JP2726579B2 - 高光沢度金属板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ステンレス鋼等の板
であって表面の光沢度が極めて高い金属板を能率よく製
造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステンレス鋼板をはじめとする各
種金属の圧延板（以下、金属板と記す）の品質に対する
需要家の要求はますます厳しくなってきている。金属板
の品質としては、板厚精度が良いこと、板の形状が良い
ことおよび表面の光沢が良いことが必要とされ、ステン
レス鋼板等では冷間圧延のままで使用されることも多い
ため、特に表面光沢度の高いものが要求される。

【０００３】通常、金属板の光沢度を高める方法として
は、小径のワークロールを使用するゼンジミアミルのよ
うな特殊圧延機による圧延が採用されている。しかし、
この方法は、一般的にはリバース方式で圧延のパスを繰
り返すものであること、および小径ロールであるため圧
延速度の上限があることにより非能率的である。近年、
高光沢金属板の需要が高まるにつれ高速圧延可能なタン
デムミルを用いて効率的に生産を行おうとする試みがな
されているが、現在のところゼンジミアミル等を用いた
製品に匹敵する高光沢の製品を得ることはできない。す
なわち、タンデムミルのようにワークロール径が大き
く、圧延速度が高速である場合にはワークロールと材料
間に導入される潤滑油の厚みが過大となるため、いわゆ
るオイルピットが金属板表面に形成され、この凹凸が表
面光沢を低下させる原因となるのである。

【０００４】特開昭60−227904号公報には、ステンレス
鋼帯の表面光沢を改善する方法として、鋼板表面の研削
目の方向と冷間圧延ロールの研削目の方向を交叉させて
圧延を行う方法が開示されている。この方法には、鋼板
表面の研削目が分断させるためにオイルピットが少なく
なるという効果はあるが、これだけの対策では表面光沢
度の向上は不十分である。しかも、上記の方法は、ゼン
ジミアミルでの実施を前提としており、前記のようなタ
ンデムミルでの高能率圧延を指向するものではない。

【０００５】一方、圧延材のクラウン、形状制御の手段
の一つとして、ロールクロス圧延法がある。これは図１
（ｃ）に示すように、上下のワークロールを圧延面に平
行な面内で交差させて板材を圧延したり、またはバック
アップロールとワークロールを対にして圧延面に平行な
面内で交差させて圧延する方法である。前者のワークロ
ールのみをクロスさせる圧延法を「ワークロールクロス
圧延」と呼び、後者のバックアップロールとワークロー
ルを対にしてクロスさせる方法を「ペアクロス圧延」と
呼ぶ。以下、これらをまとめて「ロールクロス圧延」と
記す。これらのうちペアクロス圧延は、鋼の熱間圧延で
既に実用化され板クラウンの制御に大きな効果を発揮し
ている。しかし、このロールクロス圧延法を金属板の冷
間圧延の仕上に用いた例はなく、特に、高光沢度の金属
板の製造に利用することは未だ知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のとおり、金属板
の表面光沢度を従来のゼンジミアミルで圧延した製品以
上に向上させること、さらにこのような製品を効率的に
製造することが強く要望されている。本発明の目的は、
このような要望に応えて、従来技術で得られるよりさら
に光沢度の高い金属板を高い生産効率で製造できる方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
高光沢度金属板の製造方法にある。

【０００８】『ワークロールとしてらせん研磨ロールを
使用し、ロールクロス圧延を行い、このロールクロス圧
延によって金属板表層に作用する板幅方向の剪断力とら
せん研磨ロールによって発生する先進域（中立点より出
側）での板幅方向の剪断力を互いに同じ方向に作用させ
ることを特徴とする高光沢度金属板の製造方法』上記本
発明方法において「らせん研磨ロール」とは図１の
（ａ）に示すように、研磨目がらせん状に付けられたロ
ールを意味する。同図の（ｂ）は従来のロール（平行研
磨ロール）の概念図である。なお、実際のロール表面の
研磨によって付けられた凹凸は極く微細なものである
が、これらの図では説明の都合上、表面凹凸を誇張して
描いてある。通常、ロールの表面研磨は、ロールを回転
させながら円筒状の砥石の側面を当てるので、研磨目は
（ｂ）図に示すようにロールの軸にほぼ直角に付く。し
かし、皿状の砥石を用いロール表面に砥石の底面を押し
当て、ロールと砥石の相対位置および砥石の回転速度、
ロールの回転速度等を適当に調整すれば、（ａ）図に示
すように、研磨目はロール軸に対して或る角度（これ
を、らせん研磨角αとし、図示のように反時計回りの方
向を正とする）をもって傾斜したものとなる。この研磨
目は微視的には断続したものであるが、マクロ的にはロ
ールの外周に沿ってらせん状につながった形になる。こ
のようなロールを本発明では「らせん研磨ロール」と称
する。

