JP6428660B2 - 異型鋼板の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚板圧延において、長手方向で厚さの異なる異型鋼板の圧延方法に関する。

厚板の製造に当たっては、１枚のスラブに、同じ板厚となる複数の製品厚板を割り当てて圧延するのが一般的である。同じ板厚の製品厚板を割り当てたスラブにおいて、被圧延材の切断精度のバラツキ、圧延精度のバラツキの結果、必要な製品厚板の長さが確保できない場合がある。このような場合、一般的には最終切断した製品厚板の長さ不足で不合格となる。そこで、被圧延材のトップ端およびボトム端に余長部を付与することで予め歩留を低く設定すると、前記長さ不足による不合格率を低減できる。歩留と被圧延材の長さ不足による不合格率はトレードオフの関係であるため、一般的にはトータルロスが最小となるような歩留設定をしている。

製品厚板の組み合わせの自由度を増すことや、ＬＰ鋼板を製造するため、長手方向で被圧延材の板厚が異なるように圧延する異厚圧延（テーパーパス）が行われている。テーパーパスにおいても、所望の製品が採取できるように適切な余長部を確保する必要がある。

下記特許文献１において、長手方向の予定断面積と実側断面積の比較に基づいて余長部を計算する技術が提案された。しかし、実際の圧延の誤差による余長部の長さ不足が発生する問題がある。そこで、下記特許文献２において、厚肉部形成時に演算した前記厚肉部の実側断面積に基づいて薄肉部の余裕長を演算し、当該薄肉部の余裕長に応じて前記厚肉部及び前記薄肉部に余剰側断面積が配分されるように計算する技術が公開されている。

特開平１１−１４７１０２号公報 国際公開ＷＯ２０１４／１５６０４５号公報

特許文献１〜２に開示の技術においては、圧延中にロールギャップを変更するテーパーパス（特許文献１〜２では「二次圧延」と記載）が１パス分の余長部計算を行っている。確かに、テーパーパスが１パスのみという制限下であれば、上記特許文献１〜２に開示の技術により求めた余長部に基づき異厚圧延をすればよい。

しかし、一回のテーパーパスでは所望のテーパーが得られない場合、例えば圧肉部と薄肉部の板厚差が大きい場合やテーパー勾配が大きい場合等、２パス以上のテーパーパスが必要となる場合がある。橋梁支持物など異なる板厚の鋼材を組み合わせて設計するものにおいては、所望のテーパーを実現できれば材料ロスを小さくできる。

２パス以上のテーパーパスにおいては、被圧延材のトップ端、ボトム端の厚さの変更を伴うことから、両端の余長部の長さが計算のとおりにならず、余長部の過不足を招くという課題がある。特に、板厚が厚い側の余長部はその長さが不足しがちであり、板厚が薄い側の余長部はその長さが過剰となりがちである。

また、テーパーパスに限らず、圧延中に被圧延材の温度が低下することによる熱収縮も、両端の余長部の長さが計算のとおりにならない原因になっている。

例えば、上記熱収縮に関して、温度変化による寸法の変化βは線膨張係数αを用いて求めることができる。熱間圧延における温度変化Ｔ（℃）が２００℃、線膨張係数α＝１６．６×１０^−６のとき、β＝１＋αＴを解くと、余長部の長さに約０．３％の誤差が生じうることとなる。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、２パス以上のテーパーパスを含む圧延において、最終テーパーパス完了時に所望の余長部を得ることができる異型鋼板の圧延方法を提供することである。

本発明者は上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、余長部の体積を考慮することが重要であるとの知見を得るに至った。また、テーパーパスの実行において、熱の影響を低減できることをも見出した。
本発明者は更に研究を重ねて本発明を完成した。本発明の要旨は以下のとおりである。

［１］長手方向で厚さが異なり両端に余長部を有する異型鋼板の圧延方法であって、
前記両端の余長部の長さの比（Ｌｔ／Ｌｂ）を予め定め、
圧延中にロールギャップを変更するテーパーパスを２パス以上行い、
各テーパーパスで各余長部について式（１）および式（２）を満たすテーパーパスを行い、最終テーパーパス後の異型鋼板の余長部の長さの比（Ｌｔ／Ｌｂ）を前記予め定めた値とする、異型鋼板の圧延方法。
Ｌｔ’＝Ｌｔ・ｈｔ／ｈｔ’・・・（１）
Ｌｂ’＝Ｌｂ・ｈｂ／ｈｂ’・・・（２）
ここで、テーパーパス前の余長部の長さはＬｘ’、厚さはｈｘ’であり、テーパーパス後の余長部の長さはＬｘ、厚さはｈｘである。また、ｘに該当するｔおよびｂは両端の余長部を区別するための記号である。

本発明により、テーパーパスを２パス以上含む圧延スケジュールにおいても、異型鋼板の余長部をコントロールできるようになる。これにより、余長部の不足による不合格の低減に寄与出来る。また、余長部の過剰によるロス低減に寄与できる。

