JP7200918B2 - 鋼板の冷間圧延方法及び冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の冷間圧延方法及び冷延鋼板の製造方法に関する。

鋼板の冷間圧延方法としては、例えば特許文献１に記載の方法がある。
特許文献１には、電磁鋼板や高強度鋼板のような難圧延材でも板破断を起こすことなく冷間圧延する方法として、圧延機出側の鋼板板幅端部のユニット張力がゼロとなるように、アクチュエーターで鋼板形状を制御して圧延することが記載されている。

特開２０１９－１４１８７４号公報

しかしながら、ゼンジミア圧延機が対象とする材料は、高張力で圧延する材料であることから、ゼンジミア圧延機による圧延では、板幅端部におけるユニット張力をゼロにすることは困難である。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、ゼンジミア圧延機での圧延において、より安定して圧延可能な技術を提供することを目的とする。

発明者らは、ゼンジミア圧延機による圧延において、板温が高温となる圧延パスでは、サーマルクラウンの成長により板幅端部が張り形状となり、より板幅端部におけるユニット張力をゼロにすることは困難であるとの知見を得た。更に、発明者らは、同一材料で且つ同一の最終目標板形状であっても、ゼンジミア圧延機により圧延する鋼板の板温に応じて、各パスでの鋼板の目標形状を変更することで、より安定して圧延が可能となるという知見を得た。
そして、課題解決のため、本発明の一態様である鋼板の冷間圧延方法は、ゼンジミア圧延機により鋼板を複数パス冷間圧延する冷間圧延方法であって、上記複数のパスの内、圧延する鋼板の板温が２００℃以上と判定された第１のパスにおける鋼板の目標形状を、圧延する鋼板の板温が２００℃未満と判定された第２のパスにおける鋼板の目標形状よりも耳伸び形状に設定することを要旨とする。
また、本発明の他の態様は、上記一態様の鋼板の冷間圧延方法による冷間圧延工程を含む冷延鋼板の製造方法である。

本発明の態様によれば、圧延される鋼板の板温に応じて圧延パスの目標形状を変更することで、ゼンジミア圧延機による圧延がより安定して実施できる。この結果、本発明の態様によれば、目的とする冷延鋼板を得ることが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るゼンジミア圧延機を示す図である。 中間ロールをシフトする中間ロールシフト機構を説明する図である。 形状制御部の構成を説明する図である。 目標形状の例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、図１のように、ゼンジミア圧延機１で鋼板１０を複数パス、リバース圧延して、冷延鋼板を製造する。このとき、本実施形態では、圧延パス毎に、鋼板１０の表面の板温を判定（推定）し、鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、当該パスにおいて圧延による鋼板１０の目標形状を、より耳伸び形状となる板形状に設定して、ゼンジミア圧延機１で鋼板１０を圧延する。

本実施形態では、圧延される鋼板の板温に応じて圧延パスの目標形状を変更し、上記の複数パスを、圧延パスの目標形状の条件に応じて、第１のパスと第２のパスとに分類する。具体的には、上記の複数パスのうち、圧延される鋼板の板温が２００℃以上と判定されたパスを第１のパスとし、圧延される鋼板の板温が２００℃未満と判定されたパスを第２のパスとする。
なお、本実施形態で、「パス」とは、鋼板１０がゼンジミア圧延機１を通過し圧下を受ける工程を示し、一方向に通過した単位を一工程（１パス）という。したがって、鋼板１０がゼンジミア圧延機１を一方向に通過した後、逆方向に通過した場合、合計のパス数は２である。

ここで、「より耳伸び形状」とは、相対的に耳伸び形状をより増大させることであり、鋼板１０の目標形状として、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、鋼板両端部のＩ－ｕｎｉｔ値を、より大きな値の板形状に設定することである。なお、本実施形態において、鋼板１０の板温が２００℃未満の場合に、鋼板１０の目標形状を必ずしも耳伸び形状とする必要はない。本実施形態は、ゼンジミア圧延機１で圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と２００℃未満とで、他の圧延条件が同一でも、圧延の目標形状を変更することに特徴の１つがある。