【０００９】

【作用】前述のとおり、圧延材の形状制御性の高い圧延
方法としてロールクロス圧延法が知られている。ロール
クロス圧延は、図１（ｃ）に示すように、ワークロール
を金属板に平行な面内で交差させて圧延する方法であ
る。なお、図１（ｃ）に示すように、ロールを交差させ
た頂角の半分をθとしクロス角と呼ぶ。本発明ではクロ
ス角θの正負を、図１（ｃ）に示すように、上方から見
て上ワークロールが時計回りで下ワークロールが反時計
回りに交差する場合をθ＞０とする。このロールクロス
圧延は、上下のワークロール間隙が板幅方向で異なり
(圧延方向に直角の方向をとれば、板幅中央から両端部
に向かうにつれてロール間隔が大きくなる）ワークロー
ルに放物線状の凸クラウンを付けたのと同じ効果を奏
し、クラウン、形状の広範囲な制御が可能となることに
最大の長所がある。そして、ロールの回転方向Ｖ_R と圧
延方向Ｖ_S が角度θだけ異なるために、圧延材表層部に
板幅方向の剪断力を発生させる。その原理を簡単に説明
すると次のとおりである。

【００１０】図１（ｃ）に示すように、Ｖ_R とＶ_S の角
度が異なるため、圧延中、圧延材とワークロールの間に
相対すべりが発生し、圧延材の上面にはＦc の剪断力、
下面にはＦc'の剪断力が発生する。これらの剪断力の方
向は、先進域でも後進域でも同じである。

【００１１】図３は、圧延材表面の顕微鏡写真の模写図
であり、（ａ）は通常のロールによって通常の平行ロー
ル圧延をしたもの、（ｂ）は通常のロールによってロー
ルクロス圧延を行ったもの、そして、（ｃ）が本発明の
らせん研磨ロールによるロールクロス圧延を行ったもの
である。（ａ）に見られるように、通常の圧延では圧延
方向とロール研磨目が一致しているのでロールバイト内
に導入された圧延油はロールの研磨の谷部に圧延中保持
される。そのため、いわゆるオイルピットと呼ばれる凹
凸が観察され、これが光沢を低下させる原因となってい
る。一方、ロールクロス圧延を行った場合には、図３
（ｂ）に明らかなように、圧延材表面には、ロールの凹
凸が転写された圧延方向の筋目の外に、上記の剪断力に
よる斜めの圧痕が見られ、凹凸の程度（表面粗さ）も小
さくなっている。

【００１２】図４は、圧延材とロールの接触関係を模式
的に示す図（圧延材表層部の拡大断面図) であり、
（ａ）は通常の圧延の場合（図３の（ａ）に相当）、
（ｂ）はロールクロス圧延の場合（図３の（ｂ）に相
当）である。（ｂ）では圧延中に材料に対してロールが
幅方向に相対的に移動することにより材料表面が平滑化
されることになる。すなわち、図３の（ｂ）に示すよう
に、ロールの研磨目が圧延材に転写されたと考えられる
マーク（圧延方向の筋目）に対して斜め方向の削り取り
跡が認められるとともにオイルピットも減少し、光沢度
が上がることになる。

【００１３】上記のとおりロールクロス圧延によって金
属板の表面光沢度を向上させることができるが、ロール
クロス角θが小さい場合には圧延中に作用する幅方向の
剪断力が小さいため光沢向上効果は十分に発揮できな
い。即ち、光沢向上の効果はクロス角θが大きいほど大
きくなる。しかしながら、圧延材の形状制御というロー
ルクロス圧延の本来の目的を達成するためには、クロス
角θを無闇に大きくすることはできない。

【００１４】本発明者は、ロールクロス圧延時にらせん
研磨ロールをワークロールとして使用すれば、クロス角
を過度に大きくしなくても光沢度を飛躍的に向上させる
ことができることを確認した。

【００１５】図１の（ａ）に示したようならせん研磨ロ
ールを用いて、図５のように通常の平行ロール圧延（図
１（ｃ）のクロス角θ＝０°の圧延）を行った場合を考
えてみる。図２は、圧延時のロールと圧延材との関係を
模式的に示す図である。図示のように板厚ｔ₁ からｔ₂
に圧延される場合、ロール入側（Ａ点）での圧延材の速
度をｖ₁ 、出側（Ｂ点）でのそれをｖ₂ とすれば、当
然、ｖ₁ ＜ｖ₂ となる。

