(57)【要約】【課題】通板不安定現象の成長を抑制・解消し、熱延鋼帯の安定通板を確保することができる熱延鋼帯の製造方法を提供する。【解決手段】熱間圧延機により圧延された鋼帯を、ランナウトテーブル上で通板させた後に巻き取る熱延鋼帯の製造方法において、熱延鋼帯が前記ランナウトテーブル上を走行するときに、熱延鋼帯に発生するパスラインから上下方への熱延鋼帯の変位を抑制することにより鋼帯の座屈荷重を高めるとともに、該座屈荷重が圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。【選択図】            図１
2004351515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延機により圧延された鋼帯を、ランナウトテーブル上で通板させた後に巻き取る熱延鋼帯の製造方法において、
熱延鋼帯が前記ランナウトテーブル上を走行するときに、熱延鋼帯に発生するパスラインから上下方への熱延鋼帯の変位を抑制することにより鋼帯の座屈荷重を高めるとともに、該座屈荷重が圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【請求項２】
下式（１）を満たすように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【数１】
2004351515.tif 000015
ただし、上式（１）の左辺のＰｃは座屈荷重を示し、右辺のρＡｖ２＋Ｆｗ−Ｆｒは圧縮力を示す。また、ρＡｖ２は熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）、Ｆｗは冷却水の粘性抵抗力、Ｆｒは滑り摩擦力（テーブルロール駆動力）、ρは熱延鋼帯の密度、Ａは熱延鋼帯の断面積、ｖは熱延鋼帯の通板速度を示す。
【請求項３】
熱延鋼帯の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有するガイド装置をテーブルロール間に設けることにより、熱延鋼帯の座屈荷重を高めることを特徴とする請求項１または２に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項４】
テーブルロール上空に、熱延鋼帯に落下することなく、且つ熱延鋼帯通板方向の速度成分を有しつつ熱延鋼帯の上空領域を略水平に進行するように噴射される流体噴流を設けることにより、熱延鋼帯の座屈荷重を高めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
【請求項５】
熱間圧延機により圧延された鋼帯を、ランナウトテーブル上で通板させた後に巻き取る熱延鋼帯の製造方法において、
テーブルロールを模擬した複数ロール上に試験鋼帯を載置し、当該鋼帯に圧縮力を作用させてその座屈荷重を測定し、測定された座屈荷重または測定された座屈荷重を考慮して計算された推定座屈荷重が、圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【請求項６】
圧縮力は、少なくとも熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）ρＡｖ２を含み、熱延鋼帯の製造条件は、下式（２）を満たすように通板速度を設定することを特徴とする請求項１、３乃至５のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
【数２】
2004351515.tif 000016
ただし、ρＡｖ２は熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）、Ｐｃは座屈荷重を示し、ρは熱延鋼帯の密度、Ａは熱延鋼帯の断面積、ｖは熱延鋼帯の通板速度を示す。
【請求項７】
鋼帯の座屈荷重を測定する試験装置であって、装置底面上に静置された鋼帯方向に複数のテーブルロールを模擬した模擬ロールと、鋼帯の両端を把持するための把持装置と、鋼帯を圧縮するための加圧装置とからなることを特徴とする鋼帯の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランナウトテーブルを備えた熱間圧延設備による熱延鋼帯の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般の熱間圧延ラインでは、熱間圧延機群で圧延して得られた熱延鋼帯をランナウトテーブル上を通板させた後、コイラーにより巻き取っている。
【０００３】
このような熱間圧延ラインでは、熱延鋼帯先端部が複数のテーブルロールからなるランナウトテーブル５０上を通過する際、熱延鋼帯は張力のない非定常的で不安定な状態で通板しているので、図１３（ａ）に示すように先端部が浮き上がるバウンド５１が発生し、最終的には図１３（ｂ）に示すように手前に折れ曲がる頭折れ５２が発生する。
【０００４】
また、同じく熱延鋼帯がランナウトテーブル５０上を通過する際、テーブル下流側の鋼帯部分の通板速度がテーブル上流側の鋼帯部分の通板速度よりも遅くなったとき、図１３（ｃ）に示すように熱延鋼帯が波打つループ５３が発生し、その後、図１３（ｄ）に示すように最終的には手前に折れ曲がる腰折れ５４が発生する。
【０００５】
以上のように通板中の熱延鋼帯に不安定現象が発生する理由は、熱延鋼帯が無張力の不安定な状態で通板することの他、ユーザの要求により益々板厚の薄い熱延鋼帯を製造する必要が生じているためである。しかも、このような不安定現象の発生は確率的なものであり、いつ、どの個所で発生するのかその特定は非常に難しい。
【０００６】
