JP2022070364A

JP2022070364A - 冷延鋼板の製造方法

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Publication number: JP2022070364A
Application number: JP2020179385A
Authority: JP
Inventors: 雅康植野; Masayasu Ueno; 拓郎矢▲崎▼; Takuro Yazaki; 竜也中村; Tatsuya Nakamura; 洋尚大場; Hironao Oba; 正樹川辺; Masaki Kawabe
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: JP7338604B2

Abstract

【課題】酸液を用いた処理やショットブラスト等の付加的な製造工程を必要とせず、冷延鋼板を製造するにあたり通常行われる工程のみによって、異材との密着性に優れた冷延鋼板を製造することのできる、冷延鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】熱間圧延された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程、または該冷間圧延工程後の前記鋼板を必要に応じてさらに調質圧延する調質圧延工程の少なくとも一方に、一以上の粗度調整パスを備え、前記粗度調整パスでは、前記鋼板の表面粗さを、ＩＳＯ２５１７８に規定される算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％にする。【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦材等の異材との密着性に優れた冷延鋼板の製造方法に関する。

冷延鋼板には、その用途により、接着剤を用いて鋼板同士または鋼板と異材とを接合して用いられるものがある。その一例として、自動車のオートマチックトランスミッションに組み込まれるプレートディスククラッチが挙げられる。プレートディスククラッチは、クラッチを構成する部品の一つであって、円盤状に形成され、摩擦力により動力を伝達する機能を果たす。

プレートディスククラッチは、焼鈍および冷間圧延された炭素鋼板を打ち抜き、その表面に摩擦材を接着してなるフリクションプレートと、上記炭素鋼板を打ち抜いたままで用いられるセパレータプレートとを交互に配置して構成されている。フリクションプレートの表面に貼り付けられた摩擦材は、クラッチがブレーキとして作用するときに大きなせん断力を受けるため、摩擦材自体が強度および耐摩耗性を備えるとともに、摩擦材が貼り付付けられる鋼板との間に十分な密着性が確保される必要がある。

特許文献１には、普通鋼または特殊鋼の鋼板表面に、中心線平均粗さＲａが１．０～４．０μｍの電解粗面化表面を形成することにより、鋼板素地の塗膜密着性を改善することが開示されている。また、電解粗面化表面を、硝酸と強電解質硝酸塩の混合水溶液中におけるアノード電解により形成することが開示されている。特許文献１では、ダルロールを用いた圧延では密着性を大幅に向上させるような微細な粗面化は困難であるとして、粗面化手段として電解粗面化を用いている。

特許文献２には、熱間圧延と酸洗とを施した鋼板に対して、圧下率１％以上の調質圧延または冷間圧延を行い、さらに電解酸洗またはショットブラストにより表面粗さを所定の範囲に制御することにより、摩擦材との接着性を高めたクラッチプレート用鋼板の製造方法が開示されている。電解酸洗では、硫酸酸洗、塩酸酸洗、または混合液を用いて、鋼板の表面粗さを最大高さＲｙで３～２５μｍにしている。また、ショットブラストでは、ショット粒度＃６０番以下のショット粒を鋼板表面に投射して、鋼板の表面粗さを最大高さＲｙで１０～２５μｍにしている。

特許文献３には、鋼板表面にダルロール圧延による第１の凹凸を形成した後、塩酸水溶液によるエッチングで第１の凹凸の上にピッチの小さい第２の凹凸を複合的に形成することで、接着剤や塗料との密着性を高めることが開示されている。ダルロール圧延では、圧延方向に測定した鋼板表面の中心線平均粗さＲａが０．４～２．０μｍとなるように圧延を行うことが開示されている。

特開２００３―３３００号公報特許第３８７５９３８号公報特開２００９－２４２９５０号公報

しかし、特許文献１の方法では、通常の冷延鋼板の製造工程の後に、硝酸と強電解質硝酸塩の混合水溶液中におけるアノード電解を行う工程を追加する必要があり、製造工程が増えることで鋼板の製造コストが上昇する。また、電解酸洗で使用した酸液の廃液処理が必要となるため、環境負荷が大きな製造方法になる問題がある。

特許文献２の方法でも、通常の冷延鋼板の製造工程の後に、電解酸洗またはショットブラストにより表面粗さを所定の範囲に制御する工程を追加する必要がある。電解酸洗を用いる場合には、特許文献１と同様の問題が生じる。冷延鋼板の表面にショットブラスト処理を行う場合には、金属やセラミックスの粒子を高速で鋼板表面に投射する際に粉塵が発生するため、粉塵処理、適切な作業環境管理、粉塵爆発対策等を行う必要があり、鋼板の製造コストの上昇を招く。また、鋼板表面に粉塵が残存することによる品質上の問題の発生を防ぐため、ショットブラスト処理後に洗浄工程を追加することが必要になる場合もあり、鋼板の製造コストがさらに上昇する。

特許文献３の方法でも、第１の凹凸は、冷延鋼板の通常の製造工程における調質圧延等により形成できるが、さらに塩酸水溶液によるエッチングで第２の凹凸を形成するための工程を追加する必要があり、鋼板の製造コストの上昇を招く。また、エッチングで使用した塩酸水溶液の廃液処理が必要となるため、追加的なコストが発生する。なお、特許文献３では、ダルロール圧延において、圧延方向に測定した鋼板表面の中心線平均粗さＲａが０．４～２．０μｍとなるように圧延を行うことが開示されているが、圧延に用いるダルロールの表面粗さや表面凹凸の形態、ダルロールの加工方法等については記載されておらず、ダルロール圧延によって如何なる凹凸形態が付与されるかについては明らかでない。