＜Ｉ－ｕｎｉｔ値＞
一般に、鋼板等の帯状形状の評価方法として、急峻度あるいは伸び差率が用いられる。急峻度λは、帯の長手方向（圧延方向）の波の高さＨと波のピッチＬとを用いて、次式で表される。
λ＝Ｈ／Ｌ
また、伸び差率Δεは、伸び部分の長さΔＬを用いて、次式で表される。
Δε＝ΔＬ／Ｌ
そして、伸び差［Ｉ－ｕｎｉｔ］は、ε×１０^５で表される。単位伸び差である１Ｉ－ｕｎｉｔは、基準長さＬ＝１ｍ（＝１０００ｍｍ）に対して、伸び部分の長さΔＬが１０μｍ（０．０１ｍｍ）である次式で与えられる。
１Ｉ－ｕｎｉｔ＝０．０１ｍｍ／１０００ｍｍ
すなわち、１Ｉ－ｕｎｉｔ＝１．０×１０^－５で表される。この伸び差［Ｉ－ｕｎｉｔ］が大きいほど、帯状形状が耳伸び形状であることを意味する。Ｉ－ｕｎｉｔ値の測定には、非接触三次元測定装置が用いられる。

以下、本実施形態について詳説する。
＜ゼンジミア圧延機１＞
ゼンジミア圧延機１は、図１に示すように、鋼板１０（圧延材）を上下から圧延する一対のワークロール１ａ、第１中間ロール１ｂ、第２中間ロール１ｃ、及びバックアップベアリング１ｄ（バッキングアッセンブリ）から構成される。
ゼンジミア圧延機１は、鋼板１０の搬送方向（パスラインの向き）を一方向（例えば紙面左から右方向）及び逆方向（例えば紙面右から左方向）に切り替えて鋼板１０を往復圧延（リバース圧延）することが可能な構成となっている。また、ゼンジミア圧延機１の上流側及び下流側にそれぞれリール２が配置されている。リール２は、圧延に応じて、鋼板１０を巻取り及び巻戻しの双方の機能を果たす。

ゼンジミア圧延機１は、図２に示すような、鋼板形状を制御する機構として、中間ロールをシフトする中間ロールシフト機構を備える。すなわち、第１中間ロール１ｂは、図２に示すように、軸方向一端側がテーパ形状となっており、鋼板１０の形状を制御する際には、第１中間ロール１ｂをアクチュエーター４によって板幅方向にシフトすることで、ワークロール１ａに対する荷重が制御され、鋼板１０の形状が目標形状となるように圧延される。第１中間ロール１ｂのシフト制御は、アクチュエーター４に供給されるシフト制御部３Ｃからの信号によって実行される。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に対し、第１中間ロール１ｂを所定量だけシフトした状態を示している。

＜冷間圧延＞
上記構成のゼンジミア圧延機１を用い、圧延材である鋼板１０を、予め設定したパス数だけリバース圧延を実行して、目的とする冷延鋼板を製造する。ここで、目的とする冷延鋼板の板厚などに合わせてパススケジュールが設定され、各パスでの圧延条件が設定される。
本実施形態の冷間圧延方法の形状制御部３は、図３に示すように、パス温度判定部３Ａと、形状設定部３Ｂと、シフト制御部３Ｃとを備える。

＜パス温度判定部３Ａ＞
パス温度判定部３Ａは、目的とする冷延鋼板を製造する際の、各圧延パスでの鋼板１０の板温を判定する。
ここで、鋼板１０は、ゼンジマ圧延機によって圧延されることで、加工発熱により板温が上昇する。加工発熱による板温の上昇量は、鋼板１０の材質や、各圧延によってどの程度まで板を薄くするかなどによって異なる。ここでは鋼板１０が、例えば５パス程度で２００℃以上に至ることとする。
そして、本実施形態では、予め設定されたパススケジュールに基づき、圧延パスのうち、どのパスで板温が２００℃以上の状態で圧延が実行されるか、事前に判定可能である。

