JP2001262224A - 金属板材の連続せん断変形加工方法および該方法のための装置 - Google Patents
金属板材の連続せん断変形加工方法および該方法のための装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 金属薄板にせん断変形組織やせん断集合組織
を形成するためのせん断変形を連続的に付与できるせん
断変形加工方法および装置。 【解決手段】 中心に配置された表面を摩擦係数（μ）
０．１以上に粗面化した大径ロール（ＣＲ）の周面に沿
って複数の小径ロール（ＳＲ）が配置された構成を基本
とする長尺被加工金属板材ＰＤを進行させる押圧力Ｐ
〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）
（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材ＰＤの降伏せん
断応力、厚さおよび幅である。θは屈折角〕を発生させ
る該金属板材の送り装置により、最下流に配置された小
径ロールの出口に設けられたダイス中の通路を該金属板
材を進行させて該金属板材に連続的にせん断変形を付与
することにより、該金属板材のせん断変形組織やせん断
集合組織を形成することを特徴とする長尺被加工金属板
材の加工方法。
を形成するためのせん断変形を連続的に付与できるせん
断変形加工方法および装置。 【解決手段】 中心に配置された表面を摩擦係数（μ）
０．１以上に粗面化した大径ロール（ＣＲ）の周面に沿
って複数の小径ロール（ＳＲ）が配置された構成を基本
とする長尺被加工金属板材ＰＤを進行させる押圧力Ｐ
〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）
（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材ＰＤの降伏せん
断応力、厚さおよび幅である。θは屈折角〕を発生させ
る該金属板材の送り装置により、最下流に配置された小
径ロールの出口に設けられたダイス中の通路を該金属板
材を進行させて該金属板材に連続的にせん断変形を付与
することにより、該金属板材のせん断変形組織やせん断
集合組織を形成することを特徴とする長尺被加工金属板
材の加工方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、長尺の被加工金属
板材に連続的にせん断変形を付加し該金属板材にせん断
変形組織および／またはせん断集合組織を形成するため
の加工方法および該方法を実施するための長尺被加工金
属板材の加工装置に関する。ここで、金属板材とはコイ
ル状に巻かれる、厚さが約１０ｍｍ以下の薄板状のもの
を意味する。
板材に連続的にせん断変形を付加し該金属板材にせん断
変形組織および／またはせん断集合組織を形成するため
の加工方法および該方法を実施するための長尺被加工金
属板材の加工装置に関する。ここで、金属板材とはコイ
ル状に巻かれる、厚さが約１０ｍｍ以下の薄板状のもの
を意味する。
【０００２】
【従来技術】金属材料の強度σと結晶粒径ｄの間には次
のHall−Petch（数式１）の関係が成り立つことが知ら
れている。 σ＝σ0＋ｋy（１／√ｄ） 数式１ ここでσ0とｋyとは材料定数である。すなわち、結晶粒
径が減少するほど、材料の強度は上昇する。結晶粒の微
細化による金属材料の強化は合金元素の添加を必要とし
ないため、リサイクル性の観点からも有利な金属材料の
強化方法である。そこで結晶粒径を１μｍ以下まで微細
化しようとする試み、すなわち超微細化の研究が最近盛
んに行われている。結晶粒超微細化の手法は種々提案さ
れているが、実用化が最も有望なものは強ひずみ加工に
よる方法である。しかしながら、通常の塑性加工法を用
いる場合、変形とともに材料の寸法が変化する（断面積
が小さくなる）ため、実際に到達できるひずみには限界
がある。例えば、圧延加工の場合には、圧下率すなわち
加工度の増加とともに材料の板厚が減少するため、圧延
可能最小板厚に達すると、それ以上の加工は不可能とな
る。そこで材料の寸法が変化することなく少なくとも５
以上の大きな相当ひずみ（ε）を導入できる新たな加工
法が必要である。
のHall−Petch（数式１）の関係が成り立つことが知ら
れている。 σ＝σ0＋ｋy（１／√ｄ） 数式１ ここでσ0とｋyとは材料定数である。すなわち、結晶粒
径が減少するほど、材料の強度は上昇する。結晶粒の微
細化による金属材料の強化は合金元素の添加を必要とし
ないため、リサイクル性の観点からも有利な金属材料の
強化方法である。そこで結晶粒径を１μｍ以下まで微細
化しようとする試み、すなわち超微細化の研究が最近盛
んに行われている。結晶粒超微細化の手法は種々提案さ
れているが、実用化が最も有望なものは強ひずみ加工に
よる方法である。しかしながら、通常の塑性加工法を用
いる場合、変形とともに材料の寸法が変化する（断面積
が小さくなる）ため、実際に到達できるひずみには限界
がある。例えば、圧延加工の場合には、圧下率すなわち
加工度の増加とともに材料の板厚が減少するため、圧延
可能最小板厚に達すると、それ以上の加工は不可能とな
る。そこで材料の寸法が変化することなく少なくとも５
以上の大きな相当ひずみ（ε）を導入できる新たな加工
法が必要である。
【０００３】そのような加工法として、ＥＣＡＥ（Equa
l Channel Angular Extrusion）法またはＥＣＡＰ（Equ
al Channel Angular Pressing）法と呼ばれる、図６に
示す通路が屈曲したダイスを用いる押出し加工法があ
る。この方法は元来Ｓｅｇａｌらによって集合組織制御
法として発明され（V.M.Segal:Mater.Sci.Eng.,A271(19
99),322.など参照）、その後Ｖａｌｉｅｖら〔Phys.Sta
t.Sol.,(a)115(1989),451-457〕、堀田らほか〔まてり
あ第３７巻第９号(1999),767-774〕によって結晶粒微細
化方法として応用された強ひずみ加工法として提案され
てきている。この方法は材料の断面積を変化させること
なく単純せん断変形が導入できる点に特徴があり、この
加工を繰り返すことにより大きな相当ひずみ（ε＞５）
を付加することができる。現在この方法により得られた
アルミニウム合金は、１μｍ以下の粒径の超微細組織と
著しく高い強度を示すことが確認されている。しかしな
がらこのＥＣＡＥ法またはＥＣＡＰ法はピストンを用い
るため被加工材料の長さには制限があり、座屈を生じ易
いので薄板材の加工はできない。したがって、前記せん
断加工法はコイル材のような実用的な長尺材料の連続加
工に適用できない。
l Channel Angular Extrusion）法またはＥＣＡＰ（Equ
al Channel Angular Pressing）法と呼ばれる、図６に
示す通路が屈曲したダイスを用いる押出し加工法があ
る。この方法は元来Ｓｅｇａｌらによって集合組織制御
法として発明され（V.M.Segal:Mater.Sci.Eng.,A271(19
99),322.など参照）、その後Ｖａｌｉｅｖら〔Phys.Sta
t.Sol.,(a)115(1989),451-457〕、堀田らほか〔まてり