ところで、通板中の熱延鋼帯にバウンド５１や頭折れ５２が発生すると、熱延鋼帯先端部がコイラー手前のピンチロール間に進入できず、コイラーによる熱延鋼帯の巻き取りが不可能な状態となるばかりでなくバウンド５１、頭折れ５２の部分が衝突することによりピンチロール、コイラーを含む周辺の構成部材を破損する可能性もある。また、コイラーにより熱延鋼帯の巻き取りが行なえたとしても、次の処理工程において頭折れ５２の部分を切断除去することが必要となり、製品の歩留まり、直行率が悪くなり、生産性が著しく低下する。
【０００７】
また、通板中の熱延鋼帯にループ５３や腰折れ５４が発生した場合、熱延鋼帯長手方向における当該熱延鋼帯への冷却水の供給が一様でなくなることから、熱延鋼帯の品質にむらが生じる。その結果、前述の頭折れ５２と同様に品質にむらが生じ、腰折れ５４部分を切断除去しなければならず、製品の歩留まり、直行率が悪くなり、生産性が著しく低下する。
【０００８】
そこで、熱延鋼帯製造メーカにおいては、通板中の熱延鋼帯の不安定現象をいかに安定な状態で通板させるかの対策が急がれており、熱延鋼帯の生産性、品質を高める観点からも最重要課題の１つと考えられている。
【０００９】
ここで、最も単純には、ランナウトテーブル５０上を通過する熱延鋼帯に不安定現象を発生させない速度で通板させることが考えられるが、熱延鋼帯の生産性、品質の観点から採用しがたい。
【００１０】
そこで、従来、熱延鋼帯の安定通板を確保する観点から、以下のような幾つかの対策技術が提案されている。
【００１１】
その１つは、ランナウトテーブル５０上を通板する熱延鋼帯先端部にノズルから気体、液体等の水平流または斜向流を吹き付け、熱延鋼帯の浮き上がりを抑え付けることにより、バウンド５１や頭折れ５２などの発生を回避する技術である（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
他の１つは、ランナウトテーブル５０の上流側上部に流体を噴射する複数のスプレー装置を設置して、各スプレー装置から斜め方向に向けて熱延鋼帯の上面に直接液体噴流を吹き付け、熱延鋼帯に推進力を作用させることにより、熱延鋼帯先端部のバウンドや熱延鋼帯先端部以外の個所に発生するループを回避しつつ通板させる技術である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１３】
さらに、他の１つは、ランナウトテーブル５０よりも上流側に鋼帯先端検出センサを設け、このセンサの先端検出信号に基づいてノズルから水平流または５度以上３０度未満の傾斜流を、熱延鋼帯先端のバウンド部分に向けて噴射し、熱延鋼帯先端部のバウンド５１から成長する頭折れなどを回避する技術である（例えば、特許文献３参照。）。
【００１４】
また、ループが発生する臨界条件に収まるように設備仕様、操業条件を決定して、頭折れ、ループ発生を回避する技術がある（例えば、特許文献４参照。）。
【００１５】
【特許文献１】
特公昭５２−３０１３７号公報
【００１６】
【特許文献２】
特開平１０−１１８７０９号公報
【００１７】
【特許文献３】
特開２００１−３４０９１１号公報
【００１８】
【特許文献４】
特開２０００−２２５４１０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１、２、３は、何れも流体噴流の噴射の仕方に特徴をもっている。
【００２０】
つまり、第１の特徴は、流体噴射を熱延鋼帯の対象部、すなわちバウンド５１、ループ５３に対して直接吹き付ける方法であることであり、第２の特徴は、ある高さから斜め下方に向けて熱延鋼帯に噴射する方法であることであり、第３の特徴は、流体噴流の到達存在領域が仕上圧延機出側直近、またはランナウトテーブル５０上であること等があげられる。
【００２１】
以上述べた特徴はバウンド５１、ループ５３等の発生をある程度は抑制できるが、一方において、解決しなければならない課題も多い。
【００２２】
先ず、第１の特徴であるが、バウンド５１、ループ５３に流体噴流を直接吹き付けると、その吹き付け流体の衝突力によって流体が吹き付けられた熱延鋼帯部分の運動状態が変化するが、熱延鋼帯はランナウトテーブル上に存在する連続体であることから、吹き付け対象部周辺の熱延鋼帯部分の運動状態も必ず変化する。このため流体噴流の衝突力そのものの制御が非常に重要となり、これを的確に制御しないと、バウンド５１、ループ５３を抑制・解消できないだけでなく、逆にバウンド、ループを成長させるとか、対象周辺部に新たなループが発生してしまう恐れがある。
【００２３】
しかしながら、特許文献１および特許文献３には流体噴流の衝突力の制御に関する開示が全くなく、また特許文献２には通板速度以上の速度の高圧水を噴射することが記載されているが、最も重要である流体噴流の衝突力の大きさそのものが明確でなく、熱延鋼帯に発生するバウンド５１、ループ５３を適切に抑制・解消する条件や噴射の制御方法も明確に示されていない。
【００２４】
また、特許文献２においては、バウンド５１、ループ５３に付与する噴射時間を制限しているが、噴射時間を的確に制御しないと対象部以外にも流体噴流を吹き付けることになり、不安定な通板状態を生じさせる恐れがある。また、熱延鋼帯に発生するバウンド５１、ループ５３を検知し追尾しなければならないため、システム全体が複雑な構成となるとともに、それに伴なう制御系も複雑化してしまい、しかもそれらが一体、且つ的確に動作しないとシステム全体のパフォーマンスが著しく低下する。
【００２５】
次に、第２の特徴であるが、流体噴流をある高さから斜め下方に噴射すれば、流体噴流は鉛直下向きの速度成分を有するために連続的に下降することになる。この下降する流体噴流が熱延鋼帯に作用した場合、鉛直下向きの速度成分は熱延鋼帯に対して鉛直下方に外力を与えることになり、図１４（ａ）に示すように熱延鋼帯先端部を押し下げることにより、熱延鋼帯をランナウトテーブル５０の各テーブルロール間に押し込む。その結果、図１４（ｂ）に示すようにテーブルロールによる熱延鋼帯の跳ね上がり５５の原因となることもある。
