(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼鈍炉を備えた鋼帯の製造ラインに設けられる鋼帯の製造設備であって、
前記焼鈍炉の下流側に設けられた調質圧延機及びその出側に配置された通板ロールの下流側に、ロールを用いて前記鋼帯の反りを矯正する反り矯正装置を有し、
前記ロールは、パスラインの一方の側に配置された２本のロール、及び、前記パスラインを挟んで前記一方の側の反対側に配置された３本のロールが、前記パスラインに沿って交互に配置された５本のロールであり、
前記５本のロールのうち、少なくとも２本のロールは、前記パスラインに対する位置を独立に変更可能であり、
前記５本のロールを、前記パスラインの上流側から順に、第１ロール、第２ロール、第３ロール、第４ロール、及び、第５ロールとし、前記第１ロールのロール径をｄ１、前記第２ロールのロール径をｄ２、前記第３ロールのロール径をｄ３、前記第４ロールのロール径をｄ４、前記第５ロールのロール径をｄ５、前記第１ロール及び前記第２ロールの軸心間隔をＰ１、前記第２ロール及び前記第３ロールの軸心間隔をＰ２、前記第３ロール及び前記第４ロールの軸心間隔をＰ３、前記第４ロール及び前記第５ロールの軸心間隔をＰ４とするとき、
ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＜ｄ５、且つ、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＜Ｐ４
であることを特徴とする、鋼帯の製造設備。
【請求項２】
前記Ｐ４が変更可能であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼帯の製造設備。
【請求項３】
前記調質圧延機の出側に、複数の張力付与装置が備えられ、
前記反り矯正装置が、前記複数の張力付与装置のうち前記パスラインの最上流に配置された張力付与装置よりも下流側に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼帯の製造設備。
【請求項４】
前記反り矯正装置が、前記パスラインの最下流に配置された張力付与装置の上流側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼帯の製造設備。
【請求項５】
前記パスラインの最下流に配置された張力付与装置の上流側に板幅計が設置され、前記反り矯正装置が前記板幅計の上流側に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の鋼帯の製造設備。
【請求項６】
前記パスラインの最下流に配置された張力付与装置の上流側にサイドトリマ装置が設置され、前記反り矯正装置が前記サイドトリマ装置の上流側に配置されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の鋼帯の製造設備。
【請求項７】
反りを矯正される前記鋼帯の機械的性質及び板厚、並びに、テンションリールに巻き取られた前記鋼帯の長さに応じて、前記反り矯正装置による前記鋼帯の反り矯正条件が変更されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋼帯の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼鈍、又は、溶融亜鉛めっき設備の鋼帯の製造ラインにおいて、調質圧延以降に生じる鋼帯の反りを矯正し得る、鋼帯の製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用鋼帯などの冷延鋼帯に要求される品質として、機械特性、表面粗さ、及び、平坦度の管理が重要であるが、それ以外にも鋼帯の幅方向、及び、長手方向の反りが重要な項目であり、二次加工工程での通板作業性向上や、自動車用鋼板で使用されるテーラードブランク技術の近年の適用拡大に伴い、反り管理の重要性は増している。
【０００３】
冷延鋼帯は、冷間圧延、焼鈍、さらに仕様によっては亜鉛めっきを施された後、調質圧延を経て製品となる。調質圧延ではプレス加工時の降伏点伸びを回避する目的で、圧延によって鋼帯に０．２〜１．０％程度の伸びが付与され、同時に鋼帯の表面粗さの付与、平坦度の改善が行われる。現在は、量産材の焼鈍工程は連続焼鈍が主流であり、焼鈍装置、冷却装置、及び、めっき設備の出側に配置された調質圧延機を用いて、連続的に処理するのが一般的である。
【０００４】
ところが、この調質圧延設備には一般に、圧延機の入側並びに出側に、鋼帯の張力を測定し張力制御によって圧延での伸び率を制御するためのテンションメータ（張力計）ロール、極軽圧下圧延で生じやすい鋼帯の絞込みやクロスバックルといった通板トラブルを防止するためのアンチクリンピングロール、及び、クロスブレーキロールなどと呼ばれる通板ロールが配備されている。これらのロールは、いずれも鋼帯を所定の角度で巻きつけることによって機能し、設備の制約上、例えば調質圧延機のワークロール径などと比較しても小径のロールが用いられるため、このロールを通過する際の曲げ−曲げ戻しによって鋼帯が塑性変形する場合がある。さらに、調質圧延機の入側及び出側に設置された通板ロールにより不可避的な曲げ変形を受けることに起因して鋼帯の反りが発生し、製品に有害な反りが残留する問題がある。
【０００５】
また、上記原因で発生する反りは、鋼帯の材質や機械的特性、板厚などの材料側の因子、ライン張力、クロスブレーキロール高さ、及び、調質圧延でのパスラインの変動などの設備側の因子など、多くの因子の影響を受ける。そのため、ラインで発生する反りは一定ではなく、ある程度のバラつきを持っている。
【０００６】
