JP7135767B2 - 表面処理鋼板の切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板をロールスリット法により切断する切断方法に関する。

冷延鋼板は、錆や腐食を防止するため、表面に亜鉛、すず、クロム，ニッケル等の金属元素によるめっきを施したり、樹脂を被覆したりする等の表面処理が施される。このような表面処理鋼板は、冷延鋼板と比較して優れた耐食性を有することから、自動車、家電製品、建築部材等に広く用いられている。
しかしながら、表面処理された帯鋼や切板を所望の形状に加工すべく、切断加工を施すと、その切断端面で鉄地が露出するため、赤錆が発生し、製品の外観を低下させる。更に、赤錆の侵食が進むと、部材としての強度の低下を招く可能性もある。また、切断加工時においてカエリが生じることも問題となる。

このような切断端面の錆や腐食を抑制するため、種々の方法が提案されている。
例えば、帯状の表面処理鋼板を切断する場合に、特許文献１では、予め切断箇所を押圧ロールにより押圧してめっき金属で被覆された溝を形成し、その溝に沿って、上下対の回転刃（せん断丸刃）により切断する加工方法が提案されている。また、特許文献２では、回転刃の切断端面側の先端部（コーナー部）を所定の曲率半径Ｒの曲率を有するように形成することにより、切断加工時のめっき金属の切断端面への回り込み率を向上させる加工方法が提案されている。

また、カエリを発生させない金属帯の切断方法の一つとして、特許文献３に記載のロールスリット法が知られている。ロールスリット法とは、第１工程において上下対の回転刃で金属帯に部分的にせん断変形を与え、その後、第２工程において圧下ロールでせん断変形を元に戻すように逆方向の加工を行い切断することで、原理的にカエリの発生をなくす切断方法である。

特開２００４－０３４１８３号公報 特開２０１７－１９２９８９号公報 特開昭５２－９６４７７号公報

特許文献１で提案されている切断方法は、予め押圧により形成した溝と、実際の切断位置とのずれが生じやすいため、切断端面の状態が一定に保てないという問題がある。また、板厚の８０％以上となる溝を押圧ロールにより形成するため押圧ロールの寿命が短くなってしまう。そのため、コストの増大が懸念される。
特許文献２で提案されている切断方法は、上述したように、切断工程のみでめっき金属を切断端面に塑性流動により容易に回り込ませることができる一方、曲率半径Ｒの２分の１以上の大きさのカエリが発生してしまう。

そこで、特許文献３に記載のロールスリット法の第１工程で用いる回転刃の先端部に、特許文献２に記載の所定の曲率半径Ｒの曲率を付与することにより、カエリを発生させないで、めっき金属の切断端面への回り込み率を向上させる方法が考えられる。
しかしながら、回転刃の先端部に、めっき金属を切断端面に塑性流動により回り込ませることができる程度の曲率半径Ｒを設けると、第１工程において切断端面にめっき金属を回り込ませることができる一方、第２工程の逆方向への変形で鋼板が安定して切れない状態となることが本発明者らの検討により分かった。

従って、本発明は、表面処理鋼板の切断加工において、カエリの発生を抑制する共に、切断端面にめっき金属を回り込ませることが可能な切断方法を提供することを目的とする。

本発明は、表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板を切断する方法であって、 前記表面処理鋼板を一対の円盤状の回転刃の間に通してせん断力により部分的にせん断変形させる第１工程と、 前記第１工程で部分的にせん断変形された前記表面処理鋼板を上下ロールの間に通して、前記第１工程とは逆方向にせん断変形させて切断する第２工程と、を備え、前記回転刃は、前記表面処理鋼板の切断面側の一面の外周近傍に、所定の勾配を有する勾配面を備えている表面処理鋼板の切断方法に関する。

