JP6620735B2 - 冷間圧延装置及び冷間圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷間圧延装置及び冷間圧延方法に関する。

一般に、冷延鋼板は、熱延鋼板に対する冷間圧延工程（一次冷間圧延工程）及び焼鈍工程を経て製造され、焼鈍後には、必要に応じて二次冷間圧延工程（調質圧延工程又はＤＲ（Double Reduced）圧延工程）等が行われる。冷延鋼板には、冷間圧延起因の外観ムラが存在する場合がある。外観ムラには、モトリングや粗度ムラといったものがある。このような外観ムラは、特に粘度の高い潤滑剤を用いた場合に発生しやすいが、一次冷間圧延工程で外観ムラが発生しても二次冷間圧延工程（調質圧延工程又はＤＲ圧延工程）で解消すればよく、二次冷間圧延工程（調質圧延工程又はＤＲ圧延工程）でこのような外観ムラが発生しない方法が検討されている。

外観ムラを改善するためには、潤滑剤を使用しない乾式の冷間圧延が有利である。しかしながら、乾式の冷間圧延では圧下率を確保できないため、比較的圧下率を上げる場合には、潤滑剤を使用する必要がある。特に硬度が必要とされる缶用鋼板を製造する際に用いられるＤＲ圧延工程は、鋼板を所望の厚さに圧下することに加えて、鋼板に与える圧下率によって鋼板の硬度を調整することを目的として行われており、潤滑剤を不使用とすることが困難である。すなわち、圧下率を大きくした場合、圧延ロールと鋼板との界面における摩擦によって圧下に必要な圧延荷重が非常に大きくなってしまうために、潤滑剤と共に鋼板を圧延する必要がある。

二次冷間圧延工程（調質圧延工程又はＤＲ圧延工程）は、鋼板製造での最終工程であることから、表面性状の調整が必要であり、その後は表面処理が行われる場合が多いこともあり、潤滑剤を用いる場合は一次冷間圧延工程時に用いられる潤滑剤の粘度よりも粘度が抑えられたエマルション潤滑剤が用いられることが多い。ところが、エマルション潤滑剤を用いた場合でも、ステインと呼ばれる白っぽく見える斑点模様やモトリングと呼ばれる白っぽく見える部分と黒光りして見える部分とが点在する模様が発生する場合がある。このようなステインやモトリング等の表面欠陥は、鋼板製品の外観を著しく損ねることから、特に缶用鋼板においては忌避される。

このような背景から、湿式の調質圧延においてエマルション潤滑剤の安定度を示すＥＳＩ（Emulsion Stability Index）の値が０の圧延液を使用することでモトリングのない外観とする方法が特許文献１に記載されている。

特許第３１６５２８６号

しかしながら、特許文献１に記載の方法によれば、オイルピットと呼ばれる小さな凹部が鋼板表面に過度に形成されることから、光沢が無く白色度の高い鋼板が製造されてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステインやモトリング等の表面欠陥の発生を抑制しつつ十分な圧下率を担保可能な冷間圧延装置及び冷間圧延方法を提供することにある。

本発明に係る冷間圧延装置は、鋼板を冷間圧延する圧延機作業ロールと、前記圧延機作業ロールに潤滑剤を供給する圧延機潤滑ノズルと、前記圧延機作業ロール及び前記圧延機潤滑ノズルより前段に配置された静電塗布装置と、を備え、前記静電塗布装置は、前記鋼板が前記圧延機潤滑ノズルから前記圧延機作業ロールに潤滑剤を供給しつつ前記圧延機作業ロールに通板される前に静電塗布法によって前記鋼板の表面に潤滑剤を塗布することを特徴とする。

本発明に係る冷間圧延装置は、上記発明において、前記静電塗布装置の動作を制御する制御手段を備え、前記静電塗布装置は、前記鋼板の幅方向に沿って配列された、前記鋼板の表面に向けて前記潤滑剤を噴射する複数のアトマイザを有し、前記制御手段は、前記鋼板の厚み及び幅に応じて前記複数のアトマイザの位置を変更することを特徴とする。

本発明に係る冷間圧延装置は、上記発明において、前記制御手段は、前記複数のアトマイザによる前記潤滑剤の噴射密度及び流量に基づいて前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の付着量の分布状態を予測し、予測結果に基づいて前記複数のアトマイザの位置を変更することによって前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の付着量に任意の分布状態を持たせることを特徴とする。

本発明に係る冷間圧延装置は、上記発明において、前記制御手段は、下記数式（１）を用いて前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の付着量の分布状態を予測することを特徴とする。

