JPH02124B2

JPH02124B2 -

Info

Publication number: JPH02124B2
Application number: JP55103777A
Authority: JP
Inventors: Jon Fuapiano Donarudo
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1990-01-05
Also published as: JPS5639109A; GB2055229B; DE3028368C2; GB2055229A; US4261190A; DE3028368A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は金属ストリツプの圧延、更に具体的
に云えば、圧延過程の間、ストリツプを平坦に保
つ方法に関する。

［従来技術］この発明に関連して米国特許第4137741号（日
本特許第1309667号、特開昭54−107461号、特公
昭60−29563号）及び米国再発行特許第26996号
（日本特許第896570号、特公昭49−16348号）も参
考として挙げておく。

薄板（シート）金属は、スラブ、バー又はその
他の比較的塊まつた工作物を薄い細長いストリツ
プに圧延することによつて製造される。仕上げ圧
延は室温近く（冷間圧延）で行われる場合が多い
が、最初に工作物をスラブの形から厚さを減少さ
せる時は、熱間圧延機と云う名前で知られている
設備で、高温で行われる。熱間圧延機の製品を更
に処理し、更に厚さを減少させてもよいし、或い
は厚手のストリツプ材料を必要とする用途にはそ
のまま販売してもよい。熱間圧延ストリツプが、
更に圧延を受ける中間製品である場合、それが最
終製品である場合よりも、幅及び厚さ寸法はそれ
程問題ではない。然し、いずれの場合も、平坦
さ、即ち波状になつていないことが重要である。
これは、波状の度合いが過ぎると、この後でスト
リツプを処理して最終的に仕上げ製品に製造する
妨げになるからである。

圧延ストリツプが波状になるのは、ストリツプ
の幅にわたる百分率の厚さ減少分が等しくない為
に、ストリツプの幅方向にわたつて伸びが同じで
ない為である。ストリツプの他の領域よりも伸び
の大きいストリツプの領域は、波状になる。

ストリツプの厚さを減らす為、大きな圧延力を
支える様に設計された向い合う２つのロールを持
つ相次ぐスタンドの間にストリツプが通される。
２段スタンドでは、２つのロールだけがあり、４
段スタンドでは、上側及び下側作業ロールがスト
リツプに接触すると共に、それら自体は直径がず
つと大きい上側及び下側のささえロールと接触す
る。比較的頑丈な４段装置でも、ストリツプ圧延
用に454乃至2722トン（500乃至3000米トン）の範
囲の圧延力の曲げ作用により、撓みを生ずる。こ
の撓みを補償する為、作業ロールは、その長さの
中心の直径が両端の直径より大きくなる様に、研
削し又は輪郭を付けることが出来る。この直径の
差をロールのクラウンと呼ぶ。

ロールのクラウンは圧延作業中一定ではなく、
(イ)高温の工作物並びに(ロ)圧延過程に使われる冷却
水との接触を通じて、ロール温度が増減する時に
変化する。ロールにわたる一様でない温度の変化
によるロール・クラウンの変化は、0.0254cm
（0.01吋）を越えることがある。圧延過程の間、
工作物との接触領域に於ける表面の摩耗によつて
も、更にロールのクラウンが変わる。作業ロール
は、良好な表面状態を保つ為に比較的頻繁に交換
されるが、0.0254cm（0.01吋）を越える摩耗を持
つことがある。作業ロールの寸法変化の他に、さ
さえロールも、作業ロールとの接触による摩擦の
為に摩耗する。ささえロールの摩耗速度は作業ロ
ールの摩耗速度よりずつと遅いが、ささえロール
を交換するまでの時間はかなり長いので、蓄積さ
れた摩耗が作業ロールの摩耗と同じ程度になるこ
とがある。

この様なロールのクラウンに影響する因子が
各々の圧延スタンドで組合さつて、ストリツプの
幅にわたつてストリツプの厚さに若干の変化を生
ずる。ストリツプの縁の近くに於ける厚さ及び中
心に於ける厚さの差が、ストリツプのクラウンと
呼ばれる。ロールの摩耗を別とすると、ロールの
クラウン並びにロールの撓みに影響する全ての因
子を利用して、ストリツプのクラウンを制御する
ことが出来る。ロール温度はロール冷却材を使う
ことによつて制御することが出来る。撓みは、関
連したロール分離力を決定する厚さ減少分（圧下
量）の適当な選択によつて、制御することが出来
る。ロールの研削は、圧延計画と両立し得る様に
選ぶのが普通である。最後に、補助的なロール曲
げ装置を設けて、流体圧シリンダから作業ロール
又はささえロールに曲げモーメントを加えること
により、実効的なロールのクラウンを変えること
が出来る。

ロールのクラウン及びストリツプのクラウンを
制御する方法がどんなものであつても、相次ぐ圧
延スタンドに於けるストリツプのクラウンによ
り、ストリツプの幅にわたつてその全ての部分で
伸びが本質的に同じになる様にしなければならな
い。そうしないと最終的に波状になる。各部分の
伸びを等しくするには、ストリツプの全ての部分
が、各々の圧延スタンドで同一の百分率の厚さ減
少を受ける様にすればよい。云い方を変えれば、
相次いで厚さを減らす際、百分率で表わしたスト
リツプのクラウンは略一定に保たなければならな
い。

こういう考えは冷間圧延及び熱間圧延のいずれ
に於てもよく知られている。熱間圧延では、一番
最近の方法として、厚さ減少分（圧下量）並びに
関連した圧延力を適当に選択することによつて、
一定の百分率の厚さ減少分（圧下率）という条件
を充たす様にしている。こういう方法は、作業ロ
ールの熱によるロールのクラウンの変化、作業ロ
ールの及びささえロールの摩耗パターン、並びに
一様でないロール分離力による作業ロールの撓み
の数学的なモデルを作ることを試みる。次にこう
いう方法は、ロールのクラウンに関係する因子の
組合せが、各々の圧延スタンドの入口側に於ける
ストリツプのクラウンに対して適正な関係を持つ
出口側のストリツプのクラウンが生ずる様に、圧
下量を遊ぼうとする。この方法の或る変形では、
この計算が最後の３つ又は４つの圧延スタンドに
制限される。

