JPH0976012A

JPH0976012A - 鋼帯の巻き取り方法

Info

Publication number: JPH0976012A
Application number: JP23546695A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanaka; 康治田中; Satoru Matoba; 哲的場; Masaaki Mori; 正晃森; Yuji Imashiro; 雄治今城; Shinya Nakamura; 真也中村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明方法は、調質圧延等の形状矯正後の鋼
帯巻き取りに際し、巻き取り初期に発生する鋼帯両端部
の耳波を確実に防止する巻き取り方法を提供する。【解決手段】形状矯正後の鋼帯をテンションリールに
巻き取るに際し、テンションリールの幅方向中央部にス
リーブを装着せしめて、鋼帯を巻き取る方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明方法は、鋼帯巻き取り
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】調質圧延後の鋼帯、連続焼鈍設備での熱
処理後調質圧延を施した鋼帯及び形状矯正のためテンシ
ョンレベラを施した鋼帯（以下形状矯正後の鋼帯とい
う）は、テンションリールに所定量巻き取って鋼帯コイ
ルとし、この鋼帯コイルをテンションリールから抜き取
り、次工程あるいは需要家のめっき工程、成形工程等の
プロセシングライン入側のコイル巻き戻しリールに供給
するものである。このようにテンションリールから鋼帯
コイルを抜き取るため、上記テンションリールの芯、す
なわちマンドレルは直径を拡大・縮小可能とし、拡大時
に真円になるようにしておいて形状矯正後の鋼帯を所定
量巻き取り、その後マンドレル直径を縮小して、鋼帯コ
イルを抜き取るものであり、抜き取り後のコイル潰れ防
止の観点および鋼帯に押し疵等を付けない観点からマン
ドレル表面を可能な限り真円に近い円筒状すると共に、
鋼帯に強い巻き癖が付かないようにマンドレル直径は鋼
帯が降伏しない条件としている。さらに、テンションリ
ールは鋼帯に張力を掛けてコイル状に巻き取るためコイ
ル内径部分に強い巻き締まり力が掛かるので、マンドレ
ルは変形ができるだけ少なくなるよう設計・製作されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、図２に
示すごとく形状矯正後の板厚０．１〜１．０ｍｍの鋼帯
１をテンションリール２に巻き取り鋼帯コイル３にする
と、巻き取り初期４（テンションリールマンドレル径の
設定穴径から、５〜５０ｍｍ巻き厚部、鋼帯長さでテン
ションリール巻き取り先端から５０〜５００ｍ長さ）の
鋼帯１の幅方向両端部が鋼帯長手方向に波を打つ（一般
に耳波という）形状不良が発生し、品質を著しく損な
い、しかも歩留りも大幅に低下させる等の課題がある。
本発明方法は、このような課題を有利に解決するために
なされたものであり、耳波形状不良をほとんど発生しな
い、形状矯正後の鋼帯巻き取り方法を提供することを目
的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、形状矯正後の鋼帯をテンションリールに巻き取る
に際し、テンションリールの幅方向中央部にスリーブを
装着せしめて、鋼帯を巻き取ることを特徴する鋼帯巻き
取り方法である。

【０００５】

【発明の実施の形態】一般に、鋼帯を処理するめっき設
備、コイル準備設備、形状矯正を施すテンションレベラ
設備、調質圧延設備などの鋼帯の処理ラインにおいて
は、通板用ロールおよびテンションリールの直径は、当
該ラインを通板する鋼帯に、これらのロール類での曲げ
変形により塑性変形することのないように、降伏曲率よ
りも大径ロールとしている。式で記述すると曲率係数β
を、板厚ｈ、弾性係数Ｅ、ロール類の直径Ｄ、鋼帯の降
伏応力をＹを用いて, β= ｈＥ／ＤＹ（１）と定義したとき, β＜１としており、薄鋼帯の場合は、
ほとんど板厚と鋼帯材質の条件で、β＜０．５となるよ
うな大径ロール径を設定するのが一般的である。

