JP3635846B2

JP3635846B2 - 光沢の良好なばね用ステンレス冷延鋼帯の製造方法

Info

Publication number: JP3635846B2
Application number: JP07408197A
Authority: JP
Inventors: 哲松下; 秀男山本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JPH10263621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、良好な表面光沢を有するばね用ステンレス冷延鋼帯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ばね用ステンレス鋼帯は、一般に熱間圧延ステンレス鋼帯に焼鈍、酸洗および疵取りを施し、次いで冷間圧延、焼鈍および酸洗をおこなった後、目標とする硬さを付与するために、所定の圧下率で仕上冷間圧延（「調質圧延」と呼称する場合もある）して製造される。
【０００３】
前記鋼帯の硬さは、仕上げ冷間圧延における圧下率によって調整されるが、用途に応じて種々のレベルのものが要求されるため、仕上冷間圧延における圧下率も８〜７０％と広い範囲にわたる。なお、１パスで前記圧下率を得ることが困難な場合には複数パスの仕上圧延がおこなわれる。また、製品板厚が薄い場合には、加工硬化が大きいため、１回の冷間圧延では目標とする板厚が得られないので、圧延の途中で中間焼鈍が施される。
【０００４】
このようにして製造されるばね用ステンレス冷延鋼帯は、用途によって曲げ加工が施されるために、ビッカース硬さが３２０以下程度の比較的軟質であることが要求される。これら軟質のばね用ステンレス鋼帯の仕上冷間圧延では鋼帯の初期温度が常温であれば、通常の冷間圧延における圧下率より小さい圧下率（軽圧下）で容易に目標とする硬さが得られるため、一般に軽圧下の１パスで圧延がおこなわれる。
【０００５】
ところが、焼鈍−酸洗したオーステナイト系ステンレス鋼帯を圧下率１５％以下程度の軽圧下で仕上圧延を行うと、ワークロール表面に下記する高光沢化に有効なロールコーティングが生成しない。したがって、酸洗で鋼帯表面に生じた粒界浸食溝が残存して光沢不良となったり、また不均一なロールコーティングが生成した場合、前記粒界浸食溝が残存した部分と消失した部分とが併存して光沢むらとなったりする問題がある。
【０００６】
一般にステンレス鋼の冷間圧延においては、ロールと被圧延材の界面における圧力と温度が高く、相対的なすべりが起こるため、被圧延材のごく表層の酸化物がロール表面へ移着する現象が起こる。この酸化物がロール表面に移着したものがロールコーティングであり、均一で黒褐色の濃いロールコーティングの生成が高光沢化に有効とされている。
【０００７】
光沢不良や光沢むらの発生した鋼帯は、美観が重視されるステンレス製品として健全なものとは見なされず、不良品として排除されるため、歩留の大幅な低下を招来する。
【０００８】
光沢不良や光沢むらは、圧延速度の増加とともに顕在化する。このため、前記軟質ばね用鋼帯の仕上圧延においては、光沢不良や光沢むらを防止する手段として圧延速度を５０ｍ／分以下程度の低速で圧延する方法が用いられており、品種によっては３０ｍ／分以下の極低速とする場合もある。
【０００９】
このように、軟質のばね用ステンレス鋼帯の仕上圧延は、通常の冷間圧延に比較して能率が著しく低い現状にある。
一方、良好な表面光沢を得る方法として、例えば特公昭５７−１３３６２号公報に、仕上パス以前のパスと仕上パスで使用するワークロールの表面粗さの範囲を各々規定し、かつ圧下率を１８〜２２％にする方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、この方法は仕上げ以前のパスと仕上げパスとでワークロール表面粗さを異にすることにより光沢を得るものであるが、１パスで仕上圧延を行う場合には、仕上げ以前のパスが存在しないため上記方法は適用できない上、圧下率が２２％以下なので良好な表面光沢を得るに必要なロールコーティングが生成されるとは限らない。
【００１１】
また、特開平８−１７４００６号公報には、第１パスで使用する圧延油の粘度が第２パスから最終パスで使用する圧延油の粘度より低粘度の圧延油を用いる方法が開示されている。
【００１２】