このように、特許文献１から特許文献３に開示される方法のいずれにおいても、通常の冷延鋼板の製造工程の後に、鋼板の表面粗さを制御するための工程を追加する必要があり、これにより鋼板の製造コストの上昇や環境負荷の増加という問題が生じていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、酸液を用いた処理やショットブラスト等の付加的な製造工程を必要とせず、冷延鋼板を製造するにあたり通常行われる工程のみによって、異材との密着性に優れた冷延鋼板を製造することのできる、冷延鋼板の製造方法を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、冷間圧延で用いられるワークロールの表面粗さを適切に制御することにより、酸液を用いた処理やショットブラスト等の付加的な製造工程を行わずに、異材との密着性に優れた冷延鋼板を得ることができることを見出した。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］熱間圧延された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程、または該冷間圧延工程後の前記鋼板を必要に応じてさらに調質圧延する調質圧延工程の少なくとも一方に、一以上の粗度調整パスを有し、前記粗度調整パスは、前記鋼板の表面粗さを、ＩＳＯ２５１７８に規定される算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％にする、冷延鋼板の製造方法。
［２］前記粗度調整パスで用いるワークロールの表面粗さは、ＩＳＯ２５１７８に規定される算術平均高さＳａで０．５～６．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで５．０～１５．０％である、［１］に記載の冷延鋼板の製造方法。
［３］前記粗度調整パスでは、粒状Ｃｒが析出したＣｒめっき層により構成される表面を有するワークロールを用いる、［１］または［２］に記載の冷延鋼板の製造方法。
［４］前記粗度調整パスにおける圧下率は、１パスあたり１～１０％である、［１］～［３］のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。

本発明の冷延鋼板の製造方法によれば、酸液を用いた処理やショットブラスト等の付加的な製造工程を必要とせず、冷延鋼板を製造するにあたり通常行われる工程のみによって、異材との密着性に優れた冷延鋼板を製造することができる。よって、鋼板の製造コストを低減できるとともに、環境負荷の小さい生産プロセスを実現できる。

図１は、本発明の冷延鋼板の製造方法の製造工程の手順の一例を示す図である。図２は、本発明の冷延鋼板の製造方法の製造工程の手順の他の一例を示す図である。図３は、引張せん断接着強さ試験方法の概要を示す模式図である。図４は、３次元表面粗さパラメータと接着強さとの関係を示す図である。図５は、圧下率と鋼板の表面粗さ（算術平均高さＳａ）との関係を示す図である。図６は、圧下率と鋼板の表面粗さ（界面の展開面積比Ｓｄｒ）との関係を示す図である。図７は、本発明の冷延鋼板の製造方法の粗度調整パスで用いられるワークロールの表面粗さの例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の冷延鋼板の製造方法の実施形態について、詳細に説明する。
＜冷延鋼板＞
本発明の冷延鋼板の製造方法では、一般的な冷延鋼板の製造方法により製造される冷延鋼板と同様に、種々の鋼種・規格・サイズを有する冷延鋼板を製造可能であり、特に、接着剤を用いて異材と接合される用途に適する冷延鋼板を製造する。

鋼種や規格については、例えば、日本産業規格ＪＩＳＧ３１４１「冷間圧延鋼板及び鋼帯」や、ＪＩＳＧ３３１１「みがき特殊帯鋼」が製造対象となる。また、引張強度３４０ＭＰａ以上の高張力鋼板や、ほうろう用鋼板をはじめとする特殊用途冷延鋼板も製造対象となる。

本発明の冷延鋼板の製造方法は、特に、ＪＩＳＧ３３１１「みがき特殊帯鋼」の一区分である炭素鋼を製造対象として適用することが好ましい。同規格では、炭素鋼の種類として、炭素量に応じてＳ３０ＣＭ～Ｓ７５ＣＭが規定されており、これらは、異材との高い密着性が要求されるクラッチ部品に用いられることが多い。また、本発明は、ＪＩＳＧ３３１１の「みがき特殊帯鋼」の他の区分である炭素工具鋼のＳＫ６５Ｍ～ＳＫ８５Ｍ等を製造対象として適用してもよい。これらは、２次加工時の加工性に優れ、熱処理によって強度（硬度）を調整できるとともに、面内の板厚精度に優れているため、プレートディスククラッチの回転部品であるフリクションプレートに多く用いられている。

ただし、鋼板にめっき等が施された表面処理鋼板は、本発明の冷延鋼板の製造方法による製造対象とはしない。表面処理鋼板においては、異材との接着強度が、鋼板表面に形成された皮膜の種類に大きく依存するためである。

本発明の冷延鋼板の製造方法により製造される冷延鋼板のサイズについては、板厚０．１４～３．２ｍｍ、最大幅１８５０ｍｍの冷延鋼板が、主な製造対象となる。

本発明の冷延鋼板の製造方法により製造される冷延鋼板に接着される異材には、この冷延鋼板とは異なる異種材料、この冷延鋼板と同種材料の両方を含むものとする。異種材料は、本発明の製造方法により製造される冷延鋼板と接着されたときに全体として一定の強度や剛性を有するものであればよく、鉄鋼材料に限定されず、銅、アルミニウム、チタン等の非鉄金属材料を含むものとする。また、異種材料は、紙、布、プラスチック等であってもよい。冷延鋼板と接着され全体として一定の強度や剛性を有するからである。
＜冷延鋼板の製造工程の概要＞
本発明の冷延鋼板の製造方法は、熱間圧延工程、酸洗工程および冷間圧延工程を含む。上記製造工程には、焼鈍工程や調質圧延工程が含まれてもよい。いずれも通常の冷延鋼板の製造工程で用いられるからである。

本発明の冷延鋼板の製造方法の一実施形態として、上述の「みがき特殊帯鋼」を製造対象とした場合の製造工程の手順の例を、図１に示す。

熱間圧延工程Ｓ１では、製鋼工程で鋳造されたスラブを、加熱炉にて加熱後、粗圧延機、仕上圧延機により所定の板厚まで減厚し、ランアウトテーブルで所定温度まで冷却して薄鋼板とし、これをコイル状に巻き取り、常温付近まで冷却する。熱間圧延工程Ｓ１以降の各工程では、薄鋼板がコイル状に巻かれた状態から処理が行われることから、以下では、当該薄鋼板を鋼帯とも呼ぶ。

