JPS58100907A - 熱間圧延機の板厚制御方法 - Google Patents

熱間圧延機の板厚制御方法

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JPS58100907A
JPS58100907A JP56198410A JP19841081A JPS58100907A JP S58100907 A JPS58100907 A JP S58100907A JP 56198410 A JP56198410 A JP 56198410A JP 19841081 A JP19841081 A JP 19841081A JP S58100907 A JPS58100907 A JP S58100907A
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mill
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修 高橋
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/58Roll-force control; Roll-gap control

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間圧g、機の板厚制御方法に係り、特に低温
仕上圧延を含むセットアツプ制御に好適な熱間圧延機の
板厚制御方法に関するものである。
現在、鉄鋼の熱間圧延機に於ては、制御用計算機を使用
して、圧延機の圧下位置、圧延速度等を設定するセット
アツプ制御が盛んに行われている。
このセットアンプ制御の基礎になっているのが、圧延荷
重を予測計譜する。圧延現象の理論的解析により得られ
た数式モテルであり、さらにこの数式モテルは、鉄の圧
延による塑性変形に必要な変形抵抗の予測モデルにより
成り立っている。
鉄の変形抵抗にゎは、鉄の温度Tと密接な関係があり、
その関係は第1図に例示されているように、温度Tの増
加に対して単調減少の曲線とけならず、700〜9oo
cvc変曲点があり、その間に極大と極小値が存在する
。これは定性的には。
鉄の変形抵抗がその相によって異なり、温度Tの上昇に
ともないα相からα+γ相、さらにγ相の相変位するた
めに生ずるものと考えられている。
ただし極小、極大の生じる温度は、A1.A3の変緋点
とは必ずしも一致せず、あまり物理的意味をもたないと
考えられる。しかし、極太の生じる温度は、従来の実験
データによれば、A3変態点刊近と考えてもさしつかえ
ないという特徴がある。
以上のような鉄の変形抵抗kmの温度特性にかんがみて
、従来の鉄の熱間圧延は、冶金学的な見地より、A3変
態点以上の温度1例えば仕上圧延機の最終スタンドで9
00C以上の温度で行い。
仕上圧延機とコイラー間のスプレーでA1変態点以下の
温度まで急冷却する方法がとられていた。
従って、A3変態点以下の温度での変形抵抗と温度の関
係が単調減少曲線とならないということを無視しても、
セントアンプ制御上問題はなかった。
このため、例えば、熱間圧延機のセットアンプ制御に使
用する変形抵抗の数式モデルとして、公知の美坂の式(
1)が用いられた。
k、=EXP (0,126−1,75C+0.594
C”・・・・・・・・・(1) ただし C;被圧延材の炭素含有量〔%〕 Tk;被圧延材の絶対温度[xl ε;対数歪〔−〕 ε、;歪速度〔1/秒〕 である。この式(1)は、被圧延材の絶対温度Tkの上
昇に対し、変形抵抗に0が単調減少となるもので、A3
変態点以下での変曲点は無視している。
しかし、最近では、熱間圧延での品質の多様化と省エネ
ルギーの目的から、調質圧延と呼ばれる低温仕上圧延が
行われるようになり1例えば仕上圧延機出側の目標温度
が750Cというような圧延が行われている。従って、
A3変態点以下の温度で使用できる変形抵抗式が重要と
なってきており1次に示す思出の式(2)が知られてい
る。
ここで であり、これらの式(3)〜(5)内のパラメータg、
n。
’g  ’a寺は以下で与えられる。
またε、εvIC等は式(1)で用いたのと同じもので
ある1、この式(2)は、変態点付近を考慮するために
、変形抵抗kmが極太を生ずる温度を境界温度1dとし
