(57)【要約】【課題】コイル巻き取り内周部に発生する形状不良を抑制するため、大掛かりな設備の変更を必要とせず、簡易な方法により実操業に導入することが容易なコイル巻き取り方法を提供する。【解決手段】板厚１ｍｍ以下の鋼板をリールに巻き取る際に、巻き取り張力を巻き取り開始から１０巻き未満の所定巻き数まで上昇させて、初期最大巻き取り張力Ｔｃとした後、前記張力Ｔｃを維持して定常部を巻き取る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚１ｍｍ以下の鋼板をリールに巻き取る際に、巻き取り張力を巻き取り開始から１０巻き未満の所定巻き数まで上昇させて、初期最大巻き取り張力Ｔｃとした後、前記張力Ｔｃを維持して定常部を巻き取ることを特徴とする鋼板の巻き取り方法。
【請求項２】
前記初期最大巻き取り張力Ｔｃの値を１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ未満とすることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の巻き取り方法。
【請求項３】
板厚１ｍｍ以下の鋼板をリールに巻き取る際に、巻き取り張力を巻き取り開始から１０巻き未満の所定巻き数まで上昇させて、初期最大巻き取り張力Ｔｃとした後、定常部では前記初期最大巻き取り張力Ｔｃより小さい定常部巻き取り張力Ｔｎで巻き取ることを特徴とする鋼板の巻き取り方法。
【請求項４】
前記初期最大巻き取り張力Ｔｃの値を１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ未満とし、前記定常部巻き取り張力Ｔｎの値を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする請求項３に記載の鋼板の巻き取り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷延鋼板等の比較的薄肉材の鋼板を巻き取り、巻き戻す時に発生するコイル巻き取り内周部の形状不良（耳波等）を防止させる為の鋼板の巻き取り方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷延鋼板等比較的薄肉材（１．０ｍｍ厚以下）を巻き取って、次工程にて巻戻される時、コイル内周部にて形状不良が発生し、客先での苦情及び歩留り低下を招いている。この様な課題を解決する為の手段として、巻き取り機（テンションリール）を介してコイルを巻き取る際に、コイルに適正な巻き取り張力を付与する方法が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、板厚０．５ｍｍ以下の鋼板を巻き取るに当たり、巻き取りコイルに低張力層を形成し、その該層においては２ｋｇ／ｍｍ２≦巻始め張力≦４ｋｇ／ｍｍ２、巻始め張力＝４ｋｇ／ｍｍ２×α（母材コイルの係数）なる条件にて巻き取る方法が提案されている。
【０００４】
特許文献２には、巻き取り初期に発生する鋼帯両端部の耳波を確実に防止する方法として、テンションリールヘの鋼板巻き取り方向へ曲げを与え、鋼帯のテンションリール側表層部を塑性変形せしめて鋼帯の圧縮残留応力を低減して巻き取る方法が開示されている。
【０００５】
同様に、特許文献３には、耳波防止の手段として形状矯正後の鋼帯をテンションリールに巻き取るに際し、テンションリールの幅方向中央部にクラウンを形成し巻き取る方法が、特許文献４には、テンションリールの幅方向中央部に鉄製等のスリーブを装着せしめて巻き取る方法が開示されている。
【０００６】
さらに特許文献５には、コイル内周側に平坦度変化（耳波及び中伸び）が発生しない巻き取り方法として、鋼帯のプロフィール形状に着目して巻き取り張力を適正に設定して巻き取る方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−７１３３７号公報
【特許文献２】特開平９−５７３４２号公報
【特許文献３】特開平９−５７３４４号公報
【特許文献４】特開平９−７６０１２号公報
【特許文献５】特開平１０−７１４２５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示されている方法では、低張力層となる巻始め張力については内径部からの巻高さで１０〜３０ｍｍとなっており０．５ｍｍ厚以下の材料でこの様な条件で巻き取られたコイルは、ある巻高さになると内径部の巻き取りコア部が低い為、テレスコープという巻姿不良が発生し易く、巻き取りコイル径に制約を受けることになり客先仕様となる条件を全て満足し難いという不具合が生じる。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている方法によると、新たな一工程を余分に必要とする。さらに特許文献３、４に開示されている方法では、設備の変更や改良を必要とするという問題があった。
