JP2009208100A - 冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耳伸びや、腹伸びなどの平坦度不良を抑制するとともに、鋼板全面に発生する微小な凹凸による形状不良についても有効に抑制することができる、仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の冷延鋼板の製造方法を提供することにある。
【解決手段】最終仕上圧延パス中に、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を、最終の前記ワークロール１１の出側から付与して行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、平坦度などの形状に優れた冷延鋼板の製造方法、特に、厚みが0.2ｍｍ以下の極薄冷延鋼板の製造方法に関する。

鋼板、特に冷延鋼板において、その平坦度などの形状が品質上極めて重要なものである。ここで、一般的な平坦度不良とは、図７(ａ)及び(ｂ)に示すように、鋼板製品（以下、鋼帯を含む意味とする）が、耳伸び（図７(ａ)）や、腹伸び（図７(ｂ)）などの、局部的に波状でかつ、その程度がある一定以上であるものをいう。
また、厚みが0.2ｍｍ以下の極薄の冷延鋼板については、図２の写真や、図３の模式図に示すように、複数の微小な凹凸による形状不良が鋼板１の全面に発生することがある。

図７に示すような、耳伸び（図７(ａ)）や腹伸び（図７(ｂ)）などの平坦度不良は、たわみや熱膨張などの圧延ロールの弾性変形に起因して発生することが知られており、例えば非特許文献１に開示されているように、プロフィル制御技術の向上や、圧延機のロールの適正化によって、前記平坦度の不良を抑制している。

また、別の前記平坦度の不良を抑制するための方法としては、ベンディング装置による鋼板の平坦度を制御する方法が挙げられる。図４は、ワークロール１１及びバックアップロール１２を有する冷間圧延機１０を、前記鋼板１の幅方向の断面で見たものであるが、前記ベンディング装置５０は、図４に示すように、前記ワークロール１１の両端部に対して、油圧等を用いて上下方向（矢印Ａ方向）に力を作用させることにより、前記ワークロール１１のたわみを調整し、鋼板１の形状の制御を行う方法である。

さらに、別の前記平坦度不良の発生を抑制するための方法としては、図５に示すように、クーラント制御装置を用いて前記平坦度を制御する方法が挙げられる。前記ワークロール１１の幅方向に配設された複数の水冷手段６１及び該水冷手段６１に水を供給するための冷却水配管６２を有するクーラント制御装置６０により、前記ワークロール１１の熱膨張に応じて水冷を行うことで、前記ワークロールの弾性変形を抑制することができる結果、前記鋼板１の形状の制御を行う方法である。

しかしながら、上記のいずれかの方法を用いた場合、前記耳伸びや、前記腹伸びといった平坦度不良については抑制が可能であるものの、前記微小な凹凸による形状不良（図２及び図３）については、抑制することができないという問題があった。さらに、その微小な凹凸による形状不良の発生メカニズムについても明らかにされていなかった。
「板圧延」、コロナ社、日本塑性加工学会編、１９９３年、P．１６４−１７７

本発明の目的は、耳伸びや、腹伸びなどの平坦度不良を抑制するとともに、鋼板全面に発生する微小な凹凸による形状不良についても有効に抑制することができる、仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の冷延鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、前記微小凹凸による形状不良は、図４に示すように、前記鋼板１が圧延される際、前記ワークロール１１で挟まれた部分において、圧縮された前記鋼板１の幅方向（矢印Ｘ）に圧縮応力が発生し、この応力が、前記ワークロール１１の出側で開放される結果、前記鋼板１の全面に局所的な幅の広がりが発生し、前記微小凹凸となることを見出し、さらに検討を重ねた結果、冷延鋼板の最終仕上圧延パスにおいて、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を、最終の前記ワークロールの出側から付与することにより、前記圧縮応力を低減することができるため、前記微小な凹凸の発生を抑制できることを見出した。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）鋼板の仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の範囲となるように、冷間圧延の最終仕上圧延パスにて、ロールベンディング装置又はロールクーラント制御装置を用いて冷延鋼板の平坦度を制御する冷延鋼板の製造方法であって、前記最終仕上圧延パスは、前記鋼板の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を、最終の前記ワークロールの出側から付与して行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。

