JP7644343B2 - METHOD FOR CONTROLLING ROLLING OF METAL SHEET, ROLLING CONTROL DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING ROLLED METAL SHEET - Google Patents
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Description
本発明は、圧延後の金属板の形状を制御する圧延制御方法、当該圧延制御方法を実行する圧延制御装置、及び圧延金属板の製造方法に関する。 The present invention relates to a rolling control method for controlling the shape of a metal plate after rolling, a rolling control device for executing the rolling control method, and a method for manufacturing a rolled metal plate.
薄板や厚板などの金属板を圧延した後の形状を予測する技術として、従来、様々な方法が提案されている。 Various methods have been proposed to predict the shape of metal plates, such as thin or thick plates, after they have been rolled.
特許文献1には、実績データが存在しない外挿域の予測精度を向上させ、さらに圧延モデルの誤差を修正する技術が開示されている。具体的には、過去に製造された製品の製造条件とその製造の結果情報とを対応付けて記憶した実績データベースを用いて、当該実績データベースの各サンプルと要求点(予測対象点)との類似度を計算し、この類似度を重みとした重み付き回帰により要求点近傍の予測式を作成する。この予測式により、上記外挿域の予測精度を向上させている。
特許文献2には、圧延時の金属板の板幅方向に分布する伸びひずみ(応力)を、座屈時に波形状として幾何学的に変換される伸びひずみと、座屈後も金属板に内在する伸びひずみとに分離して、金属板の形状を予測する技術が開示されている。
特許文献3には、圧延機出側で測定した金属板の形状特徴量に加え、測定時に金属板に内在する伸びひずみを求めて、これを上記形状特徴量と重ね合わせをして圧延機から付与された真の形状特徴量として計測することで、金属板の形状を予測する技術が開示されている。なお、ここでは、幾何学的値として圧延機出側で板通板方向及び板幅方向位置と高さ方向変位を測定し、また形状特徴量として、プロフィール、急峻度、伸びひずみ差を求めている。 Patent Document 3 discloses a technology for predicting the shape of a metal plate by determining the elongation strain inherent in the metal plate during measurement in addition to the shape feature quantities of the metal plate measured at the exit of the rolling mill, and measuring this as the true shape feature quantities imparted by the rolling mill by superimposing it on the shape feature quantities. Note that here, the plate threading direction, plate width direction position, and height direction displacement are measured at the exit of the rolling mill as geometric values, and the profile, steepness, and elongation strain difference are obtained as shape feature quantities.
特許文献4には、次の第1~第3のステップを有する金属板の圧延制御方法が開示されている。第1のステップでは、金属板の面外変形を拘束した条件で、圧延時の金属板の暫定的な伸びひずみ差分布を求め、この暫定的な伸びひずみ差分布、金属板の板厚と板幅、及び圧延機出側における金属板に作用する張力に基づいて、座屈臨界ひずみ差分布を求める。第2のステップでは、暫定的な伸びひずみ差分布が座屈臨界ひずみ差分布を超えた場合、暫定的な伸びひずみ差分布と座屈臨界ひずみ差分布との差分を求め、この差分を暫定的な伸びひずみ差分布に加えたものを真の伸びひずみ差分布として求める。第3のステップでは、真の伸びひずみ差分布に基づいて圧延条件を設定し、金属板の圧延を行うことにより金属板の形状を制御する。
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、金属板の座屈現象のような非線形現象については考慮されておらず、また当該非線形現象を予測式に反映させることはできない。そして、非線形現象が考慮されていない場合には、モデルに誤差を生じさせることになるため、圧延後の金属板の形状を正確に予測することはできない。
However, the method disclosed in
また、特許文献2~4のそれぞれに開示された方法は、金属板の座屈現象を考慮して当該金属板の形状を予測するものであり、座屈現象を考慮しない場合に比べると、その予測精度は向上されている。特に特許文献4にかかる発明は、特許文献2、3にかかる発明を発展させたものであり、座屈によって変化する金属板の板幅方向における圧延荷重差分布と伸びひずみ差分布の相関を定量的に把握することにより、金属板の真の伸びひずみ差分布を求め、金属板の形状を予測する。しかしながら、発明者が鋭意検討した結果、後述するように予測精度の向上には改善の余地があることが分かった。
The methods disclosed in
そして特許文献4に開示された方法では、金属板の座屈判定を行った後、座屈しない場合(上述した暫定的な伸びひずみ差分布が座屈臨界ひずみ差分布を超えない場合)には、所定の圧延条件を変更せずに金属板の圧延を行う。一方、座屈する場合(暫定的な伸びひずみ差分布が座屈臨界ひずみ差分布を超えた場合)には、真の伸びひずみ差分布に基づいて設定された圧延条件で金属板の圧延を行う。したがって、金属板の形状の予測精度を向上させることは肝要である。
In the method disclosed in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧延後の金属板の形状を精度よく予測し、当該金属板の形状を自在に制御することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these points, and aims to accurately predict the shape of a metal sheet after rolling and freely control the shape of the metal sheet.
前記の目的を達成するため、本発明者は圧延後の金属板の形状を予測し、予測された金属板の形状に基づいて、金属板の形状を制御する方法について検討を行った結果、以下の知見を得るに至った。 To achieve the above objective, the inventors predicted the shape of a metal sheet after rolling and investigated a method for controlling the shape of the metal sheet based on the predicted shape of the metal sheet, resulting in the following findings.
特許文献4に開示された方法では、上述した座屈によって変化する圧延荷重差分布と伸びひずみ差分布の相関を定量的に把握することにより、金属板の真の伸びひずみ差分布を求め、金属板の形状を予測する。すなわち、金属板の板幅方向に分布する伸びひずみ差のうち、波形状に変換され、面外変形を生じさせる伸びひずみ差が、実際に金属板の座屈により波形状に変換されると、当該伸びひずみ差に対応する荷重分布がさらに伸びひずみ差に変換されて金属板に内在される。そして、この増加した伸びひずみ差の分だけ、金属板の真の伸びひずみ差分布が増加する。このように金属板の真の伸びひずみ差分布を予測することで、金属板の形状の制御を行っている。
In the method disclosed in
本発明は、特許文献4にかかる発明をさらに発展させたものである。本発明者が鋭意検討したところ、特許文献4にかかる発明では、座屈固有解析で算出される形状プロフィールがそのまま座屈後も形状プロフィールを維持すると仮定しているため、形状プロフィールに誤差が生じることを見出した。そして、座屈固有値解析では評価対象の塑性伸びひずみ差で計算するのではなく、座屈後に生じた形状プロフィールの発生によって再配分された弾性ひずみ差で再計算(理論座屈モデルを用いた固有値解析計算)を行うことで、金属板の形状を適切に予測できることを想到した。すなわち、従来、開示された座屈後の形状プロフィールは初期に計算で用いた塑性伸びひずみ差で決定されると考えていたが、本発明者らが鋭意検討してきた結果、座屈形状が発生した後に金属板に再配分される、すなわち座屈後も板に内在する弾性ひずみ差によって形状プロフィールが決定することを見出した。そして、決定された形状プロフィールから真の伸びひずみ差を予測することで、金属板の形状の制御をより高精度に行うことができる。本発明は上記知見に基づくのであり、本発明の要旨は以下のとおりである。
The present invention is a further development of the invention of
本発明によれば、金属板の形状を予測して制御する方法であって、金属板に付与された塑性伸びひずみ差に基づいて座屈後の波形状プロフィールを予測する際に、座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いた座屈解析によって真の伸びひずみ差を求めるステップと、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行うステップと、を含むことを特徴とする、金属板の圧延制御方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for predicting and controlling the shape of a metal plate, which includes the steps of: determining a true elongation and strain difference by buckling analysis using an elastic strain difference that exists in the metal plate even after buckling when predicting a wave shape profile after buckling based on a plastic elongation and strain difference imparted to the metal plate; and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation and strain difference.
前記金属板の圧延制御方法において、前記真の伸びひずみ差を求めるステップと前記金属板の圧延を行うステップは、金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で求められる、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの板幅方向における差である塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第1ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差との差分と、前記塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求める第2ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第3ステップと、を含んでいてもよい。 In the rolling control method for the metal plate, the step of determining the true elongation strain difference and the step of rolling the metal plate comprise determining a critical tension in the plate width direction at which the metal plate buckles based on a plastic elongation strain difference, which is the difference in the strain in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill, which is determined under conditions in which out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using an up-down symmetrical model that allows the displacement of the center of thickness of the metal plate to be in-plane displacement of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane. The method may include a first step of calculating a buckling inherent strain difference, which is a strain difference; a second step of calculating a new buckling inherent strain difference using an elastic strain difference that is reallocated by the generation of buckling waves and remains in the metal plate even after buckling when the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference, and calculating a true elongation strain difference by adding the difference between the plastic elongation strain difference and the new buckling inherent strain difference to the plastic elongation strain difference; and a third step of rolling the metal plate without changing the predetermined rolling conditions when the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference when the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
前記金属板の圧延制御方法は、前記塑性伸びひずみ差を求めるステップをさらに含んでいてもよい。 The metal plate rolling control method may further include a step of determining the plastic elongation strain difference.
前記金属板の圧延制御方法では、前記第2ステップにおいて、前記塑性伸びひずみ差と前記座屈固有ひずみ差との差分を前記圧延機の出側において前記金属板に作用する張力に変換した変換張力を求め、前記変換張力に対応する伸びひずみ差と、前記塑性伸びひずみ差とを加えて前記真の伸びひずみ差を求めてもよい。 In the second step of the rolling control method for the metal plate, a converted tension is calculated by converting the difference between the plastic elongation strain difference and the buckling inherent strain difference into a tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill, and the true elongation strain difference is calculated by adding the elongation strain difference corresponding to the converted tension to the plastic elongation strain difference.
前記金属板の圧延制御方法では、前記第2ステップにおいて、前記変換張力に対応する前記金属板の前記板幅方向における圧延荷重差を、前記板幅方向に2階微分したものを前記変換張力に対応する伸びひずみ差として求めてもよい。 In the second step of the rolling control method for the metal plate, the rolling load difference in the width direction of the metal plate corresponding to the converted tension may be second-order differentiated in the width direction to obtain the elongation strain difference corresponding to the converted tension.
前記金属板の圧延制御方法において、前記真の伸びひずみ差を求めるステップと前記金属板の圧延を行うステップは、金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の板幅方向における圧延荷重の差である圧延荷重差及び圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの前記板幅方向における差である塑性伸びひずみ差を求める第1ステップと、前記塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第2ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記圧延荷重差と前記塑性伸びひずみ差との相関から、前記新たな座屈固有ひずみ差に対応する圧延荷重差である座屈固有荷重差を求めて、前記圧延荷重差と前記座屈固有荷重差の差分を求め、前記圧延機の出側と入側で前記金属板のクラウン比率変化が無いと仮定して、座屈形状変換伸びひずみ差と前記塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求める第3ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第4ステップと、を含んでいてもよい。 In the method for controlling rolling of a metal plate, the step of determining the true elongation strain difference and the step of rolling the metal plate comprise a first step of determining a rolling load difference, which is the difference in rolling load in the width direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, and a plastic elongation strain difference, which is the difference in the strain in the width direction of the metal plate during rolling, under conditions in which the displacement of the center of thickness of the metal plate is allowed to be a displacement in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and is not allowed to be a displacement out of the plane of the reference plane, under conditions in which the out-of-plane deformation of the metal plate is constrained; and a second step of determining a buckling inherent strain difference, which is the critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, based on the plastic elongation strain difference, the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill. When the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference, a new buckling inherent strain difference is calculated using the elastic strain difference that is reallocated by the generation of buckling waves and remains in the metal plate even after buckling, and a buckling inherent load difference that is a rolling load difference corresponding to the new buckling inherent strain difference is calculated from the correlation between the rolling load difference and the plastic elongation strain difference, and the difference between the rolling load difference and the buckling inherent load difference is calculated, and there is no change in the crown ratio of the metal plate between the exit side and the entry side of the rolling mill. The method may include a third step of calculating a true elongation-strain difference by adding the buckling shape transformation elongation-strain difference and the plastic elongation-strain difference, assuming that the buckling shape transformation elongation-strain difference is greater than the buckling inherent strain difference, and a fourth step of rolling the metal plate without changing the specified rolling conditions if the plastic elongation-strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation-strain difference if the plastic elongation-strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
前記金属板の圧延制御方法において、前記真の伸びひずみ差を求めるステップと前記金属板の圧延を行うステップは、金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の板幅方向における圧延荷重の差である圧延荷重差及び圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの前記板幅方向における差である塑性伸びひずみ差を求める第1ステップと、前記塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第2ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記圧延荷重差と前記塑性伸びひずみ差との相関から、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差の差分である座屈形状変換伸びひずみ差に対応する座屈形状変換荷重差を求めて、前記座屈形状変換荷重差を前記圧延荷重差に重ね合わせて新たな圧延荷重差を導出し、前記金属板にクラウン比率変化が有ると仮定して、前記新たな圧延荷重差求める第3ステップと、前記座屈形状変換伸びひずみ差と新たな塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求め、前記真の伸びひずみ差の収束判定を行う第4ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記第2ステップで求められる前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記第2ステップで求められた前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第5ステップと、を含んでいてもよい。 In the rolling control method for the metal plate, the step of calculating the true elongation strain difference and the step of rolling the metal plate are performed under conditions in which the out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using an upper-lower symmetrical model that allows the displacement of the center of thickness of the metal plate to be in-plane displacement of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane, and is the difference in rolling load in the width direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions. A first step of calculating a plastic elongation strain difference, which is a difference in the width direction of the metal plate between the rolling load difference and the strain elongating in the rolling direction of the metal plate during rolling; a second step of calculating a buckling inherent strain difference, which is a critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, based on the plastic elongation strain difference, the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill; and a second step of calculating a buckling inherent strain difference, which is a critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, based on the plastic elongation strain difference, the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill. A third step of calculating a new buckling inherent strain difference using an elastic strain difference inherent in the metal plate, calculating a buckling shape transformation load difference corresponding to a buckling shape transformation elongation strain difference, which is the difference between the plastic elongation strain difference and the new buckling inherent strain difference, from the correlation between the rolling load difference and the plastic elongation strain difference, and deriving a new rolling load difference by superimposing the buckling shape transformation load difference on the rolling load difference, and assuming that the metal plate has a crown ratio change, determining the new rolling load difference; The method may include a fourth step of calculating a true elongation-strain difference by adding the plastic elongation-strain difference to the true elongation-strain difference and determining whether the true elongation-strain difference has converged, and a fifth step of rolling the metal plate without changing the predetermined rolling conditions if the plastic elongation-strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference calculated in the second step, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation-strain difference if the plastic elongation-strain difference exceeds the buckling inherent strain difference calculated in the second step.