あ第３７巻第９号(1999),767-774〕によって結晶粒微細
化方法として応用された強ひずみ加工法として提案され
てきている。この方法は材料の断面積を変化させること
なく単純せん断変形が導入できる点に特徴があり、この
加工を繰り返すことにより大きな相当ひずみ（ε＞５）
を付加することができる。現在この方法により得られた
アルミニウム合金は、１μｍ以下の粒径の超微細組織と
著しく高い強度を示すことが確認されている。しかしな
がらこのＥＣＡＥ法またはＥＣＡＰ法はピストンを用い
るため被加工材料の長さには制限があり、座屈を生じ易
いので薄板材の加工はできない。したがって、前記せん
断加工法はコイル材のような実用的な長尺材料の連続加
工に適用できない。
【０００４】この問題を解決する試みとしてChakkingal
らは類似のダイスを用いた引抜き法であるＥＣＡＤ（Eq
ual Channel Angular Drawing）法を提案している（U C
hakkingal et al:Mater.Sci.Eng.,A266(1999),241-24
9）。しかし引抜き加工では、引き細りが起こる上、板
厚全体にわたって均一なせん断変形が起こりにくく、適
用可能な屈折角θに力学的な限界があり、またパス数の
増加は材料の加工硬化、すなわち延性の低下を引き起こ
し、破断に至るため、大ひずみの付加は事実上不可能で
ある。
らは類似のダイスを用いた引抜き法であるＥＣＡＤ（Eq
ual Channel Angular Drawing）法を提案している（U C
hakkingal et al:Mater.Sci.Eng.,A266(1999),241-24
9）。しかし引抜き加工では、引き細りが起こる上、板
厚全体にわたって均一なせん断変形が起こりにくく、適
用可能な屈折角θに力学的な限界があり、またパス数の
増加は材料の加工硬化、すなわち延性の低下を引き起こ
し、破断に至るため、大ひずみの付加は事実上不可能で
ある。
【０００５】ところで、金属製品の成形法として、深絞
り加工法がある。該方法は、ポンチとダイスを用いて薄
板をカップ状などに成形する加工法であるが、該方法に
より破断を生じることなく加工可能な素材ブランクの最
大径とポンチ径の比（限界絞り比）は材料の深絞り性に
依存する。そして該深絞り性は、金属素材（板材）の限
界絞り比が大きい材料ほど良い。この深絞り性は、薄板
の引張試験における幅ひずみと厚さひずみの比、すなわ
ちｒ値（Lankford値）に依存し、ｒ値が大きいほど深絞
り性が良い。そして、金属板材のｒ値は、該板材の結晶
学的集合組織（the crystallographic texture）と強い
相関がある。すなわち、立方晶金属の場合には＜111＞/
/ND（NDは板面の法線方向）の成分が強いほど、また＜1
00＞//NDの成分が弱いほどｒ値は大きくなる。
り加工法がある。該方法は、ポンチとダイスを用いて薄
板をカップ状などに成形する加工法であるが、該方法に
より破断を生じることなく加工可能な素材ブランクの最
大径とポンチ径の比（限界絞り比）は材料の深絞り性に
依存する。そして該深絞り性は、金属素材（板材）の限
界絞り比が大きい材料ほど良い。この深絞り性は、薄板
の引張試験における幅ひずみと厚さひずみの比、すなわ
ちｒ値（Lankford値）に依存し、ｒ値が大きいほど深絞
り性が良い。そして、金属板材のｒ値は、該板材の結晶
学的集合組織（the crystallographic texture）と強い
相関がある。すなわち、立方晶金属の場合には＜111＞/
/ND（NDは板面の法線方向）の成分が強いほど、また＜1
00＞//NDの成分が弱いほどｒ値は大きくなる。
【０００６】アルミニウムや銅などの面心立方晶（ＦＣ
Ｃ）金属の薄板は通常の圧延−焼鈍工程で製造された場
合には、立方体集合組織（＜100＞//ND）が発達し、深
絞り性が劣る。そこで圧延の際にせん断集合組織を発達
させれば＜111＞//ND成分が強まり、＜100＞//NDの成分
が弱まって深絞り性が向上することが分かっているが、
通常の圧延では、このせん断集合組織はロールから摩擦
力が作用する材料の表面層にしか形成されない。そのた
め、最近片ロール駆動圧延あるいは異周速圧延などの非
対称圧延を利用して積極的にせん断集合組織を発達させ
る方法が試みられている。しかし、板厚の中心部まで大
きなせん断変形を付加することは極めて困難である。
Ｃ）金属の薄板は通常の圧延−焼鈍工程で製造された場
合には、立方体集合組織（＜100＞//ND）が発達し、深
絞り性が劣る。そこで圧延の際にせん断集合組織を発達
させれば＜111＞//ND成分が強まり、＜100＞//NDの成分
が弱まって深絞り性が向上することが分かっているが、
通常の圧延では、このせん断集合組織はロールから摩擦
力が作用する材料の表面層にしか形成されない。そのた
め、最近片ロール駆動圧延あるいは異周速圧延などの非
対称圧延を利用して積極的にせん断集合組織を発達させ
る方法が試みられている。しかし、板厚の中心部まで大
きなせん断変形を付加することは極めて困難である。
【０００７】したがって、連続的に金属板材にその板圧
中心部まで大きなせん断変形を付加することによって、
せん断集合組織を発達させ、面心立方晶（ＦＣＣ）金属
の深絞り性を大きく改善できる新たな技術の開発が望ま
れている。更に、強いせん断変形組織および／または強
いせん断集合組織を形成することにより、結晶粒を微細
化して、強度、靱性を改善し、同時に／または絞り加工
性や磁気異方性を改善した構造用金属材料、特に鉄鋼、
アルミニウム、アルミニウム合金、銅および銅合金、チ
タンおよびチタン合金などの圧延工程を経て製造される
材料、が望まれている。
中心部まで大きなせん断変形を付加することによって、
せん断集合組織を発達させ、面心立方晶（ＦＣＣ）金属
の深絞り性を大きく改善できる新たな技術の開発が望ま
れている。更に、強いせん断変形組織および／または強
いせん断集合組織を形成することにより、結晶粒を微細
化して、強度、靱性を改善し、同時に／または絞り加工
性や磁気異方性を改善した構造用金属材料、特に鉄鋼、
アルミニウム、アルミニウム合金、銅および銅合金、チ
タンおよびチタン合金などの圧延工程を経て製造される
材料、が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、金属板材に強いせん断変形組織および／または強い
せん断集合組織を形成して、強度、靱性、耐触性を改善
し、同時／または優れた絞り加工性や磁気異方性を持つ
長尺構造用金属材料を製造する方法および該方法を実施
する装置を提供すること、特に鉄鋼、アルミニウム、ア
ルミニウム合金、銅および銅合金、チタンおよびチタン
合金などの圧延工程を経て製造される長尺材料の前記特
性を改善したものを製造する方法および該方法を実施す
るための装置を提供することである。前記所望のせん断
変形組織の形成およびせん断集合組織を発達させる方法
の原理は従来技術のところで説明したように知られてい
るから、このようなせん断変形組織および／またはせん
断集合組織を形成するせん断変形をいかにして連続的に
長尺の金属板材に付与することができるかを見出すこと
により前記課題を解決することができる。そこで、従来
のサテライトミルの技術をモディファイして、長尺の金
属板材を長さ方向に進行させる圧縮力を生じる機能を増
