トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き

【発明の名称】 調質圧延機
【発明者】 【氏名】白石 利幸

【氏名】明石 透

【氏名】高濱 義久

【要約】 【課題】圧延機出側の張力が低張力でも圧延機出側のタッチロールの押し付け角度小さくてもクロスバックルの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することが可能な調質圧延、圧延機入側の張力が低張力でも圧絞りの発生しない安定した調質圧延を可能とする

【解決手段】1基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機11において、前記1基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第1圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロール41,42を配置するとともに該タッチロール41,42に付与するスパイラル角(θ:deg)を、圧延方向に対し、5度以上30度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって連続したスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
1基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記1基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第1圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに、該タッチロールに付与するスパイラル角(θ:deg)を、圧延方向に対し5度以上30度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって連続したスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする調質圧延機。
【請求項2】
1基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記1基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第1圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに、該タッチロールに付与するスパイラル角(θ:deg)を、圧延方向に対し5度以上30度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって不連続のスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする調質圧延機。
【請求項3】
該タッチロールの溝の幅が10μm以上、深さが50μm以上、密度がワークロールの胴長方向に1本/cm以上であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の調質圧延機。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は調質圧延機に関し、圧延機出側の張力が低張力でも圧延機入側または出側のタッチロールの押し付け角度が小さくてもクロスバックルの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することが可能な調質圧延機、または、圧延機入側の張力が低張力でも圧絞りの発生しない安定した調質圧延を可能とする調質圧延機に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、板厚の薄い金属ストリップを調質圧延する際には、クロスバックルと呼ばれる形状不良が発生しやすいことが知られている。クロスバックルが発生すると光沢ムラが生じて2次加工後の製品外観不良を招くのでこのような金属ストリップは、格落ち製品で出荷するか、伸び率や板厚に余裕があれば再度調質圧延を行うかで対処するしかない。
【0003】
また、一般に、板厚の薄い金属ストリップを調質圧延する際には、絞りと呼ばれる形状不良が発生しやすいことが知られている。絞りが軽い場合にはワークロールに絞りマークが発生して圧延後の金属ストリップ表面に転写される。さらに、絞りが酷くなるとロールバイト入側で金属ストリップが座屈して2枚重ねの様な状態でロールバイトに導入されるため板破断や部分的な破断が生じる。絞りが発生すると、軽い場合には表面疵が生じて2次加工後の製品外観不良を招くのでこのような金属ストリップは格落ち製品で出荷するか、廃棄するかの何れかで対処するしかない。また、絞りが発生すると圧延機を止めてワークロールの交換やさらに破断した場合には、圧延した材料の処理や通板処理などがさらに必要となるために生産性が著しく低下する。
【0004】
調質圧延時のクロスバックルについての研究は広く行われており、クロスバックルの防止方法としては例えば、1)前方張力を大きくする、2)摩擦係数を小さくする、3)圧下率を小さくする、4)引き出しロールを設置する、5)ワークロールをクロスする、6)ワークロールを往復摺動する、7)異周速圧延をすることが有効であることを示している(非特許文献1)。
【0005】
前方張力を大きくする方法としては、張力を変形抵抗の1/4以上付与し、かつ圧下率を6.5%以上とする圧延方法(特許文献1参照)が有効ではある。また、引き出しロールについては、ワークロールの出側に設けた補助ロールをパスラインから押し上げるか又は押し下げて、鋼帯のワークロールおよび補助ロールとの接点間距離を100mm以下にして圧延する方法(特許文献2参照)が有効である。
【0006】
また、へリングボーンの発生を防止し、形状性の優れた製品を得るために、冷間圧延のワークロールを螺旋状に研磨したものが特許文献3に開示されている。また、テンションメータロールの汚れ防止及びロールの耐摩耗性の向上を目的として、冷間圧延機のテンションメータロールの表面にスパイラル状の溝を形成したものが特許文献4に開示されている。
【非特許文献1】圧延百話、鈴木弘著 養賢堂発行 「第66話 クロスバックル防止の基礎理論」、357〜363頁
【特許文献1】特開2004−122210号公報
【特許文献2】特開2001−259703号公報
【特許文献3】特開平5−138204号公報
