JP3233056B2 - ダル仕上げ用ワークロールとその表面加工方法、ならびにつや消し性に優れたステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents
ダル仕上げ用ワークロールとその表面加工方法、ならびにつや消し性に優れたステンレス鋼板の製造方法Info
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Description
るつや消し仕上げ鋼板の製造に用いるワークロール(以
下ロールと記す)とその表面加工方法、ならびにつや消
し性に優れたダル仕上げステンレス鋼板の製造方法に関
する。
等の外装材として用いられるようになり、従来のブライ
ト仕上げ鋼板以外に鋼板表面のつやを消したダル仕上げ
鋼板が要求されるようになってきた。鋼板表面のつや消
しを行うには、光の正反射を押さえるため、鋼板表面に
凹凸を付与して入射光を乱反射させる必要がある。
るための図である。同図(a)は、入射光と反射光分布
との関係を示す模式図で、鋼板表面が平坦で表面凹凸が
小さければ入射角α1と反射角α2は同等になる。図1
(b)に示すように、光が一定の方角から凹凸のある鋼
板表面に入射されると反射角は多種となり乱反射する
が、表面凹凸の分布度合いによりその反射光分布が決ま
る。この分布状態が人間の目に与えるつや消し感を左右
する。図1(c)、(d)に鋼板表面の凹凸の稜角の大
きさにより反射光分布が変化する様子を示す。稜角と
は、同図中のθで示すように凸状体の先端部の角度であ
る。図1(d)に示すように入射光を全ての方向に反射
させ、つや消し感を与えるためには、鋼板表面の凹凸の
稜角が小さい程よい。
表面を一様に粗くした梨地状の表面を有する冷間圧延用
ダルロールで鋼板を圧延し、ロール表面の梨地模様を鋼
板に転写する、いわゆるダル仕上げ方法がある。
には、ロール表面に尖鋭な稜角を持ったスチールショッ
トやスチールグリットを高速で投射する方法、あるい
は、放電加工により梨地状の模様をロール面に成形する
方法等が採られてきた。
ットを投射する方法および放電加工による方法では、こ
の稜角をより小さくすることが困難で、図1(c)に示
すように正反射方向のベクトルが他の方向のベクトルに
比べ大きくなり、つや消し度は低下する。
せ、その衝突エネルギーによりロール表面に凹凸を付与
するとき、グリットやショットはロール表面で反発し、
ロール内にめり込むことはない。従って、形成される窪
みはその外径に比し、深みの小さなクレーターとなる。
従来のグリット、ショット等は鉄系のものが主体でその
硬度はHv600〜Hv800程度であり、特に表面硬
度の高いステンレス鋼用の圧延ロールに梨地を付与する
ことは可能であるが、このロールにより圧延して得られ
た鋼板のつや消し性は十分とは言えない。このグリット
やショットの投射工程を単に複数回繰り返すのみでは稜
角を小さくすることはできないからである。
ィールを示す図で、図2(a)はグリット投射したロー
ルの表面プロフィールを、図2(b)は一回の放電加工
後の表面プロフィールを示す。これらは縦横を実際の倍
率で表示したもので、グリット投射法では図2(a)に
示すような稜角の大きな凹凸にしか成形できない。
うに一回の放電によるクレーターは、やはり外径に比
し、深みの小さなクレーターとなる。これは、放電によ
り溶融した金属が凝固する前に流動するためであり、放
電加工特有の問題である。
のダル仕上げをした後、鋼板表面に酸洗液でエッチング
を施すダル仕上げオーステナイトステンレス鋼板の製造
方法が開示されている。この方法は、ダル加工法を改善
するものではなく、またダル圧延を行った後、鋼板を酸
洗によりエッチングする方法であるため酸洗ラインが必
要となり、設備、製造コストが嵩む上、公害上問題の多
い廃酸液処理を伴う難点がある。
ロールの表面加工方法として、ショット粒に硬質のアル
ミナを用いてロール表面に微視的な粗さを成形する方法
が開示されている。この方法では、投射材としてアルミ
