JP2009241141A

JP2009241141A - ステンレス鋼または高炭素鋼の冷間圧延方法

Info

Publication number: JP2009241141A
Application number: JP2008092925A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kimura; 幸雄木村; Yukihiro Matsubara; 行宏松原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】水系の潤滑剤を用いてステンレス鋼や高炭素鋼などの金属帯を高速圧延する場合に、均一な表面光沢を得ることができる冷間圧延方法を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼や高炭素鋼の冷間圧延に際し、ワークロールとしてロール径が150mm以下のものを用いると共に、クーラントとして、重量平均分子量が500〜4000のポリアルキレングリコール：１〜15質量％および炭素数が18〜22の脂肪酸のアミン塩：１〜８質量％を含有する水溶液を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステンレス鋼または高炭素鋼の冷間圧延方法に関し、特にステンレス鋼や高炭素鋼などの金属帯の表面品質を向上させると共に、生産性の有利な向上を図ろうとするものである。

ステンレス鋼板をはじめとして冷間圧延後の金属帯には、高い表面光沢が要求される場合がある。そのため、圧延時のロールバイトへの導入油量が少ない小径のワークロールが使用される。また、ステンレス鋼帯や高炭素鋼などは高変形抵抗であるにもかかわらず、板厚の薄い製品が要求される場合があるが、かような場合にも、低荷重で高い圧下率を得るために小径のワークロールを用いた冷間圧延が行われる。

小径のワークロールを備えた冷間圧延機としては、ゼンジミアミル等が代表的であり、圧延油として低粘度の鉱油を基油とした不水溶性圧延油（以下、ニート油と記す）が主に用いられている。
しかしながら、このニート油を用いた冷間圧延において、圧延能率を向上させるために高速圧延を行った場合、加工発熱等による金属帯の温度上昇によって、ニート油が蒸発し易くなるため、圧延中の破断事故に起因した火花等から容易に引火して、火災に至る危険性をはらんでいる。

これに対して、特許文献１では、エマルション圧延油を用いた冷間圧延方法が開示されている。このエマルション圧延油は、不水溶性油剤の基油である鉱物油、天然油脂、合成エステル等に、界面活性剤を添加して水で希釈できるようにした潤滑剤であり、水による冷却能と基油による潤滑性能を併せ持った性質を備えている。これにより、火災の危険性は解消して、高速圧延を実施することが可能となるが、高速圧延を実施した場合には、エマルションの金属帯表面への付着が不均一となり、ロールバイトへの導入油量が不均一となるため、均一な表面光沢を得ることが難しいという問題が生じている。
特開２０００−２６８７８公報

また、発明者らは先に、圧延油としてニート油やエマルション油を用いた場合の問題を解決するものとして、“ポリアルキレングリコール等の水溶性潤滑剤を主成分とするソリューションタイプ（水系）のクーラント”を開発し、特許文献２において開示した。
特開２００６−２７２４０１公報

小径ワークロールを用いた冷間圧延では、高速圧延による生産能率の向上と表面光沢の均一性が求められている。しかしながら、前記したニート油による冷間圧延では、火災の危険性をはらんでいるため高速圧延を実現することは困難であった。一方、特許文献１に開示のエマルション圧延油を用いれば、高速圧延は可能になるものの、表面光沢の均一性を確保できないという問題があった。すなわち、エマルション圧延油のように、水中に基油を乳化・分散させた潤滑剤を使用する限りは、エマルション粒径の分布や不安定性に起因して、ニート油を用いた場合と同等レベルの均一な表面光沢を得ることが難しかったのである。