大させ、せん断変形を付与する屈曲通路を有する手段中
を長尺の金属板材を進行させる手段として利用できるよ
うにすることによって、長尺金属板材の前記加工を連続
的行うことができることを発見し、前記本発明の課題を
解決することが可能となった。
は、金属板材に強いせん断変形組織および／または強い
せん断集合組織を形成して、強度、靱性、耐触性を改善
し、同時／または優れた絞り加工性や磁気異方性を持つ
長尺構造用金属材料を製造する方法および該方法を実施
する装置を提供すること、特に鉄鋼、アルミニウム、ア
ルミニウム合金、銅および銅合金、チタンおよびチタン
合金などの圧延工程を経て製造される長尺材料の前記特
性を改善したものを製造する方法および該方法を実施す
るための装置を提供することである。前記所望のせん断
変形組織の形成およびせん断集合組織を発達させる方法
の原理は従来技術のところで説明したように知られてい
るから、このようなせん断変形組織および／またはせん
断集合組織を形成するせん断変形をいかにして連続的に
長尺の金属板材に付与することができるかを見出すこと
により前記課題を解決することができる。そこで、従来
のサテライトミルの技術をモディファイして、長尺の金
属板材を長さ方向に進行させる圧縮力を生じる機能を増
大させ、せん断変形を付与する屈曲通路を有する手段中
を長尺の金属板材を進行させる手段として利用できるよ
うにすることによって、長尺金属板材の前記加工を連続
的行うことができることを発見し、前記本発明の課題を
解決することが可能となった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、中心に
配置された表面を摩擦係数（μ）０．１以上に粗面化し
た大径ロールの周面に沿って複数の小径ロールが配置さ
れた構成を基本とする長尺被加工金属板材ＰＤを進行さ
せる押圧力Ｐ〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ
（θ／２）（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材ＰＤ
の降伏せん断応力、厚さおよび幅である。θは該大径ロ
ールの接線方向に対して交差する方向に屈折した通路と
接線方向とのなす角＝屈折角）〕を発生させる該金属板
材の送り装置により、最下流に配置された該小径ロール
の出口に設けられた進行方向に均一な断面を持ち、且つ
該大径ロールの接線方向に対して交差する方向に屈折し
た通路を形成するダイス中の通路を該金属板材を進行さ
せて該金属板材に連続的にせん断変形を付与することに
より、該金属板材のせん断変形組織および／またはせん
断集合組織を形成することを特徴とする長尺被加工金属
板材の加工方法である。好ましくは、進行方向に均一な
断面を持ち且つ該大径ロールの接線方向に対して交差す
る方向に屈折した通路を有するダイス中の通路は、該接
線方向に対して８０°以下の方向に屈折するように配置
されていることを特徴とする前記長尺被加工金属板材の
加工方法であり、より好ましくは、複数の小径ロール間
には進行する長尺被加工金属板材の座屈を防止するため
の、大径ロール周面に平行な面を持ち、該大径ロール表
面に対して該金属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２
０）の間隔を持って設置されたガイドシューが配置され
ていることを特徴とする前記長尺被加工金属板材の加工
方法であり、更に好ましくは、ダイス中に設けられた長
尺被加工金属板材が進行する該進行方向に均一な通路の
断面は、該長尺被加工金属板材の上面に接する取り替え
可能なアッパーインサート（ＵＩ）および／または前記
長尺金属板材の下面に接する取り替え可能なロウワーイ
ンサート（ＬＩ）によって調節可能であることを特徴と
する前記長尺被加工金属板材の加工方法である。
配置された表面を摩擦係数（μ）０．１以上に粗面化し
た大径ロールの周面に沿って複数の小径ロールが配置さ
れた構成を基本とする長尺被加工金属板材ＰＤを進行さ
せる押圧力Ｐ〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ
（θ／２）（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材ＰＤ
の降伏せん断応力、厚さおよび幅である。θは該大径ロ
ールの接線方向に対して交差する方向に屈折した通路と
接線方向とのなす角＝屈折角）〕を発生させる該金属板
材の送り装置により、最下流に配置された該小径ロール
の出口に設けられた進行方向に均一な断面を持ち、且つ
該大径ロールの接線方向に対して交差する方向に屈折し
た通路を形成するダイス中の通路を該金属板材を進行さ
せて該金属板材に連続的にせん断変形を付与することに
より、該金属板材のせん断変形組織および／またはせん
断集合組織を形成することを特徴とする長尺被加工金属
板材の加工方法である。好ましくは、進行方向に均一な
断面を持ち且つ該大径ロールの接線方向に対して交差す
る方向に屈折した通路を有するダイス中の通路は、該接
線方向に対して８０°以下の方向に屈折するように配置
されていることを特徴とする前記長尺被加工金属板材の
加工方法であり、より好ましくは、複数の小径ロール間
には進行する長尺被加工金属板材の座屈を防止するため
の、大径ロール周面に平行な面を持ち、該大径ロール表
面に対して該金属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２
０）の間隔を持って設置されたガイドシューが配置され
ていることを特徴とする前記長尺被加工金属板材の加工
方法であり、更に好ましくは、ダイス中に設けられた長
尺被加工金属板材が進行する該進行方向に均一な通路の
断面は、該長尺被加工金属板材の上面に接する取り替え
可能なアッパーインサート（ＵＩ）および／または前記
長尺金属板材の下面に接する取り替え可能なロウワーイ
ンサート（ＬＩ）によって調節可能であることを特徴と
する前記長尺被加工金属板材の加工方法である。
【００１０】本発明の第２は、中心に配置された表面が
摩擦係数（μ）０．１以上に粗面化された大径ロール
（ＣＲ）、該大径ロールの粗面と長尺被加工金属板材Ｐ
Ｄとの摩擦力により該金属板材を進行させる押圧力Ｐ
〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）
（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材ＰＤの降伏せん
断応力、厚さおよび幅である。θは屈折角）〕を発生さ
せるための圧下力Ｑ＝Ｐ／μを発生させるため該大径ロ
ールの周面に対して長尺被加工金属板材ＰＤの厚さより
小さい隙間を設け、且つ弾力性を持たせて取り付けられ
た複数の小径ロール（ＳＲ）、該小径ロール間に配置さ
れた該大径ロール周面に対して前記金属板材の厚さｔ×
（１．０５〜１．２０）の隙間もって対向する曲面をも
ったガイドシュー（ＧＳ）、および該小径ロールの最下
流のロールの出口側に配置されたダイスからなる前記金
属板材に連続的にせん断変形を付与して該金属板材を加
工する装置であり、該ダイス中には該最下流小径ロール
の周面に上流側端部がほぼ接し、該大径ロール周面と該
