JP2013525111A - 非対称圧延装置、非対称圧延方法及びそれを用いて製造された圧延材 - Google Patents

Abstract

本発明の一側面によれば、同じ回転線速度で回転する互いに異なる直径を有する圧延ロールが、１対を成す１つ以上の作業ロールを用いて、被圧延材を圧延する非対称圧延方法が提供される。本発明のさらに他の一側面によれば、被圧延材の第１面に接触される第１ロールと、第１ロールよりも大径を有し、第１面の反対面である第２面に接触される第２ロールと、第１ロール及び第２ロールの回転角速度の比が調節されるように、第１ロール及び第２ロールに動力を供給する動力提供部と、を含む非対称圧延装置が提供される。

Description

本発明は、金属部材などを圧延材に成形するために行われる圧延技術に係り、特に、圧延材の集合組職を制御することによって、圧延材の成形性またはそれ以外の材料物性を向上させる圧延技術に関する。

金属部材を一定の規格を有した板材などの形態で加工するために、一般的に圧延が行われるようになる。圧延過程で被圧延材の体積変化によって、被圧延材内部の微細組職も、これに伴って変化される。このような被圧延材の微細組職変化によって、結晶が優先方位方向に配向される集合組職（ｔｅｘｔｕｒｅ）を表わす。このような圧延によって表われる集合組職は、被圧延材の成形性と非常に密接な関係を有している。したがって、圧延工程で、このような被圧延材の集合組職を制御することによって、圧延後、被圧延材の成形性を向上させることができる。

本発明は、圧延材の集合組職を制御することによって、高成形性を付与することができる圧延方法の提供を目的とする。また、このような圧延方法によって、成形性が向上した圧延材の提供を他の目的とする。また、このような圧延方法を具現することができる圧延装置の提供をさらに他の目的とする。

このような本発明の目的は、前述したものに制限されず、言及されていない、さらなる課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明の一側面によれば、第１面及び第２面を含む被圧延材を第１ロール及び第１ロールよりも大径を有する第２ロールの間に配置し、動力提供部から前記第１ロール及び第２ロールのそれぞれに供給される動力を調節して、回転角速度を互いに異なるように制御して、第１ロールによって、被圧延材の第１面及び第２面のうちの何れか１面に印加されるせん断ひずみと第２ロールによって、前記第１面及び第２面のうちの他面に印加されるせん断ひずみとが互いに異なるように制御して、被圧延材を圧延する非対称圧延方法が提供される。

本発明の一側面による非対称圧延方法の他の特徴によれば、第１ロール及び第２ロールの回転線速度を同様に保持しながら、被圧延材を圧延することができる。

本発明の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、第１ロール及び第２ロールの回転線速度の差に関する下記の数式１と定義される回転線速度の差が、１０％以下であり得る。

υ_１：第１ロールの回転線速度
υ_２：第２ロールの回転線速度

本発明の一側面による圧延方法のさらに他の特徴によれば、第１ロールは、第１面にせん断ひずみを印加し、第２ロールは、第２面にせん断ひずみを印加するように設定して、連続して２回以上被圧延材を圧延することができる。

本発明の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、被圧延材が、第１ロール及び第２ロールからせん断ひずみを印加される面を変えて、圧延する回数を少なくとも１回含み、２回以上被圧延材を圧延することができる。

本発明の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、被圧延材の圧延方向を同様に設定して、２回以上被圧延材を圧延することができる。

本発明の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、被圧延材の圧延方向を異ならせて、圧延する回数を少なくとも１回含み、２回以上被圧延材を圧延することができる。

本発明の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、第１ロールよりも大径を有する第３ロールを前記第２ロールの反対側で第１ロールに結合させて、第１ロールを支持させる。

本発明の他の一側面によれば、互いに異なる直径を有するならば、動力提供部からそれぞれ提供される動力によって同じ回転線速度を有して回転するように制御される圧延ロールが、１対を成す１つ以上の作業ロールを用いて、被圧延材を圧延する非対称圧延方法が提供される。

本発明の他の一側面による非対称圧延方法の他の特徴によれば、このような圧延方法は、複数の圧延回数からなり、このような複数の回数は、被圧延材をひっくり返して圧延する圧延回数を少なくとも１回含みうる。

本発明の他の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、このような圧延方法は、複数の圧延回数からなり、このような複数の圧延回数は、被圧延材の圧延方向を異ならせて、圧延する圧延回数を少なくとも１回含みうる。

本発明の他の一側面による非対称圧延方法のさらに他の特徴によれば、作業ロールのうち相対的に大径を有する圧延ロールの反対側に作業ロールのうち直径が相対的に小径を有する圧延ロールを支持する補強ロールを結合させることができる。

本発明のさらに他の一側面によれば、前述した非対称圧延方法を用いて製造した圧延材が提供される。

本発明のさらに他の一側面による圧延材の他の特徴によれば、このような圧延材は、稠密充填六方晶（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ−Ｐａｃｋｅｄ）結晶構造を有した金属であり得る。また、マグネシウム（Ｍｇ）、マグネシウム合金、チタン（Ｔｉ）、チタン合金を含み、他の例として、アルミニウム、アルミニウム合金またはＦｅ−Ｓｉ合金を含みうる。