本発明に係る冷間圧延装置は、上記発明において、前記制御手段は、下記数式（２）におけるパラメータＶの値が最小になるように前記複数のアトマイザの位置を決定することを特徴とする。

本発明に係る冷間圧延方法は、鋼板が圧延機潤滑ノズルから該鋼板を冷間圧延する圧延機作業ロールに潤滑剤を供給しつつ該圧延機作業ロールに通板される前に静電塗布法によって鋼板の表面に潤滑剤を塗布するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る冷間圧延装置及び冷間圧延方法によれば、ステインやモトリング等の表面欠陥の発生を抑制しつつ十分な圧下率を担保することができる。

図１は、本発明の一実施形態である冷間圧延装置の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す静電塗布装置の構成を示す模式図である。 図３は、図２に示す静電塗布装置のアトマイザが板幅方向に複数設置されていることを示す模式図である。 図４は、静電塗布法を用いて潤滑剤を付着させて行った圧延により発生した問題点を示す模式図である。

本発明の発明者らは、ステインやモトリング等の表面欠陥が発生している鋼板において、総じて白っぽく見える部分では表面粗さが大きくオイルピットが多いのに対して、黒光りして見える部分では表面粗さが小さくオイルピットが少ないことから、ステインやモトリング等の表面欠陥の発生原因は潤滑剤の付着ムラに起因していると考えた。そこで、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、冷間圧延より前に、具体的にはＤＲ圧延工程より前に予め潤滑剤を鋼板表面に一様に付着させておくことによって、オイルピットを一様に発生させ、ステインやモトリング等の表面欠陥の発生を抑制する方法を想倒した。

具体的には、本発明の発明者らは、予めエステル系等の油を静電塗布法によって鋼板表面に一様に付着させ、冷間圧延時には炭素鎖１２以上の脂肪酸を主成分とする水溶性潤滑剤をスプレー噴霧しながら冷間圧延することによって、圧延荷重を低減しつつ表面欠陥の発生を抑制して冷間圧延が可能であることを見出した。ここで、炭素鎖１２以上の脂肪酸を主成分とする水溶性潤滑剤の代わりに、エステルや鉱油を界面活性剤によって非常に微細に分散させた水中油型（Ｏ／Ｗ型）エマルション潤滑剤でも同様の効果を得ることができる。また、予め静電塗布法により付着させるエステル系等の油は、冷間圧延時にスプレー噴霧する潤滑剤とは別種のもので構わない。

また、本発明の発明者らは、静電塗布法を用いた潤滑剤の付着方法では潤滑剤が鋼板の幅方向に一様に付着しないケースが発生することを知見した。詳しくは、静電塗布法を用いた潤滑剤の付着方法では、鋼板Ｓの幅方向に電場が一様に分布しないために、例えば鋼板Ｓの幅方向中央部ＳＣと比較して鋼板Ｓの幅方向端部ＳＥに多量の潤滑剤Ｄが付着することがある。このため、鋼板Ｓの幅方向端部ＳＥに光沢度の分布が存在する、又は、図４に示すように鋼板Ｓの表面の幅方向端部ＳＥに縞模様、いわゆるチャタマークが発生することを知見した。このような問題を解決する方法として、鋼板Ｓの幅方向端部ＳＥをトリミングする方法が考えられるが、この方法を用いた場合には歩留まりが大幅に低下する。

そこで、本発明の発明者らは、鋼板表面に潤滑剤を噴霧するアトマイザの配置を工夫することによって鋼板Ｓの幅方向における潤滑剤の付着ムラを解消できることを知見した。具体的には、本発明の発明者らは、アトマイザの位置を鋼板の幅方向中央部に寄せることによって、鋼板の幅方向端部に潤滑剤が過剰に付着することを抑制しつつ、表面欠陥の発生を抑制できることを知見した。

以下、図１〜図３を参照して、上記知見に基づいて想倒された本発明の一実施形態である冷間圧延装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である冷間圧延装置の構成を示す模式図である。図２は、図１に示す静電塗布装置２の構成を示す模式図である。図３は、図２に示す静電塗布装置２のアトマイザ２２が板幅方向に複数設置されていることを示す模式図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である冷間圧延装置１は、静電塗布装置２、巻き取り装置３、払い出し装置４、圧延機潤滑ノズル５、圧延機作業ロール６、及び制御装置７を主な構成要素として備えている。

静電塗布装置２は、冷間圧延より前に静電塗布法により鋼板Ｓの表面に潤滑剤Ｏ１を付着させる装置である。具体的には、図２に示すように、静電塗布装置２は、高電圧配線２１と、高電圧配線２１に接続されたアトマイザ２２及び飛散防止用電極２３と、飛散防止カバー２４と、を備えている。

