张力模式的决定方法以及钢板的卷取方法与流程

1.本发明涉及张力模式的决定方法以及钢板的卷取方法。

背景技术：

2.在将冷轧钢板等钢板作为制品出厂或者向下一工序输送的情况下，通常卷绕成卷材状进行输送。在卷绕钢板时，在生产线的张力卷轴的心轴上一边对钢板施加适当的张力一边卷绕。被卷绕的钢板从心轴拔出而被输送。
3.作为在卷绕成上述卷材状的钢板上产生的故障，可举出卷材的最内卷部(最内径部分)压弯而向径向内侧突出的纽结、在使卷材成为使作为其侧面的圆筒面相对于地面垂直地立起的下降端状态时，卷材因重力而变形的压溃。若产生这样的纽结、压溃，则在制品的情况下，制品价值丧失而合格率降低，另外，即使是中间材的情况下，在下一工序中也无法插入用于支出卷材的放线盘，仍然导致成品率的降低。
4.产生上述纽结的原因被认为是因为卷材内卷部的周向应力压缩过多而压弯。另外，产生压溃的原因被认为是因为由于卷材的层间(构成卷材的钢板间)的径向的应力不充分，在层间摩擦不起作用而滑动。根据这样的考虑，以往作为防止卷材的纽结以及压溃的对策，提出了使卷绕钢板时的张力变化的技术。
5.例如，在专利文献1中提出了加强卷材内卷部的卷绕张力，对卷材外卷部减弱卷绕张力，由此防止卷材的压溃的方法。另外，在专利文献2以及3提出了涂覆有退火分离材料的钢板的卷绕中，使卷材内卷部以及卷材外卷部的张力比卷材中卷部的张力弱，由此防止压溃以及纽结的方法。并且，在专利文献4中提出了使卷材最内卷部的张力比卷材外卷部弱，并且根据板厚、钢板的变形阻力、钢板的表面粗糙度以及涂油量决定卷材最内卷部的张力，来防止纽结的方法。
6.专利文献1：日本特开昭62-70523号公报
7.专利文献2：日本特开昭63-140035号公报
8.专利文献3：日本专利第2717022号说明书
9.专利文献4：日本特开平6-71337号公报
10.然而，在上述专利文献1～4中，根据设为适当的卷绕张力的模式有多个可知，各个技术只能适用于特定的条件下。即、在卷绕的钢板的组成或者板厚的变化、钢板表面有无涂覆物或者其性状有变化时，即使在相同的卷绕条件下，也存在产生纽结、压溃的情况和不产生纽结、压溃的情况这样的问题。

