JP4414873B2 - 缶用素材鋼板とその冷間圧延方法および冷間圧延用ロール - Google Patents
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本発明は、表面処理鋼板用原板、特にぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板を安定して製造することのできる冷間圧延方法、冷間圧延用ロール、および表面性状に優れる缶用素材鋼板に関する。
表面処理鋼板用原板、特に飲料缶等に用いられるぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板には、従来にも増して美麗な表面性状が要求されている。
加えて、近年においては薄手化軽量化による輸送コストや輸送エネルギーの削減のため、また、飲料缶の場合には軽量化による携帯性やハンドリング性の向上を望む消費者ニーズに応えるべく、鋼板の薄手化・硬質化が指向されており、いまや標準的なもので２００μｍ、薄いものでは１００μｍ程度の板厚が求められている。
このため、圧延ロールにより、美麗な表面性状を付与するとともに所定の圧下率で板厚を圧下減少する工程を担う冷間圧延方法の改善が産業界において強く望まれている。
加えて、近年においては薄手化軽量化による輸送コストや輸送エネルギーの削減のため、また、飲料缶の場合には軽量化による携帯性やハンドリング性の向上を望む消費者ニーズに応えるべく、鋼板の薄手化・硬質化が指向されており、いまや標準的なもので２００μｍ、薄いものでは１００μｍ程度の板厚が求められている。
このため、圧延ロールにより、美麗な表面性状を付与するとともに所定の圧下率で板厚を圧下減少する工程を担う冷間圧延方法の改善が産業界において強く望まれている。
一般に、鋼板の板厚を薄くするためには冷間圧延での圧下率を高くする必要がある。例えば、板厚が１ｍｍ程度の自動車用鋼板を製造する場合の冷間圧延でのトータル圧下率は６０〜８０％程度であるが、缶用素材鋼板の場合には８０〜９４％もの高いトータル圧下率を要する。
すなわち、缶用素材鋼板の冷間圧延においては、その薄さゆえに圧下率が極めて高いという特徴を有し、これが缶用素材鋼板の冷間圧延プロセスに内在する種々の技術的課題の最大の原因となる。
すなわち、缶用素材鋼板の冷間圧延においては、その薄さゆえに圧下率が極めて高いという特徴を有し、これが缶用素材鋼板の冷間圧延プロセスに内在する種々の技術的課題の最大の原因となる。
まず、圧延ロールの表面は圧延トン数に比例して磨耗するが、圧下率が高いほど圧延ロールは磨耗しやすい。そして、磨耗によって生ずるロールと鋼板との間の摩擦係数の変化は、種々の弊害を生じさせる。
例えば、必要な摩擦係数を下回るとロールスリップによるスリップ疵が生じ、一方、摩擦係数が過大になるとロールや鋼板からの金属粉が発生しやすく、これが巻き込み疵の原因となる。これらの傷の発生は、美麗な表面性状が要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題である。
また、当該傷の発生を未然に防ぐべくロール交換を実施するが、寿命の短い圧延ロールおよびこれに伴う頻繁なロール交換作業は、コスト削減を阻害するのみならず、生産性を阻害する要因となる。
例えば、必要な摩擦係数を下回るとロールスリップによるスリップ疵が生じ、一方、摩擦係数が過大になるとロールや鋼板からの金属粉が発生しやすく、これが巻き込み疵の原因となる。これらの傷の発生は、美麗な表面性状が要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題である。
また、当該傷の発生を未然に防ぐべくロール交換を実施するが、寿命の短い圧延ロールおよびこれに伴う頻繁なロール交換作業は、コスト削減を阻害するのみならず、生産性を阻害する要因となる。
また、圧下率と鋼板の表面性状の関係については、圧下率が高いほど鋼板の表面性状が摩擦係数に敏感になる。換言すると、圧下率が高いほど表面性状に与える摩擦係数の影響が大きくなるため、適正な摩擦係数の範囲で冷間圧延を実施することが必要となる。
しかも、この適正な摩擦係数の範囲は、圧下率が高くなるほど狭小する傾向にあるため、圧下率の高い缶用素材鋼板の冷間圧延においては、ますます適正な摩擦係数を確保すること、およびこれを維持することが重要となる。
しかも、この適正な摩擦係数の範囲は、圧下率が高くなるほど狭小する傾向にあるため、圧下率の高い缶用素材鋼板の冷間圧延においては、ますます適正な摩擦係数を確保すること、およびこれを維持することが重要となる。
このため、従来は、ショットブラストなどでロール表面に凹凸をつけて摩擦係数を調整していたが、圧延の進行とともに摩擦係数が変化してしまうという問題があった。
また、レーザーパルスでロール表面に多数の穴を開けて、その周囲の盛り上がり（リム）により鋼板との摩擦係数を調整する方法もある（例えば、特許文献１参照）。これは、ロールの耐磨耗性の向上を図るためにロール表面にレーザー照射して、外径Ｄ：５０〜２００μｍ、深さｄ：５〜２０μｍ程度の穴をピッチＰ：１．５〜２．５Ｄの間隔で規則的に加工したダルロールを用いる方法であり、リムの高さが大きいと圧延油の流入挙動にも影響を与えて摩擦係数を増加させるというものである。
しかし、この摩擦係数を確保する役割を担うリムは、最も圧延荷重を受ける部分であるため圧延の進行とともにすぐに磨耗してしまい、これによりロールと鋼板間の摩擦係数が変化して、安定して冷間圧延を実施することができなかった。
