JP2013111637A - 冷延鋼板の圧延方法および極薄鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】調質圧延による形状矯正を行うことなく、二回目の冷間圧延の段階で形状の良好な板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板が得られ、また、コイルとして潰れてしまうことを防止することができること。
【解決手段】複数の４段以上の多段圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を用いて二度の冷間圧延を行い、板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を得るにあたり、二回目の冷間圧延は、最終スタンドのワークロールを、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、最終スタンドの伸び率を０．３％以下とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、タンデム圧延機を用いて冷延鋼板を圧延して板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板とする冷延鋼板の圧延方法および極薄鋼板の製造方法に関する。

一般に冷延鋼板の製造プロセスにおいては、製鋼工程で成型されたスラブを、熱間圧延、酸洗、冷間圧延により所定の厚みに圧延した後、連続焼鈍により熱処理し、調質圧延にて鋼板としての性能や表面性状を整え、必要に応じて矯正を施した後、精整ラインにて出荷のための最終調整を行う。

冷延鋼板の中でも板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板（スチールフォイルとも呼ばれる）は、冷間圧延を二度行うことにより製造されることが多い。この場合、二回目の圧延後の鋼板は、板厚０．１ｍｍ以下と非常に薄いことからロールのヒートクラウンなどの影響により形状が悪く、形状不良が発生しやすくなる。そのため、特許文献１に記載の方法のように、二回目の冷間圧延の後に、さらに形状を良くするための調質圧延を追加する必要がある。形状不良としては、特許文献１にも記載されているような、耳伸びや中伸び、蛇腹、縦筋といった、鋼板製品の品質問題となる形状不良がある。

また、圧延後のコイルには冷間圧延油が付着しているため、これを洗浄して再びコイルとして巻き取るのであるが、その後、調質圧延による形状矯正を行わずにコイルを巻き取り機のマンドレルから抜き取って自立させると、コイルが自重で潰れてしまうため、このようなコイル潰れを防ぐためにも調質圧延が必要であると考えられる。なお、この場合のコイル潰れは、コイルの巻き取り時の内径（通常、Φ５０８ｍｍ）に対し、自立後の縦方向（鉛直方向）内径が２０ｍｍ以上小さくなる場合を言うものとする。

一方、特許文献２に記載の通り、板厚０．４ｍｍ以上の冷間圧延を一回のみ行う場合には、最終スタンドにおいてダル目転写を目的にダルロールを用いて、圧下率３〜８％の軽圧下圧延を施すことが一般的に行われている。しかし、この場合には、この文献に記載されている通り、ダルロール圧延後の鋼板の形状は一般に良好ではなく、鋼板の形状を良好にするために出側の張力を大きくすることが必要である。そのため、当該特許文献２に記載の技術では、圧延機の出側に２Ｈｉミルスタンドを設けて、圧延機出側張力を大きくする機能を持たせている。

特開２００４−２４３３４９号公報 特開平３−１４６２０２号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、二回目の冷間圧延を行ってから一旦コイルに巻き取って調質圧延を施すが、上述したコイル潰れが圧延後でも発生してコイルを調質圧延機のマンドレルに挿入することができなくなる問題が生じる。また、上記特許文献１では、調質圧延による形状矯正は必須とされているが、追加の調質圧延を行うことは、製造コストやリードタイムの点から好ましくなく、調質圧延による形状矯正を省略する方法が求められている。すなわち、２回目の冷間圧延を終えた段階で形状を良好なものにすることが求められる。