高電圧配線２１は、直流電源２５（図３参照）からの電圧により鋼板Ｓとアトマイザ２２及び飛散防止用電極２３との間に電圧を印加する。

アトマイザ２２は、鋼板Ｓの表面側及び裏面側の両面側に鋼板Ｓの幅方向に沿って配置され、高電圧配線２１によって電圧が印加されるのに応じて鋼板Ｓの表面に潤滑剤Ｏ１を噴射する。また、図３に示すように、アトマイザ２２は、制御装置７からの制御信号に従って鋼板Ｓの幅方向及び厚さ方向（高さ方向）に移動可能に構成されている。なお、本実施形態では、鋼板Ｓの幅方向に沿って２つのアトマイザ２２を配置することとしたが、鋼板Ｓの幅方向に沿って３つ以上のアトマイザ２２を配置してもよい。

飛散防止用電極２３及び飛散防止カバー２４は、アトマイザ２２から噴射された潤滑剤Ｏ１が外部に飛散しないように遮蔽する機能を有している。

巻き取り装置３は、表面に潤滑剤Ｏ１が静電塗布された鋼板Ｓをロール状に巻き取る装置である。払い出し装置４は、ロール状の鋼板Ｓから圧延機潤滑ノズル５の方向に向けて鋼板Ｓを払い出す装置である。圧延機潤滑ノズル５は、鋼板Ｓの表面に潤滑剤Ｏ２を塗布する装置である。圧延機作業ロール６は、潤滑剤Ｏ２が塗布された鋼板Ｓを冷間圧延する装置である。

制御装置７は、マイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、静電塗布装置２の動作を制御する。具体的には、制御装置７は、潤滑剤Ｏ１の流量を調整することによって潤滑剤Ｏ１の全付着量Ｍ_ｂａｓｅを制御すると共に、鋼板Ｓの厚み及び幅に応じてアトマイザ２２の位置を変更する。また、制御装置７は、アトマイザ２２による潤滑剤Ｏ１の噴射密度及び流量に基づいて鋼板Ｓの幅方向における潤滑剤Ｏ１の付着量の分布状態を予測し、予測結果に基づいてアトマイザ２２の位置を変更することによって鋼板Ｓの幅方向における潤滑剤Ｏ１の付着量に任意の分布状態を持たせる。

詳しくは、制御装置７は、以下に示す数式（１）を用いて鋼板Ｓの幅方向における潤滑剤Ｏ１の付着量の分布状態を予測する。また、制御装置７は、以下に示す数式（２）におけるパラメータＶの値が最小になるようにアトマイザ２２の位置を決定することにより、鋼板Ｓの幅方向における潤滑剤Ｏ１の分布状態が一様になるように制御する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である冷間圧延装置１は、鋼板Ｓを冷間圧延する圧延機作業ロール６と、圧延機作業ロール６に潤滑剤Ｏ２を供給する圧延機潤滑ノズル５と、圧延機作業ロール６及び圧延機潤滑ノズル５より前段に配置された静電塗布装置２と、を備え、静電塗布装置２は、鋼板Ｓが圧延機潤滑ノズル５から潤滑剤Ｏ２を供給しつつ圧延機作業ロール６に通板される前に静電塗布法によって鋼板Ｓの表面に潤滑剤Ｏ１を塗布することによって、ステインやモトリング等の表面欠陥の発生を抑制しつつ十分な圧下率を担保することができる。なお、上記実施形態では、静電塗布装置２による潤滑剤Ｏ１の塗布を前工程で行う例を示したが、潤滑剤Ｏ１を塗布するタイミングはこれに限られることはなく、冷間圧延工程で鋼板Ｓが圧延機潤滑ノズル５から潤滑剤Ｏ２を供給しつつ圧延機作業ロール６にて圧延される前であればよく、別工程とする必要はない。

