(57)【要約】【課題】  単スタンドの知能型板圧延機で高圧下の冷間圧延を可能にし、良好な板形状の反りの無い高品質の製品を得ることができる金属ストリップの圧延装置を提供すること。【解決手段】  上下のワークロール径が同径でかつ上下のワークロールを駆動する構造の単スタンドの知能型板圧延機にて金属ストリップを冷間圧延する冷間圧延装置において、前記板圧延機の入側および出側に、金属ストリップに張力を負荷する高張力付加装置をそれぞれ配置した。特に、板圧延機の上下のワークロール径を１９０ｍｍ以上２６０ｍｍ以下とすると共に、高張力付加装置により付加される張力を圧延引っ張り法で求めた金属ストリップの耐力の３０％以上４５％以下にすることが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上下いずれか一方のロールアセンブリが、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置を設け、上下のワークロール径が同径でかつ上下のワークロールを駆動する構造の単スタンドの板圧延機にて金属ストリップを冷間圧延する冷間圧延装置において、前記板圧延機の入側および出側に、金属ストリップに張力を負荷する高張力付加装置をそれぞれ配置したことを特徴とする金属ストリップの冷間圧延装置。
【請求項２】
上下のワークロール径を１９０ｍｍ以上２６０ｍｍ以下とすると共に、高張力付加装置により付加される張力を圧延引っ張り法で求めた金属ストリップの耐力の３０％以上４５％以下にしたことを特徴とする請求項１記載の金属ストリップの冷間圧延装置。
【請求項３】
高張力付加装置は、金属ストリップを互い違いに一定角度巻き付ける２個のテンションロールを有することを特徴とする請求項１又は２記載の金属ストリップの冷間圧延装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の冷間圧延装置を用いて金属ストリップを圧延するに際し、前記単スタンドの板圧延機にてパス回数５パス未満で冷延率２０％まで圧延することを特徴とする金属ストリップの冷間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも上下いずれか一方のロールアセンブリが、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置とを設けてなる板圧延機を用いて、上下のワークロール径が同径でかつ上下のワークロールを駆動する単スタンドで金属ストリップ圧延する際に、高圧下を可能にする冷間圧延装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、３分割以上に分割された分割バックアップロールのそれぞれについて荷重分布を検出して、圧延材ワークロール間の荷重分布を推定し、推定した荷重分布に基づいて板形状を制御する板圧延機が注目されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。この板圧延機では、原理的に圧延機出側で板形状を計測してフィードバックする必要はなく、したがって時間遅れなく直接的に板形状を制御することができる。この板圧延機によれば、良好な板品質、つまり良好な板プロフィルおよび平坦度を得ることができる。以下、このような板圧延機を知能型板圧延機という。
【０００３】
この知能型板圧延機は言い換えると、圧延材の圧延時の板形状と形状との密接な関係のある圧延時の圧延材〜ワークロール間の荷重分布を３分割以上に分割された分割バックアップロールのそれぞれについて荷重分布を検出しているわけで、ワークロール径が大きくなるほど該分割バックアップロールの荷重検出値の分布は小さくなる。即ち、知能型板圧延機の形状検出感度は鈍感になる。
このため、知能型板圧延機のワークロール径は小さい方が好ましいが、ワークロール径が小さいと圧延に必要な十分なトルクを伝達できなくなるため、圧下率の小さい矯正機としての適用が検討されていた。しかしながら近年、生産コストを低減させるために冷延率の小さな金属ストリップは、冷間タンデム圧延機ではなく単スタンドの矯正機で複数パス圧延することによって製造したいとの要望が高まってきている。このような要望に知能型板圧延機で応える為には知能型板圧延機のトルク伝達の問題を解決する必要がある。このトルク伝達不足の欠点を防ぐため、従来技術として特許文献３に開示されているように、非分割の下バックアップロールを駆動する方法がある。この方法はトルク伝達を増大させることに関しては有益な方法であるものの非対称圧延となるために、特に圧下率が大きくなればなるほど圧延後の板の反りや上下の表面性状差等の新たな問題が深刻化してくることになる。
