JP2022032188A - 圧延機および冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬質な極薄材のような鋼帯を圧延する場合であっても、圧延荷重を低減させて生産能率を向上させる。【解決手段】クラスター型圧延機１Ａ、１Ｂは、鋼帯を圧延する上下一対のワークロール１０Ａ、１０Ｂと、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂのそれぞれを支持する複数の中間ロール２０Ａ、２０Ｂと、複数の中間ロール２０Ａ、２０Ｂを支持するバックアップロール３０Ａ、３０Ｂと、複数の中間ロール２０Ａ、２０Ｂのうち、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂをそれぞれ回転駆動させる機能を有する駆動用中間ロール２５と、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂの周速が異なるように、上下の駆動用中間ロール２５を回転駆動させる回転駆動装置４０と、を備える。ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径Ｄｗが、２０～１２０ｍｍであり、駆動用中間ロール２５の直径ＤＩが、１．７～４．５×Ｄｗであり、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さが、０．０５～０．５０μｍＲａであり、駆動用中間ロール２５の表面粗さが、０．１０～１．００μｍＲａである。【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼帯の圧延機および冷間圧延方法に関するものであり、特に硬質で薄い鋼帯を圧延する圧延機および冷間圧延方法に関する。

特殊鋼、ステンレス鋼、電磁鋼帯などの薄鋼帯は、従来よりも合金成分の量が多く、圧延を行う材料の硬質化が進展している。また、箔材等を含む極薄鋼帯の需要が高まっていることから、硬質の極薄鋼帯を効率よく生産するための冷間圧延技術が求められている。

従来から小径のワークロールを有するクラスター型圧延機が用いられている。大径のワークロールでは鋼帯が硬質で板厚が薄くなると、大きな圧延荷重を付与しても圧下が進行しない、いわゆる圧延限界によって、圧延可能な最小板厚を低下させることができないからである。クラスター型圧延機は、１本の小径ロールをそれよりもロール径の大きい２本の中間ロールで支持し、この中間ロールを複数のロール群で支持する構造となっている。その結果、クラスター型圧延機は、ワークロールを支持するロール群が扇状に広がって配置された形態を有する。

このようなクラスター型圧延機として、特許文献１には２０段のクラスター型圧延機が開示されており、特許文献２には１２段、１４段、１６段、２０段のクラスター型圧延機が開示されている。特許文献１、２に示すように、小さいロール径のワークロールによって圧延が行われることにより、圧延時のワークロールと材料との接触長さ（接触弧長と呼ぶ）が小さくなり、圧延荷重を低く抑えることができるとともに、ワークロールの鋼帯との接触変形であるロール偏平を抑えることができる。この両者の相乗効果により圧延荷重を低減することができる。

一方、ロール径を小径化せずに圧延荷重を低減する方法として、上下のワークロールを異なる周速にして圧延を行う異周速圧延が知られている（例えば特許文献３～５参照）。異周速圧延によって鋼帯にせん断ひずみがロールバイトにおいて積極的に付与されることで、塑性変形を発生させるための垂直方向の圧力を低下させ、圧延荷重を低減させている。特許文献３～５に開示された異周速による圧延は、上下のワークロールを直接駆動している。上下のワークロールに異なる周速を与えて圧延する場合、高速側のワークロールにトルクが集中してしまい、上下で同じ周速を与える通常の冷間圧延よりも大きなトルクが必要となるからである。

特開平４－１２７９０１号公報 特開２０１１―１８３４５０号公報 特開昭６１―１７６４１２号公報 特開昭６１―２４２７１３号公報 特開２０１７－１２７９０１号公報

近年、硬質な箔材などの極薄鋼帯の需要の増加に伴って、より硬く、より薄い鋼帯を圧延することが求められている。その場合、特許文献１、２に開示された小径のワークロールを用いたクラスター型圧延機であっても、薄鋼帯と接するワークロールの偏平変形が大きくなり、圧延荷重が大きくなるという課題がある。圧延荷重が大きいと、１パス当たりの圧下率を下げざるを得ず、その結果、圧延のパス数が増加して、生産能率が低下するという問題が生じる。特に、板厚が薄いほど、コイルの単位重量あたりの鋼帯の長さが長くなるため、１パス当たりの圧延時間が極めて長くなり、生産能率を低下させる大きな要因となる。

