(57)【要約】熱間圧延工程においてマンドレルにより熱間圧延鋼板を巻き取ってコイルを製造するに際し、コイルにおける熱間圧延鋼板の平坦度を向上させる。マンドレルは軸方向の側面視において、軸方向の中央部が両端部より突出した凸形状を有している。マンドレルの中央部の周長と、当該中央部から所定距離離れた位置での周長との差である周長差について、中央部の周長に対する周長差の比は０．０００２〜０．０１２であるのが好ましい。凸形状は、台形形状又は多次関数の形状であってもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延工程においてマンドレルにより熱間圧延鋼板を巻き取ってコイルを製造する装置であって、
前記マンドレルは軸方向の側面視において、軸方向の中央部が両端部より突出した凸形状を有することを特徴とする、熱延コイルの製造装置。
【請求項２】
前記中央部の周長と、当該中央部から所定距離離れた位置での周長との差である周長差について、
前記中央部の周長に対する前記周長差の比が０．０００２〜０．０１２であることを特徴とする、請求項１に記載の熱延コイルの製造装置。
【請求項３】
前記中央部の周長に対する前記周長差の比が０．００２〜０．００８であることを特徴とする、請求項２に記載の熱延コイルの製造装置。
【請求項４】
前記凸形状は、台形形状又は多次関数の形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱延コイルの製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造装置を用いた熱延コイルの製造方法であって、
未変態若しくは変態中、又は変態完了後で７００℃以上の熱間圧延鋼板を前記マンドレルにより巻き取ってコイルを製造することを特徴とする、熱延コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１９年３月２２日に日本国に出願された特願２０１９−０５４４６９号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。【０００２】
本発明は、熱間圧延工程においてマンドレルにより熱間圧延鋼板を巻き取ってコイルを製造する製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱間圧延工程において仕上げ圧延後の熱間圧延鋼板は、仕上圧延機からコイラーまでをランアウトテーブルによって搬送される間に、冷却装置によって所定の温度まで冷却された後、コイラー（マンドレル）に巻き取られてコイル（熱延コイル）として製造される。【０００４】
上述のように製造されるコイルは、一旦所定の巻き取り温度で巻き取られた後にコイルヤードに搬送され、常温に冷却された後、ユーザーに出荷、あるいは次工程へ搬送される。この時、出荷あるいは次工程に搬送されるコイルを加工するために巻き解くと、熱間圧延鋼板の平坦度が悪い場合がある。かかる場合、熱間圧延鋼板の通板性が悪く蛇行したり、加工や圧延が絞り等の問題を起こすため、その形状を矯正する必要がある。しかしながら、コイルの状態では熱間圧延鋼板の形状（平坦度）が分からないため、現状では平坦度不良のまま出荷ができない平坦度指定があるコイルは形状が良くても悪くても精整工程に搬送して矯正しているが、この場合コストが掛かる。そこで、形状の悪い熱間圧延鋼板だけを精整工程に搬送するため、コイルとして巻き取られた状態の熱間圧延鋼板の平坦度を予め基準値以内の平坦度に作り込むことが求められている。また、このように精整工程における形状矯正通板を削減する技術を構築することは、特にホットファイナル化をターゲットとしたコンベンショナルミル、ミニミル、薄スラブプロセスにおいて重要な技術である。【０００５】