このような連続ライン出側で生じる鋼帯の反りを矯正する方法として、例えば特許文献１には、連続焼鈍炉よりも下流側のライン内に配置されたロールのうち、最小径で且つライン最下流側に配置されたロールと、そのロールのライン下流側の直近に配置されたロールとの間に、最小径ロールよりも小径でかつ通板ラインに対して進退可能なロールを配置する鋼帯の形状矯正方法が開示されている。また、特許文献２には、鋼帯連続処理ライン出側において、シャー前最終位置の非駆動ラインロール出側に、これに接近して小径の２本ロールを配置して３本式レベラーを構成するＬ反り矯正装置が開示されている。このほか、特許文献３には、入側のローラから出側ローラに向かって順次ローラピッチを広くした矯正機が、特許文献４には、入側から４本目のロールから下流側のロールピッチのうちの少なくとも一つのロールピッチが、最入側ロールを含む連続する３本の入側ロールのロールピッチの平均値よりも長いローラレベラが、それぞれ開示されている。また、特許文献５には、レべリングローラの径を金属板の導入側から導出側にかけて漸次大きくしたレべリング装置が、特許文献６には、レべリングロールの径を少なくとも２種にすると共に、径ごとに帯板の進行方向に沿って順に配したローラレベラが、それぞれ開示されている。また、特許文献７には、交換可能な作業ロールを有する上下のロールユニットと、各ロールユニットを上下に移動して作業ロール間のインターメッシュ量を調整させるインターメッシュ調整装置と、各ロールユニットを水平に移動して作業ロール間のピッチを変化させるピッチ調整装置と、インターメッシュ調整装置及びピッチ調整装置を制御するロール位置制御装置とを備えた、アタッチドレベラが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２０９４８８号公報
【特許文献２】特開平７−１４８５２４号公報
【特許文献３】実開昭５９−６００８号公報
【特許文献４】特開２００４−３４１１３号公報
【特許文献５】特開２００１−１０５０２６号公報
【特許文献６】特開昭６１−２４５９１７号公報
【特許文献７】特開２００１−９５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている方法が適用される装置、及び、特許文献２に開示されている装置は、コンパクトであるため、連続焼鈍、又は、溶融亜鉛めっき設備の鋼帯の製造ラインに設置しやすい利点がある。しかし、これらの装置は鋼帯の反りを矯正するロールの数が少な過ぎるため、反り矯正能力が劣り、Ｃ反り及びＬ反りを適正値まで矯正できないという問題があった。これに対し、特許文献３乃至特許文献７に開示されている技術では、ロール本数が多い装置を用いるため、矯正能力は優れる半面、装置の小型化を図り難く、また、使用するロールの径の種類が多いとそのロール径毎に予備品を抱えることになるためランニングコストが増大しやすいという問題があった。
【０００９】
ここで、反り矯正が不十分であると、出荷後の二次加工工程で製品の精度不良や自動化を阻害する原因となるため、現状、反りの管理が必要な製品については、次工程でリコイリングしてテンションレベラーにより形状、反り矯正を行うのが一般的である。ところが、次工程での精整作業を行うことによって工程増や歩留の悪化によるコスト増大や製造リードタイムが長くなるなどの問題がある。それゆえ、連続焼鈍、又は、溶融亜鉛めっきライン後にそのままインラインで反りを矯正して、製品を得ることが可能な技術が求められていた。
【００１０】
そこで、本発明は、Ｃ反り及びＬ反りをインラインで矯正可能であり、且つ、設備の小型化及びランニングコスト低減を図ることが可能な、鋼帯の製造設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１２】
本発明は、焼鈍炉を備えた鋼帯の製造ラインに設けられる鋼帯の製造設備（１００）であって、焼鈍炉の下流側に設けられた調質圧延機（６０）及びその出側に配置された通板ロール（４３、４４、３２）の下流側に、ロール（１１、１２、１３、１４、１５）を用いて鋼帯の反りを矯正する反り矯正装置（１０）を有し、ロールは、パスラインの一方の側に配置された２本のロール（１２、１４）、及び、パスラインを挟んで上記一方の側の反対側に配置された３本のロール（１１、１３、１５）が、パスラインに沿って交互に配置された５本のロールであり、該５本のロールのうち、少なくとも２本のロール（１２、１４）は、パスラインに対する位置を独立に変更可能であり、５本のロールを、パスラインの上流側から順に、第１ロール（１１）、第２ロール（１２）、第３ロール（１３）、第４ロール（１４）、及び、第５ロール（１５）とし、第１ロールのロール径をｄ１、第２ロールのロール径をｄ２、第３ロールのロール径をｄ３、第４ロールのロール径をｄ４、第５ロールのロール径をｄ５、第１ロール及び第２ロールの軸心間隔をＰ１、第２ロール及び第３ロールの軸心間隔をＰ２、第３ロール及び第４ロールの軸心間隔をＰ３、第４ロール及び第５ロールの軸心間隔をＰ４とするとき、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＜ｄ５、且つ、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＜Ｐ４であることを特徴とする、鋼帯の製造設備である。
【００１３】
ここに、本発明において、「ロール径」とはロールの直径をいい、「軸心間隔」とは、パスラインと平行な方向における軸心間の距離をいう。また、本発明において、ｄ１、ｄ２、ｄ３、及び、ｄ４は、使用中の摩耗やロール研磨後の径のばらつきから、直径で１０ｍｍ程度のばらつきは許容される。本発明において、「ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４」とは、第１ロール、第２ロール、第３ロール、及び、第４ロールが同じ規格のロールであることを意味し、「ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＜ｄ５」とは、第５ロールが他のロール（第１ロール乃至第４ロール）よりも直径が大きい別の規格のロールであることを意味する。５本のロール（１１、１２、１３、１４、１５）を、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＜ｄ５、且つ、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＜Ｐ４となるように構成することにより、Ｃ反り及びＬ反りを適切に矯正することが可能になる。また、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＜ｄ５とすることにより、ロール径を２種類にすることができるので、ランニングコストを低減することが可能になる。さらに、５本のロール（１１、１２、１３、１４、１５）で反りを矯正する形態とすることにより、設備を小型化することが可能になるので、反り矯正装置（１０）を調質圧延機（６０）の出側に配置することが可能になる。その結果、焼鈍、又は、溶融亜鉛めっき後にそのまま鋼帯（１）の反りをインラインで（製造ラインから外して精整工程を経ることなく）矯正して製品化することが可能になる。