また、特許文献３～５のようにワークロールを直接駆動する場合、ワークロールに駆動トルクを伝達するスピンドルは、上下のスピンドルが干渉することがないように、ロール径よりも細くする必要がある。しかしながら、スピンドル径が小さくなると、スピンドルの表面に発生するせん断応力が過大となってねじり強度が不足する。このため、小径のワークロールを用いて異周速圧延を行うと、高速側のワークロールが必要とするトルクをスピンドルから伝達できないという問題が生じる。その結果、鋼帯に対する冷間圧延の生産能率を向上できないという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、硬質な極薄材のような鋼帯を圧延する場合であっても、圧延荷重を低減させて生産能率を向上させることができるクラスター型圧延機および圧延方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］ 鋼帯を圧延する上下一対のワークロールと、
上下の前記ワークロールのそれぞれを支持する複数の中間ロールと、
複数の前記中間ロールを支持するバックアップロールと、
複数の前記中間ロールのうち、上下の前記ワークロールをそれぞれ回転駆動させる機能を有する駆動用中間ロールと、
上下の前記ワークロールの周速が異なるように、上下の前記駆動用中間ロールを回転駆動させる回転駆動装置と、
を備え、
前記ワークロールの直径Ｄｗが、２０～１２０ｍｍであり、
前記駆動用中間ロールの直径ＤＩが、１．７～４．５×Ｄｗであり、
前記ワークロールの表面粗さが、０．０５～０．５０μｍＲａであり、
前記駆動用中間ロールの表面粗さが、０．１０～１．００μｍＲａであるクラスター型圧延機。
［２］ 複数の前記中間ロールは、それぞれ前記ワークロール及び前記バックアップロールの双方と接触しており、
前記ワークロールの直径Ｄｗが、７０～１２０ｍｍであり、
前記ワークロールの表面粗さが０．０５～０．４０μｍＲａであり、
前記駆動用中間ロールの表面粗さが、０．３０～０．８０μｍＲａである［１］に記載のクラスター型圧延機。
［３］ 複数の前記中間ロールは、前記ワークロールと接する複数の第１中間ロールと、前記第１中間ロール及び前記バックアップロールと接する複数の第２中間ロールを備え、
前記駆動用中間ロールは、複数の前記第２中間ロールのうち少なくとも１本以上からなる［１］に記載のクラスター型圧延機。
［４］ 前記ワークロールの直径Ｄｗが、２０～７０ｍｍであり、
前記ワークロールの表面粗さが０．０５～０．１５μｍＲａであり、
前記駆動用中間ロールの表面粗さが、前記ワークロールの表面粗さより大きく、かつ、０．１５～０．２５μｍＲａである［３］に記載のクラスター型圧延機。
［５］ 前記回転駆動装置は、高速側と低速側との前記ワークロールの周速比が１．０３～１．１０となるように、上下の前記駆動用中間ロールを回転駆動させる［１］から［４］のいずれかに記載のクラスター型圧延機。
［６］ ［１］～［５］のいずれかに記載の圧延機を用いた薄鋼帯の冷間圧延方法であって、
板厚が０．３ｍｍ以下の鋼帯に対して、高速側と低速側との前記ワークロールの周速比が１．０３～１．１０となるように、前記駆動用中間ロールを駆動して冷間圧延を行う冷間圧延方法。

本発明のクラスター型圧延機によれば、駆動用中間ロールを回転駆動させて小径のワークロールによる異周速圧延を行うことにより、小径のワークロールによる圧延荷重の低減効果と、異周速圧延による圧延荷重の抑制効果との両立を図ることで圧下率を大きくとることができるため、生産能率の向上を図ることができる。

本発明のクラスター型圧延機の好ましい実施形態を示す模式図である。 図１のクラスター型圧延機における回転駆動装置の一例を示す模式図である。 本発明のクラスター型圧延機の別の実施形態を示す模式図である。 板厚０．３０ｍｍの鋼帯を１パス圧延したときの周速比と圧下率との関係を示すグラフである。 板厚０．１０ｍｍの鋼帯を１パス圧延したときの周速比と圧下率との関係を示すグラフである。 板厚０．０５ｍｍの鋼帯を１パス圧延したときの周速比と圧下率との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明のクラスター型圧延機の好ましい実施形態を示す模式図である。図１のクラスター型圧延機１Ａは１２段の圧延機であって、上下一対のワークロール１０Ａと、各ワークロール１０Ａのそれぞれを支持する複数の中間ロール２０Ａと、各複数の中間ロール２０Ａを支持するバックアップロール３０Ａとを備える。鋼帯Ｓの上下にそれぞれ６本のロール群が配置されており、上下のワークロール１０Ａはそれぞれ２本の中間ロール２０Ａにより支持され、２本の中間ロール２０Ａは３本のバックアップロール３０Ａにより支持されている。

ワークロール１０Ａは、コイル２から供給される鋼帯Ｓに接触しながら回転し、鋼帯Ｓに板厚方向の圧縮変形を与えて連続的に減厚していく。圧延された鋼帯Ｓはテンションリール３に巻き取られる。上下１対のワークロール１０Ａは、それぞれ胴長が６００～１８００ｍｍであり、同じ直径を有している。ただし、１対のワークロール１０Ａ同士のロール径差が±０．５％程度であれば同径とみなしてもよい。

各ワークロール１０Ａは、少なくとも胴部の外層５ｍｍの縦弾性係数が４５０ＧＰａ以上の超硬合金からなることが好ましい。超硬合金ロールは通常の鋼製ロールに比べて縦弾性係数が高いため、弾性変形である偏平変形が軽減されて接触弧長を短くすることができ、圧延荷重および圧延トルクの低減効果を拡大することができる。また、ワークロール１０Ａの外層に高い硬度と耐摩耗性を有する超硬合金を用いることで、表面に疵が発生するのを抑制することができる。なお、外層の厚みが少なくとも５ｍｍあればよく、内部を鋳鉄や鍛鋼などの鋼製ロールにより構成してもよいし、胴部すべてを超硬合金で構成されていてもよい。

ワークロール１０Ａと鋼帯Ｓとのロールバイト（接触界面）には潤滑油が供給される。ロールバイトに供給される潤滑油は、ワークロール１０Ａと中間ロール２０Ａとの接触部、中間ロール２０Ａとバックアップロール３０Ａとの接触部にも供給される。潤滑油は、例えばニート油の他に、乳化剤を用いて水中に乳化させたエマルションを用いてもよい。潤滑油の動粘度は、特に限定されないが、４０℃において５～３０ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。動粘度が５ｍｍ^２／ｓ未満の場合には、ロールバイトに導入される油膜厚が薄くなり、圧延荷重が増加するとともに、焼き付きによる表面欠陥が生じやすい。一方、潤滑油の粘度が３０ｍｍ^２／ｓを超えると、ロール間スリップが発生しやすくなり、異周速状態を維持できなくなる可能性がある。