従来のこの方法によつて、入口側及び出口側の
ストリツプのクラウンの関係を考慮に入れない方
法よりも、幾分よい結果が得られるが、平坦さを
フイードバツクしない場合、その結果に信頼性が
ない場合が多いことは明らかである。即ち、従来
の方法は、圧延計画の予想される結果を予め計算
し、正しいストリツプのクラウンの関係が実際に
得られているかどうかを判定するのに、測定され
た値に頼らないので、予測形である。予測形方式
に特有の難点は、伸びが一様な状態で生ずるクラ
ウンよりも、0.00254cm（0.001吋）だけ大きなス
トリツプのクラウンが生ずる様に製造された厚さ
0.254cm（0.1吋）の工作物は、中心では、縁より
も伸びが約0.1％小さいということを考えれば理
解されよう。縁の余分の伸びによつて、張力のな
い状態で、振幅が約2.03cm（約0.8吋）の縁の波
形が生ずる。実際に荷重を加えたロール面の形は
ばらつきがあるので、0.00254cm（0.001吋）を越
える場合が多く、従つてこの波形は、非常に巧妙
な予測方式を用いた場合でも、容易に起り得るこ
とは明らかである。

冷間圧延では、相次ぐロール・スタンドの間で
実質的な張力を加えることがよく知られている。
これは主に、所望の圧下量を得るのに必要なロー
ル力を減少する為に行われる。更に、スタンド間
の張力が平坦さを制御する助けになることも知ら
れている。冷間圧延では、スタンド間張力を比較
的大きくすることが可能である。これは、室温又
は室温の近くでの典型的な工作物の弾性限界が非
常に高いからである。従つて、スタンド間の引張
り応力を対応的に高くしても、ストリツプの弾性
限界を越えることはなく、従つてスタンド間で望
ましくない塑性変形を招くこともない。

更に冷間圧延の用途では、ストリツプの幅にわ
たつて延びが一様でない結果生じた一様でない張
力の分布は、接触弧の長さ、工作物の厚さ、並び
に工作物及びロールの弾性係数に応じた分だけ、
減衰することも知られている。メタルズ・テクノ
ロジー（Metals Technology）誌、1975年10月
号所載のW.E.デービース他の論文「冷間圧延に
於けるストリツプの平坦さの予測並びに制御」に
は、張力が存在する場合、ロールのクラウンの誤
差の減衰Ａを次の式で表わしている。

Ａ＝１＋６ｌ／ｈ・E_S／E_R こゝでｌは接触弧、ｈは出口側の厚さ、E_Sはス
トリツプの弾性係数、E_Rはロールの弾性係数で
ある。この点で、スタンド間張力の影響は、熱間
圧延でも冷間圧延でも同様である。

［発明が解決しようとする課題］熱間圧延機に於ける従来のストリツプのクラウ
ンを制御する方法は、ロール・スタンドの間の張
力を考慮に入れず、又はスタンド間の張力は無視
し得ると考えて、波形の問題を解析していた。

スタンド間張力が納間圧延でこの様な平坦さを
補正する効果を持つ事実がこれまで無視されて来
たのは、おそらく(1)一般的にスタンド間張力レベ
ルが熱間圧延では無視し得ると考えられて来た為
に、並びに(2)正しいことではないが、圧延温度に
於ける工作物の弾性係数が小さすぎて、張力分布
にあまり影響しないと考えられていた為であろ
う。

更に、熱間圧延では、ストリツプの平坦さに目
立つ程の影響を持たない様な、ごく小さいスタン
ド間張力以外の張力を使おうとする従来の試み
は、一貫した結果が得られず、時によつては非常
に不満足な結果になつていた。スタンド間の塑性
変形を左右する因子が十分に理解されていなかつ
た為、この様な従来の試みの結果はばらつきがあ
つて、或る場合には、目立つ程の効果は全く観測
されなかつたし、他の時には、幅の著しい減少即
ちネック状の減少が生じた。極端な場合、スタン
ド間の塑性変形は、ストリツプが切断する程著し
かつた。

従つて、この発明の目的は、熱間金属圧延機に
於ける有効な平坦さの制御パラメータとして、ス
タンド間張力を用いる方法を提供することであ
る。

別の目的は、熱間金属圧延過程で、測定し得る
工作物の特性の関数として取出した比較的大き
な、制御されたスタンド間張力を用いる平坦さ制
御方法を提供することである。

別の目的は、制御された予測し得る形でかなり
のスタンド間張力を使う熱間金属圧延機に於ける
平坦さ制御方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］この発明の方法は、大きなスタンド間張力を使
うことに伴う主な問題を解決して、熱間ストリツ
プ・ミルに於けるストリツプの平坦さを改善する
有効な制御し得る方法を提供することにより、前
記目的を達成する。本質的には、この発明は最初
に各対のロール・スタンドの間に於ける塑性流動
による工作物の許容し得る幅減少分を決定する。
(イ)許容し得る幅減少分、(ロ)ストリツプの最初の
幅、(ハ)各対のロール・スタンドの間の輸送時間、
及び(ニ)幅方向及び長さ方向の歪みの間の仮定した
関係に基づいて、長さ方向の歪み率を計算する。
次にこういう歪み率を使つて、特定の等級の材料
並びに各々のスタンド間の空所に於ける平均温度
に対して、応力と歪み率の間の貯蔵されている関
係から、許容し得る張力レベルを選択する。選択
された引張り応力をスタンド間の張力に変換し、
普通に用いられるスタンド間張力調整装置に対す
る基準として印加する。

好ましい実施例では、代表的な動作温度、並び
に同様な張力−歪み率特性を持つ材料群に対し
て、スタンド間応力レベルが歪み率の対数の線形
関数として貯蔵される。張力が一様でないと、張
力が一様な場合よりも、幅の減少が多くなるの
で、或る程度の張力の非一様性を理合せる為に、
応力レベルを減少することが好ましい。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に記
載してあるが、この発明は次に図面について説明
する所から更によく理解されよう。