【０００９】
特許文献５に開示されている方法では、巻き取り張力設定値を決定するパラメーターが複雑し過ぎて実操業に困難をもたらす。また、コイル外径の条件は、客先コイル仕様（振り当て単重）に適正範囲があるが検査結果によりコイル外径の実績は異なるものであり、このパラメーターにより適正張力を設定することは実操業上困難であるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、コイル巻き取り内周部に発生する形状不良を抑制するため、大掛かりな設備の変更を必要とせず、簡易な方法により実操業に導入することが容易なコイル巻き取り方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記に示した従来技術における課題解決を図る為に、種々検討を重ね、巻き取り初期に低張力層を設け、さらに一端張力を上げた後、その張力を保持したまま巻き取るか、あるいは一旦上げた張力を定常巻き取り張力まで低下させることによって、コイル巻き取り内周部に発生する形状不良を抑制することができることを見出して本発明を完成するに至った。
【００１２】
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に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。
【００１３】
請求項１の発明は、板厚１ｍｍ以下の鋼板をリール（２）に巻き取る際に、巻き取り張力を巻き取り開始から１０巻き未満の所定巻き数まで上昇させて、初期最大巻き取り張力Ｔｃとした後、前記張力Ｔｃを維持して定常部を巻き取ることを特徴とする鋼板の巻き取り方法を提供して前記課題を解決する。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の鋼板の巻き取り方法において、初期最大巻き取り張力Ｔｃの値を１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ未満とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、板厚１ｍｍ以下の鋼板をリール（２）に巻き取る際に、巻き取り張力を巻き取り開始から１０巻き未満の所定巻き数まで上昇させて、初期最大巻き取り張力Ｔｃとした後、定常部では前記初期最大巻き取り張力Ｔｃより小さい定常部巻き取り張力Ｔｎで巻き取ることを特徴とする鋼板の巻き取り方法により前記課題を解決する。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の鋼板の巻き取り方法において、初期最大巻き取り張力Ｔｃの値を１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ未満とし、定常部巻き取り張力Ｔｎの値を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、コイル巻き数と設定巻き取り張力との関係を示す図である。コイルの巻き取りは、テンションリールにより張力をかけつつ行う。本発明にかかる巻き取り方法においては、図１における実線で示すように、巻き取り初期に低張力の範囲Ｒ０が設定され、これによりテンションリールに巻き取られるコイル最内周部に低張力層を形成する。巻始めの所定コイル巻き数の範囲にて、張力を所定の上昇パターンに設定することによって、コイル巻き取り内周部にかかる引っ張り応力（巻き取りによる応力＋巻き取りによりコイル内に生じる周方向応力）を低減させることができる。即ち、巻き取られたコイルを巻き戻す時に発生するコイル内周部の歪み（耳波）を軽減することができる。
【００１８】
本発明において、板厚１ｍｍ以下の鋼板を巻き取る際に、初期最大巻き取り張力Ｔｃに達するまでの初期コイル巻数Ｎｃは、
Ｎｃ＜１０
を満たすことが必須である。
Ｎｃ≧１０
すなわち、低張力で巻き取られた巻き数が１０以上に多くなると、巻き取られたコイルの内周部においてコア部の巻締めが弱くなる。その結果コイル巻径が大きくなり、例えばコイル径が１５００ｍｍ以上になると、次第にテレスコープと称される巻姿不良が発生するようになる。かくして、出荷が困難となるばかりでなく、再作業が必要となり生産性が低下する。又、極端に初期コイル巻き数Ｎｃを大きくすると、内周部の剛性が弱くなる。その為、巻き取られたコイルを、テンションリールを縮小して抜き出すときに座屈（楕円形状に変形）し、最悪の場合コイル抜き出しができなくなるというトラブルが発生する。
