(57)【要約】【課題】エッジ部の形状不良を精度良く抑制可能な技術を提供する。【解決手段】熱間圧延された金属ストリップ２を、冷間圧延する際に形状制御を行う形状制御方法である。熱間圧延時に取得した熱間仕上圧延機３の出側での仕上温度ＦＤＴに基づき、金属ストリップ２の長手方向に沿った上記仕上温度の変化率β（ｔ）を求め、その変化率に応じた補正量ΔＦで、金属ストリップ２の形状制御量をフィードフォワードで補正する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延された金属ストリップの板幅方向硬度差の変動を予測する硬度差変動予測方法であって、
熱間圧延時に取得した熱間仕上圧延機の出側での仕上温度に基づき、金属ストリップの長手方向に沿った上記仕上温度の変化率を求め、その変化率が大きい金属ストリップ位置ほど上記硬度差変動が大きいと予測することを特徴とする硬度差変動予測方法。
【請求項２】
熱間圧延された金属ストリップを、冷間圧延する際に形状制御を行う形状制御方法において、
熱間圧延時に取得した熱間仕上圧延機の出側での仕上温度に基づき、金属ストリップの長手方向に沿った上記仕上温度の変化率を求め、その変化率に応じた補正量で、金属ストリップの形状制御量をフィードフォワードで補正することを特徴とする形状制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延された鋼板などの金属ストリップを所定の板厚に冷間圧延する際の形状制御に関する。特に、幅方向の硬度不均一に起因する局所伸び形状の不良発生の抑止に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の形状制御方法としては、例えば特許文献１〜特許文献３に記載の方法がある。これらの装置では、冷間圧延機出側に鋼板形状を検出する形状検出ロールが設置され、その形状検出ロールの出力によって鋼板幅方向の形状分布を認識し、コイル長手方向の形状を制御している。
たとえば、形状検出ロールからの出力を４次関数近似し、その２次因子は圧延用ワークロールを撓ませるワークロールベンダ制御へ、１次因子は圧延用ワークロールの傾きを制御するレベリング制御へフィードバックすることにより形状制御を実施する。
【０００３】
また、高次の因子では局部伸び形状は圧延中に摩擦発熱と塑性加工発熱によりワークロールにサーマルクラウンが成長し、そのサーマルクラウンの形状・大きさにより鋼板形状が変化する。そのため従来技術では、ワークロールバレル方向にN個のクーラントノズルを配置させ、鋼板形状検出器の出力の大きさから鋼板形状が伸びている箇所すなわちサーマルクラウンが成長している箇所へのクーラントを噴射する制御を実施している。その際、クーラントノズルの位置、数またはクーラントの流量および温度、媒体などをコントロールし鋼板形状を制御している。
【０００４】
さらに、特許文献４に記載のように、ストリップの接続部についてフィードフォワード制御で形状制御量を補正する方法もある。この方法は、熱間圧延時の幅方向の硬度分布が冷間圧延時での出側ストリップ形状に大きく影響を与えることから、熱間圧延時でのストリップ硬度を決定する結晶粒寸法粗大化率と熱間仕上圧延機の出側温度ＦＤＴを測定し、その結果を鋼板先端または尾端からの距離に応じて認識させ、形状影響係数を算出し、冷間圧延時出側での形状制御量(ベンダー量)にフィードフォワード制御を行うことにより、幅方向硬度分布が形状に与える影響を吸収する制御をしている。
【特許文献１】特開昭５５−４２１６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１００１６号公報
【特許文献３】特開平４−１２７９０９号公報
【特許文献４】特開平３−１５５４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、冷間圧延機の出側に配置された形状検出器からの出力に応じて実施する形状制御は、フィードバック制御であることから、鋼板形状不良箇所を認識した後に、その結果を反映させる処理のため、形状不良の防止に応答の遅れがあり、その分、精度が落ちる。
また、特許文献４の技術では、熱間圧延時での熱間仕上温度（以下ＦＤＴとも呼ぶ）は測定できるが、定数調整が非常に困難なことから、結晶粒粗大化率を鋼種・サイズ毎に精度よく一致させることができないという課題がある。また、各ホットコイル位置での結晶粒祖大化率またはＦＤＴ温度で補正量を算出するためダイナミックに形状制御量を補正できるが、特許文献４の方法ではコイル長手方向の硬度変化を敏感に反映させることが困難であり精度に欠ける。