【００１６】圧延材の速度ｖがロール周速Ｖと同じにな
る点（Ｎ点）を中立点と呼び、この点から前方（ロール
出側）を先進域、後方（ロール入側）を後進域と呼ぶ。
中立点Ｎより入側の後進域では、圧延材の速度ｖ₁ はロ
ール周速Ｖより小さいから、圧延材にはロールに向かっ
て引き込むような力が働き、中立点Ｎより出側の先進域
では、圧延材の速度ｖ₂ はロール周速Ｖより大きいか
ら、圧延材にはロール方向に引き戻すような力が働く。
これらの方向性とロール表面のらせん研磨目の作用によ
って、圧延材には、図５に示すように、後進域において
上面にはｆ₁ 、下面にはｆ₁'の剪断力が作用し、先進域
では圧延材の上面にＦ₁ 、下面にはＦ₁'の剪断力が働
く。

【００１７】次に、図１（ｃ）のロールクロス圧延をら
せん研磨ロールを使用して行う場合を考える。図１
（ｃ）と図５とを対比してみれば、例えば、先進域の上
面と下面の剪断力Ｆc とＦ₁ 、 Ｆc'とＦ₁'は同じ方向
であり、後進域の上面と下面の剪断力Ｆc とｆ₁ 、Ｆc'
とｆ₁'は逆方向となる。

【００１８】従って、らせん研磨ロールを使用してロー
ルクロス圧延を行えば、後進域では剪断力が互いに打ち
消される方向に作用し、先進域では剪断力が加算され
て、先に図４に示したような光沢に影響を及ぼす先進域
での圧延材表面の平滑化の効果が一層高くなる。図３の
（ｃ）が、このような圧延方法で得た金属板の表面性状
である。ロールの研磨目の転写マーク（斜めの線）に対
して上記の剪断力による削り取りの跡がハッキリと見え
平滑化の効果が大きくなっている。

【００１９】以上の説明からわかるように、らせん研磨
ロールによる剪断力とロールクロス圧延による先進域で
の剪断力の方向は同じでなければならない。このように
剪断力の方向を合わせるのは、ロールクロス圧延のクロ
ス角θとらせん研磨ロールのらせん研磨角αの正負を適
正に選ぶことによってできる。そして、クロス角θを圧
延材の形状制御に最適な範囲内で、即ち、過度にθを大
きくしなくても、らせん研磨ロールの研磨角αを調整す
ればきわめて光沢度の高い金属板を製造することができ
る。

【００２０】特に中立点より出側の先進域においてクロ
ス圧延で発生する幅方向剪断力の方向とらせん研磨ロー
ルを用いた圧延で発生する幅方向の剪断力を同一にする
ことにより、前述のロールによる圧延材表面の平滑化作
用が倍増し、クロス角が小さな領域であっても圧延材の
光沢が向上する。

【００２１】本発明の方法を大径のワークロールを使用
するタンデム圧延に適用すれば、高光沢度の金属板が高
い生産性をもって製造できる。もちろん、この方法は、
１スタンドの圧延機によるリバース圧延にも適用でき
る。なお、タンデム圧延では最終スタンドで、リバース
圧延では最終パスで本発明を実施するのが望ましいが、
それよりも前のスタンド、またはパスで本発明方法を実
施しても効果がある。

【００２２】本発明方法で製造される金属板は、炭素
鋼、低合金鋼、ステンレス鋼ならびにチタン、アルミニ
ウム、およびそれらの合金等の主に冷間圧延材である。
以下、実施例によって本発明の効果を具体的に説明す
る。

【００２３】

【実施例１】表１に示す条件でフェライト系ステンレス
鋼（JIS SUS 430 ）の冷間圧延を行った。圧延方法は下
記の (イ)〜 (ニ)である。

【００２４】 (イ)通常の平行研磨ロールによるクロス角θ＝０の平行
圧延（従来例） (ロ)通常の平行研磨ロールによるクロス角θ＝−1.0 〜
1.0 度のロールクロス圧延 (比較例) (ハ)研磨角α＝50°のらせん研磨ロールによるクロス角
θ≦０のロールクロス圧延 (比較例) (ニ)研磨角α＝50°のらせん研磨ロールによるクロス角
θ＞０のロールクロス圧延 (本発明例) ロール表面粗さは全てRmax 1.1μm に統一した。圧延
は、４Hiの単スタンドミルで１パスの圧延を行った。潤
滑剤としては、普通鋼の冷間圧延用として市販されてい
る牛脂系圧延油（50℃での粘度：35cSt)の３％エマルジ
ョンを使用した。

【００２５】上記の各方法で製造した圧延材の表面光沢
度(Gs)をJISに規定される光度計によって入射角 20 °
で測定した。

【００２６】結果を図６に示す。なお、図６の標準レベ
ルというのは、ゼンジミアミルによる通常の圧延で得ら
れる光沢度であり、●が上記 (イ)の方法、〇が (ロ)の方
法、▲が (ハ)の方法、△が (ニ)の本発明方法に相当す
る。

