圧延（金属加工）

ローリング概略図

ローリング可視化

金属加工において、圧延は金属成形工程の一種で、金属原料を１対以上のロール^{[ 1 ]}に通して厚さを減らしたり、厚さを均一にしたり、所望の機械的性質を付与したりする工程である。この概念は、生地を伸ばす工程に似ている。圧延は、圧延される金属の温度によって分類される。金属の温度が再結晶温度よりも高い場合、この工程は熱間圧延と呼ばれる。金属の温度が再結晶温度よりも低い場合、この工程は冷間圧延と呼ばれる。用途の点では、熱間圧延は他のどの製造工程よりも多くのトン数を処理し、冷間圧延はすべての冷間加工工程の中で最も多くのトン数を処理します。^{[ 2 ] [ 3 ]} 一対のロールを保持するロールスタンドは、圧延機にグループ化されており、金属、通常は鋼を構造用鋼( I 形鋼、アングル材、チャンネル材)、棒材、レールなどの製品に迅速に加工できます。ほとんどの製鉄所には、半製品の鋳造製品を完成品に 変換する圧延部門があります。

圧延プロセスには、リング圧延、ロール曲げ、ロール成形、プロファイル圧延、制御圧延など、多くの種類があります。

鉄鋼

スリッティング工場、1813年

圧延機の発明は、レオナルド・ダ・ヴィンチの絵にその起源があると記されている。^{[ 4 ]}最も初期の圧延機はスリッティングミルで、1590年に現在のベルギーからイギリスに導入された。このスリッティングミルは平らな棒をロールの間に通して鉄板を作り、さらに溝付きロール（スリッター）の間に通して鉄の棒を生産した。^{[ 5 ]}鉄を圧延してブリキを作る最初の実験は、1670年頃に行われた。1697年、ジョン・ハンバリー少佐はポンティプールに工場を建設し、「ポンティプール板」、つまり黒板を圧延した。後に、この黒板を再度圧延して錫メッキし、ブリキを作るようになった。ヨーロッパにおける初期の板鉄生産は、圧延機ではなく鍛冶屋で行われていた。

スリッティング工場は、1679 年頃に 2 つの特許の対象となった手段によって、樽用の輪や半円形またはその他の断面の鉄を生産するために改造されました。

圧延機に関する最も古い文献は、スウェーデンの技術者クリストファー・ポルヘムが1761年に発表した著書『愛国者の遺言』に遡ります。この著書の中で彼は、板鉄と棒鉄の両方の圧延機について言及しています。^{[ 6 ]} また、彼は圧延機が10本から20本以上の棒鉄を同時に生産できるため、圧延機によって時間と労力を節約できることも説明しています。

1759年、イギリスのトーマス・ブロックリーは金属の研磨と圧延に関する特許を取得しました。また、1766年には、イギリスのリチャード・フォードが最初のタンデム圧延機に関する特許を取得しました。^{[ 7 ]} タンデム圧延機とは、金属を連続したスタンドで圧延する圧延機のことです。フォードのタンデム圧延機は線材の熱間圧延に使用されました。

その他の金属

鉛の圧延工場は17世紀後半には存在していたようです。銅と真鍮も18世紀後半には圧延されていました。

現代のローリング

18世紀に入ってもかなり経つまで、圧延工場は水車から動力を得ていました。蒸気機関が直接圧延工場を駆動した最初の記録は、ジョン・ウィルキンソンのブラッドリー工場で、1786年にボルトン・アンド・ワットのエンジンがスリッター兼圧延工場に連結されたものです。蒸気機関の使用により、圧延工場の生産能力は大幅に向上しましたが、1900年以降すぐに電気モーターに取って代わられました。 ^{[ 8 ]}

Properzi ローラー、国立科学博物館、「レオナルド ダ ヴィンチ」、ミラノ

近代的な圧延技術は、イギリス、ハンプシャー州フェアハム近郊のファントレー製鉄所のヘンリー・コートの先駆的な努力によるものです。1783年、ヘンリー・コートは鉄筋の圧延に溝付きロールを用いたことで特許を取得しました。^{[ 9 ]}この新しい設計により、製鉄所はハンマーを使った場合に比べて1日あたり15倍の生産量を達成しました。^{[ 10 ]}コートは溝付きロールを初めて使用したわけではありませんが、当時知られていた様々な製鉄・成形プロセスの優れた特徴を数多く組み合わせた最初の人物でした。そのため、現代の著述家たちは彼を「近代圧延の父」と呼んでいます。