（２）前記冷間圧延後の前記鋼板に対して、テンションレベラーを用いて、伸長率が0.01％〜0.4%の範囲となるように矯正を施す請求項１記載の冷延鋼板の製造方法。

本発明によれば、耳伸びや、腹伸びなどの平坦度不良を抑制するとともに、鋼板全面に発生する微小な凹凸による形状不良についても有効に抑制することができる、仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の冷延鋼板の製造方法の提供が可能となった。

以下、図を参照して、本発明の構成と限定理由を説明する。
図６は、本発明による最終仕上圧延パスを説明するための図であり、冷間圧延機１０及び鋼板１を示したものである。

本発明による冷延鋼板の製造方法は、鋼板１の仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の範囲となるように、冷間圧延の最終仕上圧延パスのロールベンディング装置又はロールクーラント制御装置を用いて冷延鋼板の平坦度を制御する冷延鋼板の製造方法である。

本発明に用いられる鋼板１は、その種類は特に限定がされることはなく、例えば、低炭素鋼板又はステンレス鋼板などが挙げられる。また、前記鋼板１は、その仕上げ厚みを、0.2mmの範囲とするする必要があるが、厚みを限定した理由は、上述した微小な凹凸による形状不良は、厚みが0.2mm以下の鋼板に多く発生するためである。

また、本発明による冷延鋼板の製造方法は、ロールベンディング装置５０（図４）又はロールクーラント制御装置６０（図５）を用いて、前記鋼板１の平坦度を制御する必要がある。これらの装置５０、６０を用いることで、鋼板１の耳伸び（図７(ａ)）や、腹伸び（図７(ｂ)）などの平坦度不良の発生を抑制することができるためである。

なお、前記平坦度不良の程度を評価するための指標として、急峻度が用いられる。急峻度（λ）とは、図７(ａ)に示すように、前記鋼板１を側方から見たときの、前記鋼板１のたわみの幅をＬ、たわみの高さをｄとした場合に、
λ＝ｄ／Ｌ×100（％）
で表わされる。
本発明の冷延鋼板の製造方法では、ロールベンディング装置５０（図４）又はロールクーラント制御装置６０（図５）を用いることにより、前記急峻度λを、およそ1％の以下の範囲に制御することが可能となる。

そして、本発明の冷延鋼板の製造方法は、その最終仕上圧延パス中に、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を、最終の前記ワークロール１１の出側から付与（図６のＺ方向に付与）して行うことを特徴とする。

前記鋼板１の全面に発生する前記微小凹凸による形状不良は、上述したように、前記鋼板１が圧延される際に、前記鋼板１が前記ワークロール１１で挟まれた部分で、圧縮された前記鋼板１の幅方向（図４の矢印Ｘ）に発生する圧縮応力に起因しており、この応力が、前記ワークロール１１の出側で開放される結果、前記鋼板１中に局所的な幅の広がりが発生し、前記微小凹凸となると考えられる。そのため、本発明では、冷延鋼板の最終仕上圧延パスにおいて、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を、最終の前記ワークロール１１の出側から付与（図６のＺ方向に付与）することにより、前記ワークロール１１に加える圧延荷重を変えることなく、前記鋼帯１の幅方向に発生する応力を低減することができる結果、前記微小な凹凸の発生を有効に抑制できる。

後の図１において詳しく説明しているが、前記ワークロール１１の出側から付与する圧延張力の大きさを、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上とした理由は、前記圧延張力による、前記微小な凹凸の発生抑制効果が十分に発揮できるようにするためであり、10％未満の場合では、前記圧縮応力を十分に低減できず、前記微小な凹凸の発生を抑制することができない恐れがある。なお、前記最終のワークロールとは、圧延機を構成する各スタンドのうちの最終スタンドのワークロールのことをいい、図６の圧延機の場合、スタンド１０ａのワークロール１１のことである。