本発明のさらに他の一側面によれば、被圧延材の第１面に接触される第１ロールと、第１ロールよりも大径を有し、第１面の反対面である第２面に接触される第２ロールと、第１ロール及び第２ロールの回転角速度の比が調節されるように、第１ロール及び第２ロールに動力を供給する動力提供部と、を含む非対称圧延装置が提供される。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置の他の特徴によれば、動力提供部は、第１ロールの回転線速度及び第２ロールの回転線速度が互いに同一になるように調節することができる。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置のさらに他の特徴によれば、動力提供部は、第１ロール及び第２ロールをそれぞれ駆動させる第１モータ及び第２モータと、第１モータ及び第２モータの回転角速度を制御することができるモータ制御部と、を含みうる。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置のさらに他の特徴によれば、第１ロールに連結される第１ギアと、第２ロールに連結され、第１ギアと互いに異なるギア比で結合される第２ギアと、を含み、動力提供部は、第１または第２ギアに駆動力を提供するモータを含みうる。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置のさらに他の特徴によれば、第１ロールよりも大径を有し、第２ロールの反対側で第１ロールを支持するように結合される第３ロールをさらに含みうる。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置のさらに他の特徴によれば、第１ロールまたは第３ロールを駆動させる第１モータと、第２ロールを駆動させる第２モータと、第１モータ及び第２モータの回転角速度を制御することができるモータ制御部と、を含みうる。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置のさらに他の特徴によれば、第１ロールまたは第３ロールに連結される第１ギアと、第２ロールに連結され、前記第１ギアと互いに異なるギア比を有して結合される第２ギアと、を含み、動力提供部は、第１ギアまたは第２ギアに駆動力を伝達するモータを含みうる。

本発明のさらに他の一側面による非対称圧延装置のさらに他の特徴によれば、第１ギアまたは第２ギアは、１つ以上のギア比を可変的に変化させる可変ギアであり、このような第１ギア及び第２ギア間のギア比を制御するために備えられるギア制御部をさらに含みうる。

本発明の実施形態による圧延方法及び圧延装置による時、従来に比べて成形性が大きく向上した圧延材を製造することができる。特に、マグネシウム合金のように常温の成形性が劣悪な金属材料を本発明の実施形態によって圧延する場合、常温でもせん断ひずみがよく起こるようにスリップ系が配されることによって、従来に得られなかった優れた常温成形性を有しうる。

本発明の効果は、前述したものに制限されず、圧延によって成形性の向上が可能なあらゆる材料に適用可能であるということは自明であり、言及されていない、さらなる効果は、下記の記載から当業者に明確に理解される。

図１の（ａ）及び図１の（ｂ）は、本発明の一実施形態による圧延装置の正面図及び斜視図である。 図２の（ａ）及び図２の（ｂ）は、本発明の他の一実施形態による圧延装置の正面図及び斜視図である。 本発明のさらに他の一実施形態による圧延装置の正面図である。 稠密充填六方晶（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ−Ｐａｃｋｅｄ、ＨＣＰ）構造を有するマグネシウムのスリップ系を示す図である。 被圧延材内部に配列される稠密充填六方晶の態様を示す図である。 稠密充填六方晶の（０００１）極点図内に図５のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ結晶の極点を示す図である。 本発明の一実施形態による圧延方法で圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図を示す図である。 比較例による圧延方法で圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図を示す図である。 比較例による圧延方法で圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図を示す図である。 比較例による圧延方法で圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図を示す図である。 本発明の他の一実施形態による圧延方法を示す図である。 図１１に示された圧延方法によって圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図を示す図である。 本発明のさらに他の一実施形態による圧延方法を示す図である。 図１３に示された圧延方法によって圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。同時に、本発明を説明するに当って、関連した公知構成または機能についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

本発明を通じて提供される圧延装置及び圧延方法は、成形性を向上させるために適用可能な如何なる被圧延材にも適用可能であり、以下の実施形態は、このような本発明の技術的思想を例示するものである。

また、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され、単に本実施形態は、本発明の開示を完全にさせ、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面で、構成要素は、説明の便宜上、そのサイズが誇張または縮小されうる。

本発明の実施形態で、集合組職は、多結晶材料の各結晶粒（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｇｒａｉｎｓ）が一定の方向に整列された状態を表すことができる。本発明の実施形態で、集合組職は、テクスチャまたはテクスチャと呼ばれることもあり、その名称によって、その範囲が制限されるものではない。本発明の実施形態で、材料が有する集合組職は、絶対的な概念よりは相対的な概念として使われる。すなわち、１つの材料が所定方向の集合組職を有するということは、その材料の相当部分の結晶粒が、その方向の集合組職を有するということを意味するだけであり、その材料のあらゆる結晶粒が、その方向の集合組職を有するということを意味しない。

