JP2020040192A

JP2020040192A - 表面処理鋼板の切断方法

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Publication number: JP2020040192A
Application number: JP2018171925A
Authority: JP
Inventors: 吉田　剛之; Takayuki Yoshida; 剛之吉田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-13
Also published as: JP7155784B2

Abstract

【課題】本発明は、表面処理鋼板の切断端面にめっき金属を回り込ませると共に、カエリの大きさを低減可能な切断方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の切断方法は、一対の円盤状の回転刃１の間に、表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板１００を通して、せん断力により表面処理鋼板１００を切断し、回転刃１は、表面処理鋼板１００の切断面側の一面の外周近傍に、所定の勾配を有する勾配面１０を備えており、回転刃１の先端部は、切断面側に、勾配面１０と回転刃１の外周面２０により構成される角張った角部３０を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、表面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板を一対の回転刃によるせん断加工により切断する切断方法に関する。

冷延鋼板は、錆や腐食を防止するため、表面を亜鉛、すず、クロム，ニッケル等の金属元素でめっきを施したり、樹脂を被覆したりする等の表面処理が施される。このような表面処理鋼板は、冷延鋼板と比較して優れた耐食性を有することから、自動車、家電製品、建築部材等に広く用いられている。
しかしながら、表面処理された帯鋼や切板を所望の形状に加工すべく、切断加工を施すと、その切断端面で鉄地が露出するため、赤錆が発生し、製品の外観を低下させる。更に、赤錆の侵食が進むと、部材としての強度の低下を招く可能性もある。

このような切断端面の錆や腐食を抑制するため、種々の方法が提案されている。
例えば、帯状の表面処理鋼板を切断する場合に、特許文献１では、予め切断箇所を押圧ロールにより押圧してめっき金属で被覆された溝を形成し、その溝に沿って、上下対の回転刃（せん断丸刃）により切断する加工方法が提案されている。また、特許文献２では、回転刃の切断端面側の先端部（コーナー部）を所定の曲率半径Ｒの曲率を有するように形成することにより、切断加工時のめっき金属の切断端面への回り込み率を向上させる加工方法が提案されている。

特開２００４−０３４１８３号公報特開２０１７−１９２９８９号公報

特許文献１で提案されている切断方法は、予め押圧により形成した溝と、実際の切断位置とのずれが生じやすいため、切断端面の状態が一定に保てないという問題がある。また、切断工程に先立って溝を形成する工程が必要なため、工程数が増えてコストアップにつながる。
特許文献２で提案されている切断方法は、上述したように、切断工程のみでめっき金属を切断端面に塑性流動により容易に回り込ませることができる一方、曲率半径Ｒの２分の１以上の大きさのカエリが発生してしまう。このカエリの大きさは、一般的な先端部（コーナー部）が直角の回転刃を用いた場合に生じるカエリの大きさに比べて大きいため、安全性を向上させるためには、カエリの除去が必要となる。

従って、本発明は、表面処理鋼板の切断端面にめっき金属を回り込ませると共に、カエリの大きさを低減可能な切断方法を提供することを目的とする。

本発明は、一対の円盤状の回転刃の間に、表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板を通して、せん断力により前記表面処理鋼板を切断する方法であって、前記回転刃は、前記表面処理鋼板の切断面側の一面の外周近傍に、所定の勾配を有する勾配面を備えており、前記回転刃の先端部は、前記切断面側に、前記勾配面と前記回転刃の外周面により構成される角張った角部を備えている表面処理鋼板の切断方法に関する。

また、前記所定の勾配は、５％以上５８％以下であることが好ましい。

また、前記所定の勾配は、９％以上３６％以下であることが好ましい。

また、前記一対の回転刃は、回転軸方向について、前記角部間の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の０％以上１０％以下となるように配置されることが好ましい。

また、前記一対の回転刃は、前記表面処理鋼板の板厚方向について、前記外周面同士の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の５０％未満となるように配置されることが好ましい。

本発明の表面処理鋼板の切断方法によれば、勾配面を有する回転刃によりめっき金属を切断端面に回り込ませることができると共に、回転刃の先端部の角部が角張っているので、カエリの大きさを小さくすることができる。