熱間圧延鋼板の形状を予測する方法として、例えば特許文献１には、熱間圧延鋼板（金属板）の残留応力を、座屈時に波形状として変換する応力成分と、座屈後も熱間圧延鋼板に残留する応力成分とに分離し、波形状に変換する応力成分を用いて熱間圧延鋼板の形状を予測する方法が開示されている。また、この形状予測方法では、仕上げ圧延後に生じた熱間圧延鋼板の波形状は、例えばコイラーに巻き取られる際に熱間圧延鋼板に作用する張力などによって矯正されるため、最終的には巻き取り時における熱間圧延鋼板の幅方向温度分布が残留応力として発生するとしている。さらに、このように予測される形状の予測結果に基づいて、例えばエッジヒータやエッジマスクで幅方向温度分布を制御することで、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２６２１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らが熱間圧延工程後の鋼板形状について詳細に調べたところ、特許文献１に開示されたように、熱間圧延鋼板の温度分布に起因する残留応力（伸びひずみ差）を用いて形状を予測しただけでは、解明できない平坦度悪化があることが分かった。そして、この形状予測結果に基づいて幅方向温度分布を制御するだけでは、熱間圧延鋼板の平坦度を十分に向上させることができないことも分かった。したがって、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させるには改善の余地がある。【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱間圧延工程においてマンドレルにより熱間圧延鋼板を巻き取ってコイルを製造するに際し、コイルにおける熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を行った結果、熱間圧延工程後の熱間圧延鋼板の平坦度悪化のメカニズムが解明され、具体的に平坦度悪化は、温度要因と巻き締まり要因の２つの要因が組み合わさって発生することが明らかになった。１つ目の温度要因は、コイラー（マンドレル）に巻き取られる直前の熱間圧延鋼板における幅方向の不均一温度分布によって熱ひずみが生じ、この熱ひずみが伸びひずみ差（残留ひずみ）となる要因である。２つ目の巻き締まり要因は、例えば仕上げ圧延後の熱間圧延鋼板に生じるクラウンによって、コイラー（マンドレル）に巻き取られる際に熱間圧延鋼板に作用する張力が幅方向に不均一に分布し、さらに不均一張力分布での巻き締まりによってコイルの内周部が塑性変形して塑性ひずみが生じ、この塑性ひずみが伸びひずみ差（残留ひずみ）となる要因である。【００１０】
２つの要因のうち、１つ目の温度要因は、例えば上述した特許文献１に開示された形状予測方法が一例であるが、従来より平坦度悪化の要因として考慮され、その対策が講じられているものである。一方、２つ目の巻き締まり要因は、冷延プロセスで生じる巻き締まりによる変形が熱延プロセスでも生じることを本発明者らが新たに見出したものである。【００１１】
そして、本発明者らは巻き締まり要因による平坦度悪化についてさらに鋭意検討したところ、コイル内周部において熱間圧延鋼板に作用する不均一張力分布により、コイラーのマンドレルに作用する圧縮応力も幅方向に不均一に分布し、当該マンドレルの径縮小量が幅方向に不均一になることを見出した。具体的には、マンドレルの幅方向中央部の径縮小量は大きく、幅方向端部の径縮小量は小さくなる。そし、このように変形したマンドレルに巻き取られる熱間圧延鋼板には幅方向に周長差が生じ、当該熱間圧延鋼板の平坦度が悪化する。【００１２】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、熱間圧延工程においてマンドレルにより熱間圧延鋼板を巻き取ってコイルを製造する装置であって、前記マンドレルは軸方向の側面視において、軸方向の中央部が両端部より突出した凸形状を有することを特徴としている。【００１３】
上述したようにマンドレルで熱間圧延鋼板を巻き取る際、当該マンドレルの径縮小量が幅方向に不均一になった場合でも、本発明では、この不均一な径縮小量を見込んで、予めマンドレルを凸形状としているので、巻き締まり後のマンドレルを幅方向に均一な径にすることができる。したがって、マンドレルに巻き取られる熱間圧延鋼板に幅方向の周長差が生じるのを抑制して、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることができる。【００１４】
前記熱延コイルの製造装置において、前記中央部の周長と、当該中央部から所定距離離れた位置での周長との差である周長差について、前記中央部の周長に対する前記周長差の比が０．０００２〜０．０１２であってもよい。また、前記中央部の周長に対する前記周長差の比が０．００２〜０．００８であってもよい。【００１５】
また、前記熱延コイルの製造装置において、前記凸形状は、台形形状又は多次関数の形状であってもよい。【００１６】