前記金属板の圧延制御方法では、前記第3ステップで求められる前記新たな塑性伸びひずみ差が前記第1ステップで求められる前記塑性伸びひずみ差であると仮定し、前記第3ステップで求められる前記新たな座屈固有ひずみ差が前記第2ステップで求められる座屈固有ひずみ差であると仮定してもよい。 In the method for controlling rolling of a metal plate, it may be assumed that the new plastic elongation strain difference obtained in the third step is the plastic elongation strain difference obtained in the first step, and that the new buckling inherent strain difference obtained in the third step is the buckling inherent strain difference obtained in the second step.
前記金属板の圧延制御方法では、前記圧延機の入側において前記金属板が面外変形していてもよい。 In the method for controlling rolling of a metal plate, the metal plate may be deformed out of plane at the entry side of the rolling mill.
前記金属板の圧延制御方法は、前記圧延機の出側に設置した形状計を用いて圧延後の前記金属板の形状を測定するステップと、測定された前記金属板の形状から求められる面外変形に変換される実績の伸びひずみ差と、面外変形に変換される予測の伸びひずみ差との差分に基づいて前記塑性伸びひずみ差を修正するステップと、をさらに含んでいてもよい。 The method for controlling rolling of the metal plate may further include a step of measuring the shape of the metal plate after rolling using a shape meter installed on the exit side of the rolling mill, and a step of correcting the plastic elongation strain difference based on the difference between the actual elongation strain difference converted into out-of-plane deformation obtained from the measured shape of the metal plate and the predicted elongation strain difference converted into out-of-plane deformation.
別な観点による本発明によれば、金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で求められる、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの板幅方向における差である塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求め、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈後に再配分される弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差との差分と、前記塑性伸びひずみ差と、を加えて真の伸びひずみ差を求める演算部と、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う制御部と、を含むことを特徴とする、金属板の圧延制御装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a plastic elongation strain difference, which is the difference in the strain in the width direction of the metal plate that extends in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, is obtained under conditions in which the out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using an up-down symmetrical model that allows the displacement of the center of thickness of the metal plate to be in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane; a buckling inherent strain, which is the critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, is obtained based on the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill. A rolling control device for a metal plate is provided, which includes: a calculation unit that calculates a true elongation-strain difference by adding the difference between the plastic elongation-strain difference and the new buckling inherent strain difference to the plastic elongation-strain difference when the plastic elongation-strain difference exceeds the buckling inherent strain difference; and a control unit that rolls the metal plate without changing the predetermined rolling conditions when the plastic elongation-strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and rolls the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation-strain difference when the plastic elongation-strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
別な観点による本発明によれば、金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で求められる、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの板幅方向における差である塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第1ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差との差分と、前記塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求める第2ステップと、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第3ステップと、を含むことを特徴とする、圧延金属板の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a first step of calculating a buckling inherent strain difference, which is a critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, based on a plastic elongation strain difference, which is the difference in the strain in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, in the width direction at which the metal plate buckles, and the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill, and a first step of calculating a buckling inherent strain difference, which is the critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, based on a top-bottom symmetrical model that allows the displacement of the center of thickness of the metal plate to be in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the top and bottom rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out of the plane of the reference plane, and a second step of calculating a buckling inherent strain difference, which is the critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, based on a plastic elongation strain difference, which is the difference in the width direction of the strain in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, and a tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill; A method for manufacturing a rolled metal plate is provided, which includes a second step of calculating a new buckling inherent strain difference using the elastic strain difference that is reallocated by the generation of buckling waves and remains in the metal plate even after buckling, and calculating a true elongation strain difference by adding the difference between the new buckling inherent strain difference and the plastic elongation strain difference to the plastic elongation strain difference, if the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, rolling the metal plate without changing the specified rolling conditions, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference, if the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
本発明によれば、座屈後の形状変形によって再配分される弾性ひずみ差を算出し、当該弾性ひずみ差を用いて再計算(理論座屈モデルを用いた固有値解析計算)を行っているので、金属板の形状(真の伸びひずみ差)を精度よく予測することができる。その結果、この真の伸びひずみ差に基づいて圧延条件を設定し、当該圧延条件で金属板を圧延することにより、圧延後の金属板の形状を自在に制御することができる。 According to the present invention, the elastic strain difference that is redistributed due to the shape deformation after buckling is calculated, and recalculation is performed using this elastic strain difference (eigenvalue analysis calculation using a theoretical buckling model), so the shape of the metal plate (true elongation strain difference) can be predicted with high accuracy. As a result, by setting the rolling conditions based on this true elongation strain difference and rolling the metal plate under these rolling conditions, the shape of the metal plate after rolling can be freely controlled.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification and the drawings, elements having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant description.
<対称波形状>
先ず、対象とする波形状について図1を用いて説明する。X軸は周期的な波が生じる長手方向、Y軸は板幅方向、Z軸は板厚あるいは波高さ方向とし、図1に示す波は代表的な耳波を示す。なお、中波や、耳波と中波の中間位置に生じるクォータ波に代表される波の周期的な座屈(図ではX方向)波も対象となる。波の大きさとして用いられる急峻度或いは平坦度の定義は、金属板の幅方向エッジ部の波片振幅高さHを波ピッチP(周期P)で割り、100倍して、パーセント表示で表す。また、この波形状を波片振幅高さHで示している位置でY-Z断面で切り出した幅方向位置毎形状プロフィール(波形状プロフィール)と称し、後に述べる座屈解析では求められる形状プロフィールは高さの次元が無い0~1の基準化プロフィールである。
<Symmetrical wave shape>
First, the target wave shape will be described with reference to FIG. 1. The X-axis is the longitudinal direction in which periodic waves occur, the Y-axis is the plate width direction, and the Z-axis is the plate thickness or wave height direction. The wave shown in FIG. 1 shows a typical ear wave. Note that periodic buckling waves (X direction in the figure) of waves represented by medium waves and quarter waves occurring at an intermediate position between ear waves and medium waves are also targets. The definition of steepness or flatness used as the size of the wave is expressed as a percentage by dividing the wave piece amplitude height H of the width direction edge part of the metal plate by the wave pitch P (period P) and multiplying it by 100. In addition, this wave shape is called a width direction position-wise shape profile (wave shape profile) cut out at the position indicated by the wave piece amplitude height H in the Y-Z cross section, and the shape profile obtained in the buckling analysis described later is a standardized profile of 0 to 1 without a height dimension.
<金属板の伸びひずみ差の発生原理>
次に、圧延された金属板が座屈する場合(金属板に面外変形が発生する場合)に、金属板の長手方向(圧延方向)に伸びるひずみ差(以下、「伸びひずみ差」という。)が発生する原理について、図2~図6を用いて説明する。図6は、図2~図5に対応し、金属板における伸びひずみ差と圧延荷重との関係を平面視において模式的に示した説明図である。なお、図6は後述するように、従来の金属板の圧延制御方法における伸びひずみ差と圧延荷重との関係図である。
<The principle behind the generation of elongation strain differences in metal sheets>
Next, the principle of the occurrence of a strain difference (hereinafter referred to as "elongation strain difference") in the longitudinal direction (rolling direction) of a metal plate when the rolled metal plate buckles (when out-of-plane deformation occurs in the metal plate) will be described with reference to Figures 2 to 6. Figure 6 corresponds to Figures 2 to 5 and is an explanatory diagram that shows a schematic plan view of the relationship between the elongation strain difference in a metal plate and the rolling load. As will be described later, Figure 6 is a relationship diagram between the elongation strain difference and the rolling load in a conventional method for controlling the rolling of a metal plate.
図2に示すように一対のロールを備えた圧延機10を用いて、金属板Hを圧延する。図2のX軸は金属板Hの長手方向を示し、X軸負方向側から正方向側に向けて金属板Hが搬送され圧延される。図2のY軸は金属板Hの板幅方向を示す。図2では金属板Hの板幅方向の半分、すなわち金属板Hの板幅方向のセンターHcからエッジHeまでが図示されている。
As shown in Fig. 2, a metal sheet H is rolled using a rolling
図2は、金属板Hの面外変形を拘束した条件(すなわち、金属板Hの面外変形を許容しない条件)で金属板Hを圧延した場合の、ロールバイト内の金属板Hの板幅方向における塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と、金属板Hの垂直方向(Z軸方向)に作用する板幅方向における圧延荷重差ΔP(y)とを図示している。塑性伸びひずみ差Δεpl(y)は、圧延された金属板Hが座屈する場合(金属板に面外変形が発生する場合)に、圧延時に金属板の長手方向に伸びひずみの板幅方向のエッジHeの伸びひずみを基準とした板幅方向位置yにおける差分である。以下の説明において、伸びひずみと伸びひずみ差の定義は、これと同様である。また、圧延荷重差ΔP(y)は、金属板Hの板幅方向のエッジHeの圧延荷重を基準とした板幅方向位置yにおける圧延荷重差である。また、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と圧延荷重差ΔP(y)は、板幅方向において1:1に対応している。図2においては、金属板Hの面外変形を拘束しているので、ロールバイト出側直後、長手方向に圧縮応力が発生している(図2中の太矢印)。なお、図2に示される塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と圧延荷重差ΔP(y)の関係は、図6(a)に模式的に示されている。 FIG. 2 illustrates the plastic elongation strain difference Δε pl (y) in the width direction of the metal sheet H in the roll bite and the rolling load difference ΔP (y) in the width direction acting in the vertical direction (Z-axis direction) of the metal sheet H when the metal sheet H is rolled under the condition that the out-of-plane deformation of the metal sheet H is restrained (i.e., the condition that the out-of-plane deformation of the metal sheet H is not allowed). The plastic elongation strain difference Δε pl (y) is the difference in the elongation strain in the longitudinal direction of the metal sheet during rolling at the width direction position y based on the elongation strain of the edge H e in the width direction when the rolled metal sheet H buckles (when the metal sheet has an out-of-plane deformation). In the following description, the definitions of the elongation strain and the elongation strain difference are the same as above. The rolling load difference ΔP(y) is the rolling load difference at the width direction position y based on the rolling load of the edge H e in the width direction of the metal sheet H. In addition, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) and the rolling load difference ΔP(y) correspond to each other at a 1:1 ratio in the sheet width direction. In Fig. 2, the out-of-plane deformation of the metal sheet H is restrained, so that compressive stress is generated in the longitudinal direction immediately after the roll bite exit (bold arrow in Fig. 2). The relationship between the plastic elongation strain difference Δε pl (y) and the rolling load difference ΔP(y) shown in Fig. 2 is shown in Fig. 6(a) as a schematic diagram.
塑性伸びひずみ差Δεpl(y)は、図3に示すように座屈後も金属板Hに内在する伸びひずみ差Δεcr(y)(以下、「座屈固有ひずみ差Δεcr(y)」という。)と、座屈後に波形状の面外変形に変換される伸びひずみ差Δεts(y)(以下、「座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)」という。)とに分離される。このうち、座屈固有ひずみ差Δεcr(y)は、これ以上ひずみ差が大きくなると金属板Hが座屈をしてしまう限界のひずみ差である。換言すれば、座屈固有ひずみ差Δεcr(y)は、金属板Hが座屈に至る板幅方向における臨界的なひずみ差である。同様に、圧延荷重差ΔP(y)は、座屈固有ひずみ差Δεcr(y)に板幅方向に1:1で対応する圧延荷重差ΔPcr(y)(以下、「座屈固有荷重差ΔPcr(y)」という。)と、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)に板幅方向に1:1で対応する圧延荷重差ΔPts(y)(以下、「座屈形状変換荷重差ΔPts(y)」という。)とに分離される。なお、図3に示される座屈固有ひずみ差Δεcr(y)、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)、座屈固有荷重差ΔPcr(y)、座屈形状変換荷重差ΔPts(y)は、図6(b)に模式的に示されている。 As shown in Fig. 3, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is separated into an elongation strain difference Δε cr (y) that remains in the metal sheet H even after buckling (hereinafter referred to as "buckling inherent strain difference Δε cr (y)") and an elongation strain difference Δε ts (y) that is converted into a wavy out-of-plane deformation after buckling (hereinafter referred to as "buckling shape conversion elongation strain difference Δε ts (y)"). Of these, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is the limit strain difference beyond which the metal sheet H will buckle. In other words, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is the critical strain difference in the sheet width direction at which the metal sheet H will buckle. Similarly, the rolling load difference ΔP(y) is separated into a rolling load difference ΔP cr (y) (hereinafter referred to as "buckling inherent load difference ΔP cr (y)") that corresponds 1:1 in the sheet width direction to the buckling inherent strain difference Δε cr (y) and a rolling load difference ΔP ts (y) (hereinafter referred to as "buckling shape transformation load difference ΔP ts (y)") that corresponds 1:1 in the sheet width direction to the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y). The buckling inherent strain difference Δε cr (y), buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y), buckling inherent load difference ΔP cr (y), and buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) shown in FIG. 3 are shown in FIG. 6(b) as a schematic.