最初のレール圧延工場は、1820年にイギリスのノーサンバーランドにあるベッドリントン製鉄所でジョン・バーケンショウによって設立され、長さ15～18フィートの魚の腹のような錬鉄製レールを生産しました。 ^{[ 10 ]}圧延工場の技術進歩に伴い、圧延される製品のサイズとともに圧延工場のサイズも急速に大きくなりました。その一例は、1851年のロンドン万国博覧会でコンセット鉄工会社が長さ20フィート、幅3 1/2フィート、厚さ7/16インチ、重さ1,125ポンドの鋼板を展示したことです。^{[ 10 ]}圧延工場は1853年に重い形材の圧延に3段圧延機を導入し、さらに進化しました。

現代の圧延機は、初期の2段式や3段式の構成をはるかに超えて進化し、特定の材料や製品の要件に合わせた特殊な設計となっています。連続圧延機は線材、棒鋼、帯鋼の製造に広く使用されており、金属が一連の圧延スタンドを途切れることなく通過することで、高い生産速度と均一な品質を確保しています。タンデム圧延機は、複数のスタンドが直列に稼働する構造で、熱間および冷間ストリップ圧延で一般的に使用され、正確な厚さ制御と優れた表面仕上げを実現します。ユニバーサル圧延機は、水平ロールと垂直ロールの両方を使用し、 H形鋼、レール、幅広板を高い寸法精度で製造できます。 ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

熱間圧延と冷間圧延

熱延鋼板価格

熱間圧延

熱間圧延は、材料の再結晶温度を超える温度で行われる金属加工プロセスです。加工中に結晶粒が変形した後、再結晶することで等軸微細組織が維持され、金属の加工硬化が抑制されます。出発材料は通常、インゴット、スラブ、ブルーム、ビレットなどの半製品のような大型の金属片です。

• 
  浸漬坑から引き上げられたインゴット
• 
  冷たい板の積み重ね
• 
  貨車の鋼鉄塊
• 
  貨車上のビレット

これらの製品が連続鋳造工程で製造された場合、通常は適切な温度で圧延機に直接投入されます。小規模な工程では、材料は室温で加熱する必要があります。これは、大型のワークピースの場合はガスまたは油を燃料とする均熱炉で行われ、小型のワークピースの場合は誘導加熱が使用されます。材料の加工中は、温度が再結晶温度以上であることを確認するために監視する必要があります。

圧延前に鋼塊を加熱するために使用される浸漬ピット

安全係数を維持するために、仕上げ温度は再結晶温度よりも高い温度に設定されます。これは通常、再結晶温度より50～100℃（122～212°F）高い温度です。温度がこの温度を下回る場合は、追加の熱間圧延を行う前に材料を再加熱する必要があります。^{[ 14 ]}

熱間圧延鋼コイル

熱間圧延金属は、一般に機械的特性や変形誘起残留応力に方向性がほとんどありません。しかし、場合によっては非金属介在物が方向性を与え、厚さ20 mm（0.79インチ）未満のワークピースはしばしば方向性を持ちます。不均一な冷却は多くの残留応力を引き起こしますが、これは通常、Iビームなどの不均一な断面を持つ形状で発生します。完成品は高品質ですが、表面は高温で形成される酸化物であるミルスケールで覆われています。これは通常、酸洗または平滑洗浄表面（SCS）プロセスによって除去され、滑らかな表面が現れます。^{[ 15 ]}寸法公差は通常、全体寸法の2～5％です。^{[ 16 ]}

