(57)【要約】【課題】  熱間圧延、巻取完了後に、常温になった時に、鋼板の幅方向エッジ部に発生する鋼板波の発生を防止して、平坦度を向上させることができる熱延鋼板の製造方法およびその巻取り装置を提供する。【解決手段】  熱延鋼板の製造過程で、コイル状に巻き取るに際し、巻取り中にコイルが巻き締まった後、マンドレル径が縮小しないように、巻取り中のマンドレル径の拡大・縮小状況を測定し、この測定値に基づき初期巻き付け径が一定となるようにマンドレル径の位置を制御して巻取りを行うことを特徴とする。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱延鋼板をマンドレルによりコイル状に巻き取るに際し、巻取り中のマンドレル径の拡大・縮小状況を測定し、該測定値に基づき、巻取り初期にマンドレルが拡大する力とコイルが巻き締まる力が釣り合った後のマンドレル径がそれ以上縮小しない一定径を維持するようして巻取りを継続することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】
巻取り待機中のマンドレルのウェッジシャフトとセグメントの隙間を０〜０．５ｍｍとすることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の製造方法。
【請求項３】
熱延鋼板の仕上げ圧延機入側、圧延機スタンド間、及び出側の何れかにおいて鋼板幅エッジ部を加熱するか、或いはこのエッジ加熱に加えて、仕上げ圧延機入側にて鋼板を均一に加熱し、鋼板エッジ部とセンター部の温度偏差を小さくすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱延鋼板の製造方法。
【請求項４】
マンドレル拡縮シリンダーの油圧回路におけるシリンダーの拡大側に、逆止弁回路および／またはリリーフ弁を設置することを特徴とする、熱延鋼板の巻取り装置。
【請求項５】
マンドレルのウェッジシャフトとセグメントを一体化して製作、或いはボルトによって締結することによってセグメントとウェッジシャフトの隙間を無くしたことを特徴とする、請求項４に記載の熱延鋼板の巻取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱延鋼板の製造方法およびその巻取り装置に関し、特に、熱延鋼板をコイル状に巻き取った時の最フロント部（長さ方向先端：コイル内周部）での、巻き解くと耳波等が発生して鋼板の平坦度が悪化するという問題を防止することのできる熱延鋼板の製造方法およびその巻取り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱延鋼板の製造では、鋼板が、熱間圧延、冷却を経てコイル状に巻き取られるが、次工程作業が可能な温度までさらに冷却後、巻き戻す際に鋼板波（耳波）が発生する場合があり問題であった。このような耳波に対しては、熱間圧延機、或いは熱間圧延後の熱間矯正機で幅方向中央部に若干の鋼板波（中波）を発生させることにより、鋼板波を過補償して防止する方法が知られていた。しかし、この方法でも鋼板波制御が十分でない場合は、別途精整工程で矯正加工を施すことが必要であった。
このようなことから、これまで鋼板波を防止するための方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、金属ストリップの平坦度形状制御方法として、冷却完了後で金属ストリップを巻き取る前にテンションレベラーを設置して平坦度矯正を行う方法に於いて、テンションレベラーの最終ロール直前のロールを金属ストリップの張力の幅方向分布が測定可能な形状検出ロールとし、形状検出ロールからの金属ストリップの平坦度情報を基に形状検出ロールの押し込み量設定を変更して金属ストリップの平坦度形状を制御する発明が開示されている。
また、特許文献２では、熱間仕上圧延機の出側に設置した平坦度計による平坦度情報と、巻き取り機前に設置した平坦度計によって測定した巻き付く前の平坦度情報とから伸び率差を求めて、仕上圧延機のベンダー制御にフィードバックすることによって金属ストリップの平坦度形状を制御する発明が開示されている。さらに、該特許文献２では、熱間圧延機後の温度分布測定を行い、エッジヒータ等の加熱装置を用いて均温化することによって耳波形状を防止する発明の開示もなされている。
【特許文献１】特開平０５−２６９５２７号公報