金属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の隙間をも
って対向する曲面、および該曲面とコーナー半径が該金
属板材の厚さｔ以下の折曲部を介して連続する該金属板
材を進行させる直線通路を形成する凹部を持つカバー
（Ｃ）、および該大径ロールの周面とほぼ接する曲面、
該接する曲面の上流端部と折曲して連続する、前記カバ
ーの該金属板材を進行させる通路を形成する凹部と共同
して該金属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の該
金属板材が通過する通路となる間隙を形成する凸部を持
つアバットメント（ＡＢ）からなり、且つ該大径ロール
周面とほぼ接する曲面の上流端部と該曲面の接線に対し
て折れ曲がって連続する前記アバットメントの凸部の平
面とで形成される屈折角θが８０°以下となるように配
置されており、これにより該金属板材が前記屈折角で屈
曲した通路を通過することによりせん断変形組織および
／またはせん断集合組織を形成するせん断変形が付与さ
れることを特徴とする長尺被加工金属板材の加工装置で
ある。好ましくは、ダイスの被加工金属板材が通過する
通路となる間隙はカバーの凹部に取り外し可能に設けら
れる耐摩耗性の材料からなるアッパーインサート（Ｕ
Ｉ）とアバットメントに形成された凹部に取り外し可能
に設けられた耐摩耗性の材料からなり、該カバーの凹部
に一部嵌合する凸部を形成するロウワーインサート（Ｌ
Ｉ）とによりその間隙が調整可能であることを特徴とす
る前記長尺被加工金属板材の加工装置であり、より好ま
しくは、小径ロール（ＳＲ）の周面並びにガイドシュー
（ＧＳ）およびカバー（Ｃ）の大径ロールの周面に対す
る面には長尺被加工金属板材ＰＤの厚さｔ−（０．１〜
０．３）ｍｍの深さ、および該金属板材の幅ｗ＋（０．
３〜０．７）ｍｍの幅の凹部が形成されていることを特
徴とする前記の長尺被加工金属板材の加工装置である。
摩擦係数（μ）０．１以上に粗面化された大径ロール
（ＣＲ）、該大径ロールの粗面と長尺被加工金属板材Ｐ
Ｄとの摩擦力により該金属板材を進行させる押圧力Ｐ
〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）
（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材ＰＤの降伏せん
断応力、厚さおよび幅である。θは屈折角）〕を発生さ
せるための圧下力Ｑ＝Ｐ／μを発生させるため該大径ロ
ールの周面に対して長尺被加工金属板材ＰＤの厚さより
小さい隙間を設け、且つ弾力性を持たせて取り付けられ
た複数の小径ロール（ＳＲ）、該小径ロール間に配置さ
れた該大径ロール周面に対して前記金属板材の厚さｔ×
（１．０５〜１．２０）の隙間もって対向する曲面をも
ったガイドシュー（ＧＳ）、および該小径ロールの最下
流のロールの出口側に配置されたダイスからなる前記金
属板材に連続的にせん断変形を付与して該金属板材を加
工する装置であり、該ダイス中には該最下流小径ロール
の周面に上流側端部がほぼ接し、該大径ロール周面と該
金属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の隙間をも
って対向する曲面、および該曲面とコーナー半径が該金
属板材の厚さｔ以下の折曲部を介して連続する該金属板
材を進行させる直線通路を形成する凹部を持つカバー
（Ｃ）、および該大径ロールの周面とほぼ接する曲面、
該接する曲面の上流端部と折曲して連続する、前記カバ
ーの該金属板材を進行させる通路を形成する凹部と共同
して該金属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の該
金属板材が通過する通路となる間隙を形成する凸部を持
つアバットメント（ＡＢ）からなり、且つ該大径ロール
周面とほぼ接する曲面の上流端部と該曲面の接線に対し
て折れ曲がって連続する前記アバットメントの凸部の平
面とで形成される屈折角θが８０°以下となるように配
置されており、これにより該金属板材が前記屈折角で屈
曲した通路を通過することによりせん断変形組織および
／またはせん断集合組織を形成するせん断変形が付与さ
れることを特徴とする長尺被加工金属板材の加工装置で
ある。好ましくは、ダイスの被加工金属板材が通過する
通路となる間隙はカバーの凹部に取り外し可能に設けら
れる耐摩耗性の材料からなるアッパーインサート（Ｕ
Ｉ）とアバットメントに形成された凹部に取り外し可能
に設けられた耐摩耗性の材料からなり、該カバーの凹部
に一部嵌合する凸部を形成するロウワーインサート（Ｌ
Ｉ）とによりその間隙が調整可能であることを特徴とす
る前記長尺被加工金属板材の加工装置であり、より好ま
しくは、小径ロール（ＳＲ）の周面並びにガイドシュー
（ＧＳ）およびカバー（Ｃ）の大径ロールの周面に対す
る面には長尺被加工金属板材ＰＤの厚さｔ−（０．１〜
０．３）ｍｍの深さ、および該金属板材の幅ｗ＋（０．
３〜０．７）ｍｍの幅の凹部が形成されていることを特
徴とする前記の長尺被加工金属板材の加工装置である。
【００１１】
【本発明の実施の態様】本発明をより詳細に説明する。 Ａ．本発明の連続せん断変形加工処理をする長尺被加工
金属板材の加工装置は、図１の構成からなる。サテライ
トミル圧延装置（図７）を基本としているが、長手方向
への長尺被加工金属板材の押出しを確実にするために、
大径ロールの表面を、例えば、平均粒径６５μｍのＳｉ
Ｃサンドペーパーにより周方向に研磨して粗面化すると
いう工夫がされている。また、最下流のサテライトロー
ルの出口に長尺被加工金属板材にせん断変形組織および
／またはせん断集合組織を形成するせん断変形を付与す
る屈曲通路を形成するようにダイス（ＥＣＡダイス）が
配置されている。各小径ロール（サテライトロール）
は、圧延機能を持たず（圧下率＜５％）、該小径ロール
が加える圧下力と、被加工金属板材と大径ロール表面と
の間の粗面の摩擦により実質的に長尺被加工金属板材を
せん断変形付与手段へ進行させる押圧力を発生させる手
段としての機能を持つ。圧下力を安定に加える機構とし
ては、従来使用されているスプリング式圧下装置、油圧
式圧下装置または剛性の低いハウジングとスクリュー式
圧下装置の組合わせを用いることができる。
金属板材の加工装置は、図１の構成からなる。サテライ
トミル圧延装置（図７）を基本としているが、長手方向
への長尺被加工金属板材の押出しを確実にするために、
大径ロールの表面を、例えば、平均粒径６５μｍのＳｉ
Ｃサンドペーパーにより周方向に研磨して粗面化すると
いう工夫がされている。また、最下流のサテライトロー
ルの出口に長尺被加工金属板材にせん断変形組織および
／またはせん断集合組織を形成するせん断変形を付与す
る屈曲通路を形成するようにダイス（ＥＣＡダイス）が
配置されている。各小径ロール（サテライトロール）
は、圧延機能を持たず（圧下率＜５％）、該小径ロール
が加える圧下力と、被加工金属板材と大径ロール表面と
の間の粗面の摩擦により実質的に長尺被加工金属板材を
せん断変形付与手段へ進行させる押圧力を発生させる手
段としての機能を持つ。圧下力を安定に加える機構とし
ては、従来使用されているスプリング式圧下装置、油圧
式圧下装置または剛性の低いハウジングとスクリュー式
