(57)【要約】【課題】高強度鋼板や電磁鋼板のように引張強さが０．２％耐力以下となるような難圧延材でも板破断を起こすことなく圧延することができる金属帯の冷間圧延方法を提案する。【解決手段】形状制御アクチュエータと、圧延機の出側に平坦度計を有する冷間圧延機を用いた金属帯の冷間圧延方法において、上記平坦度計で測定した圧延機出側の金属帯の板幅端部における張力がゼロとなるよう、形状制御アクチュエータで金属帯の形状を制御しつつ圧延することを特徴とする金属帯の冷間圧延方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状制御アクチュエータと、出側に形状測定装置を有する冷間圧延機を用いた金属帯の冷間圧延方法において、
上記形状測定装置で測定した圧延機出側の金属帯の板幅端部における張力がゼロとなるよう、形状制御アクチュエータで金属帯の形状を制御しつつ圧延することを特徴とする金属帯の冷間圧延方法。
【請求項２】
上記金属帯は、圧延後の圧延方向の引張強さが０．２％耐力以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属帯の冷間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯の冷間圧延方法に関し、具体的には、低延性であるため破断し易い金属帯の冷間圧延方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、金属帯として、鋼板を例にとって説明する。
鋼板の冷間圧延においては、一般に、圧延時の板破断を防止するため、圧延機出側の鋼板形状をリアルタイムに測定し、該形状が目標形状と一致するよう、形状制御アクチュエータを操作することが行われている。しかし、近年、需要が増加している高張力鋼板や電磁鋼板、ステンレス鋼板等は、脆性材料、即ち、低延性材料であるため板破断を起こし易く、いわゆる「難圧延材」として知られている。
【０００３】
鋼板を破断することなく圧延するためには、鋼板の両幅端部（エッジ部）のように破断の起点となり易い箇所への過度な応力集中を防止するため、鋼板の平坦度を確保し、板幅方向の張力分布が均一となるよう圧延後の鋼板形状を制御することが重要となる。しかし、上記のような難圧延材では、小さな応力集中でも板破断に至るため、形状制御範囲が狭いだけでなく、トライ＆エラーで形状制御目標値を決定しようとした場合には、試行回数が多くなったり、試行時に板破断を起こして圧延設備の稼働率低下や歩留まり低下を招いたりするという問題を抱えている。
【０００４】
圧延後の鋼板形状を測定する方法としては、例えば、図１に示したような接触式の形状測定装置（平坦度計）が実用化されている。この測定装置は、鋼板と接触するロールを鋼板の幅方向に複数に分割し、それぞれの分割ロールに埋め込んだ荷重センサ（ロードセル）によって鋼板幅方向の鋼板とロール間の接触荷重を測定し、該接触荷重分布から幅方向の張力分布を求める、即ち、伸び率差を求めることによって鋼板形状を推定するものである。
【０００５】
また、鋼板の形状を制御するアクチュエータとしては、ロールの両端にベンダ力を付与してワークロールの軸心たわみ量を変化させるロールベンダ機構や、片側端部にテーパを付与した中間ロールを板幅方向にシフトする中間ロールシフト機構、液圧によりロールクラウンを操作するＶＣロール機構などがある。また、ゼンジマー圧延機では、バックアップロールを鋼板の幅方向に分割して、それぞれを独立して圧下するＡｓ−Ｕ機構などが知られている。
【０００６】
また、冷間圧延時の板破断を防止する技術しては、例えば、特許文献１には、形状プロフィール制御手段を備える複数の６重（６Ｈｉ）圧延機を直列に配列して構成されるタンデム冷間圧延機において、最終スタンドを除く複数のスタンドで金属帯のエッジドロップが予め定める範囲を満たすように形状プロフィール制御手段の制御量を制御する際、少なくとも一箇所のスタンド間における金属帯の最大張力が予め定める範囲を満たすように形状プロフィール制御手段の制御量を補正し、最終スタンドを除く複数のスタンドで金属帯のエッジドロップが予め定める範囲を満たすよう制御することによって、耳割れや板破断を防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２１５７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１は、基本的に板幅方向の最大張力を適正範囲内に制御することによって板破断を防止する技術であるため、高強度鋼板や電磁鋼板、ステンレス鋼板のような脆性材料（低延性材料）、特に、引張強さが０．２％耐力以下となるような難圧延材においては、圧延時の板破断を完全に防止することはできなかった。
