JP2000176513A - 調質圧延用ロール、調質圧延方法および調質圧延金属板 - Google Patents

調質圧延用ロール、調質圧延方法および調質圧延金属板

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利幸 白石
Yoshihisa Takahama
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板など各種金属帯板の調質圧延において、
圧延材との摩擦発熱に起因するサーマルクラウンの発生
および成長を抑制することで、圧延寿命を大幅に延長
し、生産性および作業能率を向上させる。 【解決手段】 ６角以下の多角形の１種または２種以上
を多数個と、これらを囲む連続した溝とからなる規則正
しい幾何学的模様が形成され、多角形内の表面粗さがＲ
ａ０．５〜５．０μｍ、多角形の長径がロール圧延材接
触弧長の１／２０〜１／５、かつ溝の深さが５０μｍ以
上、溝の幅が１００〜５００μｍである調質圧延用ロー
ル。前記ロールをワークロールとし、ウエットまたはド
ライで帯状金属を伸び率０．１〜５．０％の範囲で圧延
する調質圧延方法。前記方法により圧延され、両面ある
いはいずれか一方の面に、前記ロールの幾何学的模様が
転写され、模様の畝高さが１０〜２００μｍの調質圧延
金属板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の調質圧
延用ロール、該ロールをワークロールに使用して摩擦発
熱を抑制した調質圧延方法、および該方法により得られ
る形状良好な調質圧延金属板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】調質圧延はスキンパス圧延とも呼ばれ、
冷間圧延し焼鈍した金属帯板を軽圧下圧延する処理であ
り、一般的には帯板の形状を整えるとともに、用途に応
じて表面光沢を向上させ、あるいは所望の表面粗さや凹
凸模様を付与するために行われる。低炭素鋼板等のフェ
ライト系鋼板においては、焼鈍材の降伏点伸びを超える
伸び率を与えることで、ストレッチャストレインの発生
防止をも目的として行われる。ワークロールには大径の
ものが使用され、圧延油を使用しないドライ圧延と圧延
油を使用するウエット圧延がある。
【０００３】調質圧延された鋼板について、塗装性やプ
レス成形性などを向上させたダル仕上げ鋼板が知られて
いる。この鋼板は、ショットブラスト処理などにより表
面に凹凸を形成したロールを使用して調質圧延を行った
ものである。また特開昭５４−３１０６９号公報には、
調質圧延ロールの表面に種々の模様パターンを形成する
ことにより、鋼板製品の外観性、装飾性を向上させ、加
工成形性、形状性も兼備させることが開示されている。
【０００４】さらに特開平２−１７５８８２号公報に
は、頂面が平坦な独立した台形状の凸部および／または
頂面が平坦な連続した網目状の凸部からなる表面模様を
有するロールを使用してスキンパス圧延を行うことによ
り、自動車用外板などに使用される薄鋼板のプレス加工
性および塗装性を向上させるとともに、塗装後の鮮映性
にも優れた鋼板とすることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】調質圧延では、薄板製
品の形状を整えるために、ロールのプロフィルを最適な
状態に維持することが重要である。ところが、連続的に
圧延を行っていると摩擦発熱によりロールが膨張し、い
わゆるサーマルクラウンが発生してこれが成長し、薄板
製品に形状不良が生じるようになる。
【０００６】その対策として従来は、調質圧延機の形状
制御端、たとえばワークロールベンダーや中間ロールシ
フト等を用いて形状制御していたが、クォーター伸びや
２・４番伸びなどの複合形状を十分に制御することがで
きなかった。したがって、厳格な形状を要求される製品
に関しては、サーマルクラウンが大きく生成しない条
