(57)【要約】【課題】ロール表層に微小な凹みが生じて、流星状の疵が金属板製品に生じ、金属板製品の表面品質に悪影響が出るのを防止する。【解決手段】オンラインロールグラインダ３０によって熱間圧延ラインのワークロール１９のロール表層を研削する方法であって、研削深さをロール表層のマグネタイトの厚み未満とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石によるロール表層の研削方法であって、研削深さを前記ロール表層のマグネタイトの厚み未満としたことを特徴とするロール表層の研削方法。
【請求項２】
前記砥石はオンラインロールグラインダのものであることを特徴とする請求項１記載のロール表層の研削方法。
【請求項３】
前記ロールは、熱間圧延ラインにおける仕上圧延機のワークロールであり、且つ前記ワークロールと被圧延材とが直接接触していた領域及び該ワークロールの軸方向両外側にできる前記被圧延材と非接触であった領域の両方を前記砥石で研削することを特徴とする請求項１又は２記載のロール表層の研削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール表層の研削方法に関し、特に熱間圧延ラインにおけるオンラインロールグラインダによるロール表層の研削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延とは、金属材料を数１００〜千数１００℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させ、薄く延ばすことをいう。図３に熱間圧延ラインの一例を示す。熱間圧延ラインは、３／４連続と呼ばれるタイプのものが多く、これは、被圧延材の搬送方向上流から下流に向かう順に、加熱炉１０、複数の粗圧延機１２：Ｒｏｕｇｈｅｒ  （多くの場合４基。そのうち一部（多くの場合１基）が往復圧延を行い、残る圧延機が一方向圧延を行う。しかし、４基中３基が一方向のタイプに限らず例えば３基中１基又は２基が一方向のタイプなども含め、３／４連続という）、クロップシャー１４、デスケーリング装置１４、仕上圧延機（Ｆｉｎｉｓｈｅｒ）１８、冷却ゾーン２２、コイラー（巻取装置）２４を配置したものである。各設備間には被圧延材８を搬送する図示しない多数のテーブルローラが配置されており、冷却ゾーン２２のテーブルローラ群のことを特にランアウトテーブルと称することがある。
【０００３】
粗圧延機１２、仕上圧延機１８は複数あるので、それぞれＲｏｕｇｈｅｒ  、Ｆｉｎｉｓｈｅｒの頭文字をとり、各スタンドのナンバーを付与して、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｆ１、Ｆ２  …  Ｆ７などと略称される。コイラー２４も同様に複数あって、号機ナンバーを付与して、ＤＣ１、ＤＣ２などと略称される。
また、近年、図４に示すように、薄スラブを連続鋳造設備２６で連続鋳造し、粗圧延を経ずに直接仕上圧延する熱間圧延ライン２００も登場してきている。
【０００４】
従来、熱間圧延ラインにおいては、被圧延材８を何本も断続的に圧延するのに伴って、被圧延材８が直接接触していた仕上圧延機１８のワークロール１９の領域で摩耗がある程度進展すると、それを研磨したものと交換する操業形態をとっており、この交換作業が非常に面倒であった。
そこで、図５に示すように、ワークロール１９と被圧延材が直接接触していた領域と、ワークロール１９の軸方向両外側にできる非接触であった領域との境にできる磨耗段差を除去すべく、図５のハッチング部分を研削するオンラインロールグラインダ３０が開発され、磨耗段差の解消、ワークロールの交換頻度の低減、熱間圧延ラインの稼動率向上に威力を発揮している。
【０００５】
このオンラインロールグラインダ３０は、例えば図６に示すように、回転砥石をワークロール１９に押し付けて、該ワークロール１９の軸方向にオシレートするという原理の装置である（ワークロール１９の軸方向の往復動作のみならず、一方向に一パスだけトラバースする場合も含めてオシレートと称する）。なお、図６（ａ）において符号３２はオシレート用スクリュー＆ナットである。
【０００６】