【０００６】
以上のように、従来技術では、熱延コイルの幅方向硬度分布または長手方向硬度分布変化による形状不良、特に鋼板最エッジ部の局所伸び不良を精度良く制御することが難しい。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、ストリップ全長にわたってエッジ部の形状不良を精度良く抑制可能な技術を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、熱間圧延された金属ストリップの板幅方向硬度差の変動を予測する硬度差変動予測方法であって、
熱間圧延時に取得した熱間仕上圧延機の出側での仕上温度に基づき、金属ストリップの長手方向に沿った上記仕上温度の変化率を求め、その変化率が大きい金属ストリップ位置ほど上記硬度差変動が大きいと予測することを特徴とするものである。
【０００８】
次に、請求項２に記載した発明は、熱間圧延された金属ストリップを、冷間圧延する際に形状制御を行う形状制御方法において、
熱間圧延時に取得した熱間仕上圧延機の出側での仕上温度に基づき、金属ストリップの長手方向に沿った上記仕上温度の変化率を求め、その変化率に応じた補正量で、金属ストリップの形状制御量をフィードフォワードで補正することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、仕上圧延温度の変化率でエッジ部の硬度差変動を推定することで、精度良くコイルの硬度不均一に起因する局所伸び形状不良発生をストリップ長手方向全長にわたって抑制できるようになる。さらに、通常測定するＦＤＴのみを測定因子として用いるため、制御が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、本実施形態の形状制御の補正方法を説明する。
例えば冷間圧延機で圧延するストリップの鋼種として、炭素Ｃの含有率が０．０１〜０．１％程度の低炭素鋼を考えると、前工程である熱間圧延時においては、この種の低炭素鋼に対し、その最終製品の硬度を一定以上にするため、一般的に、熱間仕上圧延機の出側温度ＦＤＴがＡｒ３変態点より上の温度領域に入るように制御する。このとき、熱間圧延時において熱間圧延鋼板（ホットストリップ）の板幅方向の冷却効果は板端部の方が大きい。したがって、実際には、板幅方向端部の熱間圧延時の温度は、Ａｒ３変態点未満となり、板端部の結晶粒が粗大化（グレイングロス）して柔らかい材質のものになる。すなわち、熱間圧延鋼板の幅方向硬度分布は、板中央部は硬度が高いが、板端部では硬度が低下している。
【００１１】
また、熱間圧延時の板幅方向温度分布は、熱間圧延コイル（コイルに巻取られた熱間圧延鋼板）の先端部及び尾端部近辺で大きく変化する。特に、熱間圧延コイル尾端部は、熱間仕上圧延機の出側温度ＦＤＴが低下しており、その結果、熱間圧延鋼板の幅方向の結晶粒の寸法分布（グレインサイズ分布）も大きく変化している。
ここで、熱間圧延鋼板の幅方向硬度分布は、冷間圧延時における圧延機出側のストリップ形状に対して非常に大きな影響がある。特に、熱間圧延時にホットストリップに生じる先端部及び尾端部の急激な幅方向硬度分布の変化は、冷間圧延時の急激な形状変化の要因となっている。
【００１２】
そして、上述のように、熱間圧延では、鋼板中央部の温度（ＦＤＴ）を測定し管理温度内に収まるように制御されているが、このＦＤＴ温度差により鋼板硬度、特に鋼板エッジ部と中央部とに硬度差が生じる。その一例を図１に示す。
この図１のように、コイル長手方向で鋼板中央部のＦＤＴが急峻に変動するほど、鋼板中央部とエッジとの硬度差分布が変動する。この硬度差分布の変動により冷間圧延時の形状不良、特に耳伸びが発生する。
【００１３】
そこで、本実施形態では、鋼板中央部のＦＤＴ測定値の変化量から、鋼板中央部と最エッジとの硬度差の変動を予測し、その硬度差変動を冷間圧延の形状制御であるワークロールベンダの出力へフィードフォワードして、冷間圧延中に突然発生する最エッジ部局所伸び形状不良発生を抑止させる。
そして確認したところ、ＦＤＴが変化すると、結晶粒粒大化率が変化し鋼板に硬度変化が発生するという因果関係があり、ＦＤＴ変化率によって簡便に幅方向鋼板硬度変化を予測可能であることが分かった。逆に言うと同一の熱間コイル内または接続したコイル接続間にてＦＤＴ偏差(ＦＤＴ目標からの偏差)が変化しなければ幅方向硬度変化もないため、幅方向硬度差変動による形状不良は発生しない。すなわち、ＦＤＴ目標値からの実績ＦＤＴがずれていても、実績ＦＤＴの変化がなければ、幅方向硬度差変動が無いので補正する必要が無く、一方、ＦＤＴ目標値からの実績ＦＤＴがずれていなくても、実績ＦＤＴの変化が大きいほど幅方向硬度差変動が大きいので、ＦＤＴ変化量に応じて補正する。