【００１９】
コイル巻き始めの部分に低張力層を形成させる理由は、材料力学的にはコイル内径変形の平坦不良発生に及ぼす影響として、以下の様に考えられる。すなわち、巻き取り、及び巻戻しにより鋼板に生じる応力は
１  巻き取り張力による応力  （σｗ）
２  巻き取りによる曲げ応力
３  巻き取りによりコイル内に生じる周方向応力  （σｈ）
４  巻き取りによりコイル内に生じる面圧（半径方向応力）
の４項目が挙げられる。
【００２０】
これらの応力により鋼板に平坦不良を生じさせない為には、板厚中央に塑性延びが生じないことが必要条件となる。鋼板を弾完全塑性体と仮定すると、（引っ張り＋曲げ）から除荷により生じる塑性延び  （εｐ）は（式−１）で表される。
εｐ＝（１／２）＊（ｔ／ρ）＊（σ０／σｅ）−（σｅ／Ｅ）  （式−１）
ここに、
ｔ：板厚
ρ：曲率半径
Ｅ：縦弾性係数（ヤング率）
σ０：引っ張り応力
σｅ：鋼板の降伏点
である。また“＊”はその両側の数を乗じることを示す記号である。（以下同じ。）
ここで、コイル内径部に生じる面圧、すなわち半径方向応力は、他の応力に比べて小さいため無視することができる。コイル内径部の変形に（式−１）を適用すると、
εｐ＝（ｔ／Ｄ）＊［（σｗ＋σｈ）／σｅ）］−（σｅ／Ｅ）    （式−２）
ここに、
Ｄ：鋼板コイル径
σ０＝（σｗ＋σｈ）：引っ張り応力
である。
【００２１】
（式−２）より
εｐ＞０
であれば、鋼板はその大きさだけ塑性延びを生じることになり、コイル巻き取り内周部に於いて形状不良（耳波）が発生する。一方、
εｐ≦０
となれば鋼板中央部は塑性変形していないことになり、鋼板に塑性延びが生じない為、コイル巻き取り内周部において、形状不良は発生し難い。即ち、巻き取り時におけるコイル内周部に塑性変形を与えず、形状不良を発生させない為には
εｐ≦０
となる条件が必要である。同時に、この条件を満たす巻き取り条件としては、少なくともσｗ（巻き取り張力による応力）を小さく与えることが有効である。
【００２２】
本発明は、（式−２）に基づき
εｐ≦０
となる適正な巻き取り張力を実機試験により求めた。その結果、コイル巻き取り内周部における形状不良である耳波を、コイル巻き取り初期に低張力層を形成させて低減することができた。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、巻始め張力の設定パターンを示したものであり、破線部は従来の張力設定を、実線部は本発明による巻始め張力設定パターンを示すものである。図中のＲ０は初期巻き取り張力の設定領域、Ｒ１は初期最大巻き取り張力の設定領域、Ｒ２は定常部巻き取り張力の設定領域をそれぞれ示す。又、コイル巻き数で示したＮａ、Ｎｂ、Ｎｃはそれぞれ初期巻き取り張力の設定領域Ｒ０において、張力変化率の変更点を示すものであり、Ｎｃ点においては初期最大巻き取り張力Ｔｃに到達するように電気的な制御を行っている。一方、巻き取り張力で示したＴａ、Ｔｂは、コイル巻数がＮａ、Ｎｂに到達した時の張力を示す。
【００２５】
図２は、鋼板の形状不良を幅方向の断面で示す模式図である。ここに表される平坦不良の幅方向鋼板断面モデルは略「Ｗ」形状をなし、２つの谷部Ｘ、Ｚの間隔をＬ、山部Ｙの高さをａとして、急峻度ｄ＝ａ／Ｌの大きさで、平坦度の良／不良を判断している。本実施例においては、急峻度ｄが０．４％以上の時、平坦不良と判断した。また、図２において、ＸＺ間の実際の板の長さ（曲線ＸＹＺ）をＬ´としたとき、伸び率εは、
ε＝（Ｌ´−Ｌ）／Ｌ
で示される。
【００２６】
図３は、巻き取り張力を制御するライン構成及びその制御ブロック図を示すものである。本装置における鋼板送りライン１００は、テンションブライドルロール１と、テンションリール２と、デフレクトロール３と、切断機４とを備えている。初期における巻き取り張力のパターンは、操作盤１０にて設定され、その情報は制御装置７に導かれる。制御装置７は、鋼板送り量を検出する回転検出器５、テンションリールの回転数をカウントする回転検出器６、テンションリール２に巻き取られたコイル巻数をカウントする検出器８、及び制御の開始点を認識する鋼板先端検出器７により得られた情報を受け容れて、これらの情報により決定される所定の動作命令を鋼板送りライン１００に発し、初期巻き取り張力の設定領域Ｒ０における各巻き数Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃの終了時点において所定の張力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが設定されるように、初期最大巻き取り張力の設定領域Ｒ１では初期最大巻き取り張力Ｔｃが保持されるように、さらに定常部Ｒ２では前記最大巻き取り張力Ｔｃ、または定常部巻き取り張力Ｔｃとなるように制御している。