次に、金属板Hの面外変形を許すと、図4に示すように座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)が面外変形に変換されて消滅する。また、図2に太矢印で示した圧縮応力が低下し、金属板Hに作用する見かけ上の長手方向の張力が増加する(図4中の太矢印)。そうすると、この張力に見合った圧延荷重、すなわち座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)に対応する座屈形状変換荷重差ΔPts(y)が消滅する。座屈形状変換荷重差ΔPts(y)が消滅すると、図5に示すように荷重低下領域に向かって、すなわち金属板HのセンターHcからエッジHeに向かって板幅方向に金属が流入する(図5中の太矢印)。その結果、体積一定の原理により、板幅方向の金属の流入量に応じて金属板HのエッジHeにおける伸びひずみが増大する。すなわち、座屈形状変換荷重差ΔPts(y)の消滅に対応する伸びひずみ差の増大が生じる(図5中の細矢印)。したがって、図6(c)に示すように、この座屈形状変換荷重差ΔPts(y)の消滅に対応して増大する伸びひずみ差Δεn(y)(以下、「座屈助長ひずみ差Δεn(y)」という。)を、図2に示した金属板Hの面外変形を拘束した場合の塑性伸びひずみ差Δεpl(y)に加えることにより、金属板Hにおける真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が得られる。座屈助長ひずみ差Δεn(y)は、金属板Hが座屈することによって生じる伸びひずみ差であり、金属板Hの面外変形を拘束した場合には、座屈は生じないため、観測されないひずみ差である。なお、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)と座屈助長ひずみ差Δεn(y)は、共に座屈形状変換荷重差ΔPts(y)に対応した伸びひずみ差であり、これらは同一の分布となるが、便宜上、異なる用語を使用している。 Next, when the metal sheet H is allowed to deform out of plane, the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) is converted to out of plane deformation and disappears as shown in FIG. 4. Also, the compressive stress shown by the thick arrow in FIG. 2 decreases, and the apparent longitudinal tension acting on the metal sheet H increases (thick arrow in FIG. 4). Then, the rolling load corresponding to this tension, that is, the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) corresponding to the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y), disappears. When the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) disappears, metal flows in the sheet width direction toward the load reduction region, that is, from the center H c of the metal sheet H toward the edge H e (thick arrow in FIG. 5) as shown in FIG. 5. As a result, according to the principle of constant volume, the elongation strain at the edge H e of the metal sheet H increases according to the amount of metal flowing in the sheet width direction. That is, an increase in the elongation strain difference occurs corresponding to the disappearance of the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) (thin arrow in FIG. 5). Therefore, as shown in FIG. 6(c), the true elongation strain difference Δε' pl (y) in the metal plate H can be obtained by adding the elongation strain difference Δε n (y) (hereinafter referred to as "buckling promoting strain difference Δε n (y)") that increases corresponding to the disappearance of the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) to the plastic elongation strain difference Δε pl (y) when the out-of-plane deformation of the metal plate H shown in FIG. 2 is restrained. The buckling promoting strain difference Δε n (y) is the elongation strain difference caused by the buckling of the metal plate H, and is a strain difference that is not observed when the out-of-plane deformation of the metal plate H is restrained, since buckling does not occur. In addition, the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) and the buckling promotion strain difference Δε n (y) are both elongation strain differences corresponding to the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y), and these have the same distribution, but for convenience, different terms are used.
以上のように、座屈によって変化する金属板Hの板幅方向における圧延荷重差と伸びひずみ差において、金属板Hの面外変形を拘束した場合、図6(a)に示した圧延荷重差ΔP(y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)との相関があり、さらに図6(b)に示した圧延荷重差ΔPcr(y)、ΔPts(y)と伸びひずみ差Δεcr(y)、Δεts(y)との相関があるのに対し、金属板Hの面外変形を許した場合、図6(c)に示した圧延荷重差ΔPcr(y)と伸びひずみ差Δεcr(y)、Δεts(y)、Δεn(y)との相関がある。そして、図6(c)で示した真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が、図6(a)、(b)で示した、面外変形を拘束した条件で得られる塑性伸びひずみ差Δεpl(y)よりも、座屈助長ひずみ差Δεn(y)分だけ増大し、下記式(1)が導出される。
Δε’pl(y)=Δεpl(y)+Δεn(y) ・・・(1)
As described above, in terms of the rolling load difference and elongation strain difference in the width direction of the metal sheet H that change due to buckling, when the out-of-plane deformation of the metal sheet H is restrained, there is a correlation between the rolling load difference ΔP(y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (y) shown in Figure 6(a), and there is also a correlation between the rolling load differences ΔP cr (y), ΔP ts (y) and the elongation strain differences Δε cr (y), Δε ts (y) shown in Figure 6(b). On the other hand, when the out-of-plane deformation of the metal sheet H is permitted, there is a correlation between the rolling load difference ΔP cr (y) and the elongation strain differences Δε cr (y), Δε ts (y), Δε n (y) shown in Figure 6(c). Furthermore, the true elongation strain difference Δε' pl (y) shown in Figure 6(c) is increased by the buckling promoting strain difference Δε n (y) compared to the plastic elongation strain difference Δε pl (y) obtained under the conditions in which the out-of-plane deformation is restrained as shown in Figures 6(a) and 6 (b), and the following formula (1) is derived.
Δε' pl (y)=Δε pl (y)+Δε n (y) ...(1)
<従来の圧延制御方法>
上述したように本発明は、特許文献4にかかる発明をさらに発展させたものである。そこで、本実施形態にかかる圧延制御方法を説明するに先だって、特許文献4に開示された従来の圧延制御方法について説明する。図7は、従来の形状予測方法を示すフローチャートである。
<Conventional rolling control method>
As described above, the present invention is a further development of the invention disclosed in
(ステップX1)
ステップX1では、板幅方向(y方向)に所定の幅でN分割された任意の板幅方向位置yでの評価対象の金属板の塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を設定する。
(Step X1)
In step X1, a plastic elongation strain difference Δε pl (y) of a metal plate to be evaluated at an arbitrary widthwise position y divided into N portions at a predetermined width in the widthwise direction (y direction) is set.
(ステップX2)
ステップX2では、理論座屈モデルを用いて固有値解析計算を行う。理論座屈モデルとは、例えば日本塑性加工学会誌 塑性と加工、第28巻第312号(1987-1)p58-66に示された、三角形の残留応力分布で定式化されたモデルをベースにして作成された波形状座屈方程式により、座屈解析を実行するモデルである。そして、理論座屈モデルでは、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)金属板の板厚、金属板の板幅、金属板に作用する張力に基づいて、座屈固有ひずみ差Δεcr(y)を算出する。
(Step X2)
In step X2, an eigenvalue analysis calculation is performed using a theoretical buckling model. The theoretical buckling model is a model that performs buckling analysis using a wave-shaped buckling equation created based on a model formulated with a triangular residual stress distribution, for example, as shown in the Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Plasticity and Processing, Vol. 28, No. 312 (1987-1), pp. 58-66. In the theoretical buckling model, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is calculated based on the plastic elongation strain difference Δε pl (y), the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate .
(ステップX3)
ステップX3では、座屈の発生の有無を判定する。塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と座屈固有ひずみ差Δεcr(y)を比較し、Δεpl(y)がΔεcr(y)以下であれば、金属板が座屈せず平坦であると判定して、ステップX4に進む。一方、Δεpl(y)がΔεcr(y)より大きければ、金属板が座屈すると判定して、ステップX5に進む。
(Step X3)
In step X3, the occurrence of buckling is judged. The plastic elongation strain difference Δε pl (y) is compared with the buckling inherent strain difference Δε cr (y), and if Δε pl (y) is equal to or less than Δε cr (y), it is judged that the metal plate is flat and not buckled, and the process proceeds to step X4. On the other hand, if Δε pl (y) is greater than Δε cr (y), it is judged that the metal plate will buckle, and the process proceeds to step X5.
(ステップX4)
ステップX4では、金属板は座屈せず、金属板は平坦であると判定される。かかる場合、圧延条件を変更せずにそのままとして、金属板の圧延を行うことにより、金属板の形状が制御される。
(Step X4)
In step X4, it is determined that the metal plate does not buckle and is flat. In this case, the shape of the metal plate is controlled by rolling the metal plate without changing the rolling conditions.
(ステップX5)
ステップX5では、金属板が座屈すると判定される。かかる場合、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と座屈固有ひずみ差Δεcr(y)の差分を求め、この差分が上記図6(c)で示した座屈助長ひずみ差Δεn(y)となる。そして、上記式(1)に従い、座屈助長ひずみ差Δεn(y)を塑性伸びひずみ差Δεpl(y)に加えて真の伸びひずみ差Δε’pl(y)と予測する。
(Step X5)
In step X5, it is determined that the metal plate buckles. In this case, the difference between the plastic elongation strain difference Δε pl (y) and the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is calculated, and this difference becomes the buckling promoting strain difference Δε n (y) shown in Fig. 6 (c). Then, according to the above formula (1), the buckling promoting strain difference Δε n (y) is added to the plastic elongation strain difference Δε pl (y) to predict the true elongation strain difference Δε' pl (y).
(ステップX6)
ステップX6では、ステップX5で予測された真の伸びひずみ差Δε’pl(y)に基づいて、圧延条件を設定し、圧延後の金属板の形状を制御する。具体的には、例えば真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が座屈固有ひずみ差Δεcr(y)以下になるように圧延条件を設定する。そうすると、圧延後の金属板は座屈せず、平坦になる。
(Step X6)
In step X6, the rolling conditions are set based on the true elongation strain difference Δε′ pl (y) predicted in step X5, and the shape of the metal sheet after rolling is controlled. Specifically, for example, the rolling conditions are set so that the true elongation strain difference Δε′ pl (y) is equal to or smaller than the buckling inherent strain difference Δε cr (y). In this way, the metal sheet after rolling does not buckle and becomes flat.
<従来の圧延制御方法の検証>
従来の方法では、以上のように座屈固有解析を行って座屈固有ひずみ差Δεcr(y)を算出し、さらに真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を予測して、金属板の圧延を制御している。ここで、本発明者が鋭意検討したところ、従来の座屈固有解析で予測される形状プロフィールが、実際の形状プロフィールと誤差があることを見出した。具体的には、従来予測される形状について、有限要素法(FEM)による解析結果と比較して検証した。
<Verification of conventional rolling control methods>
In the conventional method, the buckling eigenanalysis is performed as described above to calculate the buckling eigenstrain difference Δε cr (y), and the true elongation strain difference Δε' pl (y) is predicted to control the rolling of the metal plate. Here, the inventors have conducted extensive research and found that the shape profile predicted by the conventional buckling eigenanalysis has an error from the actual shape profile. Specifically, the conventionally predicted shape was verified by comparing it with the analysis result by the finite element method (FEM).
図8及び図9は、同一金属板条件で且つ同一塑性伸びひずみ差での、従来方法とFEMを用いた場合の金属板の形状を示す説明図である。なお、図8は板幅センター部の長手方向変位における板厚方向変位、すなわち波高さ方向変位を示し、図9は図8のA断面の波高さプロフィールを拡大して示すものである。 Figures 8 and 9 are explanatory diagrams showing the shape of a metal sheet when using the conventional method and FEM under the same metal sheet conditions and the same plastic elongation strain difference. Note that Figure 8 shows the plate thickness direction displacement during the longitudinal displacement of the plate width center part, i.e., the wave height direction displacement, and Figure 9 shows an enlarged view of the wave height profile of cross section A in Figure 8.
図8を参照すると、従来方法とFEMを比較して、座屈後の波ピッチはほぼ同じである。一方、図9を参照すると、従来方法とFEMを比較して、幅方向センター部の波高さ変位はほぼ同じであるが、図9中点線で囲った範囲の波高さ変位が異なり、形状プロフィールに誤差が生じることが分かった。 Referring to Figure 8, the wave pitch after buckling is almost the same when comparing the conventional method with FEM. On the other hand, referring to Figure 9, the wave height displacement in the width direction center part is almost the same when comparing the conventional method with FEM, but the wave height displacement in the area surrounded by the dotted line in Figure 9 is different, and it was found that an error occurs in the shape profile.
本発明者らは鋭意検討を行い、この形状プロフィールの誤差の要因として、従来方法では、ステップX2の座屈固有解析で算出される形状プロフィールがそのまま座屈後も形状プロフィールを維持すると仮定している点にあることを見出した。そして、座屈固有値解析では評価対象の塑性伸びひずみ差で計算するのではなく、座屈後に生じた座屈波の発生によって金属板に再配分された座屈後も金属板に残留応力として内在する弾性ひずみ差で再計算(理論座屈モデルを用いた固有値解析計算)を行うことで、金属板の形状を適切に予測できることを想到した。具体的には、図6に示した従来方法で算出される座屈固有ひずみ差Δεcr(y)と座屈固有荷重差ΔPcr(y)に対して、本発明の方法を用いると、図10に示すように異なる形状の座屈固有ひずみ差Δεcr(y)と座屈固有荷重差ΔPcr(y)の形状が得られる。以下の説明においては、上記知見に基づいて、本実施形態にかかる金属板の圧延制御方法について説明する。 The inventors have conducted extensive research and found that the cause of the error in the shape profile is that the conventional method assumes that the shape profile calculated by the buckling eigenanalysis in step X2 remains the same even after buckling. The inventors have conceived that the shape of the metal plate can be appropriately predicted by recalculating the elastic strain difference (eigenvalue analysis calculation using a theoretical buckling model) that exists in the metal plate as a residual stress even after buckling, which is redistributed to the metal plate due to the generation of the buckling wave after buckling, rather than calculating by the plastic elongation strain difference of the evaluation target in the buckling eigenvalue analysis. Specifically, when the method of the present invention is used for the buckling eigenstrain difference Δε cr (y) and the buckling eigenload difference ΔP cr (y) calculated by the conventional method shown in FIG. 6, the shapes of the buckling eigenstrain difference Δε cr (y) and the buckling eigenload difference ΔP cr (y) of different shapes are obtained as shown in FIG. 10. In the following description, a method for controlling rolling of a metal sheet according to this embodiment will be described based on the above findings.
