JP5135553B2 - 長寿命冷延ロール - Google Patents

Description

本発明は、表面性状を損なわずに、めっきに供する缶用鋼板を圧延する長寿命ロールに関するものである。

近年、飲料缶や、食品缶の形状、意匠は多様化し、缶用めっき鋼板には、薄肉化や高強度化の他、形状、意匠の多様化に対応し得る特性が求められている。特に、缶用めっき鋼板の表面性状は、意匠を創作するうえで重要であり、これまで以上に、鮮映性や、美麗性が求められている。

缶用めっき鋼板においては、めっき層の光沢度や、平坦度を調整して、優れた表面性状を得ることができるが、めっき前の缶用鋼板の表面性状は、めっき層の表面性状に、大きく影響するので、優れた表面性状を備える缶用めっき鋼板を製造するためには、缶用鋼板の表面性状をより一層改善する必要がある。

缶用鋼板は、８０〜９４％の全圧下率で、所定の板厚（例えば、標準もの：２００μｍ、薄もの：１００μｍ）まで冷間圧延されるが、全圧下率が高いが故、（ｉ）圧延ロールが磨耗し易い、及び、（ii）表面性状が摩擦係数の影響を大きく受ける等の課題が生じることになる。

圧延ロールが磨耗すると、圧延ロールと鋼板の間の摩擦係数が変化する。摩擦係数が、所定の摩擦係数を下回ると、鋼板にスリップ疵が生じ、一方、摩擦係数が過大になると、ロールや鋼板から金属粉が発生し、巻込み疵が生じる。スリップ疵及び巻込み疵は、表面性状を損なう致命的な欠陥である。

圧下率が高いほど、摩擦係数が、表面性状に大きく影響するので、適正な摩擦係数のもとで冷間圧延を行う必要があるが、適正摩擦係数の範囲は、圧下率の上昇に伴い狭くなる。それ故、缶用鋼板の冷間圧延において、優れた表面性状を得るためには、適正な摩擦係数のもとで冷間圧延を行うことが重要である。

通常、缶用鋼板の圧延には、タンデム式冷間圧延機を用いるが、最終スタンドを除くスタンドでは、レーザー照射で表面に多数の穴を形成して、鋼板との摩擦係数を高めた圧延ロールを用いて、高圧下率で圧延する（特許文献１〜５、参照）。

圧延ロールの表面にレーザー照射で形成した穴の周縁には、通常、盛上り部（リム部）が形成される。このリム部により、鋼板との摩擦を確保することができ、高圧下圧延が可能となるが、リム部は、圧延の進行とともに磨耗し、ロールと鋼板との間の摩擦係数は変化し、また、リム部の形状は鋼板表面に転写される。

圧延ロールと鋼板との間の摩擦係数の変化は、冷間圧延の制御を難しくするので、スリップ疵及び巻込み疵の発生を完全に抑制することは困難である。リム部が磨耗し、所定の摩擦係数を確保することができなくなれば、圧延ロールを交換しなければならないので、レーザー照射で形成した穴の周縁にリム部を備える圧延ロールの寿命は、結局、短くなる。

前段スタンドで生成した“リム部の転写痕跡”が、そのまま、鋼板表面に残存すれば、表面性状を阻害するので、最終圧延スタンドにおける圧延で消去するが、“リム部の転写痕跡”を完全に消去することは困難である。

缶用鋼板の表面に残るスリップ疵、巻込み疵、及び、リム部の転写痕跡は、めっき斑を誘発し、缶用めっき鋼板の表面性状を阻害する。したがって、優れた鮮映性や、美麗性を備える缶用めっき鋼板を製造するため、表面性状に優れた缶用鋼板を製造することができ、かつ、生産性の観点から、寿命の長い冷延ロールを開発することが求められている。

特開２００８−２５４０６１号公報 特開２００７−２７５９７８号公報 特開２００６−１６７７８３号公報 特開２００６−１６７７８２号公報 特開２００６−１６７７８１号公報