圧下装置の組合わせを用いることができる。
【００１２】因みに、押圧力をＰとすると、 Ｐ＝μＱ（式１） と表すことができる。式１において、μは大径ロール表
面と被加工金属板材の間の摩擦係数、Ｑは各小径ロール
の圧下力（Ｑ１、Ｑ２、・・）の総和、即ちＱ＝Ｑ１＋
Ｑ２＋・・、但し、中心の粗面大径ロール（ＣＲ）と被
加工金属板材（ＰＤ）との間の摩擦は大きく、小径ロー
ル（サテライトロール、ＳＲ、の表面は平滑加工されて
いる）と被加工金属板材（ＰＤ）との間の摩擦は無視し
うる程度と仮定している。他方、被加工金属板材をダイ
ス通路中の屈曲部を通過させるのに必要な押出し圧力を
Ｐeとすると、 Ｐe＝２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）（式２） と表すことができる。式２において、ｋ、ｔおよびｗは
被加工金属板材ＰＤの降伏せん断応力、厚さおよび幅で
あり、θは屈折角である。また、式２はダイス通路と被
加工金属板材との間に摩擦がないと仮定して導いてい
る。従って、大径ロール表面の粗面化の程度と小径ロー
ルの圧下力の総和Ｑを被加工金属板材の降伏せん断応力
ｋ、厚さｔおよび幅ｗを考慮して調節することによっ
て、被加工金属板材をせん断変形を付与するダイス通路
中の屈曲部を通過させるのに必要な押出し圧力Ｐeを越
える押圧力Ｐを発生させることができる。即ち、押出し
加工が可能な条件は、 Ｐ＞Ｐe（式３） と表すことができる。一方、被加工金属板材がダイス通
路を通過するためには該金属板材はダイス通路中の屈曲
部で屈折を受ける前に塑性変形（圧縮変形）してはなら
ない。この条件は、 Ｐ＜√３ｋｔｗ（式４） と表すことができる。式２、式３、式４より押圧力Ｐ
は、 √３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）（式５） を満足する必要がある。式５よりθ＜８１．８゜でなけ
ればならない。
面と被加工金属板材の間の摩擦係数、Ｑは各小径ロール
の圧下力（Ｑ１、Ｑ２、・・）の総和、即ちＱ＝Ｑ１＋
Ｑ２＋・・、但し、中心の粗面大径ロール（ＣＲ）と被
加工金属板材（ＰＤ）との間の摩擦は大きく、小径ロー
ル（サテライトロール、ＳＲ、の表面は平滑加工されて
いる）と被加工金属板材（ＰＤ）との間の摩擦は無視し
うる程度と仮定している。他方、被加工金属板材をダイ
ス通路中の屈曲部を通過させるのに必要な押出し圧力を
Ｐeとすると、 Ｐe＝２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）（式２） と表すことができる。式２において、ｋ、ｔおよびｗは
被加工金属板材ＰＤの降伏せん断応力、厚さおよび幅で
あり、θは屈折角である。また、式２はダイス通路と被
加工金属板材との間に摩擦がないと仮定して導いてい
る。従って、大径ロール表面の粗面化の程度と小径ロー
ルの圧下力の総和Ｑを被加工金属板材の降伏せん断応力
ｋ、厚さｔおよび幅ｗを考慮して調節することによっ
て、被加工金属板材をせん断変形を付与するダイス通路
中の屈曲部を通過させるのに必要な押出し圧力Ｐeを越
える押圧力Ｐを発生させることができる。即ち、押出し
加工が可能な条件は、 Ｐ＞Ｐe（式３） と表すことができる。一方、被加工金属板材がダイス通
路を通過するためには該金属板材はダイス通路中の屈曲
部で屈折を受ける前に塑性変形（圧縮変形）してはなら
ない。この条件は、 Ｐ＜√３ｋｔｗ（式４） と表すことができる。式２、式３、式４より押圧力Ｐ
は、 √３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）（式５） を満足する必要がある。式５よりθ＜８１．８゜でなけ
ればならない。
【００１３】Ｂ．従って、中心に配置した大径ロール
（ＣＲ）と該大径ロールの周面に沿って配置された複数
の小径ロール（ＳＲ：サテライトロール）とにより、長
尺被加工金属板材の長手方向に式５を満足する押圧力を
確実にかつ安定に発生させる構成とする必要がある。図
には示していないが、小径ロールは、長尺被加工金属板
材の厚さｔ−（０．１〜０．３）ｍｍの深さおよび長尺
被加工金属板材の幅ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍの幅の
凹部を形成した構成とし、該金属板材の安定な（蛇行や
座屈などが発生しない）進行を実現させることができる
ようにしても良い。
（ＣＲ）と該大径ロールの周面に沿って配置された複数
の小径ロール（ＳＲ：サテライトロール）とにより、長
尺被加工金属板材の長手方向に式５を満足する押圧力を
確実にかつ安定に発生させる構成とする必要がある。図
には示していないが、小径ロールは、長尺被加工金属板
材の厚さｔ−（０．１〜０．３）ｍｍの深さおよび長尺
被加工金属板材の幅ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍの幅の
凹部を形成した構成とし、該金属板材の安定な（蛇行や
座屈などが発生しない）進行を実現させることができる
ようにしても良い。
【００１４】Ｃ．各小径ロール間には該被加工金属板材
の座屈を防止するため、耐摩耗性及び耐焼付き性を有す
る材料のガイドシュー（ＧＳ）が設けられている。該ガ
イドシューはこれを安定的に保持するスプリング（Ｓ
Ｐ）を用いてロールまたはロールチョックにより支持す
る構成としても良い。被加工金属板材の座屈を防止する
ため、ガイトシュー底面（大径ロールと対向し被加工金
属板材と接する曲面）と前記大径ロールの周面との隙間
は金属板材厚さｔ×（１．０５〜１．２０）となるよう
に設計されている。図示していないが、該ガイドシュー
の大径ロールの周面に対する面には長尺被加工金属板材
の厚さｔ−（０．１〜０．３ｍｍ）の深さ、および該金
属板材の幅ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍの幅の凹部を設
けて、該金属板材の安定な（蛇行や座屈などが発生しな
い）進行を実現することができるようにしても良い。
の座屈を防止するため、耐摩耗性及び耐焼付き性を有す
る材料のガイドシュー（ＧＳ）が設けられている。該ガ
イドシューはこれを安定的に保持するスプリング（Ｓ
Ｐ）を用いてロールまたはロールチョックにより支持す
る構成としても良い。被加工金属板材の座屈を防止する
ため、ガイトシュー底面（大径ロールと対向し被加工金
属板材と接する曲面）と前記大径ロールの周面との隙間
は金属板材厚さｔ×（１．０５〜１．２０）となるよう
に設計されている。図示していないが、該ガイドシュー
の大径ロールの周面に対する面には長尺被加工金属板材
の厚さｔ−（０．１〜０．３ｍｍ）の深さ、および該金
属板材の幅ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍの幅の凹部を設
けて、該金属板材の安定な（蛇行や座屈などが発生しな
い）進行を実現することができるようにしても良い。
【００１５】Ｄ．ダイスの具体的構成の一例を図２に示
す。ダイスはカバー（Ｃ）とアバットメント（ＡＢ）で
構成され、被加工金属板材が進行する等断面積の通路
は、カバー（Ｃ）の下側中央に形成された凹部とアバッ
トメント（ＡＢ）の上側中央の前記カバーの凹部に一部