複数の中間ロール２０Ａは、上下それぞれ２本ずつ設けられており、２本の中間ロール２０Ａが１本のワークロール１０Ａを支持する構造を有する。ワークロール１０Ａには鋼帯Ｓからの加工反力が直接負荷されるため、ワークロール１０Ａが小径である場合にはワークロール１０Ａがたわみやすい。そこで、上下２本の中間ロール２０Ａが各ワークロール１０Ａをそれぞれ支持する構造になっている。複数の中間ロール２０Ａは、ワークロール１０Ａよりも大きな直径を有し、ワークロール１０Ａよりも高い曲げ剛性を有している。

複数の中間ロール２０Ａのうち、上下それぞれ１本以上はワークロール１０Ａを回転させるための駆動用中間ロール２５として機能する。つまり、ワークロール１０Ａが直接回転駆動するのではなく、駆動用中間ロール２５が回転駆動することにより、駆動用中間ロール２５に接触しているワークロール１０Ａが間接的に回転する。図１において、４本の第１中間ロール２０Ａのすべてが駆動用中間ロール２５として機能しており、上下それぞれ２本の中間ロール２０Ａが1本のワークロール１０Ａを回転駆動させている。この場合、２本の駆動用中間ロール２５は周速度が同一となるように制御されるとともに、上下の駆動用中間ロール２５は互いに異なる周速度になるように制御される。

なお、４本の中間ロール２０Ａのすべてが駆動用中間ロール２５である場合について例示しているが、上述の通り、中間ロール２０Ａのうち、上下に少なくとも１本ずつ駆動用中間ロール２５が設けられていればよい。この場合、他の中間ロール２０Ａはワークロール１０Ａの回転に伴って回転しながらワークロール１０Ａを支持することになる。

バックアップロール３０Ａは、上下にそれぞれ３本ずつ設けられており、３本のバックアップロール３０Ａが２本の中間ロール２０Ａを支持する構造を有する。複数のバックアップロール３０Ａのうち、上下それぞれ１本以上は、軸部にロール軸方向に沿って分割された複数の胴部が取り付けられた構造を有するバックアップロールベアリングであることが好ましい。特に、鋼帯Ｓの圧延方向に対して両端側に設置された上下それぞれ２本のバックアップロール３０Ａがバックアップロールベアリングからなっていることがより好ましい。すると、バックアップロールベアリング間の軸部を押し込む機構や、バックアップロールベアリングを偏心させる機構を設けることにより、板幅方向のクラウンを調整することができ、形状制御能力を高めることができる。

図２は、回転駆動装置の一例を示す模式図である。図２の回転駆動装置４０は、上下のワークロール１０Ａをそれぞれ異なる周速比で回転させるように、駆動用中間ロール２５を回転駆動させる。周速比とは、低速側のワークロール１０Ａの周速に対する高速側のワークロール１０Ａの周速の比を意味する。なお、上側もしくは下側のワークロール１０Ａのどちらを高速側もしくは低速側に設定してもよい。

回転駆動装置４０は、駆動用中間ロール２５を回転駆動させるものであり、駆動モータ４１と、駆動モータ４１に接続されたディファレンシャルギア（差動歯車）４２と、一方がディファレンシャルギア４２に接続され他方が駆動用中間ロール２５に接続された複数のスピンドル４３とを備える。ディファレンシャルギア４２は、１つの駆動モータ４１から伝達される回転駆動力を上下のスピンドル４３に分割して伝達する。この際、ディファレンシャルギア４２は、上下のスピンドル４３に対し異なる周速になるように回転駆動力を分割する。図１のように、上下にそれぞれ２本ずつの駆動用中間ロール２５が配置されている場合、スピンドル４３もそれぞれ上下に２本ずつ設けられ、上側同士もしくは下側同士の周速は同一になるように設定される。

なお、１つの駆動モータ４１の回転駆動力がディファレンシャルギア４２を用いて上下のスピンドル４３に分割され伝達される場合について例示しているが、上下の駆動用中間ロール２５のそれぞれに個別に駆動モータ４１が設置されていてもよい。この場合、上下それぞれの駆動モータ４１の周速が独立に調整されることで異周速制御が行われることになる。

図３は本発明のクラスター型圧延機の別の実施形態を示す模式図である。なお、図３のクラスター型圧延機１Ｂにおいて、図１のクラスター型圧縮機と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図３のクラスター型圧延機１Ｂは、２０段の圧延機であって、図１と同様、上下一対のワークロール１０Ｂと、各ワークロール１０Ｂのそれぞれを支持する複数の中間ロール２０Ｂと、複数の中間ロール２０Ｂを支持する複数のバックアップロール３０Ｂとを備える。２０段のクラスター型圧延機１Ｂとしては、ゼンジミア式圧延機が広く知られており、鋼帯Ｓの上下にそれぞれ１０本のロール群が配置されている。

図３のワークロール１０Ｂは、胴長が４００～１４００ｍｍ程度のものが用いられる場合が多く、図１と同様、例えば超硬合金ロールからなるものであってもよい。また、図１と同様、鋼帯Ｓとワークロール１０Ｂとの間のロールバイトには潤滑油が供給される。図３の場合、接触する中間ロール２０Ｂ同士の間にも潤滑油が供給される。さらに、バックアップロール３０Ｂについても、図１と同様、上下それぞれ１本以上は、バックアップロールベアリングによって構成されることが好ましい。