ナを用いることで、従来のグリットダルに比べて食い込
みはよくなり微細かつ急峻な凹凸が形成可能である。
な微細かつ急峻な凹凸を形成しても実用上次のような問
題がある。 アルミナ粒投射により成形したままのロールで圧延す
ると、つや消し性は良くなるが方向性がある。すなわ
ち、鋼板表面を見る角度によっては光沢がある。 圧延時の摩擦係数が高くなり相対すべりの抵抗が大き
くなって圧延荷重が高くなる。 したがって、圧延初期には鋼板表面に急峻な凹凸の成
形ができても、使用中に凹凸が早期に摩耗してしまい、
通常のグリットで成形したロールと同程度のつや消し材
になってしまう。
ザー加工とエッチングによるロール表面加工方法が開示
されている。この方法は、急峻な凹凸の成形は可能であ
る。この方法は、ロールを回転させながら軸方向に移動
し、一つずつクレーターを成形するという加工法であ
る。したがって、ロール面及び圧延された鋼板面が規則
的な凹凸模様となるので外装材としては適さない。その
理由は、通常外装材は広い面積の外装に使用され、何枚
かの鋼板を継ぎ合わせて使用するため、凹凸が規則的で
あると継ぎ目部分が強調されてしまうからである。
性に優れたダル仕上げ用ロールとその表面加工方法を開
発することであり、とくにそのロールを使用してダル仕
上げステンレス鋼板の製造方法を開発することにある。
砥粒として従来から広く利用されているアルミナ研削材
をロール表面の加工用投射材として用いることに注目し
た。アルミナ研削材は、アルミナ質鉱石を電気炉で溶融
還元し、凝固させた塊を粉砕整粒したものであり、硬度
がHv2000以上もある。このような高硬度の研磨粒
を投射材として直接ワークロール表面に投射すれば、従
来のグリット等よりも深く、急峻な凹凸が形成できると
考えた。このアルミナ粒を用いて、鋼板表面に優れたつ
や消し性を付与することのできるロール表面の加工方法
および加工したロールによる圧延でステンレス鋼板をダ
ル仕上げする方法について、種々実験、検討を重ねた結
果、下記のような知見を得た。
表面は、稜角が鋭く、ピッチが細かく、しかもランダム
になっている凹凸状態に加工するのがよく、そのような
加工用投射材としてはアルミナ粒が最適である。
が鋭い凹凸状に加工して、そのまま圧延に用いても、圧
延荷重が極めて大きくなり、かつ凹凸部の耐久性に欠
け、さらに仕上がりの外観も方向性を有したものとな
る。
加工した後、必要によりNiめっきを施して、Crめっ
きを施すことにより上記b)の問題を解消することがで
きる。
表面にCrめっきを施したロールを用いてステンレス鋼
板を圧延して、ダル仕上げするには2%以上の圧下率が
必要である。
たもので、その要旨は以下の(1)〜(5)の通りであ
る。 (1)ワークロール胴部の表面が、中心線平均粗さRa
が0.5μm 以上で、かつ下記式で示す平均傾斜角β
が6°以上である梨地状であり、その表面にCrめっき
層を有することを特徴とするダル仕上げ用ワークロー
ル。β=Σ[tan-1 (△Y/△X)]/Nここで △Y:粗
さ測定方向での2点間における凸部分の高さの差(μ
m)△X:粗さ測定方向での2点間の距離(2μm)
N:6250(測定長さ12.5mm間の△Yの測定個
数)。
を有することを特徴とする請求項1記載のダル仕上げ用
ワークロール。
mm以下の投射粒をワークロール表面に投射して、中心
線平均粗さRaが0.5μm 以上で、かつ下記式で示
す平均傾斜角βが6°以上となるように梨地加工し、次
いで梨地加工したワークロール表面にCrめっきを施す
ことを特徴とするワークロールのダル仕上表面加工方
法。 β=Σ[tan-1 (△Y/△X)]/N ここで △Y:粗さ測定方向での2点間における凸部分
の高さの差(μm) △X:粗さ測定方向での2点間の距離(2μm) N:6250(測定長さ12.5mm間の△Yの測定個
数)。
rめっきする前に下地Niめっきを施すことを特徴とす
る請求項3記載のワークロールのダル仕上表面加工方
法。 (5)上記(1)または(2)に記載のダル仕上げ用ワ
ークロールにより、ステンレス鋼板を圧下率2%以上で
