WO2021176777A1 - 冷延鋼板の調質圧延方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、湿式の調質圧延において、調質圧延液の濃度変更や荷重変更にも対応し、また単スタンドおよび複数スタンドの圧延機両方に適用可能な、ジャンピングなどの不具合を発生させない冷延鋼板の調質圧延方法を提供する。 焼鈍後の冷延鋼板に対して、湿式の調質圧延を行う調質圧延方法において、調質圧延における前記鋼板の単位断面積当たりの張力T(kgf/mm)を前記冷延鋼板の炭素含有量C(質量%)に基づいて設定する冷延鋼板の調質圧延方法。

Description

冷延鋼板の調質圧延方法
 本発明は、冷延鋼板の調質圧延方法に関し、特に、湿式の調質圧延における張力の設定方法に関する。
 冷延鋼板は、熱延後の鋼板を常温で必要な板厚に圧延して製造される。この過程で鋼板は加工硬化を起こすため、焼鈍して軟化させる工程が必要となる場合がある。その後、降伏点伸びの解消、形状矯正、鋼板表面粗度の調整、材質の調整等を目的に、調質圧延を行う。
 この調質圧延の工程には、調質圧延液を使用する湿式調質圧延と、調質圧延液を使用しない乾式調質圧延がある。従来、特に缶用鋼鈑の分野においては、審美性の観点から乾式調質圧延が主流であった。しかしながら、鋼板の材質について様々な仕様が要求されるようになると、調質圧延液の性質を調整させることにより伸び率を制御して、種々の材質のつくり込みが可能な湿式調質圧延を行うようになった。
 調質圧延の目的のひとつである鋼板表面粗度の調整は、ワークロールの粗度を鋼板へ転写させることによって行う。鋼板表面粗度を安定して調整するためには、所望する鋼板表面粗度に対して、ワークロール粗度と圧延荷重を一意的に決定する必要がある。一方、材質の調整は、調質圧延の伸び率などの諸元を所定の値に制御することにより実施する。前述のようにワークロールの表面粗度および圧延荷重は、鋼板表面粗度に応じて一意的に決められている。ここで、伸び率とは、出側板厚に対する入側板厚と出側板厚の差の比率として定義される。したがって、伸び率の調整は、圧延機前後の鋼板の張力を制御することによって入側と出側の板厚を制御して行うことが一般的である。
 ところで、湿式調質圧延ではジャンピングと呼ばれる現象が知られている。ジャンピングとは、特に伸び率が5%以下と低い場合に、不安定に伸び率が変動する、いわゆる異常伸びのことである。このジャンピングが発生すると、鋼板の板厚や材質が大きく変動するという問題がある。
 このジャンピングを防止する方法として、特許文献1では材質や伸び率に応じて調質圧延液の濃度を調整する方法が開示されている。また、特許文献2では、複数スタンドで構成される圧延機において、湿式調質圧延と乾式調質圧延を併用する方法が開示されている。
特開2016-150353号公報 特開2018-015801号公報
 しかしながら、特許文献1記載の調質圧延液の濃度調整によるジャンピングの防止方法は、濃度の違いによってワークロールから鋼板へ粗度パターンが転写する割合が変化し、鋼板の粗度および外観が変化することがあり、ジャンピングの発生のみを確実に防ぐことが難しいという問題がある。また、特許文献2記載の湿式調質圧延と乾式調質圧延を併用する方法は単スタンドの圧延機では適用できないという問題もある。
 本発明は、湿式の調質圧延において、調質圧延液の濃度変更や荷重変更にも対応し、また単スタンドおよび複数スタンドの圧延機両方に適用可能な、ジャンピングを発生させない冷延鋼板の調質圧延方法を提供することを目的とする。
 前述の通り、所望する鋼板の表面粗度に応じて、ワークロールの表面粗度および圧延荷重は一意的に決定する。所定の伸び率で調質圧延を行うにはさらに、張力を適切に設定する必要がある。この張力設定が過大である場合に、異常伸びであるジャンピングが発生する。また、張力設定が過小である場合には、伸び率不足やクロスバックルと呼ばれる蛇腹模様の形状不良が発生する。
