(57)【要約】      （修正有）【課題】  コイル内周側の鋼帯に作用する周方向圧縮応力が鋼帯の降伏応力を超えることがないような厚さに設定して、コイル内周側の鋼帯に生じやすい耳伸びを防止したテンションリール用スリーブを提供する。【解決手段】  コイル外径，スリーブ内径，スリーブ外径，巻き取り張力，スリーブのヤング率及び鋼帯のヤング率からスリーブの収縮変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部における周方向圧縮応力を算出するとともに、スリーブ外径，鋼帯の板厚及び鋼帯のヤング率から曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯のスリーブ側表層における周方向圧縮応力を算出し、両者の和として得られるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力の合計が、巻き取られる鋼帯の降伏応力よりも小さくなるようにスリーブ厚が設定されているテンションリール用スリーブ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル外径，スリーブ内径，スリーブ外径，巻き取り張力，スリーブのヤング率及び鋼帯のヤング率から算出されるスリーブの収縮変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部における周方向圧縮応力と、スリーブ外径，鋼帯の板厚及び鋼帯のヤング率から算出される曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯のスリーブ側表層における周方向圧縮応力の和として得られるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力の合計が、巻き取られる鋼帯の降伏応力よりも小さくなるようにスリーブ厚が設定されていることを特徴とするテンションリール用スリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル巻き取りの際に鋼帯のコイル内周側で生じやすい耳伸びを防止するような厚さが設定されたテンションリール用スリーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧延後の鋼帯は、所定量テンションリールに巻き取られて鋼帯コイルとされ、その後テンションリールから抜き取られた鋼帯コイルは、次工程或いは需要家のめっき工程，成形工程等の製造ラインに供給されている。
この際、図１に示すように、抜き取り後のコイル潰れ防止の観点からテンションリール１にスリーブ２を嵌め込み、当該スリーブ２の上に鋼帯コイル３を巻き取ることが一般的に行われている。そして、通常、高い張力を加えて鋼帯を巻き取っている。この際、コイル内周付近に強い巻き締り力がかかるので、変形を防止する意味で数１０ｍｍの肉厚を有するスリーブが用いられることが多い。しかしながら、厚肉のスリーブを用いても、板厚１．０ｍｍ以下の薄板鋼帯を巻き取る際には、コイル内径側で鋼帯に耳伸び形状不良を発生し、品質を著しく損ない、歩留りが大幅に低下する等の課題がある。図１中、コイル内径側４に形状不良部が形成されやすい。
【０００３】
圧延設備に限らず、めっきや塗装等の表面処理設備，形状矯正を施すテンションレベラ設備等の鋼帯処理ラインにおいては、テンションリールや通板用のロールの直径は、これらのロール類での曲げ変形により鋼帯を塑性変形させることがないように、大径としている。すなわち、曲げ変形により、鋼帯のロール側表面には周方向圧縮応力が作用し、ロールと反対側表面には周方向引張応力が作用するが、これらの応力はコイル最内周で最大となる。このため、これらの最大値が降伏応力以下となるように大径ロールの径を設定している。
【０００４】
ところが、鋼帯へはテンションリールへの巻き付きによる曲げ応力だけでなく、巻き締りによる周方向圧縮応力が加わるため、鋼帯は塑性変形を生じやすくなる。
圧延後の鋼帯をテンションリールに巻き取って行く場合、巻き取り初期の鋼帯には巻き取り張力に等しい引張応力が作用しているが、巻き数が増えて行くにつれて、コイル外周部からの巻き締り力によりコイル内周付近は強く圧縮されるようになる。このとき、鋼帯が巻き付くスリーブは弾性変形で縮んで直径が小さくなり、コイルの内径が減少する。さらにテンションリールからコイルを巻き取ったスリーブを抜き取る際に、テンションリールによりスリーブ内周面を支えることができなくなるため、スリーブ及びコイルの内径が縮小する。それにつれて、コイル内周付近の鋼帯に周方向圧縮応力が加わることになり、コイル内周付近の鋼帯は圧縮曲げの変形状態となる。この圧縮応力が鋼帯の降伏応力を超えると鋼帯が塑性変形し、鋼帯の長さがわずかに短くなることになる。
【０００５】
均一な圧縮力がスリーブに作用すると、材料力学の理論からはスリーブの変形は板端部よりも板幅中央部の方が大きくなる。この考え方によると、テンションリールで巻き取ったコイルにおいては、巻き締り力でコイル内周部が変形するとき、板幅中央部の方が大きく変形するため、鋼帯の板幅中央部が短くなる傾向となる。
