JP3575175B2

JP3575175B2 - フェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延方法

Info

Publication number: JP3575175B2
Application number: JP22494796A
Authority: JP
Inventors: 秀男山本; 哲松下
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH1058010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼帯を冷間圧延する方法に係わり、さらに詳しくは、圧延油としてエマルション油を用いて、小径ワークロールを具備した圧延機により高圧延速度で高光沢のステンレス鋼帯を製造することのできるフェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷間圧延されたフェライト系ステンレス鋼帯には、一般に高い表面光沢が要求される。フェライト系ステンレス鋼は、変形抵抗が高く加工硬化し易い。そのため、高い圧下率が得られ、圧延時に鋼帯とワークロール間（以下ロールバイトと記す）への圧延油の導入量が少ないワークロールが小径のセンジミアミルが使用されている。
【０００３】
しかし、センジミアミルは圧延ロールが２０段もあり、圧延機の構造が複雑で、かつロール径が５０〜８０ｍｍと小径であるため圧延速度が制約され、生産効率がわるいという問題がある。
【０００４】
センジミアミルでの圧延では、圧延油として低粘度の鉱油を基油とした不水溶性圧延油（以下ニート油と記す）が主に用いられている。
【０００５】
センジミアミルによる圧延で、圧延効率を上げるためにニート油を用いて高速圧延をおこなうと、圧延時にロールバイト内に引き込まれる油量が増加し、オイルピットが発生し、光沢が低下する。
【０００６】
ロールバイト内に引き込まれる油量は、ニート油の粘度を下げることにより低減できる。しかし、粘度を下げると蒸発しやすくなり、引火点も下がり、圧延中の鋼帯の破断事故時の火花等から簡単に引火し、火災になる危険性が増す。そのため、粘度は７ｃＳｔ以上の高粘度のニート油が用いられている。
【０００７】
また、水中油型エマルション油も用いられているが、これは水の中に油粒子が存在しており、水が連続体となっている。したがって、圧延時に鋼帯やロール表面に水中油型エマルション油を吹き付けて油粒子を付着させるには、吹き付けた際に水の膜を破って油の粒子を付着させなければならない。このとき、付着量が少ないと焼き付きが発生する。そのため、付着量を多くするために８ｃＳｔ以上の高粘度で、平均粒径が５〜６μｍ程度の比較的大きい粒の水中油型エマルション油を使用し、光沢度を犠牲にしていた。
【０００８】
このように、高粘度で粒径の大きい水中油型エマルション油を用いた圧延や高粘度のニート油を用いた圧延で、圧延速度を高めるとロールバイトへの引込み油量が増加し、油膜厚が厚くなり鋼帯の表面光沢度が低下する。したがって、センジミアミルによるステンレス鋼帯の圧延で高表面光沢を得るためには、圧延速度を遅くしなければならなかった。
【０００９】
そこで近年、生産性を向上させるため、ワークロール径が大きいタンデムミルでの高光沢圧延が試みられるようになった。
【００１０】
特開平２−１１０１９５号、特開平５−３０５３２６号の各公報に、タンデムミル用の低粘度圧延油、特開平４−１１８１０１号、特開平５−７８６９０号各公報には、高粘度の細粒径水中油型エマルション油を用いたタンデムミルによる冷間圧延方法が開示されている。しかし、圧延能率の改善は達成できたが、依然センジミアミルでニート油を用いて圧延した場合と同様の高光沢度を得ることはできないのが現状である。
【００１１】
最近では、センジミアミルよりも生産性がよく、構造が簡便でかつ形状制御機能の良い、ワークロール径が８０〜１２０ｍｍで、１２段のクラスターミルや６段のＵＣミルが開発され、６００ｍｐｍ以上の高速圧延が試みられている。