熱間圧延軟鋼は、冷間圧延鋼よりも炭素含有量の許容範囲が広いようで、そのため鍛冶屋にとって扱いが難しいようです。

熱間圧延は主に金属板や鉄道の線路などの単純な断面の製造に使用されます。

形状圧延設計

圧延機は、多くの場合、粗圧延機、中圧延機、仕上げ圧延機に分けられます。形状圧延では、通常 100 ～ 140 mm のエッジ径を持つ最初のビレット（円形または角形）が連続的に変形され、より小さな断面寸法と形状を持つ特定の完成品が作られます。特定のビレットから始めて、特定の最終製品を製造するためにさまざまなシーケンスを採用できます。ただし、各圧延機は非常に高価であるため（最大 200 万ユーロ）、圧延パスの数を減らすことが一般的な要件です。経験的知識、数値モデルの採用、人工知能技術など、さまざまなアプローチが実現されています。Lambiase ら^{[ 17 ] [ 18 ] は}、丸平パスで圧延された棒鋼の最終形状を予測するための有限要素モデル (FE) を検証しました。圧延機を設計する際の主な懸念事項の 1 つは、パスの数を減らすことです。このような要件を満たす解決策として、スリットパス（スプリットパスとも呼ばれる）があります。これは、入ってくる棒鋼を2つ以上のサブパーツに分割し、パスあたりの断面減少率を実質的に増加させることがLambiaseによって報告されています。^{[ 19 ]} 圧延機のパス数を削減するもう1つの解決策は、LambiaseとLangellaによって提案されたロールパス設計の自動化システムの使用です。^{[ 20 ]}その後、Lambiaseは人工知能に基づく自動化システム、特に遺伝的アルゴリズムに基づく推論エンジン、パラメトリック有限要素モデルによってトレーニングされた人工ニューラルネットワークに基づく知識データベースを含む統合システムを開発し、圧延機を最適化して自動的に設計しました。^{[ 21 ]}

冷間圧延

第一次世界大戦中、南ウェールズで冷間圧延される錫板

冷間圧延は、金属を再結晶温度（通常は室温）より低い温度で行うことで、ひずみ硬化によって強度を最大20%向上させます。また、表面仕上げが向上し、公差が狭くなります。冷間圧延製品には、一般的にシート、ストリップ、バー、ロッドなどがあり、これらの製品は通常、熱間圧延された同じ製品よりも小さくなります。ワークピースのサイズが小さく、熱間圧延材に比べて強度が高いため、4段圧延機またはクラスター圧延機が使用されます。^{[ 3 ]}冷間圧延では、熱間圧延ほど1回のパスでワークピースの厚さを減らすことはできません。

冷間圧延されたシートとストリップには、フルハード、ハーフハード、クォーターハード、スキンロールのさまざまな状態があります。フルハード圧延では厚さが 50% 減少しますが、他の圧延では減少量が少なくなります。冷間圧延された鋼はその後、冷間圧延鋼に延性を誘発するために焼きなましが行われ、これは単に冷間圧延およびクローズアニールと呼ばれます。スキンロールはスキンパスとも呼ばれ、減少量は最小で 0.5～1% です。これは、滑らかな表面、均一な厚さを生み出すために使用され、降伏点現象を低減します (後の処理でリューダース帯が形成されるのを防ぐことにより)。これにより転位が表面で固定され、リューダース帯が形成される可能性が低くなります。リューダース帯の形成を避けるためには、フェライトマトリックスに固定されていない転位の密度を十分に高める必要があります。これは亜鉛メッキ鋼のスパングルを分解するために使用されることもあります。スキンロールされた素材は通常、優れた延性が要求されるその後の冷間加工プロセスで使用されます。

断面が比較的均一で、横方向の寸法が比較的小さい場合、他の形状の鋼材も冷間圧延が可能です。冷間圧延には、通常、サイジング、ブレークダウン、荒加工、中荒加工、中仕上げ、仕上げといった一連の成形工程が必要です。

鍛冶屋で加工すると、鋼に含まれる炭素の含有量が少なくなり、滑らかで均一になるため加工が容易になりますが、コストが高くなります。^{[ 22 ]}

プロセス

ロール曲げ

ロール曲げ

ロール曲げ加工では、板材や鋼材から円筒形の製品を製造します。^{[ 23 ]}

ロール成形

ロール成形

ロール成形、ロール曲げ、または板圧延は、長い金属帯（通常はコイル状の鋼板）を連続したロール群（スタンド）に通し、各ロール群が曲げの増分部分のみを加工することで、所望の断面形状が得られるまで連続的に曲げ加工を行う工程です。ロール成形は、長尺部品や大量生産部品の製造に最適です。主な工程は4本ローラー、3本ローラー、2本ローラーの3つで、それぞれ出力板の要求仕様に応じて異なる利点があります。