一方、特許文献２に記載されたような形状性を良好にするために冷間圧延機の出側の張力を大きくすることは、板厚が０．１ｍｍ以下の極薄鋼板では、破断の危険が高いため、実施することができない。また、特許文献２のように圧延機出側に２Ｈｉのスタンドを設けることは、設備投資が過大となる上、設置場所の制約を受ける。また、２Ｈｉ圧延機はロール軸弾性たわみの調整ができないため、板幅が変わると、逆に形状不良を助長する場合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、調質圧延による形状矯正を行うことなく、二回目の冷間圧延の段階で形状の良好な板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板が得られ、また、コイルとして潰れてしまうことを防止することができる冷延鋼板の圧延方法および極薄鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の４段以上の多段圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を用いて二度の冷間圧延を行い、板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を得る際における、二回目の冷間圧延に際し、最終スタンドのワークロールを、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、最終スタンドの伸び率を０．３％以下とすることを特徴とする冷延鋼板の圧延方法を提供する。

また、本発明は、複数の４段以上の多段圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を用いて二度の冷間圧延を行い、板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を製造する極薄鋼板の製造方法であって、二回目の冷間圧延は、最終スタンドのワークロールを、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、最終スタンドの伸び率を０．３％以下として行うことを特徴とする極薄鋼板の製造方法を提供する。

本発明によれば、調質圧延による形状矯正を行うことなく、二回目の冷間圧延の段階で形状の良好な板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を低コストで得ることができ、また、コイルとして潰れてしまうことを防止することができる。

Ｒｓｍを説明するための図である。 本発明を実施するための冷間タンデム圧延機の一例を示す図である。

以下、本発明について具体的に説明する。
通常、冷間圧延では、ロールバレル方向のギャップ変化を調整することにより形状の良好な鋼板を製造しようとするが、板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板となると、極わずかなロールの熱膨張（ヒートクラウンという）のばらつきや、ロール研磨時のわずかな偏心などがあっても、鋼板幅方向、長手方向に形状不良（波形状）を生じてしまうことから、このような形状不良を防止することが非常に難しかった。

上記特許文献１に記載の方法では、冷間圧延後、さらに調質圧延を行い、この調質圧延でのロール粗さをＲａ＝１．０μｍ以下とすることにより形状を良好なものとしていた。この調質圧延を行わず形状が悪いままであると、洗浄後の巻き取りでコイル潰れが発生する。しかし、特許文献１のように調質圧延を行ったとしても、冷間圧延後のコイルでもコイル潰れが発生するという問題を解決することはできなかった。

コイル潰れの発生は、鋼板の形状と関係があると考えられる。すなわち、鋼板の形状が悪いと、巻き取り時に層間空隙の発生する部分が多くなるが、コイルを自立させるには、自重による負荷を層間の摩擦により保持させなければならないから、隙間が多いと層間で滑りやすくなってコイルの形が崩れやすくなり、潰れが発生しやすくなるのである。したがって、コイル潰れが発生するということは、鋼板の形状が悪かったということができる。

本発明者の検討結果によれば、極薄鋼板の場合、単純な耳伸びや中伸びの他に蛇腹や縦筋などの特異な形状不良もあり、円筒研磨ロールによって主に圧延方向の伸びを制御することで鋼板の形状矯正を行うことが難しいということはわかっている。

板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板の場合、特許文献２に記載のように圧延機出側の張力を高くすると鋼板の破断の危険性が高いため、この方法を実施することは難しい。また、特許文献２のように圧延機出側に２Ｈｉのスタンドを設けることは設備投資が過大となる上、設置場所の制約を受ける。同様の方法として圧延機の最終スタンドを２Ｈｉとすることも考えられるが、２Ｈｉ圧延機はロール軸弾性たわみを調整することができないため、板幅が変わると、逆に形状不良のコイルとなるおそれがある。

そこで、本発明者は、まず、特許文献１に記載の、通常の冷間タンデム圧延機を用いて二回目冷間圧延後に改めてスキンパス圧延（調質圧延）を行う際の最終スタンドの圧延条件を、二回目の冷間圧延にそのまま適用することを試みた。その結果、そのままの条件では十分な形状矯正能力が得られないが、ロール粗さや適正圧下率を所定の範囲とすることで良好な形状矯正能力が得られることを見出し、本発明に至った。