【００１２】
クラスターミルに圧延油として、低粘度の鉱油系ニート油を使用した場合には、高速圧延のため冷却不足および潤滑不足から焼付き疵の発生および鋼帯の破断事故等による発火による圧延油への着火等の問題があった。また、高潤滑性の高粘度ニート油を用いた場合は、ロールバイトに導入される油量が増し、光沢度の低下が問題となる。
【００１３】
一方、一般の水中油型エマルション油を用いる場合は、着火事故の問題は解決するが、冷却度が増すため、鋼帯温度が低下して鋼帯に付着した油原液粘度が高くなり、油膜が厚くなって十分な光沢が得られない。比較的高粘度かつエマルション粒径が大きいたエマルション油を用いるためエマルションの鋼帯表面への付着が不均一となり、油膜厚が不均一となったり、油模様が発生する。また、特に表面の高光沢度が要求されるフェライト系ステンレス鋼帯の圧延においては、圧延速度によりロールバイト内に引き込まれる油量の変化がニート油より大きい。低速圧延部でのバイト内の油量はニート油並に少ないが、高速圧延部での油の引き込み量が多く、高速圧延部の光沢が著しく低くなる。そのため、鋼帯のトップとボトムにおける加速、減速部では、鋼帯の長さ方向に光沢度が一定とならない。したがって、均一な光沢度を得るために定常圧延部の圧延速度を高めることができなくなり、問題となっていた。
【００１４】
特開平４−１１１９０３号公報には、被圧延材の温度と光沢度とを測定し、被圧延材の上限温度は、ヒートスクラッチ（焼付き）の発生しない温度である１５３℃以下とし、所定の光沢となるように、圧延油濃度、流量、圧延油温度、圧延速度のうちの少なくとも１つを制御する方法が開示されている。しかしこの方法が適用できるのは比較的低速の４００〜５００ｍｐｍまでであり、それ以上の高速圧延になると圧延油のワイピングが不十分になり、かつ圧延材の振動も増し、光沢度の測定精度が極端に低下して制御が困難になる。
【００１５】
以上のように、フェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延において、高光沢度が得られ、高潤滑性能を満足させる圧延油および圧延方法は見いだされていないのが現状である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ロール径が５０〜１２０ｍｍの小径ワークロールを備えた圧延機によるエマルション圧延油を使用する圧延において、高速圧延が可能で、かつ鋼帯の全長にわたり高光沢が得られるフェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ロールバイト内への圧延油の引き込み量が比較的少ない小径ロールを備えた圧延機で、エマルション油を用いてフェライト系ステンレス鋼帯を冷間圧延する方法において、高速度圧延が可能で鋼帯全長にわたり光沢むらがなく、高光沢が得られる冷間圧延を開発するため、種々実験検討した結果、下記の知見を得た。
【００１８】
Ａ）冷間圧延後の鋼帯の表面光沢度は、圧延速度と圧延温度に影響される。
【００１９】
Ｂ）高光沢を得るにのに好適な圧延温度範囲があり、圧延速度が異なると好適な温度範囲も異なり、圧延速度が高くなるほど好適圧延温度も高くなる。
【００２０】
Ｃ）圧延速度が同じであっても、エマルション油の原液粘度により好適な温度範囲も変わる。
【００２１】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は、
「ロール径が５０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下の小径ワークロールを備えた圧延機で、圧延油としてエマルション油を使用してフェライト系ステンレス鋼帯を冷間圧延するに際し、冷間圧延直後の鋼帯表面温度が、下記式（１）で得られる温度Ｔｍａｘ（℃）以下、下記式（２）で得られる温度Ｔｍｉｎ（℃）以上の範囲内の温度になるように制御して冷間圧延することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延方法。
【００２２】

