JP4669376B2 - 平坦度の高い厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は，厚鋼板の圧延により得られる厚鋼板の形状，なかでも平坦度を有利に向上させるための厚鋼板の製造方法に関するものである。

厚鋼板の圧延においては，圧延しようとする板の厚みが薄くなる後段のパスで平坦度の不良が発生し易く，該パスにおいては，形状調整パスと称して，後段の圧延機により平坦度不良が発生しないようにクラウン比率一定で，予め定めた圧下スケジュールにて圧延を行うが，実際の圧延では，圧延荷重，あるいはロールプロフィールの予測と実績とが誤差を生じるため，被圧延材の板クラウンが予測と異なってしまい，これに起因して平坦度不良が生じている。その対策として，ワークロールベンディングやペアクロス圧延等の形状制御手段を用いて，鋼板のプロフィルや圧延荷重の実績データに基づき，フィードバック制御やフィードフォワード制御によって平坦度不良を防止しようとする方法が提案されている（特許文献１）。

また，特許文献２には，圧延時の被圧延材の幅方向温度偏差に起因する熱収縮差異（冷却歪）を相殺するための，温度ならびに板クラウン測定装置，プロコン計算手法を用いた圧延方法が提案されている。

特開昭55-42167号公報 特開平6-15321号公報

しかし，上記従来の方法では，以下のような問題が存在する。
特許文献１では，オンラインでの圧延中の幅方向の温度測定を行うために，パス間の極短い時間に温度の測定を行う必要があること，圧延直後ではロールによる冷却後，鋼板表面が十分復熱しておらず温度がばらつくこと，温度偏差は幅方向の極小さい領域に発生することから，測定温度の代表値と実際の温度分布とに差異が発生することが容易に想定できる。従ってオンラインにて実際の鋼板温度や板厚を測定し，それら実測値に基づいて鋼板に所望の歪を与えることは工業的に困難な面があった。

また，特許文献２のような形状調整パス，特に最終パス近傍での大幅なクラウン比率の変更は，それまでの圧延形状履歴からの連続性の喪失から，当該パスにおける圧延形状を悪化させる場合があり，通板トラブルの原因につながる可能性があった。

さらに，圧延後に加速冷却制御を行う材料については，圧延時の実績によらず，予め決定された幅方向の温度制御パターンを行わざるを得ず，材料や予測モデル精度のばらつきによる圧延時の形状不良については対応できず，形状不良を助長する場合もあった。

本願発明は，上記の問題点を解決し，極力初期パススケジュールにて，幅方向温度偏差を考慮した狙い圧延形状を定めた上で形状を造り込むことにより，圧延〜冷却を経た厚板の最終平坦度を向上させることのできる厚鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題に対し，発明者らは，圧延後における被圧延材の幅方向温度分布から冷却後に生じる板内の残留応力を計算した結果，ほぼ鋼板の幅にのみ依存し，最終圧延で狙うべく圧延形状が変化することを見出した。この結果から，圧延前に厚鋼板の予定幅に応じてパススケジュールを修正し，狙い形状に向けてスムーズな圧延を実行することが可能となり，冷却後の製品の平坦度を顕著に向上できることを確認した。

すなわち，この発明は，平坦度の高い厚鋼板の製造方法であって，予め，製造する厚鋼板の予定幅毎に目標板クラウン比率変化量（ΔＲc)を設定しておき，厚鋼板を製造する際に，厚鋼板の予定幅に応じて前記に従いΔＲcを決定し，当該ΔＲcを得ることのできる最終パスにおけるパススケジュール（圧下量）を設定し，当該パススケジュールに従って，圧延を実施することを特徴とする平坦度の高い厚鋼板の製造方法である。
ここで，
ΔＲc：目標板クラウン比率変化量（＝Ｒc2−Rc1)
Rc1：最終パス前の板クラウン比率（＝（tc1−te1）／tc1）
Ｒc2：最終パス後の板クラウン比率（＝（tc2−te2）／tc2）
tc1：最終パス前の板中央部板厚
te1：最終パス前の板エッヂ部板厚
tc2：最終パス後の板中央部板厚
te2：最終パス後の板エッヂ部板厚

被圧延材である厚鋼板の温度分布を考慮し，板幅毎に予め決定した目標クラウン比率変化量（ΔＲｃ）に適応して当該厚鋼板の圧延を初期パスから実施することにより，複雑な計測演算機構なく，高能率で平坦度の優れた厚鋼板の製造を可能にする。

この厚鋼板の製造方法において，前記圧延後，制御冷却を行う場合，前記圧延後の板クラウン量を測定し，当該測定したクラウン量に応じて鋼板の当該制御冷却の冷却方法を変更することにより，後工程の冷却制御での更なる残留応力制御と組み合わせても良い。