続く酸洗工程Ｓ２では、熱間圧延後の鋼帯（熱延鋼板）から、熱間圧延工程Ｓ１で生成した表面の酸化物が除去される。さらに、冷間圧延工程Ｓ３において、鋼帯を所定の目標板厚まで複数パスの圧延により減厚する。あるいは、酸洗工程Ｓ２後に無酸化雰囲気で焼鈍処理（焼鈍工程Ａ）を施して軟質化してから、冷間圧延工程Ｓ３を行ってもよい。焼鈍工程Ａとしては、バッチ式焼鈍が用いられる場合が多い。

本実施形態では、複数パスの圧延を行う冷間圧延工程Ｓ３において、少なくとも一つの圧延パスを、粗度調整パスとして選択する。粗度調整パスでは、鋼板の表面粗さを、国際規格ＩＳＯ２５１７８に規定される算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％にする。粗度調整パスにより形成される鋼板の表面粗さの詳細については、後述する。

粗度調整パスは、冷間圧延工程Ｓ３の最終圧延パスを含むように選択することが好ましい。冷間圧延工程Ｓ３の最終圧延パスは、冷延鋼板の表面状態を最終的に調整して製品の状態とする圧延パスだからである。粗度調整パスに用いるワークロールの表面粗さについては、後述する。

冷間圧延工程Ｓ３を経た鋼板は、冷延鋼板製品としてユーザーに出荷される。出荷された冷延鋼板は、ユーザーにおいてプレス加工Ｓ４が行われ、所定の製品寸法・形状に成形されるのが一般的である。その後、異材との接着処理Ｓ５が施される。

ここで、冷間圧延工程Ｓ３において上記粗度調整パスを備えない従来の冷延鋼板の製造方法により製造された冷延鋼板製品は、ユーザーにおいてプレス加工Ｓ４されて所定の製品寸法・形状に加工された後、異材との接着処理Ｓ５が施される前に、図１に破線で示すように、酸洗またはエッチング処理、もしくはショットブラスト処理等の後工程処理ＳＡを施して、異材との密着性を向上させる必要があった。

また、上記特許文献１～３の方法では、従来はユーザーにおいて行われていた、図１に破線で示す後処理工程ＳＡを、冷間圧延工程Ｓ３の後に実施することで、異材との接着性を冷延鋼板製品に予め備えるようにして出荷するものである。これら特許文献１～３の方法によれば、ユーザーにおいて行われていた後処理工程ＳＡを省略できるが、その代わりに、冷延鋼板の製造工程において、鋼板の表面粗さを制御するための工程を追加する必要があるため、異材との接着処理Ｓ５が施された最終製品を得るまでに必要となる製造コストや環境負荷を全体としてみれば、ユーザーにおいて後処理工程ＳＡを行う従来の冷延鋼板の製造方法と大きく変わるものではない。

これに対し、本発明の冷延鋼板の製造方法では、このようなユーザーにおける酸洗またはエッチング処理、もしくはショットブラスト処理等の後工程処理ＳＡを行わなくても、優れた異材との接着性が得られる。

なお、図１に示す製造工程の手順において、冷間圧延工程Ｓ３の後に、さらに再焼鈍工程（図示せず）を追加して冷延鋼板を軟質化してから、冷延鋼板製品として出荷してもよい。冷間圧延工程Ｓ３において粗度調整パスにより形成された鋼板表面の凹凸が、再焼鈍工程を経てもほとんど変化しない限りにおいては、冷延鋼板製品は異材との密着性を発揮できるからである。

あるいは、図１に示す冷延鋼板の製造工程の手順を、図２に示すように変更してもよい。図２に示す冷延鋼板の製造工程の手順において、熱間圧延工程Ｓ１および酸洗工程Ｓ２は、図１に示す手順と同様である。図２に示す手順では、酸洗工程Ｓ２後、冷間圧延工程Ｓ３’において、鋼帯を所定の目標板厚まで複数パスの圧延により減厚する。この冷間圧延工程Ｓ３’には、必ずしも上記粗度調整パスを備える必要はない。冷間圧延工程Ｓ３を経た鋼板は、さらに焼鈍工程Ｂにより、加工ひずみによって硬質化した鋼帯の軟質化を図った上で、冷延鋼板製品として出荷される。

ここで、焼鈍工程Ｂは、焼鈍炉の下流側に調質圧延機を備える連続焼鈍設備により行うことができ、この場合には調質圧延機による圧延パスを上記粗度調整パスとして選択する。または、粗度調整パスとして、焼鈍工程Ｂの調質圧延機による圧延パスに加えて、冷間圧延工程Ｓ３’の最終圧延パスを併せて選択してもよい。ただし、連続焼鈍設備とは別ラインに調質圧延機を備え、焼鈍後に別ラインである調質圧延機により調質圧延を行う場合には、これら連続焼鈍設備による処理と、調質圧延機による処理とを合わせて焼鈍工程Ｂとする。
＜冷間圧延工程＞
図１または図２に示す冷延鋼板の製造工程における冷間圧延工程Ｓ３、Ｓ３’は、単一スタンドのレバース式圧延機や、４～６スタンドのタンデム圧延機等により行う。

レバース式圧延機としては、例えば、圧延スタンドおよび前後のテンションリールから構成され、圧延パスごとに圧延方向を反転させて複数パスの圧延を行うことにより、鋼帯を減厚するものを用いることができる。

