(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の形状制御手段を備えた圧延機とその圧延機で圧延された金属板をコイル状に巻き取る巻取り装置との間に形状測定器を設け、その形状測定器で測定される金属板の伸び歪みの幅方向偏差Δε１（ｚ）とコイル外径の幅方向偏差とに基づいて形状制御手段を調整する金属板の形状制御方法であって、上記コイル外径の幅方向偏差により発生する金属板の伸び歪みの幅方向偏差Δε２（ｚ）を算出し、Δε１からΔε２を減算した伸び歪みの幅方向偏差を目標値に一致するように、形状制御手段を調整することを特徴とする金属板の形状制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間圧延における金属板の形状制御方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、金属板をコイルに巻き取る際に発生する板厚の幅方向偏差が原因で生じる形状不良を抑制し、優れた形状の鋼板が得られる金属板の形状制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷延鋼板などの金属板（以下、鋼板という）の圧延では、形状が幅方向と長手方向に平坦になるように圧延をおこなうことが品質上および操業上の双方の観点から極めて重要であり、平坦形状制御（以下、「平坦形状」を「形状」、「平坦形状制御」を「形状制御」ともいう）がおこなわれる。
【０００３】
冷間圧延での形状制御方法としては、例えば、特開平５−１８５１２４号公報に開示されているように、圧延機出側に設置した形状測定器によって鋼板の形状をオンラインで測定し、測定された形状と目標とする形状との差に基づき圧延機に設けた形状制御手段を操作するフィードバック制御が主流である。
【０００４】
圧延機の形状制御手段としては、多くの技術が実用化されている。例えば、ロールベンディング、ロールシフト、ロールクロス、ＶＣロール等の可変クラウンロール、２０段や１２段クラスタ圧延機でのバックアップベアリングの押し出しパターン変更、また、左右の形状偏差を抑制する手段として圧下レベリングや非対称のロールベンディング等が挙げられる。
【０００５】
鋼板形状をオンラインで測定する形状測定器としては、文献（「板材圧延における形状検出器の特徴とその活用状況」塑性と加工、２０−２１７（１９７９）２、ｐ８９）に記載されているように接触式あるいは非接触式の装置があり、中空多分割ロールやソリッドロールに多数のロードセルを埋め込んだ接触式のロールタイプのものが多く用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷間圧延に供される鋼板は、幅方向での板厚分布が必ずしも均一ではなく、幅方向のほぼ中央部を凸部にしてほぼ対称な板厚分布を呈するクラウンと幅方向の一方の端部から他方の端部に向かって板厚がほぼ直線的に変化するウエッジと呼ばれる板厚偏差を有する。特に、各種ステンレス鋼の板バネや自動車用エンジンのメタルガスケット等の素材を供給するステンレス磨き帯鋼の分野では、軟鋼に比べて変形抵抗の大きなステンレス鋼を例えば０．３ｍｍ以下といった薄物に仕上げるため、小径の作業ロールを用いて７００ｍｍ以下の比較的幅の狭い圧延機にて冷間圧延をおこなう場合がある。この場合には、溶鋼の鋳造や熱間圧延での設備制約や生産効率の観点から、素材を１メートル〜１．２メートルの幅で熱間圧延し、その後、２条にスリットして冷間圧延に供する事が多い。そのため、冷間圧延用の鋼板は、熱間圧延で生じたクラウンの影響によって左右の板厚が異なるものとなる。
【０００７】
このような幅方向で板厚が異なる鋼板を圧延しコイル状に巻き取る場合に、形状検出器で測定される形状を目標値に一致するように制御すると、十分な形状精度が得られず、また、絞り込みや板の破断といった通板トラブルを招くことがある。しかしながら、この問題に関しては、これまでほとんど検討されていないのが実情である。
【０００８】
本発明の課題は、上記従来技術の問題を解決し、板厚の幅方向偏差が原因で生じる形状不良を抑制し、高精度の鋼板が得られる金属板の形状制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、形状測定器で測定された形状を目標値に一致するように制御する従来技術を詳細に検討し、以下の（１）〜（３）の知見を得た。