 本発明者らは、上記の課題を解決するため、鋼板の機械特性が鋼板の炭素含有量の影響を強く受けることに着目し、炭素含有量とジャンピングの関係を鋭意検討した。その結果、調質圧延における張力は、鋼板の炭素含有量に関係するものであることを見出し、前記課題を解決する冷延鋼板の調質圧延方法を発明するに至った。
 本発明の要旨は次のとおりである。
〔1〕焼鈍後の冷延鋼板に対して、湿式の調質圧延を行う調質圧延方法において、前記調質圧延の際の張力T(kgf/mm)を前記冷延鋼板の炭素含有量C(質量%)に基づいて設定する冷延鋼板の調質圧延方法。
〔2〕〔1〕において、前記張力Tを前記冷延鋼板の炭素含有量Cに加え、更に、前記冷延鋼板の板厚t(mm)、単位幅当たりの荷重w(tonf/mm)およびワークロールの表面粗度a(μmRa)に基づいて設定する冷延鋼板の調質圧延方法。
〔3〕〔2〕において、前記張力Tを下記式(1)に基づいて設定する冷延鋼板の調質圧延方法。
 t×w×(-200×a-90)/(a×(1-logC))+17.1 ≦ T ≦ t×w×(-200×a+10)/(a×(1-logC))+17.1・・・・・(1)
 ただし、t:鋼板板厚(mm)、w:単位幅当たりの荷重(tonf/mm)、a:ワークロールの表面粗度(μmRa)、C:鋼板の炭素含有量(質量%)、T:単位断面積当たりの張力(kgf/mm)である。
 本発明は、湿式の調質圧延において、調質圧延液の濃度変更や荷重変更の場合にもジャンピングや伸び率不良、クロスバックルと呼ばれる蛇腹模様の形状不良を発生させることがない。また、本発明は、単スタンドおよび複数スタンドの圧延機両方に適用することができる。
図1は、本発明の調質圧延方法の一実施態様を示す調質圧延設備の模式図である。
 以下、本発明をさらに詳細に説明する。
 本発明の実施形態を、図を用いて説明する。図1は、冷延鋼板の調質圧延方法における本発明の一実施形態を説明する模式図であり、焼鈍処理された冷延鋼板を調質圧延する調質圧延設備の概略図である。調質圧延をするために、鋼板3を上下から圧下するワークロール1とそれを保持するバックアップロール2を備えている。調質圧延液を調質圧延液供給ノズル5から供給して圧延を行う。
 鋼板3に付与される張力T(kgf/mm:単位断面積当たりの張力)を測定するため、ワークロール1の前後には張力計(図示せず)が設置されている。鋼板3は、上下のワークロール1によって所定の荷重で圧下され、設定された張力が付与された状態で進行方向4へと進む。このとき、張力設定が過大である場合、伸び率が不安定に変動するためジャンピングが発生する。張力設定が過小である場合、伸び率不足やクロスバックルが発生する。
 この調質圧延において以下に示す種々の要因に基づいて設定される張力Tは、ワークロール1の回転速度を調整することにより付与する。
 本発明者らは、調質圧延における圧延条件のうち、不具合発生に影響する種々の要因を、多くの実験を繰り返し検討したところ、以下に示す要因が影響していることを見出した。
 具体的な要因は、鋼板の板厚t(mm)、単位幅当たりの荷重w(tonf/mm)、ワークロールの表面粗度a(μmRa)、鋼板の炭素含有量C(質量%)、単位断面積当たりの張力T(kgf/mm)である。
 これらの各要因とジャンピング発生との関係を調べたところ、ジャンピングは、板厚tおよび張力Tの数値が大きいほど発生しやすいことが分かった。一方、ワークロールの表面粗度aと炭素含有量Cの数値は小さい方が発生しやすいことが分かった。