圧延スタンドのミル形式としては、４段式、６段式圧延機の他に、１２段または２０段のクラスター型圧延機等を用いることができる。クラスター型圧延機を用いる場合には、ワークロール径が４０～２００ｍｍ程度のものを使用できる。クラスター型圧延機では、ワークロールを支持する中間ロールを駆動ロールとする場合が多く、駆動軸から切り離されているワークロールを随時交換することが容易である。したがって、選択された粗度調整パスに合わせてワークロールを適宜交換しても冷間圧延工程の生産能率を阻害することがない。また、ワークロールが小径であるため、高炭素鋼やステンレス鋼等の硬質材料の鋼帯を圧延するのに適している。

冷間圧延工程Ｓ３、Ｓ３’において、レバース式圧延機を用いる場合には、冷間圧延の複数パスのうちの最終圧延パスを、粗度調整パスとして選択することが好ましい。初期パスから最終圧延パスの１パス前までは、表面粗さの小さい研削ロールを使用することにより、最終圧延パスの１パス前まではワークロールと鋼帯との間の摩擦係数を小さくでき、圧延荷重を抑制できる。

一方、粗度調整パスとなる最終圧延パスでは、ワークロールを、後述のような表面粗さを有するものに交換して圧延を行う。これにより、冷間圧延工程Ｓ３、Ｓ３’における生産能率を維持しながら、異材との密着性を確保するのに必要となる表面粗さを鋼板の表面に付与することができる。

レバース式圧延機では、冷間圧延工程Ｓ３、Ｓ３’の全圧延パスを通じて、潤滑剤としてニート油またはエマルション油を用いることが好ましい。これにより、初期パスから最終圧延パスの１パス前までは、圧延荷重を低減する効果が得られるとともに、粗度調整パスとなる最終圧延パスでは、ワークロールの表面に形成した凹凸が摩耗して変化するのを抑制できるからである。

また、タンデム圧延機としては、例えば、入側ペイオフリール、溶接機、ルーパー、圧延スタンドおよびコイラーから構成される５スタンド連続式圧延機を用いると、圧延機が直列に配置され、高い生産性を有するので好ましい。タンデム圧延機を構成する圧延スタンドのミル形式としては、例えば、４段式または６段式のものを使用できる。タンデム圧延機に用いるワークロールの径としては、直径３００～６００ｍｍ程度のものを使用できる。

冷間圧延工程Ｓ３、Ｓ３’において、タンデム圧延機を用いる場合は、タンデム圧延機の最終スタンドにおける圧延パスを、粗度調整パスとして選択することが好ましい。調質圧延工程を経ない製造方法においては、最終スタンドで鋼板に付与される表面粗さが、最終的な冷延鋼板製品の表面粗さになるからである。ここで、粗度調整パスとなる最終スタンドのワークロールとして、後述のような表面粗さを有するものを組み込んで圧延を行う。なお、タンデム圧延機では、最終スタンドを含めた圧延スタンドに、エマルション油を供給しながら圧延を行うことが好ましい。タンデム圧延機において、ニート油は用いずにエマルション油を用いるのは、圧延速度が高いため、焼き付きを防止するために高い冷却能が必要だからである。タンデム圧延機においてエマルション油を用いるのが好ましい他の理由は、レバース式圧延機と同様である。
＜焼鈍工程Ｂ＞
図２に示す冷延鋼板の製造工程のように、焼鈍工程Ｂにおける調質圧延機による圧延パスを粗度調整パスとして選択する場合について説明する。冷間圧延工程Ｓ３’を経た鋼帯は、焼鈍工程Ｂを行う連続焼鈍設備のペイオフリールに装入される。連続焼鈍設備は、ペイオフリール側から、入側ルーパー、加熱帯、均熱帯、冷却帯、出側ルーパーを備え、必要に応じて、再加熱帯、過時効帯、最終冷却帯をさらに備えていてもよい。出側ルーパーを経た鋼帯は、その下流側に配置された調質圧延機によって軽圧下の圧延が行われた後、テンションリールによって巻き取られる。

調質圧延機としては、４段式または６段式の圧延機等を使用できる。調質圧延機による圧延パスを粗度調整パスとして選択する場合には、調質圧延機のワークロールとして、後述のように所定の粗さに調整したものを組み込んで、調質圧延を行う。

調質圧延では、鋼板の機械的性質を調整する機能が求められることから、調質圧延で鋼板に付与する圧下率は概ね１～３％程度である。このように、図２に示す冷延鋼板の製造工程のように、焼鈍工程Ｂを行う連続焼鈍設備の調質圧延機による圧延パスを粗度調整パスとして選択する場合は、異材との密着性を確保するのに必要となる表面粗さを鋼板の表面に付与するのに圧下率が不足する場合もあり得る。このような場合には、粗度調整パスとして、焼鈍工程Ｂの調質圧延機による圧延パスに加えて、冷間圧延工程Ｓ３’の最終圧延パスを併せて選択して、冷間圧延工程Ｓ３’の最終圧延パスおよび調質圧延機による圧延パスの２回にわたって、所定の粗さに調整したワークロールを用いた圧延を行うことが好ましい。これにより、異材との密着性を確保するのに必要となる表面粗さを鋼板の表面に付与することが容易となる。
＜鋼板の表面粗さ＞
本実施形態では、上記粗度調整パスにおいて、鋼板の表面粗さを、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％に調整する。

ここで、算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒは、ＩＳＯ２５１７８「面粗さ」に規定される、３次元表面性状を表す面粗さのパラメータである。算術平均高さＳａは、鋼板表面の平均面に対する各点の高さの絶対値の差の平均を示すものであり、ＪＩＳＢ０６０１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）－表面性状：輪郭曲線方式－用語、定義及び表面性状パラメータ」に規定される線粗さのパラメータである算術平均粗さＲａを３次元に拡張したものである。界面の展開面積比Ｓｄｒは、完全な平坦な面に対しての表面積の増加割合を示すパラメータであり、値が大きいほど鋼板の表面積が大きいことを示すものである。