この点、特許文献２に開示のソリューションタイプのクーラントは、高速圧延においても火災の危険性はなく、またロールバイトへの導入量も均一になると考えられる。
しかしながら、発明者らが、実際に、上記した特許文献２に開示のクーラントを用いて、ステンレス鋼の高速圧延を実施したところ、光沢性の一層の向上を図るべく膜厚を薄くした場合には、膜厚が不均一になって十分満足いくほどの光沢性は得られないことが判明した。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、火災の危険性がない水系の潤滑剤を用いて、ステンレス鋼や高炭素鋼などの金属帯を高速圧延する場合に、均一な表面光沢を得ることができる冷間圧延方法を提案することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の問題を解決するために、特許文献２に開示のソリューションタイプのクーラントについて、その改良を試みた。
その結果、クーラントの主成分であるポリアルキレングリコールとして、重量平均分子量が所定の範囲を満足するものを用い、かつ脂肪酸のアミン塩を適量加えることによって、所期した目的が有利に達成されることの知見を得た。
本発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．ステンレス鋼または高炭素鋼を冷間圧延するに際し、ワークロールとして、ロール径が150mm以下のものを用いると共に、クーラントとして、重量平均分子量が500〜4000のポリアルキレングリコール：１〜15質量％および炭素数が18〜22の脂肪酸のアミン塩：１〜８質量％を含有する水溶液を使用することを特徴とする、ステンレス鋼または高炭素鋼の冷間圧延方法。

２．前記ワークロールとして、表面をクロムめっきした圧延用ロールを用いることを特徴とする上記１に記載のステンレス鋼または高炭素鋼の冷間圧延方法。

本発明によれば、ステンレス鋼や高炭素鋼などを高速圧延する場合であっても、火災のおそれなしに、均一な表面光沢を得ることができる。
また、本発明によれば、光沢性に優れるステンレス鋼や高炭素鋼を高速圧延で製造できるので、生産性の向上も達成される。

以下、本発明を具体的に説明する。
さて、本発明の冷間圧延方法では、高速圧延を可能にするため、また潤滑剤の膜厚を薄くして均一な表面光沢を得るために、ワークロールとしてロール径が150mm以下のものを用いる。というのは、ステンレス鋼のように表面光沢が必要とされる場合には、ロールバイトへの潤滑剤の導入量を抑制するために、ロール径が小さいワークロールが必要とされるからである。この点、ロール径が150mm超になると、潤滑剤の膜厚を十分に薄くすることが難しいため、表面光沢の均一性の低下を余儀なくされる。
ワークロール径が150mm以下であれば圧延機の形式は問わないが、通常はレバース式の圧延機が対象となる。

次に、本発明で使用する潤滑剤は、重量平均分子量が500〜4000のポリアルキレングリコールと炭素数が18〜22の脂肪酸のアミン塩である。
ポリアルキレングリコールは、ポリグリコール、ポリエーテル、ポリアルキレンオキサイドとも呼ばれ、エチレンオキシド（EO）やプロピレンオキシド（PO）などのアルキレンオキシド（AO）を、活性水素を持つ物質に開環重合させて得られる重合物である。これは、主としてブレーキ液や難燃性作動油に使用されている合成潤滑剤であって、重合度やアルキル基などを変化させることによって、各種の粘度グレードを有する水溶性のものから非水溶性のものまで幅広い特徴を有する重合物を得ることができる。
このポリアルキレングリコールは、一般に分子量が大きいほど粘度も増加し、粘度指数も高くなる傾向を示す。

そこで、発明者らは、冷間圧延に使用するのに好適なポリアルキレングリコールの分子量について検討したところ、重量平均分子量で500〜4000の範囲のものが好適であることが判明した。すなわち、重量平均分子量が500満たないものは粘度が不十分で金属帯への付着性が低下し、一方重量平均分子量が4000を超えると、ロールバイトへの導入量が多くなりすぎて、表面光沢が低下してしまう。

上記の要件を満足するポリアルキレングリコールとして種々のものを用いることができる。中でも、オキシプロピレン単位からなるブロック部分の両端にオキシエチレン単位からなるブロック部分が結合された構造を有するものが代表的である。例えば、株式会社ADEKA製の商品名「アデカプルロニックL31」（アデカは登録商標）、「アデカプルロニックL62」（アデカは登録商標）等が挙げられる。また、オキシエチレン単位からなるブロック部分の両端に、オキシプロピレン単位からなるブロック部分が結合された構造を有するブロック共重合体で、リバースブロック型共重合体を用いることもできる。例えば、株式会社ADEKA製の商品名「アデカプルロニック25R2」（アデカは登録商標）やBASF Japan社製の商品名「プルロニック25R2」（プルロニックは登録商標）等が挙げられる。

本発明において、クーラントとして使用する水溶液中における上記ポリアルキレングリコールの濃度は１〜15質量％の範囲とする。というのは、ポリアルキレングリコールの濃度が１質量％に満たないと冷間圧延に必要な十分な潤滑性が得られず、一方15質量％を超えると潤滑剤の膜厚が厚くなって、表面光沢を高くすることができないからである。

