JPS6215288B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

一般に、薄板の圧延において１回の圧延で可能
な圧下量又は圧下率は、比較的板厚が厚い場合に
は圧延機の伝達可能トルクから制限され、又板厚
が薄い場合には圧延機の板の形状制御が可能な圧
延力で制限されている。 従来、金属の平板圧延は、一般に第１図に示す
如く等径、等速とした２本の作業ロールａ，ｂ間
に金属平板ｃを通過させることにより行われてい
たが、圧延に際し、ロール間隙において巨大な圧
延力が発生するため、圧延機の強度上からも、又
圧延される製品の平坦度を保持する上に圧延機の
弾性変形を減じる必要があることからも、この圧
延力も小さくすることが望まれていた。 上記圧延力を小さくする対策として先ず考えら
れたことは、作業ロールを小径化することであつ
た。これは、圧延力が作業ロール直径の平方根に
ほぼ比例するので作業ロールが小径であるほど効
果があることに着目したからである。その具体例
として第２図に示す４段圧延機がある。これによ
れば、作業ロールａ，ｂを小径化でき、圧延に際
しても巨大な圧延力は大径の控ロールｄ，ｅによ
つて受けることができるので、圧延機の強度上か
らも、又圧延機の剛性の面からも優れたものであ
る。 しかし、作業ロールａ，ｂを更に小径化して行
くと、作業ロールａ，ｂの水平撓みが増大するこ
と、伝達トルクの制限が出てくること、等の理由
によりある限度以下に小径化を図ることができな
かつた。 そこで従来では、作業ロールをより小径化する
ために第３図に示す多段ロール圧延機が開発され
た。これによれば、作業ロールａ，ｂの充分な小
径化が可能となり、圧延力を小さくすることがで
きる。 しかし、この多段ロール圧延機では、作業ロー
ルａ，ｂが小径のため熱容量が小さく、熱の影響
を受け易いこと、ロールの数が非常に多いためロ
ール費用が高くつくこと、等から第２図に示す４
段圧延機に比して作業性が低く、従つて多段ロー
ル圧延機はステンレス鋼やシリコン鋼等の高張力
鋼の圧延にしか使用されていないのが現状であ
る。 以上のことから、４段圧延機のように作業性が
よくしかも多段ロール圧延機のように圧延力の低
い圧延機の出現が従来からの一つの夢であつた。 最近、２本の作業ロールの周速を変えて異速圧
延するRD（Rolling Drawing）圧延法が提案され
ている。このRD圧延法によれば板が薄い場合大
幅にその圧延力を減少させることができることか
ら、上記夢に一歩近づこうとするものである。 即ち、RD圧延法は、第４図に示す如く、入側
の板の速度ν_０、出側の速度ν_１、上側の作業ロ
ール（低速側ロール）ａの周速度V₀、下側の作
業ロール（高速側ロール）ｂの周速度V₁、入側
の板厚h₀、出側の板厚h₁としたとき、ν_０＝V₀、
ν_１＝V₁として圧延し且つ作業ロールａ，ｂの
速度比V₁／V₀＝h₀／h₁＝λ（λは板の伸び比）
になるように圧延する方法である。この場合、板
の速度とロールの周速度が一致する点、即ち、中
立点は、低速側のロールａにおいては圧延の入口
Ａ点にあり、高速側のロールｂにおいては圧延の
出口Ｂ点にある。このような条件の下で圧延を行
うと、第５図（圧延材の任意の点の力の釣合の関
係を示す）の如く、水平方向の摩擦力（μpr
ｄｘ／ｃｏｓθ）が上下でその方向に逆になり相打消す
た めに、いわゆるフリクシヨンヒルが消滅し、圧延
力は数分に１に減少する。例えば圧延力が1/3に
減少したとすれば、ロール径に換算すればロール
径を1/9にしたと同じ効果になり、非常に大きな
効果が得られる。即ち、圧延中の圧延材に発生す
る圧延圧力分布を示す第７図に示す如く、従来の
通常の等速圧延においては、中立点はＣ点にあ
り、Ｃ点を頂点とするいわゆるフリクシヨンヒル
A′C′B′ができ、この場合の圧延力は