【０００９】
本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度鋼板や電磁鋼板、ステンレス鋼板のように引張強さが０．２％耐力以下となるような難圧延材でも板破断を起こすことなく圧延することができる金属帯の冷間圧延方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、上記の課題を解決するべく、圧延時の鋼板に掛かる板幅方向の張力分布と鋼板形状との関係に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、鋼板の板幅端部（エッジ部）には微小な割れ等の欠陥部が存在するため、他の箇所と比べて割れを起こし易いが、板幅端部の張力がゼロとなるように形状を制御して圧延を行うことで、板幅端部に存在する欠陥部への応力集中を抑止し、割れが拡大して板破断に到ることを防止できることを知見し、本発明を開発するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、形状制御アクチュエータと、圧延機の出側に形状測定装置を有する冷間圧延機を用いた金属帯の冷間圧延方法において、上記形状測定装置で測定した圧延機出側の金属帯の板幅端部におけるユニット張力がゼロとなるよう、形状制御アクチュエータで金属帯の形状を制御しつつ圧延することを特徴とする金属帯の冷間圧延方法を提案する。
【００１２】
本発明の冷間圧延方法が対象とする上記金属帯は、圧延後の圧延方向の引張強さが０．２％耐力以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧延機出側の鋼板端部の張力がゼロとなるよう、圧延後の鋼板形状を制御しつつ圧延するので、圧延時の耳割れや板破断を大幅に低減することができ、ひいては、生産性の向上や品質の向上に大いに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】分割ロール方式の形状測定装置を説明する図である。
【図２】鋼板形状の形状を定義する急峻度λおよび伸び差率Δε（Ｉ−ｕｎｉｔ）を説明する図である。
【図３】０．２％耐力を説明する図である。
【図４】本発明の実施例で用いた６Ｈｉ圧延機を説明する図である。
【図５】実施例における発明例と比較例の圧延条件を説明する図である。
【図６】実施例における板破断回数を、発明例と比較例で比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
先述したように、近年、需要が増加している高張力鋼板や電磁鋼板、ステンレス鋼板は、低延性の難圧延材料であるため、鋼板の平坦度を確保しつつ、かつ、板破断を起こすことなく冷間圧延することが難しいという問題がある。また、圧延時の板破断を防止するためには、圧延後の鋼板形状をリアルタイムに測定して板幅方向の鋼板張力分布が均一となるよう、鋼板形状を制御することが重要であるが、上記難圧延材は、形状制御の許容範囲が狭く、形状制御の目標値の設定にも時間を要するという問題がある。
【００１６】
上記問題に対しては、先述した特許文献１に開示されたように、板幅方向の最大張力を適正範囲内に制御することによって板破断を防止する技術が提案されているが、該技術では、目標張力とその算出方法を具体的に開示していないため、低延性材料、特に、引張強さが０．２％耐力以下となるような難圧延材においては、圧延時の板破断を完全に防止することはできなかった。
【００１７】
そこで、本発明は、板幅方向の最大張力を適正範囲内に制御することによって板破断を防止する従来技術とは発想を変えて、圧延機出側の鋼板板幅端部のユニット張力（単位面積当たりの張力）がゼロとなるようにして鋼板を圧延する、すなわち、形状制御アクチュエータと圧延機の出側に平坦度計を有する圧延機を用いて、低延性の鋼板を冷間圧延するに際して、形状制御アクチュエータを動作させて、圧延機出側の平坦度計で実測した鋼板の板幅端部のユニット張力がゼロとなるよう鋼板形状を制御して圧延することによって、板幅端部に存在する微小な割れ等欠陥部への応力集中を防止し、圧延時の板破断を防止することを提案する。