特に、図３の複数の中間ロール２０Ｂは、ワークロール１０Ｂを直接支持する複数の第１中間ロール２１Ｂと、複数の第１中間ロール２１Ｂを支持する複数の第２中間ロール２２Ｂとを備える。２本の第1中間ロール２１Ｂが１本のワークロール１０Ｂを支持し、３本の第２中間ロール２２Ｂが２本の第１中間ロール２１Ｂを支持する。そして、４本のバックアップロール３０Ｂが３本の第２中間ロール２２Ｂを支持する。第１中間ロール２１Ｂの直径（ロール径）は、ワークロール１０Ｂのロール径よりも大きく、第２中間ロール２２Ｂの直径は、第１中間ロール２１Ｂの直径よりも大きい。これは、クラスター型圧延機１Ｂのロール配置のためのスペース上の制約によるものである。

複数の中間ロール２０Ｂのうち、第２中間ロール２２Ｂが駆動用中間ロール２５として機能し、第２中間ロール２２Ｂに図２の回転駆動装置４０が接続される。これは、図３のワークロール１０Ｂ及び第１中間ロール２１Ｂの直径は、図１のワークロール１０Ａ及び中間ロール２０Ａに比べて小さいことから、ロール径の大きさがワークロール１０Ｂ及び第１中間ロール２１Ｂよりも大きい第２中間ロール２２Ｂを駆動用中間ロール２５にすることで、スピンドル４３の直径を大きくして異周速制御を行うのに必要なトルクを確保するためである。なお、図３の場合であっても、上下それぞれ３本の第２中間ロール２２Ｂのうち、少なくとも１本が駆動用中間ロール２５として機能するものであればよい。そして、駆動用中間ロール２５の回転駆動力は第１中間ロール２１Ｂを介してワークロール１０Ｂに伝達されることになる。

＜ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径＞
クラスター型圧延機１Ａ，１Ｂのワークロール１０Ａ、１０Ｂは、２０～１２０ｍｍの直径Ｄｗを有する。ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径Ｄｗが１２０ｍｍを超えると、ワークロール１０Ａ、１０Ｂのロール偏平が大きくなって、圧延荷重が増加して、１パス当たりの圧下率を大きくとることができない。ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径が２０ｍｍ未満では、圧延の際のワークロール１０Ａ、１０Ｂのたわみ変形が大きくなって、たわみ変形を中間ロール２０Ａ、２０Ｂで抑制できなくなり、鋼帯Ｓの形状が不安定化する。一方、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径Ｄｗが２０～１２０ｍｍである場合、鋼帯Ｓとワークロール１０Ａ、１０Ｂとの接触弧長を短くすることができるため、鋼帯Ｓを塑性変形させるために必要な駆動トルクを小さくすることができる。

なお、ワークロール１０Ａ、１０Ｂは、段数によらず、直径Ｄｗが２０～１２０ｍｍになっていれば圧延荷重を低減することができるが、さらに段数に応じた好適範囲の直径Ｄｗになっていてもよい。１２段のクラスター型圧延機１Ａの場合には、上下のワークロール１０Ａの直径Ｄｗが７０～１２０ｍｍであることが好ましい。これは、中間ロール２０Ａによるワークロール１０Ａのたわみの抑制効果が低いため、直径Ｄｗが７０ｍｍ未満ではワークロール１０Ａのたわみが大きくなるおそれがあるためである。２０段のクラスター型圧延機１Ｂの場合、ワークロール１０Ｂの直径Ｄｗは２０～７０ｍｍであることが好ましい。これは、中間ロール２０Ｂとして第１中間ロール２１Ｂと第２中間ロール２２Ｂとを配置しているため、ワークロール１０Ｂのたわみを抑制する効果が高く、小径のワークロール１０Ｂを適用することで圧延荷重を大きく低減できるからである。

＜ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さ＞
ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さは、０．０５～０．５０μｍＲａである。なお、表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－１９９４に規定される算術平均粗さであり、測定方向はワークロール１０Ａ、１０Ｂの軸に平行な方向である。表面粗さが０．０５μｍ未満の場合、駆動用中間ロール２５からワークロール１０Ａ、１０Ｂへトルクを伝達する際に、ロール間でスリップが発生することがあり、駆動トルクを伝達できないからである。ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さが０．５０μｍを超えると、鋼帯Ｓとワークロール１０Ａ、１０Ｂ間での摩擦係数が大きくなり、圧延荷重および圧延トルクが増加するため、ワークロール１０Ａ、１０Ｂを小径化する効果を相殺してしまう。

特に、図１の１２段のクラスター型圧延機１Ａの場合、ワークロール１０Ａの表面粗さは０．０５～０．４０μｍＲａであることが好ましい。一方、図３の２０段のクラスター型圧延機１Ｂの場合、ワークロール１０Ｂの表面粗さは０．０５～０．１５μｍＲａであることが好ましい。ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径が大きいほどロール間スリップが生じやすくなり、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さを大きくする必要がある。図１の１２段のクラスター型圧縮機１Ａのワークロール１０Ａの直径は、図３の２０段のクラスター型圧縮機１Ｂのワークロール１０Ｂの直径よりも大きい。そのため、ワークロール１０Ｂの表面粗さの上限値はワークロール１０Ａより小さくすることができ、鋼帯Ｓとワークロール１０Ｂとの間の摩擦係数が増大するのを抑制することができる。

