JPH09323102A - 圧延中にワ−クロ−ルシフトを行う板材の冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延中にワ−クロ−ルシフトを行なう際に発
生する板材の板厚変動を防止する。 【解決手段】 連続式冷間圧延機の第１スタンドに上下
に相対して配置されたワ−クロ−ルを、圧延中にそれぞ
れの軸方向にシフトするにあたり、ワ−クロ−ルシフト
の開始から終了までの第１スタンド入側の張力目標値
を、ワ−クロ−ルシフトを行わない場合の張力目標値よ
りも減少させる圧延中にワ−クロ−ルシフトを行う板材
の冷間圧延方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワ−クロ−ルを
圧延中に軸方向にシフトする冷間圧延方法、特にワ−ク
ロ−ルシフト中に板厚の変動が発生しない冷間圧延方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】板材を連続圧延機で圧延するときに、板
端部に発生するエッジドロップを軽減させるために、ワ
−クロ−ルを軸方向にシフトさせて圧延することは従来
から行われている。このワ−クロ−ルシフトは、単にエ
ッジドロップを軽減させるだけの目的で行われるのでは
なくて、板端部のコ−ナ−部分がワ−クロ−ルに接触す
ることによって形成されるワ−クロ−ルのエッジマ−ク
の発生防止や、板幅方向の形状制御の目的でも行われて
いる。

【０００３】特に、エッジドロップを軽減させる目的で
ワ−クロ−ルシフトが適用される場合には、例えば特公
昭６０−５１９２１号公報に開示されているように、ワ
−クロ−ルの片方の端部の形状をテ−パ−状に加工する
などの方法が採用されている。

【０００４】ワ−クロ−ルシフトによる圧延を冷間圧延
に適用する場合には、冷間圧延が一般に複数の原板コイ
ル（冷間圧延前のコイル）を次々に溶接接続して圧延す
る完全連続圧延であるため、圧延する原板コイルの主と
して板幅に応じて、圧延中にワ−クロ−ルシフトを行う
必要がある。

【０００５】しかしながら、圧延中にワ−クロ−ルシフ
トを行うと、特開平７−１００５０２号公報に開示され
ているような問題が発生することになる。すなわち、ワ
−クロ−ルシフトを行っている最中には、板材はワ−ク
ロ−ルの表面に軸方向と直交する方向に形成されている
研削目（ロ−ル研削中に研削砥石の送りに付随してロ−
ル表面に発生する周方向の筋目）に対して斜行する状態
となるため、摩擦係数が増大して、ワ−クロ−ルシフト
中に圧延された原板コイルの部分の板厚が増大するとい
うものである。

【０００６】このような挙動を防止するために、上記特
開平７−１００５０２号公報においては、圧延速度とワ
−クロ−ル表面粗度の少なくとも一方を制御因子として
決定したシフト速度で、ワ−クロ−ルをシフトさせなが
ら圧延する方法が開示されている。

【０００７】このような板厚増大の原因となる摩擦係数
の増大に関しては、上下ロ−ルをクロスさせる圧延方法
においても、類似の報告がなされている（1992年10月、
第43回塑性加工連合講演会、講演論文集II、「薄板の冷
間クロス圧延の負荷特性」）。

【０００８】このようなクロスロ−ル圧延における現象
も、圧延材がワ−クロ−ル表面の研削目に対して斜行す
る点では、圧延中にワ−クロ−ルシフトする場合と同一
のものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には、次のような問題点があった。

【００１０】すなわち、本発明者等は、圧延中にワ−ク
ロ−ルをシフトさせるに際して、ワ−クロ−ルシフトを
行うスタンドにＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用して板厚制御
を行ったときに、ワ−クロ−ルシフトを行うスタンド出
側の板厚およびそれより下流側の板厚がどのように変化
するかを調べた。

