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技術 高張力鋼板の調質圧延方法、調質圧延設備及び圧延ライン

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 白石利幸河西大輔石井篤
出願日 2012年2月21日 (8年10ヶ月経過) 出願番号 2012-034696
公開日 2013年9月2日 (7年4ヶ月経過) 公開番号 2013-169566
状態 特許登録済
技術分野 金属圧延一般
主要キーワード 張力負荷装置 所謂トリミング 測定用ロール 放電加工処理 金属表層 張力レベル 電動圧 巻き戻り
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力金属ストリップ板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で効率的に製造することが可能な調質圧延方法を提供する。

解決手段

引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の金属ストリップを調質圧延する調質圧延方法であって、前記調質圧延を行う2スタンド調質圧延機を備えた調質圧延設備において、当該調質圧延設備のスタンド間張力σを前記金属ストリップの引張り強さσyで除した値である張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下の範囲として圧延を行う、調質圧延方法が提供される。

概要

背景

一般にハイテンと呼ばれる高張力(高強度)鋼板等の金属ストリップは、例えばワークロール径が500mm前後の圧延スタンドからなる調質圧延機において製造される。従来より求められてきた高強度ハイテンは、引張り試験における引張り強さが980MPa程度のものであったが、近年、自動車メーカー等の需要者からは更なる高強度の鋼板の大量生産・安定供給が求められている。ここで、更なる高強度の鋼板とは、例えば引張り試験における引張り強さが1176MPa以上の金属ストリップを指し、引張り強さが1176MPaの材料は120キロハイテン、引張り強さが1274MPaの材料は130キロハイテン、引張り強さが1372MPaの材料は140キロハイテン、引張り強さが1470MPaの材料は150キロハイテンと呼ばれる。

一般に、自動車等のための素材としての高張力鋼板プレス加工によって各種部品成型されるため、その表面にはダル仕上げが要求される。調質圧延ダルワークロールでの圧延は、被圧延材ロールとの間の摩擦係数が高く、引張り強さが980MPa程度の100キロハイテンでは圧下率は0.5%程度も取れない状況にある。このため、現状の調質圧延機での形状矯正能力は劣り、調質圧延で十分な形状矯正が行われない場合には、別工程のテンションレベラーで再矯正することにより対応している。このような再矯正は別ラインで行う必要があり、生産性の低下と製造コストの上昇を招いている。

現状の引張り強さが980MPa程度の100キロハイテンの製造において調質圧延機で十分に矯正ができない理由は、素材(連続焼鈍後)の金属ストリップの形状不良を矯正するための圧下率が調質圧延機の圧延力限界により得られない(即ち、圧延荷重が高い)ためである。ましてや、本発明の対象である引張り強さが1100MPa以上の高張力鋼板では、圧下率はほとんど取ることができず、それ故に形状矯正はほとんどできなくなる恐れがある。

そこで、例えば特許文献1には、調質圧延を行うためのワークロールとして超硬ワークロールを用いることで接触弧長を小さくし、圧延荷重を下げる技術が開示されている。また、例えば特許文献2には、接触弧長を小さくし、圧延荷重を下げるために小径のワークロールを用いる調質圧延方法が開示されている。さらに、例えば非特許文献1には、高圧潤滑性潤滑油を用いてロールと材料との間の摩擦係数を下げることにより圧延荷重を下げる技術が開示されている。

概要

引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力の金属ストリップを板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で効率的に製造することが可能な調質圧延方法を提供する。引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の金属ストリップを調質圧延する調質圧延方法であって、前記調質圧延を行う2スタンドの調質圧延機を備えた調質圧延設備において、当該調質圧延設備のスタンド間張力σを前記金属ストリップの引張り強さσyで除した値である張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下の範囲として圧延を行う、調質圧延方法が提供される。

目的

本発明は、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力の金属ストリップを板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で効率的に製造することが可能な調質圧延方法、調質圧延設備及び圧延ラインを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の金属ストリップ調質圧延する調質圧延方法であって、前記調質圧延を行う2スタンド調質圧延機を備えた調質圧延設備において、当該調質圧延設備のスタンド間張力σを前記金属ストリップの引張り強さσyで除した値である張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下の範囲として圧延を行う、調質圧延方法。

請求項2

前記調質圧延機に備えられるワークロールの径は400mm以上である、請求項1に記載の調質圧延方法。

請求項3

前記調質圧延設備は第1スタンド及び第2スタンドの2つの調質圧延機を備え、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールの粗度を2μmRa以上5μmRa以下とし、且つ、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIを200以上400以下とし、前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIを前記第1スタンドに備えられるワークロールのPPIより大きくして圧延を行う、請求項1又は2に記載の調質圧延方法。