また、当該リムが鋼板に転写されて生じる痕跡は、美麗性の要求される缶用素材鋼板の表面性状に影響を与えるおそれがあるため、このダルロールはタンデム式圧延機の最終スタンド以外の前段スタンドにのみ適用され、鋼板の表面性状に最も影響を与える最終段スタンドに適用することはできなかった。
特開平４−３１３４０５号公報
また、レーザーパルスでロール表面に多数の穴を開けて、その周囲の盛り上がり（リム）により鋼板との摩擦係数を調整する方法もある（例えば、特許文献１参照）。これは、ロールの耐磨耗性の向上を図るためにロール表面にレーザー照射して、外径Ｄ：５０〜２００μｍ、深さｄ：５〜２０μｍ程度の穴をピッチＰ：１．５〜２．５Ｄの間隔で規則的に加工したダルロールを用いる方法であり、リムの高さが大きいと圧延油の流入挙動にも影響を与えて摩擦係数を増加させるというものである。
しかし、この摩擦係数を確保する役割を担うリムは、最も圧延荷重を受ける部分であるため圧延の進行とともにすぐに磨耗してしまい、これによりロールと鋼板間の摩擦係数が変化して、安定して冷間圧延を実施することができなかった。
また、当該リムが鋼板に転写されて生じる痕跡は、美麗性の要求される缶用素材鋼板の表面性状に影響を与えるおそれがあるため、このダルロールはタンデム式圧延機の最終スタンド以外の前段スタンドにのみ適用され、鋼板の表面性状に最も影響を与える最終段スタンドに適用することはできなかった。
本発明の課題は、圧延ロールの磨耗が進行してもロールと鋼板間の摩擦係数を適切な範囲に維持することのできる圧延ロール、すなわち優れた表面性状を鋼板に付与するとともに、ロールの交換回数を低減し、コスト削減および生産性の向上に資する、いわゆるロール寿命の長い圧延ロールを提供することである。
また、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用できる圧延ロール、すなわち、スタンド間でのロール互換性に優れ、生産設備の効率化ひいてはコスト削減に資する圧延ロールを提供することである。
さらには、当該圧延ロールを使用して、表面性状の良好な缶用素材鋼板を安定して製造することのできる冷間圧延方法を提供することである。
なお、缶用素材鋼板とは、容器材料に用いられる鋼板であり、代表的なものとしては、ぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）、その他、Ｎｉ系めっき鋼板等がある。
また、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用できる圧延ロール、すなわち、スタンド間でのロール互換性に優れ、生産設備の効率化ひいてはコスト削減に資する圧延ロールを提供することである。
さらには、当該圧延ロールを使用して、表面性状の良好な缶用素材鋼板を安定して製造することのできる冷間圧延方法を提供することである。
なお、缶用素材鋼板とは、容器材料に用いられる鋼板であり、代表的なものとしては、ぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）、その他、Ｎｉ系めっき鋼板等がある。
本発明者は、上記課題を解決すべく、（Ａ）ロールと鋼板間の最適な摩擦係数を確保する方法、（Ｂ）ロール磨耗が進行しても摩擦係数の変化を抑制し、最適な摩擦係数を維持する方法、（Ｃ）いわゆるロール寿命を延長する方法、および（Ｄ）タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用する方法について数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
（Ａ）ロール表面に所定の深さを有する穴を複数設け、当該穴縁の総長密度を調整することにより摩擦係数を最適な範囲に設定できること。これは、穴縁の総長密度が摩擦係数に比例するという知見に基づくものである。そして、当該穴縁の総長密度を０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２にするのが望ましいこと。
（Ａ）ロール表面に所定の深さを有する穴を複数設け、当該穴縁の総長密度を調整することにより摩擦係数を最適な範囲に設定できること。これは、穴縁の総長密度が摩擦係数に比例するという知見に基づくものである。そして、当該穴縁の総長密度を０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２にするのが望ましいこと。
（Ｂ）前記穴の形状をなるべく円筒形、すなわち、深さ方向に均一な断面積を有する形状にすればロールが磨耗しても摩擦係数が変化しないことから、最適化した摩擦係数を維持することができること。
また、前記穴の形状を、深さ方向に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ、摩擦係数の変化も抑制できることから、ロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制できること。そして、ロール表面から１０μｍ以上の深さにわたって穴の直径が３０μｍ以上の部分を有すれば、ロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制できること。
さらに、穴の加工方法によっては穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在するとリムが磨耗することによって摩擦係数が変化してしまうので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましいこと。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば許容される範囲であること。