<第1の実施形態にかかる圧延制御方法>
第1の実施形態にかかる金属板の圧延制御方法について説明する。図11は、第1の実施形態にかかる圧延制御方法を示すフローチャートである。図12は、第1の実施形態にかかる圧延制御方法において、金属板の形状を予測する方法を模式的に示す説明図である。なお、第1の実施形態では、後述するステップA12~A20を繰り返し、収束計算を行う。また、第1の実施形態では、ステップA11~A13が本発明の第1ステップに相当し、ステップA14~A21が本発明の第2ステップに相当し、ステップA22、A23が本発明の第3ステップに相当する。
<Rolling control method according to the first embodiment>
A method for controlling rolling of a metal plate according to the first embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the rolling control method according to the first embodiment. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a schematic diagram of a method for predicting the shape of a metal plate in the rolling control method according to the first embodiment. In the first embodiment, steps A12 to A20 described later are repeated to perform convergence calculation. In the first embodiment, steps A11 to A13 correspond to the first step of the present invention, steps A14 to A21 correspond to the second step of the present invention, and steps A22 and A23 correspond to the third step of the present invention.
(ステップA11)
ステップA11では、図12(a)に示すように、板幅方向(y軸方向)に所定の幅でN分割された任意の板幅方向位置yでの評価対象の金属板の塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を設定する。塑性伸びひずみ差Δεpl(y)は、公知の方法、例えば有限要素法(FEM)、スラブ法、物理モデル、実験や計算の回帰式を用いて算出することができる。より詳細には、金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより金属板の面外変形を拘束した条件で、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)は求められる。なお、Nは幅方向を等分割した節点数を表す。以後、Nは節点数とする。
(Step A11)
In step A11, as shown in FIG. 12(a), the plastic elongation strain difference Δε pl (y) of the metal sheet to be evaluated at an arbitrary sheet width direction position y divided into N by a predetermined width in the sheet width direction (y-axis direction) is set. The plastic elongation strain difference Δε pl ( y) can be calculated using a known method, for example, the finite element method (FEM), the slab method, a physical model, or a regression equation of experiments or calculations. More specifically, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is obtained under the condition that the out-of-plane deformation of the metal sheet is restrained by using an up-down symmetrical model that allows the displacement of the sheet thickness center of the metal sheet to be a displacement in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the sheet surface of the metal sheet, and does not allow the displacement out of the plane of the reference plane . Note that N represents the number of nodes equally divided in the width direction. Hereinafter, N is the number of nodes.
ステップA11における圧延形状を予測するモデルは以前より取り組まれている。実操業で必要とされる板クラウン予測式は、数値解析手法による計算結果をもとに個々の圧延機ごとに統計的手法によって求めることが行われている。例えば日本塑性加工学会誌 塑性と加工、第25巻第286号(1984-11)、p1034-1041に示すように、板クラウンを、圧延機の弾性変形条件のみに依存する要因と、圧延材の塑性変形条件に依存する要因とに分離して導いた汎用的な圧延機出側の板クラウン予測式を用いる方法がある。
これらを用いれば圧延機入側の板クラウンと出側の板クラウンを求めることが可能となる。そして、別途実験によって求めた形状変化係数ξにクラウン比率変化(Ch/h-CH/H)を掛けあわせることによって塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を求めることができる。すなわち、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)は、下記の式(2)によって表すことができる。
Δεpl(y)=ξ×(Ch(y)/h(y)-CH(y)/H(y)) ・・・(2)
なお、CHは圧延機入側のクラウン、Hは圧延機入側の板厚、Chは圧延機出側のクラウン、hは圧延機出側の板厚である。そして、上記式(2)に基づいて塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を求めることができる。
Models predicting the rolled shape in step A11 have been worked on for some time. The sheet crown prediction formula required for actual operation is obtained for each rolling mill by a statistical method based on the calculation results by a numerical analysis method. For example, as shown in the Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Plasticity and Processing, Vol. 25, No. 286 (1984-11), pp. 1034-1041, there is a method using a general-purpose sheet crown prediction formula on the delivery side of a rolling mill, which is derived by separating the sheet crown into factors that depend only on the elastic deformation conditions of the rolling mill and factors that depend on the plastic deformation conditions of the rolled material.
Using these, it is possible to obtain the sheet crown on the entry side and the sheet crown on the exit side of the rolling mill. Then, by multiplying the shape change coefficient ξ obtained by a separate experiment by the crown ratio change (Ch/h-CH/H), the plastic elongation strain difference Δε pl (y) can be obtained. In other words, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) can be expressed by the following formula (2).
Δε pl (y)=ξ×(Ch(y)/h(y)−CH(y)/H(y))...(2)
Here, CH is the crown on the entry side of the rolling mill, H is the plate thickness on the entry side of the rolling mill, Ch is the crown on the exit side of the rolling mill, and h is the plate thickness on the exit side of the rolling mill. Then, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) can be obtained based on the above formula (2).
(ステップA12)
ステップA12では、繰り返し計算の1回目の計算において、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を最大値1とする、0(ゼロ)から1までの値に基準化した基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)に変換する。繰り返し計算の2回目以降の計算では、後述するステップA20で補正された基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)を次以降のステップでの基準化伸びひずみ差とする。
(Step A12)
In step A12, in the first calculation of the iterative calculation, the plastic elongation-strain difference Δε pl (y) is converted into a normalized elongation-strain difference Δε normal (y) normalized to a value between 0 (zero) and 1, with the maximum value being 1. In the second and subsequent calculations of the iterative calculation, the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) corrected in step A20 described later is used as the normalized elongation-strain difference in the next and subsequent steps.
(ステップA13)
ステップA13では、理論座屈モデルを用いて固有値解析計算を行う。理論座屈モデルとは、例えば日本塑性加工学会誌 塑性と加工、第28巻第312号(1987-1)p58-66に示された、三角形の残留応力分布で定式化されたモデルをベースにして作成された波形状座屈方程式により、座屈解析を実行するモデルである。そして、理論座屈モデルでは、基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)、金属板の板厚t、金属板の板幅B、金属板に作用する張力Utを入力すれば、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)に相似形となっている座屈固有ひずみ差Δεcr(y)(座屈発生のクライテリア)、座屈によって発生する波ピッチP、座屈時の幅方向断面において0~1で基準化された高さプロフィール(形状プロフィール)W(y)が出力される。なお、繰り返し計算の2回目以降の計算の場合、座屈固有ひずみ差Δεcr(y)は、後述のステップA17において伸びひずみ誤差Δεer(y)で修正されるので、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と相似形にはならない。
(Step A13)
In step A13, an eigenvalue analysis calculation is performed using a theoretical buckling model. The theoretical buckling model is a model that performs buckling analysis using a wave-shaped buckling equation created based on a model formulated with a triangular residual stress distribution, for example, as shown in the Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Plasticity and Processing, Vol. 28, No. 312 (1987-1), p. 58-66. In the theoretical buckling model, if the normalized elongation strain difference Δε normal (y), the thickness t of the metal plate, the width B of the metal plate, and the tension Ut acting on the metal plate are input, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) (criterion for buckling occurrence) similar to the plastic elongation strain difference Δε pl (y), the wave pitch P generated by buckling, and the height profile (shape profile) W(y) normalized to 0 to 1 in the width direction cross section at the time of buckling are output. In the second and subsequent iterative calculations, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is corrected by the elongation strain error Δε er (y) in step A17 described below, and therefore does not have a similar form to the plastic elongation strain difference Δε pl (y).
ここで、本来、金属板に働く長手方向応力は板幅方向に積分すると0(ゼロ)となる残留応力成分と張力(ユニットテンション)成分が重なる。しかし、座屈モデルでは張力成分は別途与えるので、ここでは板幅方向に積分すると0、すなわち残留応力成分は板幅方向の積分値、あるいは板幅方向の平均を取ると0となるとして、下記式(3)により残留応力σres(y)の分布と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)の分布の換算を行っている。
Δεpl(y)=-(σres(y)/E-Max(σres(y))/E) ・・・(3)
Here, the longitudinal stress acting on a metal plate is essentially a residual stress component that becomes 0 (zero) when integrated in the plate width direction and a tension (unit tension) component overlap. However, in the buckling model, the tension component is given separately, so here, it is assumed that the residual stress component becomes 0 when integrated in the plate width direction, that is, the residual stress component becomes 0 when the integrated value in the plate width direction or the average in the plate width direction is taken, and the distribution of the residual stress σ res (y) and the distribution of the plastic elongation strain difference Δε pl (y) are converted by the following formula (3).
Δε pl (y)=-(σ res (y)/E-Max(σ res (y))/E) ...(3)
(ステップA14)
ステップA14では、繰り返し計算の1回目の計算であるか、あるいは2回目以降の計算であるかの判定を行う。そして、1回目の計算の場合、後述するステップA15に進み、2回目以降の計算の場合、後述するステップA16に進む。ステップA15では座屈の発生有無が判定されるが、2回目以降の計算の場合、金属板が座屈すると判定されているので、ステップA15を省略することができる。
(Step A14)
In step A14, it is determined whether the calculation is the first calculation of the repeated calculations or the second or subsequent calculations. If it is the first calculation, the process proceeds to step A15, which will be described later, and if it is the second or subsequent calculations, the process proceeds to step A16, which will be described later. In step A15, it is determined whether buckling has occurred, but in the case of the second or subsequent calculations, since it has been determined that the metal plate will buckle, step A15 can be omitted.
(ステップA15)
ステップA15では、座屈の発生の有無を判定する。具体的には、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と座屈固有ひずみ差Δεcr(y)を比較する。そして、Δεpl(y)がΔεcr(y)より大きければ、金属板が座屈すると判定して、ステップA16に進む。ちなみに従来方法と同様に座屈固有ひずみ差Δεcr(y)は塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と相似の関係を持つので板幅方向位置yのどこで判定しても良いが、ここではそれぞれの最大値で比較している。一方、Δεpl(y)がΔεcr(y)以下であれば、金属板が座屈せず平坦であると判定して、ステップA22に進む。
(Step A15)
In step A15, the occurrence of buckling is judged. Specifically, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is compared with the buckling inherent strain difference Δε cr (y). If Δε pl (y) is greater than Δε cr (y), it is judged that the metal plate will buckle, and the process proceeds to step A16. Incidentally, as in the conventional method, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) has a similar relationship with the plastic elongation strain difference Δε pl (y), so it may be judged at any position y in the plate width direction, but here, the comparison is made at their respective maximum values. On the other hand, if Δε pl (y) is equal to or less than Δε cr (y), it is judged that the metal plate will not buckle and is flat, and the process proceeds to step A22.
(ステップA22)
ステップA22では、金属板は座屈せず、金属板は平坦であると判定される。かかる場合、圧延条件を変更せずにそのままとして、金属板の圧延を行うことにより、金属板の形状が制御される。
(Step A22)
In step A22, it is determined that the metal plate does not buckle and is flat. In this case, the shape of the metal plate is controlled by rolling the metal plate without changing the rolling conditions.
(ステップA16)
ステップA16では、金属板が座屈すると判定され、形状予測モデルを用いて金属板の形状を予測する。先ず、図12(b)に示すように、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を、座屈後の形状変形に変換する成分(座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y))と、座屈後も金属板に残留して内在する成分(座屈固有ひずみ差Δεcr(y))とに分離する。そして、下記式(4)により、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)から座屈固有ひずみ差Δεcr(y)を引き算し、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)を算出する。
Δεts(y)=Δεpl(y)-Δεcr(y) ・・・(4)
(Step A16)
In step A16, it is determined that the metal plate will buckle, and the shape of the metal plate is predicted using a shape prediction model. First, as shown in Fig. 12(b), the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is separated into a component that is converted into a shape deformation after buckling (buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y)) and a component that remains in the metal plate even after buckling (buckling inherent strain difference Δε cr (y)). Then, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is subtracted from the plastic elongation strain difference Δε pl (y) using the following formula (4) to calculate the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y).
Δε ts (y)=Δε pl (y)−Δε cr (y) ...(4)
次に、上記式(4)より算出された座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)に対して、ステップA13で算出された波ピッチPは変化しないと仮定し、基準化高さプロフィールW(y)に波片振幅高さHを掛けた波高さ幅分布h(x,y)=H×W(y)×Sin(2πx/P)を座屈後の金属板の形状として予測する。ここで、座屈後の波形状の急峻度λ(y)は、板幅方向位置y毎に波片振幅高さH、基準化高さプロフィールW(y)、波ピッチPで表され、すなわち面外変形して形状に現れる幾何学的形状伸びひずみ差Δεgs(y)を用いて下記式(5)で表される。しかし一般的に圧延操業では波の大きさを表す際は片振幅波の最大振幅Hの2倍の両振幅として(5’)のように表すことが多い。また、この式(5)を幾何学的形状伸びひずみ差Δεgs(y)で整理すると式(6)となる。
λ(y)=2×H×W(y)/P=(2/π)√Δεgs(y) ・・・(5)
λ=2×H/P ・・・・・・・(5’)
Δεgs(P、H、W(y))=(π/2×W(y)×2×H/P)2 ・・・(6)
Next, assuming that the wave pitch P calculated in step A13 does not change with respect to the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) calculated by the above formula (4), the wave height width distribution h(x,y)=H×W(y)×Sin(2πx/P) obtained by multiplying the standardized height profile W(y) by the wave piece amplitude height H is predicted as the shape of the metal sheet after buckling. Here, the steepness λ(y) of the waveform after buckling is expressed by the wave piece amplitude height H, the standardized height profile W(y), and the wave pitch P for each sheet width direction position y, that is, it is expressed by the following formula (5) using the geometric shape elongation strain difference Δε gs (y) that appears in the shape after out-of-plane deformation. However, in general, when expressing the size of the wave in rolling operation, it is often expressed as (5') as a double amplitude of the maximum amplitude H of the half amplitude wave. Moreover, this formula (5) is rearranged by the geometric shape elongation strain difference Δε gs (y) to obtain formula (6).