冷間圧延することを特徴とするダル仕上げステンレス鋼
板の製造方法。
ついて以下に説明する。 1)投射粒 投射粒の材質としては、ロール表面を微細で急峻な凹凸
に加工することができるものであればよいが、アルミナ
粒が最適である。アルミナ粒は、Al2O3を主成分とす
る鉱物を粉砕した粒状物であり、酸化チタンを一部含む
コランダム結晶のアルミナが安価で入手しやすい。アル
ミナであると、硬度がHv1000以上あるので、ステ
ンレス用のワークロールの加工も可能である。その他、
珪砂やジルコンサンド等でもアルミナ粒と同様の効果が
得られる。
これは、0.1mm未満となると衝突エネルギーが小さ
くなり、後述する中心平均粗さが得られない。また、
0.7mmを超えると粗度が大きくなり、微細で急峻な
凹凸が得られないので上限を0.7mmとした。なお、
平均粒径とは、投影法による投影円相当径を測定し、算
術平均したものとする。
μm 未満では、鋼板粗度が不十分で十分なつや消し性
が得られない。また、中心平均粗さの上限は特に限定し
ないが、粗度が大きくなれば、それに対応してめっき厚
みを厚くすることで所期の目的は達成できる。しかし、
実用的なレベルとしては10μm以下が妥当である。好
ましくは1〜5μmである。
部の平均傾斜角βである。図7は、平均傾斜角を説明す
るための図である。
凸部を示し、Xは表面粗さ測定方向を、Yは凸部の高さ
方向を示す。傾斜角は凸部の斜面(AまたはB)と水平
線Xの挟角(β1、β2)である。平均傾斜角とは、ロ
ール方向表面を12.5mmの距離の表面粗さを測定
し、その粗さ曲線から2μm間隔で6250ヶ所の傾斜
角を求め平均した角度である。
する。 β=Σ[tan-1 (△Y/△X)]/N ここで △Y:粗さ測定方向での2点間における凸部分
の高さの差(μm) △X:粗さ測定方向での2点間の距離(2μm) N:6250(測定長さ12.5mm間の△Yの測定個
数)。
高さの差とは、図7で示す粗さ測定方向、X方向におけ
る2点Y1とY2との高さの差Y2−Y1である。ま
た、斜面BではY3−Y4となる。すなわち、高さの差
は絶対値である。なお。表面粗さ測定長12.5mm
は、JISに規定されている表面粗さの測定長さであ
る。
くは8°以上が好ましい。この角度はCrめっきの密着
性と、後述する瘤状析出物の密度に直接関係している。
角度が小さいと析出した粒状体が十分密着しなかった
り、つや消し性が不十分になり、また、めっきの耐剥離
性が劣る結果となる。平均傾斜角には特に上限を設けな
いが、投射加工という加工法の特性上、角度を極端に大
きくすることはできない。
た急峻な凹凸をそのまま残すのではなく、急峻な凹凸の
凸部にCrめっきを瘤状に析出させてロール表面を被覆
するためにおこなう。このようなめっきを施すことによ
り、次のような効果が得られる。
ールで圧延すれば、従来のグリットダルロール使用時に
比べ、圧延荷重が2倍以上と高くなるが、Crめっきを
施すことにより圧延荷重を、従来のグリットダルロール
並に下げることができる。 耐摩耗性が得られ、ロールのつや消し特性が長期間維
持できる。 Crめっきしたロールで圧延した後の鋼板には、光反
射特性に強い方向性(圧延方向または板幅方向)が残ら
ず、つや消し効果が顕著になる。
きを施すと、設定された定電流を流しても、突起部では
先端が鋭利なために電流密度がこの設定電流より高くな
り瘤状に粒子が析出する。突起部が離散的に並んでいれ
ば、突起部のみにCrめっきが施されることになり、か
えってめっきの耐久性は劣化する。しかし、アルミナ投
射による均一で突起間隔の極めて短い場合には、瘤状粒
子同士が連結し全面を半球状の無数の凹凸で覆うように
なる。十分なめっき厚みを設定すれば、凹凸の凹部も全
てめっきが施され、さらに先端の突起部に半球状の凹凸
が形成されることになる。
ロールに比べ、摩擦抵抗が小さく、圧延荷重も従来のグ
リットダルの場合と変わらない。図3は、投射加工した
ロール表面の表面粗さを示す図で、図3(a)は従来の
グリットロールで投射した場合、図3(b)はアルミナ
