JP2005324206A - 異形断面帯鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２パスのロール圧延で設計目標の寸法精度の異形断面形状を有する帯鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】 ロール表面４ａに凹凸部が形成されている上ロール４と、ロール表面５ａが平坦面でありかつ両側端に鍔部５ｂ，５ｂを有する下ロール５とから成る２基のロールスタンドに平板鋼材を順次通すことにより、２パスの圧延加工で、次式：０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１（ただし、ｈ₀は圧延加工後の鋼材表面における凹部深さを表し、Ｈ₀は鋼材表面に形成すべき凹部深さの設計目標値を表す）を満たす凹凸部が表面に形成されている異形断面の帯鋼を製造する方法であって、１パス目のロールスタンドにおける上ロールの凸部高さＨが、設計目標値（Ｈ₀）の１．３０〜１．９６倍値であり、かつ、少なくとも上ロール４のロール表面４ａと平板鋼材との間の摩擦係数が０.５以下に調整されている異形断面帯鋼の製造方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は異形断面帯鋼の製造方法に関し、更に詳しくは、２パスのロール圧延で設計目標値の寸法精度を有する凹凸部を帯鋼表面に形成することができる異形断面帯鋼の製造方法に関する。

例えば図４で示したように、上面に凸部１と凹部２から成る凹凸部を有する断面異形な鋼部材を製造する際には、通常、金型圧延法とロール圧延法が実施されている。
金型圧延法の場合は、型面が製作目標とする部材の表面形状とネガ−ポジの関係になっている一対の金型を用意し、そこに平板鋼材を配置したのち、金型に所定荷重を印加して製造される。

この金型圧延法によれば、金型の型面が正確に部材表面に転写されるので、形成された表面凹凸部の寸法精度は高くなる。しかしながら、他方では、バッチ生産であるが故に生産性は低く、したがって、製造コストが高くなるという問題がある。
この金型圧延法に比べると、ロール圧延法は、コイリングされている帯鋼を用いることにより連続的に製造することができるので、生産性が高いという利点がある。しかし、他方では、単パスでのロール圧延法により製造された表面凹凸部の寸法精度は、金型圧延法に比べれば劣悪である。

このロール圧延法において、寸法精度を高めるためには、図５で示したように、供給コイラと巻き取りコイラの間に圧延ロールのスタンドを多段に配列し、圧延の上流側から下流側に向かって、圧延ロールのロール孔型を順次設計目標の仕上げ寸法に近づけて多パスのロール圧延を行えばよい。
しかしながら、例えば５，６パスのロール圧延が可能となるように圧延ロールを多段に配列すると、制御圧延機構も含めて圧延設備の建設費が高くなり、結局、製品コストも高くなる。また、新たに断面形状が異なる部材を製造する場合には、それに対応したロール孔型の圧延ロールと組替えることが必要になるが、多段配列であるが故にその組替え個数は多くなり、生産性は低下する。

更には、図５のVI−VI線に沿う断面図である図６で示したように、一般に、圧延されている鋼材３の両端部３ａ，３ａは拘束されていないので、圧延方向よりも板幅方向へのメタルフローが起こりやすく、製造された板材の端部は設計目標の厚みより薄くなる。
そのため、多パスのロール圧延法の場合は、薄くなる端部の幅も勘案して予め設計目標よりも幅広に板材を製造し、その後、端部を切断除去して正規の幅寸法にすることが必要となる。このようなことは、材料を無駆にすることであり、また切断除去という新たな工程増を招くことであって、工業的には好ましくない。

一方、異形断面形状の圧延材の製造装置に関しては、２パスのロール圧延を行う冷間圧延装置が提案されている（特許文献１を参照）。
この装置は、圧延材に対して荒圧延を行う圧延機と精密圧延を行う圧延機の２台を備えている。そして、それぞれの圧延ロールのロール孔型は同じ形状になっていて、各圧延ロールのロール孔型の端部は上ロールと下ロールの端部によって密封された構造になっている。