本発明の厚鋼板の製造方法は，圧延材である厚鋼板の幅端部の冷却による残留応力を考慮し，この残留応力が相殺される方向に圧延形状制御及び加速冷却制御を行うことで，冷却後に発生しうる平坦度不良を大幅に改善可能である。とりわけ高級品種で用いられる圧延〜加速冷却のプロセスにおいて極めて有効な発明であり，製品の品質向上に多大な効果が得られるだけでなく，冷間矯正等の精整工程の負荷も軽減し，需要家へ円滑に高品質の厚板製品を提供可能にするものである。

圧延形状の実績を，後工程の加速冷却装置へフィードフォワードし，加速冷却装置における幅冷却制御を施すことで圧延時に平坦度不良が発生した場合のリカバリーが容易に可能となる。即ち，クラウン比率変化量が想定よりも負側だった場合は，エッヂ部の温度を下げるためにエッヂマスクを退避させる方向に制御する。逆にΔＲｃが正側にずれていた場合は，エッヂマスクを出す側に制御しエッヂ部の温度を上げるように制御する。これら制御により厚鋼板の熱歪は減少方向に働く。

この発明では圧延材である厚鋼板の幅方向温度分布などを基に厚鋼板の冷却後の残留応力分布を予め推定し，この残留応力が相殺される形状に圧延を行うことから，オンラインでの測定時間ロス，測定ばらつきの影響を受けず，上述した冷却後の冷却歪みが低減し，平坦度を効果的に向上させることができる。

以下に本発明を詳細に説明する。最終圧延パス終了後の厚鋼板の幅方向温度分布を調査した結果，板厚によらず幅方向中央部に比較して端部での温度降下が見られた。この厚鋼板が冷却後に付加される熱残留応力は次式（１）で表される。
σ＝Ａ（t,ΔT，W，ΔW） ・・・・（１）
ΔＴ＝Ｂ(t,W,Tpass）
ΔＷ＝Ｃ（t,W,Tpass）
ただし，
σ：残留応力
ｔ：厚鋼板の板厚
ΔＴ：温度降下量
ΔＷ：温度降下幅（厚鋼板の中央部に対して温度が低いエッヂ部の区間（鋼板幅方向距離）である。）
Ｗ：圧延幅
Ｔpass：圧延時間
Ａ，Ｂ，Ｃ：定数

冷却後に上記（１）式で示される残留応力を発生させないためには，冷却前の厚鋼板が冷却歪を打ち消すような形状，すなわち上記σを打ち消す方向の圧延による残留応力を付加すればよい。そこで圧延の最終パスにおいて，ペアクロス等の形状制御手段を用いて圧延最終形状が残留応力を打ち消す残留応力となりうる形状に制御する。

被圧延材である厚鋼板の幅方向温度分布は事前にモデル計算結果から決定して整理した結果，最終パスにおける目標クラウン比率変化量（ΔＲｃ）の実績と残留応力に起因する波高さについては図１に示す通り相関が見られた。なお，「波高さ」は，厚鋼板を平坦（水平）な箇所に置いた際に，最高点と最低点の高さ方向の差（ｍｍ）で示される。
ここで，
ΔＲc：目標板クラウン比率変化量（＝Ｒc2−Rc1)
Rc1：最終パス前の板クラウン比率（＝（tc1−te1）／tc1）
Ｒc2：最終パス後の板クラウン比率（＝（tc2−te2）／tc2）
tc1：最終パス前の板中央部板厚
te1：最終パス前の板エッヂ部板厚
tc2：最終パス後の板中央部板厚
te2：最終パス後の板エッヂ部板厚

従ってクラウン比率一定圧延（クラウン比率の変化＝０）とは異なり，最終パスにおいて意図的に適確なクラウン比率変化を付与することで波形状の改善が図れることの有効性を知見した。

被圧延材である厚鋼板の鋼板幅別に最終パスにおけるΔＲｃと波高さとの関係を整理したのが図２である。図２からもわかるように鋼板幅によりΔＲｃと波高さの発生形態との関係には大きな差異がある。鋼板幅が4000mmの場合，波高さの低い領域が狭く，2000mmではその領域が広い。即ち，鋼板幅の広いものの方が最終パスにおけるパススケジュールの予測精度が厳しいことを示しており，逆に鋼板幅が狭い方は多少予測精度が悪くても波高さが低く済むことが示されている。また，ΔＲcの狙い値は鋼板幅4000mmでは，−0.025（×１０^−２）であるが，鋼板幅2000mmでは，−0.06（×１０^−２）近辺である。このように目標とするΔＲcは，鋼板幅によって変化する。

