JP2010012514A - 冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適正な潤滑状態を維持しながら冷間圧延を行うための方途を提供する。
【解決手段】複数のスタンドを備える冷間タンデムミルを用いて冷間圧延を行うに当たり、該冷間タンデムミルの１以上のスタンドに、平均粒子径：0.01〜0.5μmの固体粒子が含有された潤滑剤を供給する。固体粒子として層状構造化合物である二硫化モリブデン、雲母など。セラミック粒子、金属系として軟質金属、さらに有機材料系としてポリイミドなどの高分子材料やクラスターダイヤモンドなどの超微粒子を用いてもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、冷間圧延方法、特に被圧延材や圧延ロールの状態に応じて、適正な圧延潤滑状態を維持することができる冷間圧延方法に関するものである。

鋼板等の冷間圧延においては、ワークロールの摩耗を低減し、また焼付きやチャタリング等による表面欠陥を防止するために、被圧延材とワークロールとの間に供給する、圧延油が重要な役割を果たしている。

冷間圧延に用いられる圧延油は、動植物油脂、鉱油およびエステル等の単体もしくは混合物を基抽とし、更に界面活性剤、油性向上剤、極圧添加剤および酸化防止剤等が適宜配合されている。通常の冷間圧延では、このような圧延油を水で0.5〜20mass％程度のエマルションに希釈したものが用いられている。

このエマルションは、圧延油が水に懸濁した状態の混合液体であり、圧延中の被圧延材とワークロールとの間に生ずる摩擦を低減させるための潤滑剤としての機能を発揮する。ところが、エマルションの供給が適切になされないと、被圧延材と圧延ロールとの間に潤滑不足が生じて、ヒートストリークと呼ばれる焼付き現象が発生し、表面欠陥となる。一方、潤滑が過度になると、チャタリングと呼ばれるスリップ現象が発生することになる。

また、エマルションの供給条件が同一であっても、被圧延材が軟質な普通鋼である場合には、過度の潤滑が生じやすく、一方、硬質な高強度鋼板を圧延する場合には、潤滑不足になりやすい。さらには、ステンレス鋼では、普通鋼に比べて焼付きが発生しやすく、圧延ロールの表面粗さによってもその特性が異なるなど、被圧延材の種類やサイズ等の条件によって適正な潤滑条件が変化するのが通常である。

これに対して、特許文献１では、最適な圧延状態を維持するために、圧延条件に応じてエマルションの平均粒径を制御する方法が、また特許文献２では、相異なる２種類以上の潤滑油を切り替えて使用する方法が開示されている。さらに、特許文献３では、特定の合成エステル基油に、グラファイト，チタン酸カリウム等の無機化合物や、メラミン系樹脂の微粉体を添加する方法が開示されている。
特開平５−76920号公報 特開2006−142347号公報 特開平２−28296号公報

しかしながら、被圧延材の種類やサイズが大きく変化する場合に、適正な潤滑状態に制御するには、特許文献１に示される、エマルションの濃度や平均粒径を調整するのみでは制御範囲が狭い場合がある。一方、特許文献２に示される、相異なる２種類以上の潤滑剤を切り替えて使用する方法や、それらを混合して使用する方法であれば、潤滑状態の制御範囲は拡大するものの、複数の圧延油タンクを設置する必要があるため設備コストが上昇する。さらには、回収した圧延油を元の状態に再生処理するのが困難になり、結果的に圧延油の原単位が大幅に悪化してしまうという問題点がある。

また、特許文献３に示される、エチレンアミンのオキサイド付加物からなる合成エステルにグラファイト，チタン酸カリウム，メラミン樹脂，リシン化合物を添加したものでは、温間圧延（温度100〜500℃）において、圧延荷重の低減、すなわち摩擦を大きく低減することを鑑みると、本発明が狙う冷間圧延では、スリップやチャタリングが発生しやすくなることは避けられない。特に、スタンド間張力の微妙なバランスから安定圧延を成立させている、冷間タンデム圧延では、潤滑不足によるヒートストリークを防止するのに必要な潤滑条件と、過潤滑によるチャタリングを防止するのに必要な潤滑条件との間の、適正な潤滑状態の領域自体が狭い場合には、上記いずれの方法においても、適正な範囲に潤滑状態を維持することが困難である。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、適正な潤滑状態を維持しながら冷間圧延を行うための方途について提案することを目的とする。

本発明は、複数のスタンドを備える冷間タンデムミルを用いて冷間圧延を行うに当たり、該冷間タンデムミルの１以上のスタンドに、平均粒子径：0.01〜0.5μmの固体粒子が含有された潤滑剤を供給することを特徴とする冷間圧延方法である。

ここで、前記潤滑剤における固体粒子の含有率が３mass％以上10mass％以下であることが好ましい。

本発明によれば、微細な固体粒子が含有された潤滑剤を使用するため、潤滑不足によりヒートストリークが発生しやすい条件の下では、固体潤滑剤として焼付きの発生を防止すると共に、潤滑過多によりチャタリングが発生しやすい条件の下では、境界接触部の面積率が増大することによって摩擦係数を増加させることが可能であり、適正な潤滑状態の範囲を拡大することができる。