しかしながら、この方法では２系統の圧延油タンクが必要となり、１系統の圧延油タンクしか装備されていない圧延設備では、新設する必要があり設備費が嵩む。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、新たな設備を必要とせず、軟質のばね用ステンレス鋼帯の仕上冷間圧延での圧延速度を高めても良好な鋼帯表面光沢が得られるばね用ステンレス冷延鋼帯の製造方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、冷間圧延後、焼鈍と酸洗を施したオーステナイト系ステンレス鋼帯を、圧下率と圧延速度が種々異なる条件下で１パスの仕上冷間圧延をおこない、圧延後の鋼帯表面および圧延に使用したワークロールの表面を詳細に観察した結果、以下のような知見を得た。
【００１５】
（１）圧下率が小さく、圧延速度が大きい場合には、圧延後の鋼帯表面には酸洗で生じた粒界浸食溝が残存し、光沢は圧延前（酸洗後）のそれと大差はなく著しく劣る。一方ワークロールの表面は、研磨直後のままとほぼ同じ状態であり、通常の圧延で生成するロールコーティングの生成は認められない。
【００１６】
（２）前記光沢不良となる圧下率、圧延速度に対し、圧延速度をある一定の値に保って圧下率を増加させるか、または圧下率をある一定の値に保って圧延速度を低減していくと、鋼帯表面には圧延方向と平行に帯または線状の光沢の異なる部分（光沢むら）が現出する。一方、ワークロール表面には幅方向に不均一なロールコーティングが生成する。
【００１７】
（３）圧下率をさらに増加させるか、または圧延速度をさらに低減すると均一で良好な光沢の鋼帯表面が得られる。また、ワークロール表面には均一で黒褐色の濃いロールコーティングが生成する。
【００１８】
（４）以上のように、ロールコーティングの生成による圧延鋼帯表面の光沢の良否は圧下率と圧延速度に依存する。
【００１９】
（５）したがって、焼鈍−酸洗したオーステナイト系ステンレス鋼帯の仕上げ冷間圧延において１パスで鋼帯表面の光沢を良好にするには圧下率を増加させて、ワークロール表面に均一で濃いロールコーティングを生成させることが有効である。
【００２０】
（６）圧下率を大きくすると加工硬化によって硬さの許容上限を超え、目標とする範囲内に納めることができなくなるので、この加工硬化を抑制する手段として仕上冷間圧延前に予め所定の温度に鋼帯を加熱するのがよい。
【００２１】
（７）圧延速度３００ｍ／分以下で安定して良好な光沢が得られる圧下率は、鋼帯の鋼種、板厚、焼鈍および酸洗条件等に左右されるが２２％以上であればよい。
【００２２】
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは「オーステナイト系ステンレス冷延鋼帯を焼鈍し、次いで５０〜２００℃に加熱し、ワークロール径が２５０ｍｍ以下の圧延機により、３００ｍ／分以下の圧延速度、２２％以上の圧下率で１パス仕上げ冷間圧延する冷延鋼帯の製造方法であって、予め被圧延材加熱温度と圧下率および仕上げ冷間圧延後の鋼帯の硬さとの関係を求めておき、仕上げ冷間圧延後の硬さが目標値となるように前記範囲内で加熱温度と圧下率を決定して仕上げ冷間圧延することを特徴とする光沢の良好なばね用ステンレス冷延鋼帯の製造方法」にある。
【００２３】
なお、本発明は広義においては、オーステナイト系ステンレス冷延鋼帯を焼鈍し、次いで５０〜２００℃に加熱し、ワークロール径が２５０ｍｍ以下の圧延機により、３００ｍ／分以下の圧延速度、２２％以上の圧下率で１パス仕上げ冷間圧延する冷延鋼帯の製造方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明における限定理由を説明する。
１）圧延速度と圧下率（３００ｍ/分以下、２２％以上）
圧延速度を３００ｍ／分以下とする理由は、濃いロールコーティングが生成する高圧下率としても、３００ｍ／分を超えるとロールと鋼帯表面の界面に導入される圧延油量が増大し、鋼帯表面にオイルピットと称する微小な凹み欠陥が多量に発生して目標とするレベルの光沢が得られないためである。なお、圧延速度の下限は、限定しないが、あまり遅いと生産効率が低下するので１００ｍ/ 分以上にするのが望ましい。
【００２５】
圧延速度と圧下率の表面光沢に及ぼす影響を調べるために次のような試験をおこなった。
すなわち、板厚１．０ｍｍのオーステナイト系ステンレス冷延鋼板（ＳＵＳ
３０４）を、直径１３０ｍｍのワークロールで圧延速度と圧下率とを種々変えて常温で１パスの仕上げ圧延をし、圧延した鋼帯の表面光沢を観察した。
なお、この圧延で使用した圧延油は、通常のステンレス鋼板冷間圧延に用いられる鉱油系ニート油であった。
【００２６】