【００２６】
このような熱延鋼帯に跳ね上がり５５が生じると、バウンド５１が発生し、最終的に頭折れ５２に至る原因となる可能性がある。また、ループ５３の発生から腰折れ５４に至る原因となる。つまり、必要以上に大きな鉛直下方成分の運動量をもつ流体噴流は、不安定現象の解消を目的としているにも拘らず、逆に不安定現象の発生原因となる恐れがある。
【００２７】
また、ノズルからの流体噴流が斜め下方に軌跡を描く場合、図１５に示すようにバウンド５１の大きさや流体噴流とバウンド５１との相対位置の違い等により、そのバウンド５１の抑制・解消の効果が大きく異なる。例えば、図１５（ａ）に示すように、バウンド５１に作用する流体噴流の位置がバウンド５１の大きく成長する以前の場合、成長するバウンド５１を抑制・解消できる可能性があるが、図１５（ｂ）に示すように、既にバウンドが大きく成長している場合には、バウンド５１の成長を抑制しきれず、そのまま頭折れ５２に至る可能性が高くなる。つまり、流体噴流と熱延鋼帯の不安定挙動部との相対位置の違いにより、不安定挙動部に対する効果、すなわち不安定現象の抑制・解消への寄与度が大きく変化するという問題がある。
【００２８】
さらに、第３の特徴であるが、流体噴流群の存在領域を例えば図１６（ａ）に示すように仕上圧延機出側直近に限定する場合、ランナウトテーブル全長に亘って熱延鋼帯を安定に通板させることが可能であるかは疑問である。なぜなら、前述したように熱延鋼帯に発生する不安定現象はランナウトテーブル全長のいずれの個所においても発生する確率は同様に高く、流体噴流の存在領域では不安的現象を抑制・解消できたとしても、流体噴流の存在領域外では抑制・解消できない恐れがある。これは、図１６（ｂ）に示すように流体噴流群の存在領域が断続的である場合も同様に、存在領域外では当該不安定現象を抑制・解消できないという問題がある。
【００２９】
特許文献４では、熱延鋼帯のループ発生の臨界条件を求めているが、実際の操業でのランナウトテーブル上の熱延鋼帯の通板現象を解明するには十分でない。
【００３０】
したがって本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、通板不安定現象の成長を抑制・解消し、熱延鋼帯の安定通板を確保することができる熱延鋼帯の製造方法を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、熱延鋼帯をランナウトテーブル上を通板させる際に、上述した不安定な通板状態について実際に起こっている現象の理論解析に基く検討を行った。その結果、熱延鋼帯を梁と考えたときの鉛直方向の力の釣り合いから導かれる撓み方程式と、梁が圧縮荷重を受けて座屈を生じるときの梁の撓み方程式とを等価なものとして扱うことにより、熱延鋼帯がランナウトテーブル上を通板するときに発生する不安定な通板状態は、特定の圧縮荷重が作用するときの座屈現象となることを見出した。また、不安定な通板状態を起こさないためには、特定の圧縮荷重である遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）が座屈荷重よりも小さければよいことが判った。さらに、遠心力に起因する見かけの圧縮力は熱延鋼帯の通板速度の２乗に比例する量であるので、熱延鋼帯の通板速度を速くしても安定通板で操業するためには、熱延鋼帯の座屈荷重を向上させればよいことが判った。
【００３２】
以下にその詳細について述べる。
【００３３】
熱延鋼帯に発生する不安定現象を考えるために、図１７（ａ）に示すようなランナウトテーブル上を走行する熱延鋼帯を考える。熱延鋼帯を梁と考え、鉛直方向の力の釣り合いを考えると、（１）式の定常状態での熱延鋼帯の撓み方程式が求まる。（１）式は従来技術４の文献で示されているモデル式と同じものであり、ベルトソー、タイミングベルトの運動解析で既に用いられる一般的な式である。
【００３４】
【数３】
2004351515.tif 000003
【００３５】
（１）式で、ｘは熱延鋼帯の通板方向、ｙは熱延鋼帯の鉛直方向の撓み、Ｅは熱延鋼帯の縦弾性係数、Ｉは熱延鋼帯の断面２次モーメント、ρは熱延鋼帯の密度、Ａは熱延鋼帯の断面積、ｖは熱延鋼帯の通板速度、Ｆは熱延鋼帯に作用する鉛直方向の分布荷重（例えば熱延鋼帯の自重）である。
【００３６】
また（１）式の左辺第一項は熱延鋼帯の曲げ弾性、左辺第二項は熱延鋼帯に作用する遠心力である。
【００３７】
ところで、図１８のように梁が圧縮荷重Ｐにより圧縮されたときの梁の撓み方程式は（２）式で表現される。
【００３８】
【数４】
2004351515.tif 000004
【００３９】
（２）式で、ｘは熱延鋼帯の通板方向、ｙは熱延鋼帯の鉛直方向の撓み、Ｐは梁の両端に作用する圧縮荷重、Ｅは熱延鋼帯の縦弾性係数、Ｉは熱延鋼帯の断面２次モーメント、Ｆは熱延鋼帯に作用する鉛直方向の分布荷重（例えば熱延鋼帯の自重）である。
【００４０】
（２）式は座屈現象（弾性不安定現象）を表す式であり、（１）式と（２）式を比較すると、（１）式左辺第二項のρＡｖ２を（２）式の圧縮荷重Ｐと考えれば全く同等のものとなる。すなわち、ランナウトテーブル上を走行する熱延鋼帯の不安定現象は、圧縮荷重ρＡｖ２が作用した座屈現象であると考えることができる（通板不安定現象と座屈現象の等価原理）。ρＡｖ２を遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）と呼ぶことにする。
【００４１】
