(57)【要約】      （修正有）【課題】熱間圧延ラインにおける幅プレス用のピンチロールが、ヒートクラックの亀裂先端の進展により、早期に破断してしまうのを防止し、修繕費を抑えるとともに、熱間圧延ラインの操業稼働率維持を図った金属材料の幅圧下方法及び熱間圧延方法ならびに熱延金属帯の製造方法を提供する。【解決手段】ピンチロールの直径を、ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にヒートクラックが進展して該ピンチロールが折損してしまうことのないように、（１）式のように調整する。Ｄ：ピンチロールの直径Ｍ：ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にピンチロールに作用する曲げモーメントΔＫｔｈ：下限界応力拡大係数範囲2010094690.tif 000011【選択図】図１
2010094690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロールであって、該ピンチロールの直径を、該ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にヒートクラックが進展して該ピンチロールが折損してしまうことのないように、（１）式のように調整したことを特徴とする熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロール。
Ｄ：ピンチロールの直径
Ｍ：ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にピンチロールに作用する曲げモーメント
ΔＫｔｈ：下限界応力拡大係数範囲
【数１】
2010094690.tif 000010
【請求項２】
請求項１の熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロールを用いた金属材料の幅圧下方法。
【請求項３】
請求項２の金属材料の幅プレス方法を用いた熱間圧延方法。
【請求項４】
請求項３の熱間圧延方法を用いた熱延金属帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロールおよびそれを用いた金属材料（以下、被圧延材）の幅圧下方法および熱間圧延方法ならびに熱延金属帯の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延とは、一般的に、連続鋳造または造塊、分塊によって製造されたスラブ状の金属材料を加熱炉にて数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばし、コイル状に巻き取る一連のプロセスである。
【０００３】
図６に、従来から一般的に用いられている熱間圧延ライン１００の一例を示す。加熱炉１０により数百〜千数百℃に加熱された厚み１２０〜２７０ｍｍの金属材料（被圧延材）８は、粗圧延機１２、仕上圧延機１８により厚み１．２〜２５ｍｍまで圧延されて金属帯状に薄く延ばされる。７はテーブルロールであり、被圧延材８を搬送する。
【０００４】
図６に示す熱間圧延ライン１００の場合、粗圧延機１２は５基、仕上圧延機１８は７基により構成されているが、その圧延機（スタンド）数は様々である。これら各種基数の違いはあるが、粗圧延機１２は、往復圧延または一方向圧延あるいは両者により、一般的に合計で４〜９回の圧延を行なって、粗圧延後の被圧延材８をそれにつづく仕上圧延機１８に向け供給し、仕上圧延機１８では所定の厚みまで圧延を行い、コイラー２４でコイルに巻き取る。
【０００５】
また、高温の被圧延材８には、その表裏面に酸化物の層（以下、スケール）が生成している。そのため、粗圧延機１２の各圧延機の入側や仕上圧延機１８の入側には、ポンプからの供給圧にして１０〜３０ＭＰａ内外の高圧水を被圧延材８の表裏面に吹き付けてスケールを除去するデスケーリング装置１６が設置され、スケールを除去している。
【０００６】
５０は制御装置、７０はプロセスコンピュータ、９０はビジネスコンピュータである。
【０００７】
ところで、図６に示すような熱間圧延ライン１００には、粗圧延機１２の上流側に幅プレス９が設置されているものが少なくない。この幅プレス９について、特許文献１に記載の図の一部を抜粋し、一部モディファイしたものを、図７に鳥瞰図的に示す。なお、ハウジングなどの構造物は省略してある。
【０００８】
特許文献１に記載されている幅プレス９は、いわゆるフライングサイジングプレスと呼ばれる幅プレスの方式である。この方式の場合、図８（ａ）に示すごとく、（イ）の状態を起点として、図７で示したクランク機構９３ａ、９３ｂの動作により、一対の幅プレス用金型９２（以下、単に金型）を、（ロ）被圧延材８の幅方向に閉塞しつつ、１回のプレス動作あたりの被圧延材８の送りピッチＰの半分に相当する距離だけ搬送方向Ａに向けて動かし、（ハ）被圧延材８から離隔しつつ搬送方向Ａと逆方向に向けて送りピッチＰの半分に相当する距離だけ戻し（この間、被圧延材８は送りピッチＰの半分に相当する距離だけ搬送方向Ａに向けて別途動かし）、（ニ）再び、被圧延材８の幅方向に閉塞する、という一連の動作を繰り返す。
