JP2023046294A - 金属帯材の製造方法および金属帯材 - Google Patents

Abstract

【課題】 板厚が薄く高硬度な金属帯材でも、良好な表面性状を有する金属帯材とその製造方法を提供する。
【解決手段】 仕上冷間圧延工程は、圧延ロール径２０～７０ｍｍ、圧延ロールの軸方向粗さがＲａ：０．０２μｍ～０．０８μｍ、Ｒｚ：０．２μｍ～１．０μｍであるロールを用いてパス数が２パス以上、パス毎の圧下量を４～１００μｍの条件で圧延する、第一仕上圧延工程と、第一仕上圧延工程の後に行い、圧延ロール径２０～７０ｍｍ、圧延ロールの軸方向粗さがＲａ：０．０１５μｍ以下、Ｒｚ：０．１μｍ以下であるロールを用いてパス数が１パス以上、かつパス毎の圧下量を第一仕上圧延工程よりも小さい条件で圧延する、第二仕上圧延工程とを備え、圧延荷重は、圧延機の最大荷重の１０～９５％である、金属帯材の製造方法および金属帯材。
【選択図】 なし

Description

本発明は、金属帯材の製造方法および金属帯材に関するものである。

様々な用途に用いられる金属帯材は、冷間圧延によって作製されることが一般的に知られている。この冷間圧延条件は最終製品の用途形状、材料の種類によって異なり、例えばドームスイッチやリードフレームといった電子部品用途の金属帯材においては、メッキ液との密着性やエッチング性といった特性を高めるために、金属帯材の表面粗さを調整することが知られている。例えば特許文献１には、表面粗さの値が高くかつロールスクラッチの存在しない表面特性を有する、密着性に優れた銅または銅合金を得るために、仕上げ圧延として、フィルムラッピング処理した、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１～０．０５μｍの表面粗さを有するロールを用いて、圧延量を１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で圧延を行うことを特徴とする銅または銅合金材の製造方法について開示されている。

特開２０１１－２５２８４号公報

金属帯材のなかでも硬度が１７０ＨＶ以上といった高硬度な帯材は、部品の耐久性向上に寄与する一方で、ロールの粗さが転写されにくく、表面粗さを低減し難い傾向にある。ここで特許文献１に記載されている銅材は軟質で延性に優れるため、ロール粗さの転写率が高く、ロール粗さを低く調整した圧延ロールを使用すれば、金属帯材の粗さも比較定容易に下げることが可能である。しかし軟質な金属材料表面の平滑性向上に効果的な製造条件を高硬度材料に適用しても、同様の効果は得られ難い。
ところで従来、金属帯材の表面欠陥検査として、目視による検査や光学カメラを用いた画像検査が知られている。しかし金属帯材の表面状態によっては欠陥部と正常部との差が明確にならず、ロールマークといった欠陥を検知できない可能性がある。この外観検査性に優れる金属帯材の表面は、粗さ制御だけで得られるものではなく、さらなる検討の余地が残されている。
そこで本発明の目的は、板厚が薄く高硬度な金属帯材でも、良好な表面性状を有する、金属帯材とその製造方法を提供することである。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものである。即ち本発明の一態様は、厚さ０．３ｍｍ以下、硬さ１００ＨＶ以上の仕上冷間圧延用金属帯材に対して仕上冷間圧延を行う仕上冷間圧延工程を有する、金属帯材の製造方法であって、前記仕上冷間圧延工程は、圧延ロールの軸方向粗さがＲａ：０．０２μｍ～０．０８μｍ、Ｒｚ：０．２μｍ～１．０μｍであるロールを用いてパス数が２パス以上、パス毎の圧下量を４～１００μｍの条件で圧延する、第一仕上圧延工程と、第一仕上圧延工程の後に行い、圧延ロールの軸方向粗さがＲａ：０．０１５μｍ以下、Ｒｚ：０．１μｍ以下であるロールを用いてパス数が１パス以上、かつパス毎の圧下量を第一仕上圧延工程よりも小さい条件で圧延する、第二仕上圧延工程とを備え、前記仕上冷間圧延工程における圧延荷重は、圧延機の最大荷重の１０～９５％であり、前記仕上冷間圧延工程を行って、厚さ０．１ｍｍ以下の金属帯材を得る、金属帯材の製造方法である。
好ましくは、前記仕上冷間圧延工程の総パス数は３～１０パスである。

本発明の他の一態様は、厚さ０．１ｍｍ以下の金属帯材であって、ビッカース硬度が１７０ＨＶ以上、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下、最大高さＲｚが１．０μｍ以下、光沢度Ｇｓ（４５°）が４００～１０００である、金属帯材である。

