JP2004237351A

JP2004237351A - 帯材の圧延方法および圧延装置

Info

Publication number: JP2004237351A
Application number: JP2003031843A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakajima; 宏中嶋; Hideaki Takatani; 英明高谷; Hideaki Furumoto; 秀昭古元; Keiichi Yamamoto; 惠一山本; Ritsuo Hashimoto; 律男橋本; Jiro Hasai; 二朗葉佐井; Kanji Hayashi; 寛治林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Hitachi Metals Machinery Inc
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Primetals Technologies Holdings Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】帯材の圧延方法において、面内異方性を低下させることで深絞り加工時のイヤリングを減少して帯材の製品特性の向上を図る。
【解決手段】極低炭素鋼の鋼板ＳをＡｒ_３点以下の温度領域で、上下のロール軸１２，２２が平面位置でθ_１，θ_２＝１．５°（好ましくは、３°）以上の角度で交差した状態で圧延ロール１１，２１によりクロス圧延し、鋼板Ｓの面内異方性を低減（指標値Δｒ＝０．２以下）する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料の面内異方性を減少することで深絞り加工に最適な帯板を製造する帯材の圧延方法および圧延装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に鋼板を深絞り加工して製造した缶の概略を示す。図５（ａ）に示すように、底付の缶１０１を製造する場合、圧延処理された鋼板を深絞り加工することで成形することができる。ところが、この深絞り加工を実施するとき、図５（ｂ）に示すように、加工後に缶１０２の上端部に耳（イヤリング）といわれる成形高さの円周方向での異方性が発生し、鋼板の歩留りを低下させてしまう。低炭素鋼あるいは極低炭素鋼においては、この異方性を制御するために、通常、圧下率を調整することで面内異方性を調整している。その他の方法として、ボロン（Ｂ：ホウ素）を添加することが知られている。即ち、このボロンを適量だけ添加した低炭素鋼を圧延した場合、圧延率が増加しても面内異方性を指標とする値Δｒが変化せず、鋼板の歩留りを良くすることができる。
【０００３】
なお、平均粒径が２ミクロン以下の超微細組織鋼を製造するために、鋼をＡｃ_３変態点以上に加熱した後に、この鋼を上下のロール軸が平面位置で１°以上の角度で交差した状態でクロス圧延する技術として、下記特許文献１に記載された技術がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４００１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の圧下率を調整して面内異方性を調整する方法にあっては、最終製品厚さが変化することとなり、Δｒが小さく、且つ、所望の厚さの製品を得ることが困難であった。また、ボロンを適量だけ添加した炭素鋼を圧延することで、深絞り加工する技術にあって、このボロンは反応性（高酸化性、窒化性）が高いために適量だけ添加することが難しい。従って、ボロンを添加するための真空容器等が必要となり、大変手間のいる作業とって作業性が悪化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、面内異方性を低下させることで深絞り加工時のイヤリングを減少して帯材の製品特性の向上を図った帯材の圧延方法および圧延装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の帯材の圧延方法は、上下のロール軸が平面位置で１．５°以上の角度で交差した状態で帯材をクロス圧延し、面内異方性を低減することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の帯材の圧延方法では、前記上下のロール軸のクロス角を３°以上として前記帯材をクロス圧延し、面内異方性の指標値を０．