さらに、別な観点による本発明は、前記製造装置を用いた熱延コイルの製造方法であって、未変態若しくは変態中、又は変態完了後で７００℃以上の熱間圧延鋼板を前記マンドレルにより巻き取ってコイルを製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、巻き締まり要因によるマンドレルの幅方向に不均一な径縮小量を見込んで、予めマンドレルを凸形状としているので、巻き締まり後のマンドレルを幅方向に均一な径にすることができる。したがって、マンドレルに巻き取られる熱間圧延鋼板に幅方向の周長差が生じるのを抑制して、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】熱間圧延設備の仕上圧延機以降の構成の概略を示す説明図である。
【図２】コイラーの構成の概略を示す説明図である。
【図３】マンドレルの構成の概略を示す、軸方向の断面視における説明図である。
【図４】マンドレルの構成の概略を示す、軸に直交する方向の断面視における説明図である。
【図５】耳波の程度を表す急峻度の定義を示す説明図である。
【図６】巻き締まり要因による平坦度悪化のメカニズムを説明する概念図である。
【図７】巻き締まり要因による平坦度悪化のメカニズムを説明する概念図であり、（ａ）はマンドレルの幅方向端部に作用する圧縮応力（ゼロ）を示し、（ｂ）は幅方向端部と中央部の間に作用する圧縮応力（図中の矢印）を示し、（ｃ）は幅方向中央部に作用する圧縮応力（図中の矢印）を示している。
【図８】圧縮応力によりマンドレルセグメントが変形する様子を示す説明図である。
【図９】圧縮応力によりマンドレルが変形した様子を示す説明図である。
【図１０】本実施形態にかかるマンドレルの構成の概略を示す説明図である。
【図１１】本実施形態にかかるマンドレルの凸形状を示す説明図である。
【図１２】周長差比に対する熱間圧延鋼板の中波の急峻度を示すグラフである。
【図１３】周長差比に対する熱間圧延鋼板の耳波の急峻度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
＜熱間圧延設備＞
まず、本発明に係る熱間圧延設備の構成について説明する。図１は、熱間圧延設備１の仕上圧延機２以降の構成の概略を示す説明図である。
【００２１】
熱間圧延設備１には、加熱炉（図示せず）から排出され粗圧延機（図示せず）で圧延された鋼板Ｈを所定の厚みに連続圧延する仕上圧延機２、仕上げ圧延後の鋼板Ｈ（以下、熱間圧延鋼板Ｈ）を所定温度まで冷却する冷却装置３、冷却された熱間圧延鋼板Ｈを巻き取るコイラー４が、熱間圧延鋼板Ｈの搬送方向にこの順で設けられている。仕上圧延機２とコイラー４との間には、熱間圧延鋼板Ｈを搬送するランアウトテーブル５が設けられている。そして、仕上圧延機２で圧延された熱間圧延鋼板Ｈは、ランアウトテーブル５上で搬送中に冷却装置３によって冷却された後、コイラー４に巻き取られてコイルＣとして製造される。
【００２２】
なお、熱間圧延設備１の仕上圧延機２と冷却装置３の間には、仕上圧延機２で圧延された熱間圧延鋼板Ｈの板厚を測定する板厚計６が設けられている。板厚計６は、熱間圧延鋼板Ｈの幅方向の板厚分布を測定し、当該熱間圧延鋼板Ｈのクラウンを測定することができる。
【００２３】
図２は、コイラー４の構成の概略を示す説明図である。なお、図２の例は、コイラー４での巻き取り操業開始の状態を示している。コイラー４は、ピンチロール１０、シュート１１、マンドレル１２、及びラッパーロール１３を有している。
【００２４】
コイラー４では、熱間圧延鋼板Ｈをピンチロール１０でマンドレル１２の方向にベンディングし、シュート１１を通過させる。ここで、熱間圧延鋼板Ｈの先端がマンドレル１２に到達する前までは、ラッパーロール１３は閉となっており（マンドレル１２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、熱間圧延鋼板Ｈがマンドレル１２とラッパーロール１３に到達すると、これらマンドレル１２とラッパーロール１３で熱間圧延鋼板Ｈを挟み込みながら巻き取る。マンドレル１２は後述するようにシリンダー部２４によってその径を拡大及び縮小することが可能で、コイルＣにおいて熱間圧延鋼板Ｈが所定の巻き数だけ巻き取られると拡大を始め、拡大する力とコイルＣ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１３は開となりコイルＣから離れていく。