【０００６】ところが、本発明者等が解析した結果によ
ると、前記のごとき鋼帯の形状不良が発生する原因は、
塑性変形しないようにしているはずのテンションリール
への巻き取りに際して、鋼帯のテンションリールへの巻
き付きによる曲げ応力だけでなく、巻き取りによる巻き
締まりによる鋼帯の周方向圧縮応力と鋼帯内部の残留応
力が加わるため鋼帯が塑性変形することに起因している
ことが判明した。また、従来は鋼帯コイルの巻き締まり
による鋼帯の周方向圧縮応力、鋼帯の残留応力等を十分
考慮していなかっため、テンションリールでの鋼帯の変
形挙動を十分に把握できていなかったことも判明した。
形状矯正後の鋼帯をテンションリールに巻き取って行く
場合、鋼帯巻き取り初期（巻き取り厚み５〜５０ｍｍ、
巻き取り先端から５０〜５００ｍ）の鋼帯には、巻き取
張力に等しい引張応力がかかっているが、巻き数が増え
ていくにつれて、コイル外周部からの巻き締まりによる
鋼帯の周方向圧縮応力により、巻き取り初期は強く圧縮
されるようになり、鋼帯が巻きつくテンションリールマ
ンドレルは弾性変形で縮んで直径が小さくなり、コイル
の内径が減少する。更に、テンションリールマンドレル
からコイルを抜き取る際に、マンドレルによりコイル内
径面を支えることができなくなるため内径が縮小する。
それにつれて、巻き取り初期の鋼帯に圧縮ひずみが加わ
ることになる。つまり、巻き取り初期の鋼帯は鋼帯長手
方向の圧縮曲げの変形状態となる。この圧縮ひずみが鋼
帯の降伏ひずみ（弾性限界ひずみ）を越えると鋼帯が塑
性変形して、鋼帯の長さが僅かに短くなることになる。

【０００７】しかしながら一般に鋼帯には、鋼帯幅方向
に板クラウン（鋼帯幅方向の中央部が若干厚く、両端部
が若干薄い）が形成されており、テンションリールへの
巻き取りに際し、鋼帯幅方向中央部の巻き取り初期を圧
縮する力が大きいため、この圧縮ひずみも幅方向中央部
の方が大きくなり、幅方向中央部の鋼帯長さが短くなる
ことになる。また、たとえ板クラウンの無い幅方向に均
一な板厚の鋼帯をテンションリールに巻き付け、均一な
圧縮力がマンドレルに掛かっても、材料力学の理論から
は端部よりも板幅方向中央部のマンドレルの変形の方が
大きくなることが導かれる。つまり、テンションリール
に巻き取ったコイルにおいて、巻き締まり力でコイル内
径部が変形するとき、鋼帯の幅中央部が短くなる傾向と
なる。すなわち、鋼帯にとっては幅方向中央部の長さが
短くなっており、コイルを巻き戻して鋼帯の拘束を取り
除くと相対的に鋼帯端部が長くなった形状となる。つま
り、これが耳波の形状不良として現れることになる。