また、前記所定の勾配は、５％以上５８％以下であることが好ましい。

また、前記所定の勾配は、９％以上３６％以下であることが好ましい。

また、前記一対の回転刃は、回転軸方向について、前記勾配面と前記回転刃の外周面により構成される角部間の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の－５％以上１０％以下となるように配置されることが好ましい。

また、前記勾配面と前記回転刃の外周面により構成される角部の曲率半径が０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

前記一対の回転刃は、前記表面処理鋼板の板厚方向について、前記外周面同士の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の４０％以下となるように配置されることが好ましい。

本発明の表面処理鋼板の切断方法によれば、ロールスリット法によりカエリの発生を抑制すると共に、勾配面を有する回転刃によりめっき金属を切断端面に回り込ませることができる。

本発明の切断方法で用いるロールスリット法の概要を示す図である。 ロールスリット法における第１工程の説明図である。 第１工程で用いられる回転刃の形状を説明するための模式断面図である。 回転刃の勾配を説明するための部分拡大図である。

以下に、本発明の切断方法の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

まず、本発明の切断方法の被加工対象となる表面処理鋼板について説明する。表面処理鋼板の一例としては、素地鋼板の表面にアルミニウムとマグネシウムを含有した亜鉛合金をめっき金属として被覆したＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼板を挙げることができる。

Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼板を一般的な方法でせん断加工により切断した場合、めっき金属が切断端面の一部に回り込んで被覆される。この被覆されためっき金属から、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムが溶出して、めっき金属が被覆されない部分に保護皮膜が形成される。このように、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼板は、他の亜鉛系めっき鋼板に比べて、耐食性に優れるという特長がある。
このＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系めっき鋼板の素地鋼板は、特に限定されず、例えば低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼及び合金鋼等を素地鋼板として使用することが可能である。また、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系めっき鋼板をプレス成形して使用する場合には、低炭素Ｔｉ添加鋼、低炭素Ｎｂ添加鋼等の絞り加工性に優れる素地鋼板を用いることが好ましい。

本発明の切断方法の被加工対象となる表面処理鋼板は、先に挙げたＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系めっき鋼板以外にも、表面にめっき金属を被覆した鋼板であれば、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、アルミニウムを５質量％含有する亜鉛合金による溶融５％Ａｌ－Ｚｎめっき鋼板、溶融５５％Ａｌ－Ｚｎめっき鋼板、溶融アルミニウムめっき鋼板を用いることができる。また、電気銅めっき鋼板を用いてもよい。

本発明の切断方法の流れについて図１を参照して簡単に説明する。

図１は、本発明の切断方法で用いるロールスリット法の各工程を説明するための図である。
図１（ａ）は、ロールスリット法の第１工程を示す。第１工程では、複数対の回転刃１に表面処理鋼板１００（以下、鋼板１００とも記載する）を通して、切断されない程度に部分的にせん断変形させる。以下、本明細書では、鋼板１００を切断されない程度に部分的にせん断変形させることを「半切断」と称する。また、図１（ａ）では一例として、２対の回転刃１を配置する例を示したが、回転刃１は、鋼板１００の所望の切断幅に応じて一対又は複数対を配置すればよい。
図１（ｂ）は、ロールスリット法の第２工程を示す。第２工程では、第１工程で半切断加工された鋼板１００を上ロール３ａ及び下ロール３ｂからなる上下ロール３の間に通して押圧し、第１工程とは逆方向にせん断変形させて、鋼板１００を完全に切断する。以下、本明細書では、半切断加工された鋼板１００を第１工程とは逆方向にせん断変形させて完全に切断することを「逆切断」と称する。
このようにロールスリット法により鋼板１００を切断することで、カエリの発生を抑制することができる。

次に、図２を参照して、図１（ａ）で示した第１工程における鋼板１００の加工状態を詳しく説明する。
図２（ａ）は、鋼板１００が連続的に半切断加工される様子を回転刃１の回転軸２方向から見た様子を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ－Ｘ線断面を示す。