OA′C′B′O′によつて囲まれる面積で表わされる如
く巨大なものとなるが、RD圧延法の場合には、
中立点は上記のようにＡ、Ｂ点にあり、この場合
の圧延力は、OA′B′O′で囲まれる面積で表わさ
れ、面積A′C′B′で表わされる圧延力が減少した
ことになつて圧延力を減少させる効果がある。 しかし、上記RD圧延法には、作業ロールにか
かるトルクが従来の圧延に比べて非常に増大し、
強度上からトルク伝達が不可能になる欠点があ
る。 即ち、圧延に必要なトルクは、第６図に示すロ
ール表面の接線方向に働く力とロール半径Ｒとの
積の総和で表わされる。第１図に示す等速圧延の
場合には、第６図イに示す如く中立点Ｃの前後で
接線力は矢印のように逆方向に向いているが、
RD圧延の場合は、第６図ロに示す如く高速側の
ロールには常にロールの回転に逆う方向の接線力
が働き、一方低速側のロールには常にロールを回
転させる方向の接線力が働く、そのため、各ロー
ル毎に作用するトルクは通常圧延のそれに比べて
増大し、３倍から５倍に達することもある。この
ようにトルクが増大すると、これらのロールを駆
動する駆動系が強度的に耐えられなくなるので、
設計上はロール径を大径化する以外に方法はな
く、そうすれば圧延力を減じるという目的が達せ
られなくなつてしまう。 そこで、上記RD圧延法の欠点を除去し、且つ
圧延力を減少させて圧延能率を向上させるため、
金属の圧延において、圧延トルクが、２本の作業
ロールが伝達し得る最大許容トルク範囲内にある
ように、上記２本の作業ロールの速度比を入側及
び出側の板厚比以下の範囲でできるだけ大きく選
び圧延することを特徴とする圧延方法、即ち、最
大圧延トルクが、各作業ロールが伝達し得る最大
可能伝達トルク（最大許要トルク）以内におさま
るように、低速並びに高速側の２本の作業ロール
の速度比V₁／V₀を入側及び出側の板厚比h₀／h₁
以下、即ちV₁／V₀＜h₀／h₁の範囲内でできるだ
け大きく選ぶように制御して圧延する方法（以下
IRD圧延と呼ぶ）が考えられている。 本IRD圧延では、上記のように圧延作業条件、
即ち、入側及び出側板厚、入側及び出側テンシヨ
ン、変形低抗等を一定のままで各ロールの伝達し
得る最大可能伝達トルク内（伝達トルク余裕範囲
内）で２本の作業ロールに周速度比V₁／V₀をつ
けて圧延するので、圧延機の能力と圧延作業条件
とに応じて中立点は、高速側のロール、即ち、下
作業ロールにおいては第７図においてＣ点とＢ点
の間の任意の点Ｅへ、又低速側のロール、即ち、
上作業ロールにおいてはＡ点とＣ点の間の任意の
点Ｄへ来、OA′D′E′B′O′で囲まれる面積で表わさ
れる圧延力となる。この圧延力は通常の圧延に比
べ面積D′C′E′で表わされる圧延力を減少した圧
延力となり、従つてIRD圧延では圧延力を大幅に
減少させることができる。 第８図は圧延条件と圧延トルクとの関係を示す
もので、第８図イの縦軸は圧延力Ｐを、又第８図
ロは縦軸の圧延トルクＴを各々表わし、又第８図
イ，ロの横軸はいずれも２本の作業ロールの速度
比V₁／V₀を表わしている。 上述のRD圧延においては、V₁／V₀＝h₀／h₁＝
λ 但し、h₀：入側板厚 h₁：出側板厚 λ：板の伸び になるように圧延されるので、第８図において横
軸のλの点がRD圧延に相当する。 第７図に示すフリクシヨンヒルA′C′B′の大き
さは、板厚が薄いほど、又圧延摩擦係数が大きい
ほど、又ロールとの接触弧長が長いほど大きくな
る。即ち、圧延条件によつて大幅に変化する。第
８図イ，ロに点線で示すスケジユールＩは板厚が
比較的厚く、フリクシヨンが小さく、圧延トルク
が大きい圧延スケジユールであり、実線で示すス
ケジユールは板厚が薄く、フリクシヨンヒルが
大きく、圧延トルクが小さい圧延スケジユールの
例である。今圧延機のロール１本当りの最大可能
伝達トルクをT₀とすると、RD圧延を行えば、ス