粒を投射したままのロール、図3(c)はアルミナ粒投
射後Crめっきした本発明のロールの場合を示す。
の場合凹凸は、従来のグリットダルロールに比べ、平均
傾斜角が大きく、光を乱反射させるに十分な凹凸となっ
ている。
ールで圧延した鋼板の表面粗さを3次元(Y:圧延方
向、X圧延方向と直交する方向、Z:垂直方向)的にプ
ロットした図である。図5は、図3(c)に示した表面
粗さのロールで圧延した鋼板の表面粗さを同じく3次元
的にプロットした図である。
したままの従来のロールで圧延した鋼板表面では、凸部
の頂や谷が圧延方向に長く伸びており、これが光の反射
に大きな方向性をもたせることになる。この方向性は、
微細、急峻な凹凸が圧延時のロールと材料の相対すべり
により、圧延方向に微細突起のすべり痕を残すためであ
る。
発明のロールで圧延すると、図5から分かるように圧延
材は凹凸形状の圧延方向と幅方向の差が小さく、方向性
の小さな表面となる。これは、同一すべり量(同一圧下
率)であれば、相対的に凸部の径が大きい方が、その形
状のくずれが小さくなることから容易に説明ができる。
めっきを施せばよく、めっき厚みとしては、5〜100
μmが望ましい。より好ましくは10〜100μm、さ
らには10〜50μmである。 めっき厚みが薄い場合
瘤状の析出が十分に起こらず、アルミナ投射による急峻
な凹凸形状がそのままのこる場合がある。
荷重が高くなりすぎたり、製品の反射特性に強い方向性
が残ったりする不具合が生じる。逆に、めっき厚みが厚
くなりすぎると下地のアルミナ投射による密度の高い突
起の効果が小さくなり、めっき表面が平滑化されすぎる
問題がある。従って、Crめっき厚みとしては100μ
mを上限とするのが好ましい。
めっきを施し、凸部の先端部をCrめっきにより瘤状に
してもよい。特にNiめっきは施さなくても、Crめっ
きのみでも上記効果は得られる。しかし、凹凸が大きい
場合にNiめっきを施すと凹部に優先的にNiめっきが
なされ、後のCrめっきが容易となる。Niめっきの厚
さは、あまり厚くなると剥離し易いので10μm以下に
するのが好ましい。
下率 上記のように加工、表面処理したしたワークロールを用
いてステンレス鋼板を冷間圧延してダル鋼板を製造する
には、圧下率が不十分であると十分なロール表面の転写
が起こらない。従って、圧下率としては2%以上にする
必要がある。
れなく、フェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系
ステンレス鋼である。
ワークロール4本を用い、表面を焼き入れしてHv83
0〜860に硬化させた。これらのロールを用いて、ア
ルミナ粒を投射した後、Crめっきした本発明のロー
ル、アルミナ粒を投射したままの比較例用のロール、シ
ョットおよび放電によりダル加工した従来のロールを下
記の条件で製作した。
l2O3:97%、SiO2:0.5%、TiO2:2.5
%)質研磨材を投射し、次いでCrめっきを施した。投
射条件、Crめっき条件を表1に示す。
磨材(Al2O3:97%、SiO2:0.5%、Ti
O2:2.5%)を投射した。
テンレス鋼板(SUS447J1、Cr≧28%、高耐
食性)を圧延した。
さ:0.56mm、幅1000mmで、圧延後の鋼板の
サイズは、厚さ0.5mm、幅1000mm(圧下率1
0%)で、圧延距離にして約20kmの圧延を行った。
圧延後、各鋼板の表面光沢度をJIS Z8741(60
°G)の規定に従い測定した。
の測定結果を示す図である。同図より明らかなように、
本発明のワークロールを使用すれば、従来のグリットダ
ルロールによる場合および放電ダルロールによる場合よ
り鏡面光沢度は著しく低下し、つや消し性に優れた鋼板
が得られたことが分かる。また、同時にアルミナ粒を投
射したのみのロールでは、圧延初期には本発明のロール
と同等以上であるが、圧延距離1kmに満たない内にそ
の光沢度は大幅に上昇してしまうことが分かる。また、
アルミナ投射ロールでは圧延荷重が高くなりすぎるた
め、所定の圧下率を確保することはできなかった。