【特許文献4】実開平7−15114号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、前方張力を大きくすると板破断が生じやすいという問題や、例えば1スタンドの場合には出側張力を大きくすると調質圧延機とブライドルロール間およびブライドルロールと巻き取りリール間での張力差が大きくなるため、調質圧延機とコイル巻き取り機との間に大掛かりな張力付加装置が必要となる。
【0008】
また、調質圧延時の粗度転写にはある程度以上の荷重と伸び率が必要であり、張力を上げると圧延荷重が下がるので、圧下率を増大させるかロール粗度を粗くする必要が出てくる。
【0009】
また、上記特許文献2は、反りの発生を新たに招くこととなる。反りの発生に関しては、異周速圧延も同様である。
【0010】
また、ワークロールをクロスさせるには大掛かりな設備投資が必要であり、上下ワークロールで摩擦係数が異なった場合には蛇行を生じさせることとなる。また、ワークロールを往復摺動させる方法では方向が反転する際に通常圧延となりその際にクロスバックルが発生する恐れがある。
【0011】
調質圧延時の絞りについては、形状制御能力に優れた圧延機を用いるか、入側張力と出側張力を大きくする程度の対策しかない。形状制御能力の優れた圧延機導入には大きな設備投資が必要であるし、入・出側の張力増大は板破断等の問題を新たに引き起こすこととなる。
【0012】
また、特許文献4に記載されているテンションメータロールには、駆動機構を有することが記載されていない。駆動機構を有さないテンションメータロールでは、抵抗がある場合(即ち、僅かながらでもテンションロールメータの周速度が金属ストリップよりも遅い場合)にはせん断力は板端から板中央に向かって働き、金属ストリップが幅方向に変形する際の抵抗になり、座屈を助長するという問題を有する。また、テンションロールメータと金属ストリップ速度が同じである場合には金属ストリップとテンションロールメータ間の相対すべりは発生しないので、板中央から板端へのせん断力は発生せず、板端から板中央への力が働く際の抵抗力を生じさせるだけであり、この場合にはテンションメータロールの粗度が粗ければ良いのでスパイラル状に加工する必要性は基本的には無い。但し、該特許はテンションロールメータと金属ストリップ間に溜まる油をテンションロールメータに施したスパイラル状の溝に沿って排出することによりテンションロールメータ間と金属間の摩擦係数を確保してスリップを防止という面では有益であるのは言うまでも無い。
【0013】
本発明は調質圧延機に関し、圧延機出側の張力が低張力でも圧延機出側のタッチロールの押し付け角度小さくてもクロスバックルの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することが可能な調質圧延機、または、圧延機入側の張力が低張力でも圧絞りの発生しない安定した調質圧延を可能とする調質圧延機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】
【0014】
上記課題を解決するために、本発明の調質圧延機は、1基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記1基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第1圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに該タッチロールに付与するスパイラル角(θ:deg)を、圧延方向に対し5度以上30度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって連続したスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする。あるいは、1基または複数基の圧延スタンドから成る調質圧延機において、前記1基の圧延スタンドまたは複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第1圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に圧延後の金属ストリップに接触しかつ駆動するタッチロールを配置するとともに該タッチロールに付与するスパイラル角(θ:deg)を 圧延方向に対し5度以上30度以下として、タッチロールの幅方向中央からロール両端に向かって不連続のスパイラル状の溝を付与したことを特徴とする。さらに、該タッチロールの溝の幅が10μm以上、深さが50μm以上、密度をワークロールの胴長方向に1本/cm以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明の調質圧延機では、圧延機出側の張力が低張力でもクロスバックルや反りの発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造することや圧延機入側の張力が低張力でも絞りや板破断の発生しない良好な品質の金属ストリップ製品を効率的に製造するが可能となり、生産性の向上と製造コストの低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
図1は、本発明を説明するための概念図である。図1に示してある様に金属ストリップSは、回転駆動し、かつ、ロール表面にロール幅方向中央からロール両端に向かってスパイラル状のマークを付与したタッチロール41またはタッチロール42の少なくとも一方を用いて調質圧延機(図示しない)にて調質圧延されている。このスパイラル状のマークは、圧延方向に対し(図では鉛直方向に対する角度であるが、圧延方向に対する角度と同じ)、θの角度でつけられている。圧延時にはこのスパイラル状のマークがタッチロール41、42中央からタッチロール41、42両端に広がるように移動するため、調質圧延時の金属ストリップSには板中央から板両端に向かって働くせん断力τが作用する。このせん断力により、幅方向の座屈が防止されるので、圧延機出側に該タッチロール42を設置した場合には、ロールバイト入・出口の金属ストリップの幅方向の広がりを拘束することによって発生するクロスバックルを防止し、圧延機入側に該タッチロール41を設置した場合には絞りを防止することが可能となる。
【0017】
この効果を明らかにするために、図2に示す調質圧延機11を用いて実験を行った。図2において、この調質圧延機11の上流には連続焼鈍設備が配置されており、熱処理されて上降伏点及び下降伏点のある金属ストリップSが連続して供給されている。また、図示していないが、この調質圧延機11の下流には、調質圧延機11で圧延された金属ストリップSの表面を観察する観察台、さらにその下流には圧延された金属ストリップSを切断する切断機および調質圧延された金属ストリップSをコイル状に巻き取る巻き取りリールが配置されている。調質圧延機11は、1基の圧延スタンドから構成されており、この例では4重圧延機である。圧延機は直径550mm、胴長2200mmのワークロール16〜17および直径1600mm、胴長2200mmのバックアップロール21〜22から構成されている。また、ワークロール16〜17にはスピンドル(図示しない)が連結されており、電動機(図示しない)によって駆動されている。