＜駆動用中間ロール２５の直径＞
駆動用中間ロール２５の直径は、ワークロールの直径Ｄｗに対して、１．７～４．５×Ｄｗになっている。駆動用中間ロール２５の直径ＤＩが、１．７×Ｄｗよりも小さい場合、スピンドル４３の直径も小さくせざるを得なくなる。異周速圧延を行う際の高速側の駆動用中間ロール２５に対するトルク集中が生じると、スピンドル４３の強度が不足して、設備破損を生じさせるリスクが高くなる。一方、駆動用中間ロール２５の直径ＤＩが４．５×Ｄｗを超えると、クラスター型圧延機１Ａ、１Ｂとして、ロール群を扇状に配置するための設備配置の自由度が低下して、潤滑油の供給配管等を設置するスペースが制約される。

＜駆動用中間ロール２５の表面粗さ＞
駆動用中間ロール２５の表面粗さは、０．１０～１．００μｍＲａである。駆動用中間ロール２５の表面粗さが、０．１０μｍＲａよりも小さいと、ロール同士の接触面での表面粗さが小さくなり、ロール間スリップが発生しやすくなる。一方、駆動用中間ロール２５の表面粗さが１．０μｍＲａを超えると、駆動中間ロール２５に接触するワークロール１０Ａもしくは第１中間ロール２１Ｂの表面に疵を発生させ、鋼帯Ｓに転写されることにより、鋼帯Ｓに表面欠陥を発生させるおそれがある。そのため、駆動用中間ロール２５の表面粗さは、０．１０～１．００μｍＲａに形成される。

特に、図１の１２段のクラスター型圧延機１Ａの場合、駆動用中間ロール２５の表面粗さは、０．３０～０．８０μｍＲａの範囲にあることが好ましい。一方、図３の２０段のクラスター型圧延機１Ｂの場合、駆動用中間ロール２５の表面粗さは、０．１５～０．２５μｍＲａであることが好ましい。直径が小さければ駆動用中間ロール２５の表面粗さを小さくしてもロール間スリップを防止することができる。よって、段数を多くして直径が小さくなるほど表面粗さを小さくでき、ロール間で発生する表面疵の発生を抑制できる。

さらに、図１のクラスター型圧延機１Ａにおいて、駆動用中間ロール２５の表面粗さは、ワークロール１０Ａの表面粗さよりも大きくすることが望ましい。これは、図１の場合、ワークロール１０Ａ側の表面粗さをできるだけ小さくして圧延荷重を低減させる分、駆動用中間ロール２５側の表面粗さを大きくしてロール間スリップを防止するためである。また、図３の場合、駆動用中間ロール２５の回転駆動力は、第１中間ロール２１Ｂを介してワークロール１０Ｂに伝達される。このため、上記圧延荷重低減及びロール間スリップの観点から、第１中間ロール２１Ｂの表面粗さはワークロール１０Ｂの表面粗さより大きくすることが好ましい。また、駆動用中間ロール２５は、第１中間ロール２１Ｂとの間でロール間スリップが生じないものであればよいが、ワークロール１０Ａの表面粗さより大きくすることが好ましい。

図３のクラスター型圧延機１Ｂの場合、第１中間ロール２１Ｂの表面粗さは、ワークロール１０Ｂの表面粗さよりも大きく、駆動用中間ロール２５よりも小さくなっている。表面粗さについては、ワークロール１０Ｂよりも表面粗さが小さいとロール間スリップが生じやすく、駆動用中間ロール２５よりも表面粗さが大きいと、ロール間で表面損傷が発生しやすくなるからである。

なお、上述したワークロール１０Ａ、１０Ｂ及び駆動用中間ロール２５の表面仕上げには、上述した所望の表面粗さが得られるものであればどのような加工方法であってもよい。例えば、機械加工によるロール研磨、ショットブラスト、放電加工、電子ビーム加工、レーザー加工などによりロールの表面を仕上げることができる。このうち、研削機を用いたロール研磨を行う場合には、使用する砥石の番手を変更して所望の表面粗さに仕上げる。

また、ワークロール１０Ａ、１０Ｂ及び中間ロール２０Ａ、２０Ｂの表面には、周方向（ロール軸方向に対し垂直方向）に延びる研磨筋が形成されていることが好ましい。研磨筋とは、研磨によって微視的な凹凸がロール幅方向へ列状に形成された研磨目である。冷間圧延において駆動用中間ロール２５からワークロール１０Ａ、１０Ｂへころがり接触によりトルクを伝達する際、潤滑油がロール間に導入されて流体膜が形成される。すると、圧延速度の加減速時にロール間スリップが発生しやすい。このため、接触して回転する双方のロール表面に周方向に研磨筋を付与しておくことにより、ロール間から潤滑油が排除されるようにするのが好ましい。

＜上下ワークロール１０Ａ、１０Ｂの周速比＞
回転駆動装置４０は、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂの周速比が１．０３～１．１０となるように、上下の駆動用中間ロール２５で周速度を制御する。周速比が１．０３未満では異周速圧延による圧延荷重の低減効果が十分得られない。一方、周速比が１．１０を超えると、高速側のワークロールを回転駆動させるための駆動用中間ロール２５に掛かるトルクが増大して、ロール間スリップが発生する可能性が高くなる。