た冷間圧延用ワークロールの表面を焼き入れしてHv8
30〜860に硬化させたロールに、投射速度と粒径を
変えてアルミナを投射して種々の表面粗さのワークロー
ルを作製した。これらのワークロールに表1に示す条件
でめっき浴浸漬時間を調整してCrめっき厚を表2に示
すように種々変えた。
地処理として下記の条件でNiめっきを施したものであ
る。 Niめっき条件 硫酸Ni:200g/l、PH :2 浴温 :50℃、 電流密度:2A/dm2 また、従来例、比較例として上記焼入れしたロールに、
グリット、ショット、高密度ビームおよび放電加工によ
り表2に示すようなダル加工を施した。
と同じ材質のフェライト系ステンレス鋼板を圧延し、圧
延性、つや消し性およびめっきの耐久性等を評価し、そ
の結果を表2に示す。
る条件を全て満たす場合には、これらの何れもが満足す
べき結果となった。しかし、本発明の規定条件からはず
れた場合には圧延性、つや消し性およびめっきの耐久性
のいずれかが劣る結果となった。
使用した場合の圧延荷重を1とした時の相対比較を行っ
たもので、1を越えたからといって直ちに圧延性に劣る
ということではない。ただし、1.5を越えるような場
合には、圧延機の能力不足、荷重増加による形状の悪化
が顕著となる。
れたつや消し性を持った鋼板を従来の圧延設備で容易に
製造が可能であり、このロールは長時間使用しても十分
な耐摩耗性、耐久性を示すため、ダル鋼板の製造コスト
も安価となる。
る。
ールを示す図である。
さ状態を示す図である。
表面に残るすべり痕である。
べり痕を示す図である。
示した図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ワークロール胴部の表面が、中心線平均
粗さRaが0.5μm以上で、かつ下記式で示す平均傾
斜角βが6°以上である梨地状であり、その表面にCr
めっき層を有することを特徴とするダル仕上げ用ワーク
ロール。 β=Σ[tan-1 (△Y/△X)]/N ここで △Y:粗さ測定方向での2点間における凸部分
の高さの差(μm) △X:粗さ測定方向での2点間の距離(2μm) N:6250(測定長さ12.5mm間の△Yの測定個
数) - 【請求項2】 Crめっき層の下に、Niめっき層を有
することを特徴とする請求項1記載のダル仕上げ用ワー
クロール。 - 【請求項3】 平均粒径が0.1mm以上0.7mm以
下の投射粒をワークロール表面に投射して、中心線平均
粗さRaが0.5μm以上で、かつ下記式で示す平均傾
斜角βが6°以上となるように梨地加工し、次いで梨地
加工したワークロール表面にCrめっきを施すことを特
徴とするワークロールのダル仕上表面加工方法。 β=Σ[tan-1 (△Y/△X)]/N ここで △Y:粗さ測定方向での2点間における凸部分
の高さの差(μm) △X:粗さ測定方向での2点間の距離(2μm) N:6250(測定長さ12.5mm間の△Yの測定個
数) - 【請求項4】 梨地加工したワークロール表面にCrめ
っきする前に下地Niめっきを施すことを特徴とする請
求項3記載のワークロールのダル仕上表面加工方法。 - 【請求項5】 請求項1または2に記載のダル仕上げ用
ワークロールにより、ステンレス鋼板を圧下率2%以上
で冷間圧延することを特徴とするダル仕上げステンレス
鋼板の製造方法。
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JP04343097A JP3233056B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | ダル仕上げ用ワークロールとその表面加工方法、ならびにつや消し性に優れたステンレス鋼板の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10235414A JPH10235414A (ja) | 1998-09-08 |
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