【0018】
形状制御手段として上下ワークロールチョック(図示しない)を支点として上下ワークロール16〜17の垂直方向の撓みを制御するためのインクリースおよびディクリースベンダー力を付与することが可能なワークロールベンダー51が具備されている。
【0019】
上バックアップロールチョック(図示しない)の上部には、圧延荷重検出装置36が配置され、ワークサイドおよびドライブサイドの荷重が検出される。また、圧延荷重検出装置36の上部には電動圧下装置37が配置されており、金属ストリップSを圧延する際のパスライン調整が行われる。さらに、下バックアップロールチョック(図示しない)の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置31が配置されている。
【0020】
調質圧延機11の入側に入側ブライドルロール61が調質圧延機の出側に出側ブライドルロール62が配備されている。図示していないが、これらの入・出側ブライドルロール61〜62にはスピンドル(図示しない)が連結されており、電動機(図示しない)によって駆動され、調質圧延機11入側および出側の張力を目標値に制御している。なお図示していないが、入・出側ブライドルロール61〜62にはパルスジェネレータ(以降PLGと記す)が取り付けられており、湿式調質圧延機11前後の金属ストリップSの板速度を検出して、伸び率は測定されている。
【0021】
また、湿式調質圧延機11の入側および出側に、直径360mm、胴長2500mmのタッチロール41、42が配置されている。タッチロール41、42は、組み替えることにより通常の表面仕上げのタッチロールと、図1に示したようなロール幅方向中央からロール両端に向かって角度θでスパイラル状のマークが付与されているタッチロールに換えることができる。また、図示していないが、タッチロール41および42には電動機が連結されて回転駆動している。さらに、図示していないが、タッチロール41および42と電動機間に電磁クラッチが設置されており、該タッチロール41,42の駆動および非駆動が選択できるようになっている。なお、調質圧延機11の入・出側張力はそれぞれタッチロール41およびタッチロール42に取り付けられた荷重検出器によって検出されている。図示していないが、調質圧延機11の出側にはX線板厚測定装置が配備されており、調質圧延後の板厚がモニターされている。図示していないが、圧延機入側には圧延潤滑油を供給する潤滑供給ノズルが設置されており、圧延潤滑を必要に応じて供給できるようになっている。
【0022】
この圧延機を用いて実験を行い、クロスバックルに及ぼす張力とスパイラル角度の影響を調査した。潤滑は無潤滑と潤滑(水溶性潤滑油、濃度1%エマルション、常温)で行った。材料は低炭素鋼で、板厚は0.3mm、板幅は1200mmである。伸び率は無潤滑では0.8〜1.5%、潤滑有りでは伸び率4〜10%、入側張力は50〜200MPa、出側張力は50〜200MPa、圧延速度は500m/minである。
【0023】
上記スパイラル状の溝は旋盤加工で作製しても良いし、レーザー加工で作製しても良い。
【0024】
事前の実験ではどちらの加工法でも同じ効果が得られた。但し、レーザー加工の方が、旋盤加工後の表層に近い溝角部のコーナー処理などを要しないし、潤滑圧延後の油溜まりを形成しにくいのでより好ましい。
【0025】
図3のa)に、θとクロスバックルが発生しない出側張力の最小値との関係の一例を、図3のb)にθと絞りが発生しない入側張力の最小値との関係の一例を示す。図3より、θが5度以上になるとクロスバックルや絞りが発生しない張力レベルが低くなること、また、θが30度を超えるとその効果は飽和すること。また、タッチロールを駆動しないとその効果はほとんど無いことが明らかになった。また、これらの効果を得るためには、該タッチロールの溝の幅が10μm以上、深さが50μm以上、密度をワークロールの胴長方向に1本/cm以上必要なことが判明した。該タッチロールの溝の幅、深さ、密度の上限は特に定めることなく本発明の効果を得ることができるが、経済的に効果を得るためには、それぞれ、幅:900μm以下、深さ:500μm以下、密度:20本/cm以下とすることが好ましい。
【0026】
なお、幅方向中央からロール両端に向かってスパイラル状の溝を付与したタッチロールは、調質圧延機11の入側と出側の少なくとも一方に設置すれば良い。圧延機出側にタッチロール42を設置すれば、クロスバックルの発生を防止でき、圧延機入側にタッチロール41を設置すれば絞りを防止できる。例えば圧延機出側のみにタッチロール42を設置し、圧延機入側にはタッチロール41を設置しない、圧延機入側のみにタッチロール41を設置し、圧延機出側にはタッチロール42を設置しない、あるいは、圧延機出側にタッチロール42を設置し、圧延機入側にタッチロール41を設置する、といった態様が可能である。また、圧延機出側にタッチロール42を設置し、圧延機入側にタッチロール41を設置した場合、圧延機出側のタッチロール42と圧延機入側のタッチロール41の一方を、スパイラル状の溝を付与していない通常の表面仕上げのタッチロールとしても良い。また、タッチロール41,42の表面に付与されるスパイラル状の溝は、連続状、不連続状のいずれでも良い。更に、図2に示す調質圧延機11では、1基の圧延スタンドのみを示したが、複数基の圧延スタンドを有していても良い。複数基の圧延スタンドを有する場合、それら複数基の圧延スタンドのうちの少なくとも第1圧延スタンドの入側と出側の少なくとも一方に幅方向中央からロール両端に向かってスパイラル状の溝を付与したタッチロールを設置すれば良い。
【実施例】
【0027】
図2に示した調質圧延機を用いて、圧延試験を行った。
潤滑は無潤滑であり、材料は低炭素鋼で、板厚は0.3mm、板幅は1200mmである。伸び率は1.0%、圧延速度は500m/minである。本発明例では、レーザー加工によりタッチロールに付与する連続溝のスパイラル角(θ:deg)を、圧延方向に対し20度として、タッチロールの溝の幅:150μm、深さ:30μm、密度:ワークロールの胴長方向に10本/cmとした。比較例(従来技術)として、タッチロールに溝を付与しないで試験を行った。
【0028】
【表1】