（２）式に基づく座屈理論によれば、オイラーの座屈荷重Ｐｃとよばれる（２）式から求まる固有の圧縮荷重が存在し、圧縮荷重Ｐが座屈荷重Ｐｃより小さければ、梁はおよそ真っ直ぐのままで安定であるが、圧縮荷重Ｐが少しでも座屈荷重Ｐｃより大きくなれば、座屈現象が発生し梁は大きく撓んでしまう。
【００４２】
このことを（１）式に基づくランナウトテーブル上を走行する熱延鋼帯の現象にあてはめれば、遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）が固有の慣性抵抗力ρＡｖｃ２より小さければ熱延鋼帯は安定に走行し、遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）が少しでも固有の慣性抵抗力ρＡｖｃ２より大きくなれば熱延鋼帯はループを発生して不安定な走行状態となる。ここで、ｖｃは（２）式の座屈荷重Ｐｃに対応する（１）式から求まる固有の通板速度であり、通板安定臨界速度（特許文献４ではウェービング発生限界速度）とよぶことにする。通板安定臨界速度ｖｃは安定か不安定かの境目となる通板速度である。
【００４３】
通板安定臨界速度ｖｃが大きいほど安定性が高くなるといえるので、通板安定臨界速度ｖｃは熱延鋼帯の安定性を評価するための定量的な指標となる。
【００４４】
座屈理論によれば、もし分布荷重Ｆが撓みｙに関係しない値、すなわち一定値の場合には（例えば、分布荷重が熱延鋼帯の自重のみの場合とか流体噴流の鉛直下方の衝突力が一定の場合）、座屈荷重Ｐｃよりも小さな圧縮荷重で梁は撓みはじめて座屈現象に至る。すなわち、一定の分布荷重Ｆにより安定性は向上せずに、逆に若干安定性が下がってしまうことになる。このことを（１）式にも当てはめれば、流体噴流の鉛直下方の一定な衝突力Ｆがバウンド、ループを成長させてしまうという現象を説明しており、従来技術１、２、３が適切でないことが判る。
【００４５】
次に、図１７（ａ）のテーブルロール上の熱延鋼帯を、図１７（ｂ）のように連続単純支点に支えられた熱延鋼帯と考えて、通板安定臨界速度ｖｃを求める。ランナウトテーブルのような等ピッチの連続単純支点の問題では、図１７（ｃ）に示すような１テーブルロールピッチの問題に置き換えることが可能となる。
【００４６】
（１）式の通板安定臨界速度ｖｃ（（２）式では座屈荷重Ｐｃ）を図１７（ｃ）のような境界条件下で求める問題は、数学的には固有値問題と呼ばれる問題となり、求められる通板安定臨界速度ｖｃ（（２）式では座屈荷重Ｐｃ）は（１）式（（２）式）の最小固有値である。通板安定臨界速度ｖｃは次の（３）式となる。ここで、Ｌはテーブルロールピッチである。
【００４７】
【数５】
2004351515.tif 000005
【００４８】
さらに、熱延鋼帯の断面形状が板厚ｔ、板幅ｗの矩形であるならば、断面２次モーメントＩはｔ３×ｗ／１２、面積Ａはｔ×ｗとなるから、矩形断面形状の場合の通板安定臨界速度ｖｃは次式となる。この式は特許文献４で与えられた無張力の元でのウェービング臨界速度と全く同じものである。
【００４９】
【数６】
2004351515.tif 000006
【００５０】
（４）式から、通板安定臨界速度ｖｃは板厚ｔに比例して、テーブルロールピッチＬに反比例することことがわかり、実際の現象と同等の傾向を示している。
【００５１】
このように通板安定臨界速度が１テーブルロールピッチから求められることからもわかるように、通板速度が通板安定臨界速度ｖｃ以上であればループがどこのテーブルロールの間でも発生し成長する可能性があることを証明している。
【００５２】
次に、通板不安定現象と座屈現象の等価原理を用いれば、座屈荷重Ｐｃと通板安定臨界速度ｖｃの間の関係式は次の（５）式となる。
【００５３】
【数７】
2004351515.tif 000007
【００５４】
（５）式は、左辺は座屈荷重であり、右辺は熱延鋼帯がランナウトテーブル上を移動することで発生する遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）である。
【００５５】
通板安定臨界速度ｖｃとは、ランナウトテーブル上の熱延鋼帯において、熱延鋼帯にループ等の通板不安定現象が発生しない最高速度である。したがって通板安定臨界速度ｖｃ以下の通板速度ｖで操業を行なえば通板が安定化する。つまり、安定通板のための操業条件式として、次の（６）式が成り立つ。
【００５６】
【数８】
2004351515.tif 000008
【００５７】
また、ランナウトテーブル上の熱延鋼帯を冷却する場合には、冷却水と熱延鋼帯との速度差によって発生する水平方向の冷却水の粘性抵抗力Ｆｗが作用するので、（７）式の安定通板のための操業条件式が成り立つ。ここで、粘性抵抗力Ｆｗは圧縮側に働くと正になり、張力側に働くと負となる。
【００５８】
【数９】
2004351515.tif 000009
【００５９】
さらに、テーブルロールは熱延鋼帯の通板速度よりも速く回転しており、熱延鋼帯に水平方向に滑り摩擦力Ｆｒ（テーブルロール駆動力）が作用するので、（８）式の安定通板のための操業条件式が成り立つ。ここで、滑り摩擦力Ｆｒは圧縮側に働くと負になり、張力側に働くと正となる。
【００６０】
【数１０】
2004351515.tif 000010
【００６１】
本発明により操業条件を検討するには、（８）式の右辺のすべてを考慮することが最も好ましい。しかし、例えば冷却水の粘性抵抗力Ｆｗについていえば、ランナウトテーブル上で水冷却しない設備もあり、また、数値的に最も大きく重要なのは熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）ρＡｖ２である。したがって、遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）ρＡｖ２のみを考慮するだけでも製造条件設定は可能である。本明細書では、単に、「圧縮力」と呼ぶときには（８）式右辺の示す観念（熱延鋼帯を梁と考えたときに両端に作用する圧縮荷重）を広く指している。したがって、「圧縮力」には、実験により得られる数値、（８）式右辺第１項のみ、右辺全体、さらには本明細書で検討していない追加的な作用項を含む場合等が含まれる。