件、すなわち圧延速度を下げて圧延する必要があり、こ
のため生産性の低下を招いていた。ここでクォーター伸
びは、帯板のクォーター部つまり幅エッジから幅の１／
４の部分が伸びているもの、２・４番伸びは幅方向中央
部と耳部が伸びているものである。
【０００７】なお、上記公報に開示されている技術は、
調質圧延された製品板の表面に模様パターンを形成して
プレス加工性や塗装性を向上させるものであり、ロール
表面に形成する模様パターンはそのために限定されてい
て、十分なサーマルクラウン対策とはなり難いものであ
る。
【０００８】そこで本発明が解決しようとする課題は、
鋼板など各種金属帯板の調質圧延において、圧延材との
摩擦発熱に起因するサーマルクラウンの発生および成長
を効果的に抑制することで、ワークロールのロール寿命
を大幅に延長し、生産性および作業能率の向上に寄与す
ることのできる調質圧延用ロール、該ロールを使用する
調質圧延方法、および該方法により得られる調質圧延金
属板を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明ロールは、少なくとも圧延材と接触するロール
表面に、６角以下の多角形の１種または２種以上を多数
個と、該各多角形を囲む連続した溝とからなる規則正し
い幾何学的模様が形成され、前記多角形内の表面粗さが
平均粗さＲａで０．５μｍ以上５．０μｍ以下、前記多
角形の長径がロール圧延材接触弧長の１／２０以上１／
５以下であり、かつ前記溝の深さが５０μｍ以上、前記
溝の幅が１００μｍ以上５００μｍ以下であることを特
徴とする調質圧延用ロールである。
【００１０】また本発明法は、上記本発明の調質圧延用
ロールを、調質圧延機のワークロールに組込み、圧延油
を使用し、または使用せずに、帯状金属を伸び率０．１
％以上５．０％以下の範囲で圧延することを特徴とする
調質圧延方法である。
【００１１】さらに本発明金属板は、上記本発明法によ
り調質圧延され、両面あるいはいずれか一方の面に、６
角以下の多角形の１種または２種以上を多数個と、該各
多角形を囲む連続した畝からなる規則正しい幾何学的模
様が形成され、前記多角形内の表面粗さが平均粗さＲａ
で０．５μｍ以上５．０μｍ以下、前記多角形の長径が
ロール圧延材接触弧長の１／２０以上１／５以下であ
り、かつ前記畝の高さが１０μｍ以上２００μｍ以下、
前記畝の幅が１００μｍ以上５００μｍ以下であること
を特徴とする調質圧延金属板である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明ロールを図１に示す例によ
り説明する。図１(a) はロール１表面を平面に展開した
ものの拡大図、図１(b) は図１(a) のＡ−Ａ矢視断面図
である。本発明ロールには、この例のように、多数の多
角形４と、各多角形４を囲む連続した溝５とからなる規
則正しい幾何学的模様が形成されている。形成されてい
る範囲は、ロール表面の少なくとも圧延材と接触する部
位である。図１の例では、多角形４として正六角形のみ
を並べているが、その他の六角形でもよい。
【００１３】また、五角形、四角形、三角形といった６
角以下の多角形の１種のみ、あるいは２種以上を組合わ
せて、規則正しい幾何学的模様を形成することもでき
る。例えば、図３(a) は正五角形と菱形を組合わせて、
図３(b) は正方形のみで、図３(c) は菱形のみで、図３
(d) は直角二等辺三角形のみで、それぞれ模様を形成し
ている。これら各例において、模様の方向は任意にでき
る。例えば図１の例では、正六角形の対頂点を結ぶ方向
すなわち図の長辺の方向を、ロールの軸方向、周方向、
あるいはその間の任意の方向とすることができる。
【００１４】これら各多角形４内の表面粗さは、平均粗
さＲａで０．５μｍ以上５．０μｍ以下とする。溝５内
の表面粗さは任意でよい。そして、各多角形４の長径Ｄ
を、図２に示すロール圧延材接触弧長Ｌの１／２０以上
１／５以下とする。多角形４の長径Ｄは、図１に示すよ