図２（ａ）に示すように、回転刃１による鋼板１００の半切断加工は、鋼板１００が回転刃１で表面及び裏面から押圧されて、板厚方向に回転刃１が押し込まれることによって行われる。この際、鋼板１００の表面のめっき層が塑性流動してせん断面に回り込む。図２（ｂ）に示すように、鋼板１００は半切断された状態で第２工程へと送られる。

次に、本発明の表面処理鋼板１００の切断方法における第１工程で用いられる回転刃１の好ましい形状及び配置について、図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３は、回転軸２を含む断面で切った場合の、一対の回転刃１の模式断面図を示す。図４は、図３で示した回転刃１の先端部を拡大した図である。

回転刃１は、図３に示すように、円盤形状に構成され、回転軸２方向について互いに対向する側の面、即ち、鋼板１００が切断される側の一面の外周近傍に、所定の勾配の勾配面１０を有する。

回転刃１の先端部は、前述の切断面側に、勾配面１０と回転刃１の外周面２０とで構成される角部３０を備えている。角部３０は、曲率半径が約０．５ｍｍ以下の角張った形状に構成される。

回転刃１が有する勾配面１０の勾配は、図４に示すように、回転刃１の勾配面１０が形成されていない面（外周面２０に垂直な面）と勾配面１０とのなす角度をθとし、回転刃１の勾配面１０が形成されていない部分の板厚をａ、先端部の板厚をｂ、勾配面１０が設けられた径方向の長さをｌとすると、勾配（％）＝ｔａｎθ×１００＝（ａ－ｂ）／ｌ×１００で表すことができる。

本実施形態では、めっき金属の回り込みを促進するため、所定の勾配を有する勾配面１０を設けた回転刃１で表面処理鋼板を半切断することで、表面のめっき金属が半切断された端面の２分の１以上の領域まで覆われた切断端面が得られる。
勾配の角度θは、３度以上３０度以下の場合、即ち、勾配が５％以上５８％以下の場合に、めっき金属の回り込み量の増加が得られる。角度θが３度未満の場合、第１工程において板厚の半分程度まで回転刃１が押し込まれた状態で鋼板１００にクラックが入って切断されてしまうため、めっき金属の回り込みも板厚の５０％程度までしか得られない。角度θが３０度を超えてもめっき金属の回り込み量の増加が得られるが、半切断された鋼板１００の表裏でずれが生じて、第２工程で切断された鋼板の幅の寸法差が大きくなる。また、角度θが大きくなると、半切断に要する設備の負荷が大きくなるだけでなく、回転刃と接触する箇所が板厚方向に潰されながら切断されるため、半切断される箇所が長手方向に大きく伸びる。その結果、ねじれや反りが発生してしまう。また、角度θが５度未満の場合、めっき金属の回り込み量が少ないだけでなく、回り込んだめっきの厚みも薄くなってしまう。よって、めっき金属の回り込み量を増加させ、かつ鋼板１００の切断端面の形状が良好であるためには、角度θが５度以上２０度以下（勾配が９％以上３６％以下）である場合が好ましい。

回転刃１の配置例について、図３を参照して説明する。回転刃１による鋼板１００の半切断加工では、板厚方向に押込まれた回転刃１の先端部からクラックが発生する。以下に、好ましいクラックが発生するための条件として、一対の回転刃１間の距離（クリアランス）や、回転刃１の押込み量が適切となるようなギャップについて説明する。