【００６２】
熱延鋼帯の通板速度を速くしても安定通板で操業するためには、熱延鋼帯の座屈荷重Ｐｃを向上させればよいことは、（６）式、（７）式、（８）式から自明であり、熱延鋼帯に対して何らかの座屈荷重向上手段を設ければよいことが判る。
【００６３】
座屈荷重の求め方としては、理論解析や数値計算、または実験的に求める方法が考えられる。しかしながら、座屈理論解析、数値計算は単純な対象では適用可能であるが、実際のランナウトテーブルのような複雑なものに対しては満足な結果が得られない場合が多い。
【００６４】
本発明者等は、実験的に熱延鋼帯の座屈荷重を求める方法として、座屈試験装置１００を創案した。図１９に座屈試験装置の側面図、図２０に座屈試験装置の平面図を示す。
【００６５】
１０１は熱延鋼帯を模擬した室温鋼帯、１０２はテーブルロールを模擬した模擬ロール、１０３は室温鋼帯１０１を圧縮するための加圧装置、１０４は加圧装置１０３による圧縮荷重を測定するための荷重計である。
【００６６】
座屈試験装置１００は、底板１０５とその両端に立直した側板１０６ａ、１０６ｂとから構成される筺体と、底板上に固着された複数の支持台の上に静置された鋼帯方向に複数のテーブルロールを模擬した模擬ロール１０２と、側板１０６ａ、１０６ｂの内側に設けられた室温鋼帯１０１の両端を把持するための把持装置１０７ａ、１０７ｂと、鋼帯を圧縮するための加圧装置１０３とからなる。
【００６７】
前記模擬ロール１０２は、回転可能な構造とすることもできるが本装置では回転させずに静置する。
【００６８】
前記加圧装置１０３には、一般に油圧シリンダー、空気シリンダーまたは送りねじ等が用いられるが、加圧できさえすればよい。
【００６９】
座屈試験装置１００を用いて座屈試験を行うには、室温鋼帯１０１を複数の模擬ロール１０２の上に載せ、側板１０６ａ、１０６ｂの内面に設けられた把持装置１０７ａ、１０７ｂにより室温鋼帯１０１の両端を把持する。加圧装置１０３によって把持装置１０７ａ、１０７ｂを介して室温鋼帯１０１をその両端から圧縮加圧する。
【００７０】
加圧装置１０３で、室温鋼帯１０１に徐々に圧縮荷重を加えていくと、ある荷重に達すると室温鋼帯１０１は突然撓みを生じておおよそ図２１に示すような形状に湾曲する。突然撓みを生じた瞬間の荷重が座屈荷重である。その後、加圧装置１０３により力を加えようとしても、室温鋼帯１０１の湾曲が大きくなるばかりで座屈荷重以上に加圧装置により力が加えられなくなる。
【００７１】
このときの座屈荷重を荷重計１０４により測定する。
【００７２】
座屈試験装置１００を用いて得られた室温鋼帯の座屈荷重から熱延鋼帯の推定座屈荷重へ換算するにはを求めるには、次の（９）式を用いる。
【００７３】
【数１１】
2004351515.tif 000011
【００７４】
ここで、Ｐｃ１は熱延鋼帯の座屈荷重、Ｅｃ１は熱延鋼帯の縦弾性係数、Ｉｃ１は熱延鋼帯の断面２次モーメント、Ｌｃ１はランナウトテーブルのテーブルロールピッチ、Ｐｃ０は室温鋼帯の座屈荷重、Ｅｃ０は室温鋼帯の縦弾性係数、Ｉｃ０は室温鋼帯の断面２次モーメント、Ｌｃ０は座屈試験装置１００の模擬ロール１０２のピッチである。熱延鋼帯の縦弾性係数Ｅｃ１と室温鋼帯の縦弾性係数Ｅｃ０とは、温度が違うことにより異なってくる。
【００７５】
上記装置によれば、実際のランナウトテーブルを用いることなく熱延鋼帯の座屈荷重が求められるので、座屈荷重向上手段の考案、改善、最適化の試験コストが安価となり、短時間化、安全化が可能となる。
【００７６】
以上はループの発生メカニズムであるが、ヘッド折れも以上のような考察を用いて説明でき、ヘッド折れの通板安定臨界速度も求めることは可能であるが、（３）式あるいは（４）式のような単純な数式では記述できない。ヘッド折れの通板安定臨界速度はループ発生の通板安定臨界速度の約１割減程度である。
【００７７】
以上では、ランナウトテーブルの熱延鋼帯の通板不安定現象と鋼帯の座屈現象が同等（通板不安定現象と座屈現象の等価原理）であることを説明した。特許文献４のように通板不安定現象を（１）式で表されるモデル式を適用してモデル化した場合は、過去に膨大に蓄積された座屈理論の理論式、実験公式、弾性安定性問題の研究、座屈解析ソフトウェアーを適用できないため、極めて限定、理想化された元でのランナウトテーブルの現象しか理解できない。その結果、設備仕様、操業条件仕様も満足なものが得られないことになる。
【００７８】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである
（１）熱間圧延機により圧延された鋼帯を、ランナウトテーブル上で通板させた後に巻き取る熱延鋼帯の製造方法において、熱延鋼帯が前記ランナウトテーブル上を走行するときに、熱延鋼帯に発生するパスラインから上下方への熱延鋼帯の変位を抑制することにより鋼帯の座屈荷重を高めるとともに、該座屈荷重が圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【００７９】
（２）下式（１）を満たすように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００８０】
【数１２】
2004351515.tif 000012
【００８１】