嵌合する凸部により形成さる。その通路の間隙（深さ）
は、カバー凹部に取り外し可能に取り付けれれるアッパ
ーインサート（ＵＩ）および／またはアバットメントの
凹部に、前記カバー（Ｃ）に形成される凹部に一部嵌合
する凸部を形成する取り外し可能に取り付けれれるロウ
アーインサート（ＬＩ）により、被加工金属板材の厚さ
ｔ×（１．０５〜１．２０）に調整される。前記ＵＩお
よびＬＩ、特にＵＩの折曲部（コーナー部）近傍は進行
する被加工金属板材により摺擦され摩耗しやすいので、
特に耐摩耗性に優れた工具材料、例えば超硬合金、ＣＶ
Ｄ表面処理工具鋼などで作られている。被加工金属板材
はアッパーインサートの先端の折曲部で進行方向を急変
され、ダイス中の通路に水平方向に押出される。該折曲
部のコーナー半径は小さければ小さいほど良いが、最大
被加工金属板材の厚さｔ程度までは許容しうる。また、
ダイスの屈折角θは、被加工金属板材が最下流小径ロー
ルと折曲部の間で塑性変形しない条件により概ね８０゜
以下でなければならない。なお、被加工金属板材とガイ
ドシュー及びカバーとの間の摩擦をできるだけ小さく
し、アッパーインサートの折曲部の摩耗を防止するため
に、該金属板材の上表面には固体潤滑剤、例えばポリテ
トラフルオロエチレン（テフロン）微粉末などが供給さ
れるように設計される。さらに、前記ダイスの通路を通
過する被加工金属板材にはカバー（Ｃ）から該金属板材
表面に圧延油などの液体潤滑剤を供給することができる
孔（ＬＨ）を設ける構造とすることもできる（図２）。
また、カバー（Ｃ）の大径ロールの周面に対する面には
被加工金属板材の厚さｔ−（０．１〜０．３）ｍｍの深
さ、および該金属板材の幅ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍ
の幅の凹部を設けて、該金属板材の安定な進行を実現し
ている。
す。ダイスはカバー（Ｃ）とアバットメント（ＡＢ）で
構成され、被加工金属板材が進行する等断面積の通路
は、カバー（Ｃ）の下側中央に形成された凹部とアバッ
トメント（ＡＢ）の上側中央の前記カバーの凹部に一部
嵌合する凸部により形成さる。その通路の間隙（深さ）
は、カバー凹部に取り外し可能に取り付けれれるアッパ
ーインサート（ＵＩ）および／またはアバットメントの
凹部に、前記カバー（Ｃ）に形成される凹部に一部嵌合
する凸部を形成する取り外し可能に取り付けれれるロウ
アーインサート（ＬＩ）により、被加工金属板材の厚さ
ｔ×（１．０５〜１．２０）に調整される。前記ＵＩお
よびＬＩ、特にＵＩの折曲部（コーナー部）近傍は進行
する被加工金属板材により摺擦され摩耗しやすいので、
特に耐摩耗性に優れた工具材料、例えば超硬合金、ＣＶ
Ｄ表面処理工具鋼などで作られている。被加工金属板材
はアッパーインサートの先端の折曲部で進行方向を急変
され、ダイス中の通路に水平方向に押出される。該折曲
部のコーナー半径は小さければ小さいほど良いが、最大
被加工金属板材の厚さｔ程度までは許容しうる。また、
ダイスの屈折角θは、被加工金属板材が最下流小径ロー
ルと折曲部の間で塑性変形しない条件により概ね８０゜
以下でなければならない。なお、被加工金属板材とガイ
ドシュー及びカバーとの間の摩擦をできるだけ小さく
し、アッパーインサートの折曲部の摩耗を防止するため
に、該金属板材の上表面には固体潤滑剤、例えばポリテ
トラフルオロエチレン（テフロン）微粉末などが供給さ
れるように設計される。さらに、前記ダイスの通路を通
過する被加工金属板材にはカバー（Ｃ）から該金属板材
表面に圧延油などの液体潤滑剤を供給することができる
孔（ＬＨ）を設ける構造とすることもできる（図２）。
また、カバー（Ｃ）の大径ロールの周面に対する面には
被加工金属板材の厚さｔ−（０．１〜０．３）ｍｍの深
さ、および該金属板材の幅ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍ
の幅の凹部を設けて、該金属板材の安定な進行を実現し
ている。
【００１６】
【実施例】実施例 表面の被加工金属板材が通る部分をサンドペーパーによ
りＲｍａｘ≧１．５μｍに粗面化（後述の圧延油使用時
において、摩擦係数μ≧０．１に相当する）した直径３
５０ｍｍの大径ロール、４本の直径７６ｍｍの小径ロー
ルおよび屈折角θ＝５５°の図２に示したＥＣＡダイス
からなる加工装置を用いた。被加工材料として市販の板
厚１ｍｍ、板幅２０ｍｍの工業用純アルミニウムの焼鈍
材ＪＩＳ−Ａ１１００Ｐ−Ｏを用いた。該アルミニウム
の第１パスにおける降伏せん断応力は概ねｋ＝６０ＭＰ
ａである。加工条件は、全てのロールの周速を１．３ｍ
／分とし、被加工板材とガイドシューおよびカバーとの
間の摩擦係数を小さくするため、該板材の上表面には固
体潤滑剤のポリテトラフルオロエチレン（ファインケミ
カルジャパン株式会社製ＮＥＷ−ＴＦＥコート）を噴霧
した。更に、圧延油として株式会社出光興産製の非鉄用
圧延油（ＣＵ−５０）を全てのロール面、ガイドシュー
およびカバー潤滑孔に供給した。前記屈折角θに対応す
る押圧力は、前記式２より、 Ｐe＝２ｋｔｗｔａｎθ／２＝２（６０ＭＰａ）（１ｍ
ｍ）（２０ｍｍ）ｔａｎ２７．５°＝１．２５ｋＮ となる。そこで各小径ロールの圧下力をＱ１＝２ｋＮ、
Ｑ２＝Ｑ３＝Ｑ４＝４ｋＮに設定した。このとき前記式
１より、このときの押圧力は、 Ｐ＝μ（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４）＝０．１×（２＋４
＋４＋４）＝１．４ｋＮ となり、前記式３のＰ＞Ｐeを満足している。２パス以
降も同様にして式３を満足するように圧下力Ｑを調整し
た。このようにして最高４パスまで実施した。せん断変
形を被加工金属板材の板厚方向に均一に導入するために
各パス毎に被加工金属板材の表裏および先後端を反転し
た。
りＲｍａｘ≧１．５μｍに粗面化（後述の圧延油使用時
において、摩擦係数μ≧０．１に相当する）した直径３
５０ｍｍの大径ロール、４本の直径７６ｍｍの小径ロー
ルおよび屈折角θ＝５５°の図２に示したＥＣＡダイス
からなる加工装置を用いた。被加工材料として市販の板
厚１ｍｍ、板幅２０ｍｍの工業用純アルミニウムの焼鈍
材ＪＩＳ−Ａ１１００Ｐ−Ｏを用いた。該アルミニウム
の第１パスにおける降伏せん断応力は概ねｋ＝６０ＭＰ
ａである。加工条件は、全てのロールの周速を１．３ｍ
／分とし、被加工板材とガイドシューおよびカバーとの
間の摩擦係数を小さくするため、該板材の上表面には固
体潤滑剤のポリテトラフルオロエチレン（ファインケミ
カルジャパン株式会社製ＮＥＷ−ＴＦＥコート）を噴霧
した。更に、圧延油として株式会社出光興産製の非鉄用
圧延油（ＣＵ−５０）を全てのロール面、ガイドシュー
およびカバー潤滑孔に供給した。前記屈折角θに対応す
る押圧力は、前記式２より、 Ｐe＝２ｋｔｗｔａｎθ／２＝２（６０ＭＰａ）（１ｍ
ｍ）（２０ｍｍ）ｔａｎ２７．５°＝１．２５ｋＮ となる。そこで各小径ロールの圧下力をＱ１＝２ｋＮ、
Ｑ２＝Ｑ３＝Ｑ４＝４ｋＮに設定した。このとき前記式
１より、このときの押圧力は、 Ｐ＝μ（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４）＝０．１×（２＋４
＋４＋４）＝１．４ｋＮ となり、前記式３のＰ＞Ｐeを満足している。２パス以