以下、本発明の冷間圧延方法について、詳しく説明する。
まず、本発明の冷間圧延方法では、複数のスタンドを備える冷間タンデムミルを用いて、本発明に従う潤滑剤を、冷間タンデムミルの１以上のスタンドに供給する。ここで、冷間タンデムミルを対象とするのは、種々の被圧延材の冷間圧延を行うことが多いからである。その際、被圧延材の種類を問わず、例えば鋼帯、ステンレス鋼帯、アルミニウム帯および銅帯等の金属帯を対象とするが、必ずしもすべての材料を同一の圧延機を用いて圧延する必要はない。
潤滑剤の種類としては、主にエマルションを対象とするが、ニート油を供給しながら圧延を行うものも含まれる。エマルションの場合に使用する圧延油は、通常の冷間圧延に使用するものでよい。例えば、基油として動植物油脂、鉱油および合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種以上のものであり、要求性能に合わせて２種類以上を混合させて使用することもできる。動植物油脂としては、牛脂、パーム油、パーム核油およびナタネ油等の動植物油脂、並びにそれらの精製品を用いることができる。また、マシン油、スピンドル油、タービン油等の鉱油を用いても良い。さらに、一価アルコールと二価脂肪酸とのエステルであるジェステルや、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールと一価脂肪酸との組合せによるポリオールエステル等を基油とすることができる。さらに、必要に応じて、界面活性剤や凝集剤を使用することもでき、極圧添加剤や防錆剤等を添加したものでも良い。

上記の潤滑剤には、平均粒子径：0.01〜0.5μmの固体粒子を含有させることが肝要である。固体粒子は、前記潤滑剤に含有させた状態で被圧延材や圧延ロールに供給されると、ロールバイトに潤滑剤と共に導入される。このとき潤滑剤の導入量が少なく、潤滑不足の状態では、固体粒子が固体潤滑剤として圧延ロールと被圧延材との直接接触を防止して焼付きの発生を防ぐ。

ここで、固体粒子の平均粒子径を0.01〜0.5μmとするのは、通常の冷間圧延におけるロールバイト内での油膜厚みは0.05〜0.3μm程度であるため、固体粒子の平均粒子径が0.5μmを超えると、軟質の変形しやすい固体粒子を除けばロールバイト内でアブレシブ摩耗が生じて、ワークロールの摩耗を促進させてしまうからである。一方、平均粒子径が0.01μm未満であると、圧延油としてロールバイトに供給された固体粒子の厚みが不足して、固体潤滑剤としての効果が薄れるからである。さらに望ましくは、平均粒子径を0.01〜0.1μmとする。

潤滑剤に含有させる固体粒子としては、層状構造化合物である二硫化モリブデン、二硫化タングステン、天然雲母および合成雲母などを用いることができる。また、セラミック粒子として、二酸化珪素、炭化珪素および窒化珪素等の他、金属系の固体粒子として、金、銀、すずおよび銅などの軟質金属を使用しても良い。さらに、有機系材料として、PTFEおよびポリイミドなどの高分子材料や、ワックスあるいはステアリン酸リチウムなどの金属石鹸なども、固体粒子として使用できる。さらに、フラーレン、カーボンナノチューブ、クラスターダイヤモンドなどの、超微粒子を用いても良い。

ちなみに、本発明で使用する固体粒子は、いわゆるナノ粒子の製造方法により作製することができる。ナノ粒子の作製方法には、液相法と気相法が代表的である。液相法としては、溶液に沈殿剤や水を添加して化学反応を生じさせ、生じた物質の核生成および成長により微粒子を生成する液相還元法、逆ミセル法などの溶液法と、溶融金属を噴霧して微粒子を製造させる噴霧熱分解法、プラズマジェット法などの融液法を適用することができる。また、レーザーやプラズマを利用したＣＶＤ法やＰＶＤ法などの気相法を用いることもできる。さらに、従来は超微粒子の製造には不向きと考えられていた、粉砕法によっても、湿式ビーズミルによりサブミクロンからナノサイズの超微粒子の作製が可能になっている。

なお、固体粒子の潤滑剤における含有量は、圧延条件に応じて変更するのが望ましい。すなわち、固体粒子の潤滑剤に対する含有量が多くなると、ロールバイトにおける圧延ロールと被圧延材との問に介在する固体粒子が多くなる結果、混合潤滑状態における境界接触部の面積率が増加するため、摩擦係数が増加する。従って、潤滑不足によるヒートストリークを防止する場合には、固体粒子によるワークロールと被圧延材との直接接触を防止するのに十分な固体粒子の含有量に調整し、潤滑過多によるチャタリングを防止する場合には、固体粒子の含有量を増加させることにより、みかけの境界接触部の面積率を増加させ、摩擦係数を増加させるとよい。