ただし、上式（１）の左辺のＰｃは座屈荷重を示し、右辺のρＡｖ２＋Ｆｗ−Ｆｒは圧縮力を示す。また、ρＡｖ２は熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）、Ｆｗは冷却水の粘性抵抗力、Ｆｒは滑り摩擦力（テーブルロール駆動力）、ρは熱延鋼帯の密度、Ａは熱延鋼帯の断面積、ｖは熱延鋼帯の通板速度を示す。
【００８２】
（３）熱延鋼帯の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有するガイド装置をテーブルロール間に設けることにより、熱延鋼帯の座屈荷重を高めることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００８３】
（４）テーブルロール上空に、熱延鋼帯に落下することなく、且つ熱延鋼帯通板方向の速度成分を有しつつ熱延鋼帯の上空領域を略水平に進行するように噴射される流体噴流を設けることにより、熱延鋼帯の座屈荷重を高めることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００８４】
（５）熱間圧延機により圧延された鋼帯を、ランナウトテーブル上で通板させた後に巻き取る熱延鋼帯の製造方法において、前記ランナウトテーブル（左記テーブルロールの方がよい？）を模擬した複数ロール上に試験鋼帯を載置し、当該鋼帯に圧縮力を作用させてその座屈荷重を測定し、測定された座屈荷重または測定された座屈荷重を考慮して計算された推定座屈荷重が、圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造条件を設定することを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【００８５】
（６）圧縮力は、少なくとも熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）ρＡｖ２を含み、熱延鋼帯の製造条件は、下式（２）を満たすように通板速度を設定することを特徴とする上記（１）、（３）乃至（５）のいずれかに記載の熱延鋼帯の製造方法。
【００８６】
【数１３】
2004351515.tif 000013
【００８７】
ただし、ρＡｖ２は熱延鋼帯が走行することにより生じる遠心力に起因する見かけの圧縮力（慣性抵抗力）、Ｐｃは座屈荷重を示し、ρは熱延鋼帯の密度、Ａは熱延鋼帯の断面積、ｖは熱延鋼帯の通板速度を示す。
【００８８】
（７）鋼帯の座屈荷重を測定する試験装置であって、装置底面上に静置された鋼帯方向に複数のテーブルロールを模擬した模擬ロールと、鋼帯の両端を把持するための把持装置と、鋼帯を圧縮するための加圧装置とからなることを特徴とする鋼帯の試験装置。
【００８９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの一実施形態を示す側面図および平面図である。図１は熱延鋼帯の座屈荷重を高める方法として、熱延鋼帯の曲げ剛性と比較して十分に大きい曲げ剛性を有するガイド装置１１０を隣接するテーブルロール１１１の間に熱延鋼帯に近づけて設けた場合である。ここで、曲げ剛性とは（縦弾性係数）×（断面２次モーメント）を意味する。
【００９０】
図１に示すように、ガイド装置１１０は、一例として固定面から立直した台座１１２の上にテーブルロール１１１長手方向に設置され、固定面と台座との間の高さ調整用シムを介して固定面からの高さが調整される。
【００９１】
ガイド装置１１０の材質は、熱延鋼帯がテーブルロールの間に撓み込んできて、この装置１１０に接触したとしても熱延鋼帯とガイド装置１１０の表面に疵が付きにくいか、または両者の間に焼き付きが生じないように、例えば鋳鉄または耐熱性高分子樹脂が用いられる。
【００９２】
このガイド装置１１０を設けることにより、熱延鋼帯が通板中にテーブルロールの間に撓み込もうとするとガイド装置に接触し、ガイド装置によって熱延鋼帯の撓み込みを戻そうとする力が働くことにより熱延鋼帯の座屈荷重を高めることができる。
【００９３】
ガイド装置１１０を設けた場合の熱延鋼帯の座屈荷重がわかれば、安定通板のための通板速度を決定できる。逆に、目標とする通板速度から目標とする熱延鋼帯の座屈荷重を求め、その座屈荷重になるようにガイド装置１１０の設備仕様を決定する。
【００９４】
ガイド装置１１０を設けた場合の熱延鋼帯の座屈荷重は、理論解析で求めることは非常に困難となり、数値計算と座屈試験装置により座屈荷重を求めることにする。
【００９５】
図２に数値計算結果および座屈試験装置による試験結果を示す。数値計算にはマルチボディダイナミクスの手法を用いた。座屈試験条件としては、ランナウトテーブルと座屈試験装置のスケールを同じとした。つまり、テーブルロールピッチ、模擬ロールピッチを４００ｍｍ、テーブルロール径、模擬ロール径をφ３７０ｍｍとした。また、室温鋼帯の材質はスチール、板厚は０．９ｍｍ、板幅は１２１８．５ｍｍ、室温鋼帯の縦弾性係数は２．０６Ｅ＋１１Ｎ／ｍ２とした。
【００９６】
パスラインからガイド設置位置を変えて座屈荷重がどのように変わるかを試験した。図２から試験結果と数値計算結果はよく一致することが判る。また、ガイド設置位置が大きくなるほど座屈荷重が小さくなることが判る。ここで、ガイド設置位置とは鋼帯パスラインからガイド上面までの距離を示す。
【００９７】
図３は、（９）式を用いて室温鋼帯の座屈荷重を熱延鋼帯の座屈荷重へ換算した結果を示している。熱延鋼帯の板厚は１．２ｍｍ、板幅は１２１８．５ｍｍである。熱延鋼帯の縦弾性係数は９．８Ｅ＋１０Ｎ／ｍ２とした。
【００９８】
図４は、熱延鋼帯の座屈荷重換算値から（５）式を用いて計算した冷却を行なわない場合の熱延鋼帯の通板安定臨界速度を示している。ガイド設置位置が十分に大きい場合、つまりガイド上面が鋼帯パスラインから十分に離れた場合には、ガイドが設置されてないことと同等となり、実際のランナウトテーブルの操業での通板速度にほぼ一致する。このように定量的、合理的にガイド設置位置、通板安定臨界速度を求めることが可能となる。
