JP2007160395A - 高張力鋼の冷間タンデム圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機で、第１スタンド入側における０．２％耐力が３５０MPａ以上の金属ストリップを冷間圧延する冷間タンデム圧延機において、スリップを防止しかつ高圧下を可能とする圧延方法を提供する。
【解決手段】４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機において、第１スタンド入側における０．２％耐力が３５０MPａ以上の金属ストリップを冷間圧延する際、スリップが生じる圧延スタンドにおいて上下のワークロール周速度を５％以上１０％以下で冷間圧延すること、また、上記冷間タンデム圧延方法において複数の圧延スタンドで異周速冷間圧延する際、高速側ワークロールをスタンド間で交互に設定し、好ましくは、最終スタンドの冷間圧延は同周速で行い、その際の摩擦係数を０．１以上でかつ圧下率５％以上とすることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機で、第１スタンド入側における０．２％耐力が３５０MPａ以上の高張力鋼の金属ストリップを冷間圧延する冷間タンデム圧延機において、スリップを防止しかつ高圧下を可能とする圧延方法に関する。

一般にハイテンと呼ばれる高張力鋼板や電磁鋼等の硬質な金属ストリップを、ワークロール径が４００ｍｍ以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機で圧延する際、普通鋼に比べてスリップしやすい状況にある。

このスリップとは先進率が負となる状況のことを言い、ワークロール周速度の方が圧延スタンド出側の金属ストリップの板速度よりも速いことである。
圧延時にスリップが発生すると、張力ＡＧＣの効果が得られなくなるので板厚精度が悪化したり、ロールバイト内での相対滑り速度が増加するのでヒートスクラッチと呼ばれる焼き付き疵が発生したりするという問題がある。
また、残留応力分布の上下差や表裏面の粗度や光沢の差等の材質のバラツキが生じるという問題もある。

このようなスリップを防止する方法として、潤滑油供給量などを制御して摩擦係数を調整してスリップを防止する方法（例えば、特許文献１参照）や圧延スタンド入・出側の張力を調整する方法（例えば、特許文献２参照）がある。

普通鋼のような軟質材の場合には摩擦係数を調整することは非常に有効であるものの、ハイテン等のような硬質材の場合にはスリップに及ぼす圧延潤滑条件変更による効果は小さくなり、スリップを防止できなくなる。また、張力条件の変更は、４４キロハイテンと呼ばれるような普通鋼にくらべてやや硬質な材料には有効な場合はあるものの、それ以上硬質な例えば８０キロ超ハイテンと呼ばれるような０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上ある材料ではその効果は期待できなくなる。スリップに一番効果があるのは、圧下率を下げることであるが、そうすると冷間タンデム圧延機出側における目標とする板厚が得られなくなるために、第１スタンド入側の金属ストリップの素材の板厚を薄くするか、もしくは、他の圧延スタンドの圧下率を上げる必要があり、素材の板厚を薄くすると熱延や酸洗などの上流工程の生産性を阻害することとなり、また、他の圧延スタンドの圧下率を上げるとモーターパワーネックやその圧延スタンドのスリップを新たに誘発することとなる。
特開昭６１−１９９５０７号公報 特開平１１−１９７７２５号公報

この発明は、４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機で、第１スタンド入側における０．２％耐力が３５０MPａ以上の金属ストリップを冷間圧延する冷間タンデム圧延機において、スリップを防止しかつ高圧下を可能とする圧延方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記課題を解決するために成され、要旨は下記の通りである。
（１）４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機を用いて第１スタンド入側における０．２％耐力が３５０MPａ以上の金属ストリップを冷間圧延する方法であって、少なくとも１圧延スタンドにおいて、上下のワークロール周速度の差を異速率５％以上１０％以下とした異周速で冷間圧延することを特徴とする高張力鋼の冷間タンデム圧延方法。
（２）前記周速差を付与した圧延スタンドの圧延条件が、スリップの生じる恐れのある圧延条件となっていることを特徴とする前記（１）に記載の高張力鋼の冷間タンデム圧延方法。
（３）複数の圧延スタンドで異周速冷間圧延する際、高速側ワークロールを１ないし３スタンド毎の交互に設定することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の冷間タンデム圧延方法。