【００２５】
図３及び図４は、マンドレル１２の構成の概略を示す説明図である。図３に示すようにマンドレル１２は、セグメント式のものであり、マンドレルセグメント２０、ウェッジ２１、スライドロッド２２、及びウェッジシャフト２３を有している。これら構成部材のうち、スライドロッド２２とウェッジシャフト２３でシリンダー部２４を構成している。このシリンダー部２４でウェッジ２１を摺動させることによって、ウェッジシャフト２３に付けた勾配に沿ってマンドレルセグメント２０が半径方向に拡大方向又は縮小方向に摺動する仕組みになっている。
【００２６】
また、図４に示すようにマンドレル１２は、セグメントツバ部２５とウェッジアゴ部２６の間に隙間Ａを持っており、回転すると遠心力で隙間Ａが無くなり膨らむ機構となっている。なお、セグメント−ウェッジ部２７は、マンドレルセグメント２０とウェッジ２１の一組を備え、４組のセグメント−ウェッジ部２７でマンドレル１２を構成している。
【００２７】
＜平坦度悪化のメカニズム＞
本発明は、以上の構成の熱間圧延設備で製造されるコイルにおいて、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させるものである。熱間圧延鋼板の巻き取り温度は、材質によって異なるがおよそ１００〜８００℃までの範囲であり、熱間圧延設備で製造されたコイルはコイルヤードに搬送され、常温まで冷却された後、巻き解かれる。本発明で向上させる平坦度は、このコイルを巻き解いた熱間圧延鋼板の平坦度（より詳細には、後述するように巻き締まり要因による熱間圧延鋼板の平坦度）であって、かかる場合、熱間圧延鋼板の幅方向端部には耳波と呼ばれる波状の面外変形が生じている。ここで、多くの熱間圧延鋼板において起き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。
【００２８】
なお、図５は、耳波の程度を表す急峻度の定義を示す説明図である。急峻度λは、熱間圧延鋼板の幅方向端部の波高さＨを波のピッチＬで割り、さらに１００倍して、パーセント表示で表す。また、急峻度λは、伸びひずみ差Δεを用いて下記式（１）で表される。なお、この急峻度の定義は、熱間圧延鋼板の幅方向中央部に生じる中波にも適用される。
【数１】
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【００２９】
そして、本発明者らが鋭意検討を行い、熱間圧延工程後の熱間圧延鋼板の平坦度悪化のメカニズムを解明した。すなわち、平坦度悪化は、熱間圧延鋼板における幅方向の不均一温度分布で熱ひずみが生じる温度要因と、コイラー巻き取り時に生じる幅方向の不均一張力分布での巻き締まりによってコイル内周部が塑性変形する巻き締まり要因との、２つの要因が組み合わさって発生することが明らかになった。以下、これら２つの要因について説明する。
【００３０】
（温度要因）
１つ目の温度要因による平坦度悪化について説明する。コイラーに巻き取られる直前の熱間圧延鋼板には、幅方向の不均一温度分布によって熱ひずみが生じる。この熱ひずみが伸びひずみ差（残留ひずみ）となって、熱間圧延鋼板の平坦度悪化（形状悪化）となる。
【００３１】
温度要因による平坦度悪化は、従来より知られているものであり、例えば上述した特許文献１や公知文献（２００４年９月  日本鉄鋼協会  第１４８回秋季講演大会「熱延鋼板冷却後の平坦度予測手法の検討」明石ら）などに開示されている。すなわち、仕上圧延機で仕上げ圧延された熱間圧延鋼板がランアウトテーブル上で搬送中に冷却装置によって冷却される際、幅方向の不均一温度分布によって伸びひずみ差が生じる。しかしこの伸びひずみ差は、熱間圧延鋼板が下ピンチロールを通過する前後で次のような矯正作用により、ほぼ伸びひずみ差は０となる。例えば巻き取り直前のコイラーによる張力が付与された状態の熱間圧延鋼板は下ピンチロール直前までは通板方向曲率半径無限大で通板されるが、通過する際下ピンチロールに張力が付与されながら巻き付く（面接触する）ため、強制的に下ピンチロール半径で曲げ変形が加わり、通過後はまた通板方向曲率半径無限大となることで矯正される。そして、その巻き取り時における熱間圧延鋼板の幅方向温度分布が、コイルの巻き解き時において常温に下げられる際に、熱間圧延鋼板に伸びひずみ差が生じ、平坦度が悪化する。
【００３２】
（巻き締まり要因）