【００２７】図６に明らかなように、通常のロールを用
いて通常の圧延を行った場合（●）に比較して通常のロ
ールを用いてクロス圧延を行った場合（○）には光沢が
向上するが、その光沢向上効果はクロス角θに依存して
おり、クロス角θが正負いずれかの方向に大きくなるほ
ど光沢が向上することになる。すなわち、クロス角の絶
対値が小さい領域では光沢向上効果は期待できず、この
場合、クロス角の絶対値が 0.5°以上でなければゼンジ
ミアミルでの圧延材と同等の光沢は得られないことにな
る。圧延材の板幅が狭い場合、あるいは低圧下率の場合
には、クロス角θの絶対値を 0.5°より大きく設定する
と板形状が大きく崩れ、後パスの圧延あるいは通板がで
きなくなる。

【００２８】これに対して本発明方法（△）では、従来
の圧延あるいはクロス圧延に比較して大幅な光沢度向上
が得られると同時にクロス角θが 0.2°以上であればほ
ぼ一定の光沢が得られている。ただし、らせん研磨ロー
ルを用いてクロス角θを逆方向（θ＜０）に設定した場
合（▲）、らせん研磨ロールで発生する幅方向の剪断力
とクロス圧延で発生する幅方向の剪断力が逆方向に作用
するので光沢は従来の通常の圧延とほぼ同等となり、光
沢向上効果は得られない。

【００２９】

【表１】

【００３０】表２に示す種々の金属板を５スタンドの４
Hiタンデム圧延機で冷間圧延するに際し、最終スタンド
で本発明の圧延方法を実施した。潤滑油は50℃での粘度
が35cSt の市販のエステル系圧延油の４％エマルジョン
を使用した。ワークロールの研磨角α、ロールクロス圧
延のクロス角θは表２に示すように変化させた。その他
の条件は表２に示すとおりである。

【００３１】得られた金属板の表面光沢を実施例１と同
様に測定した。その光沢度の頻度分布を図７(a) に示
す。比較のために通常研磨のロール（α＝０°）による
通常圧延（θ＝０°）の結果を図７（ｂ）に、また通常
研磨のロールによるクロス圧延の結果を図７（ｃ）に示
す。これら比較例の上記以外の圧延の基本条件は表２と
同じにした。

【００３２】図７（ａ）を同（ｂ）および（ｃ）と対比
してみれば明らかなように、本発明方法で得られた金属
板の光沢度は極めて高い。（ｃ）をみると、通常のロー
ルでロールクロス圧延をしても光沢度は向上するが、ば
らつきが大きい。本発明方法ではそのばらつきも小さく
なっている。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】本発明方法によればセンジミア圧延機等
を用いなくとも通常の圧延機で効率的に光沢度のよい製
品が安定して得られる。この方法ではロールクロス圧延
の形状制御特性をも十分に生かせるから、高光沢度で形
状性に優れた金属板が製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明方法で使用するらせん研磨ロー
ルの説明図、（ｂ）は通常の平行研磨ロールの説明図、
（ｃ）はロールクロス圧延を説明する平面図である。

【図２】圧延時のロールと圧延材の関係を示す図であ
る。

【図３】圧延後の金属板の表面状態を示す顕微鏡写真の
模写図で、（ａ）は通常のロールによる通常の圧延材、
（ｂ）は通常のロールによるロールクロス圧延材、
（ｃ）は本発明のらせん研磨ロールによるロールクロス
圧延材である。

【図４】圧延中のロールと材料表面の関係を示す断面模
式図で、（ａ）通常の圧延（クロス角θ＝０°）の場
合、（ｂ）はロールクロス圧延によって材料表面が圧延
中に幅方向の剪断変形を受ける場合である。

【図５】らせん研磨ロールで通常の平行ロール圧延を行
う場合の剪断力の方向を示す図である。

【図６】種々の圧延条件下でSUS 430 を冷間圧延した場
合のロールクロス角（θ）と圧延材の表面光沢度との関
係を示す図である。

【図７】種々の金属板を冷間圧延した場合の圧延材の表
面光沢度の頻度を示す図で、（ａ）が本発明例、（ｂ）
および（ｃ）は比較例である。

フロントページの続き (72)発明者 松浦 征浩 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 林 寛治 広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱 重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 宮本 治 広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱 重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 古元 秀昭 広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱 重工業株式会社広島研究所内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークロールとしてらせん研磨ロールを使
   用してロールクロス圧延を行い、このロールクロス圧延
   によって金属板表層に作用する板幅方向の剪断力とらせ
   ん研磨ロールによって発生する先進域（中立点より出
   側）での板幅方向の剪断力を互いに同じ方向に作用させ
   ることを特徴とする高光沢度金属板の製造方法。