すなわち、鋼帯にとっては板幅方向中央部の長さが短くなっており、コイルを巻き戻して鋼帯の拘束を取り除くと、相対的に板端部が長くなった形状となる。この板端部と板幅方向中央部との長さの差が耳伸びという形状不良として現れることになる。
【０００６】
このように、コイル内周部にのみ耳伸び形状不良が発生する原因は、曲げ変形により生じる鋼帯のロール側表面における周方向圧縮応力や巻き締りによる周方向圧縮応力がコイル内周側ほど大きくなるためである。
コイル径を小さくすれば巻き締り力が小さくなるが、コイルトップ及びエンドの未圧延部の割合が増加するため、歩留りが低下するとともに生産効率の低下につながる。また、巻き締り力を小さくする方法として、巻き取り張力を低くする方法も考えられるが、薄板鋼板では巻き取り張力低下は、クロスバックルというしわ模様を発生させる原因ともなるので、巻き取り張力の低減には限界がある。
そこで、テンションリールに鋼帯幅方向中央部の３０〜９０％の範囲内に、５〜３０ｍｍの厚さのスリーブを装着して幅方向中央部の剛性を上げ、巻き締り力によるコイル内径の収縮量を小さくすることが特許文献１に紹介されている。
【特許文献１】特開平９−７６０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
幅方向中央部のみにスリーブを装着することにより、板幅中央部のコイル内径の収縮量が減少し、それに伴い板幅中央部と板端部とのコイル内径の相対差が減少することになるので、耳伸び形状不良の改善効果は見られる。しかし、幅方向中央部のスリーブ厚みが不十分であるため、板幅中央部におけるコイル内周側での塑性変形は防ぎえず、耳伸び形状不良の発生を完全になくすことはできない。
また、鋼帯中央部にしかスリーブがないため、板端部の巻き締り力によりスリーブの端の部分で板が折れ曲がったり、クレーンによるコイル搬送中にフックとコイルの端部が接触し、鋼帯が押しつぶされたりする等の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、板幅よりも幅の広いスリーブを用いることを前提とし、コイル内周側の鋼帯に作用する周方向圧縮応力が鋼帯の降伏応力を超えることがないような厚さにすることにより、コイル内周側の鋼帯に生じやすい耳伸びを防止したテンションリール用スリーブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のテンションリール用スリーブは、その目的を達成するため、コイル外径，スリーブ内径，スリーブ外径，巻き取り張力，スリーブのヤング率及び鋼帯のヤング率から算出されるスリーブの収縮変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部における周方向圧縮応力と、スリーブ外径，鋼帯の板厚及び鋼帯のヤング率から算出される曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯のスリーブ側表層における周方向圧縮応力の和として得られるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力の合計が、巻き取られる鋼帯の降伏応力よりも小さくなるようにスリーブ厚が設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、鋼帯が塑性変形を起さないスリーブ厚の限界を容易に知ることができるため、コイル内周側で生じやすい耳伸びを防止できる範囲内でスリーブ厚を極力薄くすることが可能となり、結果的に操業性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者等は、スリーブ設計により鋼帯のコイル内周側で生じやすい耳伸びを防止する方法について調査検討した。
その結果、スリーブの収縮変形と曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力を算出し、この周方向圧縮応力が鋼帯の降伏応力よりも小さくなるようにスリーブ設計することが効果的であることを見出した。
【００１２】
まず、スリーブの収縮変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部における周方向圧縮応力を算出する方法を検討した。
コイル外径をＤ，スリーブ内径をｄ1，スリーブ外径をｄ2，巻き取り張力をＴ，スリーブのヤング率をＥS，鋼帯のヤング率をＥMとすると、スリーブに作用する巻き締り力Ｐは次式（１）で表わされる。
Ｐ＝Ｔ（ｌｎＤ−ｌｎｄ2）                ・・・・（１）
【００１３】
また、コイルを巻き取ったスリーブをテンションリールから抜き取った後のスリーブの幅中央部における縮径量Δｄは、厚肉円筒に直径方向に外力Ｐが加えられたときの縮径量として、次式（２）で表わされる。
Δｄ＝２Ｐｄ22ｄ1／｛ＥS（ｄ22−ｄ12）｝    ・・・・（２）
したがって、スリーブの収縮変形によリ生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部における周方向圧縮応力σSは次式（３）で表わされる。
