JP6064673B2 - 部分圧延法により板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、効率的に板幅方向に板厚差を有する方向の差厚鋼板を製造することが可能な製造装置および製造方法に関する。

近年、自動車の燃費を向上させるために、軽量化が推進されている。軽量化の具体的な方法としては、部材の鋼種を薄手化かつ高強度なものに変更する方法や、鋼よりも比重の軽いアルミニウム合金やマグネシウム合金に変更する方法や、部材の板厚分布を許容される性能が確保できる限界まで減肉する方法などがある。

上述した方法のなかで、部材の板厚分布を付与した鋼板は一般に差厚鋼板と呼ばれている。差厚鋼板は例えば、長さ１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度、幅３００mm〜６００ｍｍ程度の材料に、例えば長さで両端から３００ｍｍまでは板厚２ｍｍ、中央部は板厚１．６ｍｍの凹型のもの（板厚差２水準対象型）や逆に長手方向で両端から３００ｍｍまでは板厚１．８ｍｍ、中央部は板厚２．０ｍｍの凸型のもの（板厚差２水準対象型）などや、板厚がテーパー状に変化したものや、板厚差多水準の対象および非対称型のものまで、用途に応じてさまざまな種類がある。

このような長手方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法としては、圧延機を用いて圧延中にロールギャップを操作（圧下位置を操作）して製造されている（例えば特許文献１）。

また、板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法としては熱間タンデム圧延機で製造する方法が、例えば特許文献２に開示されているが、このように板幅方向に板厚差の分布が非対称的に存在する場合にはキャンバーが発生するので、バッチ圧延ではコイル先端からは圧延できず、コイル先端が巻き取りリールに巻かれてからワークロールを斜動させて製造するか、連続圧延にしてコイル接合部から斜動させて製造する等などの制約が生じる。前者は、最終スタンドから巻き取りロールまで数十メートルの距離があるので歩留り落ちが大きいし、後者は、上流で熱間コイルを接合して連続化するための装置が必要となり、設備コストの増大を招く。

特開平３−２８１０１０号公報 特開平４−８４６０７号公報

上述のように圧延機を用いて差厚鋼板を製造する方法を、ここでは、圧延法による差厚鋼板の製造方法と呼ぶ。
圧延法による差厚鋼板の製造方法において、差厚鋼板の板厚分布において、板厚部の異なる部分の長さは一般に短いので、圧延機出側の板厚を測定してロールギャップを制御し、所望の差厚鋼板を製造することは、ロールバイト出口から板厚測定器までの距離による無駄時間が生じる影響があるために困難である。また、入側板厚および入側速度と出側速度を検出し、マスフロー一定則を用いて圧延機出側の板厚を推定し、その値を元にロールギャップを制御し、所望の差厚鋼板を製造することは、トラッキングの精度や、幅広がりの影響、および板厚と板速度検出器の設置による設備コストの上昇等の問題がある。

従って、予め実験を行いロールギャップ（圧下位置）と板厚との関係を求め、ワークロールの回転数を高精度に求めて圧延長を推測し、推測された圧延長をもとに、所望の板厚になるように前記ロールギャップを制御する方法（プリセット圧延方法と呼ぶ）が一般的である。

上述のプリセット圧延方法の代わりに、予め実験を行って、ミルの変形特性を求め、圧延時の圧延荷重を測定し、ミルの変形特性と測定された圧延荷重からロールバイト出口の板厚を推定し、上述した推測された圧延長に基いて、所望の板厚になるように前記ロールギャップを制御する方法（絶対値圧延方法と呼ぶ）もある。

これらのプリセット圧延方法および絶対値圧延方法では、材料は冷延焼鈍材や熱延酸洗材や熱延材であり、常温で圧延される。圧延法の生産性を高くする（生産速度を速くする）ためには、高応答なロールギャップ制御が必要であり、従って高応答な油圧圧下装置が必須となる。油圧圧下装置は高価なため、設備コストが高くなり、製造コストを増大させるという問題を招く。これらの圧延法による製造方法は、板幅３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度のスリット材で圧延されるため、少量多品種の生産には適しているもの、大量少品種の生産には製造コスト面（製造速度の面）の問題があった。
このため、上述した大量少品種の差厚鋼板を安く製造したいという要望があった。