【００１０】
（１）幅方向の一方の端部の板厚がｄ１で他方の端部の板厚がｄ２である鋼板をコイル状に巻き取る際の一方の端部と他方の端部におけるコイル外径の差△Ｄｅは、コイル巻き数をｎとすると、下記の式で表される。
【００１１】
【数１】
0004221812.tif 000002
【００１２】
しかし、実際には、コイル状に巻き取る際に、コイル径の大きい方では、相対的に引張応力が、一方、コイル径の小さい方では相対的に圧縮応力が生じることになり、板厚の薄い端部側のコイル間で隙間が生じるため、△Ｄｅは上記式を修正した下記の式で表される。
【００１３】
【数２】
0004221812.tif 000003
【００１４】
したがって、鋼板が幅方向で板厚偏差を有する場合、コイルには板厚の偏差とコイルの巻き数に比例するコイル外径の差が生じる。
【００１５】
（２）図１は、コイル外径の幅方向差により幅方向に伸び歪み差が発生することを説明する模式図で、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）はコイル正面図である。符号１は鋼板、２はコイル、３は圧延機、４は形状測定器、５は巻取り装置である。
【００１６】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コイル外径が幅方向にテーパー状に変化すると、図１（Ａ）における形状測定器４と巻取り装置５との間の鋼板１の経路長さが幅方向に異なり、幅方向に伸び歪の差が生じる。例えば、図１（Ｂ）のように、作業側（ＷＳ）のコイル外径が駆動側（ＤＳ）に比べて大きいとき、図１（Ａ）における形状測定器４と鋼板１の接する点Ａから鋼板１がコイル２と接する点Ｂを経由してコイル外周上の任意の点Ｃまでの距離は、コイル径の大きい作業側の方が、コイル径の小さい駆動側よりも長くなり、鋼板には、コイル外径の差に応じた伸び歪が付加されることになる。すなわち、コイル径の大きい側では相対的に引張の歪が生じ、コイル径が小さい側では圧縮の歪が生じる。
【００１７】
（３）従って、鋼板には、圧延によって生じた伸び歪の幅方向偏差による張力に加えて、コイル外径の幅方向偏差に基づく張力が付与される。しかしながら、形状測定器は鋼板に作用する張力の板幅方向での分布を測定するものであり、圧延により生じる張力とコイル外径偏差により生じる張力とを区別することはできない。従って、双方を含んだ張力を検出し、その検出結果に基づいて制御をおこなう従来の方法では十分な形状精度が得られない。
【００１８】
そこで、本発明者らは、板厚の幅方向偏差が原因で生じる伸び歪みの幅方向偏差（以下、伸び歪み偏差ともいう）を検討し、上記伸び歪み偏差Δε２（ｚ）は下記の関数式で整理できることが実験データの解析より判った。
【００１９】
【数３】
0004221812.tif 000004
【００２０】
図２は、従来方法（形状測定器で測定された伸び歪み偏差を目標値に一致するように制御する方法）による得られた形状測定器によるオンライン形状測定結果とコイルを展開したサンプルによるオフライン形状測定結果を比較したグラフであり、同図（Ａ）は巻取りの初期段階、同図（Ｂ）は巻取りの完了段階である。なお、同図（Ａ）、（Ｂ）において、伸び差率は、幅中央部と幅方向各位置の伸び歪みの差で、単位は歪量を100,000 倍したIunit で表している。形状測定器で測定された形状は□印で、サンプル形状は○印で示す。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、巻き取りの初期段階では形状測定器で測定された形状はサンプルの形状とよく一致しているが、図２（Ｂ）に示すように巻取り完了段階では形状測定器で測定された形状はサンプル形状とは異なるものとなることが判った。
【００２２】
図３は、形状測定器で測定された伸び歪み偏差からコイル外径偏差により生じる伸び歪み偏差を減算した伸び歪み偏差を目標値に一致するように制御する方法により得られた形状測定器によるオンライン形状測定結果とコイルを展開したサンプルによるオフライン形状測定結果を比較した巻取り完了段階のグラフである。なお、同図で伸び差率は、上記と同様で、単位は歪量を100,000 倍したIunit で表している。また、形状測定器で測定された形状をコイル外径偏差で生じる形状で補正した形状は□印で、サンプル形状は○印で示す