（４）最終スタンドの冷間圧延は同周速で行い、その際の摩擦係数を０．１以上でかつ圧下率を５％以上１０％以下とすることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の冷間タンデム圧延方法。

この発明の冷間タンデム圧延方法では、潤滑条件や張力条件を変更することなく硬質材のスリップを防止し、かつ、圧下率を増大することが可能である。これにより、熱延工程や酸洗工程などの生産性を向上させることができるとともに、硬質材の金属ストリップを冷間タンデム圧延機で安定して製造することができる。

また、この発明の冷間タンデム圧延方法では、異周速圧延時の反りの発生や板厚方向の残留応力分布の上下差や表裏面での粗度や光沢差等の材質のバラツキを防止できるので、品質を劣化させることなく安定した品質の製品を供給することができる。

一般に冷間タンデム圧延機では、反りや表裏面性状の差の影響をなくすために、同周速圧延が行われている。この同周速圧延で硬質材を圧延するとスリップが生じやすくなる。
図２は、上記現象を具体的に示す図であり、図１に示す圧延機で圧延実験を行った結果である。図１において、圧延機は１基の圧延スタンド１１から構成されており、この例では４重圧延機である。圧延機はワークロール１６〜１７およびバックアップロール２１〜２２から構成されている。ワークロール１６〜１７にはスピンドル（図示しない）が連結されており、それぞれ別々の電動機（図示しない）によって駆動されている。なお、この圧延機では上記それぞれの電動機の回転速度を変えることによって、上下ワークロールの周速度が異なる圧延（異周速圧延）が可能である。

ワークロール１６〜１７の回転速度はそれらを駆動する電動機の回転速度を検出し、減速機の比およびワークロール径を考慮して演算することによって検出される。また、形状制御手段として、上下ワークロールチョック（図示しない）を支点として上下ワークロール１６〜１７の垂直方向の撓みを制御するためのインクリースおよびディクリースベンダー力を付与することが可能なワークロールベンダー５１が具備されている。

上バックアップロールチョック（図示しない）の上部には、圧延荷重検出装置３６が配置され、ワークサイドおよびドライブサイドの荷重が検出される。また、圧延荷重検出装置３６の上部には電動圧下装置３７が配置されており、金属ストリップＳを圧延する際のパスライン調整が行われる。さらに、下バックアップロールチョック（図示しない）の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置３１が配置されている。

圧延機１１の入側にペイオフリール６１が、圧延機１１の出側にテンションリール６２が配備されている。図示はしていないが、これらのリールは、電動機（図示しない）によって駆動され、圧延機入側および出側の張力を目標値に制御している。また、圧延機１１の入側に入側デフレクターロール４１が、圧延機１１の出側には出側デフレクターロール兼形状検出器４２が配置されており、金属ストリップＳに作用する張力と圧延機出側の張力分布（形状）を測定している。圧延機１１の入側には圧延潤滑油供給装置４５〜４６がそれぞれ配置され、圧延潤滑油（ここでは、動物系２％エマルション潤滑油：温度５０℃）が供給されている。

前述の、圧延機１１の出側に配置された出側デフレクターロール兼形状検出器４２にはＰＬＧが取り付けられており、出側デフレクターロール兼形状検出器４２の回転数を検出し、そのロール径を用いて演算することにより、圧延後の金属ストリップＳの板速度が検出されている。
先進率（スリップ（ｆｏｒｗａｒｄ ｓｌｉｐ ｒａｔｉｏ））ｆｓはこの板速度と上述したワークロールの速度を用い演算することによって求まる。

ワークロール径は４００ｍｍで胴長は１５００ｍｍである。バックアップロール径は１４５０ｍｍで胴長は１５００ｍｍである。この圧延機の圧延速度は最高速度で１０００ｍ／ｍｉｎである。