にある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明で冷間圧延条件を限定した理由および作用について以下に説明する。
【００２４】
（１）ロール径が５０〜１２０ｍｍの小径ワークロールを備えた圧延機を用いる。
【００２５】
ロール径が５０ｍｍ未満では、ロール周速度が遅くなり生産性が低下すると共に、ロールが撓み圧延後の鋼帯形状が悪化する。一方１２０ｍｍを超えると、圧延油粘度を低くしてもロールバイト内への圧延油の引き込み量が増加し、鋼帯の表面光沢度が低下する。また、ロールと鋼帯との接触長が大きくなり、滑り長さが増して焼付きやすくなる。したがって、圧延機のワークロール径を５０〜１２０ｍｍとした。
【００２６】
圧延機としては、通常使用されているワークロール直径が６０〜８０ｍｍで２０段のセンジミアミル、ワークロール直径が８０〜１２０で１２段のクラスターミルおよびワークロール直径が８０〜１２０ｍｍ程度で６段のＵＣミル等が使用できる。
【００２７】
（２）冷間圧延直後の鋼帯表面温度がＴｍａｘ以下、Ｔｍｉｎ以上となるように制御して圧延する。
【００２８】
本発明は、エマルション油を使用し、ロール径が５０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下の小径ワークロールを備えた圧延機で６００ｍｐｍ以上の高速度で冷間圧延して、Ｇｓ６０゜で４００〜５００の高表面光沢度を得ることを目標になされたものである。この高光沢度は、ニート油を使用した圧延速度４００ｍ／ｍｉｎ未満の低速で圧延した際に得られる光沢度である。
【００２９】
図１は、エマルション原液粘度が４０℃で７ｃＳｔエマルション油を用いて圧延温度と圧延速度とを種々変えて圧延実験を行い、光沢度がＧｓ６０゜で４００以上になる最低鋼帯温度Ｔｍｉｎと、焼付き疵が発生しない上限の鋼帯温度Ｔｍａｘを求めた一例を示す図である。エマルション原液粘度を種々変化させて上記のような圧延試験を重ねた結果、Ｔｍａｘ、Ｔｍｉｎは、エマルション油の原液粘度で異なることが判明した。試験結果を整理し、下記エマルション油の原液粘度と圧延直後の鋼帯温度との関係式（１）、（２）を求めることができた。
【００３０】
圧延直後の鋼帯温度の上限：

