JPH04301006A - 帯状金属焼結体の冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属粉末から高密度金
属薄帯を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】帯状の金属材料は、溶製した金属或いは
合金をインゴット、スラブ等の鋳片に鋳造し、この鋳片
に熱間圧延、冷間圧延等を施すことによって製造してい
る。しかし、この製造方法は、多数の工程を必要とし、
また設備的にも大規模な溶解炉や圧延機等が使用される
。

【０００３】そこで比較的小規模な設備で、かつ工程数
が少なくして帯状金属材料を製造する方法として、金属
粉末から帯状材料を直接製造する粉末圧延法が注目され
ている。

【０００４】粉末圧延法を用いた金属薄帯の製造方法の
一例の概略を述べると、以下の通りである。

【０００５】粉末圧延によるグリーンシートの圧粉成形
においては、互いに水平或いは斜めに設けられた一対の
圧延ロールを備えた粉末圧延機を使用し、原料粉末を収
容したホッパーを圧延ロールの上方に設置している。原
料粉末は、ホッパーからロールギャップに流し込まれ、
帯状の成形体であるグリーンシートに圧粉される。

【０００６】得られたグリーンシートは、圧粉されたま
まの状態では脆いため、焼結が施される。たとえば、粉
末圧延機の出側に連続炉を設置し、粉末圧延されたグリ
ーンシートを直ちに焼結することにより、ある程度の靱
性を付与した後でコイル状に巻き取る方法が採られる。

【０００７】得られた焼結体は、そのままで多孔質材料
として使用することもできるが、更に加工を加えること
により、通常の溶解一圧延法で製造されたものと同様な
高密度材料として使用される。粉末原料から得られた高
密度材料をたとえば高炭素合金鋼の工具材料として使用
すると、従来の溶解一圧延法による材料にみられた合金
成分，不純物等の偏析や巨大炭化物等の析出が抑制され
、成分や組織の均質性が図られる結果、材質の向上が得
られる。

【０００８】このような、焼結体品質の向上や特有な機
能の付与を目的として、これまでに特開平１−３０１８
０７号公報，特公平２−１１６４５号公報等で種々の提
案が行われている。また本発明者等は、トータル冷延率
６０％以上で焼鈍一冷延を繰り返す冷間圧延を施して帯
状焼結体を高密度化することを開発し、特願昭６３−２
３３２５２号（特開平２−８０５０１号公報）として提
案した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】帯状焼結体は、圧粉及
び焼結しただけであり、密度比（真密度に対する密度の
割合）が６０〜９０％と低く、多孔質状態にある。この
ため、通常の溶解一圧延法で製造された帯状材料に比較
して一般的に延性に乏しい。このようなことから、冷間
圧延を加えると帯のエッジにクラックを生じやすい。こ
のエッジクラックの長さは、冷延のパスを増して冷延率
を高めると、次第に大きくなる。そこで、エッジをトリ
ミングすると共に、焼鈍を施して材料の軟質化を図る必
要がある。しかし、エッジクラックの長さが大きくなる
場合、トリミング代が増し、歩留りの低下につながる。 また、著しいエッジクラックが生じる場合には、冷間圧
延時に帯状焼結体が破断し、冷延作業を続行することが
できなくなる。

【００１０】この点、帯状焼結体の冷間圧延においてエ
ッジクラックの発生を極力抑制し、歩留り良く且つ安定
した冷間圧延作業の方法を開発する必要があった。

【００１１】本発明は、このような要求に応えるべく案
出されたものであり、ロール径等とエッジクラックの発
生状況等を考慮して冷間圧延ロールの径と帯状焼結体の
板厚との関係を特定することにより、歩留り良く帯状金
属焼結体を圧延することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、帯状焼結体の板厚をｔとし、冷間圧延ロー
ルの半径をＲとしたとき、冷間圧延時の板厚比Ｒ／ｔを
、被圧延材の密度比が小さいときには大に、密度比が大
きいときには小に制御することで、エッジクラックの発
生を抑制しながら冷間圧延を行うものである。好ましく
は、被圧延材の密度比が９７％未満のときには板厚比Ｒ
／ｔを１００以上とし、帯状焼結体の真密度に対する密
度比が９７％以上のときに板厚比Ｒ／ｔを１００未満と
なるような冷間圧延ロールを用いる。

【００１３】

【作　　用】帯状金属焼結体に発生するエッジクラック
は、冷延時に帯状焼結体が長さ方向に伸びるときに生じ
る引張応力によって進展すると考えられる。本発明者等
は、種々の帯状焼結体の冷間圧延の実験を行なった結果
、幅広がりが大きくなるような条件で冷間圧延を行なっ
た場合、エッジクラックの発生が抑制される方向にある
ことを見い出した。また、焼鈍一冷延を繰り返して行き
、帯状焼結体の密度比が上昇すると、エッジクラックの
成長は鈍化する方向にあり、密度比が９７％以上になる
とエッジクラックの成長はほぼ停止することが判明した
。

【００１４】ロール径と被圧延材料の幅広がりの関係に
ついては、初期幅をｂ０　圧延後の幅をｂ１　とすると
、板厚ｔに対してロール半径Ｒが大きくなるほど、幅広
がり率（ｂ１　−ｂ０　）／ｂ０　×１００（％）が大
きくなることが知られている（たとえば、加藤、室田、
熊谷：「塑性と加工」２１（１９８０）、ｐ．３５９）
。

【００１５】本発明者等は、このことに着目し、板厚比
Ｒ／ｔが１００以上となるような比較的大径ロールを用
い、幅広がりを大きくするような条件で冷間圧延を行な
ったところ、著しいエッジクラックの成長抑制が図られ
た。

