JP2010132934A - ニッケル冷間圧延コイル、及びニッケル冷間圧延コイルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るニッケル冷間圧延コイルは、質量で、99.0%以上のニッケルと、4〜100ppmのホウ素とを含有してなる熱間圧延コイルに、少なくとも1回の冷間圧延が実施されて形成されていることを特徴としている。
【選択図】 なし
Description
特にニッケルが99.0質量%以上含まれてなるニッケル材は電気抵抗が低く、さらに適度な材料強度と耐食性とを有することから、電気機器や自動車のバッテリーなど電源用の導電部材としての利用が進んでいる。
このニッケル冷間圧延コイルを製造する設備としては鋼帯やステンレス鋼帯などと共通の設備が利用され、冷間圧延機も通常の冷間圧延油を用いた直列型圧延機やクラスター型圧延機が使用されている。
その影響は圧延摩耗粉の性質によって主として以下の2種類に大別することができる。
第一の影響は、圧延摩耗粉の凝集性が高い場合に、圧延中のワークロールのロールバイト内に偏在した摩耗粉が圧延材の表面に転写されて模様欠陥を生じることによって起こる製品の外観不良による歩留まり低下である。
第二の影響は、圧延摩耗粉がワークロール表面に付着して堆積する性質を持つ場合に、堆積した摩耗粉によってワークロールの表面が粗面化して表面光沢が低下する他、圧延摩擦係数の急激な増大によって発生し、圧延荷重が増大してコイル長手方向での板厚変動を生じたり、圧延荷重超過によって圧延不能に陥ったりすることによる歩留まり低下である。
しかし、この特許文献1は、半田付けに際しての半田鍍金を無用とすることを目的とした技術に係るものであり、摩耗粉及び冷間圧延性についての対策を提供するものではない。
しかし、これらはいずれもニッケル材中に含まれる酸素量を制限することで接合性等を向上させる技術に関するものであって、冷間圧延によって発生する圧延摩耗粉に対する解決策を与えるものではない。
例えば、ホウ素を含有しない場合には、圧延によって露出した新生表面や凝着摩耗で脱落したニッケル微粒子がワークロールバイト内の高温高圧環境下において酸化されやすく、この酸化されたニッケル微粒子は、凝集性を待つために粗大な摩耗粉を形成し、ワークロールバイト内に偏在して模様欠陥を発生させるおそれを有する。
特に接触圧力の小さな圧延条件においては摩耗粉の発生がほとんど無く、模様欠陥が発生するおそれを低減させうる。また、水酸化物の形成も抑制され、ニッケル水酸化物の脱落も防止されうる。
すなわち、本発明のニッケル冷間圧延コイルにおいては、圧延摩耗粉によって生じる問題が抑制され得る。
また、本発明のニッケル冷間圧延コイルの製造方法によれば、圧延摩耗粉によるトラブルを抑制しつつニッケル冷間圧延コイルを製造することができる。
したがって、冷間圧延する長さに制限を設けたり、ワークロールを頻繁に取り替えたりすることなくニッケル冷間圧延コイルを製造しうることから、高い生産性と歩留まりをもってニッケル冷間圧延コイルを製造することができる。
まず、本実施形態に係るニッケル冷間圧延コイルを形成させる材料成分について説明する。
前記熱間圧延コイル及び冷間圧延コイルには、通常、ニッケルとホウ素以外に、不純物が含有されている。
この不純物としては、主に精錬工程での脱酸に必要な元素や不可避不純物である炭素、ケイ素、マンガン、リン、イオウ、銅、マグネシウム、鉄、酸素などが挙げられる。
これら不可避不純物の含有量は、質量で、炭素が0.02%以下であり、通常0.01%程度とされる。
また、ケイ素は、0.35%以下であり、通常0.03%程度とされ、マンガンは、0.35%以下であり、通常0.2%程度とされる。
また、リンは、0.01%以下であり、通常、0.002%程度とされ、イオウは、0.01%以下であり、通常、0.001%程度とされる。
また、銅は、0.25%以下であり、通常、0.02%程度とされ、マグネシウムは、0.1%以下であり、通常、0.01%程度とされる。
さらに、鉄は、0.4%以下であり、通常、0.1%程度とされ、酸素は0.005%以下であり、通常、0.003%程度とされる。
このようにニッケルを99.0%以上含有させることによってアルカリ環境での耐食性や低い電気抵抗を有する部材の形成に有用なニッケル冷間圧延コイルとすることができる。
一方で、上記のように熱間圧延コイルにホウ素が含有されている場合には、熱間圧延コイルの表面には、通常、ホウ素が濃化されていることから、この熱間圧延コイルを冷間圧延する場合に、新生表面等においてこのホウ素が優先酸化されてニッケル酸化物の形成を抑制させる。
