JP6421810B2 - 鋼帯のせん断方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯（鋼板とも称する）をサイドトリミングによりせん断する方法および装置に関し、特に鋼帯裏面の凸部を生ずることなくせん断する、鋼帯のせん断方法および装置に関するものである。

金属帯（熱延鋼帯、冷延鋼帯などの鋼帯、その他金属帯も含む）の連続処理ラインでは、圧延などによる幅端部の形状の乱れを除去したり、金属帯の幅を最終の製品寸法に切り揃えたりする目的で、金属帯の両側端部をサイドトリマー（以下、トリマーとも略記する）を用いて切り落とす作業が行われる。

その際に、トリミング加工後の金属帯のせん断面には、かえり（刃がえり、バリとも呼ばれる）が生じる。かえりは加工硬化しており、かつ鋭利なため、金属帯を取り扱う際に危険であるとともに、金属帯をコイル状に巻き取る際に、金属帯に疵を付ける可能性がある。

この対策として、これまで、例えば、特許文献１〜５に開示の技術がある。

図１は、特許文献１に開示の技術を説明する図である。図１（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ方向の断面図である。図中、１は金属帯、２はかえり、１１はサイドトリマー、１２はマッシャーロールをそれぞれ表す。

金属帯１の幅を製品幅に揃えるために、サイドトリマー１１を用いてトリミング加工（せん断加工）を行うが、その際に、トリミング加工後の金属帯１のせん断面には、かえり２が生じる。そこで、トリミング加工後の金属帯１のエッジ（幅端部）をマッシャーロール１２で押しつぶして、かえり２を精整する。

マッシャーロール表面にＴｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、ＣｒＮ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の１種又は２種以上からなるコーティングを施すことで、靭性とロール表面の鏡面度を保持するとともに、耐摩耗性と耐焼付き性に優れたマッシャーロールを提供している。

また、特許文献２に開示の技術は、サイドトリマーにより切り込みを入れたのちロールで強圧し切り離すことによりトリミングする方法である。この技術は、上側の狭圧ロールを金属帯の全幅にわたる１本のロールとし、下側の狭圧ロールを金属帯のそれぞれの端部を押圧する２本のロールとすることを特徴としている。

そして、サイドトリマー内にロールを設置する技術としては、特許文献３に開示の技術がある。この技術は、サイドトリマー内にロールを設置し、サイドトリミング中の鋼帯のばたつきを抑えることで、サイドトリミングの安定性向上を目的としたものである。したがって、パスラインをサイドトリマー下刃頂点と同等の位置に固定することを特徴としている。この他に特許文献４に開示の技術もあるものの、サイドトリミングの安定性向上を目的としており、特許文献３に開示の技術と同様に、パスラインを変化させないことを特徴としている。

さらに、特許文献５に開示の技術は、上下ナイフ間のマイナスオーバーラップ量ＬおよびギャップＣを被切断材の板厚t1 の如何によって変化させることを特徴とする薄鋼板のかえりなしサイドトリミングを達成している。

特開２０１３−８６０９６号公報 特開平１１−９０７２４号公報 特開２００４−１８１５９４号公報 特開２０１１−１６１５６９号公報 特開平０５−８１１３号公報

しかしながら、上記先行技術は、かえり、刃がえり、バリとも呼ばれる、金属帯のエッジ（幅端部）に生成されるかえり（図１参照）には効果はあるものの、該かえりとは異なる、後述する突起（鋼帯裏面の凸部とも称する）に対しては効果がないという問題点がある。

図２は、鋼帯裏面の凸部およびトリム圧痕疵を示す図である。本発明が対象とする突起、すなわち鋼帯裏面のエッジ近傍に生成する鋼帯裏面の凸部と、この鋼帯裏面の凸部により生じるトリム圧痕疵を示している。図２（ａ）はコイル状に巻かれた製品を、（ｂ）はコイルエッジ部断面の拡大を、（ｃ）は製品表面のトリムエッジ近傍に生じたトリム圧痕疵を、それぞれ表す。