本発明の実施形態で、極点図（ｐｏｌｅ ｆｉｇｕｒｅ）は、材料の結晶方位または集合組職の分析において、結晶学的な格子面の分布方向を示す平射投影（ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）形態の絵を表すことができる。極点図は、Ｘ線回折（Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；ＸＲＤ）分析を用いて図示することができる。

本発明の実施形態で、被圧延材は、圧延が行われる対象を意味し、圧延材は、被圧延材が圧延が完了して目的する形状に変更された対象を意味する。

図１の（ａ）及び図１の（ｂ）には、本発明の一実施形態による圧延装置が示されている。具体的に、図１の（ａ）は、本発明の一実施形態による圧延装置１００の正面図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の圧延装置のうち、圧延ロール１０１、１０２及び被圧延材１０４部分のみを別途に示した斜視図である。図１の（ａ）及び図１の（ｂ）に示されているように、本発明の一実施形態による圧延装置１００は、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の直径が互いに異なる非対称圧延装置であり、具体的に、被圧延材１０４の第１面１０４ａに接触される第１ロール１０１、第１ロール１０１よりも大径を有し、被圧延材１０４の第１面１０４ａの反対面である第２面１０４ｂに接触される第２ロール１０２及びこのような第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転角速度が互いに異なるように調節されるように、第１ロール１０１及び第２ロール１０２に動力を供給する動力提供部１０５を含む。

図１の（ａ）及び図１の（ｂ）には、圧延を行う作業ロール（ｗｏｒｋｉｎｇ ｒｏｌｌ）である第１ロール１０１及び第２ロール１０２が、それぞれ上部ロール及び下部ロールとして設定されているが、これは例示的なものであり、これと異なる形態で設定されても良い。また、説明の便宜上、図１の圧延装置１００によって最初圧延される被圧延材１０４の面のうち、上部ロールである第１ロール１０１に接触する面を第１面１０４ａ、下部ロールである第２ロール１０２に接触する面を第２面１０４ｂと定義する。したがって、図１の被圧延材１０４をひっくり返して圧延する場合、第１ロール１０１は、被圧延材１０４の第２面１０４ｂと接し、第２ロール１０２は、被圧延材１０４の第１面１０４ａと接する。

このような第１及び第２ロール１０１は、基部１１０上に平行に離隔して形成され、ネジのような締結部材１１２によって固定されたフレーム１１１の間に装着される。

この際、動力提供部１０５は、図１の（ａ）に示したように、第１ロール１０１及び第２ロール１０２をそれぞれ駆動させる第１モータ１０６及び第２モータ１０７と、このような第１モータ１０６及び第２モータ１０７の回転角速度を制御することができるモータ制御部１０８とを含みうる。

この際、第１モータ１０６及び第２モータ１０７は、連結部材１０９を通じて回転動力を第１ロール１０１及び第２ロール１０２に伝達する。

モータ制御部１０８は、第１モータ１０６及び第２モータ１０７の回転角速度を制御することによって、これに連結された第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転角速度を制御し、このような制御を通じてロールの半径に回転角速度を乗算した値と定義される回転線速度を制御することができる。

このような回転線速度の制御を通じて第１ロール１０１が被圧延材１０４の第１面１０４ａに印加するせん断ひずみと第２ロール１０２が被圧延材１０４の第２面１０４ｂに印加するせん断ひずみとが互いに異なるように制御することができる。

一例として、モータ制御部１０８は、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転線速度を同様に保持し、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の間に配された被圧延材１０４を圧延するように制御することができる。すなわち、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の角速度の比が、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の半径の逆数の比と同一になるように制御することによって、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の線速度を同様に保持することができる。ここでの“同一”の意味は、完全同一であるだけではなく、作業者が両ロールの角速度を同様にする意図として制御部の信号を制御したにも、機械装置の特性上、不可避に内包している誤差に起因した工程マージン内での同一性まで含む実質的意味の同一性で把握しなければならない。このような第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転線速度の“同一”は、以下でも同じ意味として適用される。

一方、本発明による他の実施形態として、図２の（ａ）及び図２の（ｂ）に示されたように、第１ロール１０１よりも大径を有し、第２ロール１０２の反対側で前記第１ロール１０１に結合されて、前記第１ロール１０１を支持するように配される第３ロール１０３をさらに含みうる。この際、第１ロール１０１及び第２ロール１０２は、被圧延材１０４の表面に接触して、直接せん断ひずみを印加する作業ロールになり、第３ロール１０３は、第１ロール１０１が圧延過程でさらに大径を有する第２ロール１０２から加えられる外力に対して均衡を保持させる補強ロール（ｂａｃｋｕｐ ｒｏｌｌ）になりうる。

この際、動力提供部１０５は、第１ロール１０１または第３ロール１０３を駆動させる第１モータ１０６、第２ロール１０２を駆動させる第２モータ１０７及び前記第１モータ１０６と第２モータ１０７との回転角速度を制御することができるモータ制御部１０８を含みうる。

