(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも被圧延材の出側板厚が２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下となる中間圧延パスのすべてにおいて、被圧延材先端部の反り曲率の目標値を０．５×１０−４ｍｍ−１以上２．０×１０−４ｍｍ−１以下に設定して、該被圧延材先端部が上反りとなるように圧延条件を制御することを特徴とする熱間圧延における板反り制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延における板反り制御方法に関し、特に腰折れ痕の発生を抑制する板反り制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚板圧延やホットストリップ粗圧延において発生する鋼板先端部の上下反り（以下、板反りという）は、ストリッパガイドの破損等の設備トラブル、下反りの発生により生じる腰折れ痕等の表面疵、制御圧延材等での冷却むらの発生による品質劣化等様々な弊害をもたらす。
【０００３】
このように非常に大きな操業上の諸問題をもたらす板反りは、鋼板上下面の温度差、摩擦係数差、上下ワークロールの周速差、下ワークロールのピックアップ量等非常に多くの要因が複雑に重なりあって発生するため、その防止方法は困難を極め、従来から多くの研究が行われているにもかかわらず、完全に防止できていないのが現状である。
【０００４】
本発明者らは、板反りを防止する方法として、特開平１１−４７８１２号公報において、圧延中の形状比に応じて板反りを制御する板反り防止方法を開示している。前記板反り防止方法は、上下ワークロール周速差制御圧延において板反り制御が不安定となる領域ではパスライン位置制御圧延を適用し、その他の領域においてはパスライン位置制御圧延および／または上下ワークロール周速差制御圧延を適用することにより板反りの発生を防止する板反り防止方法である。前記板反り防止方法は、板反りを効果的に防止・軽減できるので非常に有益である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記板反り防止方法を適用することにより、板反りの程度を効果的に減ずることはできるが、板反り量の測定誤差や、板反り量に基づいて上下ワークロール周速差やパスライン位置の制御条件を決定する際に用いる制御モデルの誤差や、上下ワークロールと被圧延材との摩擦係数の差など予測困難な不確定要因が残存するため、板反りを完全に防止することは不可能であり、各圧延パスでは軽度の板反りが発生しているのが実状である。
【０００６】
そして、板反りにより生じる前記弊害のうち、軽度の板反りであっても問題となるのが腰折れ痕といわれる線状の表面疵である。
【０００７】
図３は、腰折れ痕の発生機構の概要を示す概要図であり、図３（a）は下反りが発生した被圧延材がテーブルローラ上を搬送される状態を示す側面図であり、図３（ｂ）は、前記被圧延材がテーブルローラに衝突することにより座屈が生じた状態を示す側面図であり、図３（ｃ）は前記被圧延材の製品における腰折れ痕の形態を示す平面図である。図３において、符号１は被圧延材を、符号２はテーブルローラを示す。
【０００８】
図３（a）に示すように、下反りの発生した被圧延材１がテーブルローラ２上を搬送されると、被圧延材先端部がテーブルローラ２と衝突し、図３（ｂ）に示すように、下反り部の終点部近傍で局所的に座屈が生じ、図３（ｃ）に示すような線状の腰折れ痕が発生する。
【０００９】
図３（ｂ）に示すような座屈が一旦発生すると、座屈発生以降の圧下量が比較的大きい場合には、座屈発生後に圧延が繰り返されることにより腰折れ痕の程度が軽減され得るものの、座屈発生以降の圧延パスにおける圧下量が比較的小さい場合には、顕著な腰折れ痕が残存することとなり大きな歩留り低下をもたらす。
【００１０】
かくして、本発明の目的は、腰折れ痕の発生と板反りの発生を抑制する板反り制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、熱間圧延製品の腰折れ痕について詳細に調査を行うことにより、腰折れが特定の板厚領域で発生することを知見した。すなわち、被圧延材の板厚が２０〜６０ｍｍとなる圧延パスにおいて、被圧延材先端部に下反りが発生した場合に腰折れが発生するのである。
