(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数スタンドがタンデム配置された熱間連続圧延機において、各スタンドにおける板厚目標値および材料温度予測値に基づいて当該各スタンドにおける圧延荷重予測値を求め、この各圧延荷重予測値に基づいて各スタンドにおける圧延前の初期ロールギャップをセットアップする方法であって、
添加元素としてＳi を０．５％以上含有する材料の圧延荷重を算出する際に、転位密度算出時のＳi 含有量に依存する専用パラメータを設定し、この専用パラメータを用いて圧延荷重を算出することを特徴とする熱間連続圧延機における板厚制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の板厚制御方法において、圧延荷重を算出する際の圧下力関数に含まれる各スタンドでの摩擦係数をＳi 専用として設定することを特徴とする熱間連続圧延機における板厚制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間仕上げ圧延機などの熱間連続圧延機の板厚制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間鋼板は、タンデムに配置された複数の圧延スタンドを備える熱間連続圧延機を用いて熱間連続圧延を行うことによって製造される。この時、圧延材先端部から良好な板厚制御を行うために、圧延材１本毎に初期ロールギャップおよび初期ロール周速のセットアップ（初期設定）を行っている。
【０００３】
このセットアップの精度向上は、圧延材先端部の板厚精度の向上を図る上で非常に重要であり、特に圧延材先端部の板厚精度の向上は、先端部オフゲージ（目標板厚からの偏差）の減少につながるため、製品の歩留り向上を図る上でも重要である。また、セットアップ精度が悪いと、その誤差を修正する際に圧延材の通板性への悪影響も生じ、場合によっては圧延機内での板寄り，板破断等の事故につながる。
【０００４】
従来、ロールギャップおよびロール周速のセットアップは、例えば図１，図２に示すように行われていた。即ち、予め各スタンドの板厚目標値ｈi が決定され、この板厚目標値に基づいて得られる先進率からロール周速Ｖi を決定する。一方、各スタンドにおける材料温度Ｔi を予測し、この材料温度予測値から、例えば下記（２）式に従って平均変形抵抗Ｋfmi を算出し、この平均変形抵抗Ｋfmi と前記板厚目標値ｈi とに基づいて、例えば下記（１）式に従って圧延荷重予測値Ｐi を算出する。この圧延荷重予測値Ｐi とミル剛性Ｍi とに基づき、下記（３）式に従ってロールギャップ位置Ｓi を決定する。
【０００５】
【数１】
0003666340.tif 000002
【０００６】
これらの式の中で上記（２）式に示す平均変形抵抗Ｋfmおよび圧下力関数Ｑ中に含まれる摩擦係数μの予測が圧延荷重を算出する際に最も重要であり、特に熱延鋼板のように多くの特性の異なった鋼種を圧延する際には、添加元素（化学成分）別に正確に予測する必要がある。
【０００７】
一般に、熱間圧延における多パス圧延では、通常の添加元素・温度と共に、パス間での時間要素（パス間での歪み累積，歪み回復等）も圧延荷重に大きく影響することが知られている。
変形抵抗の算出の際に、このパス間での歪みを考慮した考えは多数有り、例えば特開平８−２４３６１９号のように、転位密度をパラメータとする変形抵抗の計算式と、各パスでの加工時における歪み硬化および歪み動的回復に対応させて導出した計算式と、パス間での転位密度の変化を前パス直後の転位密度に関する二次多項式で近似した式に基づいて導出した転位密度残留率の計算式とを用いて変形抵抗を計算し、この変形抵抗から圧延荷重を計算する方法が提示されている。この方法によれば、鋼種別に変形抵抗の係数を算出すれば、ある程度は圧延荷重の予測は可能である。
【０００８】
他方、これに対して、特開平１０−１０９１０６号では、変形抵抗を予め何鋼種か求めておき、それをグループ分けすることによって、それ以外の鋼種においては、その化学成分の含有量毎にメンバーシップ関数を設定し、その関数から変形抵抗を求める方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の前者の圧延荷重予測方法では、パス間での歪み硬化，動的回復について、全ての鋼種毎にテストサンプルを用いて、その影響を調査・定量化するのは、非常に労力がかかり、実際問題として困難である。しかも、実機での圧延条件の再現には、圧延でのスピードや温度等の面で困難が多い。