フラットローリング

フラット圧延は、開始材料と終了材料の断面が長方形である最も基本的な形式の圧延です。材料は、反対方向に回転する作業ロールと呼ばれる2 つのローラーの間に送り込まれます。2 つのロール間の隙間は開始材料の厚さよりも小さいため、変形が発生します。材料の厚さが減少すると、材料が伸びます。材料とロールのインターフェースの摩擦により、材料が押し出されます。1 回のパスで可能な変形の量は、ロール間の摩擦によって制限されます。厚さの変化が大きいと、ロールは材料の上を滑るだけで、引き込みません。^{[ 2 ]}最終製品はシートまたはプレートのいずれかで、前者は厚さ 6 mm (0.24 インチ) 未満、後者はそれより大きいですが、厚板は圧延ではなく、鍛造と呼ばれるプレスを使用して成形される傾向があります。

金属の加工性を高めるため、ロールは加熱されることが多い。また、ワークがロールに付着するのを防ぐために、潤滑剤が使用されることが多い。プロセスを微調整するために、ロールの速度とローラーの温度が調整される。^{[ 24 ]}

厚さが 200 μm (0.0079 インチ) 未満の薄い金属板の場合、薄板には小径のロールが必要となるため、クラスター圧延機で圧延が行われます。 ^{[ 14 ]}小さなロールの必要性を減らすために、複数のシートをまとめて圧延して有効な開始厚さを増やすパック圧延が使用されます。箔シートがローラーを通過すると、円形またはカミソリのようなナイフでトリミングおよびスリットされます。トリミングは箔の端を指し、スリットは箔を複数のシートに切断することを意味します。^{[ 24 ]}アルミ箔はパック圧延で最も一般的に生産される製品です。これは 2 つの異なる表面仕上げからも明らかです。光沢のある面はロール側にあり、鈍い面はもう一方の箔シートに接しています。^{[ 25 ]}

リングローリング

リングローリングの概略図

リング圧延は、リングの直径を大きくする特殊なタイプの熱間圧延です。出発材料は厚肉リングです。このワークピースは、内側のアイドルロールとリングを外側から押す駆動ロールの2つのロールの間に置かれます。圧延が進むにつれて、直径が増加するにつれて壁の厚さが減少します。ロールはさまざまな断面形状に成形できます。結果として得られる結晶構造は円周方向になり、より優れた機械的特性が得られます。直径は最大8 m（26フィート）、面高は最大2 m（79インチ）まで可能です。一般的な用途には、鉄道タイヤ、ベアリング、ギア、ロケット、タービン、飛行機、パイプ、圧力容器などがあります。^{[ 15 ]}

構造形状の圧延

連続圧延構造形状の断面。各圧延機によって誘発される変化を示す。

制御されたローリング

制御圧延は、制御された変形と熱処理を統合した熱加工処理の一種である。ワークピースを再結晶温度以上に加熱する熱は、熱処理にも使用されるため、その後の熱処理は不要になる。熱処理の種類には、微細結晶構造の生成、さまざまな変態生成物（鋼中のフェライト、オーステナイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトなど）の性質、サイズ、分布の制御、析出硬化の誘発、靭性の制御などがある。これを達成するには、プロセス全体を厳密に監視および制御する必要がある。制御圧延における一般的な変数には、出発材料の組成と構造、変形レベル、各段階での温度、および冷却条件が含まれる。制御圧延の利点には、機械的特性の向上とエネルギーの節約がある。^{[ 16 ]}

鍛造圧延

鍛造圧延は、加熱された棒材またはビレットを2つの反対方向に回転するロールセグメントの間に通すことで、その断面積を減少させる縦方向の圧延プロセスです。このプロセスは主に、後続の型鍛造プロセスにおける材料分布を最適化するために使用されます。これにより、型鍛造プロセスにおいて、材料利用率の向上、プロセス抵抗の低減、部品の表面品質の向上が実現されます。^{[ 26 ]}

基本的に鍛造可能な金属であれば、鍛造圧延も可能です。鍛造圧延は主に、クランクシャフト、コネクティングロッド、ステアリングナックル、車軸などの部品において、長尺のビレットを狙い通りの質量分布で予備成形するために用いられます。鍛造圧延機は比較的大型のワークピースに対応可能で、ロールシステムは厚さ約127mm、長さ1mを超えるブランクを加工することができます。^{[ 27 ]}鍛造圧延では、最も狭い製造公差を部分的にしか実現できません。これが、鍛造圧延が仕上げ加工に用いられることはほとんどなく、主に予備成形に用いられる主な理由です。^{[ 28 ]}