【特許文献２】特開平１０−２６３６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１或いは特許文献２に記載の金属ストリップの平坦度形状制御方法では、平坦度形状制御の基準となる情報が平坦度或いは伸び歪み差であり、板幅方向にわたる温度分布情報に基づいたものではない。通常、殆どの材料は、材質の作り込みのために高温で巻き取られることになるが、そのために、板幅方向の温度分布には、板端部が中央部に比べて低くなる温度偏差が発生する。従って、一旦巻取時に、このような従来の方法で伸び歪み差が解消されたとしても、この巻取時点での温度偏差が、常温になるまでの熱収縮量の差異をもたらし熱応力として残留してしまうため、平坦度の改善には結びつかない。
また、特許文献２に記載の平坦度制御方法は、後で述べる巻取り機以降で波形状が悪化する要因に対する対策ではないので、平坦度対策としては充分では無い。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来技術の有する問題点を有利に解決するもので、熱延鋼板の圧延フロント部に対し、冷却後の鋼板の幅方向エッジ部に発生する耳波を防止して、平坦度を向上させることのできる、熱延鋼板の製造方法およびその巻取り装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）  熱延鋼板をマンドレルによりコイル状に巻き取るに際し、巻取り中のマンドレル径の拡大・縮小状況を測定し、該測定値に基づき、巻取り初期にマンドレルが拡大する力とコイルが巻き締まる力が釣り合った後のマンドレル径がそれ以上縮小しない一定径を維持するようにして巻取りを継続することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
（２）  巻取り待機中のマンドレルのウェッジシャフトとセグメントの隙間を０〜０．５ｍｍとすることを特徴とする、上記（１）に記載の熱延鋼板の製造方法。
（３）  熱延鋼板の仕上げ圧延機入側、圧延機スタンド間、及び出側の何れかにおいて鋼板幅エッジ部を加熱するか、或いはこのエッジ加熱に加えて、仕上げ圧延機入側にて鋼板を均一に加熱し、鋼板エッジ部とセンター部の温度偏差を小さくすることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の熱延鋼板の製造方法。
（４）  マンドレル拡縮シリンダーの油圧回路におけるシリンダーの拡大側に、逆止弁回路および／またはリリーフ弁を設置することを特徴とする、熱延鋼板の巻取り装置。
（５）  マンドレルのウェッジシャフトとセグメントを一体化して製作、或いはボルトによって締結することによってセグメントとウェッジシャフトの隙間を無くしたことを特徴とする、上記（４）に記載の熱延鋼板の巻取り装置。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明した本発明により、下記の効果が期待できる。
(a)  請求項１に記載の本発明の巻取り方法によって、コイラーに巻取り中にマンドレル径が縮小することによって発生する耳波起因の形状悪化を防止することができると共に、マンドレル径を一定に保つ制御が可能となるので鋼板形状が安定した操業が可能となる。
(b)  請求項２に記載の本発明では、セグメントとウェッジシャフトが別々で構成される場合にマンドレルのウェッジシャフトとセグメントの隙間を適正に管理することにより、隙間が原因で発生する形状悪化を防止することが出来る。
(c)  請求項３に記載の本発明では、マンドレルの縮小原因の形状悪化に加え、温度偏差に起因する熱歪みの均一化が図れるため、更に形状悪化の防止が可能となる。
(d)  請求項４に記載の本発明では、既存のコイラーの簡単な改造を行うだけで、或いは油圧回路に逆止弁および／またはリリーフ弁を設けることで、マンドレルの拡大力を向上させることが可能となり、安定した操業に寄与する。
(e)  請求項５に記載の本発明により、遠心力で拡大したマンドレルのシリンダーを一体化して製作、或いはボルトによって締結することによって、セグメントとウェッジの隙間による径縮小を防止しすることで更に形状悪化を防止することが可能となる。さらにセグメントのアゴ部の磨耗によって規定されていた取替え周期が、一体化されることで、寿命が１０倍以上に伸ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明者らは、熱延鋼板の製造工程において鋼板の平坦度悪化のメカニズムを把握するために予備検討としての実機実験を実施した。
図１は、予備検討を行った、熱延鋼板の製造工程における仕上げ圧延機以降の製造設備概要図である。熱延鋼板１は、仕上げ圧延機２を通り、所定の製造サイズに圧延され、温度計３で幅方向温度分布が測定され、ランアウトテーブル（ＲＯＴ）４によって通板されながら、所定の材質に作り込むためにＲＯＴ冷却装置５によって所定の板温度まで冷却され、コイラー（巻取り機）６によってコイル状に巻き取られる。
【０００９】