技术实现要素：

11.因此，本发明的目的在于提出一种不管钢板的性状如何，都能够防止卷绕为卷材状的钢板的纽结以及压溃的一方或者双方的方法。
12.解决上述课题的本发明如下所述。
13.[1]一种张力模式的决定方法，是决定为了将钢板卷绕成卷材状而对上述钢板施
加的张力的模式的方法，上述张力模式使用卷材的径向的表观弹性模量来计算。
[0014]
[2]根据上述[1]所述的张力模式的决定方法，其中，在计算上述张力模式时，作为目的变量或者制约条件，使用卷材内的周向的应力。
[0015]
[3]根据上述[1]或者[2]所述的张力模式的决定方法，其中，在计算上述张力模式时，作为目的变量或者制约条件，使用卷材内的径向的应力。
[0016]
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的张力模式的决定方法，其中，上述钢板的板厚是0.5mm以下。
[0017]
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的张力模式的决定方法，其中，上述钢板在其至少一个表面具有涂覆层。
[0018]
[6]一种钢板的卷取方法，其通过上述[1]～[5]中任一项所述的张力模式的决定方法，决定在将钢板卷绕成卷材状时对上述钢板施加的张力的模式，根据决定出的张力模式将上述钢板卷绕为卷材状。
[0019]
根据本发明，不管钢板的性状如何，都能够防止卷绕为卷材状的钢板的纽结以及压溃的一方或者双方。
附图说明
[0020]
图1是说明层叠多张钢板来测定卷材的径向的弹性模量的方法的图。
[0021]
图2是表示将卷材卷绕在心轴上的状态的图。
[0022]
图3是说明在计算卷绕张力模式时，对每个卷材的匝数设定卷绕张力的情况的图。
[0023]
图4是说明在计算卷绕张力模式时，使用参数来设定卷绕张力的情况的图。
[0024]
图5是表示在发明例1中使用层叠钢板测定出的卷材的径向的弹性模量的压力依存性的图。
[0025]
图6是表示在发明例1中设定的卷绕张力模式的参数的图。
[0026]
图7是表示在发明例1中通过最优化计算而得到的卷绕张力模式的图。
[0027]
图8是表示在发明例1中设定的卷绕张力模式的参数的图。
[0028]
图9是表示在发明例2中通过最优化计算而得到的卷绕张力模式的图。
具体实施方式
[0029]
(张力模式的决定方法)
[0030]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明的张力模式的决定方法是决定为了将钢板卷绕成卷材状而对上述钢板施加的张力的模式的方法。这里，上述张力模式使用卷材的径向的表观弹性模量来计算。
[0031]
首先，对在卷绕钢板时对钢板施加的张力模式的决定中使用卷材径向的表观弹性模量的理由进行说明。一般，在将钢板卷绕成卷材状的情况下，即使在钢板表面没有涂层等涂覆物的情况下，因空气的卷入、钢板表面的凹凸，而在卷材的层间存在空气层。若存在这样的空气层，则卷材的径向的实际的(表观的)弹性模量比块状钢板的弹性模量小。
[0032]
这里，考虑对卷绕钢板而得到的卷材的最外卷部再卷绕一层钢板的情况。通过对追加卷绕的钢板施加的张力，而对已经卷绕有钢板的卷材的最外卷部施加卷材径向的压力。已经卷绕有钢板的卷材内部的应力状态因该径向的压力而变化，该变化量根据径向的
表观弹性模量而变化。因此，若卷材径向的表观弹性模量不同，则即使以相同条件卷绕钢板，卷绕后的卷材内的应力状态也不同。
[0033]
然而，卷材的压溃、纽结均根据卷材内部的应力状态而产生，所以卷材径向的表观弹性模量的不同会影响卷材的压溃、纽结的产生。因此，考虑到卷材径向的表观弹性模量，适当地控制卷绕后的卷材内的应力状态，由此能够防止卷材的压溃以及纽结的产生。
[0034]
《卷材径向的表观弹性模量的测定》
[0035]
优选用于钢板的卷绕张力模式的决定的卷材径向的表观弹性模量使用实际测定而得到的值，但也可以使用根据经验法则等认为近似卷材径向的表观弹性模量的值。优选测定卷材径向的表观弹性模量的方法是将钢板卷绕成卷材状的状态下的测定，但基于测定的简便性，也可以是使用在板厚方向上层叠有钢板的层叠体进行测定的方法。
[0036]
作为一个例子，对在板厚方向上层叠多枚钢板，来测定卷材径向的表观弹性模量的方法进行说明。图1是说明卷材径向的表观弹性模量的测定方法的示意图。具体而言，首先用挡板2夹持在板厚方向上层叠了多枚钢板的块1。接着，沿板厚方向施加压力3，测定块1的板厚方向的变形4。然后，基于测定出的变形4，计算块1的板厚方向的弹性模量。这样，能够近似地计算卷材径向的表观弹性模量。
[0037]
在块1的钢板的层叠枚数相对于实际的卷材的匝数过少的情况下，计算出的卷材径向的弹性模量与实际的弹性模量背离，所以优选钢板的层叠枚数是卷材的匝数的20％以上。
[0038]
另外，测定板厚方向的变形4的方法没有特别限定，例如可举出在挡板2之间夹着夹式引伸仪的方法、在块1的侧面贴附应变仪来测定变形的方法等。
[0039]
对块1施加的压力3在认为卷材层间的空气层、涂层非常薄，或者接近铁的杨氏模量，表观弹性模量不具有压力依存性的情况下，也可以将以适当的一点的压力测定出的弹性模量用作卷材的代表值(弹性模量)。但是，存在涂层、浆料等与铁相比充分柔软的涂覆层存在于钢板表面的情况、弹性模量根据压力较大地变化的情况。在这样的情况下，优选将弹性模量作为相对于压力3的函数进行测定。另外，在将弹性模量作为相对于压力3的函数进行测定的情况下，在将测定出的弹性模量用于卷绕张力的计算时，可以直接使用测定值，也可以用适当的函数拟合而作为近似值来使用。