【００１０】
前述の後者の圧延荷重予測方法では、何鋼種か変形抵抗のみ算出し、それをグループ分けして化学成分毎にメンバーシップ関数を設定するため、前記の従来方法に比べると簡単であり、効率的だと思われる。しかし、熱延鋼板の場合、特定の化学成分を添加させている場合も多く、圧延での温度域によって変形抵抗に及ぼす各化学成分の影響があり、各スタンドでの歪み速度の変化を考慮しても、特定材質では変形抵抗予測誤差が生じやすい。これは、結局、前述の（１）式中の圧下力関数に誤差が存在するためと考えられる。
【００１１】
本発明者らは、実機での熱間圧延鋼板の製造に際し、この中で特に珪素（Ｓi)を０．５％以上添加したＳi 添加鋼での変形抵抗予測誤差が大きいことを経験上把握していた。Ｓi は、鋼板の成形性向上に効果があるため、成形の複雑な部位に用いられる添加元素である。
【００１２】
このＳi 添加鋼は、従来の転位密度の算出や動的回復等の予測のみでは、歪みの予測と計算圧延荷重は良く一致する。しかし、例え歪みを予測した計算荷重を算出しても、各スタンド毎に、計算荷重と実績荷重とは乖離することが多い。Ｓi 添加鋼については、以上のような原因から従来より、セットアップ予測誤差のバラツキが大きく、圧延荷重予測精度の向上が製品歩留り上、かつ圧延時の通板安定上、必要不可欠であった。
【００１３】
そこで、本発明は、Ｓi 添加鋼の圧延荷重予測精度を向上させることにあり、それによって、ロールギャップのセットアップ精度を向上させ、製品板厚精度の向上および歩留りの向上を図ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、複数スタンドがタンデム配置された熱間連続圧延機において、各スタンドにおける板厚目標値ｈi および材料温度予測値Ｔi に基づいて当該各スタンドにおける圧延荷重予測値Ｐi を求め、この各圧延荷重予測値Ｐi に基づいて各スタンドにおける圧延前の初期ロールギャップをセットアップする方法であって、特に添加元素としてＳi を０．５％以上含有する材料の圧延荷重を算出する際に、転位密度算出時のＳi 含有量に依存する専用パラメータ（転位密度係数）αを設定し、この専用パラメータαを用いて圧延荷重を算出することを特徴とするものである（請求項１）。
【００１５】
即ち、図１，図２に示すように、各スタンドにおける材料温度Ｔi を予測し、この材料温度予測値などから平均変形抵抗Ｋfmi を算出し、この平均変形抵抗Ｋfmi と板厚目標値ｈi とに基づいて、例えば前述した（１）式に従って圧延荷重予測値Ｐi を算出し、この圧延荷重予測値Ｐi とミル剛性Ｍi とに基づき、前述した（３）式に従ってロールギャップ位置Ｓi を決定するセットアップ方法において、図３に示すように、前記平均変形抵抗Ｋfmi を求めるために用いられる転位密度ρの算出式（加工時の歪みによる転位密度増加の項ｂ・動的回復速度の項ｃおよびスタンド間の残留転位密度の化学成分係数Ｒ0 ）に、Ｓi 含有量に依存する専用パラメータα1 ，α2 ，α3 を導入し設定する。
【００１６】
Ｓi については、熱間圧延時の歪みによる動的回復の遅れだけでなく、再結晶時の軟化により、パス間時間の短い仕上げスタンド後段ほど、計算荷重に対して実績荷重が低くなる。この歪み再結晶時の軟化は、Ｓi 量が０．５％以上で顕著であり、また鋼板の加工性向上のためには、通常Ｓi 量を０．５％以上添加する場合が殆どである。よって、本発明では、Ｓi を０．５％以上含有する被圧延材に最適な圧延荷重予測方法を提示することとした。
【００１７】
また、Ｓi 鋼は圧延時の圧下率変化による歪み速度変化の影響を大きく受けるため、前述のように圧延荷重を算出する際に上記専用パラメータを用いたとしても、計算荷重と実績荷重の乖離が発生することに注目し、本発明では、併せて、圧延荷重を算出する際の圧下力関数Ｑpiに含まれる各スタンドでの摩擦係数μをＳi 専用として設定し（請求項２）、前記専用パラメータαとこの摩擦係数μを用いて圧延荷重を算出する。摩擦係数の設定により圧下力関数の誤差が減少し、圧延計算荷重と実績荷重との偏差を減少させ、安定した製品板厚を得ることが可能となる。
【００１８】