鍛造圧延の特徴：^{[ 29 ]}

• 高い生産性と高い材料利用率
• 鍛造圧延加工品の良好な表面品質
• 工具寿命の延長
• 小型ツールと低ツールコスト
• 金型鍛造のみのワークピースと比較して最適化された結晶粒度分布により機械的特性が向上

ミルズ

圧延機は、圧延の種類に関係なく、共通の構造を持ち、圧延機または圧延機とも呼ばれます。 ^{[ 30 ]}

圧延工場

この真鍮板のような金属板を冷間圧延するための圧延機

• ワークロール
• バックアップロール – 圧延荷重による曲がりを防ぐために作業ロールに必要な堅固なサポートを提供することを目的としています。
• ローリングバランスシステム - 上部のワークロールとバックアップロールが下部のロールに対して適切な位置に維持されるようにします。
• ロール交換装置 - オーバーヘッドクレーンと、工場から取り外したり工場に挿入したりするためにロールの首に取り付けるように設計されたユニットを使用します。
• ミル保護装置 - バックアップロールチョックに加わる力が、ロールネックを破損させたり、ミルハウジングを損傷したりするほど大きくないことを保証する。
• ロール冷却および潤滑システム
• ピニオン – 2つのスピンドル間で動力を分配し、同じ速度で異なる方向に回転させるギア
• ギアリング - 希望の転がり速度を確立する
• 駆動モーター - 数千馬力の細い箔製品を圧延
• 電気制御 - モーターに印加される一定電圧と可変電圧
• コイラーとアンコイラー – 金属コイルを巻き取ったり巻いたりする

スラブは熱間圧延機や厚板圧延機の原料となり、ブルームはビレット圧延機でビレットに、または構造用圧延機で大形鋼に圧延されます。圧延機から出た鋼片はコイル状に巻かれ、その後、冷間圧延機の原料として、あるいは加工業者によって直接使用されます。ビレットは再圧延のため、その後、マーチャントミル、バーミル、またはロッドミルで圧延されます。マーチャントミルやバーミルでは、アングル材、チャンネル材、梁材、丸棒材（長尺またはコイル状）、六角形など、様々な形状の鋼材が生産されます。

構成

様々な圧延構成。凡例：A. 2段圧延、B. 3段圧延、C. 4段圧延、D. 6段圧延、E. 12段圧延クラスター、F. 20段圧延クラスター

圧延機は様々な構成で設計されているが、最も基本的なものは2段非逆転型で、これは2つのロールが一方向にしか回転しないことを意味する。2段可逆型圧延機は両方向に回転できるロールを備えているが、欠点は各パスの間でロールを停止、逆転させ、再び圧延速度に戻す必要があることである。この問題を解決するために、3段圧延機が発明された。これは一方向に回転する3つのロールを使用するもので、金属は2つのロールに通され、次にもう1つのロールを通って戻される。このシステムの欠点は、ワークピースをエレベーターで上げ下げする必要があることである。これらの圧延機はすべて通常一次圧延に使用され、ロールの直径は60～140cm（24～55インチ）の範囲である。^{[ 14 ]}

ロール径を最小化するために、4段式圧延機またはクラスター圧延機が用いられる。ロール径が小さいと、材料と接触するロールが少なくなり、必要な力と電力が少なくなるという利点がある。ロール径が小さいと剛性が低下するが、これはバックアップロールを用いることで克服できる。これらのバックアップロールはより大きく、小さいロールの裏側に接触する。4段圧延機には4つのロールがあり、小さいロールが2つ、大きいロールが2つである。クラスター圧延機には4つ以上のロールがあり、通常は3段に配置されている。これらのタイプの圧延機は、幅広の板材の熱間圧延、ほとんどの冷間圧延用途、および箔の圧延に広く用いられている。^{[ 14 ]}