金属ストリップとして普通鋼（板厚３ｍｍ、板幅１０００ｍｍ、酸洗材：記号ＳＰＨＣ）と４４キロハイテン（板厚３ｍｍ、板幅１０００ｍｍ、酸洗材：記号ＳＡＰＨ４４０）および８０キロハイテン（板厚３ｍｍ、板幅１０００ｍｍ、酸洗材：記号ＤＰ８００）を用い、圧下率を１０％、２０％、３０％で張力条件を変えて圧延した。図２に先進率（スリップ）に及ぼす圧下率、鋼種の影響を示す。

図２から明らかなように、同周速圧延の場合、普通鋼（ＳＰＨＣ）では圧下率ｒを増大すると先進率は高くなる傾向があり、このため圧下率を増大してもスリップは生じにくい、また入・出側張力条件を大幅に変更しても先進率は正であり、スリップは発生しないので、安定した圧延が可能であることが分かる。
これに対し、４４キロハイテン（ＳＡＰＨ４４０）では低圧下（圧下率ｒ：１０％）では、入・出側張力条件を大幅に変更しても先進率は正であり、スリップは発生しない安定した圧延が可能であるが、中圧下（圧下率ｒ：２０％）では張力条件によってはスリップが生じている。この場合、出側張力を入側張力よりも大きくするとこのスリップは回避できる場合がある。例えば、入側張力（ｂａｃｋ ｔｅｎｓｉｏｎ）σｂ＝７４ＭＰａの場合で、出側張力（ｆｒｏｎｔ ｔｅｎｓｉｏｎ）σｆ＝４５ＭＰａのときスリップが生じたが、出側張力σｆ＝９８ＭＰａのときスリップが生じなかった。
さらに、圧下率を大きくすると（圧下率ｒ：３０％）殆どの条件でスリップが生じ、極端に出側張力を入側張力よりも大きくすると、このスリップは回避できる場合がある。例えば、入側張力σｂ＝７４ＭＰａの場合で、出側張力σｆ＝９８ＭＰａのときスリップが生じたが、出側張力σｆ＝１２５ＭＰａのときスリップが生じなかった。
８０キロハイテン（ＤＰ８００）の場合、圧下率１０％および２０％の傾向は４４キロハイテンと同様であるが、圧下率３０％の場合には入・出側張力条件を大幅に変えてもスリップを防止することはできなかった。

このように、従来の同周速圧延をする場合、材料が硬質になるほどスリップが生じやすくなり、これを回避するためには出側張力を入側張力よりも大幅に大きくするか、圧下率を下げる必要があった。
出側張力を上げた場合には、板破断が生じやすくなり生産性を低下させるという問題が生じるほかに、特に最終スタンドの出側張力を上げる場合には大がかりな張力付加装置を新設する必要があり製造コストの増加を引き起こすという問題が生じる。したがって、圧下率を下げるためには熱延出側厚を薄くしなければならず、熱延や酸洗の負担が増えるため好ましくない。
少なくとも、材質がハイテンであり、２０％以上の圧下率で、前方張力が１００ＭＰａ未満、後方張力７４ＭＰａであるような圧延条件や、材質がハイテンであり、３０％以上の圧下率であるような圧延条件ではスリップの生じる恐れがあると言える。

このようなスリップの問題は、上下ワークロールの２つの中立点が、両方ともロールバイトから飛び出すことが元凶であると予想した。そこで、少なくとも１つの中立点がロールバイト内にある異周速圧延にはスリップ防止に効果があるものと考え、上述の硬質材（ＤＰ８００）について実験を行った。実験は図１に示した圧延機を用い、上述した実験と同じ条件で実施した。但し、上ワークロールを高速とし、上下ワークロールの周速度（Ｖ_U、Ｖ_L）の差の比率（異速率（ｓｐｅｅｄ ｒａｔｉｏ）Ｘ＝（Ｖ_U−Ｖ_L）／Ｖ_U＊１００（％））を１〜１５％変化させて実験した。圧下率は３０％、張力は入側と出側で、１００Ｍｐａと１００ＭＰａおよび２００Ｍｐａと５０ＭＰａとした。