このようなことにより、熱間仕上圧延機の出側での鋼板中央部側の仕上温度（ＦＤＴ）を測定し、鋼板長手方向に沿ったＦＤＴの変化率の大きさによって幅方向硬度変化を予測し、形状制御量の補正量を求める。
【００１４】
次に、実績ＦＤＴによる硬度分布予測方法及び形状制御量の補正の一例を説明する。
各時間ｔでのＦＤＴ偏差(ＦＤＴ目標値との実績差):γ(ｔ)の履歴を記憶する。
各時間ｔでのＦＤＴ偏差の変化率であるＦＤＴ変化率β（ｔ）を求める。なお、時間ｔでストリップの長手方向位置を管理することを想定して記載しているが、ストリップ先端からの距離で長手方向位置を特定しても良い。
β（ｔ）＝dγ(ｔ)/dｔ    ・・・（１）
このβは図２のように、ＦＤＴ変化の度合を表している。
【００１５】
次に、各時間ｔのコイル中央硬度分布に与える影響係数α（ｔ）を下記式で求める。
α(ｔ)＝β(ｔ)・Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ｋ４    ・・・（２）
ここで、
Ｋ１:材質の影響係数
Ｋ２:鋼板板厚の影響係数
Ｋ３:鋼板幅の影響係数
Ｋ４:ＦＤＴ目標温度の影響係数である。
【００１６】
更に、各時間ｔでの鋼板幅方向端部硬度差影響係数Ｄ（ｔ）を下記式から求める。
Ｄ(ｔ)＝Ｋ５×α(ｔ)  ・・・（３）
ここで、Ｋ５:硬度定数である。
そして、時間(ｔ→ｔ＋１)時の、つまり長手方向における所定長さ単位の硬度差からワークロールベンダへの補正量ΔＦを、下記式で求める。
ΔＦ=Ｆ(ｔ＋１)−Ｆ(ｔ)＝Ｋ６×Ｄ(ｔ＋１)-Ｋ６×Ｄ(ｔ)  ・・・（４）
ここで、
Ｋ６:冷間圧延時の圧下率に応じた影響係数(経験式から算出含む)
である。
【００１７】
このＦＤＴ変化率β（ｔ）の変化分に相当するベンダー補正量ΔＦで、冷間圧延時の形状制御(ベンダー制御)の制御量を補正することにより、熱延コイルの硬度変動起因(ＦＤＴ変化)による最エッジ部局所伸び形状不良の発生を抑止できる。さらには次コイルの測定した情報を前コイルの情報と連続的に処理することにより、異コイル間での硬度分布差による形状不良の発生も抑止できる。
【００１８】
ここで、ワークロールベンダを使用した形状制御（ベンダー制御）では、ストリップ幅方向中央部が幅方向端部に比較して伸びている形状（腹伸び）に対しては、ワークロールベンダの圧力を下げる（ディクリーズ方向、凹方向に制御する）ことで腹伸びが防止され、ストリップ幅方向端部が幅方向中央部に比較して伸びている形状（耳伸び）の場合には、ワークロールベンダの圧力を上げる（インクリーズ方向、凸方向に制御する）ことにより耳伸びが防止される。従って、上述のようにベンダー補正量ΔＦを冷間圧延時の形状制御(ベンダー制御)に補正することにより、母板硬度変動起因(ＦＤＴ変化)による最エッジ部局所伸び形状不良の発生を抑止できる。
しかも、フィードフォワードであるので、応答性及び制御性良く冷間圧延時に形状制御ができ、特に、熱間圧延時の先端部または尾端部等の非定常部で生じる急激な形状変化も精度良く修正することができる。
【００１９】
次に、以上説明した形状制御の補正を適用する、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明を提供する概略構成図である。すなわち、工程として熱間圧延、酸洗、冷間圧延が順に実施されて、冷間圧延を行う、冷間タンデム圧延機１で鋼板からなる金属ストリップ２を圧延するに際して、その形状を制御する形状制御が行われるシステムである。すなわち、この形状制御システムは、熱間仕上圧延機３で熱間圧延された熱間圧延ストリップ２を、酸洗装置５等にて酸洗し、その後に、冷間タンデム圧延機１にて冷間圧延を行う一連のプロセスラインに設けられているものである。
【００２０】
熱間仕上圧延機３の作動は熱間用コントローラ２０で制御され、また熱間仕上圧延機１２の出側に配置された温度センサ６でストリップ４の幅方向中央部の温度が検出されて上記熱間用コントローラ２０に出力される。また、酸洗装置５の酸洗処理等は酸洗用コントローラ２１で制御される。
さらに、冷間タンデム圧延機１の作動は冷間用コントローラ２２で制御される。  また、上記冷間タンデム圧延機１には、熱間圧延されたときのストリップ２の先端位置または尾端位置を認識するためのトラッキング部７が設けられている。
【００２１】