とりわけ、冷間タンデム圧延の場合、単スタンドの圧延と異なり、各スタンドの入出側張力を微妙なバランスに保持することで安定圧延が成立しているため、いずれかのスタンドでスリップやチャタリングが発生すると、各スタンドの張力バランスが崩れて圧延が不可能になる。
従って、冷間タンデム圧延を安定して行うには、潤滑剤による圧延の摩擦係数を単に低くするのではなく、最適な範囲に保つ必要があって、本発明は極めて有効である。

ここで、固体潤滑剤の含有量による潤滑状態の変化については、固体粒子の種類や大きさ、被圧延材、圧延ロールの表面粗さ、圧延速度や潤滑剤等の条件によって変化するため、適正な条件については実験的に求めておく必要があるものの、エマルションとして用いる場合の基油に対して、概ね３mass％未満では固体潤滑剤として焼付き防止効果が支配的になり、一方10mass％を超えると摩擦係数が増大して潤滑過多を防止する効果が現れてくる。従って、固体粒子の含有率は、３mass％以上10mass％以下とすることが好ましい。

また、冷間タンデムミルの給油方式としては、循環給油方式、直接給油方式のいずれであってもよい。ただし、潤滑状態の制御範囲が広い点では、直接給油方式による冷間タンデムミルへの適用が有効である。
ここに、その具体例として、冷間タンデムミルの任意のスタンドを図１に示す。図１において、符号１は金属帯（たとえば鋼帯）、２は圧延スタンドであり、金属帯１を挟んでワークロール３ａとバックアップロール３ｂとがそれぞれ一対配置されている。このワークロール３ａ対に向けて、潤滑剤を噴射する潤滑剤スプレーヘッダー４ａおよび４ｂと、金属帯１へ潤滑剤を噴射する潤滑剤スプレーヘッダー５ａおよび５ｂを、圧延スタンド２の入側に配置しており、潤滑剤ミキシングタンク７から各スプレーヘッダーへ潤滑剤を供給する。この潤滑剤ミキシングタンク７では、圧延油、水および固体粒子を所定量の割合で混合させ、圧延油エマルション７ａとしている。このとき、圧延条件として、被圧延材の種類やサイズ、圧延ロールの表面粗さ、圧延速度に応じて、固体粒子の圧延油に対する含有量を調整した後に、潤滑剤スプレーヘッダー４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂに供給する。
なお、符号６ａおよび６ｂはロールクーラント噴射用のスプレーヘッダー、８および１０は潤滑剤ポンプ、９および１１は潤滑剤配管、１２はロールクーラントポンプ、そして１３はロールクーラント配管である。

なお、冷間圧延のワークロールとしては、クロムめっきしたものを用いるのが望ましい。クロムめっきロールは、鍛鋼やクロム鋼などを母材として、表面にクロムめっきを施したものである。めっき方法としては一般的に電解法が用いられており、めっき厚としては３〜30μm程度がよい。クロムめっきロールは、硬質で耐摩耗性に優れているため、硬質なセラミックス系の固体粒子を使用しても、ワークロールを損傷させるおそれが小さい。

図１に示したスタンドの６連からなる直接給油方式の冷間タンデムミルを用いて、被圧延材を鋼帯として冷間圧延を行った。なお、潤滑状態の制御は、上述した図１のスタンド構成によって行った。使用した固体粒子の仕様は表１に示すとおりであり、圧延油ミキシングタンク７において、圧延油に対して表１に示す含有量に調整し、潤滑状態を制御した。また、比較例として、圧延油ミキシングタンク７には固体粒子を供給せずに、圧延油の濃度を変更して潤滑状態を制御することも行った。
以上の冷間圧延において、焼付き、スリップおよびチャタリングの発生について調査した。その調査結果を、表１に併記する。

表１に示すように、発明例では、焼付き、スリップおよびチャタリングの発生が皆無であり、圧延潤滑状態を適正範囲に制御できることが分かる。

冷間タンデム圧延におけるスタンド構成を示す図である。

符号の説明

１ 金属帯
２ 圧延スタンド
３ａ ワークロール
３ｂ バックアップロール
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ 潤滑剤スプレーヘッダー
６ａ、６ｂ ロールクーラント噴射用のスプレーヘッダー
７ 潤滑剤ミキシングタンク
７ａ 圧延油エマルション
８、１０ 潤滑剤ポンプ
９、１１ 潤滑剤配管
１２ ロールクーラントポンプ
１３ ロールクーラント配管

Claims (2)

1. 複数のスタンドを備える冷間タンデムミルを用いて冷間圧延を行うに当たり、該冷間タンデムミルの１以上のスタンドに、平均粒子径：0.01〜0.5μmの固体粒子が含有された潤滑剤を供給することを特徴とする冷間圧延方法。
2. 前記潤滑剤における固体粒子の含有率が３mass％以上10mass％以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延方法。

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