図３に異周速圧延圧延時の下ワークロールである低速側の先進率（スリップ）に及ぼす張力と異速率の影響を示す。図３より、明らかなように硬質材でも異周速圧延をすることによって中立点の片方（低速側）はロールバイト内に入れることができ、安定した圧延が可能となる。張力条件を変更しても異速率５％以上であればスリップのない安定した圧延が可能となることから、本発明の異速率は５％以上とした。また、このとき、異速率１０％を越えると、焼き付き疵が発生したり、大きな反りが発生したり、上下のモータ負荷に大きなアンバランスが生じたので上限は１０％とした。

複数のパスで異周速圧延を行う場合、異周速圧延の高速ロールを金属ストリップの片方のみに集中させると、上記反りや、表裏面の性状差が促進されるので、高速側ワークロールをスタンド間で交互に設定するほうが好ましいことが確認された。しかしながら、上述のような交互の異周速圧延を実施しても、完全には反りや表裏面性状差を解消させることはできなかった。そこで、最終パスで同周速圧延を行い上記問題を解消する条件を探索した。

その結果、潤滑条件や張力条件が上述した条件と同様な場合には、ロール粗度が小さい（摩擦係数が小さい）場合には圧下率２０％以上の高圧下が、ロール粗度が大きい（摩擦係数が大きい）場合には４％以上の圧下が必要なことが判明した。ただし、当然のことながらロール粗度が小さく（摩擦係数が小さく）、圧下率２０％以上の高圧下の場合にはスリップが発生した。

圧下率４〜１５％で、ロール粗度を変えて実験を行った結果、ロールバイト内でのワークロールの剛体域をも考慮可能な圧延解析モデル（参考文献、日本鉄鋼協会、材料とプロセス１７−５（２００４）、「調質圧延特性に及ぼす圧延条件の影響」、１００５〜１００８頁）にて、摩擦係数を求めた結果、摩擦係数は０．１以上必要でることが判明した。この場合のロール粗度としては一般にダルロールと呼ばれるレベルのものであり、摩擦係数の上限は特にはないが、上記圧下率の範囲（５％以上）で圧延機の荷重限界以下になるロール粗度であればよい。なお、最終パスでは第１スタンド等の前のパスより加工硬化が進んでおり、スリップが生じやすくなっているので、スリップを回避するために圧下率は１０％以下であることが望ましい。

このように本発明では硬質材を圧延する際に、異周速圧延をすることによって高圧下率でもスリップを防止できるため、生産性を向上させることができるのである。また、複数のパスで異周速圧延を行う場合、高速側ワークロールをスタンド間で交互に設定することや、最終パスの冷間圧延は同周速で行い、その際の摩擦係数を０．１以上でかつ圧下率５％以上にすることによって、前パスの反りおよび表裏面の性状差の増長を防止または解消することができる。

図４は、この発明を実施する冷間タンデム圧延機の一例を示す構成図である。冷間タンデム圧延機は ５基の圧延スタンドから構成されており、この例ではすべて同じ型式の６重圧延機である。各圧延機のロールはワークロール１ａ〜５ａおよび１ｂ〜５ｂ、中間ロール１ｃ〜５ｃおよび１ｄ〜５ｄ並びにバックアップロール１e〜５eおよび１ｆ〜５ｆから構成されている。ワークロール１ａ〜５aおよび１ｂ〜５ｂにはスピンドル（図示しない）が連結されており、それぞれ独立した電動機（図示しない）によって駆動されている。図示していないが、この冷間タンデム圧延機の上流にはコイル接合装置があり酸洗後のコイルが接合され、連続的に冷間タンデム圧延機に供給される。また、図示していないが、この冷間タンデム圧延機の出側にはカローゼルリールがあり、連続的に圧延された金属ストリップが巻き取られる。