２つ目の巻き締まり要因による平坦度悪化について説明する。例えば仕上げ圧延後の熱間圧延鋼板に生じるクラウンによって、コイラーに巻き取られる際に熱間圧延鋼板に作用する張力が幅方向に不均一に分布するが、この不均一張力分布での巻き締まりによってコイルの内周部が塑性変形して塑性ひずみが生じる。この塑性ひずみが伸びひずみ差（残留ひずみ）となって、熱間圧延鋼板の平坦度悪化（形状悪化）となる。
【００３３】
次に、巻き締まり要因による平坦度悪化のメカニズムについて、図６及び図７を用いて詳細に説明する。具体的には、下記（Ａ）〜（Ｄ）の現象により平坦度悪化が生じる。なお、図６及び図７において、符号Ｔは引張応力を示し、Ｓは圧縮応力を示している。また、図７において、（ａ）はマンドレルの幅方向端部に作用する圧縮応力（ゼロ）を示し、（ｂ）は幅方向端部と中央部の間に作用する圧縮応力（図中の矢印）を示し、（ｃ）は幅方向中央部に作用する圧縮応力（図中の矢印）を示している。
【００３４】
（Ａ）まず、コイラー４で熱間圧延鋼板Ｈを一定張力で巻き取ると、図６及び図７に示すようにコイルＣの表面における熱間圧延鋼板Ｈには引張応力Ｔが作用するが、マンドレル１２近傍のコイルＣの内周部における熱間圧延鋼板Ｈには圧縮応力Ｓが作用する。
【００３５】
（Ｂ）また、一般的な熱間圧延鋼板Ｈは、幅方向中央部が凸型となるようなクラウンを有している。このようなクラウンを有する熱間圧延鋼板Ｈに、さらにクラウンを有する別の熱間圧延鋼板Ｈが巻き重ねられると、内側の熱間圧延鋼板Ｈの中央部と外側の熱間圧延鋼板Ｈの中央部が接触する。このため、コイルＣの内周部において幅方向中央部には端部に比べ、より大きな圧縮応力Ｓが作用する。
【００３６】
（Ｃ）実操業では、マンドレル１２は待機径で熱間圧延鋼板Ｈが搬送されるのを待っており、所定の巻き数だけ熱間圧延鋼板Ｈが巻き付くと、さらに拡大（過拡大）させることになる。そして、マンドレル１２を拡大しようとするシリンダー部２４の押し力と、コイルＣからの面圧とが釣り合った時点でその拡大は止まり、マンドレル１２は一定径を保持することになる。しかしながら、実際には、熱間圧延鋼板Ｈの巻き取り時の張力、熱間圧延鋼板Ｈの板厚、熱間圧延鋼板Ｈ間の摩擦力等の影響で巻き締まり力が過大になり、シリンダー部２４の押し力が負けて、マンドレル１２の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１２の径縮小によって、本来マンドレル１２が受けるべき圧縮の巻き締まり力を、コイルＣの内周部の熱間圧延鋼板Ｈが受け持たざるを得ない状況となる。
【００３７】
（Ｄ）以上のような現象が重なると、コイルＣの内周部において、特に幅方向中央部で通板方向（円周方向）の圧縮応力Ｓが大きくなり、その結果としてマンドレル１２の表面に作用する径方向の圧縮応力Ｓが大きくなる。図４に示したようにマンドレル１２は４つのマンドレルセグメント２０（セグメント−ウェッジ部２７）を有するが、図７に示すようにこれらマンドレルセグメント２０に均等に径方向の圧縮応力Ｓが作用する。そうすると、図８に示すようにマンドレルセグメント２０が片持ち梁の状態になっているため、当該マンドレルセグメント２０が変形して（図中の点線）、径方向の圧縮応力Ｓを均一に受けることができなくなる。さらに図７に示すように径方向に発生した圧縮応力Ｓは幅方向中央部に比べて端部が小さくなるので、マンドレルセグメント２０のたわみ量も幅方向中央部に比べて端部が小さくなる。その結果、図９に示すように見かけ上、マンドレル１２には幅方向に幾何学的な周長差が発生し、そのマンドレル１２の径は幅方向中央部が端部よりも小さくなる。そして、このように変形した状態のマンドレル１２に熱間圧延鋼板Ｈがコイル状に巻き取られる。かかる巻き取りは熱間状態での操業であることから、幅方向中央部に圧縮塑性変形、変態塑性による変形やクリープ変形が発生して形状が凍結される。こうして、熱間圧延鋼板Ｈに平坦度悪化（耳波）が発生する。
【００３８】
＜本実施形態における平坦度向上方法＞
以上が熱間圧延鋼板の平坦度悪化のメカニズムであり、本発明者らは、平坦度悪化が、温度要因と巻き締まり要因が組み合わさって発生することを見出した。ここで、上述したように温度要因による平坦度悪化は、従来より知られているものであり、その対策も講じられている。具体的には、例えば仕上圧延機前に設置したエッジヒータや、冷却装置に設置したエッジマスクを用いて、幅方向温度分布が均一になるように制御することで、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることが可能となる。そこで、本発明では、巻き締まり要因によって悪化する熱間圧延鋼板の平坦度を向上させる。