＜冷間圧延方法＞
図１から図３を参照して、本発明の冷間圧延方法の好ましい実施形態について説明する。冷間圧延が行われる際、図１から図３のクラスター型圧延機１Ａ、１Ｂは、例えば圧延方向に鋼帯Ｓを往復させて圧延を行うリバース圧延機として機能する。なお、圧延方向に沿って複数台のクラスター型圧延機１Ａ、１Ｂが設置され、各クラスター型圧延機１Ａ、１Ｂにおいて順次圧延が行われるタンデム圧縮機として機能させてもよい、冷間圧延を行う際の１パスあたりの圧下率としては、５～６０％程度の範囲で設定することができる。１パス当たりの圧下率が大きいほど、母材厚から製品厚までのパス数を削減できるため、生産能率の向上を図ることができる。ただし、材料の変形抵抗が大きく、板厚が薄くなるほど、１パス当たりの圧下率を大きくとれなくなるので、クラスター型圧延機１Ａ、１Ｂごとに異なる最大圧延荷重に応じて、１パス当たりの圧下率を決定する。

冷間圧延は、板厚が０．３ｍｍ以下の鋼帯Ｓに対して行われる。板厚が０．３ｍｍ以下の極薄材の圧延においては、特に硬質な材料を圧延しようとするとワークロール１０Ａ、１０Ｂの偏平変形が大きくなって圧延荷重が増加してしまう条件である。このような条件において本実施形態の有利な特性が発揮できる。特に、板厚が０．１ｍｍ以下の鋼帯に適用するのが好ましく、０．０７ｍｍ以下がより好ましい。また、いわゆる箔材と呼ばれる板厚である０．０１～０．０２ｍｍを圧延するものであってもよい。

鋼帯Ｓとしては、高炭素鋼などの特殊鋼、ステンレス鋼、電磁鋼帯などの箔材等を含む極薄鋼帯を対象とする。ただし、これに限定されるものではなく、アルミ合金、チタン合金、銅合金など、鉄鋼材料以外に対しても適用できる。

上記実施の形態によれば、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径が、２０～１２０ｍｍであり、駆動用中間ロール２５の直径が、１．７～４．５×Ｄｗであって、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂの周速が異なるように、上下の駆動用中間ロール２５の周速比を制御する。これにより、小径のワークロール１０Ａ、１０Ｂによる異周速圧延を実現することができ、ワークロール１０Ａ、１０Ｂのロール偏平の低減による圧延荷重の低減効果と、異周速圧延でのせん断変形の付与による圧延荷重の低減効果の両者を得ることができる。その結果、従来に比べて一層の圧延荷重の低減効果および圧延トルク低減効果が実現される。

特に、異周速圧延では、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂのうち、高速側ロールに作用するトルクが大きく、上下で同周速の圧延に比べて大きなトルクが高速側のワークロール１０Ａ、１０Ｂに集中することになる。よって、ワークロール１０Ａ、１０Ｂが小径である場合、スピンドル４３も小径になるため、トルク不足となる。そこで、ワークロール１０Ａ、１０Ｂよりも径が大きい駆動用中間ロール２５を回転駆動させることにより、異周速圧延を行うのに必要なトルクを確保する。一方、駆動用中間ロール２５がワークロール１０Ａ、１０Ｂを回転駆動させる場合、駆動用中間ロール２５からワークロール１０Ａ、１０Ｂへ回転駆動力を伝達する必要があり、ロール間スリップの発生を抑える必要がある。そこで、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さを０．０５～０．５０μｍＲａにし、駆動用中間ロール２５の表面粗さを０．１０～１．０μｍＲａにする。これにより、小径のワークロール１０Ａ、１０Ｂを使用しながら異周速圧延を実現することができ、圧延荷重の低減を行うことで、硬質な薄鋼帯の圧延を行うことができる。

図３の２０段のクラスター型圧延機１Ｂを用いて、硬質な極薄材の冷間圧延を実施した実施例について説明する。上下のワークロール１０Ｂの直径Ｄｗを６０ｍｍ、ワークロール１０Ｂの表面粗さを０．１μｍＲａ、駆動用中間ロール２５の直径を１７０ｍｍ（＝２．８３×Ｄｗ）、バックアップロール３０Ｂの直径を３００ｍｍとした。駆動用中間ロール２５の表面粗さは０．２μｍＲａであり、周方向に研磨筋が形成されるように円周方向に研磨仕上げした。

駆動用中間ロール２５の上下の周速比は１．００、１．０３、１．０５および１．１０とした。このとき、上下のワークロール１０Ｂの直径差はほとんどなかったため、上下のワークロール１０Ｂの周速比は、駆動用中間ロール２５の上下の周速比と同じであるとみなして、本実施例である圧延条件を実現した。

クラスター型圧延機１Ｂにおける入側（鋼帯Ｓの進行方向に対してワークロール１０Ｂよりも上流側）の張力は２９４ＭＰａとし、出側（鋼帯Ｓの進行方向に対してワークロール１０Ｂよりも下流側）の張力は４４１ＭＰａとしてそれぞれ一定にした。圧延速度は１００ｍ／分であり、動粘度１４ｍｍ^２／ｓの潤滑油を圧延機入出側より５００ｌ／分で供給し、リバース圧延を行った。

このような条件下において、鋼帯Ｓとして板厚０．３ｍｍ、板幅９１０ｍｍの特殊鋼薄板を用いて圧延実験を行った。圧延引張試験によって同定した鋼帯Ｓの変形抵抗ｋは、式（１）に示す変形抵抗式に基づき、ｌ＝１０４６ＭＰａ、ｍ＝０．０．０５、ｎ＝０．１１６の硬質材であった。ただし、εは相当ひずみである。