すなわち、複数の４段以上の多段圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を用いて、二度の冷間圧延を行って板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を製造するにあたり、二回目の冷間圧延に際し、最終スタンドのワークロールを、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、最終スタンドの伸び率を０．３％以下とすることにより、調質圧延を行うことなく、形状性が良好で、コイルの段階でコイル潰れが生じない極薄鋼板が得られることが判明した。

特許文献１にも記載の通り、二回目の冷間圧延では、加工熱によるヒートクラウンの発生により形状矯正が難しい。特許文献１では、そのため、加工発熱の影響が小さいスキンパス圧延を改めて行うこととしている。しかし、本発明者の検討結果によれば、冷間圧延の最終スタンドのワークロールをダルロールとして、伸び率を０．３％以下とした場合、ダルロールにより突起部が油膜を破ってそれが直接鋼板と接触するのでロールと鋼板との間の摩擦係数が高くなり、ロールと鋼板との間の圧延方向相対すべりが非常に小さく、ロールと材料の表面はいわゆる固着状態になり、塑性変形はダルロールの突起部が鋼板に押し込まれた部分の周辺のみで発生する。すなわち、圧延方向だけでなく幅方向にも塑性変形域が広がるので、幅方向にも形状矯正能力が生じるのである。このように、本発明は、あくまで圧延方向の伸びの均一化をメカニズムとした特許文献１とは作用が異なる。そのため、ヒートクラウンが発生した場合でも形状は良好なものとなる。最終スタンド出側張力を、鋼板の破断の危険性があるほど大きくする必要もない。

本発明では、最終スタンドの圧下率を小さくし、鋼板の伸び率を０．３％以下とするので、特許文献２に記載のように２Ｈｉのスタンドを設けなくともロール粗さの低下をきたすことがない。このため、過大な設備投資が不要であるため、製造コストを低く維持することができる。また、圧下率が小さいといってもたわみの影響は受けるので、２Ｈｉよりも４Ｈｉ以上の多段ミルとすることが好ましい。

ダルロールの粗さとしては粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすことが必要である。Ｒｓｍとは、図１に示したような粗さ曲線に対し、以下の（１）式で計算される。

Ｒｓｍが５５μｍよりも大きいと、ダル目押し込みによる塑性変形が局所的になり、凸部が鋼板を突き破って鋼板が破断に至ることがある。またＲｓｍが２５μｍよりも小さいと、隣接する凸部の影響範囲が干渉し合って十分な塑性変形を与えることができず、形状改善効果が不十分となる。

ここでＲｓｍは、ロールの軸方向および円周方向に、先端径（半径）２μｍ、先端角６０°の触針を用い、測定長４ｍｍ、助走、後走とも０．４ｍｍ、カットオフ０．８ｍｍで測定した値とする。通常測定値にはばらつきがあるため、一度の測定ではなく、５回以上測定した平均値とすることが好ましい。円周方向では測定方向に円弧状となる面を測定することになるが、実機ロールは直径が６００ｍｍ程度あるので十分上記測定条件での測定が可能である。

このようなＲｓｍを有するダルロールを用いることにより、円筒研磨ロールでは困難な、ロールバイト内で二次的な広がりをもった形状矯正効果を得ることができる。

ロールの加工は、ショット、放電、電子ビーム、液体ホーニングなどを用いることができる。いずれの加工方法でも、Ｒｓｍが上記範囲内であれば、所望の形状矯正効果を得ることができる。Ｒｓｍを上記範囲内に制御するには、例えば液体ホーニングの場合、通常の鋼系冷間圧延用ワークロールであれば、＃８０〜＃６００の研磨材を用い、空気圧力を０．１〜０．５ＭＰａの範囲内で調整することで加工できる。さらに好ましくは、研磨材として球状のアルミナを用いるとよい。