【００１８】
図１に示したような分割ロールを用いた接触式の形状測定装置で測定した鋼板形状（平坦度）は、一般に、急峻度λや伸び差率ΔεまたはＩ−ｕｎｉｔで表される。
ここで、急峻度λは、図２に示した波高さδと波のピッチＬとの比であり、下記（１）式；
λ＝δ／Ｌ  ・・・（１）
のように表される。
また、伸び差率Δεは、同じく図２に示した伸び差ΔＬと波のピッチＬとの比であり、下記（２）式；
Δε＝ΔＬ／Ｌ  ・・・（２）
のように表される。また、Ｉ−ｕｎｉｔは、下記（３）式；
Ｉ−ｕｎｉｔ＝Δε×１０５  ・・・（３）
に示すように伸び差率Δεを１０５倍した値である。
なお、波を正弦曲線で近似した場合、急峻度λと伸び差率Δεは、下記（４）式；
Δε＝２．４７λ２  ・・・（４）
の関係にある。
【００１９】
また、上記鋼板形状の板幅方向の分布（平坦度分布）から、板幅方向のユニット張力Ｔの分布に換算するには、上記（３）式および（５）〜（８）式を用いる。
σｉ＝Ｔｉ／（ｗｉ×ｔｉ）  ・・・（５）
σｍａｘ＝Ｍａｘ（σ１〜ｎ）  ・・・（６）
Δσｉ＝σｍａｘ−σｉ  ・・・（７）
Δεｉ＝Δσｉ／Ｅ  ・・・（８）
ここで、ｎは、板幅方向の分割数、ｉは板幅方向の分割位置を表す１〜ｎの整数、ｗは各分割要素の幅、ｔは各分割要素の板厚、Ｅはヤング率である。
【００２０】
したがって、本発明は、上記（５）式におけるσ１とσｎがともに０となるように圧延機出側の鋼板形状を制御しつつ圧延することによって、圧延時の板破断を防止する技術であるといえる。したがって、板幅方向の最大張力を適正範囲に制御することによって板破断を防止する特許文献１の技術とは技術思想が基本的に異なる。
【００２１】
なお、本発明は、冷間圧延時の板破断を防止する技術であることから、本発明を適用する対象鋼板としては、高張力鋼板や電磁鋼板、ステンレス鋼板等、加工硬化による延性低下が大きく、圧延時に板破断を起こし易い鋼板であることが好ましく、具体的には、圧延後の鋼板から圧延方向を引張方向とする試験片を採取して引張試験を行ったときの引張強さが０．２％耐力以下である、即ち、図３に示したように、永久歪が０．２％に達する前に破断を起こすような低延性の鋼板に適用するのが好ましい。延性の高い材料は、鋼板の板幅端部のユニット張力が０．２％耐力超えとなったときは、破断せずに塑性変形するため、本発明を適用する必要性に乏しいからである。なお、より確実に破断を防止する観点から、圧延後の引張強さが０．２％耐力超えの鋼板に適用してもよいことは勿論である。
【００２２】
また、図１に示したような分割ロールを用いた形状測定装置では、鋼板が耳延びを起こしている場合、耳延びの大きさに拘わらず、鋼板とロール間の接触荷重が０となる。そのため、鋼板端部のユニット張力が０であっても、耳延びが大きくなると、逆に鋼板の板幅中央部に応力が集中し、板破断を起こしたりする。そのため、平坦度を確保する観点からも、ユニット張力が０となるよう制御するのは、板幅両端部のみとするのが好ましい。また、鋼板全幅において板破断を防止する観点から、板幅方向のユニット張力分布における最大ユニット張力は、可能な範囲で、できるだけ小さい値とすることがより好ましい。
【００２３】
また、本発明を適用することができる冷間圧延機としては、圧延機出側に圧延後の鋼板形状を測定することができる形状測定装置と、該形状測定装置で測定した平坦度に応じて、鋼板形状を制御することができる形状制御アクチュエータとを有する圧延機であれば、いずれでもよく、制限はない。したがって、単スタンドのリバース式圧延機や圧延機を直列に並べたタンデム圧延機でもよく、また、上記圧延機は、２Ｈｉや４Ｈｉ、６Ｈｉ等の多重圧延機でもよく、また、クラスター圧延機やゼンジミア圧延機であってよい。
【００２４】
