JP6354718B2 - 冷間タンデム圧延機及び高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、小径化されたワークロールを有する圧延スタンドを１つ用いる際に、圧下率を最大化することができるように圧延スタンドを配列した冷間タンデム圧延機及び該冷間タンデム圧延機を用いて行う高強度冷延鋼板の製造方法に関する。

鋼板の冷間圧延では、熱間圧延で得られた熱延鋼板を酸洗等した後、複数の圧延スタンド（単に、「スタンド」とも称する。）が直列に並べられた冷間タンデム圧延機を用いて鋼板を圧延することが行われる。圧延スタンドは、鋼板を圧下するワークロール（「ＷＲ」と略される。）と、ワークロールの弾性変形を抑えるためにワークロールを支持する役割を有するバックアップロールとを備える。従来、冷間圧延で用いられる圧延スタンドは、一対のワークロールと一対のバックアップロールからなり、合計４つのロールを有する、いわゆる４Ｈｉ型であることが一般的である。

近年、冷間圧延を経て製造される自動車用の鋼板は、省エネルギー・軽量化に対応するために、ハイテン化（高強度化）、薄肉化のニーズが高まっている。これにより、冷間タンデム圧延機に、より高い圧下能力が求められるようになっている。高強度の鋼板をより薄く圧延するためには、ワークロールにかかる圧延荷重を低減するように、ワークロールの径を小さくすることが有効である。

一方で、既存の圧延スタンドのワークロールを小径化するためには、ワークロールを単に小径のものに交換することだけでなく、その他の設備の改造・取換等が必要となる。最も典型的な例として、ワークロールを小径化することに伴い、４Ｈｉ型の圧延スタンドを６つのロールからなる６Ｈｉ型の圧延スタンドに置き換えることが行われる。６Ｈｉ型の圧延スタンドでは、ワークロールとバックアップロールとの間に中間ロールを設け、小径のワークロールの支持が強化されている。

冷間タンデム圧延機において、４Ｈｉ型の圧延スタンドを６Ｈｉ型の圧延スタンドに置き換えることには、多大なコストを要する。既存の冷間タンデム圧延機において、複数の圧延スタンドを４Ｈｉ型から６Ｈｉ型へ変更することは、膨大なコストがかかってしまうために現実的ではない。冷間タンデム圧延機の圧下能力を向上させる際には、なるべく設備コストの増大を抑えることが求められる。

特許文献１には、冷間タンデム圧延機における最終直前圧延スタンドのロール径を２５０ｍｍ以下１００ｍｍ以上という小径ロール化することが開示されている（請求項１）。特許文献１における小径化は、ステンレス鋼などの高光沢性を求められる鋼板について、ロールバイト内への圧延油導入量を低減し、最終直前圧延スタンド出側のストリップ表面光沢、粗さを改善するという目的でなされており、圧下率を増大させることを目的とはしていない（［０００２］、［００１１］等）。また、２５０ｍｍ以下１００ｍｍ以上という小径ロールでは、径が小さすぎることから、特にハイテン材のような高強度材を圧下することができない。

引用文献２には、ハイテン鋼板等の高張力鋼板を圧延する場合、板厚を大きく変化させる必要のある最初のスタンドに、ワークロールを小径化した６Ｈｉミル、クラスターミル等を設けることについては開示されている（［０００３］、図１等）。しかし、引用文献２では、冷間タンデム圧延機全体の圧下能力を最大化させる検討についてはなされていない。

特開平０７−１８５６０２号公報 特開２００３−３４０５１０号公報

本発明者らは、設備コストの増大を抑えつつ冷間タンデム圧延機の圧下能力を向上させることを検討し、ワークロールを小径化した圧延スタンドとそれ以外の既存の圧延スタンドとの配置を変更することによって、冷間タンデム圧延機全体の圧下能力を変えうることを見出し、本発明に想到した。