本発明は、上記要望に鑑み、優れた表面性状を備える缶用鋼板を製造することができ、かつ、ロール寿命の長い冷延ロールを提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題の解決に当り、「圧延ロールの表面にレーザー照射で穴を形成する際、穴の周縁に盛上り部（リム部）を形成しなければ、摩擦係数の変化、及び、転写痕跡の原因がなくなるので、冷延ロールの寿命が長くなり、かつ、表面性状に優れた缶用鋼板を製造することができるのではないか」と発想し、鋭意検討した。

その結果、次の知見を得るに至った。

（ｉ）レーザー照射条件を適切に選択すれば、穴の周縁に、盛上り部（リム部）は形成されない。

（ii）穴の周縁に盛上り部（リム部）がない冷延ロールでも、鋼板を高圧下するのに充分な摩擦係数を確保することができる。

（iii）穴の周縁に盛上り部（リム部）がない冷延ロールは、ロール寿命が長い。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨以下のとおりである。

（１） ロール表面にレーザーを照射し、円周方向及びロール軸方向に、所定の間隔で穴を形成した冷延ロールにおいて、
（ｉ）穴の半径ｒと深さｄが下記式（１）を満たし、かつ、
０．９０・ｒ≦ｄ≦１．２０・ｒ ・・・（１）
ただし、３０μｍ≦ｒ≦１２５μｍ
（ii）穴の周縁が平坦であり、
（iii）冷間圧延において、最終スタンドを除くスタンドに適用される
ことを特徴とする長寿命冷延ロール。

（２） ロール表面にレーザーを照射し、円周方向及びロール軸方向に、所定の間隔で穴を形成した冷延ロールにおいて、
穴の半径ｒと深さｄが下記式（１）を満たし、かつ、
０．９０・ｒ≦ｄ≦１．２０・ｒ ・・・（１）
ただし、３０μｍ≦ｒ≦１２５μｍ
であり、
（ii）冷間圧延において、最終スタンドを除くスタンドに適用される
ことを特徴とする長寿命冷延ロール。

（３） 前記ｄが、３０〜１６０μｍであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の長寿命冷延ロール。

（４） 前記円周方向における所定の間隔が、８０〜１５００μｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の長寿命冷延ロール。

（５） 前記ロール軸方向における所定の間隔が、８０〜１５００μｍであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の長寿命冷延ロール。

本発明によれば、優れた表面性状を備え、めっきに供する缶用鋼板を製造することができ、かつ、ロール寿命の長い冷延ロールを提供することができる。また、本発明によれば、タンデム式冷間圧延機の最終スタンドを除く全てのスタンドに適用できる冷延ロールを提供することができるので、ロール交換作業の効率が向上し、生産性が向上する。

タンデム式冷間圧延機で圧延した缶用鋼板の表面の光学顕微鏡像（倍率：５０）を示す図である。（ａ）は、本発明ロールによる表面像を示し、（ｂ）は、通常ロールによる表面像を示す。 ３種の穴形状を示す図である。 冷延ロールの磨耗量を示す図である。 タンデム式冷間圧延機でブリキ材を圧延する過程における摩擦係数の推移を示す図である。（ａ）は、第４スタンドにおける摩擦係数の推移を示し、（ｂ）は、第５スタンドにおける摩擦係数の推移を示す。

本発明について詳細に説明する。

４８０ｍｍφの冷延ロールの表面に、レーザーを照射して、直径１１０μｍ、深さ３０μｍ以上の穴を、Ｃ方向ピッチ５５０μｍ、Ｌ方向ピッチ５５０μｍで形成した。穴の周縁に、盛上り部（リム部）は形成されなかった。なお、形成されても、高さは５μｍ未満であった。

レーザー照射で、上記寸法の穴を形成した冷延ロール（以下「ＬＴロール」という。）を、６スタンド構成のタンデム式冷間圧延機の第３スタンドと第４スタンドに用いて、厚さ０．１９ｍｍ×幅１０２０ｍｍの缶用鋼板を製造した。