［好適実施例］ホツト・ストリツプ・ミルでは、包括的に粗圧
延系列と呼ばれる一組のタンデム型圧延スタンド
で、金属のスラブの厚さが最初に減少される。第
１図は粗圧延系列１０の最終スタンドR_Nとホツ
ト・ストリツプ・ミルの他の構成要素とを著しく
簡単にした形で示している。厚板がスタンドR_N
を出ると、圧延テーブル１２を横切つて、タンデ
ム型に配置された圧延スタンドＦ１，Ｆ２，Ｆ
３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６及びＦ７で構成された仕上
げ圧延系列２０へ送られる。仕上げ圧延系列２０
で最終的な厚さ減少が行われる金属ストリツプ２
２が製造される。このストリツプは、例えば長さ
が305ｍ（1000フイート）又はそれ以上で、幅が
0.61乃至2.13ｍ（２乃至７フイート）で、厚さが
0.127乃至1.27cm（0.05乃至0.5吋）であつてよい。

典型的な例として、粗圧延系列１０及び仕上げ
圧延系列２０を通過する際、ストリツプ２２が約
1200℃（2200〓）の初期温度から徐々に冷却され
る。ストリツプ２２がスタンドＦ７に達する時ま
でに、870℃乃至930℃（約1600〓乃至1700〓）に
冷却している。ストリツプ２２が仕上げ圧延系列
２０の最終スタンドＦ７を出ると、冷却テーブル
又はランアウト・テーブル２４を通つてから、巻
取装置２６によつて巻取られる。巻取作業中のス
トリツプの張力が、ランアウト・テーブル２４の
巻取側の端に設けられた１対のピンチ・ローラ２
８，３０によつて保たれる。

第１図に示す場合、仕上げ圧延系列２０にある
各々のスタンドは上側作業ロール４０及び下側作
業ロール４２を含む。上側及び下側のささえロー
ル４４，４６が、圧延作業中、夫々上側及び下側
の作業ロール４０，４２に圧接し、作業ロール４
０，４２の過度の歪みを防止する。この形式は４
段ミルの名前で知られている。各々の圧延スタン
ドが、上側及び下側の作業ロール４０，４２の間
のすき間を調整するロール調節ねじ４８を含んで
いる。各々の圧延スタンドのロールは、全て数字
５０で示した、電動機制御装置を持つ独立に制御
可能な電動機によつて回転させられる。電動機５
０を互いに相異なる速度で回転させることによ
り、仕上げ圧延系列２０を通るストリツプ２２に
加えられる張力を制御することが出来る。普通、
現代の自動化した圧延機では、個々の電動機（従
つてロール）の速度の決定は、適当な計算機５１
（例えばハネウエル社の4000シリーズ）によつて
行われる計算の結果である。この計算は、ストリ
ツプ自体の種々のパラメータ（例えば塑性、寸
法、温度等）並びに圧延機の動作パラメータ（例
えばロール力、圧下量等）を用いるが、こういう
ことはいずれも周知である。１例として、前掲の
米国再発行特許第26996号（特公昭49−16348号）
を参照されたい。制御装置を持つ電動機５０と計
算機５１の間の制御リンクを母線４９で示してあ
る。

最初の圧延スタンドＦ１より上流側の短い距離
の所に、金属感知装置５２を配置する。金属感知
装置５２は圧延テーブル１２の上方に配置し、ス
トリツプ２２の初め及び終りが最初の圧延スタン
ドＦ１に接近する時を感知する。金属感知装置５
２が信号を発生し、それが線５３を介して計算機
５１に送られる。ルーパ５４が各々の圧延スタン
ドの間の中間に配置され、ストリツプが仕上げ圧
延系列２０を通過する際、ストリツプ２２の下側
と接触する。ルーパ５４が線５５を介して計算機
５１と連絡している。ルーパ５４は圧延スタンド
の間に所望のストリツプのループを保つと共に、
所望の予め設定された張力を保つ様に作用する。
ルーパの位置は、隣接した作業ロールの速度の調
節によつて保たれる。ストリツプの張力が、ルー
パとストリツプの形状、並びにルーパ用トルク・
モータの電流によつて決定される。この代りに、
周知の様な適当な張力計を使つて、スタンド間張
力を感知し、所要の帰還信号を発生してもよい。

第２図は、仕上げ圧延系列２０を通過する際に
変形される金属ストリツプ２２の略図である。図
を見易くする為、下側の作業ロール４２だけを示
してある。普通の圧延状態では、作業ロール４
０，４２は454乃至2722トン（500乃至3000米ト
ン）ロール分離力を受ける。作業ロール４０，４
２はその全長にわたつてささえロール４４，４６
によつて支持され、過度の曲げが起らない様にし
ている。この結果、ロール集成体は比較的頑丈で
あるが、大きなロール分離力により、ロールの撓
みが生じ、これは圧延されるストリツプの厚さに
較べるとかなりのものになる。ささえロール４
４，４６はその両端でロール調節ねじ４８によつ
て支持されているだけであるから、工作物の縁の
近くよりも、工作物の中心の近くで撓みが一層大
きくなる傾向がある。典型的には、作業ロール４
０，４２は、予想されるロールの撓みを補償しよ
うとして、その両端よりも、長さの中央の所で、
直径が若干大きくなる様に輪郭を定める。更に、
作業ロール４０，４２の全長にわたつて分配され
るロール冷却水、及びストリツプ２２から伝導に
よつて伝わる熱の合計の作用により、ロール４
０，４２の両端より、ロール４０，４２の長さの
中央では相対的に一層大きな熱膨張が起る。この
熱膨張は、圧延接触弧の長さ、ストリツプ２２の
温度、ロール４０，４２の温度、冷却水の温度、
圧延速度、及びストリツプ２２の幅等の影響を受
ける。実効的なロールのクラウンは、更に作業ロ
ール４０，４２の表面の摩耗の影響も受ける。こ
の摩耗も一様ではなく、予測し難い多くの因子の
影響を受ける。ささえロール４４，４６はその摩
耗が作業ロール４０，４２よりゆつくりしている
が、ささえロール４４，４６は圧延スタンド内に
置かれる期間が長く、作業ロール４０，４２に相
当する様な蓄積された摩耗を持つ。熱によるロー
ルのクラウンを計算する為に数学的なモデル化提
案されているが、どのモデルも、多くの制御因子
に測定し難い変化がある場合は、完全に有効では
なかつた。