【特許文献１】特開平５−４８３７５号公報
【特許文献２】特開平５−６９０１０号公報
【特許文献３】特開２０００−１５８０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した従来法の問題点を解決するもので、単スタンドの知能型板圧延機で高圧下の冷間圧延を可能にし、良好な板形状の反りの無い高品質の製品を得ることができる金属ストリップの圧延装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の特徴は、単スタンドの知能型板圧延機で冷間圧延する際に、反りや上下の表面性状差を防止するために、上下のワークロール径を同じでかつ上下駆動とし、圧下率の高い際にトルク伝達不足を解消するために、知能型板圧延機の入・出側において金属ストリップに張力を負荷する高張力付加装置を配置するものであり、
本発明の請求項１は、少なくとも上下いずれか一方のロールアセンブリが、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各々の分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置とを設けてなり、かつ、上下のワークロール径が同径でかつ上下のワークロールを駆動する単スタンドの板圧延機にて金属ストリップを冷間圧延する冷間圧延装置において、前記板圧延機の入側および出側に、金属ストリップに張力を負荷する高張力付加装置を配置したことを特徴とする金属ストリップの冷間圧延装置であり、
本発明の請求項２は、請求項１に記載の金属ストリップの冷間圧延装置において、上下のワークロール径を１９０ｍｍ以上２６０ｍｍ以下とすると共に、高張力付加装置により付加される張力を圧延引っ張り法で求めた金属ストリップの耐力の３０％以上４５％以下にしたことを特徴とする金属ストリップの冷間圧延装置であり、
本発明の請求項３は、高張力付加装置は、金属ストリップを互い違いに一定角度巻き付ける２個のテンションロールを有することを特徴とする請求項１又は２記載の金属ストリップの冷間圧延装置であり、
本発明の請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項記載の冷間圧延装置を用いて金属ストリップを圧延するに際し、前記単スタンドの板圧延機にてパス回数５パス未満で冷延率２０％まで圧延することを特徴とする金属ストリップの冷間圧延方法である。
【発明の効果】
【０００６】
この発明は、上下のワークロール径が同径でかつ上下のワークロールを駆動する単スタンドの知能型板圧延機で金属ストリップ圧延する際に、高圧下が可能でかつ良好な板形状および反りのない製品を安定的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明を実施する圧延機の一例を示す構成図である。この例では知能型板圧延機は非対称５段圧延機であり、ミルハウジング内に上下のインナーハウジングが昇降可能に支持されている。上ワークロール１は、ワークロールチョックを介して上インナールハウジングに上下および水平方向に変位可能に支持されている。また、下ワークロール２はワークロールチョックを介して下インナールハウジングに上下方向に変位可能に支持されている。４組の分割バックアップロールからなる上入側分割バックアップロール２ａおよび５組の分割バックアップロールからなる上出側分割バックアップロール２ｂがそれぞれ、上インナーハウジングに独立して取り付けられている。図示していないが上入・出側分割バックアップロール２ａ、２ｂは、それぞれ分割された個々のバックアップロール毎に独立して、圧下装置、荷重検出装置および圧下位置検出装置を備えている。
また、各上入側分割バックアップロールと各上出側分割バックアップロールは、図示してはいないが板幅方向に交互に配置されている。
【０００８】
下インナーハウジングには、一体型、つまり非分割型の下バックアップロール３が配置されており、下ワークロール２を支持している。上インナーハウジングはパスライン調整装置により昇降され、被圧延材Ｓのパス位置が調整される。下インナーハウジングは、圧下装置により圧下力が加えられる。
なお、上下のワークロール１、１′のロール径は、ほぼ同径であり、上下のロール径差は０．５ｍｍ以内になるように管理されている。また、図示してはいないが、これらの上下ワークロールには圧延時のトルクを伝達するためにスピンドルが連結されており、電動機および減速機を介して上下ワークロールは回転させられる。