【０００８】更に、本発明者等は鋼帯のテンションリー
ル巻き取りにおける鋼帯の変形状態を力学的に検討した
ところ、テンションリール直径をＤｒ（ｍｍ）、巻き取
りで生ずるリールマンドレル直径の縮小量をΔＤ１とす
ると、リールマンドレル変形によって生ずるコイル内径
付近の鋼帯の圧縮のひずみ量εｃ１は、直径がほぼＤｒ
なので、 εｃ１= ΔＤ１／Ｄｒ（２）となる。（ここでは、圧縮応力、圧縮ひずみの符号を正
と定義する。）続いて、この巻き取った鋼帯コイルをテンションリール
から取り外すため、マンドレルを縮小すると、いままで
コイル外周部からの巻き締まりによる鋼帯の周方向圧縮
応力を支えていたマンドレルの抵抗がなくなるのでコイ
ル内径部の付近の鋼帯は圧縮されて更に直径でΔＤ２分
だけ縮む。内径部付近の直径はほぼＤｒと見なせるの
で、その時の圧縮ひずみΔε２は、 εｃ２= ΔＤ２／Ｄｒ（３）となる。この圧縮ひずみの合計εc1＋εc2は幅方向中央
部が大きく, 板端部では幅中央部の数分の１という測定
結果が得られた。テンションリールに巻きついた鋼帯巻
き取り初期の鋼帯の曲げひずみεｂは、板厚ｈとリール
直径Ｄｒにより、 εｂ＝ｈ／Ｄｒ（４）と求められ、鋼帯のリール側表層部は圧縮ひずみ、反対
側表層部に引張ひずみが加わる。このひずみは鋼帯幅方
向でほとんど一定である。一方、形状矯正を施した薄鋼
帯の長手方向残留応力の板厚位置での分布を詳細に測定
した結果では、鋼帯の表層部に圧縮の残留応力があり、
鋼帯厚中心部には引張の残留応力がある。この鋼帯表層
部の圧縮の残留応力をσｓ（ここでは圧縮応力の符号を
正と定義した）とすると、この残留応力σｓによる鋼帯
表層の残留ひずみεｓは、弾性係数Ｅを用いて、 εｓ= σｓ／Ｅ（５）と表すことができる。したがって、巻き取られた鋼帯の
リール側表層部に導入されるひずみの合計は、 εｃ１
＋εｃ２＋εｂ＋εｓとなる。鋼帯の降伏ひずみεｅ
は鋼帯の降伏応力Ｙと弾性係数Ｅにより、 εｅ= Ｙ／Ｅ（６）求まるので、このεｅよりも鋼帯巻き取り初期の鋼帯に
加わる各種の圧縮ひずみの合計の方が大きいと鋼帯は塑
性変形し、永久ひずみεｐ（鋼帯は長手方向に短くな
る）が次の式のように残ることになる。 εｐ＝（εｃ１＋εｃ２＋εｂ＋εｓ）−εｅ（７）本発明方法により解決しようとしている鋼帯巻き取り時
のコイル内径部の形状不良は、（７）式において、εｐ
＞０の条件となり、しかも、鋼帯の幅方向中央部が大き
く、鋼帯幅方向端部が小さいために耳波として形状に現
れるものである。

【０００９】巻き取り鋼帯巻き取り初期（巻き取り厚み
５〜５０ｍｍ、巻き取り先端から５〜５００ｍ）の鋼帯
にのみ形状不良が発生するのは、巻き取り初期に巻かれ
た鋼帯自体が、コイル外周部を支え巻き締まり力に対抗
するため鋼帯コイルの外周側では、上記（３）式の圧縮
ひずみの合計が小さくなることと、（４）式の曲げひず
みも鋼帯の板厚と曲げ直径の比なので、鋼帯コイルの外
径側で巻き太って直径が大になるにつれて小さくなり、
（７）式においてεｐ＜０の条件、すなわち弾性変形領
域に入り易くなるためである。また、実際には、たとえ
永久ひずみがあっても、それが小さい場合は、形状不良
として鋼帯に現れないのコイルに巻かれた鋼帯の外周ま
で形状不良になることは稀である。

【００１０】したがって、巻き取りで発生する塑性ひず
みを表す（７）式より、形状不良を起こさなくするため
には、εｐ≦０として、鋼帯の全幅、全長にわたって
全体を弾性変形域に止めるか、εｐ＞０であってもεｐ
が十分小さければ耳波の発生する形状不良とはならない
ことになる。εｐ≦０の条件は、降伏応力の大きい鋼
帯、つまり硬くて変形しにくい鋼帯を選べば、（６）式
のようにεｅが大きくなり、容易に達成できるようにな
るが、降伏応力は鋼帯用途で決まっており製造者側で勝
手に変更することができない。また、（２）式の圧縮ひ
ずみεｃ１を小さくするために、巻き取り張力による巻
き締まり力に耐える強固な剛性を持ったテンションリー
ルに巻き取る方法も考えられるが、実際には巻き取った
鋼帯コイルをテンションリールから抜き取る際にリール
径を縮小すると、鋼帯の剛性だけでは巻き締まり力に耐
えきれず、結局、（３）式に示したリール抜き取りによ
る圧縮ひずみεｃ２が、それほど強固でないリールのと
きよりも大きくなる。つまり、εｃ１＋εｃ２としては
あまり変わらなくなり、有効性はかなり減少する。