２以下とすることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の帯材の圧延方法では、前記帯材を鋼板とし、該鋼板をＡｒ_３点以下の温度領域で前記クロス圧延することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明の帯材の圧延方法では、前記鋼板を極低炭素鋼または低炭素鋼の薄板鋼板とし、該極低炭素鋼または低炭素鋼を前記クロス圧延した後、深絞り加工することを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明の帯材の圧延方法では、前記帯材をアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金のいずれかとし、室温から熱間の温度領域で前記クロス圧延することを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明の帯材の圧延方法では、前記アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金のいずれかの前記帯板を前記クロス圧延した後、深絞り加工することを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明の帯材の圧延方法では、前記帯板を前記クロス圧延した後、巻取時または巻取後に焼鈍処理することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明の帯材の圧延方法では、前記帯板を前記クロス圧延した後、冷間圧延を実行し、その後、焼鈍処理することを特徴としている。
【００１５】
請求項９の発明の帯材の圧延方法では、前記帯板のせん断歪が付与される方向を一定または交互に変えることを特徴としている。
【００１６】
請求項１０の発明の帯材の圧延方法では、前記帯材に対して前記クロス圧延を複数回実行することを特徴としている。
【００１７】
請求項１１の発明の圧延装置は、ハウジングと、該ハウジングに上下のロール軸により回転自在に支持された上下の圧延用ロールと、前記ハウジングの上部に設けられて該圧延用ロールに所定圧力を作用させる圧下シリンダと、帯材の面内異方性の指標値を０．２以下とするために前記上下のロール軸のクロス角を３°以上に設定するクロス角設定手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明の一実施形態に係る帯材の圧延方法を表すクロス圧延ロールの概略平面視、図２に本実施形態のクロス圧延ロールの概略正面視、図３にイヤリング性を説明するための概略、図４にクロス角に対する面内異方性を表すグラフを示す。
【００２０】
本実施形態の帯材の圧延方法および圧延装置では、帯材を極低炭素鋼（または低炭素鋼）の薄板鋼板とし、この鋼板をＡｒ_３点以下の温度領域で、上下のロール軸が平面位置で１．５°以上、好ましくは３°以上の角度で交差した状態でクロス圧延し、鋼板の面内異方性を低減するものであり、このクロス圧延した鋼板を深絞り加工特性に優れた材料とするものである。
【００２１】
即ち、図１及び図２に示すように、上下に対向して配設される上圧延ロール１１と下圧延ロール２１は、各ロール軸１２，２２が図示しない圧延機のハウジングに回転自在に支持されており、ハウジングの上部に上圧延ロールに圧延荷重を加える圧下装置が設けられている。
【００２２】
この上圧延ロール１１と下圧延ロール２１は、軸方向端部に対して中央部が凹んだクラウン形状をなす共に、上下のロール軸１２，２２が平面位置で所定角度θ_１，θ_２で交差している。また、鋼板Ｓの組成は、Ｆｅに、Ｃ：０．００５％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．１％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００５％添加されたものとなっている。なお、ここでは、Ｃの添加量が０．１％以下で低炭素鋼、０．０１％以下で極低炭素鋼としている。
【００２３】
従って、圧下装置により上圧延ロール１１に所定荷重が加えられると、上圧延ロールと下圧延ロールとの間を通過する鋼板Ｓに対して所定の圧下力ｆと所定のスラスト力ｔが作用することで、この鋼板Ｓは幅方向に均一な所定厚さに圧延される。
【００２４】
そして、本実施形態では、上下の圧延ロール１１，２１のクロス角θ_１，θ_２を３°以上として圧延することで、鋼板Ｓの面内異方性の指標値を０．２以下として面内異方性を低下させることで、深絞り加工時のイヤリング性を向上させている。そのため、本実施形態の圧延装置では、上下のロール軸１２，２２のクロス角を３°（１．５°）以上に設定するクロス角設定装置が設けられており、このクロス角設定装置は、油圧シリンダを用いた油圧式やギア等を用いた機械式である。
【００２５】