図３，図４に、セットアップにおいて平均変形抵抗Ｋfmi を計算する際、歪みの累積と動的回復の減少を考慮して転位密度ρを求める手法の１例をフローチャートで示す。図３はＳi 専用パラメータαを用いる本発明の場合、図４はパラメータαを用いない従来法の場合であり、これらの図において、歪みによる転位密度の増加と動的回復による減少が圧延材の化学成分に依存する項（ｂ，ｃ）があるが、これらの係数は代表鋼種圧延時の実績データにより決定されている。本発明では、Ｓi を０．５％以上含む鋼種について、その圧延荷重実績データを基にｂ，ｃ中のＳi に係わるパラメータ（α1 ，α2 ）を調整し、計算荷重が実績荷重に合うようにする。また、パス間（スタンド間）での転位密度の変化ρS ，ρr の算出時に考慮すべき化学成分係数Ｒ0 に含まれるα3 についても同様に調整実施する。
【００１９】
これらα1 ，α2 ，α3 の各係数は固定値であり、通常のＳi 未添加鋼では考慮されていない。図３における平均変形抵抗Ｋfmi の算出結果と、実際の圧延データ（荷重・温度の実績値）からＫfmi を逆算した結果とを比較し、ｂ，ｃおよびＲ0 の偏差（計算値／実績値）からＳi の影響項を算出する。係数α1 ，α2 ，α3 にＳi の添加量を掛けて影響項としている。
【００２０】
具体的なＳi 専用の係数としては、通常炭素鋼（Ｃ−Ｍｎ鋼）をベースとした値に比べて表１に示すような数値とする。この表１には、通常炭素鋼とＳi 鋼の代表成分と、転位密度算出の際の係数例を示す。
【００２１】
【表１】
0003666340.tif 000003
【００２２】
以上のようにして求めた転位速度ρを用い、前述した（１）式に従って圧延荷重計算を実施すると、圧延各スタンドでの歪み（圧下率に依存）の影響を受けるため、計算荷重では歪みの変化を表現できるようになる。しかし、そのように求めた計算荷重と実績荷重では乖離が大きいため、本発明では同時に、（１）式の圧延荷重計算式中の圧下力関数Ｑpiの誤差を低減させるべく、固定値として与えられる摩擦係数μについても、Ｓi 鋼については以下に示す表２のように各スタンド毎で専用に設定する。
【００２３】
圧下力関数Ｑpiでは、各スタンドの入側・出側厚みより中立点角を求めるが、この際のパラメータとして摩擦係数μを設定する必要がある。摩擦係数μは、圧延油・冷却水等の圧延ロール−被圧延材間の状態によって異なり、実験データを基に決定される。本発明では、転位密度の調整後に平均変形抵抗Ｋfmi を算出した際と同様な方法で各スタンド毎の荷重偏差（計算荷重値／実績荷重値）から圧下力関数Ｑpiの値そのものを合わせ込むべく摩擦係数μを逆算して求める。
【００２４】
【表２】
0003666340.tif 000004
【００２５】
上記の転位密度による変形抵抗予測方法・圧延荷重計算方法によれば、Ｓi 添加鋼専用の転位密度係数を用いて転位密度を計算し、かつ圧延各スタンドにおける歪みの変化に応じて荷重を計算することができるため、さらに圧下力関数に含まれる摩擦係数を調整するため、結果として変形抵抗値・圧延荷重予測値の精度を向上させることができる。このように、Ｓi 鋼において、他の化学成分を除いた条件で、圧下率等の圧延条件の変化に対応したセットアップが可能となり、かつセットアップ精度の向上を図ることができる。
【００２６】
セットアップ精度の向上により、Ｓi 添加材での圧延材先端部の板厚精度の向上を図ることが可能となり、また先端部オフゲージ（目標板厚からの偏差）の減少につながり、製品歩留りの向上を図ることも可能となる。さらに、セットアップ不良原因の圧延材の通板性への悪影響も防止でき、圧延中での板寄り・板破断等の事故防止につなげることもできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて詳細に説明する。この実施形態は、図１に示すように、７台のスタンドがタンデム配置された熱間連続仕上げ圧延機１の各スタンドにおける初期ロールギャップおよび初期ロール周速をセットアップ（初期設定）する例である。
【００２８】
従来は、セットアップ計算装置２において、図１，図２に示すように、予め決定された各スタンドの板厚目標値ｈi に基づいて得られる先進率からロール周速Ｖi を決定し、一方、各スタンドにおける材料温度Ｔi を予測し、この材料温度予測値から、例えば下記（２）式に従って平均変形抵抗Ｋfmi を算出し、この平均変形抵抗Ｋfmi と前記板厚目標値ｈi とに基づいて、例えば下記（１）式に従って圧延荷重予測値Ｐi を算出し、この圧延荷重予測値Ｐi とミル剛性Ｍi とに基づき、下記（３）式に従ってロールギャップ位置Ｓi を決定し、ロール開度設定装置３により各スタンドのロールギャップを設定している。
【００２９】
【数２】