【００３９】
上述したように巻き締まり要因により、マンドレルには幅方向に周長差が生じる。そこで、本発明者らは、予めマンドレルに凸形状のプロフィールを付与することで、巻き締まり要因による周長差を低減することとした。そして、このようにマンドレルの周長差を低減することで、当該マンドレルに巻き取られたコイルの内周部において、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させる。具体的には、マンドレルを凸形状にすることで、熱間圧延鋼板の幅方向中央部にあえて中波を発生させ、これにより耳波を改善して、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させる。なお、コイルの内周部とは、熱間圧延鋼板の先端から２００ｍの範囲であり、従来熱間圧延鋼板の平坦度が悪化していた範囲である。実操業では経験上、この先端から２００ｍ以降の範囲においては、コイルに巻き取られた熱間圧延鋼板の形状は平坦になる。これは、熱間圧延鋼板の先端がマンドレルに到達すると当該熱間圧延鋼板に張力が発生し、形状が矯正されるためであると推察される。
【００４０】
図１０は、本実施形態にかかるマンドレルの構成の概略を示す説明図である。マンドレルは軸方向の側面視において、幅方向中央部が両端部より突出した凸形状を有する。また、図１０には、この凸形状のプロフィールを決定するパラメータ基準半径ｒｃ、評価半径ｒｅ、半径差Δｒを図示している。基準半径ｒｃは、幅方向中央部（基準位置）における半径である。評価半径ｒｅは、中央部から５００ｍｍの位置（評価位置）における半径である。半径差Δｒは、基準半径ｒｃと評価半径ｒｅ差（Δｒ＝ｒｃ−ｒｅ）である。そして、図１０の例では凸形状は台形形状であり、側面視において、中央部から２５０ｍｍの位置までが平坦であり、その２５０ｍｍの位置から端部にかけて径が縮小していている。なお、本発明における中央部から所定距離離れた位置、すなわち評価位置は、中央部から５００ｍｍ離れた位置である。
【００４１】
なお、図１１に示すように凸形状は台形形状に限定されず、例えば２次関数の形状、３次元関数の形状、４次元関数の形状であってもよい。図１１の横軸は幅方向中央部からの位置を示している。縦軸は、半径差Δｒに対する、幅方向中央部からの所定位置における半径ｒと評価半径ｒｅとの差（ｒ−ｒｅ）の比であり、具体的には（ｒ−ｒｅ）／Δｒで算出される無次元半径差である。
【００４２】
本発明者らは、この凸形状の具体的なプロフィールを決定するにあたり、実験を行った。本実験では、板厚が３ｍｍ、板幅が１２００ｍｍであって、クラウンのないフラットな熱間圧延鋼板を、マンドレルによりコイル状に巻き取った。この際、巻き取り時の張力は２０ＭＰとし、巻き数は１００巻きとした。そして、マンドレルの凸形状を台形形状とし、その周長差比であるΔｒ／ｒｃを０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０８の範囲で変動させて熱間圧延鋼板の代表点における急峻度を測定した。マンドレルの周長差比は、基準位置（幅方向中央部）の周長と評価位置（５００ｍｍ位置）の周長の差を、基準位置の周長を除したものであり、具体的には周長と半径が比例関係にあることからΔｒ／ｒｃで算出する。また、マンドレルの周長差比は、熱間圧延鋼板の伸びひずみ差の比であるともいえる。
【００４３】
図１２は、周長差比に対する熱間圧延鋼板の中波の急峻度を示すグラフである。図１２の横軸は、周長差比を示している。縦軸は、コイルの最内周において熱間圧延鋼板に生じる中波の急峻度を示している。周長差比が０．０００２から０．０８に変化するに従い、中波の急峻度が０．８％から１６％に増加することが分かる。したがって、マンドレルの周長差比を大きくすると、熱間圧延鋼板に発生する中波を大きくすることができ、結果的に耳波を改善して、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることができる。
【００４４】