ここで、深絞り加工時のイヤリング性について説明する。図３（ａ）に示すように、薄板を絞り加工して底付の缶状部材３１を製造すると、缶状部材３１の上端部にイヤリングが形成され、円周方向で成形高さが異なってしまう。この場合、缶状部材３１の最大高さをＨ_ｍａｘ、最小高さをＨ_ｍｉｎとすると、両者の偏差の割合ΔＨを下記数式（１）により求め、イヤリング性を表す指標値として規定することができる。
ΔＨ＝｛（Ｈ_ｍａｘ−Ｈ_ｍｉｎ）／Ｈ_ｍａｘ｝×１００・・・（１）
【００２６】
また、絞り加工を含む鋼板Ｓの成形性（異方性）を評価する指標としてランクフォード値ｒが一般に用いられ、下記数式（２）により求めることができる。
ｒ＝ｌｎ（Ｗ_０／Ｗ）÷ｌｎ（ｔ_０／ｔ）・・・（２）
なお、Ｗ_０、Ｗ、ｔ_０、ｔは、１０％から２０％程度の引張試験をしたときの初期と最終の板幅Ｗ_０，Ｗ及び板厚ｔ_０，ｔである。
【００２７】
一般に、このランクフォード値ｒは鋼板Ｓの幅方向歪と厚さ方向歪の比であり、図３（ｂ）に示すように、鋼板Ｓの圧延方向（搬送方向）に対する０°、４５°、９０°の方向で測定した値で評価する。そして、このランクフォード値ｒから鋼板Ｓの面内異方性の指標値であるΔｒを下記数式（３）により求めることができる。
Δｒ＝（ｒ_０−２ｒ_４５＋ｒ_９０）／２・・・（３）
なお、ｒ_０、ｒ_４５、ｒ_９０は、それぞれ鋼板Ｓの圧延方向に対して０°、４５°、９０°の方向で測定したランクフォード値である。
【００２８】
そして、イヤリング性の指標値ΔＨと面内異方性の指標値Δｒとの関係を、図３（ｃ）に示すグラフとして表すことができる。この図３（ｃ）のグラフに示すように、イヤリング性の指標値ΔＨは面内異方性の指標値Δｒが０であるときに最小となり、指標値Δｒが減少したり増加するのに伴って増加している。このようなことから、鋼板Ｓにおける面内異方性の指標値Δｒを０に近づけることにより、イヤリング性の指標値ΔＨを減少させ、深絞り加工時における缶状部材３１の歩留りを上げて品質を向上できることがわかる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、深絞り加工して缶状部材３１を製造する鋼板Ｓの品質について、クロス圧延におけるクロス角との関連性について検討した。図４に示すグラフは、クロス圧延におけるクロス角θ_１，θ_２に対するランクフォード値ｒ並びに面内異方性の指標値Δｒを示すグラフである。鋼板Ｓの材質は極低炭素鋼で、フェライト域の温間圧延を模擬するために室温で圧延した。圧下条件は、１０ｍｍから１．２ｍｍまで約９０％圧延し、圧延後に７００℃で３時間焼鈍した。クロス圧延でのせん断歪の付与される方向が同じになるように、一方向に多パス圧延した。
【００３０】
この図４に示すグラフからわかるように、上圧延ロール１１と下圧延ロール２１とのクロス角θ_１，θ_２＝０のとき、ｒ_０＝１．２、ｒ_４５＝０．７５、ｒ_９０＝０．９であり、Δｒ＝０．３となっている。そして、クロス角が大きくなるにしたがって、ランクフォード値ｒ_０、ｒ_４５、ｒ_９０が減少すると共に互いに近似した値となり、面内異方性の指標値Δｒも減少する。その後、面内異方性の指標値Δｒは、クロス角θ_１，θ_２＝５°でほぼ０となる。
【００３１】
上述した図４の結果を含めた極低炭素鋼でのクロス圧延の結果を表１に示す。比較例であるクロス角を０°として圧延したＮＯ．１の極低炭素鋼に比べて、本実施形態のクロス角を３°以上として圧延したＮＯ．２〜７の極低炭素鋼では、面内異方性の指標値Δｒが低減している。
【００３２】
【表１】

【００３３】
このようなことから、上圧延ロール１１と下圧延ロール２１とのクロス角θ_１，θ_２を所定角度以上とすることにより、面内異方性の指標値Δｒを減少させ、深絞り加工によるイヤリングを減少できることがわかる。この深絞り加工の場合、加工後に缶状部材３１の上端面を仕上げ加工処理することを考慮すると、面内異方性の指標値Δｒが０．２以下程度であれば、缶状部材３１を良好な製品と判断することができ、面内異方性の指標値Δｒ＝０．２のときのクロス角θ_１，θ_２＝３°であることから、クロス角θ_１，θ_２＝３°以上でクロス圧延すると、面内異方性の指標値Δｒを減少させ、深絞り加工によるイヤリングをなくして缶状部材３１の歩留りを向上できることがわかる。
【００３４】
一方、上圧延ロール１１と下圧延ロール２１とによるクロス圧延により鋼板Ｓを幅方向に均一な形状とすることができるが、このクロス角θ_１，θ_２を所定以上大きくすると、逆に鋼板Ｓを幅方向に均一でない波形形状となってしまう。そこで、本実施形態では、前述したように、上下の圧延ロール１１，２１を中央部が凹んだクラウン形状とし、圧延ロール１１，２１の最大クロス角θ_１，θ_２を１０°程度としている。
【００３５】