また、通常のレーザー照射条件で、直径１１０μｍ、深さ２０μｍ程度で、周囲に、高さ５〜１０μｍの盛上り部（リム部）を有する穴を、Ｃ方向ピッチ５５０μｍ、Ｌ方向ピッチ５５０μｍで、ロール表面に形成した４８０ｍｍφの冷延ロール（以下「通常ロール」という。）を、同じく、タンデム式冷間圧延機の第３スタンドと第４スタンドに用いて、厚さ０．１９ｍｍ×幅１０２０ｍｍの缶用鋼板を製造した。

図１に、タンデム式冷間圧延機で圧延した缶用鋼板の表面の光学顕微鏡像（倍率：５０）を示す。図１（ａ）は、本発明のＬＴロールによる缶用鋼板の表面像を示し、図１（ｂ）は、通常ロールによる缶用鋼板の表面像を示す。

図１（ａ）に示すように、ＬＴロールで圧延した缶用鋼板（以下「ＬＴ鋼板」ということがある。）の表面は、“スクラッチ目”で覆われているが、該表面に“ダル目残り”はない。図１（ａ）と図１（ｂ）の対比から、穴の周縁にリム部がないＬＴロールを用いても、通常ロールで圧延した缶用鋼板の表面と遜色ない表面を有する缶用鋼板を製造できることが解る。

表１に、図１（ａ）と図１（ｂ）に光学顕微鏡像を示す２つの缶用鋼板の表面状態を、ＲａとＰＰＩ（Ｃ方向とＬ方向）で示す。なお、ＰＰＩは、米国のＳＡＥ規格で定められた、表面粗さを定量化する指標であり、粗さ曲線における１インチ当りの山の数（peaks per inch）である。

表１に、ＲａとＰＰＩの管理値を併せて示したが、ＬＴロール鋼板のＲａ及びＰＰＩはＬＴ鋼板の表面性状が正常であることを示している。

次に、図１（ａ）と図１（ｂ）に光学顕微鏡像を示す、２つの缶用鋼板の表面に、Ｓｎめっきを施し、めっき表面を観察し、また、めっき特性を評価した。

めっき付着量や、耐蝕性等のめっき特性の点でも、ＬＴめっき鋼板と通常めっき鋼板の間に差異はなく、また、外観にも差異はないことを確認した。このことからも、ＬＴロールで圧延した缶用鋼板が、めっき用の素材鋼板として有効に使用し得るものであることが解る。

以上のことから、ロール表面に、穴の周縁にリム部がないＬＴロールを用いて缶用鋼板を圧延して、表面性状が優れた、めっき用の缶用鋼板を製造できることが判明した。本発明は、この知見を基礎にするものである。

本発明者らは、穴の周縁にリム部がないＬＴロールの作用効果を確認するため、６スタンド構成のタンデム式冷間圧延機の第２〜４スタンドの冷延ロールとして、穴の周縁にリム部がないＬＴロールを採用し、缶用鋼板を圧延した。その結果、ＬＴロールに起因すると推測される押し疵が、缶用鋼板の表面に発生した。

これは、圧延中に発生している鋼板の磨耗粉が、深さの深い穴に入り込んで成長し、成長した塊が、何らかのきっかけで、穴から脱落したことが原因であると推測できるので、穴形状（φ、深さ）を変えて、疵の発生態様を調査した。

図２に穴形状を示す。穴形状は、Ａ型（φ：１００μｍ、深さ：３５〜４５μｍ）Ｂ型（φ：１１５μｍ、深さ：５０〜６０μｍ）、及び、Ｃ型（φ：１２５μｍ、深さ：１５０〜２００μｍ）の３種類とした。穴のピッチは、Ｃ方向及びＬ方向のいずれも、５５０μｍとした。

Ｃ型穴の場合、第２〜６スタンドの出側で、鋼板表面に、ほぼ０．９ｍｍ×０．２ｍｍの鉄粉疵が発現した。圧延終了後において、冷延ロールの穴は、ほぼ１００％が穴詰まり状態にあった。