すなわち、パス温度判定部３Ａは、予め設定されたパススケジュールに基づき、各パスでの圧延による加工発熱量を推定し、その推定値から、各パスで圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上か否かを判定（推定）する。
なお、各パスでの圧延後に、適宜、デスケーリングが実行される場合には、そのデスケーリングによる温度降下分も含めて、次パスの板温判定を実行する。
また、図１に示すように、圧延機の入側及び出側に温度センサ２０を配置し、パス温度判定部３Ａは、１つ前のパス出側で温度センサ２０が検出した板温から、対象とするパスでの鋼板１０の板温を判定しても良い。このとき、デスケーリング設備を有する場合、温度センサ２０は、デスケーリング設備の出側に設けること好ましい。

＜形状設定部３Ｂ＞
形状設定部３Ｂは、パス温度判定部３Ａの判定に基づき、各圧延パスでの鋼板１０の目標形状を設定する。
本実施形態の形状設定部３Ｂでは、パス毎に、ゼンジミア圧延機１で圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、圧延による鋼板１０の目標形状を、より耳伸び形状側の板形状に設定する。形状設定部３Ｂは、例えば、パスでの鋼板１０の初期の目標形状として、サーマルクラウンの成長の考慮することなく設定し、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合には、目標形状を、上記の初期の目標形状から、より耳伸び形状側の板形状に設定変更する。

このとき、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合、第１のパスとして、鋼板１０の目標形状を、鋼板両端部のＩ－ｕｎｉｔ値が鋼板中央部のＩ－ｕｎｉｔ値より１０以上大きい値の板形状に設定することが好ましい。また、圧延する鋼板１０の板温が２００℃未満と判定した場合、第２のパスとして、鋼板１０の目標形状をフラット形状に設定することが好ましい。
ここで、目標形状における鋼板中央部のＩ－ｕｎｉｔ値は、目標形状がフラット形状である場合も耳伸び形状である場合も、概ね同一の値が設定されるため、上記を言い換えれば、目標形状が耳伸び形状である場合の鋼板１０の幅方向両端部のＩ－ｕｎｉｔ値が、目標形状がフラット形状である場合の鋼板１０の幅方向両端部のＩ－ｕｎｉｔ値よりも１０以上大きい値であるともいえる。

また、鋼板１０の目標形状における鋼板１０の両端部のＩ－ｕｎｉｔ値を、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、１０以上大きい値に設定することが好ましい。なお、鋼板１０の中央部のＩ－ｕｎｉｔ値を「０」とする。
ここで、本実施形態において、耳伸び形状とは、目標形状の鋼板１０の幅方向両端部のＩ－ｕｎｉｔ値が、その中央部のＩ－ｕｎｉｔ値よりも大きい値であることをいう。また、フラット形状とは、目標形状の鋼板１０の幅方向両端部のＩ－ｕｎｉｔ値が、その中央部のＩ－ｕｎｉｔ値以下の値もしくは中央部のＩ－ｕｎｉｔ値より１０未満大きいことをいう。なお、Ｉ－ｕｎｉｔは、１×１０^－５の伸び差率を基本とした鋼板形状を示す単位として一般に使用されるものである。

＜シフト制御部３Ｃ＞
シフト制御部３Ｃは、各パスでの圧延を実行する前に、形状設定部３Ｂが設定した鋼板１０の目標形状となるように、アクチュエーター４を介して第１中間ロール１ｂをシフトする処理を実行する。
すなわち、シフト制御部３Ｃは、形状設定部３Ｂが設定した鋼板１０の目標形状に対応する中間ロールの軸方向位置を、公知の方法によって演算し、その演算結果と現在の中間ロールの位置とから、中間ロールのシフト量（シフト方向も含む）を求め、その求めたシフト量を、予め設定した制御ゲインでゲイン調整した後の制御信号をアクチュエーター４に出力する。制御ゲインは、ＰＩＤ制御であれば、各制御項に乗算する制御量であるが、制御ゲインを大きくするとは、その各制御項の制御ゲインの少なくとも１の制御項の制御ゲインを大きくすることを指す。

