JP6003871B2 - 鋼板の矯正方法及び矯正装置 - Google Patents

Description

本発明は、ローラレベラを利用して鋼板の幅方向の反りを矯正する鋼板の矯正方法及び矯正装置に関する。

近年、鋼板の平坦度に対する需要家の要求の高まりを受けて、鋼板の形状検査基準が厳格化してきている。このため、鋼板工場では、需要家の要求に応えるために、形状検査によって鋼板の平坦度を測定し、鋼板の平坦度が基準を満たさない場合、鋼板を矯正した後に鋼板を出荷するようにしている。鋼板の形状不良には、耳波（幅方向端部に発生する鋼板波）や中波（幅方向中央部に発生する鋼板波）等の平坦度不良、長手方向の反り（Ｌ反り）、及び幅方向の反り（Ｃ反り）等の種々の形態があり、これらの形状不良を矯正するために様々な矯正方法が提案されている。

厚鋼板の矯正方法としては、ローラレベラ矯正、プレス矯正、及び加熱矯正等の方法があり、その中でも処理時間が比較的短いローラレベラ矯正が実施されることが多い。ところが、ローラレベラは、鋼板の長手方向に沿って上下方向に千鳥状に配置された複数本のロール群から構成されており、ロール群によって鋼板を繰り返し曲げることにより鋼板の長手方向にのみ曲げひずみを付与する。このため、ローラレベラ矯正は、Ｌ反りの矯正に対しては効果的であるが、Ｃ反りの矯正には効果を奏しない。このような背景から、非特許文献１には、鋼板に３点曲げひずみを加えることによってＣ反りを矯正する技術が記載されている。

（社）日本塑性加工学会編、「矯正加工−板、管、棒、線を真直ぐにする方法−」、（株）コロナ社、１９９２年１月２０日、p.９１

非特許文献１記載の技術は、鋼板を曲げた後の除荷時に生じる弾性回復を見込んで矯正前の反り量に応じて最適な曲げ量を計算し、プレス矯正機によって鋼板に曲げひずみを付与してＣ反りを矯正する。しかしながら、プレス矯正は、矯正を必要とする箇所に対して逐一曲げひずみを付与して鋼板を矯正していく処理である。このため、非特許文献１記載の技術によれば、Ｃ反りを矯正するために多くの処理時間が必要となり、高い生産性を確保することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、多くの処理時間を要することなく鋼板の幅方向の反りを矯正可能な鋼板の矯正方法及び矯正装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る鋼板の矯正方法は、鋼板の長さ方向に沿って上下方向に千鳥状に配置された複数本のロールと、該ロールの幅方向のたわみ量を調整可能なロールクラウニング装置と、を備えるローラレベラを利用して鋼板の反りを矯正する鋼板の矯正方法であって、矯正後の鋼板の幅方向の反り量が最小になる前記たわみ量を適正たわみ量として算出し、算出された適正たわみ量を前記ロールに付与するように前記ロールクラウニング装置を制御することによって鋼板の幅方向に曲げひずみを付与するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼板の矯正方法は、上記発明において、鋼板の板厚ｔ、鋼板の降伏応力σ_ｅ、ローラレベラの入側から２番目のロールでの塑性変形率η、及びローラレベラの出側から２番目のロールでの圧下量Δｈを変数とする以下の数式（１）に示す関数ｆを用いて適正たわみ量Ｃｒを算出することを特徴とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る鋼板の矯正装置は、鋼板の長さ方向に沿って上下方向に千鳥状に配置された複数本のロールと、前記ロールの幅方向のたわみ量を調整可能なロールクラウニング装置と、矯正後の鋼板の幅方向の反り量が最小になる前記たわみ量を適正たわみ量として算出し、算出された適正たわみ量を前記ロールに付与するように前記ロールクラウニング装置を制御することによって鋼板の幅方向に曲げひずみを付与するロールクラウニング制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋼板の矯正方法及び矯正装置によれば、多くの処理時間を要することなく鋼板の幅方向の反りを矯正することができる。

図１Ａは、ローラレベラの構成を示す正面図である。 図１Ｂは、ローラレベラの構成を示す側面図である。 図２は、上下レベリングロールの幅方向に生じるたわみを説明するための模式図である。 図３は、上下レベリングロールを幅方向にたわませた状態で鋼板を通板している様子を示す模式図である。 図４は、鋼板の幅方向における上下レベリングロールのたわみ量と矯正後の鋼板のＣ反り高さとの関係を計算により求めた結果を示す図である。 図５は、矯正後のＣ反り高さに及ぼす矯正前のＣ反り高さの影響を示す図である。 図６は、板厚及び塑性変形率毎の適正たわみ量の一例を示す図である。