また、前記穴の形状を、深さ方向に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ、摩擦係数の変化も抑制できることから、ロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制できること。そして、ロール表面から１０μｍ以上の深さにわたって穴の直径が３０μｍ以上の部分を有すれば、ロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制できること。
さらに、穴の加工方法によっては穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在するとリムが磨耗することによって摩擦係数が変化してしまうので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましいこと。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば許容される範囲であること。
（Ｃ）前記穴の深さを１０μｍ以上にすれば、ロール寿命が飛躍的に延びること。
（Ｄ）前記穴の直径を３０〜１６０μｍ、穴のピッチを３００〜６００μｍとすれば、鋼板の表面性状を確保でき、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用可能なこと。
また、前記リムが形成されると、リムが鋼板に転写されて生じる痕跡が鋼板の表面性状に影響を与えるおそれがあるので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましいこと。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば許容される範囲であること。
（Ｄ）前記穴の直径を３０〜１６０μｍ、穴のピッチを３００〜６００μｍとすれば、鋼板の表面性状を確保でき、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用可能なこと。
また、前記リムが形成されると、リムが鋼板に転写されて生じる痕跡が鋼板の表面性状に影響を与えるおそれがあるので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましいこと。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば許容される範囲であること。
上記の知見に基づき、本発明者は、上記課題を解決することのできる缶用素材鋼板の冷間圧延方法、および冷間圧延用ロールに想到した。その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下である冷間圧延用ロールを用いて、トータル圧下率が８０〜９４％の冷間圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の冷間圧延方法。
（２）前記冷間圧延用ロールの穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする前記（１）に記載の缶用素材鋼板の冷間圧延方法。
（１）ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下である冷間圧延用ロールを用いて、トータル圧下率が８０〜９４％の冷間圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の冷間圧延方法。
（２）前記冷間圧延用ロールの穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする前記（１）に記載の缶用素材鋼板の冷間圧延方法。
（３）ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下である冷間圧延用ロールを、タンデム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用して冷間圧延を行うことを特徴とする冷間圧延方法。
（４）前記（３）に記載の冷間圧延用ロールの穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする前記（３）に記載の冷間圧延方法。
（４）前記（３）に記載の冷間圧延用ロールの穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする前記（３）に記載の冷間圧延方法。
（５）ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下、穴の直径が３０μｍ以上の部分をロール表面から１０μｍ以上有することを特徴とする缶用素材鋼板の冷間圧延用ロール。
（６）穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする前記（５）に記載の缶用素材鋼板の冷間圧延用ロール。
（７）鋼板表面に表面が平滑な凸状円形の突起を有し、前記突起の円形の直径が３０〜１６０μｍ、突起のピッチが３００〜６００μｍ、突起の周囲長の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、突起の高さが１μｍ以下で、鋼板の板厚が５００μｍ以下で有ることを特徴とする缶用素材鋼板。