アクチュエーター４は、入力した信号に応じて第１中間ロール１ｂをシフトさせる。
ここで、上記の中間ロールのシフトに関する制御ゲインを、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、大きい値に設定することが好ましい。
また、上記制御ゲインは、圧延する鋼板１０に含まれるＳｉ量が多くなるほど大きな値に設定されることが好ましい。
更に、上記制御ゲインは、上記圧延する鋼板１０の板温が高温になるほど大きな値に設定されることが好ましい。

＜動作その他＞
上記構成のゼンジミア圧延機１を用いた冷間圧延方法では、圧延の各パスでの鋼板１０の板温に応じて鋼板１０の目標形状を設定して、各パスでの圧延を実行して、目的の冷延鋼板を製造する。
例えば、１０パスでの圧延において、１パス～５パスでは、圧延される鋼板１０の板温が２００℃未満と判定され、６パス～１０パスでは、圧延される鋼板１０の板温が２００℃以上と判定されたとする。この例では、１パス～５パスが第２のパスに対応し、６パス～１０パスが第１のパスに対応する。
この場合、本実施形態では、板温が２００℃未満である１パス～５パスにおいては、鋼板１０の目標形状をフラット形状として圧延するのに対して、板温が２００℃以上である６パス～１０パスにおいては、鋼板１０の目標形状を耳伸び形状として圧延を行う（図４参照）。
このように、本実施形態では、圧延される鋼板１０の板温に応じて圧延パスの目標形状を変更することで、ゼンジミア圧延機１による圧延がより安定して実施できる。この結果、本実施形態では、目的とする冷延鋼板をより安定して製造するが可能となる。

＜変形例＞
上記説明では、鋼板１０の形状制御として、ロールベンダ機構による制御を例示したが、鋼板１０の形状制御は、ロールベンダ機構以外の公知の制御を採用しても良い。例えば、ワークロール１ａの軸心たわみ量を変化させるロールベンダ機構や、液圧によりロールクラウンを操作するＶＣロール機構などによって、鋼板１０の形状制御を実行しても構わない。
また、上記説明では、本願の鋼板の冷間圧延方法が適用できる冷間圧延機は、ゼンジミア圧延機であるとして説明した。冷間圧延機としては他に、例えばタンデム圧延機やシングルスタンドの圧延機などが知られている。本願出願時点では、タンデム圧延やシングルスタンドによる圧延の際に、通常、加工発熱では鋼板温度が２００℃に至らないことからこれらを例に説明していない。しかしながら、例えば圧延前やパス間にて加熱装置を用いて鋼板温度を２００℃以上に上昇させて圧延する場合には、本願と同様の課題が生じうる。安定圧延という課題の下、タンデム圧延機やシングルスタンドの圧延機での冷間圧延方法において、圧延する鋼板温度が２００℃以上になると判断される場合、本願の鋼板の冷間圧延方法を適用してもよい。

＜効果＞
本実施形態は、次のような効果を奏する。
（１）本実施形態は、ゼンジミア圧延機１により鋼板１０を複数パス冷間圧延する鋼板の冷間圧延方法であって、上記複数のパスの内、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定された第１のパスにおける鋼板１０の目標形状を、圧延する鋼板１０の板温が２００℃未満と判定された第２のパスにおける鋼板１０の目標形状よりも耳伸び形状に設定する。
この構成によれば、圧延する鋼板１０の板温に応じた、より適切な目標形状を設定可能となって、ゼンジミア圧延機１による圧延がより安定して実施できる。

（２）また、本実施形態は、ゼンジミア圧延機１により鋼板１０を複数パス冷間圧延する冷間圧延方法であって、上記複数のパスの内、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定された第１のパスにおける鋼板１０の目標形状として設定される両端部のＩ－ｕｎｉｔ値を、圧延する鋼板１０の板温が２００℃未満と判定された第２のパスにおける鋼板１０の目標形状として設定される両端部のＩ－ｕｎｉｔ値よりも１０以上大きい値に設定する。
この構成によれば、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合における鋼板１０の目標形状を、より確実に設定可能となる。
（３）上記第１のパスにおける上記鋼板１０の目標形状として、鋼板両端部のＩ－ｕｎｉｔ値を鋼板中央部のＩ－ｕｎｉｔ値より１０以上大きい値に設定することが好ましい。
この構成によれば、各パスでの鋼板１０の目標形状を、より確実に設定可能となる。