一方、圧延法により製造された差厚鋼板は、圧延方向に圧下率が異なるので、圧延されたままでは材質にバラツキが生じる。この材質のバラツキをなくすために、必要に応じて熱処理し、さらに必要に応じて表面にメッキ等が施される。この後プレス成形やホットプレス成形が行われて、自動車用の部材が作成される。

本発明は多品種の差厚鋼板を安く製造することがき、かつ、板幅方向に板厚差のある差厚鋼板を製造することが可能な差厚鋼板の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を行い、長手方向にロールギャップを制御しなくても、ワークロールの幅方向に部分的に圧下するロールプロフィルを付与し、かつ、部分的に圧延をすることによって、板幅方向に所望の板厚差を有する差厚鋼板を効率的に製造可能な装置および圧延方法を見いだした。

上記知見に基づく本発明によれば、
（１）一つのハウジング内に、板幅方向に一つあるいは二つの対称位置に金属ストリップを幅方向に部分的に接触するロールプロフィルを有する小径の無駆動のワークロールと、金属ストリップを幅方向に全幅に亘って接触するロールプロフィルを有する大径の駆動ワークロールと、これらの該小径の無駆動ワークロールを支持するバックアップロールからなるユニットを、該ハウジング内に複数設置したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。

（２）上記(１)記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置を、少なくとも１つ以上直列に配置すると共に、該装置の上流に、コイル状の金属ストリップを巻き戻す巻き戻し機と、該装置の下流に、部分圧延された該金属ストリップをコイル状に巻き取る巻き取り機とを具備したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。

（３）上記(１)または(２)記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置において、該金属ストリップを幅方向に部分的に接触するロールプロフィルを有する小径の無駆動のワークロールを、ベアリングを有する幅Ｗ１の一つ以上のスリーブワークロールと、該スリーブワークロールの位置を固定し支持する芯となるロール軸とから構成したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。

（４）上記（３）記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置のスリーブワークロールを圧延上流から下流に向かって対称にかつ該金属ストリップの中央から板端に向かって配置したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。

（５）上記（４）記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置において、該スリーブの幅Ｗ１を、該金属ストリップの幅Ｗ０の１／１０以下とし、かつ、該スリーブの両端に１５度以上５０度以下のテーパーを付与し、かつ非テーパー部の該スリーブのオーバーラップ量が５ｍｍ以上となるように配置し、かつ、該スリーブワークロールで部分圧延される圧下率を１パス当たり２０％以下とすることを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。

（６）上記（５）記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法において、各ユニットの上流に、該ワークロールおよび金属ストリップを冷却、かつ、潤滑するための潤滑油を供給することを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。

（７）上記（５）又は（６）記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法において、該大径の駆動ワークロールを、ヤング率３００ＧＰａ以上の外層を有するロールとすることを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法、
である。

本発明によれば、板幅方向に板厚差のある差厚鋼板を、効率的に製造することを可能とする差厚鋼板の製造装置および製造方法を提供することができ、例えば、自動車用鋼板素材として利用した場合、低コストで安定した品質の軽量素材を提供することができる。

本発明の差厚鋼板の製造装置の１例を示す図である。 本発明の差厚鋼板の製造方法における圧下スケジュールを示す鋼板断面図である。 本発明の差厚鋼板の製造装置におけるブロックミル内の１ユニットを示す見取り図である。 本発明の差厚鋼板の断面の一例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。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構成要素については、同一の符号を付することにより、重複説明を省略する。

図１は本発明の圧延装置の一例を示す図である。
図１において、金属ストリップＳはコイル状に巻かれており、巻き戻し機１に装着される。該巻き戻し機１の下流にはテンションロール２が配置され、金属ストリップＳに付加される張力を検出し、目標とする張力になるように、巻き戻し機１のモータ電流が制御される。テンションロール２の下流には２台のブロックミル３a、３ｂが配置されている。