（６）穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする前記（５）に記載の缶用素材鋼板の冷間圧延用ロール。
（７）鋼板表面に表面が平滑な凸状円形の突起を有し、前記突起の円形の直径が３０〜１６０μｍ、突起のピッチが３００〜６００μｍ、突起の周囲長の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、突起の高さが１μｍ以下で、鋼板の板厚が５００μｍ以下で有ることを特徴とする缶用素材鋼板。
（Ａ）本発明の圧延ロールによれば、ロールと鋼板間の最適な摩擦係数を確保することができ、しかもロールの磨耗が進行しても摩擦係数を最適な範囲に維持し続けることができるので、スリップ疵や巻き込み疵の発生を防止することができる。これは、優れた鋼板の表面性状に資するとともに、ロールの交換回数を低減し、コスト削減ならびに生産性の向上に資するものであり、その経済的効果は極めて大きい。
（Ｂ）また、本発明の圧延ロールの表面が鋼板に転写されても、美麗性を要求される缶用素材鋼板の表面性状に影響を与えるような痕跡が残らないので、従来方法では実現できなかったタンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに当該圧延ロールを適用することができる。すなわち、スタンド間でのロール互換性を図ることが可能となるから、ロールの加工条件が一定になりロールの加工効率が向上し、また、ロール保持本数を低減することができる。これは、生産設備の効率化ひいてはコスト削減に資するものであり、冷間圧延プロセス全体に与える経済的効果は極めて大きい。
（Ｃ）さらには、当該圧延ロールを使用した本発明方法によれば、表面性状の良好な缶用素材鋼板を極めて安定して製造することができる。これは、製缶メーカのみならず、エンドユーザを含む社会的ニーズに適合するものであり、その社会的影響は極めて大きい。
（Ｂ）また、本発明の圧延ロールの表面が鋼板に転写されても、美麗性を要求される缶用素材鋼板の表面性状に影響を与えるような痕跡が残らないので、従来方法では実現できなかったタンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに当該圧延ロールを適用することができる。すなわち、スタンド間でのロール互換性を図ることが可能となるから、ロールの加工条件が一定になりロールの加工効率が向上し、また、ロール保持本数を低減することができる。これは、生産設備の効率化ひいてはコスト削減に資するものであり、冷間圧延プロセス全体に与える経済的効果は極めて大きい。
（Ｃ）さらには、当該圧延ロールを使用した本発明方法によれば、表面性状の良好な缶用素材鋼板を極めて安定して製造することができる。これは、製缶メーカのみならず、エンドユーザを含む社会的ニーズに適合するものであり、その社会的影響は極めて大きい。
以下、図１〜図３を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の圧延ロール１の表面を模式的に示す図、図２（ａ）は従来のロール表面に設けた穴を示す断面図、図２（ｂ）は本発明のロール表面に設けた穴を示す断面図、図３（ａ）は従来のロールを用いた場合の鋼板表面を示す断面図、図３（ｂ）は本発明のロールを用いた場合の鋼板表面を示す断面図である。
本発明の課題のひとつは、８０〜９４％という高いトータル圧下率においても、圧延ロールと鋼板間の摩擦係数を最適な範囲に設定することのできる冷間圧延方法、およびこれを可能とする冷間圧延用ロールを提供することである。
最適な摩擦係数については、ぶりきやＴＦＳなどの缶用素材鋼板の冷延圧下時の摩擦係数は圧延油の性状などでも変化するが、安定した冷間圧延を行うためには、その振れ幅は０．１程度の範囲に調整するのが適正である。これは、缶用素材鋼板の冷間圧延でのトータル圧下率が８０〜９４％と高いので板の圧延条件で変化するが、各スタンド内の圧下率が２０〜４０％程度である場合が多いことに起因するものである。
そして、最適な摩擦係数を確保するためには、ロール表面に所定の深さを有する穴を複数設け、当該穴縁の総長密度を調整することによって実現することができる。これは、本発明者が、ロール表面に開けた穴がどのように摩擦係数に影響を与えるのかについて解析したところ、冷間圧延中に鋼板表面が穴の中に食い込むので、主に穴開口部の円周部、すなわち穴縁において鋼板との摩擦を生じること、そして、当該穴縁の総長密度と摩擦係数は比例する関係になることを知見した結果に基づくものである。例えば、トータル圧下率が８０〜９４％の場合には、当該穴縁の総長密度を０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２にするのが望ましい。なお、ここで穴縁の総長密度とは、単位面積あたりの穴縁の長さの和を意味する。
最適な摩擦係数については、ぶりきやＴＦＳなどの缶用素材鋼板の冷延圧下時の摩擦係数は圧延油の性状などでも変化するが、安定した冷間圧延を行うためには、その振れ幅は０．１程度の範囲に調整するのが適正である。これは、缶用素材鋼板の冷間圧延でのトータル圧下率が８０〜９４％と高いので板の圧延条件で変化するが、各スタンド内の圧下率が２０〜４０％程度である場合が多いことに起因するものである。