【００２７】
本実施例において使用した材料は、
形状：０．４〜１．０ｍｍ（厚）×８５０ｍｍ（幅）×長さ（コイル）
Ｃ（炭素）重量％：０．０５％
規格：ＪＩＳ  Ｇ３１４１（１９９６）冷間圧延鋼板及び鋼帯；ＳＰＣＣ−ＳＤ（標準調質ダル仕上げ）相当
であり、この一般低炭素鋼のコイルを対象に形状不良の品質評価を行った。当該材料は需要家における用途がパネル等、平坦度の重要性が高いものであり、従来からコイル巻き取り内周部における形状不良の問題発生が多い製品である。
【００２８】
（張力一定による巻き取り）
図４に示すグラフは、従来の方法によりコイルを巻き取ったときの、１コイルあたりの平坦不良発生長さ（ｍ）とその発生率（％）との関係を示すものである。ここでの平坦不良とは、上記急峻度ｄが０．４％以上の場合をさす。この場合、巻き取り張力は、全てのコイル巻き数（コイル全長）に対して、２５ＭＰａ（一定値）に設定された。この従来の方法によれば、平坦不良長さ２５〜５０ｍに平坦不良発生率のピークがあり、実測コイル数４３において、その平均長さは１コイル当たり約４７ｍであった。
【００２９】
図５は、図４において示した従来の張力設定値２５ＭＰａを、１５ＭＰａ、２０ＭＰａ及び３０ＭＰａに変化させたとき、巻き取り張力が形状不良に与える影響を、伸び率εとコイル内周部からの距離との関係に整理して示すものである。図５に示す張力設定は、一定張力であり初期巻き取り張力による低張力層を形成していない。この図に示した伸び率εは、図２で説明した伸び率εに関する式
ε＝（Ｌ´−Ｌ）／Ｌ
より求めた値を示している。
【００３０】
この関係式において、Ｌ‘の長さを正弦曲線と近似すれば、
Ｌ´＝Ｌ＊［１＋（ａπ／２Ｌ）２］                        （式−３）
いま、△Ｌ＝Ｌ´−Ｌとおけば
△Ｌ／Ｌ＝（ａπ／２Ｌ）２                                （式−４）
ここで、急峻度ｄ＝ａ／Ｌ、
歪み（伸び率）ε＝△Ｌ／Ｌ
であるから、
ε＝（ｄπ／２）２＝２．４７（ａ／Ｌ）２                  （式−５）
したがって、（式−２）が示す様に巻き取り内周部に発生する形状不良に与える因子として、巻き取り張力（σｗ）が支配していることが確認され、形状不良を防止させる手段として低巻き取り張力が有効であることが確認された。
【００３１】
また、急峻度ｄ＝ａ／Ｌが不良と判断される境界値は０．４％なのでこの値を（式−５）に代入して、不良とされる歪み（伸び率）の境界値は
ε＝４０×１０−６
となる。
【００３２】
巻き取り張力３０ＭＰａでは、伸び率ε＝４０×１０−６に対応するコイル巻き取り内周部からの距離は約７０ｍに達する。巻き取り張力２０ＭＰａでは伸び率の要求レベルを満たさない部分が依然として約２０ｍ存在する。巻き取り張力が１５ＭＰａでは平坦不良の大きさ、及び長さがいずれも小さく、需要家の品質要求を満足することができる適正な張力設定であることを確認した。１５ＭＰａの巻き取り張力では、内径の変形（つぶれ）及びテレスコープと称される巻姿不良も発生することなく、製品に問題ないことが確認された。
【００３３】
（初期巻き取り張力を変化させた巻き取り）
平坦度の要求度がさらに厳格な（耳波高さ２ｍｍ未満）需要家に対する製品は、更に平坦不良の改善を要した。図６に示すグラフは、図５の場合で設定した、コイル全長に亘って一定の巻き取り張力を適用するという条件に対して、コイル巻き取り初期に低張力層を形成させるように初期巻き取り張力を設定した場合の、伸び率εとコイル内周部からの距離との関係を示すものである。
【００３４】
ここでは、初期巻き取り張力設定領域Ｒ０において、
Ｎａ＝１
Ｎｂ＝３
Ｎｃ＝５
として、Ｎｃ＝５に達した時点、すなわちテンションリールに鋼板を５巻きした時点で、初期最大巻き取り張力Ｔｃに到達するように制御された。また、巻き数Ｎｂに達した時点の巻き取り張力Ｔｂは、
Ｔｂ＝（Ｔｃ−Ｔａ）／２
となるように設定された。初期巻き取り張力層を形成した結果、一定張力のみによる巻き取りに対して平坦不良の改善が認められ、その改善率は約２０〜３０％であった。
【００３５】
表１に実機試験によるサンプル総数２０の品質評価の事例を示す。また表１における各サンプルに適用した張力設定のパターンを図７に示す。
【００３６】