【００１２】
そして、被圧延材の板厚が２０〜６０ｍｍとなる中間圧延パスにおいて、軽度の上反りとなるように板反り制御を行うことにより、腰折れ痕の発生を抑制できることを知見した。ここで、板反り制御は圧延条件を制御することにより行うことができ、圧延条件としては、パスライン位置や上下ワークロール周速差等の公知の条件が挙げられる。
【００１３】
また、前記中間圧延パスにおける上反りを反り曲率で０．５×１０-4〜２．０×１０-4ｍｍ-1とすることにより、ストリッパガイド等の設備損傷を防ぎ、且つ最終圧延パスにおいて狙い反り曲率を０として板反りを修正することが容易となることを知見した。
【００１４】
ここで、中間圧延パスとは、最終圧延パスを除く圧延パスの意味である。最終圧延パスを除くとしたのは、最終圧延パスにおいては通常狙い板反り量を０とするからである。
【００１５】
本発明は、上記知見に基づいて完成させたものであり、その要旨は以下の（１）にある。
【００１６】
（１）少なくとも被圧延材の出側板厚が２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下となる圧延パスにおいて、被圧延材先端部の反り曲率の目標値を０．５×１０−４ｍｍ−１以上２．０×１０−４ｍｍ−１以下に設定して、被圧延材先端部が上反りとなるように圧延条件を制御することを特徴とする熱間圧延における板反り制御方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
本発明においては、少なくとも板厚が２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下となる中間圧延パスにおいて、上反りとなるように板反り制御を行う。
【００２０】
板反り制御の板厚範囲の下限を２０ｍｍとしたのは、板厚が２０ｍｍ未満の場合には、被圧延材の剛性が低く、局所的座屈は生じ難くなり比較的広範囲で変形が生じるため、顕著な腰折れ痕が発生し難くなるからである。したがって、板厚が２０ｍｍ未満となる中間圧延パスにおける板反り制御方法については特に限定しない。
【００２１】
しかし、腰折れ痕の発生をより確実に抑制するためには、下限を１０ｍｍとした方が好ましく、板厚が１０ｍｍ未満となる領域についても上反りとなるように板反り制御を行うことがさらに好ましい。
【００２２】
また、板反り制御の板厚範囲の上限を６０ｍｍとしたのは、板厚が６０ｍｍ超の場合には、被圧延材の剛性が高く座屈が発生し難くなるため、腰折れが発生し難くなるからである。したがって、板厚が６０ｍｍ超となる中間圧延パスにおける板反り制御方法は特に限定しない。
【００２３】
しかし、腰折れ痕の発生をより確実に抑制するためには、上限を７０ｍｍとした方が好ましく、また、板厚が厚い領域において下反りが発生すると、テーブルローラ等に衝突することにより設備の破損を招く虞があるため、板厚が７０ｍｍ超となる領域についても上反りとなるように板反り制御を行うことがさらに好ましい。
【００２４】
第一圧延パス入側において上反りを付与するには、デスケーリング等により被圧延材の上下面に温度差を付与することによるのが望ましい。板厚が厚い領域ほど上下面に温度差を付与することが容易になるからである。
【００２５】
また、中間圧延パスにおいて上反りとする場合には、前記のように被圧延材の上下面への温度差を付与する方法の他に、パスライン位置制御圧延または上下ワークロール周速差制御圧延を適用するとよい。
【００２６】
また、前記上反り量は、反り曲率で０．５×１０-4ｍｍ-1以上２．０×１０-4ｍｍ-1以下となるように板反り制御を行うことが好ましい。
【００２７】
上反り量が２．０×１０-4ｍｍ-1超では、被圧延材がストリッパガイド等の設備へ衝突することにより設備を破損する虞があり、また、最終圧延パスにおいて板反り量を０とすることが困難となる場合があるからである。また、上反り量が０．５×１０-4ｍｍ-1未満では、板反り量の測定誤差、板反り制御モデルの誤差、上下ワークロールと被圧延材との摩擦係数の差等といった予測困難な不確定要因により下反りが発生する虞があるからである。
【００２８】