 しかし、これらの要因の中で、張力T以外の要因は、いずれも製品鋼板の仕様により、ある特定の範囲内で設定される要因である。このため、自由に設定変更することができない。つまり、張力T以外の要因を一定にして、張力Tを最適な値に設定することができれば、ジャンピングの発生を効果的に抑えることができることが分かった。
 そこで、張力Tをいかに最適な値に設定することできるかについて検討した。
 張力Tは、前述のとおり、大きい場合にジャンピングが発生しやすく、小さい場合にはクロスバックルという形状不良が発生しやすい。調質圧延においては、形状を安定させるという理由で張力Tは大きく設定するという要請があり、ジャンピング発生との関係から、張力設定の上限値を求めることが重要である。また、形状不良を防止するという側面から張力設定の下限値も設定する必要があるとの結論に達し、種々の実験を行った。その結果、以下に示すような張力Tの設定方法を導き出した。
 本発明は、焼鈍後の冷延鋼板に対して、湿式の調質圧延を行う調質圧延方法において、前記調質圧延の際の張力T(kgf/mm)を前記冷延鋼板の炭素含有量C(質量%)に基づいて設定すること、更に、前記炭素含有量C(質量%)に加え、前記冷延鋼板の板厚t(mm)、単位幅当たりの荷重w(tonf/mm)およびワークロールの表面粗度a(μmRa)に基づいて設定すること、より好ましくは、前記張力Tを下記式(1)に基づいて設定することを特徴とするものである。
 t×w×(-200×a-90)/(a×(1-logC))+17.1 ≦ T ≦ t×w×(-200×a+10)/(a×(1-logC))+17.1・・・・・(1)
 ただし、t:鋼板の板厚(mm)、w:単位幅当たりの荷重(tonf/mm)、a:ワークロールの表面粗度(μmRa)、C:鋼板の炭素含有量(質量%)、T:単位断面積当たりの張力(kgf/mm)である。また、式中のlogは自然対数である。
 前記の式(1)は、膨大な実験例やシミュレーションによる計算結果を整理したデータから重回帰分析を行うなどして得られた結果である。この式(1)を満たすように張力Tの下限値と上限値を求め、その範囲内で張力Tを設定して調質圧延を行うことにより、ジャンピングやその他の不具合が発生しない優れた鋼板が得られることが分かった。
 因みに、前記式(1)において、各要因と張力Tとの関係を見ると、板厚tと荷重wは張力Tと負の相関関係にある。tとwが大きくなると、ジャンピングが発生する張力Tの値が小さくなることが分かる。一方、ワークロールの表面粗度aと炭素含有量Cは張力Tと正の相関関係にある。このため、aとCが大きくなると、ジャンピングが発生する張力Tの値が大きくなることが分かる。
 以下に、本発明の張力Tおよびその張力設定のための各要因(C、t、w、a)並びに調質圧延の操業条件に関する諸元等について説明する。ここで、本発明の対象とする冷延鋼板としては、自動車用鋼板、缶用鋼板、その他一般の冷延鋼板である。
 ・張力Tについて
 本発明の張力Tの範囲は、5.0kgf/mm~30.0kgf/mmである。この範囲を外れると、十分な調質圧延を行うことができず、ジャンピングや形状不良などの不具合が発生することになる。好ましくは、2.0kgf/mm~16.0kgf/mmである。
 調質圧延において種々の要因に基づいて設定される張力Tは、前述したようにワークロール1の回転速度を調整することにより付与する。
 ・炭素含有量Cについて
 冷延鋼板の炭素含有量C(質量%)は、張力Tに対して大きく影響を及ぼす要因となる元素である。本発明の冷延鋼板の炭素含有量Cは、0.0005質量%以上が好ましく、0.1質量%以下が好ましい。より好ましくは、0.001質量%以上であり、より好ましくは0.08質量%以下である。
 炭素含有量Cの分析は、JIS G 1211-3に準じて行うことができる。
 ・板厚tについて