【００９９】
図５および図６は、本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの他の実施形態を示す側面図および平面図である。図５および図６は熱延鋼帯の座屈荷重を高める方法として、張力だけで構造を保つようなほとんど剛性のない、ガイド装置１１５を隣接するテーブルロールの間に熱延鋼帯に近づけて設けた場合である。
【０１００】
図１に示す実施の形態と同様に、このガイド装置１１５を設けることにより、熱延鋼帯が通板中にテーブルロールの間に撓み込もうとするとガイド装置に接触し、ガイド装置によって熱延鋼帯の撓み込みを戻そうとする力が働くことにより熱延鋼帯の座屈荷重を高めることができる。
【０１０１】
ガイド装置１１５とは、例えばロープのようなものである。ガイド装置１１５の場合には、張力１１６を作用させる必要がある。ガイド装置１１５は、テーブルロール１１１の外周面方向に環状溝を設けて、その環状溝の中に案内されることが好ましい。
【０１０２】
ガイド装置１１５を設けた場合の熱延鋼帯の座屈荷重がわかれば、安定通板のための通板速度を決定できる。逆に、目標とする通板速度から目標とする熱延鋼帯の座屈荷重を求め、その座屈荷重になるようなガイド装置１１５の設備仕様を決定する。
【０１０３】
ガイド装置１１５を設置した場合の熱延鋼帯の座屈荷重は、ある程度の正確さを持って理論解析で求めることも可能である。その場合には例えば図７のように熱延鋼帯の中央をバネで支えたモデルを考えて座屈荷重の理論値を求める。図７のような事例の座屈荷重値は公式として既に与えられている。
【０１０４】
より正確に座屈荷重を求めるためには、数値計算または座屈試験装置１００を用いる。
【０１０５】
室温鋼帯１０１の板厚が０．９ｍｍ、板幅が１２１８．５ｍｍ、模擬ロール１０２のピッチが４００ｍｍ、ロール径がφ３７０ｍｍの場合のガイド装置を用いたときの座屈荷重を表１にしめす。
【０１０６】
【表１】
2004351515.tif 000014
【０１０７】
理論値を求めるために、図７のバネ係数Ｋは実験的に求めたところ、Ｋ＝約０．２５ｋｇｆ／ｍｍであった。バネ係数Ｋを求める実験としては、ガイドをロール中間点で所定の力で押し、その時のその点でのガイドの撓みを複数測定し、撓み量を横軸にとり力を縦軸にしたグラフを描き、そのグラフの原点付近の傾きをバネ係数Ｋとした。
【０１０８】
表１から、試験値と理論値には若干のズレはあるが、試験値と理論値の両者ともガイド装置により座屈荷重が同程度上昇することがわかる。張力１１６を大きくするほど、バネ効果が大きくなるので座屈荷重は上昇する。
【０１０９】
図８および図９は、本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの他の実施形態を示す側面図および平面図である。図８および図９は熱延鋼帯の座屈荷重を高める方法として、テーブルロール上空に略水平進行方向の流体噴流１２０を設けた場合である。
【０１１０】
流体噴流１２０は、流体噴射装置から噴射される流体で、熱延鋼帯に落下することなく、かつ、熱延鋼帯通板方向の速度成分を有しつつ熱延鋼帯の上空領域を略水平に進行するように噴射される。この流体噴流１２０により、熱延鋼帯に発生するパスラインから上下方への熱延鋼帯の変位を抑制することにより熱延鋼帯の座屈荷重を高めることができる。
【０１１１】
図１に示す実施の形態と同様に、テーブルロール上空に略水平進行方向の流体噴流１２０を設けることにより、熱延鋼帯に対する流体噴流の鉛直方向の成分により熱延鋼帯の撓み込みを戻そうとする力が働くことにより熱延鋼帯の座屈荷重を高めることができる。
【０１１２】
流体噴流１２０を設けた場合の熱延鋼帯の座屈荷重がわかれば、安定通板のための通板速度を決定できる。逆に、目標とする通板速度から目標とする熱延鋼帯の座屈荷重を求め、その座屈荷重になるような流体噴流１２０の設備仕様を決定する。
【０１１３】
流体噴流１２０の場合には、図５および図６に示す実施形態で述べたガイド装置１１５の場合と似た座屈荷重を高める方法となり、図１０に示すように熱延鋼帯の上側をバネで支えたモデルとなる。
【０１１４】
このように考えた場合の熱延鋼帯の座屈荷重は、ある程度の正確さを持って理論解析で求めることも可能である。図１０のような事例の座屈荷重値は公式として既に与えられている。
【０１１５】
より正確に座屈荷重を求めるためには、数値計算または座屈試験装置１００を用いる。
【０１１６】
本発明では、座屈試験装置１００を用いて測定された座屈荷重、または（９）式を用い測定された座屈荷重を考慮して計算された推定座屈荷重が、圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造条件を設定する。
【０１１７】
図１１に通板安定臨界速度の一例を示す。ここで、熱延鋼帯の板厚ｔ＝１．２ｍｍ、板幅ｗ＝１．０ｍ、テーブルロールピッチＬ＝０．４２ｍ、流体噴流設置高さＨ＝０．１５ｍ、ノズル出口直径ｄ＝φ０．０１ｍである。図１１から流体噴流平均速度を速くするほど、通板安定臨界速度が上昇することが判る。また、流体噴流平均速度をいくら大きくしても、流体噴流を設置しないときの通板安定臨界速度の２倍までしか上昇させることができないことが判る。
【０１１８】
本発明では、熱延鋼帯がランナウトテーブル上を走行するときに、上述の実施形態のように熱延鋼帯に発生するパスラインから上下方への熱延鋼帯の変位を抑制することにより鋼帯の座屈荷重を高めるとともに、この座屈荷重が圧縮力より大きくなるように熱延鋼帯の製造の条件を設定する。