（４）本実施形態では、ゼンジミア圧延機１は、鋼板形状を制御する機構として、中間ロールをシフトする中間ロールシフト機構を備え、中間ロールのシフトに関する制御ゲインを、圧延する鋼板１０の板温が２００℃以上と判定した場合、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、大きい値に設定する。
例えば、制御ゲインは、圧延する鋼板１０に含まれるＳｉ量が多くなるほど大きな値に設定される。また、例えば、制御ゲインは、圧延する鋼板１０の板温が高温になるほど大きな値に設定される。
この構成によれば、より圧延での破断が抑えられて、ゼンジミア圧延機１による圧延がより確実に安定して実施できる（後述の実施例を参照）。
（５）本実施形態では、上記記載の鋼板の冷間圧延方法による冷間圧延工程を含む冷延鋼板の製造方法によって、冷延鋼板を製造する。
この構成によれば、目的とする冷延鋼板を更に安定して製造することが可能となる。

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
本実施例において、板温に応じて設定した目標形状を、図４に示す。図４は、原点位置に板幅方向のセンターを設定し、横軸は板幅の位置、縦軸は幅方向偏差（Ｉ－ｕｎｉｔ値）を表示したものである。
この図４のように、本実施例では、板温が２００℃以上の場合には、２００℃未満の場合と比較して、耳伸び形状（Ｉ－ｕｎｉｔ値が大きくなる方向）を増大するように設定して圧延を実行した。また、比較例では、圧延する鋼板１０の板温に関係なく、図４における、２００℃未満の形状（フラット形状）に設定した圧延を実行した。

＜実施例１＞
そして、本例では、鋼板１０の板温が２００℃となるパス（第１のパス）において、Ｓｉ量が２．４０～４．００質量％の各鋼材からなる鋼板について、表１に記載した、鋼板１０の目標形状（Ｉ－ｕｎｉｔ値）及び制御ゲインで、それぞれ圧延を実行した。
なお、鋼板１０の板温が２００℃に昇温する前のパスでの鋼板１０の目標形状（Ｉ－ｕｎｉｔ値）は、フラット形状（Ｉ－ｕｎｉｔ値＝０）に設定した。また、圧延する鋼板１０の板温が２００℃となるパスは、６パス目であった。表中のＩ－ｕｎｉｔ値は、幅方向両端部でのＩ－ｕｎｉｔ値である。幅方向中央部でのＩ－ｕｎｉｔ値は「０」とした。
ここで、表１中の破断率は、各圧延条件の破断発生率を示しており、各例を１００回実行したときの破断率である。
また、表中、Ｉ－ｕｎｉｔ値＝０の例は、比較例である。

表１から分かるように、各鋼種の鋼板１０において、いずれもＩ－ｕｎｉｔ値＝０の比較例に比べて、鋼板１０の板温が２００℃のときの鋼板１０の目標形状をより耳伸び形状の板形状とすることで、破断率を小さく抑えられることが分かった。
更に、表１から分かるように、本発明に基づき、鋼板１０の板温が２００℃のときの鋼板１０の目標形状をより耳伸び形状の板形状としても、鋼種のＳｉ含有量が多くなると、破断率が大きくなる傾向があったが、ゲイン調整を実行し、相対的に制御ゲインが大きくなるように調整することで、制御ゲインを大きくするほど、破断率を小さく抑えられることが分かった。