算術平均高さＳａは、表面凹凸すなわち表面粗さを有する面における、平均面に対する各点の高さを表す指標である。鋼板の表面粗さの算術平均高さＳａが大きいほど、異材との接着後に、接着面においてアンカーが深く形成され、せん断に対する剥離抵抗が大きくなる。鋼板表面の表面粗さが、算術平均高さＳａで０．４μｍ未満の場合には、異材との接着強度が小さくなり、酸洗やエッチング処理により表面粗さを付与した鋼板よりも、異材との密着性が低くなってしまう。また、鋼板表面の表面粗さが、算術平均高さＳａで２．０μｍを超える場合には、異材との接着時に塗布する接着剤の厚さを厚くする必要が生じてしまう。また、フリクションプレートに用いる場合には、摩擦材を接着した摺動面の表面粗さも大きくなるため、摺動面での摩擦係数が必要以上に増加してしまう場合がある。したがって、粗度調整パスにおいて鋼板表面に付与する表面粗さは、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍとする。なお、本実施形態において、２次元粗さ（線粗さ）のパラメータである算術平均粗さＲａを使用しないのは、回転体等に使用される部材では、せん断力が負荷される方向に関係なく、高い接着強度が要求されるため、３次元表面性状を表す面粗さのパラメータである算術平均高さＳａのほうが適しているからである。ただし、接着面におけるアンカーを深く形成するという観点からは、算術平均高さＳａに代えて、２次元粗さ（線粗さ）のパラメータである算術平均粗さＲａを用い、粗度調整パスにおいて鋼板表面に付与する表面粗さを、算術平均粗さＲａで０．４～２．０μｍとしてもよい。

一方、鋼板と異材とは面で接合されることから、鋼板の表面積が大きいほど異材との密着性に優れる。ここで、算術平均高さＳａまたは算術平均粗さＲａは、表面凹凸に関する平均高さに関する指標であるから、算術平均高さＳａまたは算術平均粗さＲａが同一であっても、凹凸のピッチが小さくなるほど、表面積が拡大して、異材との密着性が向上する。このような観点から、界面の展開面積比Ｓｄｒが大きいほど、密着性が向上することになる。本実施形態では、粗度調整パスにおいて鋼板に付与される表面粗さとして、界面の展開面積比Ｓｄｒを２．０～６．０％とする。界面の展開面積比Ｓｄｒが２．０％未満の場合には、異材との接着強度が低下してしまう。一方、界面の展開面積比Ｓｄｒは大きいほど好ましいが、粗度調整パスにおける圧延によって６．０％を超える表面粗さを付与するのは、現実的には困難である。
＜鋼板の密着性＞
上述のとおり、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％の表面粗さを有する鋼板は、異材との密着性に優れている。

本発明者らは、上記の表面粗さを有する鋼板が、異材との密着性に優れていることについて、以下の評価試験により検証した。

本評価試験では、ＪＩＳＧ４０５１「機械構造用炭素鋼鋼材」に規定される鋼種Ｓ５５Ｃ（Ｃ含有量が０．５２～０．５８％）を対象として、熱間圧延工程において板厚２ｍｍとし、酸洗工程により表面の酸化物を除去し、さらに窒素中に３％の水素を含む混合ガス中で８５０℃の焼鈍工程（図１における焼鈍工程Ａに相当）を施した。

続いて、レバース式圧延機を用いて、直径１３０ｍｍのワークロールを用いた複数パスの冷間圧延工程を行い、板厚を１．２ｍｍまで減厚した。冷間圧延工程の最終圧延パスでは下記ワークロールを用いて、圧下率を０．０８％～６．５０％の範囲で変化させて圧延を行い、種々の表面粗さを有する冷延鋼板を得た。

ワークロールとしては、ショットブラスト加工により算術平均高さＳａが１．８５μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが２．７％の表面粗さを形成したもの（ワークロールａ）、ショットブラスト加工により算術平均高さＳａが３．０８μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが４．８％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｂ）、後述する方法でＣｒめっきを施すことにより、ワークロール表面にＣｒを粒状に微細析出させ、このＣｒめっき層によって算術平均高さＳａが１．２２μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが５．１％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｃ）の３種類を用いた。

ワークロールの表面粗さの測定は、後述のレプリカ法により行った。具体的には、触針式の粗さ計を用いて、ロール円周方向に２ｍｍの領域を、ロール軸方向に測定ピッチ１０μｍで５ｍｍにわたって測定を行い、ワークロールａ～ｃの表面の算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを算出した。

上述の製作条件に従って得られた、種々の表面粗さを有する各冷延鋼板について、ＪＩＳＫ６８５０「接着剤－剛性被着材の引張せん断接着強さ試験方法」に準じ、異材との密着性を評価する引張せん断接着強さ試験を行った。

具体的には、図３に示す２枚の鋼板１、２には、上記の製作条件に従って得られた、種々の表面粗さを有する各冷延鋼板を用いた。そして、これら２枚の鋼板１、２を、上記の製作条件により表面粗さが付与された面を接着面として、接着剤３で接着して、試験片を作成した。接着剤３には、主成分がフェノール系樹脂であるセメダイン株式会社製のＣＳ－２７１１を用い、接着剤塗布後に２００℃で３０分保持をする焼付硬化処理を実施した。

このような試験片に、接着部と主軸とに平行な引張力を与え、接着部にせん断応力を発生させた。試験温度は室温２５℃とし、引張速度は１３ｍｍ／ｍｉｎとした。そして、試験片の接着部に破壊が生じたときの引張力から、接着部のせん断強さである接着強さを測定した。

接着剤３のせん断強度は約１４ＭＰａであるので、本試験において、１４ＭＰａ以上のせん断応力で接着部が破壊した場合は、接着接手の接着剤３が凝集破壊で破壊した形態となり、密着性が十分に優れていると評価できる。逆に、１４ＭＰａ未満のせん断応力で接着部が破壊した場合には、界面破壊が生じており、密着性が必ずしも十分ではないと評価できる。