このスケッチは4段ミルスタンドのコンポーネントを示しています

歴史的に、製粉所は生産する製品によって分類されていました。^{[ 31 ]}

• ブルーミングミル、コギングミル、スラブミルは、それぞれ完成したレール、形鋼、または板材を圧延するための準備工場です。可逆式の場合は直径34～48インチ、三段式の場合は直径28～42インチです。
• ビレットミルは3段式で、直径24～32インチのロールがあり、ブルームをさらに1.5×1.5インチのビレットに縮小するために使用されます。これは、棒鋼やロッドの予備ミルです。
• ビームミルは 3 段式で、直径 28 ～ 36 インチのロールを装備し、12 インチ以上の大型ビームやチャネルを製造します。
• 直径 26 ～ 40 インチのロールを備えたレール圧延機。
• 直径 20 ～ 26 インチのロールを備えた成形機で、小サイズの梁やチャネル、その他の構造形状を成形します。
• 直径 16 ～ 20 インチのロールを備えた商用バーミル。
• 直径 8 ～ 16 インチの仕上げロールを備えた小型商用棒鋼圧延機。通常は、より大きなサイズの粗加工スタンドと一緒に配置されます。
• 直径 8 ～ 12 インチの仕上げロールを備えたロッドおよびワイヤ圧延機。常に大型の粗加工スタンドが配置されています。
• フープおよびコットンタイ工場。小規模な商用バー工場に似ています。
• 直径 44 ～ 50 インチのロールと 140 ～ 180 インチの本体を備えた装甲板ミル。
• 直径28〜44インチのロールを備えたプレートミル。
• 直径20〜32インチのロールを備えたシートミル。
• 垂直ロールと水平ロールのシステムによって、角張ったエッジ、いわゆるユニバーサルプレートやさまざまな幅広フランジ形状を生産するためのユニバーサルミル。

タンデムミル

ループタワーのスケッチ

タンデムミルは、1パスで圧延を行う特殊なタイプの近代的な圧延機です。従来の圧延機では複数のパスで圧延を行いますが、タンデムミルでは複数のスタンド（2スタンド以上）があり、圧下は連続的に行われます。スタンド数は2スタンドから18スタンドまであります。

タンデム圧延機には、熱間圧延機タイプと冷間圧延機タイプがあります。

冷間圧延工場は、さらに連続処理とバッチ処理に分けられます。

連続圧延機にはループ状のタワーがあり、このタワー内で鋼板をゆっくりと圧延し続けると同時に、ストリップ溶接機が現在のコイルの末端を次のコイルの先頭に接合します。圧延機の出口には通常、フライングシャー（溶接部またはその近傍で鋼板を切断する）があり、その後に2台のコイラーが続きます。1台はコイルを降ろし、もう1台は現在のコイルを巻き取ります。

ループタワーは、連続焼鈍ライン、連続電解錫メッキライン、連続亜鉛メッキラインなど他の場所でも使用されます。

欠陥

長さに沿って厚さが変化する

熱間圧延において、被圧延材の温度が均一でないと、高温部では材料の流れが大きくなり、低温部では流れが少なくなります。温度差が大きいと、割れや裂けが発生する可能性があります。^{[ 14 ]} 低温部は、再加熱炉内の支持構造などによって生じます。

冷間圧延の場合、ストリップの厚さの変動のほとんどすべては、ホットストリップミルのスタンド 3 付近から完成品までのバックアップ ロールの偏心と円度の低下によって生じます。

油圧ピストンによるBUロールの真円度のずれの修正

バックアップロールの偏心は、スタックあたり最大100μmに達することがあります。偏心は、ミルをクリープ状態にし、鋼板を載せず、ミルスタンドを面より下に置いた状態で、力の変化を時間に対してプロットすることでオフラインで測定できます。

ポートケンブラのブルースコープ・スチールにある5スタンド冷間圧延機では、1986年から2009年に生産が停止されるまで、改良フーリエ解析が採用されていました。各コイルにおいて、鋼板1メートルあたりの出口板厚偏差の10倍がファイルに保存されていました。このファイルは、5μmから60μmまでの各周波数／波長について、0.1μm刻みで個別に解析されました。精度向上のため、各波長の整数倍（100倍）を使用するように配慮しました。算出された振幅は波長に対してプロットされ、各スタンドのバックアップロールによって生成される予想波長とスパイクを比較することができました。