この冷間タンデム圧延機では第１〜第４中間スタンド（第２〜第４スタンド）で異周速圧延が行われる。そのなかの１つ目は、異速率は第１スタンド〜第４スタンドまで８％であり、第１、第３スタンドは上ワークロールが、第２、第４スタンドは下ワークロールが高速ロールとなっている。２つ目は、異速率は第１スタンド〜第４スタンドまで８％であり、第１と第２スタンドは上ワークロールが、第３、第４スタンドは下ワークロールが高速ロールとなっている。３つ目は、異速率は第１スタンド〜第４スタンドまで８％であり、第１と第４スタンドは上ワークロールが、第２、第３スタンドは下ワークロールが高速ロールとなっている。いずれの圧延においても、最終スタンドの第５スタンドでは同周速圧延であり、圧下率は７％である。

上バックアップロールチョック（図示しない）の上部には、圧延荷重検出装置が配置され、ワークサイドおよびドライブサイドの荷重が検出される。また、圧延荷重検出装置の上部には電動圧下装置（図示しない）が配置されており、金属ストリップＳを圧延する際のパスライン調整が行われる。さらに、下バックアップロールチョック（図示しない）の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置（図示しない）が配置されている。

各圧延スタンドの入側に圧延潤滑油供給装置（図示しない）が配置されている。最終圧延スタンド（第5スタンド）を除く各圧延スタンドの出側にはロール冷却をするためのロール冷却装置（図示しない）が配置されており、入側と同じエマルションが供給されている。

第５圧延スタンドの出側に板厚検出装置（図示しない）と板形状検出装置（図示しない）が配置されている。金属ストリップは次の２種類を用いた。
１）材質：８０キロハイテン、板幅：１２００ｍｍ、板厚：２．５ｍｍ、コイル単重：２０ｔｏｎ、２）材質：８０キロハイテン、板幅：１２００ｍｍ、板厚：３．５ｍｍ、コイル単重：２０ｔｏｎ、ともに熱延後、酸洗したものである。

表１に圧延条件を示す。冷間タンデム圧延機出側で、それぞれ板厚１．０６ｍｍまで圧延している。ロール粗度は、第５スタンドは他のスタンドよりも粗く２．３μｍＲａである。

まず、従来技術である比較例１として、入側板厚２．５ｍｍ、８０キロハイテンのコイルを表１の１）の圧下スケジュールでかつ同周速で圧延した。この条件は圧下率が低いので問題なく圧延できた。

次に、比較例２として入側板厚３．５ｍｍ、８０キロハイテンのコイルを表１の２）の圧下スケジュールでかつ同周速で圧延した。この条件では１）のときより圧下率が高かったので、スリップが生じ、板厚精度が悪化するとともに焼き付き疵が発生した。

３番目に、本発明例１として、入側板厚３．５ｍｍ、８０キロハイテンのコイルを表１の２）の圧下スケジュールでかつ異周速で圧延した。異周速の条件は先に挙げたように、異速率を第１スタンド〜第４スタンドまで８％とし、第１、第３スタンドで上ワークロールを、第２、第４スタンドで下ワークロールを高速ロールとし、最終スタンドである第５スタンドで同周速圧延とし、圧下率を５％とした。この条件では問題なく圧延できた。また、圧延後の板には、反りや表裏面の表面性状差は生じなかった。

４番目に、本発明例２として、入側板厚３．５ｍｍ、８０キロハイテンのコイルを表１の２）の圧下スケジュールでかつ異周速で圧延した。異周速の条件は、第１スタンド〜第４スタンドまでの異速率を本発明例１と同様に８％とし、本発明例１と変えて第１、第２スタンドで上ワークロールを、第３、第４スタンドで下ワークロールを高速ロールとし、第５スタンドで同周速圧延とし、圧下率を５％とした。この条件では問題なく圧延できた。また、圧延後の板には、反りや表裏面の表面性状差は生じなかった。