降も同様にして式３を満足するように圧下力Ｑを調整し
た。このようにして最高４パスまで実施した。せん断変
形を被加工金属板材の板厚方向に均一に導入するために
各パス毎に被加工金属板材の表裏および先後端を反転し
た。
【００１７】前記加工後の被加工金属板材の種々の特
性。 処理前および各パス加工後の前記アルミニウム材料の機
械的性質を（株）島津製作所製インストロン型材料試験
機ＩＳ−５OOOを用いて調べた。試験片のサイズはＪＩ
Ｓ５号試験片の１／１０サイズ（平行部幅２．５ｍｍ、
標点間距離４．５ｍｍ）とした。引張速度は１．５ｍ／
分とした。面内異方性を調べるため試験片を引張方向と
圧延方向のなす角度が０゜、４５゜、９０゜の３種類と
なるようにワイヤー放電加工機で切り出した。また各パ
ス加工後の金属板材の組織を光学顕微鏡で観察撮影し、
集合組織を（株）リガク製Ｘ線回折装置ＲＡＤ−２Ｂで
測定した。その際、Ｃｕ−Ｋα特性Ｘ線を使用した。集
合組織としては＜111＞、＜100＞、＜110＞、＜311＞//
NDの回折強度の無方向性標準試料の強度に対する比、す
なわち相対軸密度を、水酸化ナトリウムによる化学研磨
によって板厚を減少させながら、板厚全体にわたって測
定した。
性。 処理前および各パス加工後の前記アルミニウム材料の機
械的性質を（株）島津製作所製インストロン型材料試験
機ＩＳ−５OOOを用いて調べた。試験片のサイズはＪＩ
Ｓ５号試験片の１／１０サイズ（平行部幅２．５ｍｍ、
標点間距離４．５ｍｍ）とした。引張速度は１．５ｍ／
分とした。面内異方性を調べるため試験片を引張方向と
圧延方向のなす角度が０゜、４５゜、９０゜の３種類と
なるようにワイヤー放電加工機で切り出した。また各パ
ス加工後の金属板材の組織を光学顕微鏡で観察撮影し、
集合組織を（株）リガク製Ｘ線回折装置ＲＡＤ−２Ｂで
測定した。その際、Ｃｕ−Ｋα特性Ｘ線を使用した。集
合組織としては＜111＞、＜100＞、＜110＞、＜311＞//
NDの回折強度の無方向性標準試料の強度に対する比、す
なわち相対軸密度を、水酸化ナトリウムによる化学研磨
によって板厚を減少させながら、板厚全体にわたって測
定した。
【００１８】試験結果 処理前および各パス加工後の金属板材の板幅方向に垂直
な断面の光学顕微鏡写真を図３（ａ）〜（ｅ）に示す。
素材は焼鈍材であるので、結晶粒径約３０μｍの等軸粒
を呈している。加工材は表面付近を除いて長手方向
（Ｒ．Ｄ．）に対して傾斜した方向に伸長した加工組織
である。このことから材料に所望のせん断変形を導入で
きたことがわかる。また伸長方向はパス回数の増加とと
もに長手方向に向かって回転しており、せん断変形が重
畳されることがわかる。
な断面の光学顕微鏡写真を図３（ａ）〜（ｅ）に示す。
素材は焼鈍材であるので、結晶粒径約３０μｍの等軸粒
を呈している。加工材は表面付近を除いて長手方向
（Ｒ．Ｄ．）に対して傾斜した方向に伸長した加工組織
である。このことから材料に所望のせん断変形を導入で
きたことがわかる。また伸長方向はパス回数の増加とと
もに長手方向に向かって回転しており、せん断変形が重
畳されることがわかる。
【００１９】図４は引張試験で得られた加工処理前およ
び各パス加工後の金属板材の引張強さと伸びをプロット
したものである。２パスまでは強度が上昇し、伸びは低
下するが、それ以降はあまり変化しない。金属板材の強
度は４５°方向が高い逆Ｖ形の分布の強い異方性を示し
ているが、その異方性はパス数の増加とともに減少して
いる。
び各パス加工後の金属板材の引張強さと伸びをプロット
したものである。２パスまでは強度が上昇し、伸びは低
下するが、それ以降はあまり変化しない。金属板材の強
度は４５°方向が高い逆Ｖ形の分布の強い異方性を示し
ているが、その異方性はパス数の増加とともに減少して
いる。
【００２０】図５は軸密度分布の推移をみたものであ
る。図の横軸は金属板材の厚さ方向の相対位置であり、
左端が各パスの上面、右端が下面に対応する。加工処理
前の金属板材は焼鈍材であるので＜100＞//ND成分（□
印）が厚さ全体にわたって高い。１パス後、金属板材の
厚さ中心部より上表面側では表面近傍の一部（↑印で示
す）を除いて、処理前の金属板材に比べて＜100＞//ND
の成分が減少し、＜111＞//ND成分（△印）が増加して
いる。２パス以降では金属板材を裏返すことにより、軸
密度の上下の非対称性が改善されている。パス数の増加
とともに、すなわちせん断変形の増加とともに、深絞り
性に有害な＜100＞//ND成分は減少し、深絞り性の向上
に効果のある＜111＞//ND成分は上昇している。
る。図の横軸は金属板材の厚さ方向の相対位置であり、
左端が各パスの上面、右端が下面に対応する。加工処理
前の金属板材は焼鈍材であるので＜100＞//ND成分（□
印）が厚さ全体にわたって高い。１パス後、金属板材の
厚さ中心部より上表面側では表面近傍の一部（↑印で示
す）を除いて、処理前の金属板材に比べて＜100＞//ND
の成分が減少し、＜111＞//ND成分（△印）が増加して
いる。２パス以降では金属板材を裏返すことにより、軸
密度の上下の非対称性が改善されている。パス数の増加
とともに、すなわちせん断変形の増加とともに、深絞り
性に有害な＜100＞//ND成分は減少し、深絞り性の向上
に効果のある＜111＞//ND成分は上昇している。
【００２１】前記装置の変形として、ダイスの出口側
に、更に長尺被加工金属板材の確実な進行を確保するた
めに、張力を付加する部材（例えばニップロール）を設
ける構造とすることもできる。
に、更に長尺被加工金属板材の確実な進行を確保するた
めに、張力を付加する部材（例えばニップロール）を設
ける構造とすることもできる。
【００２２】本発明の加工装置を圧延など既存の塑性加
工装置と組み合わせることによって、（１）強ひずみ加
工を与えること、（２）結晶粒を微細化すること、
（３）工業的に有用な物性（機械的性質、磁気的性質、
化学的性質など）を更に付与する集合組織に制御するこ
とが可能である。なお、本加工装置を複数回通過させる
際は反転して、その反転方法を適宜変更して通過させる
ことができる。また中間において適当な熱処理を行って
もよい。
工装置と組み合わせることによって、（１）強ひずみ加
工を与えること、（２）結晶粒を微細化すること、
（３）工業的に有用な物性（機械的性質、磁気的性質、
化学的性質など）を更に付与する集合組織に制御するこ
とが可能である。なお、本加工装置を複数回通過させる
際は反転して、その反転方法を適宜変更して通過させる
ことができる。また中間において適当な熱処理を行って
もよい。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の薄板の連続
せん断変形加工装置を用いれば、長尺の金属板材にその
寸法を変えることなく、せん断変形組織および／または
せん断集合組織を形成することにより、結晶粒を微細化
して、強度、靱性を改善し、優れた絞り加工性や磁気異
方性を持つ構造用金属材料を製造できるという優れた効
果がもたらされる。
せん断変形加工装置を用いれば、長尺の金属板材にその
寸法を変えることなく、せん断変形組織および／または
せん断集合組織を形成することにより、結晶粒を微細化
して、強度、靱性を改善し、優れた絞り加工性や磁気異
方性を持つ構造用金属材料を製造できるという優れた効