請求項4

前記第1スタンドの入側張力及び前記第2スタンドの出側張力はそれぞれ30MPa以上100MPa以下である請求項3に記載の調質圧延方法。

請求項5

前記調質圧延設備の上流、又は、前記調質圧延設備とその上流に設けられる連続焼鈍設備との間において前記金属ストリップの両端部を切り取るトリミングを行う、請求項1〜4のいずれかに記載の調質圧延方法。

請求項6

引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の金属ストリップを調質圧延する調質圧延設備であって、第1スタンド及び第2スタンドの2つの調質圧延機を備え、前記第1スタンドと前記第2スタンドとの間のスタンド間張力σを前記金属ストリップの引張り強さσyで除した値である張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下の範囲に制御する制御部を有する、調質圧延設備。

請求項7

前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールの径は400mm以上である、請求項6に記載の調質圧延設備。

請求項8

前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールの粗度は2μmRa以上5μmRa以下であり、且つ、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIは200以上400以下であり、前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIは前記第1スタンドに備えられるワークロールのPPIより大きい、請求項6又は7に記載の調質圧延設備。

請求項9

前記第1スタンドの入側張力及び前記第2スタンドの出側張力はそれぞれ30MPa以上100MPa以下である、請求項6〜8のいずれかに記載の調質圧延設備。

請求項10

請求項6〜9のいずれかに記載の調質圧延設備を備えた圧延ラインであって、前記調質圧延設備の上流、又は、前記調質圧延設備とその上流に設けられる連続焼鈍設備との間には前記金属ストリップの両端部を切り取るトリミングを行うトリミング装置が設けられている圧延ライン。

技術分野

0001

本発明は、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力鋼板金属ストリップ)を板厚精度板形状に優れ且つ板破断無く効率的に製造することが可能な調質圧延方法調質圧延設備及び圧延ラインに関する。

背景技術

0002

一般にハイテンと呼ばれる高張力(高強度)鋼板等の金属ストリップは、例えばワークロール径が500mm前後の圧延スタンドからなる調質圧延機において製造される。従来より求められてきた高強度ハイテンは、引張り試験における引張り強さが980MPa程度のものであったが、近年、自動車メーカー等の需要者からは更なる高強度の鋼板の大量生産・安定供給が求められている。ここで、更なる高強度の鋼板とは、例えば引張り試験における引張り強さが1176MPa以上の金属ストリップを指し、引張り強さが1176MPaの材料は120キロハイテン、引張り強さが1274MPaの材料は130キロハイテン、引張り強さが1372MPaの材料は140キロハイテン、引張り強さが1470MPaの材料は150キロハイテンと呼ばれる。

0003

一般に、自動車等のための素材としての高張力鋼板はプレス加工によって各種部品成型されるため、その表面にはダル仕上げが要求される。調質圧延ダルワークロールでの圧延は、被圧延材ロールとの間の摩擦係数が高く、引張り強さが980MPa程度の100キロハイテンでは圧下率は0.5%程度も取れない状況にある。このため、現状の調質圧延機での形状矯正能力は劣り、調質圧延で十分な形状矯正が行われない場合には、別工程のテンションレベラーで再矯正することにより対応している。このような再矯正は別ラインで行う必要があり、生産性の低下と製造コストの上昇を招いている。

0004

現状の引張り強さが980MPa程度の100キロハイテンの製造において調質圧延機で十分に矯正ができない理由は、素材(連続焼鈍後)の金属ストリップの形状不良を矯正するための圧下率が調質圧延機の圧延力限界により得られない(即ち、圧延荷重が高い)ためである。ましてや、本発明の対象である引張り強さが1100MPa以上の高張力鋼板では、圧下率はほとんど取ることができず、それ故に形状矯正はほとんどできなくなる恐れがある。

0005

そこで、例えば特許文献1には、調質圧延を行うためのワークロールとして超硬ワークロールを用いることで接触弧長を小さくし、圧延荷重を下げる技術が開示されている。また、例えば特許文献2には、接触弧長を小さくし、圧延荷重を下げるために小径のワークロールを用いる調質圧延方法が開示されている。さらに、例えば非特許文献1には、高圧潤滑性潤滑油を用いてロールと材料との間の摩擦係数を下げることにより圧延荷重を下げる技術が開示されている。