一対の回転刃１は、回転軸２方向について所定のクリアランスＣを空けて配置され、また、鋼板１００の板厚方向について、所定のギャップＧを空けて配置される（図３参照）。

クリアランスＣは、回転軸２方向について、一対の回転刃１の角部３０同士の距離を表す。クリアランスＣは、鋼板１００の板厚の１０％を超えると第２工程において鋼板１００が切断できずに異形断面になってしまう。また、クリアランスＣが板厚の－５％よりも狭い場合においては、半切断に要する設備の負荷が大きくなるだけでなく、鋼板１００のうち回転刃１と接触する箇所が板厚方向に潰されながら半切断されるため、半切断の箇所が長手方向に大きく伸びる。その結果、鋼板１００にねじれや反りが発生してしまう。ここで、クリアランスＣの値が負になる場合とは、図３においてギャップＧが０となった場合に、回転刃１の外周面２０同士が当接するような配置である。本発明の切断方法では、クリアランスＣの値が負になるような場合であっても、切断加工が可能である。このような観点から、クリアランスＣの値は、鋼板１００の板厚の－５％以上１０％以下とすることが望ましい。

ギャップＧは、鋼板１００の板厚方向について、一対の回転刃１の外周面２０同士の距離を表す。このギャップＧは、鋼板１００の板厚の４０％以下とすることが望ましい。板厚の４０％を超える大きさでは、クリアランスＣが大きい場合と同様に、第１工程において回転刃１の角部３０からクラックが発生せず異形断面となり、第２工程において切断不可となる可能性があるためである。また、ギャップＧを鋼板１００の板厚の４０％以下とすることで、切断端面の６０％以上のせん断面比率を得ることができるためである。

角部３０は、曲率半径が０．５ｍｍ以下の角張った形状に構成されることが好ましい。曲率半径を０．５ｍｍより大きくすると、めっき金属の回り込み量は増大するが、第２工程で切断可能となる第１工程におけるギャップＧの範囲が狭くなる。よって、第２工程において、安定して切断することが困難となる。また、第１工程において、鋼板１００のうち回転刃１と接触する箇所が板厚方向に潰されながら半切断されるため、半切断の箇所が長手方向に大きく伸びる。その結果、鋼板１００にねじれや反りが発生してしまう。このような観点から、角部３０の曲率半径は、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

以上、説明したように、本発明の切断方法によれば、鋼板１００の切断の工程を２工程に分けるロールスリット法によりカエリの発生を抑制すると共に、第１工程における回転刃１に所定の勾配の勾配面１０を設けることにより、防錆性及び耐食性を発揮するのに十分な量のめっき金属を切断端面に被覆することができる。

以上説明した本発明の表面処理鋼板１００の切断方法によれば、以下のような効果を奏する。

（１）本発明の表面処理鋼板１００の切断方法は、表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板１００を、一対の円盤状の回転刃１の間に通して、せん断力により部分的にせん断変形させる第１工程と、第１工程で部分的にせん断変形された表面処理鋼板１００を上下ロール３の間に通して、第１工程とは逆方向にせん断変形させて切断する第２工程と、を備え、回転刃１は、表面処理鋼板１００の切断面側の一面の外周近傍に、所定の勾配を有する勾配面１０を備えるものとした。これにより、カエリの発生を抑制し、防錆性及び耐食性を発揮するのに十分な量のめっき金属を切断端面に被覆して表面処理鋼板１００を切断することができる。

（２）所定の勾配を、５％以上５８％以下とするものとした。これにより、勾配がない場合に比べて、切断端面におけるめっき金属の回り込み量を増加させることができ、防錆性及び耐食性を向上させることができる。

（３）所定の勾配を、９％以上３６％以下とするものとした。これにより、勾配が９％以上であるので、防錆性及び耐食性を発揮するのに十分な量のめっき金属を切断端面に被覆することができ、勾配が３６％以下であるので、切断端面の形状を良好とすることができる。

（４）一対の回転刃１を、回転軸２方向について、角部間の距離（クリアランス）Ｃが、表面処理鋼板１００の板厚の－５％以上１０％以下となるように配置するものとした。これにより、クリアランスＣが板厚の１０％以下であるので、第２工程において鋼板１００が良好に切断でき、また、クリアランスＣが板厚の－５％以上であるので、半切断に要する設備の負荷が大きくならず、表面処理鋼板１００に生じるねじれや反りが発生を低減できる。