本発明によれば、板厚が薄く高い硬度を有する金属帯材でも、良好な表面性状を有する、金属帯材を得ることができる。

以下に本発明の実施形態について説明する。まず本実施形態の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法では、まず仕上冷間圧延用金属帯材（以下、中間帯材とも記載する）を準備する。本実施形態の中間帯材はビッカース硬度が１００ＨＶ以上のものを対象としており、この硬度を満足する中間帯材としては、例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、チタン、チタン系合金板、ニッケル、ニッケル系合金が挙げられる。好ましくはチタン、チタン系合金、ニッケル、ニッケル系合金を使用する。中間帯材の板厚は、厚すぎると仕上圧延におけるパス数が増加し、所望の表面性状も得られ難くなることから、０．３ｍｍ以下とする。好ましい中間帯材の板厚の上限は０．２ｍｍである。また中間帯材の板厚の下限は、最終的に得る金属帯材の厚みによって適宜調整すればよい。例えば目標とする金属帯材の板厚が０．１ｍｍ以下の場合、加工をより安定させるために、中間帯材の板厚の下限を０．１２ｍｍとしてもよい。また本実施形態の中間帯材は、例えば、熱間圧延材に中間冷間圧延や中間焼鈍を施して製造してもよい。

本実施形態では準備した中間帯材に、第一仕上圧延工程と第二仕上圧延工程とを備える仕上冷間圧延を行い、厚さ０．１ｍｍ以下の金属帯材を得る。この第一仕上圧延工程により中間帯材の表面を均して適度に平滑な表面とし、第二仕上圧延工程で良好な平滑面と形状を有する金属帯材を安定して得ることができる。
仕上冷間圧延に用いるワークロールの直径（仕上圧延ロール径。単にロール径とも記載する）は、第一仕上圧延工程、第二仕上圧延工程の両方とも２０～７０ｍｍとする。これにより中間帯材とロールとの接触弧長を長く、そしてロールの噛みこみ角を大きくすることができるため、低い粗さに管理したロール表面肌の転写率が向上する。ロール径が２０ｍｍ未満の場合、圧延荷重が過少になることで安定した圧延が困難となり、形状不良等を招く可能性がある。７０ｍｍを超える場合、圧延荷重が過剰に高くなり、後述する圧下量を稼ぐことができず、ロールの転写率が低下して所望の表面粗さを有する金属帯材を得られない傾向にある。好ましいロール径の上限は６０ｍｍであり、より好ましくは５０ｍｍであり、さらに好ましくは４０ｍｍである。

本実施形態における第一仕上圧延で用いるワークロールの軸方向粗さは、Ｒａで０．０２～０．０８μｍ、かつＲｚで０．２～１．０μｍである。そして第一仕上圧延の圧下量（圧延パス毎の圧下量）は４～１００μｍ、圧延パス数は２パス以上とする。このロール粗さ、圧下量およびパス数で仕上圧延を行うことで、上述したように帯材の表面を適度に均し、オイルピットの過剰な生成を抑制しつつ第二仕上圧延で良好な平滑面を有する帯材を安定して得ることができる。好ましいＲａの下限は０．０３μｍであり、好ましいＲａの上限は０．０７μｍであり、好ましいＲｚの下限は０．３μｍであり、好ましいＲｚの上限は０．８μｍである。また好ましい圧下量の下限は８μｍであり、好ましい圧延パスの上限は９パスである。ロール粗さのＲａが０．０２μｍ未満の場合、表面を均す効果が低下し中間帯材の低品位な表面性状の影響が残ってしまう。ロール粗さのＲａが０．０８μｍ超の場合、適度に平滑な表面を得ることができない。また圧下量が４μｍ未満になると第二仕上圧延パス数を増加させ、良好な表面性状が得られない可能性があり、圧下量が１００μｍを超えた場合、帯材にクラックが発生する惧れがある。

本実施形態における第二仕上圧延で用いるワークロールの軸方向粗さは、Ｒａで０．０１５μｍ以下、かつＲｚで０．１μｍ以下である。そして第二仕上圧延の圧下量は第一仕上圧延の圧下量よりも小さくし、圧延パス数は１パス以上とする。このように第二仕上圧延のロールは極めて平滑なものを使用しているため、ロールと中間帯材とが十分に接触して、中間帯材にせん断力が十分に伝播する。よって板厚が薄い中間帯材の圧延においても圧延機に過大な圧延荷重がかかることを抑制して安定した圧延を可能とし、良好な表面粗さと光沢度を有しつつ、平坦度といった形状にも優れる金属帯材を得ることができる。好ましいＲａの上限は０．０１２μｍであり、より好ましくは０．０１０μｍであり、さらに好ましくは０．００８μｍである。好ましいＲａの下限は、０．００３μｍとすることができる。好ましいＲｚの上限は０．０９μｍであり、好ましくは０．０８μｍである。好ましいＲｚの下限は０．０３μｍである。また、より良好な表面粗さと光沢度を得るために好ましい圧延パスの上限は３パスであり、より好ましくは２パスである。