前記仕上げ圧延機２の入側には、鋼板１のエッジ部を選択的に加熱するエッジヒータ７が設置されている。なお、圧延機入側にはエッジヒータ７とは別にトンネル炉８を設置することもできる。トンネル炉８とは、例えば、板のパスラインに沿ったトンネル状の炉であって、内部配置した加熱手段（バーナーなど）によって、鋼板を加熱することができる装置である。
【００１０】
エッジヒータ７は、鋼板巻取り後に鋼板エッジ部の温度低下を補償するためのものであるので、圧延機入側に限ることなく、圧延機列の内部（スタンド間）或いは圧延機出側の位置の少なくともいずれかに設置すればよく、また、トンネル炉に替えてバーヒーター装置を設置してもよいことにした。
トンネル炉もしくはバーヒーター装置は、鋼板を均一に加熱してエッジ部とセンター部の温度偏差を小さくするために設けるものも検討対象とした。
【００１１】
次に、コイラーでの巻取り操業開始の状態を図２を使って説明する。コイラー６は鋼板１をピンチロール９でベンディングし、シュート１０を通過する。そこでは鋼板１の先端がマンドレル１１に到達する前までにラッパーロール１２は閉となっており（マンドレルと接触）、互いに鋼板速度より数％増速した速度で回転しながら待機している。そして、鋼板１がマンドレル１１とラッパーロール１２に到達すると鋼板を挟み込みながら巻き取る。マンドレル１１は後に説明するように油圧シリンダーによって径を拡大・縮小することが可能で、コイルが所定の巻き数だけ巻くと拡大を始め、拡大する力とコイルが巻き締まる力が釣り合うところで径の拡大を停止し、ラッパーロール１２は開となりコイルから離れていく。
【００１２】
マンドレルの代表的な構造例のものとして予備検討で用いたマンドレルの構造を図３を用いて説明する。マンドレルは、巻取り操業中に径を拡縮するために、基本的にはマンドレルセングメント１３、ウェッジ１４、スライドロッド１５、ウェッジシャフト１６から構成されており、ウェッジシャフト１６とスライドロッド１５で摺動シリンダー部１７を構成している。この摺動油圧シリンダーによってウェッジ１４を摺動させることによって、ウェッジシャフト１６につけた勾配にそってマンドレルセグメント１３が半径方向に拡大・縮小方向に摺動する仕組みになっている。
また、このマンドレルは図４に示すように、セグメントツバ部１８とウェッジアゴ部１９の隙間Ａ部で隙間を持っており、回転すると遠心力でＡ部の隙間が無くなり膨らむ機構となっている。２０は、セグメントとウェッジの一組を示しており、これらの４組でマンドレルを構成している。
【００１３】
巻き取る板温度は、材質によって色々異なるがおよそ１００〜８００℃までの範囲であり、本発明において問題としている平坦度は、このコイル温度が室温まで下がった時点で巻き解くと、エッジ部に耳波と呼ばれる波状の面外変形を起こす場合の平坦度である。多くの熱延鋼板において起る平坦度悪化は耳波であり、本発明は、この耳波を改善することを意図している。それ以外の場合で、コイラーの軸やピンチロールのクラウン形状が凸で、巻き取り張力が異常に大きい場合は、幅方向エッジ部ではなくセンター部に波の出る中波が発生する場合があるが、これは本発明の対象外である。
図５に耳波の程度を表す急峻度の定義を示す。鋼板エッジ部の波高さＨを波のピッチＬで割り、１００倍して、パーセント表示で表す。
【００１４】
板の波形状は、板Ｃ断面（圧延直角方向断面）に垂直に作用する圧縮応力に対する座屈強度と座屈した後の大たわみ問題と解釈できる。
ここでの予備検討で、圧延機出側の温度ムラによって残留応力が発生し、特に、鋼板幅エッジ部の温度とセンター部の温度偏差による熱歪みが大きく圧縮応力を発生させると形状が悪化することが判った。図６にその結果を示す。そこで、本発明者らは温度を均一化する対策として、図１に示す如く圧延機入側に設置しているエッジヒータ７による加熱を行い温度の均一化を実行し、形状の改善を図った。
【００１５】
ところが熱延鋼板で巻取りの張力が掛かったミドル部は温度偏差を無くして改善されたが、張力の掛からないフロント部（コイル内周部）では、温度偏差を殆ど無くしても耳波形状が完全に無くならない場合があることが判明した。本発明者らは、かかる原因の検討を重ねて行くうちに温度偏差以外のコイル内周部の形状悪化要因として、次のようなメカニズムがあることを突き止めた。
（１）  巻取り機でコイルを一定張力で巻き取ると、マンドレル近くのコイル内周部の張力は圧縮応力状態となる。
（２）  さらに、鋼板は一般に幅方向中央部が凸型となるような板クラウンを持っているので、コイル内周部の幅センター部にはエッジ部に比べ、より大きな圧縮応力が発生する。