次に、本発明を実施するための冷間タンデム圧延機の一例について説明する。図２は、本発明を実施するための冷間タンデム圧延機の一例を示す模式図である。

この冷間タンデム式圧延機は、３スタンド冷間圧延機として構成されており、第１スタンド１１、第２スタンド１２、第３スタンド（最終スタンド）１３ともに、ワークロール２とバックアップロール３とを有する４Ｈｉのスタンドとなっている。

これら３つのスタンドのワークロール２間に鋼板１を通板させて鋼板１の冷間圧延を行う。本例の場合には、一回目の圧延が終了した鋼板１を図２の矢印方向に沿って第１スタンド１１、第２スタンド１２、第３スタンド（最終スタンド）１３の順に通板させて、二回目の圧延を行う。各スタンドにはワークロール２と鋼板１との間に圧延油を供給する圧延油供給ノズル４が設けられている。また、第３スタンド１３の入側および出側には一般的なレーザドップラー方式の板速計５が設けられている。

なお、図２では、コイルの払い出し／巻き取り機、各通板ロール、圧延油タンク、配管、センサなどの付帯設備は省略している。

上述したように、最終スタンドである第３スタンド１３において、ワークロール２を、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、かつこの第３スタンド１３の伸び率を０．３％以下とする。伸び率は第３スタンド１３の入側および出側に設けられた板速計５により把握することができる。

第１スタンド１１および第２スタンド１２においては、所定の板厚目標値まで鋼板１を圧延できればよいので、ワークロールの加工方法や表面状態は、通常用いられているものでよく、特に制限はない。

このような冷間タンデム圧延機により鋼板１の二回目の冷間圧延を行うに際して、最終スタンドである第３スタンド１３において、ワークロール２を、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、かつこの第３スタンド１３の伸び率を０．３％以下とすることにより、二回目の冷間圧延の段階で形状の良好な板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を得ることができ、また、コイルとして潰れてしまうことを防止することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
板厚１．８ｍｍの熱延鋼板を酸洗した後、板厚０．１５７ｍｍまで冷間圧延し、洗浄ラインで脱脂して、箱焼鈍により焼き鈍しした重量９トンのコイルを素材として用い、図２に記載した冷間タンデム圧延機でワークロール径を６００ｍｍとし、ワークロールの加工方法および粗さを表１に示す種々のものとして二回目の冷間圧延を行い、板厚０．０６０ｍｍの極薄鋼板を得た。この圧延に際し、第２スタンドまでに板厚目標値０．０６０ｍｍ＋目標変動範囲３％以内に圧延し、第３スタンドでは、入側と出側の板速計５により測定した伸び率が表１に示した条件になるように荷重を調整した。なお、第３スタンド出側張力は５０ＭＰａで一定とした。

圧延後コイルを抜き取ったときのコイル潰れの発生の有無を、表１中に併せて示す。表１に示す通り、最終スタンドである第３スタンドのワークロールの表面粗さパラメータＲｓｍおよび伸び率を本発明の範囲内とすることにより、圧延後の形状が良好となり、調質圧延による形状矯正を行うことなく、コイル潰れが発生せず、効率的で安定した極薄鋼板の製造が可能となることが確認された。

Claims (2)

1. 複数の４段以上の多段圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を用いて二度の冷間圧延を行い、板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を得る際における、二回目の冷間圧延に際し、
   最終スタンドのワークロールを、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、
   最終スタンドの伸び率を０．３％以下とすることを特徴とする冷延鋼板の圧延方法。
2. 複数の４段以上の多段圧延スタンドを有する冷間タンデム圧延機を用いて二度の冷間圧延を行い、板厚０．１ｍｍ以下の極薄鋼板を製造する極薄鋼板の製造方法であって、
   二回目の冷間圧延は、
   最終スタンドのワークロールを、軸方向と円周方向に測定した表面粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍが、２５μｍ≦Ｒｓｍ≦５５μｍを満たすダルロールとし、
   最終スタンドの伸び率を０．３％以下として行うことを特徴とする極薄鋼板の製造方法。

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