0006

特開2000−94011号公報
特開2002−346606号広報

先行技術

0007

日本鉄鋼協会 材料とプロセス 第160回講演大会S198CAMP−ISIJ Vol.123(2010)−168

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の対象とする金属ストリップは、引張り強さが1100MPa以上の高張力の金属ストリップであり、所謂120キロ以上のハイテンと呼ばれるものである。前述したように、高張力ストリップは例えば自動車用素材として使用され、プレス加工によって部品に成型されるため、その表面にはダル仕上げ(凹凸仕上げ)が必要とされる。そのため、例えば上記特許文献1に記載のワークロール径が500mm前後の調質圧延機において当該ワークロールの外周を超硬にすることでロール扁平を小さくする圧延方法では、超硬ロールの表面の研磨ダル加工が通常のロールに比べ簡単に行えないといった問題があった。加えて、例えば約2000mm程度のワークロール胴長に亘って均一な表面を有する超硬を作るのは極めて困難であり、高コストとなってしまうといった問題もあった。

0009

また、上記特許文献2に記載の小径ワークロールを用いた調質圧延方法は、圧延荷重低減には有効な手段であるが、本発明の対象とする高張力鋼板(ハイテン)を広幅(例えば1m以上)で圧延するにはワークロール径(直径)を約300mm程度以下にする必要があり、そのためにはワークロールの水平撓みを防止できる構造にする必要があるため調質圧延機を例えばクラスター型圧延機に変更する必要がある。加えて、小径ワークロールは粗度転写効率が小さいので粗度調整が困難であるといった問題や、同じ圧延長でもロールの転動回数が増大するため摩耗が早くなり、頻繁にワークロールの交換を行わなくてはならず生産性が低下するといった問題があった。

0010

また、上記非特許文献1に記載の潤滑油によってロールと材料との間の摩擦係数を下げ、圧延荷重を低下させる技術は、最大でも約3割程度の圧延荷重の低下が実現されるに過ぎず、さらに材料のスリップを招くので引張り強さが1100MPa以上の高張力鋼板(ハイテン)では有効ではない。

0011

記事情に鑑み、本発明は、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力の金属ストリップを板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で効率的に製造することが可能な調質圧延方法、調質圧延設備及び圧延ラインを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

前記の目的を達成するため、本発明によれば、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の金属ストリップを調質圧延する調質圧延方法であって、前記調質圧延を行う2スタンドの調質圧延機を備えた調質圧延設備において、当該調質圧延設備のスタンド間張力σを前記金属ストリップの引張り強さσyで除した値である張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下の範囲として圧延を行う、調質圧延方法が提供される。

0013

上記調質圧延方法において、前記調質圧延機に備えられるワークロールの径は400mm以上であっても良い。

0014

前記調質圧延設備は第1スタンド及び第2スタンドの2つの調質圧延機を備え、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールの粗度を2μmRa以上5μmRa以下とし、且つ、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIを200以上400以下とし、前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIを前記第1スタンドに備えられるワークロールのPPIより大きくして圧延を行っても良い。なお、上記PPIとはインチ当たりの凸数(Peaks per inch)を示す値である。

0015

また、上記調質圧延方法において、前記第1スタンドの入側張力及び前記第2スタンドの出側張力はそれぞれ30MPa以上100MPa以下であっても良い。

0016

また、前記調質圧延設備の上流、又は、前記調質圧延設備とその上流に設けられる連続焼鈍設備との間において前記金属ストリップの両端部を切り取るトリミングを行っても良い。

0017

また、別な観点からの本発明によれば、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の金属ストリップを調質圧延する調質圧延設備であって、第1スタンド及び第2スタンドの2つの調質圧延機を備え、前記第1スタンドと前記第2スタンドとの間のスタンド間張力σを前記金属ストリップの引張り強さσyで除した値である張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下の範囲に制御する制御部を有する、調質圧延設備が提供される。

0018

上記調質圧延設備において、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールの径は400mm以上であっても良い。また、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールの粗度は2μmRa以上5μmRa以下であり、且つ、前記第1スタンド及び前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIは200以上400以下であり、前記第2スタンドに備えられるワークロールのPPIは前記第1スタンドに備えられるワークロールのPPIより大きくても良い。

0019

また、上記調質圧延設備において、前記第1スタンドの入側張力及び前記第2スタンドの出側張力はそれぞれ30MPa以上100MPa以下であっても良い。

0020

また、本発明によれば、上記記載の調質圧延設備を備えた圧延ラインであって、前記調質圧延設備の上流、又は、前記調質圧延設備とその上流に設けられる連続焼鈍設備との間には前記金属ストリップの両端部を切り取るトリミングを行うトリミング装置が設けられている圧延ラインが提供される。