この装置の場合、２パスのロール圧延が可能であり、また板幅方向へのメタルフローがロール孔型の端部により拘束されるため、前記した多パスのロール圧延法における問題を解消できるという点で有効である。
特開２００１−２３９３０５号公報

ところで、上記した２パスのロール圧延において、図４で示したような異形断面形状の帯鋼を製造するために、１パス目の圧延ロールのロール孔型と２パス目の圧延ロールのロール孔型を同じ形状にし、かつ、いずれのロール孔型も製造目的の帯鋼の異形断面と同じ形状にすると、得られた帯鋼の表面凹凸部における凹部の深さは設計目標値に比べて浅くなり、したがって凸部の高さは設計目標値に比べて低くなるということが判明した。

すなわち、製造目的の帯鋼における凹部深さを規定する上ロールの凸部高さと、製造目的の帯鋼における凸部高さを規定する上ロールの凹部深さがいずれも設計目標値になっている上ロールを用いて２パスのロール圧延を行うと、得られた帯鋼の表面凹凸部の寸法精度は設計目標値を満たさないのである。
なお、ここでいう帯鋼の表面凹凸部における凹部深さとは、図４において、凸部１の頂面から凹部２の底面までの深さｈ₀のことである。したがって、ｈ₀は凸部１の高さでもある。

本発明は、２パスのロール圧延における上記した問題を解決し、２パスのロール圧延後においても、鋼材の異形断面形状を設計目標値に合致させることができる異形断面帯鋼の製造方法の提供を目的とする。

上記した目的を達成するための研究過程において、本発明者らは、次のような考察を行った。
上ロールの凸部高さを設計目標値にしても、２パスのロール圧延で製造された帯鋼の凹部深さｈ₀が設計目標値（これをＨ₀とする）よりも小さくなるのは、平板鋼材を１パス目の圧延ロールに噛ませたときに、上ロールのロール表面に形成されている凸部によって拘束された平板鋼材の板幅方向へのメタルフローが十分に起こらないからであると考えられる。

したがって、このメタルフローを円滑に進めるためには、上ロールのロール表面と平板鋼材との間の摩擦係数を小さくすることが必要であると考えられる。
また、ロール圧延による凹部の形成は、平板鋼材に対する強制加工であるため、２パス目の圧延ロールを出た圧延材は弾性変形して原形状に復帰しようとするが、そのことも凹部が浅くなる原因であると考えられる。

したがって、浅くなった状態でもその深さが設計目標値になるためには、上ロールにおける凸部高さを、設計目標値より大きくすることが必要であると考えられる。
本発明者らは、上記した考察を踏まえて、凹部（および凸部）の設計目標値Ｈ₀に対して、１パス目のロールスタンドにおける上ロールの凸部高さと、ロール表面−平板鋼材間の摩擦係数が与える影響を調べ、これら因子の間に成立する関係を見出し、本発明を開発するに至ったのである。

その場合、前記したｈ₀値とＨ₀値の間には、ｈ₀／Ｈ₀＝１の関係が成立していることが理想的である。製造された帯鋼の凹部深さは設計目標値と等しいからである。
しかしながら、実際問題としては、製造された帯鋼における凹部深さにはある寸法公差が許容されることからすると、本発明では、その寸法公差の問題を考慮して、ｈ₀値とＨ₀値との間には、次式：
０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１ …(1)
の関係を満たすような上ロールの凸部高さと摩擦係数との関係を規定したのである。

すなわち、本発明の異形断面帯鋼の製造方法は、いずれも、ロール表面に凹凸部が形成されている上ロールと、ロール表面が平坦面でありかつ両側端に鍔部を有する下ロールとから成る２基のロールスタンドに平板鋼材を順次通すことにより、２パスの圧延加工で、次式：
０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１
（ただし、ｈ₀は圧延加工後の鋼材表面における凹部深さを表し、Ｈ₀は鋼材表面に形成すべき凹部深さの設計目標値を表す）
を満たす凹凸部が表面に形成されている異形断面の帯鋼を製造する方法であって、
１パス目のロールスタンドにおける上ロールの凸部高さが、前記設計目標値（Ｈ₀）の１.３０〜１.９６倍値であり、かつ、少なくとも上ロールのロール表面と平板鋼材との間の摩擦係数が０.５以下に調整されていることを特徴とする。