本発明は、なるべく設備コストの増大を抑えるという観点から、既存の冷間タンデム圧延機のうち１つの圧延スタンドのワークロール径を小径化する際に、冷間タンデム圧延機全体の圧下能力を最大化することができるように圧延スタンドを配列した冷間タンデム圧延機を提供すること、及び該冷間タンデム圧延機を用いて行う高強度冷延鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）３つ以上の圧延スタンドを備えた連続式冷間タンデム圧延機において、最終直前圧延スタンドが６Ｈｉ以上のロール数を有し、最終直前圧延スタンドのワークロール径が３４０ｍｍ以上３８０ｍｍ以下であり、最終直前圧延スタンド以外の圧延スタンドのワークロール径は、最終直前圧延スタンドのワークロール径よりも大きいことを特徴とする冷間タンデム圧延機。
（２）５つの圧延スタンドを備えることを特徴とする前記（１）に記載の冷間タンデム圧延機。
（３）最終直前圧延スタンド以外の圧延スタンドのワークロール径は、４５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の冷間タンデム圧延機。
（４）前記（１）から（３）までのいずれか一つに記載の冷間タンデム圧延機を用いて圧延を行うことを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
（５）引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板を製造することを特徴とする前記（４）に記載の高強度冷延鋼板の製造方法。

本発明の冷間タンデム圧延機及び高強度冷延鋼板の製造方法によって、既存の冷間タンデム圧延機の改修等に必要な設備コストを抑え、ハイテン材を圧下することができ、かつ圧下能力を最大化することができるようになる。

図１は、本発明の概略を示す説明図である。 図２は、従来例における圧下率を示すグラフである。 図３は、比較例１における圧下率を示すグラフである。 図４は、比較例２における圧下率を示すグラフである。 図５は、比較例３における圧下率を示すグラフである。 図６は、発明例１における圧下率を示すグラフである。

以下、図１を参照して本発明を具体的に説明する。

図１のように、本発明は、複数の圧延スタンド（図１では１〜５）が直列に配列された冷間タンデム圧延機７１に関する。冷間タンデム圧延機７１を構成する圧延スタンドの数は３つ以上であればよく、上限は特に制限されないが、設備費用を抑えるという観点から例えば７つ以下であることが好ましい。

本発明の冷間タンデム圧延機７１では、入側の圧延スタンド１から出側の圧延スタンド５に向けて、鋼板６１が一方向へ連続的に通板される。

冷間タンデム圧延機７１において、鋼板６１は、各圧延スタンド１〜５で圧延されるにつれて、厚みが薄くなっていく。各圧延スタンド１〜５における圧延前の板厚に対する、圧延後の板厚の減少量の割合を計算することによって、各圧延スタンド１〜５における圧下率が求められる。また、最初の圧延スタンド１で圧延される前の板厚に対する、最終の圧延スタンド５で圧延された後までの板厚の減少量の割合を計算することによって、圧延スタンド１から圧延スタンド５までの累積圧下率が求められる。各圧延スタンド１〜５における圧下率は、スタンド毎に適宜調節することができる。

圧延スタンドは、それぞれ鋼板を押圧し、圧下させる一対のワークロールを備える。図１には、圧延スタンド１及び４が有するワークロール１１Ａ、１１Ｂ、４１Ａ、及び４１Ｂを示した。番号を振っていないが、圧延スタンド２、３、及び５も、圧延スタンド１と同様にワークロールを備える。

図１に示すように、圧延スタンド１には、ワークロール１１Ａ、１１Ｂを支持するためにバックアップロール１２Ａ、１２Ｂが設けられる。圧延スタンド１、２、３、及び５は、それぞれ１対のワークロールと１対のバックアップロールとからなり、合計４つのロールを備えた４Ｈｉ型の圧延スタンドである。

ワークロールを小径にすると、圧延時にワークロールにかかる荷重を低減させることができ、鋼板の圧下率を高め、鋼板をより薄く圧延することができる。一方で、ワークロールを小径化しすぎると、特に高強度の鋼板を圧下する際に、鋼板に十分な圧下力を加えられず、圧下できなくなってしまう。