【００１１】図３は、第１スタンドにおける自動板厚制
御手段として、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ（ＢＩＳＲＡ式板厚
制御装置）を適用した５スタンド連続式冷間圧延機を使
用し、第１スタンドにおける圧延速度が４５ｍ／分で板
材を冷間圧延中に、表面粗さがＲａで１μｍの第１スタ
ンドのワ−クロ−ルを、シフト速度２ｍｍ／分で軸方向
にシフトした場合の経時的な圧延機や圧延材の挙動を示
すグラフであり、（ａ）はワ−クロ−ルシフトを行う第
１スタンドの上下ワ−クロ−ルの胴部中心とパスライン
中心間の距離の変化（以下ワ−クロ−ルシフト位置とい
う）を、（ｂ）は第１スタンドにおける圧延荷重の変動
を、（ｃ）は第１スタンド出側における板厚の変化を、
（ｄ）は第２スタンド出側における板厚の変化を、
（ｅ）は最終スタンドである第５スタンド出側における
板厚の変化を、それぞれ示すグラフである。

【００１２】図３（ｂ）から分かるように、圧延中にワ
−クロ−ルシフトを行う第１スタンドにおいては、ワ−
クロ−ルシフト中にのみ圧延荷重が増大している。

【００１３】ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、このような圧延荷
重の増加に起因する板厚増加を防止することが可能であ
り、図３（ｃ）に示すように、第１スタンド出側板厚は
ほぼ一定板厚に制御されている。

【００１４】しかしながら、ワ−クロ−ルシフトを行う
第１スタンドにおいて板厚が一定に保持されていても、
次の第２スタンド出側板厚は、第１スタンドにおいてワ
−クロ−ルシフトを行っている間は、図３（ｄ）に示す
ように減少し、その影響によって最終スタンドである第
５スタンドの出側における仕上板厚も、図３（ｅ）に示
すように、目標板厚よりも数μm〜数十μmほど小さくな
っている。

【００１５】前記特開平７ー１００５０２号公報に開示
された技術は、ワ−クロ−ルシフトを行っているスタン
ドの出側板厚を一定に保持するためのものであり、上述
のように仕上板厚を一定に保持することはできないとい
う問題点がある。

【００１６】なお、前記特公昭６０ー５１９２１号公報
には、圧延中にワ−クロ−ルシフトを行うときの板厚変
動対策は開示されていない。

【００１７】本発明は、従来技術の上述のような問題点
を解決するためになされたものであり、圧延中にワーク
ロールシフトを行う際の仕上板厚の変動を防止すること
を目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧延中にワ
−クロ−ルシフトを行う板材の冷間圧延方法は、連続式
冷間圧延機の第１スタンドに上下に相対して配置された
ワ−クロ−ルを、圧延中にそれぞれの軸方向にシフトす
るにあたり、ワ−クロ−ルシフトの開始から終了までの
第１スタンド入側の張力目標値を、ワ−クロ−ルシフト
を行わない場合の張力目標値よりも減少させるものであ
る。

【００１９】また、前記第１スタンド入側の張力目標値
を、圧延速度、シフト速度およびワ−クロ−ルの表面粗
さのうちの少なくとも一つを因子として決定される先進
率の減少分に応じて、ワ−クロ−ルシフトを行わない場
合の張力目標値から減少させるものである。

【００２０】本発明者は、圧延中にワークロールシフト
を行う際に、板厚変動が生じる原因を詳細に分析した結
果、以下のようなメカニズムが本質的な原因であるとの
知見を得た。すなわち、圧延中にワークロールシフトを
行う場合に、圧延材料はロール表面の研削目に対して斜
行することになり、ロールバイトにおける潤滑状態に変
化が生じ、摩擦係数の平均値だけでなく、その分布が変
化することにより、中立点がロールバイト出側方向に移
動し、これによって当該スタンド前方のスタンド間張力
が増大することが、板厚変動を生じさせる原因であると
の結論に達した。

【００２１】一般的に、冷間圧延におけるロールバイト
内での潤滑状態は、バイト入口において導入される潤滑
油膜が材料の圧延方向の伸びに伴って薄くなっていくと
共に、ロールと圧延材料の接触部が拡大されていく。し
たがって、ロールバイト入口においては、流体潤滑が支
配的であったものが、ロールバイト出口に向かって、境
界潤滑領域が拡大するものと考えられ、圧延材料が圧延
ロールの研削目に対して斜行することの影響が、ロール
バイト出口に近づく、すなわち先進域でより大きな影響
を受けるものと考えられる。