、温度領域を2つに分けて、変形抵抗に、を計算する方
法をとっている。思出は式(2)の計算結果が、公知の
橋爪、 Cook、 Alder、 Lueg cD実
測値と比較し、はぼ一致することを確認している(第1
8回塑性加工連合講演会前刷集、 1970を参照)。
しかし、これらの数式は実験室で求められた結果であり
、実際の圧延機の低温圧延を含むセットアンプ制御に使
用する数式モデルとしては以下に示すような問題があっ
た。
第2図は、実際の圧延機の圧延における実績データを以
下の様に整理したものである。
圧延荷重Pの予測計算式は前述した変形抵抗のモデルを
用いて P=に−V’R,・Δ)l−B−Qp    ・・・・
・・・・・(7)で与えられる。ただし に□;平均変形抵抗 R+ i偏平ロール半径 Δh;板厚圧下量 B;被圧延材の板巾 QP;圧下力関数 である。この式(7)は公知のB1m5の圧延荷重計獅
式であって、詳細は省略する。この式(7)に実際の圧
延より得た実績データを代入することにより。
実績の平均変形抵抗kmAを に、ム=PA/(凶;万り、−[1人・Q、p人)・・
・・・・・・・(8)により算出できる。ただし各変数
の添字Aは実測データもしくはそれにもとづいて得られ
た値であることを示す。
他方、本文中式(2)〜(6)で与えられる変形抵抗k
。は、温度Th、炭素含有量C9対数歪ε、及び歪速度
ε、の変数であり、このままでは式(8)との比較はで
きない。というのは、実際の圧延実績データでは、対数
歪ε、歪速度67等が個々の実績データでばらばらなた
めである。そこで、対数歪εと歪速度ε、を同じにして
変形抵抗を比較するために以下のような正規化を行う。
即ち式(8)で得た変形抵抗の実績値kn+Aを、1つ
の実績値としての対数歪εh=0.2 、歪速度εvA
 = 10として正規化し、その結果’rkp人とおく
;ただし ここでmAは式(4)に実際の圧延温度The、炭素含
有量CAを代入して得た値である。
以上により式(9)で得た正規化実績変形抵抗kPA會
、炭素含有量Cの等しい被圧延材の実績データに限り、
横軸に圧延温度TCC〕をとってグラフ化したものが第
2図である。即ち、熱間圧延仕上圧延機は6スタンド仕
上で、最初の3スタンド迄はA3変態点以上の温度での
圧延を示しく白丸)。
4スタンド目はA3点以下の最初の圧延時のデータ(黒
丸)、5.6スタンド目は更にその後の低温時の圧延デ
ータ(二重丸)から求めた変形抵抗kpAk示しており
、実線の志田の式(2)と比較されている。
同図から明らかなように、4スタンドまでの変形抵抗は
志田の式とほぼ一致しているが、5,6スタンドの変形
抵抗は、志田の式とは大幅に異なる結果となっており、
何等かの対策が必要なことを示している。
以上のような変形抵抗の予測ずれの原因は以下のように
考えられる。即ち、一般に鉄の変形抵抗は、加工温度、
材料の炭素含有量、変形歪、歪速度のみならず、その材
料がこれから行おうとする変形以前に受けた加工籍歴、
変形時の結晶粒度等。
さまざまな要因により影響を受ける。しかしこれらの全
ての要因を一つの数式モデルに盛り込み。
(9) 変形抵抗予測式として圧延機の制御に応用するには、そ
の取扱かいが非常に難かしく、実用的でない。
そこで従来は、熱間圧延と冷間圧延に分けて変形抵抗の
予測を別の式で行っていた。これは、熱間圧延の場合に
は、圧延条件の一つである圧延温度が鉄の再結晶温度、
すなわち加工によって生じた被圧延材の内部歪が、再結
晶により回復し、加工による残留応力が消滅するための
最低温度(一般に軟鋼では600C前後)より高い温度
で圧延全行う。従って圧延加工による被圧延材の内部歪
残留応力は発生するが、発生した残留応力は、被圧延材
の温度が再結晶温度以上であるために1次の圧延機によ
る圧延までの間に再結晶により回復する。従って、熱間
圧延では変形抵抗の予測に被圧延材の加工履歴を考慮す
る必要がないものとされていた。一方冷間圧延では、再
結晶温度よりも低い温度で圧延を行うので、この場合に
は過去の加工履歴による加工硬化をパラメータとしてと
り入れた変形抵抗の予測を行っていた。
(10) しかし、第2図に示した実験に於る圧延機のように、省
資源、圧延品質の多様化、さらにtJ高能力の圧延を行
うことを目的とした最近の低温仕上。