λ(y)=2×H×W(y)/P=(2/π)√Δε gs (y) ...(5)
λ=2×H/P ・・・・・・(5')
Δε gs (P, H, W(y)) = (π/2×W(y)×2×H/P) 2 ...(6)
基準化高さプロフィールW(y)の値は0~1として基準化されたプロフィールであるため、片振幅波の最大振幅Hを仮定すれば幾何学的形状伸びひずみ差Δεgs(P、H、W(y))が算出できる。そこで座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)とほぼ同じであると考えると、図12(c)に示すように波形状に変換されない伸びひずみ差Δεer(y)(以下、「伸びひずみ誤差Δεer(y)」という。)は下記式(7)で表される。
Δεer(y)=Δεgs(P、H、W(y))-Δεts(y) ・・・(7)
Since the standardized height profile W(y) is a profile standardized with a value between 0 and 1, the geometric shape elongation strain difference Δε gs (P, H, W(y)) can be calculated by assuming the maximum amplitude H of the single amplitude wave. If it is considered to be approximately the same as the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y), the elongation strain difference Δε er (y) that is not transformed into a wave shape as shown in FIG. 12(c) (hereinafter referred to as "elongation strain error Δε er (y)") is expressed by the following formula (7).
Δε er (y)=Δε gs (P, H, W(y))−Δε ts (y) ...(7)
(ステップA17)
ステップA17では、座屈波発生後に再配分される残留応力、すなわち金属板に内在する弾性ひずみ差Δεel
*(y)を算出する。具体的に図12(d)に示すように、下記式(8)、(8’)により、弾性の座屈固有ひずみ差(Δεel_cr(y))と弾性の伸びひずみ誤差(Δεer(y))を足し合わせて、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差Δεel
*(y)を算出する。このようにステップA17では、座屈後の形状変形によって再配分される弾性ひずみ差Δεel
*(y)が算出される。
Δεel_cr(y)=-(Δεcr(y)-(ΣΔεcr(y))/N) ・・・(8’)
Δεel
*(y)=-{Δεpl(y)-Δεgs(P、H、W(y))}=Δεel_cr(y)+Δεer(y) ・・・(8)
(Step A17)
In step A17, the residual stress redistributed after the occurrence of the buckling wave, i.e., the elastic strain difference Δε el * (y) inherent in the metal plate is calculated. Specifically, as shown in Fig. 12(d), the elastic buckling inherent strain difference (Δε el_cr (y)) and the elastic elongation strain error (Δε er (y)) are added together by the following formulas (8) and (8') to calculate the elastic strain difference Δε el * (y) redistributed due to the occurrence of the buckling wave and inherent in the metal plate even after buckling. In this way, in step A17, the elastic strain difference Δε el * (y) redistributed due to the shape deformation after buckling is calculated.
Δε el_cr (y)=-(Δε cr (y)-(ΣΔε cr (y))/N) ...(8')
Δε el * (y) = - {Δε pl (y) - Δε gs (P, H, W(y))} = Δε el_cr (y) + Δε er (y) ... (8)
(ステップA18)
ステップA18では、座屈後の再配分された金属板の残留応力分布をもとに基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)を再度決定する。具体的には、後述するようにステップA12~A20を繰り返し行う収束計算において、下記式(9)により、再配分された金属板に内在する弾性ひずみ差Δεel
*(y)を用いて、これに対応する0~1の値を持つ基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)を決定する。図12(e)は、この基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)の一例を示す。
Δεnormal
*(y)=-(Δεel
*(y)-Max(εel
*(y)))/(Max(εel
*(y))-Min(εel
*(y))) ・・・(9)
(Step A18)
In step A18, the normalized elongation-strain difference Δε normal *(y) is determined again based on the residual stress distribution of the redistributed metal plate after buckling. Specifically, in the convergence calculation in which steps A12 to A20 are repeatedly performed as described below, the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) having a corresponding value of 0 to 1 is determined using the elastic strain difference Δε el * (y) inherent in the redistributed metal plate according to the following formula (9). Fig. 12 (e) shows an example of this normalized elongation-strain difference Δε normal * ( y).
Δε normal * (y)=-(Δε el * (y)-Max(ε el * (y)))/(Max(ε el * (y))-Min(ε el * (y)))...(9)
(ステップA19)
ステップA19では、収束計算において解が求まったどうかを、座屈し再配分された後の基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)の値と再配分前の基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)の値が等しくなるか否かで判定を行う。先ず、下記式(10)により、板幅方向位置y毎に再配分前後の基準化伸びひずみ差の誤差Δerror(y)を算出する。すなわち、誤差Δerror(y)は、基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)の変化量である。次に、下記式(11)に示すように、各板幅方向位置y毎の2乗誤差を積算することでΔerror*を算出し、この誤差Δerror*と所定の閾値とを比較する。そして、誤差Δerror*が所定の閾値よりも大きければ、再配分された基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)は収束していないと判定して、再計算(理論座屈モデルを用いた固有値解析計算)を行うため、ステップA20に進む。一方、誤差Δerror*が所定の閾値以下であれば、基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)が収束したと判定して、ステップA21に進む。
Δerror(y)=Δεnormal
*(y)-Δεnormal(y) ・・・(10)
Δerror*={Σ(Δerror(y))2}>閾値 ・・・(11)
(Step A19)
In step A19, whether or not a solution has been found in the convergence calculation is judged by whether or not the value of the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) after buckling and redistribution is equal to the value of the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) before redistribution. First, the error Δerror (y) of the normalized elongation-strain difference before and after redistribution is calculated for each sheet width direction position y by the following formula (10). That is, the error Δerror (y) is the amount of change in the normalized elongation-strain difference Δε normal (y). Next, as shown in the following formula (11), the square error for each sheet width direction position y is integrated to calculate Δerror * , and this error Δerror * is compared with a predetermined threshold value. If the error Δerror * is greater than a predetermined threshold, it is determined that the reallocated normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has not converged, and the process proceeds to step A20 to perform recalculation (eigenvalue analysis calculation using a theoretical buckling model). On the other hand, if the error Δerror * is equal to or smaller than a predetermined threshold, it is determined that the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has converged, and the process proceeds to step A21.
Δerror(y)=Δε normal * (y)−Δε normal (y) ...(10)
Δerror * = {Σ(Δerror(y)) 2 }>Threshold value (11)
(ステップA20)
ステップA20では、ステップA12に戻って再計算で用いる基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)をΔεnormal
*(y)とΔerror(y)を用いて補正する。具体的には、下記式(12)により、誤差Δerror(y)に緩和係数αをかけたものを、再配分後の基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)に足し合わせて、再計算用の基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)を再設定する。ここで、再計算を行うにあたり、緩和係数αをかけずに誤差Δerror(y)をすべて重ね合わせると、計算結果が振動し、基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)は収束しにくい。そこで本実施形態では、緩和係数αをかけることで基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)を収束させやすくしている。なお、この緩和係数αは任意であるが、本発明者が鋭意検討したところ、0.1~0.4が適切であることを確認している。
Δεnormal(y)=Δεnormal(y)+α×Δerror(y)=Δεnormal(y)+α×{Δεnormal
*(y)-Δεnormal(y)} ・・・(12)
(Step A20)
In step A20, the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) used in the recalculation is corrected by using Δε normal * (y) and Δerror (y) by returning to step A12. Specifically, the error Δerror (y) is multiplied by the relaxation coefficient α according to the following formula (12), and the result is added to the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) after reallocation, to reset the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) for recalculation. Here, when performing recalculation, if all the errors Δerror (y) are superimposed without multiplying by the relaxation coefficient α, the calculation result will vibrate, and the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) will not converge easily. Therefore, in this embodiment, the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) is made to converge easily by multiplying by the relaxation coefficient α. The relaxation coefficient α is arbitrary, but after extensive investigation, the inventors have confirmed that a value of 0.1 to 0.4 is appropriate.
Δε normal (y)=Δε normal (y)+α×Δerror(y)=Δε normal (y)+α×{Δε normal * (y)−Δε normal (y)} ...(12)
次に、ステップA12に戻り、ステップA20で補正された基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)を用いて、以降のステップA13~A20を行う。そして、ステップA12~A20を繰り返し行い、ステップA19における収束判定で、基準化伸びひずみ差Δεnormal *(y)が収束したと判定されるまで、収束計算を行う。 Next, returning to step A12, the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) corrected in step A20 is used to carry out the subsequent steps A13 to A20. Then, steps A12 to A20 are repeated, and the convergence calculation is performed until it is determined in the convergence determination in step A19 that the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has converged.
(ステップA21)
ステップA19において基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)が収束したと判定されると、ステップA21に進む。ステップA21では、図6に示した真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を算出する。具体的には、下記式(13)により、座屈後も金属板に再配分された弾性ひずみ差Δεel
*(y)で算出した新たな座屈固有ひずみ差Δεcr(y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)から、真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を算出する。また、この式(13)を展開し、真の伸びひずみ差Δε’pl(y)は、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)からも算出できる。
Δε’pl(y)=Δεpl(y)+(Δεpl(y)-Δεcr(y))=Δεpl(y)+Δεts(y) ・・・(13)
(Step A21)
When it is determined in step A19 that the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has converged, the process proceeds to step A21. In step A21, the true elongation-strain difference Δε' pl (y) shown in FIG. 6 is calculated. Specifically, the true elongation-strain difference Δε' pl (y) is calculated from the new buckling inherent strain difference Δε cr (y) calculated from the elastic strain difference Δε el * (y) redistributed to the metal plate even after buckling and the plastic elongation-strain difference Δε pl (y) according to the following formula (13). In addition, by developing this formula (13), the true elongation-strain difference Δε' pl (y) can also be calculated from the plastic elongation-strain difference Δε pl (y) and the buckling shape transformation elongation-strain difference Δε ts (y).
Δε' pl (y)=Δε pl (y)+(Δε pl (y)−Δε cr (y))=Δε pl (y)+Δε ts (y) ...(13)
(ステップA23)
ステップA23では、ステップA21で算出された真の伸びひずみ差Δε’pl(y)に基づいて、圧延条件を設定し、圧延後の金属板の形状を制御する。具体的には、例えば真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が座屈固有ひずみ差Δεcr(y)以下になるように圧延条件を設定する。そうすると、圧延後の金属板は座屈せず、平坦になる。圧延条件としては、圧延荷重や、ロールの撓みを制御するロールベンダーのモーメント等が挙げられる。なお、圧延条件の設定は任意であって、必要に応じて、本アルゴリズムを通じて真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を決定し、圧延後の金属板の形状を制御できる。
(Step A23)
In step A23, the rolling conditions are set based on the true elongation strain difference Δε′ pl (y) calculated in step A21, and the shape of the metal sheet after rolling is controlled. Specifically, for example, the rolling conditions are set so that the true elongation strain difference Δε′ pl (y) is equal to or less than the buckling inherent strain difference Δε cr (y). In this way, the metal sheet after rolling does not buckle and becomes flat. Examples of the rolling conditions include the rolling load and the moment of the roll bender that controls the deflection of the roll. The rolling conditions can be set arbitrarily, and the true elongation strain difference Δε′ pl (y) can be determined through this algorithm as necessary to control the shape of the metal sheet after rolling.
本第1の実施形態によれば、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と、座屈固有ひずみ差Δεcr(y)又は座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)とから、金属板の真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を求める。このようにして伸びひずみ差を求めることにより、伸びひずみ差の予測精度を従来よりも高くすることができる。したがって、当該真の伸びひずみ差Δε’pl(y)に基づいて圧延条件を設定することにより、圧延後の金属板の形状を自在に制御することができる。 According to the first embodiment, the true elongation strain difference Δε'pl (y) of the metal sheet is calculated from the plastic elongation strain difference Δεpl (y) and the buckling inherent strain difference Δεcr (y) or the buckling shape transformation elongation strain difference Δεts (y). By calculating the elongation strain difference in this manner, it is possible to improve the prediction accuracy of the elongation strain difference compared to the conventional method. Therefore, by setting the rolling conditions based on the true elongation strain difference Δε'pl (y), it is possible to freely control the shape of the metal sheet after rolling.
ここで、上述したように従来方法では、座屈後も形状プロフィールが維持されると仮定していたが、実際には座屈後に再配分される残留応力分布によって変化する形状プロフィールの影響を考慮していなかったため、図9に示したような形状プロフィールの誤差が生じていた。 As mentioned above, the conventional method assumes that the shape profile is maintained even after buckling. However, in reality, the effect of the shape profile changing due to the residual stress distribution that is redistributed after buckling is not taken into account, resulting in an error in the shape profile as shown in Figure 9.