また、本発明では、クーラントの成分として、炭素数が18〜22の脂肪酸のアミン塩を使用する。ここに、使用する脂肪酸の炭素数を18〜22の範囲に限定したのは次の理由による。すなわち、炭素数が18未満の場合には、冷間圧延に必要な潤滑性が得られないだけでなく、クーラントとして循環使用する場合の泡立ちが大きくなるためである。また、炭素数が22を超えると水に対する溶解性が低下し、クーラント中で分離するおそれが生じるからである。

炭素数が18〜22の脂肪酸としては、ステアリン酸、アラキジン酸などの飽和脂肪酸、およびオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸などの不飽和脂肪酸が挙げられる。これらの脂肪酸以外にも、大豆油脂肪酸、菜種油脂肪酸、牛脂脂肪酸などのように油脂由来の混合脂肪酸を蒸留などによって調整して用いることもできる。

アミン塩は、これらの脂肪酸に有機アミンなどの塩基性化合物を添加することにより調製される。有機アミンとしては、第１級、第２級および第３級アルカノールアミン類、分子中にアミノ基およびヒドロキシル基を有するアミノアルコール類などが挙げられる。具体的には、アルカノールアミン類として、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびイソプロパノールアミンなどが挙げられる。アミノアルコール類としては、N-アミノエチルエタノールアミンおよびN-メチルエタノールアミンなどが挙げられる。

本発明において、上記した炭素数が18〜22の脂肪酸のアミン塩のクーラント水溶液中における濃度は、１〜８質量％とする。というのは、濃度が１質量％に満たないと冷間圧延に必要な潤滑性が得られず、一方８質量％を超えるとポリアルキレングリコールと脂肪酸のアミン塩の混合体による潤滑膜が不均一になり、表面光沢の均一性を確保できないからである。

なお、クーラントには、上記した成分の他、酸化防止剤や極圧添加剤、防錆剤等を添加することもできる。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤およびアミン系酸化防止剤等を用いることができる。極圧添加剤としては、塩素化油脂、塩素化脂肪酸エステル等の塩素化化合物、硫化油脂、アルキルポリサルファイド等の合成硫黄化合物やリン化合物および有機金属塩化合物等を使用することができる。水溶性防錆剤としては、脂肪族モノカルボン酸等の脂肪酸類に、塩基性物質としてアルカノールアミン等を加えたものを用いることができる。また、必要に応じて、防腐剤や界面活性剤を添加することもできる。

さらに、本発明では、ワークロールとして、鍛鋼やクロム鋼などの母材ロールの表面にクロムめっきを施した圧延用ロールを用いることで、より大きな効果を得ることができる。というのは、クロムめっきロールは、硬質で金属帯との焼付きを防止する効果に優れているので、焼付きが生じ易いステンレス鋼板などに対して、ポリアルキレングリコールによる焼付き防止効果が向上し、より高速・高圧下での冷間圧延を実現することができるからである。
ここに、めっき方法としては、一般的な電解法でよく、まためっき厚については３〜30μm程度とするのが望ましい。

実施例１
実施例１として、直径：100mmの小径ワークロールを用いた冷間圧延における圧延性能について、従来のニート油またはエマルション圧延油を用いた場合と比較して説明する。
本実施例に用いたポリアルキレングリコールは、株式会社ADEKA製の商品名「アデカプルロニックL31」であり、重量平均分子量は1100で、25℃における動粘度が196 mm²/sのものである。また、脂肪酸のアミン塩としては、炭素数が18のリシノール酸のトリエタノールアミン塩を使用した。クーラントとしては、このポリアルキレングリコールを濃度：５質量％、脂肪酸のアミン塩を３質量％の割合で水に溶解させたものを用いた（これをクーラントＡと呼ぶ）。

また、比較例として、従来の小径ワークロールを用いた冷間圧延において使用されているニート油を用いた。これは、パラフィン系鉱油：70質量％に合成エステルを30質量％加えたもので、40℃における動粘度が7.0 mm²/sであり、原液のままの状態でクーラントとして用いた（これをクーラントＢと呼ぶ）。