ｋ＝ｌ×（ε＋ｍ）^ｎ ・・・（１）

先ず、上記板厚０．３ｍｍの鋼帯Ｓを１パス圧延することにより、その効果を検証した。実験は、単位幅あたりの圧延荷重が３．６ｋＮ／ｍｍと一定に制御しながら、ワークロール１０Ｂの周速比を１．００（同周速）、１．０３、１．０５、１．１０と変化させて圧下率を測定した。図４は、板厚０．３ｍｍの鋼帯Ｓを１パス圧延したときの周速比と圧下率との関係を示すグラフである。図４に示すように、同一の圧延荷重であれば、同周速比よりも周速比が大きい場合に１パスあたりの圧下率も大きくなり、周速比１．０５の場合、圧下率は従来例に比べて１．２倍となった。

次に、上記板厚０．３ｍｍの鋼帯Ｓを０．１ｍｍまで圧延した後、板厚０．１ｍｍの鋼帯Ｓを１パス圧延したときの効果を検証した。加工硬化により硬質化した鋼帯Ｓに対して、上記と同様に、周速比１．００（同周速比）、１．０３、１．０５、１．１０と変化させて圧下率を測定した。その際の圧延荷重は２．２ｋＮ／ｍｍと一定に制御した。図５は、板厚０．１ｍｍの鋼帯を１パス圧延したときの周速比と圧下率との関係を示すグラフである。図５に示すように、同周速比に対して周速比が１．０３以上の場合の方が、１パスあたりの圧下率が増加し、周速比１．０５での圧下率は１．２倍となった。

さらに、上記０．１ｍｍの鋼帯を板厚０．０５ｍｍまで圧延した後、板厚０．０５ｍｍの鋼帯Ｓを１パス圧延したときの効果を検証した。その際の圧延荷重は３．４ｋＮ／ｍｍとした。図６は板厚０．０５ｍｍの鋼帯を１パス圧延したときの周速比と圧下率との関係を示すグラフである。図６に示すように、周速比が大きいほど圧下率が増加し、周速比１．０５で圧下率は１．２倍となった。

このように、図３に示す２０段のクラスター型圧延機１Ｂを用いて薄鋼帯Ｓの冷間圧延を行うことにより、従来（同周速比）よりも同一の圧延荷重において圧下率を増加させることができ、上述の通り、生産効率の向上を図ることができる。

図１の１２段のクラスター型圧延機１Ａ及び図３の２０段のクラスター型圧延機１Ｂを用いて、ワークロール１０Ａ、１０Ｂ及び駆動用中間ロール２５の直径、ワークロール１０Ａ、１０Ｂ及び駆動用中間ロール２５の表面粗さを変更した場合について、表１、２にそれぞれ示す。なお、表１及び表２において、入側の鋼帯Ｓの板厚に対応した圧延荷重が設定され、その条件に対する圧下率を求めたものである。また、表１及び表２には圧延に際して発生した問題点を記載している。圧延条件については、使用した圧延油を含めて、上記実施例１と同様である。なお、表１及び表２において、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径をＤｗと表記し、駆動用中間ロール２５の直径をＤＩと表記し、本発明を満たしていない条件には下線を付している。

表１及び表２の比較例Ｎｏ．１、４、７のように、周速比が１．０３未満である場合、周速比が１．０３～１．１０の場合に比べて圧下率が低い（図４～図６参照）。一方、表１及び表２の発明例Ｎｏ．２、３、５、６、８、９、１７～２５のように、周速比が１．０３～１．１０の場合、ロール間スリップ等が生じることなく、圧延荷重の低減効果を得ることができた。

表１の比較例Ｎｏ．１０のように、ワークロール１０Ａの直径Ｄｗが１２０ｍｍより大きい場合、異周速圧延を行った場合でも、同一の入側板厚の鋼帯に対して圧下率が低下してしまい、生産能率の低下を招いた。また、表２の比較例Ｎｏ．１０のように、ワークロール１０Ｂの直径が２０ｍｍより小さい場合、所定の圧延荷重を負荷した条件で圧延を開始しても、鋼帯Ｓの板形状が不安定となってしまい、所望の圧下率を特定できなかった。一方、表１及び表２の発明例Ｎｏ．２、３、５、６、８、９、１７～２５のように、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径が２０～１２０ｍｍの場合、ロール間スリップ等が生じることなく、圧延荷重の低減効果を得ることができた。

表１及び表２のＮｏ．１１のように、駆動用中間ロール２５の直径ＤＩが１．７×Ｄｗ未満の条件では、所定の圧延荷重を付与した状態で圧延を開始すると、駆動用中間ロール２５の制限トルクを超えたため、圧延を中止した。また、表１及び表２のＮｏ．１２のように、駆動用中間ロール２５の直径ＤＩが４．５×Ｄｗより大きい条件（ＤＩ＝４．５５×Ｄｗ）では、中間ロール２０Ａ、２０Ｂ及びバックアップロール３０Ａ、３０Ｂを扇状に広がって配置するためのスペース上の制約が生じることが分かったので、圧延を実施することができなかった。一方、表１及び表２の発明例Ｎｏ．１７、Ｎｏ．１８のように、駆動用中間ロール２５の直径ＤＩが１．７～４．５×Ｄｗの場合、制限トルクを超えることなく、異周速圧延を行うことができ、圧延荷重の低減効果を得ることができた。

表１及び表２のＮｏ．１３のように、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さが、０．０５μｍＲａ未満の場合、駆動用中間ロール２５からワークロール１０Ａ、１０Ｂにかけて伝達すべきトルクが、ロール間スリップの発生により不十分となって、安定した異周速圧延を実現することができなかった。また、表１及び表２のＮｏ．１４のように、ワークロールの表面粗さが０．５０μｍＲａより大きい場合、異周速圧延を行った場合でも、圧下率が低下してしまい、生産能率の低下を招いた。一方、表１及び表２の発明例Ｎｏ．１９、２０のように、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さが、０．０５～０．５０μｍＲａの場合、ロール間スリップの発生を抑え、圧延荷重の低減効果を得ることができた。