トリム圧痕疵とは、図２に示すようにトリムエッジ近傍（トリムエッジからＸ（数ミリ）の内側）に発生する裏面凸部がコイル巻取り時に製品表面で線状の押し疵となる欠陥である。

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、トリム圧痕疵を生じさせることのないように、鋼帯裏面の凸部無しでサイドトリミングできる、鋼帯のせん断方法および装置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］ 鋼帯のサイドトリミングにおける鋼帯のせん断方法であって、
サイドトリム時のパスラインをサイドトリマー下刃の上面より低くすることを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［２］ 上記［１］に記載の鋼帯のせん断方法において、
サイドトリマー入側のロール高さを下げて、前記パスラインをサイドトリマー下刃の上面より低くすることを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［３］ 上記［２］に記載の鋼帯のせん断方法において、
前記パスラインの下げ量を１０ｍｍ以上とすることを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［４］ 上記［１］に記載の鋼帯のせん断方法において、
サイドトリマー内に設置された押さえロールを押し下げて、前記パスラインをサイドトリマー下刃の上面より低くすることを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［５］ 上記［４］に記載の鋼帯のせん断方法において、
前記パスラインの下げ量を１０ｍｍ以上とすることを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［６］ 上記［１］〜［５］のいずれかに記載の鋼帯のせん断方法において、
サイドトリマーの回転負荷を低減することを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［７］ 上記［６］に記載の鋼帯のせん断方法において、
サイドトリマー刃の回転の駆動側と非駆動側での回転負荷の差を５％以下に低減することを特徴とする鋼帯のせん断方法。

［８］ 上記［１］〜［７］のいずれかに記載の鋼帯のせん断方法を用いて、
トリム圧痕疵の発生を抑制した熱延鋼板を製造することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。

［９］ 上記［１］〜［７］のいずれかに記載の鋼帯のせん断方法を適用するための鋼帯のせん断装置であって、
サイドトリマー入側に設置されたホールドダウンロール、
サイドトリマー内に設置された押さえロール、
サイドトリマー刃の回転の駆動側と非駆動側での回転負荷の差を低減する装置、のいずれかまたはこれら２以上の組合せを具備することを特徴とする鋼帯のせん断装置。

本発明によれば、パスラインの変更または回転負荷の軽減を行うようにしたので、鋼帯裏面の凸部無し、または凸部低減してサイドトリミングでき、トリム圧痕疵の発生を防ぐことができるようになった。

特許文献１に開示の技術を説明する図である。 鋼帯裏面の凸部およびトリム圧痕疵を示す図である。 トリム圧痕疵の原因である鋼帯裏面の凸部の発生を説明する図である。 裏面凸部の定量評価指標としての凸高さを示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 トリマー前パスライン高さと凸高さの関係例を示す図である。 サイドトリマーの構成例を示す図である。 本発明の他の一実施形態を示す図である。 シミュレーション結果の一例を示す図である。 サイドトリマー内パスライン高さと凸高さの関係例を示す図である。

本発明は、前記課題を解決するための方法を模索していたところ、パスラインの変更または回転負荷の低減により裏面凸部の低減効果があるという新知見が得られ本発明に想到したものである。

図３は、トリム圧痕疵の原因である鋼帯裏面の凸部の発生を説明する図である。図３（ａ）は、通板素材である鋼帯をサイドトリマーの上刃と下刃でせん断している様子を示す斜視図を、図３（ｂ）および（ｃ）は、せん断が終わる直前およびせん断が終わった直後の断面図をそれぞれ表す。

サイドトリマーではせん断初めに上刃が鋼板に接触し、その後下刃に鋼板が押さえつけられながらせん断が行われる。この時に、鋼板裏面の下刃との接触部分が塑性変形することで凸部（図３（ｂ）で破線円形で裏面凸部と表示）が発生する。

図４は、裏面凸部の定量評価指標としての凸高さを示す図である。前記図２（ｂ）との同様のコイルエッジ部断面を示している。図４に示したように、鋼板の裏面と表面のエッジ部それぞれの傾き線の鋼板エッジでの距離を凸高さと定義し、裏面凸部の定量評価指標とする。