この点、本発明者は、座屈後の形状変形によって形状プロフィールが変わることを見出した。そして、以上の第1の実施形態にかかる圧延制御方法によれば、座屈後の形状変形によって再配分される弾性ひずみ差Δεel *(y)を算出し、当該弾性ひずみ差Δεel *(y)を用いて再計算を行っているので、金属板の形状を適切に予測することができる。その結果、圧延後の金属板の形状をより適切に制御することが可能となる。 In this regard, the present inventors have found that the shape profile changes due to the shape deformation after buckling. According to the rolling control method of the first embodiment described above, the elastic strain difference Δε e1 * (y) reallocated due to the shape deformation after buckling is calculated, and recalculation is performed using the elastic strain difference Δε e1 * (y), so that the shape of the metal sheet can be appropriately predicted. As a result, it becomes possible to more appropriately control the shape of the metal sheet after rolling.
本発明者らは、本第1の実施形態の効果(形状予測の高精度化の効果)を検証するため、本第1の実施形態を行った形状予測結果(収束解)について、従来方法を行った形状予測結果と、FEMによる解析結果と比較した。検証結果を図13及び図14に示す。図13は座屈後に金属板に内在する弾性ひずみ差の幅方向分布を示し、図14は基準化プロフィールの幅方向分布を示している。 To verify the effect of the first embodiment (the effect of increasing the accuracy of shape prediction), the inventors compared the shape prediction results (converged solutions) obtained by performing the first embodiment with the shape prediction results obtained by performing a conventional method and the analysis results using FEM. The verification results are shown in Figs. 13 and 14. Fig. 13 shows the width-wise distribution of the elastic strain difference present in the metal plate after buckling, and Fig. 14 shows the width-wise distribution of the normalized profile.
図13及び図14を参照すると、従来の形状予測結果はFEMによる解析結果と若干のずれがあるのに対し、第1の実施形態の形状予測結果はFEMによる解析結果とほぼ一致している。したがって、第1の実施形態によれば、金属板の形状を適切に予測することができることがわかった。 Referring to Figures 13 and 14, the conventional shape prediction results are slightly different from the analysis results by FEM, whereas the shape prediction results of the first embodiment are almost identical to the analysis results by FEM. Therefore, it was found that the shape of the metal plate can be appropriately predicted according to the first embodiment.
なお、本第1の実施形態において、座屈に起因する圧延機出側の張力の変動に基づいて真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を求めてもよい。具体的には、ステップA16で求めた座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)を金属板に作用する張力に変換する。圧延機出側の張力の変動によって生じる板幅方向における圧延荷重差の変化ΔPts(y)を求め、さらに下記式(14)に14示すようにΔPts(y)を板幅方向xに2階微分することで伸びひずみ差Δεts’(y)を求める。そして、下記式(8)に示すように、式(15)によって求められる伸びひずみ差Δεts’(y)をステップA11で設定した塑性伸びひずみ差Δεpl(y)に加えたものを、真の伸びひずみ差Δε’pl(y)として求める。
Δεts’(y)=d2ΔPts(y)/dx2・・・・(14)
Δε’pl(y)=Δεpl(y)+Δεts’(y)・・・・(15)
In the first embodiment, the true elongation strain difference Δε'pl (y) may be calculated based on the fluctuation of tension at the delivery side of the rolling mill due to buckling. Specifically, the buckling shape transformation elongation strain difference Δεts (y) calculated in step A16 is converted to tension acting on the metal sheet. The change in the rolling load difference in the sheet width direction caused by the fluctuation of tension at the delivery side of the rolling mill is calculated, and the elongation strain difference Δεts ' (y) is calculated by second-order differentiation of ΔPts (y) in the sheet width direction x as shown in the following formula (14). Then, as shown in the following formula (8), the true elongation strain difference Δε'pl (y) is calculated by adding the elongation strain difference Δεts' (y) calculated by formula (15) to the plastic elongation strain difference Δεpl (y) set in step A11.
Δε ts '(y)=d 2 ΔP ts (y)/dx 2 ...(14)
Δε' pl (y)=Δε pl (y)+Δε ts '(y)...(15)
このように、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)を一旦張力に変換した変換張力を求め、さらにこの変換張力に対応する伸びひずみ差Δεts’(y)を求めているので、求められた伸びひずみ差Δεts’(y)は実現象に近くなる。しかも、当該伸びひずみ差Δεts’(y)を求める際、圧延荷重差の変化ΔPts(y)を2階微分しているので、さらに実現象に近くなる。したがって、金属板の真の伸びひずみ差Δε’pl(y)をさらに精度よく予測することができる。 In this way, the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) is converted into tension to obtain a transformed tension, and then the elongation strain difference Δε ts '(y) corresponding to this transformed tension is obtained, so that the obtained elongation strain difference Δε ts '(y) is closer to the actual phenomenon. Moreover, when obtaining the elongation strain difference Δε ts '(y), the change in the rolling load difference ΔP ts (y) is differentiated twice, so that the obtained elongation strain difference Δε ts '(y) is closer to the actual phenomenon. Therefore, the true elongation strain difference Δε ' pl (y) of the metal plate can be predicted with even greater accuracy.
なお、本第1の実施形態では、ステップA11において塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を設定しているが、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)が既知である場合、あるいは既に求めたものを流用可能な場合には、ステップA11を省略することが可能である。この場合、ステップA13において、既知の塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を用いて座屈固有ひずみ差Δεcr(y)を求める。 In the first embodiment, the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is set in step A11, but if the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is known or if an already obtained difference can be used, step A11 can be omitted. In this case, in step A13, the buckling inherent strain difference Δε cr (y) is obtained using the known plastic elongation strain difference Δε pl (y).
<第2の実施形態にかかる圧延制御方法>
第2の実施形態にかかる金属板の圧延制御方法について説明する。図15は、第2の実施形態にかかる圧延制御方法を示すフローチャートである。なお、第2の実施形態では、ステップB11が本発明の第1ステップに相当し、ステップB12、B13が本発明の第2ステップに相当し、ステップB14~B21が本発明の第3ステップに相当し、ステップB22、B23が本発明の第4ステップに相当する。
<Rolling control method according to the second embodiment>
A method for controlling rolling of a metal plate according to the second embodiment will be described. Fig. 15 is a flow chart showing the method for controlling rolling of the metal plate according to the second embodiment. In the second embodiment, step B11 corresponds to the first step of the present invention, steps B12 and B13 correspond to the second step of the present invention, steps B14 to B21 correspond to the third step of the present invention, and steps B22 and B23 correspond to the fourth step of the present invention.
(ステップB11)
ステップB11では、板幅方向に所定の幅でN分割された任意の板幅方向位置yでの評価対象の、金属板に作用する圧延荷重差ΔP(y)と、金属板の塑性伸びひずみ差Δεpl(y)を設定する。これら圧延荷重差ΔP(y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)は、上記ステップA11と同様に、公知の方法、例えば有限要素法(FEM)、スラブ法、物理モデル、実験や計算の回帰式を用いて算出することができる。
(Step B11)
In step B11, a rolling load difference ΔP(y) acting on a metal plate to be evaluated at an arbitrary widthwise position y divided into N parts by a predetermined width in the widthwise direction and a plastic elongation strain difference Δε pl (y) of the metal plate are set. The rolling load difference ΔP(y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (y) can be calculated using a known method, such as the finite element method (FEM), the slab method, a physical model, or a regression equation of experiments or calculations, as in the above step A11.
(ステップB12~B20)
ステップB12~B20は、収束計算を行い、金属板の形状を予測する。これらステップB12~B20は上記ステップA12~A20と同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。
(Steps B12 to B20)
In steps B12 to B20, convergence calculations are performed to predict the shape of the metal plate. These steps B12 to B20 are similar to the above steps A12 to A20, and detailed description thereof will be omitted here.
(ステップB22)
ステップB22は、ステップB15で座屈の発生の有無を判定した結果、金属板は座屈せず、金属板は平坦であると判定された場合である。かかる場合、圧延条件を変更せずにそのままとして、金属板の圧延を行うことにより、金属板の形状が制御される。
(Step B22)
Step B22 is a case where it is determined in step B15 whether or not buckling has occurred that the metal sheet is not buckled and is flat. In such a case, the shape of the metal sheet is controlled by rolling the metal sheet without changing the rolling conditions.
(ステップB21)
ステップB21は、ステップB15で座屈の発生の有無を判定した結果、金属板が座屈し、且つステップB19において基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)が収束したと判定された場合である。ステップB21では、真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を算出する。
(Step B21)
Step B21 is a step performed when it is determined in step B15 that the metal plate buckles and the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has converged. In step B21, the true elongation-strain difference Δε′ pl (y) is calculated.
ここで、上記ステップB11では、圧延荷重差ΔP(y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)が設定されており、これら圧延荷重差ΔP(y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)の相関が導出される。本ステップB21では、この相関に基づいて、ステップB13で算出した座屈固有ひずみ差Δεcr(y)に対応する座屈固有荷重差ΔPcr(y)を求める。そして、ステップB11で設定した圧延荷重差ΔP(y)と、本ステップB21で求めた座屈固有荷重差ΔPcr(y)との差分である、座屈形状変換荷重差ΔPts(y)(ΔPts(y)=ΔP(y)-ΔPcr(y))を算出する。さらに、圧延機の出側と入側で金属板のクラウン比率変化がないと仮定して、公知の方法、例えば有限要素法(FEM)、スラブ法、物理モデル、実験や計算の回帰式を用いて、座屈形状変換荷重差ΔPts(y)から座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)を求める。なお、座屈形状変換荷重差ΔPts(y)から座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)を求める際に、ステップB11で求めた圧延荷重差ΔP(y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(y)との相関を用いてもよい。そして、下記式(16)により、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)に、ステップB11で設定した塑性伸びひずみ差Δεpl(y)に加えたものを、真の伸びひずみ差Δε’pl(y)として求める。
Δε’pl(y)=Δεpl(y)+Δεts(y) ・・・(16)
Here, in the above step B11, the rolling load difference ΔP(y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (y) are set, and the correlation between the rolling load difference ΔP(y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (y) is derived. In this step B21, based on this correlation, the buckling inherent load difference ΔP cr (y) corresponding to the buckling inherent strain difference Δε cr (y) calculated in step B13 is calculated. Then, the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) (ΔP ts (y) = ΔP (y) - ΔP cr (y)) which is the difference between the rolling load difference ΔP(y) set in step B11 and the buckling inherent load difference ΔP cr (y) calculated in this step B21 is calculated. Furthermore, assuming that there is no change in the crown ratio of the metal plate between the exit side and the entry side of the rolling mill, the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) is obtained from the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y) using a known method, for example, the finite element method (FEM), the slab method, a physical model, or a regression equation of experiments or calculations. Note that when the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) is obtained from the buckling shape transformation load difference ΔP ts (y), the correlation between the rolling load difference ΔP (y) obtained in step B11 and the plastic elongation strain difference Δε pl (y) may be used. Then, the true elongation strain difference Δε ' pl (y) is obtained by adding the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (y) to the plastic elongation strain difference Δε pl (y) set in step B11 using the following formula (16).
Δε' pl (y)=Δε pl (y)+Δε ts (y) ...(16)
(ステップB23)
ステップB23では、ステップB21で算出された真の伸びひずみ差Δε’pl(y)に基づいて、圧延条件を設定し、金属板の圧延を行うことにより、金属板の形状を制御する。このステップB23は上記ステップA23と同様である。
(Step B23)
In step B23, the rolling conditions are set based on the true elongation strain difference Δε′ pl (y) calculated in step B21, and the metal sheet is rolled to control the shape of the metal sheet. This step B23 is similar to the above-mentioned step A23.
本第2の実施形態は、上記第1の実施形態の変形例である。第1の実施形態と第2の実施形態では、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)から増加する分の伸びひずみ差を算出する方法が異なる。第1の実施形態のステップA21では、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)と座屈固有ひずみ差Δεcr(y)の差分から伸びひずみ差の増加分を求めるのに対し、第2の実施形態のステップB21では、圧延荷重差ΔP(y)と座屈固有荷重差ΔPcr(y)の差分から伸びひずみ差の増加分を求める。したがって、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の効果を享受できる。すなわち、金属板の真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を従来よりも精度よく正確に予測することができる。さらに当該真の伸びひずみ差Δε’pl(y)に基づいて圧延条件を設定することにより、圧延後の金属板の形状を自在に制御することができる。 The second embodiment is a modified example of the first embodiment. The first embodiment and the second embodiment differ in the method of calculating the increase in the elongation strain difference from the plastic elongation strain difference Δε pl (y). In step A21 of the first embodiment, the increase in the elongation strain difference is calculated from the difference between the plastic elongation strain difference Δε pl (y) and the buckling inherent strain difference Δε cr (y), whereas in step B21 of the second embodiment, the increase in the elongation strain difference is calculated from the difference between the rolling load difference ΔP (y) and the buckling inherent load difference ΔP cr (y). Therefore, in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be enjoyed. That is, the true elongation strain difference Δε' pl (y) of the metal plate can be predicted more accurately than in the past. Furthermore, by setting the rolling conditions based on the true elongation strain difference Δε' pl (y), the shape of the metal plate after rolling can be freely controlled.
<第3の実施形態にかかる圧延制御方法>
第3の実施形態にかかる金属板の圧延制御方法について説明する。図16は、第3の実施形態にかかる圧延制御方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態では後述するように、iはステップC12~C26の繰り返し計算(以下、「第1の繰り返し計算」という。)の回数を示し、jはステップC13~C22の繰り返し計算(以下、「第2の繰り返し計算」という。)の回数を示す。また、第3の実施形態では、ステップC11、C12が本発明の第1ステップに相当し、ステップC13、C14が本発明の第2ステップに相当し、ステップC15~C24が本発明の第3ステップに相当し、ステップC25、C26が本発明の第4ステップに相当し、ステップC27、C28が本発明の第5ステップに相当する。
<Rolling control method according to the third embodiment>
A rolling control method for a metal plate according to the third embodiment will be described. FIG. 16 is a flowchart showing the rolling control method according to the third embodiment. As described later in this embodiment, i indicates the number of repeated calculations of steps C12 to C26 (hereinafter referred to as "first repeated calculations"), and j indicates the number of repeated calculations of steps C13 to C22 (hereinafter referred to as "second repeated calculations"). In the third embodiment, steps C11 and C12 correspond to the first step of the present invention, steps C13 and C14 correspond to the second step of the present invention, steps C15 to C24 correspond to the third step of the present invention, steps C25 and C26 correspond to the fourth step of the present invention, and steps C27 and C28 correspond to the fifth step of the present invention.