（３）  実際の操業では、マンドレルは待機径で鋼板が来るのを待っており、所定の巻き数だけ鋼板が巻き付くと、さらに拡大（過拡大）させることになるが、マンドレルを拡大しようとするシリンダーの押し力とコイルからの面圧が釣り合った時点でその拡大は止まり、マンドレル径は一定径を保持することになる。しかし、実際には、巻取り時の張力、板厚、鋼板間の摩擦力等の影響で巻き締まり力が過大になり、シリンダーの押し力が負けて、マンドレル径は巻き締まりが完了した時点から徐々に縮小していく。このようなマンドレルの径縮小によって、本来マンドレルが受けるべき圧縮の巻き締まり力を、コイル内周部の鋼板が受け持たざるを得ない状況となる。
（４）  以上のような現象が重なると、コイル内周部の、特に幅中央部で圧縮応力が大きくなり、熱間状態での操業であることから、幅中央部に圧縮塑性変形やクリープ変形が発生することになる。その結果、見かけ上幅中央部が縮むことになり、耳波が発生することになる。
【００１６】
図７にマンドレルの縮小現象を捕らえた状況を示す。図７の横軸はコイル巻取り開始からの時間である。縦軸は拡大・縮小シリンダーに設置しているシリンダーのストローク量から換算したマンドレル径（セグメント外表面の半径方向距離）を示している。始めにマンドレルが巻取りを開始し、数巻きした後に過拡大を実施し、一旦巻き締まり力とマンドレル拡大力が釣り合った時点で拡大を停止した点がａ点である。その後、時間と共にコイルの巻き数が増加しコイル内周部の巻き締まり力が増加して来るにつれて径がａ点より小さくなってくることが判る。巻取り中の巻き締まり量（マンドレル径縮小量）は、一定ではなくコイル毎に変動することが判っている。
【００１７】
前述したように形状悪化を促進する要因として圧延後の温度偏差に加え、マンドレルの縮小現象があることを示した。本発明者らが調査したマンドレルの巻き締まりによるマンドレル径縮小量（ＭＤ縮小量）と耳波の急峻度の関係を図８に示す。結果としてこれは元々のマンドレルの拡大力が足りない為のものであるが、加えて、機構的なものでも発生することがある。以下にその内容を示す。
【００１８】
鋼板がマンドレルに噛み込む前の回転では、遠心力によってセグメントツバ部とウェッジアゴ部のＡ部の隙間分膨らんでいる。そして、数巻き巻いた後にマンドレルが拡大を始め、セグメントの裏面とウェッジの上部が接触し、巻き締まり力と拡大力が釣り合った時点で拡縮シリンダーに設置したシリンダーストロークが止まり、ここで巻き締まったと判断して、径一定制御に移行する。しかし、実際にはセグメントとウェッジの組み合わせは４組あり、マンドレルセグメント全てが必ずしもマンドレル径が拡大してセグメントの裏面とウェッジの上部と接触する訳ではなく、１組でも遠心力と釣り合うセグメントが発生すると隙間が発生したままの状態で巻き取るようになる。そうなると、その後もコイルが巻き重なっていけば、巻き締まり力が増えマンドレルセグメントは裏面とウェッジ上部が接触するまで縮小してしまうことになる。見かけのマンドレル径が縮小しているにも関わらず、この変動はシリンダーストロークには直接結びつかないため、制御できずに形状を悪化させてしまう可能性がある。
【００１９】
このような形状悪化のメカニズムの解析結果に基づいて、本発明においては、熱延鋼板の形状改善を行うために、熱延鋼板をコイラーによってコイル状に巻き取るに際し、巻取り中にコイルが巻き締まった後、マンドレル径がそれ以上縮小しないよう一定径で巻取りを継続するようにする。
また、本発明では、前述のコイラーの巻取り工程でマンドレルがコイルの巻取り中の巻き締まり現象によって発生する形状悪化を防止する為に、マンドレル径を測定し、この測定値に基づいてマンドレルの拡大・縮小状況を逐次把握し、一定径となるように制御することで、コイル内周部に過大な圧縮応力を確実に発生させないようにしている。
【００２０】
通常、コイラーマンドレルの拡大縮小の機構は油圧回路にて構成されており、拡大縮小の操作は油圧シリンダーで行われており、図３にも示したように、油圧シリンダーによってウェッジを摺動させマンドレルセグメントを半径方向に動かしてマンドレルの拡縮を行う。もし、現状の装置でコイル巻き締まりが発生する問題が発生している場合には、このコイラーを本発明に基づいて変更することで対応することができる。即ち、現状のコイラーではマンドレルの押し力が足りない場合は、シリンダーのロッド面積を拡大することによって拡大力を向上させることが望ましい。また、マンドレルのウェッジ角度の変更（角度を小さくするなど）でも同様の効果が得られ望ましい形態である。また、巻き締まった直後にシリンダーの拡大側に逆止弁回路及びリリーフ弁を設置することでも同様にコイル巻き締まり現象を解決することができる。これらの操作は、それぞれ単独で行っても、或いは２つ又は３つの操作を組み合わせて実施してもよい。
【００２１】