ところで、このオンラインロールグラインダ３０は、従来、仕上圧延機１８を構成する複数のスタンドのうちの後段スタンドに設置導入されている。ここで、後段スタンドの定義は、Ｆ４〜Ｆ７までの４スタンドを指すこともあるし、Ｆ５〜Ｆ７までの３スタンドを指すこともあるし、中には仕上圧延機１８を構成するスタンド数が６つしかない場合はＦ４〜Ｆ６までの３スタンドを指すこともある。図３は、Ｆ４〜Ｆ７までの４スタンドにオンラインロールグラインダ３０を設置した例である。
【０００７】
ところで、先述の図５の摩耗段差解消（ハッチング部分の研削）のためではなく、ワークロール１９の回転に伴う圧延荷重の負荷、除荷の繰返しの影響により形成されていく疲労層をオンラインロールグラインダ３０にて研削除去し、ロールショップでの研削を不要とすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。疲労層は、図５にて左右に示したハッチング部分の中間、すなわち、ワークロール１９と被圧延材が直接接触していた部分、つまり、圧延反力を受けながら被圧延材の入熱も受けていたワークロール部位にできる。
【０００８】
疲労層の深さはヒートクラックの深さと関係がある。ヒートクラックとは、ワークロール１９の所謂転動疲労に、被圧延材との接触による入熱の影響が加わってワークロール１９の表層にできる亀の甲状のひび割れのことであるが、大きさは大体、直径３〜５ｍｍの円内に入る程度である。
図２にワークロール１９を深さ方向に仮想的な断面で見た様子を示すが、被圧延材の圧延を１本行うと、まず、深さ方向に延びる１次ヒートクラックができ、その後、１次ヒートクラックは被圧延材の圧延を継続することによっても自然には消失せず、１次ヒートクラックの先端よりも深さの浅いところから枝分かれする形でロール表面に略平行な方向に２次ヒートクラックができる。
【０００９】
さらに被圧延材の圧延を継続すると、２次ヒートクラックが進展し、２次ヒートクラックよりもロール表面に近い側のワークロール１９の表層部分が剥離し、ワークロール１９のプロフィルに大きな起伏ができることから、それが被圧延材に転写し、程度がひどくなると、それよりも仕上圧延機の下流側のスタンドのワークロールによる圧延を経てもなお残存し、金属板製品の表面品質に悪影響が出る場合があった。
【００１０】
疲労層の深さとは、２次ヒートクラック発生域の底までの深さをさすことが多いが、特許文献１のように疲労層をオンラインロールグラインダにて研削除去するのは、それを防止したかったからである。
図３のように、Ｆ４〜Ｆ７までの４スタンドにオンラインロールグラインダ３０を設置した場合、磨耗深さは後ろのスタンドにいく程深く、疲労層の深さは前のスタンドにいく程深いという事情はあるが、オンラインロールグラインダ３０の実際上の使用方法は、ロールの軸方向両外側にできるロールと被圧延材の非接触であった領域の研削と、特許文献１のような疲労層の深さの研削を適宜組み合わせて行っていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−３２８７１６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、オンラインロールグラインダによるロール表層の研削に際し、疲労層の底まで研削するとロール表層にできる所謂黒皮と呼ばれるマグネタイト（Ｆｅ３  Ｏ４  ）の厚み以上に研削してしまう場合が出てくる。
このようにロール表層にできる所謂黒皮と呼ばれるマグネタイトの厚み以上に研削してしまうと、ロール表層のところどころに、先述のような２次ヒートクラックよりもロール表面に近い側のロール表層部分の剥離によるロールプロフィルの起伏ほど大きくはないものの、微小な凹みが生じるようになり、それが起点となって流星状の疵が金属板製品に生ずる場合があった。