【００１１】しかして、本発明方法においては、上記
（７）式において、εｐ≦０の条件を満たすため、また
はεｐを十分小さくするために、（２）式のコイル巻き
締まりによる鋼帯の周方向圧縮応力による圧縮ひずみ量
εｃ１及び（３）式のマンドレル径の縮小による圧縮ひ
ずみ量εｃ２を軽減する方法を見出したものである。即
ち、鋼帯をテンションリールへ巻き取る前に、テンショ
ンリールの幅方向中央部にスリーブを装着し、その後鋼
帯をコイルに巻き取ることによって、スリーブによりコ
イルの巻き締まりに対する巻き取り芯の剛性が上がり、
巻き締まり力によるコイル内径の縮小量ΔＤ１が小さく
なり、その結果（１）式よりεｃ１が小さくなる。更
に、コイルをマンドレルから抜き取るためにマンドレル
径を縮小しても、スリーブはほとんど縮小しないため、
コイルの内径を支えることができ、マンドレル径を縮小
したときのコイル内径の縮小量ΔＤ２は極めて小さくな
り、その結果（２）式より鋼帯の圧縮ひずみ量εｃ２も
極めて小さくなる。このとき圧縮ひずみ量εｃ１及びε
ｃ２の低減量は、スリーブの剛性と厚みにより影響され
る、本発明者等が種々検討した結果によれば６×１０⁴
ＭＰａ以上の周方向縦弾性係数で、５ｍｍ以上スリーブ
厚みがあればεｃ１とεｃ２の合計圧縮ひずみ量を０．
０００４〜０．００１２低減でき、形状不良を大幅に改
善することができる。またスリーブの剛性があまり高い
とスリーブが脆くなり、衝撃等により亀裂が発生して破
損し易くなるので、実用的にはスリーブの縦弾性係数は
４０×１０⁴ＭＰａ以下にすることが好ましく。また厚
みの上限としては３０ｍｍで十分である。

【００１２】しかしながら、一般に用いられているコイ
ル潰れ防止のための内径スリーブは、コイル潰れ防止が
目的でありハンドリング上軽いほうが有利なため、鋼帯
幅以上の長さを有する鋼製の厚み２〜４ｍｍの薄いスリ
ーブや紙製の厚さ１０〜２０ｍｍのスリーブが用いられ
るが、このようなスリーブを本発明方法の対象とする形
状不良防止に用いても剛性、厚みが十分でないので、鋼
帯の巻き取り初期の形状不良を防止することはできな
い。またコイル巻き取り時の圧縮ひずみ量は、前記のご
とく鋼帯幅方向の中央部において大きいので、上記のご
ときスリーブによって鋼帯幅方向中央部の３０〜９０％
を支えることにより、確実に形状不良を防止することが
でき、具体的には例えば７００〜１１００ｍｍ幅の薄鋼
帯の巻き取りの場合には、長さ６００ｍｍ、厚み１０ｍ
ｍ、内径５００ｍｍの鋼製スリーブを用いることによ
り、確実に鋼帯の巻き取り初期の形状不良を防止するこ
とができ、またスリーブの重量を軽減することができ
る。更にスリーブのハンドリングのための装置を小型化
することができ、かつ炭素繊維複合材等によってスリー
ブを構成することにより重量を約３０％以下にすること
ができる。スリーブの材質としては、上記のごとき鋼
製、炭素繊維複合材の他銅、チタン、アルミニウム等、
これらの合金、セラミックス系材料、更に、これら材料
の組合せ、あるいはこれら材料と樹脂系材料との組合せ
たものを用いることができる。