図１は、可逆式の圧延機１を説明する概略図である。 図２は、異型鋼板の圧延の流れを説明する概略図である。 図３は、異型鋼板の一例を示す概略図である。 図４は、異型鋼板である、１方向ＬＰ鋼板の概略図である。 図５は、異型鋼板である、凸型２方向ＬＰ鋼板の概略図である。 図６は、異型鋼板である、凹型２方向ＬＰ鋼板の概略図である。 図７は、異型鋼板である、１方向２段ＬＰ鋼板の概略図である。

本発明は、長手方向で厚さの異なる異型鋼板の圧延におけるテーパーパスにおいて、異型鋼板から製品となる部分を除いた余長部を、トップ端とボトム端に適切に配分するための圧延方法である。ここで、トップ端、ボトム端は、異型鋼板の両端部の区別のために呼び分けているに過ぎず、圧延方向におけるトップ、ボトムを意味するものではない。また、本発明のテーパーパスでは被圧延材の幅を変化させるためのサイジングプレスは行わない。以下に、本発明の実施形態を説明する。

図１は、スラブＳを圧延することで異型鋼板を得るための、可逆式の圧延機１を説明する概略図である。

圧延機１は、上下のワークロール２と、上下のバックアップロール３とを備えている。上下のワークロール２間の開度は開度変更機構４によって調整される。開度変更機構４は、制御コントローラ５からの開度指令によって各パスでの開度を設定変更する。圧延時の圧延荷重はロードセル６によって検出され、その検出値が制御コントローラ５に出力される。符号９は、スラブＳを搬送するテーブルロールである。

通常、スラブＳの幅出し圧延が終了した後に、厚み出しに移行する。

図２は、異型鋼板の一例について、圧延の流れを説明する概略図である。図２で示すように、異型鋼板の圧延は、先ず、上下のワークロール２によりスラブＳの一次圧延を行う。該一次圧延では、被圧延材Ｙはテーパーが形成されず、長手方向で厚さが揃っている。一次圧延のパス数は特に限定されず、適宜調整可能である。

次いで、上下のワークロール２により、厚肉部Ｙ’と、薄肉部Ｘと、厚肉部Ｙ’及び薄肉部Ｘの間の段差部Ｚとを有する異厚鋼板１１を形成するテーパーパス（二次圧延）を行う。

本発明では、テーパーパスを２パス以上行って異型鋼板を製造する。２パス以上のテーパーパスにおいては、被圧延材のトップ端、ボトム端の厚さの変更を伴うため、両端の余長部の制御が重要となる。そこで、本発明者は以下のように考えて、テーパーパスの圧延を工夫した。

余長部の長さは、スラブの体積から製品となる体積を引いたものを、厚さと幅で除算して求められる。こうして求められた余長部の長さを圧延スケジュール計算においてトップ端とボトム端へ配分する。このような所望の余長部を得ることができれば、余長部の不足による不合格を回避できる。しかし、厚みが長手方向で異なる異型鋼板では、この配分方法が自明ではない。そこで、本発明は、トップ端とボトム端への余長部の長さの配分方法を具体的に与える。

はじめに、製造される異型鋼板におけるトップ端とボトム端の各余長部の長さの比を設定する。次に、この余長部の長さの比と、トップ端とボトム端の厚さ・幅を用いて、それぞれの余長部の長さを決定する。これで圧延完了時（製造される異型鋼板）の余長部を決定できる。

ところで、圧延中にロールギャップを変更するテーパーパスが２パス以上ある場合、各テーパーパスにおけるトップ端とボトム端の余長部の長さの比は、圧延完了時の余長部の長さの比と必ずしも一致しない。そこで、余長部の体積は圧延の前後で変化しないことに注目し、各テーパーパスの余長部は以下の計算式で求める。