以下、本発明の板反り制御方法について一実施態様に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の板反り制御方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【００３０】
同図に示すように、先ず、母材板厚と製品板厚とから決定される圧延のパスケジュールから、各圧延パスの入側における板厚Ｈ（単位：ｍｍ、以下、Ｈともいう）および出側における板厚ｈ（単位：ｍｍ、以下、ｈともいう）を求める（ステップＳ１）。
【００３１】
次に、圧延パス入側における板反り量κin（単位：ｍｍ-1、以下、κinともいう）を算出する（ステップＳ２）。κinは、熱間圧延設備に配置した板反り検出器により、被圧延材先端部の板反り量を検出し、反り曲率を定量化して求める。通常は、板反り制御条件の決定に要する時間を確保するため、直前の圧延パスの出側における被圧延材の板反り量κout （単位：ｍｍ-1、以下、κout ともいう）を検出し、当該圧延パスの入側における板反り量κinとして推定する。また、当該圧延パスにおいてデスケーリングを行う場合には、高い精度でκinを推定するために板厚や圧下率等に基づいてκinの補正を行うとよい。
【００３２】
次に、前記圧延パスが最終圧延パスであるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００３３】
前記圧延パスが最終圧延パスである場合には、圧延パス出側における狙い板反り量κaim （単位：ｍｍ-1、以下、κaim ともいう）を０とする（ステップＳ４）。
【００３４】
前記圧延パスが最終圧延パスでない場合には、ｈが２０≦ｈ≦６０であるか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００３５】
ｈが２０≦ｈ≦６０である場合には、κaim を０．５×１０-4≦κaim ≦２．０×１０-4の範囲内で決定する（ステップＳ６）。０．５×１０-4≦κaim ≦２．０×１０-4の範囲内におけるκaim の決定は、κaim とκout との誤差実績を考慮して前記範囲内で下限を狙うようにして行えばよい。
【００３６】
ｈが２０≦ｈ≦６０でない場合には、κaim をκaim ＝０と設定する（ステップＳ４）。
【００３７】
次に、κinおよびκaim より、パスライン位置制御圧延を適用する場合にはパスライン位置δ（以下、δともいう）を、上下ワークロール周速差制御圧延を適用する場合には異速率ΔＶ（以下、ΔＶともいう）を、決定する（ステップＳ７）。δおよびΔＶの決定方法については後述する。
【００３８】
ここで、パスライン位置δとは、圧延パスの入側および出側における板厚中心面が同一レベルとなるようにした場合に、圧延パス入側において被圧延材の下面がテーブルローラの天面に当接するようにした状態におけるテーブルローラの高さ位置を基準とする、テーブルローラの高さ位置をいう。
【００３９】
また、異速率ΔＶ（単位：％、以下ΔＶともいう）とは、次式で示すように上ワークロール周速度Ｖu と下ワークロール周速度ＶL との比を表す。
【００４０】
【数１】
0004085541.tif 000002
【００４１】
次に、ステップＳ７にて決定した板反り制御条件を適用して板反り制御圧延を実施する（ステップＳ８）。
そして、圧延が完了したか否かを判断し（ステップＳ９）、圧延が完了していない場合には、ステップＳ２〜Ｓ９を繰り返し、圧延が完了している場合には、圧延を終了する。
【００４２】
次に、ステップＳ７におけるパスライン位置制御圧延条件および／または上下ワークロール周速差制御圧延条件の決定方法の一実施態様について詳述する。なお、上下ワークロール周速差制御圧延よりも、パスライン位置制御圧延の方が精度良く板反りを制御することが可能であることから、本実施態様では最も有効な板反り制御方法として、パスライン位置制御圧延と上下ワークロール周速差制御圧延を併用する板反り制御方法であって、パスライン位置制御圧延を優先して適用する板反り制御方法について述べる。
【００４３】
図２は、ステップＳ７における板反り制御圧延条件の決定方法を示すフローチャートである。
【００４４】