そして、最適な摩擦係数を確保するためには、ロール表面に所定の深さを有する穴を複数設け、当該穴縁の総長密度を調整することによって実現することができる。これは、本発明者が、ロール表面に開けた穴がどのように摩擦係数に影響を与えるのかについて解析したところ、冷間圧延中に鋼板表面が穴の中に食い込むので、主に穴開口部の円周部、すなわち穴縁において鋼板との摩擦を生じること、そして、当該穴縁の総長密度と摩擦係数は比例する関係になることを知見した結果に基づくものである。例えば、トータル圧下率が８０〜９４％の場合には、当該穴縁の総長密度を０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２にするのが望ましい。なお、ここで穴縁の総長密度とは、単位面積あたりの穴縁の長さの和を意味する。
本発明の解決すべきもうひとつの課題は、ロール磨耗が進行してもロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制して最適な摩擦係数を維持し続けながら、８０〜９４％という高いトータル圧下率においても安定して圧延することのできる冷間圧延方法、およびこれを可能とする冷間圧延用ロールを提供することである。
そのためには、前記穴の形状をなるべく円筒形にするのが望ましい。深さ方向に均一な断面積を有する形状にすれば、ロールが磨耗しても摩擦係数が変化しないことから最適範囲に設定した摩擦係数を維持し続けることができる。
また、前記穴の形状を、深さ方向に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ摩擦係数の変化も抑制できることから、最適範囲に設定した摩擦係数を維持し続けることができる。例えば、ロール表面の穴の直径を基準とした場合、この直径が穴の底部にいたるまで変化しないことが最も望ましいが、ロール表面から１０μｍ以上の深さにわたって穴の直径が３０μｍ以上の部分を有すれば、ロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制することができる。
さらに、穴の加工方法によっては、図２（ａ）に示すように穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在するとリムが磨耗することによって摩擦係数が変化するので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましい。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば摩擦係数の変化による影響が少ないので許容される範囲である。
そのためには、前記穴の形状をなるべく円筒形にするのが望ましい。深さ方向に均一な断面積を有する形状にすれば、ロールが磨耗しても摩擦係数が変化しないことから最適範囲に設定した摩擦係数を維持し続けることができる。
また、前記穴の形状を、深さ方向に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ摩擦係数の変化も抑制できることから、最適範囲に設定した摩擦係数を維持し続けることができる。例えば、ロール表面の穴の直径を基準とした場合、この直径が穴の底部にいたるまで変化しないことが最も望ましいが、ロール表面から１０μｍ以上の深さにわたって穴の直径が３０μｍ以上の部分を有すれば、ロールと鋼板間の摩擦係数の変化を抑制することができる。
さらに、穴の加工方法によっては、図２（ａ）に示すように穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在するとリムが磨耗することによって摩擦係数が変化するので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましい。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば摩擦係数の変化による影響が少ないので許容される範囲である。
ロールの加工方法、すなわちロール表面に穴を開ける方法としては、パルスレーザーを用いて１つずつ穴を開けるパルスレーザー法、エネルギー密度の高い電子ビームを用いて１つずつ穴を開ける電子ビーム法、ロール表面と電極の間でスパークを発生させることでロール表面を溶融させ、同時に発生するガスの圧力によって溶融部を吹き飛ばす放電ダル加工法、ロール表面に穴のマークを書いた感光膜を張って光で感光させた後に穴のマーク部のみをエッチングするフォトエッチング法等がある。
パルスレーザー法は、ロール表面から１０μｍ以上の深さにわたって穴の直径が３０μｍ以上の部分を有するように加工することができ、ロール磨耗による摩擦係数の変化を抑制することができるので、穴の形が半球状に近いフォトエッチング法に比べて有利である。
しかし、レーザー強度が高く、かつ単発照射により穴を開けようとすると図２（ａ）に示すように穴はクレータ状になり、穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）が５μｍを超えてしまうので、レーザー強度や照射時間を適度に設定して穴を形成するのが望ましい。例えば、パルスレーザーの単発照射に必要な１パルス分のパルス幅を複数個に分割すれば、単発照射を複数回の照射にすることができるので、図２（ｂ）に示すようにリムの形成ないしは穴の周囲の盛り上がり部の高さを低減することができる。なお、電子ビーム法や放電ダル加工法を使用する場合についても同様である。
なお、フォトエッチング法は、前記リムの形成ないしはリム高さを低減することができるので、この点においてはパルスレーザー法に比べて有利である。
パルスレーザー法は、ロール表面から１０μｍ以上の深さにわたって穴の直径が３０μｍ以上の部分を有するように加工することができ、ロール磨耗による摩擦係数の変化を抑制することができるので、穴の形が半球状に近いフォトエッチング法に比べて有利である。