鋼板のＣ反りを矯正するためには、鋼板の幅方向に曲げひずみを加え、鋼板の幅方向の残留応力を低減させる必要がある。しかしながら、ローラレベラを利用した従来の鋼板の矯正方法は、レベリングロールの周面が鋼板の幅方向に沿って平行な状態で鋼板を通板し、鋼板の長手方向にのみ曲げひずみを加えていたために、Ｃ反りの矯正には効果を奏しなかった。このため、ローラレベラでＣ反りを矯正できなかった鋼板はプレス矯正や加熱矯正に送られ、目的の平坦度を得るまでに多くの処理時間が必要であった。

これに対して、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねてきた結果、レベリングロールを幅方向にたわませた状態で鋼板を矯正し、鋼板の幅方向に曲げひずみを加えることによって、ローラレベラであってもＣ反りを効果的に矯正できることを知見した。なお、本発明において用いられるローラレベラは、図１Ａ，１Ｂに示すような構成を有している。図１Ａ，図１Ｂはそれぞれ、ローラレベラの構成を示す正面図及び側面図である。

図１Ａ，図１Ｂに示すように、本発明において用いられるローラレベラ１は、鋼板Ｓが通過するパスラインに沿って上下方向に千鳥状に配置された複数の上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄを有し、上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄによって繰り返し曲げを付与することにより鋼板Ｓの形状不良を矯正するものである。上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄは、本発明に係るロールとして機能する。

上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄはそれぞれ、上下バックアップロール３Ｕ，３Ｄによって支持されており、さらに上下バックアップロール３Ｕ，３Ｄは一体の上下フレーム４Ｕ，４Ｄに支持されている。また、上フレーム４Ｕの上部には、上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの幅方向に沿って複数のウェッジ５が設けられている。

ウェッジ５は、矯正反力によって上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの幅方向に生じるたわみ（図２参照）を調整するため、上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの幅方向の圧下量を独立に調整する。ウェッジ５によって上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの幅方向の圧下量を調整することにより、図３に示すように、上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄを幅方向にたわませた状態で鋼板Ｓを矯正することができる。ウェッジ５は、本発明に係るロールクラウニング装置として機能する。

このローラレベラ１を利用して、鋼板Ｓを矯正する際には、上レベリングロール２Ｕ又は下レベリングロール２Ｄをフレームごと傾斜させ、入側の上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの間隔が出側の上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの間隔よりも狭い状態にして鋼板Ｓを通板する。入側及び出側の上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄによる圧下量はローラレベラ１の上部に取り付けられた入側及び出側の油圧シリンダ６により個別に設定することができる。

図４は、鋼板の幅方向における上下レベリングロールのたわみ量と矯正後の鋼板のＣ反り高さとの関係を計算により求めた結果を示す。計算条件として、鋼板の板厚ｔは１０、２０、３０ｍｍ、矯正前の鋼板のＣ反り高さを幅４０００ｍｍあたり１００ｍｍ、塑性変形率ηを８０％とした。

ここで、塑性変形率ηとは、鋼板Ｓの入側から２番目のレベリングロール（図１Ｂに示すレベリングロール＃２）で曲げが加わった際の鋼板の板厚方向の塑性変形域の割合であり、ローラレベラでの曲げの大きさを表す指標として一般的に用いられる指標である。

本計算で用いたモデルは、板厚方向及び板幅方向を要素に分割にしたスリットモデルであり、各要素における繰り返し曲げ変形挙動を解析的に解くものである。本計算では、矯正後の各要素における残留応力を計算し、計算された残留応力を反り高さに換算している。

図４に示すように、本計算によれば、いずれの条件においても、幅方向のロールたわみ量が０．０ｍｍである従来の矯正方法と比較して、上下レベリングロールを幅方向にたわませて矯正した後の鋼板のＣ反り高さが小さくなっている。また、矯正後のＣ反り高さがゼロになる幅方向のロールたわみ量に最適値があることが見出された。

一方、図５は、矯正後のＣ反り高さに及ぼす矯正前のＣ反り高さの影響を示す図である。図５に示すように、矯正前のＣ反り高さ１００ｍｍ及び１５０ｍｍのいずれの条件においても矯正後のＣ反り高さはほぼ同等であった。このことから、矯正前のＣ反り高さの影響は無視できることが知見された。これらの結果を踏まえて、本発明の鋼板の矯正方法では、以下に示すフローに従って鋼板を矯正する。

始めに、図６に示すように、板厚ｔ及び塑性変形率η毎の矯正後のＣ反り高さをゼロとする幅方向のロールたわみ量を適正たわみ量として算出する。具体的には、鋼板の板厚ｔ、鋼板の降伏応力σ_ｅ、ローラレベラの入側から２番目のレベリングロール（図１Ｂに示すレベリングロール＃２）での塑性変形率η、及びローラレベラの出側から２番目のレベリングロール（図１Ｂに示すレベリングロール＃８）での圧下量Δｈを変数とする以下の数式（２）に示す関数ｆを用いて適正たわみ量Ｃｒを算出する。実際の操業では、図６に示すデータより板厚ｔ及び塑性変形率ηに応じて適正たわみ量を出力データとすればよい。そして、上下レベリングロール２Ｕ，２Ｄの幅方向のたわみ量が適正たわみ量になるようにウェッジ５を制御する。この設定の状態で鋼板を矯正することによって、多くの処理時間を要することなく鋼板のＣ反りを矯正することができる。