図１は、表面光沢の観察結果を示す図である。同図からわかるように、圧下率が小さく、圧延速度が比較的大きい領域（図１のＡ）ではロールコーティングは生成せず、圧延材表面の粒界浸食溝が残存するため、光沢は不良となる。一方、圧下率が大きく、圧延速度が比較的小さい領域（図１のＣ）では均一で健全なロールコーティングが生成されるため、光沢は良好である。また、これらの中間の領域（図１のＢ）では不均一なロールコーティングが生成するため、圧延鋼帯表面にも光沢むらが発生する。
【００２７】
次に、圧下率を２２％以上とする理由は、図１に示すように圧延速度が３００ｍ／分以下で安定した良好な光沢を得るには２２％以上が必要なためである。１パス当たりの好ましい圧下率は２５〜３５％程度で、上限は１パスで圧延できる圧下率であればよく、鋼種により異なるので特に限定しない。
【００２８】
２）ワークロール径（２５０ｍｍ以下）
ばね用ステンレス鋼帯は概して０．５ｍｍ以下の薄物が多くて変形抵抗も高いため、冷間圧延機としては小径ワークロールのステンレス鋼専用圧延機が好適である。仕上げ圧延機のワークロールの直径が２５０ｍｍを超えると、圧延荷重の増大を来たしてパス数の増加を必要とするため、効率的な仕上冷間圧延を行うには不向きである。また、ロールと圧延材の間に介在する油膜厚も大きくなって良好な光沢が得られにくくなる。このような理由で、ワークロールの直径は２５０ｍｍ以下とした。下限は特に限定しないが、あまり小径になると平坦な板形状が得られなくなるので、８０ｍｍ程度以上が好ましい。
【００２９】
３）加熱温度（５０〜２００℃）
本発明では、酸洗工程で鋼帯表面に生じた粒界浸食溝を消滅させて光沢の良好な鋼帯表面を得るため、健全なロールコーティングが生成する２２％以上の圧下率で圧延する。しかし、軟質ばね用鋼帯の仕上圧延で圧下率を大きくすると加工硬化によって硬さが許容上限を超えるため、加工硬化を抑制するために鋼帯を仕上げ冷間圧延前に予め加熱する。
【００３０】
加熱温度を５０℃以上とするのは、５０℃未満では十分な加工硬化抑制効果が得られないためであり、２００℃以下とするのは、鋼帯温度が２００℃を超えると、圧延中にヒートスクラッチと称する焼付き疵が発生するためである。
【００３１】
鋼帯の加熱装置としては電磁誘導加熱装置等が好適であるが、加熱温度を１００℃以上にする必要がない場合は、コイル状のまま温水槽に浸漬する方法でも効果がある。
【００３２】
４）加熱温度、圧下率と硬さの関係
本発明では、予め被圧延材の加熱温度と圧下率および仕上げ冷間圧延後の硬さとの関係を求めておき、仕上げ冷間圧延後の硬さが目標値となるように規定する範囲内で加熱温度と圧下率を決定して仕上げ冷間圧延する。
【００３３】
冷間圧延後の鋼帯の硬さは、被圧延材の加熱温度と圧下率と密接な関係にあり、硬さ、加熱温度および圧下率との関係を予め求めておくことにより、仕上げ冷間圧延後に目標とする硬度を得るのに必要な加熱温度と圧下率を知ることができる。
【００３４】
これらの関係を求めるため以下のような試験をおこなった。
板厚１．０ｍｍのオーステナイト系ステンレス冷延鋼板（ＳＵＳ３０４）を、加熱温度を２５〜２００℃と種々変えて、直径１００ｍｍのワークロールで、圧延速度５０ｍ/分と一定にして仕上げ圧延し、圧延した鋼帯の硬度を測定した。圧延油は、鉱油系ニート油を用いた。
図２は、測定結果を示したものである。
【００３５】
目標硬さを得るための加熱温度および圧下率は、図２のような予め加熱温度別に圧下率と硬さの関係を求めておき、圧下率が２２％以上で目標硬さが得られる加熱温度と圧下率を決定して、仕上げ冷間圧延をおこなう。ただし、加熱温度および圧下率は、前記したように５０〜２００℃および２２％以上の範囲内とする必要がある。
【００３６】
５）焼鈍
仕上冷間圧延を行う前の冷間圧延鋼帯を焼鈍するのは、仕上冷間圧延で目標とする硬さを付与するために軟化するためであり、通常実施されている１１００℃程度の温度で行えばよい。
【００３７】
６）オーステナイト系ステンレス冷延鋼帯
対象とするオーステナイト系ステンレス冷延鋼帯は、ばね用の通常の成分組成のものであればよく特に限定するものではないが、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ、ＳＵＳ３０１−ＣＳＰなどが好適である。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明の効果について説明する。
表１に示す成分組成の板厚３．０ｍｍ、幅７００ｍｍの熱延オーステナイト系ステンレス鋼帯（ＳＵＳ３０４）に、焼鈍、デスケール、酸洗および疵取りを施し、次いでワークロール径が８０ｍｍの６段冷間圧延機により、１回の中間焼鈍を施して冷間圧延を行った。冷間圧延後の板厚は０.６ｍｍであった。
【００３９】
【表１】