同図に示すように、先ず、κinとκaim との差に基づいて、圧延パス出側における板反り量がκaim となるように、板反り制御モデルを用いて圧延パスにおいて付与すべき板反り量κ（以下、κともいう）を算出する（ステップＳ７１）。
【００４５】
次に、前記κとパスライン位置制御圧延で制御可能な板反り量の上限κp とを比較することにより、パスライン位置制御圧延で修正可能な板反り量か否かを判断する（ステップＳ７２）。ここで、κp は、圧下量をΔｈ（以下、Δｈともいう）とすると、次式のようにΔｈとｈとの関数ｇで与えられる
【００４６】
【数２】
0004085541.tif 000003
【００４７】
ここで、Δｈ＝Ｈ−ｈである。なお、κp は圧延機により異なるので、使用する圧延機毎に予め求めておく。
【００４８】
ステップＳ７２において、パスライン位置制御圧延で修正可能（κ≦κp ）であると判断した場合には、パスライン位置制御圧延のみを行うべくδを決定する（ステップＳ７３）。ここで、κとδは下記（１）式の関係にあることから、ステップＳ７１で求めたκよりδを決定する。
【００４９】
【数３】
0004085541.tif 000004
【００５０】
ここで、ｂは係数であり、δが正であるか負であるかによって異なる。
【００５１】
ステップＳ７３にてδを決定した場合には、パスライン位置制御圧延のみを行うので、ΔＶをΔＶ＝０とする（ステップＳ７４）。
【００５２】
ステップＳ７２において、パスライン制御で修正不可能（κ＞κp ）であると判断した場合には、形状比χが０．８＜χ＜１．２であるか否かを判断する（ステップＳ７５）。ここで、形状比χ（以下、χともいう）とは、接触弧長Ｌd と平均板厚ｈm との比（Ｌd ／ｈm ）であり、接触弧長Ｌd は、ロール半径をＲとすると次式より与えられ、
【００５３】
【数４】
0004085541.tif 000005
【００５４】
また、平均板厚ｈm とはＨとｈとの平均値であり、次式で与えられることから、
【００５５】
【数５】
0004085541.tif 000006
【００５６】
形状比χは、次式により与えられる。
【００５７】
【数６】
0004085541.tif 000007
【００５８】
ステップＳ７５において、χが０．８＜χ＜１．２であると判断した場合には、パスライン位置制御圧延のみを行うべく、圧延パス出側の板反り量をκaim に可及的に近づけるようにδを決定する（ステップＳ７６）。χが０．８＜χ＜１．２である領域においては、上下ワークロール周速差制御圧延による板反り量の制御が困難であるからである。
【００５９】
ステップＳ７６にてδを決定した場合には、パスライン位置制御圧延のみを行うので、ΔＶをΔＶ＝０とする（ステップＳ７４）。
【００６０】
ステップＳ７５において、χが０．８＜χ＜１．２でないと判断した場合には、パスライン位置制御圧延と上下ワークロール周速差制御圧延とを併用した圧延を行うべく、δとΔＶとを決定する（ステップＳ７７）。
【００６１】
ここで、上下ワークロール周速差制御圧延におけるκとΔＶの関係式は、χの値によって、以下の（２）式又は（３）式によって与えられる。
０＜χ＜０．８の場合：
【００６２】
【数７】
0004085541.tif 000008
１．２＜χの場合：
【数８】
0004085541.tif 000009
【００６３】
ここで、ａ1 〜ａ5 は定数であり、また、sign（ΔＶ）は符号の付け替えを行う関数であり、
ΔＶ＜０の場合：sign（ΔＶ）＝−１
ΔＶ≧０の場合：sign（ΔＶ）＝＋１
である。
【００６４】
したがって、κinおよびκaim に基づいて、圧延パス出側の板反り量がκaim となるように、あるいは、κaimに可及的に近づくように、（１）〜（３）式により、δおよびΔＶを決定する。
【００６５】
以上説明した手順に従って板反り制御条件を決定し、板反り制御圧延を実施することにより、腰折れ痕の発生および板反り発生を抑制することができる。
【００６６】
なお、本実施態様においては、パスライン位置制御圧延と上下ワークロール周速差制御圧延を併用する方法について述べたが、本発明はこれに限定されるものでなく、パスライン位置制御圧延または上下ワークロール周速差制御圧延の一方のみを適用してもよい。また、上下ワークロール周速差制御圧延よりもパスライン位置制御圧延を優先して適用する実施態様について説明したが、両者を常時併用しても構わないし、適宜優先順位を変更しても構わない。さらに、δおよびΔＶの決定方法には公知の各種方法を適用しても構わない。