次に圧延後に行われる制御冷却について説明する。
高強度ならびに高靭性が要求される素材では圧延後，オンラインで加速冷却を行う。最近の加速冷却装置には，幅方向水量制御装置（例えばエッジマスク機構）が設置されており，幅方向に冷却中に温度偏差を付与し，残留応力を付与することが可能である（図３）。図３中の１は圧延材である厚鋼板，２はエッジマスク，３は水スプレーヘッダーである。

圧延後の厚鋼板における実際に測定された温度偏差，および実績のクラウン比率変化を考慮し，更に残留応力σを低減する方向にエッジマスクを制御することでこのような高級素材においても圧延から冷却を通じて残留応力の小さい，平坦度の優れた厚鋼板の製造を可能とする。

図４は，本願発明の実施例に従う圧延を行うためのプロセスの説明図である。図４では，形状制御手段にペアクロス装置を適用し，加速冷却装置にエッジマスクを備えた装置を用いている。

図４中，１１は被圧延材である厚鋼板，１２はワークロール，１３はエッジマスク，１４は温度計である。圧延開始前に，厚鋼板１１の鋼板幅に応じて目標クラウン比率変化量（ΔＲc)をプロセスコンピューター１５にて求め，それに従った圧下パススケジュールを同プロセスコンピューター１５にて設定する。当該スケジュールに応じたワークロール１２のクロス角をパスの都度設定し，スケジュールに極力沿った圧延を実施する。圧延後に加速冷却を実施する材料（厚鋼板１１）については，圧延後のクラウン実績及び温度実績から，エッジマスク１３の必要制御量をプロセスコンピュータ１６にて決定し，エッジマスク１３による必要マスク量をセットした。

図５は，本願発明の実施例を適用した場合と従来のクラウン比率一定での圧延方法を適用した場合における，波高さの分布について比較したものである。本願発明の実施例によれば従来と比較して大幅に波高さが低減化されている。その結果，図６に示すように本願発明の実施例による厚鋼板は，従来材に比較し，冷間矯正工程を付与することなく製造が可能なことが分かる。

以上この発明を，形状制御手段としてペアクロス装置を用いた例を示したが，この発明ではペアクロス装置に限定するものではなく，例えばロールベンディング装置，ロールシフト装置等，他の制御手段を用いても良い。また加速冷却装置における幅方向水量制御機構についても，エッジマスク以外の装置で水量クラウン機構を用いても良いことは言うまでもない。

本発明は，厚鋼板の圧延に適用できる。

目標板クラウン比率変化量と波高さとの関係を示すグラフである。 4000ｍｍと2000ｍｍの鋼板幅における目標クラウン比率変化量と波高さとの関係を示すグラフである。 圧延後の冷却装置における厚鋼板を冷却を行っている状態を示した正面図である。 本願発明の実施例を適用した圧延工程を示した概念図である。 本発明の実施例と従来技術における波高さの発生頻度を示すグラフである。 本発明の実施例と従来技術における再矯正発生率を示すグラフである。

符号の説明

１ 厚鋼板
２ エッジマスク
３ 水スプレーヘッダー
１１ 被圧延材（厚鋼板）
１２ ワークロール
１３ エッヂマスク
１４ 温度計
１５，１６ プロセスコンピューター

Claims (2)

1. 平坦度の高い厚鋼板の製造方法であって，
   予め，製造する厚鋼板の予定幅毎に目標板クラウン比率変化量（ΔＲc)を設定しておき，
   厚鋼板を製造する際に，厚鋼板の予定幅に応じて前記に従いΔＲcを決定し，
   当該ΔＲcを得ることのできるパススケジュールを設定し，当該パススケジュールに従って，圧延を実施することを特徴とする平坦度の高い厚鋼板の製造方法。
   ここで，
   ΔＲc：目標板クラウン比率変化量（＝Ｒc2−Rc1)
   Rc1：最終パス前の板クラウン比率（＝（tc1−te1）／tc1）
   Ｒc2：最終パス後の板クラウン比率（＝（tc2−te2）／tc2）
   tc1：最終パス前の板中央部板厚
   te1：最終パス前の板エッヂ部板厚
   tc2：最終パス後の板中央部板厚
   te2：最終パス後の板エッヂ部板厚
2. 請求項１記載の厚鋼板の製造方法において，
   前記圧延後，制御冷却を行う場合，前記圧延後の板クラウン量を測定し，当該測定したクラウン量に応じて鋼板の当該制御冷却の冷却方法を変更することを特徴とする平坦度の高い厚鋼板の製造方法。

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