しかし、レーザー強度が高く、かつ単発照射により穴を開けようとすると図２（ａ）に示すように穴はクレータ状になり、穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）が５μｍを超えてしまうので、レーザー強度や照射時間を適度に設定して穴を形成するのが望ましい。例えば、パルスレーザーの単発照射に必要な１パルス分のパルス幅を複数個に分割すれば、単発照射を複数回の照射にすることができるので、図２（ｂ）に示すようにリムの形成ないしは穴の周囲の盛り上がり部の高さを低減することができる。なお、電子ビーム法や放電ダル加工法を使用する場合についても同様である。
なお、フォトエッチング法は、前記リムの形成ないしはリム高さを低減することができるので、この点においてはパルスレーザー法に比べて有利である。
本発明の解決すべき課題の別のもうひとつは、ロール寿命を延長してロールの交換回数を低減することであるが、前記穴の深さが１０μｍ未満ではロールの交換回数があまり減少せず、コストに見合わないので、前記穴の深さを１０μｍ以上とするのが望ましい。
なお、ロール寿命を延長すべくロール表面にクロムめっき等のめっき処理を施すロールもあるが、本発明においては、めっきを施さなくても十分にロール寿命を延長することができるので、めっきは不要である。
なお、ロール寿命を延長すべくロール表面にクロムめっき等のめっき処理を施すロールもあるが、本発明においては、めっきを施さなくても十分にロール寿命を延長することができるので、めっきは不要である。
本発明の解決すべき課題のさらに別のもうひとつは、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用することのできる冷間圧延用ロールを提供することである。
そのためには、前記穴の直径を３０〜１６０μｍ、穴のピッチを３００〜６００μｍにするのが望ましい。穴の直径が１６０μｍを超える場合や穴のピッチが３００μｍ未満では、圧延後の鋼板に痕跡が目立ち、すべてのスタンドに当該圧延ロールを適用することはできない。一方、穴の直径が３０μｍ未満では、圧延中に異物が穴に入って穴を潰すおそれがある。
また、さらに好ましくは、前記穴の直径を１５０μｍ以下、穴のピッチを４００μｍ以上にするのが望ましい。これにより、本発明の圧延ロールの表面が鋼板に転写されても、美麗性を要求される缶用素材鋼板の表面性状に影響を与えるような痕跡が残らないので、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに当該圧延ロールを適用することが可能となり、生産設備の効率化ひいてはコスト削減に資することができる。
さらには、前記リムが形成されると、リムが鋼板に転写されて生じる痕跡が鋼板の表面性状に影響を与えるおそれがあるので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましい。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば許容される範囲である。
そのためには、前記穴の直径を３０〜１６０μｍ、穴のピッチを３００〜６００μｍにするのが望ましい。穴の直径が１６０μｍを超える場合や穴のピッチが３００μｍ未満では、圧延後の鋼板に痕跡が目立ち、すべてのスタンドに当該圧延ロールを適用することはできない。一方、穴の直径が３０μｍ未満では、圧延中に異物が穴に入って穴を潰すおそれがある。
また、さらに好ましくは、前記穴の直径を１５０μｍ以下、穴のピッチを４００μｍ以上にするのが望ましい。これにより、本発明の圧延ロールの表面が鋼板に転写されても、美麗性を要求される缶用素材鋼板の表面性状に影響を与えるような痕跡が残らないので、タンダム式冷間圧延機のすべてのスタンドに当該圧延ロールを適用することが可能となり、生産設備の効率化ひいてはコスト削減に資することができる。
さらには、前記リムが形成されると、リムが鋼板に転写されて生じる痕跡が鋼板の表面性状に影響を与えるおそれがあるので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましい。ただし、リム高さが５μｍ以下ならば許容される範囲である。
本発明で用いる鋼帯としては、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．４％、ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００２〜０．０１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる低炭素アルミキルド鋼またはキャップド鋼を用いるのが望ましい。以下に、それぞれの成分範囲を限定した理由について述べる。なお、各成分の含有量は質量％表示である。
Ｃ ： Ｃは、多くなると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％に限定した。
Ｓｉ： Ｓｉは、ＪＩＳＧ ３３０３のＭＲ型のぶりきについては０．０１％以下と規定されているが、連続焼鈍で軟質のぶりき及びＴＦＳ用原板を製造する際にはＳｉの多い方が好ましいので、その上限を０．０５％とした。
Ｍｎ： Ｍｎは、不可避的不純物のＳが誘発する熱間脆性を防止する有効な成分であるから０．０５％以上含有させる。また、過剰の含有は硬質化の原因となるので、その上限を０．４％にした。
ｓｏｌＡｌ： ｓｏｌＡｌは、連続焼鈍低炭素アルミキルド鋼の硬さを低下させ、表面処理後の硬質化も低減する有効な成分であり０．０１％以上含有させることが必要である。しかし、あまり多量に添加すると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％とする。