本発明の切断方法において、表面処理鋼板の切断前の状態を説明するための図である。本発明の切断方法において、表面処理鋼板の切断途中の状態を説明するための図である。本発明の切断方法において、表面処理鋼板の切断後の状態を説明するための図である。本発明の切断方法で用いられる回転刃の形状を説明するための模式断面図である。回転刃の勾配を説明するための部分拡大図である。本発明の切断方法における一対の回転刃の他の配置例を示す。本発明の切断方法における表面処理鋼板の切断時の様子を説明するための模式図である。比較例の切断方法において、角部の曲率半径が小さい場合の表面処理鋼板の切断時の様子を説明するための模式図である。比較例の切断方法において、角部の曲率半径が大きい場合の表面処理鋼板の切断時の様子を説明するための模式図である。本発明の切断方法で切断された表面処理鋼板の切断端面の模式図である。比較例の切断方法で切断された表面処理鋼板の切断端面の模式図である。

以下に、本発明の切断方法の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

まず、本発明の切断方法の被加工対象となる表面処理鋼板について説明する。表面処理鋼板の一例としては、素地鋼板の表面にアルミニウムとマグネシウムを含有した亜鉛合金をめっき金属として被覆したＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を挙げることができる。

Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を一般的な方法でせん断加工により切断した場合、めっき金属が切断端面の一部に回り込んで被覆される。この被覆されためっき金属から、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムが溶出して、めっき金属が被覆されない部分に保護皮膜が形成される。このように、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、他の亜鉛系めっき鋼板に比べて、耐食性に優れるという特長がある。
このＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系めっき鋼板の素地鋼板は、特に限定されず、例えば低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼及び合金鋼等を素地鋼板として使用することが可能である。また、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系めっき鋼板をプレス成形して使用する場合には、低炭素Ｔｉ添加鋼、低炭素Ｎｂ添加鋼等の絞り加工性に優れる素地鋼板を用いることが好ましい。

本発明の切断方法の被加工対象となる表面処理鋼板は、先に挙げたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板以外にも、表面にめっき金属を被覆した鋼板であれば、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、アルミニウムを５質量％含有する亜鉛合金による溶融５％Ａｌ−Ｚｎめっき鋼板、溶融５５％Ａｌ−Ｚｎめっき鋼板、溶融アルミニウムめっき鋼板を用いることができる。また、電気銅めっき鋼板を用いてもよい。

本発明の切断方法の流れについて図１〜図３を参照して簡単に説明する。ここでは、説明を簡単にするため、一対の回転刃について説明するが、実際には、回転刃による切断は、複数対の回転刃が配置されて行われる。

図１〜図３（ａ）は、一対の回転刃１により表面処理鋼板１００（以下、鋼板１００とも記載する）が連続的に切断される様子を回転軸２方向から見た図である。
図１（ａ）のＸ−Ｘの位置における鋼板１００は、回転刃１で押圧されていない切断前の状態である。Ｘ−Ｘ断面を図１（ｂ）に示す。

鋼板１００が図２（ａ）に示すＹ−Ｙの位置まで進むと、鋼板１００が回転刃１で表面及び裏面から押圧されて、切断が開始された状態となる。Ｙ−Ｙ断面を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示すように、鋼板１００は、上方に配置された回転刃１により下方に押圧され、下方に配置された回転刃１により上方に押圧されてせん断応力が加えられ、曲げられた状態となる。

図３（ａ）に示すＺ−Ｚの位置は、鋼板１００の板厚方向について、一対の回転刃１同士の間隔が最も小さくなる位置である。Ｚ−Ｚ断面を図３（ｂ）に示す。鋼板１００は、Ｚ−Ｚの位置に進むまでに、更にせん断応力が加えられてクラックが生じ、図３（ｂ）に示すように、クラックが進展して切断された状態となる。

次に、本発明の表面処理鋼板１００の切断方法で用いられる回転刃１の好ましい形状及び配置について、図４〜図７を参照して詳細に説明する。図４は、回転軸２を含む断面で切った場合の、一対の回転刃１の模式断面図を示す。図５は、図４で示した回転刃１の先端部を拡大した図である。図６及び図７は、一対の回転刃１の配置例を示す。

回転刃１は、図４に示すように、円盤形状に構成され、回転軸２方向について互いに対向する側の面、即ち、鋼板１００が切断される側の一面の外周近傍に、所定の勾配の勾配面１０を有する。