【００２２】図４は、図３で説明したときと同じ条件お
よびタイミングでワ−クロ−ルシフトを行ったときの、
（ａ）はワ−クロ−ルシフトを行う第１スタンドの先進
率の経時的変化を、（ｂ）は第１〜２スタンド間張力
（前方スタンド間張力）の経時的変化を、（ｃ）は第１
スタンド入側張力（後方張力）の経時的変化を示すグラ
フである。図３で説明したように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ
によってシフトスタンド出側の板厚が一定に保持されて
いるにもかかわらず、図４（ａ）に示すように、シフト
中に先進率が低下していることが確認される。また、図
４（ｃ）に示すように、後方張力はほぼ一定に制御され
ているにもかかわらず、図４（ｂ）に示すように、前方
スタンド間張力が１０％程度増大していることが分か
る。

【００２３】前方スタンド間張力の増大は、前方スタン
ドの出側板厚に大きく影響を与えることは、良く知られ
ている事実であり、これによって前方スタンド出側板厚
が減少していることが、ワークロールシフトを行う場合
の板厚変動のメカニズムであるとの結論に達した。

【００２４】すなわち、圧延中にワークロールシフトを
行う際に生じる板厚変動は、ワ−クロ−ルシフト時の潤
滑状態の変化に起因した先進率の変動にあるというもの
である。仕上板厚の変動は、本質的には潤滑状態の変化
に起因した中立点のロールバイト出側方向への移動、す
なわち先進率の変動と、これによる前方スタンド間の張
力増加であり、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣなどの手段によっ
て、シフトスタンドにおける出側板厚を一定に保持した
としても生じるものである。

【００２５】このような中立点の前方への移動は、ワー
クロールシフト中には、圧延材料がロール表面の研削目
に対して斜行し、これにより潤滑状態が変化することに
起因しており、圧延速度、シフト速度、ロール表面粗さ
および圧延油の粘度が、主要な影響因子となっている。

【００２６】このような中立点の移動、すなわち先進率
の変動は、圧延速度が遅く、シフト速度が速く、ロール
表面粗さが粗く、圧延油の潤滑性が悪いほど大きくな
る。

【００２７】図５のグラフは、表面粗さがＲａで１μｍ
の第１スタンドのワ−クロ−ルを圧延中にシフトさせた
ときの、第１スタンドの圧延速度（ｍｐｍ）と先進率の
変化量（％）との関係を、シフト速度をパラメタ−とし
て示したものである。図から、先進率の変化量は、圧延
速度が遅くなるとともに大きくなるが、さらにはシフト
速度が速くなっても大きくなることが分かる。

【００２８】また、図６のグラフは、第１スタンドのワ
−クロ−ルを、圧延中にシフト速度２ｍｍ／ｓｅｃでシ
フトさせたときの、第１スタンドの圧延速度（ｍｐｍ）
と先進率の変化量（％）との関係を、ワ−クロ−ルの表
面粗さをパラメタ−として示したものである。図から、
先進率の変化量は、ワ−クロ−ルの表面粗さが粗くなれ
ばなるほど大きくなることが分かる。

【００２９】そして、この中立点の移動量は、前方スタ
ンド間張力の変動量および板厚変動量と大きな相関関係
にある。

【００３０】したがって、圧延中のワ−クロ−ルシフト
による先進率の変動を、圧延速度、シフト速度およびワ
−クロ−ルの表面粗さとの関係で把握しておくことによ
り、操業条件に応じたワ−クロ−ルシフト中の後方張力
の修正量を、容易に算出することが可能となる。また、
学習制御等を併用することにより、前方スタンド間の張
力変動が実用上問題のないレベルに達するように、後方
張力修正の設定量の精度を向上させることができる。

【００３１】一方、ワ−クロ−ルシフト中の板厚変動
は、シフト中の潤滑状態の変化によって中立点の位置が
変化し、張力変動が発生することが主要因であるが、摩
擦係数の平均値が変化することも影響している。

【００３２】摩擦係数の変化（主には増大）に関して
は、シフトスタンドにおける圧延荷重の増大を招くこと
が知られており、荷重増加によってシフトスタンドのロ
ールギャップが開くことによって、出側板厚が増大する
という現象が生じるため、これも外乱となって、最終的
な仕上板厚の変動に影響する。このような圧延荷重の変
動に対応した板厚変動を制御する目的に対しては、通常
のタンデム圧延において用いられる種々の自動板厚制御
系を用いることによって、板厚変動をある程度以下のレ
ベルにすることは可能である。例えば、ワ−クロ−ルを
シフトさせるスタンドが第１スタンドであれば、ＢＩＳ
ＲＡ−ＡＧＣなどの手段によって、第１スタンド出側板
厚を一定に保持することが可能であり、圧延荷重の変動
による板厚変動を小さく抑えることが可能である。