【００１４】
また、上記本発明において、Ｐ４が変更可能であることが好ましい。かかる形態とすることにより、鋼帯の板厚が変わっても反りを適切に矯正することが可能になる。また、使用に伴って第５ロール（１５）のロール径が小さくなっても、Ｐ４を大きくすることにより、鋼帯（１）の反りを適切に矯正することが可能になる。
【００１５】
また、上記本発明において、調質圧延機（６０）の出側に、複数の張力付与装置（２２、２３）が備えられ、反り矯正装置（１０）が、該複数の張力付与装置のうちパスラインの最上流に配置された張力付与装置（２２）よりも下流側に配置されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、鋼帯（１）の反りを適切に矯正しやすくなる。
【００１６】
また、上記本発明において、反り矯正装置（１０）が、パスラインの最下流に配置された張力付与装置（２３）の上流側に配置されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、鋼帯（１）の長手方向の全長に亘って反りを適切に矯正しやすくなる。
【００１７】
また、上記本発明において、パスラインの最下流に配置された張力付与装置（２３）の上流側に板幅計（７１）が設置され、反り矯正装置（１０）が板幅計の上流側に配置されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、板幅の誤差を低減しやすくなるので、製品の品質を高めやすくなる。
【００１８】
また、上記本発明において、パスラインの最下流に配置された張力付与装置（２３）の上流側にサイドトリマ装置（７２）が設置され、反り矯正装置（１０）がサイドトリマ装置の上流側に配置されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、トリミングの誤差を低減しやすくなるので、製品の品質を高めやすくなる。
【００１９】
また、上記本発明において、反りを矯正される鋼帯（１）の機械的性質及び板厚、並びに、テンションリール（９０）に巻き取られた鋼帯の長さに応じて、反り矯正装置による鋼帯の反り矯正条件が変更されることが好ましい。
【００２０】
ここに、「鋼帯（１）の機械的性質」とは、例えば、降伏応力や引張強度、加工硬化係数をいう。テンションリール（９０）に巻き取られたコイル状の鋼帯をほどくと、軸心側（鋼帯の先端側）ほどＬ反りが確認されやすい。そこで、コイル状の鋼帯をほどいた時にＬ反りが確認されないようにするため、鋼帯の先端側を巻き取る際には、コイル状に巻き取られる際に付与されるＬ反りの向きとは反対側の反りを意図的に付与できるように、鋼帯の反り矯正条件を設定し、Ｌ反りが存在しやすい鋼帯の先端部が巻き取られた後は、上記反対側の反りを付与しないように（鋼帯が平らになるように）鋼帯の反り矯正条件を設定する。かかる形態とすることにより、ほどいた際に長手方向の全長に亘って反りが適切に矯正された鋼帯を製造することが可能な、鋼帯の製造設備（１００）を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｃ反り及びＬ反りをインラインで矯正可能であり、且つ、設備の小型化及びランニングコスト低減を図ることが可能な、鋼帯の製造設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】鋼帯の製造設備１００を説明する図である。
【図２】Ｃ反り量の変化を示す図である。
【図３】クロスブレーキロールの高さ設定値とライン出側における反りとの関係を示す図である。
【図４】ロール配置を説明する図である。図４（ａ）は３本のロールを備えた装置のロール配置を示す図であり、図４（ｂ）は４本のロールを備えた装置のロール配置を示す図であり、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は５本のロールを備えた装置のロール配置を示す図である。
【図５】反り矯正後に残留した反り矯正前の反りとロール本数との関係を示す図である。
【図６】Ｃ反り量と本発明の設備に備えられる反り矯正装置における出側ロールのインターメッシュとの関係を示す図である。
【図７】ロール径ｄ、ロールピッチＰ、インターメッシュＨ、及び、巻付角θを説明する図である。
【図８】本発明の設備に備えられる反り矯正装置による反り矯正後の鋼帯の反りの実測値と計算値との比較を示す図である。
【図９】入側ロールのインターメッシュと、反り量と、出側ロールのインターメッシュとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の設備に備えられる反り矯正装置による反り矯正の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００２４】
図１は、本発明にかかる鋼帯の製造設備１００の形態例を説明する図である。鋼帯の製造設備１００を用いて製造される鋼帯１は、図１の紙面左側から右側へと送られる。図１に示したように、鋼帯の製造設備１００は、不図示の熱処理炉（焼鈍炉）の下流側に配置された調質圧延機６０を挟んで上流側（入側。図１の紙面左側。以下において同じ。）及び下流側（出側。図１の紙面右側。以下において同じ。）の近傍にそれぞれ、調質圧延における絞り込みやクロスバックルなどの平坦不良を防止するためのアンチクリンプロール４２及びクロスブレーキロール４３が配置されている。さらに、アンチクリンプロール４２及びクロスブレーキロール４３の外側には、鋼帯１の張力を測定するテンションメータロール３１、３２、及び、該テンションメータロール３１、３２に対する鋼帯１の巻き付け角度を一定に保つためのロール４１、４４が、それぞれ配置されている。そして、ロール４１、４４のさらに外側には、調質圧延される鋼帯１に張力を付与するためのブライドルロール２１、２２がそれぞれ配置されている。