【０００９】
この間、被圧延材８は、図７に示すごとく、ホールドロール９８、および、被圧延材８の搬送方向Ａにみて金型９２の入側と出側に配置されたピンチロール９４（図示していないがともに被圧延材８の下側にもある）により拘束されつつ、テーブルロール７上を連続的に搬送されている。
【００１０】
なお、油圧シリンダ９５ａとウォームギア９６は、金型９２の閉塞時の開度を調整するための機構である。
【００１１】
特許文献２に記載されている幅プレス９は、いわゆるゴーストップと呼ばれる幅プレスの方式である。この方式の場合、図７でいえば、クランク機構９３ａに相当するものだけしかなく、９３ｂに相当するものはない。
【００１２】
図８（ｂ）に示すごとく、（イ）の状態を起点として、一対の幅プレス用金型９２を、（ロ）被圧延材８の幅方向に、クランク機構９３ａの動作により閉塞し、（ハ）離隔し、（ニ）離隔した際に、図８には図示していないが図７には図示した、被圧延材８を上から押さえてテーブルロール７との間で挟持しつつ搬送するピンチロール９４にて、搬送方向Ａに向け、送りピッチＰに相当する分だけ搬送する、という一連の動作を繰り返す。
【００１３】
なお、ここで、後述の発明を実施するための最良の形態での説明の関係で、非特許文献１，２，３に言及しておく。
【特許文献１】特開平０２−１２７９０５号公報
【特許文献２】特開昭６１−２４５９３１号公報
【非特許文献１】機械工学便覧  Ａ４  材料力学  基礎編  ｐ１０５，１１８：社団法人  日本機械学会
【非特許文献２】図解でわかるはじめての材料力学  ｐ３８：有光  隆  著  株式会社技術評論社
【非特許文献３】機械強度の疲労設計IV  ｐ５８，６２，７５：日本機械学会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
さて、ゴーストップと呼ばれる幅プレスの方式の場合、ピンチロール９４は、図９に示すごとく、（ａ）被圧延材８を挟圧した状態で接触停止、（ｂ）被圧延材８を挟圧した状態で回転、という一連の動作を繰り返すことになる。
【００１５】
（ａ）被圧延材８を挟圧した状態で接触停止しているのは、１秒にも満たない間であり、また、ピンチロール９４は冷却水ｗにより冷却もされているが、この被圧延材８を挟圧した状態で接触停止している間、被圧延材８からピンチロール９４に対しては、相当な接触入熱がある。
【００１６】
このため、ピンチロール９４の表層には、熱疲労による亀裂（ヒートクラック）が入りやすい。このヒートクラックは、図１０（ａ）に示すごとく、ピンチロール９４の表層に発生する。図１０（ａ）には代表して一つだけ示しているが、実際には、図１０（ｂ）に仮想断面を示すように、ピンチロール９４の全周にわたって、ところどころに発生する。
【００１７】
しかも、ヒートクラックは、被圧延材８が、幅圧下によって、図１１に示すごとく、被圧延材８の幅方向にみたときにクォータ部分が増厚して見える、いわゆるドッグボーンと呼ばれる形状に変形することに伴い、増厚部分と接触するピンチロール９４の部分に発生しやすい。
【００１８】
そして、そこへ、ピンチロール９４にて被圧延材８を挟圧することに伴う力が作用する。このような状態で何ヶ月も操業すると、ピンチロール９４は、ヒートクラックの亀裂先端が進展して、図１２に示すごとく、胴長方向のある位置を境に折損する。
【００１９】
このようなピンチロール９４の折損が、ピンチロール９４を新品に交換してから２〜３ヶ月程度の早期に発生する、ということになると、そのたびにピンチロール９４を新品に交換する必要が生じ、それだけ修繕費が嵩むことになる。
【００２０】
また、熱間圧延ラインの操業中にピンチロール９４が折損すると、急遽操業を停止して、何時間もかけてピンチロール９４を新品に交換する必要が生じ、それだけ熱間圧延ラインの操業稼働率が低下する。
【００２１】
本発明は、従来技術のかような問題を解決するべくなされたものであり、熱間圧延ラインにおける幅プレス用のピンチロールが、ヒートクラックの亀裂先端の進展により、早期に折損してしまうのを防止し、修繕費を抑えるとともに、熱間圧延ラインの操業稼働率維持を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
１．熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロールであって、該ピンチロールの直径を、該ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にヒートクラックが進展して該ピンチロールが折損してしまうことのないように、（１）式のように調整したことを特徴とする熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロール。
Ｄ：ピンチロールの直径