ここで、ゼンジミア圧延機１によって高張力で圧延されるような鋼板１０としては、Ｓｉの含有量が２．４０質量％以上の鋼種が好適である。しかし、表１から分かるように、Ｓｉの含有量が多くなるほど圧延で破断しやすい傾向にある。これに対し、表１から分かるように、本発明を適用することで、ゼンジミア圧延機１での圧延での破断率を小さく抑制できて、安定して圧延することが可能となることが分かった。更に、鋼板１０に含有するＳｉの含有量が増加するほど、制御ゲインを大きくすることで、破断率を小さく抑えられることが分かった。

なお、表１において、制御ゲインが小さいほど破断率が高くなった要因としては、目標形状を耳伸び方向に変更するだけでは形状制御のアクチュエーター４が伸び方向に制御する前に板幅端部が張り形状となってことが考えられる。これに対し、ゲイン値を変更して耳伸び形状となるような制御量を大きくすることでエッジ張り形状を抑制して破断無く安定して圧延することができたと考えられる。
＜実施例２＞
板温が２００℃を超えたパスでの鋼板１０の板温が２５０℃となるように調整した以外は、実施例１と同様の圧延条件にて実施した。
その結果を、表２に示す。

なお、鋼板１０の板温が２５０℃となる対象となるパスの１つ前までのパス（第２のパス）での板温は、２００℃未満であった。また、圧延する鋼板１０の板温が２００℃となるパス（第１のパス）は６パス目であった。
表１及び表２から分かるように、ゼンジミア圧延機１で圧延する鋼板１０の温度が高いほど、破断しやすい傾向があることが分かる。このとき、表１及び表２から分かるように、同一の鋼種で且つ本発明に基づく同一の目標形状であっても、板温が高いほど、制御ゲインを高くすることで、破断率を小さく抑えられること分かった。

１ ゼンジミア圧延機
１ａ ワークロール
１ｂ 第１中間ロール
３ 形状制御部
３Ａ パス温度判定部
３Ｂ 形状設定部
３Ｃ シフト制御部
４ アクチュエーター
１０ 鋼板
２０ 温度センサ

Claims (7)

1. ゼンジミア圧延機により、Ｓｉ量が２．４０～４．００質量％の鋼板を複数パス冷間圧延する冷間圧延方法であって、
   上記複数のパスの内、圧延する鋼板の板温が２００℃以上と判定された第１のパスにおける鋼板の目標形状を、圧延する鋼板の板温が２００℃未満と判定された第２のパスにおける鋼板の目標形状よりも耳伸び形状に設定することを特徴とする鋼板の冷間圧延方法。
2. ゼンジミア圧延機により、Ｓｉ量が２．４０～４．００質量％の鋼板を複数パス冷間圧延する冷間圧延方法であって、
   上記複数のパスの内、圧延する鋼板の板温が２００℃以上と判定された第１のパスにおける鋼板の目標形状として設定される両端部のＩ－ｕｎｉｔ値を、圧延する鋼板の板温が２００℃未満と判定された第２のパスにおける鋼板の目標形状として設定される両端部のＩ－ｕｎｉｔ値よりも１０以上大きい値に設定することを特徴とする鋼板の冷間圧延方法。
3. 上記第１のパスにおける上記鋼板の目標形状として、鋼板両端部のＩ－ｕｎｉｔ値を鋼板中央部のＩ－ｕｎｉｔ値より１０以上大きい値に設定することを特徴とする請求項２に記載の鋼板の冷間圧延方法。
4. 上記ゼンジミア圧延機は、鋼板形状を制御する機構として、中間ロールをシフトする中間ロールシフト機構を備え、
   上記中間ロールのシフトに関する制御ゲインを、圧延する鋼板の板温が２００℃以上と判定した場合、板温が２００℃未満と判定した場合に比べ、大きい値に設定することを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載した鋼板の冷間圧延方法。
5. 上記制御ゲインは、上記圧延する鋼板に含まれるＳｉ量が多くなるほど大きな値に設定されることを特徴とする請求項４に記載の鋼板の冷間圧延方法。
6. 上記制御ゲインは、上記圧延する鋼板の板温が高温になるほど大きな値に設定されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の鋼板の冷間圧延方法。
7. 請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の鋼板の冷間圧延方法による冷間圧延工程を含む冷延鋼板の製造方法。

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