(ステップC11)
第1の繰り返し計算の1回目(i=1)を始める。
(Step C11)
The first iteration (i=1) of the first iteration begins.
(ステップC12)
ステップC12では、板幅方向に所定の幅でN分割された任意の板幅方向位置yでの評価対象の、金属板に作用する圧延荷重差ΔP(i、y)と、金属板の塑性伸びひずみ差Δεpl(i、y)を設定する。このステップC12は、上記ステップB11と同様である。
(Step C12)
In step C12, a rolling load difference ΔP(i,y) acting on the metal plate and a plastic elongation strain difference Δε pl (i,y) of the metal plate to be evaluated at an arbitrary width y divided into N parts in the width direction are set. This step C12 is similar to the above step B11.
(ステップC13~C21)
ステップC13~C21は、収束計算(第2の繰り返し計算)を行い、金属板の形状を予測する。これらステップC13~C21は上記ステップB12~B20と同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。なお、上記第2の実施形態では、各パラメータは板幅方向位置yの分布であり、(y)が付されていたが、本第3の実施形態では、各パラメータには板幅方向位置yの分布であることに加えて、第1の繰り返し計算のi回目であり、(i、y)が付されている。
(Steps C13 to C21)
Steps C13 to C21 are used to perform convergent calculations (second iterative calculations) to predict the shape of the metal sheet. These steps C13 to C21 are similar to steps B12 to B20, and detailed descriptions thereof will be omitted here. In the second embodiment, each parameter is a distribution of the sheet width direction position y and is marked with (y), but in the third embodiment, each parameter is a distribution of the sheet width direction position y and is the i-th iteration of the first iterative calculation and is marked with (i, y).
(ステップC22)
上記ステップC20において基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)が収束していないと判定された場合、ステップC21で再計算用の基準化伸びひずみ差Δεnormal(y)を再設定した後、ステップC13に戻る。この際、ステップC22において、第2の繰り返し計算の回数jが1回増える(j=j+1)。
(Step C22)
If it is determined in step C20 that the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has not converged, the normalized elongation-strain difference Δε normal (y) for recalculation is reset in step C21, and the process returns to step C13. At this time, in step C22, the number j of the second iterative calculation is incremented by one (j=j+1).
(ステップC27)
ステップC27は、ステップC16で座屈の発生の有無を判定した結果、金属板は座屈せず、金属板は平坦であると判定された場合である。かかる場合、圧延条件を変更せずにそのままとして、金属板の圧延を行うことにより、金属板の形状が制御される。
(Step C27)
Step C27 is a process performed when it is determined in step C16 that the metal sheet does not buckle and is flat, and the shape of the metal sheet is controlled by rolling the metal sheet without changing the rolling conditions.
(ステップC23)
ステップC23は、ステップC16で座屈の発生の有無を判定した結果、金属板が座屈し、且つステップC20において基準化伸びひずみ差Δεnormal
*(y)が収束したと判定された場合である。ステップC23では、第1の繰り返し計算の回数iが1回増える(i=i+1)。なお、図16においては、第2の繰り返し計算が1回目(j=1)を例示しているが、この回数は実際の回数に応じて変動する。
(Step C23)
Step C23 is a case where, as a result of judging whether or not buckling has occurred in step C16, it is judged that the metal plate has buckled, and also, in step C20, it is judged that the normalized elongation-strain difference Δε normal * (y) has converged. In step C23, the number i of the first iterative calculation is increased by one (i=i+1). Note that, although FIG. 16 illustrates the first iterative calculation (j=1), this number varies depending on the actual number.
(ステップC24)
ステップC24では、新たな圧延荷重差ΔP’(i、y)を算出する。ここで上記ステップC12では、圧延荷重差ΔP(i、y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(i、y)が設定されており、これら圧延荷重差ΔP(i、y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(i、y)の相関が導出される。本ステップC24では、この相関に基づいて、ステップC14で算出した座屈固有ひずみ差Δεcr(i-1、y)に対応する座屈固有荷重差ΔPcr(i-1、y)を求める。そして、ステップC12で設定した圧延荷重差ΔP(i-1、y)と、本ステップC24で求めた座屈固有荷重差ΔPcr(i-1、、y)との差分である、座屈形状変換荷重差ΔPts(i-1、y)(ΔPts(i-1、y)=ΔP(i-1、y)-ΔPcr(i-1、y))を算出する。そして、下記式(17)により、第1の繰り返し計算の1回前の圧延荷重差ΔP(i-1、y)に対して、座屈形状変換荷重差ΔPts(i-1、y)を加えて、新たな圧延荷重差ΔP’(i、y)を算出する。
ΔP’(i、y)=ΔP(i-1、y)+ΔPts(i-1、y) ・・・(17)
(Step C24)
In step C24, a new rolling load difference ΔP'(i,y) is calculated. Here, in step C12, the rolling load difference ΔP(i,y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (i,y) are set, and the correlation between the rolling load difference ΔP(i,y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (i,y) is derived. In this step C24, based on this correlation, the buckling inherent load difference ΔP cr (i-1,y) corresponding to the buckling inherent strain difference Δε cr (i-1,y) calculated in step C14 is obtained. Then, a buckling shape transformation load difference ΔP ts (i-1, y) (ΔP ts (i-1, y) = ΔP (i-1, y) - ΔP cr (i-1, y)) is calculated, which is the difference between the rolling load difference ΔP (i-1, y) set in step C12 and the buckling inherent load difference ΔP cr (i-1, y) calculated in step C24. Then, a new rolling load difference ΔP' (i, y) is calculated by adding the buckling shape transformation load difference ΔP ts (i-1, y) to the rolling load difference ΔP (i-1, y) from the previous first iterative calculation using the following formula (17).
ΔP' (i, y) = ΔP (i-1, y) + ΔP ts (i-1, y) ... (17)
本第3の実施形態では、圧延機の出側と入側で金属板のクラウン比率変化があると仮定する。すなわち、金属板に作用する圧延荷重が変動する場合、当該圧延荷重の変動によって圧延機のロールのたわみが変動し、金属板の伸びひずみが変動すると仮定する。そして、ステップC24において、新たな圧延荷重差ΔP’(i、y)を算出する。 In this third embodiment, it is assumed that the crown ratio of the metal sheet changes between the exit side and the entry side of the rolling mill. In other words, it is assumed that when the rolling load acting on the metal sheet fluctuates, the fluctuation in the rolling load causes the deflection of the rolls of the rolling mill to fluctuate, and the elongation strain of the metal sheet to fluctuate. Then, in step C24, a new rolling load difference ΔP'(i, y) is calculated.
(ステップC25)
ステップC25では、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y)を算出する。
具体的には、公知の方法、例えば有限要素法(FEM)、スラブ法、物理モデル、実験や計算の回帰式を用いて、ステップC24で求めた座屈形状変換荷重差ΔPts(i-1、y)から座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(i-1、y)を求める。なお、座屈形状変換荷重差ΔPts(i-1、y)から座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(i-1、y)を求める際に、ステップC12で求めた圧延荷重差ΔP(i、y)と塑性伸びひずみ差Δεpl(i、y)との相関を用いてもよい。そして、下記式(18)により、新たな塑性伸びひずみ差Δεpl(i-1、y)に座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(i-1、y)を加えたものを、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y)として求める。
Δε’pl(i、y)=Δεpl(i-1、y)+Δεts(i-1、y) ・・・(18)
(Step C25)
In step C25, the true elongation strain difference Δε′ pl (i, y) is calculated.
Specifically, the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (i-1, y) is obtained from the buckling shape transformation load difference ΔP ts (i-1, y) obtained in step C24 using a known method, for example, the finite element method (FEM), the slab method, a physical model, or a regression equation of experiments or calculations. When the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts ( i-1, y) is obtained from the buckling shape transformation load difference ΔP ts (i-1, y), the correlation between the rolling load difference ΔP (i, y) and the plastic elongation strain difference Δε pl (i, y) obtained in step C12 may be used. Then, the true elongation strain difference Δε' pl (i, y) is obtained by adding the buckling shape transformation elongation strain difference Δε ts (i-1, y) to the new plastic elongation strain difference Δε pl (i-1, y) using the following formula (18).
Δε' pl (i, y)=Δε pl (i-1, y)+Δε ts (i-1, y) ...(18)
(ステップC26)
ステップC26では、収束計算(第1の繰り返し計算)において解が求まったどうかを判定する。先ず、下記式(19)により、板幅方向位置y毎に、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y)と1回前の塑性伸びひずみ差Δεpl(i-1、y)の誤差Δer(y)を算出する。すなわち、誤差Δer(y)は、塑性伸びひずみ差Δεpl(y)の変化量である。次に、下記式(20)に示すように、各板幅方向位置y毎の2乗誤差を積算することでΔer*を算出し、この誤差Δer*と所定の閾値とを比較する。そして、誤差Δer*が所定の閾値よりも大きければ、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y)は収束していないと判定して、再計算を行うため、ステップC12に戻る。この際、下記式(21)、(22)に示すように、新たな圧延荷重差ΔP’(i、y)を圧延荷重差ΔP(i、y)とし、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y)を伸びひずみ差Δεpl(i、y)とする。一方、誤差Δer*が所定の閾値以下であれば、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y)が収束したと判定して、ステップC28に進む。
Δer(y)=Δε’pl(i、y)-Δεpl(i-1、y) ・・・(19)
Δer*={Σ(Δer(y))2}>閾値 ・・・(20)
ΔP(i、y)=ΔP’(i、y) ・・・(21)
Δεpl(i、y)=Δε’pl(i、y) ・・・(22)
(Step C26)
In step C26, it is determined whether a solution has been found in the convergence calculation (first iterative calculation). First, the error Δer(y) between the true elongation strain difference Δε'pl (i,y) and the previous plastic elongation strain difference Δεpl (i-1,y) is calculated for each sheet width direction position y by the following formula (19). That is, the error Δer(y) is the amount of change in the plastic elongation strain difference Δεpl (y). Next, as shown in the following formula (20), Δer * is calculated by integrating the squared error for each sheet width direction position y, and this error Δer * is compared with a predetermined threshold value. Then, if the error Δer * is larger than the predetermined threshold value, it is determined that the true elongation strain difference Δε'pl (i,y) has not converged, and the process returns to step C12 to perform recalculation. At this time, as shown in the following formulas (21) and (22), the new rolling load difference ΔP'(i,y) is set as the rolling load difference ΔP(i,y), and the true elongation-strain difference Δε'pl (i,y) is set as the elongation-strain difference Δεpl (i,y). On the other hand, if the error Δer * is equal to or smaller than a predetermined threshold, it is determined that the true elongation-strain difference Δε'pl (i,y) has converged, and the process proceeds to step C28.
Δer(y)=Δε' pl (i, y)−Δε pl (i−1, y) (19)
Δer * ={Σ(Δer(y)) 2 }>threshold (20)
ΔP (i, y) = ΔP' (i, y) (21)
Δε pl (i, y)=Δε' pl (i, y) (22)
(ステップC28)
ステップC28では、ステップC25で算出された真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y))に基づいて、圧延条件を設定し、金属板の圧延を行うことにより、金属板の形状を制御する。このステップC28は上記ステップB23と同様である。
なお、第3ステップで求められる新たな塑性伸びひずみ差が第1ステップで求められる塑性伸びひずみ差であると仮定し、第3ステップで求められる新たな座屈固有ひずみ差が第2ステップで求められる座屈固有ひずみ差であると仮定しても良い。
(Step C28)
In step C28, the rolling conditions are set based on the true elongation strain difference Δε′ pl (i, y) calculated in step C25, and the metal sheet is rolled to control the shape of the metal sheet. This step C28 is similar to the above-mentioned step B23.
In addition, it may be assumed that the new plastic elongation strain difference obtained in the third step is the plastic elongation strain difference obtained in the first step, and that the new buckling inherent strain difference obtained in the third step is the buckling inherent strain difference obtained in the second step.
本第3の実施形態によれば、圧延機の出側と入側で金属板のクラウン比率変化があると仮定して、繰り返し演算している。したがって、真の伸びひずみ差Δε’pl(i、y))をさらに精度よく予測することができる。 According to the third embodiment, the calculation is repeated assuming that the crown ratio of the metal sheet changes between the exit side and the entry side of the rolling mill. Therefore, the true elongation strain difference Δε′ pl (i, y) can be predicted with higher accuracy.