【００１３】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、ロール表層に微小な凹みが生じるのを防止して流星状の疵が製品に生じないようにし、これにより、製品の表面品質に悪影響を及ぼすことがないロール表層の研削方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、砥石によるロール表層の研削方法であって、研削深さを前記ロール表層のマグネタイトの厚み未満としたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記砥石はオンラインロールグラインダのものであることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記ロールは、熱間圧延ラインにおける仕上圧延機のワークロールであり、且つ前記ワークロールと被圧延材とが直接接触していた領域及び該ワークロールの軸方向両外側にできる前記被圧延材と非接触であった領域の両方を前記砥石で研削することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるロール表層の研削方法に用いるオンラインロールグラインダを説明するための図である。
本発明者等は鋭意研究した結果、ロール表層にできる疲労層の深さ（２次ヒートクラック発生域の底までの深さ）まで研削しないまでも、２次ヒートクラックよりもロール表面に近い側のロール表層部分が剥離して、金属板製品の表面品質に悪影響が出るのを防止できる場合があることを見出した。
即ち、マグネタイトはロール表層を保護する働きがあることを知見し、研削深さをロール表層のマグネタイトの厚み未満の所定深さまでとした。
【００１６】
表１のように、マグネタイトの厚みは、図３の熱間圧延ライン１００（又は２００）における仕上圧延機１８のＦ４、Ｆ５では、共に５μｍである。これらのデータは、ハイスロールにより被圧延材８を８０本圧延した後のデータではあるが、被圧延材８を１本だけしか圧延しなくても、圧延後はやはりマグネタイトは厚み５μｍ程度発生しており、その後の被圧延材８の圧延の継続によっても、ロール表層が磨耗する分と、被圧延材８との接触による入熱の影響により深さ方向に進展する分とが加わって、マグネタイトの厚みは５μｍでほぼ一定していることが別途の研究により分かっている。
なお、Ｆ６、Ｆ７では共に、被圧延材８を圧延することによるロールの磨耗が、圧延長が長い分大きいため、磨耗によってマグネタイトが削り取られてしまい、マグネタイトの厚みはゼロになっている。
【００１７】
【表１】
2005021918.tif 000003
【００１８】
従って、本発明では、Ｆ４、Ｆ５について、研削深さをロール表層のマグネタイトの厚み未満の所定深さ、つまり２μｍとか３μｍ、あるいは４μｍまでとする。
マグネタイトの厚みは５μｍでほぼ一定しているところ、オンラインロールグラインダ３０の研削深さの最小制御インクリメントは１μｍ内外であるため、４μｍ以下とするのが好ましい。
【００１９】
１μｍ以下とすると、２次ヒートクラックよりもロール表面に近い側のロール表層部分が剥離して、金属板製品の表面品質に悪影響が出るのを防止できない場合が出てくる。このため、１μｍ超とすることが好ましく、最小制御インクリメントからすると２μｍ以上が好ましい。
次に、図３に示す熱間圧延ライン１００に、本発明を適用した場合を例に採って説明する。
【００２０】
ビジネスコンピュータ９０には、被圧延材８の成分等の材質に関する実績データ、被圧延材８に要求される需要家のオーダを基にした製品厚、製品幅等の命令データ、被圧延材８に要求される機械的性質、例えば降伏強さや引張強さ等を包含した所謂属性データが記憶格納されていて、これらのデータを基にオペレータ操作により圧延サイクルと呼ばれる数十から百数十本の続けて圧延する被圧延材の構成単位を仮想的に作成し、これが情報伝達ルートＷを通じて被圧延材の圧延順にプロセスコンピュータ７０に伝送される。
【００２１】
プロセスコンピュータ７０では、ビジネスコンピュータ９０から伝送された圧延サイクル中の各被圧延材８の成分等の材質に関する実績データ、被圧延材８に要求される需要家のオーダを基にした製品厚、製品幅等の命令データ、被圧延材８に要求される機械的性質、例えば降伏強さや引張強さ等を包含した所謂属性データを一時的に記憶し、それらの属性データを基に、所定の計算ロジックにより、粗圧延機１２、仕上圧延機１８の各スタンドの被圧延材厚、被圧延材幅をはじめとする各種の設定用データを算出し、一時的に記憶している。