上ロールの凸部高さと、製造される異形断面帯鋼における凹部深さの設計目標値との関係を規定し、かつ上ロールと平板鋼材間の摩擦係数を上記したように規定しているので、２パスのロール圧延であっても、製造される帯鋼の異形断面形状が設計目標値を満たすことができる。
また、下ロールの両側端に鍔部を設けたので、製造される帯鋼の両側端が薄くなることを防止することができる。

図１に、図４で示した帯鋼を製造するための装置例の概略図を示す。この装置では、供給コイラと巻き取りコイラの間に２基のロールスタンドが配置され、２パスのロール圧延が行われる。
ここで、１パス目のロールスタンドＡの圧延ロールを説明するために、図１のII−II線に沿う断面図である図２を示す。

図２において、上ロール４のロール表面４ａには、後述する高さの凸部４Ａと凹部４Ｂから成る凹凸部が形成されている。
一方、下ロール５のロール表面５ａは平坦面になっていて、両側端には鍔部５ｂ，５ｂが形成されている。
上ロール４と下ロール５は、互いのロール表面を対向して組み付けられることにより、両者の間には平板鋼材を噛み込んで圧延するためのロール孔型６が形成されている。

このロール孔型６の両側は、下ロールの鍔部５ｂ，５ｂによって閉鎖されている。ロール圧延時における鋼材の板幅方向へのメタルフローは、この鍔部５ｂ，５ｂで停止するので、製造された帯鋼の両側が薄くなるという問題は発生しない。
なお、２パス目のロールスタンドＢにおけるロール孔型の形状は、製造する帯鋼の異形断面形状と同じ、すなわち設計目標値の寸法形状になっている。

この装置において、２パスのロール圧延を行うと、(1)式が成立している異形断面の帯鋼が製造される。
その場合、１パス目のロールスタンドにおける圧延ロールは次の条件を満たしていることが必要である。
第１の条件は、上ロール４の凸部４Ａの高さＨ（したがって、凹部４Ｂの深さ）は、前記したＨ₀値（設計目標値）の１.３０〜１.９６倍値となっていることである。

第２の条件は、ロール孔型６に噛み込ませる平板鋼材と上ロール４のロール表面４ａとの間の摩擦係数が０.５以下となるように調整されていることである。
第１の条件において、Ｈ値が１.３０×Ｈ₀値より小さい場合は、製造された帯鋼の凹部深さ（ｈ₀）が設計目標値（Ｈ₀）より小さくなって、(1)式を満たさない。また、Ｈ値が１.９６×Ｈ₀値より大きい場合も、やはり(1)式を満たさない。いずれにしても、得られた帯鋼の寸法公差は許容範囲から外れてしまう。

第２の条件において、摩擦係数が０.５より大きくなると、ロール圧延時の圧下率も大きくしなければならず、そのためには、圧延装置の大規模化が必要となり、製造コストの上昇を招くので、摩擦係数は０.５以下にする。
摩擦係数を下げるために、下ロール５も含めて、上ロール４のロール表面に、例えば鉱油系のスピンドル油、油脂系のパーム油のような潤滑剤を塗布することが好ましい。

ここで、製造された帯鋼におけるｈ₀／Ｈ₀値、上ロール４の凸部高さ（Ｈ）と設計目標値（Ｈ₀）との比（Ｈ／Ｈ₀）、および摩擦係数との関係を図３に示す。
図３から明らかなように、ｈ₀／Ｈ₀が０.９〜１.１の範囲内になる帯鋼を製造するためには、上ロールの凸部高さと上ロールのロール表面−平板鋼材間の摩擦係数とを、図３の斜線部の中で適宜組み合わせればよい。

