JP4499887B2 - 鋼板の表面疵を抑制する圧延方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延過程で鋼板の先後端部に発生する表面疵の発生を抑制する圧延方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板の圧延に際しては、被圧延材側面に存在していた疵の原因となる凹凸が圧延によって被圧延材の上下面側へ回り込み圧延されることによって、鋼板上下面の幅方向端部に、圧延方向に伸びたシーム疵と呼ばれる表面疵が発生する。このシーム疵が製品の切り捨て部分にある場合は大きな問題はないが、製品部分にあると、手入れ作業が必要となり、手入れできない場合は、その製品は不合格となり、製品歩留りを低下させることになる。
【０００３】
このシーム疵の低減対策として、例えば、特開平８−１２０５号公報や特開平８−１５０４０２号公報に開示してあるように、幅出し圧延時に被圧延材の先端部を薄くして、仕上げ圧延（縦圧延）で幅方向側面からの疵の回り込み量を低減してシーム疵の発生を低減する方法が知られている。鋼板上下面の幅方向端部に圧延方向に発生する疵であれば、この方法で低減することはできるが、同じメカニズムで鋼板の先端部と後端部に発生する表面疵は、この方法では低減することはできない。
【０００４】
縦圧延時においては、被圧延材は圧延方向に対して、その直角方向である幅方向にはほとんど延びないため、幅方向の回り込み量を小さくする被圧延材の先端部を薄くして圧延する幅出し圧延を行なっておけば、その後の縦圧延では、幅方向側面からの回り込み量を低減することができ、前記シーム疵の製品側への入り込み量も低減することができる。しかし、図７に示すように、縦圧延では圧延方向に延ばされるため被圧延材の先後端部側面の上下面側への回り込み量が大きくなり、鋼板の先後端部に発生する表面疵は製品側へ大きく入り込むことになる。また、縦圧延では圧延比が大きいため被圧延材の上下面の少しの温度差によっても、温度の高い面がより延ばされ、表面疵の製品側への入り込み量も表面と裏面とで異なり、温度が低い面に表面疵の入り込み量が大きくなる。このため、製品歩留りは表面疵の入り込み量、すなわち側面の上下面側への回り込み量の大きい面に左右されることになる。なお、図中の黒丸印は被圧延材の先後端部のコーナ位置を示し、縦圧延前の黒丸印が縦圧延によって上下面側に回り込む過程を模式的に示したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、発明者等は検討の結果、鋼板の先後端部に発生する表面疵の製品側への入り込み量を低減して、製品歩留りを向上させるためには、表面疵の製品側への入り込み量を上下面対称にすることが有効であることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、被圧延材の上下面の温度差と、温度差による側面の上下面側への回り込み量を考慮して、幅出し圧延の後に、縦圧延での先後端部に相当する被圧延材の側面をテーパー形状に成形し、次いで縦圧延を行なうことによって、表面疵の製品先後端部への入り込み量を上下面対称にすることができる鋼板の表面疵を抑制する圧延方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、被圧延材を加熱炉で加熱した後、製品幅方向に圧延する幅出し圧延を行なった後、９０°回転し、製品長さ方向に圧延する縦圧延を行なう圧延方法において、前記縦圧延の前に、被圧延材の縦圧延での先後端部に相当する、前記幅出し圧延における被圧延材の側面形状を被圧延材の厚さ方向で加熱温度の低い面側から高い面側に、一方向に傾斜するテーパー形状に成形するエッジャー圧延を、エッジャー圧延機の竪ロールの径が被圧延材の厚さ方向にテーパー形状に変化していると共に、その竪ロール軸が被圧延材の厚さ方向に傾斜している竪ロールを用いて行なうことを特徴とする鋼板の表面疵を抑制する圧延方法である。
【０００９】
また、被圧延材を加熱炉で加熱した後、製品幅方向に圧延する幅出し圧延を行なった後、９０°回転し、製品長さ方向に圧延する縦圧延を行なう圧延方法において、前記縦圧延の前に、被圧延材の縦圧延での先後端部に相当する、前記幅出し圧延における被圧延材の側面形状を被圧延材の厚さ方向で加熱温度の低い面側から高い面側に、一方向に傾斜するテーパー形状に成形するエッジャー圧延を、エッジャー圧延機の竪ロールの径が被圧延材の厚さ方向にテーパー形状に変化している竪ロールを用いて行なう鋼板の表面疵を抑制する圧延方法であって、予め、被圧延材の上下面の温度差、縦圧延における被圧延材の先後端部の側面の上下面側への回り込み量および被圧延材側面にエッジャー圧延によって付与するテーパー形状の三者の相関関係を調べておき、実際の圧延に際しては、前記縦圧延の前の被圧延材の上下面の温度差を実測あるいは計算により求め、この求められた温度差と前記予め求められている相関関係から縦圧延における被圧延材の先後端部の側面に付与する最適なテーパー形状を決定することを特徴とする鋼板の表面疵を抑制する圧延方法である。