一例として、第１モータ１０６は、図２の（ａ）に示されたように、第３ロール１０３に連結されて駆動力を伝達し、第３ロール１０３が回転することによって、これに接するように結合された第１ロール１０１は、摩擦によって共に回転する。図示していないが、第１モータ１０６は、第１ロール１０１に連結されて第１ロール１０１を回転させ、前記のような原理で摩擦によって第３ロール１０３が回転することも可能である。

一方、本発明によるさらに他の実施形態の場合、動力提供部から提供される動力は、ギアを通じて作業ロールに伝達されうる。一例として、図３に示したように、第１ロール１０１ないし第３ロール１０３で構成された圧延装置では、第１ロール１０１または第３ロール１０３に連結される第１ギア１１４と第２ロール１０２に連結され、第１ギア１１４と互いに異なるギア比を有して結合される第２ギア１１５とを含み、前記動力提供部１０５は、第１ギア１１４または第２ギア１１５に駆動力を伝達するモータ１１３を含みうる。

この際、図３には、モータ１１３の動力が駆動ギア１１６を通じて第２ギア１１５に伝達されるように構成されているが、本実施形態の圧延装置は、これに限定されず、モータ１１３が駆動ギア１１６なしに直接第１ギア１１４または第２ギア１１５に連結されて動力を伝達することも含む。

また、図３には、補強ロールである第３ロール１０３がある圧延装置に対して示したが、第３ロール１０３なしに第１ロール１０１及び第２ロール１０２のみ備えられた場合にも、前述したような方式で第１ギア１１４が第１ロール１０１に連結され、第２ギア１１５が第２ロール１０２に連結されうる。

一方、前述した第１ギア１１４または第２ギア１１５は、１つ以上のギア比を可変的に変化させることができる可変ギアの形態であり、ギア比を制御するために、第１ギア１１４または第２ギア１１５と連結されるギア制御部１１７をさらに含みうる。

このような本実施形態による圧延装置の場合、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の直径を勘案して、第１ギア１１４及び第２ギア１１５のギア比を調節することによって、両ロールの回転線速度を制御することができる。一例として、モータ１１３から発生した動力は、このように設定されたギア比によって、第１ロール１０１及び第２ロール１０２が同じ回転線速度を有するように伝達されうる。また、第１ギア１１４及び第２ギア１１５が可変ギアで構成される場合には、ギア制御部１１７によって装着される第１ロール１０１または第２ロール１０２の直径によって、ギア比を可変的に制御して、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転線速度を同様に制御することができる。

一方、図１ないし図３には、直径の差がある第１ロール１０１と第２ロール１０２が、１対を成す１つの作業ロールに対して示されているが、本発明は、これに限定されず、このような作業ロールが近接して、複数個形成された場合も含む。したがって、本発明のあらゆる実施形態として記述される圧延方法は、互いに異なる直径を有する圧延ロールが、１対を成す少なくとも１つ以上の作業ロールを用いて、被圧延材を圧延する方法を含みうる。

このような非対称圧延装置によって圧延が行われる被圧延材は、稠密充填六方晶（ＨＣＰ）構造を有するマグネシウムまたはマグネシウム合金を含みうる。最近、次世代軽量化部材として研究されているマグネシウムは、密度が１．７４ｇ／ｃｍ^３であって、密度が７．９０ｇ／ｃｍ^３である鉄や、２．７ｇ／ｃｍ^３であるアルミニウムに比べて、軽く、かつ非常に優れた比強度と比弾性係数とを有する。また、振動、衝撃、電磁波などに対する吸収能力が卓越し、電気及び熱伝導度に優れるので、自動車、航空機などの軽量化素材だけではなく、携帯用電話機、ノート型パソコンなどの電子産業分野にも応用されている。

しかし、このような稠密充填六方晶結晶構造を有するマグネシウムは、成形のためのスリップ系が発達しなくて、常温での成形性が落ちる。すなわち、マグネシウムの変形機構は、図４に示されたように、成形時、主に｛０００１｝＜１１２０＞の基底面スリップ系（ｂａｓａｌ ｐｌａｎｅ ｓｌｉｐ ｓｙｓｔｅｍ）と｛１０１０｝＜１１２０＞プリズマティックスリップ系（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｓｌｉｐ ｓｙｓｔｅｍ）、｛１０１１｝＜１１２０＞ピラミダルスリップ系（ｐｉｒａｍｉｄａｌ ｓｌｉｐ ｓｙｓｔｅｍ）などが作用すると知られている。しかし、常温で基底面スリップ系以外の変更機構に対する臨界分解せん断応力（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ）値は、基底面スリップ系の臨界分解せん断応力に比べて非常に大きいために、基底面スリップ系の試片内での配置が常温成形性に重要な影響を及ぼす。