果がもたらされる。
【図１】 本発明の薄板の連続せん断変形加工装置の一
例
例
【図２】 図１におけるダイスの構造の具体的構成の一
例
例
【図３】 処理前のアルミニウム材料（ａ）および図１
の加工装置を通した後の前記材料（ｂ：１パス、ｃ：２
パス、ｄ：３パス、ｅ：４パス）の組織の光学顕微鏡写
真。
の加工装置を通した後の前記材料（ｂ：１パス、ｃ：２
パス、ｄ：３パス、ｅ：４パス）の組織の光学顕微鏡写
真。
【図４】 図３の（ａ）〜（ｅ）に対応する材料の引張
強さ、伸びの特性
強さ、伸びの特性
【図５】 図３の（ａ）〜（ｅ）に対応する材料軸密度
分布（Ｘ線回折）
分布（Ｘ線回折）
【図６】 従来のバッチ式せん断変形加工装置
【図７】 サテライトミル圧延装置を示す従来技術
ＣＲ 大径ロール ＳＲ 衛星ロール ＧＳ ガイドシュー ＳＰ スプリング Ｃ カバ
ー ＡＢ アバットメント ＵＩ アッパーインサート ＬＩ ロウアーインサート ＬＨ 潤滑穴 ＰＤ 被加工材（長尺被加工金属板材）
ー ＡＢ アバットメント ＵＩ アッパーインサート ＬＩ ロウアーインサート ＬＨ 潤滑穴 ＰＤ 被加工材（長尺被加工金属板材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｈ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４ 1/00 ６０４ ６０６ ６０６ ６２３ ６２３ ６３０ ６３０Ａ ６３０Ｂ ６３０Ｋ ６８５ ６８５Ｚ
Claims (7)
- 【請求項１】 中心に配置された表面を摩擦係数（μ）
０．１以上に粗面化した大径ロール（ＣＲ）の周面に沿
って複数の小径ロール（ＳＲ）が配置された構成を基本
とする長尺被加工金属板材（ＰＤ）を進行させる押圧力
Ｐ〔但し、√３ｋｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）
（式中ｋ、ｔおよびｗは被加工金属板材（ＰＤ）の降伏
せん断応力、厚さおよび幅である。θは該大径ロールの
接線方向に対し交差する方向に屈折した通路と接線方向
とのなす角＝屈折角）〕を発生させる該金属板材の送り
装置により、最下流に配置された該小径ロールの出口に
設けられた進行方向に均一な断面を持ち、且つ該大径ロ
ールの接線方向に対して交差する方向に屈折した通路を
形成するダイス中の通路を該金属板材を進行させて該金
属板材に連続的にせん断変形を付与することにより該金
属板材にせん断変形組織および／またはせん断集合組織
を形成することを特徴とする長尺被加工金属板材の加工
方法。 - 【請求項２】 進行方向に均一な断面を持ち且つ該大径
ロールの接線方向に対して交差する方向に屈折した通路
を有するダイス中の通路は、該接線方向に対して８０°
以下の方向に屈折するように配置されていることを特徴
とする請求項１に記載の長尺被加工金属板材の加工方
法。 - 【請求項３】 複数の小径ロール間には進行する長尺被
加工金属板材の座屈を防止するための、大径ロール周面
に平行な面を持ち、該大径ロール表面に対して該金属板
材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の間隔を持って設
置されたガイドシューが配置されていることを特徴とす
る請求項１または２に記載の長尺被加工金属板材の加工
方法。 - 【請求項４】 ダイス中に設けられた長尺被加工金属板
材が進行する該進行方向に均一な通路の断面は、該長尺
被加工金属板材の上面に接する取り替え可能なアッパー
インサート（ＵＩ）および／または前記長尺金属板材の
下面に接する取り替え可能なロウワーインサート（Ｌ
Ｉ）によって調節可能であることを特徴とする請求項
１、２または３に記載の長尺被加工金属板材の加工方
法。 - 【請求項５】 中心に配置された表面が摩擦係数（μ）
０．１以上に粗面化された大径ロール（ＣＲ）、該大径
ロールの粗面と長尺被加工金属板材（ＰＤ）との摩擦力
により該金属板材を進行させる押圧力Ｐ〔但し、√３ｋ
ｔｗ＞Ｐ＞２ｋｔｗｔａｎ（θ／２）（式中ｋ、ｔおよ
びｗは被加工金属板材（ＰＤ）の降伏せん断応力、厚さ
および幅である。θは屈折角）〕を発生させるための圧
下力Ｑ＝Ｐ／μを発生させるため該大径ロールの周面に
対して長尺被加工金属板材ＰＤの厚さより小さい隙間を
設けて、且つ弾力性を持たせて取り付けられた複数の小
径ロール（ＳＲ）、該小径ロール間に配置された該大径
ロール周面に対して前記金属板材の厚さｔ×（１．０５
〜１．２０）の隙間をもって対向する曲面をもったガイ
ドシュー（ＧＳ）、および該小径ロールの最下流のロー
ルの出口側に配置されたダイスからなる前記金属板材に
連続的にせん断変形を付与して該金属板材を加工する装
置であり、該ダイス中には該最下流小径ロールの周面に
上流側端部がほぼ接し、該大径ロールの周面と該金属板
材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の隙間をもって対
向する曲面、および該曲面とコーナー半径が該金属板材
の厚さｔ以下の折曲部を介して連続する該金属板材を進
行させる直線通路を形成する凹部を持つカバー（Ｃ）お
よび該大径ロールの周面とほぼ接する曲面、該接する曲
面の上流端部と折曲して連続する前記カバーの該金属板
材を進行させる直線通路を形成する凹部と共同して該金
属板材の厚さｔ×（１．０５〜１．２０）の該金属板材
が通過する通路となる間隙を形成する凸部を持つアバッ
トメント（ＡＢ）からなり、且つ該大径ロール周面とほ
ぼ接する曲面の上流端部と該曲面の接線に対して折れ曲
がって連続する前記アバットメントの凸部の平面とで形
成される屈折角θが８０°以下となるように配置されて
おり、これにより該金属板材が前記屈折角で屈曲した通
路を通過することによりせん断変形組織および／または
せん断集合組織を形成するせん断変形が付与されること
を特徴とする長尺被加工金属板材の加工装置。 - 【請求項６】 ダイスの被加工金属板材が通過する通路
となる間隙はカバーの凹部に取り外し可能に設けられる
耐摩耗性の材料からなるアッパーインサート（ＵＩ）と
アバットメントに形成された凹部に取り外し可能に設け
られた耐摩耗性の材料からなり、該カバーの凹部に一部
嵌合する凸部を形成するロウワーインサート（ＬＩ）と
によりその間隙が調整可能であることを特徴とする請求
項５にに記載の長尺被加工金属板材の加工装置。 - 【請求項７】 小径ロール（ＳＲ）の周面並びにガイド
シュー（ＧＳ）およびカバー（Ｃ）の大径ロールの周面
に対する面には長尺被加工金属板材ＰＤの厚さｔ−
（０．１〜０．３）ｍｍの深さ、および該金属板材の幅
ｗ＋（０．３〜０．７）ｍｍの幅の凹部が形成されてい
ることを特徴とする請求項５または６に記載の長尺被加
工金属板材の加工装置。
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| JP2000069987A JP3892640B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 金属板材の連続せん断変形加工方法および該方法のための装置 |
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