【００１０】
予め、被圧延材の上下面の温度差、縦圧延における被圧延材の先後端部の側面の上下面側への回り込み量および被圧延材側面にエッジャー圧延によって付与するテーパー形状の三者の相関関係を調べておき、実際の圧延に際しては、前記縦圧延の前の被圧延材の上下面の温度差を実測あるいは計算により求め、この求められた温度差と前記予め求められている相関関係から縦圧延における被圧延材の先後端部の側面に付与する最適なテーパー形状を決定する請求項１に記載の鋼板の表面疵を抑制する圧延方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
加熱炉内の被圧延材は加熱炉の構造上、上面が加熱されやすく上面の温度が下面より高くなる傾向がある。このため、圧延比の大きい縦圧延では、温度の高い上面側が延ばされ、温度の低い下面側の側面が下面側に回り込みやすくなる。また、鋼板の圧延では、被圧延材の厚さが厚い場合、上反りになるとローラテーブル上の搬送などで不具合が生じるため、下反り気味に圧延するのが一般的である。このため、表面疵は製品の下面側に入り込む傾向がある。
【００１２】
従って、本発明に関わる鋼板の表面疵を抑制する圧延方法は、被圧延材の上下面の温度差を考慮して、幅出し圧延後に、縦圧延の先後端部に相当する、幅出し圧延における被圧延材の側面をテーパー形状に成形する。すなわち、被圧延材の上下面の温度差による側面の回り込み量を予測して、その分、温度の高い面側の長さを短くしておくために、被圧延材の側面を温度の低い面側から高い面側（厚さ方向）に、一方向に傾斜するテーパー形状に成形する。
【００１３】
被圧延材側面のテーパー形状の成形は、エッジャー圧延機に竪ロールの傾斜機能を持たせ、これによって竪ロールを被圧延材の厚さ方向に傾斜させてエッジャー圧延で行なう。さらに、エッジャー圧延機の竪ロールの径を被圧延材の厚さ方向に、小から大へ、あるいは大から小へ変化させておくことによって、竪ロールのロール面をテーパー形状にすることができるため、竪ロール軸の被圧延材の厚さ方向の傾斜角度は小さくてすむ。この時の竪ロール径は、被圧延材の温度が高い面側から低い面側に向けて、大から小へ変化させておくことは言うまでもない。
【００１４】
実際の圧延に際しては、予め、被圧延材の上下面の温度差、縦圧延における先後端部側面の被圧延材の上下面への回り込み量および被圧延材側面にエッジャー圧延によって付与するテーパー形状の三者の相関関係を調査しておくことが重要である。すなわち、被圧延材の上下面の温度差と側面の被圧延材の上下面への回り込み量との関係を知ることによって、被圧延材側面に付与するテーパー形状を決定することができる。これによって、側面の製品上下面への回り込みによる表面疵の製品側への入り込み量を上下面対称にすることができ、かつ表面疵の製品側への入り込み量を最小にすることができる。
【００１５】
このためには、縦圧延の前の被圧延材の上下面の温度差を実測あるいは計算で求め、この温度差を基に、上記の三者の相関関係から、被圧延材側面の上下面への回り込み量を予測するとともに、被圧延材側面に付与するテーパー形状を決定することができる。被圧延材の上下面の温度差を計算で求める場合は、加熱炉内の温度分布と加熱時間、加熱炉を出た後の経過時間等から熱伝導方程式を用いて求めることができる。
【００１６】
図１に、上下面に温度差のある被圧延材を縦圧延したときの縦方向断面の形状変化の模式図を示す。なお、図中、被圧延材下面の星印は、縦圧延前の被圧延材３の下面コーナ位置を示し、この時の被圧延材の温度は上面が下面よりも高い。図１（ａ）に示すように、従来の圧延方法、すなわち被圧延材３の上面側が温度が高く、側面にテーパー形状が成形されていない場合は、縦圧延によって被圧延材の下面側も延ばされるが、温度の高い上面側の方が下面側よりも、より延ばされるため、側面の上面側から下面側への回り込み量が大きくなる。従って、製品４では、縦圧延前の被圧延材３の下面コーナ位置（星印）を基準にした先後端部までの距離が大きくなっている。
【００１７】
図１（ｂ）は、被圧延材３の側面に傾斜角度の小さいテーパー形状を付与した場合で、被圧延材の側面にテーパー形状を成形することによって、上面側の延び、すなわち、側面の上面側から下面側への回り込みが緩和され、製品４では、縦圧延前の被圧延材３の下面コーナ位置（星印）を基準にした先後端部までの距離が（ａ）よりも小さくなっている。