同図に示すように、形状測定器で測定された形状をコイル外径偏差による形状で補正した形状はサンプルの形状とよく一致することが判った。
【００２３】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２４】
（１）金属板の形状制御手段を備えた圧延機とその圧延機で圧延された金属板をコイル状に巻き取る巻取り装置との間に形状測定器を設け、その形状測定器で測定される金属板の伸び歪みの幅方向偏差Δε１（ｚ）とコイル外径の幅方向偏差とに基づいて形状制御手段を調整する金属板の形状制御方法であって、上記コイル外径の幅方向偏差から金属板の伸び歪みの幅方向偏差Δε２（ｚ）を算出し、Δε１からΔε２を減算した伸び歪みの幅方向偏差を目標値に一致するように、形状制御手段を調整することを特徴とする金属板の形状制御方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の態様を金属板として鋼板を例に説明する。
【００２６】
本発明では、鋼板の形状制御手段を備えた圧延機とその圧延機で圧延された鋼板をコイルに巻き取るコイル巻取り装置との間に鋼板形状を測定する形状測定器を設ける。
【００２７】
図４は、本発明を実施する装置例を示す側面図である。
【００２８】
同図に示すように、圧延機３とコイル２への巻取り装置５との間に鋼板１の形状測定器４が設けられる。
【００２９】
圧延機としては、鋼板の形状制御手段を備えた汎用の圧延機でよく、例えば、ロールベンディング、ロールシフト、ロールクロス、ＶＣロール等の可変クラウンロールなどの形状制御手段を備えた圧延機や、２０段や１２段クラスタ圧延機でのバックアップベアリングの押し出しパターン変更機構を備えたクラスタ圧延機などが用いられる。
【００３０】
形状測定器としては、鋼板に作用する幅方向の張力分布の測定が可能な汎用の形状測定器でよく、例えば、中空分割ロール式の装置などを用いることができる。
【００３１】
本発明では、形状測定器で鋼板の伸び歪みの幅方向偏差を求める。この方法は従来と同様でよく、以下に、分割ロールの形状測定器を例に説明する。
【００３２】
図５は、中空多分割ロール式の形状測定器による鋼板の張力分布の測定を模式的に示す概要図である。
【００３３】
同図に示すように、中空多分割ロール式の形状測定器４は軸方向に分割された複数のロール６（以下、分割ロールという）で構成され、それぞれの分割ロール６はその内部に図示しないロードセルや圧力センサーを備えている。鋼板はこの分割ロールに所定の角度を持って巻き付く様に通板される。
【００３４】
図６は、鋼板の張力により分割ロールに作用する力を説明する模式図で、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）は斜視図である。
【００３５】
図６において、各分割ロール６に対応する鋼板１に作用する張力応力の平均値σi は、各分割ロールに作用する軸に直角方向の力Ｆi から、下記の近似式で表される。
【００３６】
【数４】
0004221812.tif 000005
【００３７】
一方、σi と各分割ロールに対応する鋼板の伸び歪みの偏差△εi との関係は、下記の式で表される。なお、伸び歪偏差は引張り方向を正の値、圧縮方向を負の値とし、張力は正の値、圧縮応力の場合は負の値とする。
【００３８】
【数５】
0004221812.tif 000006
【００３９】
各分割ロールに作用する力Ｆi を測定することにより、σi が（１）式で演算され、この演算結果から、（２）式より△εi を求めることができる。
【００４０】
上記△εi の幅方向の分布から、幅方向の伸び歪み偏差△ε１（ｚ）を下記の関数式で近似する。
【００４１】
【数６】
0004221812.tif 000007
【００４２】
本発明では、コイル外径偏差により発生する伸び歪みの幅方向偏差を求める。
【００４３】
上記伸び歪みの幅方向偏差は、下記の関数式で整理されることが実験データより判った。