[0040]
《卷绕张力模式的计算》
[0041]
接下来，对计算将钢板卷绕成卷材时的钢板的卷绕张力模式的方法进行说明。如上述那样，卷材的纽结、压溃与将钢板卷绕成卷材状、将卷绕的卷材从心轴取下的状态下的卷材内部的应力状态对应地产生。因此，在本发明中，根据钢板的卷绕张力模式来构建预测卷绕后的卷材内应力分布的模型，使用该模型来决定卷绕张力模式，以便成为所希望的卷材内应力分布。此时，卷材内应力分布取决于卷材的径向的表观弹性模量，所以上述预测模型需要使用卷材径向的表观弹性模量进行构建。
[0042]
以下，对卷材内应力分布的预测模型的一个例子进行说明。在本预测模型中，如图2所示，将钢板的卷绕视为薄壁圆筒的层叠，每卷绕一层就更新已卷绕的卷材内部的应力，得到卷绕后的应力状态。
[0043]
在将在图2的心轴5上从第一层卷材的最内层6的圆筒卷绕到第n层卷材的最外层7的圆筒的状态下的径向应力设为σr时，卷材内部的平衡的式子满足以下的式(1)。
[0044]
[数学式1]
[0045][0046]
这里，r是卷材内的径向的位置。另外，g(σr)2＝eθ/er(σr)，eθ是卷材的周向的弹性模量，er(σr)是卷材的径向的表观弹性模量。作为er(σr)的值优选使用用上述方法实际测定出的值。
[0047]
在处于平衡状态的卷材的最外卷部以张力t卷绕第n+1层钢板时，若从第一层到第n层的卷材部分的径向的应力变化为σr+δσr，则应力的增量δσr按照以下的式(2)。
[0048]
[数学式2]
[0049][0050]
此时，在卷材的最外卷部r＝rs以及最内卷部r＝rc中，满足表示以下的边界条件的式(3)以及(4)。
[0051]
[数学式3]
[0052][0053]
[数学式4]
[0054][0055]
这里，δr是钢板的厚度。基于以上的式子，通过反复进行在每卷绕一层钢板时将卷材内部的应力的增量δσr相加的操作直至到达规定的匝数，得到钢板的卷绕结束后的卷材内的应力分布σ
ron
。并且，在将从心轴拔出后的卷材内的应力分布设为σ
roff
＝σ
ron
+δσr时，来自σ
ron
的应力的增量δσr通过在表示以下的边界条件的式(5)以及(6)下计算式(2)而得到。
[0056]
[数学式5]
[0057][0058]
[数学式6]
[0059][0060]
另外，卷材周向的应力分布σθ能够使用以下的式(7)来计算。
[0061]
[数学式7]
[0062][0063]
通过以上的方法，得到拔出心轴后的卷材内的应力分布。由此，只要以卷材内的应力状态成为适合于纽结以及压溃的防止的分布的方式，改变钢板的卷绕张力模式即可。此
外，预测卷材内的应力分布的模型若是考虑了卷材径向的弹性模量的模型则并不限于上述情况，例如，也可以是使用有限元法(fem)解析等的方法。
[0064]
求出适当的卷绕张力模式的方法若是实现所希望的应力状态的方法则没有特别限定，例如存在进行将卷绕张力模式设为输入变量，将与纽结以及压溃相关的参数以及实际生产线的操作条件设为目的变量或者制约条件的最优化计算的方法。如图3所示，作为输入变量的卷绕张力模式也可以是以匝数n为单位将卷绕张力的值作为离散化的数列而赋予的方法。另外，如图4所示，也可以是更简便地将改变卷绕张力值、张力的匝数n参数化而赋予的方法。
[0065]
以成为能够抑制纽结以及压溃双方或者任一方的产生的条件的方式，选择钢板的卷绕张力模式的最优化计算的目的变量。另外，在制约条件中，根据需要添加能够抑制未赋予目的变量的纽结或者压溃的条件以及在生产线上可能的操作条件的范围。作为操作条件的制约条件只要以生产线为单位使用适当的条件即可，例如可举出卷绕张力的上限值以及下限值、卷绕张力的变化率的上限值以及下限值等。
[0066]
接下来，对成为决定卷材内的应力分布时的目的变量或者制约条件的项目的决定方法进行说明。在卷材内卷部的周向的应力是强的压缩应力的情况下，纽结是钢板向径向内侧压弯而突出的缺陷。因此，从抑制纽结的产生的观点考虑，将卷材内的周向应力作为目的变量或者制约条件而赋予是有效的。具体而言，在用负表示压缩应力的情况下，存在将卷材最内卷部的周向应力为恒定值以上作为条件的方法。或者也可以是使用从卷材最内卷部到适当的半径位置为止的周向应力的积分值、或者最大值或者最小值的方法。
[0067]
另一方面，认为压溃由于卷材内的径向的压缩应力弱，在卷材的层间没有作用足够的摩擦力，卷材层间滑动而产生。因此，从抑制压溃的产生的观点考虑，将卷材内径向应力作为目的变量或者制约条件而赋予是有效的。具体而言，在用负表示压缩应力的情况下，是将由以下的数学式(8)表示的从卷材最内卷部到最外卷部的径向应力的积分值是恒定值以下作为条件的方法。
[0068]
[数学式8]
[0069][0070]
或者在卷材的特定的区域影响压溃的情况下，也可以使用对上述式(8)的积分乘以适当的权重系数w(r)，而由以下的式(9)表示的积分值。
[0071]
[数学式9]
[0072][0073]
在求出钢板的卷绕张力模式时，也可以将卷材周向应力的分布和卷材径向应力的分布双方作为目的变量或者制约条件来使用，在仅纽结或者压溃的任一方是问题的情况下，也可以仅将该一方作为目的变量或者制约条件来使用。
[0074]