上に述べた全ての因子が組合さつて、ストリツ
プ２２が作業ロール４０，４２の間で厚さを減少
される時、ストリツプ２２の幅にわたつて厚さ変
動が生ずる。ストリツプ２２が作業ロール４０，
４２を出て行く時にストリツプ２２に加わるクラ
ウン（ストリツプのクラウン）は、ストリツプの
良好な平坦さを維持しようとすれば、作業ロール
４０，４２に入る時のストリツプのクラウンに対
して特定の関係を持たなければならないことがよ
り知られている。具体的に云うと、ホツト・スト
リツプ・ミルで最初の厚さから最終的な厚さま
で、ストリツプの厚さ減らしを行う各々の段階
で、百分率で表わしたストリツプのクラウンは大
体一定に保たなければならない。最初の方のスタ
ンドでは、クラウンが一定の百分率から若干の偏
差があつても許容し得る。この偏差の大きさは、
ストリツプ２２の厚さ、幅及び温度に関係する。
後の方のスタンドでは、特に薄くて幅の広いスト
リツプを圧延する時には、クラウンは一定に百分
率からごく僅かな偏差しか許容し得ない。

前に述べた様に、スタンド間張力は、ロールす
き間の力との相互作用により、圧延機に於けるス
トリツプの平坦さを改善することが出来る。熱間
圧延では、すき間の力と張力との相互作用が、ス
タンド間の流動に伴う付加的な２つのメカニズム
によつて補われる。

第２図は、工作物の縁よりも、工作物の中心で
伸びが一層大きくなる様なロールすき間の形状に
なつている時の、スタンド間張力とロール力との
間の関係を示す。スタンド間張力が存在する時、
この状態では、工作物の中心で張力が減少し、工
作物の縁で張力が増加する。これを矢印５８で示
す。合計の応力が降伏応力に等しい時、工作物が
降伏するから、張力分布により、矢印５７で示す
様な一様でない力の分布が生ずる。工作物の中心
領域のロール分離力が一層大きいことにより、工
作物の縁に対応する領域より、ロールの変形が一
層大きくなる。この結果、工作物のクラウンが増
加し、工作物の中心に於ける伸びが、張力がない
場合に較べて減少する。この伸びの減少を、第２
図ではΔLで示してある。破線はスタンド間張力
がない場合の状態を表わす。これは、前に述べた
様に、冷間圧延の場合と同様である。

上に述べたことから、張力が大きければ、工作
物の幅のいずれかの部分が張力ゼロになつて波形
が現われる前に、一層大きな張力の差を吸収する
ので、平均のスタンド間張力レベルが重要である
ことが理解されよう。

熱間圧延及び冷間圧延の間の違いが最も顕著に
なるのは、スタンド間に於ける工作物の挙動であ
る。張力が存在する時のスタンド間の流動が、冷
間圧延では存在しないが、熱間圧延では顕著にな
ることがある。このスタンド間の流動が幅に影響
する。これは一般的に望ましくないと考えられて
いるが、平坦さに対しては２つの有利な作用があ
る。第３図にこういう作用を示す。部分５６によ
つて示す様に、過大な伸びをもつて、１対の圧延
スタンドの内の一方を出て行くストリツプの一部
分を考える。工作物の縁に於ける引張り応力は中
心線に於ける値より大きく、張力の分布は矢印６
０で示す様になる。工作物のこの部分が対のスタ
ンドの１番目から２番目へ進む時間の間、工作物
の全ての部分が或る流動又はクリープを生ずる。
張力が一層大きい部分では、流動が一層大きい。
工作物のその部分が２番目のスタンドに到着する
と、その両方の縁は中心よりも一層大きく伸びて
おり、この為、６１に示す様に、波形を起す原因
になる様な状態が或る程度補償される。６１で示
す部分で、破線はやはり張力が存在しない場合の
状態を示す。

第３図に示してないが、この例の工作物の縁領
域は、中心の領域よりも伸びが一層大きくなるだ
けでなく、更に縁の厚さは中心の厚さよりも余計
減少していて、縁領域の幅方向の流動又は幅の減
少は、中心領域よりも一層大きくなることが理解
されよう。

スタンド間張力の差が厚さを変える影響は、第
２図に示したロール力のパターンを更に増幅する
様に作用する。縁の寸法の減少が一層大きいこと
により、縁領域では相対的な減少並びにそれに伴
うロール分離力が減少し、張力分布の前述の作用
を助ける。

こういう減少を定量的に理解するには、圧延温
度並びに実際的なスタンド間引張り応力レベルに
於ける工作物のクリープ、即ち、歪み率の挙動を
知ることが必要である。ザ・ジヤーナル・オブ・
アプライド・メカニツクス（The Journal of
Applied Mechanics）誌、1941年６月号所載の
ナダイ他の論文「高温に於ける高速引張り試験−
第部及び第部」には、軟鋼に対する若干のデ
ータが示されている。出願人が行つた別の実験結
果も、既に発表されている結果と全体的に一致す
るが、一層広い範囲の材料をカバーしている。

第４図は、927及び982℃（1700及び1800〓）の
温度に於ける軟鋼の典型的な実験の実験結果を示
す。こういうデータは、半対数式で表わすことが
出来る。70.31乃至703.1Kg／cm²（1000乃至
10000psi）の範囲内の応力では、応力対歪み率
（即ち歪みの時間的な変化率）の関係は、次の様
な形の半対数式（対数−直線関係式）で表わすこ
とが出来る。