【００４４】
【数７】
0004221812.tif 000008
【００４５】
（４）式のＤ（ｚ）は、少なくとも幅方向の両端部を測定することにより、幅方向に直線近似して求めることができる。あるいは、幅方向の両端部の板厚を測定し、測定した板厚とコイル巻き数から幅方向両端部のコイル外径を求めて、上記と同様に幅方向に直線近似してもよい。
【００４６】
本発明では、上記△ε１（ｚ）からΔε２（ｚ）を減算して求まる伸び歪み偏差（以下、補正後の伸び歪み偏差ともいう）を目標の伸び歪み偏差に一致するように形状制御手段を調整して形状制御を行う。
【００４７】
次ぎに、本発明の制御方法の手順を図で説明する。
【００４８】
図７は、本発明の制御方法の手順を示すフローチャートである。
【００４９】
（１）形状測定器で圧延中の伸び歪み偏差△ε１（ｚ）を連続的に測定する。
【００５０】
（２）同時に、コイル外径の直接測定ないし、板厚の幅方向偏差などの情報に基づきコイル外径の幅方向分布Ｄ（ｚ）を連続的に算出する。
【００５１】
（３）次いで、（４）式からコイル外径偏差により発生する伸び歪みの幅方向偏差Δε２（ｚ）を求める。
【００５２】
（４）△ε１（ｚ）からΔε２（ｚ）を減算した伸び歪み偏差（以下、補正後の伸び歪み偏差ともいう）を求める。
【００５３】
（５）補正後の伸び歪み偏差が予め設定した目標値と比較し、その差が許容範囲内に収れんするように形状制御手段を調整してフィードバック制御をおこなう。
【００５４】
上記フィードバック制御はコイルの全長に渡って適正な形状が得られるように連続的におこなう。なお、連続的とは、例えば数秒程度以下の間隔を意味する。
【００５５】
【実施例】
（実施例１）
図４に示す構成の装置を用い、入側板厚：０．３５ｍｍ、板幅：６１０ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼板を入側張力：２７ｋｇ／ｍｍ2 、出側張力２９ｋｇ／ｍｍ2 を付加し、出側板厚：０．３ｍｍに圧延した。圧延機は作業ロール径１３０ｍｍ、ロール軸長７００ｍｍの６段式圧延機で、形状測定器はロール径３１３ｍｍ、分割ロール型・ロードセル埋め込み方式の接触式の形状測定器を用い、巻き取りコイルの内径は７１０ｍｍとした。なお、鋼板は４フィート幅のホットコイルを２条に幅分割したものを用いた。
【００５６】
形状測定器によって測定した板幅方向での伸び歪の偏差は、（３）式のｆ1 （ｚ）をｚの４次式で表し、下記の式にて近似した。
【００５７】
【数８】
0004221812.tif 000009
【００５８】
コイル外径偏差による伸び歪み偏差は、（４）式のｆ2 （ｚ）をｚの１次式で表し、下記の式で近似した。
【００５９】
【数９】
0004221812.tif 000010
【００６０】
図８は、Ｃと△Ｄｃの関係の一例を示すグラフで、予め実験データを整理して求めた。同図において、ｍは下記（７）式で定義される値である。
【００６１】
【数１０】
0004221812.tif 000011
【００６２】
圧延に際しては、図７に示すように、形状測定器で張力の幅方向分布を測定して△ε１（ｚ）を求めるとともに、コイル外径を作業側と駆動側の板幅端部から５０ｍｍの位置にて測定し、測定したコイル外径から直線近似してＤｃと△Ｄｃを求め、次いで（６）式から△ε２（ｚ）を演算して求め、△ε１（ｚ）から△ε２（ｚ）を減算した伸び歪み偏差を目標の伸び歪み偏差と比較し、その差が許容範囲内に収まるように形状制御を行った。
【００６３】
比較例１は、形状制御をｏｆｆとし、また、比較例２では、形状測定器によって測定された伸び歪み偏差を目標値に一致するように形状制御を行った。
【００６４】
圧延後のコイルを展開してサンプルを切断採取し、形状を測定し、その測定結果から幅方向の伸び歪み偏差△ε３（ｚ）の分布を、下記の４次式で近似した。
【００６５】
【数１１】
0004221812.tif 000012
【００６６】
図９は、形状測定器によって測定された形状を（５）式に示す４次式で近似した時の１次成分ａ1 の推移と、圧延機にて１次成分を制御するのに用いられる圧下レベリング量の推移ならびにコイルを展開して採取したサンプルの形状を（８）式に示す４次式で近似した時の１次成分ｂ1 の推移を示すグラフで、同図（Ａ）は比較例１、同図（Ｂ）は比較例２、同図（Ｃ）は本発明例である。
