来法１）と、特公平７−９６１２３号の方法により第一中間ロール２０の縮径部の形状及び位置を規定した場合（従来法２）について、バックアップロール３０のクラウン調整量と第一中間ロール２０シフト位置の初期設定を行って圧延を開始するとともに、圧延開始後は形状検出器の出力値に基づいて形状制御しながら圧延した。

その結果、本発明の方法により縮径部を設計した第一中間ロール２０を用いた場合には、図１０に示すように鋼帯におけるクォータ伸びが最小限に抑制され、図１１に示すように圧延開始からコイル全長にわたって急峻度が０．８％以内に収められており、良好な形状に圧延されていた。

これに対し、縮径部を形成しない場合（従来法１）には、クォータ伸びが顕著となり、圧延開始からコイル全長にわたって急峻度が１．２％を超えていた。また、特公平７−９６１２３号の方法により第一中間ロールの縮径部の形状及び位置を規定した場合（従来法２）は、板幅等圧延条件が広範囲に変わってもクォータ伸びが抑制されるように縮径部の形状及び位置を規定しており、対象とする特定の圧延条件について縮径部の最適な形状及び位置を規定していない。そのため、従来法１よりは軽度ではあるもののクォータ伸びが生じており、圧延開始からコイル全長にわたって急峻度が約１．０％前後の形状であった。以上より、本発明のプロフィール設計方法によれば、鋼帯のクォータ伸びを抑制でき、圧延開始からコイル全長にわたって良好な形状の圧延材が得られるように中間ロールのプロフィール設計を行えることが判明した。

１圧延機
１０ワークロール
１２サドル
１４ベアリング
２０第一中間ロール
２２三段テーパ
２４縮径部
３０バックアップロール

Claims

鋼帯を挟み込む一対のワークロールとバックアップロールとの間に複数の中間ロールを有し、バックアップロールのクラウン調整機構と各中間ロールを軸方向にシフト可能とするシフト機構とを含む形状制御手段を備えた多段圧延機における中間ロールの正弦曲線状の縮径部のプロフィール設計方法であって、
板端から５０ｍｍ以内の領域を板端近傍領域として規定するとともに、板端から２０ｍｍの位置を板端近傍領域の代表位置と規定し、
中間ロールのシフト量とバックアップロールのクラウン調整量とを制御範囲内で変更した際に、前記代表位置における伸び率と板幅中央における伸び率との差がゼロとなる場合について、前記代表位置よりも板幅中央側の各位置における伸び率と、前記板幅中央位置における伸び率との差を導出し、当該伸び率の差の変動範囲ｓ及び中央値ｔを算出し、当該中央値ｔの最大値が生じる位置をクォータ伸びの評価における形状評価位置Ａとして導出するとともに、前記形状評価位置Ａでの中央値ｔがゼロとなりつつ変動範囲ｓが最大となるように、縮径部端と縮径部中央とのロール径差で定義される縮径量φと、縮径部端間の距離で定義される縮径幅ｗと、ロール端から縮径部中央までの距離で定義される付与位置ｂとを規定することにより、中間ロールの正弦曲線状の縮径部のプロフィールを設計することを特徴とする多段圧延機における中間ロールのプロフィール設計方法。