【0029】
表1に実施結果を示す。従来技術では入・出側張力を大きくとらなければ、クロスバックルや絞りは防止できなかったのに対し、本発明では入・出側張力が小さくてもクロスバックルや絞りは発生しなかった。また、従来技術(条件1)と本発明(条件10)でそれぞれ200本のコイルを圧延した結果、板破断は従来技術が8回発生したのに対し、本発明では0回であった。従って、板破断を防止でき、かつクロスバックルや絞りの発生しない製品を安定して製造することができ、生産性の向上と製造コストの低減が可能となった。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明は、金属ストリップの調質圧延に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明を説明するための概念図である。
【図2】本発明の調質圧延機の模式図を示す。
【図3】クロスバックルと絞りに及ぼすスパイラル角の関係を示す図である。
【符号の説明】
【0032】
11 湿式調質圧延機
16〜17 ワークロール
21〜22 バックアップロール
31 油圧圧下装置
36 圧延荷重検出装置
37 電動圧下装置
41〜42 タッチロール
51 ワークロールベンダー
61〜62 ブライドルロール
S 金属ストリップ
【出願人】 【識別番号】000006655
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
【出願日】 平成18年11月6日(2006.11.6)
【代理人】 【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司

【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男

【識別番号】100095957
【弁理士】
【氏名又は名称】亀谷 美明


【公開番号】 特開2008−114268(P2008−114268A)
【公開日】 平成20年5月22日(2008.5.22)
【出願番号】 特願2006−300467(P2006−300467)