ワークロールを小径化することに伴って、圧延時におけるワークロールの弾性変形を防ぐために、ワークロールとバックアップロールとの間に中間ロールを設けることがある。例えば、図１の圧延スタンド４は、１対のワークロール４１Ａ及び４１Ｂ、１対のバックアップロール４２Ａ及び４２Ｂに加えて、１対の中間ロール４３Ａ及び４３Ｂを備え、合計６個のロールからなる６Ｈｉ型である。

本発明の冷間タンデム圧延機７１において、最後から１つ手前の圧延スタンド（「最終直前圧延スタンド」とすることがある。）のワークロール径は、その他の圧延スタンド１〜３及び５のワークロール径に比べて小さい。

最終直前圧延スタンドのワークロール径は、３４０ｍｍ以上３８０ｍｍ以下である。このような径のワークロールを備えた圧延スタンドは、ワークロールを支持するために、バックアップロールに加えて２つ以上の中間ロールを備えてなる構成にする必要がある。ワークロール径が３４０ｍｍ未満であると、圧延時におけるワークロールのたわみが大きくなり出側の鋼板形状が不安定になるという問題があり、３８０ｍｍよりも大きいと、圧延荷重が過大となり所定の板厚まで圧延できなくなるという問題がある。

最終直前圧延スタンドは、６個以上のロールを備えていれば６Ｈｉ型に限定されるものではなく、例えば、１２Ｈｉ型、２０Ｈｉ型等であってもよい。尚、図１では、圧延スタンド４が最終直前圧延スタンドに対応する。

最終直前圧延スタンド以外の圧延スタンド１〜３及び５におけるワークロール径の一例は、４５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下である。このような径のワークロールを備えた圧延スタンドでは、中間ロールを設ける必要がなく、４Ｈｉ型とすることができる。

前述したように、小径のワークロールを備えた圧延スタンドは、高い圧下率をとることができる。よって、冷間圧延において鋼板をなるべく薄く圧下するためには、タンデムを形成する複数の圧延スタンドの全てのワークロール径を小さくすることが望ましい。一方で、全てのワークロール径を小さくするには、設備改造に膨大な費用がかかってしまい現実的ではないという問題もある。本発明では、コストを最小化するという観点から複数の圧延スタンドのいずれか１つの圧延スタンドにおけるワークロール径を小径化することとし、この場合の圧下能力を最大化するために、最終直前圧延スタンドのワークロール径を小径化することとした。

複数の圧延スタンドのいずれか１つのワークロール径を小径化する際に、最終直前圧延スタンドよりも入側に位置する圧延スタンド（図１の圧延スタンド１〜３）のワークロールを小径化すると、最終スタンド出側における累積圧下率を十分に確保することができず、鋼板を十分に圧延することができないという問題がある。目標とする累積圧下率の一例として、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度冷延鋼板を圧延する際に、５０％以上とすることが挙げられる。

また、３つ以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機の最終スタンドは、鋼板表面の性状を整える、いわゆる調質圧延を行うことが求められる。調質圧延は、大径のワークロールを用いて一定の軽荷重を鋼板に加えることにより行われる。最終スタンドのワークロールを小径化して最終スタンドにて強圧下を行うと、調質圧延を行うことができず、製品表面の形状悪化を防止できなくなる。本発明では、最終スタンドには小径化したワークロールを備えた圧延スタンドを配置せずに、最終スタンドにて調質圧延を行うことのできる構成とした。

本発明の冷間タンデム圧延機の圧延対象となる鋼板の好適例として、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度冷延鋼板が挙げられる。尚、引張強度の上限値は特に制限されないが、一例として１６００ＭＰａ以下であることが挙げられる。