図４に、本評価試験の結果を示す。図４は、横軸を鋼板表面の算術平均高さＳａ、縦軸を鋼板表面の界面の展開面積比Ｓｄｒとして、各試験片の試験結果を、接着強さが１４ＭＰａ以上のものと、１４ＭＰａ未満のものとに分けてプロットしたものである。鋼板の表面粗さを、算術平均高さＳａで０．４μｍ以上、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０％以上となるように調整したものは全て、１４ＭＰａ以上の接着強さが得られた。このように、粗度調整パスにより、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％の表面粗さを鋼板に付与することによって、別途酸洗またはエッチング処理、もしくはショットブラスト処理等の処理を行わなくても、優れた異材との密着性を確保できることが確認された。

なお、本評価試験により得られた接着強さは、同種材料を用いて同じ表面粗さを付与した面を接着した場合の結果であるが、接着剤を用いて異材と接着させた場合であっても、接着接手の接着剤３が凝集破壊で破壊した形態となることから、異材との接着においても優れた接着強さを示すことになる。
＜ワークロールの表面粗さ＞
上記粗度調整パスにおいて、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％の表面粗さを鋼板に効果的に形成するためには、粗度調整パスに用いるワークロールの表面粗さを、算術平均高さＳａで０．５～６．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで５．０～１５．０％とすることが好ましい。

粗度調整パスでは、ワークロールの表面に形成された凹凸を、圧延によって鋼板側に転写する。粗度調整パスにおいて、上記算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを鋼板表面に付与すべく、ワークロールの表面についても、対応する指標である算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを特定するものである。

冷間圧延工程Ｓ３、Ｓ３’または焼鈍工程Ｂにおける調質圧延においては、ワークロールの表面に付与された微視的な凹凸の一部のみが鋼板表面に転写される。よって、鋼板表面の算術平均高さＳａよりもワークロールの算術平均高さＳａを大きく設定する必要がある。界面の展開面積比Ｓｄｒについても同様であり、ワークロール表面の転写により形成された鋼板の凹凸の表面積は、ワークロールのものよりも小さくなるため、ワークロール表面の界面の展開面積比も同様である。

このような観点から、鋼板表面を算術平均高さをＳａ０．４～２．０μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒを２．０～６．０％に調整するには、ワークロールの表面として、算術平均高さＳａ０．５～６．０μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒ５．０～１５．０％のものを用いることが好ましい。ワークロールの表面粗さが、算術平均高さＳａで０．５μｍ未満の場合には、ワークロールにより鋼板表面に付与される表面粗さが算術平均高さＳａで０．４μｍ未満となることがある。また、ワークロールの表面粗さが、算術平均高さＳａで６．０μｍを超える場合には、ワークロールにより鋼板表面に付与される表面粗さが算術平均高さＳａで２．０μｍを超えることがある。一方、ワークロールの表面粗さが、界面の展開面積比Ｓｄｒで５．０％未満の場合には、ワークロールにより鋼板表面に付与される表面粗さが界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０％未満となる場合がある。また、ワークロールの表面粗さが、界面の展開面積比Ｓｄｒで１５．０％を超える場合には、ワークロールの表面をこのような表面粗さに加工することが困難になるためである。

ワークロールの表面は、円周方向に曲面形状であるため、ワークロールの算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを直接的に測定することが難しい。そこで、本実施形態では、ワークロールの表面粗さの算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを、レプリカ法により測定する。

レプリカ法とは、ロール表面の凹凸を樹脂等に転写させたレプリカを作成し、そのレプリカの表面粗さを測定する方法である。具体的には、ワークロールの表面粗さを測定したい箇所に粘土で型枠を形成した後、型枠内に常温硬化樹脂を流し込み、一定時間保持した後にワークロール表面から樹脂を剥離することにより、レプリカを作成する。レプリカ材料としては、例えば、Ｋｕｌｚｅｒ社製のテクノビット３０４０を使用できる。テクノビット３０４０は、メチルメタクリレートを主成分とする常温急速硬化樹脂であって、５～１０分程度保持することで硬化する。

そして、硬化したレプリカに対し、触針式の粗さ計を用いて、ロール円周方向に例えば２ｍｍの領域を、ロール軸方向に例えば測定ピッチ１０μｍで５ｍｍにわたって、各地点の高さを測定する。レプリカの表面の凹凸は、ワークロールとは反転するため、測定データの上下反転処理を実施した後に、算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを算出する。
＜ワークロールの加工方法＞
本実施形態では、上記粗度調整パスに用いるワークロールとして、Ｃｒめっきを施すことにより、粒状Ｃｒが析出したＣｒめっき層により構成される表面を有するワークロール（以下では、Ｃｒめっきダルロールという）を用いる。

Ｃｒめっきダルロールは、ロール表面に対してＣｒめっきを施す際に、めっき条件である電流密度とめっき浴温度を制御することによって、ロール表面にＣｒを粒状に微細析出させ、Ｃｒめっき層によって表面粗さを形成したダルロールをいう。具体的には、クロムめっき時の、めっき液としてクロム酸（ＣｒＯ_３）と硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）とからなるめっき液を使用し、めっき浴温を３０～５０℃の範囲とする。そして、めっき浴温のセルシウス度による数値の１．２倍以上の電流密度を付与する条件（浴温３０℃であれば３６Ａ／ｄｍ^２、浴温５０℃であれば６０Ａ／ｄｍ^２以上）でめっきを行うことで、ロール表面に微細な粒状Ｃｒを多数析出させることができる。

ワークロールの表面加工方法として、Ｃｒめっきダルロールを用いるのは、表面に粒状のＣｒが微細に析出するため、他の手段と比較して、同一レベルの算術平均高さＳａに対して、ワークロール表面の界面の展開面積比Ｓｄｒを大きくすることができるからである。具体的には、一般的にロール表面のダル加工法として使用されるショットブラスト加工と比較して、展開面積比Ｓｄｒを２倍以上にすることも可能である。