圧延直後の鋼帯温度とは、ワークロールを出た所での鋼帯の温度である。実験では、上下ワークロールの中心軸と直行する垂線から１００ｍｍの位置で測定した。この位置であれば、鋼帯がワークロールから離れた所での温度との差はほとんどない。
【００３１】
また、圧延直後とは、１パス毎の圧延の後であり、最終パスの圧延の後のみを意味するものではない。
【００３２】
圧延直後の鋼帯表面温度を最低鋼帯温度Ｔｍｉｎ以上に高める方法としては、圧延時の加工熱を利用することができ、圧下率を高めること、エマルション供給量を減少することが有効である。
【００３３】
基本的には（１）式で示される温度以下かつ（２）式で示される温度以上になるよう母材板厚や各圧延パスでの圧下率を決めて圧延する。この際、加減速時の光沢度が定常部より高くなるのでその調整をエマルション供給量を加減して行う。その際にも（２）式の温度以上になるようにする。この（２）式の温度以下ではＧｓ６０゜で４００を超える高光沢が得られない。なお、圧延材の温度が上記（１）式以上になると焼付きが発生する。したがって、圧延後の鋼帯表面温度を上記の２つの式で囲まれる範囲とした。
【００３４】
また、上記加工熱を利用する以外に、圧延前に鋼帯を通電加熱や加熱炉等で加熱してもよい。
【００３５】
フェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延は通常５〜１０パス程度で行われるが、全パスとも圧延後の鋼帯温度を上記の範囲に制御するのが好ましい。温度の制御を全パスにわたり行わない場合は、圧延初期段階のパスで温度制御をするのが好ましい。
【００３６】
本発明では鋼帯表面の温度測定が重要である。測定位置としては、ワークロールに近かければ近い程好ましいが、実操業では困難であるので、ワークロール出口から１ｍ以内で圧延油エマルションをワイピングした後が最も好ましい。ワークロール出口から測定位置までに降下する温度を予め求めておき、上記式で求めた温度を補正すればよい。温度測定の方法は接触式の熱電対方式、熱放射式のいずれでもよいが、熱放射式は鋼帯上の油膜および水蒸気の影響を大きく受けるので、できれば熱電対方式が好ましい。
【００３７】
次に、（１）式および（２）式で得られる鋼帯温度にエマルションの原液粘度が関係することについての説明する。エマルションの原液粘度が変わるとロールバイト内に導入される油膜の厚さは、例えば下記式（３）の水野の油膜厚さ当量：ｔｄで示されるように変化する。その変化を実験により確かめ、（１）式および（２）式に近似した形で取り込んでいる。
【００３８】
ｔｄ＝η・Ｖ・Ｒ^０．５・△ｈ^−０．５・Ｐ・・・・・・・・（３）
ここで、Ｒ：ロール半径
△ｈ：圧下量
Ｐ：圧延材変形抵抗
（１）式で示される最高温度、（２）式で得られる最低温度とも、粘度とともに低下する。なお、本発明におけるより好ましいエマルションの原液粘度は、４０℃で２〜１０ｃＳｔである。これは１０ｃＳｔを超えると油膜厚が厚くなり、ニート油で圧延したと同様の高い光沢度が得られない。さらに望ましい粘度は５ｃＳｔ以下である。なお、エマルションとして使用することで冷却性がよくなり焼付が発生し難くなるが、２ｃＳｔ以下になると油膜厚が薄くなり過ぎ焼付が発生し易くなるため下限は２ｃＳｔとすることが好ましい。
【００３９】
また、圧延油原液の粘度を上記範囲にとするためには４０℃で、１．５〜１０ｃＳｔ低粘度の鉱油、合成炭化水素および比較的粘度や融点の低い合成エステルを使用することが望ましい。合成エステルとしては例えばラウリル酸、パルミチン酸等炭素数が１０〜１８の何れかの脂肪酸と炭素数が１〜１８の何れかのアルコールとのモノエステル。また、前述の脂肪酸とトリメチロールプロパン等の多価アルコールとのモノエステル、および／またはジエステル、トリエステル。更に、アジピン酸等の二塩基酸と前述のアルコールとのジエステルなどがあげられる。
【００４０】
上記合成エステルの圧延油原油としての配合量は、鹸化価で５０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲が好ましい。５０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満では潤滑不足となり焼付疵が発生し易くなる。また、１２０ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると摩耗粉への吸着・反応が進みスカムが粘凋となり、油模様が発生し易くなる。
圧延油原液中には上記合成エステルの他にアルコール類等の濡れ性改善剤、極圧添加剤、防錆剤、酸価防止剤等の添加剤を適宜目使用してもよい。
【００４１】
次に、エマルション濃度は３％未満では焼付が発生し易くなるため、濃度は３％以上とすることが好ましい。なお、濃度が１５％を超えると油膜厚が大きくなり、また、冷却能が低下すること、および潤滑性の向上効果が飽和するため、上限は１５％とするのが好ましい。
【００４２】
エマルションを安定に維持するための乳化剤としては特に限定しないが、エマルションの平均粒径が５μｍを超えると、鋼帯やロールへの付着がむらになり易く、油模様の原因となる。従って、エマルションの平均粒径が５μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
【実施例】
図２は、実施例で使用した冷間圧延装置を示す図である。圧延機は１２段のクラスターミルで、レバース式である。
【００４４】
圧延油エマルションは、タンク１から液送ポンプ２でエマルション油を供給配管３を通してノズル４から圧延機５のロールバイト部に噴射される。圧延機５の出側のワイピングロール６の後面に設置された温度センサー７からの温度データを制御装置８で処理し、液送ポンプ２の回転数またはおよびバイパス配管９に設置されたバルブ１０の開度を制御してエマルション油の噴射量が調整される。
【００４５】
なお、温度センサー、圧延油供給配管およびノズルは圧延機の左右に設置してあるが本図の場合は説明を容易にするため省略してある。
【００４６】
上記の１２段のクラスター圧延機は、ワークロールの材質がＳＫＤ１１相当の工具鋼で直径が１００ｍｍであり、表面粗さをＲａ０．１μｍに仕上げて使用した。
【００４７】
用いた鋼板は下記の２種であった。
【００４８】