発明の効果

0021

本発明によれば、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力の金属ストリップを板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で効率的に製造することが可能となる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の実施の形態にかかる調質圧延設備の概略説明図である。
調質圧延機で入側張力を60MPaとした場合の、張力負荷比と圧延荷重との関係をグラフで示したものである。
調質圧延において第1スタンドのワークロール粗度を1μmRaから6μmRaまでの範囲内で様々な値に変更し、金属ストリップの板表面の鮮映性(a)と耐かじり性(b)について評価を行った結果を示す説明図である。
調質圧延において第1スタンドのワークロールならびに第2スタンドのワークロールのPPIを所定の範囲内(約100〜500強)で様々な値に変更し、金属ストリップの板表面におけるメッキ密着性についての評価を行った結果を示す説明図である。
調質圧延設備を備えた圧延ラインの概略説明図である。

0023

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

0024

図1は本発明の実施の形態にかかる調質圧延設備1の概略説明図である。図1に示すように、調質圧延設備1には金属ストリップSの圧延方向上流側(図1中左側)から順に第1スタンド3、第2スタンド4の2つの調質圧延機が直列的に備えられている。第1スタンド3、第2スタンド4は例えば6重圧延機であり、それぞれ上下一対のワークロール、中間ロールバックアップロールから構成されている。具体的には、第1スタンド3は、上ワークロール10及び下ワークロール11からなるワークロール対と、上中間ロール13及び下中間ロール14からなる中間ロール対と、上バックアップロール16及び下バックアップロール17からなるバックアップロール対を備えている。また、第2スタンド4は、上ワークロール20及び下ワークロール21からなるワークロール対と、上中間ロール23及び下中間ロール24からなる中間ロール対と、上バックアップロール26及び下バックアップロール27からなるバックアップロール対を備えている。

0025

ここで、各ワークロール(ワークロール10、11、20、21)にはスピンドル(図示せず)が連結されており、電動機(図示せず)の稼動によって駆動する構成となっている。また、これらスタンド3、4ではロールチョック及びワークロール対を交換することによって各ワークロールの表面粗度を変化させることが可能となっている。なお、第1スタンド3の上流側には連続焼鈍炉52(図1には図示せず)が配置されており、焼鈍された金属ストリップSが第1スタンド3に導入され、また、第2スタンド4の下流には調質圧延された金属ストリップSを巻き取る巻き取りリール図1には図示せず)が配置されている。

0026

各ワークロール(上ワークロール10、20、下ワークロール11、21)のロール径は400mm〜600mm程度が好ましく、例えば450mmが望ましい。これは、高張力鋼板を広幅で圧延するに際しワークロールを小径(例えば400mm未満)とすると、ワークロールの水平撓みを防止できる構造にする必要があるといったことや、小径ワークロールは粗度転写効率が小さいので粗度調整が困難であるといった問題があるからである。また小径ワークロールを用いた場合、同じ圧延長でもロールの転動回数が増大するため摩耗が早くなり、頻繁にワークロールの交換を行わなくてはならず生産性が低下するといった問題もあるからである。更に、ワークロールを大径(例えば600mm超)とすると、圧延荷重が増大し、これに伴い設備も大きくする必要があるため、設備コストの面で問題があるからである。また、板幅1m以上の高張力鋼板を圧延するため、各ワークロールの胴長は1500mm以上が望ましく、例えば2000mmが好ましい。

0027

また、各中間ロール(中間ロール13、14、23、24)のロール径は450mm〜600mm程度が好ましい。なお、本実施の形態では第1スタンド3、第2スタンド4を6重圧延機として図示・説明しているが、圧延スタンドとして4重圧延機を用いる場合には中間ロールは不要である。

0028

一方、各バックアップロール(上バックアップロール16、26、下バックアップロール17、27)のロール径は例えば1450mmが好ましく、胴長は上述したように板幅1m以上の鋼板を圧延するため、1500mm以上が望ましく、例えば2000mmが好ましい。また、調質圧延設備1における圧延速度は例えば最高速度1000m/minとすることが好ましい。また、金属ストリップSとしては、例えば引張り試験における引張り強さが1100MPa以上のハイテンと呼ばれる高張力鋼板が例示される。

0029

また、第1スタンド3には、形状制御手段として上下ワークロールチョック(図示せず)を支点として上下ワークロール10、11の垂直方向の撓みを制御するためのインクリース及びディスクリースベンダー力を付与することが可能なワークロールベンダー30が具備されている。同様に、第2スタンド4にもワークロールベンダー31が具備されている。