また、粗度調整パスにおいて、表面の凹凸形態が鋼板表面に転写される度合い（転写率）が大きく、鋼板表面の算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを効率的に付与することができるからである。
＜粗度調整パスにおける圧延条件＞
上記粗度調整パスにおける圧延条件として、圧下率を１パスあたり１～１０％とすることが好ましい。

図５に、粗度調整パスにおける１パスあたりの圧下率と、粗度調整パスにより鋼板に形成される表面粗さ（算術平均高さＳａ）との関係を示す。また、図６に、粗度調整パスにおける１パスあたりの圧下率と、粗度調整パスにより鋼板に形成される表面粗さ（界面の展開面積比Ｓｄｒ）との関係を示す。また、図７に、ワークロール表面を３次元粗さを測定して得られた高さ分布の例を示す。

図５および図６には、粗度調整パスで用いるワークロールとして、上述の方法でＣｒめっきを施すことにより、ワークロール表面にＣｒを粒状に微細析出させ、このＣｒめっき層によって算術平均高さＳａが１．２２μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが５．１％の表面粗さを形成したもの、同様にＣｒめっき層によって算術平均高さＳａが２．０２μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが１０．１％の表面粗さを形成したもの、ショットブラスト加工により算術平均高さＳａが１．８５μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが２．７％の表面粗さを形成したもの、ショットブラスト加工により算術平均高さＳａが３．０８μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが４．８％の表面粗さを形成したもの、これら４種類のワークロールを用いた結果を示している。

図５に示されるように、圧下率が同じであれば、Ｃｒめっきダルロールを用いると、ワークロール表面の算術平均高さＳａが低くても、鋼板表面に付与される算術平均高さＳａが比較的高い。

また、図６に示されるように、圧下率が同じであれば、ショットブラスト法によるワークロールよりも、Ｃｒめっきダルロールを用いる方が、鋼板表面に付与される界面の展開面積比Ｓｄｒが大幅に向上している。

これは、図７に示すワークロール表面の３次元粗さ測定の高さ分布からも分かるように、表面の凹凸として、Ｃｒめっきダルロールの方が短ピッチの微細な凹凸が付与されていることに関係していると考えられる。例えば、ショットブラスト法により加工したワークロールでは、表面の凹部に鋼板の表面が充満するように転写されるのが主体であるのに対して、Ｃｒめっきダルロールでは、表面の粒状クロムにおける凸部が鋼板表面に押し込まれる変形が主体となるために、このような鋼板表面の凹凸形態が異なると考えられる。

また、図５および図６からは、Ｃｒめっきダルロールを用いることにより、低い圧下率でも鋼板表面として、算術平均高さがＳａ０．４μｍ以上、界面の展開面積比Ｓｄｒが２．０％以上となる鋼板を容易に得ることができている。そのため、上記粗度調整パスにおいて、過剰な圧延荷重の増加や、それによる鋼板の形状不良等が生じることがない点で有利である。

本実施形態における、粗度調整パスにおける圧延条件としては、圧下率を１パスあたり１～１０％とすることが好ましい。粗度調整パスでは、図５および図６に示されるように、圧下率を１％以上とすることにより、比較的容易に鋼板表面の算術平均粗さＳａを０．４μｍ以上、展開面積比Ｓｄｒを２．０％以上に調整することができる。

一方、上述のように、ワークロールには、表面粗さ（算術平均高さＳａ）が比較的大きなものを用いるため、粗度調整パスにおける圧下率が１パスあたり１０％を超えると、圧延荷重が増加してしまい、鋼板の平坦度が悪化する場合がある。また、圧延荷重とともに、ワークロールと鋼板の界面におけるすべり率が増加して、ワークロールに付与した凹凸が摩耗しやすい場合がある。よって、粗度調整パスでは、１パスあたりの圧下率を１～１０％とすることが好ましい。

本発明の冷延鋼板の製造方法の具体的な実施例に基づいて、本発明の効果を詳細に検証したので、この結果について以下に説明する。
＜密着性の評価試験＞
粗度調整パスにおいて鋼板に付与される表面粗さを、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％とすることにより、優れた異材との密着性が得られることを検証するために、以下のとおり評価試験を行った。

続いて、レバース式圧延機を用いて、直径１３０ｍｍのワークロールを用いた複数パスの冷間圧延工程を行い、板厚を１．２ｍｍまで減厚した。冷間圧延工程の最終圧延パスでは、圧下率を０．０８％～６．５０％の範囲で変化させて圧延を行い、種々の表面粗さを有する冷延鋼板を得た。

ワークロールとしては、本発明例として、ショットブラスト加工により算術平均高さＳａが１．８５μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが２．７％の表面粗さを形成したもの（ワークロールａ）、ショットブラスト加工により算術平均高さＳａが３．０８μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが４．８％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｂ）、上述のようにＣｒめっきを施すことにより、ワークロール表面にＣｒを粒状に微細析出させ、このＣｒめっき層によって算術平均高さＳａが１．２２μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが５．１％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｃ）、同様にＣｒめっきを施すことにより、ワークロール表面にＣｒを粒状に微細析出させ、このＣｒめっき層によって算術平均高さＳａが２．０２μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが１０．１％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｄ）を用いた。さらに、放電ダル加工により算術平均高さＳａが２．０５μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが３．７％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｅ）、放電ダル加工により算術平均高さＳａが４．０６μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが８．２％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｆ）、放電ダル加工により算術平均高さＳａが６．８４μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが９．５％の表面粗さを形成したもの（ワークロールｇ）を用いた。すなわち、７種類のワークロールを用いた。