回転刃１の先端部は、前述の切断面側に、勾配面１０と回転刃１の外周面２０とで構成される角部３０を備えている。角部３０は、曲率半径が略０ｍｍの角張った形状に構成される。

回転刃１が有する勾配面１０の勾配は、図５に示すように、回転刃１の勾配面１０が形成されていない面と勾配面１０とのなす角度をθとし、回転刃１の勾配面１０が形成されていない部分の板厚をａ、先端部の板厚をｂ、勾配面１０が設けられた径方向の長さをｌとすると、勾配（％）＝ｔａｎθ×１００＝（ａ−ｂ）／ｌ×１００で表すことができる。

本実施形態では、めっき金属の回り込みを促進するため、所定の勾配を有する勾配面１０を設けた回転刃で表面処理鋼板を切断することで、表面のめっき金属が切断端面の２分の１以上の領域まで覆われた切断端面が得られる。
勾配の角度θは、３度以上３０度以下の場合、即ち、勾配が５％以上５８％以下の場合に、めっき金属１１０の回り込み量の増加が得られる。角度θが３０度を超えてもめっき金属１１０の回り込み量の増加が得られるが、切断された鋼板１００の表裏でずれが生じて、幅の寸法差が大きくなる。また、角度θが大きくなると、切断に要する設備の負荷が大きくなるだけでなく、回転刃と接触する箇所が板厚方向に潰されながら切断されるため、切断箇所が長手方向に大きく伸びる。その結果、ねじれや反りが発生してしまう。また、角度θが５度未満の場合、めっき金属１１０の回り込み量が少ないだけでなく、回り込んだめっきの厚みも薄くなる。よって、めっき金属１１０の回り込み量を増加させ、かつ鋼板１００の切断端面の形状が良好であるためには、角度θが５度以上２０度以下（勾配が９％以上３６％以下）である場合が好ましく、角度θが５度以上１０度以下（勾配が９％以上１８％以下）である場合がより好ましい。

回転刃１の配置例について、図４、図６及び図７を参照して説明する。回転刃１による鋼板１００の切断加工は、板厚方向に押込まれた回転刃１の先端部から発生するクラックによって行われる。以下に、好ましいクラックが発生するための条件として、一対の回転刃１間の距離（クリアランス）や、回転刃１の押込み量が適切となるようなギャップについて説明する。

一対の回転刃１は、回転軸２方向について所定のクリアランスＣを空けて配置され、また、鋼板１００の板厚方向について、所定のギャップＧを空けて配置される（図４参照）。

クリアランスＣは、回転軸２方向について、一対の回転刃１の角部３０同士の距離を表す。クリアランスＣは、鋼板１００の板厚の２０％を超えると鋼板が切断できずに異形断面になってしまう。また、クリアランスＣが板厚の−１０％よりも狭い場合においても、同様である。ここで、クリアランスＣの値が負になる場合とは、図６（ａ）に示すように、ギャップＧが０となった場合に、回転刃１の外周面２０同士が当接するような配置である。本発明の切断方法では、クリアランスＣの値が負になるような場合であっても、切断加工が可能である。しかしながら、例えば、回転刃１を用いて帯状の鋼板１００を連続して切断するためには、クラックが連続的に発生し、鋼板１００の表面側と裏面側に接触した回転刃１の角部３０近傍から発生するクラックが繋がる必要がある。このような観点から、クリアランスＣの値は、鋼板１００の板厚の０％以上１０％以下とすることが望ましい。

ギャップＧは、鋼板１００の板厚方向について、一対の回転刃１の外周面２０同士の距離を表す。このギャップＧは、鋼板１００の板厚の５０％未満とすることが望ましい。板厚の５０％以上の大きさでは、クリアランスＣが大きい場合と同様に、回転刃１の角部３０からクラックが発生せず異形断面となり、切断不可となる可能性があるためである。また、図７に示すように、勾配の角度θとクリアランスＣの値によっては、図６（ｂ）に示すように、ギャップＧを０％以下の値にすることも可能である。具体的には、回転刃１同士が接触して、角部３０が破損もしくは変形し、切断加工不良とならないように、最小のギャップＧは回転刃１の勾配面１０同士が接触するまでとなる。勾配面１０同士が接触するギャップＧは、製造現場での調整の他、板厚に依存するクリアランスＣと、回転刃１の勾配の角度θを用いて、最小ギャップＧｍｉｎ＝Ｃ／ｔａｎθで求められる。