【００３３】さらに、特開平７−１００５０２号公報に
記載されているように、シフト中の板厚変動は、圧延速
度が大きいほど大きいことから、最も低速にて圧延を行
う第１スタンドに適用することが最も効果的である。

【００３４】ちなみに、タンデム圧延において板厚を制
御する目的から、張力を変更する技術は一般的なもので
あるが、本来板幅方向のプロフィルを制御する目的のた
めに適用されるものであり、ワークロールシフトの動作
に対応して、それが外乱となって生じる板厚変動を防止
するために後方張力を変更する方法はこれまでにみられ
ない方法であるといえる。

【００３５】これによって、従来技術のようにシフト速
度に制約を加えることなく、目標とするシフト位置にワ
−クロ−ル位置を変更することが可能となり、板厚の変
動域を減少させることが可能となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である、圧延
中にワ−クロ−ルシフトを行う板材の冷間圧延方法を図
１により説明する。図１は、この圧延中にワ−クロ−ル
シフトを行う板材の冷間圧延方法を、説明するための制
御系統図である。圧延中の板材１に作用する第１スタン
ド２の入側張力は、第１スタンド入側に設けた張力計３
により検出され、その張力信号が張力制御装置４に入力
される。

【００３７】そして、第１スタンド２のワ−クロ−ルが
圧延中にシフトされるときには、ワ−クロ−ルシフト開
始の信号が、ワ−クロ−ルシフト制御装置５から張力制
御装置４に送られる。張力制御装置４においては、ワ−
クロ−ルシフト開始の信号を受けると同時に、テンショ
ンロ−ル６の駆動モ−タ−７に指令を発して、第１スタ
ンド２の入側張力が今までよりも低減されるように、駆
動モ−タ−７の回転速度を上げさせる。

【００３８】このように、第１スタンド２の入側張力が
低減されている状態は、前記ワ−クロ−ルシフト制御装
置５からワ−クロ−ルシフト終了の信号が、張力制御装
置４に入力されるまで継続される。そして、ワ−クロ−
ルシフト終了と同時に、張力制御装置４からテンション
ロ−ル６の駆動モ−タ−７に指令が発せられ、駆動モ−
タ−７の回転速度が下げられ、第１スタンド２の入側張
力は、ワ−クロ−ルシフトを行う前の状態に戻される。
なお、図１中符号８は第２スタンドである。

【００３９】図２は、前述した図３および図４と同じ条
件およびタイミングで圧延中にワ−クロ−ルシフトする
ときに、図４（ａ）のグラフに示したように、ワ−クロ
−ルシフト中は先進率が２．６％減少していることを踏
まえて、第１スタンド入側の張力目標値を５０％低下さ
せた場合の（ａ）はワ−クロ−ルシフト位置の、（ｂ）
は第１スタンド入側張力の、（ｃ）は第１スタンド出側
板厚の、（ｄ）は第２スタンド出側板厚の、（ｅ）は第
５スタンド出側板厚（仕上板厚）の、（ｆ）は第１スタ
ンドの先進率のそれぞれ経時変化を示すグラフである。

【００４０】ワ−クロ−ルシフト中に、第１スタンドに
おける先進率は、図２（ｆ）に示すように、多少減少し
てはいるが、従来技術に比べて減少幅が小さくなってお
り、最終スタンドである第５スタンド出側板厚、すなわ
ち仕上板厚の変動も、図２（ｅ）に示すように、大幅に
減少している。

【００４１】本実施の形態においては、第１スタンド入
側の張力の目標値を、図５および図６のグラフに示した
ような実験結果に基づいて、変更したものであるが、ワ
ークロールシフト中の摩擦係数μが、１式に示すように
圧延中にワークロールシフトを行わないときの摩擦係数
μ₀ に比例して変化するものと仮定し、この摩擦係数分
布の変化から先進率の減少量を予測して、設定計算に取
込むことも可能である。