表１は、本実施例で用いた圧延油を示す。表１に示す１２種のエマルション油とニート油を用いて表２〜表７に示す圧延条件で７および９パスの圧延を実施した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
【表３】

【００５２】
【表４】

【００５３】
【表５】

【００５４】
【表６】

【００５５】
【表７】

【００５６】
表１に示す圧延油記号ｍは従来のニート油であり、ａからｌがエマルション油である。
【００５７】
表２および表３に示す圧延条件は、従来からの圧延条件であり、圧延後の鋼板温度測定による流量制御を行っていない例である。表４から表６が本発明の温度測定による流量制御あるいは圧下率制御を行った例である。表４および表５に示す圧延は、鋼板の温度測定によるエマルション油の流量制御を行い鋼帯温度を調整した例である。表６および表７に示す圧延は、圧下率の変更と温度測定による流量制御を行った例である。
【００５８】
式（１）および式（２）から求めた鋼帯下限温度（Ｔｍｉｎ）、上限温度（Ｔｍａｘ）および各圧延後の鋼帯温度の測定結果を各表に示した。
【００５９】
５パス圧延後および最終パス圧延後の鋼帯表面の鏡面光沢度（ＪＩＳに規定のＧｓ６０゜による）を測定し、鋼帯の長さ方向での光沢度差を求めると共に、焼付発生の程度を目視観察した。その結果を各表に併せて示した。
【００６０】
なお、鋼帯長さ方向の光沢度差、焼付発生の程度は次に示す記号で表示している。
【００６１】
（圧延材長さ方向の光沢度差）：Ｇｓ６０゜変化幅
○：±１０未満、△：±１０〜２０（許容範囲内）、×：±２１以上（不良）
（焼付発生の程度）
○：発生無し、 △：軽微な発生（許容範囲内）、 ×：著しい発生（不良）
本発明の例では、いずれも従来例のニート油ｍの低速圧延と同等あるいはそれ以上の光沢度が得られ、かつ高速圧延を行っても焼付や光沢度の鋼帯長さ方向の変化の発生がないか生じる場合でも軽微であることが分かる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、圧延油原液と水からなる水中油型エマルション圧延油を使用して、小径ロールの圧延機で６００ｍｐｍ以上の高速度で鋼帯の全長にわたり高光沢で、光沢むらのない優れたフェライト系ステンレス鋼帯が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エマルション原液粘度ηが７ｃＳｔ／４０℃の圧延油の供給量、原液粘度と圧下率および圧下量を変更して圧延した際の各圧延速度における鋼帯温度と圧延後の鋼帯表面光沢度および焼付き発生状況を示す図。
【図２】実施例で使用した圧延装置（１２段のクラスターミル）を示す図である。
【符号の説明】
１エマルション油タンク
２液送ポンプ
３供給配管
４ノズル
５圧延機
６ワイピングロール
７温度センサー
８制御装置
９バイパス配管
１０バルブ

Claims

ロール径が５０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下の小径ワークロールを備えた圧延機で、圧延油としてエマルション油を使用してフェライト系ステンレス鋼帯を冷間圧延するに際し、冷間圧延直後の鋼帯表面温度が、下記式（１）で得られる温度Ｔｍａｘ（℃）以下、下記式（２）で得られる温度Ｔｍｉｎ（℃）以上の範囲内の温度になるように制御して冷間圧延することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼帯の冷間圧延方法。