【００６７】
比較例１は、図９（Ａ）に示すように、圧延の進行とともに、形状測定器によって検出される形状の１次成分ａ1 が大きくなっているのに対して、サンプルでは、１次成分ｂ1 は若干、負の方向に減少している。
【００６８】
一方、比較例２では、図９（Ｂ）に示すように、圧延機の圧下レベリングを制御することによって、形状測定器により測定される形状の１次成分は、ほぼ、０となっているが、サンプルの値は圧延の進行に伴って大きくマイナス側に変化している。これに対して、本発明例では、図９（Ｃ）に示すように、形状測定器にて測定された形状の１次成分は圧延の進行とともに大きくなっているが、補正後の形状がほぼ０になるように圧下レベリングを制御しており、サンプルの１次成分もほぼ０となっており、圧下レベリングが適正に制御されていることがわかる。
【００６９】
（実施例２）
実施例１と同様の圧延設備を用いて、出側板厚０．３〜０．１ｍｍ、板幅３００〜６１０ｍｍまでの種々サイズの板を圧延し、板の破断や絞り込みなどの通板トラブルの発生を調査した。形状制御は実施例１と同様の方法でおこなった。また、比較のため上述した比較例２と同様の形状制御の試験もおこなった。
【００７０】
表１に板の破断と絞り込みの発生状況を示す。
【００７１】
【表１】
0004221812.tif 000013
【００７２】
同表に示すように、本発明例では、板の破断、絞り込みの発生比率（板破断または絞り込み発生本数／総圧延本数×１００％）が比較例の１／３程度に減少し、通板安定性が著しく向上した。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば板厚の幅方向偏差に起因する形状の測定外乱を排除し、高精度の形状制御をおこなうことができる。また、形状の誤認識により生じる板の破断や絞り込みといった圧延トラブルを防止し、安定かつ高効率の圧延操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）はコイル外径の幅方向差により幅方向に伸び歪み差が発生することを説明する模式図である。
【図２】従来方法による得られた形状測定器によるオンライン形状測定結果とコイルを展開したサンプルによるオフライン形状測定結果を比較したグラフであり、同図（Ａ）は巻取りの初期段階、同図（Ｂ）は巻取りの完了段階である。
【図３】  形状測定器で測定された伸び歪み偏差からコイル外径偏差により生じる伸び歪み偏差を減算した伸び歪み偏差を目標値に一致するように制御する方法により得られた形状測定器によるオンライン形状測定結果とコイルを展開したサンプルによるオフライン形状測定結果を比較した巻取り完了段階のグラフである。
【図４】本発明を実施する装置例を示す側面図である。
【図５】中空多分割ロール式の形状測定器による鋼板の張力分布の測定を模式的に示す概要図である。
【図６】鋼板の張力により形状検出ロールに作用する力を説明する模式図で、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）は斜視図である。
【図７】本発明の制御方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】Ｃと△Ｄｃの関係の一例を示すグラフである。
【図９】形状測定器によって測定された形状を（５）式に示す４次式で近似した時の１次成分ａ1 の推移と、圧延機にて１次成分を制御するのに用いられる圧下レベリング量の推移ならびにコイルを展開して採取したサンプルの形状を（８）式に示す４次式で近似した時の１次成分ｂ1 の推移を示すグラフで、同図（Ａ）は比較例１、同図（Ｂ）は比較例２、同図（Ｃ）は本発明例である。
【符号の説明】
１：鋼板、２：コイル、３：圧延機、
４：形状測定器、５：巻取り装置、
６：分割ロール
【図１】
0004221812.tif 000014
【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】
0004221812.tif 000020
【図８】
0004221812.tif 000021
【図９】
0004221812.tif 000022