ワークロールの表面粗さの測定は、上述のレプリカ法により行った。具体的には、触針式の粗さ計を用いて、ロール円周方向に２ｍｍの領域を、ロール軸方向に測定ピッチ１０μｍで５ｍｍにわたって連続測定を行い、ワークロールａ～ｇの表面の算術平均高さＳａおよび界面の展開面積比Ｓｄｒを算出した。

表１に、各試験片の製作条件、鋼板１の表面粗さの測定結果、および引張せん断接着強さ試験で測定された接着強さを示す。

試験Ｎｏ．１～１２は、ショットブラスト加工により表面粗さを形成したワークロールａまたはワークロールｂを用いて、冷間圧延工程の最終圧延パスの圧延を行ったものである。試験Ｎｏ．１～１２のいずれにおいても、ワークロールａ、ｂにより鋼板に付与される表面粗さが、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％となっておらず、接着強さも１４ＭＰａ未満であり、異材との密着性が十分に得られていない。

試験Ｎｏ．１３～２４は、上述のようにＣｒめっきを施すことにより表面粗さを形成したワークロールｃ、ｄを用いて、冷間圧延工程の最終圧延パスの圧延を行ったものである。試験Ｎｏ．１３～２４では、算術平均高さＳａが同一レベルの試験Ｎｏ．１～６に比べて、ワークロール表面の界面の展開面積比Ｓｄｒおよび鋼板表面に転写される界面の展開面積比Ｓｄｒを大きくすることができている。このうち、試験Ｎｏ．１７～２４の鋼板は、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％を満たしており、接着強さも１４ＭＰａ以上であり、異材との密着性が十分に得られている。このように、Ｃｒめっきを施すことにより表面粗さを形成することで、界面の展開面積比Ｓｄｒを大きして、鋼板の異材との密着性を高めるうえで効果が高いことがわかる。

試験Ｎｏ．２５～２９は、従来技術を模擬するため、ショットブラストで加工したダルロールを用いた圧延を実施後、塩酸濃度５％、液温８０℃の塩酸水溶液に浸漬して、様々な浸漬時間で、鋼板表面に算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒの表面粗さを付与したものを、上記鋼板１として用いて、同様の試験片を作成して引張せん断接着強さ試験を行ったものである。試験Ｎｏ．２５～２９では、塩酸処理を施す事によってＳｄｒが増加しており、接着強さは試験Ｎｏ．１３～２４と同程度であった。

すなわち、試験Ｎｏ．１７～２４のように、前記粗度調整パスにおいて、鋼板の表面粗さを、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％とすることで、酸洗処理等の付帯的な処理を行って得られる鋼板と同様に、優れた異材との密着性が確保されることが確認できた。

試験Ｎｏ．３０、３１は、一般的にワークロールのダル加工として用いられる放電ダル加工によって、算術平均高さＳａが２．０５μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが３．７％の表面粗さを付与したワークロールを用いて圧延したもので、試験Ｎｏ．３２、３３は、同様に放電ダル加工によって、算術平均高さＳａが４．０６μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが８．２％の表面粗さを付与したワークロールを用いて圧延したものある。また、試験Ｎｏ.３４、３５も、放電ダル加工によって表面粗さを付与したものであり、算術平均高さＳａが６．８４μｍ、界面の展開面積比Ｓｄｒが９．５％の表面粗さを付与したワークロールを用いて圧延したものである。このうち、試験Ｎｏ．３５では、前記粗度調整パスにおいて、鋼板の表面粗さを、算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％とすることができており、酸洗処理等の付帯的な処理を行って得られる鋼板と同様に、優れた異材との密着性が確保されることが確認できた。

放電ダル加工により表面粗さを形成したワークロールを用いた試験Ｎｏ．３０～３３では、ワークロール表面の界面の展開面積比Ｓｄｒを、ショットブラスト加工により表面粗さを形成したワークロールａまたはワークロールｂを用いた試験Ｎｏ．１～１２よりも大きくすることができているが、Ｃｒめっきを施すことにより表面粗さを形成したワークロールｄを用いた試験Ｎｏ．２３、２４よりも転写率が小さいため、鋼板に転写される界面の展開面積比Ｓｄｒが２．０％以上を確保できておらず、十分な接着強さを確保できなかった。

すなわち、試験Ｎｏ．２３、２４のように、Ｃｒめっきを施すことにより表面粗さを形成したワークロールｄを用いることで、ワークロールから鋼板への界面の展開面積比の転写率が高められ、優れた異材との密着性が確保されることが確認できた。

１、２鋼板
３接着剤
Ｓ１熱間圧延工程
Ｓ２酸洗工程
Ｓ３、Ｓ３’ 冷間圧延工程
Ｓ４プレス加工
Ｓ５異材との接着処理
Ａ焼鈍工程Ａ
Ｂ焼鈍工程Ｂ

Claims

熱間圧延された鋼板を冷間圧延する冷間圧延工程、または該冷間圧延工程後の前記鋼板を必要に応じてさらに調質圧延する調質圧延工程の少なくとも一方に、一以上の粗度調整パスを有し、
前記粗度調整パスは、前記鋼板の表面粗さを、ＩＳＯ２５１７８に規定される算術平均高さＳａで０．４～２．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで２．０～６．０％にする、冷延鋼板の製造方法。
前記粗度調整パスで用いるワークロールの表面粗さは、ＩＳＯ２５１７８に規定される算術平均高さＳａで０．５～６．０μｍ、かつ界面の展開面積比Ｓｄｒで５．０～１５．０％である、請求項１に記載の冷延鋼板の製造方法。
前記粗度調整パスでは、粒状Ｃｒが析出したＣｒめっき層により構成される表面を有するワークロールを用いる、請求項１または２に記載の冷延鋼板の製造方法。
前記粗度調整パスにおける圧下率は、１パスあたり１～１０％である、請求項１～３のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。