0030

一方、第1スタンド3及び第2スタンド4の上バックアップロールチョック(図示せず)の上部には、それぞれ圧延荷重検出装置ロードセル)33、34が設けられており、ワークサイドドライブサイドそれぞれの圧延荷重を検出することが可能な構成となっている。また、圧延荷重検出装置33、34の上部には電動圧下装置36、37がそれぞれ設けられており、金属ストリップSを圧延する際のパスライン調整が行われる。更に、第1スタンド3及び第2スタンド4の下バックアップロールチョック(図示せず)の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置38、39がそれぞれ設けられている。なお、上記ワークサイド、ドライブサイドとは、各スタンド3、4における金属ストリップS幅方向の両側をそれぞれ駆動機等のあるサイド(ドライブサイド)と駆動機等のないサイド(ワークサイド)に分けて呼称しているものである。

0031

また、図1に示すように、第1スタンド3の上流側には、第1スタンド3の入側張力を測定するための測定用ロール40が設けられ、第2スタンド4の下流側には、第2スタンド4の出側張力を測定するための測定用ロール41が設けられている。更に、第1スタンド3と第2スタンド4との間には、2つのスタンド間張力(以下、スタンド間張力σとも呼称する)を測定するためのテンションロール45が備えられている。

0032

このように、調質圧延中のスタンド間張力σ(スタンド間における金属ストリップSの張力)は随時測定され、目標とする張力となるように調質圧延設備の速度バランスが好適に制御されるような構成となっている。なお、図示していないが、第1スタンド3、第2スタンド4の入側には潤滑油供給装置配備されており、圧延時に円滑な圧延を行うための潤滑油が供給されている。

0033

本発明者らは、引張り強さが1100MPa以上の高張力の金属ストリップSの調質圧延において、板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で製造を行うことが可能な条件について、図1に示した構成の調質圧延設備を用いて鋭意検討を行った。以下にはその検討内容について説明する。なお、本検討では、図1に示した構成の調質圧延設備を用い、引張り強さが1470MPa、板厚1mm、板幅400mmの連続焼鈍炉での熱処理後の150キロハイテンを材料として実際に調質圧延を行った。また、調質圧延機(第1スタンド3、第2スタンド4)のワークロール径はいずれも450mm、ワークロール表面粗度3.2μmRa(放電加工処理)とし、圧延速度100m/min、伸び率0.5%の条件で潤滑油を用いながら調質圧延を行った。この調質圧延設備では、主な圧下を第1スタンド3で行い、第2スタンド4では第1スタンド3で得られた良好な板形状を崩すことなく、例えば圧下率0.05%程度の小さな圧下率で圧下を行い、少しの形状修正と板表面粗度の調整が行われる。

0034

ここで、本検討における調質圧延機(以下、単に圧延機とも記載する)の入側張力は30〜100MPaとすることが好ましい。これは、入側張力を負荷する場合には、調質圧延機入側にブライドルロールなどの張力負荷装置を設ける必要があり、張力レベルが高いと張力負荷装置のモータ容量が非常に大きくなり設備コストや生産コストが増大してしまうといった理由からである。また、別ラインで調質圧延する場合には、既存設備コイル巻き取り張力が低いため調質圧延時に例えば巻き戻しリールで高張力を負荷すると巻き締まりによるキズが発生する。このキズの発生を防止するためには、上述したような張力負荷装置を巻き戻りリールと調質圧延機との間に設置する必要があり、やはり設備コストや生産コストが増大してしまう。更には、例えば150キロハイテンのような硬質材を大径のワークロールであり且つダルロールであるロールを用いた摩擦係数の高い条件下で圧延する場合には、ロールバイト内剛体域が発生し、そのため圧延荷重に及ぼす入側張力の影響が非常に小さくなるといった理由も挙げられる。

0035

図2は調質圧延機での圧延において入側張力を60MPaとして張力負荷比を変化させた場合の、張力負荷比と第1スタンド3の圧延荷重との関係をグラフで示したものである。ここで、張力負荷比とは2つのスタンド(図1の第1スタンド3と第2スタンド4)間の張力σを、調質圧延機入側における材料の引張り強さσyで除した値σ/σyである。なお、張力負荷比σ/σyの変化は圧延機の第1スタンド3と第2スタンド4のロール周速比を変動させることで変化させた。このとき当該出側張力を100MPa超とすると、圧延機出側とその下流に位置する巻き取りリールとの間に張力負荷装置が必要となるため装置コストが増大するといった面から実用的ではない。