うな最大径であり、２種以上の多角形を組合わせた場合
は、各多角形の長径の最大のものである。接触弧長Ｌ
は、図２のように、圧延材２がロール１に接触して変形
し始める点Ｓと、ロール１から離れる点Ｔとの間の扁平
したロール表面の長さである。また溝５の深さｄは５０
μｍ以上、溝５の幅ｗは１００μｍ以上５００μｍ以下
とする。
【００１５】ここでロール圧延材接触弧長Ｌ(mm)は、圧
延材１のロール入側板厚Ｈ(mm)、ロール出側板厚ｈ(m
m)、圧延荷重Ｐ(kgf) 、圧延材１の幅Ｗ(mm)、ロール１
の無荷重時の半径Ｒ(mm)、圧延時の扁平した半径Ｒ′(m
m)から、 (1)式および (2)式により求めることができ
る。νはロールのポアソン比、Ｅはロールのヤング率
(kgf/mm2 ) 、πは円周率である。
【００１６】 Ｒ′＝［１＋｛１６（１−ν2 ）／ＷπＥ}{Ｐ／（Ｈ−ｈ)}］Ｒ (1) Ｌ ＝［Ｒ′（Ｈ−ｈ）］0.5 (2) このような本発明ロールをワークロールとして調質圧延
を行うと、ロール表面に形成した多角形４と溝５からな
る幾何学的模様によってロールの表面積が増大する結
果、空冷によるロールの冷却効率が増大し、サーマルク
ラウンの発生およびその成長が著しく抑制される。その
効果はドライ圧延においてもウエット圧延においても顕
著である。
【００１７】圧延された製品の表面には、ロールの幾何
学的模様が転写されているので、潤滑剤を使用するプレ
ス加工等において加工性が向上する。そして表面の肉眼
的外観はいわゆるダル仕上げ材相当で、光沢むらにより
表面品質が損なわれることはない。
【００１８】ここで多角形４を６角以下としたのは、７
角以上になると、７角以上の各多角形の間を埋める多角
形が多くなり、ダル仕上げの範囲内での光沢むらが問題
となるおそれが生じるからである。また幾何学的模様を
不規則なものとしても、同様に光沢むらが問題となるお
それが生じる。
【００１９】多角形４の部分の表面粗さを、平均粗さＲ
ａで０．５μｍ以上５．０μｍ以下としたのは、調質圧
延後の板に要求される表面粗さのレベルがこの範囲であ
ること、Ｒａが５．０μｍを超えるとロールバイト内に
おける平均摩擦係数が非常に高くなり、材料の表層のせ
ん断変形が非常に大きくなるため、圧延後の板の材質特
性が損なわれること、およびＲａが０．５μｍ未満だと
圧延後の光沢むらが発生しやすくなることによる。
【００２０】圧延時にロールを空冷するときの冷却効果
は、多角形の長径Ｄとロール圧延材接触弧長Ｌの比Ｄ／
Ｌおよび溝幅ｗに影響され、図４に示すように適正範囲
がある。すなわち、Ｄ／Ｌが０．０５（１／２０）以上
０．２（１／５）以下の範囲で、かつ溝幅ｗが１００μ
ｍ以上５００μｍ以下で顕著な効果が認められる。溝幅
ｗが５００μｍを超えると、ロール温度は逆に上昇す
る。これは、溝幅を広げ過ぎるとロール圧延材界面にお
ける掘り起こし作用が増大し、摩擦係数が大きくなるた
めと考えられる。
【００２１】また溝深さｄについては、５０μｍ以上で
顕著な冷却効果が認められた。ｄの上限については、８
００μｍまでの範囲で顕著な効果が確認でき、ロールの
サーマルクラウンの観点からは制限はない。しかし、エ
ッチング等によるロールへの幾何学的模様の付与作業
や、加工後のロール保守などの観点から、溝深さｄの上
限を２００μｍ程度とするのが望ましい。
【００２２】このような本発明ロールを製造するには、
まずロール表面を研削し、多角形４内が上記範囲の粗さ
となるように仕上げる。ついで、フォトエッチング法等
により幾何学的模様を形成する。例えばフォトレジスト
膜を塗布したのち、所望の幾何学的模様の原図を通して
紫外線を照射し、現像し、酸液でエッチングして得るこ
とができる。
【００２３】つぎに本発明法は、上記本発明ロールをワ
ークロールに組込み、圧延油を使用し、または使用せず
に、帯状金属を調質圧延し、帯状金属の伸び率を０．１
％以上５．０％以下の範囲とする。伸び率が０．１％未
満では、圧延材の形状など調質圧延本来の目的が達成で