【００１８】
また、図１（ｃ）は、被圧延材３の側面に上下面の温度差を考慮して、傾斜角度の大きいテーパー形状を付与した場合で、被圧延材の側面にテーパー形状を成形することによって、側面の上面側から下面側への回り込みが小さくなり、製品４では、縦圧延前の被圧延材の下面コーナ位置（星印）を基準にした先後端部までの距離が（ａ）、（ｂ）よりも小さくなっている。
【００１９】
以上のように、被圧延材の上下面で温度差がある場合は、被圧延材の側面にテーパー形状を成形することによって、側面の上面側から下面側への回り込み量を小さくすることができ、その結果、製品では縦圧延前の被圧延材の下面コーナ位置（星印）を基準にした先後端部までの距離が短くなる。
【００２０】
上記の方法では、種々の板厚、温度差、圧延パススケジュールによって、最適なテーパー形状角度を決めておく必要がある。しかし、現実的には、全ての場合を実験的に求めておくことは困難である。そのため、被圧延材の上下面の温度差を含めた圧延パススケジュールによる側面の上下面への回り込み量とテーパー形状角度との関係を数値シミュレーションにより求め、圧延パススケジュールごとのテーブルとして与えることが可能である。以下にその具体的な方法を示す。
【００２１】
数値シミュレーションには、ＦＥＭ（有限要素法）による解析を用いる。ＦＥＭでは、縦圧延前の、被圧延素材の縦圧延における先後端部の側面にテーパー形状を成形された初期の被圧延素材の形状を二次元断面として与え、上下面の温度差（変形抵抗）を任意に与える。この初期形状モデルを二次元の非定常弾塑性（あるいは剛塑性）有限要素法により解析を行い側面の回り込み量を求める。
【００２２】
以下に、ＦＥＭ（有限要素法）解析を行なった例について説明する。本計算例は、テーパー形状角度が０°（テーパー形状の成形なし）〜１５°であり、上下面温度差は１００℃（上面１１００℃、下面１０００℃）である。この時の圧延パススケジュールを表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
圧延完了後の被圧延素材の変形図を計算結果として図２に示す。図２（ａ）は０°（テーパー形状の成形なし）、（ｂ）は５°、（ｃ）は１０°、（ｄ）は１５°である。図２からテーパー形状角度が大きくなると上下面の温度差とバランスして先後端部の形状が矩形形状に近づく。すなわち、被圧延材の先後端部側面の上下面への回り込み量が低減していることが分かる。なお、図中の数字は上下面への回り込み量を示し、単位はｍｍである。
【００２５】
上記の計算結果の上下面への側面からの回り込み量を数値化したものが図３である。図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応し、それぞれは被圧延材側面に成形したテーパー形状角度に対応している。（ａ）はテーパー形状の成形なし、（ｂ）はテーパー形状角度が５°であることを示す。回り込み量は、図４に示すように、縦圧延による被圧延材３の側面の、製品４における上面側あるいは下面側への回り込み量で定義する。
【００２６】
図３に示すように、テーパー形状角度が大きくなると側面の下面側への回り込み量が減少し、テーパー形状角度５°では上面側への回り込み量が増加し始め、さらにテーパー形状角度が大きくなり１５°になると上下面側への回り込み量がほぼ対称となる。
【００２７】
このように、被圧延材の上下面の温度差を考慮して、被圧延材の側面にテーパー形状を成形することによって、側面の上下面側への回り込み量を最小にすることができる。従って、この圧延方法を採用することで、側面の上下面側への回り込みによって発生する表面疵の製品への入り込み量を小さくすることができるため、製品歩留りを向上させることができる。
【００２８】
【実施例】
以下に実施例を挙げて説明する。縦圧延における幅出し圧延完了後の板厚（被圧延材）は１００ｍｍで、１パス当たり約５．４ｍｍの圧下量で１６パスの圧延を行い板厚１３．２ｍｍに仕上げた。この時のスラブ上下面の温度差は３０℃で、上面側が１１００℃、下面側が１０７０℃で、テーパー形状は図５に示すように、テーパー形状の成形なし、１００：１０、１００：３０のテーパー形状を成形した３種類である。このときの縦圧延結果を図６に示す。
【００２９】