【００４０】
次いで、この冷延鋼帯を、連続大気焼鈍炉にて１１００℃で焼鈍し、５００℃のアルカリ溶融塩に浸漬した後、硝ふっ酸液にて酸洗した。
先ず、この酸洗をした冷延鋼帯の一部を用い、ワークロール径が１３０ｍｍの６段冷間圧延機で、加熱温度と圧下率とを種々変えて仕上げ冷間圧延をおこない、圧延後の硬度を測定し、加熱温度、圧下率および硬度との関係を求めた。
図３は、求めた加熱温度、圧下率および硬度との関係を示す図である。
【００４１】
次に、上記６段圧延機で、加熱温度を表２に示す５０〜２００℃とした場合に目標硬度２８０または３１０（ビッカース硬さ）を得るのに必要な圧下率を、図３に基づいて求めておき、前記焼鈍−酸洗した鋼帯を表２に示す各条件で１パスの仕上冷間圧延をおこなった。
【００４２】
【表２】

【００４３】
用いた圧延油は、４０℃における粘度が７ｃＳｔの鉱油系ニート油であり、ワークロールの表面粗さは、中心線平均粗さＲａで０.１０μmであった。鋼帯の加熱は、９０℃までは、コイル状のまま温水槽への浸漬によりおこない、１５０℃と２００℃については電気加熱炉でおこなった。
【００４４】
また、従来方法として、冷間圧延前に加熱することなく表２に示すように、圧下率を１０〜２０％と小さく、圧延速度も３０〜８０ｍ／分と低速にして圧延した。
【００４５】
仕上冷間圧延した鋼帯を脱脂洗浄した後、表面の圧延方向と平行な方向の光沢度の測定と目視による光沢むらの評価および硬さの測定を行った。光沢度はＪＩＳＺ８７４１に定める方法の入射角６０度で測定し、硬さはビッカース硬度計によって測定した。
脱脂洗浄後の鋼帯表面の光沢度測定結果、目視による光沢むらの評価結果および鋼帯のビッカース硬さ測定結果を表２に示す。
【００４６】
表２のＡ−２の圧下率が１０％の場合、圧延速度を低速の５０ｍ／分としても板表面の粒界浸食溝が残存し、光沢は著しく劣っていた。また、ロールコーティングの生成状態も調べたが、非常に色の薄いものしか生成していなかった。さらに、Ａ−１の圧延速度を３０ｍ／分まで低減した場合も均一な表面光沢が得られなかった。
【００４７】
Ｂ−１の圧下率が１５％の場合も、低速の５０ｍ／分としてもロールコーティングが不均一となり、光沢むらが残存した。Ｃ−１、Ｃ−２の圧下率が２０％の場合は、圧延速度を３０ｍ／分まで低減すると光沢が良好となるが、５０ｍ／分では圧延開始後約３００ｍの長さを圧延するまでは光沢むらが存在した。これは圧下率２０％、圧延速度５０ｍ／分では均一なロールコーティングがなされるまでに、ある程度の時間を要するためと考えられる。さらに、Ｃ−３の圧延速度を８０ｍ／分にした場合、光沢むらが鋼帯全長に発生した。すなわち、僅かの速度差によっても鋼帯の表面性状が大きく変化し、安定して良好な表面光沢を得る上で問題があり、圧延能率が非常に低い。
【００４８】
本発明にしたがい圧下率を２５％以上とした場合は、圧延速度を２８０ｍ／分まで高めても均一で、かつ褐色の濃いロールコーティングが生成して良好な光沢の鋼帯表面が得られたが、鋼帯を予め加熱しない場合には、鋼帯の硬さが目標値上限を超えた。
また、圧延速度を３００ｍ／分以上にすると鋼帯の表面光沢が劣化し、目標の光沢度が得られなかった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、新たな設備の導入が不要で、仕上冷間圧延において圧下率を大きくして、均一で濃いロールコーティングを生成させることによって、圧延速度を増大させても良好かつ均一な表面光沢を有するばね用ステンレス鋼帯を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延材の表面光沢の良否に及ぼす圧下率と圧延速度の関係を示す図である。
【図２】ＳＵＳ３０４冷間圧延における硬さと圧下率および圧延材加熱温度の関係を示す図である。
【図３】求めた加熱温度、圧下率および硬度との関係を示す図である。

Claims

オーステナイト系ステンレス冷延鋼帯を焼鈍し、次いで５０〜２００℃に加熱し、ワークロール径が２５０ｍｍ以下の圧延機により、３００ｍ／分以下の圧延速度、２２％以上の圧下率で１パス仕上げ冷間圧延する冷延鋼帯の製造方法であって、予め被圧延材加熱温度と圧下率および仕上げ冷間圧延後の鋼帯の硬さとの関係を求めておき、仕上げ冷間圧延後の硬さが目標値となるように前記範囲内で加熱温度と圧下率を決定して仕上げ冷間圧延することを特徴とする光沢の良好なばね用ステンレス冷延鋼帯の製造方法。