このように本実施形態の帯材の圧延方法にあっては、極低炭素鋼の鋼板ＳをＡｒ_３点以下の温度領域で、上下のロール軸１２，２２が平面位置でθ_１，θ_２＝１．５°、好ましくは３°以上の角度で交差した状態で圧延ロール１１，２１によりクロス圧延し、鋼板Ｓの面内異方性を低減し、好ましくはその指標値Δｒ＝０．２以下程度とするものである。
【００３６】
鋼板Ｓをこのクロス角θ_１，θ_２＝３°以上で圧延ロール１１，２１によりクロス圧延すると、この鋼板ＳはＡｒ_３点以下の温度領域、つまり、オーステナイト＋フェライト域あるいはフェライト域での圧延となり、幅方向のせん断変形が付与されることとなる。そのため、鋼板Ｓの集合組織（結晶方位）を圧延面内でランダム化することができ、加工性指標のランクフォード値ｒの面内方向における差異を減少させることができる。
【００３７】
従って、鋼板Ｓにおけるランクフォード値ｒの方向による差異が減少すると、面内異方性の指標値Δｒが０．２以下程度に減少することとなり、このようにして製造した鋼板Ｓを深絞り加工して缶状部材等を製造した場合、イヤリングをなくして缶状部材の品質を向上できることができる。
【００３８】
なお、上述した方法により鋼板Ｓをクロス圧延した後、鋼板Ｓの巻取時または巻取後に焼鈍処理すると、再結晶組織となり、加工における面内異方性が小さい集合組織となり、深絞り加工により製造した缶状部材のイヤリングを更に減少することができる。この場合、鋼板Ｓをクロス圧延した後、更に冷間圧延を実行してから焼鈍処理してもよい。これにより面内異方性が小さく、イヤリングを減少させた冷間圧延材を製造することができる。
【００３９】
また、所定のクロス角を有する圧延ロール１１，２１によるクロス圧延を複数回実行することで、鋼板Ｓの高精度な圧延が可能となり、このとき、ロールクロス方向を一定あるいは交互とすることで、鋼板Ｓにせん断歪が付与される方向を一定または交互に変えるようにしてもよい。
【００４０】
そして、上述した実施形態では、帯材を極低炭素鋼または低炭素鋼の薄板鋼板とし、この鋼板ＳをＡｒ_３点以下の温度領域でクロス圧延することで、鋼板Ｓの面内異方性を低減するようにしたが、帯材の素材は炭素鋼に限るものではない。
【００４１】
例えば、帯材をアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金などとし、室温または熱間（３００℃〜５００℃）の温度領域で、クロス角を３°以上とした圧延ロール１１，２１によりクロス圧延し、帯材の面内異方性を低減するようにしてもよい。このような材料を適用した場合であっても、クロス圧延後に深絞り加工すると、製造した缶状部材におけるイヤリングをなくして品質を向上できることができる。
【００４２】
１０００系アルミ合金でのクロス圧延の結果を表２に示す。比較例であるクロス角を０°として圧延したＮＯ．１のアルミ合金に比べて、本実施形態のクロス角を３°以上として圧延したＮＯ．２〜７のアルミ合金では、面内異方性の指標値Δｒが低減している。これにより炭素鋼だけでなく、アルミ合金等においてもクロス圧延による面内異方性の改善効果があることがわかる。
【００４３】
【表２】

【００４４】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の帯材の圧延方法によれば、上下のロール軸が平面位置で１．５°以上の角度で交差した状態で帯材をクロス圧延し、面内異方性を低減するようにしたので、面内異方性を低下させることで深絞り加工時のイヤリングを減少し、缶状部材等の歩留りを向上することができる。
【００４５】
請求項２の発明の帯材の圧延方法によれば、前記上下のロール軸のクロス角を３°以上として前記帯材をクロス圧延し、面内異方性の指標値を０．２以下とするので、面内異方性を確実に低下させることができる。
【００４６】
請求項３の発明の帯材の圧延方法によれば、帯材を鋼板とし、鋼板をＡｒ_３点以下の温度領域でクロス圧延するので、オーステナイト＋フェライト域あるいはフェライト域での圧延となり、帯材に幅方向のせん断変形が付与されて面内異方性を表すランクフォード値の方向による差異を減少させることができる。
【００４７】
請求項４の発明の帯材の圧延方法によれば、鋼板を極低炭素鋼または低炭素鋼の薄板鋼板とし、極低炭素鋼または低炭素鋼をクロス圧延した後、深絞り加工するので、深絞り加工に最適な帯材を製造することができる。
【００４８】
請求項５の発明の帯材の圧延方法によれば、帯材をアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金のいずれかとし、室温から熱間の温度領域でクロス圧延するので、圧延後に製造する部材の用途に合わせて適正な材料を選択することができる。
【００４９】