 本発明対象の冷延鋼板の板厚t(mm)は、0.1mm以上が好ましく、1.0mm以下が好ましい。より好ましくは、0.1mm以上であり、より好ましくは0.6mm以下である。
 板厚tの測定は、ガン線板厚計やX線板厚計などで行うことができる。
 ・荷重wについて
 単位幅当たりの荷重w(tonf/mm)は、0.1tonf/mm以上が好ましく、1.5tonf/mm以下が好ましい。この範囲を外れると、分な調質圧延を行うことができず、ジャンピングや形状不良などの不具合が発生する場合がある。より好ましくは、0.2tonf/mm以上であり、より好ましくは1.0tonf/mm以下である。
 荷重wの測定は、ロードセルなどで行うことができる。
 ・表面粗度aについて
 ワークロールの表面粗度a(μmRa)は、0.20μmRa以上が好ましく、2.00μmRa以下が好ましい。より好ましくは、0.25μmRa以上であり、より好ましくは1.80μmRa以下である。
 なお、Raは、表面粗さを表すパラメータの一つで、算術平均粗さを示すパラメータである。ワークロールの表面粗度は、JIS B 0601に準じて測定することができる。
 そして、ワークロールの表面粗度の調整は、放電加工、砥石研磨等で行うことができる。
 ・焼鈍条件について
 まず、本発明の調質圧延工程の前段である焼鈍工程について説明する。
 一般的な冷延鋼板の焼鈍工程では、調質圧延を行う調質圧延機の前に、焼鈍を行う焼鈍炉を設けた連続焼鈍ラインを用いている。この連続焼鈍ラインでは、冷延鋼板のコイル(鋼帯)を払出す複数の払出しリールと、溶接機と、クリーニング装置と、焼鈍炉と、調質圧延装置と、鋼板を巻取る複数のリールとを有して構成される。
 払出しリールは、コイル状に巻かれた鋼帯から鋼板を払い出す。鋼板は、払出しリールから引き出されて、長手方向に搬送される。
 ここで、例えば2つの払出しリールを有する場合、一方の払出しリールからの払い出しが終わると、他方の払出しリールからの払い出しが開始され、先の鋼板の尾端と、後の鋼板の先端とを、溶接機で溶接して、連続的に鋼板の処理を行う。
 なお、複数の払出しリールを有するものに限定はされず、1つの払出しリールから鋼板を払い出すものであってもよい。
 溶接機は、先に払い出された鋼板の尾端と、後に払い出される鋼板の先端とを溶接し、一体にするためのものである。これにより、1つの払出しリールに装填されるコイルの長さよりも長い鋼板を連続的に処理することができる。
 クリーニング装置は、鋼板の表面に付着した油や汚れなどを洗浄して除去する装置である。クリーニング装置による鋼板の洗浄方法には、特に限定はなく、電解脱脂やアルカリ脱脂等の、鋼板の処理装置で用いられている各種の洗浄方法が利用可能である。
 焼鈍炉は、洗浄された鋼板を焼鈍する装置(炉)である。焼鈍炉は、加熱、均熱、冷却を行う通常の焼鈍炉である。
 加熱処理条件としては、好ましくは600℃以上であり、好ましくは850℃以下で、20秒以上であることが好ましく、100秒以下が好ましい。更に、より好ましくは650℃以上であり、より好ましくは800℃以下で、25秒以上であることがより好ましく、90秒以下がより好ましい。
 均熱処理条件としては、好ましくは600℃以上であり、好ましくは800℃以下で、5秒以上であることが好ましく、60秒以下が好ましい。更に、より好ましくは650℃以上であり、より好ましくは750℃以下で、10秒以上であることがより好ましく、55秒以下がより好ましい。
 冷却処理条件としては、好ましくは冷却速度5℃/秒以上であり、好ましくは30℃/秒以下で、100℃以上で冷却するのが好ましく、200℃以下まで冷却するのが好ましい。更に、好ましくは冷却速度10℃/秒以上であり、好ましくは25℃/秒以下で、120℃以上で冷却するのが好ましく、180℃以下まで冷却するのがより好ましい。
 ・調質圧延の操業条件について