調質圧延機６０の下流側に配置されたブライドルロール２２の下流側には、反り矯正装置１０が配置されている。反り矯正装置１０は、パスラインの上流側から順に、第１ロール１１、第２ロール１２、第３ロール１３、第４ロール１４、及び、第５ロール１５（以下において、これらをまとめて「５本のロール」ということがある。）を有しており、５本のロールによる鋼帯１の反り矯正条件は、制御装置１６によって制御されている。第１ロール１１、第３ロール１３、及び、第５ロール１５はパスラインの下側に配置され、パスラインの上側に配置された第２ロール１２及び第４ロール１４は図１の紙面上下方向に移動可能に構成されており、第５ロール１５は図１の紙面左右方向に移動可能に構成されている。第１ロール１１のロール径をｄ１、第２ロール１２のロール径をｄ２、第３ロール１３のロール径をｄ３、第４ロール１４のロール径をｄ４、第５ロール１５のロール径をｄ５、第１ロール１１及び第２ロール１２の軸心間隔（図１の紙面左右方向の軸心間距離。以下において同じ。）をＰ１、第２ロール１２及び第３ロール１３の軸心間隔をＰ２、第３ロール１３及び第４ロール１４の軸心間隔をＰ３、第４ロール１４及び第５ロール１５の軸心間隔をＰ４とするとき、反り矯正装置１０は、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＜ｄ５、且つ、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＜Ｐ４とされている。この反り矯正装置１０の下流側には、板幅計７１及びサイドトリマ７２のほか、図示しない疵検査装置などの付帯装置が配置されている。板幅計７１の下流側には、設備出側のライン張力を巻取り張力まで下げるためのブライドルロール２３、図示しない塗油装置、及び、コイルの溶接部でコイルを切断するフライングシャー８０などが配置されており、フライングシャー８０の下流側に配置されたテンションリール９０によって、鋼帯１が巻き取られる。鋼帯の製造装置１００には、テンションリール９０によって巻き取られた鋼帯コイルの外径を検知可能な検知器７３が備えられている。この検知器７３を用いて検知された、テンションリール９０によって巻き取られた鋼帯コイルの外径に関する情報は、制御装置１６へと送られる。制御装置１６は、鋼帯１の機械的特性や板厚、及び、テンションリール９０によって巻き取られた鋼帯１の長さに応じて、反り矯正条件（例えば、インターメッシュ量）を決定する。５本のロールは、制御装置１６で決定された反り矯正条件に応じて作動し、５本のロールを用いて鋼帯１の反りが矯正される。
【００２５】
調質圧延機６０の出側に配置された、クロスブレーキロール４３、ロール４４、テンションメータロール３２、ブライドルロール２２、及び、ブライドルロール２３（以下において、これらをまとめて「出側通板ロール」ということがある。）、並びに、反り矯正装置１０によって、鋼帯１は曲げ変形を受け、鋼帯１のロールと接する面では圧縮、反対側の面では引張の表裏逆向きのひずみが付与される。ロールによって受ける曲げの曲率半径が十分大きければ、ひずみは弾性変形の範囲に収まるため、ロール通過後の鋼帯１に反りは発生しないが、これらの出側通板ロールのうち、クロスブレーキロール４３、テンションメータロール３２は設備配置の制約上、比較的小径のロールであり、且つ、それらのロールが近接して配置されていること、また、比較的高い鋼帯張力が付与されていることから、ロールによる曲げひずみは弾性ひずみを越え、塑性変形が生じることによって、ブライドルロール２２通過後の鋼帯１には反りが残留する。そこで、鋼帯の製造設備１００では、ブライドルロール２２の出側に配置した反り矯正装置１０によって、鋼帯１に残留した反りを矯正する。
【００２６】
ここで、ロールでの曲げによる板の反り変形を理解するため、一般的な教科書に記載されている曲げの初等理論を引用する［例えば、日本塑性加工学会編「例題で学ぶはじめての塑性力学」（第１版）、森北出版、ｐ．７４−８５］。
板厚ｔ、板幅ｂの板を長手方向に曲げ、曲率半径ρとなるように曲げモーメントＭを負荷して曲げた場合、板厚の中心（中立面）から板厚方向に距離ｙの位置における長手方向ひずみεｘは、幾つかの仮定をおくことで、近似的に下記式（１）で表される。
εｘ＝ｙ／ρ                                          …式（１）
このときの長手方向応力σｘは、弾性変形の状態ではフックの法則より、下記式（２）で表される。
σｘ＝Ｅ・ｙ／ρ                                      …式（２）
ここで、Ｅは縦弾性係数（ヤング率）である。
【００２７】
板全体が弾性変形の状態であれば、曲げモーメントＭを除荷することにより、変形前のまっすぐな状態に戻すことができる。しかし、長手方向応力σｘが材料の降伏応力Ｙに達すると塑性変形（永久ひずみ）が生じ、材料を弾−完全塑性体（加工硬化しない）と仮定すれば、長手方向応力：σｘは、下記式（３）に示す一定値となる。
σｘ＝±Ｙ                                            …式（３）
ここで、＋は引張側、−は圧縮側である。
【００２８】
式（１）及び式（２）より、長手方向ひずみεｘ及び応力σｘは、板厚中心（中立面）からの距離ｙに比例し、板表面ほど大きくなるため、板厚の表層域が塑性変形、中心域が弾性変形となる弾塑性状態となる。この状態から曲げモーメントＭを除荷すると、塑性変形領域は元に戻らないため、板厚方向に残留応力が生じ、曲率半径ρ’の状態で反りが生じる。曲げモーメントＭと除荷前後の曲率半径との関係は、近似的に下記式（４）で表される。
−Ｍ＝ＥＩ（１／ρ’−１／ρ）                        …式（４）
ここで、Ｉは板の断面二次モーメント（＝ｂｔ３／１２）である。
【００２９】
以上の初等理論から導かれる曲げ変形の挙動として、板の反り量は、曲げの曲率半径ρ、板厚ｔ、材料の機械特性値、特に降伏応力Ｙの影響を受ける。また、上記引用文献には記載されていないが、板に引張応力（張力）σＴが負荷されている条件では、式（２）は下記式（５）となり、表裏面での塑性変形領域の分布が変化するため、反りに影響する。
σｘ＝Ｅ・ｙ／ρ＋σＴ                                …式（５）