例えばＨ／Ｈ₀値が大きい上ロールを用いる場合は、平板鋼材との摩擦係数を大きくしてロール圧延を行い、逆にＨ／Ｈ₀値が小さい上ロールを用いる場合は摩擦係数を小さくすれば、得られる帯鋼には、０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１を満たす凹凸表面を形成することができる。

実施例１〜４、比較例１〜４
鋼種ＳＫＳ９５、Ｈｖ１５０、幅１４０mm、厚み２.１５mmの平板鋼材を用意した.
図４で示した異形断面の帯鋼を製造目的とした。その場合の板幅は１４５mm、凹部深さ（Ｈ₀）は０.６５mm、全体の厚みは１.７５mmに設計目標値を設定した。
１パス目のロールスタンドにおける圧延ロールの直径は３５０mmとし、上ロールの凸部高さ（Ｈ）を表１のように変化させた。

そして、潤滑剤の種類を適宜に選択して、それをロール表面と平板鋼材に塗布した。それぞれの場合の摩擦係数を測定し、それを表１に示した。
この状態で２パスのロール圧延を行い、異形断面の帯鋼を製造し、その凹部深さ（ｈ₀）を測定した。以上の結果を一括して表１に示した。

なお、各実施例、比較例の結果を図３に●印で示した。
表１と図３から次のことが明らかである。
（１）図３の斜線部に適合するように、Ｈ／Ｈ₀値と摩擦係数が設計されている実施例１〜４は目標値０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１を満足する製品になっている。
（２）これに対して、図３の斜線部の範囲外にＨ／Ｈ₀値と摩擦係数が設計されている比較例１〜４は、ｈ₀／Ｈ₀＜０.９であり目標値未達である。

（３）したがって、目標値０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１を満足する条件は、Ｈ／Ｈ₀値と摩擦係数によって規定され、その範囲は図３の斜線部で示される。

本発明方法によれば、目標とする寸法精度の異形断面の帯鋼を、２パスのロール圧延で、両側端の切断除去を行うことなく、高い生産性の下で製造することができる。
この方法は、各種の自動車部品や電機部品において、異形断面形状の部品を製造するときに適用して有効である。

本発明を実施する圧延装置を示す概略図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 製品の凹部深さの設計目標値（Ｈ₀）、実測値（ｈ₀）、上ロールの凸部高さ（Ｈ）、および上ロール−平板鋼材間の摩擦係数の関係を示すグラフである。 製造する異形断面帯鋼の部分斜視図である。 従来の多段ロール圧延装置を示す概略図である。 図５のVI−VI線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 凸部
２ 凹部
３ 平板鋼材
３ａ 平板鋼材３の側端部
４ 上ロール
４ａ 上ロール４のロール表面
４Ａ 凸部
４Ｂ 凹部
５ 下ロール
５ａ 下ロール５のロール表面
５ｂ 鍔部
６ ロール孔型

Claims (2)

1. いずれも、ロール表面に凹凸部が形成されている上ロールと、ロール表面が平坦面でありかつ両側端に鍔部を有する下ロールとから成る２基のロールスタンドに平板鋼材を順次通すことにより、２パスの圧延加工で、次式：
   ０.９≦ｈ₀／Ｈ₀≦１.１
   （ただし、ｈ₀は圧延加工後の鋼材表面における凹部深さを表し、Ｈ₀は鋼材表面に形成すべき凹部深さの設計目標値を表す）
   を満たす凹凸部が表面に形成されている異形断面の帯鋼を製造する方法であって、
   １パス目のロールスタンドにおける上ロールの凸部高さが、前記設計目標値（Ｈ₀）の１.３０〜１.９６倍値であり、かつ、少なくとも上ロールのロール表面と平板鋼材との間の摩擦係数が０.５以下に調整されていることを特徴とする異形断面帯鋼の製造方法。
2. ２パス目のロールスタンドにおける上ロールの凸部高さは、前記設計目標値と同じである請求項１の異形断面帯鋼の製造方法。

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