Ｂ型穴の場合、第４〜６スタンドの出側で、鋼板表面に鉄粉疵が発現した。第６スタンドの出側で、鉄粉疵の大きさは、Ｃ型穴の場合に比べ小さくなっていて、ほぼ０．５ｍｍ×０．１ｍｍであった。圧延終了後、冷延ロールの穴は、５０〜６０％が穴詰まり状態にあった。

Ａ型穴の場合、第４スタンド及び第５スタンドの出側で、鋼板表面に鉄粉疵が発現した。第６スタンドの出側で、板厚０．１９〜０．２８ｍｍの鋼板には、鉄粉疵を確認できなかったが、板厚０．３５ｍｍの鋼板には、薄い鉄粉疵（０．３ｍｍ×０．１ｍｍ）を確認した。圧延終了後、冷延ロールの穴の穴詰まりは、１０〜２０％にとどまっていた。

以上の結果によれば、ＬＴロールにＡ型穴（φ：１００μｍ、深さ：３５〜４５μｍ）を形成すると、表面性状の優れた缶用鋼板を得ることができる。

本発明者らは、Ａ型穴の形状を前提に、優れた表面性状が得られる穴の形状について調査した。その結果、盛上り部（リム部）がなく、平坦な周縁の穴において、穴の半径ｒと深さｄが、下記式（１）を満たすと、タンデム式冷間圧延機の最終スタンドの出側において、鋼板の表面に、鉄粉疵が生じないことが判明した。この点が、本発明の特徴である。
０．９０・ｒ≦ｄ≦１．２０・ｒ ・・・（１）
ただし、３０μｍ≦ｒ≦１２５μｍ

穴の深さｄは、３０〜１６０μｍが好ましいが、Ａ型穴の形状に基づけば、３０〜８０μｍがより好ましい。

穴の間隔は、形成する穴の形状に応じて、適宜、設定する。穴の間隔は、円周方向及びロール軸方向のいずれにおいても、８０〜１５００μｍが好ましく、３００〜６００μｍがより好ましい。

表面に、上記式（１）を満たす穴を、間隔３００〜６００μｍで形成した冷延ロールは、缶用鋼板において優れた表面性状を確保することができ、かつ、冷延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することができる。

優れた表面性状が得られるＡ型穴の穴詰まりが、１０〜２０％にとどまっていることから、Ａ型穴を備える冷延ロールは、長期間の使用に耐え得るものと推測できるので、本発明者らは、上記式（１）に従う穴を備える冷延ロールの寿命について定量的に検討した。

６スタンド構成のタンデム式冷間圧延機の第４スタンド及び第５スタンドに用いる冷延ロール（表２に、ロールに係る下地条件を示す。）のそれぞれに、表２に示す加工条件で、表２に示す穴形状の、リム部がなく周縁が平坦な穴を形成した。

タンデム式冷間圧延機で、ブリキ材１８００トンを圧延した後、冷延ロールの磨耗量、及び、穴の磨耗量（深さ変化）を測定した。

図３に、冷延ロールの磨耗量を示す。冷延ロールの磨耗量は、ブリキ材１８００トンを圧延した後でも、平均で約１０μｍ程度である。これは、ロール疲労層の厚さの半分程度であり、疲労面から問題になることはない。

表３に、穴の磨耗量（深さ変化）を示す。穴深さは、ポータブル顕微鏡による焦点深度の変化量を、ダイヤルゲージで計測して評価した。表３から、ブリキ材１８００トンを圧延した後でも、充分な穴深さが残っていることが解る。

ブリキ材１８００トンを圧延した後も、充分な穴深さが残り、かつ、穴の輪郭が明瞭であることから、上記冷延ロールは、継続して、鋼板を高圧下するのに充分な穴形状を保っているということができる。

ブリキ材１８００トンを圧延した後において、疲労層の厚さは２０μｍ程度ある。このことから、上記冷延ロールのロール寿命が長いことが解る。なお、厚さ２０μｍ程度の疲労層は、研削で削除できる範囲内であるので、疲労層を研削すれば、再度、高圧下が可能な冷延ロールとして使用することが可能である。