0036

図2に示すように、張力負荷比σ/σyを増大していくと、初期に第1スタンド3の圧延荷重は急激に減少し、その後緩やかに減少する。張力負荷比σ/σyが小さい場合には、ロールバイト入口弾性域圧縮応力が作用し第1スタンド3の圧延荷重が非常に高い状態になっている。一般的に調質圧延機(スタンド)の荷重限界は25MN程度であり、その荷重限界を超える圧延荷重となってしまう張力負荷比σ/σy(即ち、図2に示すように0.12未満)では好適な調質圧延ができないため、張力負荷比σ/σyは0.12以上とすることが望ましい。

0037

また、張力負荷比σ/σyが大きい場合には、中立点(材料の速度とワークロールの周速が一致する点)が圧延機入側に飛び出し、圧延機入側の材料速度ワークロール速度よりも速い状態(所謂引き抜き圧延)になる。この引き抜き圧延と呼ばれる状態は材料にキズが生じやすく、たとえ圧延機のトルクが負となることによって圧延機に備えられた電動機が発電状態になるとしても、電力回収効率が悪く制御が困難であるため操業として避けることが望ましい。図2に示すように、張力負荷比σ/σyが0.48超の場合には上記引き抜き圧延となってしまうことがわかる。従って、好適に調質圧延を行うためには張力負荷比σ/σyが0.48以下とすることが望ましい。なお、図2には圧延機の入側張力(第1スタンドの入側張力)を60MPaとした場合を示したが、入側張力(第1スタンドの入側張力)が30MPa〜100MPaの範囲内の値であれば、図2に示した圧延荷重特性(張力負荷比σ/σyの好適な数値範囲)は±8%の範囲内で保持されることもわかっている。

0038

一方、本検討における調質圧延機の出側張力(第2スタンドの出側張力)は30〜100MPaの範囲で変動させられる。このとき、第1スタンド3及び第2スタンド4(特に第1スタンド3)のワークロール粗度は2μmRa以上5μmRa以下であることが望ましい。以下にその理由を説明する。図3は本検討にかかる調質圧延において第1スタンド3の上下ワークロール(上ワークロール10及び下ワークロール11)のロール粗度を1μmRaから6μmRaまでの範囲内で様々な値に変更し、そのときの金属ストリップSの板表面の鮮映性(図3a)と耐かじり性(図3b)について評価を行った結果を示す説明図である。鮮映性については圧延後の板表面を塗装した後に目視によって評価を行い、耐かじり性については圧延後の板にプレス試験を実施し評価を行った。

0039

図3(b)に示すように、ワークロール粗度が2μmRa未満の場合には、板表面にかじり(キズ)が発生し、製品として不合格(不良)となってしまうことがわかる。これは、ワークロール粗度が小さい(2μmRa未満)場合にはスタンド出側の中立点がロールバイトから飛び出し(即ち、出側の材料速度よりもワークロール速度の方が早い状態)て板がスリップし、そのスリップによって板表面にキズが発生することが原因である。

0040

また、図3(a)に示すように、ワークロール粗度が5μmRa超の場合には、板の鮮映性が悪くなり、製品として不合格(不良)となってしまうことがわかる。これは、ワークロール粗度が大きい(5μmRa超)場合には、圧延荷重が許容値(荷重限界)よりも大きくなってしまうことに加え、圧延後の板のPPIが減少し、メッキの密着性や鮮映性が悪くなり、製品として塗装を施すと外観を損ねてしまうことが原因である。

0041

以上図3を参照して説明したように、高張力鋼板の金属ストリップSを板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で調質圧延を行うためには、第1スタンド3及び第2スタンド4(特に圧下に大きく寄与する第1スタンド3)のワークロール粗度を2μmRa以上5μmRa以下とすることが望ましい。

0042

また、本検討における調質圧延では、第1スタンド3及び第2スタンド4の上下ワークロールのPPIを200以上400以下とし、且つ第2スタンド4の上下ワークロールのPPIを第1スタンド3の上下ワークロールのPPIよりも大きくすることが望ましい。以下にはその理由について図4を参照して説明する。

0043

図4は本検討にかかる調質圧延において第1スタンド3の(上下)ワークロールならびに第2スタンド4の(上下)ワークロールのPPIを所定の範囲内(約100〜500強)で様々な値に変更し、そのときの金属ストリップSの板表面におけるメッキの密着性についての評価を行った結果を示す説明図である。ここで、メッキの密着性についての評価は、板表面をメッキした後に曲げ試験を行い、その断面におけるメッキと金属表層との界面を走査型電子顕微鏡で観察して評価を行った。なお、メッキ層と金属表層との剥離が所定の長さ以上認められた場合を密着性不良とした。