せん断を模擬したＦＥＭを用いたシミュレーションより、板厚が厚くなるほど、凸高さが大きくなるという結果が得られており、実際の現象としても厚物材（例えば、板厚ｔ＞４．０ｍｍ）になるほど圧痕疵の発生率が高くなっている。そして、実機調査からは、凸高さ０．５ｍｍ以下がトリム圧痕疵の品質上問題とならないレベルであり、加えて、凸高さ０．４ｍｍがより好ましいレベルであることを確認した。

図５は、本発明の一実施形態を示す図である。トリマー付近の側面図であり、図中、３はテーブルロール、４は鋼帯、５はホールドダウンロール、７押さえロール、１１はサイドトリマーをそれぞれ表す。

鋼帯４のパスラインを、通常のパスラインより下げている様子を示している。これには、サイドトリマー１１の前（入側）で、テーブルロール３からの破線で示す水平位置からホールドダウンロール５により下げる、および／または、サイドトリマー１１の内で押さえロール７で鋼帯４を押えることにより行う。

パスラインをトリマー下刃の上面より低くすることにより、サイドトリマー１１でのせん断時に下刃と鋼帯４の接触面積が大きくなり、裏面凸部が低減する。

図６は、トリマー前パスライン高さと凸高さの関係例を示す図である。オペ（OPまたは非駆動）側とドライブ（DRまたは駆動）側とも、トリマー前パスライン高さを下げて、パスラインを下刃の上面より下げるようにしたから、下刃との接触面が広くなり前述の凸高さが低減できている。トリマー前パスライン下げ量は１０ｍｍ以上が好ましい。

なお、本発明はこれに限るものでなく、トリマー前のロールを下げるか、ホールドダウンロール５の上ロールを押さえつけることでもよい。

また、トリマー前パスライン下げをトリマーへのパスライン入り角度で規定すると、パスラインが上側から進入する場合を正とした場合、0°〜−1°の範囲が好ましい。

図７は、サイドトリマーの構成例を示す図である。図７（ａ）は、サイドトリマー正面図であり、図７（ｂ）は、サイドトリマーによるせん断の様子をそれぞれ示す図である。図中、４は鋼帯、６ａは上ゴムリング、６ｂは下ゴムリング、７は押さえロール、１１ａはサイドトリマー上刃、１１ｂはサイドトリマー下刃をそれぞれ表す。

鋼板のせん断は、サイドトリマー上刃１１ａおよびサイドトリマー下刃１１ｂで実施される。図７に示すように、サイドトリマーにはサイドトリマー刃付近での板拘束・パスライン調整は、サイドトリマー刃に沿う形で設置する上ゴムリング６ａ、下ゴムリング６ｂで行うことができる。サイドトリマー上下刃は定期的な交換の容易さ、せん断荷重による変形でトリミング不良が発生することを防ぐため、１５ｍｍ以上の厚みがあることが望ましい。上下ゴムリングは、サイドトリマー刃内縁と板が接触することによる疵を防止する上でも重要であるが、トリム断面でのパスラインを可能な限り低下させることも重要である。そのため、下ゴムリング６ｂの径はサイドトリマー下刃１１ｂの径＋２ｍｍ以下にすることが望ましい。

押さえロール７は図７（ｂ）に示すように、DR・OP側サイドトリマー刃に挟まれる形でDR・OP側それぞれに配置することで、トリム刃近傍でパスラインを低下させることができる。また、トリマー入出方向に複数のロールを設けることで、トリマー内でのパスライン低下の効果を大きくすることができる。単一の押さえロールの寸法は、トリマー内に複数設置できることを考慮し、直径Ｄは２００ｍｍ以下、幅Ｗは１００ｍｍ以下とすることが望ましい。

また、押さえロール７に水平方向（DR・OP方向）の位置調整機能と垂直方向の位置調整機能があることで、パスライン低下量を調整することができる。水平方向の位置調整機能としては、押さえロール端面とサイドトリマーゴムリング端面の距離Ｌが０〜１００ｍｍであれば十分である。垂直方向の位置（Ｘ）調整機能としては、押さえロール下端がパスライン−４０ｍｍの範囲で調整できれば十分である。