0003666340.tif 000005
【００３０】
このような従来法に対して、本発明および特開平８−２４３６１９号では、上記（２）式に代えて、図３（本発明），図４（特開平８−２４３６１９号）に示す転位密度ρを用いて平均変形抵抗Ｋfmi を算出することが行われている。
即ち、加工時には、▲１▼  歪みεによる増加分と、▲２▼  下記（４）式に示す動的回復による減少分と、▲３▼  動的再結晶ρS0による減少分とから、転位密度ρを求め、この転位密度ρから下記（９）式に従って変形応力σを求め、この変形応力σから下記（10）式に従って平均変形抵抗Ｋfmi を算出する。
【００３１】
スタンド間では、▲４▼  下記（11）式に示す動的再結晶粒の成長による転位密度の変化ρS と、▲５▼  静的再結晶の発生率Ｘstと、▲６▼下記（12）式に示す未再結晶部の静的回復による転位密度の変化ρr から、残留転位密度ρN を算出し、この残留転位密度ρN を次スタンドの平均変形抵抗Ｋfmi の計算に用いる。
【００３２】
【数３】
0003666340.tif 000006
【００３３】
本発明の図３では、（６）式・（８）式・（13) 式において、Ｓi に係数α1 ，α2 ，α3 が付いている点が図４と異なる点であり、本発明では、Ｓi を０．５％以上含有する鋼種に対して、平均変形抵抗Ｋfmi の計算値と実測値の偏差などから係数α1 ，α2 ，α3 （固定値）を決定し、上記（４）〜(13)式を用いて平均変形抵抗Ｋfmi を算出し、この平均変形抵抗Ｋfmi から上記（１）式に従って各スタンドにおける圧延荷重予測値Ｐi を算出する。
【００３４】
さらに、本発明では、これに加えて、上記（１）式の圧延荷重計算式中の圧下力関数Ｑpiの誤差を低減させるべく、その摩擦係数μ（固定値）についても、各スタンド毎の計算荷重値と実績荷重値の偏差などから、各スタンド毎に設定する。
【００３５】
【実施例】
Ｓi 添加鋼の熱間仕上げ圧延に本発明を適用して圧延を実施した。そのセットアップ精度向上効果を図６〜図８に示す。Ｓi 添加鋼の化学成分および転位密度算出のための成分による係数設定値については、前述した表１に示す通りである。下記の表３に示すように、表１の条件で従来のＳi について歪み変化を考慮せずに図４の通常式（通常炭素鋼用の変形抵抗式）で計算していた場合をベースとしてケース１（従来法）、転位密度のみＳi 専用の係数を設定した場合をケース２（本発明Ｉ）、転位密度と摩擦係数を同時に設定した場合をケース３（本発明II）とする。
【００３６】
【表３】
0003666340.tif 000007
【００３７】
この各ケースについてＳi を約０．８％添加した鋼種の圧延を実施した。ここで、被圧延材の仕上げ入側温度は約１０５０°Ｃ、仕上げ出側温度は約８５０°Ｃ、被圧延材の仕上げ入側板厚は約３０ｍｍ、仕上げ出側板厚は目標値によって異なるが、約１．６〜５ｍｍ程度である。
【００３８】
ケース１の場合のＳi 添加鋼圧延時の材料先端での計算荷重と実績荷重の差を各スタンドで示したのが、図５である。この図５から、Ｓi 添加鋼圧延時は、前段スタンド（Ｆ１〜Ｆ３）では実績荷重が高めに、後段スタンド（Ｆ４〜Ｆ７）ではスタンド毎での差異が大きく最終スタンドＦ７では逆に実績荷重が小さくなっており、圧延荷重予測精度が良くないことがわかる。
【００３９】
ケース２（本発明Ｉ）では、転位密度の算出を正確に行うため、実績荷重データから歪みの累積および動的回復をＳi 材専用の転位密度係数により考慮した場合であり、図６にケース２における各スタンドでの材料先端部の計算荷重と実績荷重の差を示す。この図６から、前段スタンドでの圧延荷重精度が好転しており、従来に比べて圧延荷重予測精度を向上させることができる。しかし、後段スタンドでは常に実績圧延荷重の方が計算荷重に対して小さくなっている。このため、このまま圧延すると、先端部の板厚が薄めとなることが予想される。
【００４０】
ケース２での各スタンドでの変形抵抗・圧延荷重・歪みの関係を図８(a) に示す。この図８(a) から、計算圧延荷重のスタント毎の推移は歪みの推移と類似しており、荷重変化に対する歪みの変化を表現可能となっていることが明らかである。しかし、計算荷重と実際の圧延荷重実績とは後段スタンドで乖離している。これは、荷重計算の際、圧下力関数中に含まれる摩擦係数の設定がＳi 鋼では各スタンドで異なり、誤差が生じていることが原因と推定される。よって、本発明では、この摩擦係数をＳi 専用に設定することが望ましいことがわかる。