以下、発明例及び比較例について説明する。

（発明例１）
１１８０ＭＰａの引張強度を備えた高強度冷延鋼板を、５スタンド型の冷間タンデム圧延機に通板して冷間圧延を行うことを想定し、各スタンド通過時の圧下率、及び累積圧下率を計算により求めた。１〜３スタンド及び５スタンドでは、ワークロール径が通常径（４９２．７６ｍｍ〜５７８．００ｍｍ）である４Ｈｉ型の圧延スタンド（４Ｈｉ型通常ＷＲ径の圧延スタンド）を用いることとした。４スタンド（最終直前圧延スタンド）は、ワークロール径が３８０ｍｍである６Ｈｉ型の圧延スタンド（６Ｈｉ型小ＷＲ径の圧延スタンド）を用いることとした。尚、圧延シミュレーションを行う際の各スタンドにおける圧下配分の決定条件として、４Ｈｉ型の圧延スタンドにおける圧延荷重が２８００ｔｏｎ以下となり、６Ｈｉ型の圧延スタンドではワークロール剛性を考慮して圧延荷重が２５００ｔｏｎ以下となるようにした。

（比較例１〜３）及び（従来例）
比較例１〜３として、６Ｈｉ型小ＷＲ径の圧延スタンドを、１スタンド、２スタンド、３スタンドに設置する例について、発明例１と同様の計算を行った。また、１〜５スタンドの全てに、４Ｈｉ型通常ＷＲ径の圧延スタンドを用いた例についても同様の計算を行い、従来例とした。

従来例、比較例１〜３、発明例１で用いた各種計算条件を、以下の表１に順に示す。尚、図中のｓｔｄはスタンドの略であり、Ｕ張力は各スタンドの入側にて鋼板にかかる単位幅当たりの張力である。

また、従来例、比較例１〜３、及び発明例１における各スタンドと圧下率との関係を、図２〜６に順に示す。図２〜６で、黒塗り点及び数値で示すのが各スタンドにおける圧下率であり、白塗り点を結ぶ折れ線で示すのが累積圧下率である。累積圧下率は、当初の板厚（２．６ｍｍ）に対する、対象となるスタンド出側までの板厚の減少量の割合を計算した。図２のように、１〜５スタンドのいずれにおいてもＷＲの小径化を行わない従来例では、第１スタンドから第５スタンドまでの累積圧下率は、１００×（２．６−１．４４４）／２．６を計算し、４４．５％であった。図３〜５のように、１〜３スタンドのいずれかのＷＲを小径化した比較例１〜３では、いずれも従来例に比べて第５スタンドまでの累積圧下率は向上したものの、５０％には届かなかった。一方で、図６のように、４スタンド目の圧延スタンドのＷＲを小径化した発明例１の例では、第５スタンドまでの累積圧下率が５０％を超え、累積圧下率を最大化することができた。

尚、表１に示すように、従来例、比較例１〜３、及び発明例１のいずれについても、５スタンド目では、大径ロールで軽圧下する調質圧延を行うことを想定して、計算を行った。

以上より、複数スタンドからなる冷間タンデム圧延機において、いずれか１つのスタンドのＷＲ径を小型化する際に、最終スタンドから１つ手前のスタンドのＷＲ径を小型化することにより、累積圧下率を最大化できることが確認された。

１、２、３、４、５、 圧延スタンド
１１Ａ、１１Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ ワークロール
１２Ａ、１２Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ バックアップロール
４３Ａ、４３Ｂ 中間ロール
６１ 鋼板
７１ 冷間タンデム圧延機

Claims (2)

1. ５つの圧延スタンドを備えた連続式冷間タンデム圧延機において、
   最終直前圧延スタンドは６Ｈｉ以上のロール数を有し、ワークロール径が３４０ｍｍ以上３８０ｍｍ以下であり、
   最終直前圧延スタンド以外の圧延スタンドは４Ｈｉのロール数を有し、ワークロール径が４５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下であり、
   引張強度が９８０ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下の高強度冷延鋼板を累積圧下率が５０％以上で圧延することを特徴とする冷間タンデム圧延機。
2. 請求項１に記載の冷間タンデム圧延機を用いて圧延を行うことを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。

Images