<その他の実施形態>
以上の第1の実施形態、第2の実施形態、第3の実施形態は、それぞれ図17に示す圧延ライン1において実行される。圧延ライン1は、上述した圧延機10と、当該圧延機10を制御する圧延制御装置20とを有している。圧延制御装置20は、演算部21と制御部22を有している。
<Other embodiments>
The above-described first, second and third embodiments are each implemented in a
演算部21では、先ず、圧延制御装置20に設定される暫定的な圧延条件の入力を受け付ける。続いて、演算部21は、入力の受け付けを行った圧延条件に基づいて、第1の実施形態のステップA11~A21、第2の実施形態のステップB11~B21、第3の実施形態のステップC11~C26における演算を行う。そして、第1の実施形態のステップA22、第2の実施形態のステップB22、第3の実施形態のステップC27において、圧延条件の変更なしとされた場合、上述した暫定的な圧延条件の変更が不要である旨を、演算部21から制御部22に通知する。一方、第1の実施形態のステップA21、第2の実施形態のステップB21、第3の実施形態のステップC25において、真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が算出されると、当該真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を演算部21から制御部22に通知する。
The
制御部22は、演算部21から通知された真の伸びひずみ差Δε’pl(y)に基づいて圧延条件を設定する。制御部22は、例えば真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が座屈固有ひずみ差Δεcr(y)以下になるように圧延条件を導出する。なお、新たな圧延条件の導出を演算部21が行ってもよい。
The
そして、制御部22では、圧延条件の変更が不要である旨の通知を演算部21から受けた場合には、当初の圧延条件を圧延機10に出力して圧延機10を制御することにより、圧延後の金属板Hの形状を制御する。一方、制御部22は、上述したように新たな圧延条件が導出された場合には、当該新たな圧延条件を圧延機10に出力して圧延機10を制御することにより、圧延後の金属板Hの形状を制御する。
When the
さらに、制御部22では、圧延を終了するか否かに判定を行う。制御部22は、圧延を終了しないと判定した場合には処理を圧延条件の入力に戻し、第1の実施形態のステップA11、第2の実施形態のステップB11、第3の実施形態のステップC11以降を行う。一方、制御部22は、圧延を終了すると判定した場合には、本ルーチンを終了させる。
Furthermore, the
また、圧延ライン1には、圧延機10の出側において形状計30が設置されていてもよい。形状計30は、圧延後の金属板Hの形状を測定する。金属板Hの形状としては、金属板Hの長手方向位置及び板幅方向位置と、その位置における高さ変位が測定される。形状計30における測定結果は、圧延制御装置20に出力される。圧延制御装置20では、演算部21において、形状計30の測定結果に基づいて座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)が補正され、これに伴い真の伸びひずみ差Δε’pl(y)が補正される。この真の伸びひずみ差Δε’pl(y)の補正は、特許文献3(特開2012-218010号公報)に記載の方法に従う。すなわち、先ず、形状計30の測定結果に基づいて、実績の座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)を求める。この実績の座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)と、上記実施形態において予測した座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)とを比較し、これらの差分(誤差)Eをモデルの誤差とし、この差分Eに基づいて、ステップA11、B11、C12で求められる塑性伸びひずみ差Δεpl(y)(圧延荷重差ΔP(y))に対して学習、修正を行う。具体的には、ステップA11、B11、C12で求められた塑性伸びひずみ差Δεpl(y)(圧延荷重差ΔP(y))に対して差分Eを加えた後に、以降の各処理を行って真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を求める。そして、制御部22では、演算部21における真の伸びひずみ差Δε’pl(y)の補正結果に基づいて、金属板Hの形状が目標形状となるように圧延条件が補正される。こうして、形状計30の測定結果に基づいて、圧延条件がフィードバック制御される。
Further, in the
本発明は、圧延機10の入側において金属板Hが面外変形している場合にも適用することができる。本発明者が調べたところ、このように圧延機入側で金属板Hが面外変形している場合、当該圧延機入側で金属板Hが面外変形していない場合に比べて、圧延後の金属板Hにおける伸びひずみ差が大きくなることが分かった。換言すれば、従来の方法によれば金属板の形状予測精度がさらに悪化する。これに対して、本発明では、この圧延機入側での面外変形分に対応する伸びひずみ差を、座屈形状変換伸びひずみ差Δεts(y)に含めることができるので、金属板Hにおける真の伸びひずみ差Δε’pl(y)を予測するのに影響がない。したがって、圧延機入側で金属板Hが面外変形していても、当該金属板Hの形状を適切に制御することができる。
The present invention can also be applied to the case where the metal sheet H is deformed out of plane at the entry side of the rolling
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the technical ideas described in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.
本発明は、薄板や厚板などの金属板の圧延後の形状を予測して、当該予測結果に基づいて、当該金属板の形状を制御する場合に有用である。 The present invention is useful for predicting the shape of metal plates, such as thin or thick plates, after rolling and controlling the shape of the metal plates based on the prediction results.
1 圧延ライン
10 圧延機
20 圧延制御装置
21 演算部
22 制御部
30 形状計
H 金属板
Claims (11)
金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で求められる、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの板幅方向における差である塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第1ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差との差分と、前記塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求める第2ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第3ステップと、を含むことを特徴とする、金属板の圧延制御方法。 1. A method for predicting and controlling the shape of a metal sheet, comprising:
a first step of calculating a plastic elongation strain difference, which is the difference in the width direction of the strain that elongates in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, based on the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill, and a buckling inherent strain difference, which is the critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, obtained under conditions in which out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using a top-bottom symmetrical model that allows the displacement of the center of thickness of the metal plate to be in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the top and bottom rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane;
If the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference, a new buckling inherent strain difference is calculated using the elastic strain difference that is reallocated by the buckling wave generation and remains in the metal plate even after buckling, and a second step of calculating a true elongation strain difference by adding the difference between the plastic elongation strain difference and the new buckling inherent strain difference to the plastic elongation strain difference;
a third step of rolling the metal plate without changing the predetermined rolling conditions if the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference if the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の板幅方向における圧延荷重の差である圧延荷重差及び圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの前記板幅方向における差である塑性伸びひずみ差を求める第1ステップと、
前記塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第2ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記圧延荷重差と前記塑性伸びひずみ差との相関から、前記新たな座屈固有ひずみ差に対応する圧延荷重差である座屈固有荷重差を求めて、前記圧延荷重差と前記座屈固有荷重差の差分を求め、前記圧延機の出側と入側で前記金属板のクラウン比率変化が無いと仮定して、座屈形状変換伸びひずみ差と前記塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求める第3ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第4ステップと、を含むことを特徴とする、金属板の圧延制御方法。 1. A method for predicting and controlling the shape of a metal sheet, comprising:
A first step of calculating a rolling load difference, which is the difference in rolling load in the width direction of the metal plate during rolling under predetermined rolling conditions, and a plastic elongation strain difference, which is the difference in strain elongating in the rolling direction of the metal plate during rolling, in the width direction of the metal plate during rolling, under a condition that out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using an up-down symmetrical model that allows the displacement of the thickness center of the metal plate to be in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane;
A second step of determining a buckling inherent strain difference, which is a critical strain difference in the sheet width direction at which the metal sheet buckles, based on the plastic elongation strain difference, the sheet thickness of the metal sheet, the sheet width of the metal sheet, and a tension acting on the metal sheet at the delivery side of a rolling mill;
a third step of calculating a new buckling inherent strain difference using the elastic strain difference that is reallocated by the generation of buckling waves and remains in the metal plate even after buckling, calculating a buckling inherent load difference that is a rolling load difference corresponding to the new buckling inherent strain difference from the correlation between the rolling load difference and the plastic elongation strain difference, and calculating a difference between the rolling load difference and the buckling inherent load difference, and adding the buckling shape transformation elongation strain difference and the plastic elongation strain difference to calculate a true elongation strain difference, assuming that there is no change in the crown ratio of the metal plate between the exit side and the entry side of the rolling mill;
a fourth step of rolling the metal plate without changing the predetermined rolling conditions if the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference if the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
金属板の板厚中心の変位が、上下ロールの回転中心を結んだ線の中点を通り且つ前記金属板の板面に平行な面である基準面の面内への変位となることを許容し、前記基準面の面外への変位となることを許容しない上下対称モデルを使用することにより前記金属板の面外変形を拘束した条件で、所定の圧延条件下での圧延時の前記金属板の板幅方向における圧延荷重の差である圧延荷重差及び圧延時の前記金属板の圧延方向に伸びるひずみの前記板幅方向における差である塑性伸びひずみ差を求める第1ステップと、
前記塑性伸びひずみ差、前記金属板の板厚、前記金属板の板幅、及び圧延機の出側における前記金属板に作用する張力に基づいて、前記金属板が座屈に至る前記板幅方向における臨界的なひずみ差である座屈固有ひずみ差を求める第2ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記圧延荷重差と前記塑性伸びひずみ差との相関から、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差の差分である座屈形状変換伸びひずみ差に対応する座屈形状変換荷重差を求めて、前記座屈形状変換荷重差を前記圧延荷重差に重ね合わせて新たな圧延荷重差を導出し、前記金属板にクラウン比率変化が有ると仮定して、前記新たな圧延荷重差を求める第3ステップと、
前記座屈形状変換伸びひずみ差と新たな塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求め、前記真の伸びひずみ差の収束判定を行う第4ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記第2ステップで求められる前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記第2ステップで求められた前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第5ステップと、を含むことを特徴とする、金属板の圧延制御方法。 1. A method for predicting and controlling the shape of a metal sheet, comprising:
A first step of calculating a rolling load difference, which is the difference in rolling load in the width direction of the metal plate during rolling under predetermined rolling conditions, and a plastic elongation strain difference, which is the difference in strain elongating in the rolling direction of the metal plate during rolling, in the width direction of the metal plate during rolling, under a condition that out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using an up-down symmetrical model that allows the displacement of the thickness center of the metal plate to be in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the upper and lower rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane;
A second step of determining a buckling inherent strain difference, which is a critical strain difference in the sheet width direction at which the metal sheet buckles, based on the plastic elongation strain difference, the sheet thickness of the metal sheet, the sheet width of the metal sheet, and a tension acting on the metal sheet at the delivery side of a rolling mill;
When the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference, a new buckling inherent strain difference is calculated using the elastic strain difference that is reallocated by the buckling wave generation and is still present in the metal plate after buckling, and a buckling shape transformation load difference corresponding to the buckling shape transformation elongation strain difference, which is the difference between the plastic elongation strain difference and the new buckling inherent strain difference, is calculated from the correlation between the rolling load difference and the plastic elongation strain difference, and the buckling shape transformation load difference is superimposed on the rolling load difference to derive a new rolling load difference, and a third step of calculating the new rolling load difference on the assumption that the metal plate has a crown ratio change;
A fourth step of calculating a true elongation-strain difference by adding the buckling shape transformation elongation-strain difference and a new plastic elongation-strain difference, and determining whether the true elongation-strain difference has converged;
a fifth step of rolling the metal plate without changing the specified rolling conditions if the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference obtained in the second step, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference if the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference obtained in the second step.
測定された前記金属板の形状から求められる面外変形に変換される実績の伸びひずみ差と、面外変形に変換される予測の伸びひずみ差との差分に基づいて前記塑性伸びひずみ差を修正するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載の金属板の圧延制御方法。 Measuring the shape of the metal sheet after rolling using a shape meter installed on the delivery side of the rolling mill;
The rolling control method for a metal plate according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of correcting the plastic elongation strain difference based on a difference between an actual elongation strain difference converted into an out-of-plane deformation obtained from the measured shape of the metal plate and a predicted elongation strain difference converted into an out- of-plane deformation.
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う制御部と、を含むことを特徴とする、金属板の圧延制御装置。 A plastic elongation strain difference, which is the difference in the strain extending in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions in the sheet width direction, is obtained under conditions in which the out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using a top-bottom symmetrical model that allows the displacement of the thickness center of the metal plate to be in-plane displacement of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the top and bottom rolls and is parallel to the sheet surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane, the thickness of the metal plate ... a calculation unit that calculates a buckling inherent strain difference, which is a critical strain difference in the plate width direction at which the metal plate buckles, based on a plate width and a tension acting on the metal plate at the delivery side of a rolling mill, and when the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference, calculates a new buckling inherent strain difference using an elastic strain difference that is reallocated after buckling, and calculates a true elongation strain difference by adding the difference between the plastic elongation strain difference and the new buckling inherent strain difference to the plastic elongation strain difference;
a control unit that rolls the metal plate without changing the specified rolling conditions when the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and that rolls the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference when the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合、座屈の波発生によって再配分され座屈後も金属板に内在する弾性ひずみ差を用いて新たな座屈固有ひずみ差を計算し、前記塑性伸びひずみ差と前記新たな座屈固有ひずみ差との差分と、前記塑性伸びひずみ差とを加えて真の伸びひずみ差を求める第2ステップと、
前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えない場合には、前記所定の圧延条件を変更せずに前記金属板の圧延を行い、前記塑性伸びひずみ差が前記座屈固有ひずみ差を超えた場合には、前記真の伸びひずみ差に基づいて設定された圧延条件で前記金属板の圧延を行う第3ステップと、を含むことを特徴とする、圧延金属板の製造方法。 a first step of calculating a plastic elongation strain difference, which is the difference in the width direction of the strain that elongates in the rolling direction of the metal plate during rolling under specified rolling conditions, based on the thickness of the metal plate, the width of the metal plate, and the tension acting on the metal plate at the exit side of the rolling mill, and a buckling inherent strain difference, which is the critical strain difference in the width direction at which the metal plate buckles, obtained under conditions in which out-of-plane deformation of the metal plate is constrained by using a top-bottom symmetrical model that allows the displacement of the center of thickness of the metal plate to be in the plane of a reference plane that passes through the midpoint of a line connecting the rotation centers of the top and bottom rolls and is parallel to the plate surface of the metal plate, and does not allow the displacement to be out-of-plane of the reference plane;
If the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference, a new buckling inherent strain difference is calculated using the elastic strain difference that is reallocated by the buckling wave generation and remains in the metal plate even after buckling, and a second step of calculating a true elongation strain difference by adding the difference between the plastic elongation strain difference and the new buckling inherent strain difference to the plastic elongation strain difference;
a third step of rolling the metal plate without changing the specified rolling conditions if the plastic elongation strain difference does not exceed the buckling inherent strain difference, and rolling the metal plate under rolling conditions set based on the true elongation strain difference if the plastic elongation strain difference exceeds the buckling inherent strain difference.
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