通过以上的方法，使用卷材径向的表观弹性模量来决定钢板的卷绕张力模式，由此能够防止纽结以及压溃双方。
[0075]
此外，根据本发明卷绕的钢板一般在分类为薄板的板厚是3mm以下的钢板中是有
效的，但板厚越薄则越容易产生纽结以及压溃，所以在板厚是0.5mm以下的情况下，特别有效。
[0076]
另外，将卷材径向的弹性模量用于钢板的卷绕张力模式的决定的本发明，在钢板表面具有涂覆层的情况下，特别有效。涂覆在钢板表面的涂覆层一般比钢板柔软，使卷材径向的表观弹性模量降低。此时，卷材内的应力分布与将卷材的径向的弹性模量假定为钢板的块的弹性模量的情况有很大不同，所以适当的钢板的卷绕张力模式也成为不同的模式。
[0077]
上述钢板表面的涂覆层例如可举出镀敷钢板的熔融镀锌、电镀锌、层压钢板中的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或者pp(聚丙烯)皮膜、方向性电磁钢板的脱炭退火后涂覆的以氧化镁(mgo)为主体的退火分离材料、无方向性电磁钢板的最终退火后涂覆的绝缘皮膜等。
[0078]
实施例
[0079]
以下，虽对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限于实施例。
[0080]
(发明例1)
[0081]
从板厚为0.5的冷轧钢板切出300片50mm见方的样品。不除去退火分离材料地将切出的300片样品沿板厚方向层叠，通过图1所示的方法，在层叠的钢板的板厚方向上施加压力，测定层叠钢板的板厚方向的变形，将层叠钢板的弹性模量作为卷材的径向的弹性模量进行测定。在图5中示出相对于测定出的卷材径向的应力的卷材径向的弹性模量。使用所得到的卷材径向的弹性模量，在表1所示的卷材的条件下，使用利用了式(1)～(7)的上述预测模型来计算卷材内的应力分布，决定钢板的卷绕张力模式。这里，如图6所示，将三个阶段的张力t1、t2以及t3、使张力的改变开始的卷材的匝数n1以及n2、改变张力的区间的张力的变化率α1以及α2作为参数来决定卷绕张力模式。
[0082]
[表1]
[0083]
表1
[0084][0085]
作为上述参数的初始条件以及制约条件，将各个参数的上下限值示于表3。另外，以防止卷材的纽结为目的，设定目的变量，以便将卷材最内径部的周向应力最大化、即将压缩应力最小化。另外，从防止卷材的压溃的观点考虑，以表2所示的初始条件卷绕时的由式(8)所示的卷材内的径向应力的积分值是-340mpa
·
mm，与此相对，作为更难以压溃的条件，将积分值为-350mpa
·
mm以下添加到制约条件。
[0086]
[表2]
[0087][0088]
在图7中示出以以上条件为基础进行最优化计算而得到的张力模式。在这次的发明例1中，得到了在卷绕钢板的初始阶段中，以下限值的张力进行卷绕，逐渐地增大卷绕张力，在中途使卷绕的增加率变缓的模式在防止卷材的压溃方面是最佳的结果。此时，卷材的
最内卷部的周向压缩应力在最优化前是18mpa，与此相对，在最优化后减少到3.1mpa。
[0089]
使用如上那样得到的张力模式卷绕钢板时，能够不产生纽结以及压溃地卷绕钢板。
[0090]
(发明例2)
[0091]
在将板厚为0.23mm的方向性电磁钢板脱炭退火之后，从将以mgo为主体的退火分离材料涂覆于钢板两面的钢板切出300片50mm见方的样品。不除去退火分离材料地将切出的300片样品沿板厚方向层叠，通过图1所示的方法，在层叠的钢板的板厚方向上施加压力，测定层叠钢板的板厚方向的变形，将层叠钢板的弹性模量作为卷材的径向的弹性模量进行测定。在图8中示出相对于测定出的卷材径向的应力的卷材径向的弹性模量。使用所得到的卷材径向的弹性模量，在表3所示的卷材的条件下，使用利用了式(1)～(7)的上述预测模型来计算卷材内的应力分布，决定卷绕张力模式。这里，与发明例1相同，使用图6所示的参数来决定卷绕张力模式。
[0092]
[表3]
[0093][0094]
作为上述参数的初始条件以及制约条件，将各个参数的上下限值示于表4。另外，以防止卷材的纽结为目的，设定目的变量，以便将卷材最内径部的周向应力最大化、即将压缩应力最小化。另外，从防止卷材的压溃的观点考虑，相对于以表4所示的初始条件卷绕时的由式(8)所示的卷材内的径向应力的积分值为-1210mpa
·
mm，作为更难以压溃的条件，将积分值为-1480mpa
·
mm以下添加到制约条件。
[0095]
[表4]
[0096][0097]
在图9中示出以以上条件为基础进行最优化计算而得到的张力模式。在这次的发明例2中，得到了在卷绕钢板的初始阶段中，以下限值的张力进行卷绕，逐渐地增大卷绕张力，在中途将张力提升到上限值的模式在防止纽结以及卷材的压溃这些方面是最佳的结
果。此时，卷材的最内卷部的周向压缩应力相对于在最优化前为69mpa，在最优化后减少到29mpa。
[0098]
使用如上那样得到的张力模式，卷绕作为退火分离剂涂覆了mgo的钢板时，能够不产生纽结以及压溃地卷绕钢板。
[0099]
工业上利用的可能性
[0100]
根据本发明，不管钢板的性状如何，都能够防止卷绕为卷材状的钢板的纽结以及压溃的至少一方，所以对炼铁行业有用。
[0101]
附图标记的说明
[0102]1…
层叠钢板
[0103]2…
挡板
[0104]3…
压力
[0105]4…
层叠钢板的高度
[0106]5…
心轴
[0107]6…
卷材的最内层
[0108]7…
卷材的最外层。