0044

図4に示すように、第1スタンド3及び第2スタンド4のワークロールのPPIが200以上400以下であり、且つ第2スタンド4のワークロールのPPIが第1スタンド3のワークロールのPPIよりも大きい範囲内である場合は板表面へのメッキの密着性が良好である。一方、ワークロールのPPIが上記範囲以外である場合板表面へのメッキの密着性が不良となる。なお、板表面の鮮映性についても、第1スタンド3及び第2スタンド4のワークロールのPPIが200以上400以下であり、且つ第2スタンド4のワークロールのPPIが第1スタンド3のワークロールのPPIよりも大きい範囲の方が良好である。

0045

第1スタンド3及び第2スタンド4のワークロールのPPIが200以上400以下であり、且つ第2スタンド4のワークロールのPPIが第1スタンド3のワークロールのPPIよりも大きい範囲内である場合に密着性が良好となる理由について説明する。各ワークロールのPPIが200未満である場合には、板表面の微視的凹凸が少なくなり、アンカー効果(表面の凹凸によってメッキ等の密着性が高まる作用)が少なくなってしまうため、上記密着性が悪化してしまう。一方で各ワークロールのPPIが400超である場合には、メッキの濡れ性が悪くなりメッキ層と金属層との間の合金性が阻害されてしまうため、上記密着性が悪化してしまう。

0046

また、第2スタンド4のワークロールのPPIが第1スタンド3のワークロールのPPIよりも大きい方が好ましいのは、一般的にロールのPPIが大きい方が摩擦係数は高くなり圧延荷重が増大するといった傾向があるため、本発明の対象である高張力鋼板の圧延荷重を下げるためにも圧下率(伸び率)の大きな第1スタンド3のワークロールのPPIを下げることが有利であるからである。加えて、第1スタンド3のワークロールにて多くのPPIを付与しても、第2スタンド4のワークロールのPPIが少ないと、板表面の微視的凹凸が少なくなり密着性が悪化してしまうといった点からも、第2スタンド4のワークロールのPPIを第1スタンド3のワークロールのPPIよりも大きくすることが好ましい。

0047

以上説明したように、本発明者らは、図1に示した構成の調質圧延設備における張力負荷比と圧延荷重との関係(図2参照)に着目し、張力負荷比が所定の範囲内の値である場合に圧延荷重が好適な値となり、金属ストリップSが板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で調質圧延されることを知見した。また、図3及び図4を参照して説明したように、高張力鋼板の金属ストリップSを板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態で調質圧延を行うためには、第1スタンド3及び第2スタンド4のワークロール粗度を2μmRa以上5μmRa以下とすることが望ましい旨や、第1スタンド3及び第2スタンド4のワークロールのPPIを200以上400以下とし、且つ第2スタンド4のワークロールのPPIが第1スタンド3のワークロールのPPIよりも大きい範囲とすることが望ましい旨が併せて知見された。

0048

次に、上記知見に基づいた圧延条件でもって実際に調質圧延を行う場合の工程について図5を参照して説明する。図5は本発明の実施の形態にかかる調質圧延設備1を備えた圧延ライン50の概略説明図である。なお、調質圧延設備1の構成については図1にて説明したので図5では簡略化して図示している。図5に示すように、圧延ライン50には、上流から順に連続焼鈍炉52、トリミング装置58、調質圧延設備1、せん断機60が設けられている。また、連続焼鈍炉52とトリミング装置58との間にはブライドルロール61が配置されており、圧延ライン50の最下流(せん断機60の下流)には、調質圧延された金属ストリップSを巻き取る巻き取りリール62が設けられている。

0049

また、連続焼鈍炉52は予熱帯52a、均熱帯52b、冷却帯52cから構成されており、調質圧延設備1は上述したように第1スタンド3及び第2スタンド4の2つの調質圧延機が連続して設けられた構成であり、いずれのスタンドも6重圧延機である。なお、これら2スタンドの圧延機はワークロールベンダー、中間ロールシフト中間ロールベンダー等(図示せず)を備えた一般的な6重圧延機である。

0050

図5に示す圧延ライン50では、先ず、連続焼鈍炉52の上流に配置される接合機ルーパー及び電清装置(いずれも図示せず)において冷間圧延されたコイルが連続的に接合され、表面が清浄化された金属ストリップSが連続焼鈍炉52に連続的に供給される。そして、予熱帯52a、均熱帯52b、冷却帯52cを経て熱処理が施された金属ストリップSはブライドルロール61を介してトリミング装置58に供給される。このトリミング装置58では金属ストリップSの幅方向両端部に形状不良(例えば耳割れ部のクラック等)が発生している場合に、必要に応じて金属ストリップSの幅方向両端部を切り取る(所謂トリミング)が行われる。