次に、図７Ａ〜図８Ｂを参照して、本発明の切断方法により表面処理鋼板１００を切断した様子を比較例の切断方法によるものと比較しながら説明する。

図７Ａには、本発明の切断方法において、図７Ｂ及び図７Ｃには、比較例の切断方法において、鋼板が切断された状態をそれぞれ示す。また、図８Ａ及び図８Ｂには、本発明及び比較例による切断方法で切断された鋼板の切断端面の模式図をそれぞれ示す。

図７Ａに示すように、本発明の回転刃１は、勾配面１０が鋼板１００のめっき金属１１０に当接することで、めっき金属１１０の塑性流動を促進して、せん断面にめっき金属１１０を回り込ませることができる。よって、図８Ａに示すように、鋼板１００の切断端面は、せん断面が勾配面１０の勾配に応じて傾いた状態となるが、めっき金属で被覆される。また、図７Ａに示すように、角部３０が角張った形状を備えているので、切断端面に生じるクラックの起点が角部３０の近傍となる。よって、図８Ａに示すようにカエリの大きさが小さくなる。

比較例として、角部が所定の曲率半径Ｒの曲率を有しており、勾配面を有さない形状の回転刃を用いて、鋼板１００を切断した例について説明する。

図７Ｂに示すように、比較例の回転刃１Ａは角部３０Ａが丸くなっている（曲率が小さい）ため、鋼板１００の表面のめっき金属が多く巻き込まれて、図８Ｂに示すように、切断端面のうちせん断面がめっき金属で被覆される。しかしながら、角部３０Ａの曲率が小さいため、角部から遠いところでクラックが生じて、カエリは大きくなる。
また、切断端面の略全面をめっき金属で被覆するため、略全面がせん断面となるように曲率半径Ｒを大きくする（曲率を更に小さくする）と、図７Ｃに示すように、鋼板１００は、切断端面にクラックが生じないまま、引きちぎられるように切断され、更に、カエリが引き伸ばされるので、カエリの大きさは、曲率半径Ｒの２分の１以上の大きさとなる。

以上、説明したように、角部３０Ａに丸みを持たせる比較例の切断方法では、切断端面をめっき金属で被覆することができる反面、大きなカエリが生じることが問題となる。それに対して本発明の切断方法によれば、回転刃１に所定の勾配の勾配面１０を設けることにより、防錆性及び耐食性を発揮するのに十分な量のめっき金属を切断端面に被覆することができ、更に、角部３０が角張った形状を備えるので、カエリの大きさを小さくすることができる。

以上説明した本発明の表面処理鋼板１００の切断方法によれば、以下の効果を奏する。

（１）本発明の表面処理鋼板１００の切断方法は、一対の円盤状の回転刃１の間に、表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板１００を通して、せん断力により表面処理鋼板１００を切断し、回転刃１は、表面処理鋼板１００の切断面側の一面の外周近傍に、９％以上５８％以下の所定の勾配を有する勾配面１０を備えており、回転刃１の先端部は、切断面側に、勾配面１０と回転刃１の外周面２０により構成される角張った角部３０を備えるものとした。これにより、防錆性及び耐食性を発揮するのに十分な量のめっき金属を切断端面に被覆して、カエリの大きさを小さくして表面処理鋼板１００を切断することができる。

（２）所定の勾配を、９％以上３６％以下とするものとした。これにより、勾配が９％以上であるので、防錆性及び耐食性を発揮するのに十分な量のめっき金属を切断端面に被覆することができ、勾配が３６％以下であるので、切断端面の形状を良好とすることができる。

（３）一対の回転刃１を、回転軸２方向について、角部間の距離（クリアランス）Ｃが、表面処理鋼板１００の板厚の０％以上１０％以下となるように配置するものとした。これにより、表面処理鋼板１００の表面側と裏面側に接触した回転刃１の角部３０近傍から発生するクラックが繋がりやすくなり、クラックが連続的に発生するので、帯状の表面処理鋼板１００を連続して切断するのに適した切断方法となる。