高速圧延の熱間仕上圧延機に於ては、例えば第2図の5
スタンド、6スタンドでは、スタンド間で残留応力が完
全に回ゆする前に次スタンドでの圧延が行われるために
、熱間圧延でも変形抵抗に過去の加工履歴の影響があら
れれているものと考えられる。ところが、従来の変形抵
抗予測式は、焼きな壕しにより、被圧延材の過去の加工
履歴による残留応力がない状態での圧延実験データを基
礎として作られている。このために第2図に示したよう
なずれが、熱間圧延の場合にも生じているものである。
従って、この対策として、変形抵抗への影響を正確に、
変形抵抗予測式に反影させ、圧延機制御に応用しようと
すれば、前述したように被圧延材の温度と、再結晶に要
する時間の冶金学的解明。
被圧延制の厚さ方向温度分布の時系列変化の圧延現象の
解明等が必要となシ実用的でない。
(11) 本発明は1以上に述べたような従来技術の問題点にかん
がみてなされたもので、その目的は、低温仕上9高速圧
延を行う場合にも実用的な方法で変形抵抗を正しく予測
できるようにした。熱間圧延機の板厚制御方法を提供す
るにある。
本発明は、前述したようにA3変態点以上の温度では過
去の加工履歴の影響が無視できることに着目し、この温
度節回では従来と同様な方法で変形抵抗の予測全行い、
A3変態点以下の温度になった場合に杭1.従来の方法
で予測した変形抵抗を。
過去の圧延時の対数歪を用いて修正することによって過
去の加工履歴による修正を行うようにしたことを%徴と
するものである。
即ち1本発明では、実際の圧延における変形抵抗の予測
を次のようにして行う。まず第2図に示す実績データを
もとに、A3変態点の温度を境界として2つの圧延温度
領域にわける。A3変態点以上の温度における圧延は、
圧延による加工硬化(残留応力)が次圧延までに完全に
回復し、次圧延に影響を与えない。A3変態点以下の温
度にお(12) ける圧延は、圧延による加工硬化(残留応力)を次圧延
までの間に完全に回復しきれず、残留応力は、次の圧延
における変形抵抗に影響を与える。
この傾向は、熱間仕上タンデム圧延機のように。
スタンド間で被圧延材の再結晶の時間が短い場合に特に
はっきり現われる。この後者の場合は、第2図の5,6
スタンドの変形抵抗の実績値に相当する。
そこで本発明では、この後者の場合の変形抵抗km1 
k、従来の予測式(2)で求めたに1をkJ = (1
+ a−t、b) −に、   、、、、、、、、、Q
Olのように修正して用いる。ただしa、bは定数で、
ε、ばε+N=1e2+・・・・・・)を被圧延材が過
去にA3変態点以下の温度で圧延された時の被圧延材の
対数歪とする時。
ε、=Σε」 により与えられる。即ち対数歪εjの和によって過去の
加工履歴の影#を補正するもので、定数a。
b’l第2図のような実測値に適合するように定めてお
けば1式(1()により低温領域でも精度よい変形(1
3) 抵抗の予測が可能となる。
以上の、変形抵抗の予測方法を用いた本発明の実施例を
第3図及び第4図に示す。第3図は、熱間圧延の仕上タ
ンデム圧延機における圧延機のセットアンプ制御、つま
り被圧延材の圧延後の寸法仕様が目標値となるように、
圧延前に圧延機の圧下位置の設定値を決定する制御方式
の全体構成図である。ただし第3図中には、制御対象と
なる圧延機及び被圧延材は図示していない。
同図において、圧延スケジュール決定装置1は、仕上タ
ンデム圧延機の1スタンド入側における材料板厚H+、
l1l=度T。、及び、最終スタンド(通常6〜7スタ
ンドの圧延後の材料板厚目標値hf。
温度Ty等の圧延仕様■。を入力し、仕上タンデム圧延
機内での各スタンドの圧延スケジュールIsk決定する
。各スタンドの圧延スケジュール■、として決定するデ
ータは、各スタンドに於る圧延後の板厚hI、圧延温度
T+、圧延速度vI等があり、さらに各スタンドの板厚
hi、圧延速度■1より各スタンドの対数歪εl、歪速
度εvl(14) を決定する。これら名項目の決定方法については、多数
の公知例があるのと1本発明の本質には関係ないのでこ
こでは省略する。
本発明の特徴とする変形抵抗子d411装置f 2 r
j 、出処スケジュール決定装置1で得られた圧延温度
Ill 、、対数歪εi、歪速度εvIk入力して、各
iスタンドの変形抵抗を式(10)にもとづいて決定す
る。