ケジユールＩ、スケジユールのいずれの場合に
も高速側ロールトルクTa，Tbが第８図ロに示す
如くこの制限値T₀を越えてしまい、従つて圧延
不可能となる。 IRD圧延においては、最大可能伝達トルクT₀以
内に最大圧延トルクがおさまるように２本の作業
ロールの速度比V₁／V₀を選ぶようにするので、
各スケジユールに対する圧延トルクは、第８図ロ
でスケジユールＩ（点線で示す）に対してはＴ
_I，Ｔ_I′になり、スケジユール（実線で示す）
に対してはＴ，Ｔ′になる。この場合の圧延
力は第８図イに示す如くＰ_I，Ｐになり、スケ
ジユールＩに対しては効果が少ないが、スケジユ
ールに対しては非常に大きな効果が得られるこ
とがわかる。 ところで、RD圧延、IRD圧延と通常圧延とに
おける圧延トルクの比較をしてみるに、材質、板
厚、圧下量、圧延速度を全て同一にした時の消費
動力は、いずれの圧延方式の場合でもほとんど差
が生じないが、今、上作業ロールのトルクを
T₁、下作業ロールのトルクをT₂、トータルトル
クをＴ_Tとすると、 通常圧延においては Ｔ_T＝T₁＋T₂、T₁＝T₂であるのに対しRD圧延
又はIRD圧延においては T₁＞Ｏとした場合T₂＜Ｏとなり T₁＝Ｔ_T＋T₂となるので RD圧延又はIRD圧延の場合には一方のスピンド
ルに通常圧延の場合に比し可成り大きなトルクが
加わる。 また、一般に圧延機の最大伝達トルクは、圧延
材の最大板厚と最大板巾によつて決定され、トル
ク伝達のためのモーターパワーは圧延材の板厚、
板巾、圧延速度によつて決定され、同一の材質、
板巾で圧延速度が一定の場合は、板厚が薄い場合
より厚い場合の方が大きなモーターパワー、即
ち、大きな伝達トルクを必要とすることが一般に
知られている。 従つて、RD圧延又はIRD圧延を逆転式圧延機
のように同一の圧延機で通常数パスの圧延を繰り
返し行なう方式のものに採用した場合は、伝達ト
ルクとの関係からスピンドル、ロールネツク、駆
動装置等を大きくしなければならず、或いは作業
ロールの径が大きくなることも必要となり、前述
したRD又はIRD圧延の圧延力減少という優れた
効果を奏し得なくなる不都合がある。 本発明は、一台の圧延機で通常数パスの圧延を
繰り返し行なう場合の圧延方法の改良に関し、そ
の要旨とするところは、一台の圧延機により反復
して金属の圧延を行なう方法において、最初は等
速圧延を行い、次で異速圧延を行い、最後は再び
等速圧延を行うところにあり、以下に述べる通常
圧延とRD、IRD圧延における圧延特性の差異を
応用したものである。 即ち、作業ロールの周速を等しくした通常圧延
を行なつた場合は、板厚が薄くなるに従つてロー
ル偏平が大きくなり、従つて圧延荷重も大きくな
り、また圧延が進むにつれて素材が加工硬化し最
後には圧延限界に達し、圧延不能になるが、板厚
が厚い場合は圧延による作業ロールのロール偏平
は問題となる程大きくなく、従つて圧延荷重もま
た問題になる程大きくならないが、これに対し、
RD、IRD圧延では、前記した如く一方のスピン
ドル、モータに通常圧延の場合より可成り大きな
トルクが加わるが、通常圧延より圧延荷重を遥か
に減少でき、しかも圧延荷重の減少効果が顕著で
あるのは、圧延材が厚い場合よりも薄い場合にお
いてである。 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。 第９図は本発明の装置の一例を示すもので、１
は上作業ロール、２は下作業ロール、３は上控ロ
ール、４は下控ロール、５は圧延材、６は圧延材
５の入側の速度を測る装置、７は圧延材５の出側
の速度を測る装置、８，９は速度計、１０は上作
業ロール１のスピンドル１２に設けたトルクメー
タ、１１は下作業ロール２のスピンドル１３に設
けたトルクメータ、１４はスピンドル１２を介し
て上作業ロール１を回転駆動させる電動機、１５