0051

続いて金属ストリップSは調質圧延設備1に供給される。この調質圧延設備1では、図1を参照して上記説明した第1スタンド3及び第2スタンド4において金属ストリップSの圧下・形状矯正を行うと共に粗度の調整が行われる。ここで、本発明者らが得た知見に基づき、この調質圧延設備1での金属ストリップSの圧下・形状矯正や粗度の調整においては、板形状に優れ且つ板破断なく、表面粗度が良好な状態とするために張力負荷比σ/σyを0.12以上0.48以下とし、また、第1スタンド3及び第2スタンド4のワークロール粗度を2μmRa以上5μmRa以下とし、更に、第1スタンド3及び第2スタンド4の上下ワークロールのPPIを200以上400以下とし、且つ第2スタンド4の上下ワークロールのPPIを第1スタンド3の上下ワークロールのPPIよりも大きくすることで好適な調質圧延が実施される。

0052

そして調質圧延された金属ストリップSはせん断機60によって製品に合わせた長さにせん断され、巻き取りリール62によって巻き取られ最終製品コイルとなる。

0053

以上説明した方法によれば、板厚精度・板形状に優れ且つ板破断なく例えば引張り強さ1100MPa以上の高張力鋼板である金属ストリップSの調質圧延が行われる。加えて板の表面粗度が良好な製品を効率的に製造することが可能となる。

0054

また、圧延ラインにトリミング装置58を設けたことにより、金属ストリップSに大きな耳割れがある場合に生じてしまうスタンド間での金属ストリップSの破断を防止することができ、生産性を良好に保つことが可能となる。

0055

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。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得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。

0056

例えば上記実施の形態において調質圧延設備を構成する圧延機(圧延スタンド)は2スタンドの6重圧延機である場合を図示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、あらゆる構成の圧延スタンドで調質圧延を実施する場合に適用可能である。

0057

本発明者らは、本発明の効果を実証するため、本発明にかかる調質圧延設備・方法によって高張力鋼板の金属ストリップを圧延した。圧延条件を具体的に説明すると、図1に示した構成の調質圧延設備において全てのワークロールの直径を490mm、胴長2000mmとし、全ての中間ロールの直径を550mm、胴長2000mmとし、全てのバックアップロールの直径を1350mm、胴長2000mmとした。また、第1スタンドのワークロール粗度は3.2μmRa、PPIは280とし、第2スタンドのワークロール粗度は3.8μmRa、PPIは330とした。

0058

先ず、比較例(従来技術)として第2スタンドは開放して圧下は行わず、張力負荷比を0.04として第1スタンドのみで調質圧延を行った。調質圧延を行うのは引張り強さが1470MPaの150キロハイテンであり、この金属ストリップの板厚は1.008mm、板幅は1240mmのコイルである。また、圧延速度は600m/minとした。
このとき、圧延荷重を圧延設備のワークロールと中間ロールとの最大ヘルツ応力限界からくる最大荷重限界である26MNとしても、ストリップの伸びは得られず、所望とする板形状および表面粗度の製品は得られなかった。

0059

続いて、実施例(本発明技術)として、同じ圧延設備において第2スタンドの圧延荷重を12MNとし、第1スタンドの伸び率を0.5%、張力負荷比を0.3として調質圧延を行った。
このとき、第1スタンドの圧延荷重を圧延荷重限界以下の22MN、第2スタンドの伸びを0%として調質圧延することが可能となり、良好な板形状と目標とする表面粗度を有する金属ストリップS製品を得ることが可能であった。

実施例

0060

以上説明した比較例と実施例とを比べ、本発明にかかる技術によって高張力鋼板(金属ストリップ)を板形状に優れ、表面粗度が良好となるように効率的に製造できることが実証・確認された。

0061

本発明は、引張り試験における引張り強さが1100MPa以上の高張力鋼板(金属ストリップ)を板厚精度と板形状に優れ且つ板破断無く効率的に製造することが可能な調質圧延方法、調質圧延設備及び圧延ラインに適用できる。

0062

1…調質圧延設備
3…第1スタンド
4…第2スタンド
10、20…上ワークロール
11、21…下ワークロール
13、23…上中間ロール
14、24…下中間ロール
16、26…上バックアップロール
17、27…下バックアップロール
30、31…ワークロールベンダー
33、34…圧延荷重検出装置
36、37…電動圧下装置
38、39…油圧圧下装置
40、41…測定用ロール
45…テンションロール
50…圧延ライン
52…連続焼鈍炉
58…トリミング装置
60…せん断機
61…ブライドルロール
62…巻き取りリール
S…金属ストリップ

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