本発明及び従来の矯正方法を適用して、Ｃ反りを有する鋼板を実際に矯正した後、各矯正方法で矯正された鋼板のＣ反り高さを測定した。鋼板の板厚は２０ｍｍ、鋼板の板幅は４０００ｍｍ、鋼板の降伏強度は４００ＭＰａであり、矯正前のＣ反り高さは幅４０００ｍｍあたり１００ｍｍであった。ローラレベラは、下５本、上４本のレベリングロール（直径２８０ｍｍ×胴長４８５０ｍｍ）を備えた最大許容荷重４２００トンのものであり、塑性変形率ηを７０％及び８０％として鋼板を矯正した。また、矯正後のＣ反り高さは定盤上で測定した。なお、本材料におけるＣ反り高さの形状検査基準は１０ｍｍ以下である。

塑性変形率ηが７０％である場合の本発明の矯正方法は、上下レベリングロールの幅方向のたわみ量を適正たわみ量である０．３０ｍｍとした条件（実施例１−１）で行った。また、従来の矯正方法は、たわみ量を０．００ｍｍとした条件（比較例１−１）及びたわみ量を０．５０ｍｍとした条件（比較例１−２）で行った。また、塑性変形率が８０％の場合も同様に、本発明の矯正方法は、上下レベリングロールの幅方向のたわみ量を適正たわみ量である０．１９ｍｍとした条件（実施例２−１）で行った。また、従来の矯正方法は、たわみ量を０．００ｍｍとした条件（比較例２−１）及びたわみ量を０．５０ｍｍとした条件（比較例２−２）で行った。

本発明及び従来の矯正方法により鋼板を矯正した場合における塑性変形率ηと上下レベリングロールの幅方向のたわみ量及び矯正後のＣ反り高さとを以下の表１に示す。表１に示すように、上下レベリングロールを適正たわみ量とした本発明の矯正方法（実施例１−１，２−１）では、Ｃ反り高さは形状検査基準を満足している。これに対して、従来の矯正方法である幅方向にフラットな状態でのロール矯正（比較例１−１，２−１）及びたわみ量が適正たわみ量よりも大きい場合（比較例１−２，２−２）では、Ｃ反り高さは形状検査基準を満足しておらず、鋼板の再矯正が必要であった。以上のことから、本発明の矯正方法を適用することによって、多くの処理時間を要することなく鋼板のＣ反りを矯正できることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ ローラレベラ
２Ｕ 上レベリングロール
２Ｄ 下レベリングロール
３Ｕ 上バックアップロール
３Ｄ 下バックアップロール
４Ｕ 上フレーム
４Ｄ 下フレーム
５ ウェッジ
６ 油圧シリンダ
Ｓ 鋼板

Claims (2)

1. 鋼板の長さ方向に沿って上下方向に千鳥状に配置された複数本のロールと、該ロールの幅方向のたわみ量を調整可能なロールクラウニング装置と、を備えるローラレベラを利用して鋼板の反りを矯正する鋼板の矯正方法であって、
   矯正後の鋼板の幅方向の反り量が最小になる前記たわみ量を適正たわみ量として算出し、算出された適正たわみ量を前記ロールに付与するように前記ロールクラウニング装置を制御することによって鋼板の幅方向に曲げひずみを付与するステップを含み、
   鋼板の板厚ｔ、鋼板の降伏応力σ _ｅ 、ローラレベラの入側から２番目のロールでの塑性変形率η、及びローラレベラの出側から２番目のロールでの圧下量Δｈを変数とする以下の数式（１）に示す関数ｆを用いて適正たわみ量Ｃｒを算出することを特徴とする鋼板の矯正方法。
   

   
2. 鋼板の長さ方向に沿って上下方向に千鳥状に配置された複数本のロールと、
   前記ロールの幅方向のたわみ量を調整可能なロールクラウニング装置と、
   矯正後の鋼板の幅方向の反り量が最小になる前記たわみ量を適正たわみ量として算出し、算出された適正たわみ量を前記ロールに付与するように前記ロールクラウニング装置を制御することによって鋼板の幅方向に曲げひずみを付与するロールクラウニング制御部と、を備え、
   前記ロールクラウニング制御部は、鋼板の板厚ｔ、鋼板の降伏応力σ _ｅ 、ローラレベラの入側から２番目のロールでの塑性変形率η、及びローラレベラの出側から２番目のロールでの圧下量Δｈを変数とする以下の数式（１）に示す関数ｆを用いて適正たわみ量Ｃｒを算出することを特徴とする鋼板の矯正装置。
   

   

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