５番目に、本発明例３として、入側板厚３．５ｍｍ、８０キロハイテンのコイルを表１の２）の圧下スケジュールでかつ異周速で圧延した。異周速の条件は、第１スタンド〜第４スタンドまでの異速率を本発明例１と同様に８％とし、本発明例１と変えて第１、第４スタンドで上ワークロールを、第２、第３スタンドで下ワークロールを高速ロールとし、第５スタンドで同周速圧延とし、圧下率を５％とした。この条件では問題なく圧延できた。また、圧延後の板には、反りや表裏面の表面性状差は生じなかった。

６番目に、比較例３として、本発明例１に対し、異速率を第１スタンド〜第４スタンドまで３％とし、これ以外本発明例１と同じ条件で圧延した。この条件では比較例２ほどではないがスリップが生じ、板厚精度が悪化するとともに焼き付き疵が発生した。

７番目に、本発明例４として、本発明例１の条件に対し、異速率を第１スタンド〜第５スタンドまで８％、最終スタンドである第５スタンドで上ロール側を高速とした異周速圧延とし、これ以外本発明例１と同じ条件で圧延した。この条件では、わずかに反りが生じ、わずかに表面性状差が生じたが、スリップや板厚精度に関しては、ほとんど問題なく圧延でき、焼き付き疵も生じていなかった。ただし、最終パスは同周速の方が好ましいと言える。

このように、スリップの生じる恐れのある圧下スケジュールの圧延において、異周速圧延を導入することによって潤滑条件や張力条件を変更することなく硬質材のスリップを防止し、かつ、圧下率を増大することが可能となる。また、製造された鋼板は粗度や光沢等の上下表面性状差がないものを製造できる。さらに、これにより、熱延仕上げ厚さを厚くすることができ、熱延や酸洗などの生産性を向上させることができる。
なお、上記の実施例は５スタンドであったので、１ないし３スタンド毎の交互に異周速の高速側と低速側を設定したものであった。しかし、例えば、６スタンドで圧下する場合、第１，２，３スタンドの上ワークロールを、第４，５，６スタンドの下ワークロールを高速ロールとしたり、第１，２スタンドの上ワークロールを、第３，４，５スタンドの下ロールを高速ロールとして第６スタンドを同周速としたり、するなど３スタンド毎で交互に異周速の高速側と低速側を設定することもできる。

本発明に関する実験を行った圧延機を模式的に示す装置構成図である。 同周速圧延時の先進率に及ぼす張力と材質と圧下率の関係を示す図である。 異周速圧延時の先進率に及ぼす張力の関係を示す図である 本発明の１実施例を模式的に示す図である。

符号の説明

１１ 圧延機
１６〜１７ ワークロール
２１〜２２ バックアップロール
３１ 油圧圧下装置
３６ 圧延荷重検出装置
３７ 電動圧下装置
５１ ワークロールベンダー
４１ デフレクターロール
４２ デフレクターロール兼形状検出器
６１ ペイオフリール
６２ テンションリール
４５〜４６ 潤滑油供給装置
Ｓ 金属ストリップ
１ａ〜５ａ，１ｂ〜５ｂ ワークロール
１ｃ〜５ｃ，１ｄ〜５ｄ 中間ロール
１e〜５ｅ，１ｆ〜５ｆ バックアップロール

Claims (4)

1. ４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機を用いて第１スタンド入側における０．２％耐力が３５０MPａ以上の金属ストリップを冷間圧延する方法であって、少なくとも１圧延スタンドにおいて、上下のワークロール周速度の差を異速率５％以上１０％以下とした異周速で冷間圧延することを特徴とする高張力鋼の冷間タンデム圧延方法。
2. 前記周速差を付与した圧延スタンドの圧延条件がスリップの生じる恐れのある圧延条件となっていることを特徴とする請求項１に記載の高張力鋼の冷間タンデム圧延方法。
3. 複数の圧延スタンドで異周速冷間圧延する際、高速側ワークロールを１ないし３スタンド毎の交互に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の冷間タンデム圧延方法。
4. 最終スタンドの冷間圧延は同周速で行い、その際の摩擦係数を０．１以上でかつ圧下率を５％以上１０％以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷間タンデム圧延方法。

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