【００３０】
定性的には、鋼帯の板厚ｔが厚いほど板表層の曲げひずみは大きくなり、塑性変形を生じ易く、曲げによる曲率半径ρが大きい条件でも反りが発生する場合があり、同じく、降伏応力Ｙの小さい材質や、通板時の張力の高い操業条件でも反りが発生しやすい傾向にある。同様に、製造ロット間やコイル長手方向での降伏応力の変動・バラツキ、張力変動などが反りを変化させる外乱になることは明らかである。
【００３１】
実際の製造工程では、上記の初等解法のような単純な変形ではなく、板は曲げ−曲げ戻しを繰返し受け、また、板は幅方向にも三次元的に変形するため、反りを簡便なモデルで表すことは困難である。
【００３２】
本発明者らは、反り矯正装置１０、制御装置１６、及び、検知器７３が備えられていないほかは鋼帯の製造設備１００と同様に構成される連続ライン出側における反りの発生と、各種因子の影響を検証した。ただし、実機ラインの各地点における反り量を詳細に調査するのは困難であるため、ここでは数値シミュレーションを用いた。数値モデルは、「美坂・益居：塑性と加工、１７−１９１（１９７６）、ｐ．９８８−９９４」（以下において、当該文献を「参考文献１」という。）に記載のものを用い、曲げ−曲げ戻しによる鋼帯の長手方向反り（Ｌ反り）、及び、幅方向反り（Ｃ反り）量を評価した。解析はＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼（ＹＰ＝４４０ＭＰａ）、板厚＝０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．４ｍｍ、１．６ｍｍと、ＴＳ＝４４０ＭＰａ鋼（ＹＰ＝３００ＭＰａ）、板厚＝１．８ｍｍの条件で行った。
【００３３】
図２に、ロール径や配置など設備側の条件を同一とした場合の、ライン出側での各ロール位置でのＣ反り量の変化を示す。図２の縦軸はＣ反り量［ｍｍ］であり、同横軸はライン出側に配置されたロールの、上流側から１、２、…と順に付与されたロールの番号である。また、図２において、入Ｂ／Ｒは調質圧延機の上流側に配置されたブライドルロール、Ｔ／Ｍはテンションメータロール、Ａ／Ｃはアンチクリンプロール、調圧ミルは調質圧延機、Ｃ／Ｂはクロスブレーキロール、出Ｂ／Ｒは調質圧延機の下流側に配置されたブライドルロール、＃４Ｂ／Ｒは最終ブライドルロールである。また、図２において、６０Ｋ−０．８ｔは厚さ０．８ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−１．０ｔは厚さ１．０ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−１．４ｔは厚さ１．４ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−１．６ｔは厚さ１．６ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、４５Ｋ−１．８ｔは厚さ１．８ｍｍのＴＳ＝４４０ＭＰａ鋼である。図２、図３、図６、図８乃至図１０では、パスラインの上側に凸になる反りを正の値で示し、パスラインの下側に凸になる反りを負の値で示した。図２に示したように、調質圧延機入側のテンションメータロールから、アンチクリンピングロール、調質圧延機、クロスブレーキロール、及び、調質圧延機出側のテンションメータの範囲で反りは大きく変化しており、これらロールでの曲げ−曲げ戻しによって鋼帯が塑性変形を受け、ここで生じた反りは、ブライドルロールではほぼ変化せずライン出側まで残留していることがわかる。また、鋼種や板厚によって最終的な反り量は変化している。
【００３４】
図３に、調質圧延機出側のクロスブレーキロールの高さ設定値（パスラインに対する位置の設定値）と、ライン出側での反りの関係を示す。図３の縦軸は、板幅方向の長さ１０００ｍｍに対するＣ反り量［ｍｍ］であり、横軸はクロスブレーキロールの高さ（パスラインに対するクロスブレーキロールの位置。以下において同じ。）［ｍｍ］である。また、図３において、４５Ｋ−１．８ｔは厚さ１．８ｍｍのＴＳ＝４４０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−０．８ｔは厚さ０．８ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−１．０ｔは厚さ１．０ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−１．４ｔは厚さ１．４ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼、６０Ｋ−１．６ｔは厚さ１．６ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼である。図３に示したように、クロスブレーキロールの高さによってＣ反り量が変化しているが、上記のロールの本来目的である通板安定化のため、通常設定されている１００ｍｍ程度のロール高さでは反り発生は避けられないことがわかる。
【００３５】
この検討結果より、本発明で目的とする、連続ライン作業後に、次工程の精整作業を経ずにインラインでそのまま製品化可能な反り管理を行うには、調質圧延機出側、好ましくは調質圧延機出側のテンションメータロールよりも下流側に反り矯正装置を設置する必要があることは自明である。
【００３６】
また、調質圧延機出側のブライドルロール（調質圧延機の下流側に配置された最初のブライドルロール。以下において同じ。）では反りは殆ど変化しないか、または、当該ブライドルロールが反りに与える影響はわずかであるので、通板中に一定のライン張力が安定的に付与される最終のブライドルロールよりも上流側に反り矯正装置を設置するのが良いことが分かる。
【００３７】
調質圧延機出側のブライドルロールよりも上流側に反り矯正装置を配置しても、インラインでそのまま製品化可能な反り管理を行うことは可能だが、調質圧延機の入側及び出側では設定張力レベルが高く、調質圧延での目標伸び率付与、伸び率制御での要求が優先され、鋼種・サイズによって単位断面積当りの張力も変化するため、反り矯正に関しては外乱となる。そのため、調質圧延機出側のブライドルロールよりも下流側に反り矯正装置を設置することがより望ましい。
【００３８】