また、このようにホウ素を含有させることで、例えば、焼鈍などための熱処理をニッケルコイルに施した際に、ニッケルコイル表面でニッケルよりもホウ素が優先的に酸化されて酸化ホウ素(B2O3)や窒化ホウ素(BN)を形成するとともに、前者は、450℃程度で溶解してニッケルコイルの表面を覆うべく作用することから、ニッケル酸化物の形成がより一層抑制されることとなる。
また、表面にニッケル酸化物が形成されると、熱処理においてその雰囲気ガス中の水分と反応したり、その後の保管期間中において空気中の水分と反応したりしてニッケルの水酸化物が生成されるおそれがある。
この水酸化物は、脱落を生じやすく、ニッケル冷間圧延コイルを切断加工や打ち抜き加工してニッケル製品を作製する際にニッケル冷間圧延コイルの表面に水酸化ニッケルを主たる成分とする粒子(粉末)を発生させて擦過疵や押し込み疵を発生させるおそれがある。
なお、接触圧力の高い圧延条件においては、ワークロールとコイル表面との凝着摩耗によって酸化されていないニッケルからなる微粒子(摩耗粉)が生成される可能性があり、この場合にも、このニッケル微粒子が、圧延バイト内でワークロール表面に凝着堆積して、結果的に圧延荷重の増大を招くおそれがある。
例えば、熱間圧延後に、この熱間圧延コイルに対して冷間圧延を1パス実施してニッケル冷間圧延コイルを作製する場合に熱間圧延コイルの板厚をT0(mm)、冷間圧延後の板厚をT1(mm)とすると、この1パスにおける累計圧下率:X1(%)は、(T0−T1)/T0×100(%)となる。
P1≦77+0.58X1・・・(1)
上記式(1)を満足させるように冷間圧延を実施することが好ましい。
そして、第二パスにおける平均圧延圧力の値をP2(kgf/mm2)、第三パスにおける平均圧延圧力の値をP3(kgf/mm2)とすると、下記式(2)、(3)をそれぞれ満足させるように第二パス及び第三パスの冷間圧延を実施することが好ましい。
P2≦77+0.58X2・・・(2)
P3≦77+0.58X3・・・(3)
その他の方法としては、圧延張力を増大する方法や、小径ワークロールを使用する方法などが挙げられる。
また、ワークロールバイト内の油膜厚みを増大して圧延摩擦係数を減少させるために高粘度圧延油を用いたり圧延速度を増大させたりすることも有効である。
平均圧延圧力を制限するこれらの方法は、上記に限定されず種々の方法を採用することができ、しかも、これらの方法を複数組み合わせて実施することもできる。
このようなことから、形成されるニッケル冷間圧延コイルの長さ方向中央部の80%程度において上記式(1)等の関係が満足されていれば、通常、圧延摩耗粉の堆積に伴う問題の発生が抑制されうる。
まず、冷間圧延における摩耗粉の性質を調査するためにピンオンディスク法による摩擦試験を行った。
ピンオンディスク法は摩擦面での摩耗量評価に適した汎用の摩擦試験法であり、柱状のピンの端面を円板状のディスク表面に押し付けて回転すべりさせる試験法である。
今回の評価試験では、実際のワークロール(SKD11相当)から切り出した8.8mm角の断面形状を有する長さ30mmの四角柱のピンを用いた。
また、ディスクには実機製造した厚さ約1mmの2種類のニッケル冷間圧延コイル(焼鈍品)から切り出した直径80mmの円板を使用した。
このディスクに含有されるニッケル以外の主な成分は、下記表1に示すとおりである。
なお、この試験は、摩耗粉の発生を促進させるために無潤滑条件で行った。
この分析においては、ニッケルと微量の鉄以外に酸素のピークが検出され、この酸素ピークを基に定量分析したところ、27原子%の酸素が確認された。摩耗粉中の酸素は、主に酸化ニッケル[NiO]もしくは水酸化ニッケル[Ni(OH)2]として存在すると考えられるが、いずれの化学式においても化合物の酸素含有量(水素を除く)は27原子%より多くなる。
それにもかかわらず図1における摩耗粉の酸素含有量が27原子%となった原因は、摩耗粉が純粋な化合物では無く、酸化ニッケル、又は水酸化ニッケル、又はこれらの混合物と、酸化物等の化合物を形成していない金属ニッケルとの混合物であるためであると考えられる。
この図2からもわかるように、ホウ素を含有するニッケル冷間圧延コイルをディスクに用いた摩擦試験において発生する摩耗粉は、殆どニッケルのみのピークしか確認できず、微量の酸素ピークを基に定量分析したところ、5(±3)原子%の酸素が確認されるにとどまった。
このことからもホウ素がニッケルの酸化物を抑制することがわかる。
また、同様の摩擦試験を、より小さな押し付け荷重(1kgf)で実施したところ、ホウ素の含有されていないディスクにおいては、摩耗粉の発生が確認されるものの、微量のホウ素(15ppm)を含有するディスクは、摩耗粉が確認できなかった。