（５）勾配面１０と回転刃１の外周面により構成される角部３０の曲率半径を０．５ｍｍ以下とした。これにより、第１工程におけるギャップＧの適用範囲が広くなることにより第２工程において安定して切断が可能となる。また、表面処理鋼板１００に生じるねじれや反りが発生を低減できる。

（６）一対の回転刃１を、表面処理鋼板１００の板厚方向について、外周面同士の距離Ｇが、表面処理鋼板１００の板厚の４０％以下となるように配置するものとした。これにより、第１工程において好ましいクラックが発生して、第２工程において良好に切断可能となる。また、切断端面の６０％以上のせん断面比率を得ることができる。

以下に、本発明の切断方法を適用した実施例について説明する。
表面処理鋼板１００として板厚が２．３ｍｍ、３．２ｍｍ、４．５ｍｍで、めっき付着量９０ｇ／ｍ^２、１９０ｇ／ｍ^２、であるＺｎ－６％Ａｌ－３％Ｍｇ（質量比）合金めっき鋼板を用いた。回転刃１としては、直径が最も大きい箇所でφ１６０ｍｍの上下の回転刃を用いて半切断し、φ１００ｍｍの上下ロール３で逆切断して、４０ｍｍから３０ｍｍの幅へ表面処理鋼板１００を切断加工した。

切断加工面にめっき金属を回り込ませた評価は、断面観察により、せん断面にめっき金属が回り込んだ領域とダレの領域を測定し、切断された鋼板の厚みに対するめっき金属の回り込み長さとダレの長さを合計した比率を、めっき金属の回り込み率（％）＝（ダレの領域＋せん断面にめっき金属が回りこんだ領域）／板厚×１００として評価した。また、切断端面のカエリは断面をエポキシ樹脂に埋め込み断面観察によって測定し、一般的な角部が直角の回転刃を基準として評価した。

これらの評価状況を表面処理鋼板１００の板厚及び回転刃１の形状毎に整理した。実施例として、勾配の角度θが５度、１５度の回転刃を用い、比較例として、勾配面を設けない回転刃を用いて切断加工及び半切断加工を行い、比較した。

本発明の防錆性及び耐食性の効果を評価するため、暴露試験を実施した。暴露は海岸から５００ｍほど離れた３階立ての建物の屋上で１ヶ月間実施し、評価は試験体より３ｍ離れて目視にて行った。評価は赤錆が明確に判断できれば×、赤錆が判断できない場合は○とした。

これらの評価結果を表１及び表２に示す。
比較例１～１３は、一般的な角部が直角の、つまり、勾配を有さない回転刃によりロールスリット法で切断加工を行ったものである（表１参照）。
比較例１４～１９は、勾配を有さない回転刃により一般的な一工程の切断加工を行ったものであり、比較例２０は、勾配を有さず角部が丸い回転刃により切断加工を行ったものである（表２参照）。

実施例１～１３におけるめっき金属の回り込み率は、第１工程における回転刃１の勾配の角度θが５度及び１５度、クリアランスＣが０％と５％において、いずれも約６０％以上となることが確認できた。
それに対して、比較例１～１２及び１４～２０では、めっき金属の回り込み率はいずれも約６０％未満となった。また、比較例１３では、第２工程で切断されず、異形断面となった。
また、屋外暴露試験の結果は、めっき金属の回り込み率に応じた結果となった。めっき金属の回り込み率が約６０％未満の比較例１～１２及び１４～２０では、赤錆が確認され、めっき金属の回り込み率が約６０％以上の実施例１～１３では、赤錆は確認されなかった。

また、めっき付着量の差によるめっき金属の回り込み率を比較したところ、付着量９０ｇ／ｍ^２と１９０ｇ／ｍ^２との間で、めっき金属の回り込み率に差異はみられなかった。

１ 回転刃
２ 回転軸
３ 上下ロール
１０ 勾配面
２０ 外周面
３０ 角部
１００ 表面処理鋼板

Claims (6)