きず、５．０％を超えると、ロールの溝４の部分で形成
される圧延材の畝が高くなり過ぎ、コイルに巻き取る際
に支障となるおそれが生じることと、圧延後の材料の加
工性が悪くなる。
【００２４】本発明法においてロールの冷却は、従来と
同様、圧延材と接するロール面に冷風を吹き付ける等に
より行うことができる。そして、冷却効果が顕著に向上
するので、サーマルクラウンの発生および成長が抑制さ
れるほか、ドライ圧延においてはロール汚れの発生が抑
制され、ロール組替え頻度が大幅に減少して、生産性お
よび作業効率が向上する。ロール汚れは、圧延材表面に
極めて微量ではあるが残存している付着物がロール表面
に堆積して焼付く現象であり、汚れが模様が圧延材にプ
リントされて製品の表面性状を損ねる。対象とする圧延
材としては、深絞り加工用の低炭素鋼板のほか、ステン
レス鋼板、チタン板、チタン合金板など、各種金属板に
適用できる。
【００２５】つぎに本発明金属板は、上記本発明法によ
り調質圧延され、両面あるいはいずれか一方の面に、上
記本発明ロールの表面が転写された幾何学的模様が形成
されている。例えば図１のロール表面が転写されたもの
を示すと、図５に示すように、多角形４として正六角形
と、これを囲む連続した畝６とからなる規則正しい幾何
学的模様をなし、多角形４内の表面粗さが平均粗さがＲ
ａで０．５μｍ以上５．０μｍ以下、多角形４の長径Ｄ
がロール圧延材接触弧長Ｌの１／２０以上１／５以下で
あり、かつ畝６の高さｋが１０μｍ以上２００μｍ以
下、畝６の幅ｗが１００μｍ以上５００μｍ以下であ
る。幾何学的模様は、６角以下の多角形の１種または２
種以上とすることができる。畝６の高さｋは、上記本発
明ロールの溝５の深さｄとは必ずしも一致しない。それ
は、圧延材の伸び率を低くした場合、すなわち圧下率が
小さいときは、圧延材が溝５の底にまで入り込まないか
らである。
【００２６】本発明金属板において、畝６の高さｋを１
０μｍ以上としたのは、上記本発明法で必要な伸び率を
与える圧延を行った場合、ロールの溝５で形成される畝
６の高さがこの範囲となるからである。また畝６の高さ
ｋを２００μｍ以下としたのは、ｋが２００μｍを超え
ると、圧延後コイルに巻き取る際、畝６が変形したり、
他部位の擦り疵の原因になったりするからである。その
他の限定理由は上記本発明ロールで説明したとおりであ
る。
【００２７】このような本発明金属板は、前述のよう
に、いわゆるダル仕上げ材として、プレス加工など潤滑
剤を使用する加工において優れた加工性が発揮され、ダ
ル仕上げの範囲内での光沢むらは問題とならない。また
プレス加工以外の各種用途に適用することもできる。
【００２８】
【実施例】（１）調質圧延機の上下のワークロールに本
発明ロールを採用し、本発明法により、本発明金属板と
して低炭素鋼板を調質圧延した。ワークロール直径は４
８０mm、胴長２０００mmである。砥石研削後にショット
ブラスト処理を行い、表面粗さを平均粗さＲａで２μｍ
とした。その後、フォトエッチング法により図１に示す
ような幾何学的模様を形成し、その長径Ｄ、溝幅ｗ、溝
深さｄを変えたものについて実験した。
【００２９】上記低炭素鋼板の板幅は９８０mm、圧延機
出側の板厚０．３０mm、伸び率は約１％、圧延油なしの
ドライ圧延とし、ワークロール周速５００ｍ/min、入側
張力および出側張力２kgf/mm2 とした。このときの線荷
重は１０００ｔ／ｍであり、これら条件から、(1) 式お
よび(2) 式により求められるロール圧延材接触弧長Ｌは
約８mmである。
【００３０】ロールバイト出口近傍で上下ワークロール
に冷風を吹き付けつつ調質圧延を行い、定常圧延状態に
おけるワークロール中央部の表面温度を測定した。その
結果、表１に示すように、本発明例はいずれも従来例に
対しロール温度が低く、顕著な冷却効果が認められた。
なお従来例は、ショットブラスト処理で表面粗さをＲａ
２μｍとし、幾何学的模様は形成してないロールを使用
したものである。