上流側のブロックミル３ａ内には、メインフレーム１０ａと、メインフレーム内に、一つのハウジング内に板幅方向に一つあるいは二つの対称位置に、金属ストリップを、幅方向に部分的に接触するロールプロフィルを有する小径の無駆動のワークロール５と、金属ストリップを幅方向に全幅に亘って接触するロールプロフィルを有する大径の駆動ワークロール６と、該小径の無駆動のワークロール５を支持するバックアップロール７、８からなるユニット４が６個（４ａ〜４ｆ）納められている。各ユニットの上バックアップロールチョック上部には、各ユニットに圧延力を付加する圧下装置９が配備されている。図１には、上流側のブロックミル３ａ内の最上流側のユニット４ａについて、ワークロール５，６〜圧下装置９について、添え字ａを付加して示している。下流側のブロックミル３ｂについても、同様のユニットが複数配置されている。

３a、３ｂのブロックミルにおける各ユニットの上流から下流に亘って、板幅方向に一つあるいは二つの対称位置に金属ストリップを幅方向に部分的に接触するロールプロフィルを有する小径の無駆動のワークロール５、駆動ワークロール６及びバックアップロール７，８は図３のように配置されている。図３は、ユニット４ｆにおけるロール群の配置関係を示す。

図示していないが、ブロックミルの駆動ワークロール６にはスピンドルが連結されておりギアを介して一つのモータで駆動される。またワークロールの周速度は下流になるにつれて数％速くなるように設計されている。さらに、図示していないが各ユニットの入側で圧延潤滑油（鉱物油系の圧延潤滑油１００％）が供給されている。

ブロックミルの下流にはテンションロール１１と巻き取り機１２が配備されており、圧延された金属ストリップＳはコイル状に巻き取られる。テンションロール１１にて金属ストリップに付加される張力を検出し、目標とする張力になるように巻き取り機のモータ電流が制御される。

図１に示した装置を用いて、探索実験を行った。
金属ストリップＳは６０キロハイテンと呼ばれる引っ張り強さが６００ＭＰaの材料であり、板厚３ｍｍ、板幅１９００ｍｍの熱延・酸洗材である。この材料を図４に示す板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板に仕上げる。
小径ワークロールのロール径は５０ｍｍであり、幅は１２０ｍｍである。但し、両端から１０ｍｍは角度４５度でテーパ加工が施されている。この小径の無駆動のワークロール５はベアリングを有しているスリーブワークロール５１であり、このスリーブワークロールは、該スリーブワークロールの位置を固定して支持する、芯となるロール軸５２にセットされている（図３参照）。
このワークロールを支えるバックアップロール７，８は直径１００ｍｍであり、下側の駆動ワークロール６は直径２００ｍｍ、胴長２２００ｍｍである。

本発明では、圧下した部分の大半の材料が板幅方向に移動する必要がある。このため、上記ユニットの１つだけに、１つのスリーブロールを付け、スリーブロールの胴長だけを変えて部分圧延して調査した結果、材料幅の１／１０以下であると圧下率２０％程度までは圧下した部分の大半の材料が板幅方向に移動するが、それよりも大きいと圧下した部分の大半の材料が圧延方向に移動して座屈が生じることが分かった。このため、スリーブロールの胴長は材料幅の１／１０以下とした。

また、１パス当たりの圧下率を大きくすると圧延部と非圧延部との境界における剪断応力が大きくなり、材料が割れる（分離する）ため、１パスあたりの圧下量は２０％以下とした。
上記限界圧下率は、テーパー角度にも依存するが、幅方向の材料移動の容易性と、非分離性を考慮して、該スリーブの両端に１５度以上５０度以下のテーパー部を設けるのが好ましいことを見いだした。また品質（板厚精度）から、非テーパー部の該スリーブのオーバーラップ量を５ｍｍ以上とすることが好ましいことも見いだした。

さらに、下側の駆動ワークロール６の材質をヤング率３００ＧＰａ以上の超硬とすることにより、接触長が短くなって、圧延荷重は低減するので、ブロックミルのサイズをコンパクトにできることを見出した。