更には、幅方向の反り（Ｃ反り）を持つ鋼帯はもちろんのこと、長手方向の反り（Ｌ反り）の残留ひずみを持つ鋼帯をラインの長手方向に張力を付与すると幅方向の反りが現れるため、ライン通板中であってもロールなどによる拘束が無い場合、鋼帯は幅方向に反る。鋼帯の製造において、当該の連続ラインでは出側に板幅計を設置し、全長にわたって幅を測定し品質保証データとして管理している。また、同じく出側にサイドトリマ装置を設置して製品の要求の幅に鋼帯のエッジをトリミングすることも広く行われている。上記のライン通板中の幅反りはこれら幅測定やトリミングの誤差となるため、反り矯正装置をこれら板幅計やサイドトリマ装置の上流に配置して反りを矯正した上で通板することは、品質管理・造り込みにおいて有効である。
【００３９】
本発明者らは、続いて、反り矯正装置の仕様について検討した。ロールによる曲げ−曲げ戻し変形で反りを矯正する場合、矯正前の鋼帯の反りと、絶対値が等しく反りの方向が反対となるような曲げ変形を付与し、反りをキャンセルする方法が一般には考えられ、特許文献１乃至特許文献７に開示されている技術でもその思想に基づいて反り矯正が行われているが、先に述べたように矯正前の反りが常に一定とは限らず、鋼種やサイズによる差異だけではなく、種々の操業因子によってばらつくことが考えられる。その場合、反り矯正装置入側の反りの状況によって反り矯正の条件を修正・制御する必要があるが、連続焼鈍のような連続ラインで反りを実測することは困難であり、走行する鋼帯の反りを連続的に測定可能な計測装置も上記の使用に耐えるものはまだ開発されていないのが実情である。そこで、本発明者らは矯正前の反りの変動、バラツキを無害化できるような装置構成を検討した。
【００４０】
従来技術を見るまでも無く、鋼帯を挟んで対向する複数のロールによって構成されるレベラーなどでは、ロールの相対的な位置関係を変化させることによって反り量を制御できる。図４（ａ）に示したように、ロールによって板に付与される曲げ変形量を決定する装置側の因子としては、隣接するロールの水平方向の軸心間隔（ロールピッチ）、ロール径、及び、隣接するロールの垂直方向のラップ量（インターメッシュ）を挙げることができる。
【００４１】
図４（ａ）のような３本のロールで構成され、ライン方向の２本のロール間に位置するロール（図４（ａ）ではパスラインの上側に位置するロール）を押し引きする基本的３本ロール曲げの場合、インターメッシュと呼ぶロールの押し込み（ラップ）量と反りとの関係は、他の条件が同じであれば一義に決まることになる。この場合、矯正前の鋼帯が持つ反りをキャンセルできる条件は原則、１点のみとなる。これに対して、図４（ｂ）や図４（ｃ）に示したように、構成するロールの本数を増やし、圧下可能なロールを複数にすると反り矯正の自由度は増し、複数の条件で反りをキャンセルする条件を設定することが可能になる。すなわち、矯正前の鋼帯が持つ反りと逆方向で絶対値が等しい反りを付与するだけでなく、矯正前の反りを完全に打ち消すに足る十分に大きな変形を付与した後、そこで生じた反りをキャンセルすることも可能であり、反り矯正装置入側での反りのばらつきの影響を無害化することが可能になる。
【００４２】
上記の効果を検討するため、矯正前（反り矯正装置入側。以下において同じ。）の反り変動の、矯正後（反り矯正装置通過後。以下において同じ。）の残留比率を、下記式（６）に示す指標で定義する。矯正前の反り量をＣｅ１とし、あるロール押込み条件での矯正後の反り量をＣｄ１とする。次に、矯正前の反り量がＣｅ２へと変化した時に、上記と同一のロール押込み条件で矯正を行った時の矯正後の反りがＣｄ２になるとすると、入側反り変動の残留比率は、
残留比率＝（Ｃｄ２−Ｃｄ１）／（Ｃｅ２−Ｃｅ１）      …式（６）
で表わせる。
【００４３】
図４（ａ）〜（ｃ）に示した各ロール配置でシミュレーション計算した結果を図５に示す。図５より、３本ロールでは入側反り変動の影響が多く残留し、４本ロールでも殆ど改善はされていないのに対して、５本ロールでは入側反り変動の影響をほぼ無害化できた。したがって、矯正能力確保のためには、５本以上のロールが必要であることが分かった。ここで、シミュレーションに用いた条件は、ロール径：１５０ｍｍφ、ロールピッチ：１５０ｍｍであり、インターメッシュは矯正後の反り量Ｃｄ１≒０となるように設定した。
【００４４】
反り矯正装置の制御性を左右する因子として、ロールの配列が考えられる、図４（ｃ）に示した５本ロールで構成され、同径の５本のロールを同ピッチで配置した場合の出側ロールのインターメッシュ制御に対する反りの変化と、図４（ｄ）に示したように５本目のロール径を大径とした場合の反り制御特性との比較を、図６に示す。図６の縦軸はＣ反り量［ｍｍ］であり、横軸は４本目のロールと５本目のロールのインターメッシュ（図４（ｄ）におけるｂ。以下において、「出側インターメッシュ」ということがある。）［ｍｍ］である。ここで、図４（ｃ）のロール配列では、すべてのロール径：１５０ｍｍφ、且つ、ロールピッチ（軸心間隔）：１５０ｍｍで一定とした。これに対し、図４（ｄ）のロール配列では１本目から４本目までのロール径及びロールピッチは図４（ｃ）のロール配列と同様とし、５本目のロール径ｄ５を２００ｍｍφ、２５０ｍｍφ、及び、３００ｍｍφの３通りとし、４本目のロールと５本目のロールとの軸心間隔Ｐ４を１５０ｍｍ、１７５ｍｍ、及び、２００ｍｍの３通りとした。なお、反りを矯正される対象材はＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼（ＹＰ＝４４０ＭＰａ）、板厚は１．４ｍｍとし、図４（ｃ）のロール配列及び図４（ｄ）のロール配列共に、１本目のロールと２本目のロールのインターメッシュ（図４（ｄ）におけるａ。以下において、「入側インターメッシュ」ということがある。）は２０ｍｍとした。
【００４５】