図６に示すように、比較例のスラブの先後端部側面にテーパー形状を成形していない場合は、側面の下面側への回り込み量は６５ｍｍであるが、１００：１０のテーパー形状を付与した場合は、回り込み量は５０ｍｍで約１０ｍｍ減少している。本発明例の側面に１００：３０のテーパー形状を付与した場合は、側面の上下面への回り込みが起こり、下面側への回り込み量が４２ｍｍ、上面側への回り込み量が４６ｍｍで、テーパー形状に成形していない比較例に対して製品上下面への回り込み量が約２０ｍｍ減少している。この分、製品先後端部の切捨て量が減少し、製品歩留りを向上することができる。この初期スラブ厚１００ｍｍは、実際の圧延での縦圧延開始のスラブ厚に相当するため、縦圧延開始時に１００：３０のテーパー形状を付与することにより、側面の表面への回り込みに起因する表面疵を防止することができる。
【００３０】
本発明の実施に当たっては、縦圧延での先後端部に相当するスラブ（被圧延材）の側面にテーパー形状を付与する必要がある。このためにはエッジャー圧延機に竪ロールの傾斜機能を持たせ、幅出し圧延前に、スラブ厚さ方向の温度分布に応じて、竪ロールを傾斜させて縦圧延の先後端部に相当するスラブ側面にテーパー形状を成形する。また、竪ロールの長さ方向に径をテーパー形状に変化させることによって、竪ロールの傾斜角度は小さくてすむ。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の圧延方法によれば、圧延比の大きい縦圧延においても、被圧延材の先後端部側面の上下面への回り込み量を低減することができるので、表面疵の製品側への入り込み量を抑制することができる。従って、本発明の圧延方法によれば製品鋼板の歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被圧延材の上面側の回り込みと被圧延材の側面に成形したテーパー形状との関係を示す模式図である。
【図２】有限要素法により解析した圧延完了後の被圧延素材の先後端部の変形を説明する図である。
【図３】ＦＥＭ解析による被圧延材の上下面の回り込み量と被圧延材の側面に成形したテーパー角度との関係を示す図である。
【図４】回り込み量の定義を説明する図である。
【図５】実施例における初期スラブ断面形状を示す図である。
【図６】実施例における側面の上下面側への回り込み量を示す図である。
【図７】従来の縦圧延の際に発生する表面疵の発生原因を説明する図である。
【符号の説明】
１…竪ロール、２…水平ロール、３…被圧延材、４…製品。

Claims (3)

1. 被圧延材を加熱炉で加熱した後、製品幅方向に圧延する幅出し圧延を行なった後、９０°回転し、製品長さ方向に圧延する縦圧延を行なう圧延方法において、前記縦圧延の前に、被圧延材の縦圧延での先後端部に相当する、前記幅出し圧延における被圧延材の側面形状を被圧延材の厚さ方向で加熱温度の低い面側から高い面側に、一方向に傾斜するテーパー形状に成形するエッジャー圧延を、エッジャー圧延機の竪ロールの径が被圧延材の厚さ方向にテーパー形状に変化していると共に、その竪ロール軸が被圧延材の厚さ方向に傾斜している竪ロールを用いて行なうことを特徴とする鋼板の表面疵を抑制する圧延方法。
2. 被圧延材を加熱炉で加熱した後、製品幅方向に圧延する幅出し圧延を行なった後、９０°回転し、製品長さ方向に圧延する縦圧延を行なう圧延方法において、前記縦圧延の前に、被圧延材の縦圧延での先後端部に相当する、前記幅出し圧延における被圧延材の側面形状を被圧延材の厚さ方向で加熱温度の低い面側から高い面側に、一方向に傾斜するテーパー形状に成形するエッジャー圧延を、エッジャー圧延機の竪ロールの径が被圧延材の厚さ方向にテーパー形状に変化している竪ロールを用いて行なう鋼板の表面疵を抑制する圧延方法であって、予め、被圧延材の上下面の温度差、縦圧延における被圧延材の先後端部の側面の上下面側への回り込み量および被圧延材側面にエッジャー圧延によって付与するテーパー形状の三者の相関関係を調べておき、実際の圧延に際しては、前記縦圧延の前の被圧延材の上下面の温度差を実測あるいは計算により求め、この求められた温度差と前記予め求められている相関関係から縦圧延における被圧延材の先後端部の側面に付与する最適なテーパー形状を決定することを特徴とする鋼板の表面疵を抑制する圧延方法。
3. 予め、被圧延材の上下面の温度差、縦圧延における被圧延材の先後端部の側面の上下面側への回り込み量および被圧延材側面にエッジャー圧延によって付与するテーパー形状の三者の相関関係を調べておき、実際の圧延に際しては、前記縦圧延の前の被圧延材の上下面の温度差を実測あるいは計算により求め、この求められた温度差と前記予め求められている相関関係から縦圧延における被圧延材の先後端部の側面に付与する最適なテーパー形状を決定する請求項１に記載の鋼板の表面疵を抑制する圧延方法。

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