【００３１】（２）表１の本発明例ＮＯ．１２、ＮＯ．
１７、ＮＯ．１８、および従来例ＮＯ．２０について、
ロール粗度落ち特性を調査し、ロール交換が必要とされ
るまでの圧延長さでロール寿命を調べた結果、本発明例
はいずれも従来例に対してロール寿命が５０％向上し
た。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【発明の効果】本発明ロールは、多数の多角形と各多角
形を囲む溝とで規則正しい幾何学的模様が表面に形成さ
れ、その寸法が限定されているので、これをワークロー
ルとして調質圧延を行うと、冷風吹き付けによるロール
の冷却効果が顕著に向上し、サーマルクラウンの発生お
よび成長が抑制される。
【００３４】この本発明ロールを使用し、本発明法で圧
延することにより、サーマルクラウンによる圧延材の形
状不良が生じ難く、ロール寿命が著しく延長する。した
がって、ロール組替え頻度が大幅に減少して、生産性お
よび作業効率が向上する。そして、得られた金属板の表
面はダル仕上げで光沢むらもなく、プレス加工に際して
は潤滑剤の保持効果により優れた加工性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a)は本発明ロールの幾何学的模様の例を示す
平面図、 (b)は(a) のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】本発明が対象とする圧延時の、ロールと圧延材
の界面を示す断面図である。
【図３】(a)、 (b)、 (c)、 (d)は本発明ロールの別の
例を示す平面図である。
【図４】本発明ロールにおける多角形の長径Ｄおよび溝
幅ｗの限定理由の一例を示すグラフである。
【図５】(a)は本発明金属板の幾何学的模様の例を示す
平面図、 (b)は(a) のＡ−Ａ矢視断面図である。
【符号の説明】
１…ロール ２…圧延材 ３…接触弧 ４…多角形 ５…溝 ６…畝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも圧延材と接触するロール表面
    に、６角以下の多角形の１種または２種以上を多数個
    と、該各多角形を囲む連続した溝とからなる規則正しい
    幾何学的模様が形成され、前記多角形内の表面粗さが平
    均粗さＲａで０．５μｍ以上５．０μｍ以下、前記多角
    形の長径がロール圧延材接触弧長の１／２０以上１／５
    以下であり、かつ前記溝の深さが５０μｍ以上、前記溝
    の幅が１００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴
    とする調質圧延用ロール。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の調質圧延用ロールを、調
    質圧延機のワークロールに組込み、圧延油を使用し、ま
    たは使用せずに、帯状金属を伸び率０．１％以上５．０
    ％以下の範囲で圧延することを特徴とする調質圧延方
    法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の方法により調質圧延さ
    れ、両面あるいはいずれか一方の面に、６角以下の多角
    形の１種または２種以上を多数個と、該各多角形を囲む
    連続した畝からなる規則正しい幾何学的模様が形成さ
    れ、前記多角形内の表面粗さが平均粗さＲａで０．５μ
    ｍ以上５．０μｍ以下、前記多角形の長径がロール圧延
    材接触弧長の１／２０以上１／５以下であり、かつ前記
    畝の高さが１０μｍ以上２００μｍ以下、前記畝の幅が
    １００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする
    調質圧延金属板。
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