σS＝ＥMΔｄ／ｄ2                          ・・・・（３）
【００１４】
次に、曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯のスリーブ側表層における周方向圧縮応力を算出した。
鋼帯の板厚をｈとすると、曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯のスリーブ側表層における周方向圧縮応力σBは次式（４）で表わされる。
σB＝ＥMｈ／ｄ2                            ・・・・（４）
スリーブの収縮変形と曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力σtはσSとσBの和として次式（５）で表わされる。
σt＝σS＋σB                              ・・・・（５）
【００１５】
スリーブ厚が厚くなるほど、すなわちスリーブ外径ｄ2が大きくなるほど、コイル重量が同一であればコイル外径Ｄも大きくなるが、式（１）から得られる巻き締り力Ｐは小さくなる。そして、スリーブ外径ｄ2が大きくなるほど、式（２）において縮径量Δｄが小さくなり、式（３）においてスリーブの収縮変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部における周方向圧縮応力σSが小さくなる。
また、式（４）においてスリーブ外径ｄ2が大きくなるほど、曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯のスリーブ側表層における周方向圧縮応力σBが小さくなる。
したがって、式（５）においてσSとσBの和として表わされる、スリーブの収縮変形と曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力σtは、スリーブ厚が厚くなるほど小さくなる。
【００１６】
この周方向圧縮応力σtが鋼帯の降伏応力σy以下となるようにスリーブ厚を厚くすることにより、鋼帯の塑性変形を抑制し、コイル最内周で生じやすい耳伸びの発生を防止することができることになる。
なお、スリーブ厚を厚くしすぎると、スリーブの重量が増し、次工程でコイルを巻き戻した後、当該スリーブを冷間圧延ラインのコイラまで返送する等のハンドリングに非常な困難を伴うこととなる。
本発明によれば、鋼帯が塑性変形しないスリーブ厚の限界を容易に知ることができるので、コイル最内周で生じやすい耳伸びを防止できる範囲内で、操業性の観点からスリーブ厚を薄くできるようになる。
【実施例】
【００１７】
次に、冷間圧延後に降伏応力が１５００Ｎ／ｍｍ2である板厚０．１ｍｍ，板幅３００ｍｍの鋼帯約２トンを、張力８００Ｎ／ｍｍ2でテンションリールに巻き取る場合についての実施例及び比較例を紹介する。比較例では、内径４００ｍｍ，外径５５０ｍｍの鋼製スリーブを用いた。
前記式（１）〜（５）によりスリーブの収縮変形と曲げ変形により生じるコイル最内周の鋼帯の板幅中央部スリーブ側表層における周方向圧縮応力σtを算出すると、約１８６０Ｎ／ｍｍ2となる。この値は鋼帯の降伏応力１５００Ｎ／ｍｍ2よりも大きくなるので、塑性変形を生じることになる。
そこで、式（１）〜（５）で周方向圧縮応力σtが鋼帯の降伏応力１５００Ｎ／ｍｍ2以下となるようにスリーブを設計した。実施例ではスリーブ内径を４００ｍｍ，スリーブ外径を６５０ｍｍとした。このときの周方向圧縮応力σtは約１０６０Ｎ／ｍｍ2となる。
【００１８】
スリーブ外径を６５０ｍｍとした場合（実施例）について、テンションリールで巻き取った後、ほどいて圧延トップ及びエンド部の形状を測定した。その結果を図２に示す。
また、スリーブ外径を５５０ｍｍとした場合（比較例）について、同様に、テンションリールで巻き取った後、ほどいて圧延トップ及びエンド部の形状を測定した。その結果を図３に示す。
巻き取り時の外周側に当り、スリーブの収縮変形の影響が小さい圧延エンド部では、実施例，比較例ともに急峻度０．８％以下の良好な形状が得られた。一方、巻き取り時の内周側に当り、スリーブの収縮変形の影響が大きい圧延トップ部では、実施例，比較例で形状が大きく異なっていた。すなわち、比較例においては、急峻度約１．５％の耳波形状不良が生じていたのに対して、実施例においては、鋼帯の塑性変形が防止されるために、圧延エンド部と同様に急峻度０．８％以下の良好な形状品が得られた。
なお、急峻度λは、山高さをｈ，ピッチをＬとしたとき、λ＝ｈ／Ｌ×１００で定義した。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】鋼帯の巻き取り状況を説明する側面図
【図２】実施例で得られた鋼帯の圧延トップ部及び圧延エンド部の急峻度
【図３】比較例で得られた鋼帯の圧延トップ部及び圧延エンド部の急峻度
【符号の説明】
【００２０】
１：テンションリール    ２：スリーブ    ３：鋼帯コイル    ４：耳伸び形状不良部    
【図１】
2006247669.tif 000003
【図２】
2006247669.tif 000004
【図３】
2006247669.tif 000005