はスピンドル１３を介して下作業ロール２を回転
駆動させる電動機、１６，１７は速度計、１８は
トルクメータ１０，１１、速度計１６，１７から
の電気信号を受けて演算し表示し必要な制御信号
を発生して電動機１４，１５に入れ作業ロール
１，２の周速度比をつけるようにする自動制御装
置であり、前記上作業ロール１、下作業ロール２
を駆動する前記電動機１４，１５の馬力は、この
圧延機で圧延する圧延材５の最大板厚及び板巾と
その時の圧延荷重をもとに、通常圧延をする場合
の計算によつて決定されており、又前記上作業ロ
ール１、下作業ロール２の直径及び上控ロール
３、下控ロール４の直径その他の部分についても
通常圧延のみを行なう圧延機とほぼ同じ規格、寸
法にて設計してあり、電動機１４，１５の回転方
向を切り換えれば圧延材５を往復動させることが
でき、通常数パスの圧延を行なつて所定の厚さの
製品に仕上げるいわゆる可逆転式圧延機が示され
ている。 斯る構成の可逆転式圧延機の作動を説明する
に、圧延材５を通板して圧延を開始した後、最初
の２〜３パス迄は、上作業ロール１と下作業ロー
ル２との周速が等速になるよう電動機１４，１５
を制御して通常圧延を行なう。通常圧延が進んで
圧延材５の板厚が薄くなれば、圧延のためのトル
クも減少してくるので、電動機１４，１５のトル
クにも徐々に余裕がでてくる。そこで次の３〜４
パスからは上作業ロール１の周速V₀と下作業ロ
ール２の周速V₁に差をつけてRD圧延又はIRD圧
延を行なう。 RD圧延を行なう場合は、入側の板速度をν
_０、出側の板速度をν_１、入側の板厚h₀、出側の
板厚をh₁とした時、ν_０＝V₀、ν_１＝V₁とし且
つ上下作業ロール１，２の周速比V₁／V₀＝h₀／
h₁＝λ（λは板の伸び比）になるよう、自動制御
装置１８が板速度計８，９及び１６，１７並びに
板厚計（図示せず）よりの検出信号に基づいて電
動機１４，１５の回転数を制御する。 次にIRD圧延を行なう場合は、先ず、上下作業
ロール１，２に周速度V₀，V₁を与え速度比V₁／
V₀とする電動機１４，１５の速度比を、板厚比
h₀／h₁以下となるように設定しておき、作業ロー
ル１，２を回転させて圧延する。電動機１４及び
１５の速度、即ち、作業ロール１及び２の周速度
は速度計１６及び１７により検出されて自動制御
装置１８に入力されており、速度比に変化が生ず
れば自動的に電動機１４，１５の駆動を制御す
る。又トルクメータ１０，１１で圧延後のトルク
を計測して自動制御装置１８に入力し、その値が
許容値、即ち、最大可能伝達トルク以下であれ
ば、更に自動制御装置１８から電動機１４，１５
に信号を発して作業ロール１，２の速度比V₁／
V₀を板厚比h₀／h₁に近づけるようにできるだけ大
きく選ぶように制御する。即ち、最大圧延トルク
が、各作業ロール１，２が伝達し得る最大可能伝
達トルク（最大許容トルク）以内におさまるよう
に、２本の作業ロール１，２の速度比V₁／V₀を
V₁／V₀＜h₀／h₁の範囲内でできるだけ大きく選
ぶようにする。尚、これらの操作は自動制御装置
１８でも手動でも可能である。 又入側に設けられた板速度の測定装置６及び速
度計８により入側の板の速度ν_０を測り、出側に
設けられた板速度の測定装置７及び速度計９によ
り出側の板の速度ν_１を測り、 ν_０／V₀＜１、ν_１／V₁＞１ となつているか否かのチエツクを行う。尚、上記
各装置６，８、７，９は安定した圧延作業を行う
上に非常に有効なチエツクポイントであるが、本
発明の基本動作上からは必要不可欠のものではな
い。しかし、上記のチエツクを行い且つ上記作業
ロール１，２の速度比V₁／V₀を選ぶ場合には速
度比V₁／V₀を１V₁／V₀＜h₀／h₁の範囲内でで
きるだけ大きくとるようにする。 上作業ロール１と下作業ロール２の周速比
V₁／V₀、入側と出側の板厚比h₀／h₁を以上のよ