圧延機スタンドに電動式メカニカルスクリューと直列に、または電動式メカニカルスクリューの代わりに油圧ピストンを取り付けることで、スタンドのバックアップロールの偏心の影響を排除することが可能です。圧延中、各バックアップロールの偏心は、圧延力をサンプリングし、各バックアップロールの回転位置の対応する部分に割り当てて決定されます。これらの記録は、偏心を相殺するように油圧ピストンを操作するために使用されます。

平坦性と形状

平坦な金属ワークピースにおいて、平坦度は基準面からの幾何学的偏差の程度を特徴付ける記述的属性です。完全な平坦度からの偏差は、熱間圧延または冷間圧延後のワークピースの緩和の直接的な結果であり、これはロールの不均一な横方向圧縮作用と、入側材料の不均一な幾何学的特性によって引き起こされる内部応力パターンによるものです。材料の平均印加応力に対する、差ひずみ／伸び誘起応力の横方向分布は、一般的に形状と呼ばれます。形状と平坦度の間には厳密な関係があるため、これらの用語は互換的に使用できます。金属ストリップおよびシートの場合、平坦度はワークピースの幅全体にわたる差繊維伸びを反映します。最終的な加工工程における金属シートの機械加工性を保証するためには、この特性を正確なフィードバックベースの制御にかける必要があります。平坦度のフィードバック制御に関する技術的な詳細は、^{[ 32 ]に記載されています。}

プロフィール

プロファイルは、クラウンとウェッジの測定値で構成されます。クラウンとは、ワークピースのエッジの平均厚さと比較した中央部の厚さです。ウェッジとは、一方のエッジの厚さをもう一方のエッジと比較した測定値です。どちらも絶対値または相対値で表すことができます。例えば、クラウンが2ミル（ワークピースの中心がエッジより2ミル厚い）の場合や、2%クラウン（ワークピースの中心がエッジより2%厚い）の場合などがあります。

通常、ワークピースにいくらかのクラウンを持たせることが望ましいです。これにより、ワークピースがミルの中心に引っ張られる傾向があり、より高い安定性で稼働するようになります。

平坦性

ロール偏向

ロール間の均一な隙間を維持することは困難です。なぜなら、ワークピースを変形させるために必要な荷重によってロールがたわむためです。このたわみにより、ワークピースの端部は薄く、中央部は厚くなります。この問題はクラウンローラー（放物面クラウン）を使用することで解決できますが、クラウンローラーは材料、温度、変形量という特定の条件しか補正できません。^{[ 16 ]}

ロールの変形を補正する他の方法としては、連続可変クラウン（CVC）、ペアクロスローリング、ワークロールベンディングなどがあります。CVC は SMS-Siemag AG 社が開発したもので、3 次多項式曲線をワークロールに刻み込み、ワークロールを横方向に均等かつ反対方向にシフトさせます。その結果、ロール間に放物線状の隙間ができ、横方向のシフトに応じて変化するため、ロールのクラウンを動的に制御できます。ペアクロスローリングでは、フラット クラウン ロールまたは放物線状のクラウン ロールを使用しますが、ロールの端を斜めにシフトすることで、ロールの端間の隙間が増加または減少するため、動的なクラウン制御が可能になります。ワークロールベンディングでは、ロールの端に油圧シリンダーを使用してロールのたわみを補正します。

たわみの問題を克服するもう一つの方法は、ロールにかかる負荷を軽減することです。これは、ロールに縦方向の力を加えることで実現できます。これは本質的には引き抜き加工です。ロールのたわみを低減する他の方法としては、ロール材料の弾性係数を高めることや、ロールにバックアップサポートを追加することなどがあります。^{[ 16 ]}

平坦性欠陥には次のような分類があります。

• 対称エッジ波 - エッジの材料が中央の材料よりも長いため、ワークピースの両側のエッジが「波状」になります。
• 非対称エッジ ウェーブ - 片側の素材がもう片側よりも長いため、片側のエッジが「波状」になっています。
• センターバックル - 中央のストリップが端のストリップよりも長いため、ストリップの中央は「波状」になっています。
• クォーターバックル - これは稀な欠陥で、繊維がクォーター領域（ストリップの中心と端部の間の部分）で伸びてしまうものです。これは通常、ロールの曲げ力が過大なために、ロールの全長にわたって曲げ力がロールのたわみを補正できないために発生します。