σ＝K₁＋K₂l_o（ｅ〓） (1) こゝでσは応力（Kg／cm²）、ｅ〓は歪み率（cm／
cm／秒）、K₁とK₂は特定の温度に於ける特定の材
料の式の交点並びに勾配を表わす定数である。１
例として、927℃（1700〓）の軟鋼では、歪みが
１％の領域にある時、この式は大体次の様にな
る。

σ＝717＋77l_o（ｅ〓） (2) 982℃（1800〓）の軟鋼では、この式は大体次
の様になる。

σ＝605＋73l_o（ｅ〓） (3) 或る範囲の温度並びに材料に対して、K₁及び
K₂の値に対する実験データが作成された。こう
いうデータは、前掲ナダイ他の論文に記載されて
いる様な周知の方法により、任意の治金試験設備
で同じものが得られる。

こういう関係は、表として、又は上に挙げた様
な式として、任意の便利な形で計算機（即ち第１
図の計算機５１）に貯蔵することが出来る。

式(1)、(2)及び(3)は、長さ方向の張力が加わつた
状態で、応力と長さ方向の歪み率の間の関係を表
わす。この情報を関心が持たれる種々の状態に於
ける幅減らしと相関させることが必要である。ス
タンド間の歪みが小さい場合、百分率の幅減少分
及び百分率の厚さ減少分がいずれも百分率の長さ
増分の夫々半分であるという仮定をすることが出
来る。これは、ポアツソンの比、即ち長さ方向歪
みに対する幅方向歪みの比が、塑性変形では容積
が略一定のまゝであるから、大体１／２に近づく
ので、妥当な仮定である。（ポアツソン比が１／
２であることについては、A.Nadai著の
「Theory of Flow and Fracture of Solids」
Vol.1、McGraw−Hill社発行1950年を参照。）こ
うして長さ方向張力と幅方向歪み率の間の関係を
決定したら、長さ方向の張力による百分率の幅減
少分も決定することが出来る。

第５図は式(2)から導き出したものであつて、
927℃（1700〓）のスタンド間平均温度、並びに
毎分610ｍ（毎分2000フイート）の工作物速度に
対応する通過時間に対し、スタンド間の平均張力
に対して圧延スタンド間の百分率幅減少分を示し
たグラフである。第５図の曲線を描く為、圧延ス
タンドが既知の一定の距離だけ隔たつていて、ス
トリツプ２２の幅にわたつて加えられる張力が一
様であると仮定した。然し、日毎に変わる操業状
態の下で、ストリツプの幅にわたつて一様な張力
を達成するのは、不可能ではないとしても、困難
であるので、或る程度の問題がある。従つて、高
いレベルのスタンド間張力を実効的に加える前に
は、幅減少分に対する一様でない引張り応力の影
響を決定することが必要である。第６図及び第７
図は、ホツト・ストリツプ・ミルで圧延される典
型的なストリツプ２２の「中心緊張」及び「縁緊
張」状態を例示している。分布は〓物線形である
と仮定しており、これらの図は141Kg／cm²
（2000psi）の平均張力で、中心に最大張力がかゝ
る状態で圧延されたストリツプでは、波形が現わ
れる前に許容し得る最大の引張り応力の差は211
Kg／cm²（3000psi）であることを示している。ス
トリツプの一部分の張力がゼロに下がると、何時
でも圧延中のストリツプに波形が現われる。第７
図は、中心よりも縁に一層大きな引張り応力が
かゝつているストリツプは、波形が現われるまで
に、422Kg／cm²（6000psi）の最大の引張り応力の
差を許容し得ることを示している。

相異なる引張り荷重の下にある所定のストリツ
プに対する幅減少分を検討すると、こういう曲線
の重要性が明らかになる。第８図には、927℃
（1700〓）で、３種類の引張り荷重、即ち一様な
荷重、縁が緊張する荷重、並びに中心が緊張する
荷重の下で、特定の等級のストリツプ鋼に対する
１群の曲線が示されている。ストリツプは毎分
610ｍ（毎分2000フイート）の速度で圧延してお
り、圧延スタンドは既知の一定の距離だけ隔たつ
ていると仮定した。ストリツプが圧延機の中を通
過するにつれてその温度が下がる為、927℃
（1700〓）の温度は大体典型的なストリツプ・ミ
ルの最後のスタンド間空所に近い。

第８図で、中心緊張及び縁緊張状態の曲線は、
幅の減少が一様な場合から、例えば部分毎の積分
によつて導き出した。この方式によると、局部的
な張力によるストリツプの各要素の百分率幅減少
分が、特定の材料並びに特定の温度に対する第５
図と同様な曲線から計算される。特定の要素に於
ける計算で得られた百分率幅減少分にその要素の
幅を掛合せる。この計算をストリツプの幅にわた
る他の各々の要素に対して繰返すと、第８図に示
すのと同様な１群の曲線を描くことが出来る。こ
うして得られた曲線を表の形で貯蔵し、或いは式
(1)と同様な半対数式に変換することが出来る。例
えば、歪みが１％で中心緊張状態にある軟鋼の領
域では、次の近似式になる。