うな範囲内に制御した状態で、最終パスまで圧延
を繰り返す。 以上、上下作業ロールの周速比V₁／V₀の選択
を電動機１４，１５の回転数を変えることにより
行なつた例を示したが、電動機１４，１５の回転
数を同じくし、作業ロールのロール径を異ならし
めると共にスピンドル１２，１３の中間にクラツ
チ（図示せず）を装備して、最初の２〜３パスに
おいては、クラツチを切つて一方の作業ロールの
み駆動させ、その後のパスにおいてはクラツチを
入れて上作業ロール１と下作業ロール２の周速を
異ならしめて、RD又はIRD圧延を行なうことも
できる。 このように上作業ロール１の周速V₀を遅く、
下作業ロールV₁の周速を早くした場合は、前述
した通り、圧延荷重を減少できる効果がある反
面、上作業ロール１にはマイナスのトルクが発生
して電動機１４はブレーキとして働らくようにな
り、一方下作業ロール２、即ち電動機１５には上
作業ロール１にマイナスとして働らいたトルクが
加算された如く働らくが、RD又はIRD圧延は圧
延開始後、数パスを経た後に行なわれ、圧延開始
時より板厚が薄く、従つて電動機１５のトルクに
余裕のできた状態、即ち電動機１５の出し得るト
ルク内のトルクとなつており、圧延スケジユール
の範囲内にあるため、圧延トルクに基因するトラ
ブルを無くすことができる。 また、前記した如く、通常圧延を最終パスまで
継続して行なつた場合は、次第に圧延荷重が増大
して圧延した板にエツジドロツプ、板クラウンの
増加等、巾方向の形状不良が問題となるのに対
し、後半のパスはRD、IRD圧延にて圧延するの
で、圧延荷重を通常の場合より大巾に低減でき、
また作業ロールの形状制御がし易くなり、従つて
エツジドロツプ、エツジクラツクを少なくできま
た板破断も減少できて形状の良い優れた製品を提
供できる。また、圧延限界が通常圧延に比べ遥か
に小さくできるので、極めて薄い板厚の圧延材を
提供できる。 第１０図は本発明の装置の他の実施例を示すも
ので、上作業ロール１と下作業ロール２の径を異
にして各ロール１，２を同一回転数で駆動させる
ものであり、図中１９は圧延材、２２，２３はス
ピンドル、２４，２５はトルクメータ、２６はク
ラツチ、４７は電動機、４８，４９は歯車であ
る。 斯る構成の圧延装置においては、数パスのうち
最初の２〜３パスはクラツチ２６を切り、下作業
ロール２のみを駆動させて、通常圧延に近い状態
で圧延を行ない、次にクラツチ２６を入れて上下
作業ロール１，２を共に駆動させて、RD又は
IRD圧延を行なう。尚最後のパスは再びクラツチ
２６を切つて圧延を行なう。これは最初の仕上
げ、即ち異速圧延による板の長手方向そり（Ｌぞ
り、カーリング）を矯正するための仕上げとし
て、圧下量を少なくして等速圧延を行なうためで
ある。 圧延材の素材板厚と仕上板厚、或いは板巾が変
る等して圧下率を変える場合は、両方或いは一方
の作業ロールを組替えて周速比V₀／V₁を所定の
値に設定する。 第１１図は本発明の更に他の実施例として、切
換ギヤ方式を示すもので、歯車の組合せを選択し
て上下作業ロール１，２の周速比を適宜選択でき
るようにした切換え歯車装置５０が設けてあり、
圧延開始後の２〜３パスは、上下作業ロール１，
２の周速を等速にするため、歯数の等しい歯車同
志を噛合し、次で歯車比を変えてRD又はIRD圧
延を行なうものである。図中１９は圧延材、２
２，２３はスピンドル、２４，２５はトルクメー
タ、３８は電動機、３９，４０，４１，４２，４
３，４４は歯車、４５，４６は歯車スライド装置
を示している。 尚第１１図に示した実施例においては、クラツ
チを設けず、作業ロールが圧延中常時駆動する例
を示したが、上下作業ロール１，２の駆動軸のい
ずれか一方にクラツチを設け、上下作業ロール
１，２を同径又は異径にして実施することも可能
であり、通板時及び最初の２〜３パスは上下作業
ロール１，２の一方のロールのみに圧延トルクを