 調質圧延機は、図1に示す4段式圧延機のみならず、6段式などが適用可能である。また、単スタンドでも湿式と乾式の複数スタンドでも適用することができる。
 ワークロール径φは、450mm以上であることが好ましく、600mm以下とするのが好ましい。特に、500mm以上であることがより好ましく、550mm以下がより好ましい。
 調質圧延液供給ノズル5は、鋼板3の表面側と裏面側にそれぞれ設けられ、鋼板3の進行方向の上流側(入側)から、鋼板3とワークロール1との間に調質圧延液を供給する。すなわち、調質圧延液供給ノズル5は、鋼板3の表面側および裏面側に調質圧延液を供給する。調質圧延液を鋼板3とワークロール1との間に供給することにより、ワークロール1と鋼板3との間に異物が混入することを防止し、鋼板3に疵が発生することを防止している。
 図1では、調質圧延液供給ノズル5は入側に設け、鋼板3とワークロール1との間に調質圧延液を供給したが、本発明は、これに限定されない。ワークロール1の表面に、あるいは、ワークロール1とバックアップロール2との間に、調質圧延液供給ノズル5を設けて調質圧延液を供給しても良い。更に6段式圧延機の場合であれば、ワークロール1とバックアップロール2との間に設けた中間ロールとワークロール1の間に調質圧延液供給ノズル5を設けて調質圧延液を供給しても良い。また、入側だけでなく出側にも同様に調質圧延液供給ノズルを設けても良い。
 本発明の調質圧延液の種類は、特に限定はしないが、具体的には、界面活性剤や脂肪酸などが挙げられる。
 調質圧延液の供給温度は、10℃以上が好ましく、60℃以下に調整するのが好ましい。より好ましくは、20℃以上であり、より好ましくは50℃以下である。
 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されない。
 まず、図1に示すワークロール径φ520mmの4段式調質圧延機を用い、ワークロール表面の粗度を砥石による研磨で調整した。また、界面活性剤や脂肪酸などからなる調質圧延液を20℃~40℃に調整して圧延機入側から供給した。
 対象鋼板としては、炭素含有量Cが0.04質量%の低炭と、0.0014質量%または0.0024質量%の極低炭を用いた。
 鋼板の板厚tは、0.2mm、0.25mmおよび0.3mmを用意した。鋼板への単位幅当たりの荷重wは、0.3tonf/mm、0.5tonf/mmおよび0.6tonf/mmにした。ワークロールの表面粗度aは、0.28μmRa、0.47μmRaおよび0.88μmRaに調整した。
 以上のように各要因を組み合わせた操業を行い、実際に設定した張力値に対して、上記の要因を基に前述した張力設定の式(1)から求めた計算値とを比較した。実際のジャンピング発生の有無および形状不良発生の有無を調査した結果を表1に示す。
 ジャンピング発生については、調質圧延機の前後ロールの周速差から計算される伸び率により、ジャンピング発生の有無を判断した。具体的には、伸び率が5%以上であればジャンピングが発生していると判断した。また、形状不良発生については、鋼板表面のうねり高さにより、形状不良発生の有無を判断した。鋼板表面のうねり高さは、触針式形状測定機で測定し、高低差が0.1mm以上であれば形状発生不良であると判断した。
 実施例1として、炭素含有量Cが0.04質量%、0.0024質量%、0.0014質量%の鋼板を用い、他の要因である板厚tは0.2mmに、荷重wは0.3tonf/mmに、ワークロール表面粗度aは0.28μmRaに固定して実施した。これらの値を式(1)に代入し、張力Tの下限値および上限値を求めた。その上下限値の範囲内で実操業の張力を設定した場合(実施例1-1、1-5、1-8)には、ジャンピングも形状不良も発生しなかったが、上限値を外れた値に設定した場合(実施例1-2、1-6、1-9)には、ジャンピングが発生し、また下限値を外れた値に設定した場合(実施例1-3、1-4、1-7)には、形状不良が発生した。