以下に、本発明の切断方法を適用した実施例について説明する。
表面処理鋼板１００として板厚が２．３ｍｍ、３．２ｍｍ、４．５ｍｍで、めっき付着量９０ｇ／ｍ^２、１９０ｇ／ｍ^２、３５０ｇ／ｍ^２、であるＺｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ（質量比）合金めっき鋼板を用いた。回転刃１としては、直径が最も大きい箇所でφ１６０ｍｍの上下の回転刃を用いて、４０ｍｍから３０ｍｍの幅へ切断加工した。

切断加工面にめっき金属を回り込ませた評価は、断面観察により、せん断面にめっき金属が回り込んだ領域とダレの領域を測定し、切断された鋼板の厚みに対するめっき金属の回り込み長さとダレの長さを合計した比率を、めっき金属の回り込み率（％）＝（ダレの領域＋せん断面にめっき金属が回りこんだ領域）／板厚×１００として評価した。また、切断端面のカエリは断面をエポキシ樹脂に埋め込み断面観察によって測定し、一般的な角部が直角の回転刃を基準として評価した。

これらの評価状況を表面処理鋼板１００の板厚及び回転刃１の形状毎に整理した。実施例として、勾配の角度θが５度、１５度の回転刃を用い、比較例として、勾配面を設けない回転刃を用いて切断加工を行い、比較した。

本発明の防錆性及び耐食性の効果を評価するため、暴露試験を実施した。暴露は海岸から５００ｍほど離れた３階立ての建物の屋上で１ヶ月間実施し、評価は試験体より３ｍ離れて目視にて行った。評価は赤錆が明確に判断できれば×、赤錆が判断できない場合は○とした。

これらの評価結果を表１に示す。
比較例１〜６は、一般的な角部が直角の、つまり、勾配を有さない回転刃により切断加工を行ったものであり、比較例７は、勾配を有さず角部が丸い回転刃により切断加工を行ったものである。

実施例１〜１７におけるめっき金属の回り込み率は、回転刃１の勾配の角度θが５度、１５度及び３０度、クリアランスＣが０％と５％において、いずれも約６０％以上となることが確認できた。
それに対して、比較例１〜６では、めっき金属の回り込み率はいずれも約４０％以下となった。
また、屋外暴露試験の結果は、めっき金属の回り込み率に応じた結果となった。めっき金属の回り込み率が約４０％以下の比較例１〜６では、赤錆が確認され、めっき金属の回り込み率が約６０％以上の実施例１〜１７では、赤錆は確認されなかった。

また、めっき付着量の差によるめっき金属の回り込み率を比較したところ、付着量９０ｇ／ｍ^２と１９０ｇ／ｍ^２と３５０ｇ／ｍ^２との間で、めっき金属の回り込み率に差異はみられなかった。

角部３０の曲率半径が０ｍｍである実施例１〜１７のカエリの大きさは、板厚比でいずれも５％以下となり、角部の曲率半径が０．３ｍｍである比較例７のカエリの大きさは、板厚比で９％となった。よって、本発明の切断方法によれば、カエリを小さくできることが確認された。

１回転刃
２回転軸
１０勾配面
２０外周面
３０角部
１００表面処理鋼板

Claims

一対の円盤状の回転刃の間に、表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板を通して、せん断力により前記表面処理鋼板を切断する方法であって、
前記回転刃は、前記表面処理鋼板の切断面側の一面の外周近傍に、所定の勾配を有する勾配面を備えており、
前記回転刃の先端部は、前記切断面側に、前記勾配面と前記回転刃の外周面により構成される角張った角部を備えている表面処理鋼板の切断方法。
前記所定の勾配は、５％以上５８％以下である請求項１に記載の表面処理鋼板の切断方法。
前記所定の勾配は、９％以上３６％以下である請求項１に記載の表面処理鋼板の切断方法。
前記一対の回転刃は、回転軸方向について、前記角部間の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の０％以上１０％以下となるように配置される請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理鋼板の切断方法。
前記一対の回転刃は、前記表面処理鋼板の板厚方向について、前記外周面同士の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の５０％未満となるように配置される請求項１〜４のいずれかに記載の表面処理鋼板の切断方法。