このことからも、ニッケル冷間圧延コイルの製造における冷間圧延の作業性の低下を防止するためには、所定のホウ素を含有させるとともに、ワークロールと圧延材(ニッケルコイル)との間の接触圧力を小さく保つことが重要であると認められる。
実機電気炉での溶解工程と真空下酸素吹精脱炭法(VOD)での精錬工程を経てホウ素含有量の異なる材料を溶製し、連続鋳造法によって厚さ150mmで幅が1000mmのスラブを作製した。
このとき、VODでの精錬工程において、得られるスラブのホウ素の含有量が4ppm及び15ppm、及び89ppmとなるようにフェロボロン(鉄とホウ素の合金)の添加を実施した。
また、フェロボロンを加えることなく、ホウ素が1ppmしか含有されていないスラブも併せて作製した。
スラブ表面に存在する割れなどの欠陥を切削除去した後、加熱温度1200℃で熱間圧延し厚さ4mmの熱延コイルを得た。
この熱延コイルを820℃の大気熱処理炉で連続焼鈍した後にショットブラストおよび硝弗酸酸洗によってスケールを除去し熱間圧延焼鈍板を得た。
この熱間圧延焼鈍板を用いて冷間圧延テストを行ったが、一部の試験を除いてはコイル長さを長くするために、厚さ0.2mmから0.8mmまで冷間圧延したコイルを820℃のAXガス雰囲気中で連続的に光輝焼鈍して評価用コイルとした。
各パス後のニッケル冷間圧延コイルの表面状態とワークロール(WR)の表面を目視観察した結果を表2に示す。
また、ワークロールの半径(表中の“WR半径”:R)と、板厚減少量(△h)とによって接触弧長(L=(R×△h)0.5)を計算によって求めるとともに、圧延荷重(表中の“初期圧延荷重”:F)を、板巾(W)と、上記計算により求めた接触弧長(L)とで除算(F/W/L)することによって平均圧延圧力を求めた。
結果を表2に示すが、番号1から3に示したニッケル冷間圧延コイル製造条件においては、ワークロールの表面に圧延摩耗粉の堆積は見られず、この圧延摩耗粉を原因としたニッケル冷間圧延コイルの模様欠陥や光沢不良といった問題も観察されなかった。
一方で、ホウ素含有量が、4ppm未満である番号4の事例においては、ホウ素の含有量が十分ではないことから、凝集した圧延摩耗粉の転写による表面の模様欠陥が見られた。また、後段側のパスでは、圧延圧力上限値を超える平均圧延圧力となったためにワークロール表面にニッケル粉の堆積(Ni堆積)が認められ、ニッケル冷間圧延コイルの表面の光沢度を低下させる結果となった。しかも、圧延の進行に伴って急激な圧延荷重の増大が見られた。
また、番号5と6の事例では、圧延圧力上限値を超える平均圧延圧力となった際において、ワークロール表面にニッケル粉の堆積(Ni堆積)が認められ、ニッケル冷間圧延コイルの表面の光沢度を低下させる結果が見られた。
このことから、所定量のホウ素を含有させることとともに、平均圧延圧力(kgf/mm2)の値を所定の値以下とすることで冷間圧延における作業性の低下をより確実に防止し得ることが確認された。
この図3のグラフの凡例の内、黒丸で示すものは、その条件で冷間圧延を実施した場合にワークロールへの圧延摩耗粉の堆積が見られことを示しており、白丸で示すものは、その条件で冷間圧延を実施した場合にワークロールへの圧延摩耗粉の堆積が見られなかったことを表している。
また、破線は、累計圧下率(総圧下率)を変数「red」、平均圧延圧力を変数「pm」とした場合に、「pm=77+0.58red」の関数で表される直線を示している。
このことからも、平均圧延圧力(kgf/mm2)の値を77+0.58X(なお、Xは、そのパスによる累計圧下率の値で、単位は“%”である)以下とすることによって冷間圧延における作業性の低下をより確実に防止し得ることがわかる。
また、上記の結果からは、本発明のニッケル冷間圧延コイルの製造方法においては、圧延摩耗粉による問題を抑制し得ることから高い生産性と歩留まりとが期待されうることもわかる。
Claims (3)
- 質量で、99.0%以上のニッケルと、4〜100ppmのホウ素とを含有してなる熱間圧延コイルに、少なくとも1回の冷間圧延が実施されて形成されていることを特徴とするニッケル冷間圧延コイル。
- 質量で、99.0%以上のニッケルと、4〜100ppmのホウ素とを含有してなる熱間圧延コイルを用い、該熱間圧延コイルに、1回以上の冷間圧延を実施してニッケル冷間圧延コイルを製造することを特徴とするニッケル冷間圧延コイルの製造方法。
- 前記冷間圧延を、各パスにおける平均圧延圧力(kgf/mm2)の値が、当該パスによる累計圧下率の値をX(%)とした場合に、77+0.58Xを超えないようにして実施する請求項2記載のニッケル冷間圧延コイルの製造方法。
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