図１は、前記鋼板１に発生する微小凹凸の高低差（mm）と、最終ワークロール１１の出側から前記鋼板１に対して付与する圧延張力との関係を示したグラフである。
なお、図１の鋼板は、図６に示すような５スタンド１０ａ〜１０ｅからなる冷間タンデム圧延機１０を用いて、前記ワークロール１１の出側の張力を種々の値（MPa）に変化させながら、厚みが2.0mm、幅が1000mmのＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）熱延母板を、仕上厚みが0.14mmとなるように冷間圧延を施すことで製造し、最終スタンド１０ａでのワークロール１１による鋼板１の圧延は、0.2mmから0.14mmまで圧下率30％で、圧延荷重は11kN／mmという条件で行った。なお、最終スタンド１０ａでの前記鋼板１の降伏応力は、約850MPaであった。また、前記微小凹凸の高低差は、製造した鋼板１を水平な場所に静置し、上方に突き出した部分の最大値（mm）とし、前記微小凹凸の高低差が1mm以下の範囲であれば製品として使用することが可能であり、有効に凹凸の発生を防げていることになる。

図１のグラフから、前記微小凹凸の高低差（mm）は、最終ワークロール１１の出側から付与する圧延張力（MPa）が大きくなるほど、低減されていることがわかる。また、前記圧延張力の大きさが、およそ85MPaの時点で微小凹凸の高さが1mm以下となっていることから、鋼板の降伏強度（本実験では850MPa）に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を付与することで、良好な前記微小凹凸の発生抑制効果が得られていることがわかる。

また、前記圧延張力は、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する必要があるが、その圧延張力の上限は前記降伏強度に対して50％以下であることが好ましい。前記微小の凹凸の発生を抑制する点からは、前記圧延張力の上限を定める必要はないが、50％を超えると張力が大きすぎるため、圧延中に前記鋼板１が破断する恐れがあるためである。

さらに、前記圧延張力の制御は、前記鋼板１の降伏強度に対して10％以上の大きさ圧延張力を付与することができるものであれば、特に限定する必要はないが、前記圧延張力を付与するための装置等を新たに設ける必要がなく、既存の設備で前記圧延張力の制御が行える点から、前記最終のワークロール１１の出側に位置する巻き取りリール７０の巻き取り速度を変えることによって行うことが好ましい。

なお、前記最終スタンド１０ａの圧下率が、前記微小な凹凸の発生と、前記最終ワークロール１１の出側から前記鋼板１に対して付与する圧延張力との関係に影響を及ぼすことも考えられるが、少なくとも、前記最終スタンド１０ａの圧下率が12〜45％の範囲においては、図７のグラフに示されている結果と同様の関係を得ることができた。

さらにまた、本発明の冷延鋼板の製造方法は、図８に示すように、前記冷間圧延後の前記鋼板１に対して、テンションレベラー９０を用いて、伸長率が0.01〜0.4%の範囲となるように矯正を施すことが好ましい。矯正を施すことにより、前記鋼板１を伸長させることができるため、前記微小の凹凸の原因となる鋼板１中の局所的な幅の広がりを解消することができるからである。なお、伸長率を0.01〜0.4％の範囲としたのは、0.01％未満では十分に矯正ができないため、前記形状不良（耳伸び、腹伸び、微小凹凸）を十分に抑制することができず、一方、0.4％超えでは、伸長率が大きすぎるため、前記鋼板１への負荷が大きくなり、前記鋼板１が破断する恐れがあるからである。

前記テンションレベラー９０の構成は、図８に示すように、２本のロールからなる伸長ロールユニット９１、９２と、３本のロールからなる矯正ロールユニット９３とを具え、それぞれのロールユニット９１、９２、９３の動きを調整しながら、所望の伸長率となるように、前記鋼板１の矯正を行う。