技术特征：

1.一种张力模式的决定方法，是决定为了将钢板卷绕成卷材状而对上述钢板施加的张力的模式的方法，其特征在于，上述张力模式使用卷材的径向的表观弹性模量来计算。2.根据权利要求1所述的张力模式的决定方法，其中，在计算上述张力模式时，作为目的变量或者制约条件，使用卷材内的周向的应力。3.根据权利要求1或2所述的张力模式的决定方法，其中，在计算上述张力模式时，作为目的变量或者制约条件，使用卷材内的径向的应力。4.根据权利要求1～3中任一项所述的张力模式的决定方法，其中，上述钢板的板厚是0.5mm以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的张力模式的决定方法，其中，上述钢板在其至少一个表面具有涂覆层。6.一种钢板的卷取方法，其特征在于，通过权利要求1～5中任一项所述的张力模式的决定方法，决定在将钢板卷绕成卷材状时对上述钢板施加的张力的模式，根据决定出的张力模式将上述钢板卷绕为卷材状。

技术总结

本发明涉及张力模式的决定方法以及钢板的卷取方法。提供一种不管钢板的性状如何都能够防止卷绕为线圈状的钢板的纽结以及压溃中的至少一方或者双方的方法。是决定为了将钢板卷绕成线圈状而对上述钢板施加的张力的模式的方法，其特征在于上述张力模式使用卷材的径向的表观弹性模量来计算。向的表观弹性模量来计算。

技术研发人员：

末广龙一 渡边直纪 渡边稜介

受保护的技术使用者：

杰富意钢铁株式会社

技术研发日：

2021.05.19

技术公布日：

2022/12/30