図５のＡのように、基底面スリップ系が被圧延材１０４の圧延面と平行に配される場合（すなわち、図５のＮＤと垂直な場合）または図５のＢのように、基底面スリップ系が横軸方向ＴＤと垂直に配されるか、図５のＣのように、基底面スリップ系が圧延方向ＲＤに垂直に配される場合には、常温での成形性が劣悪となる。これは、圧延されたマグネシウムの成形時、主変形方向（すなわち、図５のＮＤ、ＲＤ及びＴＤ）と基底面スリップ系が、互いに垂直であるか、水平を成して、外部応力によって基底面スリップ系の作動が難しくなるためである。

一方、基底面スリップ系が、図５のＤのように、材料の変形が容易に主変形方向に対して一定角度で傾いて配される場合には、優れた常温成形性を表わす。

このような材料内での基底面スリップ系の配列方向と分布は、図６の（０００１）極点図を通じて確認することができるので、図６には、図５に表示された結晶の配列方式Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによる（０００１）極点図上での極点配置が示されている。

図１ないし図３に示された本発明の一実施形態による非対称圧延装置を用いて圧延を実施する場合、このようなマグネシウムまたはマグネシウム合金の結晶の配列が成形性が有利になるように配置される。具体的に、本発明の一実施形態による非対称圧延方法は、第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂを含む被圧延材１０４を第１ロール１０１及び第２ロール１０２の間に配置し、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転角速度を互いに異なるように調節して、第１ロール１０１によって被圧延材１０４の第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂのうちの何れか１面、一例として、第１面１０４ａに印加されるせん断ひずみと前記第２ロール１０２によって、前記第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂのうちの他面、一例として、第２面１０４ｂに印加されるせん断ひずみが互いに異なるように制御して、被圧延材１０４を圧延することができる。

この際、一例として、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転線速度を同様に保持しながら、被圧延材１０４を圧延することができる。

また、被圧延材１０４は、マグネシウム合金として合金名ＡＺ３１を含み、以下、被圧延材としてＡＺ３１合金を例示する。

一方、本発明のさらに他の一実施形態による非対称圧延方法は、同じ被圧延材を複数の回数にわたって圧延する方法を含む。このような複数の回数にわたった圧延方法は、被圧延材に適正レベルに調節された圧下量を順次に印加することによって、急な圧下量を印加した場合に表われる問題点を防止するために実施されうる。

この際、複数の回数は、作業ロールによって圧延された被圧延材を再び同じ作業ロールに投入するか、複数個備えられた作業ロールを被圧延材が通過することによって、被圧延材の総圧延回数が２回以上になることを意味するものであって、この際、圧延された被圧延材が、前記作業ロールに投入される過程が連続的な場合と断続的な場合とをいずれも含む。

また、複数の回数は、被圧延材が、前記圧延装置の作業ロールから物理的に離脱された後、再び投入されるものだけではなく、被圧延材が作業ロールの間に依然として配された状態で作業ロールの回転方向が反対になることによって、再び作業ロールの間に投入される場合も含む。

この際、場合によって、複数の回数を構成する各回当たり圧延遂行を“パス（ｐａｓｓ）”と名付けることができる。

図７には、図２に例示された圧延装置を用いて第１ロール１０１及び第２ロール１０２が同じ回転線速度を有するように制御しながら、ＡＺ３１合金を５回圧延した場合の（０００１）極点図が示されている。この際、ＡＺ３１合金の圧下率は、７５％であり、圧延温度は、３００℃であった。５回にわたった圧延は、同じ圧延方向に被圧延材であるＡＺ３１の第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂが、それぞれ第１ロール１０１及び第２ロール１０２に接触されて、せん断ひずみを印加されるように設定されたものであった。図７の下部図面は、第１ロール１０１によってせん断ひずみを受けた第１面１０４ａの（０００１）極点図であり、上部図面は、第２ロール１０２によってせん断ひずみを受けた第２面１０４ｂの（０００１）極点図である。

図７に示したように、本発明の一実施形態による非対称圧延方法の場合、（０００１）極点図上で稠密充填六方晶の基底面、すなわち、（０００１）面の結晶方向が中心から確実に外れているということが分かる。具体的に、第１ロール１０１によってせん断ひずみを受けた第１面１０４ａで基底面極点の回転角度（すなわち、中心から外れた角度）は、約１５°であり、第２ロール１０２によってせん断ひずみを受けた第２面１０４ｂでは、約６°であった。

比較例として、図８ないし図１０には、作業ロールが同じ直径を有する従来の圧延装置を用いて、マグネシウム合金ＡＺ３１を圧延した後の極点図を示した。

図８の極点図は、圧下率を７５％にし、圧延温度を３００℃に保持しながら、被圧延材であるＡＺ３１合金の第１面及び第２面が、それぞれ第１ロール及び第２ロールに接触されて、せん断ひずみを印加されるように設定した後、複数の回数にわたって圧延した後の（０００１）極点図結果である。具体的に、図８の（ａ）は、圧延１回当り圧下量を１０％にして、１２回圧延した後、図８の（ｂ）は、圧延１回当り圧下量を２０％にして、６回圧延した後、図８の（ｃ）は、圧延１回当り圧下量を３０％にして、４回圧延した後の極点図を示したものである。図８の（ａ）ないし図８の（ｃ）に示したように、あらゆる条件で極点は１０％以上の最大極強度を有し、いずれも中心に集まっているということが分かる。