【００２２】
一時的に記憶する被圧延材データは、加熱炉１０内の被圧延材と熱間圧延ライン上に抽出され、コイラー２４にて巻取りが完了する以前の圧延途中の被圧延材を合わせた本数分となる。これらの設定用データは各被圧延材１本ごとに制御装置５０に逐次伝送され、ある被圧延材８の圧延が終わると、次の被圧延材８のための設定用データに更新される。この各被圧延材毎に逐次更新される設計用データに基づき、各機器のアクチュエータは、各被圧延材を処理するための設定に向け動作する。
【００２３】
このデータの更新は、各被圧延材毎の設定用データがプロセスコンピュータ７０から所定のタイミングにて行われ、例えば仕上圧延機１８の入側に設置した図示しない温度計に各被圧延材８の先端が達し、所定の閾値以上の温度を検出するごとに、制御装置５０に向けて、伝送される。オンラインロールグラインダ３０の設定用データも同じである。
どの位置のスタンドのオンラインロールグラインダ３０について、どの被圧延材８を圧延直前に、ロール１９の中心軸方向のどこからどこまでの領域について研削を実施するかが情報伝達ルートＧを通じて伝送される。
【００２４】
ここで、先述の圧延サイクルとは、研磨したてのワークロール１９を仕上圧延機１８の全スタンドに組み入れてから、通常６０〜１２０本程度の被圧延材８を圧延したら、次の別のワークロール１９を仕上圧延機１８の全スタンドに組み入れるようにして操業していることと関連した概念であり、研磨したてのワークロール１９を仕上圧延機１８の全スタンドに組み入れてから、次に別の研磨したてのワークロール１９を仕上圧延機１８の全スタンドに組み入れるまでに圧延する、その６０〜１２０本程度の一群の被圧延材８を圧延順に並べた構成単位のことである。
一方、オンラインロールグラインダ３０を所定の力でワークロール１９に押し付けた場合の、１回のオシレート（片道）により研削可能な最大研削深さを、予め実験して調べておいて制御装置５０に記憶しておく。
【００２５】
そして、各被圧延材８の圧延が済んだごとに、オンラインロールグラインダ３０の最大研削深さ以内の予め設定された研削深さ（例えば最大研削深さの８０％）で、さらにその次の被圧延材８の圧延前のインターバルの間に、実際にオンラインロールグラインダ３０を１回オシレート（片道）させて研削する。研削深さを、例えば最大研削深さ５μｍの８０％の４μｍというように最大研削深さ以内の予め設定された研削深さとするのは、図１に示すオンラインロールグラインダ３０の機械設備仕様上の制限、例えば回転砥石３１を回転する砥石回転モータ３７の設備仕様上の最大トルクに、回転砥石３１をロール１９に押し付けることにより実際に発生する負荷トルクが達してしまい、回転できなくなってしまったりするのを防止するためである。その意味からすると、最大研削深さの８０％に限るものではなく、一つのある値であればよい。４０〜９０％の範囲が望ましい。
【００２６】
研削に際しては、制御装置５０から、図１中の架台３３に設置された図示しないロール中心軸方向への駆動装置に指令が出て、オンラインロールグラインダ３０の架台３３が動き、回転砥石３１がその待機位置からワークロール１９の表面に向かって移動する。回転砥石３１が予め設定された位置に到達すると、砥石回転モータ３７が駆動されて回転砥石３１が回転しはじめる。
【００２７】
続いて、押し付けシリンダ３４の動作で回転砥石３１がワークロール１９の表面に押しつけられて、回転砥石３１によるワークロール１９の表層の研削が始まる。回転砥石３１はワークロール１９の胴長方向一端側から他端側へと架台３３の移動と共に移動しながら研削を行い、予め設定されている所定範囲の研削が終了したら、押し付けシリンダ３４が後退方向へと作動して回転砥石３１が後退する。その後、回転砥石３１は架台３３と共に待機位置ヘ移動して、次の研削に備える。なお、図１中、符号３５、３６はベアリング、３８はスプラインつきユニバーサルジョイントである。
【００２８】