図１３は、周長差比に対する熱間圧延鋼板の耳波の急峻度を示すグラフである。図１３の横軸は、周長差比を示している。縦軸は、コイルの最内周において熱間圧延鋼板に生じる耳波の急峻度を示している。ここで、従来のように周長差比が０（ゼロ）の場合、これまでの実績から、熱間圧延鋼板に生じる耳波の急峻度は３％となる。図１３においても、周長差比が０（ゼロ）の場合の耳波急峻度は３％に示されている。一方、製品として熱間圧延鋼板が十分に平坦化されているといえる急峻度は２％以下となる。そこで、急峻度を−２％から２％となる範囲にするため、図１３のグラフより周長比差Δｒ／ｒｃは、０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１２（図中の網掛部分）にするのが良い。なお、周長差比０．０００２は耳波急峻度２％に対応し、周長差比０．０１２は耳波急峻度−２％に対応している。
【００４５】
また、製品として熱間圧延鋼板がより平坦化されていることが望ましいとの観点から、例えば急峻度を−１．８％から１．８％となる範囲にするため、図１３のグラフより周長比差Δｒ／ｒｃは、０．００１＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１０としても良く、より好ましくは、急峻度を−１．５％から１．５％となる範囲にするため、０．００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．００８としても良い。
【００４６】
さらに本発明者らは、凸形状は本実験のように台形形状に限らず、他の２次関数の形状、３次元関数の形状、４次元関数の形状であっても、周長比差Δｒ／ｒｃを０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１２とすると、上記効果と同様の効果を享受できることを確認している。
【００４７】
なお、上述したように平坦度悪化の要因には、巻き締まり要因の他に温度要因もあるが、本実験においては、この温度要因による平坦度悪化は、例えばエッジヒータやエッジマスクを用いて改善されていることを前提としている。
【００４８】
以上のように、マンドレルを凸形状にすると、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることができ、さらに周長比差Δｒ／ｒｃを０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１２とすると、熱間圧延鋼板の平坦度を−２％から２％の範囲内にして、より向上させることができる。そして、コイルを精整工程に搬送して形状を矯正する必要がないレベルにまで平坦度を向上させることでき、その結果、製造コストを低廉化できるとともに、製造期間を安定化して短縮化することができる。また、精整工程で熱間圧延鋼板の表面に発生する疵を抑制して、製品の歩留まりを向上させることも可能となる。
【００４９】
＜対象とする熱間圧延鋼板＞
上述した本発明における平坦度向上方法は、マンドレルによって巻き取られる熱間圧延鋼板が未変態又は変態中の場合に特に有用である。例えば変態が終了した後に熱間圧延鋼板を巻き取ると、当該熱間圧延鋼板の形状は巻き取り時以上に悪化することはない。一方、マンドレルに巻き取られる熱間圧延鋼板が未変態又は変態中であれば、当該熱間圧延鋼板はさらに変形する可能性がある。この点、本発明のように、予めマンドレルを凸形状にしておくと、熱間圧延鋼板が未変態又は変態中であっても、当該熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることができる。
【００５０】
また、例えば変態完了後で７００℃以上の高温で熱間圧延鋼板を巻き取ると、クリープ現象により、当該熱間圧延鋼板が変形する場合がある。したがって、本発明の平坦度向上方法は、このような高温巻き取り時にクリープ現象が生じる場合にも有用である。
【００５１】
また、本発明の平坦度向上方法を適用する熱間圧延鋼板の寸法は特に限定されるものではないが、例えば、板厚が１．４ｍｍ〜６．０ｍｍ、板幅が６００ｍｍ〜１８００ｍｍである熱間圧延鋼板に有用である。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、熱間圧延工程においてマンドレルにより熱間圧延鋼板を巻き取ってコイルを製造する際に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１      熱間圧延設備