【表１】
2004283900.tif 000003
【００３７】
表１の「評価」の項目は、一定張力（１５ＭＰａ）の場合に対する相対評価を表わしており、それぞれの記号は、
○＋：優れる
○：同等
△：やや劣る
×：劣る
ことを示す。
【００３８】
表１に示す実施例（サンプル総数２０）において、巻き取り張力パターンとして、張力パターン▲１▼及び▲２▼はＴｃ＝Ｔｎであり、本願の請求項１及び２に対応する。また、張力パターン▲３▼及び▲４▼は、Ｔｃ＞Ｔｎであり、請求項３及び４に対応するものである。
【００３９】
初期コイル巻き数Ｎｃが
Ｎｃ＝１０
の場合（サンプルＮｏ．４、８、１３、１４、１９、２０）では、コイル内周部の巻き締め力が弱くなり、巻き姿不良が発生した。特に板厚が０．４ｍｍ（サンプルＮｏ．４）及び０．６ｍｍ（サンプルＮｏ．８）の場合においては、形状不良（耳波）の発生長さが１５０ｍ／コイルを超えて現状レベルの品質が確保できなかった。
【００４０】
一方、
Ｎｃ＝９
以下では、表１に示す様に、現状レベル以上の品質が確保でき、初期コイル巻数Ｎｃが
Ｎｃ＜１０
を満たす条件の有効性が認められた。
【００４１】
板厚０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下では、初期コイル巻き数Ｎｃを増加してゆくと、「テレスコープ」と称される巻き姿不良が顕在化する。この問題解決にあたっては、初期最大巻き取り張力Ｔｃを１５ＭＰａに設定し、定常部巻き取り張力Ｔｎを１０ＭＰａにしたテーパ張力設定（図７におけるパターン▲３▼及び▲４▼）を適用することで巻き姿不良が改善されることを確認した。
【００４２】
定常部巻き取り張力Ｔｎを１０ＭＰａ未満にすると、次工程でコイル払い出し時にスリップが生じて、「巻き締まり」と称する掻き傷の欠陥が発生するのでＴｎの低減は、
Ｔｎ≧１０ＭＰａ
の範囲内で行うべきである。
【００４３】
即ち、巻き取り張力の設定において、Ｔｃ≧Ｔｎの条件を満たすことで品質改善が図られると共に、その値については、図６及び表１の結果が示すごとく、上限を２０ＭＰａ未満、下限を１０ＭＰａ以上に設定することが望ましい。
【００４４】
以上、現時点において、もっとも実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う鋼板の巻き取り方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によるコイル巻き取り内周部に発生する形状不良（耳波）を、従来の一定の巻き取り張力設定に代えて、低張力層を形成させるようにコイルを巻き取ることにより、急峻度（ａ／Ｌ）を０．４％以下にして、形状不良発生長さを所定長以内に抑制することが可能である。
【００４６】
本発明により、歩留向上が可能となる一方、製造工程においては、テレスコープ（巻姿不良）及びコイルを巻き取り、抜き出し時にコイル内径の変形（座屈）等も発生しない。かくして、設備の安定稼働、再作業による形状不良部の切り下げによる歩留低下を抑制し、品質面、操業面の向上に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】コイル巻き数と巻き取り張力との関係を示す図である。
【図２】鋼板の形状不良を幅方向の断面で示す模式図である。
【図３】本発明の巻始め張力制御に関する設備構成図、及び制御ブロック図である。
【図４】対策前の平坦不良の実績を、平坦不良長さと平坦不良率との関係で示す図である。
【図５】巻き取り張力が一定の場合の、コイル巻き取り内周部からの距離とその位置における伸び率（ε）との関係を示す図である。
【図６】図５に示す図表の一定張力に対して、巻始めに低張力層を形成させた場合のコイル巻き取り内周部からの距離とその位置における伸び率（ε）との関係を示す図である。
【図７】表１に示す巻き取り張力パターンの事例を示す図である。
【符号の説明】
１  テンションブライドルロール
２  テンションリール巻き取りコイル（リール）
３  デフレクトロール
４  切断機
５  テンションブライドルロール回転検出器
６  テンションリール回転検出器
７  板先端位置検出器
８  テンションリールコイル巻数検出器
１０  操作盤
１００  鋼板送りライン
【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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【図７】
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