なお、以上に説明した本発明の実施の形態において、オンラインロールグラインダによる研削深さの制御は、押し付け力に基づいて行っているが、本発明における研削深さの制御はこれに限定されるものではなく、例えば、ワークロール１９の回転数および回転砥石３１のワークロール１９の胴長方向へのオシレート長を変数としてさらに有するようなモデル式に基づいて行ってもよいし、押し付けシリンダ３４による回転砥石３１をワークロール１９に向け押し付ける方向の移動量を、リニアエンコーダ、マグネスケール等の直線的な位置センサを利用して制御することで、より精度よく研削深さの制御を行うようにしてもよい。
【００２９】
また、以上の説明では、図３に示すような熱間圧延ライン１００に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、図４に示すような熱間圧延ライン２００や図示しないスラーケルミルタイプの熱間圧延ライン、あるいはその他の、例えば冷間圧延ライン等の設備にも適用できることは言うまでもない。加工発熱によりマグネタイトが生成する場合が考え得るからである。
また、ロールの種類もワークロールに限らず、バックアップロールの他、デフレクタロールやブライドルロール等の各種搬送用ロールであっても勿論よい。
【００３０】
【実施例】
図３の熱間圧延ライン１００における圧延サイクル中、仕上圧延機１８のＦ４、Ｆ５スタンドのワークロール１９の表層に疲労層が生成し、さらにワークロール１９の表面から５μｍの深さまでマグネタイトが生成した状態において、被圧延材８の先端が仕上圧延機１８のワークロール１９に噛み込む直前に、すなわち被圧延材８を仕上圧延する直前に、ワークロール１９をオンラインロールグラインダ３０で１回片道だけオシレートして研削することにより、ワークロール１９の表層のマグネタイトの厚み未満の所定深さまでを研削した。
【００３１】
ここではワークロール１９の表層のうち、ワークロール１９と被圧延材８が直接接触していた領域と、ワークロール１９の軸方向両外側にできる非接触であった領域との両方を研削した。その結果、流星状の疵が金属板製品に生じて金属板製品の表面品質に悪影響が出るのは防止できた。
これに対し、ワークロール表層にできる疲労層の底（２次ヒートクラック発生域の底）まで研削した場合、マグネタイトの厚み以上に研削してしまった結果、ワークロール表層に微小な凹みが生じるようになり、それが起点となって、圧延サイクル中の全被圧延材８の本数のうち１％の比率で流星状の疵が金属板製品に生じた。
【００３２】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、ワークロール表層に微小な凹みが生じるのを防止して流星状の疵が製品に生じないようにすることができるため、製品の表面品質に悪影響を及ぼすことがないロール表層の研削方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるロール表層の研削方法に用いるオンラインロールグラインダを説明するための図である。
【図２】ロールを深さ方向に仮想的な断面で見た様子を示す図である。
【図３】熱間圧延ラインの一例を示した図である。
【図４】熱間圧延ラインの他の例を示した図である。
【図５】従来のオンラインロールグラインダによるロール表層の研削方法を説明するための図である。
【図６】オンラインロールグラインダの設備概要の一例を示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。
【符号の説明】
８…被圧延材
１０…加熱炉
１２…粗圧延機
１４…クロップシャー
１６…デスケーリング装置
１８…仕上圧延機
１３、１９…ワークロール
２０…バックアップロール
２２…冷却ゾーン
２４…コイラー
２６…スラブ連続鋳造設備
３０…オンラインロールグラインダ
３１…回転砥石
３２…オシレート用スクリュー＆ナット
３３…架台
３４…押し付けシリンダ
３７…砥石回転モータ
５０…制御装置
７０…プロセスコンピュータ
９０…ビジネスコンピュータ
１００、２００…熱間圧延ライン
【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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