本実施形態では仕上圧延工程における圧延荷重は、使用する圧延機の最大荷重を１００％とした場合、１０～９５％とする。圧延荷重をこの範囲に調整することで、安定して圧延が可能となり、良好な表面性状と形状を有する金属帯材を得ることができる。圧延荷重が９５％超の場合、被加工材のエッジ部での圧延荷重が極端に高くなり、帯材の平坦度を低下させて形状不良を招く可能性があり、圧下量不足よる帯材の表面粗の増加も懸念される。また、圧延荷重が１０％未満の場合、安定した圧延が困難となる。好ましい圧延荷重の下限は４０％であり、好ましい圧延荷重の上限は７０％である。なおこの圧延荷重は前述した圧延ロール径の他、圧延油動粘度や圧延速度、圧延張力を調整することで制御することができる。

続いて本実施形態の製造方法により得られる、本実施形態の金属帯材について説明する。
本実施形態の金属帯材の厚さは０．１ｍｍ以下であり、硬さは１７０ＨＶ以上である。これにより、例えばリードフレームといったエッチングが必要な製品や用途や、ドームスイッチ等の強度と平滑性の両方が必要な用途に用いることができる。好ましい金属帯材の厚さ上限は０．０８μｍであり、０．０５μｍであり、０．０３μｍである。なお本発明における金属帯材とは、シート状に裁断された薄板も含む。

本実施形態の金属帯材の表面粗さは、算術平均粗さＲａ：０．１μ以下、最大高さＲｚ：１．０μｍ以下である。本実施形態の製造方法では上述したように非常に平滑なロールを使用しており、転写率を高めて金属帯材の表面をロール肌に近づけることで、金属帯材表面粗さの低減を狙っている。しかし圧延油を用いて圧延する以上必然的に生成されるオイルピットの影響を無視することができず、帯材も高硬度であることから、１００％の転写は困難であるが、本実施形態の製造方法では適正な圧延条件を使用することにより、良好な平滑性を有する。このように良好な平滑性を有する本実施形態の金属帯材は、他部材やメッキ液との密着性、またはエッチング性に優れる。好ましいＲａは０．０８μｍ以下であり、より好ましくは０．０６μｍ以下である。また好ましいＲｚは０．８μｍ以下である。下限は特に設定しないが、圧延での製造限界を加味して、例えばＲａは０．００８μｍ、Ｒｚは０．１μｍと設定することができる。なお本実施形態の金属帯材は、表面または裏面の何れかが上述した粗さ範囲を満たしているが、表面および裏面の２面とも上述した粗さ範囲を満たしていることが好ましい。さらに上述した粗さ範囲は、金属帯材をどの測定方向から測定しても満たすことが好ましく、例えば圧延方向、圧延直角方向で測定した結果で上記粗さ範囲を満たすことが好ましい。ここで本発明で規定する算術平均粗さＲａおよび最大高さＲｚは、ＪＩＳ－Ｂ－０６０１に基いて、一般的に使用されている表面粗さ測定器を用いて測定することができる。

本実施形態の金属帯材は、前述したように光沢度Ｇｓ（４５°）が４００～１０００あることも特徴である。例えば前述したＲａは、材料表面凹凸の平均高さからの算術平均であるため、凹凸の急峻さ（尖り）までは判別できない。Ｒａ、Ｒｚが同じでも急峻な凹凸が多い場合は光沢度が低下する傾向にあるため、表面粗さとは別に光沢度も別途調整する必要がある。本実施形態の帯材はこの光沢度範囲にすることで、欠陥検査性も向上させて、さらに良好なエッチング性や密着性を有する。ここでＧｓ（４５°）にて測定した光沢度とする理由としては、低光沢でも高光沢でも幅広く管理、評価できるためである。好ましい光沢度の下限は５００である。光沢度が４００未満の場合、帯材表面の写像性が低下し、それに伴い検査精度も低下することが考えられる。光沢度が１０００超の場合、光沢度が高すぎるため製造難度が高い。なお本実施形態の金属帯材は、表面または裏面の何れかが上述した光沢度を満たしているが、表面および裏面の２面とも上述した粗さ範囲を満たしていることが好ましい。ここで光沢度の測定は、一般的に使用されている光沢測定器（グロスメーター）を用いて測定すればよい。