Ｍ：ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にピンチロールに作用する曲げモーメント
ΔＫｔｈ：下限界応力拡大係数範囲
【００２３】
【数１】
2010094690.tif 000003
【００２４】
２．１．の熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロールを用いた金属材料の幅圧下方法。
３．２の金属材料の幅プレス方法を用いた熱間圧延方法。
４．３の熱間圧延方法を用いた熱延金属帯の製造方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、熱間圧延ラインにおける幅プレス用のピンチロールが、ヒートクラックの亀裂先端の進展により、早期に折損してしまうのを防止でき、修繕費を抑えることができるとともに、熱間圧延ラインの操業稼働率維持を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明では、熱間圧延ラインにおける幅プレス用ピンチロールの直径を、該ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にヒートクラックが進展して該ピンチロールが折損してしまうことのないように、調整する。
【００２７】
以降、本発明の一つの実施の形態について、具体的に説明する。
【００２８】
ピンチロール９４は、被圧延材８を挟圧しながら回転するため、ピンチロール９４の表層部分は、引張、圧縮の力が定期的に繰り返し作用し、転動疲労する。今、そのような転動疲労下でも、ヒートクラックの亀裂先端が進展して折損してしまうことのない限界許容応力をΔσｔｈ、ピンチロール９４が被圧延材８を挟圧する際にピンチロール９４の胴長方向に作用する曲げモーメントをＭとすると、（２）式の関係が成り立つ。
【００２９】
【数２】
2010094690.tif 000004
【００３０】
限界許容応力を示すΔσｔｈにΔという変動の記号がつくのは、非特許文献１などの破壊力学的知見によれば、引張の応力が繰り返し変動しながら亀裂先端に作用する場合は、後述する応力拡大係数範囲ΔＫが、ΔＫ＝Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ（Ｋｍａｘ，Ｋｍｉｎはそれぞれ、繰り返し応力の作用下での、応力拡大係数の最大値と最小値）と表されるのに対し、引張と圧縮の応力が繰り返し変動しながら亀裂先端に作用する場合、同応力拡大係数範囲ΔＫは、ΔＫ＝Ｋｍａｘと表され、引張応力側の応力振幅分しか応力変動に寄与しないことと関係しており、この条件下では、許容応力変動と許容引張応力とが値として等しくなることによる。
【００３１】
なお、応力拡大係数Ｋは、破壊力学的知見によれば、正確には、非特許文献２などに示される、図３でいえば、モードＩのものに相当する。そして、（２）式において、Ｚは断面係数、Ｄｔｈは最適ピンチロール径（許容下限ピンチロール直径）をそれぞれ意味するものとする。
【００３２】
そして、同破壊力学的知見によれば、（３）式、（４）式の関係が成り立つことから、ヒートクラックの亀裂先端が進展して折損してしまうことのない臨界条件では、（５）式の関係が成り立つことになる。
【００３３】
【数３】
2010094690.tif 000005
【００３４】
【数４】
2010094690.tif 000006
【００３５】
【数５】
2010094690.tif 000007
【００３６】
ここに、ａは亀裂深さ、ｄａ／ｄｎは亀裂先端の進展速度、Ｃ，ｍは材質によって決まる係数、Ｆは亀裂性状による補正係数、Δσはピンチロールに作用する引張応力、ΔＫｔｈは下限界応力拡大係数範囲、ａ０は初期亀裂深さ、をそれぞれ意味する。
【００３７】
なお、亀裂深さａは図４に示すように定義され、下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈは非特許文献１などの破壊力学的知見によれば、図５に示すごとく、亀裂先端が進展して折損してしまうことのない臨界条件での下限の応力拡大係数範囲を意味する。
【００３８】
（５）式と（２）式からΔσｔｈを消去すると、（６）式を得る。
【００３９】
【数６】
2010094690.tif 000008
【実施例】
【００４０】
（５）式において、ａ０は実測結果に基づいて１０ｍｍ（０．０１ｍ）とし、Ｆについては、図１に示すような実績から非線形回帰して１．６５と求め（但し、非特許文献３のCr-Mo-Vの実験式より、Ｃ＝１．４４６×１０−１０、ｍ＝２．９とした。）、ΔＫｔｈについては、ＡＳＴＭ  Ａ５３３Ｂ（ニッケルモロブデン鋼。ＳＮＣＭ５相当）の場合の値として、７．８ＭＰａ・ｍ１／２を用い（非特許文献３）た結果、Δσｔｈは２６．７ＭＰａと求められた。
【００４１】
なお、図１は、横軸を便宜上クラック発生からの日数とし、縦軸を亀裂深さとしているが、非線形回帰は、作用する応力と回数の実績からくる応力拡大係数範囲の実績と、それにもとづく亀裂先端の進展速度（亀裂進展長／応力作用回数）の実績と、の関係に直したものを用いて行なった。