２      仕上圧延機
３      冷却装置
４      コイラー
５      ランアウトテーブル
６      板厚計
１０    ピンチロール
１１    シュート
１２    マンドレル
１３    ラッパーロール
２０    マンドレルセグメント
２１    ウェッジ
２２    スライドロッド
２３    ウェッジシャフト
２４    シリンダー部
２５    セグメントツバ部
２６    ウェッジアゴ部
２７    セグメント−ウェッジ部
Ｃ      コイル
Ｈ      熱間圧延鋼板
【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】
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【図８】
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【図９】
2020196293.tif 000012
【図１０】
2020196293.tif 000013
【図１１】
2020196293.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年7月13日(2021.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図１３は、周長差比に対する熱間圧延鋼板の耳波の急峻度を示すグラフである。図１３の横軸は、周長差比を示している。縦軸は、コイルの最内周において熱間圧延鋼板に生じる耳波の急峻度を示している。ここで、従来のように周長差比が０（ゼロ）の場合、これまでの実績から、熱間圧延鋼板に生じる耳波の急峻度は３％となる。図１３においても、周長差比が０（ゼロ）の場合の耳波急峻度は３％に示されている。一方、製品として熱間圧延鋼板が十分に平坦化されているといえる急峻度は２％以下となる。そこで、急峻度を−２％から２％となる範囲にするため、図１３のグラフより周長差比Δｒ／ｒｃは、０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１２（図中の網掛部分）にするのが良い。なお、周長差比０．０００２は耳波急峻度２％に対応し、周長差比０．０１２は耳波急峻度−２％に対応している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
また、製品として熱間圧延鋼板がより平坦化されていることが望ましいとの観点から、例えば急峻度を−１．８％から１．８％となる範囲にするため、図１３のグラフより周長差比Δｒ／ｒｃは、０．００１＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１０としても良く、より好ましくは、急峻度を−１．５％から１．５％となる範囲にするため、０．００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．００８としても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
さらに本発明者らは、凸形状は本実験のように台形形状に限らず、他の２次関数の形状、３次元関数の形状、４次元関数の形状であっても、周長差比Δｒ／ｒｃを０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１２とすると、上記効果と同様の効果を享受できることを確認している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
以上のように、マンドレルを凸形状にすると、熱間圧延鋼板の平坦度を向上させることができ、さらに周長差比Δｒ／ｒｃを０．０００２＜Δｒ／ｒｃ＜０．０１２とすると、熱間圧延鋼板の平坦度を−２％から２％の範囲内にして、より向上させることができる。そして、コイルを精整工程に搬送して形状を矯正する必要がないレベルにまで平坦度を向上させることでき、その結果、製造コストを低廉化できるとともに、製造期間を安定化して短縮化することができる。また、精整工程で熱間圧延鋼板の表面に発生する疵を抑制して、製品の歩留まりを向上させることも可能となる。
【国際調査報告】
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