図４（ｃ）のロール配列では、４本目のロールを押し込んで出側インターメッシュを大きくするに従って反りがマイナスからプラス方向へと変化した後、出側インターメッシュを更に大きくしていくと逆にプラスからマイナス側へと変化した。これは、出側インターメッシュが比較的小さい範囲では４本目のロールによる曲げ変形が支配的であるが、出側インターメッシュがある程度以上になると５本目のロールによる逆曲げが作用し、反りの挙動が逆転するためである。これに対して、図４（ｄ）のロール配列では、ｄ５及びＰ４が大きくなるに従って５本目のロールによる逆曲げの影響が緩和され、ｄ５＝３００ｍｍφ且つＰ４＝２００ｍｍの条件では、インターメッシュの増大に対して、反りもマイナスからプラス側へ単調に変化し、５本目のロールによる逆曲げの影響が作用していない。制御アクチュエータとして考えた場合、極値を持つ図４（ｃ）の様な系よりも図４（ｄ）の方が制御性がよいと考えられる。
【００４６】
先に述べたように、曲げによる板の塑性変形量を支配する因子のひとつは板の曲率半径であり、各ロールにおける板の曲率半径を適正に制御することにより上記の効果を得ることが可能である。しかしながら、図４に示すような装置にて板に曲げを与える場合、インターメッシュの小さな条件では、板はロールには完全に巻きつかず、実際の板の曲率半径はロール径よりも大きくなることが知られており、単にロール配置やロール径などの幾何学的な装置構成から曲率半径を正確に特定することはできない。
【００４７】
参考文献１には、隣接するロール間の幾何学的な配置と、材料の機械特性値及び張力条件とから、実験式によって板の曲率半径を予測する方法が示されている。図７に示したように、ロールピッチＰ、インターメッシュＨにて対向する直径ｄの２本のロールに接する板厚２ａの真直ぐな板を考えると、ラップアングルとよぶ巻付角θは幾何学的な関係から求まる。参考文献１では、板の曲率半径ρｍを以下の実験式（７）で近似している。
【００４８】
【数１】
0005626172.tif 000002
ここで、Θは当該ロールとその上流側ロールによって形成されるラップアングルと、同じく下流側ロールによって形成させるラップアングルとの和である。また、σｘ０は材料の降伏応力であり、σＴは引張応力（張力）である。
【００４９】
上記式（７）より、ラップアングルΘが大きくなるほど、板の曲率半径ρｍは減少してロールの半径に近づき、ロール径ｄが小さくなるほど、曲率半径ρｍは小さくなる。
【００５０】
また、図７から、ロールピッチＰが小さくなるほど、ラップアングルΘは大きくなり、曲率半径ρｍは小さくなる。したがって、定性的には、図６の効果を得るためには、最終ロールのロール径を大きくするか、最終ロールとその１本上流のロールとの間のロールピッチを大きくすれば、最終ロールでの曲げ変形による過剰な逆曲げの影響を抑制することができる。このほか、最終ロールが研磨されてロール径が小さくなった場合には、最終ロールのロール径に応じて、最終ロールとその１本上流のロールとの間のロールピッチを大きくすることも有効である。ここで、注意すべきことは、図４（ｄ）での最終ロール（５本目のロール）は一見、板の反り矯正に寄与していないように思われるが、１本上流のロール（４本目のロール）でのラップアングルを形成するために必要である。
【００５１】
一方、鋼帯をコイルに巻き取った後、需要家が需要家のラインでコイルを払いだした（ほどいた）際、鋼帯には（Ｌ反り）がついている。コイルの内周側ほど半径が小さいので、巻き癖の程度はコイルの内周側ほど大きくなる。需要家のラインには、一般に、ラインの入側にレベラーが備えられているため、巻き癖の矯正は可能である。しかし、需要家にはライン入側のレベラーを使いたくない理由が有る。
【００５２】
近年、レベラーロールには鋼製ロールの表面に丈夫なコーティングが施されているため起こりにくくなったものの、やはり鋼製ロールで鋼帯を挟んで搬送すると、鋼帯に擦傷や凹み疵が生じる虞がある。ゴムや樹脂でライニングした搬送ロールであれば、擦傷や凹み疵は生じないが、レベラーロールにはこのようなライニングしたロールは使用できない。ライニングは強度が不足しているため、摩耗の結果ロール毎の周速が合わなくなる、ライニングが柔らかく矯正がうまくできないなどがその理由である。鋼帯の最先端においては鋼帯のラインへの導入のために、最尾端においては設備保護のために、ライン入側に設置したレベラーを使用するものの、その他の箇所（特にコイル内周側）においては、レベラーを使用しなくても平坦を確保した製品が、需要家から求められている。
【００５３】
そこで、本発明では、払いだされた鋼帯の略全長に亘ってＬ反りを有しない製品を製造するために、鋼帯の先端側には、巻き取られる際に付与されるＬ反りとは反対向きのＬ反り（図１や後述する図８の例では負のＬ反り）を予め付与するように、制御装置１６によって５本のロールによる反り矯正条件を決定し、鋼帯１の先端側から尾端側へと向かうにつれて、予め付与するＬ反りの量を徐々に低減するように、５本のロールによる反り矯正条件を決定することが好ましい。このような制御は、製造ラインの最下流に配置された張力付与装置（ブライドルロール２３）よりも上流側に反り矯正装置１０を配置することにより、鋼帯の反りを安定して矯正することが可能になる。
【００５４】
鋼帯１の板厚が薄い場合や、テンションリール９０によって巻き取られた鋼帯１の長さが長くなると、コイルを払いだした際のＬ反りは、問題にならない程度にまで低減する。そのため、本発明において、反り矯正装置１０によって予め付与するＬ反り量は、鋼帯の巻き取り途中で０になっても良い。なお、後述するように、出側インターメッシュがＬ反り量に影響するため、出側インターメッシュを変更することにより、反り矯正装置１０によって鋼帯１に予め付与するＬ反り量を変更することができる。本発明において、払いだされた鋼帯を略全長に亘って平坦にしやすくする観点からは、例えば検知器７３を用いて、テンションリール９０に巻き取られた鋼帯コイルの外径を検知し、検知器７３で検知された外径と鋼帯１の板厚から、テンションリール９０に巻き取られた鋼帯１の長さを制御装置１６で計算し、計算された鋼帯１の長さと、鋼帯１に関する情報（降伏強度等の機械的特性や板厚等）とから、予め付与すべきＬ反り量に応じた出側インターメッシュを導出して、パスラインに対する第４ロールの位置を制御することが好ましい。なお、本発明において、テンションリール９０に巻き取られた鋼帯１の長さは、検知器７３を用いて導出する形態に限定されず、フライングシャー８０で鋼帯先端を切断してからの搬送距離を用いても良い。また、鋼帯最先端部にＬ反りを付与するとテンションリール９０への鋼帯最先端部の導入に支障をきたす場合、最先端部にはＬ反りを付与しなくても良い。
【００５５】