さらに、従来技術であるエマルション圧延油として、パラフィン系鉱油：50質量％に合成エステルを45質量％加え、基油の動粘度を9.0 mm²/sに調整したものに、ノニオン系界面活性剤：3.0質量％と、酸化防止剤および防錆剤を併せて2.0質量％添加したものを用いた。この圧延油は、濃度：10質量％のエマルションとして、タンク内での撹拌により平均粒径：3.0μmに調整して、クーラントとして使用した（これをクーラントＣと呼ぶ）。

本実施例では、上記クーラントを循環使用して、板厚：3.2のSUS 430酸洗材を被圧延材として、各パス圧下率が20〜22％の条件で９パスの冷間圧延を実施した。その際、最終パスにおいては、圧延速度を変更した実験を行い、鋼板の光沢度を測定すると共に、焼付きの発生状況を観察した。

図１に、冷間圧延の最終パスにおいて圧延速度を変更した場合における、圧延後の鋼板表面の光沢度について調べた結果を示す。
まず、高速圧延の可否について判断すると、ニート油を用いたクーラントＢでは、冷却性能に劣るため、圧延速度が400 mpmを超えるとロールバイトで著しい焼付きが発生し、それ以上圧延速度を上げることができなかった。
これに対し、水溶性のクーラントであるクーラントＡおよびクーラントＣについては、冷却能に優れるため、高速域まで焼付きは発生しなかった。特にクーラントＡは、リシノール酸のトリエタノールアミン塩によって、境界潤滑性が向上して、油脂成分を主体とするクーラントＣと同等の耐焼付き性を呈している。

同図に示したとおり、いずれのクーラントでも、圧延速度の増加につれて、ロールバイトへの潤滑剤の導入量が増加するため、光沢度は低下する傾向にあるが、本実施例であるクーラントＡについては光沢度の低下の傾向が緩やかであり、高速域まで高い光沢度が維持されている。
この理由は、エマルション圧延油のロールバイトへの導入量については、エマルション粒径が大きいほど圧延速度の変化に敏感であることを考慮すると、クーラントＡのように潤滑成分が水に溶解した状態では、圧延速度の変化に対してロールバイトへの導入量が鈍感になったためと考えられる。

次に、光沢度の均一性について判断すると、クーラントＣを用いた場合には、鋼板の位置によって光沢度のばらつきが大きく、最大の光沢度と最小の光沢度との差が40を超える結果となった。一方、クーラントＡを用いた場合にはその差は20以内であり、本実施例は光沢度の均一性に優れていることが分かる。

さらに、本実施例において、ワークロールとしてクロムめっきロールを使用した場合、クロムめっきを施さない場合に比べて、圧延中の摩擦発熱が低下すると共に、耐焼付き性がさらに向上するため、１パス当たりの圧下率を25％以上として、パス数を９パスから７パスまで減少した場合にも、焼付きの発生は見られなかった。

実施例２
ワークロールとしては、直径：100mmの小径ワークロールを用いた。また、クーラントとしては、表１に示す種々のポリアルキレングリコールおよびアミン塩を、同じく表１に示す種々の割合で含有するものを用いた。
上記のワークロールおよびクーラントを用い、圧延速度：800 mpmの条件で冷間圧延を行った際の、焼付き発生の有無および光沢度（Gs60°）について調べた結果を表１に併記する。

同表より明らかなように、本発明に従う条件下で冷間圧延を実施した場合には、800mpmという高速圧延を行った場合でも、焼付きの発生はなく、また光沢度のばらつきも22以下と均一性に優れた表面光沢を得ることができた。

クーラントの違いによる、圧延速度と鋼板表面の光沢度との関係を示した図である。

Claims

ステンレス鋼または高炭素鋼を冷間圧延するに際し、ワークロールとして、ロール径が150mm以下のものを用いると共に、クーラントとして、重量平均分子量が500〜4000のポリアルキレングリコール：１〜15質量％および炭素数が18〜22の脂肪酸のアミン塩：１〜８質量％を含有する水溶液を使用することを特徴とする、ステンレス鋼または高炭素鋼の冷間圧延方法。
前記ワークロールとして、表面をクロムめっきした圧延用ロールを用いることを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼または高炭素鋼の冷間圧延方法。