請求項６の発明の帯材の圧延方法によれば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金のいずれかの帯板をクロス圧延した後、深絞り加工するので、深絞り加工に最適な材料を用いることができる。
【００５０】
請求項７の発明の帯材の圧延方法によれば、帯板をクロス圧延した後、巻取時または巻取後に焼鈍処理するので、帯板が再結晶組織となり、加工における面内異方性を小さい集合組織となり、深絞り加工により製造した缶状部材等のイヤリングを更に減少することができる。
【００５１】
請求項８の発明の帯材の圧延方法によれば、帯板をクロス圧延した後、冷間圧延を実行し、その後、焼鈍処理するので、冷間圧延材においても、加工における面内異方性を更に減少することができる。
【００５２】
請求項９の発明の帯材の圧延方法によれば、帯板のせん断歪が付与される方向を一定または交互に変えるので、圧延加工の高精度化を可能とすることができる。
【００５３】
請求項１０の発明の帯材の圧延方法によれば、帯材に対してクロス圧延を複数回実行するので、圧延加工の高精度化を可能とすることができる。
【００５４】
請求項１１の発明の圧延装置によれば、ハウジングに上下のロール軸により上下の圧延用ロールを回転自在に支持し、ハウジングの上部に設けられた圧下シリンダにより圧延用ロールに所定圧力を作用させるようにし、帯材の面内異方性の指標値を０．２以下とするために上下のロール軸のクロス角を３°以上に設定するクロス角設定手段を設けたので、面内異方性を低下させることで深絞り加工時のイヤリングを減少し、缶状部材等の歩留りを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る帯材の圧延方法を表すクロス圧延ロールの概略平面図である。
【図２】本実施形態のクロス圧延ロールの概略正面図である。
【図３】イヤリング性を説明するための概略図である。
【図４】クロス角に対する面内異方性を表すグラフである。
【図５】鋼板を深絞り加工して製造した缶の概略図である。
【符号の説明】
１１上圧延ロール
１２ロール軸
２１下圧延ロール
２２ロール軸
３２缶状部材
Ｓ鋼板（帯材）

Claims

上下のロール軸が平面位置で１．５°以上の角度で交差した状態で帯材をクロス圧延し、面内異方性を低減することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記上下のロール軸のクロス角を３°以上として前記帯材をクロス圧延し、面内異方性の指標値を０．２以下とすることを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記帯材を鋼板とし、該鋼板をＡｒ_３点以下の温度領域で前記クロス圧延することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項３記載の帯材の圧延方法において、前記鋼板を極低炭素鋼または低炭素鋼の薄板鋼板とし、該極低炭素鋼または低炭素鋼を前記クロス圧延した後、深絞り加工することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記帯材をアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金のいずれかとし、室温から熱間の温度領域で前記クロス圧延することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項５記載の帯材の圧延方法において、前記アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金のいずれかの前記帯板を前記クロス圧延した後、深絞り加工することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記帯板を前記クロス圧延した後、巻取時または巻取後に焼鈍処理することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記帯板を前記クロス圧延した後、冷間圧延を実行し、その後、焼鈍処理することを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記帯板のせん断歪が付与される方向を一定または交互に変えることを特徴とする帯材の圧延方法。
請求項１記載の帯材の圧延方法において、前記帯材に対して前記クロス圧延を複数回実行することを特徴とする帯材の圧延方法。
ハウジングと、該ハウジングに上下のロール軸により回転自在に支持された上下の圧延用ロールと、前記ハウジングの上部に設けられて該圧延用ロールに所定圧力を作用させる圧下シリンダと、帯材の面内異方性の指標値を０．２以下とするために前記上下のロール軸のクロス角を３°以上に設定するクロス角設定手段とを具えたことを特徴とする圧延装置。