【０００９】
知能型板圧延機の入・出側には高張力負荷装置６ａ、６ｂが配置されている。この高張力負荷装置はそれぞれ２つのテンションロール７ａと８ａ、７ｂと８ｂから構成されており、知能型板圧延機入・出側での金属ストリップＳに張力を負荷するために、該テンションロールには金属ストリップが半周程度互い違いに巻きついている。この例では、金属ストリップをバッチ処理するために通板性を考慮して、金属ストリップを通板後に知能型板圧延機の入・出側の高張力負荷装置６ａ、６ｂを回転させて、金属ストリップがテンションロールに巻きつくようになっている。連続式の圧延設備の場合にはこのような高張力負荷装置でなくとも良く、通常のブライドルロールを用いた張力負荷装置でも良い。金属ストリップのパスラインおよびテンションロールへの巻きつけ角度を保持するために、知能型板圧延機入・出側には圧延機入・出側デフレクターロール４ａ、４ｂおよび張力負荷装置入・出側デフレクターロール５ａ、５ｂが配置されている。
また、上下のワークロール１、１′のチョック間には、ワークロールベンディング装置が設けられている。更に、従来技術と比較するために、この知能型板圧延機は減速機とスピンドルを交換することによって、非分割の下バックアップロール３だけを駆動することも可能である。
【００１０】
上述の圧延機を用いて実験を行った。圧延に用いた金属ストリップは酸洗された低炭素鋼であり、板厚は４ｍｍ、板幅は１０３０ｍｍ、コイル単重は１８トンのものである。この金属ストリップについて、圧延引っ張り法によって求めた０．２％耐力は、冷延率０％で３０４ＭＰａ、冷延率１０％で５００ＭＰａ、冷延率２０％で５６８ＭＰａあった。従来技術として、張力負荷レベル（圧延時の金属ストリップに負荷する単位面積当たりの張力を圧延時の金属ストリップの板厚に相当する圧延引っ張り試験法から求めた０．２％耐力で除した値）と圧下率を換えて圧延を行った。通常の張力レベル（１０〜２０ＭＰａ：張力負荷レベル７％未満）で先ず非分割下バックアップロールのみの駆動とし、ワークロール径は２００ｍｍで圧下率を０．１％から１％まで圧下率を増大させて行き、圧延方向の反りと圧下率の関係を調査した。反りは圧延した金属ストリップを１ｍ切りだし、そのサンプルを垂直な平板に吊り下げて圧延方向の手方向の最大高さを測定して反り量（ｍｍ／ｍ）とした。その結果を図２に示す。
【００１１】
下バックアップロールを駆動する従来法では、圧下率が大きくなると反り量が増大し、反り量に及ぼす張力レベルの影響は小さい。また、反り量が５０ｍｍ以上になると、バッチ処理で複数圧延する際の通板性に問題が出るため、実質的にとることのできる最大圧下率は０．９％程度である。これに対し、上下ワークロール駆動にすると、張力負荷レベル１０％未満であっても、圧下率１％の反り量は２ｍｍ以下であった．
【００１２】
次に、ワークロール径が１５０ｍｍ、１８０ｍｍ、１９０ｍｍ、２２０ｍｍ、２５０ｍｍ、２６０ｍｍ、２８０ｍｍの上下ワークロールを組み込み、上下ワークロール駆動で上述の金属ストリップを圧下率０．５％で自動形状制御で圧延した。自動形状制御の具体的な方法は発明者らが既に開示している特開平８−２６７１１５号公報に記載の方法で行った。この特開平８−２６７１１５号公報に開示する技術の要旨は次の通りである。
すなわち、知能型板圧延機において、所望の板形状を得るワークロールの荷重分布と圧延機出側の板厚分布及び圧延機の各ロールの変位の適合条件とから、所望の板形状を得る各分割バックアップロールの変位を制御することと、もしくは、所望の板形状を得るワークロールの荷重分布と圧延機出側の板厚分布及び圧延機の各ロールの変位の適合条件及びインナーハウジングの変位の規定条件から、所望の板形状を得る各分割バックアップロールの変位とインナーハウジングの変位を求め、それらの値に基づいて各分割バックアップロール及びインナーハウジングの変位を制御することである。
【００１３】
図３に通常の軽圧下矯正時である条件の圧下率０．５％における自動形状制御後の圧延後の急峻度（両板橋と板中央の急峻度の平均）とワークロール径の関係を示す。
板急峻度に関しては、ワークロール径が増大するほど荷重分布差検出感度が悪くなるので、形状制御精度は悪化することが明らかであり、品質上急峻度１％未満にするためには、ワークロール径は２６０ｍｍ以下にすることが必要であることが分かる。また、最大圧下率はスピンドル系の伝達トルク限界と分割バックアップロールに作用する荷重限界から決まる。