【００１６】ただし、板厚比Ｒ／ｔを極端に大きくする
と、ロール径が過大となって冷間圧延設備が大型化し、
設備的な負担が増す。このため、実際的には板厚比Ｒ／
ｔは４００以下程度にすることが好ましいと思われる。

【００１７】一方、冷延一焼鈍を順次施して、被圧延材
の密度比が上昇すると、圧延の変形抵抗が増加する。こ
のため、次第に密度比が上昇すると、焼鈍を施して軟化
を図っても、冷間圧延による板厚減少を得るのが困難に
なる。大径ロールを用いるとロールの接触弧長が増加す
るため、圧延荷重が増大し圧下が困難となる。特に、高
炭素鋼等の変形抵抗が大きな材料では、パスを行なって
も板厚減少がほとんど得られない。

【００１８】このため、密度比が上昇して変形抵抗が増
加した場合、比較的小径ロールを用いて圧延荷重を低め
ることが好ましい。しかし、密度比が９７％以上の範囲
では、エッジクラックの成長がほとんど起こらないので
、帯状焼結体の初期の冷間圧延のごとく、大径ロールを
用いてエッジクラックの抑制を図る必要は特にない。 このため、密度比９７％以上では板厚比Ｒ／ｔ＜１００
となるような条件で圧延するのが好ましい。

【００１９】

【実施例】粒径１５０μｍ以下に調整した高速度工具鋼
ＳＫＨ５１の粉末を原料として、図１に概略を示した粉
末圧延機によってグリーンシートを製造した。

【００２０】この粉末圧延機においては、高速度工具鋼
粉末１を原料ホッパー２に収容し、ホッパー２の下部に
設けたノズル３から、水平に配置した直径４００ｍｍの
一対の圧延ロール４、５の間に供給した。粉末溜り６に
供給された原料粉末１は、圧延ロール４、５の回転に伴
って、ロールギャップ７に送られ、圧粉された後、グリ
ーンシート８として送り出された。なお、符番９は、ホ
ッパー２から粉末溜り６に供給される原料粉末１の流量
を制御する流量調整弁を示す。

【００２１】粉末溜り６のロール軸方向両端部には、グ
リーンシート８の成形幅が１８０ｍｍとなるようにサイ
ド堰を設けた。ホッパー２から供給された原料粉末１の
供給量及びロールギャップ７を調整して、圧粉速度１ｍ
／分で粉末圧延し、密度比が８５％、板厚ｔが２．０ｍ
ｍのグリーンシート８に成形した。次いで、グリーンシ
ート８に対し、７５％Ｈ２　−２５％Ｎ２　の雰囲気下
で１２００℃に加熱した連続焼結炉で６分間の均熱処理
を施して帯状焼結体とした。

【００２２】この帯状焼結体を、板厚比Ｒ／ｔ＝１２０
及び６０となるように、それぞれロール径４８０ｍｍ及
び２４０ｍｍの圧延ロールを組み込んだ冷間圧延機で圧
延した。前者においては、帯状焼結体の真密度に対する
密度比が９７％になったところで、ロール径２４０ｍｍ
の圧延機に変更し、更に続けて冷間圧延を行った。そし
て、これらの冷間圧延において、それぞれ冷延率とエッ
ジクラックの長さの関係を調べた。図２にその結果を示
す。

【００２３】図２から明らかなように、板厚比Ｒ／ｔが
１００より小さい場合は、幅広がり率が小さく、エッジ
クラックが発生する冷延率が小さく、かつその後の成長
が速い。

【００２４】これに対して、板厚比Ｒ／ｔを１００以上
に設定した本発明例においては、エッジクラックが発生
する冷延率が大きく且つ成長も鈍い。また、被圧延材の
密度比が９７％以上の範囲では、板厚比Ｒ／ｔを１００
未満としたが、エッジクラックの成長はほとんど進んで
おらず、比較的小径ロールを用いても、エッジクラック
を抑制することができるのが明らかである。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は被圧延材の密度に応じて冷間圧延時の板厚比Ｒ／ｔを
制御することで、エッジクラックの発生を抑制すること
ができるため、歩留りの高い冷間圧延を安定して行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明実施例で使用した粉末圧延機の概略
図

【図２】　　帯状焼結体の冷延率がエッジクラックの
長さ，密度比，幅広がり率に与える影響を表したグラフ

【符号の説明】

１　　原料粉末　　　　　　　　　　２　　原料ホッパ
ー　　　　　　３　　ノズル ４、５　　圧延ロール　　　　６　　粉末溜り　　　　
　　　　　　７　　ロールギャップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属粉末を一対の圧延ロールによりグ
   リーンシートに成形し、該グリーンシートを焼結して帯
   状焼結体とし、更に該帯状焼結体に冷間圧延と焼鈍を繰
   り返し施して高密度金属薄帯を製造するに際し、帯状焼
   結体の板厚をｔとし、冷間圧延ロール半径をＲとしたと
   き、冷間圧延時の板厚比Ｒ／ｔを、被圧延材の密度比が
   小さいときには大とし、密度比が大きいときには小とす
   ることを特徴とする帯状金属焼結体の冷間圧延方法。
2. 【請求項２】　　帯状焼結体の真密度に対する密度比が
   ９７％未満の場合、板厚比Ｒ／ｔが１００以上となる条
   件で冷間圧延を行うことを特徴とする請求項１記載の帯
   状金属焼結体の冷間圧延方法。
3. 【請求項３】　　帯状焼結体の真密度に対する密度比が
   ９７％以上の場合、板厚比Ｒ／ｔが１００未満となる条
   件で冷間圧延を行うことを特徴とする請求項１記載の帯
   状金属焼結体の冷間圧延方法。