さらに他の比較例である図９の（ａ）ないし図９の（ｃ）の極点図は、圧延温度を２００℃に保持しながら圧延を行ったＡＺ３１合金から得たものであって、圧下量が、それぞれ５０％、３０％、１５％であった。図９の（ａ）ないし図９の（ｃ）に示したように、やはり基底面の極点は、１２％以上の最大極強度を有し、いずれも中心に集まっているということが分かる。

このような結果から、第１ロール及び第２ロールのサイズが、同一の従来の圧延装置で圧延を行った場合、圧下量または圧延温度を変化させても、基底面の極点が中心に集まり、したがって、発明の一実施形態によって圧延されたＡＺ３１合金の集合組職は、従来の同じ直径を有する圧延ロールを用いて圧延したＡＺ３１合金に比べて、成形性が顕著に向上する方向に配列されるということが分かる。

一方、図１０の（ａ）ないし図１０の（ｃ）には、同じ直径を有する作業ロールのうちの何れか１つのロールの回転線速度を他の何れか１つのロールの回転線速度に比べてさらに大きく保持し、圧延を行う従来の異周速圧延方法によって圧延されたＡＺ３１合金の（０００１）極点図が示されている。この際、異なる回転線速度を有する両ロールの回転線速度の比は、３：１に保持され、圧延温度は、２００℃であり、圧下量は、図１０の（ａ）ないし図１０の（ｃ）で、それぞれ７０％、３０％、１５％であった。図１０の（ａ）ないし図１０の（ｃ）の下部図面は、迅速に回転したロールによってせん断ひずみを受けた面の（０００１）極点図であり、上部図面は、遅く回転したロールによってせん断ひずみを受けた面の（０００１）極点図である。

このような異周速圧延を行った場合にも、圧下量及び両ロールの回転線速度の差に関係なく、図７と比較する時、結晶の防衛が中心側に集まっており、図７に示されたように、基底面の極点が顕著に中心から移動した結果は表われないということが分かる。

これにより本発明の一実施形態による非対称圧延方法によって圧延されたＡＺ３１合金は、比較例のように、同じ直径を有した圧延ロールを用いて圧延したＡＺ３１合金に比べて、基底面の結晶方向が格段に優れた成形性を有しうる方向に配列されることが分かる。

また、同じ直径を有した作業ロールを利用した異周速圧延の場合には、両ロールの回転線速度の差によって、圧延中に被圧延材の滑り現象によって、実際圧延ロールから被圧延材にせん断ひずみが印加されていない場合が発生し、圧延ロールを抜け出す被圧延材が反るか、または表面が粗くなる問題点がある。

一方、本発明の一実施形態による非対称圧延方法による場合には、両ロールの直径差に起因した非対称せん断ひずみの印加が、両ロールが同じ回転線速度を有する過程中になされることによって、非対称圧延であるにも被圧延材が滑る現象が発生せず、異周速圧延でのような被圧延材の反り現象や表面が粗くなる問題が発生していない。

一方、本発明の他の一実施形態による非対称圧延方法による場合、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の回転角速度は、下記の数式１と定義される回転線速度の差が、１０％以下になるように制御することができる。

υ_１：第１ロールの回転線速度
υ_２：第２ロールの回転線速度

この際、互いに異なる直径を有する第１ロール１０１及び第２ロール１０２の前記の数式と定義される回転線速度の差が、１０％より大きな場合、両圧延ロールを抜け出す被圧延材が、応力不均衡などで反るなどの問題点が発生する恐れがある。

一方、複数の回数で構成された非対称圧延方法の一実施形態として、被圧延材１０４の第１ロール１０１及び第２ロール１０２からせん断ひずみを印加される面を変えて、圧延する回数を少なくとも１回含み、２回以上被圧延材を圧延する方法を含む。

例えば、図１１に示したように、圧延方向を同一にし、圧延の第１パス時には、第１ロール１０１と第２ロール１０２とに被圧延材１０４の第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂが、それぞれ接触するように被圧延材１０４を配置させて圧延した後、連続して同一被圧延材１０４の第１面１０４ａが、第２ロール１０２に接触され、第２面１０４ｂが、第１ロール１０３に接触するように被圧延材１０４をひっくり返して圧延の第２パスを実施することができる。

この際、２パス以上の複数のパスは、同じ圧延ロールで一括型（ｂａｔｃｈ ｔｙｐｅ）に行われ、あるいは各パスを担当する互いに異なる複数の圧延ロールでそれぞれ行われる。