表１及び表２のＮｏ．１５のように、駆動用中間ロール２５の表面粗さが、ワークロール１０Ａ、１０Ｂの表面粗さよりも小さく、０．１０μｍＲａ未満である場合、駆動用中間ロール２５からワークロール１０Ａ、１０Ｂにかけて伝達すべきトルクが、ロール間スリップの発生により不十分となって、安定した異周速圧延を実現することができなかった。

また、表１及び表２のＮｏ．１６のように、駆動用中間ロール２５の表面粗さが、１．００μｍＲａよりも大きい場合、駆動用中間ロール２５からトルクを伝達する際に、接触するワークロール１０Ａもしくは第１中間ロール２１Ｂの表面に疵が発生したことに起因して鋼帯Ｓに表面疵が発生したため、圧延を中止した。一方、表１及び表２の発明例Ｎｏ．２１、２２のように、駆動用中間ロール２５の表面粗さが、０．１０～１．００μｍＲａである場合、ロール間スリップの発生を抑え、圧延荷重の低減効果を得ることができた。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、図１及び図２において１２段もしくは２０段のクラスター型圧延機１Ａ、１Ｂについて例示しているが、これらに限定されるものでなく、１４段または１６段等の公知のクラスター型圧延機を用いてもよい。

さらに、冷間圧延方法として板厚が０．３ｍｍ以下の鋼帯Ｓの冷間圧延を行う場合について言及しているが、図１及び図２のクラスター型圧延機１Ａ、１Ｂは、０．３ｍｍよりも板厚が厚い鋼帯Ｓの圧延にも適用することができる。また、上記実施形態において、上下のワークロール１０Ａ、１０Ｂの直径は同一であって回転速度が異なるいわゆる同径異周速制御の場合について例示しているが、鋼帯Ｓの上下の周速比が異なっていればよく、回転角速度は同一で上下の直径が異なる異径異周速制御であってもよい。また、図３において、第２中間ロール２２Ｂが駆動用中間ロール２５として機能する場合について例示しているが、必要なトルクが伝達できるのであれば、第1中間ロール２１Ｂを駆動用中間ロール２５として機能させてもよい。

１Ａ，１Ｂ クラスター型圧延機
２ コイル
３ テンションリール
１０Ａ、１０Ｂワークロール
２０Ａ、２０Ｂ中間ロール
２１Ｂ 第１中間ロール
２２Ｂ 第２中間ロール
２５ 駆動用中間ロール
３０Ａ、３０Ｂバックアップロール
４０ 回転駆動装置
４１ 駆動モータ
４２ ディファレンシャルギア
４３ スピンドル
ＤＩ 駆動用中間ロールの直径
Ｄｗ ワークロールの直径
Ｓ 鋼帯

Claims (6)

1. 鋼帯を圧延する上下一対のワークロールと、
   上下の前記ワークロールのそれぞれを支持する複数の中間ロールと、
   複数の前記中間ロールを支持するバックアップロールと、
   複数の前記中間ロールのうち、上下の前記ワークロールをそれぞれ回転駆動させる機能を有する駆動用中間ロールと、
   上下の前記ワークロールの周速が異なるように、上下の前記駆動用中間ロールを回転駆動させる回転駆動装置と、
   を備え、
   前記ワークロールの直径Ｄｗが、２０～１２０ｍｍであり、
   前記駆動用中間ロールの直径ＤＩが、１．７～４．５×Ｄｗであり、
   前記ワークロールの表面粗さが、０．０５～０．５０μｍＲａであり、
   前記駆動用中間ロールの表面粗さが、０．１０～１．００μｍＲａであるクラスター型圧延機。
2. 複数の前記中間ロールは、それぞれ前記ワークロール及び前記バックアップロールの双方と接触しており、
   前記ワークロールの直径Ｄｗが、７０～１２０ｍｍであり、
   前記ワークロールの表面粗さが０．０５～０．４０μｍＲａであり、
   前記駆動用中間ロールの表面粗さが、０．３０～０．８０μｍＲａである請求項１に記載のクラスター型圧延機。
3. 複数の前記中間ロールは、前記ワークロールと接する複数の第１中間ロールと、前記第１中間ロール及び前記バックアップロールと接する複数の第２中間ロールを備え、
   前記駆動用中間ロールは、複数の前記第２中間ロールのうち少なくとも１本以上からなる請求項１に記載のクラスター型圧延機。
4. 前記ワークロールの直径Ｄｗが、２０～７０ｍｍであり、
   前記ワークロールの表面粗さが０．０５～０．１５μｍＲａであり、
   前記駆動用中間ロールの表面粗さが、０．１５～０．２５μｍＲａである請求項３に記載のクラスター型圧延機。
5. 前記回転駆動装置は、高速側と低速側との前記ワークロールの周速比が１．０３～１．１０となるように、上下の前記駆動用中間ロールを回転駆動させる請求項１から４のいずれか１項に記載のクラスター型圧延機。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のクラスター型圧延機を用いた薄鋼帯の冷間圧延方法であって、
   板厚が０．３ｍｍ以下の鋼帯に対して、高速側と低速側との前記ワークロールの周速比が１．０３～１．１０となるように、前記駆動用中間ロールを駆動して冷間圧延を行う冷間圧延方法。

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