図４に、タンデム式冷間圧延機でブリキ材を圧延する過程における第４スタンド及び第５スタンドでの摩擦係数の推移を示す。第４スタンド及び第５スタンドにおける摩擦係数の変動は、従来ロールを用いた場合における摩擦係数の変動より小さい。また、ブリキ材１８００トンを圧延した後も、摩擦係数は、ほぼ一定値に維持されている。

以上のことから、本発明の冷延ロールは、寿命が長いものであることが解る。

次に、本発明の冷延ロールの製造方法について説明する。

表２に、周縁が平坦な穴を形成するためのレーザー照射条件の一例を示したが、レーザー照射条件は、この照射条件例に限定されるものではない。レーザー照射で、冷延ロールの表面に形成する穴は、（ｉ）穴の周縁に盛上り部（リム部）がないこと、及び、（ii）穴の半径ｒと深さｄが上記式（１）を満たすことが必要であり、上記（ｉ）及び（ii）を満たす限りで、レーザー照射条件は、特定の条件に限定されない。

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及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
表２に示すレーザー照射条件で、４８０ｍｍφの冷延ロールの周面に、上記式（１）を満たす半径と深さの穴を、ロール円周方向ピッチ５５０μｍ及びロール軸方向ピッチ５５０μｍで形成した。

上記冷延ロールを、６スタンド構成のタンデム式冷間圧延機の第３〜５スタンドに用いて、厚さ０．１９ｍｍ×幅１０２０ｍｍの缶用鋼板を製造し、表面を光学顕微鏡で観察した。缶用鋼板の表面にダル目残りはなく、上記冷延ロールで製造した缶用鋼板は、優れた表面性状を備えていた。

この缶用鋼板に、Ｓｎめっきを施し、めっき表面を観察した。缶用めっき鋼板のめっき層は、優れた表面性状を下地としているので、優れた鮮映性と美麗性を備えていた。

圧延終了後、第３〜５スタンドの冷延ロールの表面性状を調査した。穴の形状は明瞭で、かつ、穴の深さも充分に残っていた。そこで、冷延ロールをそのまま用い、さらに、缶用鋼板１８００トンを圧延した。同様に、優れた表面性状を備える缶用鋼板を製造することができた。

前述したように、本発明によれば、優れた表面性状を備え、めっきに供する缶用鋼板を製造することができ、かつ、ロール寿命の長い冷延ロールを提供することができる。また、本発明によれば、タンデム式冷間圧延機の最終スタンドを除く全てのスタンドに適用できる冷延ロールを提供することができるので、ロール交換作業の効率が向上し、生産性が向上する。よって、本発明は、鋼板めっき産業において利用可能性が高いものである。

Claims (5)

1. ロール表面にレーザーを照射し、円周方向及びロール軸方向に、所定の間隔で穴を形成した冷延ロールにおいて、
   （ｉ）穴の半径ｒと深さｄが下記式（１）を満たし、かつ、
   ０．９０・ｒ≦ｄ≦１．２０・ｒ ・・・（１）
   ただし、３０μｍ≦ｒ≦１２５μｍ
   （ii）穴の周縁が平坦であり、
   （iii）冷間圧延において、最終スタンドを除くスタンドに適用される
   ことを特徴とする長寿命冷延ロール。
2. ロール表面にレーザーを照射し、円周方向及びロール軸方向に、所定の間隔で穴を形成した冷延ロールにおいて、
   穴の半径rと深さｄが下記式（１）を満たし、かつ、
   ０．９０・ｒ≦ｄ≦１．２０・ｒ・・・（１）
   ただし、３０μｍ≦ｒ≦１２５μｍ
   であり、
   （ii）冷間圧延において、最終スタンドを除くスタンドに適用される
   ことを特徴とする長寿命冷延ロール。
3. 前記ｄが、３０〜１６０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の長寿命冷延ロール。
4. 前記円周方向における所定の間隔が、８０〜１５００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の長寿命冷延ロール。
5. 前記ロール軸方向における所定間隔が、８０〜１５００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の長寿命冷延ロール。