この場合、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の直径差によって、非対称的に印加されるせん断ひずみが交互に第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂ面に印加されることによって、圧延の第１パス及び第２パスのうち、各面に印加されたせん断ひずみが一定レベルに平均化される効果が得られる。圧延の回数は、目的する圧下量によって、２回以上実施し、この際、互いに被圧延材の第１面及び第２面が、上下に交互に圧延される段階が含まれているならば、その回数や交番周期は制限がない。

図１２には、被圧延材であるＡＺ３１合金を３００℃の圧延温度で１回を周期で圧延面を上下に交互に総５パスの圧延（圧下率が７５％）を行った場合の（０００１）極点図が示されている。基底面の回転角度は、約１７°であって、図８ないし図１０に示された極点図に比べて、格段に高い値を有するということが分かる。

一方、本発明のさらに他の一実施形態による圧延方法は、圧延方向を互いに異ならせながら、複数の回数にわたって圧延する方法をいずれも含む。

例えば、図１３に示されているように、圧延の第１パス時には、第１ロール１０１及び第２ロール１０２の間に被圧延材１０４のＡ方向が先に投入されるように、被圧延材１０４の圧延方向を設定した後、連続して同一被圧延材１０４の第１面１０４ａ及び第２面１０４ｂは、第１パス時と同様に保持した後、両圧延ロールに投入される方向のみ１８０°変更させて、被圧延材１０４のＢ方向が先に投入されるように設定する方法である。

図１４には、被圧延材であるＡＺ３１合金を３００℃の圧延温度で１回周期で圧延方向を１８０°交互に総５パスの圧延（圧下率が７５％）を行った場合の（０００１）極点図が示されている。図１４の下部図面は、第１ロール１０１によってせん断ひずみを受けた第１面１０４ａの（０００１）極点図であり、上部図面は、第２ロール１０２によってせん断ひずみを受けた第２面１０４ｂの（０００１）極点図である。図１４に示したように、第１ロール１０１によってせん断ひずみを受けた第１面１０４ａで、回転角度は、約５°であり、第２ロール１０２によってせん断ひずみを受けた第２面１０４ｂでは、約１７°であった。これにより図８ないし図１０に示された極点図に比べて、格段に高い回転角度を示すということが分かった。

圧延方向を互いに異ならせながら、複数の回数にわたって圧延する方法をさらに他の例として、図１３のように、被圧延材が、前記圧延装置の作業ロールから物理的に離脱された後、再び投入されるものだけではなく、被圧延材が作業ロールの間に依然として配された状態で作業ロールの回転方向が反対になることによって、再び作業ロールの間に投入される場合も含む。

前述した圧延装置及び圧延方法は、前記でマグネシウムまたはマグネシウム合金以外にも、圧延材の集合組職を制御する如何なる材料にも適用できるということは言うまでもない。例えば、チタン（Ｔｉ）またはチタン合金を含む稠密充填六方晶結晶構造を有した金属材料を被圧延材にするか、アルミニウム、アルミニウム合金を含む金属材料または圧延材の結晶方向が磁気的性質に影響を与えるＦｅ−Ｓｉ合金にも被圧延材に含まれうる。

前述した実施形態は、本発明を限定するものではなく、例証するものであり、当業者ならば、添付した請求項によって定義された本発明の範囲から外れず、多くの他の実施形態を設計することができる。このような本発明の技術が、当業者によって容易に変形実施される可能性が自明であり、このような変形された実施形態は、本発明の特許請求の範囲に記載の技術思想に含まれると言わなければならない。

本発明は、非対称圧延装置、非対称圧延方法及びそれを用いて製造された圧延材関連の分野に適用可能である。

Claims (22)

1. 第１面及び第２面を含む被圧延材を第１ロール及び前記第１ロールよりも大径を有する第２ロールの間に配置し、
   動力提供部から前記第１ロール及び第２ロールのそれぞれに供給される動力を調節して、前記第１ロール及び第２ロールの回転線速度を同一になるように制御することによって、前記第１ロールによって、前記被圧延材の第１面及び第２面のうちの何れか１面に印加されるせん断ひずみと前記第２ロールによって、前記第１面及び第２面のうちの他面に印加されるせん断ひずみとが互いに異なるように、前記被圧延材を圧延する非対称圧延方法。
2. 第１面及び第２面を含む被圧延材を第１ロール及び前記第１ロールよりも大径を有する第２ロールの間に配置し、
   動力提供部から前記第１ロール及び第２ロールのそれぞれに供給される動力を調節して、前記第１ロール及び第２ロールの回転線速度の差を下記の数式１によって得られる値が、１０％以下になるように制御することによって、前記第１ロールによって、前記被圧延材の第１面及び第２面のうちの何れか１面に印加されるせん断ひずみと前記第２ロールによって、前記第１面及び第２面のうちの他面に印加されるせん断ひずみとが互いに異なるように、前記被圧延材を圧延する非対称圧延方法、
   

   