1. 表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板を切断する方法であって、
   前記表面処理鋼板を一対の円盤状の回転刃の間に通して、せん断力により前記表面処理鋼板をせん断変形させて、完全に切断されておらず部分的にせん断変形された半切断端面を形成する第１工程と、
   前記半切断端面が形成された前記表面処理鋼板を上下ロールの間に通して、前記第１工程とは逆方向に前記表面処理鋼板をせん断変形させて、前記半切断端面を完全に切断する第２工程と、
   を備え、
   前記一対の回転刃は、回転軸方向について互いに対向する側の面及び外周面を備え、
   前記対向する側の面は、前記表面処理鋼板を切断する切断面側の面であって、前記外周面に向かって下記式（１）で定義される勾配を有する勾配面を備え、
   勾配（％）＝ｔａｎθ×１００＝（ａ－ｂ）／Ｌ×１００ 式（１）
   （ここで、前記式（１）におけるθ、ａ、ｂ及びＬの各符号は、以下を意味する。
   θ：前記回転刃の前記勾配面が形成されていない面と前記勾配面とのなす角度、ａ：前記回転刃の前記勾配面が形成されていない部分の板厚、ｂ：先端部の板厚、Ｌ：前記勾配面が設けられた径方向の長さ）
   前記勾配は、５％以上５８％以下であり、
   前記外周面は、前記勾配面が形成されていない面と垂直であって、前記式（１）の前記ｂの板厚を持つ断面形状を有する、
   表面処理鋼板の切断方法。
2. 前記勾配は、９％以上３６％以下である請求項１に記載の表面処理鋼板の切断方法。
3. 前記一対の回転刃は、回転軸方向について、前記勾配面と前記外周面により構成される角部間の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の－５％以上１０％以下となるように配置される、請求項１又は２に記載の表面処理鋼板の切断方法。
4. 前記勾配面と前記外周面により構成される角部の曲率半径が０．５ｍｍ以下である、請求項１～３のいずれかに記載の表面処理鋼板の切断方法。
5. 前記一対の回転刃は、前記表面処理鋼板の板厚方向について、前記外周面同士の距離が、前記表面処理鋼板の板厚の４０％以下となるように配置される、請求項１～４のいずれかに記載の表面処理鋼板の切断方法。
6. 表面及び裏面がめっき金属で被覆された表面処理鋼板で形成される部材の製造方法であって、
   前記表面処理鋼板を一対の円盤状の回転刃の間に通して、せん断力により前記表面処理鋼板をせん断変形させて、完全に切断されておらず部分的にせん断変形された半切断端面を形成する第１工程と、
   前記半切断端面が形成された前記表面処理鋼板を上下ロールの間に通して、前記第１工程とは逆方向に前記表面処理鋼板をせん断変形させて、前記半切断端面を完全に切断する第２工程と、
   を備え、
   前記一対の回転刃は、回転軸方向について互いに対向する側の面及び外周面を備え、
   前記対向する側の面は、前記表面処理鋼板を切断する切断面側の面であり、前記外周面に向かって下記式（１）で定義される勾配を有する勾配面を備え、
   勾配（％）＝ｔａｎθ×１００＝（ａ－ｂ）／Ｌ×１００ 式（１）
   （ここで、前記式（１）におけるθ、ａ、ｂ及びＬの各符号は、以下を意味する。
   θ：前記回転刃の前記勾配面が形成されていない面と前記勾配面とのなす角度、ａ：前記回転刃の前記勾配面が形成されていない部分の板厚、ｂ：先端部の板厚、Ｌ：前記勾配面が設けられた径方向の長さ）
   前記勾配は、５％以上５８％以下であり、
   前記外周面は、前記勾配面が形成されていない面と垂直であって、前記式（１）の前記ｂの板厚を持つ断面形状を有する、
   部材の製造方法。

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