【００４２】
さらに、（２）式を用い、Ｍについては、図２に示すようなモデルに基づいて２６５６７５（ｋＮ・ｍｍ）と求め、最適ピンチロール径（許容下限ピンチロール直径）Ｄｔｈは０．４６６ｍ（４６６ｍｍ）と求められた。
【００４３】
Ｍを一般化すると、ピンチロール９４の直径Ｄは、ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にヒートクラックが進展して該ピンチロールが折損してしまうことのないように調整するには、Ｄ≧Ｄｔｈとすればよいことから、（１）式を得る。
【００４４】
【数１】
2010094690.tif 000009
【００４５】
ここに、
Ｄ：ピンチロールの直径
Ｍ：ピンチロールが被圧延材を挟圧する際にピンチロールに作用する曲げモーメント
ΔＫｔｈ：下限界応力拡大係数範囲
をそれぞれ意味する。
【００４６】
本実施例の効果の例を説明しておく。従来、入側の上ピンチロールの例でいえば、３ヶ月に一度、定期交換しており、折損事故も２年に一度程度生じていたのが、直径を４８０ｍｍとした本発明の実施例では、１２ヶ月に一度の定期交換で済むようになり、折損事故も皆無になる。１２ヶ月に一度の定期交換もピンチロールの折損前に行なうのが主眼ではなく、ヒートクラックが大きくなりすぎて被圧延材８に転写するのを防止するのが主眼にすぎない。
【００４７】
以上説明した、本発明を実施するための最良の形態あるいは実施例の、幅プレス用ピンチロールを用いて、金属材料を幅圧下することで、熱間圧延すなわち、熱延金属帯の製造を行なえば、同ピンチロールが、ヒートクラックの亀裂先端の進展により、早期に折損してしまうのを防止でき、修繕費を抑えることができるとともに、熱間圧延ラインの操業稼働率維持を図ることができる。
【００４８】
ピンチロールの直径をある一定以上に調整するだけで、ヒートクラックの亀裂先端の進展による折損を、相当程度抑制できることは、特筆に値する。（直感的には、いくら直径を太くしても折損しそうであるが、予想に反する。）
なお、以上の発明を実施するための最良の形態ならびに実施例での説明では、ゴーストップと呼ばれる幅プレスの方式の場合を例に説明したが、本発明を、ゴーストップよりも、被圧延材からピンチロールへの接触入熱の程度が寧ろ緩和される、フライングサイジングプレスの方式に適用することには、何らこれを妨げるべき事情はない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態について説明するための線図
【図２】本発明の実施の形態について説明するための線図
【図３】破壊力学的知見について説明するための線図
【図４】亀裂深さの定義について説明するための線図
【図５】破壊力学的知見について説明するための線図
【図６】本発明を適用すべき、従来からある熱間圧延ラインの一例を示す線図
【図７】幅プレスの原理について説明するための斜視図
【図８】幅プレスの原理について説明するための平面図
【図９】従来技術の問題について説明するための線図
【図１０】従来技術の問題について説明するための線図
【図１１】従来技術の問題について説明するための線図
【図１２】従来技術の問題について説明するための線図
【符号の説明】
【００５０】
７    テーブルロール
８    被圧延材
９    幅プレス
９１    クランク軸
９２    金型
９３，９３ａ，９３ｂ    クランク機構
９４    ピンチロール
９５，９５ａ    油圧シリンダ
９６    ウォームギア
９８    ホールドロール
１０    加熱炉
１２    粗圧延機
１３    エッジャーロール
１４    クロップシャー
１５    仕上入側温度計
１６    デスケーリング装置
１８    仕上圧延機
１９    ワークロール
２０    ルーパ
２１    仕上出側温度計
２２    仕上出側板厚計
２３    ランナウトテーブル
２４    コイラー
２５    コイラー入側温度計
２６    冷却設備
５０    制御装置
７０    プロセスコンピュータ
９０    ビジネスコンピュータ
１００    熱間圧延ライン
Ａ    搬送方向
ｗ    冷却水
Ｆ１Ｅ    エッジャーロール
【図１】
2010094690.tif 000012
【図２】
2010094690.tif 000013
【図３】
2010094690.tif 000014
【図４】
2010094690.tif 000015
【図５】
2010094690.tif 000016
【図６】
2010094690.tif 000017
【図７】
2010094690.tif 000018
【図８】
2010094690.tif 000019
【図９】
2010094690.tif 000020
【図１０】
2010094690.tif 000021
【図１１】
2010094690.tif 000022
【図１２】
2010094690.tif 000023