以上、本発明について説明したが、実際の設備設計においては、製造対象となる多岐にわたる材料の板厚や機械的特性、張力などの操業条件を考慮して、それぞれの条件で反りの挙動を評価し、反りを適正に制御するための設備構成を精緻な反り予測シミュレーションや実験によって求めることが必要である。なお、本発明に関する上記説明では、サイドトリマ７２の下流側に板幅計７１が配置されている鋼帯の製造設備１００を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。製品の品質保証の観点からは、サイドトリマ装置の下流側に板幅計を設置することが好ましいが、板幅計で測定した母材幅に応じてサイドトリマ装置の動作を制御可能な形態にする等の観点からは、サイドトリマ装置の上流側に板幅計を設置することができる。本発明において、板幅計は、サイドトリマ装置の上流側若しくは下流側、又は、サイドトリマ装置の上流側及び下流側に設置することができ、いずれの形態においても、パスラインの最下流に配置された張力付与装置の上流側に設置することが好ましい。
【実施例】
【００５６】
図４（ｄ）のように配置された５本のロールを有する反り矯正装置１０を備えた鋼帯の製造設備１００を模擬した実機を用いて試験することにより、本発明の効果を検証した。ここで、反りを矯正される対象材はＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼（ＹＰ＝４４０ＭＰａ）、板厚は１．４ｍｍとし、図４（ｄ）におけるロール径はｄ４＝１５０ｍｍφ及びｄ５＝３００ｍｍφ、ロールピッチはＰ３＝１５０ｍｍ及びＰ４＝２００ｍｍとした。実機にて反り矯正装置１０の反り矯正条件を種々変化させて通板を行ったのち、ライン出側で鋼帯よりサンプルを切り出し、反りを測定した結果を図８に示す。図８の縦軸は長さ１０００ｍｍ（Ｃ反りの場合は板幅方向の長さ１０００ｍｍ、Ｌ反りの場合は長手方向の長さ１０００ｍｍ。）当たりの反り量［ｍｍ］であり、横軸は出側インターメッシュ［ｍｍ］である。
【００５７】
図８より、Ｃ反り、Ｌ反りとも、本発明を行う際に検討したシミュレーション結果とよく一致しており、発明の前提となる計算の妥当性が確認された。また、図８より、出側インターメッシュを変更すると、Ｃ反り量及びＬ反り量が変化した。
【００５８】
入側インターメッシュ以外は図８の結果が得られた条件と同一とし、入側インターメッシュを１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、及び、２５ｍｍの４通りとしたシミュレーション結果を図９に示す。図９の縦軸は長さ１０００ｍｍ（Ｃ反りの場合は板幅方向の長さ１０００ｍｍ、Ｌ反りの場合は長手方向の長さ１０００ｍｍ。）当たりの反り量［ｍｍ］であり、横軸は出側インターメッシュ［ｍｍ］である。また、図９において、入側ＩＭは入側インターメッシュのことである。
【００５９】
図９に示したように、出側インターメッシュが小さい範囲では、Ｃ反り量及びＬ反り量は入側インターメッシュに応じて大きく変化したが、出側インターメッシュを大きくすることにより、入側インターメッシュの違いが反り量に与える影響は小さくなった。
【００６０】
パスラインに対するクロスブレーキロール４３の位置（クロスブレーキロール高さ）を変更することにより反り矯正装置１０入側における鋼帯１の反りを変化させた条件における、反り矯正後の矯正効果を図１０に示す。図１０の縦軸はＣ反り量［ｍｍ］、横軸はＬ反り量［ｍｍ］である。また、図１０において、◇及び◆は板厚１．４ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼の結果、△及び▲は板厚１．６ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼の結果、◇及び△は反り矯正装置１０による反り矯正前の結果、◆及び▲は反り矯正装置１０による反り矯正後の結果であり、ａは入側インターメッシュ［ｍｍ］、ｂは出側インターメッシュ［ｍｍ］である。また、図１０において、Ｃ／Ｂロール高さは、クロスブレーキロールの高さ設定値のことである。厚さ１．４ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼は、入側インターメッシュａ＝２０ｍｍ且つ出側インターメッシュｂ＝１０ｍｍ、及び、入側インターメッシュａ＝２０ｍｍ且つ出側インターメッシュｂ＝２０ｍｍのそれぞれの条件で、反りを矯正し、厚さ１．６ｍｍのＴＳ＝５９０ＭＰａ鋼は、入側インターメッシュａ＝２０ｍｍ且つ出側インターメッシュｂ＝２０ｍｍの条件で、反りを矯正した。
【００６１】
図１０に示したように、反り矯正装置１０を用いることにより、Ｌ反り、Ｃ反りともほぼ問題の無い範囲に矯正可能であった。また、反り矯正装置１０の入側の反りが大きく変化した場合であっても、同一の反り矯正条件で、入側の反り変動の影響を無害化できることが立証された。
【符号の説明】
【００６２】
１…鋼帯
１０……反り矯正装置
１１…第１ロール
１２…第２ロール
１３…第３ロール
１４…第４ロール
１５…第５ロール
１６…制御装置
２１、２２、２３…ブライドルロール（張力付与装置）
３１、３２…テンションメータロール（通板ロール）
４１、４４…ロール（通板ロール）
４２…アンチクリンプロール（通板ロール）
４３…クロスブレーキロール（通板ロール）
６０…調質圧延機
７１…板幅計
７２…サイドトリマ（サイドトリマ装置）
７３…検知器
８０…フライングシャー
９０…テンションリール
１００…鋼帯の製造設備
【図１】
0005626172.tif 000003
【図３】
0005626172.tif 000004
【図６】
0005626172.tif 000005
【図７】
0005626172.tif 000006
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005626172.tif 000009
【図２】
0005626172.tif 000010
【図４】
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【図５】
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