【０１１９】
ここで、熱延鋼帯の製造条件とは主として通板速度の設定に関する条件のことである。
【０１２０】
また、熱延鋼帯の製造条件には、上記の他に、ランナウトテーブル上で水冷却をするかしないかを判定したり、水冷却の設定に関する条件やテーブルロール駆動力に関する条件等がある。
【０１２１】
図１２は通板速度と板厚との関係を示す説明図である。通板速度は設定する熱延鋼帯の製造の条件の一つである。図１２中、操業目標の通板速度とは、操業において達成したい通板速度であって、ランナウトテーブルの冷却能、仕上圧延機のマスフロー、仕上温度（ＦＴ）、巻取り温度（ＣＴ）等の要因から決まり、おおよそストリップの板厚が薄くなるほど速くすることが要求される。
【０１２２】
一方で、通板安定臨界速度とは、設備側での通板速度の限界値であって板厚が薄くなるほど通板安定臨界速度はそれに比例して小さくなる。
【０１２３】
実際の操業では、板厚が厚い場合には操業目標の通板速度を達成できるが、板厚が薄くなると設備側の通板安定臨界速度がネックとなり、操業目標の通板速度が達成できず、せいぜい通板安定臨界速度程度の通板速度にしかできない。従って、操業時の通板速度は図１２中に示す太い実線（ａ）のようになる。
【０１２４】
さらに、図１２中に示すように上述した座屈荷重向上手段により通板安定臨界速度のベースアップが図られることになる。
【０１２５】
この座屈荷重向上手段により操業目標の通板速度を達成できる板厚の範囲が薄い側に広がり、且つ操業時の通板速度を図１２中に示す太い実線（ｂ）のようにより操業目標の通板速度に近づけることが可能になる。
【０１２６】
【発明の効果】
熱延鋼帯の座屈荷重向上させる手段を設けることで、通板不安定現象の成長を抑制・解消し、熱延鋼帯の安定通板を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの一実施形態を示す側面図および平面図
【図２】図１に示す実施形態の数値計算結果および座屈試験装置による試験結果を示すグラフ
【図３】室温鋼帯の座屈荷重を熱延鋼帯の座屈荷重へ換算した結果を示すグラフ
【図４】熱延鋼帯の座屈荷重換算値から求めた冷却を行なわない場合の熱延鋼帯の通板安定臨界速度を示すグラフ
【図５】本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの他の実施形態を示す側面図
【図６】本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの他の実施形態を示す平面図
【図７】ガイド装置を設置した場合の熱延鋼帯の座屈荷重を求めるモデル化の一例を示す説明図
【図８】本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの他の実施形態を示す側面図
【図９】本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する熱間圧延設備のテーブルロールの他の実施形態を示す平面図
【図１０】流体噴流を設置した場合の熱延鋼帯の座屈荷重を求めるモデル化の一例を示す説明図
【図１１】流体噴流を設置した場合の熱延鋼帯の通板安定臨界速度の一例を示すグラフ
【図１２】通板速度と板厚との関係を示す説明図
【図１３】熱延鋼帯の不安定な通板状態を示す説明図
【図１４】下降する流体噴流が熱延鋼帯に作用した場合の熱延鋼帯の不安定現象を示す説明図
【図１５】下降する流体噴流が熱延鋼帯に作用した場合の流体噴流と熱延鋼帯の不安定挙動部との相対位置を示す説明図
【図１６】流体噴流が熱延鋼帯に作用した場合の流体噴流群の存在領域を示す説明図
【図１７】テーブルロール上の熱延鋼帯の通板安定臨界速度を求めるモデル化の一例を示す説明図
【図１８】梁が圧縮荷重により圧縮された状態を示す説明図
【図１９】座屈試験装置の側面図
【図２０】座屈試験装置の平面図
【図２１】室温鋼帯に座屈が生じた状態を示す説明図
【符号の説明】
５０  ランナウトテーブル
５１  バウンド
５２  頭折れ
５３  ループ
５４  腰折れ
５５  跳ね上がり
１００  座屈試験装置
１０１  室温鋼帯
１０２  模擬ロール
１０３  加圧装置
１０４  荷重計
１０５  底板
１０６ａ、１０６ｂ  側板
１０７ａ、１０７ｂ  把持装置
１１０  ガイド装置
１１１  テーブルロール
１１２  台座
１１５  ガイド装置
１１６  張力
１２０  流体噴流
【図１】
2004351515.tif 000017
【図２】
2004351515.tif 000018
【図３】
2004351515.tif 000019
【図４】
2004351515.tif 000020
【図５】
2004351515.tif 000021
【図６】
2004351515.tif 000022
【図７】
2004351515.tif 000023
【図８】
2004351515.tif 000024
【図９】
2004351515.tif 000025
【図１０】
2004351515.tif 000026
【図１１】
2004351515.tif 000027
【図１２】
2004351515.tif 000028
【図１３】
2004351515.tif 000029
【図１４】
2004351515.tif 000030
【図１５】
2004351515.tif 000031
【図１６】
2004351515.tif 000032
【図１７】
2004351515.tif 000033
【図１８】
2004351515.tif 000034
【図１９】
2004351515.tif 000035
【図２０】
2004351515.tif 000036
【図２１】
2004351515.tif 000037