なお、この効果を得るためには、駆動ワークロール全体を超硬にする必要はなく、外層のみを超硬にしても同等であり、ワークロールのコスト低減を図ることができる。

また、上側ワークロールの数や位置を調整することにより、様々なプロフィールの差厚鋼板を製造することが可能である。
なお、図１では、ブロックミルを２つ配置した例を示しているが、製造する差厚鋼板の寸法により、１つまたは３つ以上配置してもよい。

（実施例）
図１に示した装置を用いて図４に示す板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板を製造した。素材等は上述した差厚鋼板のサンプルをした条件と同じであり、本発明で製造する長手方向に板厚差を有する差厚鋼板の寸法も上述した条件と同じである。

本発明の実施例では、上流のブロックミルにて各ユニットの圧下率が１６．６％にあるように圧下装置を制御して圧延し、下流のブロックミルにて各ユニットの圧下率が２０％になるように圧下装置を制御して圧延した。本発明では圧延速度１００ｍ／ｍｉｎで製造することができた。
従来技術でも作成できたが、電動圧下の高速圧下速度が３００μｍ／ｓｅｃであるため、上述したテーパー部の長さを５０ｍｍの間に収めるために、圧延速度は約１．５ｍ／ｍｉｎまでに制限された。

本発明によれば、幅出し圧延工程を経ずに、或いはその一部を省略して圧延方向に板厚差のある差圧鋼板を、少ないパス数で製造することができ、少品種多量の差厚鋼板を、低コストで効率よく生産することが可能となり、産業上の意義は大である。

１ 巻き戻し機
２，１１ テンションロール
３ａ，３ｂ メインフレーム
４ａ〜４ｌ ユニット
５ａ〜５ｌ （小径無駆動）ワークロール
５１ スリーブロール
５２ ロール軸
６，６ａ （大径駆動）ワークロール
７，７ａ，８，８ａ バックアップロール
９ａ 圧下装置
１０ａ，１０ｂ メインフレーム
１２ 巻き取り機

Claims (7)

1. 一つのハウジング内に、板幅方向に一つあるいは二つの対称位置に金属ストリップを幅方向に部分的に接触するロールプロフィルを有する小径の無駆動のワークロールと、金属ストリップを幅方向に全幅に亘って接触するロールプロフィルを有する大径の駆動ワークロールと、これらの該小径の無駆動ワークロールを支持するバックアップロールからなるユニットを、該ハウジング内に複数設置したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。
2. 請求項１記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置を、少なくとも１つ以上直列に配置すると共に、該装置の上流に、コイル状の金属ストリップを巻き戻す巻き戻し機と、該装置の下流に、部分圧延された該金属ストリップをコイル状に巻き取る巻き取り機とを具備したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。
3. 請求項１または２記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置において、該金属ストリップを幅方向に部分的に接触するロールプロフィルを有する小径の無駆動のワークロールを、ベアリングを有する幅Ｗ１の一つ以上のスリーブワークロールと、該スリーブワークロールの位置を固定し支持する芯となるロール軸とから構成したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。
4. 請求項３記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置におけるスリーブワークロールを、圧延上流から下流に向かって対称に、かつ、該金属ストリップの中央から板端に向かって配置したことを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置。
5. 請求項４記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造装置において、該スリーブの幅Ｗ１を、該金属ストリップの幅Ｗ０の１／１０以下とし、かつ、該スリーブの両端に１５度以上５０度以下のテーパーを付与し、かつ非テーパー部の該スリーブのオーバーラップ量が５ｍｍ以上となるように配置し、かつ、該スリーブワークロールで部分圧延される圧下率を、１パス当たり２０％以下とすることを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。
6. 請求項５記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法において、各ユニットの上流に、該ワークロールおよび金属ストリップを冷却、かつ、潤滑するための潤滑油を供給することを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。
7. 請求項５又は６記載の板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法において、該大径の駆動ワークロールを、ヤング率３００ＧＰａ以上の外層を有するロールとすることを特徴とする板幅方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造方法。

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