ワークピースの厚さが全幅にわたって同じであっても、平坦度に欠陥が生じる可能性があります。また、クラウンやウェッジがかなり高い場合でも、平坦な材料を生産できます。平坦な材料を生産するには、材料を全幅にわたって同じ割合で減厚する必要があります。これは、材料の質量流動性を維持する必要があり、材料の減厚が大きいほど、材料はより長く伸びるため重要です。材料が全幅にわたって同じ割合で伸びれば、ミルに入側した時の平坦度はミル出口でも維持されます。

下書き

圧延前の金属片の厚さと圧延後の金属片の厚さの差をドラフトといいます。つまり、を初期厚さ、を最終厚さとすると、ドラフトdは次のように表されます。 ${\displaystyle t_{i}}$ ${\displaystyle t_{f}}$

${\displaystyle d=t_{i}-t_{f}}$

ローラ半径R、ローラと金属表面間の 静摩擦係数fで達成できる最大ドラフトは次式で与えられる。

${\displaystyle d_{\max}=f^{2}R}$

これは、入口接触からの金属に対する摩擦力が出口接触からの負の力と一致する場合です。

表面欠陥の種類

表面欠陥には6つの種類がある：^{[ 33 ]}

ラップ

このタイプの欠陥は、角やフィンが折り曲げられて巻かれたが金属に溶接されていない場合に発生します。^{[ 34 ]}金属の表面に継ぎ目として現れます。

ミルシャーリング

これらの欠陥は、羽毛のようなラップとして発生します。

巻き尺

これは、ミルスケールが金属に圧延されたときに発生します。

かさぶた

これらは金属の表面に巻き込まれた、ばらばらの金属の長いパッチです。

縫い目

これらは金属の長さに沿って走る開いた破線であり、スケールの存在と粗削りミルのパスの粗さによって発生します。

スリヴァー

顕著な表面の破裂。

表面欠陥の修復

圧延半製品の表面欠陥の多くは、更なる圧延を行う前にスカーフィングによって除去することができます。スカーフィングの方法には、ノミを用いた手作業によるチッピング（18世紀および19世紀）、エアノミやグラインダーを用いた電動チッピングおよびグラインディング、酸素燃料トーチによる燃焼（ガス圧で炎によって溶融した金属またはスラグを吹き飛ばす）、^{[ 35 ]}、レーザースカーフィングなどがあります。

参照

• バーナード・ラウトは鉄の冷間圧延法を発明し特許を取得した。
• ジョン・B・タイタス、鋼鉄製造のための最初の実用的な幅広帯鋼連続圧延法の発明者
• タデウシュ・ゼンジミールは、鉄鋼や金属の加工における革命的な方法の名を残した人物である。
• 電子ビームテクスチャリングは、圧延機のシリンダーの表面に粗さを施すために使用されます。
• 引き出しスライドロール成形機
• カレンダー
• ロールベンダー

注記

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参考文献

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• ロバーツ、ウィリアム L. (1978)、「鋼の冷間圧延」、マルセル・デッカー、ISBN 978-0-8247-6780-8。
• ロバーツ、ウィリアム L. (1983)、「鋼の熱間圧延」、マルセル・デッカー、ISBN 978-0-8247-1345-4。
• ドージ、E. Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen、Technologien、Maschinen (ドイツ語)、第 2 版、Springer Verlag、2010 年、ISBN 978-3-642-04248-5

さらに読む

• ギンズバーグ、ウラジミール・B.; バラス、ロバート（2000年）『フラットローリングの基礎』CRCプレス、ISBN 978-0-8247-8894-0。
• リー・ヨンソク（2004）『ロッドとバーのローリング』CRC Press、ISBN 978-0-8247-5649-9。
• スワンク、ジェームズ・M.（1965年）、全時代における鉄の製造の歴史（第2版）、エアー出版、ISBN 978-0-8337-3463-1。
• リードヒル、ロバート他著『物理冶金学の原理』第3版、PWS出版、ボストン、1991年。ISBN 978-0-534-92173-6。
• Callister Jr., William D., Materials Science and Engineering - an Introduction , 6th Edition, John Wiley & Sons, New York, NY, 2003. ISBN 0-471-13576-3
• Suhel khan pathan、IJSRDV5I70206 「3 ローラーローリングマシン」 (IJSRD/Vol 5/Issue 07/2017/270)。ISSN 2321-0613 

外部リンク