また、本発明に用いることができる形状測定装置（平坦度計）としては、圧延機出側の鋼板の板幅方向のユニット張力分布をリアルタイムに測定できるものであればよく、図１に示したような接触式の分割ロール方式のものの他に、非接触式の振動式や透磁率式、たわみ式などを用いることができる。なお、非接触式の振動式や透磁率式、たわみ式などで測定した鋼板の平坦度からユニット張力分布への換算は、前述した（３）式および（５）〜（８）式を用いて行えばよい。
【００２５】
また、本発明に用いることができる板形状制御アクチュエータも、鋼板形状を制御し、板幅端部のユニット張力を０に制御することができるものであればよく、制御方法は特に限定されない。したがって、例えば、先述したように、ワークロールを軸心を含む垂直面内で曲げてクラウン量を制御するロールベンダ方式や、油圧でロールを拡縮してクラウンを変化させるＶＣロール方式、片テーパを有する中間ロールや３次曲線カーブを有するロールを軸心方向に移動させてクラウン量を変化させるロールシフト方式、上下のロールのクロス角を変えることによってクラウン量を制御するロールクロス方式、バックアップロールを鋼板の幅方向に分割して、それぞれを独立して圧下するＡｓ−Ｕ機構など、いずれを用いてもよい。
【実施例】
【００２６】
図４に示したように、圧延機の入側および出側のそれぞれに形状測定装置が１台ずつ設置された６Ｈｉ単スタンドのリバース式圧延機を用いて、Ｓｉを３ｍａｓｓ％含有する板厚：０．４５ｍｍ×板幅：１０００ｍｍの方向性電磁鋼板用の素材鋼板を、１パスで、板厚０．３０ｍｍまで圧延する実験を行った。なお、上記圧延後の鋼板から圧延方向を引張方向とする引張試験片を採取し、引張試験を行ったところ、０．２％耐力に達する前に破断した。
ここで、図４に示した６Ｈｉの圧延機について説明すると、上記圧延機は、ワークロール２とバックアップロール４から構成される４Ｈｉ圧延機に対し、形状制御アクチュエータとして、ワークロール２とバックアップロール４の間に片側端部にテーパを付与した中間ロール３を配設し、該中間ロールを軸心方向（板幅方向）にシフトさせることで形状制御能力を高めたものである。具体的には、中間ロールのテーパ部を板幅の外側方向に移動させた場合には、鋼板端部の圧下が大きくなるため、圧延後の鋼板は耳延び傾向となり、鋼板端部に掛かる張力は低減する。一方、中間ロールのテーパ部を板幅の内側方向に移動させた場合には、鋼板端部の圧下が小さくなるため、圧延後の鋼板は中伸び傾向となり、鋼板端部に掛かる張力は増大する。
また、上記圧延実験においては、出側に設置された形状測定装置で測定した圧延後の鋼板形状が、予め設定しておいた２水準の目標形状となるように、中間ロールを軸心方向にシフトさせて圧延を行った。具体的には、図５（ａ）に示したように、鋼板の両幅端部のユニット張力が６０ＭＰａとなるよう中間ロールを制御した場合（比較例）と、鋼板の両幅端部のユニット張力が０（ゼロ）となるよう中間ロールを制御した場合（発明例）について、それぞれの水準で５００コイルの圧延を行い、板破断が発生した回数を調査する実験を行った。この際、圧延時に鋼板に掛ける後方張力（入側張力）は９０ｋＮ、前方張力（出側張力）は４２ｋＮに設定した。
【００２７】
その結果、圧延後の鋼板の形状は、図５（ｂ）に示したように、比較例の圧延条件でも両幅端部のＩ−ｕｎｉｔが板幅中央部より大きく、耳延び傾向であったが、発明例の圧延条件では、さらに鋼板の両幅端部のＩ−ｕｎｉｔが大きくなり、圧延後の鋼板形状はより耳延び傾向となった。しかし、５００コイル圧延時の板破断は、図６に示したように、板幅端部のユニット張力を６０ＭＰａに設定した比較例の圧延条件では２回発生したが、板幅端部のユニット張力を０ＭＰａに設定した発明例の圧延条件では０回であり、本発明の適用が有効であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の技術は、引張強さが０．２％耐力以下の低延性の鋼板に限定されるものではなく、引張強さが０．２％超えの高延性の鋼板にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１：被圧延材（鋼板）
２：ワークロール
３：中間ロール
４：バックアップロール
５：形状測定装置の分割ロール（平坦度計）
６：入側（出側）コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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