Ｎ ： Ｎは、熱延条件に関連して適当量のＡｌＮとして析出し、これがＣ析出の核となり、固溶Ｃの低減を促進し鋼を軟質化する有効な成分である。しかし、Ｎが０．００２％未満では熱延後析出するＡｌＮが少なく、その効果を消失し、また、０．０１％を超える過剰の含有は多量のＡｌＮを析出し、かえって硬質化の原因となるので、その上限を０．０１％とした。なお、低炭素リムドおよびキャップド鋼では、軟質化と調質圧延後の硬質化を軽減するために０．００３％以下に抑えるのが望ましい。
Ｃ ： Ｃは、多くなると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％に限定した。
Ｓｉ： Ｓｉは、ＪＩＳＧ ３３０３のＭＲ型のぶりきについては０．０１％以下と規定されているが、連続焼鈍で軟質のぶりき及びＴＦＳ用原板を製造する際にはＳｉの多い方が好ましいので、その上限を０．０５％とした。
Ｍｎ： Ｍｎは、不可避的不純物のＳが誘発する熱間脆性を防止する有効な成分であるから０．０５％以上含有させる。また、過剰の含有は硬質化の原因となるので、その上限を０．４％にした。
ｓｏｌＡｌ： ｓｏｌＡｌは、連続焼鈍低炭素アルミキルド鋼の硬さを低下させ、表面処理後の硬質化も低減する有効な成分であり０．０１％以上含有させることが必要である。しかし、あまり多量に添加すると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％とする。
Ｎ ： Ｎは、熱延条件に関連して適当量のＡｌＮとして析出し、これがＣ析出の核となり、固溶Ｃの低減を促進し鋼を軟質化する有効な成分である。しかし、Ｎが０．００２％未満では熱延後析出するＡｌＮが少なく、その効果を消失し、また、０．０１％を超える過剰の含有は多量のＡｌＮを析出し、かえって硬質化の原因となるので、その上限を０．０１％とした。なお、低炭素リムドおよびキャップド鋼では、軟質化と調質圧延後の硬質化を軽減するために０．００３％以下に抑えるのが望ましい。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性および顕著な効果を立証するために採用した一条件であり、本発明は、この一条件に限定されるものではない。
実施例の条件を表１と表２に示す。表１は本実施例で使用した鋼成分を示すものであり、全５種類の低炭素アルミキルド鋼（板厚２〜３ｍｍ、板幅１０５８ｍｍ）を使用した。
また、表２は使用したロールの表面性状およびトータル圧下率の条件を示すものであり、表２に示す冷間圧延用ロールをタンデム式冷間圧延機（５スタンド）のすべてのスタンドに適用して缶用素材鋼板の冷間圧延を実施した。なお、潤滑剤はパーム油ベースの潤滑剤を使用している。
また、比較例は、穴の直径３、穴のピッチ、穴縁４の総長密度、穴の深さ５、穴の周囲の盛り上がり部の高さ６、トータル圧下率が本発明範囲から外れ、それ以外は前記した本発明例と同一条件である。
実施例の条件を表１と表２に示す。表１は本実施例で使用した鋼成分を示すものであり、全５種類の低炭素アルミキルド鋼（板厚２〜３ｍｍ、板幅１０５８ｍｍ）を使用した。
また、表２は使用したロールの表面性状およびトータル圧下率の条件を示すものであり、表２に示す冷間圧延用ロールをタンデム式冷間圧延機（５スタンド）のすべてのスタンドに適用して缶用素材鋼板の冷間圧延を実施した。なお、潤滑剤はパーム油ベースの潤滑剤を使用している。
また、比較例は、穴の直径３、穴のピッチ、穴縁４の総長密度、穴の深さ５、穴の周囲の盛り上がり部の高さ６、トータル圧下率が本発明範囲から外れ、それ以外は前記した本発明例と同一条件である。
まず、比較例については、穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６が本発明範囲より上方に外れる比較例１については、リムが鋼板に転写されて鋼板表面の凸凹が目立ち、缶用素材鋼板に要求される美麗性を満たすことができなかった。
また、穴の直径３が本発明範囲より上方に外れる比較例２についても、鋼板表面への圧延痕が目立ち、これも缶用素材鋼板に要求される美麗性を満たさなかった。
また、穴の直径３が本発明範囲より上方に外れる比較例２についても、鋼板表面への圧延痕が目立ち、これも缶用素材鋼板に要求される美麗性を満たさなかった。
次に、穴のピッチＰｌが本発明範囲より下方に外れるとともに穴縁４の総長密度が本発明範囲より上方に外れる比較例３については、飛び込み疵が発生した。
また、圧下率が本発明範囲より下方に外れる比較例４については、圧延中にロールスリップが生じ、スリップ疵が発生した。
また、穴縁４の総長密度が本発明範囲より下方に外れる比較例６については、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できず圧延中にロールスリップが生じ、スリップ疵が発生した。
穴の深さ５が本発明範囲より下方に外れる比較例５については、ロール交換頻度が大であった。
また、圧下率が本発明範囲より下方に外れる比較例４については、圧延中にロールスリップが生じ、スリップ疵が発生した。
また、穴縁４の総長密度が本発明範囲より下方に外れる比較例６については、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できず圧延中にロールスリップが生じ、スリップ疵が発生した。
穴の深さ５が本発明範囲より下方に外れる比較例５については、ロール交換頻度が大であった。