【００４２】

【数１】

【００４３】ただし、Ｖ_sift：シフト速度 Ｖ_R ：ワ−クロ−ル速度 ｘ 、：ロールバイト入口を起点としたロールバイト内
部の長手方向距離 α ：潤滑油粘度とワ−クロール表面粗とさから決定
される定数 このような摩擦係数変動の予測式を用いることによっ
て、ワークロールシフト中の先進率変化を予測すること
が可能となる。

【００４４】さらに、この先進率変化に対応した後方張
力の変更量は、例えば、「板圧延の理論と実際」p.33
（日本鉄鋼協会、昭和５９年発行）に示されているよう
な近似式を用いて設定することができる。

【００４５】

【発明の効果】ワークロールを軸方向シフトさせること
のできる冷間圧延機により板材を冷間圧延している最中
に、ワ−クロ−ルシフトさせるとき、シフトスタンドに
おける入側張力目標値をワークロールが移動する間、圧
延中にワ−クロ−ルシフトさせないときよりも低下させ
るので、板厚変動が防止でき、安定して冷間タンデム圧
延を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の圧延中にワ−クロ−ルシ
フトを行う板材の圧延方法を説明するための制御系統図
である。

【図２】本発明の実施の形態の圧延中にワ−クロ−ルシ
フトを行う板材の圧延方法を実施したときの、圧延機や
圧延材に関しての経時的変化を示すグラフであり、
（ａ）はワ−クロ−ルシフト位置の、（ｂ）は第１スタ
ンド入側張力の、（ｃ）は第１スタンド出側板厚の、
（ｄ）は第２スタンド出側板厚の、（ｅ）は第５スタン
ド出側板厚（仕上板厚）の、（ｆ）は第１スタンドの先
進率のそれぞれ変化を示すグラフである。

【図３】従来の圧延中にワ−クロ−ルシフトを行う板材
の圧延方法を実施したときの、圧延機や圧延材に関して
の経時的変化を示すグラフであり、（ａ）はワ−クロ−
ルシフト位置を、（ｂ）は第１スタンドにおける圧延荷
重の変動を、（ｃ）は第１スタンド出側における板厚の
変化を、（ｄ）は第２スタンド出側における板厚の変化
を、（ｅ）は第５スタンド出側における板厚の変化を、
それぞれ示すグラフである。

【図４】従来の圧延中にワ−クロ−ルシフトを行う板材
の圧延方法を実施したときの、圧延材に関しての経時的
変化を示すグラフであり、（ａ）はワ−クロ−ルシフト
を行う第１スタンドの先進率の変化を、（ｂ）は第１−
２スタンド間張力の変化を、（ｃ）は第１スタンド入側
張力の変化を示すグラフである。

【図５】圧延速度と先進率の変化量との関係を、シフト
速度をパラメタ−として示したグラフである。

【図６】圧延速度と先進率の変化量との関係を、ワ−ク
ロ−ル表面粗さをパラメタ−として示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 板材 ２ 第１スタンド ３ 張力計 ４ 張力制御装置 ５ ワ−クロ−ルシフト制御装置 ６ テンションロ−ル ７ 駆動モ−タ− ８ 第２スタンド

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２１Ｂ 37/48 Ｂ２１Ｂ 37/00 １２８Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続式冷間圧延機の第１スタンドに上下
   に相対して配置されたワ−クロ−ルを、圧延中にそれぞ
   れの軸方向にシフトするにあたり、ワ−クロ−ルシフト
   の開始から終了までの第１スタンド入側の張力目標値
   を、ワ−クロ−ルシフトを行わない場合の張力目標値よ
   りも減少させることを特徴とする圧延中にワ−クロ−ル
   シフトを行う板材の冷間圧延方法。
2. 【請求項２】 前記第１スタンド入側の張力目標値を、
   圧延速度、シフト速度およびワ−クロ−ルの表面粗さの
   うちの少なくとも一つを因子として決定される先進率の
   減少分に応じて、ワ−クロ−ルシフトを行わない場合の
   張力目標値から減少させることを特徴とする請求項１に
   記載の圧延中にワ−クロ−ルシフトを行う板材の冷間圧
   延方法。