   
   υ_１：第１ロールの回転線速度
   υ_２：第２ロールの回転線速度。
3. 前記第１ロールは、前記第１面にせん断ひずみを印加し、前記第２ロールは、前記第２面にせん断ひずみを印加するように設定して、連続して２回以上前記被圧延材を圧延する請求項１に記載の非対称圧延方法。
4. 前記被圧延材の前記第１ロール及び第２ロールからせん断ひずみを印加される面を変えて、圧延する回数を少なくとも１回含み、２回以上前記被圧延材を圧延する請求項１に記載の非対称圧延方法。
5. 前記被圧延材の圧延方向を同様に設定して、２回以上前記被圧延材を圧延する請求項１に記載の非対称圧延方法。
6. 前記被圧延材の圧延方向を異ならせて、圧延する回数を少なくとも１回含み、２回以上前記被圧延材を圧延する請求項１に記載の非対称圧延方法。
7. 第１面及び第２面を含む被圧延材を第１ロール及び前記第１ロールよりも大径を有する第２ロールの間に配置し、
   前記第１ロールよりも大径を有する第３ロールを前記第２ロールの反対側で前記第１ロールに結合させて、前記第１ロールを支持させ、
   動力提供部から前記第２ロール及び第３ロールのそれぞれに供給される動力を調節して、前記第２ロールと、前記第３ロールとの摩擦によって回転する前記第１ロールの回転線速度を同一になるように制御することによって、前記第１ロールによって、前記被圧延材の第１面及び第２面のうちの何れか１面に印加されるせん断ひずみと前記第２ロールによって、前記第１面及び第２面のうちの他面に印加されるせん断ひずみとが互いに異なるように、前記被圧延材を圧延する非対称圧延方法。
8. 互いに異なる直径を有し、動力提供部からそれぞれ提供される動力によって同じ回転線速度を有して回転するように制御される圧延ロールが、１対を成す１つ以上の作業ロールを用いて、被圧延材を圧延する非対称圧延方法。
9. 前記圧延方法は、複数の回数からなり、前記複数の回数は、前記被圧延材をひっくり返して圧延する回数を少なくとも１回含む請求項８に記載の非対称圧延方法。
10. 前記圧延方法は、複数の回数からなり、前記複数の回数は、前記被圧延材の圧延方向を異ならせて、圧延する回数を少なくとも１回含む請求項８に記載の非対称圧延方法。
11. 前記作業ロールのうち相対的に大径を有する圧延ロールの反対側に、前記作業ロールのうち直径が相対的に小径を有する圧延ロールを支持する補強ロールを結合させる請求項８に記載の非対称圧延方法。
12. 請求項１ないし請求項１１のうちの何れか一項の圧延方法を用いて製造した圧延材。
13. 稠密充填六方晶（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ−Ｐａｃｋｅｄ）結晶構造を有した金属を含む請求項１２に記載の圧延材。
14. マグネシウム（Ｍｇ）、マグネシウム合金、チタン（Ｔｉ）またはチタン合金を含む請求項１２に記載の圧延材。
15. アルミニウム、アルミニウム合金またはＦｅ−Ｓｉ合金を含む請求項１２に記載の圧延材。
16. 被圧延材の第１面に接触される第１ロールと、
    前記第１ロールと異なる直径を有し、前記被圧延材の第１面の反対面である第２面に接触される第２ロールと、
    前記第１ロール及び第２ロールの回転線速度が互いに同様に調節されるように、前記第１ロール及び第２ロールにそれぞれに動力を供給する動力提供部と、
    を含む非対称圧延装置。
17. 前記動力提供部は、
    前記第１ロール及び第２ロールをそれぞれ駆動させる第１モータ及び第２モータと、
    前記第１モータ及び第２モータの回転角速度を制御することができる制御部と、
    を含む請求項１６に記載の非対称圧延装置。
18. 前記第１ロールに連結される第１ギアと、
    前記第２ロールに連結され、前記第１ギアと互いに異なるギア比で結合される第２ギアと、を含み、
    前記動力提供部は、前記第１または第２ギアに駆動力を提供するモータを含む請求項１６に記載の非対称圧延装置。
19. 前記第１ロールよりも大径を有し、前記第２ロールの反対側で前記第１ロールを支持するように結合される第３ロールをさらに含む請求項１６に記載の非対称圧延装置。
20. 前記動力提供部は、
    前記第１ロールまたは第３ロールを駆動させる第１モータと、
    前記第２ロールを駆動させる第２モータと、
    前記第１モータ及び第２モータの回転角速度を制御することができるモータ制御部と、
    を含む請求項１９に記載の非対称圧延装置。
21. 前記第１ロールまたは第３ロールに連結される第１ギアと、
    前記第２ロールに連結され、前記第１ギアと互いに異なるギア比を有して結合される第２ギアと、を含み、
    前記動力提供部は、前記第１ギアまたは第２ギアに駆動力を伝達するモータを含む請求項１８に記載の非対称圧延装置。
22. 前記第１ギアまたは第２ギアは、１つ以上のギア比を可変的に変化させる可変ギアであり、
    前記ギア比を制御するギア制御部をさらに含む請求項１８または２１に記載の非対称圧延装置。

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