σ＝551＋56l_o（ｅ〓）（927℃で） (4) 式(2)、(3)及び(4)と同様な式を計算し、計算機５
１に貯蔵することが出来る。

こういう式の３つの面に特に関心がある。第１
にこれらの曲線には、それより高い所では、歪み
が張力と共に急速に増加する目立つた屈曲点があ
る。第２に、上流側のスタンドに近づくと、温度
上昇と圧延スタンドの間の通過時間が長くなるこ
とゝの組合せ効果により、許容し得る応力レベル
が急速に低下する。第３は、一様な張力という仮
定に関係する。全て、一様でない張力分布は、応
力と歪み率の関係が非直線である為に、一様な張
力分布の場合より、幅減少分を一層大きくする。
縁緊張状態の張力分布では、中心緊張状態の場合
より、一層極端な応力集中が発生する為、それに
対応して幅減少分もずつと大きくなることがあ
る。例えば、平均張力が211Kg／cm²（3000psi）の
時、一様な張力分布では0.04％の幅減少分しか生
じないが、中心緊張形の張力分布では、幅の減少
は0.07％になる、然し、縁緊張形の張力分布で
は、幅の減少は0.56％になる。勿論、ストリツプ
が縁緊張状態に圧延されていて、スタンド間張力
が211Kg／cm²（3000psi）の範囲に達する位にして
おくと、１％又はそれ以上の幅の減少も起り得
る。上に述べた減少は、この発明以前には理解さ
れていなかつたことであるが、こういう減少に基
づいて、少なくともホツト・ストリツプ・ミルの
運転に関する限り、張力が原因となる問題を避け
ようとすれば、スタンド間張力レベルを最大105
Kg／cm²（1500psi）程度に減らすことがホツト・
ストリツプ・ミルの常套手段であつた。云い換え
れば、スタンド間の塑性流動関係をよく理解しな
いと、頼れる唯一の手段は、張力分布、温度及び
圧延速度の一番不利な組合せの下で、幅減少分が
許容し得る値になる様なレベルに、スタンド間張
力を下げることであつた。この結果、スタンド間
の大きな張力が存在することを必要とする平坦さ
を発生するメカニズムが、実質的に使われていな
かつた。

この発明は、各々のスタンド間の空所に存在す
る状態に対し、最適のスタンド間張力レベルを計
算し、計算された最適の張力レベルを発生する様
に、スタンド間張力調整手段を制御する方式を提
供する。本質的には、圧延スタンドの間で加えら
れた張力によるストリツプ２２の許容し得る幅減
少分を予定の観点から求める。典型的なホツト・
ストリツプ・ミルでは、圧延スタンドＦ１から圧
延スタンドＦ７まで、許容し得る幅減少分は1.27
cm（0.5吋）であろう。圧延過程によつてストリ
ツプ２２は幅が約0.635cm（0.25吋）拡がると考
えられるので、圧延スタンドＦ１から圧延スタン
ドＦ７までの張力によつて生ずる合計の許容し得
る幅減少分は大体約1.91cm（0.75吋）であろう。
張力が原因となつて生ずる減少は、スタンド間の
空所にわたつて分布し、百分率の伸びの誤差及び
平坦さの問題が最も厄介な後の方のスタンドに有
利である。張力が原因となつて起る幅減少分の典
型的な分布は、例えばＦ６−Ｆ７の空所では50
％、Ｆ５−Ｆ６の空所で30％、そしてＦ４−Ｆ５
の空所で20％になろう。圧延スタンドＦ４より上
流側の張力レベルは通常の低いレベルにとゞま
る。

工作物が仕上げ圧延系列２２に到達する前に、
圧延速度及び温度を決定する。前掲米国再発行特
許第26996号（特公昭49−16348号）には、この様
な１つの方式が記載されている。典型的な鋼の工
作物（鋼片）の場合、最後の圧延スタンドＦ７を
出て行く時の圧延速度は毎分305乃至914ｍ（毎分
1000乃至3000フイート）であり、対応する温度は
871℃乃至927℃（1600乃至1700〓）である。Ｆ６
−Ｆ７の空所の通過時間は典型的には0.5乃至1.5
秒である。各々のスタンド間の空所に対し、その
空所に入る工作物の温度並びにその空所を通過す
る時の工作物の速度の値を計算し、計算機５１に
貯蔵することが出来る。

圧延計画の計算の別の目的は、相次ぐ厚き減ら
しで大体一様な伸びを達成することである。（ス
トリツプの）減少分を適当に選ぶことによつてこ
れを達成する方法が、前掲米国特許の第4137741
号（特公昭60−29563号）に記載されている。こ
の方法又は同様な方法を用いた計算機で計算した
減少計画は、（極端な）縁緊張形の張力分布を避
けることが出来る。望ましくない張力分布を避け
る為に、手動制御の運転に頼ることは出来ない。

所望の張力分布が得られる様に、厚さ減少計画
並びに／又はロール曲げ方式を使うのが普通であ
る。間違いがあるとしても、中心緊張状態の方向
に狂う場合、過度に大きな局部的な張力が避けら
れる。

各々のスタンド間区域に対して平均張力レベル
を計算する。第９図には、普通の典型的なスタン
ド間張力レベルがＡと記した線で示されている。
圧延スタンドＦ１及びＦ２の間のこういう張力レ
ベルは約35Kg／cm²（500psi）であり、圧延スタン
ドＦ６及びＦ７間の約73.8Kg／cm²（1050psi）ま
で増加する。現在利用し得る圧延機制御装置は、
ストリツプの張力を第９図に示す様な予め選ばれ
た低いレベルに自動的に保つ。この発明で計算し
て利用する張力は、第９図の曲線Ｃ及びＤによつ
て囲まれた陰影区域で表わす範囲に入る。

第１０図は、この発明に従つて張力レベルを計
算し、ストリツプ２２に所望の平坦さが得られる
様に、ホツト・ストリツプ・ミルを制御する方式
を表わすブロツク図である。計算機５１は概略的
に示してある。計算機５１の一部分として、計算
装置６２が、予定の許容し得る幅変化ΔWに基づ
いて、単位あたりの許容し得る最大幅減少分
（ΔW／Ｗ）を決定する。計算装置６４が次の式 ΔL／Ｌ＝２（ΔW／Ｗ） (5) に基づいて、許容し得る最大の長さの増加
（ΔL／Ｌ）を決定する。

圧延する材料の性質、その温度並びに圧延速度
が判れば、軸方向歪み率ｅ〓_aは次の式から決定す
ることが出来る。

ｅ〓_a＝２（ΔW／Ｗ）／ｔ＝（ΔL／Ｌ）／ｔ (6) こゝでｔはストリツプ上の一点がスタンド間の
空所を通過するのに要する時間である。式(6)を計
算装置６６が解く。