【００１３】次に、本発明方法を図面によって説明す
る。図１において、５〜３０ｍｍのスリーブ５をテンシ
ョンリール（マンドレル）２の巻き取り鋼帯幅方向中央
部の３０〜９０％の位置に装着せしめて、鋼帯をコイル
３として巻き取り、巻き取り後、コイル３をテンション
リール２マンドレルからコイル３を抜き取るに際し、テ
ンションリール２のマンドレルを縮小してもスリーブ５
はほとんど縮小しないので、コイル３の内面を支えるこ
とができことから、前記のごとき圧縮ひずみ量の合計及
び永久ひずみが十分に小さく、従って、鋼帯幅方向のひ
ずみ量の変化も小さくなり、テンションリール２への鋼
帯巻き取り初期４（巻き取り厚５〜５０ｍｍ、巻き取り
鋼帯先端から５０〜５００ｍ）の形状不良（耳波）を防
止するものである。

【００１４】次に本発明方法の実施例を比較例とともに
挙げる。

【表１】

【００１５】

【表２】注１：鋼帯成分重量% 、C ：0.04〜0.12、Mn:0.30 〜
0.45、Si:0.005、P:0.015 〜0.025 、S :0.010〜0.020
、Sol.Al:0.01 、i:痕跡、Nb:痕跡、残りFe及び不純物
からなる鋼帯厚 0.18 〜0.90ｍｍ、鋼帯幅 715〜1200mm
の冷延鋼帯を原板としてテンパー度 T４〜 T５になるよ
うに焼鈍し、続いて圧下率 1.5〜2.0 ％の調質圧延を施
した。次いで、テンションリールへの巻き取りは、２０
００〜３５００巻きで、巻き取り平均速度400 〜600m/
分で約１５ｔコイルとした。注２：鋼帯形状矯正は、ＳＰと表記したものは調質圧延
後に巻き取った鋼帯を示し, 調質圧延後、テンションレ
ベラにて形状矯正を施した鋼帯はＴＬと表記した。注３：鋼帯耳波の評価は、鋼帯巻き取り初期（巻き取り
先端から２００ｍ）の鋼帯を２ｍ毎切り出して、水平な
定盤上においたとき、鋼帯端の波高さ１．５ｍｍ未満
の耳波発生を小、１．５〜３．０ｍｍの波高さを中、
３．０〜４．５ｍｍの波高さを大、４．５ｍｍ超を特大
とした。耳波小にできればほとんどの用途で合格とな
る。耳波中の場合は厳しい用途には不合格となり、耳波
大では全ての用途で不合格となる。

【００１６】

【発明の効果】本発明法によれば、調質圧延の形状矯正
後の鋼帯巻き取り時に発生する、巻き取り初期の形状不
良（耳波等）を確実に防止することができ、鋼帯の品質
を向上せしめると共に、歩留りも高めることができ、さ
らに、形状不良部を切り捨てるための余計な工程も不要
となる。また、装置の改造としては、リールマンドレル
に鋼帯幅より狭い固定スリーブ（着脱自在に設計した）
を被せる程度ですむので、低コストで鋼帯両端部の耳波
を防止することができる。また、巻き取り張力制御など
の複雑な制御を必要としないので、従前の高い生産性を
維持しつつ、品質を向上することができる等の優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一例を示す正面断面図である。

【図２】従来の鋼帯巻き取りを示す側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今城雄治愛知県東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者中村真也愛知県東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】形状矯正後の鋼帯をテンションリールに
巻き取るに際し、テンションリールの幅方向中央部にス
リーブを装着せしめて、鋼帯を巻き取ることを特徴する
鋼帯巻き取り方法。
【請求項２】テンションリールに鋼帯幅方向中央部の
３０〜９０％に５〜３０ｍｍのスリーブを装着せしめ
て、鋼帯を巻き取ることを特徴とする請求項１に記載の
鋼帯巻き取り方法。