その詳細な決定方法のフローチャートを第4図に示す。
第4図に於て、ブロック100では%ますA3変態点以
下の温度で圧延17た被圧砥材の歪の累積合計ε、金零
に初期設定する。これは、一般に仕上タンデム圧延機の
入側における被圧延材の温度が、被圧延材の仕上タンデ
ム圧延機入側に至るまでの加工籍歴による残留応力が残
らないだけ十分に高温であるためである。次いでブロッ
ク101で目、前述した式(I窃に従って変形抵抗に−
t ’E算出し、出力する。ブロック102では、被圧
延材の圧延温度T1 を判定し、圧延温度T、がA3変
態点の温度Tム、以下の温度であれば、今回の圧延に(
15)     − よる加工硬化が次スタンドの変形抵抗に影Ivヲ与える
としてブロック103で歪の累積ε1に61を加算する
。T r > T*、sであればステップ103は通ら
ずにブロック104ヘジヤンプする。ブロック104で
は、スタンド番号iが蟻終スタンドI□Xを示していれ
ば終了し、そうでなければiを1ふやしてステップ10
1へ戻る。
以上のようにして変形抵抗予測装置2で計算された変形
抵抗に4.は、第3図の圧下位置設定決定装置3に入力
される。圧下位置設定決定装置3は。
まず圧延荷重P+に公知の51m5の式%式% で算出し、更に公知のゲージメータ一式で圧延機の圧下
位置SLを次式により計算する;S 凰  = h 烏
 −P皇 / K I               
・・・・・・・・・01()ここでに+は、各スタンド
1のミル定数である。
以上により決定された。各圧延機の圧下位置SLは図示
しない各圧延機に設定され、被圧延材の圧延前に、圧延
後の被圧延材の板厚が目標値となるように圧延機をセッ
トするセットアツプ制御(16) が完了する。
以上の説明から明らかなように1本発明によれば、高速
及び省エネ等を目的とした低温仕上圧延を含む熱間圧延
に対しても、変形抵抗を従来より正確にかつ実用的な方
法で予測することが可能となり、圧延の仕上精度を向上
させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は鉄の変形抵抗と温度の相関関係を示す図、第2
図は従来方式においての変形抵抗の計算値と実際の熱間
圧延における変形抵抗の実績値の比較を示す図、第3図
は本発明の実施例を示す概略ブロック図、第4図は本発
明の特徴とする変形抵抗算出方法を示すフローチャート
である。 1・・・圧延スケジュール決定装置、2・・・変形抵抗
予測装置、3・・・圧延機圧下位置設定決定装置。 代理人 弁理士 秋本正実 (17) 第1図 第 3 ロ ー28− 慄q図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数段の圧延スタンドから成る熱間圧延機の各スタ
    ンドに於る圧延荷重を被圧延材の変形抵抗の予測値から
    算出して板厚制御を行う熱間圧延機の板厚制御方法にし
    て、上記各スタンドに於る圧延温度が予め定められた境
    界温度より高い場合には当該スタンドより後段の上記変
    形抵抗の予測を上記当該スタンドでの圧延による残留応
    力を無視して行い、上記圧延温度が上記境界温度より低
    い場合には当該スタンドより後段のスタンドに於る上記
    変形抵抗の予測を上記当該スタンドでの圧延による残留
    応力の影**加味して行うようにしたことを特徴とする
    熱間圧延機の板厚制御方法。 2、 前記変形抵抗を前記残留応力を加味して予測する
    方法を、当該スタンドより前に行われた前記境界温度よ
    り低い温度での各圧延時の被圧延材の対数歪の和のべき
    乗に比例する量によって、上記残留応力を無視した時の
    変形抵抗の予測値を修正、するようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲・沌1項記載の熱間圧延機の板厚制
    御方法。 3、前記境界温度を、被圧延材の組成がγ相である温度
    範囲の下限の温度に設定したことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の熱間圧延機の板厚制御方法。
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