計算装置６６によつて計算されたｅ〓_aの値に基
づいて、計算装置６８が式(1)と同様な式を解き、
長さ方向応力を決定する。計算装置６８は、圧延
する特定の材料の性質、その温度、その歪みレベ
ル等に応じたK₁及びK₂の相異なる値に対し、予
めプログラムすることが出来る。本質的には、予
想される全ての運転温度及び材料に対して、式
(2)、(3)、(4)及びその他の同様な適当な式を作成す
ることが出来、これらの式又はそれに相当する表
を計算機５１に貯蔵することが出来る。

これに応じて、特定のストリツプ２２を圧延す
る間、計算装置６８は貯蔵されている適当な関係
を選んで、長さ方向歪み率の関数として長さ方向
応力を決定しさえすればよい。

計算装置７０で、ストリツプの断面積を乗ずる
ことにより、長さ方向応力をスタンド間張力に変
換する。次にスタンド間張力を、公知の任意の適
当な形式の通常設けられた張力制御手段、例え
ば、一定張力ルーパ５４（第１図）に対する基準
として印加する。一定張力ルーパによつて設定さ
れた張力が、トルク・モータと、ルーパ及びスト
リツプがなす角度とによつて決定される。駆動モ
ータの速度を速度制御手段５０で調節して、一定
のルーパ位置に保つことにより、この角度を一定
に保つ。スタンド速度制御装置を通じて作用する
スタンド間張力計の様な張力を直接的に制御する
他の手段を用いてもよい。圧延機を定常状態の圧
延速度まで加速する際、許容し得るスタンド間張
力レベルを計算し直し、毎回の計算し直しの後、
張力レベルを許容し得る最大限まで高める。第９
図について概略的の説明した方法を、高い張力レ
ベルを希望する各々のスタンド間の空所に対して
別々り繰返す。典型的には、これは圧延スタンド
Ｆ４−Ｆ５間、Ｆ５−Ｆ６間及びＦ６−Ｆ７間で
あろう。それより前の圧延スタンドの間の張力レ
ベルは、現在の方式に従つて設定する。

例炭素0.09％、マンガン0.40％を持つ鋼は、927
℃（1700〓）で、一様な張力に対し、下記の応力
対歪み率関係を持つている。

σ＝717＋77l_o（ｅ〓_a） (7) 第６図に示したのと同様な最悪の場合の張力分
布を考えて、この式を次の様に調整する σ＝551＋56l_o（ｅ〓_a） (8) 1.27cm（0.50吋）の合計の幅減少分の内の50％
が空所Ｆ６−Ｆ７で許され、ストリツプは幅203
cm（80吋）であると仮定する。計算装置６２が許
容し得る単位あたりの最大幅減少分を0.003125と
決定する。計算装置６４が許容し得る単位あたり
の最大の長さ増加を0.00625と決定する。圧延ス
タンドＦ６及びＦ７が5.5ｍ（18フイート）離れ
ていて、ストリツプがＦ６−Ｆ７の空所を毎分
610ｍ（毎分2000フイート）で通過していると仮
定すると、ストリツプの要素はＦ６からＦ７まで
通過するのに0.54秒を必要とする。計算装置６６
がこの期間中の長さ方向歪み率を毎秒単位あたり
0.01157と計算する。

材料並びに温度が判つていれば、計算装置６８
が貯蔵されている関係の中から、この例では式(8)
で表わされる関係を選択し、許容し得る長さ方向
応力を300Kg／cm²（4263psi）と計算する。従つ
て、300Kg／cm²（4263psi）の長さ方向応力に対応
するスタンド間張力基準をスタンド間張力調整手
段５４に印加することが出来る。この方式を全て
のスタンド間の空所に対して繰返すと、その結果
の張力経過は第９図の曲線Ｂで示される様にな
る。

［発明の効果］本発明を利用したストリツプ・ミルは、張力の
無い場合と比べて、平坦さが２〜４倍改善され
た。

スタンド間張力レベルをこうして計算した張力
レベルを越えない範囲でそのレベルに近いレベル
に保つと、幅の減少は許容し得るものとなり、波
形の問題も少なくなる。張力による幅減少分が予
測し得るから、これは粗圧延機１０で作られるス
トリツプの幅を対応的に増加することによつて埋
合せることが出来るのは云うまでもない。

同じく、平坦さの問題が普通起らない様なスト
リツプの寸法である場合、一層高い張力を使う必
要がないことは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を利用することの出来るホツ
ト・ストリツプ・ミルの略図、第２図はスタンド
間張力分布と圧延力の分布の間の相互作用を示す
図、第３図はスタンド間張力分布とスタンド間塑
性流動との関係を表わす図、第４図はストリツプ
の幅にわたり、一様な張力がかゝつている時の、
金属ストリツプの応力と歪み率の対数との関係を
表わすグラフを示す図、第５図はストリツプの一
様な張力分布の下で、ストリツプの送出し速度が
毎分610ｍ（毎分2000フイート）である時の百分
率で表わしたストリツプの幅減少分と張力との関
係を表わすグラフを示す図、第６図はストリツプ
の中心に最大の引張り応力が加わつている時の、
ストリツプの幅にわたるストリツプの応力を表わ
すグラフを示す図、第７図はストリツプの縁に最
大の引張り応力がかゝつている時の、ストリツプ
の幅にわたるストリツプの応力を表わすグラフを
示す図、第８図はストリツプの相異なる張力分布
に対し、ストリツプの送出し速度が毎分610ｍ
（毎分2000フイート）である時の、ストリツプの
百分率幅減少分と平均張力との関係を表わすグラ
フを示す図、第９図は圧延スタンドの場所とスト
リツプの平均張力との関係を表わすグラフを示す
図であり、従来の典型的な張力レベルを示すと共
にこの発明による張力レベルも示してある。第１
０図はこの発明の方法、並びにホツト・ストリツ
プ・ミルでそれを実施した時の構成を示すブロツ
ク図である。主な符号の説明、Ｆ１乃至Ｆ７：圧延スタン
ド、４０，４２：作業ロール、２２：ストリツ
プ、５０：電動機、５４：一定張力ルーパ、６
２，６４，６６，６８，７０：計算装置。