【００４１】
ケース３（本発明II) は、ケース２の転位密度係数の調整に加えて摩擦係数を同時に設定した場合であり、図７に各スタンドでの材料先端部での計算荷重と実績荷重の差を示す。また、図８(b) にケース３での変形抵抗・圧延荷重・歪みの関係を示す。この結果から、各スタンドとも従来に比較して荷重予測精度が好転し、また歪みが変化した場合でも計算荷重と実績荷重がほぼ一致させることが可能なことがわかる。このように、Ｓi 添加鋼では、転位密度の算出精度向上による歪みの累積および動的回復効果の考慮のみでなく、摩擦係数の設定が必要であることが明らかになった。
【００４２】
下記の表４に、Ｓi 含有量の異なるＳi 添加鋼と、通常の比較材である一般低炭素鋼の比較をまとめたものを示す。この表４から、Ｓi を０．５％以上含有するＳi 添加鋼においては、転位密度係数を用いた本発明Ｉはほぼ良好で、転位密度係数と摩擦係数を同時設定した本発明IIは最も良好であることがわかる。
【００４３】
【表４】
0003666340.tif 000008
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
（１）Ｓi を０．５％以上含有する被圧延材の圧延荷重を算出する際に、転位密度算出時のＳi 含有量に依存する専用パラメータ（転位密度係数）を設定し、そのパラメータを用いて圧延荷重を算出するようにしたため、パラメータを実績荷重に基づいて設定するだけの簡単な作業で、Ｓi 添加鋼の圧延荷重の予測精度を向上させることができる。
【００４５】
（２）さらに、上記転位密度算出専用のパラメータを用いると同時に、各スタンドにおける摩擦係数をＳi 専用として設定することにより、圧下力関数の誤差を低減することができ、Ｓi 添加鋼の圧延荷重の予測精度をより向上させることができる。
【００４６】
（３）圧延荷重予測値の精度が向上することにより、セットアップ精度の向上を図ることができ、Ｓi 添加材での圧延材先端部の板厚精度の向上を図ることが可能となり、また先端部オフゲージ（目標板厚からの偏差）の減少につながり、製品歩留りの向上を図ることも可能となる。さらに、セットアップ不良原因の圧延材の通板性への悪影響も防止でき、圧延中での板寄り・板破断等の事故防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱間連続圧延機における仕上げセットアップ計算方法を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る熱間連続圧延機での板厚制御におけるロール周速およびロールギャップのセットアップ例を示すフローチャートである。
【図３】本発明のセットアップで変形抵抗を計算する際、歪みの累積と動的回復による減少を考慮して転位密度を求める際のフローチャートである。
【図４】従来のセットアップで変形抵抗を計算する際、歪みの累積と動的回復による減少を考慮して転位密度を求める際のフローチャートである。
【図５】従来のケース１（通常炭素鋼用の変形抵抗式を用いたケース）の場合のＳi 添加鋼圧延時の材料先端部での計算荷重と実績荷重の差を各スタンド毎に示したグラフである。
【図６】本発明のケース２（変形抵抗の算出に転位密度係数を用いたケース）の場合のＳi 添加鋼圧延時の材料先端部での計算荷重と実績荷重の差を各スタンド毎に示したグラフである。
【図７】本発明のケース３（転位密度係数と共に摩擦係数を調整したケース）の場合のＳi 添加鋼圧延時の材料先端部での計算荷重と実績荷重の差を各スタンド毎に示したグラフである。
【図８】本発明のケース２およびケース３での各スタンド毎における変形抵抗・圧延荷重・歪みの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１…熱間連続仕上げ圧延機
２…セットアップ計算装置
３…ロール開度設定装置
【図１】
0003666340.tif 000009
【図２】
0003666340.tif 000010
【図３】
0003666340.tif 000011
【図４】
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【図５】
0003666340.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
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