【００６７】
また、第一圧延パス入側における被圧延材の上下面の摩擦係数を予測することは難しく、第一圧延パスにおいて板反り制御を行うことが実際には困難であるので、第一圧延パスにおいては軽度の上反りが発生するように上下面に温度差を付与し、第一圧延パス出側のκout の実績値に基づいて、第二圧延パス以降に本実施態様で示した板反り制御方法を用いてもよい。
【００６８】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、ワークロール径１０１０ｍｍ、バックアップロール径２０２０ｍｍの４段熱間圧延機を用いて圧延を行った。試験材は、板厚１２０ｍｍ、板幅３０００ｍｍの低炭素鋼を用い、第一圧延パスにてκ＝１．８×１０-4ｍｍ-1とした試験材を圧延温度９８０℃の条件下で板厚２１．５ｍｍまでリバース圧延を行った。また、製品の表面性状について目視検査を行い腰折れ痕の有無を調査した。
【００６９】
本発明例として、第１〜第７圧延パスでκaim ＝０．５×１０-4ｍｍ-1、第８圧延パスでκaim ＝０とし、図２に示す手順により板反り制御条件を決定して圧延を行った。
【００７０】
また、比較例として、第１圧延パスにおいては板反り制御を行わずに、第２圧延パス〜第８圧延パスでκaim ＝０として板反り制御圧延を行った場合（比較例１）と、板反り制御を全く行わなかった場合（比較例２）について、板反り制御条件以外の条件を前記本発明例と同一にして圧延を実施した。
【００７１】
表１〜３に、パススケジュール、形状比χ、板反り制御条件（δ、ΔＶ）、各圧延パス出側において測定した板反り量（κ）、腰折れ痕の発生状況を示す。表１は本発明例、表２は比較例１、表３は比較例２についてのものである。なお、表１〜３において、板反り量について、上反りを正、下反りを負として表している。
【００７２】
【表１】
0004085541.tif 000010
【００７３】
【表２】
0004085541.tif 000011
【００７４】
【表３】
0004085541.tif 000012
【００７５】
表１に示すように本発明例では、圧延後の板反り量が０．１×１０-4ｍｍ-1であり、板反りの発生を効果的に抑制できており良好であった。また、出側板厚が２０〜６０ｍｍとなる圧延パスにおいて下反りが発生しなかったため、目視検査において腰折れ痕が観察されず、表面性状も良好であった。
【００７６】
表２に示す比較例１では、圧延後の板反り量は０．５×１０-4ｍｍ-1と比較的良好であったが、出側板厚が２０〜６０ｍｍとなる第５〜７圧延パスにおいて下反りが発生したため、腰折れ痕が発生しており表面性状が不良であった。
【００７７】
また、表３に示す比較例２では、圧延後の板反り量も２．５×１０-4ｍｍ-1と大きく不良であり、また、出側板厚が２０〜６０ｍｍとなる第６および第７圧延パスおいて下反りが発生したため、腰折れ痕が発生し表面性状も不良であった。
【００７８】
【発明の効果】
本発明により、腰折れ痕および板反りの発生を効果的に抑制できるので、表面性状の優れた製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板反り制御方法を決定する手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の板反り制御条件を決定する手順の一実施態様を示すフローチャートである。
【図３】腰折れ痕の発生機構の概要を示す概要図であり、（a）は下反りが発生した被圧延材がテーブルローラ上を搬送される状態を示す側面図であり、（ｂ）は被圧延材がテーブルローラに衝突することにより座屈が生じた状態を示す側面図であり、（ｃ）は前記被圧延材の製品における腰折れ痕の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１：被圧延材                ２：テーブルローラ
【図１】
0004085541.tif 000013
【図２】
0004085541.tif 000014
【図３】
0004085541.tif 000015