Claims

【特許請求の範囲】１金属工作物を圧縮して厚さを減らしてストリ
ツプを形成する少なくとも２つの圧延スタンドを
持ち、各々の圧延スタンドがロールを持つてい
て、各々の圧延スタンドのロールは圧延制御装置
によつて選ばれた速度で回転することが出来、こ
うしてストリツプが圧延スタンドの間を通過する
間、該ストリツプを引張り状態におくことが出来
る様にしたホツト・ストリツプ・ミルでストリツ
プの平坦さを改善する方法に於て、(a)ストリツプ
が隣接した圧延スタンドの間を通過する際にスト
リツプに許容される予定の最大の幅減少分を選択
し、(b)応力と歪み率の間の予定の関係から、この
幅減少分が生ずる様な引張り応力を計算し、(c)ス
タンド間引張り応力を計算された引張り応力のレ
ベルを越えない範囲でそのレベル近くに高める工
程から成る方法で、前記計算する工程が、前記選
ばれた幅減少分から生ずるストリツプの幅方向の
歪み率を計算し、幅方向の歪み率及び長さ方向の
歪み率の間の予定の関係に基づいて、ストリツプ
の計算された幅方向歪み率に対応するストリツプ
の長さ方向の歪み率を計算し、前記計算された長
さ方向の歪み率を生ずる様なストリツプの長さ方
向の応力を計算することを含み、前記調整する工
程が、隣接した圧延スタンドにあるローラの速度
を調整して、前記計算された長さ方向の応力のレ
ベルを越えない範囲でそのレベルに近い長さ方向
応力をストリツプに加えることを含み、前記計算
された長さ方向の応力が、歪み率、ストリツプ材
料及びストリツプ温度の関数として計算される方
法。２特許請求の範囲１に記載したストリツプの平
坦さを改善する方法に於て、前記応力及び歪み率
の間の関係が、σを応力、ｅ〓を歪み率、K₁及び
K₂を特定の温度で特定の材料に対する式の交点
及び勾配を表わす定数として、次の式 σ＝K₁＋K₂l_o（ｅ〓）で表わされる方法。３特許請求の範囲１に記載したストリツプの平
坦さを改善する方法に於て、長さ方向の歪み率と
長さ方向の応力の間の関係が、ストリツプの幅に
わたる張力の非一様性に合せて補正される方法。４特許請求の範囲１に記載したストリツプの平
坦さを改善する方法に於て、前記計算する工程
が、一定の圧延スタンドの間隔並びに隣接した圧
延スタンドの間の予定のストリツプ速度の関数と
して、選ばれた幅減少分を達成するのに必要なス
トリツプの幅方向歪み率の程度を設定し、幅方向
歪み率及び長さ方向歪み率の間の予定の関係に基
づいて、ストリツプの設定された幅方向歪み率に
対応するストリツプの長さ方向歪み率の程度を設
定し、設定された長さ方向歪み率を生ずる様なス
トリツプの長さ方向応力を設定し、隣接した圧延
スタンドのローラの速度を調整して、設定された
長さ方向歪み率を越えない様にストリツプに長さ
方向応力を加えることを含む方法。５特許請求の範囲４に記載したストリツプの平
坦さを改善する方法に於て、長さ方向応力（σ）
及び長さ方向歪み率（ｅ〓_a）の間の関係が、K₁及
びK₂をストリツプ材料の性質、ストリツプの温
度、この材料が受ける歪み、並びにストリツプの
幅にわたる長さ方向応力の分布の仕方に応じた定
数として、次の式 σ＝K₁＋K₂l_o（ｅ〓_a）に基づく一連の関係から決定される方法。６特許請求の範囲５に記載したストリツプの平
坦さを改善する方法に於て、許容し得る長さ方向
応力レベルが、ストリツプ・ミルを一層高い圧延
速度まで加速する間に計算し直され、毎回の計算
し直しの後、スタンド間張力レベルを許容し得る
最大限まで高める方法。７特許請求の範囲４乃至６のいずれか１項に記
載したストリツプの平坦さを改善する方法に於
て、最大の幅減少分が、圧延スタンドの間でスト
リツプに許容される予定の最大の幅減少分
（ΔW）として選択され、Ｗをスタンド間の空所
に入る時のストリツプの幅として、ストリツプに
許容し得る単位あたりの最大の幅減少分（ΔW／
Ｗ）を設定し、スタンド間の空所を通過する間の
長さＬのストリツプ要素の伸びをΔLとして、前
記長さ方向の歪み率を、式ΔL／Ｌ＝2ΔW／Ｗに
従つて、単位あたりの最大の許容し得る幅減少分
に関連したストリツプの単位あたりの長さ方向歪
みの程度（ΔL／Ｌ）として設定し、ｔをストリ
ツプの一点が前記スタンド間の空所を横断するの
に必要な時間として、長さ方向歪み率（ｅ〓_a）を
次の式ｅ〓_a＝ΔL／Ｌ／ｔに従つて設定する方法。８特許請求の範囲７に記載したストリツプの平
坦さを改善する方法に於て、この方法が多重圧延
スタンド仕上げ系列の最後の方の圧延スタンドに
のみ適用される方法。９特許請求の範囲７又は８に記載したストリツ
プの平坦さを改善する方法に於て、ポアツソンの
比が約１／２であり、更に、前記長さ方向応力に
対応するスタンド間張力の値を計算し、計算され
たスタンド間張力の値をスタンド間張力調整手段
に加え、ストリツプ・ミルを一層高い圧延速度に
加速する間、許容し得るスタンド間張力レベルを
計算し直し、毎回の計算の後、スタンド間張力レ
ベルを許容し得る最大限まで高める工程を含む方
法。