表１に示す組成を有する厚さ０．１ｍｍの仕上圧延用中間帯材を準備した。この中間帯材に対して、Ｒａが０．０５～０．０８μｍ、Ｒｚが０．４～０．８μｍ、ロール径が６０ｍｍであるワークロールを用いて、パス数が３、パス毎の圧下量が９～２３μｍ、総圧下量が４７μｍの第一仕上圧延を行った。続いて第一仕上圧延後の中間帯材に対して、Ｒａが０．００７～０．００８μｍ、Ｒｚが０．０６～０．０９μｍ、ロール径が６０ｍｍであるワークロールを用いて、パス数が１、圧下量が６μｍである第二仕上圧延を行い、本発明例である試料Ｎｏ．１の金属帯材を作製した。また、表２に示す組成を有する厚さ０．１ｍｍの仕上圧延用中間帯材を準備し、Ｒａが０．０５～０．０８μｍ、Ｒｚが０．４～０．８μｍ、ロール径が４０ｍｍであるワークロールを用いて、パス数が６、パス毎の圧下量が１～９μｍ、総圧下量が２５μｍの第一仕上圧延を行った後、第一仕上圧延後の中間帯材に対して、Ｒａが０．００７～０．００８μｍ、Ｒｚが０．０６～０．０９μｍ、ロール径が６０ｍｍであるワークロールを用いて、パス数が１、圧下量が０．２μｍである第二仕上圧延を行い、比較例である試料Ｎｏ．２の金属帯材を作製した。なお、本発明例および比較例の仕上圧延（第一仕上圧延および第二仕上圧延）における圧延荷重は、圧延機の最大荷重を１００％とした場合、１０～９５％の範囲内であった。そして得られた本発明例および比較例の金属帯材についての表面粗さと光沢度を測定した。表面粗さＲａ、Ｒｚの測定は、ＪＩＳＢ０６０１，ＪＩＳＢ０６５１で示される測定方法に従い、試料の片面からランダムに３箇所を選んで圧延方向と圧延直角方向の表面粗さを測定し、両面分（表面と裏面）について測定した。測定装置には触針式粗さ計を使用した。光沢度に関しては、圧延方向測定用の試料（圧延方向長さ１００ｍｍ×圧延直角方向長さ５０ｍｍ）と圧延直角方向測定用の試料（圧延方向長さ５０ｍｍ×圧延直角方向長さ１００ｍｍ）を準備し、村上色彩技術研究所製のグロスメーターを用いて、試料の両面の光沢度を測定し、その平均値を求めた。結果を表２に示す。表２の結果より、本発明の金属帯材比較例の帯材と比較して、良好な表面粗さおよび光沢度を有していることが確認できた。

Claims (3)

1. 厚さ０．３ｍｍ以下、硬さ１００ＨＶ以上の仕上冷間圧延用金属帯材に対して仕上冷間圧延を行う仕上冷間圧延工程を有する、金属帯材の製造方法であって、
   前記仕上冷間圧延工程は、圧延ロール径２０～７０ｍｍ、圧延ロールの軸方向粗さがＲａ：０．０２μｍ～０．０８μｍ、Ｒｚ：０．２μｍ～１．０μｍであるロールを用いてパス数が２パス以上、パス毎の圧下量を４～１００μｍの条件で圧延する、第一仕上圧延工程と、
   第一仕上圧延工程の後に行い、圧延ロール径２０～７０ｍｍ、圧延ロールの軸方向粗さがＲａ：０．０１５μｍ以下、Ｒｚ：０．１μｍ以下であるロールを用いてパス数が１パス以上、かつパス毎の圧下量を第一仕上圧延工程よりも小さい条件で圧延する、第二仕上圧延工程とを備え、
   前記仕上冷間圧延工程における圧延荷重は、圧延機の最大荷重の１０～９５％であり、
   前記仕上冷間圧延工程を行って、厚さ０．１ｍｍ以下の金属帯材を得る、金属帯材の製造方法。
2. 前記仕上冷間圧延工程の総パス数は３～１０パスである、請求項１に記載の金属帯材の製造方法。
3. 厚さ０．１ｍｍ以下の金属帯材であって、
   ビッカース硬度が１７０ＨＶ以上、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下、最大高さＲｚが１．０μｍ以下、光沢度Ｇｓ（４５°）が４００～１０００である、金属帯材。