さらに、ＦＥＭを用いたシミュレーションより、サイドトリマーの回転負荷低減が凸高さの抑制に有効だという新しい知見が得られた。

図８は、本発明の他の一実施形態を示す図である。サイドトリマー本体を模式的に示す図であり、図中、１１ａはサイドトリマー上刃、１１ｂはサイドトリマー下刃、８は同調ギア、９は同調軸をそれぞれ表す。

点線で示す同調軸９と同調ギア８で構成される同調機構に注目した。この同調機構は、OP側とDR側のサイドトリマーの回転を同調して両サイドをトリミングするものである。

しかしながら、この同調機構が存在することで、OP側とDR側で回転が干渉して回転負荷（駆動側と非駆動側での回転負荷の差）が増大することに着目し、同調機構の撤去を行い効果の評価を行った。

同調機構を撤去したことによって、トリマー刃の回転の駆動側と非駆動側での回転負荷の差がなくなることにより、サイドトリマー下刃１１ｂと鋼帯（図示せず）との接触面圧が低下し、凸高さが低くなり、それにより鋼帯の裏面凸部が低減するという良好な結果が得られた。

なお、ここでは同調機構撤去の場合について説明したが、本発明はこれに限るものでなく、軸受けの変更など他の方法および装置による回転負荷の差低減方法および装置を用いるようにしても良い。また、サイドトリマー刃の回転の駆動側と非駆動側での回転負荷の差については、後述する実施例１に示すように、５％以下とする必要がある。

［実施例１］
本発明の効果を確かめるべく、ＦＥＭを用いたシミュレーションにて回転負荷の影響を検討した。

刃の受けるせん断力と刃の所要回転力には正の相関関係があり、余分な回転負荷が掛かると仮定するとせん断力は通常よりも大きくなり、板の裏面に高い面圧を受けることで局所的に塑性変形し凸が発生する。そこで、回転負荷低減による面圧低減が有効だと結論付け、ＦＥＭを用いたシミュレーションでの検証を行ないました。

刃半径２００ｍｍ、鋼板厚み６ｍｍを対象に、シミュレーションを行った。図９は、シミュレーション結果の一例を示す図である。図９（ａ）および（ｂ）は、回転負荷０％および１０％でのせん断後のライン方向の面イメージをそれぞれ示している。なお、回転負荷１０％とは、トリマー刃の回転の駆動側と非駆動側での回転負荷の差が１０％であり、回転負荷０％とは、駆動側と非駆動側での回転負荷の差がないことをいう。

裏面のせん断端部から同じ２．６ｍｍのところに凸部が発生しているものの、図４で定義した凸部高さで比べてみると、（ａ）では０．３０ｍｍ、（ｂ）では０．５０ｍｍと差がでており、余分な回転負荷無しのほうが裏面凸部高さが小さくなるという結果が得られた。

さらに、図９（ｃ）に、図９（ａ）と（ｂ）の結果を、回転負荷vs凸部高さでプロットしたものである。これから、凸部高さ０．４ｍｍ以下に抑えようとすれば、回転負荷は５％以下に低減する必要があることが分る。

［実施例２］
本発明の効果を確かめるべく、実際の製造工程にて本発明を適用した。先ず、ＳＰＨＣ規格の板厚６．０ｍｍの鋼帯を対象に、図５に示す装置構成にてパスライン変更前後による比較を行った。その結果を表１に示す。

裏面凸部の定量評価指標である、OP側とDR側でのそれぞれの平均凸高さを、従来（通常のパスライン：比較例）とパスライン変更（ホールドダウンロールを通常のパスラインより５ｍｍ低く変更：発明例１）で比べている。従来では、０．８ｍｍ程あった平均凸高さが、パスライン変更によって０．３ｍｍ程低くなった。

さらに、これに加えて、同調機構の撤去前後を比べた結果が、表２である。

同調機構の撤去前（発明例１）の平均凸高さが、OP側とDR側でそれぞれ０．４７、０．５３ｍｍであったものが、撤去後（発明例２）では、それぞれ０．２６、０．２７ｍｍと、OP側で４５％、DR側で５１％まで凸高さを低減することができた。なお、撤去後（発明例２）では、回転負荷（駆動側と非駆動側での回転負荷の差）は５％以下であった。