ここでは各ワークロール径におけるスピンドル（最大外径）の選定基準としては以下の基準を用いた。１）スピンドルに対するワークロール径の最小値は操業の安全性を考慮してスピンドルの最大径＋２．５ｍｍとする。２）ワークロールは磨耗しても研削、研磨して再使用するので、使用可能なワークロールの直径の有効変化は最低でも１５ｍｍ／直径とする。３）スピンドルとワークロールの関係が上記２つの条件を満足する場合に２つ以上のスピンドルが該当する場合、圧延トルクの伝達能力の高い方を採用する。図３中には上述したスピンドルの基準によって選定されたスピンドルの最大外径も示してある。
汎用のスピンドルを用いる場合、ワークロール径が１５０ｍｍでは伝達トルク限界から最大圧下率は１．１％程度であり、１９０ｍｍ未満だと同様に伝達トルク限界から最大圧下率は２．５％以下である。一方、ワークロール径が２５０ｍｍよりも大きい場合では圧延荷重限界からトルク限界ではなく荷重限界から最大圧下率は決定されることとなりスピンドル径の影響は受けずに最大圧下率は４．１％以下となり、ワークロール径２８０ｍｍでは最大圧下率は３．７％であった。
以上の結果からワークロール径は、圧延機の圧下能力が優れるトルク伝達を軽圧下時である条件の圧下率２．０％程度を前提とした場合、伝達トルク限界を考慮して１９０ｍｍ以上とすることが必要であり、また、上限は形状検出感度の劣化を考慮して２６０ｍｍ以下が良いことが明らかとなった。
【００１４】
上述したように、ワークロールは１９０ｍｍ以上２６０ｍｍ以下の上下同径の上下駆動では最大圧下率は伝達トルク限界から決定されて、１パス目の最大圧下率は４％程度であり後パスになるにつれて加工効果が強くなり荷重限界からこの圧下率は小さくなる傾向があり、上述の金属ストリップを冷延率２０％まで圧延するには７〜８パス必要となる。
この伝達トルク限界を上げるためには高張力法があり、ワークロール径２００ｍｍのロールを用いて上下ワークロール駆動で、前述した金属ストリップを多パス圧延して冷延率２０％まで圧延する場合の張力負荷レベルとパス回数を実験検討した。各条件で１０コイル圧延し、平均的なパス回数と破断率を求めた。その結果を図４に示す。
張力負荷レベルが増大するほどパス回数は減少し、張力負荷レベルが３０％以上であれば、平均パス回数は５パス未満となる。張力負荷レベルが４５％を超えると、板破断率は急激に高くなる。このような結果から、張力負荷レベルは３０％以上４５％以下が適切であることが明らかとなった。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例に用いた圧延装置は図１と同じものであり、その圧延条件および主仕様を下記に示す。
［圧延条件および主仕様］
・知能型板圧延機：
上下ワークロール  φ２２０ｍｍ×１８００ｍｍ（上下ワークロール駆動）
分割バックアップロール  φ３００ｍｍ×２００ｍｍ（９分割）
下バックアップロール  φ７８０ｍｍ×１８００ｍｍ
・冷延率：２０％  １パス当りの最大圧下率は荷重及びトルク伝達限界から決まる。
・圧延速度：２００ｍ／ｍｉｎ
・張力負荷レベル：４０％
・金属ストリップ：板厚４ｍｍ、板幅１０３０ｍｍ、酸洗材１６〜２０トンコイル
・潤滑：無潤滑（防錆油のプレコート有り）
従来技術（同径の下バックアップロール駆動の場合）では１パス当たりの最大圧下率は反りの影響によって１％程度であり工業的に冷延率２０％の製品は製造不可能であったが、本発明により５パスで冷延率２０％の製品を板破断することなくまた、自動形状制御で急峻度０．５％、板反り０．３ｍｍ以下で安定的に製造することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明を実施する圧延機の一例を示す構成図である。
【図２】従来圧延法による圧下率と反りの関係を示す図。
【図３】ワークロール径と急峻度及び最大圧下率の関係を示す図。
【図４】張力負荷レベルとパス回数及び破断率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００１７】
１：上ワークロール
２：下ワークロール
２ａ、２ｂ：上入・出側分割バックアップロール
３：下非分割バックアップロール
４ａ、４ｂ：圧延機入・出側デフレクターロール
５ａ、５ｂ：張力負荷装置入・出側デフレクターロール
６ａ、６ｂ：圧延機入・出側張力負荷装置
７ａ、８ａ：圧延機入側張力負荷装置内テンションロール
７ｂ、８ｂ：圧延機出側張力負荷装置内テンションロール
Ｓ：金属ストリップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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