鋼スラブから、熱間圧延工程及び一次冷間圧延工程を経て、幅９２０[mm]、厚み０．２[mm]の低炭素鋼を製造して供試材とした。次工程の焼鈍工程の最後に、鋼板の幅方向に片面側当たり２つのアトマイザを備え、各アトマイザは鋼板の幅方向に移動可能とした静電塗布装置を設置し、実施例ではセバシン酸ジオクチル系潤滑剤を静電塗布により塗布した。一方、比較例では静電塗布による潤滑剤塗布は行わなかった。次のＤＲ圧延工程では、４Ｈｉ，２スタンドの圧延機を用い、１スタンド目においてはブライトロールを用いて圧延荷重を掛け、２スタンド目においては表面粗さの調整のため５００[tonf]の圧延荷重を掛けて表面調整を行った。スタンド間の張力値はユニット張力で１５[kgf/mm²]に調整し、圧延荷重を調整して目標圧下率３０[％]のＤＲ圧延工程を実施した。１スタンド目の圧延機作業ロールはφ５２０[mm]、０．２[μmRa]のブライトロール、２スタンド目の圧延機作業ロールはφ６２０[mm]、０．５[μmRa]のブライトロールを用いた。なお、各スタンドでの圧延前には、エマルション潤滑剤（濃度５［％］、エマルション粒径１０［μｍ］）、又は、水溶性潤滑剤（炭素鎖１２以上の脂肪酸を主成分とする潤滑剤）を通常の方法で噴霧した。

表１に示すように、予め静電塗布法により潤滑剤を塗布せずにエマルション潤滑剤を用いてＤＲ圧延を行った比較例１では、目標圧下率３０［％］は達成したものの、鋼板表面に薄いステイン模様が発生した。また、予め静電塗布法により潤滑剤を塗布せずに水溶性潤滑剤を使用した比較例２では、途中でチャタリングが発生し、目標圧下率３０［％］を達成できなかったため、外観の評価もできなかった。これに対して、静電塗布法を用いて予め潤滑剤を付着させてからＤＲ圧延を行った実施例１，２では、目標圧下率３０［％］を達成でき、鋼板の幅方向端部を除いてステイン模様がなくなった。但し、鋼板の幅方向端部にチャタマークが発生した。そこで、潤滑剤を静電塗布する時のアトマイザによる潤滑剤の噴射密度及び流量に基づいて鋼板の幅方向における潤滑剤の付着量の分布状態を予測し、予測結果に基づいてアトマイザの位置を変更することによって鋼板Ｓの幅方向における潤滑剤Ｏ１の付着量に任意の分布状態を持たせたところ（実施例３，４）、チャタマークを解消することができた。

１ 冷間圧延装置
２ 静電塗布装置
３ 巻き取り装置
４ 払い出し装置
５ 圧延機潤滑ノズル
６ 圧延機作業ロール
７ 制御装置
２２ アトマイザ

Claims (5)

1. 鋼板を冷間圧延する圧延機作業ロールと、
   前記圧延機作業ロールに潤滑剤を供給する圧延機潤滑ノズルと、
   前記圧延機作業ロール及び前記圧延機潤滑ノズルより前段に配置された静電塗布装置と、
   前記静電塗布装置の動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記静電塗布装置は、前記鋼板の幅方向に沿って配列された、前記鋼板の表面に向けて前記潤滑剤を噴射する複数のアトマイザを有し、前記鋼板が前記圧延機潤滑ノズルから前記圧延機作業ロールに潤滑剤を供給しつつ前記圧延機作業ロールに通板される前に静電塗布法によって前記鋼板の表面に潤滑剤を塗布し、
   前記制御手段は、前記鋼板の厚み及び幅に応じて前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の分布状態が一様になるように前記複数のアトマイザの位置を前記鋼板の厚み方向及び幅方向について変更することを特徴とする冷間圧延装置。
2. 前記制御手段は、前記複数のアトマイザによる前記潤滑剤の噴射密度及び流量に基づいて前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の付着量の分布状態を予測し、予測結果に基づいて前記複数のアトマイザの位置を変更することによって前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の付着量に一様な分布状態を持たせることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延装置。
3. 前記制御手段は、下記数式（１）を用いて前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の付着量の分布状態を予測することを特徴とする請求項２に記載の冷間圧延装置。
   

   
4. 前記制御手段は、下記数式（２）におけるパラメータＶの値が最小になるように前記複数のアトマイザの位置を決定することを特徴とする請求項３に記載の冷間圧延装置。
   

   
5. 鋼板が圧延機潤滑ノズルから該鋼板を冷間圧延する圧延機作業ロールに潤滑剤を供給しつつ該圧延機作業ロールに通板される前に、前記圧延機作業ロール及び前記圧延機潤滑ノズルより前段に配置された静電塗布装置を用いて静電塗布法によって鋼板の表面に潤滑剤を塗布するステップと、
   前記鋼板の厚み及び幅に応じて前記鋼板の幅方向における前記潤滑剤の分布状態が一様になるように、前記静電塗布装置が有する、前記鋼板の幅方向に沿って配列された、前記鋼板の表面に向けて前記潤滑剤を噴射する複数のアトマイザの位置を前記鋼板の厚み方向及び幅方向について変更するステップと、
   を含むことを特徴とする冷間圧延方法。

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