一方、本発明の実施例である発明例１〜６で得られた缶用素材鋼板８には、図３（ｂ）に図示するように、表２に記載した穴の直径に相当する直径を有する円形状の痕跡（表面が平滑な凸状円形の突起９）を４００倍程度の顕微鏡を用いて観察できた。例えば、発明例１で得られた鋼板には、円形の直径が１２０μｍである凸状円形突起９を、発明例２で得られた鋼板８には、円形の直径が３０μｍである凸状円形突起９を確認できた。
また、その凸状円形突起の周囲長１１の総長密度を凸状円形突起の円形の直径１０の計測値から計算すると、表２に記載した穴縁の総長密度に相当する値を確認できた。例えば、発明例１で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は２．４ｍｍ／ｍｍ２、発明例２で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は０．６ｍｍ／ｍｍ２であった。
また、その凸状円形突起の周囲長１１の総長密度を凸状円形突起の円形の直径１０の計測値から計算すると、表２に記載した穴縁の総長密度に相当する値を確認できた。例えば、発明例１で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は２．４ｍｍ／ｍｍ２、発明例２で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は０．６ｍｍ／ｍｍ２であった。
また、本発明の実施例である発明例１〜６で得られた缶用素材鋼板８には、図３（ｂ）に図示するように、表２に記載した穴のピッチに相当するピッチで凸状円形突起９が形成されていることを確認できた。例えば、発明例１で得られた鋼板における凸状円形突起９の間隔は４００μｍ、発明例５で得られた鋼板における凸状円形突起９の間隔は３００μｍであった。
さらに、これらの凸状円形突起の高さ１２はいずれも１μｍ以下であり、鋼板の厚さはいずれも５００μｍ以下である。
すなわち、鋼板表面に、表面が平滑な凸状円形の突起９を有し、その凸状円形突起の円形の直径１０が３０〜１６０μｍ、突起のピッチが３００〜６００μｍ、凸状円形突起の周囲長１１の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、凸状円形突起の高さ１２が１μｍ以下で有る鋼板の板厚が５００μｍ以下である缶用素材鋼板８を得ることができた。
さらに、これらの凸状円形突起の高さ１２はいずれも１μｍ以下であり、鋼板の厚さはいずれも５００μｍ以下である。
すなわち、鋼板表面に、表面が平滑な凸状円形の突起９を有し、その凸状円形突起の円形の直径１０が３０〜１６０μｍ、突起のピッチが３００〜６００μｍ、凸状円形突起の周囲長１１の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、凸状円形突起の高さ１２が１μｍ以下で有る鋼板の板厚が５００μｍ以下である缶用素材鋼板８を得ることができた。
１ 圧延用ロール
２ 穴
３ 穴の直径
４ 穴の縁
５ 穴の深さ
６ 穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）
８ 缶用素材鋼板
９ 表面が平滑な凸状円形突起
１０ 凸状円形突起の直径
１１ 凸状円形突起の周囲長
１２ 凸状円形突起の高さ
Ｐｌ 穴のピッチ（周方向）
Ｐｃ 穴のピッチ（幅方向）
２ 穴
３ 穴の直径
４ 穴の縁
５ 穴の深さ
６ 穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）
８ 缶用素材鋼板
９ 表面が平滑な凸状円形突起
１０ 凸状円形突起の直径
１１ 凸状円形突起の周囲長
１２ 凸状円形突起の高さ
Ｐｌ 穴のピッチ（周方向）
Ｐｃ 穴のピッチ（幅方向）
Claims (7)
- ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下である冷間圧延用ロールを用いて、トータル圧下率が８０〜９４％の冷間圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の冷間圧延方法。
- 前記冷間圧延用ロールの穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の缶用素材鋼板の冷間圧延方法。
- ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下である冷間圧延用ロールを、タンデム式冷間圧延機のすべてのスタンドに適用して冷間圧延を行うことを特徴とする冷間圧延方法。
- 請求項３に記載の冷間圧延用ロールの穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする請求項３に記載の冷間圧延方法。
- ロール表面に円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが５μｍ以下、穴の直径が３０μｍ以上の部分をロール表面から１０μｍ以上有することを特徴とする缶用素材鋼板の冷間圧延用ロール。
- 穴の直径が３０〜１６０μｍ、穴のピッチが３００〜６００μｍであることを特徴とする請求項５に記載の缶用素材鋼板の冷間圧延用ロール。
- 鋼板表面に表面が平滑な凸状円形の突起を有し、前記突起の円形の直径が３０〜１６０μｍ、突起のピッチが３００〜６００μｍ、突起の周囲長の総長密度が０．６〜３．１ｍｍ／ｍｍ２、突起の高さが１μｍ以下で、鋼板の板厚が５００μｍ以下で有ることを特徴とする缶用素材鋼板。
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