ある余長部の体積Ｖが与えられたとする。また、圧延完了時のトップ端の厚さをｈｔ、ボトム端の厚みをｈｂとする。また、幅は一定としＷとする。鋼板の圧延では、通常、圧延の前後で幅Ｗは一定とみなすことができる。以上の条件から、トップ端の余長部の長さＬｔとボトム端の余長部の長さＬｂは以下の式（１）、式（２）ようになる。ただし、Ｖ＝Ｖｔ（トップ端の余長部の体積）＋Ｖｂ（ボトム端の余長部の体積）である（図３参照）。トップ端とボトム端の余長部の長さの比はＬｔ／Ｌｂ＝ａ（一定値）とする。
Ｌｔ＝Ｖｔ／（Ｗ・ｈｔ）・・・（１）
Ｌｂ＝Ｖｂ／（Ｗ・ｈｂ）・・・（２）
圧延を完了する最終テーパーパスのひとつ前のテーパーパスが完了した時点（この時点を表す場合に「’」を付す）のトップ端の厚さをｈｔ’、ボトム端の厚さをｈｂ’として、トップ端の余長部の長さＬｔ’、ボトム端の余長部の長さＬｂ’を求める。いま、余長部の体積はＶｔ’、Ｖｂ’であり、余長部の長さは以下の式（３）、式（４）となる。
Ｌｔ’＝Ｖｔ’／（Ｗ・ｈｔ’）・・・（３）
Ｌｂ’＝Ｖｂ’／（Ｗ・ｈｂ’）・・・（４）
余長部の体積は圧延の前後で変化しないので、Ｖｔ＝Ｖｔ’、Ｖｂ＝Ｖｂ’である。したがって以下のように式を変換できる。
Ｌｔ’＝Ｖｔ’／（Ｗ・ｈｔ’）＝Ｖｔ／（Ｗ・ｈｔ’）＝Ｌｔ・Ｗ・ｈｔ／（Ｗ・ｈｔ’）＝Ｌｔ・ｈｔ／ｈｔ’・・・（５）
Ｌｂ’＝Ｖｂ’／（Ｗ・ｈｂ）＝Ｖｂ／（Ｗ・ｈｂ’）＝Ｌｂ・Ｗ・ｈｂ／（Ｗ・ｈｂ’）＝Ｌｂ・ｈｂ／ｈｂ’・・・（６）
２パス以上のテーパーパス全てでこの式（５）、（６）を満たす変形を順に行えば、各テーパーパスにおける余長部の長さを計算できる。そして、この余長部の長さと厚さのとおりにテーパーパスを行えば、圧延完了時において、Ｌｔ／Ｌｂ＝ａを得る事ができる。逆に見れば、Ｌｔ／Ｌｂ＝ａを得るため、圧延完了時の余長部の厚さ（製品厚板の厚さ）を利用し、ひとつ前のテーパーパス完了時において余長部が備えるべき長さや厚さを求めることができる。例えば、ひとつ前のテーパーパス完了時における余長部の長さを定めれば、ひとつ前のテーパーパス完了時における余長部の厚さが求まる。これを繰り返し、テーパーパスを２パス以上含む圧延スケジュールとすればよい。該圧延スケジュールに従った圧延を行えば、所望の余長部を有する異型鋼板を製造できる。

本発明において、余長部の長さの配分計算は、製品の寸法、スラブ重量の実績を元に、プロセスコンピュータにて実施可能である。計算した余長部の長さは、下位のＰＬＣおよび圧下制御装置に設定され、下位の機器は余長部の厚さが変更されるまで、設定された余長部の長さになるよう、テーパーパスの制御を行えばよい。

本発明の異型鋼板は、図３に示すものの他、ＬＰ鋼板を含む。例えば、本発明は、図３〜図７に示すような様々な異型鋼板の製造に適用可能である。

以下に、本発明の実施例を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。

図３に示す異型鋼板の製造を行った。まず、トップ端の余長部（厚さ１７．３ｍｍ）およびボトム端の余長部（厚さ１４．９ｍｍ）を予め決定した。即ち、達成すべきＬｔ／Ｌｂを予め定めた。

２パス以上となるテーパーパスのパス数を予め定め、上記式（５）および式（６）を利用して各テーパーパス後における余長部のサイズを決定した（テーパーパススケジュールの決定）。

スラブの幅出し圧延を行って製品厚板で要求される幅を確保し、更に１次圧延（厚み出し）を行った。

次に、上記テーパーパススケジュールに従ってテーパーパスを行ったところ、最終テーパーパス後において所望のテーパーを実現でき、かつ、トップ端およびボトム端において予め決定した余長部の長さを確保できた。即ち、予め定めたＬｔ／Ｌｂを実現できた。

なお、テーパーパスの開始から最終テーパーパスの終了までに、被圧延材の温度は低下したが、所望の余長部の長さを確保できた。即ち、テーパーパスのスケジュール設定において、従来問題となっていた熱収縮を考慮せずとも良好な結果を得ることができた。

１ 圧延機
２ ワークロール
３ バックアップロール
４ 開度変更機構
５ 制御コントローラ
６ ロードセル
９ スラブ
１１ 異厚鋼板

Claims (1)

1. 長手方向で厚さが異なり両端に余長部を有する異型鋼板の圧延方法であって、
   前記両端の余長部の長さの比（Ｌｔ／Ｌｂ）を予め定め、
   圧延中にロールギャップを変更するテーパーパスを２パス以上行い、
   各テーパーパスで各余長部について式（１）および式（２）を満たすテーパーパスを行い、最終テーパーパス後の異型鋼板の余長部の長さの比（Ｌｔ／Ｌｂ）を前記予め定めた
   値とする、異型鋼板の圧延方法。
   Ｌｔ’＝Ｌｔ・ｈｔ／ｈｔ’・・・（１）
   Ｌｂ’＝Ｌｂ・ｈｂ／ｈｂ’・・・（２）
   ここで、各テーパーパス前の余長部の長さはＬｘ’、厚さはｈｘ’であり、各テーパーパス後
   の余長部の長さはＬｘ、厚さはｈｘである。また、ｘに該当するｔおよびｂは両端の余長
   部を区別するための記号である。

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