上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

本発明の実施例について説明する。
（実施例１〜５、比較例１及び２）
実施例１〜５並びに比較例１及び２は、図６に示すように、それぞれロールベンディング装置（図示せず）及びゾーンクーラント装置（図示せず）を具えた５つのスタンド１０ａ〜１０ｅからなる冷間タンデム圧延機１０を用いて、表１に示す、鋼種、板厚、板幅及び降伏強度（前記圧延機１０の最終第５スタンド１０ａにおける降伏強度）を有する母板を、表１に示す、仕上厚み及び総圧下率となるように冷間圧延を行うとともに、前記圧延機１０の最終第５スタンド１０ａのワークロール１１出側から、表１に示す大きさの圧延張力を、巻き取りリール７０の回転を制御することにより、前記鋼板１に付与することにより、長さ1500mmのサンプルとなる冷延鋼板を製造した。また、形状測定器（幅方向の力分布測定器）８０で耳伸びや腹伸びなどの平坦度について測定を行い、その結果に基づいて、前記第５スタンド１０ａのロールベンディング装置（図示せず）を、測定した前記鋼板１の腹伸び形状が大きいようであれば、前記ワークロール１１端部へ作用させる垂直荷重を大きくし、前記鋼板１の耳伸び形状が大きいようであれば、垂直荷重を小さくするように適宜制御し、ゾーンクーラント装置（図示せず）を、幅方向での伸びが大きくなった部分について、その位置に相当するロール部分にクーラントによる冷却を施すことで、前記鋼板１の形状の制御を行った。

（実施例６〜８）
実施例６〜８は、実施例１〜５並びに比較例１及び２に記載のサンプルと同じ工程により作製したサンプルに対して、図８に示すように、テンションレベラー９０を用いて、表１に示す伸長率となるように、矯正を施した。

各実施例及び各比較例の結果について評価を行った。
（評価方法）
（１）耳伸び及び腹伸びの有無
各サンプルについて、平らな場所に載置した後、急峻度を測定し、以下の基準に従って評価した。評価結果を表２に示す。
◎：急峻度0.5％未満
○：急峻度0.5％以上、1％未満
×：急峻度1％以上
（２）微小凹凸の有無
各サンプルについて、平らな場所に載置した後、微小凹凸の高低差を測定し、以下の基準に従って評価した。評価結果を表２に示す。
◎：高低差1mm以下
○：高低差0.5mm超え、1mm以下
×：高低差1mm超え

表２の結果から、前記ワークロール１１の出側から付与される圧延張力が、降伏強度に対して10％以上の大きさとなる、実施例１〜８について10％は、当該圧延張力が10％未満である比較例１及び２に比べて、有効に微小凹凸の発生を抑制できていることがわかった。さらに、テンションレベラーを用いて、伸長率が0.01％〜0.4%の範囲となるように前記鋼板１の矯正を施した実施例６〜８については、耳伸び・腹伸びについての抑制効果も向上していることがわかった。

本発明によれば、耳伸びや、腹伸びなどの平坦度不良を抑制するとともに、鋼板全面に発生する微小な凹凸による形状不良についても有効に抑制することができる、仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の冷延鋼板の製造方法を提供することが可能である。

鋼板に発生する微小凹凸の高低差（mm）と、最終ワークロールの出側から前記鋼板に対して付与する圧延張力との関係を示したグラフである。 微小な凹凸による形状不良を示した写真である。 微小な凹凸による形状不良の発生した鋼板を模式的に示した斜視図である。 本発明による圧延機を、鋼板の幅方向から見た断面図である。 本発明によるクーラント制御装置の側面図である。 本発明による圧延機の側面図である。 平坦度不良形状不良の発生した鋼板を模式的に示した斜視図であり、(ａ)は耳伸び、(ｂ)は腹伸びを示す。 本発明によるテンションレベラーの側面図である。

符号の説明

１ 鋼板
１０ 圧延機
１１ ワークロール、最終のワークロール
１２ バックアップロール
５０ ロールベンディング装置
６０ クーラント制御装置
７０ 巻き取りリール
８０ 形状測定器
９０ テンションレベラー
９１、９２ 伸長ロールユニット
９３ 矯正ロールユニット

Claims (2)

1. 鋼板の仕上げ厚みが0.2ｍｍ以下の範囲となるように、冷間圧延の最終仕上圧延パスにて、ロールベンディング装置又はロールクーラント制御装置を用いて冷延鋼板の平坦度を制御する冷延鋼板の製造方法であって、
   前記最終仕上圧延パスは、前記鋼板の降伏強度に対して10％以上の強度に相当する圧延張力を、最終の前記ワークロールの出側から付与して行うことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
2. 前記冷間圧延後の前記鋼板に対して、テンションレベラーを用いて、伸長率が0.01％〜0.4%の範囲となるように矯正を施す請求項１記載の冷延鋼板の製造方法。