伝え、RD又はIRD圧延を行なう後半のパスにお
いてクラツチを入れる。この場合、切換歯車の減
速比にロール径差をつけられるため、上下作業ロ
ールの周速比の組合せが数多くできる利点があ
る。 以上のように、最終パスは等速圧延を行うの
で、異速圧延による板の長手方向そりを矯正でき
る。下記表はこの矯正効果確認のための実験例で
ある。

【表】 このように、異速圧延により曲率−4.0×10^-3
（mm^-1）のそりが生じた圧延材を等速圧延すること
によつて−0.2×10^-3（mm^-1）まで減少させること
ができた。これは実質的にそりなしといえる量で
ある。 また、前記第９図乃至第１１図の各実施例にお
いて、上下作業ロール１，２のいずれの側にもク
ラツチを設けて実施することも可能である。この
ようにした場合は次のような利点がある。 一般に上下いずれか一方の作業ロールのみに圧
延トルクを与えた場合は、駆動ロール側の板の表
面がアイドルロール側の板の表面より伸びるた
め、板にそりが発生し、また上下作業ロールの周
速差があるRD又はIRD圧延の場合でもそりが発
生するが、上下作業ロールのいずれの側にもクラ
ツチを設けておけば、通常圧延を行なう最初の２
〜３パスにおいては、そりの方向によりクラツチ
を入れ替えて任意の選択を行なえる。 以上逆転式圧延機について述べたが、本発明は
一方向圧延にも応用可能である。即ち、伸銅圧
延、アルミ圧延等においては、圧延するコイルは
同一寸法のコイルを10個位用意し、圧延機の出側
から入側へと循環させ、圧延スケジユールによつ
て順次圧下量を変えて圧下し、その10個位のコイ
ルをまとめて圧延する場合がある。斯る一方向圧
延においても、本発明の前記した方法によつて実
施できる。 本発明の圧延方法及びその装置に依れば、 Ｉ 必要以上に大きな電動機を設置することなし
にRD又はIRD圧延が可能であるため、圧延材
のエツジドロツプ、板クラウンが少なく、作業
ロールベンデイングで形状を修正しようとした
場合に形状制御がし易くなり、圧延限界が通常
圧延より小さくなるため、従来と同じロール径
で遥かに薄い製品の圧延が可能となり、 反対にロール径を大きくすれば、圧延トルク
の伝達も大きくできるため、従来と同じ製品板
厚でれば、圧延トルクを大にして能率の良い圧
延が可能となる（パス回数を減らせる）。 最終パスは等速圧延を行うので、異速圧延に
よる板の長手方向のそりを矯正できる。 等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は等速圧延の例を示す側面図、第２図は
４段圧延機の例を示す側面図、第３図は多段ロー
ル圧延機の例を示す側面図、第４図はRD圧延法
の例を示す側面図、第５図はRD圧延法における
圧延材の任意の点の力の釣合いの関係を示す図、
第６図は圧延時にロール表面に働く接線力を示す
もので、第６図イは等速圧延の場合、第６図ロは
RD圧延の場合の説明図、第７図は圧延中に圧延
材に発生する圧延圧力分布を示す図、第８図は圧
延条件と圧延トルクとの関係を示す図、第９図は
本発明の装置の一例を示す概略斜視図、第１０図
及び第１１図はいずれも本発明の装置の他の例を
示す概略図である。 １……上作業ロール、２……下作業ロール、５
……圧延材、１０，１１……トルクメータ、１
４，１５……電動機、１６，１７……速度計、１
８……自動制御装置、１９……圧延材、２０，２
１……速度計、２４，２５……トルクメータ、２
６……クラツチ、３８，４７……電動機、５０…
…切換え歯車装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一台の圧延機により反復して金属の圧延を行
   なう方法において、最初は等速圧延を行い、次で
   異速圧延を行い、最後は再び等速圧延を行うこと
   を特徴とする圧延方法。