以上、パスラインの変更と回転負荷軽減を行うようにしたので、鋼帯裏面の凸部無しでサイドトリミングでき、トリム圧痕疵の発生を防ぐことができるようになった。

さらに、以上に加えて、トリマー内パスライン変更（低下）を比べた結果が、表３である。

前記発明例２の平均凸高さが、OP側とDR側でそれぞれ０．２６、０．２７ｍｍであったものが、発明例３では、それぞれ０．２４、０ ．２５ｍｍとそれぞれ０．０２ｍｍずつ凸高さを低減することができた。

図１０は、サイドトリマー内パスライン高さと凸高さの関係例を示す図である。これまでの実施例が板厚６．０ｍｍのものに対して行っているが、ここでは板厚４．５ｍｍの鋼板に行った結果である。

下刃頂点を基準高さとして、押さえロール最下点を０〜−２０ｍｍで変化させ、そのときの凸高さで評価した。図１０から、凸部高さを０．４ｍｍ以下とするには、トリマー内でのパスライン高さを−１０〜−２０ｍｍとするのが望ましいことが分る。すなわち、押さえロールによるトリマー内パスライン下げ量は１０ｍｍ以上が必要である。

１ 金属帯
２ かえり
３ テーブルロール
４ 鋼帯
５ ホールドダウンロール
６ａ 上ゴムリング
６ｂ 下ゴムリング
７ 押さえロール
８ 同調ギア
９ 同調軸
１１ サイドトリマー
１１ａ サイドトリマー上刃
１１ｂ サイドトリマー下刃
１２ マッシャーロール

Claims (4)

1. サイドトリマーを用いた鋼帯のサイドトリミングにおける鋼帯のせん断方法であって、
   サイドトリマー入側で、サイドトリマー前のロール高さを下げて、サイドトリム時のパスラインをサイドトリマー下刃の上面より低く、かつ、前記パスラインの下げ量を１０ｍｍ以上とし、
   さらに、前記サイドトリマーにおいて、鋼帯の幅方向の一方の端部をせん断するサイドトリマー刃を駆動側のサイドトリマー刃、鋼帯の幅方向の他方の端部をせん断するサイドトリマー刃を非駆動側のサイドトリマー刃としたとき、前記駆動側のサイドトリマー刃と前記非駆動側のサイドトリマー刃の回転負荷の差を５％以下に低減することを特徴とする鋼帯のせん断方法。
2. サイドトリマーを用いた鋼帯のサイドトリミングにおける鋼帯のせん断方法であって、
   サイドトリマー内に設置された水平方向の位置調整機能と垂直方向の位置調整機能を有する押さえロールを押し下げて、サイドトリム時のパスラインをサイドトリマー下刃の上面より低く、かつ、前記パスラインの下げ量を１０ｍｍ以上とし、
   さらに、前記サイドトリマーにおいて、鋼帯の幅方向の一方の端部をせん断するサイドトリマー刃を駆動側のサイドトリマー刃、鋼帯の幅方向の他方の端部をせん断するサイドトリマー刃を非駆動側のサイドトリマー刃としたとき、前記駆動側のサイドトリマー刃と前記非駆動側のサイドトリマー刃の回転負荷の差を５％以下に低減することを特徴とする鋼帯のせん断方法。
3. 請求項１または２に記載の鋼帯のせん断方法を用いて、
   トリム圧痕疵の発生を抑制した熱延鋼板を製造することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の鋼帯のせん断方法に用いる鋼帯のせん断装置であって、
   サイドトリマー入側で、サイドトリマー前に設置されたホールドダウンロール、および／または、サイドトリマー内に設置された水平方向の位置調整機能と垂直方向の位置調整機能を有する押さえロールと、
   駆動側のサイドトリマー刃と非駆動側のサイドトリマー刃の回転負荷の差を低減する装置を具備することを特徴とする鋼帯のせん断装置。