 次に、実施例2として、板厚tが0.2mm、0.25mm、0.3mmの鋼板を用い、他の要因である炭素含有量Cは、0.04質量%に、荷重wは0.3tonf/mmに、ワークロール表面粗度aは0.28μmRaに固定して実施した。これらの値を式(1)に代入し、張力Tの下限値および上限値を求めた。その上下限値の範囲内で実操業の張力を設定した場合(実施例2-1、2-3、2-6)には、ジャンピングも形状不良も発生しなかったが、上限値を外れた値に設定した場合(実施例2-4、2-7)には、ジャンピングが発生し、また下限値を外れた値に設定した場合(実施例2-2、2-5)には、形状不良が発生した。
 続いて、実施例3として、荷重wを0.3tonf/mm、0.5tonf/mm、0.6tonf/mmに設定し、他の要因である炭素含有量Cは、0.04質量%に、板厚tは0.2mmに、ワークロール表面粗度aは0.28μmRaに固定して実施した。これらの値を式(1)に代入し、張力Tの下限値および上限値を求めた。その上下限値の範囲内で実操業の張力を設定した場合(実施例3-1、3-3、3-6)には、ジャンピングも形状不良も発生しなかったが、上限値を外れた値に設定した場合(実施例3-4、3-7)には、ジャンピングが発生し、また下限値を外れた値に設定した場合(実施例3-2、3-5)には、形状不良が発生した。
 最後に、実施例4として、表面粗度aが0.28μmRa、0.47μmRa、0.88μmRaのワークロールを用い、他の要因である炭素含有量Cは、0.04質量%に、板厚tが0.2mmに、荷重wは0.3tonf/mmに固定して実施した。これらの値を式(1)に代入し、張力Tの下限値および上限値を求めた。その上下限値の範囲内で実操業の張力を設定した場合(実施例4-1、4-3、4-6)には、ジャンピングも形状不良も発生しなかったが、上限値を外れた値に設定した場合(実施例4-4、4-7)には、ジャンピングが発生し、また下限値を外れた値に設定した場合(実施例4-2、4-5)には、形状不良が発生した。
 以上の結果から、本発明の式(1)から求めた張力の上下限値内で実操業の張力を設定すれば、前記のようなジャンピングなどの不具合が発生しない、良好な調質圧延ができることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
1 ワークロール
2 バックアップロール
3 鋼板
4 進行方向を表す矢印
5 調質圧延液供給ノズル

Claims (3)

  1.  焼鈍後の冷延鋼板に対して、湿式の調質圧延を行う調質圧延方法において、前記調質圧延の際の張力T(kgf/mm)を前記冷延鋼板の炭素含有量C(質量%)に基づいて設定する冷延鋼板の調質圧延方法。
  2.  前記張力Tを前記冷延鋼板の炭素含有量Cに加え、更に、前記冷延鋼板の板厚t(mm)、単位幅当たりの荷重w(tonf/mm)およびワークロールの表面粗度a(μmRa)に基づいて設定する請求項1記載の冷延鋼板の調質圧延方法。
  3.  前記張力Tを下記式(1)に基づいて設定する請求項2記載の冷延鋼板の調質圧延方法。
     t×w×(-200×a-90)/(a×(1-logC))+17.1 ≦ T ≦ t×w×(-200×a+10)/(a×(1-logC))+17.1・・・・・(1)
     ただし、t:鋼板の板厚(mm)、w:単位幅当たりの荷重(tonf/mm)、a:ワークロールの表面粗度(μmRa)、C:鋼板の炭素含有量(質量%)、T:単位断面積当たりの張力(kgf/mm)である。
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