また、上記一連のプロセスラインの集中的な制御を行うためのセンタコンピュータ２４が設けられている。本実施形態では、このセンタコンピュータ２４にＦＦ補正量演算部３０を備え、そのＦＦ補正量演算部３０には、上記熱間用コントローラ２０から、ストリップ２の仕上圧延機出側（中央部）温度ＦＤＴのコイル長手方向に沿った実績温度情報が入力されると共に、酸洗用コントローラ２１から、ストリップ２の切捨量の情報がストリップ２の開始情報として入力される。
そして、ＦＦ補正量演算部３０は、上述の（４）式を使用して、ストリップ２の長手方向の各位置の、ＦＤＴ変化率に基づくワークロールベンダ８の補正量ΔＦを求め、上記冷間用コントローラ２２に出力する。
【００２２】
該冷間用コントローラ２２では、タンデム圧延機１出側に配置された形状検出ロールなどの形状検出器（不図示）からフィードバックされた形状信号に基づき、冷間タンデム圧延機１の所定スタンドのワークロールベンダ８を制御して、ストリップ２の形状をフィードバック制御する。このとき、入力された補正量ΔＦでストリップ２の形状をフィードフォワード制御する。なお、トラッキング部７は、ストリップ２をトラッキングし上記冷間用コントローラ２２に入力する。
このように、熱間仕上圧延機３の出側で連続的に取得した実績ＦＤＴの変化率βから、幅方向硬度変動を予測し、ワークロールベンダ８の形状制御量の補正量ΔＦを求め、トラッキング部７からの入力信号で長手方向の位置を認識しつつ、形状制御量を、ＦＤＴ変化率の変化分だけ補正して、ワークロールベンダ８でストリップ２の形状制御を行う。
【００２３】
（実施例）
ここで、形状制御において従来のフィードバック方式による形状制御と、本発明を採用した形状制御を比較した結果を、図４に示す。図４（ａ）は形状制御アクチュエータ、例えばロールベンダ８を操作せず形状制御を行わなかった場合の耳伸び急峻度と中伸び急峻度を示している。また、図４（ｂ）は、フィードバック形状制御だけを行った場合の耳伸び急峻度と中伸び急峻度とを示している。また、図４（ｃ）は、フィードバック形状制御に本発明を採用したフィードフォワード形状制御を施した耳伸び急峻度と中伸が急峻度を示している。
【００２４】
図４から分かるように、形状制御を行わない場合には、ホットストリップ２の先端部及び尾端部の他、全体的に中伸びと耳伸びが先端から尾端に向かって順次発生している。また、フィードバック形状制御だけを行った場合には、全体的な耳伸び及び中伸びは防止されているが、先端部と端部に生ずる耳伸び及び中伸びは修正されていない。
これに対して、本発明を採用した形状制御では、ストリップ２の先端部及び尾端部を含んで全体的に耳伸び及び中伸びが発生しておらず、本発明により先端部、尾端部の急激な形状が精度良く修正されていることが理解される。
ここで、上記説明では、上記実施例では形状制御手段としてワークロールベンダ８を例示したが、本発明を実施するための形状制御手段はこれに限定されず、他の手段をも用いることができる。
【００２５】
（実施例２）
板幅１２００ｍｍ板厚２．３ｍｍの熱延ストリップ２について、連続的にブライト圧延で０．３ｍｍの板厚まで圧延を実施した例を示す。
熱延でのコイル長手方向ＦＤＴ実績データから、コイル長手方向のベンダー補正量を算出し、冷間圧延時プリセットモデルに導入し圧延を実施した。
その結果、冷間圧延機の通常の形状制御アクチュエータ(ベンダーおよびレベリング)のみの形状制御において、形状検出器で検出することができない最エッジ部の形状をコイル長手方向にわたり均一でかつ局所伸びのない安定した形状を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る鋼板幅方向硬度偏差とＦＤＴ温度変化の関係を示す図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係るＦＤＴ変化率βを示す図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係るシステム構成例を示す図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
ＦＤＴ  熱間仕上圧延機出側での温度
β（ｔ）  ＦＤＴ変化率
ΔＦ  補正量
１  冷間タンデム圧延機
２  金属ストリップ
３  熱間仕上圧延機
４  熱間ストリップ
６  温度センサ
８  ワークロールベンダ
２０  熱間用コントローラ
２２  冷間用コントローラ
３０  ＦＦ補正量演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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