次に、本発明では、ウェッジシャフトとセグメントの隙間によるシリンダーストロークで検知できないマンドレル径の縮小の影響を、隙間０〜０．５ｍｍの範囲に管理することで最小限に抑えることができる。隙間を０〜０．５ｍｍの範囲に維持する理由としては、図８において、急峻度１％以下とするためには耳波の発生を、マンドレル縮小量０．５ｍｍ以下とする必要があるからである。
また、本発明では巻取り中にコイルが巻き締まった後、マンドレル径がそれ以上縮小しないよう一定径で巻取りを行うと共に、鋼板エッジ部とセンター部の温度偏差を小さくすることによってより一層平坦度を向上させるため、熱延鋼板の仕上げ圧延機の入側、スタンド間、及び出側何れかにおいて鋼板幅エッジ部を加熱することが望ましい。また、これに加えて仕上げ圧延機入側にトンネル炉もしくはバーヒーター装置を設置して鋼板を均一に加熱することが、温度偏差の解消を促進することができ、望ましい。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。図１の仕上げ圧延機２入側に設置したエッジヒータ７によって圧延機出側の温度が、圧延機出側の幅方向温度計３を利用して、幅エッジ２０ｍｍ点の温度がセンターの温度の±５℃以内になるように制御した（一部の実施例では、圧延機入側にトンネル炉８を設置する条件のものも追加した。）。
そして、コイルの巻き締まり力を向上させるために、マンドレルの作動油圧回路の元圧を１５ＭＰａから１７ＭＰａに変更し、拡縮シリンダーのロッド面積を２倍にし、更にウェッジシャフトのウェッジ角度を１deg小さくすることにより、巻き締まりによるシリンダーの縮小方向への摩擦力を向上させ、巻き締まり力が釣り合い、マンドレル径が縮小しないようにマンドレル径の変化を測定しながら、一定に保つように制御した。また、逆止弁の設置はコイルの巻き締まりによる径縮小を強制的に防止する働きを持つため、マンドレル径一定制御の代わりに逆止弁に置き換えた実施例も加えた。また、セグメントは一体型としたマンドレルも製作し、操業を行ってみた。
【００２３】
その結果、本発明に基づく実施例では、急峻度１．０％以上の耳波の発生率は１０００コイル中０であった。これに対し、比較例として、上記の同様の温度制御を行い、マンドレルの巻取り中の縮小を許した場合は、急峻度１．０％以上の耳波の発生率は１０００コイル中３０であった。また、温度制御を行わずにマンドレルの巻取り中の縮小を許した場合は、急峻度１．０％以上の耳波の発生率は１０００コイル中３００であった。
以上のことから、本発明の適用によって鋼板の耳波の発生が防止され、平坦度の良好な鋼板を得ることが可能となることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を成す前の予備検討および本発明の実施例で用いた熱延鋼板の製造工程を模式的に示す図である。
【図２】コイラーの構造を模式的に説明する図である。
【図３】マンドレルの構造の概略を軸方向断面図で説明する図である。
【図４】マンドレルの構造によって発生する隙間を軸に垂直な断面図で説明する図である。
【図５】耳波の程度を表す急峻度の定義を説明するための図である。
【図６】本発明を成すまでの予備検討で得られた仕上圧延機出側温度の幅方向偏差と急峻度の関係を示す図である。
【図７】マンドレル巻取り中の径縮小現象を計測した一例を示す図である。
【図８】実施例で得られた実際の操業におけるマンドレルの縮小径量と急峻度の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  鋼板                          ２  仕上げ圧延機
３  温度計                        ４  ホットランテーブル（ＲＯＴ）
５  ＲＯＴ冷却装置                ６  コイラー（巻取り機）
７  エッジヒータ                  ８  トンネル炉又はバーヒーター装置
９  ピンチロール                  １０  シュート
１１  マンドレル                  １２  ラッパーロール
１３  セグメント                  １４  ウェッジ
１５  スライドロッド              １６  ウェッジシャフト
１７  摺動シリンダー部            １８  セグメントツバ部
１９  ウェッジアゴ部              ２０  セグメントとウェッジの１組み
Ａ  隙間
【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】
2005211960.tif 000009
【図８】
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